BÀI GI NG KỸ THUẬT SENSOR - mientayvn.commientayvn.com/Dien tu/Tai_lieu/Dien_dan/Cam_bien/ok_BAI_GIANG_KY_THUAT... · Chương 5: Chuyển đổi nhi ... đổi nhiệt ngẫu

http://www.ebook.edu.vn 1

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSOR


1. Nội dung chi tiết

Nội dung Tài liệu học tập, tham

khảo

Hình thức học

Chương 1: Những kiến thức chung về chuyển đổi sơ cấp

1.1 Khái niệm và định nghĩa 1.2 Các đặc tính của chuyển đổi sơ cấp 1.3 Phân loại chuyển đổi sơ cấp

Chương 2: Chuyển đổi điện trở 2.1 Chuyển đổi điện trở tiếp xúc 2.2 Chuyển đổi biến trở 2.3 Chuyển đổi Tenzô

Chương 3: Chuyển đổi điện từ 3.1 Chuyển đổi điện cảm 3.2 Chuyển đổi hồ cảm 3.3 Chuyển đổi cảm ứng

1,2 Giảng

Chương 4: Chuyển đổi tĩnh điện 4.1 Chuyển đổi điện dung 4.2 Chuyển đổi áp điện

Chương 5: Chuyển đổi nhiệt điện 5.1 Khái niệm chung 5.2 Chuyển đổi nhiệt ngẫu (cặp nhiệt điện) 5.3 Nhiệt điện trở

1,2 Giảng

Chương 6: Chuyển đổi quang điện 6.1 Ánh sáng và phép đo quang 6.2 Tế bào quang dẫn 6.3 Photodiot 6.4 Phototranzito 6.5 Chuyển đổi Quang phát xạ

Thảo luận chương 1 (2 tiết)

1,2 Giảng+ Thảo luận

Thảo luận chương 2,3

1,2 Thảo luận

Thảo luận chương 4,5

1,2 Thảo luận


Ch−¬ng I: Nh÷ng kiÕn thøc chung vÒ chuyÓn ®æi s¬ cÊp

Bµi 1.1 Kh¸i niÖm vµ ®Þnh nghÜa

1. Kh¸i niÖm chung vÒ chuyÓn ®æi ®o l−êng

Trong s¶n xuÊt còng nh− trong nghiªn cøu khoa häc, trong çc qu¸ tr×nh c«ng

nghÖ míi, hay çc qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phøc t¹p hoÆc trong c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i liªn

quan ®Õn viÖc ®o l−êng çc ®¹i l−îng vËt lý nh− c¬ häc, ho¸ häc, quang häc, nhiÖt häc.

Çc thiÕt bÞ ®o hiÖn ®¹i kh«ng chØ t¸c dông lªn gi¸c quan con ng−êi mµ cßn dïng vµo

viÖc tù ®éng thu thËp sè liÖu truyÒn kÕt qu¶ ®ã ®i xa, tÝnh to¸n kh«ng cÇn sù tham gia

cña con ng−êi hay tù ®éng ®iÒu khiÓn mét qu¸ tr×nh nµo ®ã. Do ®ã trªn quan ®iÓm kü

thuËt qu¸ tr×nh ®o trong çc thiÕt bÞ hiÖn ®¹i lµ biÕn ®æi nh÷ng tin tøc vÒ ®¹i l−îng ®o

thµnh d¹ng nµo ®ã thÝch hîp nhÊt ®èi víi con ng−êi hoÆc m¸y mãc ë tr×nh ®é ph¸t triÓn

cña kü thuËt.

¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p ®iÖn ®Ó ®o çc ®aÞ l−îng kh«ng ®iÖn nh− sau:

+ Cã thÓ thay ®æi ®é nh¹y cña thiÕt bÞ mét çch ®¬n gi¶n trong ph¹m vi réng cña

®¹i l−îng ®o v× vËy cho phÐp cã nh÷ng thiÕt bÞ v¹n n¨ng cã thÓ thu thËp ®−îc nh÷ng

th«ng tin rÊt bÐ vµ rÊt lín. Kü thuËt ®iÖn tö cho phÐp khuÕch ®¹i lªn hµng ngµn lÇn, v×

vËy ®é nh¹y cña thiÕt bÞ t¨ng lªn rÊt nhiÒu.

+ Çc thiÕt bÞ ®iÖn cã qu¸n tÝnh nhá, cã d¶i tÇn sè réng. V× vËy kh«ng chØ ®o ®−îc

çc ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn biÕn ®æi chËm mµ cßn cã thÓ ®o ®−îc nh÷ng ®¹i l−îng biÕn

®æi nhanh mµ çc ph−¬ng ph¸p kh¸c kh«ng ®o ®−îc.

+ Cã kh¶ n¨ng ®o tõ xa, cho phÐp tËp trung ho¸ vµ cïng mét lóc cã thÓ ®o ®−îc

nhiÒu ®¹i l−îng kh¸c nhau vÒ sè l−îng vµ tÝnh chÊt, cho phÐp truyÒn kÕt qu¶ ®o trªn

kho¶ng çch lín.

+ Cã kh¶ n¨ng liªn hîp çc thiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn tù ®éng nh÷ng khèi thiÕt bÞ

cïng kiÓu.

Vai trß quan träng ®Çu tiªn trong viÖc thu thËp th«ng tin ®o lµ çc bé chuyÓn ®æi

®o l−êng hay cßn gäi lµ çc bé c¶m biÕn (sensor).

2. §Þnh nghÜa vÒ chuyÓn ®æi ®o l−êng

ChuyÓn ®æi ®o l−êng lµ thiÕt bÞ thùc hiÖn mét quan hÖ hµm ®¬n trÞ gi÷a hai ®¹i

l−îng vËt lý víi mét ®é chÝnh x¸c nhÊt ®Þnh.


ChuyÓn ®æi ®o l−êng s¬ cÊp lµ mét kh©u chøc n¨ng biÕn mét tÝn hiÖu kh«ng ®iÖn

thµnh tÝn hiÖu ®iÖn.

H×nh 3.1 S¬ ®å cÊu tróc cña chuyÓn ®æi ®o l−êng

X: lµ tÝn hiÖu vµo thuéc nhiÒu ®¹i l−îng kh¸c nhau

Y: lµ tÝn hiÖu ra th«ng th−êng lµ tÝn hiÖu ®iÖn

Ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi lµ: Y = f(X)

Quan hÖ cña hµm nµy cã thÓ lµ tuyÕn tÝnh hoÆc phi tuyÕn, tuy nhiªn trong kü thuËt

ng−êi ta cè g¾ng chän ®iÓm lµm viÖc trªn ®o¹n tuyÕn tÝnh cña quan hÖ ®ã ®Ó n©ng cao

®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o.

Bµi 1.2: Çc ®Æc tÝnh cña chuyÓn ®æi ®o l−êng s¬ cÊp

1. §¹i l−îng chñ

Khi lµm viÖc mçi chuyÓn ®æi chÞu ¶nh h−ëng cña ®ång thêi nhiÒu ®¹i l−îng t¸c

dông, song nã chØ tiÕp thu mét ®¹i l−¬ng gäi lµ ®¹i l−îng chñ cña chuyÓn ®æi.

VÝ dô nh− ®iÖn trë cña chuyÓn ®æi, biÕn trë chÞu ¶nh h−ëng nµo ®ã cña ®iÖn trë d©y

quÊn, ®é Èm cña lâi…nh−ng ®¹i l−îng chñ cña chuyÓn ®æi lµ di chuyÓn cña con ch¹y.

2. §Æc tÝnh cña chuyÓn ®æi

Ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi: Y = f(X) (1)

Quan hÖ trªn x¶y ra çc tr−êng hîp:

+ Quan hÖ (1) lµ tuyÕn tÝnh

S = XY

ΔΔ

gäi lµ ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi. §é nh¹y nµy th−êng cã thø nguyªn rÊt

kh¸c nhau phô thuéc vµo b¶n chÊt cña çc ®¹i l−îng vµo ra, (trªn thùc tÕ ®Ó cã ®−îc ®Æc

tÝnh Êy ng−êi ta cã thÓ tÝnh to¸n gi¶i tÝch hoÆc b»ng ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm)

+ Quan hÖ trªn lµ phi tuyÕn

Ng−êi ta kh¾c phôc b»ng çch tuyÕn tÝnh ho¸ quan hÖ ®ã b»ng çc m¹ch ®iÖn tö

hoÆc dïng çc thuËt to¸n thùc hiÖn gia c«ng b»ng m¸y tÝnh, vi xö lý…

+ Quan hÖ trªn lµ ®a biÕn

ChuyÓn ®æi

®o l−êng s¬ cÊp(s)

X Y


Thùc tÕ ®¹i l−îng ta cña chuyÓn ®æi kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo X (®¹i l−îng

chñ) mµ cßn phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn bªn ngoµi Z: Y =f(X, Z) ; víi X lµ ®¹i l−îng chñ.

VËy khi xÐt tíi ®Çu ra cña chuyÓn ®æi ta ph¶i cè ®Þnh ®iÒu kiÖn Z, gi¸ trÞ nhá nhÊt cña

®¹i l−îng vµo X mµ chuyÓn ®æi cã thÓ ph¸t hiÖn ®−îc mét çch ch¾c ch¾n goÞ lµ ng−ìng

®é nh¹y.

3. Sai sè

§Æc tÝnh quan träng nhÊt cña chuyÓn ®æi lµ sai sè:

+ Sai sè c¬ b¶n: lµ sai sè g©y ra do nguyªn t¾c cña chuyÓn ®æi, sù kh«ng hoµn thiÖn cña

cÊu tróc, yÕu kÐm vÒ mÆt c«ng nghÖ chÕ t¹o. Theo tÝnh chÊt biÓu hiÖn ta cã thÓ chia

thµnh 1 sè d¹ng sai sè c¬ b¶n nh− sau:

- Sù lÖch cã hÖ thèng cña ®−êng ®Æc tÝnh ®èi víi hµm ®· lý t−ëng ho¸

- Sù phô thuéc cña ®−êng ®Æc tÝnh vµo chiÒu s©u cña ®¹i l−îng vµo, tøc lµ tÝnh trÔ

hay cßn gäi lµ sù biÕn h×nh

- Sù sai lÖch cña ®−êng ®Æc tÝnh ®èi víi nhiÔu

- §é lÖch g©y ra bëi sù chän kh«ng tèt çc tham sè cña ®Æc tÝnh chuÈn tøc lµ sai

sè do kh¾c ®é

+ Sai sè phô:

G©y ra do çc ®iÒu kiÖn bªn ngoµi kh¸c ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn nh− lµ ®iÖn ¸p

nguån, nhiÖt ®é, tõ tr−êng, ®é chÊn ®éng v.v

ChuyÓn ®æi lµ kh©u ®Çu tiªn ®Ó lÊy th«ng tin tõ ®èi t−îng, phôc vô cho çc hÖ

thèng th«ng tin ®o l−êng, hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng do vËy viÖc gi¶m sai sè cã ý

nghÜa quan träng.

d. §Æc tÝnh ®éng

Lµ mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh quan träng, khi ta ®−a tÝn hiÖu vµo chuyÓn ®æi

th−êng xuÊt hiÖn qu¸ tr×nh qu¸ ®é. §Æc tÝnh ®éng thÓ hiÖn b»ng hµm truyÒn ®¹t cña

chuyÓn ®æi S(p), tøc lµ quan hÖ gi÷a ®¹i l−îng ra vµ ®¹i l−îng vµo ë tr¹ng th¸i ®éng

S(p) = )p(X

)p(Z

§Æc tÝnh ®éng thÓ hiÖn ë ®Æc tÝnh biªn tÇn A(ω) vµ pha tÇn ϕ(ω)

e. Ph¶n t¸c dông cña chuyÓn ®æi lªn ®èi t−îng ®o

Ph¶n t¸c dông cña chuyÓn ®æi thÓ hiÖn ë tiªu hao n¨ng l−îng cña ®èi t−îng cÇn ®o,

tiªu hao n¨ng l−îng nµy ®−îc thÓ hiÖn ë ®iÖn trë vµo cña chuyÓn ®æi ®o l−êng


Bµi 1.3 Ph©n lo¹i chuyÓn ®æi s¬ cÊp

1. Ph©n lo¹i dùa trªn nguyªn lý cña chuyÓn ®æi

- ChuyÓn ®æi ®iÖn trë: lµ chuyÓn ®æi mµ ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X ®−îc biÕn thµnh

®¹i l−îng ra Y lµ ®iÖn trë cña chuyÓn ®æi

- ChuyÓn ®æi ®iÖn tõ: lµ chuyÓn ®æi mµ ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X lµm thay ®æi çc

th«ng sè cña m¹ch tõ nh−: L, M, ®é tõ thÈm μ, tõ th«ng φ…

- ChuyÓn ®æi tÜnh ®iÖn: ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X lµm thay ®æi ®iÖn dung C hay ®iÖn

tÝch cña nã

- ChuyÓn ®æi ho¸ ®iÖn: ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X lµm thay ®æi ®iÖn dÉn hay søc ®iÖn

®éng ho¸ ®iÖn, ®iÖn c¶m…

- ChuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn: ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X lµm thay ®æi søc ®iÖn ®éng nhiÖt

®iÖn hay ®iÖn trë ®Çu ra cña nã.

2. Ph©n lo¹i theo tÝnh chÊt cña nguån ®iÖn

- ChuyÓn ®æi ph¸t ®iÖn: ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn sÏ lµm thay ®æi tÝn hiÖu ®Çu ra lµ E,

U, I, Q v.v

- ChuyÓn ®æi th«ng sè: ®Çu ra cña chuyÓn ®æi lµ çc ®¹i l−îng R, L, C, M. Lóc ®ã

cÇn thªm çc nguån ®iÖn phô th× míi biÕn ®æi thµnh çc ®¹i l−îng U, I

3. Ph©n lo¹i theo ph−¬ng ph¸p ®o

- ChuyÓn ®æi biÕn ®æi trùc tiÕp: lµ chuyÓn ®æi trong ®ã çc ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn

®−îc biÕn trùc tiÕp thµnh ®¹i l−îng ®iÖn

- ChuyÓn ®æi bï: S¬ ®å nh− sau:

Ta cã ®¹i l−îng cÇn ®o X ®−îc bï bëi ®¹i l−îng

cïng lo¹i Xk do m¹ch ph¶n håi t¹o ra:

KYXKXXYKXYXXX

YX

kk

k

)()(.

ββ

−=−=⇒⎪⎩

⎪⎨

⎧

Δ=−=Δ

=

⇒ KX = Y + YβK ⇒ β+

=K1

KXY

NÕu K rÊt lín hay Kβ >>1, vËy Y = βX

, lóc ®ã Y chØ phô thuéc vµo ®é chÝnh x¸c cña

m¹ch ph¶n håi. Do ®ã nÕu m¹ch thuËn cã sai sè lín. Song nÕu ®¶m b¶o hÖ sè K lín th×

®é chÝnh x¸c cña chuyÓn ®æi kiÓu bï chØ phô thuéc vµo ®é chÝnh x¸c cña m¹ch ph¶n håi

K

β

X Y ΔX

Xk

(-)

H×nh 3.2 S¬ ®å cÊu tróc chuyÓn ®æi bï


(chuyÓn ®æi ng−îc), mµ th−êng chuyÓn ®æi ng−îc lµ chuyÓn ®æi biÕn ®æi trùc tiÕp nªn

cã ®é chÝnh x¸c cao.

Ch−¬ng 2. ChuyÓn ®æi ®iÖn trë

Bµi 1. ChuyÓn ®æi ®iÖn trë tiÕp xóc

1. Nguyªn lý c¬ b¶n

ChuyÓn ®æi ®iÖn trë tiÕp xóc lµ 1 chuyÓn ®æi ®o l−êng trong ®ã di chuyÓn c¬ häc

®−îc biÕn thµnh sù thµnh sù ®ãng më çc tiÕp ®iÓm, çc tiÕp ®iÓm nµy dïng ®Ó ®iÒu

khiÓn m¹ch ®iÖn. §¹i l−îng chñ cña chuyÓn ®æi tiÕp xóc lµ sù chuyÓn rêi. ChuyÓn ®æi

tiÕp xóc ®¬n gi¶n nhÊt lµ chuyÓn ®æi cã 1 giíi h¹n vµ mét cÆp tiÕp ®iÓm nh− h×nh vÏ

trªn, sù ®ãng më tiÕp ®iÓm do sù di chuyÓn cña cÇn ®o.

