Nếu sử dụng cảm biến để đo một thông số như áp suất, việc đo trực tiếp sẽ rất khó khăn. Do đó, thông số này được chuyển đổi thành một thông số khác dễ đo lường hơn, rồi mới đo áp suất. Các cảm biến sử dụng điện trở để đo các thông số khác được gọi là cảm biến điện trở. Bài viết sau đây sẽ giải thích chi tiết về khái niệm cảm biến điện trở.

Định nghĩa

Cảm biến điện trở là thiết bị thường được sử dụng để đo các thông số vật lý như độ dịch chuyển, áp suất, nhiệt độ, v.v. Như đã đề cập ở trên, cảm biến điện trở chuyển đổi thông số cần đo thành điện trở, sau đó điện trở được đo. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện trở tổng quát được giải thích bên dưới.

• Điện trở là một thông số nhạy cảm có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số như diện tích của dây dẫn, chiều dài của dây dẫn, v.v.
• Khi một số yếu tố trên thay đổi, điện trở cũng bị ảnh hưởng. Đây là nguyên lý hoạt động chính của cảm biến điện trở.
• Điện trở ban đầu của một dây hoặc một kim loại được đo ban đầu.
• Sau khi hoàn tất, thông số cần đo sẽ được sử dụng để tác động đến một trong các thông số trên, dẫn đến sự thay đổi về điện trở.
• Lượng tham số đó được đo bằng cách tính toán sự thay đổi điện trở giữa điện trở ban đầu và điện trở cuối cùng.

Cảm biến điện trở được sử dụng rộng rãi và ứng dụng của chúng.

Mặc dù điện trở có thể được sử dụng để đo nhiều thông số, nhưng một số thông số vật lý có thể ảnh hưởng trực tiếp đến điện trở. Các thông số này có thể được đo lường hiệu quả bằng cảm biến điện trở. Bảng dưới đây trình bày chi tiết về các thông số đó và cách sử dụng cảm biến điện trở để đo lường chúng.

Thiết bị tiếp xúc trượt

Thiết bị tiếp xúc trượt là thiết bị cơ bản của nhiều loại cảm biến điện trở. Mặc dù không được sử dụng trực tiếp trong mạch điện, các cảm biến sử dụng kỹ thuật tiếp xúc trượt vẫn được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử và mạch điện. Nguyên lý hoạt động chính của thiết bị tiếp xúc trượt như sau.

• Thiết bị tiếp xúc trượt bao gồm một cấu trúc giống như dây có điện trở đã biết.
• Một thanh kim loại nhỏ hoặc một đầu nhọn có thể trượt trên dây theo toàn bộ chiều dài của nó.
• Nếu thanh trượt được đặt tại điểm bắt đầu của dây, điện trở sẽ cao vì chiều dài của vật liệu dẫn điện lớn.
• Khi thanh trượt di chuyển về phía cuối, lực cản giảm dần và đạt đến giá trị bằng không hoặc không đáng kể tại điểm cuối.
• Như đã đề cập ở trên, thiết bị này không phải là một công cụ hoàn chỉnh nhưng là một trong những kỹ thuật dễ nhất nhưng mạnh mẽ để chuyển đổi một thông số cơ học như độ dịch chuyển (độ dịch chuyển của thanh trượt) thành lực cản.

Biến trở hoặc chiết áp

Biến trở là phiên bản nâng cấp hoàn chỉnh của thiết bị tiếp xúc trượt. Nói cách khác, nó cũng có thể được mô tả là ứng dụng chính của thiết bị tiếp xúc trượt. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động được thảo luận bên dưới.

• Biến trở được phân loại thành hai loại chính là biến trở tuyến tính và biến trở quay.
• Cả hai loại đều sử dụng cùng một kỹ thuật thiết bị tiếp xúc trượt để đo sự thay đổi điện trở.
• Trong biến trở tuyến tính, sẽ có một sợi dây dài đóng vai trò như điện trở trong mạch, nhưng sợi dây này có điện trở thay đổi.
• Dây dẫn được nối với nguồn điện và một vôn kế cũng được nối vào đó. Nếu điện trở của dây dẫn thay đổi do thanh trượt, điện áp trong mạch cũng sẽ thay đổi.
• Biến trở quay bao gồm một đường ray điện trở hình bán nguyệt trong đó có một thanh trượt di chuyển.
• Giống như trong biến trở tuyến tính, điện áp hoặc dòng điện chạy qua biến trở thay đổi tùy theo vị trí của thanh trượt trên đường ray điện trở.
• Biến trở rất hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu điện trở thay đổi vì nó loại bỏ quá trình thay đổi điện trở mỗi lần.

Máy đo biến dạng

Cảm biến ứng suất là một cảm biến điện trở được sử dụng để đo ứng suất hoặc lực tác động lên nó. Đây là một ứng dụng của nguyên lý điện trở thay đổi khi diện tích kim loại thay đổi. Cấu tạo và hoạt động của cảm biến ứng suất như sau.

