(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 c¸c tiÕp ®iÓm, c¸c 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
R
3
4
C
2
L
1
H×nh 3.3 ChuyÓn ®æi tiÕp xóc mét giíi h¹n
trªn, sù ®ãng më tiÕp ®iÓm do sù di chuyÓn cña cÇn ®o.
VÝ dô: khi kÝch th−íc cña s¶n phÈm 1 thay ®æi (t¨ng), thanh tr−ît 2 di chuyÓn lµm
L
H×nh 3.4 ChuyÓn ®æi tiÕp xóc nhiÒu giíi h¹n
http://www.ebook.edu.vn
7
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:
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 c¸c tiÕp ®iÓm th× c«ng suÊt
trong m¹ch lÊy tÝn hiÖu ph¶i nhá h¬n 150mW. V× vËy víi c¸c 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 c¸c 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
lR,
Rx, lx
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
H×nh 3.5 ChuyÓn ®æi biÕn trë
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 c¸ch 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
R = r ®−îc gäi lµ ng−ìng
R w
, vµ ε §iÖn trë nhá nhÊt cã thÓ ph¸t hiÖn ®−îc lµ r =
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
L = x0 ®−îc gäi lµ ng−ìng nh¹y cña chuyÓn ®æi theo ®é dÞch chuyÓn cña con ch¹y
l w
http://www.ebook.edu.vn
8
= vµ ε
ε
ε
R
=γ
=
%100
= l l2R2
1 w2
Sai sè rêi r¹c cña chuyÓn ®æi lµ:
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
U
con ch¹y di chuyÓn.
I
x
R0
3. M¹ch ®o cña chuyÓn ®æi
Rx
U
=
a. M¹ch ®o di chuyÓn th¼ng
l
U +
R
R
x
0
+
R
R
0
x l
H×nh 3.6 M¹ch ®o di chuyÓn th¼ng
I =
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
+
U
I
=
I
b. M¹ch ph©n ¸p
+
− RR
x
RR x v − R R
U
x
v
l
Rx x
Ux
U
=
I
Ta cã:
Rv
RR x +
RR x +
v R
R
v R
R
x
v
x
v
+
− RR
x
RR x +
v R
R
x
v
H×nh 3.7 M¹ch ph©n ¸p
v
≈
=
R
Ux =
x
RR x +
v R
R
RR x R
x
v
v
UR
=
=
=
U
R
U
NÕu Rv >> R th×
x +
− RR
R
R x R
U R
x l
x l
x
x
VËy: Ux =
Quan hÖ gi÷a Ux vµ x lµ tuyÕn tÝnh, Ux biÕn thiªn tõ 0 ®Õn U khi Rx biÕn thiªn tõ 0
http://www.ebook.edu.vn
9
®Õn R (th−êng Rv ≥ (10 ÷ 20)R)
R2
+
R1
c. M¹ch cÇu
U
Rv, Uv
R4
ThiÕt kÕ sao cho khi chuyÓn ®æi ch−a lµm
R3
viÖc th× R1 = R2 = R3 =R4 =R vµ Rv >> R, lóc ®ã ®iÖn ¸p Uv = 0 vµ cÇu c©n b»ng
H×nh 3.8 M¹ch cÇu
Khi chuyÓn ®æi lµm viÖc th× R1 biÕn thiªn
= −
+
=
−
+
=
−
+
=
U
U
U
U v
Δ R − Δ
1 2
− Δ R R − Δ + R R
R
R
4 R
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
UR 1 + R R 1 4
UR 2 + R R 2
3
R 1 + R R 1 4
R 2 + R R 2
3
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
mét l−îng lµ ΔR. §iÖn ¸p Uv lµ
Chọn sao cho khoảng di chuyển ΔR << R cho nªn:
, víi lµ l−îng biÕn thiªn ®iÖn trë t−¬ng ®èi T a cã U v ≈
