Giáo trình Mô đun Kỹ thuật cảm biến - Điện dân dụng

n áp nguồn 100÷240VAC 
- Ngõ ra điều khiển max 200mA với 
điện áp 220VAC 
Hình: Cảm biến tiệm cận AC 
vuông UP-25SAA/AC 
- Điện trở cách ly Min 
69 
- Dòng điện tiêu thụ max 10mA 
- Nhiệt độ làm việc -250c ÷750c 
- Dòng điện tiêu thụ max 10mA 
50MΩ 
- Hiển thị LED đỏ 
- Chuẩn bảo vệ IP67(ICE) 
- Chất liệu vỏ nhựa 
 Series cảm biến tệm cận CR của hãng Autonic Hàn Quốc 
Hình: Cảm biến tiệm cận CR series của hãng Autonic 
Hình: Loại 3 dây 
Hình: Loại 3 dây 
70 
Bảng: Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận điện dung của hãng Autonic 
 Series cảm biến tệm cận của hãng Schneider 
Hình: Cảm biến tiệm cận hãng Schneider 
71 
Bảng thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận hãng Schneider 
4. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 
Mục tiêu:Trình bày được cách kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế và kiểm tra, hiệu 
chỉnh, thay thế được các loại cảm biến tiệm cận 
4.1. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến tiệm cận điện cảm 
4.2. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến tiệm cận dòng cảm ứng 
4.3. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến tiệm cận điện dung 
72 
Bài 8 
CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG 
Mã bài: MĐ 27.08 
Giới thiệu: 
Mục tiêu: 
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng 
dụng của cảm biến từ trường. 
- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến từ trường. 
- Kiếm tra, hiệu chỉnh được các loại cảm biến từ trường. 
- Nghiêm túc, cẩn thận, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp 
1. Khái niệm cảm biến từ trường 
Mục tiêu:Trình bày được khái niệm về cảm biến từ trường. 
2. Các loại cảm biến từ trường 
Mục tiêu:Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, tham số kỹ thuật, phạm vi 
ứng dụng của các loại cảm biến từ trường. 
2.1. Cảm biến từ trường KMZ51 
2.1.1. Cấu tạo 
 Cảm biến từ trường KMZ51 là loại cảm 
biến từ trường của trái đất, do hãng Philips chế 
tạo từ năm 1996. Thực chất nó là một cảm 
biến từ điện vì nó sử dụng hiệu ứng từ điện 
của một màng mỏng permallo, bên trong cảm 
biến có chứa một cầu wheatsone và hai cuộn 
dây gồm một cuộn bù và một cuộn lật. Có thể 
đơn giản hóa sơ đồ cấu tạo của KMZ51 như 
hình vẽ dưới đây: 
Hình: Cảm biến từ trường 
KMZ51 
73 
Hình: Cấu tạo bên trong cảm biến KMZ51 
 Nhìn vào hình vẽ cấu tạo bên trong ta có thể thấy KMZ51 là cảm biến từ 
trường 1 chiều. Chức năng các chân cho như bảng sau: 
Bảng: Thứ tự chân và chức năng từng chân của KMZ51 
 Chân 1 và 8 là hai đầu cuộn lật. 
 Chân 4 và 5 là hai đầu cuộn bù, bù sai số do nhiệt độ môi trường thay đổi. 
 Chân 2 và 3 là hai chân cấp nguồn vào cầu. 
 Chân 6 và 7 là hai đầu điểm giữa của cầu so sánh. 
2.1.2. Nguyên lý làm việc 
2.1.3. Các tham số kỹ thuật và phạm vi ứng dụng 
74 
* Các tham số kỹ thuật 
 - Điện áp vào cầu từ 5÷8VDC 
 - Trở kháng R của cầu là 3KΩ 
 - Trở kháng cuộn bù từ 170÷300Ω 
 - Trở kháng cuộn lật 3÷5Ω 
 - Dòng điện định mức cuộn lật 1200mA 
 - Thời gian lật xung từ 3÷100ms 
* Phạm vi ứng dụng 
 Cảm biến KMZ51 
thường dùng để phát hiện 
từ trường trái đất để định 
hướng hoặc làm la bàn 
số. Ví dụ như trong la 
bàn CMPS03 có sử dụng 
2 cảm biến KMZ51 bố 
trí vuông góc để cảm 
biến từ trường trái đất Hình: La bàn CMPS03 
theo hai chiều khác nhau. Hai lối ra của nó dùng để tính toán chiều của các 
thành phần từ trường trái đất, và dữ liệu được kết nối ra bên ngoài theo chuẩn 
I2C trên hai chân SDA và SCL. 
