THÔNG TIN TÀI LIỆU
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC CAÀN THÔ
KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN VÀ TRUY N THÔNG
Giáo Trình
C M BI N
Chuû bieân:
Ks. Nguy n H u C
Caàn Thô, 2007
ng
M CL C
Ch
1.1
ng 1:
nh ngh a và các đ c tr ng c a c m bi n
nh ngh a c m bi n ..................................................................... 1
1.2 Phân lo i c m bi n ....................................................................... 2
1.2.1 C m bi n tích c c ....................................................................... 2
1.2.2 C m bi n th đ ng ...................................................................... 2
1.2.3 Các phân lo i khác ...................................................................... 3
1.3 Các đ c tr ng c b n c a c m bi n............................................. 3
1.3.1 Sai s c a phép đo....................................................................... 3
1.3.2
nh y ...................................................................................... 4
1.3.3
tuy n tính............................................................................... 5
1.3.4
nhanh ..................................................................................... 6
1.3.5 M t s đ c tr ng khác................................................................. 6
1.4 Gi i h n s d ng .......................................................................... 7
1.5 Nhi u và bi n pháp kh c ph c...................................................... 7
1.5.1 Các đ i l
ng nh h
ng đ n k t qu đo ................................... 7
1.5.2 Nhi u ........................................................................................... 8
1.5.3 Bi n pháp kh c ph c................................................................... 8
Ch
2.1
ng 2: Các hi u
ng v t lý
ng d ng trong c m bi n
Hi u ng c m ng đi n t ............................................................ 10
2.1.1 Thí nghi m Faraday .................................................................... 10
2.2
2.1.2
nh lu t Lenz............................................................................. 11
2.1.3
nh lu t c m ng đi n t ........................................................... 12
Hi u ng nhi t đi n....................................................................... 12
2.2.1 Hi u ng Peltier .......................................................................... 12
2.2.2 Hi u ng Thomson...................................................................... 13
2.2.3 Hi u ng Seebeck ....................................................................... 13
2.3
Hi u ng quang đi n .................................................................... 14
2.3.1 Hi u ng quang đi n ................................................................... 15
2.3.2 Hi n t
ng quang d n................................................................. 16
2.3.3 Hi n t
ng quang phát x đi n t ............................................... 17
2.4
Hi u ng quang đi n t ................................................................ 18
2.5
Hi u ng Hall ................................................................................ 18
2.5.1 Hi u ng Hall.............................................................................. 18
2.5.2
ng d ng..................................................................................... 19
2.6
Hi u ng áp đi n .......................................................................... 20
2.7
Hi u ng h a đi n ........................................................................ 21
2.8
Hi u ng Doppler.......................................................................... 21
2.8.1 Hi u ng Doppler........................................................................ 21
2.8.2
ng d ng..................................................................................... 22
Ch
3.1
ng 3: C m bi n nhi t đ
Các đ c tr ng c a nhi t đ ........................................................... 24
3.1.1 Thang nhi t đ ............................................................................ 24
ng pháp đo nhi t đ ............................................................. 25
3.2
Ph
3.3
C m bi n nhi t đi n tr ................................................................ 25
3.3.1 H s nhi t đ c a đi n tr ......................................................... 25
3.3.2
i n tr kim lo i ......................................................................... 26
3.3.3 Nhi t đi n tr .............................................................................. 28
3.3.4
3.4
i n tr silic................................................................................ 29
C p nhi t đi n............................................................................... 30
3.4.1
3.4.2 Ph
c tr ng..................................................................................... 30
ng pháp ch t o và s đ đo ............................................... 31
3.5
o nhi t đ b ng diode và transistor ............................................ 34
3.6
C m bi n nhi t đ LM35D ............................................................ 36
3.6.1
c đi m ..................................................................................... 36
3.6.2 Các m ch ng d ng..................................................................... 37
Ch
4.1
ng 4: C m bi n quang
Ánh sáng và các đ i l
ng quang h c ......................................... 40
4.1.1 Tính ch t c a ánh sáng................................................................ 40
4.1.2 Các đ n v đo quang ................................................................... 41
4.2
Ngu n sáng .................................................................................. 41
4.2.1
èn s i đ t wonfram................................................................... 41
4.2.2 Diode phát sáng........................................................................... 42
4.2.3 Laser............................................................................................ 42
4.3
C m bi n quang bán d n.............................................................. 44
4.3.1 T bào quang d n ........................................................................ 44
4.3.2 Photodiode .................................................................................. 47
4.3.3 Phototransistor ............................................................................ 54
4.3.4 Phototransistor tr
4.4
ng ng (photoFET) ..................................... 56
C m bi n quang phát x ............................................................... 57
4.4.1 V t li u ch t o ........................................................................... 57
4.4.2 T bào quang đi n chân không ................................................... 57
4.4.3 T bào quang đi n d ng khí ........................................................ 59
4.4.4 Thi t b nhân quang .................................................................... 59
Ch
5.1
ng 5: M t s
ng d ng và các d ng c m bi n khác
C m bi n bi n d ng...................................................................... 62
5.1.1 Nguyên lý chung ......................................................................... 62
5.1.2
u đo đi n tr kim lo i ............................................................. 63
5.1.3
u đo đi n tr bán d n.............................................................. 64
5.2
C m bi n siêu âm ......................................................................... 65
5.3
C m bi n khí................................................................................. 66
5.3.1 C m bi n áp đi n th ch anh ........................................................ 67
5.3.2 C m bi n xúc tác......................................................................... 68
5.4
C m bi n t .................................................................................. 68
5.4.1 C m bi n đo v trí và d ch chuy n .............................................. 69
5.4.2 C m bi n đo v n t c ................................................................... 71
5.5
C m bi n công t c ........................................................................ 72
5.5.1 Công t c l
i gà .......................................................................... 72
5.5.2 Công t c th y ngân ..................................................................... 73
5.5.3 Công t c gi i h n ........................................................................ 73
5.6
Encoder quang ............................................................................. 74
5.6.1 Encoder d ng t ng....................................................................... 75
5.6.2 Encoder chính xác....................................................................... 76
5.7
Cáp quang .................................................................................... 77
5.7.1 C u t o và tính n ng ................................................................... 77
5.7.2
5.8
M ts
ng d ng..................................................................................... 77
ng d ng c a c m bi n .................................................... 78
5.8.1 Tachometer quang hi n th t c đ quay b ng LED .................... 78
5.8.2
ng d ng c m bi n khí phát hi n khí metan .............................. 80
5.8.3 B đ c mã v ch........................................................................... 80
5.8.4
o m c ch t l u.......................................................................... 81
Giáo trình C m bi n
Ch
ng 1
NH NGH A VÀ CÁC
1.1
C TR NG C A C M BI N
nh ngh a c m bi n
Các đ i l ng c n đo m là các đ i l ng v t lý nh nhi t đ , áp su t… Khi ti n
hành đo đ i l ng m này ta nh n đ c đ i l ng đi n s t ng ng đ u ra. Vi c đo
đ c m đ c th c hi n b ng các c m bi n.
i l ng
c n đo (m)
i l ng
đi n (s)
C m bi n
Hình 1-1: Ch c n ng c a c m bi n
C m bi n đ c đ nh ngh a theo ngh a r ng là thi t b c m nh n và đáp ng v i
các tín hi u và kích thích.
C m bi n là thi t b ch u tác đ ng c a đ i l ng c n đo m không có tính ch t
đi n và t o đ u ra m t đ i l ng đi n s có th đo đ c (đi n tích, đi n áp, dòng đi n
ho c tr kháng). i l ng đi n s là hàm c a đ i l ng c n đo m:
s = F (m )
trong đó:
s–đ il
m–đ il
(1.1)
ng đ u ra ho c đáp ng c a c m bi n
ng đ u vào hay kích thích (đ i l
ng c n đo)
Bi u th c s = F (m ) bi u di n ho t đ ng c a c m bi n, đ ng th i bi u di n s
ph thu c vào c u t o, v t li u làm c m bi n, vào môi tr ng và ch đ s d ng.
s d ng bi u th c này đòi h i ph i chu n hóa c m bi n: t nh ng giá tr đã
ng
bi t chính xác c a m, đo giá tr t ng ng c a s và d ng đ ng cong chu n.
cong này cho phép xác đ nh m i giá tr c a m t s.
s
sj
si
mi
Hình 1-2:
mj
m
ng cong chu n
Thông th ng đ d s d ng ng i ta ch t o c m bi n sao cho bi n thiên đ u
ra ∆s tuy n tính v i bi n thiên đ u vào ∆m:
∆s = S .∆m
trong đó:
(1.2)
S – đ nh y c a c m bi n
M t c m bi n t t ph i có đ nh y S không đ i, ít ph thu c vào các y u t sau:
Trang 1
Giáo trình C m bi n
-
Giá tr c a đ i l
thông).
-
Th i gian s d ng (đ lão hóa).
-
nh h
ng c n đo m (đ tuy n tính) và t n s bi n đ i c a nó (d i
ng c a các đ i l
ng v t lý khác (nhi u) c a môi tr
ng xung quanh.
Trong mô hình m ch đi n, ta có th coi c m bi n nh m t m ch hai c a. Trong
đó c a vào là bi n tr ng thái c n đo x và c a ra là đáp ng y c a b c m bi n v i kích
thích đ u vào x. Ph ng trình quan h : y = f(x) th ng r t ph c t p.
1.2 Phân lo i c m bi n
C m bi n là m t ph n t c a m ch đi n, do đó ta có th coi c m bi n:
-
Là m t máy phát, trong đó đáp ng ngõ ra c a c m bi n là đi n tích, đi n áp
hay dòng đi n, ta g i là c m bi n tích c c.
- Là m t tr kháng, trong đó đáp ng ngõ ra c a c m bi n là đi n tr , đ t c m
ho c đi n dung, ta g i là c m bi n th đ ng.
1.2.1 C m bi n tích c c
V m t nguyên lý, c m bi n tích c c th ng d a trên hi u ng v t lý bi n đ i
m t d ng n ng l ng nào đó (nhi t, c , b c x ,…) thành n ng l ng đi n. Nh ng hi u
ng đ c ng d ng trong c m bi n tích c c đ c trình bày trong Ch ng 2.
1.2.2 C m bi n th đ ng
C m bi n th đ ng th ng đ c ch t o t nh ng tr kháng có các thông s
nh y v i đ i l ng c n đo. Giá tr c a tr kháng ph thu c vào kích th c hình h c,
tính ch t đi n c a v t li u nh đi n tr su t ρ, đ t th m µ, h ng s đi n môi ε. Do
đó, giá tr tr kháng b thay đ i khi đ i l ng c n đo tác đ ng nh h ng đ n kích
th c hình h c và tính ch t đi n c a v t li u.
Kích th c hình h c c a tr kháng thay đ i n u c m bi n có ph n t chuy n
đ ng ho c ph n t bi n d ng:
- C m bi n ch a ph n t chuy n đ ng, m i v trí c a ph n t t ng ng v i m t
giá tr tr kháng. Cho nên, đo tr kháng s xác đ nh đ c v trí đ i t ng. ây là
nguyên lý c a các lo i c m bi n v trí ho c d ch chuy n.
- C m bi n ch a ph n t bi n d ng. S thay đ i tr kháng do bi n d ng gây nên
b i l c ho c các đ i l ng c n đo tác đ ng tr c ti p ho c gián ti p lên c u trúc c m
bi n.
Tính ch t đi n ph thu c vào b n ch t các v t li u, có th nh y v i m t ho c
hi u đ i l ng v t lý nh nhi t đ , đ chi u sáng, áp su t, đ m.
S thay đ i c a tr kháng d i tác d ng c a đ i l ng c n đo ch có th xác
đ nh đ c khi c m bi n là m t thành ph n trong m ch đi n. Tùy tr ng h p c th mà
ta ch n m ch đo thích h p v i c m bi n.
Trang 2
Giáo trình C m bi n
i l ng c n đo
Nhi t đ
c tr ng nh y c m
i n tr su t, ρ
B c x ánh sáng
i n tr su t, ρ
Bi n d ng
V trí
m
M c ch t l u
Lo i v t li u s d ng
Kim lo i: Pt, Ni, Cu
Bán d n
Th y tinh
Bán d n
H p kim Ni, Si pha t p
H p kim s t t
V t li u t đi n tr : Bi, InSb
LiCl
Al2O3, polyme
Ch t l u cách đi n
i n tr su t, ρ
t th m, µ
i n tr su t, ρ
i n tr su t, ρ
H ng s đi n môi, ε
H ng s đi n môi, ε
B ng 1.1 -
1.2.3 Các phân lo i khác
a. Phân lo i theo nguyên lý chuy n đ i gi a đáp ng và kích thích
-
V t lý: nhi t đi n, quang đi n, đi n t , t đi n…
-
Hóa h c: hóa đi n, ph …
-
Sinh h c: sinh đi n…
b. Phân lo i theo d ng kích thích: âm thanh, đi n, t , quang, nhi t, l c…
c. Phân lo i theo đ c tr ng: đ nh y, đ chính xác, đ phân gi i, đ tuy n tính…
d. Phân lo i theo ph m vi s d ng: công nghi p, nghiên c u khoa h c, môi
tr ng, thông tin, nông nghi p…
1.3 Các đ c tr ng c b n c a c m bi n
1.3.1 Sai s c a phép đo
K t qu c a m i phép đo đ u ch a đ ng sai s . Giá tr th c c a đ i l ng đo
cho bi t s kích thích tác đ ng lên c m bi n, nh ng ta ch có đ c đáp ng c a h đo,
g i là giá tr đo. Hi u s gi a giá tr th c và giá tr đo đ c là sai s c a phép đo.
N u g i ∆x là sai s tuy t đ i, thì sai s t
δ% =
ng đ i c a c m bi n là:
∆x
.100%
x
(1.3)
Sai s c a phép đo ch có th đánh giá m t cách c l ng b i vì không th bi t
đ c giá tr th c c a đ i l ng đo. Ng i ta th ng phân sai s làm hai lo i, sai s h
th ng và sai s ng u nhiên.
a. Sai s h th ng:
Gi s ta đo m t đ i l ng đã bi t tr c giá tr th c. N u nh giá tr trung bình
c a các giá tr đo luôn l ch giá tr th c không ph thu c vào s l n đo thì ta nói có sai
s h th ng.
Sai s h th ng có th không đ i ho c thay đ i ch m theo th i gian đo, xu t
hi n đ l ch không đ i gi a giá tr th c và giá tr đo.
Sai s h th ng th ng do hi u bi t sai ho c không đ y đ v h đo hay đi u
ki n s d ng không t t. M t s nguyên nhân th ng g p:
Trang 3
Giáo trình C m bi n
-
Sai s do giá tr đ i l
ng chu n không đúng.
-
Sai s do đ c tính c a c m bi n (đ nh y ho c đ
-
Sai s do đi u ki n s d ng và ch đ s d ng.
-
Sai s do x lý k t qu đo.
ng cong chu n).
b. Sai s ng u nhiên
Sai s ng u nhiên có biên đ và d u không xác đ nh. Có th d đoán đ c
nguyên nhân sai s ng u nhiên nh ng không th bi t tr c đ l n c a chúng. M t s
nguyên nhân d n đ n sai s ng u nhiên:
- Sai s do tính không xác đ nh c a đ c tr ng thi t b : tính linh đ ng c a thi t b ,
đ c sai s li u, sai s tr do m ch đo ch a ph n t có đ tr .
- Sai s do tín hi u nhi u ng u nhiên: gây kích thích nhi t các h t d n trong linh
ki n, c m ng ký sinh do b c x đi n t , đi n áp ngu n t ng gi m.
-
Sai s do các đ i l
ng nh h
ng.
