BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 2 ppt

http://www.ebook.edu.vn 7 (chuyển đổi ngợc), mà thờng chuyển đổi ngợc là chuyển đổi biến đổi trực tiếp nên có độ chính xác cao. Chơng 2. Chuyển đổi điện trở Bài 1. Chuyển đổi điện trở tiếp xúc 1. Nguyên lý cơ bản Chuyển đổi điện trở tiếp xúc là 1 chuyển đổi đo lờng trong đó di chuyển cơ học đợc biến thành sự thành sự đóng mở các tiếp điểm, các tiếp điểm này dùng để điều khiển mạch điện. Đại lợng chủ của chuyển đổi tiếp xúc là sự chuyển rời. Chuyển đổi tiếp xúc đơn giản nhất là chuyển đổi có 1 giới hạn và một cặp tiếp điểm nh hình vẽ trên, sự đóng mở tiếp điểm do sự di chuyển của cần đo. Hình 3.3 Chuyển đổi tiếp xúc một giới hạn Ví dụ: khi kích thớc của sản phẩm 1 thay đổi (tăng), thanh trợt 2 di chuyển làm cho phần tử tiếp xúc gắn trên thanh 3 đợc tiếp xúc với 4. Điện trở tiếp xúc của 3 và 4 thay đổi từ R tx = thành R tx 0. Khi kiểm tra kích thớc sản phẩm ngời ta thờng dùng chuyển đổi nhiều giới hạn nh hình vẽ sau: Hình 3.4 Chuyển đổi tiếp xúc nhiều giới hạn 2 L 1 3 4 R C L http://www.ebook.edu.vn 8 Tiếp điểm là bộ phận qua trọng nhất của chuyển đổi tiếp xúc, vật liệu cấu tạo và sự chế tạo cũng nh chế độ làm việc của nó sẽ quyết định đến độ chính xác, độ tin cậy và tính ổn định của chuyển đổi theo thời gian. Sai số đóng cắt của chuyển đổi này là 1 ữ 2m 2. Yêu cầu đối với mạch đo Để tránh hồ quang và tia lửa điện đảm bảo độ bền cho các tiếp điểm thì công suất trong mạch lấy tín hiệu phải nhỏ hơn 150mW. Vì vậy với các phần tử lấy tín hiệu, phần tử đo hoặc thừa hành nếu nh công suất nhỏ hơn 150mW thì có thể nối trực tiếp với chuyển đôỉ. Nếu các phần tử thừa hành công suất lớn thì ta phải nối qua mạch khuyếch đại. Bài 2. Chuyển đổi biến trở 1. Nguyên lý cơ bản Chuyển đổi biến trở là một biến trở mà con chạy của nó di chuyển tơng ứng với đại lợng không điện cần đo. Đại lợng chủ của chuyển đổi là sự di chuyển của con chạy, có thể là di chuyển dài hoặc di chuyển góc còn đại lợng ra là điện trở. Điện trở này biến thiên theo một quy luật nào đó phụ thuộc vào đờng đi của con chạy. Quan hệ giữa đại lợng ra và đại lợng vào là: R = f(X v ) 2. Độ nhạy và độ chính xác Đây là chuyển đổi bậc thang vì sự biến thiên liên tục của đại lợng vào tơng ứng với sự biến đổi bậc thang của điện trở ra. Đây là nguyên nhân gây ra sai số. Chuyển đổi biến trở chỉ có thể phát hiện ra sự biến thiên điện trở bằng điện trở của một vòng dây tơng ứng với sự di chuyển bằng khoảng cách giữa hai vòng dây kế tiếp. Ta gọi điện trở toàn phần của chuyển đổi là R, số vòng dây là w Điện trở nhỏ nhất có thể phát hiện đợc là r = w R , và R = r đợc gọi là ngỡng nhạy của chuyển đổi theo điện trở Nếu chiều dài của chuyển đổi là l thì độ di chuyển bé nhất có thể phát hiện đợc là x 0 = w l và L = x 0 đợc gọi là ngỡng nhạy của chuyển đổi theo độ dịch chuyển của con chạy lR, R x , l x Hình 3.5 Chuyển đổi biến trở http://www.ebook.edu.vn 9 Sai số rời rạc của chuyển đổi là: %100 w2 1 l2R2 lR = = = Ta nhận thấy muốn giảm sai số thì ta cần phải tăng số vòng dây w. Ngài ra chuyển đổi này còn mắc sai số phi tuyến là 0.1 ữ 0.3% và sai số nhiệt độ là 0.1% /10 0 C. Sai số phi tuyến sinh ra do khi chuyển đổi làm việc thì tiết diện của dây điện trở bị mòn khi con chạy di chuyển. 