Giáo trình môn Kỹ thuật cảm biến

 1 
KHOA ĐIỆN TỰ ĐỘNG HÓA 
Trường cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên 
 
GIÁO TRÌNH 
KỸ THUẬT CẢM BIẾN 
(Lưu hành nội bộ) 
 2 
LỜI NÓI ĐẦU 
 “Cảm biến” trong tiếng Anh gọi là sensor, xuất phát từ chữ sense theo nghĩa 
Latinh là nhận, từ ngày xưa người tiền sử đã nhờ vào các giác quan, xúc giác để cảm 
nhận tìm hiểu đặc điểm của thế giới tự nhiên và học cách sử dụng sự hiểu biết này 
nhằm phục vụ đời sống của họ. Trong thời đại phát trỉn của khoa học và kỹ thuật 
ngày nay con người không chỉ dựa vào các cơ quan xúc giác của cơ thể. Các chức 
năng xúc giác để nhận biết các vật thể, hiện tượng trong thế giới bao quanh được tăng 
cường nhờ phát triển các dụng cụ dùng để đo lường và phân tích mà ta gọi là cảm 
biến. 
 Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng 
vật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo được 
(như: dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng). Nó là thành phần quan trọng nhất 
trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động, có thể nói rằng nguyên lý 
hoạt động của một cảm biến, trong nhiều trường hợp thực tế cũng chính là nguyên lý 
của phép đo hay của phương pháp điều khiển tự động. 
 Đã từ lâu cảm biến được sử dụng như những bộ phận để cảm nhận và phát 
hiện, nhưng chỉ vài chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện rõ vai trò quan trọng kỹ 
thuật về công nghiệpđặc biệt là trong lĩnh vực đo lường, kiểm tra và điều khiển tự 
động. 
 Nhờ các tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ trong lĩnh vực vật 
liệu, thiết bị điện tủ và tin học, các cảm biến đã được giảm thiểu về kích thước cải 
thiện tính năng và ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng. Giờ đây không có một lĩnh 
vực nào mà ở đó không sử dụng cảm biến, chúng có mặt trong những hệ thống tự 
động phúc tạp như: Người máy, kiểm tra chất lượng sản phẩm, chúng tiết kiệm năng 
lượng, chống ô nhiễm môi trường. Cảm biến còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh 
vực giao thông vận tải, sản xuất, tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, sản xuất ô tô, công 
nghệ nhiệt, hệ thống cung cấp truyền tải điện năng và bảo vệ hệ thống điện.. 
 Nhằm phục vụ nhu cầu giảng dạy và học tập môn kỹ thuật cảm biến tại 
khoa Điện tự động hóa chúng tôi đã xây dựng bài giảng kỹ thuật cảm biến bao gồm 7 
chương theo đề cương chi tiết đã ban hành. Mặc dù đã cố gắng nhưng quá trình biên 
soạn chắc chắn vẫn không tránh được thiếu xót rất mong nhận được ý kiến đóng góp 
từ phía bạn đọc để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn.Mọi ý kiến đóng góp xin gửi 
về Ths Đặng Thị Quỳnh Trang-bộ môn Tự động hóa-Khoa Điện-tự động hóa.Tác giả 
xin chân thành cảm ơn! 
