intTypePromotion=1
ADSENSE

Giáo trinh : KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ part 9

Chia sẻ: Ouiour Isihf | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

134
lượt xem
18
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sơ đồ đo tần số bằng phương pháp hình Lissajou. Tùy theo độ lệch pha giữa 2 điện áp mà hình dạng dao động đồ Lissajou sẽ khác nhau. Trên hình 3-32 là dạng sóng ứng với một số trường hợp đặc biệt. Một số dạng dao động đồ Lissajou Phương pháp dao động đồ Lissajou để đo tần số chỉ thích hợp khi tỷ số giữa 2 tần số nhỏ hơn 3 đến 4 lần, khi lớn hơn hình hiện ra rất phức tạp và khó điều chỉnh sự đồng bộ. Trong các trường hợp này người ta thường sử...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trinh : KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ part 9

  1. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 129 - Neáu khoâng coù transistor Q2 (FET), ñoä lôïi cuûa maïch laø: R3 AV = R4 Transistor Q2 gheùp vôùi R4 qua tuï C2 neân noù khoâng aûnh höôûng tôùi cheá ñoä thieân aùp cho Q1. Khi coù Q2 trong maïch, ñoä lôïi cuûa maïch khueách ñaïi seõ laø: AV = (R3 / R4 ) // RD Trong ñoù RD laø ñieän trôû cöïc D cuûa FET. Tín hieäu taàn thaáp LF ñöa vaøo cöïc coång G cuûa FET laøm thay ñoåi ñieän trôû cöïc D cuûa Q2 vaø do ñoù laøm thay ñoåi ñoä taêng ích cuûa boä khueách ñaïi. Baèng caùch ñoù, bieân ñoä cuûa tín hieäu RF ñöôïc taêng leân hay giaûm ñi cuøng pha vôùi tín hieäu LF (xem daïng soùng treân hình 4-14). 5.3.2. Ñieàu bieán taàn soá. Vieäc ñieàu bieán taàn soá thöôøng ñöôïc thöïc hieän taïi taàng dao ñoäng cuûa maùy taïo tín hieäu RF. Sô ñoà maïch ñieàu taàn söû duïng varicap chæ ra treân hình 4-15. Hình 4-15. Nguyeân taéc ñieàu taàn baèng diode bieán dung Varicap Varicap laø moät loaïi diode ñaëc bieät laøm vieäc trong cheá ñoä ñònh thieân ngöôïc, coù giaù trò ñieän dung thay ñoåi theo giaù trò ñieän aùp ñaët vaøo neân ñöôïc goïi laø diode bieán dung VVC. Trong maïch C3 coù ñieän dung lôùn gheùp diode varicap vôùi maïch coäng höôûng LC4 cuûa boä dao ñoäng, do ñoù ñieän dung cuûa D1 xem nhö maéc song song vôùi L vaø C4. Ñieän dung cuûa maïch coäng höôûng laø ñieän dung cuûa diode CD maéc song song vôùi C4 . Taàn soá coäng höôûng seõ laø: 1 f= (4-26) 2π LC D // C 4 Theo (4-26) ta thaáy, khi CD thay ñoåi, taàn soá f seõ thay ñoåi. Ñieän aùp treân collector cuûa Q1 bieán ñoåi theo quy luaät cuûa tín hieäu LF, do ñoù CD thay ñoåi theo quy luaät LF, nghóa laø taàn soá cuûa ñieän aùp ra bò ñieàu cheá theo LF. Tín hieäu ra ñaõ bò ñieàu bieán veà taàn soá. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  2. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 130 - 5.4. Taûi cuûa maùy taïo soùng. Maùy taïo soùng RF coù taûi danh ñònh loái ra laø 75Ω. Neáu taûi maéc coù trò soá ñuùng 75Ω thì tín hieäu loái ra töø boä suy giaûm chæ thò duùng (hình 4-16, a). Tröôøng hôïp taûi khaùc 75Ω phaûi maéc phoái hôïp song song (hình 4-16, b) hoaëc noái tieáp (hình 4-16, c) ñeå bieán ñoåi taûi veà trò soá 75Ω. Khi ñoù möùc tín hieäu ra seõ bò thay ñoåi, caàn phaûi tính laïi möùc tín hieäu thöïc ñöa vaøo taûi. ei = eo a) ei = eo b) Ri ei = eo × Ri + R2 c) Hình 4-16. Caùch maéc taûi trong caùc tröôøng hôïp : a) taûi ñuùng RL = Ro; b) khi RL > Ro vaø c) khi RL < Ro. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  3. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 131 - CHÖÔNG V : ÑO CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG KHOÂNG ÑIEÄN § 1. KHAÙI NIEÄM CHUNG Caùc ñaïi löôïng vaät lyù ñaëc tröng cho caùc hieän töôïng vaø caùc quaù trình cô, nhieät, quang, hoùa … ñeàu laø nhöõng ñaïi löôïng khoâng ñieän. Pheùp ño caùc ñaïi löôïng khoâng ñieän coù theå ñöôïc tieán haønh baèng nhöõng caùch thöùc khaùc nhau. Nhöng trong thöïc teá kyõ thuaät, phöông phaùp ño ñieän ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát do caùc ñaëc tính öu vieät cuûa noù. Pheùp ño caùc ñaïi löôïng khoâng ñieän baèng phöông phaùp ñieän ñöôïc thöïc hieän thoâng qua caùc boä chuyeån ñoåi hoaëc caùc caûm bieán ño löôøng. Caùc boä chuyeån ñoåi ñoùng vai troø “nhaø phieân dòch” ñeå bieán ñoåi caùc tín hieäu khoâng ñieän thaønh tín hieäu ñieän, sau ñoù söû duïng caùc maïch ño ñieän ñeå tieán haønh xöû lyù pheùp ño tieáp theo. Sô ñoà nguyeân taéc cuûa pheùp ño caùc ñaïi löôïng khoâng ñieän baèng phöông phaùp ñieän chæ ra treân hình 5-1. X (khoâng ñieän) X’ (ñieän) Ch. ñoåi Maïch Chæ thò ño löôøng ño ñieän vaø xöû lyù Hình 5-1. Ño caùc ñaïi löôïng khoâng ñieän baèng phöông phaùp ñieän Baøi toaùn chuyeån ñoåi moät ñaïi löôïng khoâng ñieän sang ñaïi löôïng ñieän laø vaán ñeà then choát trong caáu hình cuûa heä thoáng ño khoâng ñieän. Baøi toaùn naøy heát söùc ña daïng, nhöng ñieàu lyù thuù laø choã duø ôû baát kyø daïng naøo cuõng coù theå giaûi ñöôïc, nghóa laø vôùi baát kyø moät ñaïi löôïng naøo nhö cô, quang, nhieät, hoùa, v.v… ñeàu coù theå deã daøng bieán ñoåi chuùng thaønh ñaïi löôïng ñieän. Noùi chính xaùc hôn, coù theå deã daøng bieán ñoåi caùc ñaïi löôïng treân thaønh tín hieäu ñieän ñeå ñöa vaøo caùc cô caáu ño ñieän ñeå ño ñaïc vaø xöû lyù. Giaûi quyeát baøi toaùn treân chính laø nhieäm vuï cuûa caùc boä chuyeån ñoåi ño löôøng. Coù raát nhieàu nguyeân taéc ñeå thöïc hieän caùc boä chuyeån ñoåi, vaø töông öùng vôùi noù laø söï ña daïng cuûa caùc loaïi chuyeån ñoåi, nhö chuyeån ñoåi ñieän trôû, chuyeån ñoåi ñieän caûm, chuyeån ñoåi ñieän dung, chuyeån ñoåi aùp ñieän, chuyeån ñoåi nhieät ñieän, chuyeån ñoåi quang ñieän, v.v…. Tuy nhieân, caên cöù vaøo baûn chaát cuûa caùc ñaïi löôïng chuyeån ñoåi coù theå quy veà maáy nhoùm cô baûn sau: – Caùc chuyeån ñoåi cô ñieän; – Caùc chuyeån ñoåi nhieät ñieän; – Caùc chuyeån ñoåi hoùa ñieän; – Caùc chuyeån ñoåi quang ñieän vaø phaùt xaï ñieän töû. Ñaëc tính quan troïng nhaát cuûa caùc boä chuyeån ñoåi chính laø haøm truyeàn ñaït cuûa noù. Haøm truyeàn ñaït theå hieän caáu truùc cuûa thieát bò bieán ñoåi vaø thoâng thöôøng coù ñaëc Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  4. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 132 - tính phi tuyeán, ñieàu ñoù laøm giôùi haïn khoaûng ño vaø daãn tôùi sai soá. Trong tröôøng hôïp ñaïi löôïng ño bieán thieân trong moät phaïm vi roäng, caàn chia nhoû khoaûng ño (phöông phaùp tuyeán tính hoùa töøng ñoaïn). Thoâng thöôøng khi thieát keá maïch ño ngöôøi ta thöïc hieän caùc maïch boå trôï ñeå hieäu chænh haøm truyeàn sao cho haøm truyeàn ñaït chung cuûa heä thoáng laø tuyeán tính. § 2. CHUYEÅN ÑOÅI CÔ ÑIEÄN 2.1. Chuyeån ñoåi ñieän trôû R. 2.1.1.Nguyeân taéc. Döôùi taùc duïng cuûa tín hieäu cô (söï dòch chuyeån, möùc, chaán ñoäng, v.v…) laøm thay ñoåi ñieän trôû cuûa nguyeân toá nhaïy caûm (caûm bieán), daãn tôùi laøm thay ñoåi doøng trong maïch theo quy luaät bieán ñoåi cuûa ñaïi löôïng cô. Khaûo saùt söï bieán thieân naøy thoâng qua maïch ño ta coù theå ñaùnh giaù ñöôïc giaù trò cuûa ñaïi löôïng cô caàn ño (hình 5-2). Tín hieäu cô X R = f (X) Caûm bieán Maïch ño R Hình 5-2. Nguyeân taéc cuûa chuyeån ñoåi Chuyeån ñoåi ñieän trôû R coù theå thöïc hieän theo nhieàu caùch thöùc khaùc nhau: – Loaïi bieán trôû (chieát aùp): bieán trôû thaúng, bieán trôû goùc, bieán trôû heùlice. – Loaïi ñieän trôû bieán daïng (tenzoâ): ñieän trôû boät than neùn, ñieän trôû laù (kim loaïi hoaëc baùn daãn). 