-5-
Ch−¬ng I
C¸c Kh¸i niÖm vµ ®Æc tr−ng c¬ b¶n
1.1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.1.1. Kh¸i niÖm
C¶m biÕn lµ thiÕt bÞ dïng ®Ó c¶m nhËn biÕn ®æi c¸c ®¹i l−îng vËt lý vµ c¸c ®¹i
l−îng kh«ng cã tÝnh chÊt ®iÖn cÇn ®o thµnh c¸c ®¹i l−îng ®iÖn cã thÓ ®o vµ xö lý
®−îc.
C¸c ®¹i l−îng cÇn ®o (m) th−êng kh«ng cã tÝnh chÊt ®iÖn (nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt
...) t¸c ®éng lªn c¶m biÕn cho ta mét ®Æc tr−ng (s) mang tÝnh chÊt ®iÖn (nh− ®iÖn
tÝch, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn hoÆc trë kh¸ng) chøa ®ùng th«ng tin cho phÐp x¸c ®Þnh gi¸
trÞ cña ®¹i l−îng ®o. §Æc tr−ng (s) lµ hµm cña ®¹i l−îng cÇn ®o (m):
(
)
mFs = (1.1)
Ng−êi ta gäi (s) lµ ®¹i l−îng ®Çu ra hoÆc lµ ph¶n øng cña c¶m biÕn, (m) lµ ®¹i
l−îng ®Çu vµo hay kÝch thÝch (cã nguån gèc lµ ®¹i l−îng cÇn ®o). Th«ng qua ®o ®¹c
(s) cho phÐp nhËn biÕt gi¸ trÞ cña (m).
1.1.2. Ph©n lo¹i c¶m biÕn
C¸c bé c¶m biÕn ®−îc ph©n lo¹i theo c¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n sau ®©y:
- Theo nguyªn lý chuyÓn ®æi gi÷a ®¸p øng vµ kÝch thÝch (b¶ng 1.1).
B¶ng 1.1
HiÖn t−îng ChuyÓn ®æi ®¸p øng vµ kÝch thÝch
HiÖn t−îng vËt lý
- NhiÖt ®iÖn
- Quang ®iÖn
- Quang tõ
- §iÖn tõ
- Quang ®µn håi
- Tõ ®iÖn
- NhiÖt tõ...
Ho¸ häc
- BiÕn ®æi ho¸ häc
- BiÕn ®æi ®iÖn ho¸
- Ph©n tÝch phæ ...
Sinh häc
- BiÕn ®æi sinh ho¸
- BiÕn ®æi vËt lý
-6-
- HiÖu øng trªn c¬ thÓ sèng ...
- Ph©n lo¹i theo d¹ng kÝch thÝch (b¶ng 1.2)
B¶ng 1.2
¢m thanh
- Biªn pha, ph©n cùc
- Phæ
- Tèc ®é truyÒn sãng ...
§iÖn
- §iÖn tÝch, dßng ®iÖn
- §iÖn thÕ, ®iÖn ¸p
- §iÖn tr−êng (biªn, pha, ph©n cùc, phæ)
- §iÖn dÉn, h»ng sè ®iÖn m«i ...
Tõ
- Tõ tr−êng (biªn, pha, ph©n cùc, phæ)
- Tõ th«ng, c−êng ®é tõ tr−êng
- §é tõ thÈm ...
Quang
- Biªn, pha, ph©n cùc, phæ
- Tèc ®é truyÒn
- HÖ sè ph¸t x¹, khóc x¹
- HÖ sè hÊp thô, hÖ sè bøc x¹ ...
C¬
- VÞ trÝ
- Lùc, ¸p suÊt
- Gia tèc, vËn tèc
- øng suÊt, ®é cøng
- M« men
- Khèi l−îng, tØ träng
- VËn tèc chÊt l−u, ®é nhít ...
NhiÖt
- NhiÖt ®é
- Th«ng l−îng
- NhiÖt dung, tØ nhiÖt ...
Bøc x¹
- KiÓu
- N¨ng l−îng
- C−êng ®é ...
