Bài 7: C M BI N L C Ả Ế Ự
7.1 .KHÁI NI M CHUNG:Ệ
L c là m t đ i l ng v t lý th ng đ c xác đ nh theo đ nh lu t Newton:ự ộ ạ ượ ậ ườ ượ ị ị ậ
F=ma (N) (1.1)
Trong đó: m- kh i l ng c a v t ch u tác đ ng c a l c, (kg)ố ượ ủ ậ ị ộ ủ ự
a- gia t c ch u tác d ng c a l c có đ c, (m/số ị ụ ủ ự ượ 2)
Đ c m bi n l c có th đo theo nhi u cách khác nhau:ể ả ế ự ể ề
-Đo gia t c c a v t trung gian có kh i l ng đã bi t đ xác đ nh l c theo (1.1)ố ủ ậ ố ượ ế ể ị ự
- Cân b ng l c c n đo v i m t l c đ i kháng có th xác đ nh tr s .ằ ự ầ ớ ộ ự ố ể ị ị ố
- Cân b ng l c c n đo v i m t l c đi n t có th xác đ nh tr s .ằ ự ầ ớ ộ ự ệ ừ ể ị ị ố
- Bi n đ i l c thành áp su t ch t l ng và đo áp su t này.ế ổ ự ấ ấ ỏ ấ
-Đo ng su t t o ra m t v t trung gian khi nó ch i tác đ ng c a l c c n đo và tứ ấ ạ ở ộ ậ ụ ộ ủ ự ầ ừ
đó suy ra l c.ự
Đo l c r t c n trong xây d ng, ch t o c khí, t đ ng hóa,..nên các c m bi n l c, ng uự ấ ầ ự ế ạ ơ ự ộ ả ế ự ẫ
l c, ng su t, áp su t r t đa d ng.ự ứ ấ ấ ấ ạ
Dãi đo l c r ng, t vài ph n N đ n hàng ch c tri u N.ự ộ ừ ầ ế ụ ệ
1.2. C M BI N ÁP ĐI N:Ả Ế Ệ
7.2.1. Hi u ng áp đi n:ệ ứ ệ
Hi u ng áp đi n là s xu t hi n phân c c đi n hay thay đ i phân c c đi n đã có trong vàiệ ứ ệ ự ấ ệ ự ệ ổ ự ệ
ch t đi n môi t nhiên( th ch anh, tuamalin,…)ấ ệ ự ạ
Ho c đi n môi nhân t o( th ch anh t ng h p, sulfat liti,…)ặ ệ ạ ạ ổ ợ
Khi chúng b bi n d ng cho m t l c tác d ng có chi u nh t đ nh.ị ế ạ ộ ự ụ ề ấ ị
Hi u ng áp đi n có tính ch t th n ngh ch:ệ ứ ệ ấ ậ ị
-Thu n: hai b n c c có m t t đi n đ c áp lên hai m t đ i di n c a m t phi n ápậ ả ự ộ ụ ệ ượ ặ ố ệ ủ ộ ế
đi n m ng. Khi tác d ng m t l c lên 2 b n c c đ ép phi n áp đi n thì trên 2 b nệ ỏ ụ ộ ự ả ự ể ế ệ ả
c c xu t hi n các đi n tích trái d u. Hi u đi n th gi a 2 b n c c t l v i l cự ấ ệ ệ ấ ệ ệ ế ữ ả ự ỷ ệ ớ ự
ép. L c ng ng tác đ ng thì hi u đi n th không còn n a.ự ừ ộ ệ ệ ế ữ
CB áp đi n này cho phép đo l c tác d ng cũng nh đo các đ i l ng v t lý gây ra tácệ ự ụ ư ạ ượ ậ
đ ng gi ng nh l c, ch ng h n áp su t, gia t c, rung.ộ ố ư ự ẳ ạ ấ ố
-Ngh ch: c p m t đi n áp vào 2 b n c c, m t đi n tr ng gi a hai b n c c đ cị ấ ộ ệ ả ự ộ ệ ườ ữ ả ự ượ
t o ra và d i tác đ ng c a đi n tr ng này, phi n áp đi n b bi n d ng và trongạ ướ ộ ủ ệ ườ ế ệ ị ế ạ
đi u ki n thích h p, phi n áp đi n có th có tr ng thái c ng h ng c h c. Tínhề ệ ợ ế ệ ể ạ ộ ưở ơ ọ
ch t này đ c s d ng đ ch t o máy siêu âm, b l c hay b đi u khi n daoấ ượ ử ụ ể ế ạ ộ ọ ộ ề ể
đ ng.ộ
7.2.2. CÊu t¹o và nguyªn lý ho¹t ®éng:
C m bi n áp đi n ho t đ ng d a trên nguyên lý c a hi u ng áp đi n.ả ế ệ ạ ộ ự ủ ệ ứ ệ
