BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 5

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

99
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chuyển đổi nhiệt điện 1 Khái niệm chung. Các chuyển đổi nhiệt điện làm việc dựa trên quan hệ của quá trình nhiệt với các yếu tố nh- nhiệt dẫn của môi tr-ờng, diện tích trao đổi nhiệt, tốc độ di chuyển của môi tr-ờng v.v. Chuyển đổi nhiệt điện dùng đo nhiệt độ mà còn dùng để đo di chuyển, kích th-ớc, tốc độ, l-u tốc của chất lỏng và chất khí, độ chân không, độ ẩm và còn dùng để phân tích khí. Các chuyển đổi nhiệt có đặc điểm là quán tính nhiệt rất lớn và quá trình quá...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 5

ξ 0S MÆt kh¸c ®èi víi kh«ng khÝ ta cã: C1 = l σS Q , víi ξ0 lµ h»ng sè ®iÖn m«i ⇒E= Thay vµo ta cã: E = δ(C 0 + C1 ) ⎛ ξS ξ 0 S ⎞ δ⎜ + ⎟ δ⎠ ⎝l cña kh«ng khÝ σ E= ⎛ ξ⎞ ξ 0 ⎜1 + ⎟ ⎜ ξl ⎟ ⎝ ⎠ 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 σ D =ξ0E = = σ1 ξδ 1+ ξ0l 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 d(δ1S) dσ = =S 1 i= dt dt dt 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. 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 nhiÖt ngÉu vµ chuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn trë nãng l¹nh a' C a A 2. ChuyÓn ®æi nhiÖt ngÉu Nguyªn lý lµm viÖc lµ biÕn nhiÖt ®é b' D b B thµnh søc ®iÖn ®éng. Mét cÆp nhiÖt ngÉu AB nèi víi c¬ cÊu ®o qua c¸c cùc a, b b»ng c¸c d©y H×nh 3.32 ChuyÓn ®æi nhiÖt ngÉu 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 dE t St ≈ = A + 2 Bt + 3Ct 3 nhiÖt ®é nh− sau: dt 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 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 ET do t0 = 00C, gi¶ sö ®Çu c«ng t¸c ë nhiÖt ®é tx, ®Çu Ex α' tù do ë nhiÖt ®é t0’ > t0. Lóc ®ã søc ®iÖn ®éng ΔE Ex’ 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 α ΔE 00C cña ®Çu tù do 0 t0 ‘ tx ‘ tx t t0 = 00C ΔE =ET(t1, t0) – ET(t0, t0’) Theo h×nh vÏ ta cã: H×nh 3.33 HiÖu chØnh hÖ sè K tgα = ( t 0 '− t 0 ) K (tx – tx’) = (t0’ – t0) tgα ' 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 mV ®−êng cong lµ kh¸c nhau. +Dïng thiÕt bÞ hiÖu chØnh tù ®éng nhiÖt ®é ®Çu tù do R9 Khi nhiÖt ®é m«i tr−êng thay ®æi, ®iÖn R2 R1 trë(®ång, niken) thay ®æi, cÇu mÊt c©n b»ng A RB B CÆp vµ trªn ®−êng chÐo cña cÇu xuÊt hiÖn mét nhiÖt R4 R3 EB ®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. H×nh 3.34 M¹ch hiÖu chØnh nhiÖt ®é ®Çu tù do 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 Trong tr−êng hîp R0 ch−a biÕt ta dïng biÓu thøc sau: R 1 (τ + t 2 ) R2 = τ + t1 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 thiªu kÕt ë nhiÖt ®é cao. Quan hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é phô thuéc vµo nhiÖt ®é tuyÖt ⎛1 1 ⎞ R −β ⎜ − ⎟ ⎜T T ⎟ ⎝ ⎠ RT ≈ R0e 0 ®èi gÇn ®óng nh− sau: RT (1) R T 0 R0 lµ ®iÖn trë ë nhiÖt ®é tuyÖt ®èi T0 = 0 K β lµ hÖ sè phô thuéc vµo lo¹i b¸n dÉn (2) H×nh vÏ bªn lµ ®−êng cong RT =f(T) cña T nhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn vµ nhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i vÏ trªn cïng hÖ trôc to¹ ®é ®Ó so s¸nh. H×nh 3..35 Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é T vµ ®iÖn trë cña nhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn (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: http://www.ebook.edu.vn 43
