Giáo trình Thực hành đo lường cảm biến

R4 49K TP2 OUT 12VR1 9K 78L05 C6 IC1a R8 R 12V S3 TP6 R30 S2 5V C7 100uF C2 01 C1 10uF +12V TP1 R2 R6 7k15 IC1b S2 GAIN -12V - + U1A TL082 6 5 7 4 8 +12V P1 OFFSET 7K15 R - + U1A TL082 3 2 1 R31 R5 49K9 R3 1K5 -12V IC2 39K R Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 14 Các bước thực hiện: 1. Sử dụng các dây cắm để nối mạch theo sơ đồ hình M 3-2 cho mảng M1-3 khối SME-403: * Nối các chốt nguồn và đất của khối SME-403với nguồn ±12V và đất (GND) của máy chủ MTS-41. chú ý cắm đúng phân cực của nguồn. Nối các chốt của cảm biến với các chốt vào S1-S2-M3 của mảng M3-1 khối SME-403: - Dây màu đỏ -nối với S1 - Dây màu nâu -nối với S2 - Dây màu đen -nối vớiS3 2. Xác định sự phụ thuộc thế ra vào nhiệt độ (xác định đường đo chưa chuẩn ). 2.1. Cắm điện cho bếp điện, tiến hành đo nước sôi. Cho đá (nước đóng băng ) vào cốc. 2.2. Nối chốt TP5của sơ đồ M1-3(lối vào khuếch đại cảm biến –IC1a) với lối vào INPUT(+) của bộ đo DCV. Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV. 2.3. Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong không khí, ghi giá trị thế ra cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M1-3 2.4. Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong nước đá đang tan (~0oC),ghi giá trị thế của cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M1-3 2.5. Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong nước đang sôi(~+100 oC), ghi giá trị thế của cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M1-3 Thạng thái cảm biến Nhiệt độ Thế ra TP5 Trong nước đá đang tan T1 = ~0oC U1= Trong không khí T2 = nhiệt độ phòng U2= Trong nuớc sôi T3 = +100 oC U3= 2.6. Biểu diễn sự phụ thuộc thế ra cảm biến vào nhiệt độ. 2.7. Kết luận về sự biếm đổi nhiệt độthành điện thế. Tính giá trị biến đổi nhiệt – điện thế của cảm biến bán dẫn loại LM334: ε =( U3 – U1 )/ K* ( T3 – T1 ) trong đó K là hệ số khuếch đại của IC1a. để xác định K, sử dụng bộ đo DCVđể đo thế vàoUv(tịa chốt TP1)và thế ra (TP5) 3. Chuẩn thang đo. Mục đích chuẩn thang đo nhằm chỉnh zero và khuếch đại, sao cho nhiệt độ chỉ thị trùng với nhiệt độ thực cần đo Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 15 3.1. Nối lối ra của bộ khuếch đại (IC1b)-OUT1với lối vào INPUT(+) của bộ đo DCV. Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV. 3.2. Đặt cảm biến trong nước đá đang tan. Chỉnh biến trở P1-OFFSET để bộ chỉ thị DVC chỉ giá trị nhiệt độ nước đá đang tan (theo giá trị nhiệt kế ). 3.3. Đặt cảm biến trong nước sôi. Chú ý để cảm biến chạm đáy. Chỉnh biến trở P2 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế ). Tương ứng OUT1 = 1V. 3.4. Đặt cảm biến trở lại nước đá đang tan. Chỉnh lại biến trở P1-OFFSET để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước đá. 3.5. Đặt cảm biến trở lại nước sôi. Chỉnh lại biến trở P2 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế ). 3.6. lặp lại các bước 3.2. và 3.3. vài lần cho đến khi nhiệt độ chỉ trên bộ thị DCV trùng với nhiệt độ thược cần đo. Chú ý chỉnh giá trị chỉ thị 1V = 1000C. 3.7. Đưa cảm biến ra không khí, chờ cho nhiệt độ ổn định, kiểm tra nhiệt độ chỉ thị trên DVC có trùng với nhiệt độ phòng hay không. 