H×nh 3.3 ChuyÓn ®æi tiÕp xóc mét giíi h¹n

VÝ dô: khi kÝch th−íc cña s¶n phÈm 1 thay ®æi (t¨ng), thanh tr−ît 2 di chuyÓn lµm

cho phÇn tö tiÕp xóc g¾n trªn thanh 3 ®−îc tiÕp xóc víi 4. §iÖn trë tiÕp xóc cña 3 vµ 4

thay ®æi tõ Rtx = ∞ thµnh Rtx ≈ 0. Khi kiÓm tra kÝch th−íc s¶n phÈm ng−êi ta th−êng

dïng chuyÓn ®æi nhiÒu giíi h¹n nh− h×nh vÏ sau:

H×nh 3.4 ChuyÓn ®æi tiÕp xóc nhiÒu giíi h¹n

2 L

1

3 4 R

C

L


TiÕp ®iÓm lµ bé phËn qua träng nhÊt cña chuyÓn ®æi tiÕp xóc, vËt liÖu cÊu t¹o vµ sù

chÕ t¹o còng nh− chÕ ®é lµm viÖc cña nã sÏ quyÕt ®Þnh ®Õn ®é chÝnh x¸c, ®é tin cËy vµ tÝnh

æn ®Þnh cña chuyÓn ®æi theo thêi gian. Sai sè ®ãng c¾t cña chuyÓn ®æi nµy lµ 1 ÷ 2μm

2. Yªu cÇu ®èi víi m¹ch ®o

§Ó tr¸nh hå quang vµ tia löa ®iÖn ®¶m b¶o ®é bÒn cho çc tiÕp ®iÓm th× c«ng suÊt

trong m¹ch lÊy tÝn hiÖu ph¶i nhá h¬n 150mW. V× vËy víi çc phÇn tö lÊy tÝn hiÖu, phÇn tö

®o hoÆc thõa hµnh nÕu nh− c«ng suÊt nhá h¬n 150mW th× cã thÓ nèi trùc tiÕp víi chuyÓn

®«Ø. NÕu çc phÇn tö thõa hµnh c«ng suÊt lín th× ta ph¶i nèi qua m¹ch khuyÕch ®¹i.

Bµi 2. ChuyÓn ®æi biÕn trë

1. Nguyªn lý c¬ b¶n

ChuyÓn ®æi biÕn trë lµ mét biÕn trë mµ

con ch¹y cña nã di chuyÓn t−¬ng øng víi ®¹i

l−îng kh«ng ®iÖn cÇn ®o. §¹i l−îng chñ cña

chuyÓn ®æi lµ sù di chuyÓn cña con ch¹y, cã

thÓ lµ di chuyÓn dµi hoÆc di chuyÓn gãc cßn

®¹i l−îng ra lµ ®iÖn trë.

§iÖn trë nµy biÕn thiªn theo mét quy luËt nµo ®ã phô thuéc vµo ®−êng ®i cña con

ch¹y. Quan hÖ gi÷a ®¹i l−îng ra vµ ®¹i l−îng vµo lµ: R = f(Xv)

2. §é nh¹y vµ ®é chÝnh x¸c

§©y lµ chuyÓn ®æi bËc thang v× sù biÕn thiªn liªn tôc cña ®¹i l−îng vµo t−¬ng øng

víi sù biÕn ®æi bËc thang cña ®iÖn trë ra. §©y lµ nguyªn nh©n g©y ra sai sè. ChuyÓn ®æi

biÕn trë chØ cã thÓ ph¸t hiÖn ra sù biÕn thiªn ®iÖn trë b»ng ®iÖn trë cña mét vßng d©y

t−¬ng øng víi sù di chuyÓn b»ng kho¶ng çch gi÷a hai vßng d©y kÕ tiÕp.

Ta gäi ®iÖn trë toµn phÇn cña chuyÓn ®æi lµ R, sè vßng d©y lµ w

§iÖn trë nhá nhÊt cã thÓ ph¸t hiÖn ®−îc lµ r = wR

, vµ εR = r ®−îc gäi lµ ng−ìng

nh¹y cña chuyÓn ®æi theo ®iÖn trë

NÕu chiÒu dµi cña chuyÓn ®æi lµ l th× ®é di chuyÓn bÐ nhÊt cã thÓ ph¸t hiÖn ®−îc lµ x0

=wl

vµ εL = x0 ®−îc gäi lµ ng−ìng nh¹y cña chuyÓn ®æi theo ®é dÞch chuyÓn cña con ch¹y

lR,Rx, lx

H×nh 3.5 ChuyÓn ®æi biÕn trë


Sai sè rêi r¹c cña chuyÓn ®æi lµ: %100w21

l2R2lR =

ε=

ε=γ

Ta nhËn thÊy muèn gi¶m sai sè th× ta cÇn ph¶i t¨ng sè vßng d©y w. Ngµi ra chuyÓn

®æi nµy cßn m¾c sai sè phi tuyÕn lµ 0.1 ÷ 0.3% vµ sai sè nhiÖt ®é lµ 0.1% /10 0C. Sai sè

phi tuyÕn sinh ra do khi chuyÓn ®æi lµm viÖc th× tiÕt diÖn cña d©y ®iÖn trë bÞ mßn khi

con ch¹y di chuyÓn.

3. M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi

a. M¹ch ®o di chuyÓn th¼ng

I =

lxRR

URR

U

00x +

=+

R0: Tæng trë ®Çu vµo cña m¹ch lÊy tÝn hiÖu

R: §iÖn trë cña toµn bé biÕn trë

x: kho¶ng di chuyÓn cña con ch¹y

Dßng ®iÖn trong m¹ch tû lÖ nghÞch víi Rx, ta thÊy quan hÖ I = f(x) trªn lµ phi

tuyÕn, dßng ®iÖn kh«ng biÕn thiªn tõ 0 trë ®i cho nªn m¹ch nµy Ýt ®−îc sö dông

b. M¹ch ph©n ¸p

Ta cã:

vx

vxx RR

RRRR

UI

−+−

=

Ux =vx

vx

vx

vxx

vx

vx

RRRR

RRRR

RR

URR

RRI

++

+−=

+

NÕu Rv >> R th× xv

vx

vx

vx RR

RRRR

RR=≈

+

VËy: Ux = lxU

lxR

RU

RR

URRR

UR x

xx

x ===+−

Quan hÖ gi÷a Ux vµ x lµ tuyÕn tÝnh, Ux biÕn thiªn tõ 0 ®Õn U khi Rx biÕn thiªn tõ 0

®Õn R (th−êng Rv ≥ (10 ÷ 20)R)

I

Rx

U

x

l

R0

H×nh 3.6 M¹ch ®o di chuyÓn th¼ng

U l Rx x

Rv

I

+

Ux

H×nh 3.7 M¹ch ph©n ¸p


c. M¹ch cÇu

ThiÕt kÕ sao cho khi chuyÓn ®æi ch−a lµm

viÖc th× R1 = R2 = R3 =R4 =R vµ Rv >> R, lóc

®ã ®iÖn ¸p Uv = 0 vµ cÇu c©n b»ng

Khi chuyÓn ®æi lµm viÖc th× R1 biÕn thiªn

mét l−îng lµ ΔR. §iÖn ¸p Uv lµ

1 2 1 2

1 4 3 2 1 4 3 2

12 4v

UR UR R R R R RU U U UR R R R R R R R R R R R R

⎛ ⎞ −Δ Δ⎛ ⎞= − + = − + = − + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ + + + −Δ + −Δ⎝ ⎠⎝ ⎠

Chọn sao cho khoảng di chuyển ΔR << R cho nªn:

Ta cã Uv ≈ RR

4U Δ

, víi RRΔ

lµ l−îng biÕn thiªn ®iÖn t rë t−¬ng ®èi

khi biÕn t rë di chuyÓn

Ngoµi ra ng−êi ta cßn dïng m¹ch l«g«

mÐt nh− sau:

R1, R2 - ®iÖn trë cña cuén d©y

l«g«mÐt. R3, R4 lµ ®iÖn trë phô x¸c

®Þnh theo th«ng sè cña chuyÓn ®æi vµ

l«g«mÐt. Khi Rx thay ®æi lµm cho

dßng ®iÖn I1 vµ I2 thay ®æi vµ gãc

quay α thay ®æi

T a cã: x31

1 RRRRUI

−++= ;

x422 RRR

UI++

=

VËy ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−++

++=α

x31

x42

RRRRRRRf

4. øng dông

ChuyÓn ®æi biÕn trë th−êng dïng ®Ó ®o nh÷ng di chuyÓn th¼ng kÝch th−íc tõ 2

÷3mm hoÆc çc di chuyÓn gãc. Ngoµi ra chuyÓn ®æi biÕn trë cßn dïng ®Ó lÊy çc th«ng

tin vÒ lùc, ¸p xuÊt, møc chÊt láng

R3

U R1

R2

R3

R4

Rv, Uv

+

H×nh 3.8 M¹ch cÇu

R4

R2

R1 R

Rx

U

x

H×nh 3.9 M¹ch ®o l«g«mÐt


Bµi 3. ChuyÓn ®æi tenzo (®iÖn trë lùc c¨ng)

1. Nguyªn lý vµ cÊu t¹o

a. Nguyªn lý:

Nguyªn lý lµm viÖc cña chuyÓn ®æi nµy dùa trªn hiÖu øng tenzo, cã nghÜa lµ sù

thay ®æi cña ®iÖn trë d©y dÉn khi d©y dÉn bÞ biÕn d¹ng c¬ häc.

Ta biÕt r»ng ®iÖn trë cña d©y dÉn ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: R = Slρ

Khi biÕn d¹ng ta cã: SS

ll

RR Δ−

ρρΔ+Δ=Δ

Trong ®ã: llΔ

lµ biÕn thiªn t−¬ng ®èi theo chiÒu dµi d©y dÉn, ρρΔ

lµ sù biÕn

thiªn t−¬ng ®èi theo ®iÖn trë xuÊt ®Æc tr−ng cho sù thay ®æi tÝnh chÊt vËt liÖu cña

chuyÓn ®æi, SSΔ

lµ sù biÕn thiªn t−¬ng ®èi theo thiÕt diÖn d©y dÉn ®Æc tr−ng cho sù biÕn

thiªn h×nh häc cña chuyÓn ®æi, RRΔ

lµ sù biÕn thiªn t−¬ng ®èi cña ®iÖn trë d©y dÉn. Ta

cã thÓ viÕt gän nh− sau:

SlR ξ−ξ+ξ=ξ ρ

MÆt kh¸c ta cã: lpS K2 ξ−=ξ , Kp lµ hÖ sè poisson

Vµ ta ®Æt: lmξ=ξρ , m lµ hÖ sè tû lÖ

Ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t cña chuyÓn ®æi

lplR K)mK21( ξ=++ξ=ξ

K: hÖ sè ®Æc tr−ng cho hiªu øng tenzo cña çc vËt liÖu. Khi thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n

hÖ sè K cã thÓ tra trong çc sæ tay kü thuËt øng víi tõng lo¹i vËt liÖu cô thÓ hoÆc nã

®−îc ghi ngay trªn bÒ mÆt cña chuyÓn ®æi

b. CÊu t¹o


ChuyÓn ®æi tenzo trong c«ng nghiÖp th−êng cã 3 lo¹i lµ chuyÓn ®æi tenzo d©y

m¶nh, l¸ máng vµ mµng máng. Tuy nhiªn phæ biÕn nhÊt lµ chuyÓn ®æi d©y m¶nh cã cÊu

t¹o nh− h×nh vÏ sau:

TÊm giÊy máng lo¹i bÒn 1

D©y ®iÖn trë tenzo 2 cã ®−êng

kÝnh 0.02 ÷ 0.05mm d¸n lªn tÊm giÊy

máng 1. §Çu d©y cña ®iÖn trë ®−îc

nèi víi d©y dÉn b»ng ®ång 3

PhÝa trªn th−êng ®−îc phñ b»ng s¬n hoÆc d¸n mét tÊm giÊy lªn ®Ó cè ®Þnh sau ®ã

ng−êi ta ghi çc th«ng sè cña chuyÓn ®æi sau:

R0 : §iÖn trë cña chuyÓn ®æi khi ch−a cã biÕn d¹ng

I: Dßng ®iÖn cho phÐp

K: HÖ sè ®é nh¹y

l0: ChiÒu dµi t¸c dông cña chuyÓn ®æi (th−êng b»ng 0.8 ÷ 15 mm)

2. M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi tenzo

Çc chuyÓn ®æi tenzo th−êng dïng víi m¹ch cÇu 1 chiÒu, xoay chiÒu hoÆc m¹ch ph©n ̧ p

a. M¹ch cÇu 1 nh¸nh ho¹t ®éng

H×nh 3.11 M¹ch cÇu mét nh¸nh ho¹t ®éng

Trong m¹ch nµy ng−êi ta dïng hai chuyÓn ®æi cïng lo¹i ®Æt ë hai nh¸nh cña cÇu, trong

®ã 1nh¸nh kh«ng lµm viÖc ®Ó bï nhiÖt vµ do ®ã m¹ch nµy sÏ lo¹i trõ ®−îc sai sè do nhiÖt ®é.

U

R4

R3 Ura

R1=RT

R2=RT0

P1

P2=0

a

l0

1 2 3

H×nh 3.10 CÊu t¹o cña chuyÓn ®æi tenzo d©y m¶nh


+ Khi chuyÓn ®æi ch−a lµm viÖc tøc lµ P1=0. Lóc ®ã ta ph¶i chÕ t¹o vµ hiÖu chØnh

sao cho cÇu ë tr¹ng th¸i c©n b»ng, tøc lµ R1R2 = R3R4

R1 = RT0, R2 =RT0 víi RT0 lµ ®iÖn trë cña chuyÓn ®æi khi ch−a lµm viÖc.

+ Khi P1 ≠ 0 lµm cho R1 biÕn thiªn, tøc lµ: R1 = Rt =RT0(1 + ξ RT)

Trong ®ã ξ RT =0TR

RΔ lµ biÕn thiªn t−¬ng ®èi cña ®iÖn trë RT

Quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ra víi sù biÕn thiªn ®iÖn trë cña tenzo:

[ ]( )3420TRT

40T4RT0Tra RRRR)1(

RRR)1(RUU

++ξ+−ξ+

=

NÕu ®¶m b¶o R3 = R4 th× Ura ≈ 0,25UΔR/RT0;

b. M¹ch cÇu hai nh¸nh biªn thiªn ng−îc chiÒu nhau

M¹ch nµy cã ®é chÝnh x¸c cao

h¬n, hai n¸h cña cÇu ®−îc d¸n ®iÖn

trë tenzo vµ cïng ho¹t ®éng ng−îc

chiÒu nhau. §iÖn ¸p ra cña m¹ch cÇu

t¨ng gÊp hai lÇn, kh¶ n¨ng bï nhiÖt

tèt h¬n, sai sè do nhiÖt ®é bÞ lo¹i trõ.