Hình: Sơ đồ ứng dụng dùng KMZ51 
75 
Hình: Sơ đồ ứng dụng dùng KMZ51 
2.2. Cảm biến từ trường KMZ52 
2.2.1. Cấu tạo 
 Cảm biến từ trường KMZ52 cũng được sản 
xuất bở hãng Philips, nhưng nó bản thân bên trong 
của nó có thể cảm nhận từ trườn trái đất theo hai 
chiều vuông góc. Như vậy trong một la bàn thay 
vì việc sử dụng hai cảm biến KMZ51 ta có thể sử 
dụng một cảm biến KMZ52 là đủ. Ngoài ra nó còn 
được tích hợp một số công nghệ chống nhiễu đặc 
biệt để cải thiện độ chính xác. Sơ đồ khối cấu trúc 
Hình: Cảm biến từ trường 
KMZ52 
Bên trong của KMZ52 được trình bày như hình vẽ dưới đây: 
76 
Hình: Sơ đồ khối cấu tạo bên trong của KMZ52 
Hình: Sơ đồ chân của KMZ52 
Bảng: Chức năng từng chân của KMZ52 
77 
Nhìn vào sơ đồ khối ta có thể thấy chức năng của từng khối bên trong như sau: 
 Z1 và Z4 là hai cuộn lật được làm bằng các vật liệu từ tính đặc biệt. 
 Z2 và Z3 là hai cuộn bù. Hai cuộn này có nhiệm vụ bù sai số do nhiệt độ 
môi trường thay đổi để nâng cao độ chính xác. 
 Ngoài ra còn có hai cầu điện trở, các điện trở trong cầu cũng được làm 
bằng vật liệu từ điện trở, tức là khi từ trường thay đổi thì giá trị điện trở của cầu 
thay đổi theo. 
2.2.2. Nguyên lý làm việc 
 Nguyên lý hoạt động dựa trên nguyên lý từ điện trở. Khi vị trí của cảm biến 
bị thay đổi có thể à theo hai chiều X và Y, làm cho từ trường của các cuôn dây 
Z1 và Z4 thay đổi theo từng vị trí và từng hướng khác nhau do từ trường trái đất 
thay đổi. Khi từ trường các cuôn dây Z1 và Z4 thay đổi làm điện trở của hai cầu 
so sánh thay đổi và ở đầu ra hai cầu sẽ suất hiện một điện áp. Vậy điện áp đầu ra 
hai cầu so sánh sẽ thay đổi theo từng vị trí của cảm biến. Bằng việc đọc điện áp 
đầu ra ta có thể biết được vị hướng thực tế của cảm biến so với từ trường trái đâ. 
2.2.3. Các tham số kỹ thuật và phạm vi ứng dụng 
* Các tham số kỹ thuật: Thông số kỹ thuật được cho như báng sau: 
Bảng: Thông số kỹ thuật của KMZ52 
* Phạm vi ứng dụng: Cảm biến KMZ52 cũng thường được dùng để chế tạo la 
bàn số. 
78 
Hình: Sơ đồ ứng dụng KMZ52 
Hình: Ứng dụng KMZ52 làm la bàn 
3. Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến từ trường 
Mục tiêu:Trình bày được cách nhận dạng phân biệt và nhận dạng phân biệt 
được các loại cảm biến từ trường. 
79 
3.1. Cách nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến từ trường 
 Để nhận dạng phân biệt cảm biến từ trường ta dựa vào hình dạng bên ngoài 
và tên in trên lưng của cảm biến. 