4. Thay bình nước và đo lại từ đầu. Đặt nhiệt kế và cảm biến ở cùng độ cao , không chạm đáy hoặc thành cốc. Thực hiện đun nước và theo dõi, ghi lại giá trị nhiệt độ chỉ thị trên nhiệt kế và trên máy đo. Biểu diển đồ thị mô tả đặc trưng lối ra của thiết bị, trong đó trục X đặt các giá trị ghi trên nhiệt kế , còn trục Y giá trị ghi trên máy đo DCV. Nếu đường sai lệch lớn so với đường chuẩn, cần chuẩn lại thang đo theo mục 3. PHẦN 2 :ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG CẢM BIẾN CẶP NHIỆT ĐIỆN (Thermocoupler) Nhiệm vụ: Nghiên cứu các nguyên tắc làm việc và đặc điểm sử dụng cảm biến cặp nhiệt điện trong các thiết bị đo và điều khiển nhiệt độ . Nguyên tắc hoạt động của cặp nhiệt điện dựa trên hiệu ứng khuếch tán các điện tử khi cho tiếp xúc hai kim loại khác nhau. Sự khuếch tán này tạo thành hiệu điện thế tiếp xúc , phụ rhuộc vào bản chất của hai kim loại và nhiệt độ chổ tiếp xúc Khi thay đổi nhiệt độ của mối tiếp xúc, giá trị Et trong khoảng nhiệt độ giới hạn, được mô tả bằng biểu thức tuyến tính : Et = C(t2 -t1) , với t1 , t2 là nhiệt độ đầu và cuối , C là hằng số cặp nhiệt , có ý nghĩa vật lý là suất điện động, phụ thuộc vào bản chất của hai kim loại , được tính bằng trị điện thế Et , khi nhiệt độ thay đổi 1oC. Giá trị C là hằng số, không đổi cho loại cặp nhiệt điện xác định Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 16 Như vậy bằng cách đo giá trị Et, có thể đo được nhiệt độ tại mối tiếp xúc khi đặt trong môi trường đo . Các cặp nhiệt điện sử dụng được phổ biến giới thiệu trong bảng M3-2. LOAI TYPE HỢP KIM ALLOY NHIỆT ĐỘ CƯC DẠI [0C] SUẤT NHIỆT ĐÔNG [µV/0C]ở 200C 100 0C 4000C 10000C J Iron- Constantan 760 51.45 5.268 21.846 - K Chromel- Alumel 1370 40.28 4.095 16.395 41.269 T Copper- Constantan 400 40.28 4.227 20.869 - E Chromel- Constantan 1000 60.48 6.317 28.943 76.358 S Platinum- 90%Pt10%Rh 1750 5.88 0.645 3.260 9.585 R Platinum- 87%Pt13%Rh 1750 5.80 0.647 3.407 10.503 B 94%Pt6%Rh- 70%Pt30%Rh 1800 0.00 0.033 0.768 4.833 Sơ đồ khối SME-403 bao gồm tầng khuếch đại tín hiệu IC3a (hình M3-3), tầng khuếch đại lối ra IC3b. Cặp nhiệt điện sử dụng trong thí nghiệm là loại K. Trong sơ đồ khối M3-2(hình M3-3)có đặt hai biến trở –biến trở P3/OFFSETcho phép chỉnh Zero cho thang đo và biến trở P4/GAIN cho phép chỉnh thang đo (độ dốc đường biểu diển giá trị đo). Hình M 3-3: Sơ đồ đo với cảm biến cặp nhiệt điện -12V 7K15 R R13 10 IC3a 75K4 R19 R11 1K5 TP12 TP7 C4 01 SENSOR R10 10K R14 500 -12V TC- TP8 P1 OFFSET R18 75K15 R16 4K22 GAIN OUT +12V TP9 - + U1A TL082 6 5 7+12V - + U1A TL082 3 2 1 8 4 TC+ P4 -12V R15 30K C1 100uF IC3b TP10 R12 1K5 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 17 Các bước thực hiện: 1. Sử dụng các dây cắm để nối mạch theo sơ đồ hình M 3-3cho mảng M3-2 khối SME-403: * Nối các chốt nguồn và đất của khối SME-403với nguồn ±12V và đất (GND) của máy chủ MTS-41. chú ý cắm đúng phân cực của nguồn. Nối các chốt của cảm biến với các chốt vào TC+,TC- của mảng M3-2 khối SME-403: - Dây có chốt màu đỏ –nối với TC+ - Dây có chốt màu xanh –nối với TC- 2. Xác định sự phụ thuộc thế ra vào nhiệt độ (xác định đường đo chưa chuẩn ). 