TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ Tên đề tài CẢM BIẾN NHIỆT - ỨNG DỤNG CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Thầy Vương Tấn Sĩ Vũ Quốc Thái Mã số SV: 1117562 Lớp: Sư phạm Vật lý – Tin học Khóa: 37 Cần Thơ, năm 2015 Để hoàn thành luận văn này, xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Vương Tấn Sĩ, tận tình hướng dẫn suốt trình viết luận văn tốt nghiệp Tôi chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Bộ môn Vật lý, khoa Sư phạm, Trường Đại Học Cần Thơ tận tình truyền đạt kiến thức năm học tập Với vốn kiến thức tiếp thu trình học không tảng cho trình nghiên cứu luận văn mà hành trang quí báu để bước vào đời cách vững tự tin Ngoài ra, xin cảm ơn người bạn, người thân động viên giúp đỡ suốt thời gian làm luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, tránh khỏi thiếu sót, mong quý thầy cô bạn đọc nhận xét, góp ý kiến thêm Cuối xin kính chúc quý Thầy, Cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Cần Thơ, ngày 23 tháng 04 năm 2015 Nguời Viết Vũ Quốc Thái LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết phân tích luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu trước Mọi tham khảo, trích dẫn rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo luận văn Cần Thơ, ngày 23 tháng 04 năm 2015 Tác giả Vũ Quốc Thái MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ NHIỆT ĐỘ 1.1 Khái niệm nhiệt độ 1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phương pháp đo nhiệt độ 1.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đại lượng khác 1.2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ 1.2.3 Thang đo nhiệt độ định dạng CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI DỤNG CỤ ĐO NHIỆT VÀ CẢM BIẾN 2.1 Nhiệt kế 2.1.1 Nhiệt kế gì? 2.1.2 Lịch sử nhiệt kế 2.1.3 Các loại nhiệt kế 2.1.4 Cấu tạo nhiệt điện trở 2.1.5 Nhiệt kế oxit bán dẫn 11 2.1.6 Nhiệt kế hồng ngoại 12 2.1.7 Các loại nhiệt kế chuyên dụng 13 2.2 Các khái niệm đặc trưng cảm biến 14 2.2.1 Khái niệm cảm biến 14 2.2.2 Các thông số đặc trưng cảm biến 16 2.2.3 Phân loại cảm biến 19 2.3 Cảm biến nhiệt 23 2.3.1 Cảm biến nhệt điện trở 23 2.3.2 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại 23 2.3.3 Thermistor 25 2.3.4 Cặp nhiệt điện 28 2.3.5 Ứng dụng cặp nhiệt điện 30 CHƯƠNG 3: MẠCH ỨNG DỤNG SỬ DỤNG IC CMOS CD4013B 34 3.1 Tổng quan flip flop (FF) 34 3.2 Tìm hiểu chung CMOS 34 3.2.1 Cấu tạo 34 3.2.2 Phân loại 36 3.3 Đặc tính kỹ thuật 42 3.3.1 Công suất tiêu tán 42 i 3.3.2 Tốc độ chuyển mạch (tần số chuyển mạch) 42 3.3.3 Điện áp vào loại CMOS 43 3.3.4 Dòng điện ngõ vào ngõ 44 3.3.5 Hệ số tải 44 3.3.6 Tính kháng nhiễu 45 3.4 Các cổng IC lôgic 45 3.5 Thiết bị báo động nhiệt 46 3.6 Sơ đồ mạch in 48 3.7 Nguyên lý hoạt động 49 3.8 Ưu điểm 50 PHẦN KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong đời sống kỹ thuật tại, vấn đề sử dụng thiết bị tự động việc sử dụng cảm biến thiết bị điện, điện