 - Nếu là loại 4 chân thì đấy là KMZ51 
 - Nếu là loại 8 chân thì đấy là loại KMZ52 
 - Trên KMZ51 và KMZ52 thường ghi số các số liệu như hình vẽ dưới đây: 
Hình: KMZ51 
Hình: KMZ52 
3.2. Thực hành nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến từ trường 
4. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 
Mục tiêu:Trình bày được cách kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế và kiểm tra, hiệu 
chỉnh, thay thế được các loại cảm biến từ trường. 
4.1. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến từ trường KMZ51 
4.1. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến từ trường KMZ52 
80 
Bài 9 
CẢM BIẾN ẨM 
Mã bài: MĐ 27.09 
Giới thiệu: 
Độ ẩm là một thông số quan trọng tác động trực tiếp đến con người, đến 
thiết bị máy móc và các quá trình lý hoá. Độ ẩm thay đổi trong một dải rộng 
30% - 70% với độ ẩm nhỏ hơn 35% bộ máy tiêu hoá bị kích thích nếu lớn hơn 
75% độ ra mồ hôi giảm nghiêm trọng. 
Trong công nghiệp, các thiết bị, máy móc, độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến 
chúng ta nhất là các thiết bị điện - điện tử. Do vậy mà việc đo, xác định độ ẩm 
và chống ẩm là nhiệm vụ rất quan trọng trong các nghành sản xuất công nghệ, 
điều khiển và thiết kế chế tạo thiết bị. 
Mục tiêu: 
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng 
dụng của cảm biến ẩm. 
- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến ẩm. 
- Kiếm tra, hiệu chỉnh, thay thế được các loại cảm biến ẩm. 
- Nghiêm túc, cẩn thận, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp. 
Nội dung chính: 
1. Khái niệm cảm biến ẩm 
Mục tiêu:Trình bày được khái niệm về cảm biến ẩm. 
 Trong không khí luôn có một lượng hơi nước nhất định tùy theo nhiệt độ và 
áp suất của không khí. Độ ẩm của khí quyển quyết định bởi lượng hơi nước bay 
hơi trong không khí ở một điều kiện nhiệt độ và áp suất nào đó. 
 Việc đo độ ẩm của chất khí nói chung và của không khí nói riêng là rất 
quan trọng, và nó được đo bằng các cảm biến độ ẩm. Các cảm biến độ ẩm này 
thường hoạt động theo hai nguyên lý: 
 - Nguyên lý vật lý cho phép xác định trực tiếp độ ẩm. 
81 
 - Nguyên lý dựa vào việc đo tính chất của vật liệu có liên quan đến độ ẩm 
rồi từ đó suy ra độ ẩm. 
2. Các loại cảm biến ẩm 
Mục tiêu:Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, các tham số và phạm vi 
ứng dụng của các loại cảm biến ẩm. 
2.1. Ẩm kế biến thiên trở kháng 
2.1.1. Cấu tạo 
 Ẩm kế điện trở là các thiết bị đo độ ẩm dựa trên cảm biến điện trở, chúng 
được phân thành hai loại: 
- Điện trở kim loại: là một đế có kích thước nhỏ ( vài mm2 ) được phủ chất 
hút ẩm và gắn hai điện cực bằng kim loại không bị ăn mòn và bị ô xy hoá. Giá 
trị điện trở đo được giữa hai cực phụ thuộc vào hàm lượng nước (tỷ số giữa 
khối lượng nước hấp thụ với khối lượng chất khô) và vào nhiệt độ chất hút ẩm . 
hàm lượng nước lại phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ. 
- Chất điện phân : là những chất dẫn điện. Điện trở của chúng phụ thuộc vào 
thể tích trong đó thể tích bị thay đổi theo hàm lượng nước, do đó có thể biến đổi 
độ ẩm tương đối thành tín hiệu điện 
 Trên đây là hình đường cong đặc trưng cho sự phụ thuộc của điện trở với 
độ tương đối của cảm biến điện trở. Trong thục tế điện trở Rm phụ thuộc đồng 
thời cả độ ẩm tương đối và cả nhiệt độ , ảnh hưởng của nhiệt độ có thể sử dụng 
mạch bù trừ như hình vẽ trên trong đó RA, RB có hệ số nhiệt độ giống nhau. 