2.1.2.Caûm bieán loaïi bieán trôû. Ñaây laø loaïi caûm bieán coù nguyeân lyù caáu taïo ñôn giaûn, deã cheá taïo. Caáu truùc cuûa loaïi naøy coù theå laø loaïi bieán trôû thaúng, bieán trôû goùc hoaëc bieán trôû Heùlice (Hình 5-3). Vi ϕ Vi Vo R Vo Vi Heùlic e ϕ Vo a) b) c) Hình 5-3. a) Bieán trôû thaúng; b) Bieán trôû goùc; c) Bieán trôû Heùlice Haøm truyeàn ñaït cuûa loaïi bieán trôû naøy ñöôïc xaùc ñònh theo heä thöùc: Rx = k lx = kox, hoaëc Rx = kϕx =kox (5-1) Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  5. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 133 - Trong ñoù: lx vaø ϕx – ñoä dòch chuyeån thaúng vaø ñoä dòch chuyeån goùc cuûa con tröôït bieán trôû; x – ñaïi löôïng cô caàn ño. Ñieän trôû cuûa bieán trôû ñöôïc caáu taïo baèng ñieän trôû loaïi daây quaán hoaëc daïng ñieän trôû maøng. Ñieän trôû daây quaán thöôøng laøm töø caùc vaät lieäu coù ñieän trôû suaát lôùn vaø heä soá nhieät ñieän trôû nhoû nhö mangan, constantan … quaán treân ñeá caùch ñieän nhö bakelit, textolit. Loaïi ñieän trôû maøng ñöôïc taïo thaønh treân cô sôû than phun hoaëc oxyùt kim loaïi phuû treân ñeá plastic. Baèng caùch thay ñoåi böôùc quaán hoaëc tieát ñieän cuûa vaønh tröôït treân ñeá ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc haøm truyeàn ñaït cuûa bieán trôû. Öùng duïng: Ño ñoä di chuyeån thaúng hoaëc ñoä di chuyeån goùc. Ño möùc chaát loûng trong bình chöùa, ño toác ñoä chaát löu trong oáng daãn (hình 5-4) 2.1.3. Caûm bieán ñieän trôû bieán daïng. Thöông duøng ñeå ño ñoä bieán daïng, ño aùp suaát, ño kích thöôùc, v.v… Coù 2 daïng: Daïng boät than vaø daïng ñieän trôû laù. – Daïng boät than. Caûm bieán coù daïng moät coät than goàm nhieàu ñóa xeáp choàng leân nhau. Döôùi taùc duïng cuûa löïc cô hoïc (löïc ñeø, neùn) coät than seõ bò eùp nhieàu hay ít, daãn tôùi ñieän trôû cuûa coät than (ñieän trôû tieáp xuùc) bò thay ñoåi theo quy luaät Rx = f (P). a) b) Hình 5-4 . a – Ño möùc chaát loûng b – Ño toác ñoä cuûa chaát löu – Daïng ñieän trôû laù. Caáu taïo cuûa caûm bieán ñieän trôû bieán daïng goàm moät daây ñieän trôû raát maûnh, thöôøng laø loaïi hôïp kim coù ñieän trôû suaát lôùn, daùn caêng treân moät ñeá moûng caùch ñieän coù kích thöôùc côõ 1÷2 cm2 (hình 5-5). b Giaù trò cuûa ñieän trôû tính theo coâng thöùc ñaõ bieát: l R=ρ (5-2) a S Muoán kieåm tra ñoä bieán daïng cuûa moät chi tieát cô khí naøo ñaáy, ngöôøi ta daùn laù ñieän trôû naøy R vaøo ñoù. Ñoä bieán daïng cuûa chi tieát seõ taùc ñoäng leân laù ñieän trôû laøm thay ñoåi chieàu daøi cuûa daây Hình 5-5 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  6. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 134 - daãn, daãn ñeán söï thay ñoåi tieát dieän cuûa noù vaø keát quaû laø söï thay ñoåi ñieän trôû cuûa caûm bieán theo quy luaät: ∆ρ ∆l ∆S ∆ρ ∆R ∆l + (1 + 2 µ ) = +− = (5-3) ρ ρ R l S l Trong ñoù µ – heä soá Poisson. Bieán thieân töông ñoái cuûa ñieän trôû suaát laø haøm soá cuûa ñoä bieán thieân theå tích daây daãn: ∆ρ ∆l = γ ρ (1 − 2 µ ) (5-4) ρ l γρ – heä soá phuï thuoäc vaøo ñaëc tính caáu truùc tinh theå cuûa vaät lieäu laøm ñieän trôû. Töø caùc bieåu thöùc (5-3) vaø (5-4) ta coù theå ruùt ra bieåu thöùc ñeå bieåu thò moät ñaëc tính quan troïng cuûa caûm bieán ñieän trôû bieán daïng laø heä soá tenzoâ K: ⎛ ∆R ⎞ ⎛ ∆l ⎞ [ ] ⎟ ⎜ ⎟ = (1 + 2 µ ) + γ ρ (1 − 2 µ ) = [(1 + 2 µ ) + m ] K =⎜ (5-5) ⎝R⎠ ⎝l⎠ Giaù trò cuûa K ñoái vôùi caùc vaät lieäu khaùc nhau thay ñoåi trong moät giôùi haïn ñuû roäng. Ñoái vôùi mangan K = 0,47÷0,5, ñoái vôùi hôïp kim Fe-Cr-Al thì K = 2,8 ÷2,9; ñoái vôùi constantan K = 1,9 ÷2,1. 