-7-
- Theo tÝnh n¨ng cña bé c¶m biÕn (b¶ng 1.3)
Bng 1.3
- §é nh¹y
- §é chÝnh x¸c
- §é ph©n gi¶i
- §é chän läc
- §é tuyÕn tÝnh
- C«ng suÊt tiªu thô
- D¶i tÇn
- §é trÔ
- Kh¶ n¨ng qu¸ t¶i
- Tèc ®é ®¸p øng
- §é æn ®Þnh
- Tuæi thä
- §iÒu kiÖn m«i tr−êng
- KÝch th−íc, träng l−îng
- Ph©n lo¹i theo ph¹m vi sö dông ( b¶ng 1.4).
B¶ng 1.4
- C«ng nghiÖp
- Nghiªn cøu khoa häc
- M«i tr−êng, khÝ t−îng
- Th«ng tin, viÔn th«ng
- N«ng nghiÖp
- D©n dông
- Giao th«ng
- Vò trô
- Qu©n sù
- Ph©n lo¹i theo th«ng sè cña m« h×nh m¹ch thay thÕ :
+ C¶m biÕn tÝch cùc cã ®Çu ra lµ nguån ¸p hoÆc nguån dßng.
+ C¶m biÕn thô ®éng ®−îc ®Æc tr−ng b»ng c¸c th«ng sè R, L, C, M .... tuyÕn
tÝnh hoÆc phi tuyÕn.
1.2. §−êng cong chuÈn cña c¶m biÕn
1.2.1. Kh¸i niÖm
§−êng cong chuÈn c¶m biÕn lµ ®−êng cong biÓu diÔn sù phô thuéc cña ®¹i
l−îng ®iÖn (s) ë ®Çu ra cña c¶m biÕn vµo gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®o (m) ë ®Çu vµo.
-8-
§−êng cong chuÈn cã thÓ biÓu diÔn b»ng biÓu thøc ®¹i sè d−íi d¹ng
()
mFs =, hoÆc
b»ng ®å thÞ nh− h×nh 1.1a.
Dùa vµo ®−êng cong chuÈn cña c¶m biÕn, ta cã thÓ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ mi ch−a
biÕt cña m th«ng qua gi¸ trÞ ®o ®−îc si cña s.
§Ó dÔ sö dông, ng−êi ta th−êng chÕ t¹o c¶m biÕn cã sù phô thuéc tuyÕn tÝnh
gi÷a ®¹i l−îng ®Çu ra vµ ®¹i l−îng ®Çu vµo, ph−¬ng tr×nh s= F(m) cã d¹ng s = am +b
víi a, b lµ c¸c hÖ sè, khi ®ã ®−êng cong chuÈn lµ ®−êng th¼ng (h×nh 1.1b).
1.2.2. Ph−¬ng ph¸p chuÈn c¶m biÕn
ChuÈn c¶m biÕn lµ phÐp ®o nh»m môc ®Ých x¸c lËp mèi quan hÖ gi÷a gi¸ trÞ s
®o ®−îc cña ®¹i l−îng ®iÖn ë ®Çu ra vµ gi¸ trÞ m cña ®¹i l−îng ®o cã tÝnh ®Õn c¸c
yÕu tè ¶nh h−ëng, trªn c¬ së ®ã x©y dùng ®−êng cong chuÈn d−íi d¹ng t−êng minh
(®å thÞ hoÆc biÓu thøc ®¹i sè). Khi chuÈn c¶m biÕn, víi mét lo¹t gi¸ trÞ ®· biÕt chÝnh
x¸c mi cña m, ®o gi¸ trÞ t−¬ng øng si cña s vµ dùng ®−êng cong chuÈn.
a) ChuÈn ®¬n gi¶n
Trong tr−êng hîp ®¹i l−îng ®o chØ cã mét ®¹i l−îng vËt lý duy nhÊt t¸c ®éng
lªn mét ®¹i l−îng ®o x¸c ®Þnh vµ c¶m biÕn sö dông kh«ng nh¹y víi t¸c ®éng cña c¸c
m1 m2
s
1
s
2
s
m
H×nh 1.2 Ph−¬ng ph¸p chuÈn c¶m biÕn
H×nh 1.1 §−êng cong chuÈn c¶m biÕn
a) D¹ng ®−êng cong chuÈn b) §−êng cong chuÈn cña c¶m biÕn tuyÕn tÝnh
s
mi
s
i
m
a)
0
s
m
b)
0
-9-
®¹i l−îng ¶nh h−ëng, ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p chuÈn ®¬n gi¶n. Thùc chÊt cña
chuÈn ®¬n gi¶n lµ ®o c¸c gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®Çu ra øng víi c¸c gi¸ x¸c ®Þnh kh«ng
®æi cña ®¹i l−îng ®o ë ®Çu vµo. ViÖc chuÈn ®−îc tiÕn hµnh theo hai c¸ch:
- ChuÈn trùc tiÕp: c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña ®¹i l−îng ®o lÊy tõ c¸c mÉu
chuÈn hoÆc c¸c phÇn tö so s¸nh cã gi¸ trÞ biÕt tr−íc víi ®é chÝnh x¸c cao.
- ChuÈn gi¸n tiÕp: kÕt hîp c¶m biÕn cÇn chuÈn víi mét c¶m biÕn so s¸nh ®·
cã s½n ®−êng cong chuÈn, c¶ hai ®−îc ®Æt trong cïng ®iÒu kiÖn lµm viÖc. Khi t¸c
®éng lªn hai c¶m biÕn víi cïng mét gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®o ta nhËn ®−îc gi¸ trÞ
t−¬ng øng cña c¶m biÕn so s¸nh vµ c¶m biÕn cÇn chuÈn. LÆp l¹i t−¬ng tù víi c¸c gi¸
trÞ kh¸c cña ®¹i l−îng ®o cho phÐp ta x©y dùng ®−îc ®−êng cong chuÈn cña c¶m
biÕn cÇn chuÈn.
b) ChuÈn nhiÒu lÇn
Khi c¶m biÕn cã phÇn tö bÞ trÔ (trÔ c¬ hoÆc trÔ tõ), gi¸ trÞ ®o ®−îc ë ®Çu ra phô
thuéc kh«ng nh÷ng vµo gi¸ trÞ tøc thêi cña ®¹i l−îng cÇn ®o ë ®Çu vµo mµ cßn phô
thuéc vµo gi¸ trÞ tr−íc ®ã cña cña ®¹i l−îng nµy. Trong tr−êng hîp nh− vËy, ng−êi ta
¸p dông ph−¬ng ph¸p chuÈn nhiÒu lÇn vµ tiÕn hµnh nh− sau:
- §Æt l¹i ®iÓm 0 cña c¶m biÕn: ®¹i l−îng cÇn ®o vµ ®¹i l−îng ®Çu ra cã gi¸ trÞ
t−¬ng øng víi ®iÓm gèc, m=0 vµ s=0.
- §o gi¸ trÞ ®Çu ra theo mét lo¹t gi¸ trÞ t¨ng dÇn ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®¹i
l−îng ®o ë ®Çu vµo.
- LÆp l¹i qu¸ tr×nh ®o víi c¸c gi¸ trÞ gi¶m dÇn tõ gi¸ trÞ cùc ®¹i.
Khi chuÈn nhiÒu lÇn cho phÐp x¸c ®Þnh ®−êng cong chuÈn theo c¶ hai h−íng ®o
t¨ng dÇn vµ ®o gi¶m dÇn.
1.3. C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n
1.3.1. §é nh¹y cña c¶m biÕn
a) Kh¸i niÖm
§èi víi c¶m biÕn tuyÕn tÝnh, gi÷a biÕn thiªn ®Çu ra ∆s vµ biÕn thiªn ®Çu vµo
∆m cã sù liªn hÖ tuyÕn tÝnh:
m.Ss
∆
=
∆ (1.2)
§¹i l−îng S x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc m
s
S∆
∆
= ®−îc gäi lµ ®é nh¹y cña c¶m biÕn.
Tr−êng hîp tæng qu¸t, biÓu thøc x¸c ®Þnh ®é nh¹y S cña c¶m biÕn xung quanh