 3 
MỤC LỤC 
LỜI NÓI ĐẦU.2 
Chương 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢMBIẾN..............................................................5 
1.1 Kh¸i niệm chung.5 
1.1.1Vai trò của cảm biến trong đo lường và điều khiển 5 
1.1.2 Các đặc trưng cơ bản ...5 
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn .9 
1.2.1 ph©n lo¹i theo nguyªn lý chuyÓn ®æi ..9 
1.2.2 Ph©n lo¹i theo tÝnh chÊt nguån .. 9 
1.2.3 Ph©n lo¹i theo ph¬ng ph¸p ®o10 
1.3 C¸c hiÖu øng thưêng dïng trong c¶m 
biÕn...10 
1.4 Chuẩn cảm biến..12 
1.4.1 Khái niệm.12 
1.4.2 Phương pháp chuẩn cảm biến.12 
Chương 2:c¶m biÕn quang14 
2.1.Nguồn phát quang sợi đốt và bán dẫn................................................................14 
2.1.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ ¸nh s¸ng14 
2.1.2 Nguån s¸ng.14 
2.2.Quang trở, tế bào quang điện .............................................................................15 
2.2.1 TÕ bµo quang dÉn... 15 
2.2.2 Photodiot..16 
2.2.3 Phototranzitor .19 
2.3 Sợi quang............................................................................................................... 20 
2.4 Sơ lược về áp dụng cảm biến quang ...................................................................22 
Chương 3. c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é..23 
3.1 Thang nhiệt độ, điểm chuẩn nhiệt độ............................................................... 23 
3.2. Cảm biến nhiệt điện trở.....................................................................................23 
3.2.1 Nguyên lý.23 
3.2.2 Nhiệt kế điện trở kim loại 24 
3.3 Cảm biến cặp nhiệt. .............................................................................................27 
3.3.1 Hiệu ứng nhiệt điện.27 
3.3.2 Cấu tạo cặp nhiệt ..28 
3.4 Hoả kế, nhiệt kế bức xa .......................................................................................30 
3.4.1.Hoả kế bức xạ toàn phần.30 
3.4.2 Hoả kế quang điện ...32 
3.5 Nhiệt kế áp suất lỏng và khí..................................................................................33 
3.5.1Nhiệt kế áp suất chất khí.33 
3.5.2 Nhiệt kế áp suất chất lỏng..34 
Chương 4. c¶m biÕn vÞ trÝ.35 
4.1Cảm biến điện cảm 35 
4.2 Cảm biến hỗ cảm ..37 
4.3Cảm biến điện dung...38 
4.4 Cảm biến Hall. ..39 
4.5 Cảm biến tiếp cận .39 
 4 
Chương 5. c¶m biÕn ®o l-u l-îng vµ møc chÊt l-u... 43 
5.1 Đo lưu lượng bằng chênh lệch áp suất 43 
5.2 Lưu lượng kế từ điện.. 44 
5.3 ... 
t¶n vµ tæn hao trong lâi thÐp thì ®é tù c¶m cña phÇn tö biÕn ®æi ®îc x¸c ®Þnh 
 Trong ®ã: w- sè vßng d©y cña cuén d©y 
 ltb, stb: chiÒu dµi vµ diÖn tÝch trung bình cña lâi thÐp 
 : chiÒu dµi khe hë kh«ng khÝ 
 tb, 0 : ®é tõ thÈm cña lâi thÐp vµ kh«ng khÝ 
