BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO

S0 l

=⇒ E

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

0 lµ h»ng sè ®iÖn m«i

Thay vµo ta cã: E = , víi ξ

)

Q +

( C

ξ S 0 δ

ξ S l

⎞ ⎟ ⎠

⎛ δ ⎜ ⎝

cña kh«ng khÝ

ξ ξ l

⎛ ⎜⎜ 10 ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

E =

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

σ=

sè cña vÐc t¬ dÞch chuyÓn D

0E =

σ ξδ ξ

D =ξ

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:

dq dt

i =

( ) δ Sd 1 dt

σ d 1 dt

1 thay ®æi

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

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.

http://www.ebook.edu.vn

39

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

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.

C¸c 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 c¸c chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn ®−îc biÓu diÔn gÇn ®óng b»ng c¸c

ph−¬ng tr×nh vi ph©n cÊp 1 cã c¸c 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 c¸c 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

nãng

l¹nh C

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

H×nh 3.32 ChuyÓn ®æi nhiÖt ngÉu

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

dÉn C, D. C¸c 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 c¸c ®Çu mèi hµn l¹nh t0 th× ta cã thÓ tr¸nh ®−îc ¶nh h−ëng

nhiÖt ®é cña c¸c 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.

+ C¸c ®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 c¸c ®Çu nãng vµ

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

http://www.ebook.edu.vn

40

≈

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

+ Bt2A

Ct3

dE dt

nhiÖt ®é nh− sau:

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 c¸c m¹ch æn

ET Ex

α'

ΔE

Ex’

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

ΔE

+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

0

t0 ‘

t0 = 00C

tx ‘

tx t

ΔE =ET(t1, t0) – ET(t0, t0’) Theo h×nh vÏ ta cã:

H×nh 3.33 HiÖu chØnh hÖ sè K

−

't( 0

K)t 0

α α

tg tg

(tx – tx’) = (t0’ – t0)

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

CÆp nhiÖt

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

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

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

3. ChuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn trë

http://www.ebook.edu.vn

41

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 c¸ch trao ®æi

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

+τ

)t 2

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

(R 1 +τ

R2 =

Trong ®ã R1 vµ R2 lµ gi¸ trÞ ®iÖn trë t¹i c¸c 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 c¸c 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.

http://www.ebook.edu.vn

42

+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

β−

1 0T

⎛ − 1 ⎜⎜ T ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

≈

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

eR 0

(1)

®èi gÇn ®óng nh− sau:

β lµ hÖ sè phô thuéc vµo lo¹i b¸n dÉn

(2)

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

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

H×nh vÏ bªn lµ ®−êng cong RT =f(T) cña nhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn vµ nhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i

trë cña nhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn

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

β/T

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

Rt =Ae

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

α = (-2.5 ÷ 4).102/0C

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

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:

http://www.ebook.edu.vn

43

Rd1

Ura

Rd2

Rd1

Rd2

Rd3

Rd1

Rd3

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 C¸c m¹ch ®o cña chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn

Rd2

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 c¸c ®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 c¸c qu¸ tr×nh oxy ho¸ khö trªn c¸c ®iÖn cùc, phô thuéc

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

http://www.ebook.edu.vn

44

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 c¸c 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× c¸c quan hÖ nãi trªn phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é, ¸p

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

chÊt c¸c ®iÖn cùc.

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

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 c¸c søc ®iÖn ®éng cña b¸n phÇn tö

Calomen b¹c vµ c¸c sùc ®iÖn ®éng ë mÆt

Kcl

trong vµ mÆt ngoµi cña ®iÖn cùc thuû tinh vµ

phô thuéc vµo ®é pH cña dung dÞch cÇn

PHm

PHx

Hg Hg2Cl2

nghiªn cøu. C¸c thµnh phÇn søc ®iÖn ®éng

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

H×nh 3.37 ChuyÓn ®æi Ganvanic

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.

http://www.ebook.edu.vn

45

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 c¸c 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 c¸ch l vµ diÖn tÝch S gi÷a c¸c

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

1 R

S l

g =

ChuyÓn ®æi ®iÖn dÉn dïng ®Ó

®o nång ®é c¸c dung dÞch vµ c¸c ®¹i

l−îng c¬ häc, nång ®é dung dÞch gi÷

kh«ng ®æi, ®¹i l−îng cÇn ®o lµm thay

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

®æi kho¶ng c¸ch hay diÖn tÝch cña c¸c

®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 c¸c ®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 c¸c t¸c dông kh¸c, ng−êi ta dïng c¸c chuyÓn

μA

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

®æi ©m tÇn kh«ng tiÕp xóc.

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

http://www.ebook.edu.vn

46

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

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 c¸c ®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 c¸c 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 c¸c ®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× c¸c

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

Lóc ®ã m« men lùc t¸c ®éng lªn c¸c m« men tõ μ ®−îc thÓ hiÖn b»ng ph−¬ng tr×nh

M = Bμ

μ=

H×nh 3.40 ChuyÓn ®æi l−îng tö

Pd dt

ω= P

Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng sÏ cã d¹ng

dP dt

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

γ=

=ω⇒ω=μ PB

B P

Nh−ng mÆt kh¸c

http://www.ebook.edu.vn

47

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

'B quay ®ång bé víi chiÒu 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 .

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

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

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¬

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 c¸c 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

§o tÇn sè chØ thÞ sè

T¸ch T¸ch sãng sãng

MF cao tÇn

K§ cao tÇn

K§ ©m tÇn

§iÒu chÕ

§iÒu chØnh pha

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

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

http://www.ebook.edu.vn

48

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

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.

TH ®iÒu chÕ

§iÓm giao nhau gi÷a § sÏ lµ ®iÓm

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

TH Cao tÇn

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

TH TÇn sè

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

øng dông: Dïng ®Ó ®o ®é tõ c¶m cña

TH ©m tÇn

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

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

H×nh 4.32 C¸c tÝn hiÖu ®iÒu chÕ

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),

trong ®Ìn hai cùc.

http://www.ebook.edu.vn

49

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

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

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

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

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

dông ®Ó chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ ®o c¸c ®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

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. C¸c chÊt

cã hiÖu øng quang ®iÖn trong m¹nh lµ sªlen, muèi sunfit cadmi, c¸c 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 c¸c chÊt b¸n dÉn sÏ trë thµnh nguån dßng ®iÖn

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

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

1. Sù ra ®êi c¸c c¶m biÕn th«ng minh

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

c¸c ®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

http://www.ebook.edu.vn

50

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 c¸c 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.

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

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

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

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

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

th«ng minh ®· ra ®êi. C¸c 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 c¸c 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 c¸c 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 c¸c 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 c¸c chuyÓn ®æi s¬ cÊp kÕt hîp víi c¸c biÕn ®æi vµ bé vi

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

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

2. CÊu tróc cña c¶m biÕn th«ng minh

CB1

C¶m biÕn th«ng minh

C§CH1

CB1

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

μC

C§CH2

§èi t−îng ®o

…

CBn

C§CHn

H×nh 3.43 CÊu tróc cña c¶m biÕn th«ng minh http://www.ebook.edu.vn

A/D MUX

51

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

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

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

®−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 c¸c chuyÓn ®æi lµ lo¹i chuyÓn ®æi s¬ cÊp b×nh th−êng th× c¸c ®Çu ra cña

chóng ®−îc ®−a vµo trong mét vi m¹ch c«ng nghÖ lai, gåm cã c¸c 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 c¸c chuyÓn ®æi lµ lo¹i chuyÓn ®æi thùc hiÖn b»ng c«ng nghÖ vi m¹ch th× c¶

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

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

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