RTr 2UU ξ=

Ngoµi ra cßn cã m¹ch cÇu 4 nh¸nh, m¹ch nµy cã ®iÖn ¸p ra t¨ng gÊp 4 lÇn

RTr UU ξ=

c. M¹ch ph©n ¸p

M¹ch nµy th−êng dïng do çc

biÕn d¹ng ®éng cã tÇn sè nhá h¬n

1000Hz. §Ó lo¹i trõ thµnh phÇn 1

chiÒu ng−êi ta m¾c thªm 1 tô C

P

RT

R3

R4

R0 Ur

RT'

U

H×nh 3.12 M¹ch cÇu hai nh¸nh biÕn thiªn ng−îc nhau

U

R1

Rt

C

Ura Ut

H×nh 3.13 M¹ch ph©n ¸p


Ta cã: 1T

TT RR

URU

+=

XÐt khi cã biÕn d¹ng (sù dao ®éng víi tÇn sè cao)

( )( )1

1 sin1 sinR

T ToTo R

tU UR

R R tξ ω

ξ ω+

=+ +

, ω lµ tÇn sè dao ®éng cña ®èi t−îng

Th«ng th−êng Rξ <<1 ⇔ sinTo R ToR t Rξ ω

Ta cã: 1 1

sinTo To RT

To To

R R tU U UR R R R

ξ ω= ++ +

V× ®iÖn ¸p ra lÊy thµnh phÇn mét chiÒu cho nªn

1

s i nR T or a

T o

U R tUR R

ξ ω=+

3. Sai sè vµ øng dông

ChuyÓn ®æi tenzo ®−îc øng dông réng r·i trong kü thuËt dïng ®Ó ®o lùc biÕn

d¹ng, lùc m«men, gia tèc, ¸p xuÊt. Do cÊu t¹o ®¬n gi¶n, cã kÝch th−íc nhá nªn çc

chuyÓn ®æi tenzo ®−îc dïng ®Ó ®o trªn çc chi tiÕt cã nhiÒu h×nh d¹ng kh¸c nhau cña

m¸y mãc vµ thiÕt bÞ. Cã thÓ dïng ®Ó ®o çc biÕn thiªn nhanh nh− ®é chÊn ®éng. §Ó

gi¶m sai sè ®ßi hái ph¶i cã mét c«ng nghÖ d¸n vµ vÞ trÝ d¸n thÝch hîp , lóc ®ã sai sè cã

thÓ gi¶m < 5%

Ch−¬ng 3. ChuyÓn ®æi ®iÖn tõ

Lµ chuyÓn ®æi trong ®ã ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn (th−êng lµ çc di chuyÓn th¼ng hay gãc )

dÉn ®Õn thay ®æi ®iÖn c¶m, hç c¶m hoÆc xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng c¶m øng ë cuén d©y.


Bµi 1. ChuyÓn ®æi ®iÖn c¶m

ChuyÓn ®æi ®iÖn c¶m lµ chuyÓn ®æi biÕn ®æi gi¸ trÞ ®¹i l−îng ®o thµnh trÞ sè ®iÖn c¶m

a. Mét sè lo¹i chuyÓn ®æi th−êng gÆp nh− sau:

H×nh 3.14 Mét sè chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m th−êng gÆp

-H×nh a lµ chuyÓn ®æi ®¬n kh¸ phæ biÕn, d−íi t¸c dông cña ®¹i l−îng c¬ häc P vÝ

dô nh− lùc, ¸p xuÊt, sù di chuyÓn v.v sÏ lµm thay ®æi khe hë kh«ng khÝ δ nªn lµm thay

®æi tõ trë toµn bé m¹ch tõ. Nh− vËy sÏ lµm thay ®æi tæng trë Z còng nh− ®iÖn c¶m L cña

cuén d©y.

H×nh b, c d−íi t¸c dông cña ®¹i l−îng c¬ häc P sÏ lµm thay ®æi khe hë kh«ng khÝ δ.

ChuyÓn ®æi nµy th−êng dïng ®Ó ®o nh÷ng di chuyÓn tõ 5 ÷ 20mm hoÆc di chuyÓn gãc.

H×nh d lµ chuyÓn ®æi lµm thay ®æi dßng ®iÖn xo¸y, gåm mét cuén d©y kh«ng lâi

thÐp ®−îc m¾c vµo ®iÖn ¸p cã tÇn sè rÊt cao(cì vµi Mhz). Khi ta di chuyÓn tÊm kim lo¹i

hoÆc vßng d©y ng¾n m¹ch sÏ lµm thay ®æi tæn hao tõ trong cuén d©y, do vËy ®iÖn c¶m L

cña cuén d©y còng thay ®æi theo. H×nh a, b, c, d cßn gäi lµ chuyÓn ®æi ®iÖn tõ ®¬n.

H×nh e lµ chuyÓn ®æi lµm thay ®æi khe hë kh«ng khÝ kiÓu vi sai, gåm hai cuén d©y

gièng hÖt nhau. Khi chuyÓn ®æi ch−a lµm viÖc th×:

δ1 = δ2 =δ0, Z1 = Z2 =Z0

NÕu chuyÓn ®æi lµm viÖc th×: δ1 ≠ δ2, Z1 = Z0 ± ΔZ, Z2 = Z ± ΔZ

b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m

NÕu ta bá qua tõ trë cña m¹ch tõ th×:

(a)

W WP

(c) (b)

δ

R

U≈ (d) (e)

P

δ1 δ2

P


δμ

==μ

SwRwL

20

2

, víi S

R0μδ=μ

w: lµ sè vßng d©y, μ0 = 4π.10-7 lµ hÖ sè dÉn tõ cña kh«ng khÝ, δ lµ chiÒu dµi khe hë

kh«ng khÝ, S tiÕt diÖn hiÖu dông cña khe hë kh«ng khÝ, Rμ lµ tõ trë cña khe hë kh«ng khÝ

VËy L phô thuéc vµo S vµ δ, sù biÕn thiªn cña L theo S vµ δ nh− sau:

Ta cã: δδ∂

∂+∂∂= dLdS

SLdL

víi l−îng thay ®æi h÷u h¹n Δδ vµ ΔS th×

δΔδΔ+δ

μ−Δ

δμ

=Δ 20

02

0

0

20

)(Sw

Sw

L

Trong ®ã S0, δ0 lµ gi¸ trÞ ban ®Çu cña S vµ δ khi chuyÓn ®æi ch−a lµm viÖc

+§é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi tiÕt diÖn thay ®æi (δ = δ0 =const)

Ss = constSL

SSwwL

0

0

00

002

0

02

==δ

μ=

δμ

=δΔ

Δ

Víi L0 =0

02

0 Swδ

μ lµ gi¸ trÞ ®iÖn c¶m ban ®Çu cña chuyÓn ®æi

+ §é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi δ thay ®æi lµ (S = S0 =const):

( ) 2

00

02

0

02

0

1

LSwLS

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛δ

δΔ+δ

−=δΔ+δ

μ=

δΔΔ=δ

Ta thÊy ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi phô thuéc vµo 0δδΔ

NhËn xÐt: §é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi S thay ®æi b»ng h»ng sè, cßn khi δ thay ®æi

th× phô thuéc vµo 0δδΔ

, vËy quan hÖ gi÷a L=f(δ) lµ phi tuyÕn. Thùc tÕ cho thÊy quan hÖ

L = f(δ) lµ tuyÕn tÝnh khi 0δδΔ

≤ 0.2 ®èi víi chuyÓn ®æi ®¬n, vµ 0δδΔ

≤ 0.4 ®èi víi

chuyÓn ®æi vi sai.


H×nh 3.15 Quan hÖ gi÷a ®iÖn c¶m vµ sù biÕn thiªn δ cña chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m

c. M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi

Sù biÕn thiªn ®iÖn c¶m sÏ lµm biÕn thiªn trë kh¸ng trong toµn m¹ch. M¹ch ®o cã

nhiÖm vô biÕn ®æi tiÕp tÝn hiÖu thµnh ®¹i l−îng ®iÖn ®ñ lín ®Ó cã thÓ ph¸t ra çc tÝn hiÖu

khèng chÕ mét çch ch¾c ch¾n, biÕn thiªn ®iÖn c¶m trong m¹ch cã thÓ dÉn ®Õn biÕn

thiªn vÒ biªn ®é hoÆc pha hoÆc tÇn sè cña ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn ®Çu ra. M¹ch ®o cã tªn

t−¬ng øng lµ m¹ch ®iÒu biªn, ®iÒu pha hoÆc ®iÒu tÇn. Ta sÏ nghiªn cøu m¹ch th«ng dông

lµ m¹ch ®iÒu biªn. M¹ch nµy th−êng lµ m¹ch cÇu vi sai nh− sau:

Z1, Z2 lµ trë kh¸ng cña chuyÓn ®æi vi sai.

Zb lµ trë kh¸ng phèi hîp víi Z1 vµ Z2

Z0 trë kh¸ng cña dông cô ®o.

U nguån cung cÊp,

+Khi trôc ®o n»m ë vÞ trÝ c©n b»ng

δ1 = δ2 = δ0, Z1 = Z2 = Z

CÇu c©n b»ng vµ Ura = 0

+Khi trôc ®o lÖch khái vÞ trÝ c©n b»ng tøc lµ δ1 vµ δ2 biÕn thiªn ng−îc nhau 1 l−îng

lµ Δδ, khi ®ã Z1 vµ Z2 còng biÕn thiªn mét l−îng lµ ΔZ. Ta gi¶ sö

Z1 = Z + ΔZ, Z2 = Z - ΔZ

Ta ®i t×m quan hÖ gi÷a sù biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p Ur theo sù biÕn thiªn ΔZ nh− sau:

+ Gäi Uh lµ ®iÖn ¸p khi hë m¹ch ®o ( Z0 = ∞)

b

b

b

bh Z)ZZ(

EZZ)ZZ(

EZU

+Δ+−

+Δ−=

δδ0

Δδ

L

L = f(δ)

ChuyÓn ®æi ®¬n

δ

L1-L2=f3(δ)

Δδ

L

L1 = f1(δ)

ChuyÓn ®æi vi sai

L2 = f2(δ)

Ur

Z1

Z2

Zb

Zb

E Z0

Uh

H×nh 3.16 M¹ch cÇu vi sai chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m


( ) ( )22b

2bbb

2bbb

ZZZEZZEZZEZEZZEZZEZ

Δ−++Δ−−+Δ+=

=( ) ( ) ( )2

b

b22

b

b

ZZZEZ2

ZZZZEZ2

+Δ

≈Δ−+

Δ =

( )2b

b

ZZZEZ2

+Δ

+ Gäi Uz lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn çc phÇn tö cña chuyÓn ®æi vi sai khi chuyÓn ®æi ch−a

lµm viÖc: Uz =bZZ

EZ+

VËy ta cã Uh = ( )ZZZZUZ2

b

zb

+Δ

+ Trë kh¸ng trong cña cÇu

Zi =b2

b2

b1

b1

ZZZZ

ZZZZ

++

+

Thay Z1 = Z + ΔZ, Z2 = Z - ΔZ, quy ®ång mÉu sè vµ rót gän ta ®−îc

Zi = ( ) 22b

2b

2bb

2

ZZZZZ2ZZ2ZZ2

Δ−+Δ−+

V× ΔZ kh¸ nhá cho nªn ta cã thÓ bá qua ΔZ2

Zi ≈ ( )( ) b

b2

b

bb

ZZZZ2

ZZZZZZ2

+=

++

+Quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn I0 vµ ®iÖn ¸p Ura theo sù biÕn thiªn ΔZ lµ:

VËy I0 = 0i

zb

b

0i

0

ZZ1U

ZZ

ZZZ2

ZZU

+Δ

+=

+

Hay Z0i

0

b

b00ra

'0 U

ZZ

ZZZ

ZZZ2

ZIUU Δ++

===

+ §é nh¹y vÒ dßng vµ ¸p cña cÇu:

z0i0

b0SI U

ZZ

1

ZZ

Z2

ZZ

IK

++=

Δ=

'0 0

0 0

2 .bSU z o SI

i

U Z ZK U Z KZ Z Z Z Z Z

= = =Δ + +

B»ng çch tÝnh t−¬ng tù ta cã thÓ tÝnh ®−îc ®é nh¹y dßng vµ ¸p cña nhiÒu m¹ch

chuyÓn ®æi

d. ¦u nh−îc ®iÓm vµ øng dông

Z0

Uh

I0

Z1 Z2

Zb Zb

H×nh 3.17 M¹ch thay thÕ cña chuyÓn ®æi vi sai


Nh−îc ®iÓm cña chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m lµ ph¶n t¸c dông lªn ®èi t−îng ®o rÊt lín.

Tuy nhiªn nã vÉn ®−îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp ®Ó ®o çc di chuyÓn tõ vµi

chôc μm ®Õn vµi chôc cm. Ngoµi ra cßn dïng ®Ó ®o lùc, ¸p xuÊt, ®é bãng cña chi tiÕt.

ChuyÓn ®æi ®iÖn c¶m dÔ m¾c sai sè do ®iÖn ¸p nguån thay ®æi, tÇn sè, nhiÖt ®é thay ®æi.

V× vËy khi thiÕt kÕ ta ph¶i chó ý ®Õn ¶nh h−ëng cña çc yÕu tè trªn.


Bµi 2. ChuyÓn ®æi hç c¶m

Lµ chuyÓn ®æi biÕn gi¸ trÞ ®o thµnh trÞ sè hç c¶m

a. Mét sè lo¹i chuyÓn ®æi hç c¶m th−êng gÆp:

H×nh 3.18 Mét sè chuyÓn ®æi hç c¶m

H×nh a lµ chuyÓn ®æi biÕn ¸p cã lâi di ®éng, cuén d©y w1 ®−îc cung cÊp b»ng nguån

xoay chiÒu. Khi ®¹i l−îng c¬ häc P t¸c dông lªn chuyÓn ®æi th× sÏ lµm cho tõ trë cña khe

hë kh«ng khÝ thay ®«Ø dÉn tíi tõ trë cña m¹ch tõ thay ®æi, ®iÒu nµy lµm cho tõ th«ng mãc

vßng qua m¹ch tõ thay ®æi lµm xuÊt hiÖn sù thay ®æi søc ®iÖn ®éng E ë cuén d©y w2

H×nh b: d−íi t¸c dông cña ®¹i l−îng ®o sÏ lµm di chuyÓn vßng ng¾n m¹ch, tõ

th«ng mãc vßng qua vßng d©y nhiÒu hay Ýt tuú thuéc vµo vÞ trÝ cña nã trong khe hë

kh«ng khÝ. V× vËy khi di chuyÓn vßng ng¾n m¹ch sÏ lµm cho tõ th«ng chÝnh mãc vßng

qua çc cuén d©y w1 vµ w2 thay ®æi nªn dÉn tíi E2 thay ®æi

H×nh c: lµ chuyÓn ®æi vi sai kiÓu thay ®æi khe hë kh«ng khÝ δ, khi P t¸c dông lªn

chuyÓn ®æi sÏ lµm cho δ1 vµ δ2 biÕn thiªn ng−îc nhau, do vËy tõ trë cña hai m¹ch tõ

thay ®æi ng−îc nhau, dÉn ®Õn lµm cho E1 vµ E2 biÕn thiªn ng−îc nhau.

b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi hç c¶m

Khi chiÒu dµi hoÆc tiÕt diÖn khe hë kh«ng khÝ thay ®æi lµm cho tõ th«ng cña

m¹ch tõ thay ®æi vµ xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng e. Ta biÕt r»ng søc ®iÖn ®éng E sinh ra trªn

cuén d©y w2 do tõ th«ng φ mãc vßng qua lµ:

Tõ th«ng tøc thêi ®−îc tÝnh nh− sau:

δμ

==φδ

SiwRiw 011

t

i lµ gi¸ trÞ dßng tøc thêi trong cuén d©y kÝch thÝch w1

P

δ E

U≈

x

W2 E W1

U≈

U≈ U≈

x

a b d

E1 E2


Søc ®iÖn ®éng t¹o thµnh trong cuén d©y ®o w2

dtdiSww

dtd

we 012t2 δ

μ−=

φ−=

w2 lµ sè vßng d©y cuén d©y ®o

Khi lµm viÖc víi dßng xoay chiÒu i = Imsinωt

Ta cã: tcosISww

e m012 ωω

δμ

−=

Gi¸ trÞ hiÖu dông cña søc ®iÖn ®éng

δ=ω

δμ

= SKISww

E 012

§©y lµ ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi hç c¶m, I lµ gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn

Víi K = w1w2μ0ωI

Víi w1, w2, μ0, ω vµ I b»ng h»ng sè ta cã:

δδ∂

∂+∂∂= dEds

SEdE

Hay ( )200

KSSKEδΔ+δ

δΔ−δΔ=Δ

§é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi chiÒu dµi khe hë kh«ng khÝ thay ®æi lµ (S =const):

2

00

02

0

20 1

E

1

KSES

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛δ

δΔ+δ

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛δ

δΔ+δ

−=δΔ

Δ=δ

§é nh¹y khi tiÕt diÖn khi khe khÝ thay ®æi (δ = const)

0

0

0s S

EKSES =

δ=

ΔΔ=

Víi 0

00

KSE

δ= lµ søc ®iÖn ®éng hç c¶m ban ®Çu trong cuén d©y ®o w2 khi Xv =0

NhËn xÐt: §é nh¹y cña chuyÓn ®æi khi S thay ®æi b»ng h»ng sè, cßn khi δ thay ®æi

th× phô thuéc vµo tû sè 0δδΔ


c. M¹ch ®o vµ øng dông

§a sè m¹ch ®o cña chuyÓn ®æi hç c¶m gièng nh− chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m, trong ®ã

chñ yÕu ng−êi ta sö dông m¹ch cÇu. Ngoµi ra thùc tÕ ng−êi ta cßn dïng m¹ch cÇu nh−

sau (cÇu vi sai 6 nh¸nh):

§iÖn trë Rc vµ C dïng ®Ó

c©n b»ng thµnh phÇn ¶o (gãc

pha).