Có th gi m đ l n c a sai s ng u nhiên b ng m t s bi n pháp th c nghi m:
b o v m ch đo b ng cách n đ nh nhi t đ và đ m môi tr ng đo, dùng giá đ
ch ng rung, s d ng các b đi u ch nh đi n áp ngu n t đ ng, các b ADC có đ phân
gi i thích h p, che ch n, n i đ t các thi t b đi n, s d ng các b l c tín hi u…
1.3.2
a.
nh y
nh ngh a
nh y S xung quanh m t giá tr đ i l ng đo không đ i mi đ c xác đ nh b i
t s gi a bi n thiên ∆s c a đ i l ng đ u ra và bi n thiên t ng ng ∆m c a đ i
l ng đ u vào:
⎛ ∆s ⎞
S =⎜
⎟
⎝ ∆m ⎠ m = m
(1.4)
i
n v đo đ nh y ph thu c vào nguyên lý c a c m bi n và các đ i l ng liên
quan. Thí d : Ω/°C, µV/°C. Tr s đ nh y có th ph thu c vào v t li u, kích th c
hay ki u l p ráp.
Giá tr c a đ nh y S t ng ng v i nh ng đi u ki n làm vi c c a c m bi n
th ng do nhà s n xu t cung c p. D a vào đó có th đánh giá đ c đ l n c a đ i
l ng đ u ra và đ l n c a bi n thiên c a đ i l ng đo. Cho phép l a ch n các c m
bi n phù h p th a mãn các đi u ki n đ t ra.
nh y có th là hàm c a các thông s b sung có nh h ng đ n đáp ng c a
c m bi n (đi n áp, t n s ngu n nuôi, nhi t đ môi tr ng, t n s bi n thiên c a đ i
l ng đo. Thí d , đ nh y c a bi n th vi sai có đáp ng t l v i biên đ đi n áp
ngu n E:
⎛ ∆s ⎞
S (E ) = S1 .E = ⎜
⎟
⎝ ∆m ⎠ m = m
(1.5)
i
có ngh a là:
S1 =
1 ⎛ ∆s ⎞
.⎜
⎟
E ⎝ ∆m ⎠ m = m
(1.6)
i
Trang 4
Giáo trình C m bi n
b.
nh y t nh
c tr ng t nh c a c m bi n là đ th bi u di n các giá tr si c a đ i l ng đi n
t ng ng v i các giá tr không đ i mi c a đ i l ng đo khi đ i l ng này đ t ch đ
làm vi c danh đ nh. i m làm vi c Qi là đ c tr ng t nh t ng ng v i các giá tr mi, si.
nh y t nh đi m làm vi c Qi là t s gi a ∆s và ∆m t ng ng. Nh v y,
đ nh y t nh là đ d c c a đ c tr ng t nh đi m làm vi c. N u đ c tr ng t nh không
tuy n tính thì đ nh y t nh ph thu c vào đi m làm vi c.
nh y đ ng
c.
Khi đ i l ng đo là hàm tu n hoàn theo th i gian thì đ i l
làm vi c danh đ nh c ng là hàm tu n hoàn theo th i gian.
Gi s đ i l
trong đó:
ng đo m có d ng:
ng đ u ra
m(t ) = m0 + m1 cos ωt
(1.7)
m0 – giá tr không đ i
m1 – biên đ đ i l
f =
ng đo
ω
- t n s bi n thiên c a đ i l
2π
ng đo
áp ng s có d ng: s (t ) = s 0 + m1 cos(ωt + ϕ )
trong đó:
ch đ
s0 – giá tr không đ i ng v i m0 t i đi m Q0 trên đ
ch đ t nh
(1.8)
ng cong chu n
s1 – biên đ đ u ra
ϕ - đ l ch pha gi a đ u vào và đ u ra
Lúc này, đ nh y đ ng đ
c xác đ nh b ng t s gi a bi n thiên c a s và m:
⎛s ⎞
S = ⎜⎜ 1 ⎟⎟
⎝ m1 ⎠ Q
(1.9)
0
D a vào đ nh y đ ng cho phép xác đ nh đ c tính t n s c a c m bi n.
1.3.3
tuy n tính
a. Tuy n tính
M t c m bi n đ c g i là tuy n tính n u trong m t d i đo xác đ nh đ nh y
không ph thu c vào giá tr c a đ i l ng đo. N u c m bi n không tuy n tính, ta có
th b sung vào m ch đo các thi t b hi u ch nh (tuy n tính hóa), làm cho tín hi u đi n
t l v i s thay đ i c a đ i l ng đo.
b.
ng th ng t t nh t
B ng th c nghi m, ng i ta nh n đ c m t lo t các đi m t ng ng si, mi.
Trong các tr ng h p c m bi n là tuy n tính v m t lý thuy t nh ng các đi m này
c ng không n m trên m t đ ng th ng. Nguyên nhân là do có s không chính xác
trong khi đo và nh ng sai l ch trong quá trình ch t o c m bi n. Tuy nhiên, t các
đi m th c nghi m có th xây d ng đ c đ ng th ng bi u di n s tuy n tính c a c m
bi n.
ng th ng này g i là đ ng th ng t t nh t, có bi u th c:
Trang 5
Giáo trình C m bi n
s = am + b
trong đó:
a=
(1.10)
N .∑ si .mi − ∑ si .∑ mi
N .∑ mi2 − (∑ mi )
2
∑ s .∑ m − ∑ s .m ∑ m
b=
N .∑ m − (∑ m )
i
2
i
i
2
i
i
i
2
i
v i N là s đi m th c nghi m
c.
l ch tuy n tính
l ch tuy n tính là đ l ch c c đ i gi a đ ng cong chu n và đ ng th ng
t t nh t (tính b ng %) trong d i đo.
l ch tuy n tính cho phép đánh giá đ tuy n tính
c a đ ng cong chu n.
1.3.4
a.
nhanh
nhanh
nhanh tr là kho ng th i gian t khi đ i l ng đo thay đ i đ t ng t đ n khi
bi n thiên c a đ i l ng đ u ra s c a c m bi n khác giá tr cu i cùng c a nó m t l ng
ε%.
nhanh cho phép đánh giá đ i l
s bi n thiên đ i l ng đo hay không.
ng đ u ra có đáp ng k p v th i gian v i
b. Th i gian đáp ng
Th i gian đáp ng dùng đ xác đ nh giá tr c a đ nhanh. C m bi n càng nhanh
thì th i gian đáp ng càng nh . Th i gian đáp ng t ng ng kho ng th i gian đ i ch
sau khi có bi n thiên c a đ i l ng đo đ có giá tr s ngõ ra v i đ chính xác ε%.
- Trong tr ng h p s thay đ i c a đ i l ng đo có d ng b c thang d n đ n s
t ng lên c a đ i l ng đ u ra, kho ng th i gian tr khi t ng lên, tdm, là th i gian c n
thi t đ đ i l ng đ u ra s t ng t giá tr ban đ u c a nó đ n 10% c a bi n thiên t ng
c ng c a đ i l ng này và kho ng th i gian t ng tm là th i gian c n thi t đ đ i l ng
đ u ra s t ng t 10% đ n 90% c a bi n thiên t ng c ng c a nó.
- Trong tr ng h p s thay đ i c a đ i l ng đo có d ng b c thang d n đ n s
gi m xu ng c a đ i l ng đ u ra, kho ng th i gian tr khi gi m xu ng, tdc, là th i gian
c n thi t đ đ i l ng đ u ra s gi m t giá tr ban đ u c a nó đ n 10% c a bi n thiên
t ng c ng c a đ i l ng này và kho ng th i gian gi m xu ng tc là th i gian c n thi t
đ đ i l ng đ u ra s gi m t 10% đ n 90% c a bi n thiên t ng c ng c a nó.
Thông qua các thông s tr, tdm, tm, tdc, tc có th đánh giá v th i gian đáp ng c a
m t c m bi n.
1.3.5 M t s đ c tr ng khác
a. Dãy đ ng
Dãy đ ng là kho ng giá tr c a đ i l ng đo mà c m bi n có th đáp ng.
Nh ng giá tr v t ngoài dãy này s t o ra nh ng đáp ng không chính xác.
b.
đ il
phân gi i
phân gi i c m bi n đ c hi u là kh n ng phát hi n s thay đ i giá tr c a
ng đo nh nh t theo th i gian.
Trang 6
Giáo trình C m bi n
c. B ng thông
T t c c m bi n đ u có gi i h n th i gian đáp ng đ i v i s bi n thiên c a đ i
l ng đo. M t s lo i c m bi n có th i gian đáp ng t t d n, t c là kho ng th i gian
đáp ng gi m d n thay đ i theo đ i l ng đo.
1.4 Gi i h n s
d ng
Trong quá trình s d ng, c m bi n luôn ch u tác đ ng c a ng l c c khí ho c
nhi t. N u các ng l c này v t quá ng ng cho phép s làm thay đ i các đ c tr ng
c a c m bi n.
a. Vùng làm vi c danh đ nh
Vùng này t ng ng v i các đi u ki n bình th ng c a c m bi n. Biên c a
vùng là các giá tr ng ng mà các đ i l ng đo, các đ i l ng v t lý có liên quan đ n
đ i l ng đo ho c các đ i l ng nh h ng có th đ t t i mà không làm thay đ i các
đ c tr ng c a c m bi n.
b. Vùng không gây nên h h ng
Khi các giá tr c a đ i l ng đo ho c các đ i l ng có liên quan và các đ i
l ng nh h ng v t quá ng ng c a vùng làm vi c danh đ nh nh ng v n còn trong
ph m vi c a vùng không gây nên h h ng, các đ c tr ng c a c m bi n có nguy c b
thay đ i nh ng nh ng thay đ i này có tính ch t thu n ngh ch, t c là khi tr v vùng
danh đ nh thì các đ c tr ng c a c m bi n c ng s tìm l i đ c giá tr ban đ u c a
chúng.
c. Vùng không phá h y
Khi các giá tr c a đ i l ng đo ho c các đ i l ng có liên quan và các đ i
l ng nh h ng v t quá ng ng c a vùng không gây nên h h ng nh ng v n còn
trong ph m vi c a vùng không phá h y, các đ c tr ng c a c m bi n b thay đ i, và s
thay đ i này không thu n ngh ch, t c là khi tr v vùng danh đ nh các đ c tr ng c a
c m bi n c ng s không tìm l i đ c giá tr ban đ u c a chúng. Trong tr ng h p nh
v y, mu n ti p t c s d ng c m bi n c n ph i ti n hành chu n l i.
d. D i đo
D i đo c a c m bi n đ c xác đ nh b ng các giá tr gi i h n c a vùng đ i l ng
đo mà trong vùng đó ho t đ ng c a c m bi n đáp ng các yêu c u đ ra. Thông
th ng d i đo trùng v i vùng làm vi c danh đ nh. Tuy nhiên, tùy theo các ch tiêu mà
trong m t s tr ng h p d i đo có th r ng ho c h p h n vùng làm vi c danh đ nh.
1.5 Nhi u và bi n pháp kh c ph c
1.5.1 Các đ i l
ng nh h
ng đ n tín hi u đo
Trên th c t , ngoài đ i l ng c n đo còn có nhi u đ i l ng v t lý khác có th
tác đ ng đ n c m bi n nh h ng đ n tín hi u đo. Nh ng đ i l ng này g i là đ i
l ng nh h ng ho c đ i l ng gây nhi u. Ch ng h n:
-
Nhi t đ làm thay đ i các đ c tr ng đi n, c và kích th
c c a c m bi n
- Áp su t, gia t c, dao đ ng (rung) có th gây bi n d ng và ng su t trong m t s
ph n t c a c m bi n
Trang 7
Giáo trình C m bi n
-
m làm thay đ i tính ch t đi n c a v t li u
- T tr ng gây nên su t đi n đ ng c m ng ch ng lên tín hi u c n đo, làm thay
đ i tính ch t đi n v t li u c u thành c m bi n.
l
N u g i các đ i l ng nh h ng là g1, g2,… thì bi u th c quan h gi a đ i
ng đi n đ u ra s và đ i l ng c n đo m đ c vi t l i:
s = F (m, g 1 , g 2 ,...)
(1.11)
1.5.2 Nhi u
Nhi u xu t hi n ngõ ra c m bi n, bao g m nhi u do c m bi n sinh ra và nhi u
do s dao đ ng c a tín hi u kích thích. Nhi u làm gi i h n kh n ng ho t đ ng c a
c m bi n. Nhi u đ c phân b qua ph t n s .
Ta có th phân nhi u thành 2 lo i:
-
Nhi u n i t i do s không hoàn thi n trong vi c thi t k , công ngh ch t o, v t
li u c m bi n,… đáp ng có th b méo so v i d ng lý t ng.
-
Nhi u do truy n d n.
1.5.3 Bi n pháp kh c ph c
có đ
pháp sau đây:
c giá tr c n đo m chính xác c n ph i áp d ng m t trong nh ng bi n
- Gi m nh h ng c a các đ i l ng gây nhi u đ n m c th p nh t b ng các bi n
pháp nh cách đi n, ch ng rung, ch ng t tr ng…
n đ nh các đ i l ng nh h ng nh ng giá tr bi t tr
trong nh ng đi u ki n đó ( n nhi t, n áp).
-
S d ng các s đ ghép n i bù tr
nh h
ng c a các đ i l
Nhi u không th lo i tr mà ch có th phòng ng a.
kh c ph c nhi u đòi h i nhi u bi n pháp t ng h p.
c và chu n c m bi n
ng gây nhi u.
làm gi m nh h
ng và
ch ng nhi u ta th ng dùng k thu t vi sai ph i h p c m bi n đôi, trong đó
tín hi u ra là hi u c a hai tín hi u ra c a t ng b c m bi n. M t b đ c g i là c m
bi n chính, b kia là c m bi n chu n đ c đ t trong màn ch n.
Hình 1-3: S đ k thu t vi sai
gi m nhi u đ
ng truy n ta có th s d ng các bi n pháp sau:
-
Cách ly ngu n nuôi, dùng màn ch n, n i đ t, l c ngu n.
-
B trí các linh ki n h p lý, không đ dây cao áp g n đ u vào c m bi n.
-
S d ng cáp ít nhi u.
Trang 8
Giáo trình C m bi n
Câu h i ôn t p
1. Phát bi u nào d i đây là sai
a. C m bi n là thi t b c m nh n và đáp ng v i tín hi u và kích thích.
b. C m bi n là m t m ch hai c a trong mô hình m ch đi n.
c. C m bi n đóng vai trò c m nh n, đo đ c các thông s h th ng đi u khi n t
đ ng.
d. áp ng c m bi n ch ph thu c vào tín hi u kích thích.
2. C m bi n quang là c m bi n đ c phân lo i theo:
a. Nguyên lý chuy n đ i gi a đáp ng và kích thích.
b. Ph m vi s d ng.
c. Thông s mô hình thay th .
d. D ng kích thích.
3. Th nào là sai s h th ng và sai s ng u nhiên? Nêu m t s nguyên nhân d n đ n
sai s c m bi n.
4.
nh y c a c m bi n đ
c xác đ nh nh th nào?
Trang 9
Giáo trình C m bi n
Ch
ng 2
CÁC HI U
2.1 Hi n t
NG V T LÝ
NG D NG TRONG C M BI N
ng c m ng đi n t
N m 1831, Faraday th c hi n thí nghi m ch ng minh r ng t tr ng có th sinh
ra dòng đi n. Khi cho t thông qua m t m ch kín thay đ i thì trong m ch xu t hi n
m t dòng đi n. Dòng đi n đó đ c g i là dòng đi n c m ng. Hi n t ng này đ c
g i là hi n t ng c m ng đi n t .
Hình 2-1 : Michael Faraday (1791 – 1867)
2.1.1 Thí nghi m Faraday
L y m t ng dây đi n (g m nhi u vòng dây) m c n i ti p nó v i m t đi n k G
thành m t m ch kín. Phía trên ng dây ta đ t m t thanh nam châm có hai c c b c (N)
và nam (S). Khi di chuy n thanh nam châm vào trong ng dây, kim c a đi n k b l ch
đi, đi u đó ch ng t trong ng dây xu t hi n m t dòng đi n, đó là dòng đi n c m ng
Ic.