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 R1 R4 R2 Rd1 R2 RB RB RT EB Ura EB R1 R2 Rd2 R1 R4 Rg Rd1 Rd2 Rd3 Rd1 Rd2 Rd3 Rd3 RB EB RT RT H×nh 3..36 C¸c 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 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 1 Calomen b¹c vµ c¸c sùc ®iÖn ®éng ë mÆt 3 trong vµ mÆt ngoµi cña ®iÖn cùc thuû tinh vµ Kcl phô thuéc vµo ®é pH cña dung dÞch cÇn Hg nghiªn cøu. C¸c thµnh phÇn søc ®iÖn ®éng PHm 2 Hg2Cl2 PHx kh¸c kh«ng ®æi, v× thÕ søc ®iÖn ®éng cña chuyÓn ®æi sÏ x¸c ®Þnh ®−îc ®é pH cña dung H×nh 3.37 ChuyÓn ®æi Ganvanic 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 γS = g= R l ChuyÓn ®æi ®iÖn dÉn dïng ®Ó 3 4 2 1 ®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 ®æi kho¶ng c¸ch hay diÖn tÝch cña c¸c H×nh 3.38 ChuyÓn ®æi ®iÖn dÉn dung dÞch ®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 ®æi ©m tÇn kh«ng tiÕp xóc. μA U 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 http://www.ebook.edu.vn 46
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 N B m« men tõ μ sÏ quay xung quanh vÐc t¬ B . μ U~ Lóc ®ã m« men lùc t¸c ®éng lªn c¸c m« men tõ ψ B' μ ®−îc thÓ hiÖn b»ng ph−¬ng tr×nh M = μB S Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng sÏ cã d¹ng dP = M = μB dt H×nh 3.40 ChuyÓn ®æi l−îng tö dP = Pω Nh−ng mÆt kh¸c dt ω lµ tÇn sè quay cña m« men tõ xung quanh B. Tõ ®ã ta cã: μB μB = Pω ⇒ ω = = γB P http://www.ebook.edu.vn 47
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 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 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. §o tÇn sè chØ thÞ sè N MF K§ K§ T¸ch cao cao ©m sãng tÇn tÇn tÇn S §iÒu §iÒu chÕ chØnh pha 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 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 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. TH §iÓm giao nhau gi÷a § sÏ lµ ®iÓm ®iÒu chÕ céng h−ëng. Khi ®iÓm § ®¹t vÞ trÝ gi÷a mµn TH h×nh cña dao ®éng ký th× ta ®o tÇn sè cao tÇn 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 TH TÇn sè øng dông: Dïng ®Ó ®o ®é tõ c¶m cña tõ tr−êng ®Òu tõ 0.005T trë ®i. Giíi h¹n ®o TH ©m tÇn 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. H×nh 4.32 C¸c tÝn hiÖu ®iÒu chÕ 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), c¸c ®iÖn tö bÞ b¾n ra khái katèt, trªn ®−êng ®i chóng ion ho¸. C¸c ph©n tö khÝ t¹o thµnh c¸c ion d−¬ng vµ ©m. Dßng ®iÖn ch¹y tõ anèt ®Õn katèt thay ®æi theo mËt ®é kh«ng khÝ trong ®Ìn hai cùc. http://www.ebook.edu.vn 49
øng dông ®Ó chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ ®o ¸p xuÊt cßn gäi lµ ch©n kh«ng kÕ. 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 c¸c 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 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 lµ mét ®Ìn ch©n kh«ng hay cã khÝ mµ katèt cña nã sÏ ph¸t ra c¸c ®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. 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 HiÖn nay c¸c hÖ thèng thu thËp sè liÖu ®o l−êng th× c¸c c¶m biÕn lµ kh©u yÕu nhÊt 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 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 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 CÊu tróc chung cña c¸c c¶m biÕn th«ng minh nh− sau: C§CH1 CB1 C¶m biÕn th«ng minh §èi t−îng μC A/D MUX CB1 C§CH2 ®o … CBn C§CHn H×nh 3.43 CÊu tróc cña c¶m biÕn th«ng minh http://www.ebook.edu.vn 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. C¸c ®¹i l−îng ®iÖn ®−îc qua c¸c 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 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 http://www.ebook.edu.vn 52