NGÂN HÀNG CÂU HỎI MÔN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN Câu Vẽ cấu tạo, trình bày nhiệm vụ khối giải thích nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận điện điện cảm Đáp án: Sơ đồ cấu tạo cảm biến tiệm cận điện cảm: - Nhiệm vụ khối: + Đầu phát gồm dây quấn lõi sắt có nhiệm vụ tạo từ trường biến thiên khơng gian phía trước + Mạch dao động có nhiệm vụ tạo dao động điện từ tần số radio + Mạch phát mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu mạch dao động + Mạch ngõ dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ cảm biến - Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận điện cảm: + Khi có mục tiêu cần phát (đối tượng) kim loại tới gần cảm biến ( vào vùng từ trường biến thiên cảm biến), từ trường biến thiên mạch dao động gây Tập trung lõi sắt gây dịng điện xốy bề mặt đối tượng Dịng điện xốy sinh bề mặt đối tượng tạo nên tải làm giảm biên độ Tín hiệu mạch dao động Khi biên độ tín hiệu dao động nhỏ ngưỡng định trước , mạch phát mức tác động mạch ngõ để trạng thái ngõ lên ON Khi đối tượng rời khỏi vùng từ trường cảm biến, biên độ tín hiệu mạch dao động tăng lên, tín hiệu mạch dao động có biên độ lớn ngưỡng, mạch phát mức tác động mạch ngõ tạo trạng thái ngõ OFF Câu Cho hình minh hoạ hoạt động cảm biến tiệm cận điện cảm Phân tích hoạt động cảm biến điện cảm từ hình minh hoạ Đáp án: - Hình minh hoạ hoạt động cảm biến tiệm cận điện cảm: - Giải thích hoạt động: +Trong vùng ta thấy vị trí đối tượng cách xa đầu phát hiện,đối tượng không nằm vùng từ trường phát cảm biến nên biên độ mạch dao động không bị ảnh hưỏng có tín hiệu dao động Vì biên độ tín hiệu dao động cao mức ngưỡng nên đầu mạch phát mức vùng có xung mức cao, lúc tác động vào mạch bật công tắc chuyển trạng thái OFF (xung mức thấp) + Trong vùng ta thấy vị trí đối tượng tiến gần đến đầu phát cảm biế, nằm vùng từ trường biến thiên, lúc làm tăng tải làm giảm biên độ tín hiệu mạch dao động nên ta thấy vùng khơng suất biên độ tín hiệu dao động Vì biên độ tín hiệu dao động nhỏ mức ngưỡng nên đầu mạch phát mức có xung mức thấp kích vào mạch bật chuyển mạch lên mức ON ( Mức cao) + Trong vùng hoạt động tương tự vùng Câu Vẽ cấu tạo, trình bày nhiệm vụ khối giải thích nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận điện điện dung Đáp án: - Sơ đồ cấu tạo cảm biến tiệm cận điện cảm: -Nhiệm vụ khối: + Đầu phát cảm biến tiệm cận điện dung cực cố định tụ điện, cực lại đối tượng cần phát hiện, cực di động + Mạch dao động có nhiệm vụ tạo dao động biên độ tín hiệu dao động phụ thuộc vào cực di động mục tiêu + Mạch phát mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu mạch dao động + Mạch ngõ dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ cảm biến - Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận điện dung: + Khi mục tiêu cần phát di chuyển đến gần đầu