tử yêu cầu tất yếu Các cảm biến giúp cho quản lí thiết bị tự động, thực yêu cầu theo ý muốn lập trình trước Cảm biến có nhiều loại, đa dạng phong phú, vô số loại cảm biến như: Cảm biến quang, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến âm thanh… Các cảm biến sử dụng nhiều lĩnh vực kinh tế kỹ thuật, cảm biến đặc biệt nhạy cảm, sử dụng thí nghiệm, lĩnh vực nghiên cứu khoa học, lĩnh vực tự động hóa Trong cảm biến nhiệt ứng dụng rộng rãi đời sống tự động hóa công nghiệp Qua học phần Cảm biến đo lường, em nhận thấy môn học thú vị tiếp cận thực tế đời sống, Cảm biến đo lường nói riêng hay Vật lý kỹ thuật nói chung ngành học có định hướng phát triển tốt cho ngành vật lý Ta biết vật lý bắt nguồn từ thực tế đời sống, nhiên chương trình đào tạo nhiều nội dung lý thuyết, chưa đề cao tính thực hành cho sinh viên tình hình chung giáo viên vật lý Vì vậy, em mạnh dạn chọn đề tài : “Cảm biến nhiệt - Ứng dụng cảnh báo nhiệt độ” Thông qua đề tài nghiên cứu em hy vọng giúp cho người đọc tiếp cận với ứng dụng thực hành, có nhìn với ngành học vật lý, vật lý không gói gọn công thức khô khan Mà vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, áp dụng kỹ thuật vào việc nâng cao chất lượng sống người ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Sự hình thành phát triển cảm biến, cấu tạo số loại cảm biến nhiệt thông dụng Ứng dụng cảm biến nhiệt sử dụng CD4013B để cảnh báo nhiệt độ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp đọc sách nghiên cứu tài liệu - Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết - Phương pháp sử dụng thí nghiệm thực hành trực quan MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Giới thiệu cho người đọc lịch sử hình thành phát triển nhiệt kế cảm biến nhiệt Ráp mạch cảm biến nhiệt sử dụng CD4013B GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu phát triển nhiệt kế - Một số loại cảm biến nhiệt thông dụng - Ứng dụng cảm biến nhiệt vào mạch điện tử để cảnh báo nhiệt độ SVTH: Vũ Quốc Thái SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ NHIỆT ĐỘ 1.1 Khái niệm nhiệt độ - Là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái cân nhiệt độ hệ vĩ mô - Là đại lượng biểu diễn mức độ nóng lạnh vật thể 1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phương pháp đo nhiệt độ 1.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đại lượng khác Trong tất đại lượng vật lý, nhiệt độ số đại lượng quan tâm nhiều Đó nhiệt độ có vai trò định nhiều tính chất vật chất Như làm thay đổi áp suất thể tích chất khí, làm thay đổi điện trở kim loại… hay nói cách khác nhiệt độ làm thay đổi liên tục đại lượng chịu ảnh hưởng 1.2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ  Có nhiều cách đo nhiệt độ, liệt kê phương pháp sau đây:  Phương pháp quang dựa phân bố phổ xạ nhiệt dao động nhiệt (hiệu ứng Doppler)  Phương pháp dựa dãn nở vật rắn, chất lỏng chất khí (với áp suất không đổi)  Phương pháp điện dựa phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ (hiệu ứng Seebeck)  Cụ thể ta có phương pháp đo nhiệt độ sau:  Đo nhiệt độ trực tiếp  Cặp nhiệt điện (Thermocouple)  Nhiệt điện trở kim loại/ nhiệt điện trở dương  Nhiệt điện trở bán dẫn/ nhiệt điện trở âm  Đo nhiệt độ gián tiếp: nhiệt kế hồng ngoại 1.2.3 Thang đo nhiệt độ định dạng Nhiệt độ chia làm thang đo:  Thang Kelvin: Trong hệ thống đo lường quốc tế, Kelvin đơn vị đo lường cho nhiệt độ Nó ký hiệu chữ K Mỗi độ nhiệt giai Kelvin độ nhiệt giai Celsius 0oC ứng với 273,150K Thang nhiệt độ lấy theo tên nhà vật lý, kỹ sư người Ireland Wiliam Thomson, nam tước Kelvin thứ SVTH: Vũ Quốc Thái SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ Hình 1.1 Lord Kelvin [1] Nhiệt độ nhiệt giai Kelvin gọi nhiệt độ tuyệt đối, 00K ứng với nhiệt độ nhỏ mà vật chất đạt Tại 0K, lý thuyết, chuyển động hỗn loạn ngừng Thực tế chưa quan sát vật chất đạt tới xác 00K; chúng có nhiệt độ cao 00K chút, tức có chuyển động nhiệt hỗn loạn mức độ nhỏ Ngay trạng thái vật chất lạnh ngưng tụ BoseEinstein có nhiệt độ lớn 00K Quan sát phù hợp với nguyên lý bất định Heisenberg; vật chất xác 00K, tìm hệ quy chiếu vận tốc chuyển động chúng vị trí không thay đổi, nghĩa đo xác lúc vị trí động lượng hệ, vi phạm nguyên lý bất định Nhiệt độ nước sôi 5460K Hay nói cách khác định nghĩa Kelvin (K) 1/273,15 nhiệt độ nhiệt động lực học điểm ba (điểm ba thể hay điểm ba pha) nước (1967) Trong thang Kelvin người ta gán cho nhiệt độ điểm cân ba trạng thái nước đá – nước – (rắn – lỏng – khí) giá trị 273,150K (thường sử dụng 2730K) Từ thang Kelvin người ta xác định thêm thang thang Celcius thang Fahrenheit cách dịch chuyển giá trị nhiệt độ  Thang Celcius: Hình 1.2 Anders Celsius [2] SVTH: Vũ Quốc Thái SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ Độ Celsius (°C hay độ C) đơn vị đo nhiệt độ đặt tên theo nhà thiên văn học người Thụy Điển Anders Celsius (1701–1744) Ông người đề hệ thống đo nhiệt độ theo trạng thái nước với 100 độ nước sôi độ nước đá đông khí áp tiêu biểu (standard atmosphere) vào năm 1742 Hai năm sau nhà khoa học Carolus Linnaeus đảo ngược hệ thống lấy độ nước đá đông 100 độ nước sôi.[2] Hệ thống gọi hệ thống centigrade tức bách phân danh từ dùng phổ biến kể từ năm 1948, hệ thống nhiệt độ thức vinh danh nhà khoa học Celsius cách đặt theo tên ông.[2] Một lý Celsius dùng thay centigrade thuật ngữ "bách phân" sử dụng lục địa châu Âu để đo góc phẳng phần vạn góc vuông Ở Việt Nam, độ C sử dụng phổ biến nhất, đơn vị nhiệt độ 0C Quan hệ nhiệt độ Celcius nhiệt độ Kelvin xác định biểu thức: T(0C) = T(0K) – 273 (1.1)  Thang Fahrenheit: Hình 1.3 D.G Fahrenheit [3] Fahrenheit phát triển thang nhiệt độ ông sau viếng thăm nhà thiên văn học người Đan mạch Ole Romer Copenhagen Romer tạo nhiệt kế mà ông sử dụng hai điểm chuẩn để phân định Trong thang Romer điểm đóng băng nước 7,5 độ, điểm sôi 60 độ, thân nhiệt trung bình người theo 22,5 độ theo phép đo