2.2. Chuyeån ñoåi ñieän caûm. Ta bieát raèng ñieän caûm cuûa moät oáng daây xaùc ñònh theo bieåu thöùc: N2 N2 N2 N2 L = µµ o Sl = µµ o S= = (5-6) l l2 l RT µµ o S l Trong ñoù: RT = – Töø trôû cuûa maïch töø; µµ o S l – Chieàu daøi cuûa oáng daây; µ – Ñoä töø thaåm cuûa loõi; µo = 4π. 10-7 H/m – Haèng soá töø; N – Soá voøng daây. Khi µ thay ñoåi laøm RT thay ñoåi vaø L thay ñoåi. Khaûo saùt söï bieán thieân cuûa L ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc ñoä lôùn cuûa ñaïi löôïng cô caàn ño. Nguyeân taéc naøy ñöôïc aùp duïng ñeå cheá taïo caûm bieán ñieän caûm. 2.2.1.Caûm bieán kieåu ñieän caûm L. Caáu taïo cuûa caûm bieán ñieän caûm L goàm moät loõi saét töø, treân ñoù quaán moät soá voøng daây N. Loõi saét ñöôïc gheùp töø moät phaàn khung chöõ U vaø 1 phaàn chöõ I (hình 5-6) Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  7. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 135 - Ta coù: N2 L= (5-7) RT Trong ñoù RT = Rl + Rδ Töø trôû cuûa phaàn loõi saét Rl coù giaù trò: l Rl = (5-8) µµ o S Hình 5-6 l – Chieàu daøi cuûa khung chöõ U + khung I; µ – Ñoä töø thaåm cuûa loõi saét; S – Tieát dieän loõi saét. Phaàn töø trôû cuûa khe δ coù giaù trò: 2δ Rδ = (5-9) µk µoS µk – Ñoä töø thaåm cuûa khoâng khí. Töø ñoù ta coù: N2 N2 = L (δ ) L= = (5-10) 2δ i RT + µµ o S µk µoS Döôùi taùc duïng cuûa ngoaïi löïc laøm δ thay ñoåi, hoaëc µk thay ñoåi daãn tôùi töø trôû cuûa khe thay ñoåi vaø laøm ñieän caûm L thay ñoåi. Coâng thöùc (5-10) bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa ñieän caûm L vaøo söï bieán thieân cuûa δ, haøm truyeàn ñaït laø phi tuyeán, ñoà thò cuûa noù chæ ra treân hình 5-7,a. L L L1 δ L1+ L2 δ L2 a) b) Hình 5-7 Trong thöïc teá, ñeå caûi thieän ñaëc tuyeán truyeàn ñaït (taêng khoaûng tuyeán tính cuûa ñaëc tuyeán) ngöôøi ta thöôøng duøng caûm bieán ñieän caûm döôùi daïng vi sai. Nguyeân lyù caáu truùc cuûa noù chæ ra treân hình 5-8. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  8. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 136 - Caûm bieán vi sai coù 2 khe coâng taùc δ1 vaø δ2 maø söï thay ñoåi ñoä lôùn cuûa noù phuï thuoäc vaøo söïï dòch chuyeån cuûa loõi ñoäng chöõ I ôû giöõa. Ñaïi löôïng ño taùc ñoäng leân loõi töø laøm noù di chuyeån laøm cho δ1 vaø δ2 thay ñoåi. Keát quaû ñoä lôùn cuûa ñieän caûm L1 vaø L2 thay ñoåi. Chaúng haïn, neáu taùc duïng laøm loõi di chuyeån theo döông (+), δ1 seõ taêng vaø δ2 seõ giaûm daãn tôùi laøm L1 giaûm vaø L2 taêng. Ngöôïc laïi, neáu loõi dòch chuyeån theo chieàu aâm (-), laøm δ1 giaûm vaø δ2 taêng daãn tôùi L1 taêng vaø L2 Hình 5-8. Caûm bieán ñieän caûm vi sai giaûm. Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït cuûa caûm bieán vi sai chæ ra treân hình 5-7,b cho thaáy khoaûng tuyeán tính cuûa haøm truyeàn toång coäng ñöôïc môû roäng. – ÖÙng duïng: Ño ñoä di chuyeån beù, kieåm tra beà daøy caùc taám kim loaïi caùn, kieåm tra kích thöôùc caùc chi tieát cô khí chính xaùc 2.2.2.Caûm bieán kieåu hoã caûm M. Caáu taïo cuûa caûm bieán hoã caûm M gioáng nhö caûm bieán ñieän caûm L, nhöng coù 2 cuoän daây N1 vaø N2 (hình 5-9). Hoaït ñoäng cuûa caûm bieán M tuaân theo nguyeân taéc caûm öùng ñieän töø gioáng nhö nguyeân taéc laøm vieäc cuûa moät maùy bieán aùp. Neáu ta taùc ñoäng moät tín hieäu xoay chieàu e1 = E1sin ωt leân 2 ñaàu cuoän N1 thì treân 2 ñaàu cuoän N2 seõ thu ñöôïc tín hieäu e2 = E2 sin ωt. Trong ñoù: E1 N 1 = E2 N 2 Goïi I1 laø doøng trong cuoän N1 thì trong cuoän N2 seõ coù doøng I2: Hình 5-9 2π I2 = M I1 ω = MI 1 (5-11) f Trong ñoù M laø hoã caûm giöõa 2 cuoän daây: N1 N 2 M= (5-12) R R laø töø trôû cuûa maïch töø. Neáu ta giöõ cho I1 vaø ω khoâng ñoåi thì doøng I2 chæ coøn laø haøm 1 bieán cuûa M, maø giaù trò cuûa M phuï thuoäc vaøo töø trôû cuûa maïch töø theo (5-12). Nhö vaäy, neáu R thay ñoåi, M seõ thay ñoåi vaø daãn ñeán I2 thay ñoåi. Noùi caùch khaùc ta coù: I2 = f(R). (5-13) – ÖÙng duïng: Ño ñoä di chuyeån beù, kieåm tra beà daøy caùc taám kim loaïi caùn, kieåm tra kích thöôùc caùc chi tieát cô khí chính xaùc 2.2.3.Caûm bieán caûm öùng. Caûm bieán caûm öùng döïa treân nguyeân taéc caûm öùng ñieän töø: khi moät khung daây daãn kín quay trong moät töø tröôøng B, trong khung daây seõ xuaát hieän moät suaát ñieän ñoäng caûm öùng. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  9. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 137 - dΦ e=− dt Theo nguyeâ taéc naøy ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ra maùy phaùt toác ñeå ño toác ñoä quay cuûa caùc ñoäng cô, maùy phaùt. Noù chính laø moät maùy phaùt ñieän nhoû kích töø baèng nam chaâm vónh cöõu (hình 5-10,a). Phaàn öùng quay vôùi toác ñoä baèng hoaëc tyû leä vôùi toác ñoä quay cuûa ñoäng cô. Suaát ñieän ñoäng xuaát hieän trong maïch phaàn öùng tyû leä vôùi toác ñoä quay n. e = k.n (5-14) Ño s.ñ.ñ e ta deã daøng xaùc ñònh ñöôïc toác ñoä quay n. Thang ñoä cuûa ñoàng hoà ñöôïc khaéc ñoä tröïc tieáp ra vaän toác. Ñóa caûm öùng Gaén vôùi truïc ñoäng cô a) b) Hình 5-10. Toác keá Theo nguyeân taéc naøy coù theå cheá taïo theo kieåu nam chaâm (phaàn caûm) quay. Khi ñoù phaàn öùng laø moät ñóa kim loaïi gaén vôùi truïc quay ñoäng vaø kim chæ thò. Khi nam chaâm gaén vôùi truïc cuûa ñoäng cô quay (hình 5-10,b), töø tröôøng xuyeân qua ñóa bieán thieân, treân ñóa xuaát hieän doøng caûm öùng. Doøng naøy sinh ra töø tröôøng choáng laïi töø tröôøng ñaõ sinh ra noù (töùc choáng laïi söï quay), nhöng nam chaâm gaén vôùi truïc ñoäng cô vaãn quay buoäc ñóa phaûi quay theo. Ñóa gaén vôùi truïc, treân coù moät loø xo caûn. Khi moâ men caûn caân baèng vôùi moâ men quay ñóa seõ ñöùng yeân vaø kim chæ thò ôû moät vò trí xaùc ñònh treân thang ñoä. Döïa treân nguyeân taéc caûm öùng ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ra duïng cuï xaùc ñònh phöông höôùng treân maùy bay. Ta bieát raèng traùi ñaát chuùng ta laø moät nam chaâm khoång loà. Töø tröôøng do noù sinh ra coù caùc ñöôøng söùc chaïy töø Baéc xuoáng Nam. Khi bay trong baàu trôøi, maùy bay chòu taùc duïng töø tröôøng cuûa traùi ñaát. Treân cô sôû ñoù ngöôøi ta ñaõ cheá taïo moät duïng cuï xaùc ñònh phöông Hình 5-11 höôùng coù caáu truùc nhö sau: Duïng cuï goàm 2 thanh saét töø ñaët song song, treân coù quaán 2 cuoän daây kieåu bieán theá (hình 5-11). Cuoän sô caáp (daây nhoû) quaán treân 2 thanh saét ngöôïc chieàu nhau vaø noái vôùi moät nguoàn ñieän xoay chieàu. Bình thöôøng, töø tröôøng do chuùng sinh ra ngöôïc chieàu nhau neân chuùng trieät tieâu laãn nhau. Cuoän thöù caáp (daây lôùn) quaán bao laáy caû 2 thanh saét töø. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  10. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 138 - Khi bay trong baàu trôøi, 2 thanh saét naèm trong töø tröôøng traùi ñaát. Khi ñoù, neáu ôû moät thanh saét töø tröôøng do baûn thaân doøng ñieän sinh ra ñöôïc coäng theâm vôùi töø tröôøng traùi ñaát thì ngöôïc laïi, ôû thanh saét kia töø tröôøng ñoù seõ bò tröø ñi, do ñoù töø tröôøng toång do cuoän sô caáp sinh ra seõ khaùc khoâng. Keát quaû trong cuoän thöù caáp seõ phaùt sinh moät söùc ñieän ñoäng. Ñoä lôùn cuûa söùc ñieän ñoäng naøy phuï thuoäc vaøo töø thoâng xuyeân qua beà maët cuûa caûm bieán, töùc phuï thuoäc vaøo goùc giöõa 2 thanh saét vôùi höôùng töø tröôøng traùi ñaát. Nhö vaäy, ño söùc ñieän ñoäng coù theå xaùc ñònh ñöôïc goùc phöông vò treân baàu trôøi. 