CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ngày nay, cảm biến là thiết bị được sử dụng rất phổ biến trong mọi lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô. Nghiên cứu về cảm biến để ứng dụng hiệu quả là vấn đề được quan tâm đặc biệt.
1.1.1 Công dụng cảm biến
Cảm biến là thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo (m) và cho đầu ra một đại lượng mang bản chất điện (s), với mối quan hệ s = F(m).
1.1.2 Phân loại cảm biến
Cảm biến được phân loại theo các cách sau:
- Theo nguyên lý chuyển đổi: vật lý, hóa học, sinh học.
- Theo thông số của mô hình mạch thay thế: cảm biến tích cực (nguồn áp hoặc nguồn dòng), cảm biến thụ động (R, C, L).
- Theo tín hiệu kích thích: quang điện, nhiệt điện, vị trí, vận tốc, lưu lượng, điện hóa, từ, lực.
1.1.3 Yêu cầu và Mục tiêu đề tài
Đồ án tập trung vào việc phân tích cơ sở lý thuyết và mô phỏng hoạt động của một số cảm biến sử dụng trong ngành cơ khí ô tô. Mục tiêu bao gồm phân tích lý thuyết, nguyên lý hoạt động, ứng dụng, mô phỏng và kiểm tra.
1.3 Giới hạn đề tài
Đồ án giới hạn nghiên cứu các loại cảm biến sau:
- Cảm biến vận tốc, lưu lượng, áp suất và mức chất lưu.
- Cảm biến đo chân không, độ ẩm và điện hóa.
- Cảm biến đo bức xạ hạt nhân và thành phần khí.
1.4 Cơ sở lý thuyết các loại cảm biến
1.4.1 Cảm biến đo vận tốc, lưu lượng và mức chất lưu
Chất lưu là môi trường vật chất ở dạng lỏng hoặc khí. Cơ học chất lưu nghiên cứu về sự chuyển động của chúng. Các cảm biến đo vận tốc, lưu lượng và mức chất lưu rất đa dạng về cấu tạo và phương pháp đo.
1.4.1.1 Đặc trưng của dòng chảy
Dòng chảy được đặc trưng bởi vận tốc, khối lượng riêng, áp suất và nhiệt độ. Số Reynolds (Re) là thông số không thứ nguyên quan trọng để mô tả dòng chảy không nén và đẳng nhiệt.
1.4.1.2 Cảm biến và phương pháp đo vận tốc của chất lưu
Vận tốc chất lưu thường được đo gián tiếp thông qua ảnh hưởng của nó đến các đặc trưng vật lý của vật trung gian. Các loại cảm biến được đề cập bao gồm phong kế dây, phong kế màng mỏng, phong kế ion và phong kế dùng chén bán cầu/cánh quạt.
1.4.1.3 Đo lưu lượng
Đo lưu lượng có vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Các loại lưu lượng kế được trình bày bao gồm:
- Lưu lượng kế điện từ.
- Lưu lượng kế cơ dùng chuyển đổi điện (lưu lượng kế phao nổi, lưu lượng kế lá chắn).
- Lưu lượng kế khối lượng nhiệt.
1.4.1.4 Đo và phát hiện mức chất lưu
Mục đích là xác định mức độ hoặc khối lượng chất lưu trong bình chứa. Các phương pháp đo gồm:
- Phương pháp thủy tĩnh.
- Phương pháp điện (cảm biến độ dẫn, cảm biến tụ điện).
- Phương pháp dùng bức xạ.
1.4.2 Cảm biến đo áp suất chất lưu
Áp suất là thông số quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là công nghiệp năng lượng. Các cảm biến áp suất được ứng dụng để kiểm tra và điều khiển máy móc tự động, hỗ trợ người máy.
1.4.2.1 Áp suất và đơn vị đo áp suất
Áp suất được xác định từ lực tác dụng lên một đơn vị diện tích. Các đơn vị đo áp suất phổ biến bao gồm Pascal (Pa) và bar.