phát cảm biến làm điện dung tụ điện ( tạo cực bề mặt đầu thu cực cịn lại đối tượng) C bị thay đổi Khi điện dụng tụ điện bị thay đổi mạch dao động tạo tín hiệu dao động Khi tín hiệu dao động có biên độ lớn ngưỡng đặt trước mạch phát mức điều khiển mạch trạng thái ON Khi đối tượng xa cảm biến, biên độ tín hiệu mạch doa động nhỏ, mạch phát mức điều khiển mạch trạng thái OFF Câu Nêu ứng dụng cảm biến tiệm cận điện cảm, điện dung Vẽ sơ đồ ứng dụng cảm biến tiệm cận điện cảm giải thích hoạt động Đáp án: - Cảm biến tiệm cận điện cảm dùng để phát xuất vật thể kim loại vị trí xác định trước ( Vị trí đặt cảm biến) như: Phát cabin thang máy tầng, phát chai nước có nắp hay khơng ( Nắp chai nước làm kim loại), xác định vị trí hai đầu mút mũi khoan, phát trạng thái đóng hay mở van, đo tốc độ quay động cơ, phat trạng thái đóng mở xi lanh - Cảm biến tiệm cận điện dung dùng để phát suất vật thể kim loại phi kim loại vị trí xác định trước ( vị trí đặt cảm biến) như: Phát thuỷ tinh, nhựa, chất lỏng - Dưới trình bày số ví dụ ứng dụng cảm biến tiệm cận Ví dụ Dùng cảm biến tiệm cận điện cảm để đo tốc độ động Ví dụ 2: Dùng cảm biến tiệm cận điện dung để phát hộp sữa không đầy dây chuyền sản xuất sữa hộp Câu chất rắn Đáp án: Vẽ cấu tạo giải thích hoạt động cảm biến nhiệt giản nở Nhiệt kế gốm kim loại Nhiệt kế kim loại kim loại Nguyên lý hoạt động: - NhiƯt kÕ gèm - kim lo¹i(Dilatomet): gåm gốm (1) đặt ống kim loại (2), đầu gốm liên kết với ống kim loại, đầu A nối với hệ thống truyền động tới bé phËn chØ thÞ HƯ sè gi·n në nhiƯt cđa kim loại gốm k g Do k > g, nhiệt độ tăng lng dt, kim loại giÃn thêm lng dlk, gốm giÃn thêm dlg với dlk>dlg, làm cho gốm dịch sang phải Dịch chuyển gốm phụ thuộc dlk - dlg ®ã phơ thc nhiƯt ®é - NhiƯt kÕ kim lo¹i - kim lo¹i: gåm hai kim loại (1) (2) có hệ số giÃn nở nhiệt khác liên kết với theo chiều dọc Giả sư α1 > α2 , gi·n në nhiƯt hai kim loại cong phía (2) Dựa vào độ cong kim loại để xác định nhiệt ®é NhiƯt kÕ gi·n në dïng chÊt r¾n thường dïng ®Ĩ ®o nhiƯt ®é 700oC Câu Vẽ cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở kim loại, giải thích hoạt động phương trình chuyển đổi cảm biến Đáp án: - Cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở kim loại: + Cảm bién nhiệt điện trở kim loại gồm dây dẫn kim loại Platin, Niken, Đồng quấn lõi cách điện - Nguyên lý hoạt động phương trình chuyển đổi cảm biến nhiệt điện trở kim loại: Khi nhiệt độ cảm biến thay đổi, điện trở cảm biến thay đổi theo phương trình 1: R(T) =R0(1 + AT + BT2 + CT3) (1) Trong T đo oC, R(T) điện trở cảm biến nhiệt độ T, R điện trở cảm biến nhiệt độ 0oC, A, B, C số xác định cách đo điện trở cảm biến nhiệt độ biết trước Ở nhiêt độ thấp, phương trình chuyển đổi cảm biến tuyến tính (2) R(T) = R0(1 + αT) (2) Với α hệ số nhiệt điện trở, tuỳ thuộc vào kim loại bảng sau: Kim loại Α(oC) Platin 