Các bộ cảm biến nhiệt độ trong đo lường các đại lượng vật lý

Tr-ờng đại học vinh Khoa Vật lý ==== ==== Các cảm biến nhiệt độ đo l-ờng đại l-ợng Vật lý Khoá luận tốt nghiệp đại học ngành S- phạm vật lý Cán h-ớng dẫn khoá luận: TS.GVC Đoàn hoài sơn sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị H-¬ng Líp: 47A - VËt lý Vinh - 2010 Lời mở đầu Kỹ thuật đo l-ờng - điều khiển đại có b-ớc phát triển nhảy vọt Đó nhờ kết hợp chặt chẽ lý thuyết đo l-ờng điều khiển đại với công cụ toán học tin học Quá trình tích hợp lĩnh vực hình thành tin học công nghiệp, lĩnh vực ®a ngµnh ®ã cã kü tht ®iƯn, ®iƯn tư, ®iỊu khiĨn, ®o l-êng vµ tin häc hoµ trén vµo phát triển cảm biến đóng vai trò quan trọng lĩnh vực đo l-ờng điều khiển Nguyên lý chung: Các kích thích từ môi tr-ờng đ-ợc cảm biến cảm nhận th-ờng đại l-ợng không điện chuyển đổi đại l-ợng thành đại l-ợng điện truyền thông tin hệ thống đo l-ờng - điều khiển, giúp ta nhận dạng, đánh giá giúp ta điều khiển biến đổi trạng thái Một số cảm biến có cấu trúc t-ơng đối đơn giản nh-ng xu h-ớng chung ngày triệt để khai thác thành tựu vật lý học đại, công nghệ điện tử tin học, lý thuyết điều khiển đại, nhằm tạo nên cảm biến thông minh linh hoạt Đó cảm biến đa chức năng, lập trình cho phép đo với độ nhạy độ xác cao, tự động thay đổi thang đo, bù ảnh h-ởng nhiễu, đo từ xa, tự động xử lý kết đo Các cảm biến ngày đ-ợc xem nh- sản phẩm đ-ợc sản xuất hàng loạt có mặt rộng rÃi thị tr-ờng Ngoài tên gọi thông dụng cảm biến, ng-ời ta gọi chúng đầu dò, hay Sensor (theo tiếng Anh), Captor (theo tiếng Pháp) Hiện có nhiều cảm biến ®-ỵc sư dơng réng r·i kü tht cịng nh- đời sống, nh-: cảm biến quang, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí di chuyển, cảm biến vận tốc gia tốc, cảm biến biến dạng, cảm biến lực ứng suất, cảm biến l-u l-ợng thể tích chất lỏng Trong tất đại l-ợng vật lý nhiệt độ đại l-ợng đ-ợc quan tâm nhiều nhiệt độ có vai trò định tới nhiều tính chất vật chất Một đặc điểm tác động nhiệt độ làm thay đổi cách liên tục đại l-ợng chịu ảnh h-ởng nó, thí dụ: ¸p st,thĨ tÝch cđa chÊt khÝ, sù thay ®ỉi pha hay điểm curie vật liêu từ tính Để chế tạo cảm biến nhiệt độ ng-ời ta sử dụng nhiều nguyên lý cảm biến khác nh-: nhiệt điện trở, nhiệt ngẫu, ph-ơng pháp quang dựa phân bố phổ xạ nhiệt đo dao động nhiệt; ph-ơng pháp đựa giản nở vật rắn, chất lỏng khí dựa tốc độ âm Bởi nghiên cứu khoa học, sản xuất, đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ việc cần thiết Nhận thức đ-ợc tầm quan trọng lựa chọn đề tài: "Các cảm biến nhiệt độ đo l-ờng đại l-ợng Vật lý" cho đề tài luận văn tốt nghiệp Nội dung luận văn gồm ba ch-ơng: Ch-ơng 1: Tìm hiểu tổng quan nguyên lý bản, đại l-ợng đo l-ờng cản biến Ch-ơng 2: Giới thiệu cảm biến nhiêt độ đ-ợc dùng đo l-ờng