 S: tiÕt diÖn ngang cña khe hë kh«ng khÝ 
 Trong qu¸ trình ®o gi¸ trÞ Ltb/(tb.stb)<</(0s) 
 Gi¸ trÞ biÕn d¹ng cña mµng tØ lÖ víi ¸p suÊt cÇn ®o =k1P 
 ®©y lµ ph¬ng trình ®Æc tÝnh tÜnh cña bé biÕn ®æi ®o ¸p suÊt kiÓu c¶m øng 
 - ®o ®é tù c¶m L sÏ x¸c ®Þnh ®îc ¸p suÊt P, ®o ®é tù c¶m L thêng ®îc thùc 
hiÖn b»ng cÇu ®o xoay chiÒu hay m¹ch céng hëng L-C. Khi ®o ¸p suÊt tõ 0,5 1MPa 
bÒ dµy mµng b»ng 0,10,3mm, khi ®o ¸p suÊt tõ 2030MPa, bÒ dµy mµng b»ng 
1,3mm. Sai sè bé biÕn ®æi ®o ¸p suÊt kiÓu C¶m øng lµ (0,25)% 
6.2.2 Đo ¸p suÊt dùa trªn sù biÕn d¹ng sö dông bé biÕn ®æi ¸p suÊt thµnh tÝn hiÖu 
®iÖn b»ng biÕn ¸p vi sai 
Hình 6.3 Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi áp suất thành tín hiệu điện bằng biến áp 
vi sai 
)/()./( 0
2
SSl
w
L
tbtbtb  

 Sw
L 0
2
Pk
Sw
L
1
0
2
 5 
- Bé biÕn ®æi ¸p suÊt kiÓu biÕn ¸p vi sai gåm 1 c¶m biÕn biÕn d¹ng 1 vµ phÇn tö 
biÕn ®æi 2 
- PhÇn tö biÕn ®æi lµ mét khung c¸ch ®iÖn trªn cã quÊn cuén d©y s¬ cÊp 6. Cuén 
thø cÊp gåm 2 cuén (3) vµ (4) ®Êu ngîc chiÒu nhau. Trong r·nh cña cuén d©y 
ngêi ta ®Æt lâi thÐp ®éng 5 nèi víi lß xo 1 vµ ®Çu kÐo căng.®Çu ra thø cÊp nèi 
víi ®iÖn trë R1 ta cã thÓ thay ®æi giíi h¹n ®o trong ph¹m vi 25% 
- Nguyªn lý: Khi cã dßng ®iÖn I1 ch¹y qua cuén s¬ cÊp sÏ t¹o ra 1 tõ th«ng trong 
hai nöa cuén d©y thø cÊp, lµm xuÊt hiÖn trong hai nöa cuén d©y nµy c¸c s®® 
c¶m øng e1, e2. ®é lín cña chóng phô thuéc hç c¶m giữa cuén s¬ cÊp M1 vµ 
M2 ®èi víi mçi nöa cuén d©y 
 e1=2fI1M1 , e2=2fI1M2 
- NÕu 2 nöa cuén d©y ®Êu ngîc chiÒu quÊn th× 
 E=e1-e2=2fI1(M1-M2)=2fI1M 
 M- hç c¶m giữa cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp, víi phÇn tö biÕn ®æi chuÈn cã ®iÖn trë cöa 
ra R1 vµ R2 ®iÖn ¸p ra cña bé biÕn ®æi ®îc tÝnh theo c«ng thøc 
 Ura= 2fI1Mra 
 Gi¸ trÞ hç c¶m Mra phô thuéc vµo ®é dÞch chuyÓn  cña lâi thÐp: 
Mra=Mmax./max 
 Mmax- gi¸ trÞ hç c¶m lín nhÊt giữa cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp t¬ng øng víi ®é dÞch 
chuyÓn lín nhÊt max cña lâi thÐp, nh vËy 
- BiÕn ®æi ¸p suÊt ®o thµnh tÝn hiÖu Ura ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch biÕn ®æi ¸p suÊt 
thµnh sù biÕn d¹ng cña phÇn tö c¶m øng g¾n víi lâi s¾t 5 vµ sau ®ã biÕn ®æi sù 
dÞch chuyÓn cña lâi s¾t 5 thµnh tÝn hiÖu ®iÖn 
 - ®Æc tÝnh tÜnh cña c¶m biÕn: 
 k: hÖ sè biÕn ®æi 


.2
max
max
1
M
fIU ra  
kP
M
fIU ra .2
max
max
1

 
 6 
Chương 7. c¶m biÕn ®o vËn tèc vµ c¸c c¶m biÕn kh¸c 
 Mục tiêu : Trang bị cho sinh viên kiến cơ bản về các phương pháp đo tốc độ 
và đo vận tốc, làm quen với một số thiết bị đo tốc độ góc, tốc độ dài có trên thị trường 
7.1 Đo tốc độ quay động cơ 
- §Ó ®o tèc ®é rotor cã thÓ sö dông c¸c ph¬ng ph¸p sau ®©y 
 Sö dông m¸y ph¸t tèc 
 Sö dông c¶m biÕn quang tèc ®é víi ®Üa m· hãa 
 Sö dông m¸y ®o gãc tuyÖt ®èi 