2.3. Chuyeån ñoåi ñieän dung. Ta bieát raèng, ñieän dung cuûa moät tuï ñieän laø moät thoâng soá ñaëc tröng cho khaû naêng tích ñieän cuûa noù, coù giaù trò phuï thuoäc vaøo kích thöôùc cuûa caùc baûn tu (S)ï, khoaûng caùch giöõa caùc baûn (d) vaø baûn chaát cuûa chaát ñieän moâi giöõa chuùng (ε). Döïa vaøo caùc ñaëc tính treân ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ra caùc boä chuyeån ñoåi kieåu ñieän dung. Thöôøng coù 2 daïng: tuï phaúng vaø tuï hình truï. Ñoái vôùi daïng tuï phaúng, ñieän dung cuûa caûm bieán thay ñoåi theo quy luaät: S C = εε o ( n − 1) (5-15) d Trong ñoù: n – soá taám baûn cöïc, S – dieän tích cuûa 1 baûn cöïc; D – khoaûng caùch giöõa 2 baûn cöïc; ε – haèng soá ñieän moâi; εo = 8,85. 10-12 F/m – haèng soá ñieän. N h ö v a ä y , C l a ø h a ø m c u û a 3 b i e á n d , S v a ø ε . Noùi caùch khaùc coù theå söû duïng caûm bieán ñieän dung C ñeå ño caùc ñaïi löôïng cô hoïc laøm thay ñoåi moät trong caùc ñaïi löôïng noùi treân theo caùc quan heä sau: Cx = f (d); Cx = f (S) ; Cx = f (ε) (5-16) Ñoà thò bieåu dieãn söï phuï thuoäc haøm soá giöõa ñieän dung C vaøo caùc bieán d, S vaø ε chæ ra treân hình 5-12. S d 3 C C C d S 3 b) S thay ñoåi c) thay ñoåi a) d thay ñoåi 3 Hình 5-12.Caùc daïng caûm bieán ñieän dung phaúng Ñoái vôùi daïng tuï hình truï, ñieän dung cuûa tuï ñöôïc tính: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  11. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 139 - 2πεε o l C= (5-16) R ln 2 R1 Trong ñoù: l – Chieàu cao cuûa hình truï; R1 – Baùn kính hình truï trong; R2 – Baùn kính hình truï ngoaøi. Caûm bieán ñieän dung loaïi naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå ño möùc hoaëc söï dòch chuyeån laøm thay ñoåi ñaïi löôïng lx theo quan heä Cx = k lx. Treân hình 5-13 laø sô ñoà cuûa cuûa moät soá caûm bieán ñieän dung ñôn giaûn vaø ñoà thò bieåu dieãn haøm truyeàn ñaït cuûa chuùng. a) b) c) Hình 5-13. Sô ñoà vaø haøm truyeàn ñaït cuûa moät soá caûm bieán ñieän dung Treân hình 5-13, a caûm bieán ñöôïc caáu taïo bôûi 2 baûn tuï. Baûn tuï 1 gaén coá ñònh vaø baûn tuï 2 treo baèng loø xo ñaøn hoài coù theå dòch chuyeån döôùi taùc duïng cuûa aùp löïc P(t). Haøm truyeàn ñaït cuûa chuyeån ñoåi Cx = f(dx) laø phi tuyeán (coù daïng hypebol). Vôùi caùc giaù trò ∆d < do coù theå xem haøm truyeàn gaàn tuyeán tính. Treân hình 5-13, b ñieän dung Cx ñöôïc xaùc ñònh bôûi giaù trò lx, laø ñoaïn ñoái nhau cuûa 2 hình truï 5 vaø 3 ngaên caùch bôûi lôùp ñieän moâi hình truï 4. Döôùi taùc duïng cuûa ñaïi löôïng cô x(t) laøm hình truï 5 di chuyeån vaø laøm lx thay ñoåi. Haøm truyeàn ñaït cuûa chuyeån ñoåi coù ñaëc tính tuyeán tính: lx C = 2πεε o = k lx (5-17) D ln d Trong ñoù D vaø d töông öùng laø ñöôøng kính cuûa baûn tuï ngoaøi vaø baûn tuï trong. Treân hình 5-13, c laø boä chuyeån ñoåi ñieän dung duøng ñeå ño ñoä aåm cuûa caùc vaät theå daïng haït rôøi (nguõ coác, ñöôøng caùt, v.v…). N o ù ñ ö ô ï c c a á u t a ï o t ö ø 2 b a û n t u ï s o n g s o n g 6 ñöôïc gaén vôùi tay caàm 7 laøm baèng vaät lieäu caùch ñieän chaát löôïng cao. Vì khoaûng caùch giöõa 2 baûn tuï vaø dieän tích cuûa caùc baûn laø khoâng ñoåi, neân ñieän dung Cx laø haøm tuyeán tính cuûa haèng soá ñieän moâi ε cuûa moâi tröôøng giöõa 2 baûn tuï. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  12. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 140 - Ngoaøi nhöõng caûm bieán ñieän dung ñôn giaûn nhö treân, trong kyõ thuaät ño coøn söû duïng roäng raõi caùc caûm bieán ñieän dung ñaáu vi sai ñeå ño löu löôïng hoaëc toác ñoä chaát löu vaø caùc boä chuyeån ñoåi ñieän dung coù haøm truyeàn ñaït phöùc taïp hôn ñeå giaûi quyeát caùc b a ø i t o a ù n t r o n g t h ö ï c t i e ã n m a ø t r e â n c a ù c h ìn h 5 - 1 4 , v a ø h ì n h 5 - 1 5 l a ø h a i v í d u ï c u ï t h e å . Boä chuyeån ñoåi ñieän dung treân hình 5-14, a laø cô caáu ñeå kieåm tra möùc chaát