Romer Fahrenheit chọn điểm số không thang nhiệt độ ông nhiệt độ thấp mùa đông năm 1708/1709, mùa đông khắc nghiệt, thành phố Gdansk (Danzig) quê hương ông Bằng hỗn hợp, nước đá, nước Amoni clorid (NH4Cl)" (còn gọi hỗn hợp lạnh) sau ông tạo lại điểm số không điểm SVTH: Vũ Quốc Thái SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ chuẩn thứ (−17,8 °C) Fahrenheit muốn cách tránh nhiệt độ âm, thường gặp thang nhiệt độ Romer - Skala hoàn cảnh đời sống bình thường Năm 1714, ông xác định điểm chuẩn thứ hai nhiệt độ đóng băng nước tinh khiết (ở 32 °F) điểm chuẩn thứ ba "thân nhiệt người khỏe mạnh" (ở 96 °F) Theo tiêu chuẩn điểm chuẩn khó tạo lại cách thực xác Vì mà thang nhiệt độ sau xác định lại theo hai điểm chuẩn nhiệt độ đóng băng nhiệt độ sôi nước, tức 32°F 212°F Theo đó, thân nhiệt bình thường người 98,6°F (37°C), 96°F (35,6°C) Fahrenheit xác định Thang nhiệt độ Fahrenheit sử dụng lâu Châu Âu, bị thay thang nhiệt độ Celsius Thang nhiệt độ Fahrenheit ngày sử dụng rộng rãi Mỹ số quốc gia nói tiếng Anh khác Đổi từ Sang Fahrenheit Celsius Celsius Fahrenheit Celsius Kelvin Kelvin Fahrenheit Công thức C = (0F – 32)/1.8 F = (0C x 1.8) + 32 K = 0C + 273.15 F = (0K – 273.15)x1.8 + 32 Bảng 1.1 Các công thức đổi nhiệt độ Fahrenheit SVTH: Vũ Quốc Thái SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ  CMOS cực máng hở Do dùng MOSFET nên ngõ cực thu mà cực máng Ở hình 3.4 trình bày hai cổng NOT CMOS thường có ngõ nối chung với Hình 3.4 Hai cổng NOT CMOS thường có ngõ nối chung với + Nếu đầu vào cao 2P ngắt, 2N dẫn ngõ mức cao bình thường + Nếu đầu vào thấp 2P dẫn, 2N ngắt ngõ mức thấp bình thường Nhưng ngõ vào cổng thấp ngõ vào cổng cao P1 dẫn N1 ngắt, P2 ngắt N2 dẫn áp ngõ nửa áp nguồn Vdd Áp rơi vào vùng bất định dùng kích tải với áp Vdd mà cao, dòng dẫn cao làm tiêu transistor cổng Vậy cách để cực D hở hợp trường hợp Trong cấu trúc mạch không MOSFET kênh P nữa, MOSFET kênh N để hở cực máng D Ta nối ngõ theo kiểu nối AND hay OR tất nhiên phải cần điện trở kéo lên để tạo mức logic cao, giá trị R kéo lên tính giống bên mạch loại TTL  CMOS trạng thái Tương tự mạch bên TTL, mạch có thêm ngõ điều khiển G (hay C) G cao cổng NAND nối, nên Y = A, ta có cổng đệm không đảo G thấp ngõ cổng NAND lên cao làm PMOS NMOS ngưng dẫn trạng thái thứ hay gọi trạng thái trở kháng cao (high Z), lúc từ ngõ Y nhìn ngược vào mạch mạch (điện trở ngõ Y lên nguồn xuống mass lớn) Ngõ G tác động mức thấp SVTH: Vũ Quốc Thái 39 SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ Kí hiệu logic mạch Hình 3.5 Ký hiệu cổng lôgic  Cổng truyền dẫn CMOS (transmission gate :TG) Đây loại cổng logic mà bên công nghệ lưỡng cực không có; cổng truyền dẫn hoạt động công tắc đóng mở (số) phép liệu (dạng số) truyền qua lại theo chiều Trước hết cấu tạo cổng truyền NMOS Hình 3.6 Cấu tạo cổng truyền NMOS Tín hiệu truyền tương tự hay số miễn nằm khoảng đến Vdd Nhưng để dễ minh hoạ ta giả sử lấy nguồn cấp 