đại l-ợng Vật lý Ch-ơng 3: Thực hành khảo sát phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ Ch-ơng 1: Những nguyên lý đặc tr-ng đo l-ờng 1.1 Các định nghĩa đặc tr-ng chung - Đại l-ợng đầu vào (m) (đại l-ợng cần đo): đại l-ợng vật lý nhnhiệt độ, áp suất, ánh sáng, lực - Đại l-ợng đầu (s): đại l-ợng cần đo (m) sau tiến hành công đoạn thực nghiệm để đo m ta thu đ-ợc đại l-ợng điện t-ơng ứng đầu - Đặc tr-ng điện s hàm đại l-ợng cần đo s = f (m) (1.1) Đây dạng lý thuyết định luật vật lý biểu diễn hoạt động cảm biến - Cảm biến đ-ợc chế tạo cho có liên hệ tuyến tính biến thiên đầu vào m biến thiên đầu s: s = S m (1.2) S: độ nhạy m s Hình 1.1 Sự biến đổi đại l-ợng cần đo (m) đáp ứng (s) theo thời gian - Đ-ờng cong chuẩn: với loại giá trị đà biết m xác định giá trị s đầu dựng đ-ờng cong biểu thị phụ thuộc C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Khi ®ã tõ ®-êng cong chuẩn ta xác định mi s từ giá trị si - Yêu cầu thiết kế sử dụng cảm biến: Độ nhạy S không đổi, nghĩa phụ thuộc: si Giá trị đại l-ợng đo, tần số làm việc s Thời gian sử dụng (độ giá hoá) mi m mi tn ảnh h-ởng đại l-ợng vật lý khác môi tr-ờng xung quanh si - Phân loại cảm biến: Cảm biến tích cực: s nh- điện tích, nguồn hay dòng Hình 1.2 Đ-ờng cong chuẩn Cảm biến thụ động: s nh- điện dung, điện trở, độ tự cảm 1.2 Cảm biến tích cực a Hiệu ứng nhiệt điện Mục đích: Xác định nhiệt độ Nguyên lý: Giả sử đầu dây dẫn có chất hoá học khác đ-ợc hàn lại với thành mạch điện có nhiệt độ hai mối hàn T1 T2 xuất suất điện ®éng e (T1, T2) Khi biÕt T1 (gi¶ sư 0oC) (M1) T1 xác định đ-ợc T2 e T1 (M2) oC (M1) H×nh 1.3 øng dơng cđa hiƯu ứng nhiệt điện b Hiệu ứng hoả điện Mục đích: Đo thông l-ợng U xạ ánh sáng Nguyên lý: Thông l-ợng Hình 1.4: ứng dụng hiƯu øng háa ®iƯn Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an sáng tình thể hỏa điện to thay đổi độ phân cực điện đo biến thiên điện áp hai cực tụ điện F c Hiệu ứng áp điện Mục đích: Xác định độ lớn lực học, đại l-ợng gây U F nên lực (áp suất, gia tốc) Hình 1.5 ứng dụng hiệu ứng áp điện Nguyên lý: td F   vËt lµm b»ng vËt liƯu áp điện biến dạng U F d Hiệu ứng cảm ứng điện từ Mục đích: Xác định tốc độ dịch chuyển vật Nguyên lý: Khung dây chuyển ®éng () B ec- ()  () B  e- Hình 1.6 ứng dụng hiệu ứng cảm ứng điện tõ e HiƯu øng quang ®iƯn Mơc ®Ých: øng dơng để chế tạo cảm biến quang Nguyên lý: Bức xạ ánh sáng (bức xạ điện từ nói chung) vật liệu Hạt dẫn tự thay đổi tính chÊt ®iƯn cđa vËt liƯu   g HiƯu øng quang phát xạ điện tử Mục đích: Đo đại l-ợng có liên quan đặc tr-ng quang Nguyên lý: vật liệu điện tử E dòng h Hiệu ứng quang điện chất bán dẫn Mục đích: Đo đại l-ợng quang, biến đổi thông tin chứa đựng ánh sáng thành tín hiệu điện Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an