 X¸c ®Þnh tèc ®é gi¸n tiÕp qua phÐp ®o dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p 
stator mµ kh«ng cÇn dïng bé c¶m biÕn tèc ®é 
7.1.1 Tèc ®é kÕ dßng 1 chiÒu(m¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu c«ng suÊt nhá) 
- CÊu t¹o: stator, rotor vµ cùc gãp chæi quÐt 
 + Stator(phÇn c¶m) lµ mét nam ch©m ®iÖn hoÆc nam 
 ch©m vÜnh cöu cã 2 cùc nam vµ b¾c n»m phÝa ngoµi 
 Rotor: lµ 1 trôc s¾t gåm nhiÒu líp ghÐp l¹i vµ quay gi÷a c¸c cùc stator. MÆt chu 
vi cña rotor kh¾c r·nh song song víi trôc vµ c¸ch ®Òu nhau, trong r·nh ®Æt d©y dÉn 
b»ng ®ång 
 + Cùc gãp: h×nh trô ®ång trôc víi rotor nhng cã b¸n kÝnh nhá h¬n. Trªn bÒ mÆt cùc 
gãp cã c¸c l¸ ®ång c¸ch ®iÖn, mçi l¸ ®îc nèi víi 1 d©y ®ång chÝnh cña rotor 
 + Hai chæi quÐt ®îc ¸p s¸t vµo cùc gãp sao cho ë mäi thêi ®iÓm chóng lu«n lu«n tiÕp 
xóc víi 2 l¸ ®ång ®èi diÖn nhau 
- Nguyªn lý lµm viÖc: Khi d©y dÉn quay quanh trôc trong tõ trêng, ë 2 ®Çu d©y dÉn 
xuÊt hiÖn mét suÊt ®iÖn ®éng e 
 . 
Trong ®ã: - tèc ®é trôc quay(tèc ®é rotor) 
 n- Tæng sè d©y chÝnh trªn rotor 
 0- tõ th«ng xuÊt ph¸t tõ cùc nam ch©m 
 N- sè vßng quay trong mét gi©y 
 Nh- vËy ®o søc ®iÖn ®éng Er sÏ tÝnh ®îc tèc ®é quay 
 -u ®iÓm cña thiÕt bÞ nµy lµ tÝn hiÖu ®Çu ra ®æi dÊu khi ®æi chiÒu quay. Trong 
khi chÕ t¹o ngêi ta thêng sö dông nam ch©m vÜnh cöu ®Ó tr¸nh dïng nguån 
kÝch thÝch 
Hình 7.1 Một số máy phát một chiều công suất nhỏ 
 7 
7.1.2 Tèc ®é kÕ xoay chiÒu(m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu) 
- ¦u ®iÓm tèc ®é kÕ xoay chiÒu lµ kh«ng cã cæ gãp vµ chæi quÐt nªn cã tuæi thä 
cao, kh«ng cã sù t¨ng gi¶m ®iÖn thÕ trªn chæi. 
- Nhîc ®iÓm cña tèc ®é kÕ xoay chiÒu lµ m¹ch ®iÖn phøc t¹p h¬n, ®Ó x¸c ®Þnh 
biªn ®é ph¶i chØnh lu vµ läc tÝn hiÖu 
- M¸y ph¸t xoay chiÒu cã 2 lo¹i: m¸y ph¸t ®ång bé vµ m¸y ph¸t kh«ng ®ång bé 
a, M¸y ph¸t ®ång bé: 
- ChÝnh lµ m¸y ph¸t xoay chiÒu nhá. Rotor cña m¸y ph¸t ®ång bé ®îc g¾n víi 
trôc cÇn ®o tèc ®é quay.Rotor nµy lµ 1 nam ch©m hoÆc tËp hîp nhiÒu nam 
ch©m nhá. Stator ®îc cuèn d©y lµm phÇn c¶m øng cã thÓ lµ 1 pha hoÆc nhiÒu 
pha, lµ n¬i cung cÊp s®® h×nh sin cã biªn ®é tØ lÖ tèc ®é quay rotor 
 e=Esint, trong ®ã E=k1 , =k2  
 k1, k2- c¸c th«ng sè ®Æc trng cho m¸y ph¸t 
- ë ®Çu ra ®iÖn ¸p ph¶i ®îc chØnh lu ®Ó nhËn ®îc ®iÖn ¸p 1 chiÒu. ®iÖn ¸p nµy kh«ng 
phô thuéc chiÒu quay vµ hiÖu suÊt läc gi¶m ®i khi tÇn sè thÊp. Sù cã mÆt bé läc sÏ lµm 
t¨ng thêi gian håi ®¸p cña c¶m biÕn 
- Tèc ®é quay cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®o tÇn sè suÊt ®iÖn ®éng. Ph¬ng ph¸p 
nµy ®îc sö dông khi ph¶i ®o trªn kho¶ng c¸ch lín. TÝn hiÖu tõ m¸y ph¸t ®ång 
bé cã thÓ truyÒn ®i xa vµ sù suy gi¶m tÝn hiÖu trªn ®êng ®i kh«ng ¶nh hëng ®Õn 
®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. 