3,9.10-3 Đồng 4,3.10-3 Niken 5,4.10-3 Do có tính chất kim loại chế tạo cảm biến có tính chất lý hố khác nhua nên tầm đo cảm biến sử dụng kim loại khác khác Cảm biến Platin o Tầm đo ( C) -200 - 1000 NB(t) Xét đầu làm việc (nhiệt độ t), N A(t) > NB(t) nên có khuếch tán điện tử từ A → B vµ ë tiÕp xóc xt hiƯn hiệu điện e(AB)(t) có tác dụng cản trở khuếch tán Khi đạt cân e (AB) (t) không đổi Tng tự mặt tiếp xúc ®Çu tù (nhiƯt ®é t0) cịng xt hiƯn mét hiệu điện e(AB)(t0) Giữa hai đầu dây dẫn có chênh lệch nồng độ điện tử tự do, có khuếch tán điện tử hình thành hiệu điện tng ứng A eA(t,t0) B eB(t,t0) Sức điện động tổng sinh hiệu ứng nhiệt điện xác định bëi c«ng thøc sau: EAB = eAB(t) + eBA(t0)) + eA(t0,t) + eB(t,t0) (1) Vì eA(t0,t) eB(t,t0) nhỏ ngược chiều bỏ qua, nên ta có : EAB = eAB(t) + eAB(t0) Nếu nhiệt độ hai mối hàn nhau, chẳng hạn t0 sức điện động tổng : EAB =eAB(t0) + eBA(t0) =0 Hay : eBA(t0) = -eAB(t0) Như : EAB =eAB(t) – eAB(t) Đây phương trình cặp nhiệt ngẫu Câu 10 Điều kiện để mắc thêm dây dẫn vào đầu tự cặp nhiệt Viết phương trình sức điện động tổng mắc thêm dây dẫn thứ ba vào đầu tự cặp nhiệt cho nhận xét phương trình tìm Đáp án: - Điều kiện để mắc thêm dây dẫn vào đầu tự cặp nhiệt nhiệt độ mối hàn vào hai đầu tự phải - Sức điện động cặp nhiệt không thay đổi nối thêm vào mạch dây dẫn thứ ba (hình 1.1) nhiệt độ hai đầu nối dây thứ ba giống Hình 1.1 Sơ đồ nối cặp nhiệt với dây thứ ba + Ta có, trường hợp hình vẽ a EABC(t,t0) = eAB(t) + eBC(t0) + eCA(t0) Vì : eAB(t0) + eBC(t0) + eCA(t0) = Nên : EABC(t,t0) = eAB(t) + eAB(t0) (1.1) Từ công thức 1.1 ta thấy nối thêm dây dẫn thứ ba vào hai đầu dây tự sức điện động tổng không thay đổi, nhiên sức điện động tổng sai số hai đầu mối hàn tự vào dây thứ ba có nhiệt độ khác ( suất sức điện động ký sinh) + Trường hợp hình vẽ b Ta có : EABC(t,t1,t0) = eAB(t) – eAB(t0) + eBC(t1) + eCB(t1) Vì : eBC(t1) = -eCB(t1) Nên : EABC(t,t0) = eAB(t) – eAB(t0) (1.2) Từ công thức 1.2 ta thấy nối thêm dây dẫn thứ ba vào hai đầu dây tự sức điện động tổng khơng thay đổi, nhiên sức điện động tổng sai số hai đầu mối hàn tự vào dây thứ ba có nhiệt độ khác ( suất sức điện động ký sinh) Câu 11 Vẽ cấu tạo hoả kế quang giải thích hoạt hoả kế quang Nêu ứng dụng hoả kế thực tế Đáp án: - Sơ đồ cấu tạo hoả kế quang học: + Cấu tạo: nguồn nhiệt cần đo, vật kính, kính lọc, vách kính, nguồn nhiệt mẫu, kính lọc ánh sáng đỏ, mắt kính - Nguyên lý hoạt động hoả kế quang học: + Khi đo, hướng hoả kế vào vật cần đo, ánh sáng từ vật xạ cần đo nhiệt độ (1) qua vật kính (2), kính lọc (3), vách ngăn (4), (6), kính lọc ánh sáng đỏ (7) tới thị kính (8) mắt Bật cơng tắc K để cấp điện nung nóng dây tóc bóng đèn mẫu (5), điều chỉnh biến trở R b để độ sáng đèn mẫu trùng với độ sáng vật cần đo dừng lại, đọc kết đồng hồ đo đèn mẫu nhiệt độ vật cần đo + Sai số đo: Sai số đo đen vật đo ε