ChuyÓn tiÕp P-N E Nguyên lý: Cặp điện tử-lỗ trống UTX i HiƯu øng quang - ®iƯn - tõ Mơc ®Ých: Đo đại l-ợng quang, biến đổi thông tin chứa đựng ánh sáng thành tín hiệu điện (h 17) B   U() Nguyªn lý: VËt liƯu b¸n dÉn   B,       i B v H×nh 1.7 øng dơng hiƯu øng quang điện từ k Hiệu ứng Hall Mục đích: Xác định vị trí vật chuyển động Nguyên lý: Vật liệu dạng mỏng (th-ờng bán dẫn) có dòng i B, i chạy qua  VH ( r )  r H×nh 1.8: ứng dụng hiệu ứng Hall Cụ thể: Vật đ-ợc ghép nối học với nam châm thời điểm, vị trí nam châm xác định giá trị từ tr-ờng B góc t-ơng ứng Vì hiệu điện thể VH hàm phụ thuộc vào vị trí vật không gian: VH = kH IBsin  kH: HƯ sè phơ thc vµo vật liệu kích th-ớc hình học mẫu 1.3 Cảm biến thụ động Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Th-ờng đ-ợc chế tạo từ trở kháng có thông số chủ yếu nhạy với đại l-ợng cần đo Ngoài giá trị trở kháng phụ thuộc vào kích th-ớc hình học mẫu, tÝnh chÊt ®iƯn cđa vËt liƯu nh- ®iƯn trë st , từ thẩm, số điện môi Thông số hình học kích th-ớc trở kháng thay đổi cảm biến có phần tử chuyển động phần tử biến dạng Phụ thuộc vào chất vật liệu khác nhau, tính chất điện chúng nhạy với nhiều đại l-ợng Cụ thể, bảng 1.1 giới thiệu đại l-ợng cần đo khả làm thay đổi tính chất điện vật liệu sử dụng để chế tạo cảm biến Bảng 1.1 Đại l-ợng cần đo Đặc tr-ng nhạy cảm Vật liệu sử dụng Nhiệt độ Điện trở suất, Kim loại Pt, Ni, Cu bán dẫn Bức xạ ánh sáng Điện trở suất, Thuỷ tinh Biến dạng Điện trở suất, Hợp kim Ni, Si pha tạp Độ từ thẩm Hợp kim sắt từ Vị trí (nam châm) Điện trở suất, Vật liệu từ điện trở: Bi, InSb Độ Èm §iƯn trë st, Møc chÊt l-u  Licl H»ng số điện môi, Al2D3, polime Hằng số điện môi, Chất l-u cách điện Trở kháng cảm biến thụ động thay đổi trở kháng d-ới tác dụng đại l-ợng cần đo xác định đ-ợc cảm biến thành phần mạch điện 1.4 Các đại l-ợng ảnh h-ởng Ngoài đại l-ợng cần đo tác động tới cảm biến thực tế có nhiều đại l-ợng khác gây tác động ảnh h-ởng tới tín hiƯu ®o Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an ThÝ dụ: - Nhiệt độ làm thay đổi: đặc tr-ng điện, cơ, kích th-ớc cảm biến - áp suất, gia tốc, dao động: biến dạng ứng xuất số phần tử cấu thành cảm biến làm sai lệch tín hiệu đáp ứng Nh- (1.1) đ-ợc viết lại s = f (m, g1, g2 ) (1.4) Để rút giá trị m từ giá trị đo đ-ợc s cần phải: - Giảm ảnh h-ởng đại l-ợng g1, g2, tới mức thấp cách sử dụng biện pháp: cách điện, chống rung - ổn định đại l-ợng mức biết tr-ớc chuẩn cảm biến điều kiện ®ã - Sư dơng s¬ ®å ghÐp nèi ®Ĩ bï trừ ảnh h-ởng đại l-ợng gây nhiễu 1.5 Mạch đo Định nghĩa: thiết bị đo (bao gồm cảm biến) cho phép xác định xác đại l-ợng cần đo điều kiện tốt Sơ đồ khối đơn giản: kích thích Bộ cảm biến đáp ứng Tuy nhiên thực tế cảm biến chịu tác động đại l-ợng ảnh h-ởng nên mạch đo th-ờng phức