10V, áp ngưỡng NMOS 2V Khi ngõ vào thấp, tụ không nạp nên tất nhiên ngõ mức thấp Khi ngõ vào cao mà đường khiển G thấp ngõ thấp Khi ngõ vào cao G cao => NMOS dẫn với áp ngưỡng 2V nên tụ nạp đầy đến 8V NMOS ngắt, ngõ hiểu mức cao, tín hiệu truyền từ trái sang phải Khi mà ngõ vào xuống mức thấp tụ xả qua NMOS ngõ lên cao trở lại tức liệu truyền từ phải sang trái Tuy nhiên ta có nhận xét là, bị truyền liệu giảm biên độ 2V Với mạch số hiểu mức cao mức thấp, với mạch tương tự mát lượng nhiều rồi, bị ảnh hưởng nặng nhiều cổng truyền mắc nối tiếp SVTH: Vũ Quốc Thái 40 SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ  Cổng truyền CMOS : Hình 3.7 cho thấy cấu trúc cổng truyền CMOS dùng NMOS PMOS mắc song song, với giả sử bạn thấy CMOS khắc phục điểm dở NMOS sử dụng rộng rãi ngày Cổng truyền CMOS Hình 3.7 Cấu tạo cổng truyền CMOS  Khi G thấp, không cho phép truyền  Khi G cao, ngõ vào thấp ngõ thay đổi Còn ngõ vào cao transistor dẫn liệu truyền từ trái sang phải nạp cho tụ, ngõ mức cao có điểm khác tụ nạp đến 8V NMOS ngắt PMOS dẫn mạnh làm tụ nạp đủ 10V Khi ngõ 10V, ngõ G cao mà ngõ vào xuống thấp tụ xả ngược trở lại qua transistor làm ngõ vào lên cao trở lại Các kí hiệu cho cổng truyền hình 3.8 Hình 3.8 Kí hiệu cổng truyền SVTH: Vũ Quốc Thái 41 SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ 3.3 Đặc tính kỹ thuật 3.3.1 Công suất tiêu tán Khi mạch CMOS trạng thái tĩnh (không chuyển mạch) công suất tiêu tán PD mạch nhỏ Có thể thấy điều phân tích mạch cổng NAND hay NOR trước Với nguồn 5V, PD cổng khoảng 2,5nW Tuy nhiên PD gia tăng đáng kể cổng CMOS phải chuyển mạch nhanh Chẳng hạn tần số chuyển mạch 100KHz PD 10 nW, f = 1MHz PD = 0,1mW Đến tần số cỡ MHz - MHz PD CMOS tương đương với PD 74LS bên TTL, tức dần ưu Lý có điều chuyển mạch transistor dẫn khiến dòng bị hút mạnh để cấp cho phụ tải điện dung (sinh xung nhọn làm biên độ dòng bị đẩy lên có cỡ 5mA thời gian tồn khoảng 20 đến 30 ns) Tần số chuyển mạch lớn sinh nhiều xung nhọn làm I tăng kéo theo P tăng theo P công suất động lưu trữ điện dung tải Điện dung bao gồm điện dung đầu vào kết hợp tải kích thích điện dung đầu riêng thiết bị Một cổng NOT Tải dung Hình 3.9 Ảnh hưởng tải điện dung 3.3.2 Tốc độ chuyển mạch (tần số chuyển mạch) Cũng giống mạch TTL, mạch CMOS phải có trì hoãn truyền để thực chuyển mạch Nếu trì hoãn làm tPH nửa chu kì tín hiệu vào dạng sóng vuông trở thành xung tam giác khiến mạch tác dụng logic Tuy nhiên tốc độ chuyển mạch CMOS nhanh hẳn loại TTL điện trở đầu thấp trạng thái Tốc độ chuyển mạch tăng lên tăng nguồn điều làm tăng công suất tiêu tán, ảnh hưởng tải điện dung Giới hạn tốc độ chuyển mạch cho phép làm nên tần số chuyển mạch tối đa tính dựa tPH Bảng sau cho phép so sánh fmax số loại cổng nand loại TTL với CMOS SVTH: Vũ Quốc Thái 42 SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ Loại Cl(pF) tPHL(ns) tPLH(ns) fmax(MHz) 74C00 15 100 100 74HC00 15 15 15 33 74LS00 15 15 