RΔ R
U Δ R R 4
khi biÕn trë di chuyÓn
R2
Ngoµi ra ng−êi ta cßn dïng m¹ch l«g«
x
R3 R
R1
Rx
R4
mÐt nh− sau:
U
H×nh 3.9 M¹ch ®o l«g«mÐt
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
=
=
I
I
l«g«mÐt. Khi Rx thay ®æi lµm cho dßng ®iÖn I1 vµ I2 thay ®æi vµ gãc quay α thay ®æi
1
2
U +
+
+
+
R
R
− RR
U R
R
R
1
3
x
4
2
x
+
+
=α
f
T a cã: ;
R 2 +
R 4 +
R
R x − RR
R
1
3
x
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
VËy
4. øng dông
ChuyÓn ®æi biÕn trë th−êng dïng ®Ó ®o nh÷ng di chuyÓn th¼ng kÝch th−íc tõ 2 ÷3mm hoÆc c¸c di chuyÓn gãc. Ngoµi ra chuyÓn ®æi biÕn trë cßn dïng ®Ó lÊy c¸c th«ng
http://www.ebook.edu.vn
10
tin vÒ lùc, ¸p xuÊt, møc chÊt láng
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 =
lρ S
Δ
Δ
Δ
l
−
=
+
ρΔ ρ
R R
l
S S
Khi biÕn d¹ng ta cã:
ρΔ ρ
Trong ®ã: lµ biÕn thiªn t−¬ng ®èi theo chiÒu dµi d©y dÉn, lµ sù biÕn
lΔ l
thiªn t−¬ng ®èi theo ®iÖn trë xuÊt ®Æc tr−ng cho sù thay ®æi tÝnh chÊt vËt liÖu cña
chuyÓn ®æi, lµ sù biÕn thiªn t−¬ng ®èi theo thiÕt diÖn d©y dÉn ®Æc tr−ng cho sù biÕn
SΔ S
lµ sù biÕn thiªn t−¬ng ®èi cña ®iÖn trë d©y dÉn. Ta thiªn h×nh häc cña chuyÓn ®æi,
RΔ R
ξ−ξ+ξ=ξ ρ
cã thÓ viÕt gän nh− sau:
R
l
S
−=ξ
ξ
K2
MÆt kh¸c ta cã: , Kp lµ hÖ sè poisson
S
p
l
=ξ ρ
, m lµ hÖ sè tû lÖ Vµ ta ®Æt:
lmξ
ξ=ξ
+
=
+
ξ
Ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t cña chuyÓn ®æi
1(
K)mK2
R
l
p
l
K: hÖ sè ®Æc tr−ng cho hiªu øng tenzo cña c¸c vËt liÖu. Khi thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n
hÖ sè K cã thÓ tra trong c¸c sæ tay kü thuËt øng víi tõng lo¹i vËt liÖu cô thÓ hoÆc nã
®−îc ghi ngay trªn bÒ mÆt cña chuyÓn ®æi
http://www.ebook.edu.vn
11
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
2
1
3
t¹o nh− h×nh vÏ sau:
a
TÊm giÊy máng lo¹i bÒn 1
D©y ®iÖn trë tenzo 2 cã ®−êng kÝnh 0.02 ÷ 0.05mm d¸n lªn tÊm giÊy
l0
máng 1. §Çu d©y cña ®iÖn trë ®−îc
H×nh 3.10 CÊu t¹o cña chuyÓn ®æi tenzo d©y m¶nh PhÝa trªn th−êng ®−îc phñ b»ng s¬n hoÆc d¸n mét tÊm giÊy lªn ®Ó cè ®Þnh sau ®ã
nèi víi d©y dÉn b»ng ®ång 3
ng−êi ta ghi c¸c 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
C¸c chuyÓn ®æi tenzo th−êng dïng víi m¹ch cÇu 1 chiÒu, xoay chiÒu hoÆc m¹ch ph©n ¸p
P1
R4
R1=RT
U
P2=0
Ura
R3
R2=RT0
H×nh 3.11 M¹ch cÇu mét nh¸nh ho¹t ®éng
a. M¹ch cÇu 1 nh¸nh ho¹t ®éng
Trong m¹ch nµy ng−êi ta dïng hai chuyÓn ®æi cïng lo¹i ®Æt ë hai nh¸nh cña cÇu, trong
http://www.ebook.edu.vn
12
®ã 1nh¸nh kh«ng lµm viÖc ®Ó bï nhiÖt vµ do ®ã m¹ch nµy sÏ lo¹i trõ ®−îc sai sè do nhiÖt ®é.