2.1. Cắm điện cho bếp điện, tiến hành đo nước sôi. Cho đá (nước đóng băng ) vào cốc. 2.2. Nối chốt TP5của sơ đồ M3-2(lối vào khuếch đại cảm biến –IC3a) với lối vào INPUT(+) của bộ đo DCV. Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV. 2.3. Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong không khí, ghi giá trị thế ra cảm biến chỉ thị trên bộ đo DVC, điền kết quả vào bảng 3-3 2.4. Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong nước đang sôi(~+100 oC), ghi giá trị thế của cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M3-3 Thạng thái cảm biến Nhiệt độ Thế ra TP5 Trong nước đá đang tan T1 = ~0oC U1= Trong không khí T2 = nhiệt độ phòng U2= Trong nuớc sôi T3 = +100 oC U3= 2.5. Biểu diễn sự phụ thuộc thế ra cảm biến vào nhiệt độ. 2.6. Kết luận về sự biếm đổi nhiệt độthành điện thế. Tính giá trị biến đổi nhiệt – điện thế của cảm biến cặp nhiệt điện loại K: ε = (U3-U1)/K.(T3-T1) : [µV/0C]. Trong đó K là hệ số khuếch đại của IC3a. để xác định K, sử dụng bộ đo DVCđể đo thế vào Uv(tại chốt TP7)và thế ra (TP11). K = U(TP11)/U(TP7) 3. Chuẩn thang đo. Mục đích chuẩn thang đo nhằm chỉnh zero và khuếch đại, sao cho nhiệt độ chỉ thị trùng với nhiệt độ thực cần đo 3.1. Nối lối ra của bộ khuếch đại (IC3a)-OUT2với lối vào INPUT(+) của bộ đo DCV. Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV. 3.2. Đặt cảm biến trong nước đá đang tan. Chỉnh biến trở P3-OFFSET để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước đá đang tan (theo giá trị nhiệt kế ). Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 18 3.3. Đặt cảm biến trong nước sôi. Chú ý để cảm biến chạm đáy. Chỉnh biến trở P2 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế ). Tương ứng OUT2 = 1V. 3.4. Đặt cảm biến trở lại nước đá đang tan. Chỉnh lại biến trở P3-OFFSET để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước đá. 3.5. Đặt cảm biến trở lại nước sôi. Chỉnh lại biến trở P4 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế ). 3.6. Lặp lại các bước 3.2. và 3.3. vài lần cho đến khi nhiệt độ chỉ trên bộ thị DCV trùng với nhiệt độ thược cần đo. Chú ý chỉnh giá trị chỉ thị 1V = 1000C. 3.7. Đưa cảm biến ra không khí, chờ cho nhiệt độ ổn định, kiểm tra nhiệt độ chỉ thị trên DVC có trùng với nhiệt độ phòng hay không. 4. Thay bình nước và đo lại từ đầu. Đặt nhiệt kế và cảm biến ở cùng độ cao , không chạm đáy hoặc thành cốc. Thực hiện đun nước và theo dõi, ghi lại giá trị nhiệt độ chỉ thị trên nhiệt kế và trên máy đo. Biểu diển đồ thị mô tả đặc trưng lối ra của thiết bị, trong đó trục X đặt các giá trị ghi trên nhiệt kế , còn trục Y giá trị ghi trên máy đo DVC. Nếu đường sai lệch lớn so với đường chuẩn, cần chuẩn lại thang đo theo mục 3. PHẦN 3: ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG CẢM BIẾN NHIỆT PT-100 Nhiệm vụ : Nghiên cứu các nguyên tắc làm việc và