b, M¸y ph¸t kh«ng ®ång bé 
- CÊu t¹o m¸y ph¸t kh«ng 
®ång 
 bé t¬ng tù nh ®éng c¬ kh«ng 
®ång bé 2 pha 
 + Rotor lµ 1 h×nh trô kim lo¹i 
 m¶nh vµ dÞ tõ ®îc quay víi vËn 
 tèc  cÇn ®o 
 + Stator lµm b»ng t«n tõ tÝnh cã 2 
 cuén d©y ®îc bè trÝ nh h×nh vÏ. 
 Hình 7.2 sơ đồ nguyên lý máy phát không đồng bộ 
 Cuén d©y thø nhÊt ®ãng vai trß cuén kÝch ®îc cung cÊp ®iÖn ¸p Ve vµ tÇn sè 
e æn ®Þnh. Cuén thø 2 lµ cuén d©y ®o, gi÷a 2 ®Çu cuén nµy sÏ xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn 
®éng em cã biªn ®é tû lÖ vËn tèc gãc cÇn ®o 
 em= Emcos(e t+)=k Ve cos(e t+) 
 k- h»ng sè phô thuéc cÊu tróc cô thÓ cña m¸y ph¸t, - ®é lÖch pha. 
7.1.3 Sö dông c¶m biÕn quang tèc ®é víi ®Üa m· hãa 
- §Üa m· hãa g¾n trªn trôc ®éng c¬ gåm c¸c lç vÝ dô nh trªn h×nh a cã t¸m lç. ®Üa 
®Æt gi÷a nguån tia hång ngo¹i do diot ph¸t quang LED cung cÊp, ®Çu thu lµ 
Tranzitor quang. Khi ®Üa quay tranzitor quang sÏ chØ chuyÓn m¹ch nÕu vÞ trÝ 
LED, lç vµ tranzitor quang th¼ng hµng. Khi ®ã tranzitor quang ®a ®iÖn ¸p trªn 
R2 vÒ møc thÊp. Khi ®Üa ng¨n ¸nh s¸ng th× tranzitor quang bÞ khãa ®iÖn ¸p trªn 
R2 vÒ møc cao nh vËy khi ®Üa m· hãa quay trªn ®Çu ra R2 ®îc t¸m xung ch÷ 
nhËt tÇn sè xung phô thuéc tèc ®é quay cña ®Üa. 
Ve 
em 
Cuén kÝch 
Rotor 
 
Cuén ®o 
 8 
Hình 7.3 Sơ đồ cảm biến quang tốc độ 
- ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu quay (thuËn hoÆc ngîc) sö dông bé c¶m biÕn kÐ gåm 2 LED 
vµ 2 tranzitor quang, hai ®Üa m· hãa. Khi ®Üa quay ta nhËn ®îc 2 xung ch÷ nhËt 
lÖch nhau 900, chiÒu quay ®îc x¸c ®Þnh b»ng vÞ trÝ t¬ng ®èi cña 2 tÝn hiÖu ra 
- C¶m biÕn quang tèc ®é thêng cßn kÌm theo kh¶ n¨ng xö lý sên c¸c xung tÝn 
hiÖu vµ trªn c¬ së ®ã cho phÐp t¨ng sè lîng v¹ch ®Õm trong 1 vßng ®Üa lªn bèn 
lÇn. Chuçi xung A hoÆc B ®îc ®a tíi cöa vµo cña kh©u ®Õm tiÕn, biÕt sè xung 
trong mét chu kú, ta tÝnh ®îc tèc ®é quay cña ®éng c¬. 
Trong ®ã: Tn- chu kú ®iÒu chØnh tèc ®é, chu kú ®Õm xung 
 N0- Sè xung ®Õm trong 1 vßng, cßn gäi lµ ®é ph©n gi¶i cña c¶m biÕn tèc 
®é 
LED Phototranzitor 
®-êng t©m ¸nh s¸ng 
T©m trôc c¬ khÝ 
®Üa m· hãa 
®Üa m· hãa 
a,S¬ ®å c¶m biÕn quang tèc ®é 
R1 
R2 
180 2,2k 
b,S¬ ®å nguyªn lý Tranzitor quang 
nTN
N
phútvòngn
04
60
)/( 
 9 
 N- Sè xung ra trong thêi gian Tn 
Hình 7.4 Hình ảnh Encoder 
7.2 Tốc độ kế điện từ 
 Khi đo vận tốc dài với độ dịch chuyển lớn của vật khảo sát (>1m) thường 
chuyển thành đo vận tốc góc. Trường hợp đo vận tốc của dịch chuyển thẳng nhỏ có 
thể dùng cảm biến vận tốc dài gồm hai phần tử cơ bản : một nam châm và một cuộn 
dây.Khi đo một phần tử được giữ cố định , phần tử thứ hai liên kết với vật chuyển 
động.Chuyển động tương đối giữa cuộn dây và nam châm làm xuất hiện trong cuộn 
dây một suất điện động tỉ lệ với vận tốc cần đo.Sơ đồ cảm biến có cuộn dây di động 
được biểu diễn trên hình 
Hình 7.5 Tốc độ kế từ điện có cuộn dây di chuyển 
1- Nam châm, 2- Cuộn dây 
 Suất điện động xuất hiện trong cuộn dây có dạng 
e=2 rNBv=lBv 
 trong đó : N- số vòng dây 
r- bán kính vòng dây 
B- Giá trị cảm ứng từ 
v- Tốc độ di chuyển của vòng dây 
l- tổng chiều dài vòng dây 
 Tốc độ kế loại này đo được dịch chuyển vài mm với độ nhạy 1V/m.s 
 Khi độ dịch chuyển lớn hơn( tới 0.5m) người ta dùng tốc độ kế có nam châm di 
động như hình 7.6 
 10 
 Cảm biến gồm một nam châm di chuyển dọc trục của hai cuộn dây quấn ngược 
chiều nhau và mắc nối tiếp. Khi nam châm di chuyển suất điện động xuất hiện trong 
từng cuộn dây tỉ lệ tốc độ nam châm nhưng ngược chiều nhau. Hai cuộn dây được 
mắc nối tiếp và quấn ngược chiều nhau nên nhận được suất điện động ở đầu ra khác 
không 
Hình 7.6 Cảm biến có lõi từ di động 
a, cấu tạo b, Sơ đồ nguyên lý 
1-Nam châm ,2- Cuộn dây 
7.3 Tốc độ kế xung 
 1- ®i· quay 
 2- Cuén d©y 
 3- NC vÜnh cö 
Hình 7.7 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý tôc độ kế xung 
- CÊu t¹o: gåm 1 cuén d©y cã lâi s¾t tõ chÞu t¸c ®éng cña mét nam ch©m vÜnh 
cöu ®Æt ®èi diÖn víi 1 ®Üa quay lµm b»ng vËt liÖu s¾t tõ trªn ®ã cã khÝa r¨ng. 