3. Mạch đo của chuyển đổi a. Mạch đo di chuyển thẳng I = l x RR U RR U 0 0x + = + R 0 : Tổng trở đầu vào của mạch lấy tín hiệu R: Điện trở của toàn bộ biến trở x: khoảng di chuyển của con chạy Dòng điện trong mạch tỷ lệ nghịch với R x, ta thấy quan hệ I = f(x) trên là phi tuyến, dòng điện không biến thiên từ 0 trở đi cho nên mạch này ít đợc sử dụng b. Mạch phân áp Ta có: vx vx x RR RR RR U I + = U x = vx vx vx vx x vx vx RR RR RR RR RR U RR RR I + + + = + Nếu R v >> R thì x v vx vx vx R R RR RR RR = + Vậy: U x = l x U l x R R U R R U RRR UR x xx x === + Quan hệ giữa U x và x là tuyến tính, U x biến thiên từ 0 đến U khi R x biến thiên từ 0 đến R (thờng R v (10 ữ 20)R) I R x U x l R 0 Hình 3.6 Mạch đo di chuyển thẳng U l R x x R v I + U x Hình 3.7 Mạch phân áp http://www.ebook.edu.vn 10 c. Mạch cầu Thiết kế sao cho khi chuyển đổi cha làm việc thì R 1 = R 2 = R 3 =R 4 =R và R v >> R, lúc đó điện áp U v = 0 và cầu cân bằng Khi chuyển đổi làm việc thì R 1 biến thiên một lợng là R. Điện áp U v là 12 12 14 32 14 32 1 24 v UR UR R R RR R UUUU RR RR RR RR R RR R R = + = + = + = ++ ++ + Chn sao cho khong di chuyn R << R cho nên: Ta có U v R R 4 U , với R R là l ợng biến thiên điện trở tơng đối khi biến trở di chuyển Ngoài ra ngời ta còn dùng mạch lôgô mét nh sau: R 1 , R 2 - điện trở của cuộn dây lôgômét. R 3 , R 4 là điện trở phụ xác định theo thông số của chuyển đổi và lôgômét. Khi R x thay đổi làm cho dòng điện I 1 và I 2 thay đổi và góc quay thay đổi T a có: x31 1 RRRR U I ++ = ; x42 2 RRR U I ++ = Vậy ++ ++ = x31 x42 RRRR RRR f 4. ứng dụng Chuyển đổi biến trở thờng dùng để đo những di chuyển thẳng kích thớc từ 2 ữ3mm hoặc các di chuyển góc. Ngoài ra chuyển đổi biến trở còn dùng để lấy các thông tin về lực, áp xuất, mức chất lỏng R 3 U R 1 R 2 R 3 R 4 R v , U v + Hình 3.8 Mạch cầu R 4 R 2 R 1 R R x U x Hình 3.9 Mạch đo lôgômét http://www.ebook.edu.vn 11 Bài 3. Chuyển đổi tenzo (điện trở lực căng) 1. Nguyên lý và cấu tạo a. Nguyên lý: Nguyên lý làm việc của chuyển đổi này dựa trên hiệu ứng tenzo, có nghĩa là sự thay đổi của điện trở dây dẫn khi dây dẫn bị biến dạng cơ học. Ta biết rằng điện trở của dây dẫn đợc tính theo công thức sau: R = S l Khi biến dạng ta có: S S l l R R + = Trong đó: l l là biến thiên tơng đối theo chiều dài dây dẫn, là sự biến thiên tơng đối theo điện trở xuất đặc trng cho sự thay đổi tính chất vật liệu của chuyển đổi, S S là sự biến thiên tơng đối theo thiết diện dây dẫn đặc trng cho sự biến thiên hình học của chuyển đổi, R R là sự biến thiên tơng đối của điện trở dây dẫn. Ta có thể viết gọn nh sau: SlR + = Mặt khác ta có: lpS K2 = , K p là hệ số poisson Và ta đặt: l m = , m là hệ số tỷ lệ Phơng trình tổng quát của chuyển đổi lplR K)mK21( =++ = K: hệ số đặc trng cho hiêu ứng tenzo của các vật liệu. Khi thiết kế và tính toán hệ số K có thể tra trong các sổ tay kỹ thuật ứng với từng loại vật liệu cụ thể hoặc nó đợc ghi ngay trên bề mặt của chuyển đổi b. Cấu tạo http://www.ebook.edu.vn 12 Chuyển đổi tenzo trong công nghiệp thờng có 3 loại là chuyển đổi tenzo dây mảnh, lá mỏng và màng mỏng. Tuy nhiên phổ biến nhất là chuyển đổi dây mảnh có cấu tạo nh hình vẽ sau: Tấm giấy mỏng loại bền 1 Dây điện trở tenzo 2 có đờng kính 0.02 ữ 0.05mm dán lên tấm giấy mỏng 1. Đầu dây của điện trở đợc nối với dây dẫn bằng đồng 3 Phía trên thờng đợc phủ bằng sơn hoặc dán một tấm giấy lên để cố định sau đó ngời ta ghi các thông số của chuyển đổi sau: R 