Ph n t c b n c a m t c m bi n áp đi n có c u t o t ng t m t t đi n đ c ch t oầ ử ơ ả ủ ộ ả ế ệ ấ ạ ươ ự ộ ụ ệ ượ ế ạ
b ng cách ph hai b n c c lên hai m t đ i di n c a m t phi n v t li u áp đi n m ng. V tằ ủ ả ự ặ ố ệ ủ ộ ế ậ ệ ệ ỏ ậ
li u áp đi n th ng dùng là th ch anh vì nó có tính n đ nh v đ c ng cao. Tuy nhiên hi nệ ệ ườ ạ ổ ị ỡ ộ ứ ệ
nay v t li u g m (ví d g m PZT) do có u đi m đ b n v đ nh y cao, đi n dung l n, ítậ ệ ố ụ ố ư ể ộ ề ỡ ộ ạ ệ ớ
ch u nh h ng c a đi n tr ng ký sinh, d s n xu t v giá thành ch t o th p cũng đ ccị ả ưở ủ ệ ườ ễ ả ấ ỡ ế ạ ấ ượ
s d ng đáng k .ử ụ ể
Đ c tr ng v t lý c a m t s v t li u áp đi n đ c trình bày trên b ng ặ ư ậ ủ ộ ố ậ ệ ệ ượ ả 6.1.
61
D i tác d ng c a l c c h c, t m áp đi n b bi n d ng, làm xu t hi n trên hai b n c cướ ụ ủ ự ơ ọ ấ ệ ị ế ạ ấ ệ ả ự
các đi n tích trái d u. Hi u đi n th xu t hi n gi a hai b n c c t l v i l c tác d ng.ệ ấ ệ ệ ế ấ ệ ữ ả ự ỉ ệ ớ ự ụ
Các bi n d ng c b n xác đ nh ch đ lμm vi c c a b n áp đi n. Trên hình v bi u di n cácế ạ ơ ả ị ế ộ ệ ủ ả ệ ẽ ể ễ
bi n d ng c b n c a b n áp đi n.ế ạ ơ ả ủ ả ệ
Trong nhi u tr ng h p các b n áp đi n đ c ghép thành b theo cách ghép n i ti p ho cề ườ ợ ả ệ ượ ộ ố ế ặ
song song.
Tru ng h p ghép song song hai b n áp đi n (hình a), đi n dung c a c m bi n tăng g p đôiờ ợ ả ệ ệ ủ ả ế ấ
so v i tru ng h p m t b n áp đi n. Khi ghép n i ti p (hình b) đi n áp h m ch và tr khángớ ờ ợ ộ ả ệ ố ế ệ ở ạ ở
trong tăng g p đôi nh ng đi n dung gi m xu ng còn m t n a. Nh ng nguyên t c trên ápấ ư ệ ả ố ộ ử ữ ắ
d ng cho c tr ng h p ghép nhi u b n áp đi n v i nhau nh bi u di n trên hình c.ụ ả ườ ợ ề ả ệ ớ ư ể ễ
7.2.3. C m bi n th ch anh ki u vòng đ mả ế ạ ể ệ
Các c m bi n th ch anh ki u vòng đ m có c u t o nh hình v , chúng g mả ế ạ ể ệ ấ ạ ư ẽ ồ
62
các phi n c t hình vòng đ m ghép v i nhau và ch nh y v i l c nén tác d ng d cế ắ ệ ớ ỉ ạ ớ ự ụ ọ
theo tr c.ụ
1) Các vòng đ m, 2) Các t m đ , 3) Đ u n i.ệ ấ ế ầ ố
Gi i h n trên c a d i đo ph thu c vào di n tích b m t c a các vòng đ m, c t vài kNớ ạ ủ ả ụ ộ ệ ề ặ ủ ệ ỡ ừ
(v i đ ng kính ~ 1 cm) đ n 10ớ ườ ế 3 kN ( v i đ ng kính ~ 10 cm).ớ ườ
Ng i ta cũng có th dùng c m bi n lo i này đ đo l c kéo b ng cách t o l c nén đ t tr cườ ể ả ế ạ ể ự ằ ạ ự ặ ướ
(dùng các bulông xi t ch t các vòng đ m), khi đó l c kéo đ c đo nh s s t gi m c a l cế ặ ệ ự ượ ư ự ụ ả ủ ự
nén. Tuy nhiên, khi đó đ nh y gi m 5 - 10%.ộ ạ ả
7.2.4. C m bi n th ch anh nhi u thành ph nả ế ạ ề ầ
Trong c m bi n lo i này, các vòng đ m th ch anh đ c c t theo các h ng khác nhau, khi đóả ế ạ ệ ạ ượ ắ ướ