+ 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.
RT)
+ Khi P1 ≠ 0 lµm cho R1 biÕn thiªn, tøc lµ: R1 = Rt =RT0(1 + ξ
RT =
RΔ 0TR
Trong ®ã ξ lµ biÕn thiªn t−¬ng ®èi cña ®iÖn trë RT
ξ+
RT
=
U
U
ra
Quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ra víi sù biÕn thiªn ®iÖn trë cña tenzo:
)
1(R 0T ξ+
R) +
RR 0T +
[ 1(
R)
4 R
RT
0T
− 4 ]( RR 2
4
3
NÕu ®¶m b¶o R3 = R4 th× Ura ≈ 0,25UΔR/RT0;
P
RT
b. M¹ch cÇu hai nh¸nh biªn thiªn ng−îc chiÒu nhau
R3
M¹ch nµy cã ®é chÝnh x¸c cao
'
RT
Ur
h¬n, hai n¸h cña cÇu ®−îc d¸n ®iÖn
R0
R4
trë tenzo vµ cïng ho¹t ®éng ng−îc
U
chiÒu nhau. §iÖn ¸p ra cña m¹ch cÇu
H×nh 3.12 M¹ch cÇu hai nh¸nh biÕn thiªn ng−îc nhau
t¨ng gÊp hai lÇn, kh¶ n¨ng bï nhiÖt
=
ξ
U
r
RT
U 2
tèt h¬n, sai sè do nhiÖt ®é bÞ lo¹i trõ.
U
ξ= r U
RT
Ngoµi ra cßn cã m¹ch cÇu 4 nh¸nh, m¹ch nµy cã ®iÖn ¸p ra t¨ng gÊp 4 lÇn
R1
c. M¹ch ph©n ¸p
C
U
M¹ch nµy th−êng dïng do c¸c
Ut
Ura
Rt
biÕn d¹ng ®éng cã tÇn sè nhá h¬n
1000Hz. §Ó lo¹i trõ thµnh phÇn 1
H×nh 3.13 M¹ch ph©n ¸p
http://www.ebook.edu.vn
13
chiÒu ng−êi ta m¾c thªm 1 tô C
=
U
T
UR +
R
T R
T
1
Ta cã:
+
=
U
UR
XÐt khi cã biÕn d¹ng (sù dao ®éng víi tÇn sè cao)
T
To
)
( 1 + R R
) ξ ω sin t R ( + ξ ω t sin 1
1
To
R
R
R
ξ <<1 ⇔
To R
To
, ω lµ tÇn sè dao ®éng cña ®èi t−îng
ξ ω (cid:0) sin t
R
+
= U U
U
Th«ng th−êng R
T
R To + R R
ξ ω sin t To R + R R
1
1
To
To
Ta cã:
ξ
ω
U
R
t
=
U
r a
T o +
R R
s i n R
T o
1
V× ®iÖn ¸p ra lÊy thµnh phÇn mét chiÒu cho nªn
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 c¸c
chuyÓn ®æi tenzo ®−îc dïng ®Ó ®o trªn c¸c chi tiÕt cã nhiÒu h×nh d¹ng kh¸c nhau cña
m¸y mãc vµ thiÕt bÞ. Cã thÓ dïng ®Ó ®o c¸c 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 c¸c di chuyÓn th¼ng hay gãc )
http://www.ebook.edu.vn
14
dÉn ®Õn thay ®æi ®iÖn c¶m, hç c¶m hoÆc xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng c¶m øng ë cuén d©y.