R0 c©n b»ng thµnh phÇn

thùc (biªn ®é). R0 << R, chØ thÞ

lµ dông cô tõ ®iÖn. §èi víi çc

chuyÓn ®æi hç c¶m ng−êi ta

th−êng dïng ph−¬ng ph¸p ®o

®iÖn ¸p xoay chiÒu.

Sai sè: g©y ra sai sè nÕu

nguån ®iÖn kh«ng æn ®Þnh.

§iÖn ¸p nguån thay ®æi 1%

dÉn ®Õn sai sè 1%

TÇn sè thay ®æi 1% g©y ra sai sè 0.2%

øng dông: §o çc ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn kh¸c nhau tuú theo cÊu tróc cña tõng lo¹i

chuyÓn ®æi, cã thÓ ®o di chuyÓn tõ vµi chôc μ m ®Õn vµi cm ®Ó ®o chiÒu dµi líp phñ, ®é

bãng cña chi tiÕt gia c«ng

Bµi 3. ChuyÓn ®æi ¸p tõ

a. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc

ChuyÓn ®æi ¸p tõ lµ mét d¹ng cña chuyÓn ®æi ®iÖn c¶m vµ hç c¶m. Kh¸c víi hai

lo¹i trªn m¹ch tõ cña chuyÓn ®æi ¸p tõ lµ m¹ch kÝn. Nguyªn lý lµm viÖc cña chuyÓn ®æi

¸p tõ dùa trªn hiÖu øng ¸p tõ

a b c

H×nh 3.20 Mét sè chuyÓn ®æi ¸p tõ

Fx

w2 w1

Fx

U~ E

R R0 R

Rc

L + ΔLC

~U

~

H×nh 3.19 M¹ch cÇu vi sai 6 nh¸nh


HiÖu øng ¸p tõ lµ hiÖn t−îng mµ d−íi t¸c dông cña ®¹i l−îng c¬ häc sÏ lµm cho hÖ

sè dÉn tõ μ vµ mét sè tÝnh chÊt kh¸c cña vËt liÖu tõ thay ®æi dÉn ®Õn thay ®æi tæng trë

cña chuyÓn ®æi. Mét sè d¹ng cña chuyÓn ®æi ¸p tõ nh− trªn

H×nh 3.20 a vµ h×nh 3.20 b lµ chuyÓn ®æi ¸p tõ kiÓu ®iÖn c¶m vµ hç c¶m, nã th−êng

dïng ®Ó ®o çc lùc rÊt lín, d−íi t¸c dông cña lùc c¬ häc Fx sÏ lµm cho ®é dÉn tõ μ cña vËt

liÖu s¾t tõ thay ®æi dÉn ®Õn thay ®æi tõ trë m¹ch tõ Rμ lµm cho tæng trë thay®æi còng nh−

®iÖn c¶m thay ®æi.

H×nh 3.20 c lµ chuyÓn ®æi ¸p tõ dßng xoay chiÒu d¹ng biÕn ¸p. Søc ®iÖn ®éng cña

cuén thø cÊp phô thuéc vµo sù hç c¶m gi÷a hai cuén d©y mµ chÝnh lµ do sù biÕn thiªn hÖ

sè μ cña lâi thÐp. Çc cuén d©y w1 vµ w2 cña chuyÓn ®æi ®−îc quÊn trªn mét 1 lâi s¾t tõ

®Æc vµ ®−îc bè trÝ ®Æt vu«ng gãc víi nhau. Cuén d©y w1 ®−îc cung cÊp b»ng nguån

xoay chiÒu ®iÖn ¸p U. Khi lùc t¸c dông Fx = 0 ®−êng søc tõ cña cuén w1 ®−îc bè trÝ ®èi

xøng nªn sÏ kh«ng mãc vßng qua cuén w2 lµm cho E2 =0. Khi Fx ≠ 0 (cã lùc t¸c dông)

do sù thay ®æi cña tõ thÈm μ nªn tõ tr−êng cña cuén d©y w1 mÊt ®èi xøng v× vËy nã sÏ

mãc vßng qua cuén w2 nªn t¹o ra E2 ≠ 0 vµ phô thuéc vµo lùc t¸c dông Fx

b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi ¸p tõ

V× chuyÓn ®æi nµy lu«n cã m¹ch tõ kÝn. V× vËy ®iÖn trë cña cuén d©y rÊt nhá so

víi trë kh¸ng cña nã (R < 5% XL). V× vËy ta cã thÓ bá qua, cho nªn ta cã, bá qua tæn

hao dßng xo¸y vµ tõ trÔ, ®iÖn c¶m cña chuyÓn ®æi ¸p tõ sÏ lµ:

lSw

RwL

22 μ==μ

(*)

w: sè vßng cuén d©y, Rμ lµ tõ trë cña m¹ch tõ, S lµ tiÕt diÖn c¾t ngang m¹ch tõ, l

lµ chiÒu dµi trung b×nh cña ®−êng søc tõ, μ ®é tõ thÈm cña lâi thÐp

Tõ (*) ta cã (víi w= const)

dllLdS

SLdLdL

∂∂+

∂∂+μ

μ∂∂=

( )⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Δ+

Δ−μμΔ+Δ=

Δ+Δμ−μΔ+Δμ=Δ 202

222

ll1l

lSSL

lllSw

lSw

lSwL

Víi L0 = lSw 2μ

: gi¸ trÞ ®iÖn c¶m ban ®Çu khi ch−a cã lùc t¸c dông


§é nh¹y cña chuyÓn ®æi nh− sau:

Khi chÞu biÕn d¹ng th× chiÒu dµi ®−êng søc tõ thay ®æi, ®é nh¹y lµ:

tõ søc d−ßng dµi ChiÒu

mc¶ diÖn déMËt =Δ

Δ=

l/lL/L

S 0l

= 2

ll1

1l/l

/l/lS/S

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Δ+

−Δ

μμΔ+ΔΔ

§Æt Kp =-l/ls/S

ΔΔ

: HÖ sè po¸t x«ng

Sμ = l/l/

ΔμμΔ

: hÖ sè ¸p tõ, ®Æc tr−ng cho tõng lo¹i vËt liÖu

V× Δl/l << 1 trong giíi h¹n biÕn d¹ng ®µn håi cho nªn:

Sl =Sμ - (Kp + 1)

Th«ng th−êng Sμ ≥ 200 do vËy Sμ >> Kp

Víi ®é chÝnh x¸c t−¬ng ®èi, cã thÓ coi ®é nh¹y t−¬ng ®èi cña chuyÓn ®æi nh− sau:

Sl = μ=Δ

μμΔ Sl/l

/

Tæng trë cña chuyÓn ®æi:

Z = ωL =l

Sw 2μω

T−¬ng tù ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi ¸p tõ ®èi víi tæng trë Z b»ng ®é nh¹y ¸p tõ cña nã:

SZ = μ==Δ

Δ SSl/lZ/Z

l

Çc hÖ sè Kp, Sμ tra trong sæ tay kü thuËt

c. M¹ch ®o, sai sè vµ øng dông

M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi ¸p

tõ gièng nh− m¹ch ®o cña chuyÓn

®æi ®iÖn c¶m vµ chuyÓn ®æi hç

c¶m song nã cã thÓ ®o ®−îc çc

®aÞ l−îng biÕn thiªn nhanh tíi

hµng chôc KHz

VÝ dô: S¬ ®å cÇu nh− sau

H×nh 3.21 M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi ¸p tõ

C§1

C§2

V

Fx


Nguyªn nh©n g©y ra sai sè c¬ b¶n lµ do hiÖn t−îng tõ trÔ trong qu¸ tr×nh t¨ng t¶i

vµ gi¶m t¶i. Sù biÕn thiªn cña hÖ sè dÉn tõ.

( )xFf=μμΔ

trong chu kú ®Çu tiªn lóc t¨ng t¶i vµ gi¶m t¶i cã thÓ lªn tíi 10%. Sau

nhiÒu lÇn t¨ng vµ gi¶m th× sai sè cßn l¹i kho¶ng 1%

Mét nguyªn nh©n g©y ra sai sè lµ sù dao ®éng cña dßng ®iÖn kÝch tõ trong chuyÓn

®æi. Khi dßng ®iÖn kÝch tõ thay ®æi sÏ lµm thay ®æi hÖ sè dÉn tõ cña lâi thÐp dÉn tíi

thay ®æi Sμ

Khi thiÕt kÕ ph¶i tÝnh to¸n sao cho chuyÓn ®æi lµm viÖc ë miÒn cã c¶m øng tõ cùc

®¹i. Khi ë ®iÒu kiÖn nµy th× sai sè sÏ nhá h¬n 0.4%

Khi nhiÖt ®é thay ®æi sÏ dÉn tíi thay ®æi ®iÖn trë thuÇn cña cuén d©y, dÉn ®Õn thay

®æi hÖ sè dÉn tõ μ vµ dÉn ®Õn Sμ thay ®æi, sai sè nµy th−êng trong kho¶ng 0.5 ÷ 1% khi

nhiÖt ®é biÕn thiªn trong kho¶ng 100C

+ øng dông: chuyÓn ®æi ¸p tõ th−êng dïng ®Ó ®o çc lùc lín tíi 10N. §o ¸p xuÊt

trong çc ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt (c«ng nghiÖp dÇu khÝ). MÆc dï gÆp sai s« lín nh−ng cÊu

t¹o ®¬n gi¶n lµm viÖc tin cËy nªn chuyÓn ®æi nµy th−êng ®−îc øng dông réng r·i trong

kü thuËt.

Bµi 4. ChuyÓn ®æi c¶m øng

a. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc

§©y lµ chuyÓn ®æi ph¸t ®iÖn. Nguyªn lý lµm viÖc cña nã lµ ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn

lµm thay ®æi tõ th«ng mãc vßng qua çc cuén d©y nªn t¹o ra søc ®iÖn ®éng:

e =dtdw φ−

Theo nguyªn lý lµm viÖc cña chuyÓn ®æi c¶m øng ®−îc chia thµnh hai nhãm:

+Nhãm 1: Tõ trë ®−îc gi÷ kh«ng ®æi trªn ®−êng ®i cña tõ th«ng 1 chiÒu. Søc ®iÖn

®éng c¶m øng ®−îc sinh ra b»ng sù di chuyÓn th¼ng hoÆc chuyÓn ®æi quay cña cuén d©y

trong tõ tr−êng cña nam ch©m vÜnh cöu. Mét sè lo¹i chuyÓn ®æi th× cuén d©y ®øng yªn

vµ nam ch©m chuyÓn ®éng. §¹i diÖn cho nhãm nµy nh− lµ m¸y ph¸t tèc (m¸y ph¸t ®iÖn

1 chiÒu). §Çu vµo lµ ω, ®Çu ra lµ E = Kφω

Trong ®ã ω =55.9n

, n lµ sè vßng quay / phót


+ Nhãm 2: Nam ch©m vÜnh cöu vµ cuén d©y ®øng yªn. Søc ®iÖn ®éng c¶m øng

ra b»ng çch thay ®æi tõ th«ng do sù dao ®éng cña toµn bé tõ trë m¹ch tõ. Sù dao ®éng

nµy ®−îc thùc hiÖn b»ng çch thay ®æi kho¶ng çch hoÆc diÖn tÝch khe hë kh«ng khÝ

(®«i khi thay ®æi μ)

VÝ dô mét sè chuyÓn ®æi th−êng gÆp nh− sau:

H×nh 3.22 Mét sè chuyÓn ®æi c¶m øng

H×nh 3.22 a lµ lo¹i thay ®æi tõ th«ng b»ng çch thay ®æi vÞ trÝ cña cuén d©y trong

tõ tr−êng, h×nh 3.22 b lµ lo¹i thay ®æi tõ trë cña m¹ch tõ, h×nh 3.22 c lµ lo¹i thay ®æi tõ

th«ng b»ng çch thay ®æi hÖ sè dÉn tõ d−íi hiÖn t−îng ¸p tõ.

+§èi víi chuyÓn ®æi cã cuén d©y chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng th× søc ®iÖn ®éng

c¶m øng lµ:

e = -Bldtdx

= -BπDWdtdx

= S1 dtdx

Trong ®ã B: c¶m øng tõ trong khe hë kh«ng khÝ.

l = πDW lµ chiÒu dµi thùc cña cuén d©y

W: Sè vßng d©y

x: l−îng di chuyÓn

+§èi víi chuyÓn ®æi lµm thay ®æi m¹ch tõ ta cã:

Ta cã: μ

=φRF

, vËy e = dtdxS

dtdR

RwF

RF

dtdw

dtdw 2 =μ=−=φ−

μμ

S ®−îc gäi lµ ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi.

N

N

S x

N

N

S x

S

ϕx

N

N

S

1

1

Fx a

b

c

φ


F: søc tõ ®éng cña nam ch©m ®iÖn

+§èi víi chuyÓn ®æi lµm thay ®æi hÖ sè dÉn tõ μ vµ do ®ã lµm thay ®æi tõ trë

m¹ch tõ:

e = Sμ dtdfS

dtdl x'11

μ− =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

l1-1 lµ chiÒu dµi ®o¹n m¹ch tõ bÞ biÕn d¹ng

Sμ vµ S’μ ®é nh¹y t−¬ng øng khi l thay ®æi vµ fx thay ®æi

• Tæng qu¸t ta cã ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi c¶m øng lµ:

e = Sdtdx

S: lµ ®é nh¹y phô thuéc cÊu tróc cña chuyÓn ®æi, x lµ ®¹i l−îng vµo.

b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi c¶m øng

§Ó t¹o ra søc ®iÖn ®éng, trong çc chuyÓn ®æi c¶m øng ph¶i cã bé phËn dao ®éng.

Sù biÕn thiªn dao ®éng dÉn tíi sù biÕn thiªn søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong chuyÓn ®æi,

do vËy ta ph¶i xÐt ®Õn ®iÒu nµy.

M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng cña chuyÓn ®æi c¶m øng nh− sau:

e: søc ®iÖn ®éng cña chuyÓn ®æi, L ®iÖn c¶m cña cuén d©y, R ®iÖn trë cña cuén

d©y, Rt ®iÖn trë m¹ch lÊy tÝn hiÖu, Ura ®iÖn ¸p ra.

Ta cã: Hµm truyÒn ®¹t cña m¹ch lµ:

W(p) =)p(X)p(Ura

, ta cã ph¶i ®i t×m quan hÖ nµy

Søc ®iÖn ®éng e trong m¹ch ®−îc tÝnh

e = (R + Rt)i + Ldtdi

ChuyÓn sang to¸n tö Laplatx¬

E(p) = (R + Rt)I(p) + pLI(p)

Vµ Ura(p) = Rt I(p) ⇒ I(p) =t

ra

R)p(U

E(p) = ( )[ ]pLRRR

)p(Ut

t

ra ++

Theo phÇn 1 ta cã v× e = )p(SpX)p(EdtdxS =⇒

R L

Rt e Ura

H×nh 3.23 M¹ch thay thÕ chuyÓn ®æi c¶m øng


SpX(p) = ( )[ ]pLRRR

)p(Ut

t

ra ++

Suy ra ( )

t

tt

t

tra

RRLp1

RR/SpRpLRR

SpR)p(X)p(U

++

+=

++=

§Æt tRR

L+

=τ : H»ng sè thêi gian tÝch ph©n

S0 = LSR t : HÖ sè khuyÕch ®¹i

Cuèi cïng ta cã: p1pS

)p(X)p(U 0ra

τ+τ

= , ®©y lµ kh©u vi ph©n thùc

+Khi x = A, ®¹i l−îng dÞch chuyÓn x = 0

Ura = )p(pUlim)t(Ulim ra0prat →∞→= = 0

0lim 0

1p

S p App p

ττ→

=+

+ Khi x = At, ®¹i l−îng dÞch chuyÓn x biÕn thiªn theo t

Ura = )p(pUlim)t(Ulim ra0prat →∞→= = 0

020lim

1p

S p Ap ASp p

τ ττ→

=+

ChuyÓn ®æi c¶m øng cã thÓ coi gÇn ®óng lµ kh©u vi ph©n. §Æc tÝnh ®éng cña nã

chñ yÕu phô thuéc vµo qu¸n tÝnh cña m¹ch ®iÖn chuyÓn ®æi. Søc ®iÖn ®éng ®Çu ra tØ lÖ

víi tèc ®é biÕn thiªn cña ®¹i l−îng ®Çu vµo. V× vËy muèn nhËn l¹i gi¸ trÞ x ta ph¶i l¾p

thªm bé tÝch ph©n cña chuyÓn ®æi.

U’ = ∫ ∫ == SxdtdtdxSedt

Khi ®¹i l−îng vµo biÕn thiªn cã tÇn sè cao ta cÇn ph¶i xÐt ®Õn qu¸n tÝnh cña hÖ c¬

khÝ, nh− vËy ë tÇn sè cao ph−¬ng tr×nh lµm viÖc cña chuyÓn ®æi cã thÓ lµ ph−¬ng tr×nh

bËc ba hay bËc cao h¬n.

c. Sai sè vµ øng dông

ChuyÓn ®æi c¶m øng cã ®é nh¹y rÊt cao, v× vËy cã thÓ dïng ®Ó ®o ®−îc nh÷ng di

chuyÓn nhá nh− lµ tèc ®é, gia tèc vµ çc ®¹i l−îng biÕn thiªn kh¸c. Tuy nhiªn chuyÓn

®æi nµy ®−îc øng dông réng r·i nhÊt trong kü thuËt ®Ó ®o ®é chÊn ®éng.

Sai sè cña chuyÓn ®æi c¶m øng kh¸ nhá. Sai sè cña lo¹i cuén d©y chuyÓn ®éng

trong tõ tr−êng nam ch©m vÜnh cöu lµ (0.2 ÷ 0.5)%


Ch−¬ng 4. chuyÓn ®æi tÜnh ®iÖn

Bµi1. ChuyÓn ®æi ®iÖn dung

a. Nguyªn lý lµm viÖc

ChuyÓn ®æi ®iÖn dung lµ chuyÓn ®æi mµ dùa trªn sù t¸c ®éng t−¬ng hç gi÷a hai

®iÖn cùc t¹o thµnh 1 tô ®iÖn. §iÖn dung cña nã ®−îc thay ®æi d−íi t¸c ®éng cña ®¹i

l−îng vµo.

§iÖn dung C t¹o bëi 2 tÊm kim lo¹i ®Æt song song cã diÖn tÝch S çch nhau 1

kho¶ng δ ®−îc tÝnh:

C =δεS

ξ: h»ng sè ®iÖn m«i gi÷a hai cùc

S, δ diÖn tÝch çc b¶n cùc vµ kho¶ng çch gi÷a chóng

V× vËy khi ta thay ®æi ξ, S vµ δ th× ®iÖn dung cña chuyÓn ®æi sÏ thay ®æi

Mét sè h×nh d¸ng cña chuyÓn ®æi ®iÖn dung

H×nh 3.24 Mét sè chuyÓn ®æi ®iÖn dung

b. TÝnh n¨ng cña chuyÓn ®æi ®iÖn dung

Nh− trªn ta biÕt r»ng ®iÖn dung C cã quan hÖ víi ξ, S vµ δ nh− sau:

δε= SC

Khi mét trong 3 ®¹i l−îng ε, S vµ δ thay ®æi dÉn tíi ®iÖn dung còng thay ®æi. §é

thay ®æi cña ®iÖn dung C nh− sau(víi mét l−îng rÊt nhá):


dC= δδ∂

∂+∂∂+ε

ε∂∂ dCdS

SCdC

§−a ph−¬ng tr×nh vÒ d¹ng sai ph©n ta ®−îc:

( )δΔ

δΔ+δε

−Δδε

+εΔδ

=Δ 20

00

0

0

0

0 SS

SC

Víi ε, S0, δ0 lµ gi¸ trÞ ban ®Çu cña ®iÖn m«i, tiÕt diÖn vµ kho¶ng çch gi÷a çc b¶n cùc.

§Æt: C0 = 0

00Sδ

ε lµ gi¸ trÞ ®iÖn dung ban ®Çu

2

00

0

0

0

0

0

1

CS

SCC

C

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛δ

δΔ+δ

δΔ−Δ+εΔ

ε=Δ

Ta cã: SC

1x c ωεδ=

ω=

NÕu ta gi÷ cho tÇn sè tÝn hiÖu kh«ng ®æi ω = const th×

εε∂

∂+

∂∂

+δδ∂

∂= d

xdS

Sx

dx

dx CCCC

VËy ( ) ( )

0 02 2

0 0 0 0 0 0

1C

SxS S S S

δ δ εδω ε ε ε ε

⎡ ⎤Δ ΔΔΔ = − −⎢ ⎥+ Δ + Δ⎢ ⎥⎣ ⎦

Tõ ®©y ta tÝnh ®−îc ®é nh¹y

+§é nh¹y khi δ thay ®æi (ε, S = const)

constx

S1x

S0

C

00

C 0 =δ

=ωε

=δΔ

Δ=δ

00

0C S

x0 ωε

δ=

+§é nh¹y khi S thay ®æi (ε, δ = const)


( )00

20 0

00

1

CCs

xxSS SS S S

S

δε

Δ= = − = −Δ ⎛ ⎞Δ+ Δ +⎜ ⎟

⎝ ⎠

Ss phô thuéc vµo 0

SδΔ

+§é nh¹y khi ε thay ®æi (S, δ = const)

Sε = ( )

002 2

0 00

0

1

CCxx

Sδ

ε ε ε εεε

Δ = − = −Δ + Δ ⎛ ⎞Δ+⎜ ⎟

⎝ ⎠

Sε phô thuéc vµo 0εεΔ

+NhËn xÐt: Quan hÖ gi÷a sù biÕn thiªn ®iÖn kh¸ng vµ sù thay ®æi kho¶ng çch çc

cùc lµ tuyÕn tÝnh, cßn quan hÖ gi÷a sù biÕn thiªn ®iÖn kh¸ng vµ sù thay ®æi diÖn tÝch çc

cùc còng nh− h»ng sè ®iÖn m«i lµ phi tuyÕn. Thùc tÕ cho thÊy kho¶ng mµ quan hÖ xC

=f(S) vµ xC = f(ε) cã thÓ coi lµ tuyÕn tÝnh nÕu nh−:

0.2 S

S hoÆc

0

≤Δε

εΔ

0®èi víi chuyÓn ®æi ®¬n vµ ≤ 0.4 ®èi víi chuyÓn ®æi kÐp.

-XÐt quan hÖ xC = f(δ) ta thÊy tÝn hiÖu ra tû lÖ nghÞch víi δ0, v× vËy ng−êi ta thiÕt kÕ sao

cho δ0 lµ nhá nhÊt nÕu nh− cã thÓ, tuy nhiªn viÖc gi¶m δ0 bÞ h¹n chÕ bëi çc ®iÒu kiÖn sau:

+ChØ gi¶m δ0 tíi møc sao cho ®iÖn tr−êng gi÷a çc cùc nhá h¬n 1 gi¸ trÞ cho phÐp

U®¸nh thñng ≤ 10KV/ 1cm (ph¶i cã mica thªm vµo m«i tr−êng gi÷a çc cùc)

+Khi gi¶m δ0 sÏ t¨ng lùc hót tÜnh ®iÖn gi÷a çc cùc

F = 2

2

2SU

δε

V× thÕ ta chØ gi¶m δ sao cho tíi møc lùc nµy ph¶i nhá h¬n lùc t¸c dông cña ®¹i

l−îng ®o. Riªng chuyÓn ®æi vi sai th× kh«ng cÇn quan t©m v× lùc hót tÜnh ®iÖn sÏ triÖt

tiªu nhau. ¶nh h−ëng cña ®iÖn dung ký sinh, cña ®−êng d©y nèi tõ m¹ch chuyÓn ®æi tíi

m¹ch khuyÕch ®¹i v× vËy sÏ lµm cho ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi gi¶m ®i. Do ®ã ta ph¶i


dïng nh÷ng biÖn ph¸p ®Ó gi¶m ®iÖn dung ký sinh. VÝ dô nh− rót ng¾n kho¶ng çch tõ

chuyÓn ®æi tíi khuyÕch ®¹i.

c. M¹ch ®o vµ øng dông

+ M¹ch ®o nguån xoay chiÒu

M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi ®iÖn dung th−êng lµ m¹ch cÇu xoay chiÒu kh«ng c©n

b»ng, c«ng suÊt ra cña chuyÓn ®æi nhá nªn b¾t buéc ph¶i dïng khuyÕch ®¹i, bé khuyÕch

®¹i ph¶i cã ®iÖn trë lín nèi ë ®−êng chÐo cña cÇu, ®Ó t¨ng c«ng suÊt ra nguån cung cÊp

ph¶i cã tÇn sè rÊt lín cì hµng chôc MHz. §−êng d©y tõ chuyÓn ®æi tíi m¹ch khuyÕch

®¹i ph¶i ®−îc bäc kim ®Ó tr¸nh ¶nh h−ëng cña ®iÖn tr−êng ngoµi.

VÝ dô: m¹ch ®o dïng chuyÓn ®æi ®iÖn dung m¾c vi sai nh− sau:

Nguån lµ m¹ch ph¸t víi ®iÖn ¸p cã

tÇn sè rÊt cao, trong s¬ ®å nµy ch−a kÓ

tíi ®iÖn dung ký sinh.

+M¹ch ®o nguån mét chiÒu

§Ó ®o ®−îc çc ®¹i l−îng biÕn

thiªn nhanh ng−êi ta th−êng dïng m¹ch

mét chiÒu nh− h×nh vÏ:

M¹ch nµy cã δ biÕn thiªn do ®¹i

l−îng vµo biÕn thiªn. Khi mµ CS kh¸ nhá

(®−êng d©y ng¾n) ta cã thÓ bá qua. Ta ®i

t×m quan hÖ gi÷a Δδ vµ Ur lµ ®iÖn ¸p ra.

∫+= idtC1iRU t0 hay

CU0 = CiRt + ∫ idt víi U0 lµ ®iÖn ¸p nguån cung cÊp, ®iÖn ¸p nµy b»ng const

§¹o hµm hai vÕ theo thêi gian t

iR,idt

dCiRdtdCU tt0 =+= rU :cãta mÆt kh¸c

U0

Rt

C Δδ

Ur

M¸y ph¸t(tÇn sè cao)

K§

C0 + ΔC C0 - ΔC

R1 R2

H×nh 3.25 M¹ch ®o nguån xoay chiÒu

H×nh 3.26 M¹ch ®o nguån mét chiÒu


Cho nªn: 0 0 r 0 dC = U (*)

dtr r r

t

dCU dU UdC dCU i U Cdt dt dt dt R

= + ⇔ + +

Víi C0, 0U lµ gi¸ trÞ ®iÖn dung vµ ®iÖn ¸p ra ban ®Çu

Th«ng th−êng Δδ << δ0, mµ ta cã

C = dtdS

dtdCS

20

δδε≈⇒

δε

Ta cã: ( ) dt

dSdtdC

dtdS

dtdS

dtd

ddC

dtdCSC 2

020

20

δδε≈⇒

δδε≈δ

δΔ+δε=δ

δ=⇒

δε=

Thay vµo (*) ta cã:

( )00 0 02 2

0 0

r r r rr r

t t

U S dU U dU Ud dC S dU C C U Udt dt dt R dt R dt

ε δ ε δδ δ

= + + ⇔ + = −

V× δ0 >> Δδ ⇒ U0 >> Ur

VËy 0 020

r r

t

dU U S dC Udt R dt

ε δδ

+ ≈

ChuyÓn sang d¹ng to¸n tö Laplace

00 2

0

( )( ) ( )rr

t

U SU pC pU p p pR

ε δδ

+ =

Nh©n hai vÕ víi Rt ta cã:

00 2 2

0

( ) ( ) ( )tt r

U SRC R pU p U p p pε δδ

+ =

§Æt τ =C0Rt : h»ng sè thêi gian cña m¹ch

K = 02

0 0

U SC

εδ

: HÖ sè khuyÕch ®¹i cña m¹ch chuyÓn ®æi

Ph−¬ng tr×nh cßn l¹i: τpUr(p) + Ur(p) = Kτpδ(p)

Hµm truyÒn cña m¹ch hay cßn gäi lµ ®é nh¹y ®éng cña chuyÓn ®æi.


S(p) = p1

pK)p()p(U r

τ+τ=

δ, ®©y lµ kh©u vi ph©n thùc

Gäi Urxl lµ ®iÖn ¸p x¸c lËp

Urxl = )p(pUlim)t(Ulim r0prt →∞→=

víi çc gi¶ thiÕt: δ = A = const

VËy: pA)p( =δ , Ur(p) = δ(p)S(p) = )p(

p1pK δτ+

τ

XÐt 0 0

lim ( ) lim 01rp p

K p AU p pp p

ττ→ →

⎛ ⎞= =⎜ ⎟+⎝ ⎠

NÕu gi¶ thiÕt δ =At ⇒ δ(p) = 2pA

Urxl = τ=τ+

τ==→→∞→

AKpA

p1pKplim)p(pUlim)t(Ulim 20pr0prt

+øng dông

ChuyÓn ®æi ®iÖn dung cã δ biÕn thiªn tõ vµi μm ®Õn vµi mm, chuyÓn ®æi ®iÖn

dung dïng trong m¹ch mét chiÒu ®Ó ®o çc ®¹i l−îng ®éng vµ tèc ®é, çc ®¹i l−îng biÕn

thµnh di chuyÓn (lùc, p)

ChuyÓn ®æi ®iÖn dung cã S thay ®æi ®o nh÷ng di chuyÓn lín (tíi 1cm) vµ ®o

nh÷ng di chuyÓn gãc tíi 2700

ChuyÓn ®æi ®iÖn dung cã ε thay ®æi dïng ®Ó ®o ®é Èm cña çc vËt r¾n nh− v¶i,

chÊt dÎo, h¹t. Ngoµi ra chuyÓn ®æi ®iÖn dung cßn dïng ®Ó ®o møc, kiÓm tra bÒ dµy cña

tÊm çch ®iÖn vµ ®«i khi dïng ®Ó ®o lùc

U, δ

τ

AKτ

At = δ

H×nh 3.27 Quan hÖ gi÷a Ur vµ sù biÕn thiªn δ


Bµi 2. ChuyÓn ®æi ¸p ®iÖn

1. Nguyªn lý lµm viÖc

Nguyªn lý lµm viÖc cña chuyÓn ®æi nµy

dùa trªn hiÖu øng ¸p ®iÖn

-HiÖu øng ¸p ®iÖn thuËn lµ sù xuÊt hiÖn ®iÖn tÝch trªn bÒ mÆt cña mét sè chÊt ®iÖn

m«i khi chÊt ®iÖn m«i nµy chÞu t¸c dông cña øng xuÊt c¬ häc. Khi kh«ng cßn øng xuÊt

chÊt ®iÖn m«i l¹i trë vÒ tr¹ng th¸i kh«ng mang ®iÖn. ChÊt ®iÖn m«i nh− vËy gäi lµ chÊt

¸p ®iÖn (vÝ dô nh− th¹ch anh)

-HiÖu øng ¸p ®iÖn ng−îc lµ sù thay ®æi kÝch th−íc h×nh häc cña chÊt ¸p ®iÖn khi

®Æt nã trong ®iÖn tr−êng

ChuyÓn ®æi ¸p ®iÖn lµ chuyÓn ®æi ph¸t ®iÖn v× d−íi t¸c dông cña lùc Fx (theo

h−íng trôc ®iÖn) th× q trªn bÒ mÆt cña chÊt ¸p ®iÖn ®−îc tÝnh:

q = d1Fx

Trong ®ã d1 ®−îc gäi lµ h»ng sè ¸p ®iÖn cã ®¬n vÞ lµ C/N

D−íi t¸c dông cña lùc ngoµi , ®iÖn tÝch sÏ xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt cña chÊt ¸p ®iÖn.

Tuy nhiªn ®iÖn tÝch nµy chØ xuÊt hiÖn khi kh«ng cã sù rß rØ, nghÜa lµ trë kh¸ng vµo cña

m¹ch khuyÕch ®¹i ph¶i b»ng v« cïng, tuy nhiªn ®iÒu nµy kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc. V×

vËy chuyÓn ®æi ¸p ®iÖn kh«ng thÓ dïng ®o çc ®¹i l−îng tÜnh. Khi lùc t¸c dông biÕn ®æi

®iÖn tÝch sÏ ®−îc bæ xung lu«n lu«n nªn cã thÓ t¹o thµnh dßng ®iÖn trong m¹ch ®o, v×

vËy chuyÓn ®æi ¸p ®iÖn dïng ®Ó ®o çc ®¹i l−îng ®éng.

2. M¹ch ®o vµ ®Æc tÝnh ®éng cña chuyÓn ®æi ¸p ®iÖn

Do ®iÖn trë cña chuyÓn ®æi ¸p ®iÖn rÊt lín vµ c«ng suÊt ra nhá nªn bé khuyÕch ®¹i

nèi víi chuyÓn ®æi ph¶i cã yªu cÇu lµ tæng trë vµo lín, th−êng lµ b»ng 108 ÷ 1014 (Ω)

Fx

+ + + + + + + - - - - - - - - - -

H×nh 3.28 HiÖu øng ¸p ®iÖn


S¬ ®å thay thÕ t−¬ng ®−¬ng cña chuyÓn ®æi nh− h×nh vÏ:

H×nh 3.29 S¬ ®å thay thÕ t−¬ng ®−¬ng cña chuyÓn ®æi ¸p ®iÖn

Trong ®ã:

C1 ®iÖn dung cña phÇn tö ¸p ®iÖn

CK ®iÖn dung cña çp dÉn tõ chuyÓn ®æi tíi khuyÕch ®¹i

Cf lµ ®iÖn dung hiÖu chØnh (c¶i thiÖn ®Æc tÝnh trong miÒn tÇn thÊp)

Cy ®iÖn dung cña m¹ch khuyÕch ®¹i

R1 ®iÖn trë dß cña phÇn tö ¸p ®iÖn

Rk ®iÖn trë dß cña d©y çp

Ry ®iÖn trë vµo cña m¹ch khuyÕch ®aÞ

S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña phÇn tö ¸p ®iÖn nh− sau

Trong ®ã: R =yky1k1

yk1

RRRRRRRRR

++

Mµ ta cã: i = dtdq

; víi q =d1fx

Víi fx lµ hµm tøc thêi cña lùc t¸c dông Fx

V× vËy ta cã: i =d1 dtdFx

Mµ i = ir + iC, víi ir = dt

dUC;

RU rr =Ci

Thay vµo ta cã: dt

dUCRU

dtdFd rrx

1 +=

§Ó xÐt ®Æc tÝnh ®éng ta ®−a vÒ d¹ng to¸n tö Laplatxo nh− sau:

~

i

R1

C1 Ck Rk Cf Ry Cy

~UrR C

H×nh 3.30 S¬ ®å thay thÕ


⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

+=

CpR1)p(U)p(pFd

)p(CpUR

)p(U)p(pFd

rx1

rr

x1

§é nh¹y ®éng hay hµm truyÒn ®¹t

S(p) =CRp1Rpd

CpR1

pd)p(F)p(U 11

x

r

+=

+=

§Æt τ =RC gäi lµ h»ng sè thêi gian cña chuyÓn ®æi

§Æt K =d1/C lµ hÖ sè khuyÕch ®¹i

Ta cã: S(p) =1p)p(K

+ττ

XÐt ®Æc tÝnh tÇn sè: Thay p = jω

( )( ) ( )

( )21

KSj1jK)(S

ωτ+

ωτ=ω⇒τω+

ωτ=ω : Biªn ®é hµm truyÒn

ψ = 2π

- arctgωτ

K cßn ®−îc gäi lµ ®é nh¹y lý t−ëng cña chuyÓn ®æi ë tÇn sè cao v× khi tÇn sè cao

th× ωτ >> 1 vµ ( ) KS =ω

Khi ω = 0 th× S =0 nh− vËy chuyÓn ®æi kh«ng dung ®o çc ®¹i l−îng tÜnh

§Ó më réng d¶i tÇn cña ®¹i l−îng ®o vÒ phÝa tÇn sè thÊp ta cÇn t¨ng h»ng sè thêi

gian τ : τ = RC. Th«ng th−êng ng−êi ta t¨ng gi¸ trÞ cña Cf

3. Sai sè vµ øng dông

Nh÷ng thµnh phÇn c¬ b¶n cña sai sè trong chuyÓn ®æi ¸p ®iÖn lµ sai sè do sù thay

®æi tham sè cña m¹ch ®o, sù thay ®æi nhiÖt ®é dÉn ®Õn sù thay ®æi h»ng sè ¸p ®iÖn d1,

sai sè do tÇn sè vµ mét vµi sai sè kh¸c

ChuyÓn ®æi ¸p ®iÖn th−êng dung ®o çc biÕn thiªn nhanh, ®o ¸p suÊt tíi

100N/mm2. §o gia tèc trong d¶i tÇn tõ 0.5 – 100KHz


¦u ®iÓm chñ yÕu cña chuyÓn ®æi nµy lµ cã kÝch th−íc nhá, cÊu t¹o ®¬n gi¶n, lµm

viÖc tin cËy cã thÓ ®o ®−îc çc ®¹i l−îng biÕn thiªn nhanh

Bµi 3. ChuyÓn ®æi Electric

1. Nguyªn lý ho¹t ®éng

Electric lµ chÊt ®iÖn m«i cã tÝnh cùc ho¸ cè ®Þnh (tÝnh n¹p ®iÖn). Tøc lµ trªn bÒ

mÆt tån t¹i ®iÖn tÝch cã dÊu kh¸c nhau vµ ®−îc gi÷ trong thêi gian dµi

Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p t¹o nªn Electric. Song nãi chung lµ ph¶i ®Æt chÊt ®iÖn m«i

trong mét ®iÖn tr−êng m¹nh. Electric th−êng cã d¹ng tÊm ph¼ng cì vµi mm, trßn hoÆc

h×nh xuyÕn, bÒ dµi cña Electric ph¼ng c¬ vµi mm, ®−êng kÝnh cña lo¹i trßn tíi vµi cm.

§Ó chÕ t¹o Electric th−êng dïng nh÷ng ®iÖn m«i thiªn nhiªn vµ nh©n t¹o nh− nhùa

®−êng, eb«nit, x¸p ong

Electric lµm nguån ®iÖn tr−êng kh«ng ®æi vµ ®−îc ®Æc tr−ng b»ng mËt ®é ®iÖn

tÝch bÒ mÆt σ. Víi çc Electric kh¸c nhau th× mËt ®é ®iÖn tÝch kh¸c nhau nh−ng th−êng

n»m trong giíi h¹n (0.1 ÷ 1)10-5 C/m2

XÐt mét tÊm Electric ph¼ng ®Æt gi÷a hai tÊm kim lo¹i 2 vµ 3. Hai tÊm nµy ®−îc

nèi víi nhau nh− h×nh vÏ

§iÖn tr−êng E ®−îc tÝnh

E = ( )10 CCQ+δ

Víi Q = σS lµ ®iÖn tÝch trªn bÒ mÆt cña Electric

C0 ®iÖn dung riªng cña Electric

C1 ®iÖn dung riªng cña khe hë kh«ng khÝ

δ kho¶ng çch cña khe hë kh«ng khÝ

XÐt khi Electric cã chiÒu dµy lµ l, diÖn tÝch bÒ mÆt lµ S, h»ng sè ®iÖn m«i cña vËt

liÖu lµ ξ th×:

C0 = lSξ

+ + + + + + + +

- - - - - - - - - - -

δ l

2

3

-σ1

+σ1

E1

E2

+σ

-σ

+ + + + + + + + - - - - - - - - - - -

H×nh 3.31 ChuyÓn ®æi Electric


MÆt kh¸c ®èi víi kh«ng khÝ ta cã: C1 = lS0ξ

Thay vµo ta cã: E = ( )⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

δξ

+ξδ

σ=⇒+δ S

lS

SECC

Q010

, víi ξ0 lµ h»ng sè ®iÖn m«i

cña kh«ng khÝ

E =

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ξξ+ξ

σ

l10

Ta biÕt r»ng mËt ®é ®iÖn tÝch xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt cña ®iÖn cùc kim lo¹i b»ng trÞ

sè cña vÐc t¬ dÞch chuyÓn D

D =ξ0E = 1

0l1

σ=

ξξδ+

σ

Nguyªn lý cña Electric nh− sau: khi ta di chuyÓn ®iÖn cùc ®iÖn tÝch c¶m øng trªn

®iÖn cùc sÏ thay ®æi. Do ®ã m¹ch ngoµi sÏ cã dßng ®iÖn ch¹y qua. Ta cã:

i = ( )

dtdS

dtSd

dtdq 11 σ

=δ

=

Tãm l¹i: khi at dÞch chuyÓn ®iÖn cùc (vÝ dô lµ ®iÖn cùc 2) th× dÉn ®Õn σ1 thay ®æi

vµ do vËy i thay ®æi

2. Ph−¬ng h−íng sö dông chuyÓn ®æi Electric hiÖn nay

Nh−îc ®iÓm cña chuyÓn ®æi nµy lµ tÝnh kh«ng æn ®Þnh cña ®iÖn tÝch theo thêi

gian. Tuy nhiªn vÒ nguyªn t¾c chuyÓn ®æi nµy ®−îc sö dông theo hai h−íng

-H−íng thø nhÊt: §Ó ®o nh÷ng tham sè vÒ dßng ®iÖn, tr−¬ng tr−êng hîp ®ã ®iÖn

¸p ra sÏ tû lÖ víi vËn tèc di chuyÓn cña ®iÖn cùc

-H−íng thø hai: §Ó ®o nh÷ng ®¹i l−îng ¶nh h−ëng ®Õn tham sè cña Electric lµ ξ vµ δ.

Ch−¬ng 5. chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn

1 Kh¸i niÖm chung.


Çc chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn lµm viÖc dùa trªn quan hÖ cña qu¸ tr×nh nhiÖt víi çc

yÕu tè nh− nhiÖt dÉn cña m«i tr−êng, diÖn tÝch trao ®æi nhiÖt, tèc ®é di chuyÓn cña m«i

tr−êng v.v. ChuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn dïng ®o nhiÖt ®é mµ cßn dïng ®Ó ®o di chuyÓn, kÝch

th−íc, tèc ®é, l−u tèc cña chÊt láng vµ chÊt khÝ, ®é ch©n kh«ng, ®é Èm vµ cßn dïng ®Ó

ph©n tÝch khÝ.

Çc chuyÓn ®æi nhiÖt cã ®Æc ®iÓm lµ qu¸n tÝnh nhiÖt rÊt lín vµ qu¸ tr×nh qu¸ ®é

kÐo dµi. §Æc tÝnh ®éng cña çc chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn ®−îc biÓu diÔn gÇn ®óng b»ng çc

ph−¬ng tr×nh vi ph©n cÊp 1 cã çc hÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn trao ®æi nhiÖt. Khi t¨ng

c−êng qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt, qu¸n tÝnh cña chuyÓn ®æi nhiÖt sÏ gi¶m. Muèn gi¶m sai

sè ®éng vµ tÜnh cña chuyÓn ®æi nhiÖt ph¶i lµm cho sù tiÕp xóc cña chuyÓn ®æi víi m«i

tr−êng thËt chÆt chÏ vµ ®Æt thªm çc kh©u vi ph©n hiÖu chØnh ®Ó hiÖu chØnh sù gi¶m cña

®Æc tÝnh tÇn ë tÇn sè cao. ChuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn cã thÓ chia thµnh hai lo¹i. ChuyÓn ®æi

nhiÖt ngÉu vµ chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn trë

2. ChuyÓn ®æi nhiÖt ngÉu

Nguyªn lý lµm viÖc lµ biÕn nhiÖt ®é

thµnh søc ®iÖn ®éng. Mét cÆp nhiÖt ngÉu AB

nèi víi c¬ cÊu ®o qua çc cùc a, b b»ng çc d©y

dÉn C, D. Çc d©y nµy ph¶i lµ d©y ®¼ng nhiÖt,

nghÜa lµ khi ghÐp thµnh ®«i víi mét ®iÖn cùc kh«ng sinh ra søc ®iÖn ®éng nhiÖt

®iÖn.(trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ 0 ÷ 1000C)

NÕu æn ®Þnh nhiÖt ®é çc ®Çu mèi hµn l¹nh t0 th× ta cã thÓ tr¸nh ®−îc ¶nh h−ëng

nhiÖt ®é cña çc mèi hµn a’ vµ b’.

VËt liÖu chÕ t¹o ®ßi hái cã tÝnh chÊt: quan hÖ gi÷a søc ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn vµ

nhiÖt ®é lµ ®¬n trÞ, æn ®Þnh, bÒn c¬ häc vµ ho¸ häc ë nhiÖt ®é cao, dÉn nhiÖt tèt.

+ Çc ®Æc tÝnh vËn hµnh cña chuyÓn ®æi nhiÖt ngÉu

Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®æi cña nhiÖt ngÉu cã thÓ viÕt gÇn ®óng nh− sau:

Et =At + Bt2 + Ct3

Trong ®ã: Et lµ søc ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn, t hiÖu nhiÖt ®é gi÷a çc ®Çu nãng vµ

l¹nh, A, B, C çc h»ng sè tuú thuéc vµo vËt liÖu lµm cùc

A

B

a' a

b' b

C

D

nãng l¹nh

H×nh 3.32 ChuyÓn ®æi nhiÖt ngÉu


§é nh¹y cña chuyÓn ®æi nhiÖt ngÉu kh«ng ph¶i lµ mét h»ng sè mµ phô thuéc vµo

nhiÖt ®é nh− sau: 3tt Ct3Bt2A

dt

dES ++=≈

Sai sè chñ yÕu g©y ra do sù kh«ng æn ®Þnh nhiÖt ®é ®Çu tù do (trong phßng thÝ

nghiÖm ®Çu tù do ®Æt trong n−íc ®¸ ®ang tan, trong c«ng nghiÖp dïng çc m¹ch æn

nhiÖt). §Ó kh¾c phôc ng−êi ta dïng nhiÒu ph−¬ng ph¸p nh− sau:

+HiÖu chØnh hÖ sè K trªn tõng ®o¹n cña ®−êng cong ®Æc tÝnh Et = f(t)

BiÓu diÔn quan hÖ Et =f(t) víi nhiÖt ®é ®Çu tù

do t0 = 00C, gi¶ sö ®Çu c«ng t¸c ë nhiÖt ®é tx, ®Çu

tù do ë nhiÖt ®é t0’ > t0. Lóc ®ã søc ®iÖn ®éng

nhiÖt ®iÖn sÏ nhá h¬n khi nhiÖt ®é ®Çu tù do b»ng

t0 =00C v× thÕ sè chØ cña dông cô ®o E’x sÏ nhá h¬n

mét l−îng ΔE g©y ra bëi sù chªnh lÖch nhiÖt ®é

00C cña ®Çu tù do

ΔE =ET(t1, t0) – ET(t0, t0’)

Theo h×nh vÏ ta cã:

(tx – tx’) = (t0’ – t0) K)t't('tg

tg00 −=

αα

Trong ®ã K =tgα/tgα’ lµ hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é ®Çu tù do. NÕu ®Æc tuyÕn cña

nhiÖt ngÉu lµ tuyÕn tÝnh th× K =1. K lµ hµm sè cña nhiÖt ®é t vµ do ®ã ë mçi ®o¹n

®−êng cong lµ kh¸c nhau.

+Dïng thiÕt bÞ hiÖu chØnh tù ®éng nhiÖt ®é ®Çu tù do

Khi nhiÖt ®é m«i tr−êng thay ®æi, ®iÖn

trë(®ång, niken) thay ®æi, cÇu mÊt c©n b»ng

vµ trªn ®−êng chÐo cña cÇu xuÊt hiÖn mét

®iÖn ¸p ΔU. §iÖn ¸p nµy bï cho l−îng ΔE bÞ

gi¶m khi m«i tr−êng cã nhiÖt ®é kh¸c 0oC.

3. ChuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn trë

tx t

ΔE α

α' ΔE

ET

Ex

Ex’

0t0 = 00C t0 ‘ tx ‘

H×nh 3.33 HiÖu chØnh hÖ sè K

CÆp nhiÖt

R1 R2

R3 R4

R9

RB

EB

A B

mV

H×nh 3.34 M¹ch hiÖu chØnh nhiÖt ®é ®Çu tù do


Lµ vËt dÉn hay b¸n dÉn cã hÖ sè nhiÖt ®é lín vµ ®−îc trao ®æi nhiÖt víi m«i tr−êng

xung quanh. V× ®iÖn trë cña nã phô thuéc vµo nhiÖt ®é nªn phô thuéc vµo çch trao ®æi

nhiÖt gi÷a dÉn vµ m«i tr−êng. Dùa vµo quan hÖ nµy ng−êi ta chÕ t¹o thiÕt bÞ ®o çc ®¹i

l−îng kh«ng ®iÖn kh¸c nhau nh− nhiÖt ®é, vËn tèc, l−u tèc, nång ®é v.v. NhiÖt ®iÖn trë

th−êng lµm b»ng d©y m¶nh cã ®−êng kÝnh tõ 0.02 ÷ 0.06mm, dµi 5 ÷ 20mm. Yªu cÇu

®èi víi vËt liÖu lµm nhiÖt ®iÖn trë lµ cã hÖ sè nhiÖt ®é lín vµ æn ®Þnh. §iÖn trë xuÊt lín

Cã çc lo¹i nhiÖt ®iÖn trë sau:

a. NhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i

Kim lo¹i th−êng dïng lµ ®ång, platin, niken

+NhiÖt ®iÖn trë ®ång

Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®æi cña nhiÖt ®iÖn trë ®ång trong d¶i tõ –50 ÷ 1800C

®−îc xem lµ tuyÕn tÝnh: Rt = R0(1+αt)

Trong ®ã: R0 lµ ®iÖn trë cña nhiÖt ®iÖn trë t¹i 00C,

α lµ hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë α = 4,3.10-3 /0C

Trong tr−êng hîp R0 ch−a biÕt ta dïng biÓu thøc sau:

R2 = 1

21

t)t(R

+τ+τ

Trong ®ã R1 vµ R2 lµ gi¸ trÞ ®iÖn trë t¹i çc nhiÖt ®é t1 vµ t2, τ =1/α lµ h»ng sè, víi

®ång th× τ = 234.

+ NhiÖt ®iÖn trë Platin

NhiÖt ®iÖn trë Platin cho phÐp nung ®Õn 12000C mµ kh«ngbÞ oxy ho¸, tuy nhiªn

qua hÖ Rt =f(t) lµ phi tuyÕn

+Khi nhiÖt ®é tõ 0 ÷ 6600C th× Rt =R0(1+At+Bt2)

+Trong kho¶ng tõ -180 ÷ 00C th× Rt = (1+At+Bt+C(t-100)3)

A, B, C lµ çc h»ng sè tra trong sæ tay kü thuËt

+Kho¶ng nhiÖt ®é t < -1800C vµ t> 6600C th× quan hÖ Rt =f(t) ®−îc lËp thµnh b¶ng.


+NhiÖt ®iÖn trë Niken

NhiÖt ®iÖn trë Niken th−êng dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é ≤ 3000C, trong tr−êng hîp nµy

nã cã ®Æc tÝnh gièng nh− nhiÖt ®iÖn trë ®ång α = 5.10-3/0C

b. NhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn

NhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn ®−îc chÕ t¹o b»ng t¹p chÊt cña mét vµi «xÝt kim lo¹i Ðp vµ

thiªu kÕt ë nhiÖt ®é cao. Quan hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é phô thuéc vµo nhiÖt ®é tuyÖt

®èi gÇn ®óng nh− sau: ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−β−

≈ 0T

1

T

1

0T eRR

R0 lµ ®iÖn trë ë nhiÖt ®é tuyÖt ®èi T0 = 00K

β lµ hÖ sè phô thuéc vµo lo¹i b¸n dÉn

H×nh vÏ bªn lµ ®−êng cong RT =f(T) cña

nhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn vµ nhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i

vÏ trªn cïng hÖ trôc to¹ ®é ®Ó so s¸nh.

(1) lµ cña kim lo¹i, (2) lµ cña chÊt b¸n dÉn.

HÖ sè nhiÖt ®é cña chÊt b¸n dÉn phô thuéc vµo nhiÖt ®é theo c«ng thøc α =-βT/T0

Quan hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é b¸n dÉn

Rt =Aeβ/T

Trong ®ã: A lµ h»ng sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý cña chÊt b¸n dÉn, kÝch

th−íc vµ h×nh d¹ng cña nhiÖt ®iÖn trë, B lµ h»ng sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý cña

chÊt b¸n dÉn, T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi

HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña chÊt b¸n dÉn th−êng kh¸ lín vµ cã gi¸ trÞ ©m

α = (-2.5 ÷ 4).102/0C

c. M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi, sai sè vµ øng dông

M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn trë cã thÓ dïng m¹ch bÊt kú ®Ó ®o ®iÖn trë cña

nã. Th«ng th−êng ng−êi ta hay dïng m¹ch cÇu kh«ng c©n b»ng cã chØ thÞ lµ l«g«mÐt

hoÆc cÇu tù ®éng tù ghi. §Ó gi¶m sai sè cña ®iÖn trë ®−êng d©y th× ta cã thÓ dïng m¹ch

cÇu 3 d©y nh− h×nh vÏ:

R

T

RT

RT (1)

(2)

H×nh 3..35 Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é T vµ ®iÖn

trë cña nhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn


Sai sè cña nhiÖt ®iÖn trë chñ yÕu lµ do sù thay ®æi ®iÖn trë ®−êng d©y khi nhiÖt ®é m«i

tr−êng thay ®æi. §iÖn trë ®−êng d©y cã thÓ ®¹t tíi 5Ω trong khi ®ã ®iÖn trë cña nhiÖt ®iÖn

trë th−êng vµo kho¶ng 40 ÷ 100Ω do ®ã khi ®iÖn trë ®−êng d©y t¨ng g©y nªn sai sè

H×nh 3..36 Çc m¹ch ®o cña chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn

Ngoµi ra dßng ®iÖn ch¹y qua nhiÖt ®iÖn trë cung g©y nãng vµ lµm cho ®iÖn trë

t¨ng g©y ra sai sè. MÆt kh¸c nhiÖt ®iÖn trë ®−îc bäc ngoµi b»ng mét vá thÐp nªn bÞ tæn

hao nhiÖt vµ g©y ra sai sè.

øng dông cña chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é, ®o çc ®¹i l−îng kh«ng

®iÖn nh− ®o di chuyÓn, ®o ¸p xuÊt vµ dïng ®Ó ph©n tÝch thµnh phÇn nång ®é cña mét sè

hîp chÊt vµ chÊt khÝ.

Bµi III.6 ChuyÓn ®æi ho¸ ®iÖn

1. Nguyªn lý lµm viÖc

ChuyÓn ®æi ho¸ lµm viÖc dùa trªn hiÖn t−îng ®iÖn ho¸ x¶y ra khi cho dßng ®iÖn

®i qua b×nh ®iÖn ph©n hoÆc do çc qu¸ tr×nh oxy ho¸ khö trªn çc ®iÖn cùc, phô thuéc

vµo tÝnh chÊt çc ®iÖn cùc vµ nång ®é chÊt ®iÖn ph©n.

EB

RB

R1 R2

Rd1 Rd2 Rd3

RT

EB

RB

R1

Rd1 Rd2 Rd3

RT

R2 R4

EB RB

R1

Rd1

Rd2

Rd3

RT

R2

R4 Rg

Ura


Nguyªn lý lµm viÖc cña chuyÓn ®æi ho¸ ®iÖn lµ dùa vµo quan hÖ gi÷a thµnh phÇn

vµ tÝnh chÊt cña dung dÞch víi çc th«ng sè vÒ ®iÖn cña chuyÓn ®æi nh− søc ®iÖn ®éng

®iÖn cùc, sôt ¸p trªn ®iÖn cùc khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua, ®iÖn trë cña chuyÓn ®æi v.v.

Ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi ho¸ ®iÖn lµ x¸c ®Þnh theo quy luËt ®iÖn ho¸ vµ

th−êng lµ nh÷ng hµm phøc t¹p v× çc quan hÖ nãi trªn phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é, ¸p

suÊt, tèc ®é lan truyÒn cña dung dÞch còng nh− çc th«ng sè kh¸c cña dông dÞch vµ tÝnh

chÊt çc ®iÖn cùc.

Khi t¨ng c−êng çc quan hÖ nµy vµ lµm yÕu çc quan hÖ kh¸c cã thÓ t¹o ra çc

chuyÓn ®æi ho¸ ®iÖn kh¸c nhau. ChuyÓn ®æi ho¸ ®iÖn kh«ng chØ ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn

vµ nång ®é mµ cßn dïng ®o nhiÒu ®¹i l−îng kh¸c nh− di chuyÓn, ¸p suÊt, ®iÖn l−îng

v.v. Mét sè chuyÓn ®æi ho¸ ®iÖn c¬ b¶n sau.

2. ChuyÓn ®æi Ganvanic

Cã cÊu t¹o nh− sau:

Gåm 1 phÇn tö calomen 1 vµ ®iÖn cùc ®o l−êng thuû tinh 2

§Ó lÊy ®iÖn thÕ ë bªn ®iÖn cùc thuû tinh, b×nh ®−îc ®æ ®Çy dung dÞch mÉu cã ®é

pH ®· biÕt. Trong b×nh thuû tinh cã ®iÖn cùc Clorua b¹c 3.

Søc ®iÖn ®éng cña chuyÓn ®æi b»ng

tæng çc søc ®iÖn ®éng cña b¸n phÇn tö

Calomen b¹c vµ çc sùc ®iÖn ®éng ë mÆt

trong vµ mÆt ngoµi cña ®iÖn cùc thuû tinh vµ

phô thuéc vµo ®é pH cña dung dÞch cÇn

nghiªn cøu. Çc thµnh phÇn søc ®iÖn ®éng

kh¸c kh«ng ®æi, v× thÕ søc ®iÖn ®éng cña

chuyÓn ®æi sÏ x¸c ®Þnh ®−îc ®é pH cña dung

dÞch (pHx)

Ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi Ganvanic cã d¹ng E = E0’ + bpH

E0’ lµ søc ®iÖn ®éng cña chuyÓn ®æi khi pH =0

b hÖ sè cña chuyÓn ®æi, phô thuéc vµo lo¹i ®iÖn cùc vµ nhiÖt ®é.

3

2

1

Kcl

Hg

Hg2Cl2

PHm PHx

H×nh 3.37 ChuyÓn ®æi Ganvanic


Sai sè cña chuyÓn ®æi Ganvanic chñ yÕu lµ do ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é vµ ®iÖn thÕ

khuyÕch t¸n. §Ó gi¶m sai sè ng−êi ta dïng çc m¹ch hiÖu chØnh nhiÖt ®é.

3. ChuyÓn ®æi ®iÖn dÉn dung dÞch

Nguyªn lý cña chuyÓn ®æi ®iÖn dÉn dung dÞch dùa trªn quan hÖ gi÷a ®iÖn dÉn cña

chuyÓn ®æi theo thµnh phÇn, nång ®é dung dÞch, kho¶ng çch l vµ diÖn tÝch S gi÷a çc

®iÖn cùc. Ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi cã d¹ng gÇn ®óng nh− sau:

g =lS

R1 γ=

ChuyÓn ®æi ®iÖn dÉn dïng ®Ó

®o nång ®é çc dung dÞch vµ çc ®¹i

l−îng c¬ häc, nång ®é dung dÞch gi÷

kh«ng ®æi, ®¹i l−îng cÇn ®o lµm thay

®æi kho¶ng çch hay diÖn tÝch cña çc

®iÖn cùc.

§Ó lo¹i trõ sai sè do hiÖn t−îng ph©n cùc, cïng víi nguån cung cÊp b»ng ®iÖn ¸p xoay

chiÒu ng−êi ta dïng chuyÓn ®æi 4 cùc nh− h×nh vÏ trªn. §Æt ®iÖn ¸p xoay chiÒu æn ®Þnh vµo

hai cùc dßng (1, 4) hai cùc thÕ ®Ó ®o ®iÖn ¸p. §o ®iÖn ¸p U b»ng ph−¬ng ph¸p bï sÏ lo¹i trõ

®−îc hiÖn t−îng ph©n cùc trªn çc ®iÖn cùc 2, 3 vµ sai sè do hiÖn t−îng Êy g©y ra.

§Ó lo¹i trõ hiÖn t−îng ph©n cùc vµ çc t¸c dông kh¸c, ng−êi ta dïng çc chuyÓn

®æi ©m tÇn kh«ng tiÕp xóc.

H×nh 3.39 a. ChuyÓn ®æi biÕn ¸p tÇn sè thÊp b. chuyÓn ®æi kh«ng tiÕp xóc

-ChuyÓn ®æi biÕn ¸p tÇn sè thÊp cã cuén d©y thø cÊp ng¾n m¹ch lµ mét èng thuû

tinh chøa dung dÞch cÇn ®o nång ®é. Dông cô 2 nèi trong m¹ch cuén d©y s¬ cÊp cña

1 2 3 4

~

H×nh 3.38 ChuyÓn ®æi ®iÖn dÉn dung dÞch

μA

U


chuyÓn ®æi ®−îc kh¾c ®é theo ®¬n vÞ nång ®é v× dßng ®iÖn nµy phô thuéc vµo tæng trë

vµo cña m¹ch thø cÊp.

Sai sè cña chuyÓn ®æi ®iÖn dÉn dung dÞch chñ yÕu g©y ra bëi ¶nh h−ëng cña nhiÖt

®é ®Õn ®iÖn dÉn dung dÞch, ¶nh h−ëng cña sù ph©n cùc ë çc ®iÖn cùc. §Ó gi¶m sai sè

ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p hiÖu chØnh nhiÖt ®é. Sai sè do hiÖn t−îng ph©n ly vµ ph©n

cùc g©y ra sÏ gi¶m khi cung cÊp cho chuyÓn ®æi b»ng nguån xoay chiÒu tÇn sè 500 ÷

1000Hz hoÆc dïng chuyÓn ®æi 4 cùc vµ chuyÓn ®æi kh«ng tiÕp xóc.

Bµi III. 7 ChuyÓn ®æi l−îng tö

1. Nguyªn lý cña chuyÓn ®æi l−îng tö

Lµ dùa trªn çc hiÖn t−îng vËt lý h¹t nh©n nguyªn tö. Lo¹i chuyÓn ®æi l−îng tö

phæ biÕn nhÊt lµ chuyÓn ®æi dùa trªn hiÖn t−îng céng h−ëng tõ h¹t nh©n nh− sau:

H¹t nh©n nguyªn tö cã chøa mét m« men tõ ®−îc gäi lµ dipol ký hiÖu lµ μ vµ m«

men khèi l−îng chuyÓn ®éng ®−îc gäi lµ spin p.

Tû sè: μ/p gäi lµ hÖ sè thuû tõ cña h¹t nh©n(hay hÖ sè tõ c¬). HÖ sè nµy lµ h»ng sè

vµ kh«ng phô thuéc vµo çc ®iÒu kiÖn bªn ngoµi.

NÕu ta ®Æt vËt liÖu (vÝ dô n−íc nÆng) trong

mét èng nghiÖm. Sau ®ã ®Æt c¶ èng nghiÖm vµo

trong mét tõ tr−êng ®Òu cã ®é tõ c¶m B th× çc

m« men tõ μ sÏ quay xung quanh vÐc t¬ B .

Lóc ®ã m« men lùc t¸c ®éng lªn çc m« men tõ

μ ®−îc thÓ hiÖn b»ng ph−¬ng tr×nh

M = Bμ

Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng sÏ cã d¹ng

BMdtPd μ==

Nh−ng mÆt kh¸c ω= PdtdP

ω lµ tÇn sè quay cña m« men tõ xung quanh B. Tõ ®ã ta cã:

BP

BPB γ=μ=ω⇒ω=μ

'B

B

S

N

μψ

H×nh 3.40 ChuyÓn ®æi l−îng tö

U~


NÕu trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi tõ tr−êng B ta t¹o ra mét tõ tr−êng xoay

chiÒu 'B cã tÇn sè cao cïng quay víi m«men tõ dipol. Khi vÐc t¬ 'B quay ®ång bé víi

m« men tõ dipol μ th× sÏ g©y ra sù thay ®æi cña tõ tr−êng cao tÇn vµ sÏ xuÊt hiÖn m«men

t¸c ®éng lªn dipol μ lµm thay ®æi gãc ϕ gi÷a B vµ μ .

Khi cã sù c©n b»ng gi÷a tÇn sè quay ω cña m« men tõ μ xung quanh B vµ tÇn sè

quay cña cña vÐc t¬ 'B th× sÏ sinh ra hiÖn t−îng céng h−ëng. §ã lµ hiÖn t−îng céng

h−ëng tõ h¹t nh©n.

Nh− vËy cã thÓ x¸c ®Þnh B theo gi¸ trÞ tÇn sè céng h−ëng ω vµ hÖ sè thuû tõ γ. HÖ sè γ

®èi víi mçi chÊt cã thÓ x¸c ®Þnh chÝnh x¸c ®Õn 0.001% cßn sai sè ®o ω cã thÓ ®¹t ®Õn

0.001% b»ng tÇn sè kÕ chØ thÞ sè. Cho nªn nÕu sö dông lo¹i chuyÓn ®æi nµy cã thÓ ®o ®é tõ

c¶m cña tõ tr−êng víi ®é chÝnh x¸c cao h¬n çc ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng kh¸c.

2. M¹ch ®o

Mét èng nghiÖm chøa mét chÊt (vÝ dô nh− n−íc nÆng D) ®Æt vµo trong mét cuén

d©y 2. Cuén d©y nµy nèi víi ®iÖn dung C (cã thÓ thay ®æi ®−îc) t¹o thµnh mét m¸y ph¸t

cao tÇn LC. èng nghiÖm vµ cuén d©y ®−îc ®Æt trong mét tõ tr−êng ®Òu cã ®é tõ c¶m cÇn

®o Bx cña nam ch©m vÜnh cöu 4.

H×nh 3.41 M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi l−îng tö

Khi x¶y ra hiÖn t−îng céng h−ëng lµ lóc mµ tÇn sè quay cña proton (h¹t nh©n

Hydro) b»ng tÇn sè cña m¸y ph¸t cao tÇn ë mét gi¸ trÞ nµo ®ã cña ®é tõ c¶m B. T¹i tr¹ng

S

N

MF cao tÇn

K§ cao tÇn

T¸ch sãng T¸ch sãng

K§ ©m tÇn

§o tÇn sè chØ thÞ sè

§iÒu chÕ

§iÒu chØnh pha


th¸i ®ã x¶y ra sù mÊt m¸t n¨ng l−îng lµm gi¶m biªn ®é dao ®éng cña m¸y ph¸t. §Ó duy

tr× hiÖn t−îng céng h−ëng vµ nhËn ®−îc tÝn hiÖu liªn tôc, tõ tr−êng kh«ng ®æi Bx ®−îc

®iÒu chÕ bëi mét tõ tr−êng xoay chiÒu cã tÇn sè thÊp 50Hz b»ng mét cuén d©y phô 3 ®Æt

trong tõ tr−êng. Nh− vËy ®iÖn ¸p cao tÇn cña m¸y ph¸t còng bÞ ®iÒu chÕ. Sau ®ã vµo

khuyÕch ®¹i cao tÇn, qua t¸ch sãng vµo khuyÕch ®¹i ©m tÇn vµ ®−a ®Õn hai b¶n cùc Y

cña dao ®éng ký ®iÖn tö. MÆt kh¸c ta ®−a tÝn hiÖu ®iÒu chÕ 50Hz qua bé ®iÒu chØnh pha

vµo hai b¶n cùc cña dao ®éng ký. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc biÓu diÔn ë ®å thÞ sau, tÝn hiÖu

®iÒu chÕ cã chu kú lµ TM ®iÒu kiÖn céng h−ëng ®−îc nh¾c l¹i hai lÇn. V× khi tÝn hiÖu

®iÒu chÕ ®i qua ®iÓm "O" gi¸ trÞ B t¹i ®ã cã céng h−ëng sÏ nh¾c l¹i. Nh− thÕ trªn mµn

h×nh cña dao ®éng ký sÏ xuÊt hiÖn 2 tÝn hiÖu.

§iÒu chØnh pha cña tÝn hiÖu vµo hai cùc X cña dao ®éng ký ta cã thÓ t¸ch thµnh 2

tÝn hiÖu nh− h×nh vÏ.

§iÓm giao nhau gi÷a § sÏ lµ ®iÓm

céng h−ëng. Khi ®iÓm § ®¹t vÞ trÝ gi÷a mµn

h×nh cña dao ®éng ký th× ta ®o tÇn sè cao tÇn

b»ng tÇn sè kÕ chØ thÞ sè. Tõ ®ã theo biÓu

thøc trªn ta tÝnh ®−îc ®é tõ c¶m Bx cÇn ®o

øng dông: Dïng ®Ó ®o ®é tõ c¶m cña

tõ tr−êng ®Òu tõ 0.005T trë ®i. Giíi h¹n ®o

tuú thuéc vµo h¹t nh©n nguyªn tö mµ ta sö

dông. Ngoµi viÖc ®o dßng trong thùc tÕ

ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc øng dông réng r·i

®Ó ®o dßng lín.

Trong lÜnh vùc y häc ng−êi ta sö dông lo¹i

chuyÓn ®æi nµy ®Ó s¶n xuÊt m¸y chôp c¾t líp.

Bµi III. 8 ChuyÓn ®æi quang ®iÖn

1. ChuyÓn ®æi tù ph¸t x¹ ®iÖn tö.

D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng m¹nh (víi ®iÖn ¸p trªn anèt vµ ka tèt cì 3000V),

çc ®iÖn tö bÞ b¾n ra khái katèt, trªn ®−êng ®i chóng ion ho¸. Çc ph©n tö khÝ t¹o thµnh

çc ion d−¬ng vµ ©m. Dßng ®iÖn ch¹y tõ anèt ®Õn katèt thay ®æi theo mËt ®é kh«ng khÝ

trong ®Ìn hai cùc.

TH ®iÒu chÕ

TH Cao tÇn

TH TÇn sè

TH ©m tÇn

§

H×nh 4.32 Çc tÝn hiÖu ®iÒu chÕ


øng dông ®Ó chÕ t¹o çc thiÕt bÞ ®o ¸p xuÊt cßn gäi lµ ch©n kh«ng kÕ.

2. ChuyÓn ®æi cã ph¸t x¹ nhiÖt ®iÖn tö

Çc lo¹i chuyÓn ®æi nµy ®−îc chÕ t¹o d−íi d¹ng ®Ìn ®iÖn tö hai cùc vµ ba cùc, khi

catèt bÞ ®èt nãng, çc ®iÖn tö b¾n ra khái nã vµ d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng, çc ®iÖn

tö chuyÓn ®éng tõ anèt ®Õn katèt. Trªn ®−êng ®i çc ®iÖn tö ion ho¸ kh«ng khÝ t¹o thµnh

çc ion d−¬ng vµ ©m, còng nh− lo¹i chuyÓn ®æi tù ph¸t x¹ ®iÖn tö, chuyÓn ®æi lo¹i nµy

dïng ®Ó ®o ®é ch©n kh«ng tíi 10-6mmHg. NÕu gi÷ cho ®Ìn cã ®é ch©n kh«ng æn ®Þnh,

dßng ®iÖn ch¹y trong m¹ch phô thuéc vµo kho¶ng çch gi÷a hai cùc anèt vµ katèt. øng

dông ®Ó chÕ t¹o çc thiÕt bÞ ®o çc ®¹i l−îng c¬ nh− ®o ®é di chuyÓn, ®o ¸p suÊt.

3. ChuyÓn ®æi cã ph¸t x¹ quang ®iÖn tö

D−íi t¸c dông cña dßng ¸nh s¸ng víi b−íc sãng thÝch hîp chiÕu vµo katèt, ®iÖn tö

tõ katèt bÞ b¾n ra t¹o thµnh dßng ®iÖn. ChuyÓn ®æi quang ®iÖn chia lµm ba lo¹i: TÕ bµo

quang ®iÖn, quang ®iÖn trë vµ ph«t« ®ièt.

-TÕ bµo quang ®iÖn lµ phÇn tö quang ®iÖn sö dông hiÖu øng quang ®iÖn ngoµi. §ã

lµ mét ®Ìn ch©n kh«ng hay cã khÝ mµ katèt cña nã sÏ ph¸t ra çc ®iÖn tö d−íi t¸c dông

cña dßng ¸nh s¸ng.

-Quang ®iÖn trë lµ lo¹i chuyÓn ®æi quang ®iÖn dùa vµo hiÖu øng quang ®iÖn trong.

§iÖn trë cña (mét vµi) chÊt b¸n dÉn thay ®æi d−íi t¸c dông cña dßng ¸nh s¸ng. Çc chÊt

cã hiÖu øng quang ®iÖn trong m¹nh lµ sªlen, muèi sunfit cadmi, çc hîp chÊt cña tali,

bismut hoÆc ch× víi l−u huúnh.

-Ph«t« ®ièt (van quang ®iÖn ) lµ chuyÓn ®æi quang ®iÖn, d−íi t¸c dông cña ¸nh

s¸ng, líp kho¸ cña mét sè mÆt ghÐp çc chÊt b¸n dÉn sÏ trë thµnh nguån dßng ®iÖn

øng dông: dïng ®Ó ®o çc ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn kh¸c nhau.

Bµi III. 9 Kh¸i niÖm vÒ çc chuyÓn ®æi th«ng minh

1. Sù ra ®êi çc c¶m biÕn th«ng minh

HiÖn nay çc hÖ thèng thu thËp sè liÖu ®o l−êng th× çc c¶m biÕn lµ kh©u yÕu nhÊt

cña hÖ thèng so víi çc bé biÕn ®æi ®iÖn -®iÖn vµ çc hÖ thèng sö lý kÕt qu¶ ®o. Sai sè vµ

çc ®Æt tÝnh kü thuËt kh¸c cña hÖ thèng kh«ng thÓ v−ît qua sai sè cña c¶m biÕn nÕu

kh«ng cã biÖn ph¸p c«ng nghÖ vµ sö lý ®Ó c¶i tiÕn ®Æc tÝnh kü thuËt cña c¶m biÕn. Râ


rµng yªu cÇu c¶i tiÕn c¶m biÕn hiÖn cã lµ mét vÊn ®Ò cÊp thiÕt. ViÖc c¶i tiÕn nµy dùa trªn

t×nh h×nh ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ vµ kü thuËt ®iÖn tö - tin häc.

-HiÖn nay ®· ra ®êi çc chuyÓn ®æi s¬ cÊp trªn c¬ së c«ng nghÖ vµ vi ®iÖn tö cã kÕt

qu¶ tèt h¬n vÒ kÝch th−íc còng nh− tÝnh n¨ng kü thuËt, cã thÓ sö dông vµo nhiÒu chuyÓn

®æi kh¸c nhau, gióp cho viÖc ®a chøc n¨ng ho¸ c¶m biÕn.

-Çc vi xö lý cµng ®−cî sö dông réng r·i, kh¶ n¨ng xö lý cao, t¹o ra çc bé c¶m

biÕn th«ng minh vµ gióp cho viÖc h¹ gi¸ thµnh çc bé c¶m biÕn rÊt nhiÒu.

-Nhê tÝnh n¨ng cao cña çc vi xö lý çc nhµ kü thuËt ®o l−êng ®· ®−a ra nhiÒu biÖn

ph¸p, nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®o ®Ó ®a n¨ng ho¸ çc c¶m biÕn, çc thiÕt bÞ ®o, ®−a ra nhiÒu

biÖn ph¸p xö lý n©ng cao tÝnh chÝnh x¸c, kh¶ n¨ng th«ng tin, t¨ng tèc ®é ®o, n©ng cao

tÝnh æn ®Þnh vµ lo¹i trõ çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn thiÕt bÞ ®o. Trªn c¬ së ®ã çc c¶m biÕn

th«ng minh ®· ra ®êi. Çc c¶m biÕn th«ng minh cã nh÷ng tÝnh n¨ng sau:

+Sö dông ®a chøc n¨ng, tøc lµ cã thÓ ®o nhiÒu ®¹i l−îng kh¸c nhau víi çc kho¶ng

®o kh¸c nhau.

+Cã kh¶ n¨ng ch−¬ng tr×nh ho¸ víi ý nghÜa: qu¸ tr×nh ®o cã thÓ theo mét ch−¬ng

trn×h ®Þnh tr−íc, ch−¬ng tr×nh nµy cã thÓ thay ®æi b»ng çc thiÕt bÞ ghi ch−¬ng tr×nh.

+Tù ®éng xö lý kÕt qu¶ ®o nh−: Tù ®éng kh¾c ®é, tù ®éng chän thang ®o, tõ ®éng

bï sai sè hÖ thèng vµ sai sè ngÉu nhiªn, tù ®éng bï ¶nh h−ëng çc yÕu tè kh¸c nhau, tù

®éng truyÒn kÕt qu¶ lªn cÊp trªn theo chu kú hay ®Þa chØ.

C¶m biÕn th«ng minh gåm çc chuyÓn ®æi s¬ cÊp kÕt hîp víi çc biÕn ®æi vµ bé vi

xö lý hay vi tÝnh ®¬n phiÕn. KÌm theo víi çc bé c¶m biÕn lµ mét bé ghi ch−¬ng tr×nh ®Ó

ghi çc ch−¬ng tr×nh xö lý, çc sè liÖu thèng kª kh¾c ®é.

2. CÊu tróc cña c¶m biÕn th«ng minh

CÊu tróc chung cña çc c¶m biÕn th«ng minh nh− sau:

H×nh 3.43 CÊu tróc cña c¶m biÕn th«ng minh

§èi

t−îng ®o

CB1

CB1

CBn

…

C§CH1

C§CH2

C§CHn

MUX A/D μC

C¶m biÕn th«ng minh


C¶m biÕn gåm nh÷ng chuyÓn ®æi s¬ cÊp, çc ®¹i l−îng vµo cã thÓ lµ nh÷ng ®¹i

l−îng chñ cÇn thiÕt cho phÐp ®o còng cã thÓ lµ çc ®¹i l−îng, yÕu tè ¶nh h−ëng dïng ®Ó

lo¹i trõ sai sè do ¶nh h−ëng cña chóng.

Çc ®¹i l−îng ®iÖn ®−îc qua çc kh©u chuyÓn ®æi chuÈn ho¸ (C§CH), sau ®ã ®−îc

®−a vµo bé gép kªnh (MUX) vµ qua bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù sè (A/D) vµo vi tÝnh ®¬n

phiÕn hay vi xö lý (μP hay μC )

Cã thÓ cã 2 lo¹i c«ng nghÖ:

+ NÕu çc chuyÓn ®æi lµ lo¹i chuyÓn ®æi s¬ cÊp b×nh th−êng th× çc ®Çu ra cña

chóng ®−îc ®−a vµo trong mét vi m¹ch c«ng nghÖ lai, gåm cã çc bé biÕn ®æi chuÈn

ho¸, MUX, A/D vµ μC trong mét khèi vµ nèi liÒn m¸y tÝnh cÊp trªn vµ bé ghi ch−¬ng

tr×nh cho EPPROM.

+NÕu çc chuyÓn ®æi lµ lo¹i chuyÓn ®æi thùc hiÖn b»ng c«ng nghÖ vi m¹ch th× c¶

chuyÓn ®æi lÉn çc phÇn tö gia c«ng phÝa sau ®−îc ®Ó trong mét khèi c«ng nghÖ m¹ch lai.

Çc c¶m biÕn th«ng minh d¹ng trªn ®· ph¸t triÓn v× thÕ viÖc hÖ thèng ho¸ çc c¶m

biÕn, chän cÊu tróc thÕ nµo cho cã tÝnh linh ho¹t cao, viÖc ch−¬ng tr×nh ho¸ ®−îc dÔ dµng

Documents

BÀI GI NG KỸ THUẬT SENSOR - mientayvn.commientayvn.com/Dien tu/Tai_lieu/Dien_dan/Cam_bien/ok_BAI_GIANG_KY_THUAT... · Chương 5: Chuyển đổi nhi ... đổi nhiệt ngẫu