tạp 1.6 Sai số phép đo Sản phẩm phép đo chứa đựng sai số Sai số hiệu giá trị thực giá trị đo đ-ợc Sai số phép đo đ-ợc đánh giá cách -ớc tính, đ-ợc giá trị thực đại l-ợng cần đo Phân loại sai số: sai số hƯ thèng, sai sè ngÉu nhiªn a Sai sè hƯ thống - Sai số đo giá trị đại l-ợng chuẩn không Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an - Sai số đặc tính cảm biến: - Sai số điều kiện chế độ sử dụng: - Sai số đo xử lý kết đo b Sai số ngẫu nhiên - Sai số tính không xác định đặc tr-ng thiết bị Sai số ®é linh ®éng cđa thiÕt bÞ (  m)  Sai sè ®äc sè liƯu  e Tõ ®ã tÝnh sai số độ phân giải: (biến thiên nhỏ đo đ-ợc r m2 e2 đại l-ợng đo) (1.5) Sai số trễ - Sai sè tÝn hiƯu nhiƠu ngÉu nhiªn: - Sai số đại l-ợng ảnh h-ởng: * Biện pháp giảm sai số ngẫu nhiên: - Bảo vệ mạch ®o: ỉn ®Þnh nhiƯt ®é, ®é Èm cđa mét tr-êng ®o, sư dơng gi¸ ®ì chèng rung, sư dơng bé tự động điều chỉnh, điện áp nguồn nuôi, chuyển đổi t-ơng tự - số - áp dụng chế ®é vËn hµnh ®óng c TÝnh trung thùc, tÝnh ®óng đắn độ xác - Khi đo lặp lại n lần giá trị đại l-ợng cần đo ta nhận đ-ợc kết m1, m2, , mn Giá trị trung bình sau n lần đo lµ: m= m1 + m2 + + m n n (1.6) - Độ tản mạn n lần đo ®-ỵc biĨu diƠn qua ®é lƯch :  m - m   m 2 -m   + + m n - m n -1 10 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn  (1.7) C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Với khoảng l-ợng E R: điện trở chất bán dẫn T: nhiệt độ tuyệt đối cđa chÊt b¸n dÉn 3.3 Giíi thiƯu dơng thÝ nghiệm STT Tên thiết bị Mà số Sl Sensor-CASSY 524 010 CASSY Lab 524 200 Hép ngn ®iƯn 524 031 Hép nhiƯt ®é 524 045 Cảm biến nhiệt độ NiCr-Ni 666 193 Điện trở bán dẫn 586 82 Lò điện,230 V 555 81 Hộp nối an toàn 502 061 Cặp dây dẫn 50 cm 50145 10 M¸y tÝnh 47 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an SensorCASSY H×nh 3.1 48 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 3.3 3.4 Chuẩn bị thí nghiệm 3.4.1 Lắp đặt Lắp đặt thí nghiệm nh- hình vẽ Hộp nhiệt độ (temperature box) đ-ợc cắm vào lối vào A Sensor-CASSY để đo nhiệt độ cảm biến nhiệt đ-ơc đặt lò nung điện Cắm đầu đo vào lỗ hía sau lò cho đầu đo gắn với điện trở Cắm hộp nguồn điện vào lối vào b để ghi điện trở Hình 3.4 3.4.2 Cài đặt phần mềm Cho đĩa phần mềm vào ổ CD máy tính 49 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Chạy file Setup\Setup.exe Máy tính tiến hành cài đặt phần mềm, chon ngôn ngữ sử dụng (ví dụ English) danh mục ngôn ngữ Máy tính hiển thị địa (Intall on: C:\Program files\CASSY Lab) Nh- ta đà tiến hành cài đặt xong phần mềm 3.4.3 Chạy ch-ơng trình Trong chän chän Trong mµn hình làm việc CASSY Lab chọn F5 để cài đặt thiết bị Chọn chọn Physics chọn P7.2.2.1-2 Electrical conductivity of solids Ta đ-ợc tài liƯu h-íng dÉn thùc hµnh bµi thÝ nghiƯm nµy BÊm chuột vào đầu dòng load