chúng ch nh y v i m t h ng xác đ nh c a l c.ỉ ạ ớ ộ ướ ị ủ ự
a) ký hi u các tr c. a) Các phi n c t đ c bi t, c) C m bi n ba thành ph n vuông gócệ ụ ế ắ ặ ệ ả ế ầ
Th ch anh có năm h s đi n áp dạ ệ ố ệ 11, d12, d14, d25, d26, do đó m t vòng đ m c t theoộ ệ ắ
ph ng c a tr c X ch nh y v i l c nén (vì có dươ ủ ụ ỉ ạ ớ ự 11), các l c ký sinh tác đ ng theo c nh bênự ộ ạ
đ u không gây nên hi u ng v i vòng đ m và các ng l c mà hi u ng c a chúng liên quanề ệ ứ ớ ệ ứ ự ệ ứ ủ
đ n dế12, d14 s không có m t. T ng t nh v y, m t vòng đ m c t theo ph ng Y ch nh yẽ ặ ươ ự ư ậ ộ ệ ắ ươ ỉ ạ
v i l c c t theo b dày (vì có dớ ự ắ ề 26) và b ng cách l p ghép h p lý có th lo i tr hi u ng c aằ ắ ợ ể ạ ừ ệ ứ ủ
các ng l c liên quan đ n dứ ự ế 25 (c t theo m t). Hai m t c t đ c bi t này bi u di n trên hìnhắ ặ ặ ắ ặ ệ ể ễ
6.4b, chúng đ c s d ng đ ch t o các c m bi n th ch anh nhi u thành ph n. Trên hình cượ ử ụ ể ế ạ ả ế ạ ề ầ
bi u di n m t c m bi n ba thành ph n vuông góc g m ba c p vòng tròn ghép v i nhau, m tể ễ ộ ả ế ầ ồ ặ ớ ộ
c p nh y v i l c nén Fặ ạ ớ ự x, hai m t còn l i nh y v i l c c t Fặ ạ ạ ớ ự ắ y và Fz vuông góc v i Fớx.
7.2.2. S đ m ch đo:ơ ồ ạ
a) S đ t ng đ ng c a c m bi n:ơ ồ ươ ươ ủ ả ế
63
Trong d i thông r ng, c m bi n t ng đ ng v i m t ngu n dòng m c song song v i trả ộ ả ế ươ ươ ớ ộ ồ ắ ớ ở
kháng trong (g m ba nhánh) c a c m bi n (hình a). Nhánh ồ ủ ả ế ρ, λ, γ đ c tr ng cho c ng h ngặ ư ộ ưở
đi n c th nh t t n s cao n m ngoài d i thông c aệ ơ ứ ấ ở ầ ố ằ ả ủ c m bi n. Đi n tr trong Rả ế ệ ở g là đi nệ
tr cách đi n c a v t li u áp đi n, khi t n sở ệ ủ ậ ệ ệ ở ầ ố th p nó tr thành tr kháng trong c a c mấ ở ở ủ ả
bi n. T đi n Cế ụ ệ g là đi n dung c a ngu nệ ủ ồ phát đi n tích, khi t n s trung bình và cao nó trệ ở ầ ố ở
thành tr kháng c a c m bi n.ở ủ ả ế Trên th c t d i thông th ng s d ng, ng i ta dùng m chự ế ở ả ườ ử ụ ườ ạ
t ng đ ng bi u di n hình b.ươ ươ ể ễ ở
Khi n i c m bi n v i m ch ngoài b ng cáp d n, tr kháng c a cáp d n t ng đ ng đi nố ả ế ớ ạ ằ ẫ ở ủ ẫ ươ ươ ệ
tr Rở1 và t đi n Cụ ệ 1 m c song song v i c m bi n, khi đó m ch t ng đ ng có d ng hình c.ắ ớ ả ế ạ ươ ươ ạ
b) S đ khu ch đ i đi n ápơ ồ ế ạ ệ
Tr kháng vào c a b khu ch đ i đi n áp t ng đ ng v i m t đi n tr Rở ủ ộ ế ạ ệ ươ ươ ớ ộ ệ ở e m c song songắ
v i m t t Cớ ộ ụ e, khi đó m ch t ng đ ng có d ng hình.ạ ươ ươ ạ
Đi n áp l i vào c a khu ch đ i xác đ nh b i công th c:ệ ở ố ủ ế ạ ị ở ứ
c) S đ khu ch đ i đi n tích:ơ ồ ế ạ ệ
Trong m ch khu ch đ i đi n tích, s di chuy n c a đi n tích l i vào s gây nên l i raạ ế ạ ệ ự ể ủ ệ ở ố ẽ ở ố
