intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Kỹ thuật đo lường điện tử - Chương 9

Chia sẻ: Nguyễn NHi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST
Báo xấu
156
lượt xem 33
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đo l-ờng các đại l-ợng không điện I. khái niệm chung + Đối t-ợng đo l-ờng là các đại l-ợng vật lý không điện nh- nhiệt độ, áp suất,... là các đại l-ợng cần đo X. Sau khi tiến hành các quá trình thực nghiệm bằng cách sử dụng các ph-ơng tiện điện tử để xử lý tín hiệu, ở đầu ra ta đ-ợc một đại l-ợng t-ơng ứng. Sự biến đổi của đại l-ợng này chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để nhận biết X, việc đo l-ờng đại l-ợng X thực hiện đ-ợc...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật đo lường điện tử - Chương 9

  1. BomonKTDT-§HGTVT ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn I. kh¸i niÖm chung + §èi t−îng ®o l−êng lµ c¸c ®¹i l−îng vËt lý kh«ng ®iÖn nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt,... lµ c¸c ®¹i l−îng cÇn ®o X. Sau khi tiÕn hµnh c¸c qu¸ tr×nh thùc nghiÖm b»ng c¸ch sö dông c¸c ph−¬ng tiÖn ®iÖn tö ®Ó xö lý tÝn hiÖu, ë ®Çu ra ta ®−îc mét ®¹i l−îng t−¬ng øng. Sù biÕn ®æi cña ®¹i l−îng nµy chøa ®ùng tÊt c¶ c¸c th«ng tin cÇn thiÕt ®Ó nhËn biÕt X, viÖc ®o l−êng ®¹i l−îng X thùc hiÖn ®−îc lµ nhê sö dông c¸c c¶m biÕn (Sensor) + §Þnh nghÜa c¶m biÕn: C¶m biÕn lµ mét thiÕt bÞ dïng ®Ó biÕn ®æi tõ ®¹i l−îng vËt lý nµy sang ®¹i l−îng vËt lý kh¸c mang b¶n chÊt ®iÖn víi mét ®é chÝnh x¸c nhÊt ®Þnh. Quan hÖ gi÷a ®¹i l−îng ra vµ ®¹i l−îng vµo lµ quan hÖ hµm ®¬n trÞ. Y X C¶m biÕn trong ®ã: X lµ ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn cÇn ®o Y lµ ®¹i l−îng ra (®¹i l−îng ®iÖn), lµ mét hµm cña ®¹i l−îng cÇn ®o, Y = F(X) ViÖc ®o l−êng Y sÏ cho phÐp nhËn biÕt gi¸ trÞ cña X; Y = F(X) lµ d¹ng lý thuyÕt cña ®Þnh luËt vËt lý biÓu diÔn ho¹t ®éng cña c¶m biÕn, ®ång thêi lµ d¹ng sè biÓu diÔn sù phô thuéc cña nã vµo cÊu t¹o (kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng), vËt liÖu chÕ t¹o c¶m biÕn, ®«i khi c¶ vµo m«i tr−êng vµ chÕ ®é sö dông (nhiÖt ®é, nguån nu«i). VÞ trÝ cña c¶m biÕn trong thiÕt bÞ ®o l−êng chÝnh lµ phÇn chuyÓn ®æi s¬ cÊp + LÜnh vùc øng dông: c¶m biÕn ®−îc sö dông ë hÇu hÕt c¸c mÆt cña s¶n xuÊt còng nh− ®êi sèng x· héi. vÝ dô: ViÔn th«ng: trong c¸c c¬ cÊu tù ®éng c¶nh b¸o nhiÖt ®é, ®é Èm, b¸o ch¸y... cña tæng ®µi, gãp phÇn ®¶m b¶o tæng ®µi ho¹t ®éng ®−îc liªn tôc; c¶m biÕn t¹i c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®Ó chuyÓn ©m thanh, h×nh ¶nh thµnh tÝn hiÖu ®iÖn; t¹i c¸c thiÕt bÞ truyÒn dÉn chuyÓn tÝn hiÖu ®iÖn thµnh tÝn hiÖu quang vµ ng−îc l¹i. Tù ®éng ho¸: sö dông c¶m biÕn ®Ó biÕt ®−îc c¸c th«ng sè cña ®èi t−îng cÇn ®iÒu khiÓn (tèc ®é ®éng c¬, vËn tèc cña vËt, xe cé; h−íng ®i....) tõ ®ã x©y dùng ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ....... + Nguyªn t¾c: c¶m biÕn th−êng dùa trªn c¸c hiÖu øng vËt lý biÕn ®æi mét d¹ng n¨ng l−îng nµo ®ã (nhiÖt, c¬, hoÆc bøc x¹) thµnh n¨ng l−îng ®iÖn. (xem l¹i phÇn chuyÓn ®æi s¬ cÊp). II. C¸c lo¹i c¶m biÕn D−íi ®©y lµ mét sè kiÓu c¶m biÕn th«ng dông nhÊt 1. C¶m biÕn kiÓu biÕn trë + CÊu t¹o: Gåm 3 phÇn: lâi, d©y quÊn vµ con tr−ît. 104