• Máy đo ứng suất bao gồm một sợi dây mỏng được dán trên một tấm đệm điện trở hoặc lá kim loại có hình chữ nhật theo đường zíc zắc.
• Thông thường, máy đo ứng suất được kết nối với mạch điện dưới dạng cầu Wheatstone, giúp đo ứng suất dễ dàng.
• Khi có lực hoặc ứng suất tác dụng lên máy đo ứng suất, hình dạng zíc zắc của dây sẽ bị xáo trộn.
• Kết quả là, sẽ có sự thay đổi về điện trở. Sự thay đổi điện trở này sẽ tỷ lệ thuận với lực tác dụng.
• Bằng cách phân tích sự thay đổi của lực cản, có thể tính toán được lượng lực hoặc ứng suất.

Nhiệt điện trở và cặp nhiệt điện

Nhiệt điện trở là thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ bằng điện trở.

• Xét một mạch điện có điện trở được nối với nhau. Ban đầu, mạch được đặt ở nhiệt độ phòng.
• Điện trở của điện trở vẫn không đổi khi nhiệt độ không thay đổi lớn.
• Nếu nhiệt độ của môi trường vượt quá một giá trị nhất định hoặc thấp hơn một giá trị nhất định thì điện trở của điện trở sẽ thay đổi.
• Điện trở và nhiệt độ tỉ lệ nghịch với nhau. Do đó, bằng cách đo điện trở trên một nhiệt điện trở, nhiệt độ của nó có thể được xác định.

Đúng như tên gọi, cặp nhiệt điện là thiết bị đo nhiệt độ sử dụng một số thành phần, chủ yếu là kim loại.

• Hai đầu của hai kim loại khác nhau được nối với nhau và được nối vào một mạch điện. Khi được cấp điện, nhiệt độ của cả hai kim loại bắt đầu tăng, nhưng không cùng tốc độ.
• Một kim loại nóng lên nhanh hơn kim loại kia. Trong những trường hợp như vậy, nhiệt bắt đầu truyền từ đầu nóng sang đầu lạnh. Sự thay đổi nhiệt độ này dẫn đến sự thay đổi điện trở, có thể đo được.
• Nhiệt độ trên toàn mạch có thể được tính toán bằng cách sử dụng giá trị điện trở đo được.

Điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR)

Điện trở phụ thuộc ánh sáng còn được gọi là quang trở hoặc điốt quang, được sử dụng để đo cường độ chùm sáng bằng điện trở. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LDR được giải thích bên dưới.

• LDR được tạo thành từ vật liệu bán dẫn có điện trở tương đối cao hơn vật liệu dẫn điện.
• Vì chùm sáng bao gồm các photon có thể kích thích các electron tự do trong chất bán dẫn. Nhờ năng lượng mới, dòng điện tăng và điện trở giảm.
• Ở đây, điện trở tỉ lệ nghịch với cường độ ánh sáng.
• Một lần nữa, cường độ ánh sáng có thể được tính toán bằng cách sử dụng sự thay đổi điện trở.

Cảm biến độ ẩm điện trở

Cảm biến độ ẩm điện trở cũng là một loại cảm biến điện trở được sử dụng để đo độ ẩm của môi trường, chủ yếu là đất. Nguyên lý hoạt động chính của cảm biến độ ẩm điện trở được giải thích dưới đây.

• Trở kháng điện của các nguyên tử được đo bằng cảm biến độ ẩm điện trở, sử dụng các ion trong muối.
• Điện trở của các điện cực ở hai bên môi trường muối thay đổi khi độ ẩm thay đổi.
• Độ ẩm của không khí xung quanh khiến hai cảm biến nhiệt dẫn điện.
• Lượng điện dẫn được tính bằng cách đo điện trở giữa các điện cực.

Những điểm chính cần nhớ

Sau đây là những điểm chính chúng ta cần nhớ về “Cảm biến điện trở”

• Cảm biến điện trở là thiết bị đo thông số cơ học bằng cách chuyển đổi thông số đó thành điện trở.
• Thiết bị tiếp xúc trượt là cơ sở của nhiều loại cảm biến điện trở.
• Biến trở được sử dụng như một biến trở trong nhiều ứng dụng.
• Máy đo ứng suất chuyển đổi lực tác dụng lên nó thành điện trở để đo lường dễ dàng hơn.
• Nhiệt điện trở là thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ chính xác trong các ứng dụng quy mô lớn.
• Cặp nhiệt điện bao gồm hai kim loại, nhờ đó có thể tính được nhiệt độ của mạch.
• LDR sử dụng năng lượng từ các photon trong chùm sáng để giảm điện trở của vật liệu bán dẫn.