setting Trong hình setting, chọn để khai báo Sensor-CASSY: sensor CASSY nối vào cổng COM (hoặc COM 2,COM 3) cửa sổ ta nhấp chuột vàoCOM (hoặc COM 2,COM 3) t-ơng ứng chọn CASSY Sau xác nhËn l¹i b»ng Trong cưa sỉ setting chọn đặt lại thông số hộp nèi (Temperature box, Current supply box) cho phï hỵp b»ng cách nhấp chuột vào vị trí Sensor-CASSY §Ỉt víi Temperature box: Quantity: resistance RB Meas range: 170K.470K Đặt với Curent supply box: Quantity: Resestance RB1 Meas range: 0…… 300  Sau chän xong nhÊp chuét vµo 50 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 3.5 Tiến hành thí nghiệm kết thí nghiệm 3.5.1 Tiến hành thí nghiệm - Để bắt đầu đo ta ấn phím F9 bàn phím nhấp vào núm có hình đồng hồ (mỗi cặp giá trị điện trở nhiệt độ đ-ợc ghi nhiệt độ tăng lên 5K) - Bật lò nung điện lên - Dừng phép đo cách ấn phím F9 nhiệt độ lên đến 470K (khoảng 2000 C) - Tắt lò nung để thay điện trở khác - Khi lò nung đà nguội, thay điện trở cần khảo sát vao lặplại phép đo nh- 3.5.2 Kết thí nghiệm a Khảo sát phụ thuộc điện trở Nicr-Ni vào nhiệt độ ta tăng dần nhiệt độ Sau tiến hành ba lần đo ta thu đ-ợc kết thí nghiệm đồ thị biểu thị phụ thuéc nh- h×nh 3.5 51 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Nhận xét: Khi ta tăng dần nhiệt độ ®iƯn trë gi¶m Tõ ®ã ta thÊy r»ng hƯ sè nhiệt hợp chất có giá trị âm Kết hợp thực nghiệm lý thuyết ta tính đ-ợc giá trị trung bình 2k E sau lần đo ta tăng dần nhiệt độ đo: - Ta rút hệ số đồ thị: R   1  2k  q    ln    E  T T0     R0    HÖ sè (K-1) LÇn LÇn 1 LÇn Trung Sai sè b×nh 2k E (10-19) 0,376 0,381 0,37 0,375 1,3 % b Khảo sát phụ thuộc điện trở Nicr-Ni vào nhiệt độ ta giảm dần nhiệt độ Sau tiến hành ba lần đo ta thu đ-ợc kết thí nghiệm đồ thị biểu thị phụ thuộc nh- hình 3.6 Nhận xét: Khi ta giảm dần nhiệt độ điện trở hợp chất tăng Ta tính đ-ợc giá trị trung bình hệ số 2k E sau lần đo: Hệ số (K-1) LÇn LÇn LÇn Trung Sai sè b×nh 2k E (10-19) 0,373 0,379 0,372 52 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 0,374 1,3 % C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an KÕt hỵp kÕt lần đo ta -ớc tính đ-ợc giá trị hệ số 2k 1019 = 0,3745  4,8.10-8  E Hỵp chÊt sư dơng bµi nµy cã hƯ sè 2k 1019  = 0,368K-1 E Sai số giá trị đo với giá trị thực 1,7% Kết xác! 53 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an - 54 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 55 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Kết luận Luận văn với đề tài "Các cảm biến nhiệt độ đo l-ờng đại l-ợng Vật lý" đà đ-ợc trình bày cách có hệ thống Nội dung luận văn đà trình bày sở lý thuyết, nguyên lý đ-ợc dùng đo l-ờng, đặc biệt đo l-ờng nhiệt độ Luận văn đà giới thiệu đầy đủ cảm biến nhiệt độ đ-ợc dùng phổ biến đo l-ờng đại l-ợng Vật lý Luận văn đà tìm hiĨu