  2. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn Lâi: Cã h×nh d¸ng kh¸c nhau:d¹ng hµm sè, d¹ng nh¶y cÊp. ChÊt liÖu: lµm b»ng bakelit, sø, kim lo¹i cã phñ líp c¸ch ®iÖn. D©y quÊn: Cã ®−êng kÝnh kho¶ng ∅=(0,02 ÷ 0,07)mm. ChÊt liÖu: lµm b»ng ®ång, niken, pratin, mangamin. §èi víi lo¹i mangamin th× ®iÖn trë lµ æn ®Þnh nhÊt. §iÖn trë cña d©y: tuú tõng lo¹i cã thÓ tõ vµi Ω ®Õn 1000Ω. Con tr−ît: chÕ t¹o b»ng ®ång faberin-f«tfo. Lùc t× kho¶ng: 0,01 ÷ 0,05 N. W R w R0 R1 R1 R2 R2 R1 R2 R0 R0 0 x a) b) c) Quan hÖ vµo/ra cña c¶m biÕn biÕn trë r1 r2 r3 r4 w w R1 R2 R1 R2 R0 R0 e) d) H×nh d¸ng th−êng gÆp cña c¶m biÕn biÕn trë + Nguyªn t¾c lµm viÖc: khi ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn t¸c ®éng vµo con tr−ît lµm con tr−ît di chuyÓn, ®iÖn trë cña c¶m biÕn sÏ thay ®æi t−¬ng øng. NghÜa lµ: R = f(X) C¶m biÕn ®iÖn trë chØ cho ta ph¸t hiÖn sù biÕn thiªn ®iÖn trë b»ng ®iÖn trë cña mét vßng d©y t−¬ng øng víi mét di chuyÓn b»ng kho¶ng c¸ch gi÷a hai vßng d©y. + øng dông: C¶m biÕn biÕn trë th−êng dïng ®Ó ®o di chuyÓn nhá (2-3)mm, ®o di chuyÓn gãc, ®o lùc ¸p suÊt >0,01N 2. C¶m biÕn ®iÖn trë lùc c¨ng (tenz«met) + CÊu t¹o: H×nh bªn lµ cÊu t¹o cña c¶m biÕn ®iÖn trë lùc c¨ng, bao gåm: 1. TÊm giÊy máng. 105
  3. BomonKTDT-§HGTVT a l0 2 1 3 2. D©y m¶nh: Φ = 0,02 ÷ 0,03mm. ChÕ t¹o b»ng vËt liÖu constantan, nicr«m, hîp kim platin-iridi Th«ng th−êng l0 = 8 ÷ 15mm, khi cÇn kÝch th−íc nhá l0 = 2,5mm. ChiÒu réng a = 3 ÷ 10mm §iÖn trë thay ®æi tõ 10 ÷ 150Ω. Khi chiÒu dµi t¸c dông kh«ng bÞ h¹n chÕ l0 cã thÓ dµi tíi 100mm. §iÖn trë tõ 800 ÷ 1000Ω. 3. Thanh dÉn lµ ®−êng tÝn hiÖu, ®Ó nèi víi m¹ch ®o +Nguyªn t¾c lµm viÖc: dùa trªn hiÖu øng tenz«, cã mét sè vËt liÖu mµ khi nã bÞ biÕn d¹ng th× ®iÖn trë cña nã thay ®æi. Khi ®o biÕn d¹ng Δl/l , c¶m biÕn ®−îc d¸n trªn ®èi t−îng ®o, khi ®èi t−îng ®o bÞ biÕn d¹ng th× tenz« biÕn d¹ng theo vµ ®iÖn trë cña tenz« thay ®æi mét l−îng ΔR/R. Tøc lµ ΔR/R=f(Δl/l) Qua viÖc x¸c ®Þnh biÕn thiªn R, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc l−îng biÕn thiªn vÒ chiÒu dµi l + Ph©n lo¹i: tenz«met chia lµm c¸c lo¹i mµng máng, l¸ máng, d©y m¶nh + M¹ch ®o: th−êng dïng m¹ch cÇu (cÇu 1 chiÒu hoÆc xoay chiÒu) 106
  4. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn + øng dông: §o biÕn d¹ng. §o lùc, ®o ¸p suÊt, ®o m«men quay, ®o gia tèc vµ c¸c ®¹i l−îng kh¸c nÕu cã thÓ biÕn ®æi thµnh biÕn d¹ng ®µn håi víi øng suÊt kh«ng bÐ h¬n (1 ÷ 2)107N/m2. Lo¹i c¶m biÕn nµy cã thÓ ®o c¸c ®¹i l−îng biÕn thiªn tíi vµi chôc KHz 3. C¶m biÕn kiÓu ®iÖn c¶m + CÊu t¹o: C¶m biÕn ®iÖn c¶m lµ mét cuén d©y quÊn trªn lâi thÐp cã khe hë kh«ng khÝ (m¹ch tõ hë). Th«ng sè cña nã thay ®æi d−íi t¸c ®éng cña ®¹i l−îng vµo XV. 1 1 3 XV ~ 2 2 X δ1 δ2 δ a) ~ XV ϕV b) ~ + Nguyªn t¾c lµm viÖc: D−íi t¸c ®éng cña ®¹i l−îng ®o XV lµm cho phÇn øng 3 di chuyÓn, khe hë kh«ng khÝ δ thay ®æi lµm thay ®æi tõ trë cña lâi thÐp, do ®ã ®iÖn c¶m vµ tæng trë cña c¶m biÕn còng thay ®æi theo. §iÖn c¶m cã thÓ thay ®æi do tiÕt diÖn khe hë kh«ng khÝ thay ®æi hoÆc thay ®æi do tæn hao dßng ®iÖn xo¸y d−íi t¸c ®éng cña ®¹i l−îng ®o XV NÕu bá qua ®iÖn trë thuÇn cña cuén d©y vµ trë tõ cña lâi thÐp, ta cã: L = W2.μ0.s/δ - W: sè vßng d©y cña cuén d©y 107