loûng trong bình chöùa 1, Giaù trò cuûa ñieän dung C x p h u ï t h u o ä c v a ø o m ö ù c c h a á t l o û n g t r o n g bình. Sô ñoà töông ñöông cuûa heä nhö treân hình 5-14, b. trong ñoù C1 laø phaàn tuï trong khoâng khí, C2 laø phaàn tuï nhuùng trong chaát loûng. ε 1ε o S1 ε 2 ε o S2 vaø C2 = C1 = (5-18) d d Vôù i S1 = k(l – x) vaø S2 = kx, ta coù giaù trò cuûa haøm truyeàn ñaït Cx laø: ε 1ε o ε 2ε o ε 1ε o εo (l − x ) + k (ε 1 − ε 2 ) x C x = C1 + C 2 = k x=k l−k d d d d Cx = k o + k1 x (5-19) ε 1ε o εo (ε 1 − ε 2 ) laø caùc haèng soá. Trong ñoù: k o = k l ; k1 = k d d a) b) Hình 5-14. Chuyeån ñoåi ñieän dung ñeå ño möùc chaát loûng Treân hình 5-15, a laø nguyeân lyù chuyeån ñoåi ñieän dung duøng ñeå kieåm tra vaø ño beà daøy caùc taám phi kim loaïi. Sô ñoà chuyeån ñoåi töông ñöông 2 tuï ñieän C1 vaø C2 maéc noái tieáp (hình 5-15, b). a) b) Hình 5-15. Chuyeån ñoåi ñieän dung ñeå ño beà daøy caùc taám phi kim loaïi ε oε 1S εεS ; vaø C 2 = o 2 C1 = Trong ñoù: (5-20) d −δx δx Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  13. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 141 - Haøm truyeàn cuûa chuyeån ñoåi xaùc ñònh bôûi giaù trò ñieän dung töông ñöông cuûa C1 vaø C2 maéc noái tieáp. C 1C2 a Cx = = (5-21) C1 + C 2 b + δ x ε o ε 1ε 2 ε2 S vaø b = a= d Trong ñoù: (5-22) ε1 − ε 2 ε1 − ε 2 2.4. Chuyeån ñoåi aùp ñieän. Chuyeån ñoåi aùp ñieän döïa treân cô sôû hieäu öùng aùp ñieän xaûy ra ñoái vôùi moät soá tinh theå nhö thaïch anh, tuoácmalin, titanat bari,… Coù 2 daïng: – Hieäu öùng aùp ñieän thuaän: Khi bò bieán daïng, treân beà maët tinh theå xuaát hieän caùc ñieän tích traùi daáu. – Hieäu öùng aùp ñieän nghòch: Tinh theå aùp ñieän khi ñaët trong ñieän tröôøng bieán thieân seõ bò bieán daïng. Trong kyõ thuaät ño löôøng thöôøng söû duïng tinh theå thaïch anh laøm caùc boä chuyeån ñoåi. Tinh theå thaïch anh coù daïng luïc laêng vôùi 2 ñaàu laø 2 hình choùp ñoái xöùng nhö treân hình 5-16, a, Moãi tinh theå thaïch anh coù 3 truïc, maø moãi truïc coù nhöõng hieäu öùng ñaëc bieät gaén vôùi caùc hieän töôïng cô, quang vaø ñieän. Truïc quang hoïc Z laø truïc ñi qua 2 ñænh hình choùpï. Truïc ñieän X ñi qua caïnh cuûa laêng truï vaø vuoâng goùc vôùi truïc quang. Truïc cô Y laø truïc höôùng vuoâng goùc vôùi maët beân cuûa laêng truï. a) b) c) Hình 5-16. Tinh theå thaïch anh vaø caùc truïc cuûa noù: truïc quang Z, truïc ñieän X vaø truïc cô Y Neáu caét töø tinh theå thaïch anh ra moät khoái hình hoäp, coù caùc caïnh ñònh höôùng theo caùc truïc X, Y nhö hình 5-16, b thì khi taùc duïng löïc Px leân tinh theå doïc theo höôùng truïc ñieän X, treân 2 beà maët ñoái dieän cuûa tinh theå seõ xuaát hieän caùc ñieän tích traùi daáu (hieäu öùng doïc): Qx = D Px (5-23) -12 Trong ñoù: D – laø haèng soá aùp ñieän. Vôùi thaïch anh D = 2,3.10 C/N Neáu taùc duïng löïc cô hoïc Py doïc theo truïc cô Y, treân 2 beà maët cuûa tinh theå cuõng xuaát hieän caùc ñieän tích (hieäu öùng ngang), nhöng ngöôïc daáu vôùi hieäu öùng doïc: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  14. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 142 - Sy Q y = DPy (5-24) Sx Trong ñoù Sy vaø Sx töông öùng laø caùc dieän tích beà maët baûn tinh theå vuoâng goùc vôùi caùc truïc Y vaø truïc X. D a á u c u û a c a ù c ñ i e ä n t í c h x u a á t h i e ä n s e õ thay ñoåi khi chuyeån töø bieán daïng neùn sang daõn vaø ngöôïc laïi. Caûm bieán aùp ñieän ñöôïc söû duïng trong caùc duïng cuï ño chaán ñoäng, ño ñoä rung. § 3. CHUYEÅN ÑOÅI NHIEÄT ÑIEÄN 3.1. Caëp nhieät ñieän. Nguyeân lyù: Hai thanh kim loaïi A vaø B khaùc chaát ñöôïc haøn vôùi nhau. Neáu ñaët 2 moái haøn ôû 2 nhieät ñoä to vaø t khaùc nhau (hình 5-17), trong maïch