Khi ®Üa quay tõ trë cña m¹ch tõ biÕn thiªn 1 c¸ch tuÇn hoµn lµm cho tõ th«ng 
qua cuén d©y biÕn thiªn trong cuén d©y xuÊt hiÖn 1 suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng cã 
tÇn sè tû lÖ víi tèc ®é quay 
- TÇn sè cña suÊt ®iÖn ®éng trong cuén d©y x¸c ®Þnh theo biÓu thøc 
 f=p.n p- sè l-îng r¨ng trªn ®Üa 
 n- sè vßng quay cña ®Üa trong 1 gi©y 
- Biªn ®é E cña s®® trong cuén d©y phô thuéc 2 yÕu tè 
Khe hë 
2 
3 
1 
 11 
- + Kho¶ng c¸ch gi÷a cuén vµ ®Üa quay. Kho¶ng c¸ch cµng lín E cµng 
nhá 
- + Tèc ®é quay cµng lín th× E cµng lín khi tèc ®é quay nhá, biªn ®é 
E rÊt bÐ vµ khã ph¸t hiÖn, do vËy 
 Tån t¹i 1 vïng tèc ®é quay kh«ng thÓ ®o ®îc gäi lµ vïng chÕt. 
- D¶i ®o cña c¶m biÕn phô thuéc vµo sè r¨ng cña ®Üa, khi p lín tèc ®é nmin ®o ®îc cã 
gi¸ trÞ bÐ. Khi p nhá tèc ®é nmax ®o ®îc sÏ lín. vÝ dô p=60 r¨ng d¶i tèc ®é ®o ®îc 
n=50500 vßng/phót, víi p=15 r¨ng d¶i tèc ®é ®o ®îc 500 10.000 vßng/phót. 
7.4 Các loại cảm biến khác 
7.4.1 Tốc kế quang 
Tốc kế quang là cảm biến đo vận tốc đơn giản nhất gồm một nguồn sáng 
và một đầu thu quang (photodiode hoặc phototransistor) 
Vật quay được gắn đồng trục với đĩa tròn có các vùng phản xạ hoặc các 
vùng trong suốt bố trí xen kẽ các phần chắn sáng đặt giữa nguồn sáng và đầu thu 
quang. 
Hình 7.8 Hình ảnh tốc độ kế quang 
Đầu thu quang nhận thông lượng biến điệu và phát tín hiệu có tần số tỉ lệ 
với vận tốc quay nhưng biên độ không đổi. 
Phạm vi tốc độ đo phụ thuộc vào 2 yếu tố chính: 
- Số lượng lỗ trên đĩa quay. 
- Dãi thông của đầu thu quang và mạch điện. 
Để đo vận tốc thấp ~ 0,1 vòng/phút dùng đĩa có số lượng 
7.4.2 Cảm biến công tắc (switch sensor) 
Cảm biến công tắc được dùng nhiều trong các ứng dụng robot. Cảm biến 
công tắc được sử dụng với nhiều mục đích, chẳng hạn: 
- Cảm biến va chạm (tiếp xúc): cảm biến công tắc được dùng để phát hiện khi 
có va chạm cơ học với một vật nào đó. Thí dụ, cảm biến công tắc tạo ra một 
sự chuyển mạch khi thân robot chạy vào tường hoặc chạm giới hạn đường chạy 
của robot. 
- Cảm biến giới hạn: tương tự như cảm biến tiếp xúc, cảm biến giới hạn phát 
hiện một vật đã di chuyển đến cuối hành trình của nó, khi đó tín hiệu điều khiển 
motor sẽ tắt. 
 12 
- Mã hóa trục quay (shaft): một trục quay kết hợp với một công tắc chạm sẽ 
được ấn một lần ở một vòng quay. Phần mềm đếm số lần ấn để xác định số 
vòng và tốc độ quay của trục. 
 Loại cảm biến này không cần nguồn cung cấp và chịu được dòng lớn. Nó có 
thể phát hiện sự tiếp xúc của bất kỳ vật thể nào từ bất kỳ góc độ nào. Do đó chúng rất 
thuận lợi cho việc thiết kế robot đặc biệt được ứng dụng trong giới hạn hành trình của 
robot. 