  5. BomonKTDT-§HGTVT - δ: chiÒu dµi khe hë kh«ng khÝ - μ0: ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ - s: tiÕt diÖn thùc cña khe hë kh«ng khÝ + M¹ch ®o: còng sö dông m¹ch cÇu lµ chñ yÕu R1 R2 R0 Rc ΔU≠ C 0 T C L-ΔL L+Δ L KhuyÕch ChØnh ChØ ®¹i l−u thÞ U0 ~ S¬ ®å cÇu ®o hai nh¸nh sö dông c¶m biÕn ®iÖn c¶m + øng dông: Tuú tõng lo¹i cÊu tróc cña c¶m biÕn mµ c¶m biÕn ®iÖn c¶m cã thÓ ®o ®−îc c¸c ®¹i l−îng vËt lý kh¸c nhau. - §o di chuyÓn tõ vµi trôc μm ®Õn vµi trôc cm (h×nh bªn) - §o chiÒu dµy líp phñ, ®o ®é bãng cña chi tiÕt gia c«ng … - §o lùc tõ 1/10 N ®Õn hµng chôc, hµng tr¨m N. - §o ¸p suÊt víi d¶i ®o: 10 -3N/m2 ÷ 10.000 N/m2 10 -2g ÷100g. - §o gia tèc: 108
  6. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn Cïng lo¹i cßn cã Hç c¶m, ¸p tõ, c¶m øng chóng lµ nhãm c¸c c¶m biÕn dùa trªn quy luËt ®iÖn tõ: §¹i l−îng kh«ng ®iÖn cÇn ®o lµm thay ®æi ®iÖn c¶m, hç c¶m cña c¶m biÕn hay tõ th«ng, ®é tõ thÈm cña lâi thÐp. 4. C¶m biÕn kiÓu ¸p ®iÖn + CÊu t¹o: VËt liÖu chÕ t¹o: Tinh thÓ th¹ch anh tù nhiªn (Si02), Titanatbari BaTi03 nh©n t¹o, Muèi xªnhÐt ... CÊu tróc mét tinh thÓ th¹ch anh nh− sau: Fy Z X Fx y X Fy Y x a) b) a,CÊu tróc mét tinh thÓ th¹ch anh b) MÆt c¾t cña tinh thÓ th¹ch anh Gåm 3 trôc: OX - trôc ®iÖn, OY - trôc c¬, OZ - trôc quang. + Nguyªn t¾c lµm viÖc: Nguyªn t¾c lµm viÖc cña c¶m biÕn ¸p ®iÖn dùa trªn hiÖu øng ¸p ®iÖn (cßn gäi lµ hiÖu øng piez«). Cã mét sè vËt liÖu khi chÞu t¸c ®éng mét lùc c¬ häc biÕn thiªn trªn bÒ mÆt cña nã xuÊt hiÖn c¸c ®iÖn tÝch q, khi lùc t¸c ®éng ngõng c¸c ®iÖn tÝch q còng biÕn mÊt, hiÖu øng trªn gäi lµ hiÖu øng ¸p ®iÖn thuËn. Ng−îc l¹i, nÕu ®Æt c¸c vËt liÖu trªn trong c¸c ®iÖn tr−êng biÕn thiªn, ®iÖn tr−êng t¸c ®éng lªn chóng lµm biÕn d¹ng c¬ häc, hiÖn t−îng ®ã gäi lµ hiÖu øng ¸p ®iÖn ng−îc HiÖn t−îng ¸p ®iÖn chØ xÈy ra khi : - T¸c ®éng theo trôc X mét lùc Fx, sÏ g©y ra hiÖu øng ¸p ®iÖn däc víi ®iÖn tÝch q = d1.Fx, d1 lµ h»ng sè ¸p ®iÖn, ®iÖn tÝch sinh ra kh«ng phô thuéc vµo cÊu tróc h×nh häc cña nã mµ chØ phô thuéc vµo ®é lín cña lùc Fx. DÊu cña ®iÖn tÝch thay ®æi víi sù thay ®æi dÊu cña lùc Fx. 109
  7. BomonKTDT-§HGTVT - Khi t¸c ®éng theo trôc Y mét lùc Fy th× sinh ra hiÖu øng ¸p ®iÖn ngang víi y ®iÖn tÝch q = -( )d1Fy. §iÖn tÝch nµy phô thuéc vµo kÝch th−íc h×nh häc x, y lµ x kÝch th−íc cña chuyÓn ®æi theo trôc X vµ trôc Y. d1: lµ h»ng sè ¸p ®iÖn (cßn gäi lµ m« ®un ¸p ®iÖn). x, y: lµ kÝch th−íc cña phÇn tö ¸p ®iÖn theo trôc X vµ Y. DÊu cña ®iÖn tÝch q víi hiÖu øng ¸p ®iÖn däc vµ ngang ng−îc nhau nghÜa lµ lùc Fx nÐn lµm xuÊt hiÖn c¸c ®iÖn tÝch cïng dÊu víi lùc Fy kÐo vµ ng−îc l¹i. - Khi t¸c ®éng theo trôc quang (OZ) th× q = 0, kh«ng cã hiÖu øng ¸p ®iÖn. Chó ý: Tr−êng hîp c¸c c¹nh cña c¶m biÕn kh«ng song song víi c¸c trôc chÝnh hoÆc c¸c lùc t¸c ®éng kh«ng song song víi c¸c trôc th× ®iÖn tÝch sinh ra bÐ h¬n + TÝnh chÊt cña mét sè vËt liÖu ¸p ®iÖn: a, Th¹ch anh (SiO2): lµ vËt liÖu tù nhiªn hoÆc tæng hîp cã c¸c tÝnh chÊt sau: H»ng sè ¸p ®iÖn: d1 = 2,1.10-12( C/N). H»ng sè ®iÖn m«i: ε = 39,8.10-12(F/m). øng suÊt cho phÐp: σ = 70 ÷ 100 N/mm2. §iÖn trë suÊt: ρ = 1016 Ω/m nh−ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ phô thuéc vµo chiÒu trôc (cã gi¸ trÞ kh¸c nhau ë c¸c chiÒu trôc kh¸c nhau). Tõ 0 ÷ 2000C th× d1 kh«ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é. Tõ 200 ÷ 5000C th× d1 bÞ gi¶m ®i. Víi 5730C th× tÝnh chÊt ¸p ®iÖn kh«ng cßn. b, TitanatBari (BaTiO3): lµ lo¹i vËt liÖu tæng hîp cã tÝnh chÊt sau: H»ng sè ¸p ®iÖn: d1 = 107.10-12( C/N). H»ng sè ®iÖn m«i: ε = 1240.103(F/m). M« ®un ®µn håi: E = 115.101(F/mm2). C¸c tÝnh chÊt cña BaTiO3 kh«ng phô thuéc vµo ®é Èm nh−ng phô thuéc vµo t¹p chÊt, c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ ®iÖn ¸p ph©n cùc. HÖ sè ¸p ®iÖn d1 kh«ng ph¶i lµ h»ng sè. NhiÒu tr−êng hîp gi¶m 20% sau 2 n¨m sö dông, tÝnh chÊt ¸p ®iÖn cña nã kh«ng æn ®Þnh theo nhiÖt ®é. Do cã hiÖn t−îng trÔ nªn ®Æc tÝnh q = f(F) kh«ng tuyÕn tÝnh nh−ng lo¹i vËt liÖu nµy cã ®é bÒn c¬ häc cao, rÎ tiÒn, chÕ t¹o ®−îc c¸c h×nh d¸ng bÊt kú nªn d−îc dïng réng r·i. Ngoµi ra cßn cã vËt liÖu Titanat ch× (PbTiO3) vµ Ziriconat ch× (PbZnO3) cã m« ®un ®iÖn ¸p lín gÊp 4 lÇn BaTiO3. + M¹ch ®iÖn øng dông: VÝ dô s¬ ®å cÊu t¹o cña c¶m biÕn ¸p ®iÖn ®Ó ®o lùc f(x). CÊu t¹o gåm: 1. PhÇn tö ¸p ®iÖn. 2. D©y dÉn. 3. C¸p ®iÖn. Vµ s¬ ®å m¹ch ®o cña c¶m biÕn ¸p ®iÖn nh− h×nh vÏ trang bªn: 110
  8. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn fV fX 3 2 1 x Khi lùc F t¸c ®éng cã d¹ng F = Fmaxsinωt, th× ®iÖn ¸p ra sÏ lµ: 1 Ro. jωCo Ro = jωd1 F Ur = I . 1 + jωCoRo. 1 Ro + jωCo C2 R2 F C0 R0 R0 Ura i~ M¹ch K§ M¹ch ®o cña c¶m biÕn ¸p ®iÖn R0 , R2 , C0 , C2 lµ ®iÖn trë vµ ®iÖn dung thùc cña c¶m biÕn vµ m¹ch khuyÕch ®¹i. + øng dông: Dïng ®Ó ®o lùc biÕn thiªn ( ®Õn 10.000 N ). §o ¸p suÊt ( 100 N/mm2) Lµm c¸c gia tèc kÕ ®o gia tèc tíi 100g (g – gia tèc träng tr−êng ) trong d¶i tÇn tõ 0,5 ÷ 100 kHz. §o c¸c biÕn d¹ng , c¸c di chuyÓn nhá 5. CÆp nhiÖt ®iÖn + CÊu t¹o: Gåm hai hay thanh kim lo¹i kh¸c nhau ®−îc hµn víi nhau t¹i mét ®Çu, ®iÓm hµn Êy gäi lµ ®iÓm c«ng t¸c hai ®Çu cßn l¹i gäi lµ ®Çu tù do. 111
  9. BomonKTDT-§HGTVT t0 Eθ t0 t0 (®Çu tù do) a) t1 (®iÓm c«ng t¸c) b) t1 CÆp nhiÖt ®iÖn §Ó ®¶m b¶o tr¸nh h− háng c¬ häc vµ ¶nh h−ëng ngÉu nhiªn cña c¸c ®èi t−îng ®o, c¸c ®iÖn cùc nhiÖt ®−îc ®Æt trong c¸c vá thÐp b¶o vÖ. H×nh d−íi ®©y lµ cÊu t¹o cña mét lo¹i ®iÖn kÕ chuÈn. Trªn h×nh vÏ ng−êi ta ®Æt c¸c ®iÖn cùc (3) trong vá b¶o vÖ (1) cã chuçi c¸ch 6 7 8 5 4 4 9 1 1 3 3 2 c) b) 2 4 CÊu tróc cña nhiÖt kÕ cÆp nhiÖt 3 1 2 a) ®iÖn (4). Mèi hµn (2) tiÕp xóc víi ®¸y vá b¶o vÖ hay cã thÓ c¸ch ly b»ng ®Çu sø. D©y dÉn nèi dµi (7) ®−îc nèi víi ®iÖn cùc ë ®Çu nèi (8), vÝt (6) trªn phÝc c¾m (5). Vá b¶o vÖ ®−îc gi÷ ch¾c vµ ®−a vµo ®èi t−îng ®o, gi÷ chÆt b»ng møc (9). §Ó b¶o ®¶m tiÕp xóc ch¾c ch¾n, mèi hµn (2) ®−îc thùc hiÖn b»ng m¸y hµn h¬i. Vá b¶o vÖ cã d¹ng h×nh trô hay h×nh c«n b»ng vËt liÖu kh«ng thÊm khÝ cã ®−êng kÝnh (15 – 25)mm vµ cã chiÒu dµi tuú thuéc vµo yªu cÇu cña ®èi t−îng ®o tõ 100 ®Õn (2500 – 3000)mm. VËt liÖu ®Ó lµm vá b¶o vÖ lµ c¸c lo¹i thÐp kh¸c nhau. §èi víi nhiÖt ®é cao, vá b¶o vÖ cã thÓ b»ng th¹ch anh hay gèm. + Nguyªn t¾c lµm viÖc: Nguyªn t¾c lµm viÖc cña cÆp nhiÖt ®iÖn dùa trªn hiÖn t−îng nhiÖt ®iÖn, nÕu nhiÖt ®é mèi hµn t1 vµ t0 kh¸c nhau th× trong m¹ch khÐp kÝn cã mét dßng ®iÖn ch¹y qua. ChiÒu cña dßng ®iÖn nµy phô thuéc vµo nhiÖt ®é t−¬ng øng cña mèi hµn, nghÜa lµ nÕu t1 > t0 th× dßng ®iÖn ch¹y theo h−íng ng−îc l¹i. NÕu ®Ó hë mét ®Çu th× gi÷a hai cùc xuÊt hiÖn mét søc ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn, cô thÓ nh− sau: 112
  10. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn Khi ch−a lµm viÖc nhiÖt ®é t1 = t0 , do 2 thanh kim lo¹i lµ kh¸c nhau ®−îc hµn víi nhau ë ®Çu t1 c¸c ®iÖn tö tù do ë hai thanh kim lo¹i lµ kh¸c nhau do vËy chóng cã thÓ khuyÕch t¸n sang nhau nh−ng sù khuyÕch t¸n nµy lµ kh«ng ®¸ng kÓ v× vËy suÊt ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn ë hai ®Çu tù do Eθ ≈ 0 . Khi lµm viÖc, nhiÖt ®é t1 ≠ to, sù khuyÕch t¸n c¸c ®iÖn tö tù do sang nhau lµ nhiÒu h¬n ⇒ xuÊt hiÖn hiÖu ®iÖn thÕ ë 2 ®Çu tù do. Eθ = f(t1) – f(t0) NÕu cè ®Þnh nhiÖt ®é ë ®Çu tù do ⇒ f(t0) = C = const. ⇒ Eθ = f(t1) – C = f(t1) §Æc tÝnh kü thuËt cña c¸c cÆp nhiÖt ngÉu th«ng dông: CÆp nhiÖt ngÉu D¶i nhiÖt ®é lµm viÖc Søc ®iÖn ®éng o C mV §ång/ Constantan Φ = 1,63 mm -270-370 -6,258-19,027 S¾t/ Constantan -210-800 -8,095-45,498 Φ = 3,25 mm Chromel/Alumen -270-1250 -5,354-50,633 Φ = 3,25 mm Chromel/Constantan -270-870 -9,835-66,473 Φ = 3,25 mm Platin-Ro®i (10%) /Platin Φ = 0,51 mm -50-1500 -0,236-15,576 Platin-Ro®i (13%) /Platin Φ = 0,51 mm -50-1500 -0,226-17,445 Platin-Ro®i (30%) /Platin- Ro®i (6%) 0-1700 0-12,426 Φ = 0,51 mm Vonfram-Reni 0-2700 0-38,45 (5%)/Vonfram-Reni (26%) + M¹ch ®o: Dïng m¹ch ®o khuyÕch ®¹i kÕt hîp víi mV (kim chØ) hoÆc lµ kÕt hîp víi c¸c chØ thÞ sè K§ M¹ch ®o ®¬n gi¶n dïng m¹ch khuyÕch ®¹i kÕt hîp víi chØ thÞ 113
  11. BomonKTDT-§HGTVT - Dïng ®iÖn kÕ mét chiÒu : E0: nguån cung cÊp, Em: nguån pin mÉu, Em = 1,0181V, R®c E0 R®c: ®iÖn trë ®iÒu chØnh, dßng cung cÊp, R0: ®iÖn trë mÉu, R0 Rm C R0 = 10181Ω, Rm: hép ®iÖn trë mÉu, Ex: ®iÖn ¸p cÇn ®o. ICT E CT: chØ thÞ (®iÖn kÕ chØ 0) CT K EX A B Em M¹ch ®o nhiÖt ®é dïng ®iÖn thÕ kÕ mét chiÒu §©y lµ dông cô ®o theo ph−¬ng ph¸p so s¸nh. Muèn thùc hiÖn ph−¬ng ph¸p ®o th× ph¶i tiÕn hµnh theo 2 b−íc. - §ãng kho¸ K → vµo A ®iÒu chØnh R®c sao cho ®iÖn kÕ chØ 0 E 1,0181 ⇒ UC§ = Em = ICT . R0 ⇒ ICT = m = = 10-4A. R 0 10181 - §ãng kho¸ K → sang vÞ trÝ B. §iÒu chØnh Rm sao cho ®iÖn kÕ chØ 0. Lóc ®iÖn kÕ chØ 0 th× UDE = EX = Ict . RDE = K.RDE víi ICT = const Trªn hép ®iÖn trë mÉu Rm cã kh¾c lu«n gi¸ trÞ ®iÖn ¸p + øng dông: §o nhiÖt ®é cao cì vµi tr¨m ®é ÷ 17000C. §o ¸p suÊt nhá (10-3 ÷ 10-4 mmHg). §o c¸c ®¹i l−îng vËt lý kh¸c: §o tèc ®é cña giã, tèc ®é cña dßng ch¶y, ®o di chuyÓn. 6. NhiÖt ®iÖn trë + CÊu t¹o: C¸c nhiÖt trë d©y (Cu, Ni, Pt) gåm: Lâi ®Ó quÊn c¸c nhiÖt ®iÖn trë lâi b»ng gèm sø, BakÕlit, vËt liÖu c¸ch ®iÖn chÞu ®−îc nhiÖt ®é cao. èng xuyÕn c¸ch ®iÖn, b»ng gèm, sø. D©y nhiÖt ®iÖn trë ®−êng kÝnh Φ = (0,02 ÷ 0,07) mm víi chiÒu dµi (5 ÷ 20)mm. 114
  12. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn Hép ®Çu ra èng xuyÕn c¸ch ®iÖn Vá b¶o vÖ D©y nhiÖt ®iÖn trë CÊu t¹o cña nhiÖt ®iÖn trë d©y Hép ®Çu ra (®Ó lÊy tÝn hiÖu ra bªn ngoµi). + Nguyªn t¾c lµm viÖc: Dùa trªn c¸c hiÖu øng nhiÖt ®é. Cã mét sè vËt liÖu (Cu,Ni) khi nhiÖt ®é thay ®æi th× ®iÖn trë cña nã còng thay ®æi theo, tõ ®ã ng−êi ta chÕ t¹o ra c¸c nhiÖt ®iÖn trë. RT = R0(1 + αt) R0 lµ ®iÖn trë cña d©y ë 00c; α lµ hÖ sè nhiÖt ®é: §ång lµ 4,3.10-3 1/ 0C Niken lµ 5.10-3 1/ 0C NhiÖt ®iÖn trë chia lµm 2 lo¹i: NhiÖt ®iÖn trë kh«ng ®èt nãng: Dßng ®iÖn ®i qua nã rÊt nhá, ®Ó ®o nhiÖt ®é -50 C ÷ 1500C. 0 NhiÖt ®iÖn trë ®èt nãng: Dßng ®i qua nã rÊt lín lµm cho nhiÖt ®iÖn trë lín lªn tõ vµi chôc ®Õn vµi tr¨m ®é. C¸c nhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn lµm b»ng c¸c chÊt b¸n dÉn CuO, CoO, MnO... +CÊu t¹o: §−îc chÕ t¹o tõ mét sè oxit kim lo¹i kh¸c nhau nh− CuO, CoO, MnO... nh− h×nh vÏ trang bªn. + Nguyªn t¾c lµm viÖc: Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ ®iÖn trë cña nã RT = Aeβ/T A lµ h»ng sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý cña chÊt b¸n dÉn, kÝch th−íc h×nh d¸ng cña nhiÖt ®iÖn trë, β lµ h»ng sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý cña chÊt b¸n dÉn T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi, søc ®iÖn ®éng lµ c¬ sè logarit tù nhiªn. HÖ sè nhiÖt α cña chÊt b¸n dÉn mang dÊu ©m vµ cã gi¸ trÞ tõ 0,02 ÷ 0,08 [1/ C] lín gÊp 8 ÷ 10 lÇn kim lo¹i vµ phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é. §iÖn trë suÊt lín 0 do ®ã kÝch th−íc cña nã rÊt nhá. 115
  13. BomonKTDT-§HGTVT 2,5 Φ6 3 1 Φ19 Φ5 4 c) 3 2 20,5 1 1 4 1,4 2 1,2 3 b) 3 3 a) d) 1.D©y dÆt trong èng sø. 2.Vá b¶o vÖ. CÊu t¹o cña mét sè c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë 3.§Çu ra. b¸n dÉn 4.Gi¸ ®ì. + M¹ch ®o: th«ng th−êng hay dïng m¹ch cÇu kh«ng c©n b»ng chØ cã chØ thÞ lµ log«m mÐt (h×nh trang bªn) + øng dông: §o nhiÖt ®é §o c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn nh− ®o di chuyÓn, ®o ¸p suÊt. Dïng ®Ó ph©n tÝch thµnh phÇn, nång ®é cña mét sè hîp chÊt vµ chÊt khÝ. dÉn chøng ®o dÞch chuyÓn: R1 R2 VÝ dô ®o dÞch chuyÓn: 1 1. TÊm ch¾n. 2. Mµng rung. 3. Bé rung ®iÖn tõ. XV R1, R2 lµ c¸c nhiÖt ®iÖn trë. 2 Uxc 116
  14. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn + Nguyªn t¾c ®o: Khi ch−a cã di chuyÓn w1 w2 XV th× l¸ ch¾n ë gi÷a, hai khe RB hë thæi vµo hai c¶m biÕn lµ nh− nhau. R2 R1 Khi cã XV t¸c ®éng, l¸ EB ch¾n di chuyÓn hai l¸ ch¾n lµ kh¸c nhau, l−îng giã thæi vµo α = f(I1/I2) hai c¶m biÕn lµ kh¸c nhau → Rd 1 Rd 2 Rd 3 hai ®iÖn trë cã gi¸ trÞ kh¸c, g¾p 2 ®iÖn trë nµy vµo 2 RT nh¸nh cÇu ®Ó chØ thÞ. M¹ch l«g«mmÐt 7. C¶m biÕn quang + CÊu t¹o: C¸c c¶m biÕn quang ®−îc sö dông ®Ó chuyÓn th«ng tin tõ ¸nh s¸ng nh×n thÊy hoÆc tia hång ngo¹i (IR) vµ tia tö ngo¹i (UV) thµnh tÝn hiÖu ®iÖn PhÇn c¶m biÕn quang ta ®· xem xÐt kü l−ìng ë phÇn CÇu kiÖn §iÖn tö, ë ®©y kh«ng xÐt l¹i + øng dông: Trong thùc tÕ, c¸c tÕ bµo quang dÉn th−êng ®−îc øng dông trong hai tr−êng hîp: - Ph¸t hiÖn tÝn hiÖu quang. - TÕ bµo quang dÉn cã thÓ ®−îc sö dông ®Ó biÕn ®æi xung quang thµnh xung ®iÖn. Sù ng¾t qu·ng cña xung ¸nh s¸ng chiÕu lªn tÕ bµo quang dÉn sÏ ®−îc ph¶n ¸nh trung thùc qua xung ®iÖn cña m¹ch ®o, do vËy c¸c th«ng tin mµ xung ¸nh s¸ng mang ®Õn sÏ ®−îc thÓ hiÖn trªn xung ®iÖn. Ng−êi ta øng dông m¹ch ®o kiÓu nµy ®Ó ®Õm hoÆc ®o tèc ®é quay cña ®Üa. - §o nhiÖt ®é - X¸c ®Þnh vÞ trÝ - §o vËn tèc .... Sau ®©y lµ 2 vÝ dô VÝ dô 1: Sö dông bé c¶m biÕn quang tèc ®é H×nh d−íi lµ s¬ ®å sö dông bé c¶m biÕn quang tèc ®é. §Üa m· ho¸ g¾n trªn trôc ®éng c¬ gåm c¸c lç, trªn h×nh cã t¸m lç. §Üa ®Æt gi÷a nguån tia hång ngo¹i do ®i«t ph¸t quang LED cung cÊp vµ ®Çu thu lµ tranzito quang (h×nh b). Khi ®Üa quay tranzito quang sÏ chØ chuyÓn m¹ch nÕu vÞ trÝ LED, lç, tranzito quang th¼ng hµng. Khi ®ã tranzito ®−a ®iÖn ¸p trªn R2 vÒ møc thÊp. Khi ®Üa ng¨n ¸nh s¸ng th× tranzito bÞ kho¸, kÕt qu¶ ®iÖn ¸p trªn R2 vÒ møc cao. KÕt qu¶ lµ khi ®Üa m· ho¸ quay, øng víi h×nh a trªn ®Çu ra R2 ta ®−îc t¸m xung ch÷ nhËt. TÇn sè xung phô thuéc vµo tèc ®é ®Üa. 117
  15. BomonKTDT-§HGTVT +5V +5V §Üa m· ho¸ §Üa m· ho¸ R2 2,2kΩ R1 180Ω T©m trôc c¬ khÝ §−êng t©m ¸nh s¸ng LED Phototranzito a) b) Bé c¶m biÕn quang tèc ®é víi ®Üa m· ho¸ a) S¬ ®å c¶m biÕn quang tèc ®é. b) S¬ ®å nguyªn lý tranzito quang. NÕu ta muèn duy tr× tèc ®é quay cña r«to ë tèc ®é kh«ng ®æi nµo ®ã øng víi chu kú tÝn hiÖu do bé c¶m biÕn tèc ®é t¹o nªn, chu kú nµy x¸c ®Þnh ®iÓm ®Æt tèc ®é. §Ó x¸c ®Þnh chiÒu quay (thuËn hoÆc nghÞch) cÇn sö dông bé c¶m biÕn kÐp gåm cã hai LED vµ hai tranzito quang, hai ®Üa m· ho¸. Khi ®Üa quay ta nhËn ®−îc hai xung ch÷ nhËt lÖch nhau 90o. ChiÒu quay ®−îc x¸c ®Þnh b»ng vÞ trÝ t−¬ng ®èi cña hai tÝn hiÖu ra. Tèc ®é b»ng 0 cã nghÜa lµ xung tiÕp theo kh«ng bao giê tíi. Trong thùc tÕ ¸p dông ta sö dông bé thêi gian trµn khi c¸c xung ®Õn lín h¬n 65536 b»ng bé ®Õm thêi gian thanh ghi. Th«ng th−êng c¸c bé c¶m biÕn quang tèc ®é cßn kÌm theo kh¶ n¨ng xö lý s−ên c¸c xung tÝn hiÖu vµ trªn c¬ së ®ã cho phÐp t¨ng sè l−îng v¹ch ®Õm trong mét vßng ®Üa lªn bèn lÇn. Chuçi xung A hoÆc B ®−îc ®−a tíi cöa vµo cña kh©u ®Õm tiÕn, biÕt sè xung trong mét chu kú, ta tÝnh ®−îc tèc ®é quay cña ®éng c¬: 60 N n [vßng/phót] = 4 N 0Tn trong ®ã: Tn lµ chu kú ®iÒu chØnh tèc ®é, ë ®©y chu kú ®Õm xung tÝnh b»ng gi©y. N0 lµ sè xung trong mét vßng, cßn gäi lµ ®é ph©n gi¶i cña bé c¶m biÕn tèc ®é. N lµ sè xung trong thêi gian Tn. §Ó n©ng cao ®é ph©n gi¶i cña phÐp ®o tèc ®é ta cã gi¶i ph¸p lµ t¨ng sè lç trong mét r·nh, ta cã ®Üa m· ho¸ gåm nhiÒu r·nh, mçi r·nh cã sè lç t¨ng dÇn theo quan hÖ 2n, n lµ sè r·nh . 118