seõ xuaát hieän moät suaát ñieän ñoäng nhieät ñieän E, coù giaù trò tyû leä vôùi hieäu soá nhieät ñoä cheânh leäch. E = f (t – to) (5-25) t t t B A B A A B to to to c) a) b) Hình 5-17. Caëp nhieät ñieän Nhö vaäy, neáu giöõ coá ñònh nhieät ñoä moät ñaàu moái haøn, ñaàu kia laøm ñaàu doø nhieät, thì khi ño suaát nhieät ñieän ñoäng ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc nhieät ñoä caàn ño. Trong baûng 5-1 cho giaù trò suaát nhieät ñieän ñoäng taïo bôûi caùc kim loaïi khaùc nhau vôùi Platin khi nhieät ñoä to = 0oC vaø t = 100oC. Baûng 5-1 Suaát nhieät ñieän E, Suaát nhieät ñieän E, Vaät lieäu Vaät lieäu (mV ôû 100oC) (mV ôû 100oC) Nicrom +2,2 Constantan -3,4 Mangan +0,76 Coâpen -3,6 Ñoàng +0,76 Niken -1,5 Croâm +2,4 Alumen -1,7 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  15. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 143 - Ñoä chính xaùc cuûa pheùp ño nhieät ñoä khi duøng caëp nhieät phuï thuoäc raát nhieàu vaøo vieäc coá ñònh chính xaùc nhieät ñoä ñaàu khoâng laøm vieäc. Trong thöïc teá, thöôøng ñaët ñaàu khoâng laøm vieäc ôû nhieät ñoä nöôùc ñaù ñang tan (0oC). Nhöng ñieàu naøy gaây baát tieän trong söû duïng vaø laøm coàng keành thieát bi, do vaäy ngöôøi ta thöôøng aùp duïng caùc bieän phaùp boå trôï baèng caùc maïch ñieän ñeå buø tröø nhieät ñoä ñaàu khoâng laøm vieäc moät caùch töï ñoäng. Moät trong nhöõng phöông phaùp buø töï ñoäng raát ñôn giaûn vaø tieän lôïi chæ ra treân hình 5-18. Caëp nhieät vaø ñoàng hoà chæ thò ñöôïc maéc treân ñöôøng cheùo cuûa moät caàu ño ñieän trôû R1, R2, R3 ,R4. Caùc ñieän trôû R1, R2, R3 ñöôïc cheá taïo töø mangan coù heä soá nhieät ñieän trôû nhoû. R4 – töø ñoàng vaø niken. Caàu ño ñaët cuøng choã vôùi ñaàu khoâng laøm vieäc cuûa caëp nhieät ôû nhieät ñoä to.. ÔÛ nhieät ñoä ban ñaàu to ñieàu chænh ñeå caàu caân baèng nhôø R3. Trong quaù trình ño nhieät ñoä, neáu nhieät ñoä to taêng leân thì giaù trò cuûa ñieän trôû R4 cuõng taêng leân, vaø giaù trò ñieän aùp xuaát hieän treân ñöôøng cheùo caàu ño seõ buø vaøo söï giaûm suaát nhieät ñieän cuûa caëp nhieät. Ñoä chính xaùc cuûa pheùp buø theo sô ñoà naøy côõ 0,01mV vôùi moãi moät thay ñoåi 10oC cuûa nhieät ñoä to. t R1 R2 + R3 R4 - Hình 5-18. Sô ñoà buø töï ñoäng nhieät ñoä ñaàu khoâng laøm vieäc Do giaù trò cuûa suaát nhieät ñieän khaù beù côõ mV, neân khi ño phaûi söû duïng caùc maïch khueách ñaïi. 3.2. Nhieät ñieän trôû. 3.2.1. Nhieät trôû kim loaïi (α > 0). Phaàn lôùn kim loaïi nhö Cu, Fe, Ni, Al, Pt … coù heä soá nhieät ñieän trôû döông. Trò soá ñieän trôû phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä theo heä thöùc: Rt = Ro (1 + α ∆t ) vaø ρ t = ρ o (1 + α ∆t ) (5-26) Söû duïng nhieät trôû kim loaïi laøm caûm bieán nhieät cho ñaëc tuyeán truyeàn ñaït tuyeán tính. Khoaûng nhieät ñoä laøm vieäc c u û a m o ä t s o á n h i e ä t t r ô û n h ö : –200 ÷ 1000 oC; Pt: –80 ÷ 300oC; Ni: –200 ÷ 200oC; Cu: Ni-Fe: –200 ÷ 250oC. Thöôøng söû duïng platin vì cho pheùp khoaûng ño nhieät roäng. Heä soá nhieät ñieän trôû cuûa platin α = 0,00392 /oC. Nhö vaäy giaù trò cuûa ñieän trôû thay ñoåi khoaûng 0,3Ω/oC. 3.2.2. Nhieät trôû baùn daãn – thermistor (α < 0) . Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  16. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 144 - Nhieät trôû baùn daãn ñöôïc cheá taïo töø caùc oxyùt kim loaïi MnO, ZnO, CuO. Giaù trò ñieän trôû phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä theo quy luaät: β β ρT = ρ ∞ e RT = R∞ e T T vaø (5-26) Trong ñoù: R∞ – ñieän trôû ôû nhieät ñoä voâ cuøng lôùn; β – heä soá phuï thuoäc vaøo chaát baùn daãn, coù giaù trò töø 10÷104. 1 dρ β =− 2
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2