Với cảm biến điện trở có thể sử dụng với dải đo từ 5 95 % và dải nhiệt độ -
10o C 50 hoặc 60 0 C. Thời gian hồi đáp cỡ 10 giây và sai số 2 5%. 
2.1.2. Nguyên lý làm việc 
82 
 Ẩm kế điện trở dùng điện trở hút ẩm 
(dùng chất hút ẩm phủ lên) sau đó điện trở 
được nối tới cầu Wheatons có bù nhiệt. 
Điện trở của CB thay đổi tỉ lệ với độ ẩm 
được chuyển thành tín hiệu điện tương 
ứng. 
2.1.3. Các tham số kỹ thuật và phạm vi 
ứng dụng 
* Các tham số kỹ thuật: 
- Dải đo RH: 15%-99% 
- Dải đo nhiệt độ: -10 0C đến 60 0C 
Hình: Giá trị điện trở thay đổi theo 
độ ẩm 
- Độ chính xác: 2% 
- Thời gian hồi đáp: khoảng 10s 
- Kích thước nhỏ, rẻ, ít chịu ảnh hưởng ô nhiễm môi trường trừ nơi hoá chất 
ăn mòn cao. 
* Phạm vi ứng dụng: Dùng để chế tạo ẩm kế đo độ ẩm 
Hình: Ứng dụng cảm biến ẩm chế tạo ẩm kế 
2.2. Ẩm kế hấp thụ 
2.2.1. Cấu tạo 
 Nguyên lý cấu tạo của ammr kế hấp thụ như hình vẽ dưới đây: 
 Ống ki, loại 4 có bọc cách điện, được bao phủ xung quanh bằng một lớp vải 
2 tẩm dung dịch bão hòa muối LiCl. Trong lớp này có quấn hai dây bằng kim 
loại không bị ăn mòn đặt cách nhau và được dùng làm hai điện cực 3 được cấp 
điện từ một máy biến áp. 
83 
Hình: Ẩm kế hấp thụ 
2.2.2. Nguyên lý làm việc 
 Dòng điện tạo ra bởi hai điện cực chạy qua dung dịch muối sẽ đốt nóng và 
làm bay hơi nược. Khi nước bay hơi hết, độ dẫn của LiCl tinh thể nhỏ hơn nhiều 
so với độ dẫn dung dịch, nên dòng điện giữa hai điện cực giảm đáng kể và nhiệt 
độ giảm. Vì LiCl là chất ưa nước nên nó lại hấp thụ nước từ không khí, độ ẩm 
tăng, độ dẫn tăng, dòng điện tăng và lớp phủ LiCl lại bị đốt nóng. Cuối cùng sẽ 
có hiện tượng cân bằng giữa áp suất hơi bão hòa trên dung dịch muối và áp suất 
hơi trong hông khí. Cân bằng này xảy ra lúc áp suất đạt bão hòa và điểm sương. 
2.2.3. Các tham số kỹ thuật và phạm vi ứng dụng 
2.3. Ẩm kế quang 
2.3.1. Cấu tạo 
2.3.2. Nguyên lý làm việc 
2.3.3. Các tham sô kỹ thuật và phạm vi ứng dụng 
3. Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến ẩm 
84 
Mục tiêu:Trình bày được cách nhận dạng phân biệt và nhận dạng phân biệt 
được các loại cảm biến ẩm. 
3.1. Cách nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến ẩm 
3.2. Thực hành nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến ẩm 
4. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 
Mục tiêu:Trình bày được cách kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế và kiểm tra, hiệu 
chỉnh, thay thế được các loại cảm biến ẩm. 
4.1. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế ẩm kế biến thiên trở kháng 
4.2. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế ẩm kế hấp thụ 
4.3. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế ẩm kế quang 
85 
Bài 10 
CẢM BIẾN RUNG 
Mã bài: MĐ 27.10 
Giới thiệu: 
Mục tiêu: 
- Trình bày đươc cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm rung. 
- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến rung. 
- Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế được các loại cảm biến rung 
- Nghiêm túc, cẩn thận, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp. 
Nội dung chính: 
1. Khái niệm cảm biến rung 
Mục tiêu:Trình bày được khái niệm về cảm biến rung. 
Đo độ dung trong công nghiệp có tầm quan trọng đặc biệt vì rung động gây 
nên tiếng ồn có hại cho sức khỏe, giảm tuổi thọ và năng suất của các thiết bị, 
làm mài mòn và gây mỏi cho các chi tiết cơ khí. Vì vậy trong các quy định 
người ta giới hạn biên độ rung động cho các thiết bị cụ thể theo chuẩn quốc gia. 
Độ rung được đặc trưng bởi độ dịch chuyển, tốc độ hoặc gia tốc tại các điểm xác 
định nào đó trên thiết bị. 
Tùy theo dải tần, cảm biến rung được cấu tạo khác nhau cho phù hợp. Cấu 
trúc chung của cảm biến rung, tốc độ rung, lắc và gia tốc gồm có khối quán tính 
M, lò xo cản Km, hệ thống cản dịu B kết hợp với một cảm biến điện như tinh thể 
áp điện, biến trở, cuộn dây cảm ứng..vv.. Chúng được đặt trong một hộp kín. 
Chuyển động rung của khối quán tính M được chuyển thành tín hiệu điện cần đo 
và đưa ra ngoài. Quan hệ giừa tần số cộng hưởng của hệ thống cơ và dải tần cần 
đo thường tỷ lệ nghịch với nhau. Tần số của các cảm biến khi đo độ rung cần 
thấp hơn một số lần giới hạn dưới của dải tần cần đo. Khi đo gia tốc, tần số của 
cảm biến cần lớn hơn một số lần giới hạn trên của dải tần cần đo. 
86 
Dải tần đo độ rung nằm trong khoảng 20÷3000Hz vì vậy hệ thống cơ cần có tần 
số nằm trong khoảng 2÷7Hz. Khi đo gia tốc, tần số nằm trong khoảng 
10÷15khz. 
2. Vi âm tụ điện 
Mục tiêu:Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, các tham số và phạm vi 
ứng dụng của cảm biến vi âm tụ điện. 
2.1. Cấu tạo 
2.2. Nguyên lý làm việc 
2.3. Các tham sô kỹ thuật và phạm vi ứng dụng 
3. Vi âm áp điện 
Mục tiêu:Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, các tham số và phạm vi 
ứng dụng của cảm biến vi âm áp điện. 
3.1. Cấu tạo 
3.2. Nguyên lý làm việc 
3.3. Các tham số kỹ thuật và phạm vi ứng dụng 
4. Vi âm động lực 
Mục tiêu:Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, các tham số và phạm vi 
ứng dụng của cảm biến vi âm động lực. 
4.1. Cấu tạo 
4.2. Nguyên lý làm việc 
4.3. Các tham sô kỹ thuật và phạm vi ứng dụng 
5. Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến rung 
Mục tiêu:Trình bày được cách nhận dạng phân biệt và nhận dạng phân biệt 
được các loại cảm biến rung. 
5.1. Cách nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến rung 
87 
5.2. Thực hành nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến rung 
6. Kiểm tra, thay thế các loại cảm biến rung 
Mục tiêu:Trình bày được cách kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế và kiểm tra, hiệu 
chỉnh, thay thế được các loại cảm biến rung. 
6.1. Kiểm tra, thay thế Vi âm tụ điện 
6.2. Kiểm tra, thay thế Vi âm áp điện 
6.3. Kiểm tra, thay thế Vi âm động lực 
88 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạch Sơn, Đào 
Văn Tân – Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển – NXB Khoa 
học và kỹ thuật – 2001 
2. Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến – Giáo trình cảm biến – NXB Khoa học 
và kỹ thuật - 2000 
3. Cảm biến và ứng dụng. Dương Minh Trí .NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 
2001