  16. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn A B 360o(1) 90o(1) a) b) a) Bé c¶m biÕn quang tèc ®é chiÒu quay; b) X¸c ®Þnh chiÒu quay b»ng so s¸nh pha 2 tÝn hiÖu VÝ dô 2: Tèc kÕ sîi quang (vÊn ®Ò nµy kh¸ phøc t¹p, ë ®©y chØ tr×nh bµy Nguyªn t¾c) Tèc kÕ laser sö dông hiÖu øng Doppler lµ dông cô ®o tèc ®é cña c¸c ®èi t−îng b»ng c¸ch truyÒn dÉn (®èi víi dßng chÊt láng) hoÆc b»ng ph¶n x¹ (®èi víi vËt r¾n chuyÓn ®éng d−íi ®Çu laser). D¶i ®o rÊt réng tõ 10-6 - 105 m/s. PhÐp ®o kh«ng lµm thay ®æi chuyÓn ®éng cña hÖ. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña tèc kÕ sîi quang lµ chiÕu s¸ng ®èi t−îng cÇn ®o tèc ®é b»ng mét l−íi c¸c v©n s¸ng. ¸nh s¸ng s¸ng khuyÕch t¸n tõ ®èi t−îng tu©n theo hiÖu øng Doppler nghÜa lµ tÇn sè cña nã kh¸c víi tÇn sè ¸nh s¸ng nguån. §é lÖch tÇn sè nµy phô thuéc vµo tèc ®é cña vËt. Trong tr−êng hîp cÇn ®o tèc ®é dßng ch¶y nªn cho vµo dßng ch¶y c¸c h¹t kÝch th−íc ®ñ nhá ®Ó kh«ng lµm ¶nh h−ëng tíi tèc ®é cña dßng ch¶y. C¸c h¹t nµy sÏ khuyÕch t¸n ¸nh s¸ng khi cã nguån s¸ng c¾t qua. TÝn hiÖu quang do c¸c h¹t ph¸t ra ®−îc ®iÒu biÕn c−êng ®é c¸c v©n tèi, s¸ng víi tÇn sè tû lÖ víi tèc ®é dßng ch¶y. TÇn sè ®iÒu biÕn ¸nh s¸ng do c¸c h¹t khuyÕch t¸n lµ: f=|V|/y víi | V | lµ thµnh phÇn tèc ®é cña c¸c h¹t vu«ng gãc víi v©n s¸ng, y lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c v©n s¸ng. Theo mét ph−¬ng ph¸p kh¸c, h¹t c¾t qua mét trong hai tia s¸ng kh«ng song song ®Õn tõ mét nguån laser He,Ne. Ta nhËn ®−îc hai tia khuyÕch t¸n tõ h¹t, mçi tia ®−îc ®Æc tr−ng b»ng tÇn sè Doppler. Giao thoa cña hai tia nµy t¹o nªn mét sè f (ph¸ch tÇn ) cã thÓ suy ra gia tèc cña tèc ®é nh−ng kh«ng biÕt chiÒu chuyÓn ®éng. Cã thÓ kh¾c phôc ®iÒu nµy b»ng c¸ch sö dông hai tèc ®é kÕ vu«ng gãc. Ta ®· biÕt hai thµnh phÇn tèc ®é do vËy cã thÓ x©y dùng ®−îc vect¬ V. Ta còng cã thÓ ®iÒu pha Φ cña mét trong hai tia ë tèc ®é dΦ/dt nhê khèi Bragg. C¸c v©n lÖch pha víi tèc ®é V0: y dΦ V0 = . 2π dt vµ ¸nh s¸ng khuyÕch t¸n bÞ ®iÒu biÕn ë tÇn sè f = | V – V0 | /y 119
  17. BomonKTDT-§HGTVT Ta chän dΦ/dt sao cho V0 lu«n lín h¬n vËn tèc V cña c¸c h¹t. Theo ph−¬ng ph¸p nµy ta biÕt c¶ ®é lín vµ chiÒu cña tèc ®é. Mét ®iot laser cã thÓ sö dông tr−íc khèi laser Bragg dïng ®Ó ®iÒu biÕn dßng ph¸t. C¸c sîi quang phèi hîp víi mét ®iot quang ®Ó t¹o nªn thiÕt bÞ ®o hoµn chØnh (h×nh vÏ), víi ®iot laser b−íc sãng 850 nm, c«ng suÊt 5 mW, F1 sîi ®¬n mode dµi 5m, F2 sîi ®a mode dµi 5m. §èi t−îng chuyÓn L1 ®éng F1 Diode laser L2 M¸y ph©n tÝch phæ F2 a) L1, L2 lµ thÊu kÝnh Bé ghÐp nèi ThÊu kÝnh b) §o tèc ®é kÕ Doppler diode laser vµ sîi quang; a) Chïm tia chiÕu qua vËt ®o vËn tèc b»ng hÖ thèng th«ng th−êng; b) Chia chïm tia b»ng bé nèi ghÐp quang 120
  18. Ch−¬ng 9: §o l−êng c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn Mét sè gîi ý: + §o nhiÖt ®é: cã thÓ sö dông: cÆp nhiÖt ®iÖn, ®iÖn trë nhiÖt + §o tèc ®é trßn: dïng c¶m biÕn quang + §o tèc ®é dµi, cã ph¹m vi di chuyÓn nhá: dung c¶m biÕn ®iÖn c¶m. + §o tèc ®é dµi, ph¹m vi di chuyÓn vµ tèc ®é lín, cã thÓ dïng c¶m biÕn quang + §o lùc dïng c¶m biÕn kiÓu ¸p ®iÖn. + §o ®é rung cã thÓ dïng tenz«mÐt 121
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2397 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0