Ic
Ic
Hình 2-2 : Thí nghi m Faraday
-
N u rút thanh nam châm ra, dòng đi n c m ng có chi u ng
-
Di chuy n thanh nam châm càng nhanh, c
l n.
c l i.
ng đ dòng đi n c m ng Ic càng
Trang 10
Giáo trình C m bi n
-
Gi thanh nam châm đ ng yên so v i ng dây, dòng đi n c m ng s b ng
không.
-
N u thay nam châm b ng m t ng dây có dòng đi n ch y qua, r i ti n hành các
thí nghi m nh trên, ta c ng có nh ng k t qu t ng t .
T thí nghi m, Faraday rút ra k t lu n nh sau:
-
T thông g i qua m ch kín bi n đ i theo th i gian là nguyên nhân sinh ra dòng
đi n c m ng trong m ch đó.
-
Dòng đi n c m ng ch t n t i trong th i gian t thông g i qua m ch kín bi n
đ i.
-
C
-
Chi u c a dòng đi n c m ng ph thu c vào s t ng hay gi m c a t thông g i
qua m ch.
2.1.2
ng đ dòng đi n c m ng t l thu n v i t c đ bi n đ i c a t thông.
nh lu t Lenz
Ð ng th i v i Faraday, nhà v t lý ng i
c, Lenz c ng nghiên c u hi n t ng
c m ng đi n t và đã đ a đ nh lu t t ng quát vào n m 1833 giúp ta xác đ nh chi u
c a dòng đi n c m ng, g i là đ nh lu t Lenz.
Hình 2-3 : Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804 – 1865)
tr
nh lu t phát bi u nh sau: Dòng đi n c m ng ph i có chi u sao cho t
ng do nó sinh ra có tác d ng ch ng l i nguyên nhân sinh ra nó
Có ngh a là khi t thông qua m ch t ng lên, t tr ng c m ng sinh ra có tác
d ng ch ng l i s t ng c a t thông: t tr ng c m ng s ng c chi u v i t tr ng
ngoài. N u t thông qua m ch gi m, t tr ng c m ng (do dòng đi n c m ng sinh ra
nó) có tác d ng ch ng l i s gi m c a t thông, lúc đó t tr ng c m ng s cùng
chi u v i t tr ng ngoài.
D a vào đ nh lu t Lenz đ xác đ nh chi u c a dòng đi n c m ng trong thí
nghi m Faraday. Khi c c B c c a thanh nam châm di chuy n vào trong lòng ng dây
làm cho t thông g i qua ng dây t ng lên. Theo đ nh lu t Lenz, dòng đi n c m ng
ph i sinh ra t tr ng ng c chi u v i t tr ng c a thanh nam châm đ t thông ΦB
sinh ra có tác d ng làm gi m s t ng c a là nguyên nhân sinh ra nó. Mu n v y dòng
đi n c m ng ph i có chi u nh trên hình 2-2.
B ng l p lu n ta nh n th y n u d ch chuy n c c B c c a thanh nam châm ra xa
ng dây, dòng đi n c m ng xu t hi n trong m ch s có chi u ng c l i.
Trang 11
Giáo trình C m bi n
Nh v y, theo đ nh lu t Lenz, dòng đi n c m ng bao gi c ng có tác d ng
ch ng l i s d ch chuy n c a thanh nam châm. Do đó, đ d ch chuy n thanh nam
châm, ta ph i t n công. Chính công mà ta t n đ c bi n thành đi n n ng c a dòng
đi n c m ng.
2.1.3
nh lu t c m ng đi n t
Khi có s bi n thiên t thông qua di n tích gi i h n b i m t m ch đi n kín thì
trong m ch su t hi n dòng đi n c m ng. Chi u dòng đi n c m ng tuân theo đ nh lu t
Lenz, t c là có chi u sau cho sinh ra t tr ng ch ng l i s bi n thiên c a t thông qua
m ch.
S xu t hi n dòng đi n c m ng ch ng t trong m ch có m t su t đi n đ ng,
g i là su t đi n đ ng c m ng. Su t đi n đ ng c m ng có đ l n b ng v i t c đ bi n
thiên c a t thông g i qua di n tích m ch đi n nh ng trái d u:
e=−
dΦ B
dt
( 2.1 )
Trong đó:
dΦB – bi n thiên t thông qua m ch kín
Hi u ng c m ng đi n t đ c ng d ng đ xác đ nh t c đ chuy n đ ng c a
v t thông qua vi c đo s c đi n đ ng c m ng.
2.2 Hi u
ng nhi t đi n
2.2.1 Hi u ng Peltier
L p ti p xúc gi a hai dây d n A và B khác nhau v b n ch t nh ng cùng m t
nhi t đ t n t i m t hi u đi n th ti p xúc. Hi u đi n th này ch ph thu c vào b n
ch t c a v t d n và nhi t đ , g i là su t đi n đ ng Peltier.
PAT/ B = VM − VN
( 2.2 )
Trong đó:
VM, VN – đi n áp t i các đi m M và N trên các dây d n A và B t
ng ng.
nh lu t Volta:
Phát bi u: Trong m t chu i cách nhi t đ
nhau, t ng su t đi n đ ng Peltier b ng 0.
A (T)
M
N
c c u thành t nh ng v t d n khác
(T) B
PAT/ B
Hình 2-4 : Hi u ng Peltier –
nh lu t Volta
Trang 12
Giáo trình C m bi n
Thí d , trong m t chu i b n v t d n A B C D m c n i ti p, t ng su t đi n đ ng
s b ng không.
PAT/ B + PBT/ C + PCT/ D + PDT / A = 0
Bi u th c có th đ
c vi t l i:
Vì: PAT/ D = − PDT / A
⇒
PAT/ B + PBT/ C + PCT/ D = − PDT / A
PAT/ B + PBT/ C + PCT/ D = PAT/ D
K t lu n, khi hai v t d n A và D đ c phân cách b i các v t d n trung gian và
toàn h đ ng nhi t thì hi u đi n th gi a hai v t d n A và D đ u mút b ng hi u đi n
th n u chúng ti p xúc tr c ti p v i nhau.
2.2.2 Hi u ng Thomson
Trong m t v t d n đ ng ch t A, gi a hai đi m M và N có nhi t đ khác nhau s
sinh ra m t su t đi n đ ng ph thu c vào b n ch t c a v t d n và nhi t đ TM, TN c a
hai đi m đó. Su t đi n đ ng Thomson là hàm c a nhi t đ .
TM
E AT
M TN
= ∫ hA dT
( 2.3 )
TN
Trong đó:
hA – h s Thomson ph thu c vào b n ch t c a v t d n A.
nh lu t Magnus:
Phát bi u: N u hai đ u ngoài c a m t m ch ch g m m t v t d n duy nh t và
đ ng ch t đ c duy trì cùng m t nhi t đ thì su t đi n đ ng Thomson b ng không.
Hình 2-5 : Hi u ng Thomson
2.2.3 Hi u ng Seebeck
Xét m t m ch kín đ c t o thành t hai v t d n A B và hai đi m n i đ c gi
nhi t đ T1 và T2, khi đó m ch t o thành m t c p nhi t đi n. C p nhi t đi n này gây
nên m t su t đi n đ ng là t ng h p tác đ ng c a hai hi u ng Peltier và Thomson.
Su t đi n đ ng đó g i là su t đi n đ ng Seebeck.
Hình 2-6 : Thomas Johann Seebeck (1770 – 1831) và Hi u ng Seebeck
Trang 13
Giáo trình C m bi n
Su t đi n đ ng các thành ph n là:
T2
eab = ∫ hA dT ;
T1
ecd = ∫ hB dT ;
ebc = PAT/ B ;
2
T1
eda = PBT/ A
1
T2
Su t đi n đ ng Seebeck b ng t ng các su t đi n đ ng thành ph n:
E
T2T1
A/ B
=P
T2
A/ B
−P
T2
T1
A/ B
+ ∫ (hA − hB )dT
( 2.4 )
T1
Các hi u ng nhi t đi n th
nhi t đ c a m t v t.
2.3 Hi u
ng đ
c ng d ng đ ch t o c p nhi t đi n đ đo
ng quang đi n
Hi u ng quang đi n là hi n t ng gi i phóng các hat d n đi n t do trong v t
li u d i tác d ng c a b c x ánh sáng. Do Antoine Henri Becquerel phát hi n n m
1839. N m 1905 Albert Einstein ch ng minh đ c hi n t ng quan đi n x y ra do s
h p th photon c a ánh sáng.
a)
b)
Hình 2-7 : a) - Antoine Henri Becquerel (1850 – 1908)
b) - Albert Einstein (1879 – 1955)
nh lu t quang đi n:
c, thì t c đ gi i
-
i v i m t v t li u kim lo i và t n s b c x t i bi t tr
phóng quang đi n t t l thu n v i c ng đ ánh sáng t i.
-
i v i m t v t li u kim lo i bi t tr c, s t n t i m t t n s t i thi u c a b c
x t i mà n u nh h n nó thì không có quang đi n t nào có th đ c gi i
phóng. T n s này đ c g i là t n s ng ng.
-
Khi t n s b c x t i l n h n t n s ng ng, thì đ ng n ng c c đ i c a các
quang đi n t đ c gi i phóng không ph thu c vào c ng đ mà ph thu c
vào t n s c a ánh sáng t i.
-
Th i gian đ b c x chi u t i và gi i phóng m t quang đi n t r t nh , nh h n
10-9s.
Khi b m t c a m t t m kim lo i đ c chi u b i b c x đi n t có t n s l n
h n m t t n s ng ng (t n s ng ng này là giá tr đ c tr ng cho v t ch t làm nên
Trang 14
Giáo trình C m bi n
t m kim lo i này), các đi n t s h p th n ng l
đi n (g i là dòng quang đi n).
ng t các photon và sinh ra dòng
Khi các đi n t b b t ra kh i b m t c a t m kim lo i, ta có hi u ng quang
đi n ngoài (external photoelectric effect). Các đi n t không th phát ra n u t n s c a
b c x nh h n t n s ng ng b i đi n t không đ c cung c p đ n ng l ng c n
thi t đ v t ra kh i rào th (g i là công thoát).
i n t phát x ra d
i tác d ng c a b c x đi n t đ
c g i là quang đi n t .
m t s ch t khác, khi đ c chi u sáng v i t n s v t trên t n s ng ng, các
đi n t không b t ra kh i b m t, mà thoát ra kh i liên k t v i nguyên t , tr thành
đi n t t do (đi n t d n) chuy n đ ng trong lòng c a kh i v t d n, và ta có hiêu ng
quang đi n trong (internal photoelectric effect). Hi u ng này d n đ n s thay đ i v
tính ch t d n đi n c a v t d n, do đó, ng i ta còn g i hi u ng này là hi u ng quang
d n.
2.3.1 Hi u ng quang đi n
Trong v t ch t, các đi n t trong nguyên t có xu h ng đ c gi i phóng kh i
nguyên t đ tr thành đi n t t do.
gi i phóng đi n t kh i nguyên t c n ph i
cung c p cho nó m t n ng l ng l n h n n ng l ng liên k t Wl.
Nh v y, m t đi n t đ
c gi i phóng n u nó h p th m t photon có Wφ ≥ Wl.
B c sóng l n nh t c a ánh sáng có th gây nên hi n t
g i là b c sóng ng ng:
λs =
hay
hc
Wl
λ s (µm ) =
ng gi i phóng đi n t
( 2.5 )
1,237
Wl
( 2.6 )
Hi n t ng gi i phóng h t d n d i tác d ng c a ánh sáng gây nên s thay đ i
tính ch t đi n c a v t li u g i là hi u ng quang đi n. ây là nguyên lý c b n c a các
c m bi n quang.
đ
Lo i đi n tích đ
c chi u sáng:
c gi i phóng do chi u sáng ph thu c vào b n ch t c a v t li u
- Khi chi u sáng vào ch t đi n môi ho c bán d n tinh khi t, các đi n tích đ
gi i phóng là c p đi n t - l tr ng.
c
- Khi chi u sáng vào ch t bán d n pha t p s gi i phóng đi n t (ch t bán d n
lo i N) ho c l tr ng (ch t bán d n lo i N).
Khi chi u sáng vào v t li u b ng ánh sáng có b c sóng λ ≤ λs thì không ph i
t t c các photon chi u xu ng b m t đ u tham gia gi i phóng h t d n, m t s b ph n
x t b m t, m t s s chuy n n ng l ng c a chúng thành nhi t n ng.
su t Φ:
-
i v i v t li u có h s ph n x R, b chi u sáng b i ánh sáng đ n s c có công
S photon chi u t i trong m t giây:
ns =
Φ λΦ
=
hγ
hc
( 2.7 )
Trang 15
Giáo trình C m bi n
-
S photon b h p th trong m t giây:
na = (1 − R )ns = (1 − R )
S h t d n đi n đ
-
λΦ
( 2.8 )
hc
c gi i phóng trong m t giây:
G = η .na = η (1 − R )
λΦ
( 2.9 )
hc
Trong đó:
η - hi u su t l
2.3.2 Hi n t
ng t : s h t d n đ
c gi i phóng khi h p th m t photon
ng quang d n
Hi n t ng quang d n là hi n t ng gi i phóng h t d n đi n bên trong v t li u
d i tác d ng c a ánh sáng (hi u ng quang đi n n i), làm t ng đ d n đi n c a v t
li u. ây là c s v t lý c a t bào quan d n.
Xét m t b n bán d n ph ng th tích V = A.L pha t p lo i n v i n ng đ ch t
pha Nd có m c n ng l ng d i vùng d n m t kho ng Wd.
chi u sáng
V
Ip
A
L
vùng d n
Wd
vùng hóa tr
Hình 2-8 : S chuy n m c n ng l
a.
ng c a đi n t d
i tác d ng c a ánh sáng
i u ki n trong t i, nhi t đ phòng
Gi s
nhi t đ phòng và t i n ng đ nguyên t ch t pha b ion hóa n0 là r t
nh .
-
S đi n t đ
c gi i phóng do nhi t trong m t đ n v th i gian t l thu n v i
n ng đ nguyên t ch a b ion hóa là a(Nd – n0), trong đó: a ≈ e
−
qWd
kT
.
- S đi n t tái h p v i các nguyên t đã b ion hóa trong m t đ n v th i gian t
l thu n v i n ng đ các nguyên t đã b ion hóa là r .n02 , trong đó: r – h s tái h p.
Ph
ng trình bi u di n s thay đ i c a m t đ đi n t t do có d ng:
dn0
= a( N d − n0 ) − rn02
dt
( 2.10 )
Trang 16
Giáo trình C m bi n
tr ng thái cân b ng:
dn0
=0
dt
⇒
n0 = −
a
a 2 aN d
+
+
2r
4r 2
r
( 2.11 )
d n trong t i:
σ 0 = qµn0
( 2.12 )
trong đó:
q – tr tuy t đ i c a đi n tích, µ - đ linh đ ng c a đi n t
Khi nhi t đ t ng, m t đ n0 t ng làm nh h
ng r t l n đ i v i đ d n.
b. Khi chi u sáng
Các photon có n ng l ng l n h n Wd s ion hóa các nguyên t ch t pha, gi i
phóng g đi n t trong m t đ n v th i gian trên m t đ n v th tích.
g=
t đ
G
1 η(1 − R )
.
=
.Φ
hν
V AL
( 2.13 )
M t đ đi n t t do bao g m s đi n t đ c gi i phóng do chi u sáng, s đi n
c gi i phóng do nhi t và s đi n t tái h p đ c bi u di n b ng ph ng trình:
dn
= a( N d − n ) + g − rn 2
dt
( 2.14 )
Thông th ng s đi n t do các photon gi i phóng l n h n r t nhi u so v i só
đi n t đ c gi i phóng do nhi t: g >> a(Nd – n)
Nên
đi u ki n cân b ng khi chi u sáng, m t đ đi n t :
g
r
( 2.15 )
σ = qµn
( 2.16 )
n=
d n khi chi u sáng:
ta th y đ d n là m t hàm không tuy n tính theo thông l
2.3.3 Hi n t
ng ánh sáng.
ng quang phát x đi n t
Hi u ng quang phát x đi n t là hi n t
v t li u d i tác d ng c a b c x ánh sáng.
Hình 2-9 : Hi n t
ng các đi n t đ
c gi i phóng kh i
ng quang phát x đi n t
Trang 17
Giáo trình C m bi n
C ch phát x x y ra theo ba giai đo n:
-
H p th photon và gi i phóng đi n t bên trong v t li u
-
i nt v ađ
c gi i phóng di chuy n đ n b m t v t li u
-
i n t thoát ra kh i b m t v t li u
i v i tr ng h p bán d n riêng, vi c gi i phóng đi n t đòi h i n ng l
photon t i b ng ho c l n h n b r ng vùng c m Eg.
ng
S di chuy n c a đi n t sau khi đ c gi i phóng mang tính ng u nhiên theo
m i h ng, đó đó ch có m t l ng r t nh trong t ng s đi n t đ c gi i phóng đ n
đ c b m t v t li u. Trong quá trình di chuy n các đi n t này và ch m v i các đi n
t khác ho c v i các photon t i làm tiêu hao m t ph n n ng l ng c a nó.
S phát x c a đi n t sau khi đ n đ c b m t ch có th x y ra n u nó có đ
n ng l ng th ng đ c n ng l ng liên k t b m t v t li u.
Hi u ng quang đi n đ c ng d ng đ ch t o các c m bi n quang (nh công
t c t đ ng đóng ng t đèn chi u sáng).
2.4 Hi u
ng quang đi n t
Khi tác d ng m t t tr ng vuông góc v i b c x ánh sáng, trong v t li u bán
d n đ c chi u sáng s xu t hi n hi u đi n th vuông góc v i ph ng t tr ng và
ph ng b c x ánh sáng. Cho phép nh n đ c dòng đi n ho c đi n áp ph thu c vào
đ chi u sáng.
Hình 2-10 : Hi u ng quang-đi n-t
ng d ng trong các b c m bi n đo các đ i l
tin d ng ánh sáng thành tín hi u đi n.
2.5 Hi u
ng quang ho c chuy n đ i thông
ng Hall
2.5.1 Hi u ng Hall
Hi u ng Hall là hi u ng v t lý đ
n m 1879.
c phát hi n b i Edwin Herbert Hall vào
Trang 18
Giáo trình C m bi n
Hình 2-11 : Edwin Herbert Hall (1855 – 1938)
Khi cho tác d ng m t t tr ng vuông góc lên m t b n làm b ng ch t bán d n
hay ch t d n đi n (thanh Hall) đang có dòng đi n ch y qua. Lúc đó, xu t hi n hi u
đi n th (hi u đi n th Hall) t i hai m t đ i di n c a thanh Hall.
VH =
IB
d .e.n
( 2.17 )
Trong đó:
I–c
B–c
ng đ dòng đi n
ng đ t tr
ng
d – đ dày thanh Hall
e – đi n tích h t d n đi n trong thanh Hall
n – m t đ các h t d n đi n trong thanh Hall
T tr
ng
+
V
Dòng đi n
Tr ng h p t tr
Hall đ c xác đ nh:
-
Hình 2-12 : Hi u ng Hall
ng có ph ng h p v i dòng đi n góc θ, khi đó hi u đi n th
VH =
2.5.2
IB
sin θ
d .e.n
( 2.18 )
ng d ng
-
o c ng đ dòng đi n thông qua t tr ng do dòng đi n này sinh ra. Ph ng
pháp đo này không c n s ti p xúc c h c tr c ti p v i m ch đi n, không t o ra
đi n tr ph trong m ch đi n, không b nh h ng b i đi n áp ngu n đi n, t ng
tính an toàn (đi n cao áp).
-
Xác đ nh v trí và chuy n đ ng. Hi u qu c a ng d ng này là không b nh
h ng b i môi tr ng: khói, b i, ch t b n, đ m… hay c n ph i che ch n nh
các thi t b quang h c, quang đi n, c đi n…
Trang 19
Giáo trình C m bi n
Hình 2-13 : C m bi n xác đ nh v trí ng d ng hi u ng Hall
2.6 Hi u
Hi n t
ng áp đi n
ng áp đ
cđ
c anh em nhà Curie nghiên c u vào n m 1880.
Hình 2-14 : Pierrie Curie (1859 – 1906)
Hi n t ng x y ra nh sau: ng i ta tìm đ c m t lo i ch t có tính ch t hóa h c
g n gi ng g m (ceramic) và nó có hai hi u ng thu n và ngh ch nh ng khi áp vào nó
m t tr ng đi n thì nó bi n đ i hình d ng và ng c l i khi dùng l c c h c tác đ ng
vào nó thì nó t o ra dòng đi n. Nó nh m t máy bi n đ i tr c ti p t n ng l ng đi n
sang n ng l ng c h c và ng c l i.
Hình 2-15: Hi n t
ng áp đi n
V t li u áp đi n là ch t mà c u trúc tinh th không có tâm đ i x ng. Các v t
li u áp đi n th ng dùng: tinh th th ch anh, g m BaTiO3, g m PZT [Pb(TiZn)O3], ...
V t li u áp đi n đ c dùng trong các b c m bi n, các thi t b đo đ a ch n, các máy
phát t n s chu n (máy phát vô tuy n đi n), d ng c đo huy t áp, phát siêu âm,..
ng d ng đ đo các đ i l
đi n áp trên hai c c t đi n.
ng c nh áp su t, ng su t… thông qua vi c đo
Trang 20
Giáo trình C m bi n
2.7 Hi u
ng h a đi n
M t s tinh th h a đi n có tính ch t phân c c đi n t phát ph thu c vào nhi t
đ . Trên các m t đ i di n c a chúng xu t hi n các đi n tích trái d u có đ l n t l
thu n v i đ phân c c đi n ph thu c vào quang thông chi u vào.
c ng d ng đ đo thông l ng c a b c x ánh sáng. Khi tinh th h a đi n
h p th ánh sáng, nhi t đ c a chúng t ng lên làm thay đ i phân c c đi n, xu t hi n
đi n áp trên hai c c c a t đi n.
Φ
+
V
Hình 1-16: Hi u ng h a đi n
2.8 Hi u
ng Doppler
2.8.1 Hi u ng Doppler
Hi u ng Doppler là hi u ng v t lý, trong đó t n s và b c sóng c a các sóng
đi n t hay sóng âm b thay đ i khi đ i t ng quan sát chuy n đ ng t ng đ i so vói
ngu n phát.
Hình 2-17 : Christian Andreas Doppler (1803 – 1853)
Trong m t môi tr ng c đ nh, ngu n sóng và đ i t ng quan sát đ u chuy n
đ ng t ng đ i so v i môi tr ng. Khi đó, hi u ng Doppler là s t ng h p c a các
hi u ng gây ra b i s chuy n đ ng này.
T n s Doppler đ
c xác đ nh b i bi u th c:
Fd = 2V
Ft
c
( 2.19 )
Trong đó:
Ft – t n s sóng đ
c phát ra
c – t c đ lan truy n c a sóng trong môi tr
v – v n t c chuy n đ ng c a đ i t
ng
ng
Trang 21
Giáo trình C m bi n
Hình 2-18 : Sóng phát ra t m t ngu n phát đang chuy n đ ng t ph i sang trái
N u ngu n phát sóng và h ng chuy n đ ng c a đ i t
góc θ, khi đó t n s Doppler có d ng:
Fd = 2V
Nh v y, khi đ i t
Doppler b ng 0.
2.8.2
ng t o v i nhau m t
Ft
cosθ
c
( 2.20 )
ng chuy n đ ng ngang qua m t c a ngu n phát, t n s
ng d ng
K t h p c ch siêu âm và hi u ng Doppler, ng i ta ch t o súng b n t c đ
trong giao thông. Súng phát ra m t sóng radio có t n s xác đ nh f0, sau đó thu l i sóng
ph n x có t n s f1 t ph ng ti n giao thông đang chuy n đ ng v i v n t c v. T f0
và f1 ta tính ra đ c v n t c chuy n đ ng c a ph ng ti n giao thông đó.
Hi u ng Doppler còn đ c ng d ng trong r t nhi u l nh v c: y h c, thám
hi m đáy bi n, đo kho ng cách…
Hình 2-19 : Thi t b siêu âm y h c và súng b n t c đ
Trang 22
Giáo trình C m bi n
Câu h i ôn t p
1. Hi n t ng các h t d n t do trong v t li u đ
sáng là hi n t ng c a:
a. Hi u ng quang đi n.
b. Hi u ng quang phát x đi n t .
c. Hi u ng quang – đi n – t .
d. T t c đ u sai.
c gi i phóng d
2. Khi cho dòng đi n ch y qua v t li u bán d n đ t trong t tr
thành góc v i dòng đi n s xu t hi n đi n áp VH:
a. Vuông góc v i B, có đ l n VH = KBsin .
b. Vuông góc v i I, có đ l n VH = KIsin .
c. Vuông góc v i B và I, có đ l n VH = KIBsin .
d. Vuông góc v i B và I, có đ l n VH = KIBcos
i tác d ng c a ánh
ng B có ph
ng t o
3. i u ki n đ m t điên t có n ng l ng liên k t Wl, gi i phóng kh i nguyên t khi:
a. i n t đó nh n đ c m t n ng l ng nh h n n ng l ng liên k t Wl.
b. i n t đó h p th m t photon có n ng l ng W nh h n n ng l ng liên
k t.
c. i n t đó h p th m t photon có b
c sóng λ ≤
hc
Wl
d. T t c đ u sai.
Trang 23
Giáo trình C m bi n
Ch
ng 3
C M BI N NHI T
3.1 Các đ c tr ng c a nhi t đ
Nhi t đ là tính ch t v t lý c a v t ch t (nóng và l nh). V t ch t có nhi t đ cao
h n thì nóng h n. Nhi t đ đ c đ nh ngh a chính xác d a vào các đ nh lu t nhi t
đ ng l c h c.
Thang nhi t đ :
a. Thang Kelvin
Trong h th ng đo l ng qu c t , Kelvin là đ n v đo c b n cho nhi t đ , ký
hi u: K. Thang nhi t đ này đ c l y theo tên nhà v t lý William Thomson, nam t c
Kelvin I.
Nhi t đ 0K trong thang Kelvin g i là nhi t đ tuy t đ i, đây là nhi t đ nh
nh t mà v t ch t có th đ t đ c.
Nhi t đ c a đi m cân b ng n
c–n
c đá – h i n
c là 273,15K (t
ng ng
0°C).
M i đ K trong thang Kelvin b ng m t đ trong thang Celcius (1°C).
b. Thang Celsius
Celsius (°C hay đ C) là đ n v đo nhi t đ đ c đ t tên theo nhà thiên v n
h c ng i Th y i n Anders Celsius (1701–1744), ông đ u tiên đ ngh h th ng đo
nhi t đ gi ng nó vào n m 1742. Vào kho ng 1750, đ C đ c g i đ bách phân, tuy
đã đ c đ i tên theo ông Celsius vào n m 1948 nh ng tên c v n còn đ c s d ng
ph bi n.
T(°C) = T(K) – 273,15
( 3.1 )
c. Thang Fahrenheit
ng
i
Fahrenheit (°F hay đ F) là m t thang nhi t đ đ
c, Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736).
c đ t theo tên nhà v t lý
Thang nhi t đ này xác đ nh theo hai đi m nhi t đ chu n là nhi t đ đóng
b ng và nhi t đ sôi c a n c, t c là 32°F (0°C) và 212°F (100°C)
Thang nhi t đ Fahrenheit đã đ c s d ng khá lâu Châu Âu, cho t i khi b
thay th b i thang nhi t đ Celsius. Thang nhi t đ Fahrenheit ngày nay v n đ c s
d ng r ng rãi M và m t s qu c gia nói ti ng Anh khác.
T ( O C ) = {T ( O F ) − 32}.
5
9
( 3.2 )
9
T ( O F ) = T ( O C ) + 32
5
( 3.3 )
Trang 24
Giáo trình C m bi n
Nhi t đ
i m 0 tuy t đ i
H n h p n c-n c đá
Cân b ng n c-n c đá-h i n
N c sôi
c
Kelvin (K)
0
273,15
273,16
373,15
Celsius (°C) Fahrenheit (°F)
-273,15
-459,67
0
32
0,01
32,018
100
212
B ng 3-1: B ng giá tr m t s nhi t đ quang tr ng
3.2 Ph
các thang đo
ng pháp đo nhi t đ
Có nhi u ph
ng pháp đo nhi t đ :
-
Ph ng pháp quang h c: d a trên s phân b ph b c x nhi t do dao đ ng
nhi t.
-
Ph ng pháp c h c: d a trên s giãn n c a v t r n, l ng, khí, d a trên v n
t c sóng âm.
-
Ph ng pháp đi n: d a trên s ph thu c c a đi n tr vào nhi t đ , ho c d a
trên s thay đ i t n s dao đ ng c a th ch anh.
Nhi t đ đo đ c chính là b ng nhi t đ c a c m bi n, ký hi u Tc, ph thu c
vào nhi t đ môi tr ng Tx (nhi t đ c n đo) và s trao đ i nhi t trong đó. Có hai bi n
pháp đ gi m s khác bi t gi a Tx và Tc:
-
T ng s trao đ i nhi t gi a c m bi n và môi tr
ng đo.
-
Gi m s trao đ i nhi t gi a c m bi n và môi tr
ng bên ngoài.
đo nhi t đ c a m t v t r n b ng c m bi n nhi t đ , t b m t c a v t ng i
ta khoan m t l nh v i đ ng kính d và đ sâu L. L này dùng đ đ a c m bi n vào
sâu trong v t r n.
t ng đ chính xác c a k t qu , ph i đ m b o hai đi u ki n:
il nđ
ng kính (L ≥ 10r).
-
Chi u sâu l khoan ph i b ng ho c l n h n g p m
-
Gi m tr kháng nhi t gi a v t r n và c m bi n b ng cách gi m kho ng cách
gi a v c m bi n và thanh l khoan. Kho ng tr ng gi a v c m bi n và thành
l khoan ph i đ c l p đ y b ng m t v t li u d n nhi t t t.
3.3 C m bi n nhi t đi n tr
3.3.1 H s nhi t đ c a đi n tr
Giá tr đi n tr là m t hàm ph thu c vào nhi t đ
R(T) = R0F(T – T0)
( 3.4 )
Trong đó:
R0 – đi n tr
nhi t đ T0
F – hàm đ c tr ng cho v t li u (F = 1 khi T = T0)
Trang 25
Giáo trình C m bi n
Khi bi n thiên nhi t đ ∆T quanh giá tr T nh , đi n tr có th xem nh thay
đ i theo hàm tuy n tính:
R(T + ∆T) = R(T).(1 + αR∆T)
Khi đó:
αR =
( 3.5 )
1 dR
R (T ) dT
( 3.6 )
αR – h s nhi t đ c a đi n tr hay đ nh y nhi t
nhi t đ T.
H s nhi t đ αR ph thu c vào v t li u và nhi t đ .
Thí d ,
0°C, platin có h s αR = 3,9.10-3 °C-1
S thay đ i đi n tr theo nhi t đ ph thu c đ ng th i vào đi n tr ρ và kích
th c hình h c c a đi n tr . i v i m t dây đi n tr chi u dài l, ti t di n s, h s
nhi t đ đ c tính b ng bi u th c:
αR =
1 dR 1 dρ 1 dl 1 ds
=
+
−
R dT ρ dT l dT s dT
( 3.7 )
Trong đó:
1 dρ
= α ρ - h s nhi t đ c a đi n tr su t
ρ dT
1 dl
= α l - h s co giãn c a v t li u
l dT
1 ds
= 2α l
s dT
Do đó:
αR = αρ - αl
Th c t , các nhi t đi n tr có các h s αρ ~ 10-3 °C-1 và αl ~ 10-5 °C-1,
nên αR = αρ.
3.3.2
i n tr kim lo i
D a vào d i nhi t đ c n đo và các tính ch t đ c bi t ng i ta th
Platin (Pt), Niken (Ni), ng (Cu), ho c Wonfram (W) làm đi n tr .
ng dùng
-
Platin đ c ch t o v i đ tinh khi t cao (99,99%) cho phép t ng đ chính xác
c a các tính ch t đi n. Platin tr v hóa h c và c u trúc tinh th n đ nh b o
đ m s n đ nh các đ c tính đi n c a đi n tr . Các đi n tr làm b ng platin ho t
đ ng t t trong d i nhi t đ khá r ng t -200°C đên 1000°C. Giá tr đi n tr
100°C g p 1,385 l n 0°C.
-
Niken có đ nh y nhi t cao h n nhi u so v i platin. Niken d b oxy hóa khi
nhi t đ làm vi c t ng, làm gi m tính n đ nh và h n ch d i nhi t đ làm vi c
c a đi n tr . Thông th ng các đi n tr làm b ng niken làm vi c nhi t đ
th p h n 250°C. Giá tr đi n tr
100°C g p 1,617 l n 0°C.
-
ng có s thay đ i đi n tr nhi t có đ
hóa h c c a đ ng quá l n nên các đi n tr
180°C. Bên c nh đó, đi n tr su t c a đ
cao ph i t ng chi u dài, làm t ng kích th
tuy n tính cao. Tuy nhiên, ho t tính
ch đ c s d ng nhi t đ th p h n
ng nh nên mu n có giá tr đi n tr
c c a đi n tr .
Trang 26
Giáo trình C m bi n
-
Wonfram có đ nh y nhi t cao h n platin, có th s d ng nhi t đ cao và đ
tuy n tính t t h n. Có th kéo thành các s i r t m nh đ ch t o các đi n tr có
tr s cao, ho c gi m kích th c c a đi n tr . Tuy nhiên các đi n tr wonfram
có đ n đ nh th p h n so v i các đi n tr platin.
Nhi t đ nóng ch y
Nhi t l ng riêng
d n nhi t
H s giãn n
i n tr su t
H s nhi t đ c a đi n tr su t
Cu
1083
400
400
16,7.10-6
1,72.10-8
3,9.10-3
Ni
1453
450
90
12,8.10-6
10.10-8
4,7.10-3
Pt
1769
135
73
8,9.10-6
10,6.10-8
3,9.10-3
B ng 3-2: B ng li t kê đ c tính các v t li u ch t o đi n tr
W
3380
125
120
6.10-6
5,25.10-8
4,5.10-3
nhi t đ 20°C
S thay đ i nhi t đ c a đi n tr làm xu t hi n ∆R = Rα∆T s t o ra đi n áp đo
Vm = ∆R.i, trong đó i là dòng đi n ch y qua đi n tr (th ng có giá tr vài mA đ
không làm nóng đ u đo).
M t khác, đ có đ nh y cao c n s d ng đi n tr có giá tr t
Mu n v y c n ph i:
ng đ i l n.
-
Gi m ti t di n dây, b h n ch vì ti t di n càng nh dây càng d b đ t.
-
T ng chi u dài dây, c ng b gi i h n vì làm t ng kích th
c c a đi n tr .
N u dùng Platin có đ ng kính c vài ch c µm, chi u dài kho ng 10cm, giá tr
đi n tr R ~ 100Ω 0°C, sau khi cu n l i có đ c chi u dài nhi t k c 1cm.
Trên th c t các s n ph m th ng m i có đi n tr
0°C là 50Ω, 500Ω và
1000Ω. Các đi n tr l n th ng đ c s d ng đo d i nhi t đ th p cho phép có đ
nh y t ng đ i t t.
i v i môi tr ng công nghi p, các nhi t k có v b c t t ch ng đ c va
ch m m nh và rung đ ng. i n tr đ c bao b c trong th y tinh ho c g m đ t trong
v thép. V t li u v b c ph i có đ cách đi n t t đ tránh hi n t ng đi n phân làm
h ng kim lo i. M i lo i v b c ch đ c dùng trong m t kho ng nhi t đ nh t đ nh đ
tránh ng su t giãn n (th y tinh – d i 500°C và g m – d i 1000°C).
Hình 3-1 : Nhi t k công nghi p dùng đi n tr Pt
Trang 27
Giáo trình C m bi n
đo nhi t đ trên b m t c a v t r n, đi n tr th ng đ c ch t o b ng
ph ng pháp quang kh c và s d ng các v t li u là Ni, Fe-Ni ho c Pt. Chi u dày l p
kim lo i c vài µm, kích th c kho ng 1cm2. Khi s d ng, nhi t k đ c dán trên b
m t c n đo nhi t đ .
Hình 3-2 : Nhi t k b m t
3.3.3 Nhi t đi n tr
Nhi t đi n tr có đ nh y nhi t r t cao, l n h n kho ng 10 l n so v i đi n tr
kim lo i. Ngoài ra h s nhi t có giá tr âm và ph thu c nhi u vào nhi t đ .
nh y nhi t cao c a nhi t đi n tr cho phép ng d ng đ phát hi n nh ng
bi n thiên nhi t đ r t nh (10-4 ÷ 10-3K)
Nhi t đi n tr đ c làm t h n h p các oxit bán d n đa tinh th : MgO,
MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4.
Các b t oxit đ c tr n v i nhau theo m t t l thích h p, sau đó đ c nén đ nh
d ng và thiêu k t nhi t đ 1000°C. Nhi t đi n tr đ c ch t o v i nhi u hình d ng
khác nhau (đ a, vòng, hình tr …), các ph n t nh y nhi t có th đ c b c kín ho c đ
tr n.
V t li u th ng s d ng có đi n tr su t cao cho phép ch t o đi n tr có giá tr
thích h p v i l ng v t li u và kích th c t i thi u. Kích th c nh cho phép đo nhi t
đ t i t ng đi m và t c đ đáp ng cao do nhi t dung nh .
Hình 3-3: i n tr c a nhi t đi n tr
Trang 28
Giáo trình C m bi n
n đ nh ph thu c vào vi c ch t o nhi t đi n tr và đi u ki n s d ng.
t ng tính n đ nh và b o v nhi t đi n tr không b phá h y hóa h c ng i ta th ng
dùng v b c. C n tránh s thay đ i nhi t đ đ t ng t có th làm r n n t v t li u.
D i nhi t đ làm vi c t vài đ tuy t đ i đ n kho ng 300°C tùy thu c vào lo i
nhi t đi n tr . Ta có th m r ng d i nhi t đ này nh ng tr s đi n tr s t ng đáng k
khi làm vi c nhi t đ cao, c n ph i ch n các v t li u đ c bi t (cacbua silic) và có
bi n pháp đ c bi t đ ch ng phá h y hóa h c.
đo nhi t đ th p, ng i ta s d ng các nhi t đi n tr có tr s nh
25°C (t
50Ω đ n 100Ω).
đo nhi t đ cao c n s d ng nh ng nhi t đi n tr có tr s l n
25°C (100Ω đ n 500Ω).
Hình 3-4:
3.3.4
nh y nhi t c a nhi t đi n tr
i n tr silic
ây là đi n tr bán d n có nh ng đ c đi m sau:
-
H s nhi t c a đi n tr su t có giá tr d ng (0,7%/°C 25°C).
thay đ i
nhi t t ng đ i nh có th tuy n tính hóa đ c tuy n c a c m bi n trong d i
nhi t đ làm vi c b ng cách m c thêm đi n tr ph .
-
D i nhi t đ làm vi c b h n ch t -50°C đ n 120°C.
silic.
i n tr silic đ c ch t o b ng công ngh khu ch tán t p ch t vào đ n tinh th
thay đ i nhi t c a đi n tr su t ph thu c vào n ng đ pha t p và nhi t đ .
-
Khi nhi t đ nh h n 120°C, đi n tr su t t ng khi nhi t đ t ng. B i vì n ng
đ các h t d n đi n t o ra do pha t p l n h n r t nhi u so v i n ng đ các h t
d n đi n đ c t o ra b i s ion hóa do nhi t. H s nhi t c a đi n tr càng nh
khi pha t p càng m nh.
-
Khi nhi t đ l n h n 120°C, đi n tr su t gi m khi nhi t đ t ng. Vì quá trình
ion hóa do nhi t chi m u th làm n ng đ các h t d n đi n t ng lên l n h n
nhi u so v i n ng đ pha t p. H s nhi t c a đi n tr su t không ph thu c
vào pha t p (tr ng h p bán d n riêng).
Trang 29
Giáo trình C m bi n
Hình 3-5: S ph thu c nhi t đ c a đi n tr silic
Hình 3-6 : ng d ng nhi t đi n tr đ ch t o nhi t k đi n t
3.4 C p nhi t đi n
3.4.1
c tr ng
C p nhi t đ c ch t o d a trên nguyên lý c a các hi u ng nhi t đi n. C u t o
g m hai dây d n A và B có b n ch t khác nhau, đ c n i vói nhau b ng hai m i hàn
có nhi t đ T1 và T2. Su t đi n đ ng E ph thu c vào b n ch t v t li u làm các dây d n
A, B và nhi t đ T1, T2.
Thông th ng nhi t đ c a m t m i hàn đ c gi n đ nh giá tr bi t tr c,
g i là nhi t đ chu n (T1 = Tref). Khi đ t m i hàn th hai trong môi tr ng đo nó s đ t
t i nhi t đ T2 = Tc ch a bi t. Nhi t đ Tc là hàm c a nhi t đ Tx và các quá trình trao
đ i nhi t.
Kích th c c p nhi t nh nên có th đo nhi t đ
t ng đi m và t ng t c đ đáp
ng do nhi t dung nh . Su t đi n đ ng do c p nhi t t o ra trong khi đo không c n có
dòng đi n ch y qua do đó không có hi u ng đ t nóng.
Trang 30
Giáo trình C m bi n
Tuy nhiên, c n ph i bi t tr
là sai s Tc.
c nhi t đ chu n Tref, vì v y sai s Tref c ng chính
Su t đi n đ ng c a c p nhi t là hàm không tuy n tính c a Tc. M i lo i c p nhi t
có m t b ng chu n ghi giá tr c a su t đi n đ ng ph thu c vào nhi t đ và bi u th c
mô t s ph thu c đó.
Thí d , đ i v i c p nhi t platin – 30% rodi/platin – 6% rodi, trong kho ng nhi t
đ t 0°C đ n 1820°C theo chu n NF C 42-321 bi u th c mô t s ph thu c có d ng:
i =8
E = ∑ aiT i
( 3.8 )
i =0
trong đó, E (µV) và T (°C)
Giá tr c th c a các h s ai, nh sau:
a0 = 0
a1 = -2,4674601620.10-1
a2 = 5,9102111169.10-3
a3 = -1,4307123430.10-6
a4 = 2,1509149750.10-9
a5 = -3,1757800720.10-12
a6 = 2,4010367459.10-15
a7 = -9,0928148159.10-19
a8 = 1,3299505137.10-22
M t s c p nhi t có d i nhi t đ làm vi c đ c chia ra nh ng vùng nh . Trong
m i vùng, m i quan h gi a su t đi n đ ng và nhi t đ đ c mô t b ng bi u th c đ c
tr ng riêng.
C p nhi t có d i nhi t đ làm vi c r ng h n nhi u so v i nhi t k đi n tr . M i
lo i c p nhi t có m t gi i h n c a d i nhi t đ làm vi c. Thí d , t -270°C đ i v i c p
nhi t đ ng/vàng-coban đ n 2700°C đ i v i c p nhi t wofram-reni 5%/wonfram-reni
26%.
nh y nhi t c a c p nhi t đi n là hàm c a nhi t đ , đ
c xác đ nh b ng bi u
th c:
s (Tc ) =
dE A / B
dTc
(µV/°C)
( 3.9 )
Thí d :
-
C p nhi t Fe/constantan:
-
C p nhi t Pt – Rh 10%/Pt: s(0°C) = 6,4 µV/°C; s(1400°C) = 11,93 µV/°C
3.4.2 Ph
s(0°C) = 52,9 µV/°C; s(700°C) = 63,8 µV/°C
ng pháp ch t o và s đ đo
a. Ch t o
Trong quá trình ch t o c p nhi t c n ph i tránh t o ra nh ng c p nhi t ký sinh
do g p khúc dây, nhi m b n hóa h c, b c x hât nhân. M i hàn c ng ph i nh , b i vì
n u vùng hàn có kích th c l n s t o ra su t đi n đ ng ký sinh do chênh l ch nhi t đ
gi a các đi m khác nhau trên m i hàn.
tránh ti p xúc v i bên ngoài, m i hàn và dây đ c đ t trong s cách đi n tr
v hóa h c và có đi n tr l n.
b o v c u trúc c p nhi t – s cách đi n, ng i ta
Trang 31
Giáo trình C m bi n
trang b thêm l p v b c bên ngoài làm b ng s ho c thép. V b c này kín không đ
không khí l t vào và ch ng đ c s thay đ i nhi t đ t ng t. N u v b c làm b ng thép
thì m i hàn có th ti p xúc v i v thép đ gi m th i gian đáp ng.
b. S đ đo
Hình 3-7 : S đ l p ráp c p nhi t v i thi t b đo
L p ráp t ng đôi cùng nhi t đ : các m i hàn c a c p nhi t A/M1 và B/M1; các
m i hàn c a dây d n trung gian M1/M2 và M2/M3.
Khi đó trong m ch ch có su t đi n đ ng Seebeck c a c p nhi t:
e=P
Tc
A/ B
−P
Tref
A/ B
+
Tref
∫ (h
B
− hA )dT = E A / B
TcTref
( 3.10 )
Tc
S đ vi sai: đo nhi t đ gi a hai đi m hai m i hàn A/B c a c p nhi t. Các
m i hàn gi ng nhau đ t cùng nhi t đ A/M1, M1/M2, M2/M3.
Hình 3-8 : S đ vi sai
N u kho ng nhi t đ t Tc1 đ n Tc2 nh , ta có:
E ATc/ BTc = s (Tc1 − Tc2 )
1
c. Ph
2
( 3.11 )
ng pháp đo
xác đ nh chính xác su t đi n đ ng c p nhi t ta ph i gi m s s t áp trong các
ph n t c p nhi t và dây d n do có dòng đi n ch y qua, thông th ng r t khó xác đ nh
đi n tr c a các ph n t này vì đi n tr là hàm c a nhi t đ môi tr ng và nhi t đ c n
đo.
Trang 32
Giáo trình C m bi n
H S d ng milivon k có đi n tr n i r t l n đ gi m s t áp trên dây d n.
Hình 3-9 : o su t đi n đ ng b ng milivonk
i n áp gi a hai đ u milivon k :
Vm = E A / B
TcTref
Do không th xác đ nh đ
ch n sao cho: Rv >> Rt + Rl
Rv
Rt + Rl + Rv
( 3.12 )
c đi n tr c a c p nhi t và dây n i, đ gi m sai s ta
Khi đó: E A / B = Vm
TcTref
H Dùng ph
ng pháp xung đ i đ dòng đi n qua c p nhi t b ng không.
Hình 3-10 : o su t đi n đ ng b ng ph
ng pháp xung đ i
i u ch nh dòng đi n qua Re (b ng Rh) sao cho kim đi n k G ch s 0 (không
có dòng đi n qua c p nhi t).
Ta có:
E A / B = Re I
TcTref
3.4.3 Các c p nhi t đi n th
( 3.13 )
ng dùng trong th c t
D i nhi t đ làm vi c đ i v i m t c p nhi t đi n th ng b h n ch . nhi t đ
th p n ng su t nhi t đi n c a nó gi m đi. nhi t đ cao c p nhi t có th b nhi m b n
do môi tr ng đo ho c x y ra hi n t ng bay h i m t trong các ch t thành ph n c a
h p kim làm c p nhi t, ho c b t ng kích th c h t tinh th d n đ n làm t ng đ dòn
c h c, th m chí có th b nóng ch y.
Trang 33
Giáo trình C m bi n
C p nhi t đi n
ng/Constantan
Φ = 1,63mm
S t/Constantan
Φ = 3,25mm
Chromel/Alumel
Φ = 3,25mm
Chromel/Constantan
Φ = 3,25mm
Platin-Rodi(10%)/Platin
Φ = 0,51mm
Platin-Rodi(13%)/Platin
Φ = 0,51mm
Platin-Rodi(30%)/PlatinRodi(6%)
Φ = 0,51mm
Wonfram-Reni(5%)/
Wonfram-Reni(26%)
Nhi t đ làm
vi c (°C)
-270 ÷ 370
-6,258 ÷ 19,027
-210 ÷ 800
-8,096 ÷ 45,498
-270 ÷ 1250
-5,354 ÷ 50,633
-270 ÷ 870
-9,853 ÷ 66,473
-50 ÷ 1500
-0,236 ÷ 15,576
-50 ÷ 1500
-0,226 ÷ 17,445
0 ÷ 1700
0 ÷ 12,426
0 ÷ 2700
0 ÷ 38,45
E (mV)
B ng 3-3: M t s lo i c p nhi t đi n th
chính xác
(-100°C ÷ -40°C): ±2%
(-40°C ÷ 100°C): ±0,8%
(100°C ÷ 350°C): ±0,75%
(0°C ÷ 400°C): ±3%
(400°C ÷ 800°C): ±0,75%
(0°C ÷ 400°C): ±3%
(400°C ÷ 1250°C): ±0,75%
(0°C ÷ 400°C): ±3%
(400°C ÷ 1250°C): ±0,75%
(0°C ÷ 600°C): ±2,5%
(600°C ÷ 1500°C): ±0,4%
(0°C ÷ 538°C): ±1,4%
(538°C ÷ 1500°C): ±0,25%
(870°C ÷ 17500°C): ±0,5%
ng g p trong th c t
Hình 3-11 : M t d ng c p nhi t đi n và thi t b đo nhi t đ
3.5
o nhi t đ b ng diode và transistor
Có th s d ng các linh ki n bán d n là diode hay transistor m c theo ki u
diode (n i B v i C) phân c c thu n v i dòng I không đ i đ đo nhi t đ . Khi đó, đi n
áp gi a hai c c là hàm c a nhi t đ .
Trang 34
Giáo trình C m bi n
v
v
I
I
Hình 3-12 : S d ng diode, transistor làm c m bi n nhi t đ
nh y nhi t:
S=
dV
dT
( 3.14 )
nh y nhi t có giá tr kho ng -2,5mV/°C.
nh y nhi t ph thu c vào dòng ng c I0, dòng đi n này thay đ i r t khác
đ i v i linh ki n khác nhau, vì v y nên ch n các linh ki n có đ c tr ng t ng t nhau.
lo i tr nh h ng c a dòng ng
dùng m t c p transistor m c đ i nhau.
c I0 và t ng đ tuy n tính, ng
V1
i ta th
ng
V2
Vd
I1
I2
Hình 3-13 : C p transistor m c theo ki u diode đ i
Gi s dòng I0 c a hai transistor là nh nhau, dòng đi n ch y qua các transistor
và đi n áp B-E t ng ng là I1, I2 và V1, V2.
Khi đó:
I1 = I 0 exp
qV1
KT
⇒
V1 =
I 2 = I 0 exp
qV2
KT
⇒
V2 =
Vd = V1 − V2 =
KT I1
ln
q
I0
KT I 2
ln
q
I0
KT I1 KT
ln =
ln n
q
I2
q
v i n=
I1
I2
Ta có đ nh y nhi t:
S=
dVd K
= ln n = 8,56.ln n (µV.K-1)
dT
q
( 3.15 )
nh y nhi t này nh h n so v i tr ng h p ch s d ng m t diode ho c m t
transistor, nh ng không ph thu c vào nhi t đ T do đó đ tuy n tính đ c cài thi n
đáng k .
Trang 35
Giáo trình C m bi n
c đi m:
tr .
-
nh y nhi t l n h n nhi u so v i c p nhi t nh ng nh h n so v i nhi t đi n
c bi t là không c n nhi t đ chu n.
D i nhi t đ làm vi c b h n ch so s thay đ i tính ch t đi n c a c m bi n
các nhi t đ gi i h n. C m bi n có đ n đ nh cao trong kho ng t -50°C đ n
150°C.
3.6 C m bi n nhi t LM35D
3.6.1
c đi m
Hình 3-14 : S đ chân LM35D và s d ng
LM35D là lo i c m bi n nhi t đ có đi n áp ngõ ra ph thu c vào nhi t đ .
-
nh y 10mV/°C
-
D i nhi t đ làm vi c t 0°C đ n 100°C
-
Ph m vi đi n áp s d ng t 4V đ n 30V
-
chính xác ±1°C.
tuy n tính t t (sai s phi tuy n t i đa ±0,5°C)
-
Dòng đi n tr ng thái t nh nh (80mA)
-
V ngoài gi ng nh các transistor (ki u TO-92)
Khi s d ng không c n linh ki n ngoài, c ng nh không c n tinh ch nh, ch c n n i
v i vôn k 1V ho c VOM s có th dùng làm máy đo nhi t đ .
Trang 36
Giáo trình C m bi n
3.6.2 Các m ch ng d ng
a. M ch đi u ch nh nhi t đ n
c
Hình 3-15 : M ch đi u ch nh nhi t đ n
c dùng LM35D
M ch so sánh có ngõ vào không đ o chi t áp t PR1 (dùng đ t nhi t đ c n
thi t). Ngõ vào không đ o l y đi n áp ngõ ra c a b c m bi n nhi t đ LM35D.
Khi nhi t đ n c th p h n nhi t đ đ t tr c, ngõ vào không đ o có đi n áp cao h n
ngõ vào đ o, đi n áp ngõ ra b so sánh m c cao, đèn D2 sáng (bi u hi n đang gia
nhi t). Q1 d n, đèn D3 sáng, đi n tr Rcds nh n ánh sáng t D3 chi u vào, đi n tr s t
xu ng kho ng 1kΩ, triac d n, b gia nhi t đ c c p đi n, nhi t đ n c t ng lên.
Khi nhi t đ n c b ng ho c cao h n nhi t đ đ t tr c, đi n áp ngõ vào đ o
cao h n đi n áp ngõ vào không đ o. i n áp ngõ ra b so sánh xu ng m c th p, đèn
D1 sáng (báo ng ng gia nhi t). Q1 ng ng, đèn D3 t t, Rcds không đ c chi u sáng có
giá tr l n kho ng 1MΩ, triac ng ng d n, b gia nhi t b ng t đi n ng ng gia nhi t.
b. M ch đo nhi t đ trung bình
Hình 3-16 : M ch đo nhi t đ trung bình
Trang 37
Giáo trình C m bi n
Ba c m bi n T1, T2, T3 đ c đ t ba v trí khác nhau, đi n áp Vo cho phép
xác đ nh nhi t đ trung bình c a môi tr ng đo.
Ch n: R1 = R2 = R3 = 3R5
Vo =
;
R4 = R6
1
(Vo1 + Vo2 + Vo3 )
3
c. M ch đo sai l ch nhi t đ
Hai c m bi n T1 và T2 đo nhi t đ
hai n i.
Hình 3-17 : M ch đo sai l ch nhi t đ
Trang 38
Giáo trình C m bi n
Câu h i ôn t p
1. Bi u th c nào d i đây bi u di n m i quan h gi a thang Kelvin và thang Celsius:
a. T(°C) = T(K) – 273,15
b. T(K) = T(°C) – 273,15
c. T(°C) = 273,15 – T(K)
d. T(K) = 273,15 – T(°C)
2. Bi u th c nào d
Fahrenheit.
i đây bi u di n m i quan h gi a thang Celsius và thang
3.
đo nhi t đ chính xác c n gi m hi u s Tx – Tc (Tx: nhi t đ môi tr ng đo, Tc:
nhi t đ c m bi n). Biên pháp nào d i đây có th gi m đ c hi u s này:
a. T ng s trao đ i nhi t gi a c m bi n và môi tr ng đo; t ng s trao đ i nhi t
gi a c m bi n và môi tr ng bên ngoài.
b. T ng s trao đ i nhi t gi a c m bi n và môi tr ng đo; gi m s trao đ i
nhi t gi a c m bi n và môi tr ng bên ngoài.
c. Gi m s trao đ i nhi t gi a c m bi n và môi tr ng đo; t ng s trao đ i nhi t
gi a c m bi n và môi tr ng bên ngoài.
d. Gi m s trao đ i nhi t gi a c m bi n và môi tr ng đo; gi m s trao đ i
nhi t gi a c m bi n và môi tr ng bên ngoài.
4.
i v i nhi t đi n tr kim lo i, đ đo v i đ nh y t t, ta c n:
a. Dùng các đi n tr có tr s l n đ đo d i nhi t đ th p.
b. Dùng các đi n tr có tr s nh đ đo d i nhi t đ th p.
c. Dùng các đi n tr có tr s l n đ đo d i nhi t đ cao.
d. S d ng các đi n tr có giá tr tùy ý.
5. Trình bày nguyên lý ho t đ ng c a m ch đi n đi u ch nh nhi t đ n
L35D là c m bi n nhi t đ .
c. Trong đó,
Trang 39
Giáo trình C m bi n
Ch
ng 4
C M BI N QUANG
4.1
Ánh sáng và các đ i l
ng quang h c
Ánh sáng là các b c x đi n t có b c sóng n m trong vùng quang ph nhìn
th y đ c b ng m t th ng (t c là t kho ng 400 nm đ n 700 nm). Gi ng nh m i
b c x đi n t , ánh sáng có th đ c mô t nh nh ng đ t sóng h t chuy n đ ng g i là
photon.
Ánh sáng do M t Tr i t o ra còn đ c g i là ánh n ng (hay còn g i là ánh sáng
tr ng bao g m nhi u ánh sáng đ n s c bi n thiên liên t c t đ đ n tím); do đèn t o ra
còn đ c g i là ánh đèn (ánh sáng nhân t o); do các loài v t phát ra g i là ánh sáng
sinh h c.
"Ánh sáng l nh" là ánh sáng có b c sóng t p trung g n vùng quang ph tím.
"Ánh sáng nóng" là ánh sáng có b c sóng n m g n vùng đ . Ánh sáng có quang ph
tr i đ u t đ đ n tím là ánh sáng tr ng; còn ánh sáng có b c sóng t p trung t i vùng
quang ph r t h p g i là "ánh sáng đ n s c".
Hình 4-1 : Phân b t n s và b
c sóng c a ánh sáng
4.1.1 Tính ch t c a ánh sáng
Ánh sáng có hai tính ch t c b n là sóng và h t.
a. Tính ch t sóng
Sóng ánh sáng là sóng đi n t phát ra khi có s chuy n m c n ng l
đi n t c a nguyên t ngu n sáng.
ng c a các
Trang 40
Giáo trình C m bi n
T c đ c a sóng ánh sáng truy n đi trong không gian là c = 299792 km/s.
Trong môi tr ng có chi t su t n, ánh sáng có v n t c:
v=
T n s ánh sáng γ và b
c
n
( 4.1 )
c sóng λ có bi u th c liên h :
λ=
v
( 4.2 )
γ
b. Tính ch t h t
Ánh sáng bao g m các h t photon mang n ng l
ng, ph thu c vào t n s :
Wφ = hγ
trong đó:
h – h ng s Planck (h = 6,6256.10-34 Js)
( 4.3 )
4.1.2 Các đ n vi đo quang
- N ng l ng b c x (Q) là n ng l
d ng b c x , đ n v đo là J.
ng phát x , lan truy n ho c h p th d
i
-
Thông l ng ánh sáng (Φ) là công su t phát x , lan truy n ho c h p th :
dQ
Φ=
, đ n v đo là W.
dt
ng đ ánh sáng (I) là dòng n ng l ng phát ra theo m t h
dΦ
, đ n v đo là W/steradian.
đ n v góc kh i: I =
dΩ
-
C
ng d
im t
chói (L) là t s gi a c ng đ ánh sáng t m t ph n t b m t dA theo
ng xác đ nh và di n tích hình chi u c a ph n t này lên m t ph ng P vuông góc
dI
, đ n v đo là W/steradian.m2; trong đó dAn = dA.cosθ (θ - góc
v i h ng đó: L =
dA
h p b i m t ph ng P và m t ph ng ch a dA)
h
r i (E) là t s gi a dòng n ng l ng thu đ c b i m t ph n t b m t và
dΦ
, đ n v đo là W/m2 (lux).
di n tích c a ph n t đó: E =
dA
-
4.2 Ngu n sáng
4.2.1
èn s i đ t wonfram
C u t o:
G m m t s i dây wonfram đ t trong m t bóng th y tinh ho c thanh anh có
ch a khí hi m ho c halogen (I2) đ gi m bay h i s i đ t.
c đi m:
-
Nhi t đ s i wonfram gi ng nhi t đ c a m t v t đen tuy t đ i.
-
Ph phát x n m trong vùng ph nhìn th y.
- Quán tính nhi t l n nên không th thay đ i b c x nhanh chóng, th i gian s ng
nh , d v .
Trang 41
Giáo trình C m bi n
-
Thông l
ng l n, d i ph r ng.
Dây đ t
Bóng th y tinh
Giá đ
Hình 4-2 : C u t o đèn Wonfram
4.2.2 Diode phát sáng
N ng l ng gi i phóng trong quá trình tái h p đi n t - l tr ng
ti p P-N c a diode làm phát sinh các photon.
g n chuy n
Hình 4-3 : Diode phát quang (LED)
c đi m:
- Th i gian đáp ng nh kho ng ns, có kh n ng đi u bi n
sáng hoàn toàn xác đ nh, đ tin c y cao và đ b n t t.
-
Thông l
ng t
t n s cao, ph ánh
ng đ i nh , nh y v i nhi t đ , ph m vi s d ng h p.
4.2.3 Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation) là hi n t
khu ch đ i ánh sáng b ng b c x kích thích.
ng
Ngu n sáng laser r t đ n s c, đ chói l n, đ đ nh h ng cao và liên k t m nh.
T t c b c x đ u cùng phân c c, cùng pha do đó khi ch ng chéo lên nhau s t o thành
m t sóng duy nh t.
C u t o g m 4 b ph n chính:
-
C c u kích thích
-
Môi tr
-
C c u ph n x
-
B ph i ghép đ u ra
ng tác đ ng.
Trang 42
Giáo trình C m bi n
C c u kích thích dùng đ đ a n ng l
kích thích: quang, đi n và hóa n ng.
ng vào môi tr
ng tác đ ng. Có 2 lo i
Hình 4-4: Mô hình h th ng laser
Môi tr ng tác đ ng là t p h p các nguyên t , ion ho c phân t có kh n ng
b c x , trong đó x y ra hi n t ng b c x kích thích. ó là môi tr ng phát sáng trong
laser, có th là ch t r n, l ng, khí hay bán d n. Tên laser th ng l y theo môi tr ng
tác đ ng (h ng ng c, CO2). B c sóng phát x c a laser ph thu c vào môi tr ng tác
đ ng, vì m i nguyên t có m c n ng l ng xác đ nh.
C c u ph n x g m các g ng đ u cu i môi tr ng tác đ ng. G ng ph n
x ánh sáng trong môi tr ng tác đ ng tr vào theo tr c ng, t o nên các h c c ng
h ng ánh sáng. G ng c u lõm th ng đ c dùng đ đ i h ng tia ph n x .
B ph i ghép đ u ra đ
c ng h ng ra ngoài.
c thi t k đ truy n m t ph n tr m ánh sáng trong h c
Hình 4-5: Laser ch t r n v i ngu n kích thích quang h c
Trang 43
Giáo trình C m bi n
Hình 4-6 : Laser ch t khí kích thích b ng đi n
c đi m:
cao.
-
B
c sóng đ n s c hoàn toàn xác đ nh.
Thông l
ng l n, có kh n ng nh n đ
c chùm tia r t m nh v i đ đ nh h
ng
Truy n đi trên kho ng cách r t l n (đo đ n v tinh).
4.3 C m bi n quang bán d n
4.3.1 T bào quang d n
C s v t lý c a t bào quang d n d a trên hi n t ng quang d n: hi n t ng
gi i phóng h t t i đi n bên trong v t li u d i tác d ng c a ánh sáng (hi u ng quang
đi n n i), làm t ng đ d n đi n c a v t li u.
T bào quang d n là m t trong các c m bi n quang có đ nh y cao.
Hình 4-7: T bào quang d n
a. V t li u ch t o
T bào quang d n th ng đ c ch t o t các v t li u bán d n đa tinh th ho c
đ n tinh th , bán d n riêng ho c pha t p.
-
a tinh th : CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe
n tinh th : Ge, Si tinh khi t ho c pha t p Au, Cu, Sb, In; SbIn, AsIn, Pin,
CdHgTe.
Trang 44
Giáo trình C m bi n
Hình 4-8: D i ph làm vi c c a các v t li u quang d n
b. Các đ c tr ng
-
i n tr :
i n tr Rc c a t bào quang d n gi m r t nhanh khi đ r i t ng lên. S thay
đ i này là m t hàm không tuy n tính c a đ r i sáng.
Hình 4-9 : S ph thu c c a đi n tr và đ r i sáng
i n tr c a t bào quang d n có th xem t
song song v i m t đi n tr Rcp:
Rc =
ng đ
ng đi n tr t i Rco m c
Rco Rcp
( 4.4 )
Rco + Rcp
Giá tr đi n tr t i Rco ph thu c vào hình d ng, kích th
ch t c a v t li u quang d n.
-
PbS, CdS, CdSe có đi n tr t i r t l n: t 104Ω đ n 109Ω
-
SbIn, SbAs, CdHgTe có đi n tr t i t
c, nhi t đ và b n
25°C
ng đ i nh : t 10Ω đ n 103Ω
25°C
Trang 45
Giáo trình C m bi n
i n tr Rcp xác đ nh b i hi u ng quang đi n, có d ng:
Rcp = aΦ −γ
( 4.5 )
Trong đó:
a – h s ph thu c m nh vào v t li u, nhi t đ và ph b c x ánh sáng
γ có giá tr t 0,5 đ n 1
Thông th
ng, Rcp
ng nh y v i s
ng s c t trong v t li u s t t và trong
thay đ i kho ng cách gi a các lõi s t c n ch n
lf
, bi u th c trên có d ng:
µf
L=
µ0 N 2 S
l0
( 5.10 )
Trang 69
Giáo trình C m bi n
S d ch chuy n ∆x làm thay đ i ∆l0 = 2∆x, khi đó h s t c m có giá tr :
µ0 N 2 S
1
L + ∆L =
.
2∆x
l0
1+
l0
⇒
( 5.11 )
2∆x
1
∆L
=−
.
L
l0 1 + 2∆x
l0
( 5.12 )
Hình 5-10 : M ch t có khe t bi n thiên
1 – lõi s t t ; 2 – cu n dây; 3 – đ i t ng di đ ng
t ng đ nh y và đ tuy n tính c a c m bi n, ng
i ta k t h p hai m ch t
v i nhau.
bi n thiên h s t c m c a cu n L’ đ
∆L' =
c bi u di n b ng bi u th c:
2µ 0 N 2 S
∆x
.
2
2∆x
l0
1−
l0
( 5.13 )
c. Cu n dây có lõi t
C m bi n g m m t cu n dây đ dài l g m N vòng dây, bên trong có lõi s t t .
Ph n c a lõi s t n m trong cu n dây có đ dài lf thay đ i.
Hình 5-11 : Cu n dây có lõi t
Trang 70
Giáo trình C m bi n
H s t c m L c a cu n dây ph thu c vào chi u dài lf c a lõi t :
L = µ0
{
N2
s0l + (µ f − 1)s f l f + 2k s0 [s0 + (µ f − 1)s f ]. (l − l f ).l f
l2
}
( 5.14 )
Trong đó:
k – h s ghép n i, có giá tr t 0 đ n 1
s0 và sf – ti t di n ngang c a m ch t và c a kho ng gi a các lõi t
t c m là hàm không
d ch chuy n ∆lf c a lõi t làm thay đ i đ t c m.
c i thi n s không tuy n tính b ng cách ghép hai cu n dây đ ng
tuy n tính c a ∆lf.
d ng vào thành hai nhánh k sát nhau c a m t c u đi n tr có cùng chung m t lõi s t.
5.4.2 C m bi n đo v n t c
a. T c k đi n t đo v n t c dài
Trong tr ng h p d ch chuy n th ng có biên đ nh , có th ch t o c m bi n
b ng cách k t h p m t nam châm và m t cu n dây, m t c đ nh, ph n còn l i g n v i
v t chuy n đ ng. Khi chuy n đ ng t ng đ i gi a cu n dây và nam châm s gây nên
m t su t đi n đ ng gi a hai đ u cu n dây t l v i v n t c chuy n đ ng.
N u cu n dây là đ ng, nó s đ c đ t trong t tr
châm. Su t đi n đ ng xu t hi n trong cu n dây có d ng:
e = 2π.r .n.B .v = l .B .v
ng xuyên tâm c a nam
( 5.15 )
Trong đó:
r – bán kính vòng dây, n – s vòng dây; l = 2πrn – t ng chi u dài dây
qu n
B – giá tr c m ng t
v – v n t c d ch chuy n c a cu n dây
T c k lo i này đo đ
1
c đ d ch chuy n đ n vài mm v i đ nh y kho ng
V
.
(m / s )
Trong tr ng h p d ch chuy n l n h n (0,5m), ng
chuy n theo tr c c a hai cu n dây.
i ta cho nam châm d ch
Khi nam châm chuy n đ ng, su t đi n đ ng c m ng trong t ng cu n dây t l
v i t c đ c a nam châm nh ng có d u ng c nhau, vì các c c ng c nhau chuy n
đ ng trong hai cu n dây. Hai cu n dây đ c đ u n i ti p và ng c chi u đ có su t
đi n đ ng khác không.
b. T c k đo t c đ quay
C m bi n t tr bi n thiên cu n đo có lõi t ch u tác đ ng b i t tr ng c a
nam châm v nh c u. Cu n đo đ t đ i di n v i m t đ a quay làm b ng s t t có r ng
(bánh r ng). Khi đ a quay, t tr c a m ch t bi n thiên m t cách tu n hoàn làm xu t
hi n trong cu n dây su t đi n đ ng có t n s t l v i t c đ quay.
Trang 71
Giáo trình C m bi n
Hình 5-12 : Nguyên lý và c u t o c a c m bi n t tr bi n thiên
Biên đ E c a su t đi n đ ng trong cu n dây ph thu c vào hai y u t :
-
Kho ng cách gi a cu n dây và đ a quay (khe t ): kho ng cách càng l n thì su t
đi n đ ng càng nh . Thông th ng s thay đ i kho ng cách này không v t
quá vài mm.
-
T c đ quay: biên đ c a su t đi n đ ng t l thu n v i t c đ quay. Do đó, s
có vùng t c đ quá bé (t c đ “ch t”) không th đo đ c su t đi n đ ng. Khe t
càng l n thì vùng này càng r ng.
D i đo c a c m bi n t tr bi n thiên ph thu c vào s r ng p c a đ a. T c đ
đo đ c t i thi u Vmin càng nh khi p càng l n. T c đ đo đ c t i đa Vmax càng l n
khi p càng nh .
Thí d : đ a quay có 60 r ng t c đ đo đ c t 50 đ n 500 vòng/phút; đ a quay
có 15 r ng, d i t c đ đo đ c t 500 đ n 10000 vòng/phút.
5.5 C m bi n công t c
5.5.1 Công t c l
đ
i gà
C u t o g m hai ti p đi m t đ t trong m t bóng th y tinh ch a khí tr ho c
c hút chân không.
Hình 5-13 : Công t c l
i gà
Khi m t nam châm đi qua công t c, các ti p đi m t đ
li u t s t ng tác v i nhau.
c ch t o t các v t
M t s tr ng h p, công t c l i gà đ c đ t trong m t cu n dây, khi đó đi n
áp DC là tác nhân làm đóng công t c. Thi t b này còn đ c g i là relay l i gà.
Trang 72
Giáo trình C m bi n
c đi m:
-
Hi u su t c m bi n không ch u nh h
ng b i nhi t đ và đ
m.
chính xác cao.
-
Giá thành th p
-
C n tránh xa nam châm v nh c u có th gây h ng công t c.
5.5.2 Công t c th y ngân
Hình 5-14 : Công t c th y ngân
Công t c th y ngân đ c ch t o t th y ngân d n đi n d ng l ng ch a trong
bóng th y tinh kín và m t s ti p đi m đi n. Tùy thu c vào góc nghiêng c a bóng th y
tinh, công t c t o ra s k t n i gi a hai ti p đi m.
Công t c th y ngân có tu i th ti p đi m cao, do không có s t
ng tác c h c.
5.5.3 Công t c gi i h n
Công t c gi i h n là m t d ng công t c nh . Khi c n c m ng b nén b i m t s
chuy n đ ng, ti p đi m bên trong s đóng l i.
Hình 5-15 : Công t c gi i h n
t cđ
C m bi n công t c đ c dùng nhi u trong các ng d ng robot. C m bi n công
c s d ng v i nhi u m c đích, ch ng h n:
-
C m bi n va ch m (ti p xúc): c m bi n công t c đ c dùng đ phát hi n khi có
va ch m c h c v i m t v t nào đó. Thí d , c m bi n công t c t o ra m t s
chuy n m ch khi thân robot ch y vào t ng ho c ch m gi i h n đ ng ch y
c a robot.
-
C m bi n gi i h n: t ng t nh c m bi n ti p xúc, c m bi n gi i h n phát hi n
m t v t đã di chuy n đ n cu i hành trình c a nó, khi đó tín hi u đi u khi n
motor s t t.
-
Mã hóa tr c quay (shaft): m t tr c quay k t h p v i m t công t c ch m s đ c
n m t l n m t vòng quay. Ph n m m đ m s l n n đ xác đ nh s vòng và
t c đ quay c a tr c.
Trang 73
Giáo trình C m bi n
5.6 Encoder quang
Encoder là m t thi t b c m bi n chuy n đ i tín hi u v t lý d ng chuy n đ ng
thành tín hi u đi n, đ c s d ng trong m t s thi t b đi u khi n (ch ng h n PLC) đ
đi u khi n các c c u ch p hành khác trong vi c đ nh v t a đ hay đi u khi n t c đ
c a các lo i đ ng c .
Có nhi u k thu t đ ch t o encoder, thông d ng nh t là các k thu t c , t , tr
kháng và quang h c.
Các thành ph n chính c a encoder quang bao g m m t ngu n sáng, m t đ u thu
quang (photodiode ho c phototransistor) và đ a encoder. a enocoder đ c g n đ ng
tr c v i v t quay có các vùng ph n x ho c trong su t đ c b trí tu n hoàn xen k v i
các ph n ch n sáng gi a ngu n sáng và đ u thu quang.
Hình 5-16 : C u t o encoder
Trang 74
Giáo trình C m bi n
Hình 5-17 : Nguyên t c ho t đ ng c a encoder
x
g
đ
t
Ánh sáng t ngu n sáng phát ra đ n đ a encoder n u g p ph n trong su t (ph n
) s xuyên qua (ph n x ) đ a và đ c nh n đ c t i đ u thu quang. N u ánh sáng
p các ph n ch n sáng s không đ n đ c đ u thu. Do đó khi v t quay chuy n đ ng,
u thu s nh n đ c m t thông l ng đ c bi n đi u và nó phát ra tín hi u có t n s
l v i t c đ quay.
Có hai d ng encoder chính bao g m endcoder cho phép xác đ nh s t ng tín
hi u (endcoder d ng t ng) và encoder cho phép xác đ nh giá tr chính xác c a tín hi u
(endcoder chính xác).
5.6.1 Encoder d ng t ng
Xác đ nh s t ng tín hi u d a vào m t chu i các sóng cao và th p cho phép xác
đ nh s di chuy n t v trí này sang v trí khác, d ng này ch phát hi n đ c s thay
đ it ađ .
a. Tachometer encoder
ây là lo i encoder d ng t ng đ n gi n nh t. Th ng dùng trong các h th ng
ch quay m t h ng và đòi h i thông tin đ n gi n v v trí và v n t c.
i v i lo i
encoder này ng i dùng ch có th xác đ nh đ c v n t c quay nh ng không th xác
đ nh đ c h ng quay, do đó không th s d ng nh c m bi n v trí.
Hình 5-18 :
a tachometer encoder
Trang 75
Giáo trình C m bi n
b. Phase-Quadrature encoder
kh c ph c nh c đi m c a Tachometer enocder, ng
kênh th hai l ch v i kênh th nh t 90° vào đ a encoder.
đ
i ta b sung thêm m t
D a vào s l ch pha c a hai tín hi u đáp ng c a hai kênh ta có th xác đ nh
c chi u quay c a v t quay.
Hình 5-19 :
a phase-quadrature encoder
5.6.2 Encoder chính xác
Encoder chính xác cho phép ng i dùng xác đ nh m t cách chính xác giá tr các thông
tin v v n t c, v trí, h ng quay… b ng cách s d ng đ a quay nhi u kênh có các
ph n trong su t ho c ph n x đ c s p x p theo th t các lo i mã nh phân, Gray…
Hình 5-20 : Các thành ph n chính c a encoder chính xác
Hình 5-21 : Các d ng đ a encoder chính xác
Trang 76
Giáo trình C m bi n
5.7 Cáp quang
5.7.1 C u t o và tính n ng
Cáp quang bao g m m t lõi chi t su t n1, bán kính a (10 ÷ 100µm) và m t v
chi t su t n2 < n1 dày ~ 50µm.
a
n2
n1
Hình 5-22 : M t c t c a cáp quang
Các v t li u s d ng đ ch t o cáp quang bao g m:
-
SiO2 tinh khi t ho c pha t p nh .
-
Th y tinh, thành ph n c a SiO2 và ph gia Na2O3, B2O3, PbO…
-
Polyme.
m t phân cách gi a 2 môi tr ng có chi t su t t ng ng b ng n1 và n2, các
góc θ1, θ2 do m t tia sáng t o thành v i đ ng tr c giác c a m t ph ng:
n1.sinθ1 = n2.sinθ2
( 5.16 )
Khi n1 > n2 s x y ra ph n x toàn ph n n u:
⎛n ⎞
θ1 > arcsin⎜⎜ 1 ⎟⎟ = θ0
⎝ n2 ⎠
( 5.17 )
θ2
n2
n1
n1 > n2
θ0
θ1
Hình 5-23 : Hi n t
ng khúc x , ph n x
Trong cáp quang, tia sáng s b giam gi trong lõi và đ
x liên t c n i ti p nhau.
5.7.2
c truy n đi b ng ph n
ng d ng
a. Truy n thông tin
Truy n thông tin d i d ng tín hi u ánh sáng lan truy n trong cáp quang là đ
tránh các tín hi u đi n t ký sinh ho c đ đ m b o cách đi n gi a m ch đi n ngu n và
máy thu. Trong nh ng ng d ng lo i này, thông tin đ c truy n đi ch y u b ng cách
Trang 77
Giáo trình C m bi n
mã hóa các xung ánh sáng. Ngoài ra ng i ta còn có th truy n thông tin đi b ng cách
bi n đi u biên đ ho c t n s c a ánh sáng.
b. Quang sát và đo đ c b ng ph
ng ti n quang h c
Cáp quang cho phép quan sát ho c đo đ c b ng các ph ng pháp quang
nh ng ch khó ti p c n ho c trong các môi tr ng đ c h i. S d ng cáp quang có th
d n ánh sáng đ n nh ng v trí mà trong đi u ki n bình th ng ánh sáng không th
chi u t i đ c.
Ngu n sáng phát ra b c x d i d ng xung đ phân bi t nó v i ánh sáng môi
tr ng. B c x này đ c d n đ n khu v c đo b ng cáp quang Fa. Các đ i l ng đo có
th là v trí c a m t v t th (ph n x ho c h p th ánh sáng), t c đ quay, thành ph n
hóa h c c a môi tr ng, nhi t đ … Trong khu v c đo, tia b c x b thay đ i và s
thay đ i này ph thu c vào đ i l ng đo. Tùy t ng tr ng h p c th mà ta thu đ c
nh ng thay đ i khác nhau c a tia b c x :
-
Thay đ i c
ng đ trong tr
ng h p đo v trí
-
Bi n đi u t n s t l v i t c đ quay
- Thay đ i b c sóng trong tr ng h p đo nhi t đ : ánh sáng t i làm phát quang
v t li u, ánh sáng do v t li u b c x ra có ph ph thu c vào nhi t đ .
Các tia ph n x tr l i, tia b truy n tr l i ho c tia m i phát x đ c thu l i
b ng cáp quang Fr và đ c đ a đ n m t c m bi n quang. C m bi n s cung c p tín
hi u đi n ch a thông tin v đ i l ng c n đo.
Trong nh ng ng d ng này, trong m t s tr ng h p tín hi u quang d i tác
đ ng c a m t đ i l ng v t lý làm thay đ i tính ch t quang c a cáp quang và do đó
thay đ i đi u ki n lan truy n sóng. Lúc này cáp quang đóng vai trò c m bi n đ
chuy n đ i đ i l ng v t lý c n đo thành tín hi u quang.
5.8 M t s
ng d ng c a c m bi n
5.8.1 Tachometer quang hi n th t c đ quay b ng LED
Hình 5-24 : Tachometer quang
a.
c đi m
- Có th l a ch n các d i t c đ làm vi c: 0 – 4000 rpm, 0 – 8000 rpm, 0 – 16000
rpm, 0 – 32000 rpm.
-
phân gi i: 250 rpm, 500 rpm, 1000 rpm, 2000 rpm.
i n áp s d ng: 9V pin alkaline ho c 4 x AA 4,8V pin NiCd/NiMH
C m bi n: phototransistor NPN
Trang 78
Giáo trình C m bi n
b. M ch đi n
Các linh ki n chính:
-
Phototransistor PT501
-
LM393 b so sánh đi n áp
-
LM555 dùng đ t o b dao đ ng t o t n s chu n 133,3 Hz
-
74393 b đ m, chia t n 4 bit
-
74373 b ch t 8 bit
-
74154 b gi i mã 4 å 16
Ho t đ ng c a m ch đi n:
i n áp t i c c thu PT501 ph thu c vào c ng đ ánh sáng chi u vào thay đ i
t 0,7V (sáng) đ n 5V (t i). i n áp này đ c so sánh v i đi n áp t chi t áp R6 thông
qua b so sánh đi n áp LM393. Tín hi u ngõ ra m ch so sánh đ c đ a vào b đ m 4
bit 74393, các ngõ ra b đ m này bi u di n s xung đ c nh n vào. Các ngõ ra c a b
đ m 4 bit đ c đ a vào b n ngõ vào b ch t 8 bit 74373. B ch t này có ch c n ng
“gi ” l i giá tr s đ m trong m t kho ng th i gian trì hoãn đ c t o ra b i b dao
đ ng t LM555.
Các ngõ ra c a b ch t đ c đ a vào b gi i mã 4 å 16 74154. Giá tr nh
phân đ c gi i mã và hi n th thông qua 16 LED t ng ng ngõ ra b gi i mã.
B dao đ ng t LM555 có t n s t i ngõ ra là 133,3Hz. Ngõ ra này đ c đ a
vào b chia t n 4 bit. Các ngõ ra QA, QB, QC, QA có t n s l n l t là 66,67Hz,
33,33Hz, 16,67Hz và 8,333Hz. Công t c chuy n m ch S1 s ch n m t trong các ngõ
ra này đ đ t th i gian trì hoãn cho b ch t.
Hình 5-25 : M ch đi n tachometer quang
Trang 79
Giáo trình C m bi n
N u c n đo v n t c quay trong d i t 0 đ n 16000rpm, ta c n đ m t 0 đ n
32000 xung/phút (hai cánh qu t) t c là 533,3 xung/s. Do b đ m xung ch đ m t 0
đ n 15 nên ta không th đ m theo giây.
Th c t ta đ m trong t ng 1/33,33 giây (30ms). Trong kho ng th i gian, đó v i
m t ngõ vào 1600rpm, b đ m nh n đ c 16 xung có ngh a là s đ m s quay v
không. Do đó, t i ngõ vào 15999rpm, nó ch nh n đ c 15 xung, ta c n “gi ” ngõ ra
b đ m và sau đó reset trong m i 30ms.
làm đ c đi u này ta c n có m t chu i xung 33,33Hz. T ng t , cho ba
tr ng h p 0 – 4000rpm, 0 – 8000rpm và 0 – 32000rpm ta c n các chu i xung t ng
ng 8,333Hz, 16,67Hz và 66,67Hz t b dao đ ng dùng LM555.
5.8.2
ng d ng c m bi n khí phát hi n khí metan
C m bi n khí ho t đ ng nh m t bi n tr (đi n tr c a nó ph thu c vào n ng
đ gas), khi gas đi qua b m t c m bi n đi n tr ch t bán d n gi m xu ng. Dòng kích
SCR t ng lên, kích SCR d n. LED D1 sáng, đ ng th i IC555 đ c reset, phát ra âm
thanh báo đ ng.
Hình 5-26: Thi t b phát hi n khí metan
5.8.3 B đ c mã v ch
Mã v ch là nh ng v ch đ m ho c m nh dùng đ mã hóa s hay ch cái.
Có nhi u lo i mã v ch khác nhau, ph biên nh t là mã s n ph m thông d ng
(Universal Product Code – UPC) và mã nh n d ng ký t b ng quang h c (Optical
Character Recognition – OCR).
Có hai lo i mã v ch th
ng g p nh t là:
-
V ch đen là 1, v ch tr ng là 0.
-
Mã v ch n t m ph n t : v ch đen/tr ng r ng là 1, v ch đen/tr ng h p là 0.
Máy quét mã v ch phát tia laser công su t th p. Tia sáng g p mã v ch ph n x
l i m t c m bi n quang. C m bi n này chuy n tín hi u quang mang thông tin mã v ch
thành tín hi u đi n.
-
Ngu n sáng chuy n đ ng nh g
ng đa giác quay, mã c đ nh.
Trang 80
Giáo trình C m bi n
-
Ngu n sáng c đ nh, mã chuy n đ ng.
Bút quang:
Tia laser đ c led phát ra h i t qua th u kính hình c u lên mã v ch. Tia ph n
x đ c h i t qua th u kính v c m bi n. C m bi n cho tín hi u kho ng 1,1V khi g p
ph n tr ng và 0V khi g p ph n đen.
V n t c quét t i đa 1m/s. Mã v ch đ c gi i mã thành ký t ASCII. B gi i mã
là vi đi u khi n chuyên dùng, mã ASCII đ c truy n đ n máy tính thông qua giao ti p
RS232. B gi i mã đ c n i v i loa nh , phát âm thanh báo hi u khi quét xong.
Tr ng i chính là không th đ c chính xác n u các v ch b b n ho c in nhòe.
Hình 5-27: S đ b đ c mã v ch
5.8.4
o m c ch t l u
ng d ng này s d ng các c m bi n này chuy n đ i m c ch t l ng thành tín
hi u đi n.
a. C m bi n đ d n
Ch dùng cho các ch t l u d n đi n ( ≈ 50µScm-1), không n mòn kim lo i.
C u t o g m hai đi n c c hình tr , n u bình ch a b ng kim lo i thì bình ch a là
m t đi n c c. u đo đ c nuôi b ng đi n áp xoay chi u ≈ 10V đ tránh hi n t ng
phân c c.
Có hai ch đ đo:
-
o liên t c:
u đo đ c đ t theo v trí th ng đ ng, chi u dài đ u đo b ng chi u cao c a
m c ch t l ng c n đo. Dòng đi n gi a các đi n c c t l v i chi u dài đi n c c ng p
trong ch t l u.
l n tín hi u đi n ph thu c vào đ d n c a ch t l u.
Trang 81
Giáo trình C m bi n
Hình 5-28: S đ b trí đo liên t c
-
Phát hi n theo ng
ng:
i n c c đ c đ t theo ph ng n m ngang, v trí m i đi n c c t ng ng m t
m c ch t l u. Khi ch t l ng đ t đ n m c đi n c c, xu t hi n dòng đi n có biên đ
không đ i.
Hình 5-29: S đ b trí đo theo ng
ng
b. C m bi n t đi n
c s d ng khi ch t l ng là ch t cách đi n, h ng s đi n môi c a ch t l u
ph i l n h n h ng s đi n môi không khí, th ng là g p đôi.
Có th t o thành t đi n b ng hai đi n c c (thành bình ch a kim lo i và m t
đi n c c). Ch t đi n môi g a hai đi n c c là ph n ng p ch t l ng và ph n không khí.
M c ch t l u đ c chuy n thành đi n dung t đi n. i n dung này thay đ i theo m c
ch t l u.
N u ch t l u d n đi n, s d ng m t đi n c c có ph ch t cách đi n, l p cách
đi n đóng vai trò là đi n môi, ch t l ng là đi n c c th hai.
Trang 82
[...]... phát hi n s thay đ i giá tr c a ng đo nh nh t theo th i gian Trang 6 Giáo trình C m bi n c B ng thông T t c c m bi n đ u có gi i h n th i gian đáp ng đ i v i s bi n thiên c a đ i l ng đo M t s lo i c m bi n có th i gian đáp ng t t d n, t c là kho ng th i gian đáp ng gi m d n thay đ i theo đ i l ng đo 1.4 Gi i h n s d ng Trong quá trình s d ng, c m bi n luôn ch u tác đ ng c a ng l c c khí ho c nhi t... v i các nguyên t đã b ion hóa trong m t đ n v th i gian t l thu n v i n ng đ các nguyên t đã b ion hóa là r n02 , trong đó: r – h s tái h p Ph ng trình bi u di n s thay đ i c a m t đ đi n t t do có d ng: dn0 = a( N d − n0 ) − rn02 dt ( 2.10 ) Trang 16 Giáo trình C m bi n tr ng thái cân b ng: dn0 =0 dt ⇒ n0 = − a a 2 aN d + + 2r 4r 2 r ( 2.11 ) d n trong t i: σ 0 = qµn0 ( 2.12 ) trong đó: q – tr tuy... càng nh khi pha t p càng m nh - Khi nhi t đ l n h n 120°C, đi n tr su t gi m khi nhi t đ t ng Vì quá trình ion hóa do nhi t chi m u th làm n ng đ các h t d n đi n t ng lên l n h n nhi u so v i n ng đ pha t p H s nhi t c a đi n tr su t không ph thu c vào pha t p (tr ng h p bán d n riêng) Trang 29 Giáo trình C m bi n Hình 3-5: S ph thu c nhi t đ c a đi n tr silic Hình 3-6 : ng d ng nhi t đi n tr đ ch... s đ t t i nhi t đ T2 = Tc ch a bi t Nhi t đ Tc là hàm c a nhi t đ Tx và các quá trình trao đ i nhi t Kích th c c p nhi t nh nên có th đo nhi t đ t ng đi m và t ng t c đ đáp ng do nhi t dung nh Su t đi n đ ng do c p nhi t t o ra trong khi đo không c n có dòng đi n ch y qua do đó không có hi u ng đ t nóng Trang 30 Giáo trình C m bi n Tuy nhiên, c n ph i bi t tr là sai s Tc c nhi t đ chu n Tref, vì v... vi s d ng c Thông s mô hình thay th d D ng kích thích 3 Th nào là sai s h th ng và sai s ng u nhiên? Nêu m t s nguyên nhân d n đ n sai s c m bi n 4 nh y c a c m bi n đ c xác đ nh nh th nào? Trang 9 Giáo trình C m bi n Ch ng 2 CÁC HI U 2.1 Hi n t NG V T LÝ NG D NG TRONG C M BI N ng c m ng đi n t N m 1831, Faraday th c hi n thí nghi m ch ng minh r ng t tr ng có th sinh ra dòng đi n Khi cho t thông qua... đi n c m ng Ic Ic Ic Hình 2-2 : Thí nghi m Faraday - N u rút thanh nam châm ra, dòng đi n c m ng có chi u ng - Di chuy n thanh nam châm càng nhanh, c l n c l i ng đ dòng đi n c m ng Ic càng Trang 10 Giáo trình C m bi n - Gi thanh nam châm đ ng yên so v i ng dây, dòng đi n c m ng s b ng không - N u thay nam châm b ng m t ng dây có dòng đi n ch y qua, r i ti n hành các thí nghi m nh trên, ta c ng có nh... dòng đi n c m ng ph i có chi u nh trên hình 2-2 B ng l p lu n ta nh n th y n u d ch chuy n c c B c c a thanh nam châm ra xa ng dây, dòng đi n c m ng xu t hi n trong m ch s có chi u ng c l i Trang 11 Giáo trình C m bi n Nh v y, theo đ nh lu t Lenz, dòng đi n c m ng bao gi c ng có tác d ng ch ng l i s d ch chuy n c a thanh nam châm Do đó, đ d ch chuy n thanh nam châm, ta ph i t n công Chính công mà ta... t Volta: Phát bi u: Trong m t chu i cách nhi t đ nhau, t ng su t đi n đ ng Peltier b ng 0 A (T) M N c c u thành t nh ng v t d n khác (T) B PAT/ B Hình 2-4 : Hi u ng Peltier – nh lu t Volta Trang 12 Giáo trình C m bi n Thí d , trong m t chu i b n v t d n A B C D m c n i ti p, t ng su t đi n đ ng s b ng không PAT/ B + PBT/ C + PCT/ D + PDT / A = 0 Bi u th c có th đ c vi t l i: Vì: PAT/ D = − PDT / A... m t su t đi n đ ng là t ng h p tác đ ng c a hai hi u ng Peltier và Thomson Su t đi n đ ng đó g i là su t đi n đ ng Seebeck Hình 2-6 : Thomas Johann Seebeck (1770 – 1831) và Hi u ng Seebeck Trang 13 Giáo trình C m bi n Su t đi n đ ng các thành ph n là: T2 eab = ∫ hA dT ; T1 ecd = ∫ hB dT ; ebc = PAT/ B ; 2 T1 eda = PBT/ A 1 T2 Su t đi n đ ng Seebeck b ng t ng các su t đi n đ ng thành ph n: E T2T1 A/... phóng m t quang đi n t r t nh , nh h n 10-9s Khi b m t c a m t t m kim lo i đ c chi u b i b c x đi n t có t n s l n h n m t t n s ng ng (t n s ng ng này là giá tr đ c tr ng cho v t ch t làm nên Trang 14 Giáo trình C m bi n t m kim lo i này), các đi n t s h p th n ng l đi n (g i là dòng quang đi n) ng t các photon và sinh ra dòng Khi các đi n t b b t ra kh i b m t c a t m kim lo i, ta có hi u ng quang đi ... ng sai l ch trình ch t o c m bi n Tuy nhiên, t m th c nghi m có th xây d ng đ c đ ng th ng bi u di n s n tính c a c m bi n ng th ng g i đ ng th ng t t nh t, có bi u th c: Trang Giáo trình C m bi... b ion hóa r n02 , đó: r – h s tái h p Ph ng trình bi u di n s thay đ i c a m t đ n t t có d ng: dn0 = a( N d − n0 ) − rn02 dt ( 2.10 ) Trang 16 Giáo trình C m bi n tr ng thái cân b ng: dn0 =0... Vì trình ion hóa nhi t chi m u th làm n ng đ h t d n n t ng lên l n h n nhi u so v i n ng đ pha t p H s nhi t c a n tr su t không ph thu c vào pha t p (tr ng h p bán d n riêng) Trang 29 Giáo trình
Ngày đăng: 11/10/2015, 20:58
Xem thêm: GIÁO TRÌNH cảm BIẾN, đại học cần THƠ