đặc điểm sử dụng cảm biến nhiệt PT- 100 trong các thiết bị đo và điều khiển nhiệt độ . Cảm biến nhiệt điện trở RTD (Resistan Temperature Decector) hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở R của đa số kim loại thay đổi theo nhiệt độ T. khi nhiệt độ tăng, giá trị điện trở tăng. Cảm biến PT-100 là loại RTD,trong đó sử dụng điẹn trở thuần của cuộn dây plain cuốn theo dạng cuộn dạng lò xođặt ở vị trí đầu của cảm biến. Trong bảng 3-4 giới thiệu sự thay đổi giá trị điện trở của cảm biến platin. Bảng 3-4 NHIỆT ở (0C) ĐIỆN TRỞ (Ω) 0 100.0 25 109.9 50 119.8 75 129.6 100 139.3 Sự phụ thuộc của giá trị điện trở Rvào nhiệt độ T được mô tả bởi biểu thức : Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 19 R = RO(1+a1T+ a2T2), trong đó : RO là giá trị điện trở R ở 0C a1 : hằng số = 0.00399 a2 : hằng số = -6.10-7 T : nhiệt độ Với giá trị a2 nhỏ,có thể bỏ qua thành phần phụ thuộc bậc 2 của Tvà có thể xem như điện trở Rphụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ T. Ưu điểm của các cảm biến RTD là khoảng nhiệt độ đo rộng(-240 đến 6490C)có độ chính xác cao, độ phi tuyến nhỏ và tính đồng nhất của các cảm biến theo cùng loại cao. Khi cấp dòng Icho cảm biến,nhận đựơc thế ra cảm biến U = I.R. với giá trị điện trở Rthay đổi tuyến tính theo nhiệt độ, điện thế lối ra cảm biến củng là đại lượng phụ thuộc tuyến tính theo nhiệt độ. Sơ đồ với RTD đòi hỏi dòng I cung cấp phải rất ổn định. Sơ đồ của mảng M3-3/khối SME-403 bao gồm dòng cấp cho cảm biến từ IC6, tầng khuếch đại do IC4a(hình M3-4), tầng khuyếch đại do IC4b. Cặp nhiệt điện sử dụng trong thí nghiệm là loại PT100. Trong sơ đồ hình M3-4thiết bị có đặt 2 biến trở biến trở P5 OFFSETcho phép chỉnh zero cho thang đo và biến trở P6 GAINcho phép chỉnh thang đo( độ dốc đường biểu diễn giá trị đo ) Hình M3-4 : Sơ đồ đo nhiệt độ với cảm biến PT-100 Các bước thực hiện: 1. Sử dụng các dây cắm để nối mạch theo sơ đồ hình M 3-4cho mảng M3-3 khối SME-403: SENSOR +12 TS2 R26 7K15 TP17 R27 3K6 TP16 TP100 78L05 IC5 -12 VCC R23 3K6 - + TL0823 2 1 R29 58K TP14 TS1 GIAN R21 1K R25 IC4A OFFSET R28 3K6 C5 0.1 R24 IC6 TP15 78L05 R22 10K IC4B 5V R20 1K5 - + TL082 6 5 7 4 8 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 20 * Nối các chốt nguồn và đất của khối SME-403với nguồn ±12V và đất (GND) của máy chủ MTS-41. chú ý cắm đúng phân cực của nguồn. Nối các chốt của cảm biến với các chốt vào TC+,TC- của mảng M3-3 khối SME-403: - Dây có chốt màu cam –nối với TS1 - Dây có chốt màu xanh –nối với TS2 2. Xác định sự phụ thuộc thế ra vào nhiệt độ (xác định đường đo chưa chuẩn ). 2.1. Cắm điện cho bếp điện, tiến hành đo nước sôi. Cho đá (nước đóng băng ) vào cốc. 2.2. Nối chốt TP15của sơ đồ M3-3(lối vào khuếch đại cảm biến –IC4a) với lối vào INPUT(+) của bộ đo DCV. Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV. 2.3. Đặt cảm biến PT100 trong không khí, ghi giá trị thế ra cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M3-5 2.4. Đặt cảm biến PT100 trong nước đá đang tan (~+100oC),ghi giá trị thế của cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M3-5 Thạng thái cảm biến Nhiệt độ Thế ra TP5 Trong nước đá đang tan T1 = ~0oC U1= Trong không khí T2 = nhiệt độ phòng U2= Trong nuớc sôi T3 = +100 oC U3= 2.5. Biểu diễn sự phụ thuộc thế ra cảm biến vào nhiệt độ. 2.6. Kết luận về sự biếm đổi nhiệt độthành điện thế. Tính giá trị biến đổi nhiệt – điện thế của cảm biến PT100 ε = (U3-U1)/K.(T3-T1) : [mV/0C]. Trong đó K là hệ số khuếch đại của IC4a. K≈R22/R21 = 10. 3. Chuẩn thang đo. Mục đích chuẩn thang đo nhằm chỉnh zero và khuếch đại, sao cho nhiệt độ chỉ thị trùng với nhiệt độ thực cần đo 3.1. Nối lối ra của bộ khuếch đại (IC4b)-OUT3với lối vào INPUT(+) của bộ đo DVC. Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV. 3.2. Đặt cảm biến trong nước đá đang tan. Chỉnh biến trở P5-OFFSET để bộ chỉ thị DVC chỉ giá trị nhiệt độ nước đá đang tan (theo giá trị nhiệt kế ). 3.3. Đặt cảm biến trong nước sôi. Chú ý để cảm biến chạm đáy. Chỉnh biến trở P6 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế ). Tương ứng OUT1 = 1V. 3.4. Đặt cảm biến trở lại nước đá đang tan. Chỉnh lại biến trở P5-OFFSET để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước đá. Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 21 3.5. Đặt cảm biến trở lại nước sôi. Chỉnh lại biến trở P6 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế ). 3.6. lặp lại các bước 3.2. và 3.3. vài lần cho đến khi nhiệt độ chỉ trên bộ thị DCV trùng với nhiệt độ thược cần đo. Chú ý chỉnh giá trị chỉ thị 1V = 1000C. 3.7. Đưa cảm biến ra không khí, chờ cho nhiệt độ ổn định, kiểm tra nhiệt độ chỉ thị trên DVC có trùng với nhiệt độ phòng hay không. 4. Thay bình nước và đo lại từ đầu. Đặt nhiệt kế và cảm biến ở cùng độ cao , không chạm đáy hoặc thành cốc. Thực hiện đun nước và theo dõi, ghi lại giá trị nhiệt độ chỉ thị trên nhiệt kế và trên máy đo. Biểu diển đồ thị mô tả đặc trưng lối ra của thiết bị, trong đó trục X đặt các giá trị ghi trên nhiệt kế , còn trục Y giá trị ghi trên máy đo DCV. Nếu đường sai lệch lớn so với đường chuẩn, cần chuẩn lại thang đo theo mục 3. Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 22 BÀI 4 : CẢM BIẾN QUANG PHẦN I : SƠ ĐỒ ĐO QUANG ĐIỆN VÀ CẢNH BÁO THIẾT BỊ SỬ DỤNG : 1. Thiết bị chính cho thực tập diện tử về cảm biến và đo lường MTS – 41. 2. Khối thí nghiệm SME-104cho bài thực tập về quang điện – (gắn lên thiết bị chính MTS-41). Bộ cảm biến quang điện có nguồn sáng gắn kèm. 3. Dao động ký hai tia. 4. Phụ tùng dây cắm. Nhiệm vụ : Tìm hiểu nguyên tắc làm viểc của sơ đồ quang điện Các vật liệu quang dẫn ví dụ điện trở CdS, được chế tạo từ tập hợp các tinh thể riêng rẽ có khả năng thay đổi điện trở tương ứng với số photonánh sáng chuyền vào . đặc trưng phổ biến của quang trở bao chùm vùng phổ của ánh sáng thấy được ( ánh sáng biểu kiến ). Photodiode là yếu tố loại quang dẫn khi có thế phân cực ngược trên diode . các photon ánh sáng va chạm với lớp tiếp xúc (phần chuyền ) của diode sẻ tạo racác phần tử tải điện tự do , làm giảm điện trở phân cực ngược của diode tương ứng với số eclectron được giải phóng. Trong thí nghiệm xử dụng LED (Light Emitting Diode) làm yếu tố phát quangvà bộ thu là một quang trở (Photoresistor). Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 23 Hình 4 : Sơ đồ đo quang điện và cảnh báo Các bước thực hiện : 1. Sử dụng dây có chốt cắm để nối mạch theo sơ đồ hình SME-404: - Nối các chốt nguồn và đất của khối SME-404 (POWER PORT) với nguồn ±12Vvà đất (GND) của thiết bị chính MTS-41. Chú ý cắm đúng phân cức nguồn . 2. Khảo sát hiệu ứng quang điện . 2.1 Nối chân 7 (lối ra OUT)của bộ khuếch đại IC1b với lối vào (+) của bộ đo DCV của thiết bị chính MTS-41. lối vào (-) của DCV nối đất. 2.2 Nối J1, chỉnh biến trở P2 GAINcực đại và P1 OFFSETđể nhận trế ra = 8V cho trường hợp phát sáng cực đại. 2.3 Nối lần lượt các chốt J1 đến J4 để thay đổi dòng qua LED chiếu sáng,và do đó làm thay đổi cường độ ánh sáng. Ưùng với mổi gí trị ghi giá trị thế ra chỉ thị đo trên DCV. Ghi kết quả vào bảng M4-1 Bảng M4-1 Nối chốt J1 J2 J3 J4 L (phát) 12V/1K= 12V/2k2 12V/5K6 12V/10K U0 (OUT) U1(LEVER) T1 A1015 S2 P1 OFFSET VCCJ3 +12V R11 10K VCC - + TL082 2 3 7 1 IC1a C2 100uF R3 5K6 R7 18K R8 10K +12V VCC +12V R16 R9 10K R6 1K 78L05 P3 LEVER R2 2K2 J1 VCC C1 100uF +12V VCC GAIN R4 10K R14 4K7 - + U2A TL082 3 2 1 -12V - + TL082 5 6 1 S1 SENSOR VCC R10 10K VCC 12V J2 VCC R9 10K D1 IC1b VCC +12V R17 IC3 TP2 IC1C J4 R15 1K VCC VCC R5 1K TP3 VCC R1 1K -12V VCC -12V Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 24 2.4 nhận xét kết quả . 3. Lựa chọn ngưỡng cảnh báo Ứng với mổi vị trí chốt nối J1-J4 trong bảng M4-1, vặn biến trở P3- LEVER để định giá trị ngưỡng cho đèn D1 sáng. Đo giá trị thế ngưỡng U1 tại TP2 và ghi vào cột tương ứng của bảng M4-1 PHẦN II :SƠ ĐỒ ĐO VỚI CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1. Thiết bị chính cho thực tập điện tử về cảm biến và đo lường MTS-41 2. Bộ cảm biến hồng ngoại . 3. Dao động ký 2 tia . 4. Khối thí nghiệm SME:405 cho bài thực tập về cảm biến hồng ngoại (Gắn lên thiết bị chính MTS-41). 5. Phụ tùng : dây cắm. Nhiệm vụ : Tìm hiểu nguyên tắc làm việc của sơ đồ với cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại cho phép đo những vật thể có nhiệt độ khác nhau ở môi trường xung quanh ở khoảng cách vài mét mà không cần tiếp xúc nhiệt trực tiếp như cảm biến nhiệt độ Mỗi vật thể có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh đều phát ra tia hồng ngoại . ví dụ , con người động vật khi đứng yên hoặc di chuyển phát ra tia hồng ngoại . Khác với các bộ phận thu quang điện cảm biến thu hồng ngoại sữ dụng trong trường hợp này chỉ cần đầu thu màkhông cần đầu phát . Đối tượng thu như người , động vật , vật thể nóng , sẽ đóng vài trò nguồn phát hồng ngoại. Hiện nay , các bộ thu hồng ngoại được chế tạo từ vật liệu poroelectric, cho phép biến đổi các bức xạ hồng ngoại thành các xung lưỡng cực , gây ra các điện tích trên bề mặt ngoài của vật liệu . Bề mặt của điện cực và chất điện môi cấu tạo cảm biến thành một tụ điện . Tín hiệu tạo thành từ cảm biến tỷ lệ với cường độ bức xạ hồng ngoại tác động . Các vật liệu pyroelectric loại đơn thể như LiTaO3, LiNbO3, TGS thường được sử dụng để chế tạo cảm biến thu hồng ngoại . Vật thể khác như polymer(plastic)-PVDE(polyvinilidendifluorid) cũng đwược sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ và đơn giản sử dụng . Tuy nhiên loại vật liệu không chịu được nhiệt độ cao hơn 80c. Trong cảm biến thu , thường có bộ phát xạ dạng gương cấu , cho phép tập trung tia hồng ngoại vào bộ thu đặt ở tiêu cự gương cầu . Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 25 Cảm biến hồng ngoại có các đặc trưng điển như sau : -Thế làm việc Ub=4.5V. -Tín hiệu ra Ua(Ub=4.5V)=1.1V. -Công suất tiêu tán :0.18mW. Điện trở ra (Ub=4.5V)=2.2k Khoảng cách thu nhận cực đại :7m. Đặc trưng thời gian:500ms. Trong thực nghiệm , được sử dụng đèn phát để tạo các bức xạ hồng ngoại . Trên sơ đồ hình M5-1/ khối SME-405 , IC1 là sơ đồ phát xung để kích thích đèn phát hồng ngoại D1. Sơ đồ thu hồng ngoại D2 được nối với bộ khuyếch đại IC2 , khuyếch đại lối ra IC3 và tầng ngưỡng cảnh báo IC4. Các cảm biến hồng ngoại được đặt trên thanh trượt , choi phép thay đổi khgoảng cách giữa đầu thu và đầu phát . Hình 5 : Sơ đồ thu phát hồng ngoại Các bước thực hiện : 1. Sử dụng dây có chốt cắm để nối mạch theo sơ đồ hìnhM5-1/khối SME- 405: Nối các chốt cắm nguồn và đất của khối SNE-405(POWER PORT)với nguồn +12V, +5Vvà đất (GND)của thiết bị chính MTS-41. Chú ý cắm đúng phân cực của nguồn . LEVER R16 10K LM555 OUT R6 R TP4 R3 5K6 IC4 R11 R T1 D468 R2 10K DE2 C1 0.1 R17 470 R13 1K TP3 R5 R C5 100p D4 GND R15 10K - + TL082 3 2 1 8 TP5 5 C3 0.22 - + TL082 3 2 1 D2 VCC IC1 R8 1K R7 R C4 47p 7 D3 1N4148 R1 1K C8 D1 C2 0.1 2 TP1 P2 10K R10 R35 R 6 5V R9 IC3 5V +12V - + TL082 3 2 7 1 4 R12 BASE LINE E1 IC2 -12V DE1 +12V 5V E2 R14 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM Giáo trình thực hành đo lường cảm biến. 26 Nối bộ cảm biến hồng ngoại vào các chốt E1, DE1 ,E2-DE2 (GND). -Nối dây cam với chốt E1 của SME-405. -Nối dây đen với chốt E2 của SME-405. -Nối dây vàng với chốt DE1 của SME-405. -Nối dây xanh với chốt DE2 của SME-405. 2. Hiệu chỉnh chế độ ban đầu cho sơ đồ 2.1 Kiểm tra sơ đồ phát hồng ngoại Sử dụng dao động ký kiểm tra sơ đồ điều khiển đèn phát trên IC1. -Đặt thang đo thế lối vào của dao động ký ở 5V/cm. Đặt thời gian quét của dao động ký ở 0.1ms/cm. Chỉnh cho cả hai tia nằm giữa khoảng phần trên và phần dưới của nàm dao động ký Sử dụng các nút chỉnh vị trí để dịch tia theo chiều X và Y về vị trí dễ quan sát . -Nối lối vào kênh 1 của dao động ký với chốt thử PT1/ sơ đồ SNE-405. -Chỉnh biến trở P1 để chu kỳ (1ms) tần số phát cỡ 1kHz.Vẽ lại dạng tín hiệu 2.2 Điều chỉnh sơ đồ thu -Đặt đầu thu và đầu phát ở gần nhau , ở một phía của thanh trượt. -Cho cách ly giữa đầu phát D1 và đầu thu D2 . Điều chỉnh biến trở P1 – BASE LINE để dịch đường cơ bản sao cho tín hiệu ra ở TP4 giữa khoảng (không vào vùng bảo hoà). -Đặt đầu thu sát với đầu phát , sử dụng dao động ký để quan sát xung -Thay đổi khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát , dùng thước đo khoảng cách và đo biên độ tín hiệu theo khoảng