33 74ALS00 50 13 38 74F 50 4,3 100 Bảng 3.3 Bảng so sánh fmax số loại cổng nand loại TTL với CMOS [35] Trong việc sử dụng IC logic CMOS ta phải biết nhiều đặc tính giới hạn chúng Các đặc tính thông dụng áp nuôi, số toả ra, khả dòng ra, thường dễ vận dụng Tất IC logic dùng nguồn nuôi 5V Tuy nhiên có nghi ngờ hay sử dụng trường hợp áp cấp Vmax, fmax, tải dung cảm hay giao tiếp IC khác loại, khác áp nguồn, nói chung trường hợp đặc biệt ta phải tham khảo tài liệu data sheet hay data book Cũng bên TTL, số đặc tính CMOS nói đến Áp nguồn nuôi ký hiệu Vdd (khác với bên TTL ký hiệu Vcc) khác cần cẩn thận với nó, dùng nguồn 5V tốt Bảng sau đưa khoảng áp nguồn cho loại CMOS Loại CMOS 4000A, B, 4500 14000A,B,14500 74C 74HC 74HCT Áp nguồn nuôi – 15V (Có thể 18V) – 15V (Có thể 18V) – 15V (Có thể 18V) – 6V 4,5 – 5,5V Bảng 3.4 Các khoảng áp nguồn cho loại CMOS [36] 3.3.3 Điện áp vào loại CMOS Cũng giống bên TTL kí hiệu, tên gọi bên CMOS có phức tạp nguồn nuôi cho loại IC khác nhau, ta rút tương đối điều kiện nguồn Vdd = 5V Hình bảng nêu thông số áp vào Riêng loại 74HCT CMOS tốc độ cao tương thích với TTL nên thông số giống bên TTL SVTH: Vũ Quốc Thái 43 SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ Hình 3.10 Loại CMOS [37] Thông số VIH (min) VOH (max) VIL (min) VOL (max) 4000B 3,5 1,5 4,95 0,05 74HC 3,5 4,9 0,1 74HCT 0,8 4,9 0,1 74AC 3,5 1,5 4,9 0,1 74ACT 0,8 4,9 0,1 74AHC 3,85 1,65 4,4 0,44 74AHCT 0,3 3,15 0,1 Bảng 3.5 Thông số loại CMOS [38] 3.3.4 Dòng điện ngõ vào ngõ Bảng so sánh dòng vào số loại CMOS với số loại TTL Loại 74 74LS 74AC 4000 74HC(T) IIH 40 20 20 [...]... từ, đại lượng điện hoặc xác định vị trí chuyển động [26] 2.3 Cảm biến nhiệt 2.3.1 Cảm biến nhiệt điện trở Cảm biến nhiệt điện trở là cảm biến có điện trở thay đổi theo nhiệt độ Cảm biến nhiệt điện trở có hai loại: Cảm biến nhiệt điện trở kim loại và Thermistor 2.3.2 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại  Cấu tạo của cảm biến nhiệt điện trở kim loại: Cảm biến nhiệt điện trở kim loại gồm một dây dẫn bằng kim... phi tuyến của nó nên người ta không dùng đo nhiệt độ thường mà thường dùng trong các mạch cảnh báo quá nhiệt hay mạch bù nhiệt Thermistor Tín hiệu cảnh báo Hình 2.18 Mạch cảnh báo nhiệt dùng Thermistor SVTH: Vũ Quốc Thái 25 SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ  Cảm biến nhiệt độ bán dẫn Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ bán dẫn: Cảm biến nhiệt độ bán dẫn được chế tạo gồm các tiếp giáp... loại Vỏ cảm biến Bộ cách điện và định hình Hình 2.14 Cấu tạo của cảm biến nhiệt điện trở trong công nghiệp [27]  Hoạt động và phương trình chuyển động của cảm biến nhiệt điện trở kim loại: Khi nhiệt độ của cảm biến thay đổi, điện trở của cảm biến thay đổi theo phương trình: R(T) = R0(1+AT+BT2+CT3) (2.11) 0 Trong đó: T: đo bằng C R(T) là điện trở của cảm biến nhiệt độ T R0 là điện trở của cảm biến ở... sâu đó.