0 : Điện trở của chuyển đổi khi cha có biến dạng I: Dòng điện cho phép K: Hệ số độ nhạy l 0 : Chiều dài tác dụng của chuyển đổi (thờng bằng 0.8 ữ 15 mm) 2. Mạch đo của chuyển đổi tenzo Các chuyển đổi tenzo thờng dùng với mạch cầu 1 chiều, xoay chiều hoặc mạch phân áp a. Mạch cầu 1 nhánh hoạt động Hình 3.11 Mạch cầu một nhánh hoạt động Trong mạch này ngời ta dùng hai chuyển đổi cùng loại đặt ở hai nhánh của cầu, trong đó 1nhánh không làm việc để bù nhiệt và do đó mạch này sẽ loại trừ đợc sai số do nhiệt độ. U R 4 R 3 U ra R 1 =R T R 2 =R T0 P 1 P 2 =0 a l 0 1 2 3 Hình 3.10 Cấu tạo của chuyển đổi tenzo dây mảnh http://www.ebook.edu.vn 13 + Khi chuyển đổi cha làm việc tức là P 1 =0. Lúc đó ta phải chế tạo và hiệu chỉnh sao cho cầu ở trạng thái cân bằng, tức là R 1 R 2 = R 3 R 4 R 1 = R T0 , R 2 =R T0 với R T0 là điện trở của chuyển đổi khi cha làm việc. + Khi P 1 0 làm cho R 1 biến thiên, tức là: R 1 = R t =R T0 (1 + RT ) Trong đó RT = 0T R R là biến thiên tơng đối của điện trở R T Quan hệ giữa điện áp ra với sự biến thiên điện trở của tenzo: [] () 3420TRT 40T4RT0T ra RRRR)1( RRR)1(R UU +++ + = Nếu đảm bảo R 3 = R 4 thì U ra 0,25UR/R T0 ; b. Mạch cầu hai nhánh biên thiên ngợc chiều nhau Mạch này có độ chính xác cao hơn, hai náh của cầu đợc dán điện trở tenzo và cùng hoạt động ngợc chiều nhau. Điện áp ra của mạch cầu tăng gấp hai lần, khả năng bù nhiệt tốt hơn, sai số do nhiệt độ bị loại trừ. RTr 2 U U = Ngoài ra còn có mạch cầu 4 nhánh, mạch này có điện áp ra tăng gấp 4 lần RTr UU = c. Mạch phân áp Mạch này thờng dùng do các biến dạng động có tần số nhỏ hơn 1000Hz. Để loại trừ thành phần 1 chiều ngời ta mắc thêm 1 tụ C P R T R 3 R 4 R 0 U r R T ' U Hình 3.12 Mạch cầu hai nhánh biến thiên ngợc nhau U R 1 R t C U ra U t Hình 3.13 Mạch phân áp http://www.ebook.edu.vn 14 Ta có: 1T T T RR UR U + = Xét khi có biến dạng (sự dao động với tần số cao) () () 1 1sin 1sin R TTo To R t UUR R Rt + = ++ , là tần số dao động của đối tợng Thông thờng R <<1 sin To R To RtR Ta có: 11 sin To To R T To To R Rt UU U RR RR =+ ++ Vì điện áp ra lấy thành phần một chiều cho nên 1 sin RTo ra To UR t U RR = + 3. Sai số và ứng dụng Chuyển đổi tenzo đợc ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật dùng để đo lực biến dạng, lực mômen, gia tốc, áp xuất. Do cấu tạo đơn giản, có kích thớc nhỏ nên các chuyển đổi tenzo đợc dùng để đo trên các chi tiết có nhiều hình dạng khác nhau của máy móc và thiết bị. Có thể dùng để đo các biến thiên nhanh nh độ chấn động. Để giảm sai số đòi hỏi phải có một công nghệ dán và vị trí dán thích hợp , lúc đó sai số có thể giảm < 5% Chơng 3. Chuyển đổi điện từ Là chuyển đổi trong đó đại lợng không điện (thờng là các di chuyển thẳng hay góc ) dẫn đến thay đổi điện cảm, hỗ cảm hoặc xuất hiện sức điện động cảm ứng ở cuộn dây. . R 1 = R 2 = R 3 =R 4 =R và R v >> R, lúc đó điện áp U v = 0 và cầu cân bằng Khi chuyển đổi làm việc thì R 1 biến thiên một lợng là R. Điện áp U v là 12 12 14 32 14 32 1 24 v UR. x31 1 RRRR U I ++ = ; x 42 2 RRR U I ++ = Vậy ++ ++ = x31 x 42 RRRR RRR f 4. ứng dụng Chuyển đổi biến trở thờng dùng để đo những di chuyển thẳng kích thớc từ 2 ữ3mm hoặc các di chuyển. sau: R 1 , R 2 - điện trở của cuộn dây lôgômét. R 3 , R 4 là điện trở phụ xác định theo thông số của chuyển đổi và lôgômét. Khi R x thay đổi làm cho dòng điện I 1 và I 2 thay đổi và