m t đi n áp t l v i đi n tích đ u vào. B khu ch đ i đi n tích g m m t b bi n đ i đi nộ ệ ỉ ệ ớ ệ ầ ộ ế ạ ệ ồ ộ ộ ế ổ ệ
tích - đi n áp đ u vào, m t t ng chu n đ nh y, m t b l c trung gian và m t s t ngệ ầ ộ ầ ẩ ộ ạ ộ ộ ọ ộ ố ầ
khu ch đ i đ u ra đ cung c p tín hi u ra (hình a).ế ạ ở ầ ể ấ ệ
S đ m ch ghép n i c m bi n v i b chuy n đ i đi n áp - đi n tích trình bày trên hình b.ơ ồ ạ ố ả ế ớ ộ ể ổ ệ ệ
64
a) S đ kh i b) S đ ghép n i c m bi n vào b chuy n đ i đi n tích - đi n ápơ ồ ố ơ ồ ố ả ế ộ ể ổ ệ ệ
7.3. C m bi n t gi oả ế ừ ả
7.3.1. Hi u ng t gi oệ ứ ừ ả
D i tác đ ng c a t tr ng, m t s v t li u s t t thay đ i tính ch t hình h c ho c tínhướ ộ ủ ừ ườ ộ ố ậ ệ ắ ừ ổ ấ ọ ặ
ch t c h c (h s Young). Hi n t ng này đ c g i là hi u ng t gi o. Khi có tác d ngấ ơ ọ ệ ố ệ ượ ượ ọ ệ ứ ừ ả ụ
c a l c c h c gây ra ng l c trong v t li u s t t làm thay đ i đ ng cong t hoá c aủ ự ơ ọ ứ ự ậ ệ ắ ừ ổ ườ ừ ủ
chúng, khi đó d a vào s thay đ i c a đ t th m ho c t d có th xác đ nh đ c đ l nự ự ổ ủ ộ ừ ẩ ặ ừ ư ể ị ượ ộ ớ
c a l c tác d ng. Đây là hi u ng t gi o ngh ch.ủ ự ụ ệ ứ ừ ả ị
- C ch t hoáơ ế ừ : Nh chúng ta đã bi t trong v t li u s t t , m i nguyên t đ c đ c tr ngư ế ậ ệ ắ ừ ỗ ử ượ ặ ư
b i m t mômen t . Đ gi m thi u năng l ng t ng c ng, momen t c a các nguyên t trongở ộ ừ ể ả ể ượ ổ ộ ừ ủ ử
cùng m t mi n t hoá t nhiên (domen) ph i h ng theo m t h ng chung. H ng chungộ ề ừ ự ả ướ ộ ướ ướ
này đ nh h ng theo m t s h ng u tiên c a m ng tinh th g i là h ng d t hoá.ị ướ ộ ố ướ ư ủ ạ ể ọ ướ ễ ừ
H ng c a các mômen t trong các domen c nh. nhau không trùng nhau.ướ ủ ừ ạ
Khi có t tr ng ngoài H tác đ ng, s đ nh h ng c a mô men t trong m t domen theoừ ườ ộ ự ị ướ ủ ừ ộ
m t h ng chung tăng d n. Khi H nh , các vách domen t d ch chuy n và kích th c c a cácộ ướ ầ ỏ ừ ị ể ướ ủ
domen t có h ng t hoá thu n l i trùng v i h ng c a t tr ng bên ngoài tăng lên. Khi từ ướ ừ ậ ợ ớ ướ ủ ừ ườ ừ
tr ng ngoài tăng lên đ n m c nào đó x y ra hi n t ng đ o h ng c a các domen theoườ ế ứ ả ệ ượ ả ướ ủ
h ng t tr ng ngoài. Khi t tr ng ngoài đ m nh s làm quay h ng d t hoá c a cácướ ừ ườ ừ ườ ủ ạ ẽ ướ ễ ừ ủ
domen t theo h ng t tr ng ngoài d n đ n b o hoà (hinha).ừ ướ ừ ườ ẫ ế ả
- Hi n t ng t trệ ượ ừ ể: Sau khi t hoá l n đ u đ n b o hoà (H = Hừ ầ ầ ế ả m), n u v n gi nguyênế ẫ ữ
ph ng t tr ng và th c hi n m t chu trình khép kín (Hươ ừ ườ ự ệ ộ m,0,- Hm,0) ta nh n đ c đ ngậ ượ ườ
cong t hoá nh hình b g i là đ ng cong t tr v i đ t d Bừ ư ọ ườ ừ ể ớ ộ ừ ư r là kháng t Hừc.
65