[12]  Nhiệt kế độ sâu: Nhiệt kế độ sâu (còn gọi là nhiệt kế sâu), đo phân bố nhiệt độ theo độ sâu, ứng dụng trong hải dương học Nhiệt kế độ sâu sử dụng bộ cảm biến bằng thủy ngân hoặc dầu xilen.[13]  Nhiệt kế tiếp điểm: Là dụng cụ đo và khống chế nhiệt độ tự động theo nguyên lí đóng mở mạch khi chất lỏng trong dụng cụ tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với tiếp điểm của mạch điều khiển Nhiệt kế tiếp... được đo có thể thay đổi bằng độ lớn phân giải mà không làm thay đổi giá trị đầu ra của cảm biến Ví dụ: độ phân giải của cảm biến nhiệt độ SVTH: Vũ Quốc Thái 17 SP.Vật Lý-Tin Học Luận văn tốt nghiệp GVHD: Vương Tấn Sĩ Đầu ra là số bước tương đương với nhiệt độ Độ phân giải =+/- 0.250 5.250 5.500 Nhiệt độ Hình 2.13 Độ phân giải của cảm biến nhiệt độ [18]  Độ tuyến tính Bộ cảm biến được gọi là tuyến tính... tạo có điện trở R0 là 100, 200, 500, 1000 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại như hình 2.15: Hình 2.15 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại [27]  Mạch đo sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại: Để chuyển sự thay đổi điện trở của cảm biến theo nhiệt độ thành sự thay đổi điện áp, ta kết nối cảm biến với một mạch như hình 2.16 Hình 2.16 Mạch điện sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại SVTH: Vũ Quốc Thái... hiệu đo biến thiên đến khi có tín hiệu ra từ cảm biến như vậy cảm biến càng nhanh thì thời gian hồi đáp càng ngắn  Giới hạn sử dụng cảm biến Trong quá trình sử dụng, các cảm biến luôn chịu ứng lực cơ khí hoặc nhiệt tác động lên chúng, nếu các ứng dụng này vượt quá ngưỡng cho phép thì chúng sẽ làm thay đổi đặc trưng làm việc của cảm biến Bởi vậy khi sử dụng cảm biến ta phải hiểu rõ những giới hạn này và... phát hiện những biến thiên nhiệt độ rất nhỏ cỡ 10-4 – 10-3/ 0K Kích thích cảm biến nhỏ có thể đo nhiệt độ tại từng điểm Nhiệt dung cảm biến nhỏ nên thời gian hồi đáp nhỏ Tùy thuộc vào thành phần chế tạo, dải nhiệt độ làm việc của cảm biến nhiệt điện trở từ vài độ đến khoảng 3000C Hình 2.8 Cấu tạo nhiệt điện trở kim loại 2.1.6 Nhiệt kế hồng ngoại Dựa trên hiệu ứng bức xạ nhiệt dưới dạng hồng ngoại của... loại dùng để chế tạo cảm biến có tính chất lý hóa khác nhau nên tầm đo của các cảm biến sử dụng các kim loại khác nhau cũng khác nhau CẢM BIẾN TẦM ĐO (0C) PLATIN ĐỒNG NIKEN -200  1000 ... trí chuyển động [26] 2.3 Cảm biến nhiệt 2.3.1 Cảm biến nhiệt điện trở Cảm biến nhiệt điện trở cảm biến có điện trở thay đổi theo nhiệt độ Cảm biến nhiệt điện trở có hai loại: Cảm biến nhiệt điện... vô số loại cảm biến như: Cảm biến quang, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến âm thanh… Các cảm biến sử dụng nhiều lĩnh vực kinh tế kỹ thuật, cảm biến đặc biệt nhạy cảm, sử dụng thí nghiệm,... phát triển nhiệt kế cảm biến nhiệt Ráp mạch cảm biến nhiệt sử dụng CD4013B GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu phát triển nhiệt kế - Một số loại cảm biến nhiệt thông dụng - Ứng dụng cảm biến nhiệt vào