Hình 7.9 Cảm biến giới hạn 
Có hai dạng công tắc cơ bản, bao gồm: 
- Công tắc nhỏ (microswitch), có dạng hình chữ nhật và thường ở một 
trạng thái xác định. 
Công tắc nhỏ thường có ba chân: NO – normally open (thường hở), NC – 
normally closed (thường đóng), C – common (chung). 
Chân chung có thể được nối với một trong hai chân kia tùy thuộc vào 
công tắc có được ấn hay không. Ở trạng thái không ấn, chân chung được nối với 
tiếp điểm thường đóng, khi ấn, chân chung được nối với trạng thái thường hở. 
- Công tắc nút ấn (pushbutton) đơn giản hơn. Khi được ấn, hai tiếp điểm được 
nối với nhau. Cũng có một số công tắc thường đóng nhưng ít phổ biến. 
Hình 7.9Hình ảnh một số công tắc 
7.4.3 Cảm biến vị trí - Điện trở 
7.4.3.1 Cấu tạo 
Gồm một điện trở cố định R, trên có một tiếp xúc điện có thể di chuyển 
Switch nub 
Activation force 
 13 

 
gọi là con chạy. Giá trị của điện trở đo được giữa con chạy và một đầu của 
điện trở R là hàm phụ thuộc vị trí con chạy và bản thân điện trở R. 
Nếu điện trở được chế tạo đồng đều thì R sẽ tỉ lệ tuyến tính với vị trí con 
chạy. Có hai dạng cảm biến vị trí điện trở: 
Hình 7.10 Cấu tạo cảm biến vị trí kiểu điện trở 
- Điện trở dịch chuyển thẳng: 
l
R(l) R
L
- Điện trở dịch chuyển tròn: 
m
R( ) R
Đối với điện trở tròn: αM < 360
Đối với điện trở xoắn: αM > 360
Hợp kim thường dùng làm điện trở là Ni – Cr, Ni – Cu, Ni – G – Fe, Ag – 
Pd. Dây điện trở được cuốn trên lõi cách điện còn dây được cách điện bằng emay. 
R nằm trong khoảng từ 1K – 100KΩ, có thể đạt đến vài MΩ. 
Con chạy phải tiếp xúc tốt, không tạo ra suất điện động tiếp xúc, điện 
trở tiếp xúc nhỏ và ổn định. Các tiêu chuẩn này phải đảm bảo trong điều kiện dao 
 14 
động và tốc độ dịch chuyển lớn. 
7.4.3.2 Đặc điểm 
- Khoảng cách có ích của con chạy 
Giá trị R(x)/R thường không ổn định ở cuối đường chạy của con trỏ hoặc 
ở các chỗ nối mạch điện. 
Khoảng cách có ích là khoảng mà trong đó R(x) là hàm tuyến tính của dịch 
chuyển. 
- Độ phân giải 
Điện trở của n vòng dây, có thể phân biệt thành 2n – 1 vị trí của con chạy: 
n vị trí con chạy tiếp xúc một vòng dây 
n – 1 vị trí con chạy tiếp xúc đồng thời 2 vòng dây. 
Điện trở thay đổi khi di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác. 
7.4.3.3 Tuổi thọ 
 Thời gian sử dụng của điện trở bị hạn chế do sự cọ sát giữa con chạy và 
dây dẫn làm mài mòn con chạy và điện trở. Số lần sử dụng của điện trở khoảng 106 
lần. 
 1 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Lê Văn Doanh - Phạm Thượng Hàn - Nguyễn Văn Hoà – Võ Thạch Sơn – Đoàn Văn 
Tân,(2002), Các Bộ cảm biến trong kỹ thuật Đo lường và điều khiển; NXB Khoa học kỹ thuật; 
2. Th.s Hoàng Minh Thông, Giáo trình cảm biến công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật; 
 3. Phạm Công Hoà, Kỹ thuật cảm biến , NXB Khoa học kỹ thuật