thùc nghiƯm mét thiÕt bÞ thÝ nghiƯm cã sư dụng cảm biến nhiệt độ phòng thí nghiệm đại c-ơng "Khảo sát phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ" Tiến hành làm thí nghiệm khảo sát phụ thuộc điện trở hợp chất Nicr-Ni vào nhiệt độ Kết đà tìm đ-ợc hệ số 2k E Tuy đà cố gắng nh-ng khoá luận tránh khỏi đ-ợc thiếu sót, mong nhận đ-ợc góp ý thầy cô để khoá luận đ-ợc hoàn thiện 56 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tài liệu tham khảo Nguyễn Quốc Phô (chủ biên), Giáo trình cảm biến, Nxb Khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Hoà, Giáo trình đo l-ờng đại l-ợng điện không điện, Nxb Giáo dục Đặng Hùng, Vật lý kỹ thuật, Nxb giáo dục Lê Văn Danh, Phạm Th-ợng Hàn, Nguyễn Văn Hoà, Các cảm biến kỹ thuật đo l-ờng điều kiện www.vatlyvietnam.org www.bach-khoa.org 57 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Mục lục Trang Lời mở đầu Ch-ơng 1: Những nguyên lý đặc tr-ng ®o l-êng .3 1.1 Các định nghĩa đặc tr-ng chung 1.2 C¶m biÕn tÝch cùc .4 1.3 C¶m biÕn thơ ®éng 1.4 Các đại l-ợng ảnh h-ởng 1.5 Mạch đo 1.6 Sai sè phÐp ®o 1.7 ChuÈn c¶m biÕn 11 1.8 §é nh¹y 12 1.9 §é tuyÕn tÝnh 13 1.10 Độ nhanh - thời gian đáp ứng 14 1.11 Giíi hạn sử dụng cảm biến .15 Ch-ơng 2: Cảm biến nhiệt độ .16 2.1 Thang nhiƯt ®é 16 2.1.1 Thang ®o nhiƯt ®é tut ®èi 16 2.1.2 Thang Celsius 16 2.1.3 Thang Fahrenheit 17 2.2 Nhiệt độ đo đ-ợc nhiệt độ cần đo 17 2.2.1 NhiƯt ®é ®o ®-ỵc 17 2.2.2 Đo nhiệt độ lòng vật r¾n 18 2.3 Cảm biến nhiệt điện trở 18 2.3.1 Độ nhạy nhiệt 18 2.3.2 Điện trở kim loại 20 2.3.3 NhiƯt ®iƯn trë 23 58 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 2.3.4 §iƯn trë Silic 26 2.4 Cảm biến cặp nhiÖt ngÉu 27 2.4.1 Đặc tr-ng chung - độ nhạy nhiệt 27 2.4.2 C¸c hiƯu øng nhiƯt ®iƯn 28 2.4.3 Ph-ơng pháp chế tạo sơ đồ đo, ph-ơng pháp đo .30 2.4.4 Các loại cặp nhiệt điện th-ờng đ-ợc sử dụng thực tế 32 2.5 Đo nhiệt độ Điot Trazito .33 2.5.1 Đặc điểm chung - độ nhạy nhiệt 33 2.5.2 Quan hệ nhiệt độ - điện áp 34 2.6 Cảm biến quang đo nhiƯt ®é .35 2.6.1 Hoả kế xạ 35 2.6.2 Ho¶ kÕ quang häc 36 2.6.3 Hoả kế quang điện 37 2.7 NhiƯt kÕ ¸p st (¸p nhiƯt kÕ) 39 2.7.1 NhiÖt kÕ ¸p suÊt khÝ .40 2.7.2 NhiƯt kÕ ¸p st chÊt láng .40 2.8 Cảm biến siêu âm nhiệt độ 41 Ch-¬ng 3: thùc nghiƯm - Khảo sát phụ thuộc điện trở vào nhiệt ®é 44 3.1 Mơc ®Ých thÝ nghiƯm 44 3.2 C¬ së lý thuyÕt 44 3.3 Giíi thiƯu dơng thÝ nghiÖm 45 3.4 Chn bÞ thÝ nghiƯm 47 3.4.1 Lắp đặt 47 3.4.2 Cài đặt phần mềm 47 3.4.3 Ch¹y ch-ơng trình 48 3.5 TiÕn hµnh thÝ nghiƯm vµ kÕt qu¶ thÝ nghiƯm 49 3.5.1 TiÕn hµnh thÝ nghiƯm 49 3.5.2 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm 49 KÕt luËn 51 Tài liệu tham khảo .52 59 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 60 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn