Giáo trình kỹ thuật cảm biến dùng cho các trường đào tạo hệ cđ nghề và TC nghề vũ quang hồi

Các yếu tô ảnh hưỏng tới cảm biến Quan hệ giữa đáp ứng và kích thích của CB là rất phức tạp và phụ thuộc nhiều yếu tố như: hiệu ứng vật lý sử dụng ở CB, kết cấu, độ chính xác, độ bền, mạ

í i i

؛

3 0 0 0 2 3

í

٠ ا ١

LỜI n Oi d ầ u

J!iộii Iiay các bộ cảm blCií dược ứng dụng rất nhiều trong tĩnh vực

sán xuất cOng nghiệp ١'à dời sống Các bộ cảm biến ngày càng dược hoàn

thiÇn ѵ،١'і các ngưyẽn lý mới, các vật liệu mới cQng như kỹ thuật chế tạo gpn nhỏ, mỏng Vì vậy, tlm hiểu \'ề cảm biến là môn học bắt buộc trong nhiổu trường dào lạo khối kv thuật, dặc biệt là dào tạo các ngành thuộc

ngi١nli diện như: d؛ộn cOng ngliiệp, dỉộn tU và nhất là tự dộng hoá.

(:uốn giáo tilnh “Kỹ tliuật cảm biến'١ dược biên soạn cliung clio sinh vidn ،rinh độ Cao dẳng nghề \'à Trung cấp nghề nên chúng tôi dưa ra nhfinu loạí cảm b؛ồ'n tliOng dụng nhất Mỗi cảm biến dều dược dề cập các net khai ﻻ اة أcliuiíg, ngưyèn lý làm việc, nguyên ly cấu tạo và dặc trưng ctia nO

(háo trinh “ Kỹ tliuậl cảm bien” gổm 11 chương:

Chifong I Khih niệm chung \'ề các bộ cảm biến

Chiíotig 2 cam biê'n nliiệt độ

Chiíong 3 Cảm biến vi tri và dịch chuyển

Ch nong 4 cam biến tốc độ

Chiiong 5 Cảm biến gia tốc, rung V؛'، va dập

Chiíoìig ổ Ciim biến lực, a؛, suâl

Chiiong 7 Cảm biến tOc độ, lưu lượng và mức (chất lỏng)

Clntong 8 Cảm biê'n áp suất (chai lỏng)

Chương 9 Cảm biến quang

Chương 10 Cảm biến độ ẩm

Chưong 11 Cảm biến thành pliầiỉ klií

^ộì dung giáo trinh dưtĩc trinh bày dơn giản, dễ hiểư, cưốl mồi chương dểư có câu hỏi On tập Ngoài ra, giáo trinh có kèm phụ lục một số từ tiếng Anh liên quan cũng như một số hiệu ứng vật lý dược sử dụng ở các bộ cảm

biến glUp ngươi dọc nắm chắc hơn mồn học Giáo trinh "Kỹ thuật cảm biến” cQng là tài liệu tham khảo có ích cho các bạn sinh viên, cán bộ các ngành kỹ thuật quan tâm và muốn tlm hiểu về kỹ thuật cảm biến.

Mặc dù có nhiều cố gắng biên soạn, nhimg giáo trinh chắc chắn

khOng tránh khỏi thiếu sót Tác giả rất mong muốn dộc giả góp ý١ trao dổi, dể lần tái bản sau giáo trinh dược hoàn thiện hon

Mọi ý kiến góp ý xin gửi về dla chỉ : Còng ty c ổ phần sách Dại học

và Dạy nghề, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 25 Hàn Thuyên Hà Nội

C Á C T Á C G IẢ

C hương 1

1.1 CÁC KHÁI NIỆM Cơ BẢN VỀ CẢM BIẾN

1.1.1 cảm biến là gỉ?

Nhờ ngũ quan, con naười cảm nhận được các đối tượng xung quanh

về hình dạng, trạng thái, vị trí, màu sắc, mức nóng lạnh, mùi vị, v.v Đicu dó hoàn toàn chưa đủ trong điều kiện khoa học - kỹ thuật phát triển

và khi cần phải định lượng rõ ràng Do vậv, con người đã chế tạo ra các thiết bị dể gián tiếp thông qua đó mà nhận biết các vật thể, trạng thái của chúng cũng như việc đo lường định lượng chúng Các thiết bị này là các

bộ cárn biến (CB)

Các bộ CB biến đổi các dại lượng vật lý như các đại lượng không diện (áp suất, tốc độ, nhiệt độ, ánh sáng, ) thành các đại lượng điện do được (dòng điện, điện áp, ) dùng trong các thiết bị đo hay trong các hệ thống điều khiến tự động

Ngày nay, có thể nói, các bộ CB được sử dụng trong mọi lĩnh vực khoa học - kỹ thuật và các bộ CB đóng vai trò rất quan trọng, không thể thiếu dược trong các lĩnh vực do lường, điều khiển Không có CB thì không có máy móc tự động

Nguyên lý làm viẹc của các CB là dựa vào các hiệu ứng vật lý (nhiệt diện, lioá điện, quang điện, áp điện, ) hoặc kết hợp chúng đế biến đổi các dại lượng không diện thành các đại lượng điện đo được Đầu vào của

bộ CB là trạng thái của đại lượng vật lý cần đo (nhiệt độ, áp suất, tốc

độ, ) Đó là các kích thích dầu vào của CB Thông qua hiệu ứng vật lý

sử dụng ở CB mà CB cho tín hiệu ở đầu ra Đó là các dúp ứng đầu ra của

CB khi dầu vào bị kích thích (hình 1.1)

Kích thích

Hình 1.1 Sơ đồ khối một CB

Như vậy, CB có thể coi là một thiết bị cảm nhận mà khi có kích thích

ở đầu vào thì CB cho đáp ứng ở đầu ra

1.1.2 Các yếu tô ảnh hưỏng tới cảm biến

Quan hệ giữa đáp ứng và kích thích của CB là rất phức tạp và phụ thuộc nhiều yếu tố như: hiệu ứng vật lý sử dụng ở CB, kết cấu, độ chính xác, độ bền, mạch điện, v.v

Khi dùng một CB để đo lường, ngoài đại lượng cần đo tác động vào

CB, còn có nhiều yếu tố khác gọi là nlìiễu cũng có thể gây lác động tới

CB, gây ra sai số đo

Ví dụ: - Nhiệt độ gây dãn nở vật liệu dùng để chế tạo CB, gây ảnh hưởng tới tính chất điện của các linh kiện

- Độ ẩm làm ảnh hưởng tới mạch điện và cả tính chất vật liệu

- Nguồn điện nuôi cấp cho CB bị biến động trị sô điện áp, tần sô thăng giáng, v.v

- Do chế tạo, thiết kế CB chưa được hoàn thiện

Do vậy, cần phải có biện pháp hạn chế các ảnh hưởng của nhiỗu Chẳng hạn như:

+ Giảm thiểu các nhiễu xâm nhập vào CB: dùng màn chắn từ trường, điện trường, dùng dây bọc lưới kim loại (gọi là dây bờ-lanh-đê-blindée (Pháp)).+ Bù trừ nhằm triệt tiêu các ảnh hưởng của nhiễu trong phạm vi có thể + Xác định một mức cho phép và không để nhiễu vượt quá giới hạn đó

+ V.V

1.1.3 Mạch đo

Tín hiệu điện ở đầu ra của CB phải mang thông tin đầv đủ về dại lượng cần đo đã kích thích ở đầu vào Tliông tin đẩu ra còn cần phai dịnh lượng đổ con người nhận biết được hoặc đưa tới các hệ diều khiển tự động

Thực hiện việc trên là nliờ mạch do gồm CB và các thiết bị đo (hình 1.2).

1 1

1 1

Hình 1.2 Sơ đồ khối mạch đo

Giíi trị do dược ớ dầu ra của mạcli do !uôn có một sai số nào dó Sai

sổ nàv dược phân ra 2 loại: sai sổ hệ tìiổuữ, và sai số ngẫit nlìiên.

Sdi S()'hệ thống mắc phả، là do chínli bộ CB ١'à hiệu ứng vật lý mà nó

sứ dụng, tlo diều kiện ١'à cách sử dụng cũng như do phương pháp xử lý

kct ٩uả do lloàn chinh các sai sOt trên sẽ hạn chê' dược sai số hệ thống.

Sai sổ Iigaií nhiên mắc phiii là tlo các nhíễu và ảnh hưởng của mới

trường tlo cUitg như do chinh stf thay dổi dặc tinh của thiết bị do khi do Giám anh liường cUa sai số ngẫu nhiCn nhờ bảo vệ mạch’do bằng các biện plidp cliOng nhiễu, ổn dỊnh nguồn nuỏi, bù các ảnh hưởng bên ngoài \'à bCìi trong mạch do, hoặc t،ê'n hành pliép do nliỉều lần rồi tínlt trung bìnli

các kết t١u؛i do

1.1.4 Các ch! tiêu đánh giá một bộ cảm biên

1. Sa؛ số CB kết hợp với thiết bl do clio ờ dầu ra mạch do giá trị đại lượng cẩn do ơ dầu vào CB Kết 4أأة n^y có sa، số Sa؛ số càng nhỏ càng tốt.

2 Độ nhạy Khi dại lượng cẩn do ờ dầu vào biến thiên thi dại lượng

d() dưt.ĩc ئ đầư ra cLia CB cUng biến thiên

Tỷ số ưiữa biê'n thiên ۵.؛(cUa dại lưtrng do dược ở dầu ra và bíến

ện nuOi, v.v

؛bơi các lliOng số nguồn d

3

Độ tuyè.n tinh CB có tínli tuyến tínli trong một dải do nào dó nếu

do dó độ nhạv s khOng pliụ thuộc vào giá trị của dại lượng cần do

،؛

trong dí

Nói cdch khdc, CB có tinh tưyến tínli trong một dải do nào ،10 nếu trong

lượng cần do ở ،lầu vào

dạ

'،)؛

١

lượng ra là tỷ lệ bậc nl١ất ؛

lệ bậc nliất với dại lư،rng cẩn do ờ dầu vằo

4٠ Thờỉ gian đáp ứng Thời gian dáp ứng là thời gian kể từ lúc dại lượng cần do ở dầu vào CB thay dổi dột ngột cho dến lúc dại Iưọng ra của CB thay dổi theo và dạt xấp xỉ giá trị do dirợc tương ứng, thua kéin ε% = 10%.

Thời gian dáp ứng càng nhỏ thi CB phản ứng càng nlianh

5 Giới hạn hay dỉều kỉện sử dụng Giới hạn sử dụng của CB là các diều kiện quy định bởi nhà chế tạo dể CB làm việc binh Ihườnơ

Kill sử dụng CB, người sU dụng cần biết các quy định này và các điểu kiện sử dụng khOng dược vượt quá giới hạn quy định

1.2 PHÂN lOẠI CẢM BIEn

Có nhiều cách phân loại CB khác nhau

1.2.1 T he nguyên lý chuyển dổi kích thích - dáp ứng

1.2.5 Theo thông số của mô hình mạch thay thế

- CB tích cực;

- CB thụ độn؛ỉ

Cảm hiến tích cục

Cảm biến tích cực là CB sử dụng các hiệu ứng vật lý trong dó nãn؛i

lượng riômỉ của đại lượng cần do ờ dầu vào (nhiệt độ, cơ, bức xạ, v.v )

được biến dối thành năn g lượng diện (dưới dạng điện áp diện tích haydòng diện) ở dầu ra

Bảng 1.1 Một sô CB tích cực và hiệu ứng vật lý được sử dụng

Đại lượng cần đo

ở đấu vào Hiệu ứng vặt lý sử dụng Đại lượng ở đẩu ra

Áp lực

Gia tốc

Vị trí (nam châm) Hiệu ứng Hall Điện áp

Chùm tia ánh sáng Hoả điện Điện tích

Bức xạ quang (điện tử) Dòng điện

Ị

Hiệu ứng quang - điện áp Điện áp Hiệu ứng quang - địện từ Điện áp v.v.

Chi tiết về các hiệu ứng được sử dụng ở các CB tích cực sẽ dược nêu

rõ khi dề cập tới ở các chương sau

Cấm hiến thụ dộng

Cám biến thụ dộng thường là Clỉ trờ kháng chế tạo từ các vật liệu có một trong các thông số điện nhạy cảm với dại lượng đo

Sự thay đổi trở kháng của CB có thể do tác động của đại lượng do

- hoặc làm thay doi hình dạng và kích thước

- hoặc làm thay đổi tính chất diện của vật liệu: điện trở suất, dộ từ thẩm, hằng sỏ điện môi, V.V

- hoặc hiếm hơn là làm thay đổi cả hai

Bảng 1.2 Một số cảm blê'n thụ dộng VỚI các thOng số diện của trỏ kháng

thay dổi do dôl tượng do

Đại lượng đo ỏ dầu v à ThOng s ố d ỉệ n n h ạ y cảm

n dể xác định trị số trờ khiing

ة

Vì CB ihụ dộns chi là một trờ khíhig, n

^1

sự thay đổi trỏ’ kháng cần phải dưa CB \'ào

Cầu trở kháng mà CB là một,.,

à

' ١

giUp con người cảm nhận 'Ciíc bộ CB cO tliC ،lược coi la “tai - mắt١

í)t ly và giUp máy móc lự dộng ngàv nay

' ١

đánh giá dưọc các dại lư،.)’ng

lioạt d،)ng tốt

.Citc bộ CB cỏ mặt trong moi lĩnh vitc klioa học - kỹ tliuột

1biết dể yCn

ة

1clií thị mức xăng tliOng báo cho người

tâm di tiCp liay cliuẩn bị đổ xãng CB \'à chi thl tốc độ thOng báo cho

ga clio xc chạy theo lừ dO người lái diều chỉnl١

Trong 10 diện, CB và chỉ thl nhiệt ،!،) giúp người vận l١ành biết linh

à tin liỉộu CB nliiệl độ giUp liỊO mạch pliản hổi để diồu khiển

' ١

trting lit

١c ،nhỉôl độ 10 theo cliifong trinh ds dặt trư٠ ٠ .c

có CB mức nước mà hệ tliOng bo’m

١

،

"

1'rong sinh hoạt hàng ngày nh

١c lên tầng cao các ngOi nha cd thể tu’ ،lộng chạy và ngừng bom Nhờ،nư

CB nhiệt độ mà máy diCu hoà có the giữ ổn dỊnh nliiệt độ da dạt 11’ong

Các bộ phận CB có inậl Ironti các hệ thốn» giám sát, cảnh báo, là tai - inát \'C tình hình an ninh, dổ phòn» chốn» cháy nổ, đám bảo môi trường Iroim sạch, V.V

Như \'ậy khóng CC) các bộ CB thì khòns thê có kỹ thuật tự động, máv móc lự dộng, người máy, khôn» có hệ tliốiiH kiểm tra chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năn» lượng

Khoa học - kỹ thuật tiên tiến đã »iúp cho các bộ CB ٤ ١iảm thieu kích thước, cải thiện tính năng và ngàv càn» mớ rộn» phạm vi ứnu dụng

CÂU HỎI CHƯƠNG 1

1 cảm biến là gì? Nguyên Iv làm việc chun» của các CB?

2 CB có vai trò và ứna dụng thố nào Irons kỹ thuật? Nêu một số ví dụ

3 CB bị ánh hưởng của các yếu lố gì? 'l ại sao? Phương pháp hạn chế

4 CB thường được dánh giá C]ua các chí liêu nào?

5 Phân biêt CB tích cưc và CB thu đôn»

11

C hư ơng 2

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Nhiệt độ là dại lượng vật lý dùng đổ đánh giá mức độ nóng - lạnh của một vật

٦'ính chất vật lý cùa một vật pliụ tliưộc vào nhiệt độ của nó, nCn dể

xác định nliiột độ của vật, người ta dựa vào sự thay dổi theo nhiệt độ cùa một trong các dặc tínli vật lý của vật dó so với quy định cliưẩn các thang tlo nhiẹi độ Như vậy, dại lượng nliíệt độ cliỉ dược do gián tíẽ'p nhO vào tínli chat của vật tliay dổi tlieo nliiột độ

Đê cO liìiili iinh rõ hon ١.'ề CÌÍC tliang do nliiệt độ và tiộn so sánli, ta

xem lilnli 2.1 2 1'،ؤ ١ inú'c cliưán là nliiệt dọ nưcSc đá dang tan và nhiệt độ

lioi nước ،lang sỏi ỏ’ ۵p suất chuẩn p„ Hai thang nhiệt ،1،> Kelvin và

Kankin kliOng có nliiệl độ âm Nliiệt độ 0" cùa 2 tliang này ú'ng với trạng thái v(it chat kliỏng cliiivổn động ااة ﻻcòn ﺔ ﺗ0ا la độ 0 tuyệt đối

Việc chuyển dổi giữa các tliang nliiệt độ nliií sau:

[{’ = T; - 273,15 =' ؛ t'', - 17,78 = - 273.15

9 t'V t 255,37 = خ T r

ذ

= ٩

273,1 1

"،,-Τ'κ = t

459,67 -

Γ'κ - 459,67 = T r

'

؟

= 32 + t"c -

:

5 5

459,67 +

د

h T

373,15

ﻻ 00

4

-148 -

459,67

د

-Hinh 2.1 Các thang ٥٠ nhiệt ٥ộ

2.1.2 Nhiệt độ cẩn d và nhìệt độ do dược

Một vật có nh؛ệt Τχ mà ta miiồii do thi nhiệt độ dó gọi là lĩhiệt độ cần

do '٢hực tế, khOng thể do đúng, chuẩn xác nhiệt độ Τχ mà chỉ có nliìệí độ

do dược qua CB là Tch, sai khác với Τ.Χ Nhiệt độ do dược lại phụ thuộc

vào nhiệt độ mOl trường do và vào sự trao dổi nhiệt khi do RO ràng, do càng đứng nếu sai lệch Τχ - TchCàng nhỏ ٧ ệc giảm thiểư (Τχ-Тсь) có thể ؛thực hiện nhờ:

- Tăng trao dổi nliiệt gỉữa CB và môi trường do dể nhiệt độ của CB sát với nhiệt độ môi trường do: T.b _> Τχ

- Giảm trao dổi nhíệt giữa CB và mOí trường ngoài dể nhiệt độ CB khOng b؛ hạ thấp do mất nhiệt

13

Ví dụ Dùng một CB

nhiệt điện tiở (điện trở thay

dổi theo nhiệt dộ) dê đo nhiệt

Đổ tăng trao đổi nhiệt íỉiữa

CB và môi trường đo, cần:

Đế giảm trao đổi nhiệt

؛ỉiữa CB và mòi trường Iiíỉoài

có nhiệt dộ T٠„|, cần;

- Phần lử cảm nhận phải nhạy với nhiệt dộ, tỷ nhiệt thấp, dẫn nhiệt tốt.Đường dẫn ra ngoài CB phải truycn nhiệt kém và dủ dài dc chống mất nhiệt Lỗ khoan phải có chiều dài lớn hơn nhiều lần đường kính lổ ( L - lOR)

2.1.3 Truyền nhiệt khi đo

Trong quá trình truyền nhiệt từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt

độ thấp, công suất nhiệt tỷ lệ với chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vật và tuân theo định luật Ohm áp dụng cho nhiệt:

Giải phưrmg trình vi phân (2.2) với giả thiết nhiệt độ T٠„| không đổi ta có:

١

؛

٢

hằnti sô thời gian của CB.c١ c١

Sau thời gian dài xác địnli bởi x(t > 5x) thì có thể coi quá trình quá

dộ lăn« nhiệt độ kết thúc Lúc dó 7 0 ؛ và CB đạt nhiệt độ:

Hinh 2.3 là đồ thị tăng irưứn« nhiệt dộ của CB khi do

Hình 2.3 Sự tăng trưởng nhiệt độ của CB khi đo

15

Khi Iihiột dẫn giữa CB và mỏl trường do lớn hơn nhiều nhiệt dẫn giữa

CB ١'à mỏ؛ trường ngoài (Gub » Gmicb) thi b؛ểu thức (2.5) clio' sai lệch giữa nliiệt độ cần do và nlíiệt độ do ،lược là nhỏ Gác nhận xé.t của ví dự ỏ

mục 2.1.2 có thể rút ra lừ b٤ểu thức (2.5)

2.1.4 Các phương pháp đo nhiệt độ

Các CB nhiệt độ dược cliế tạo theo nliiềư phương pháp khác nliau

- Pliương pháp nhiệt d ؛ện trở: dựa vào dỉện trở của vật liệư làm CB thay dổi tlieo nhíệt độ Từ dó, khi do dược diện trơ có thể suy ra nliiệt độ cùa CB

- Phương pháp s.d.d nhiệt diện: dùng cặp nhiệt diện hay nhiệt ngẫu

\'à dựa vào s.d.d trong hiệu ứng nliiệt diện

- Pliương pháp ٩uang: dựa trên sự phân bố phổ bức xạ nhiệt.

- Pl١ương pháp cơ: dựa vào sự gỉ3n nờ của các chất theo nliỉệt độ.

2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ

Các CB nhiệt díện trở có thể dùng kim loại, các oxyt kim loại hay bán dẫn

2.2.1 Cảm b؛ê'n nhiệt diện trở kim l.ạ i

Kim loại dược chọn làm CB cliU yếu theo dải nhiệt độ cần do và tinh chất môi trường do Diện trở dược chế tạo dưới dạng dây hay màng mỏng

mà có diện trờ sưất thay dổi theo nhiệt độ với hệ số nhiệt diện trở dương (d؛ện trờ t.ầng khi nhiệt độ tăng)

R.٢ = R٠, ( l + « T + p٣ )Trong dó: Rt - diện trở dây ư T'c, (Ω )؛

- Niken (Ni) dược sử dụng ở dải nhiệt độ thấp hơn (< 250"C) do dỗ bị

(2.6)

(2.7)

oxv Iloa ة Iihlệl độ cao Ni có độ nhạy nhiệt cao hơn Pl vì d؛ộn trờ thay

،!0؛ t!ico nhiệt độ mạnh hơn Pt

- Đồng (Cu) dược sử dụng ờ diil nhíệt độ thấp hơn Ni (< 180”C) vì rất

dc hỊ oxy hoá 0 nliiệt độ cat), ư u đlểin cUa Cu là độ tuyến tinh tốt trong tlíii da Nhược diểin của Cu là diộn trỏ suất nhỏ nên muốn có diện trở lớn till phai tảng chiều dài dây nẽn làm tăng kícli thước CB

- Voiiphrain (w ) cUng dưt.ic sử tlụng do độ tuyến tínli cao và độ nhạy

nhlệi lớn hơn Pt ở dải nhiçt độ tlưứi 10٧"K w thư.ờng dược sử dụng ở-dải nhiệt độ cat.) w có thế chế tạo du'ới tlạng sợi rất mảnh nên giảm thíểu tốt

Về cấu tạo CÍÍC CB nliíệt diện irO pliảl có diện trơ cliịu dược dOng

tlíệti vài т Л chạy qua ١'à phải ctl trị sO' diện trờ đủ lớn nhằm dảm bảo độ

nhgy cao (trị số diện tiG thay dt١i tliet) nliỉột độ lớn) Diều dó dược dảm

bao nếu giíiin tiCt diện dây lioặc lăng độ dài dây Giảm tíết diện sẽ làm dav d؛ tliìt 'l'ãng clilều d؛'،i sẽ làm kliO clio việc bố tri dây VI thế, các dây

diệii liơ thưtlng dưọc â'n định giá trl vài trăm ٠ ỞO"C với tiết diện đủ nhỏ

١'à tlộtPii dỗ lắp dặt ở dải tlo nliiột độ ihâ'p thi trị số diện trờ cần lớn dể ct') tlỌnhqy nhiệt lớn

٧ ỏ Dây Pt Cách ớ؛ện ٧ ỏ Cắch ở!ện Dây Pt

Hình 2.4 Bố't.rí dây diện trở tr n g dầu CB nhiệt diện trỏ

Các nhiệt kế diện trở phải có vỏ bọc

tốt, kin, cách diện tốt dể chống dược va

cliạm, rung dộng

Kết cấu cụ thể CB nhiệt diện trở cOng

nghiệp như trên hlnh 2.4

Khi do nhiệt độ bề mặt của ١'ật rắn,

người ta sử dụng nhiệt kế bề mặt với dây

diện trỏ bằng Ni, Pt hay Fe-Ni có dang

Chiều dày cùa nhiệt kế bề mặt là vài

pm , kích tliước kltoảng 1 cm2 v à d â y tạo

lưới nhờ phưong pliáp quang khắc Nliiệt

kế bề măt dươc dán lCn bề măt cần do Hình 2.5 Lư٩td iệ n trỏ N itr٠n ^ n h iệ t

2.2.2 Cảm bîè'n nhiệt diện trỏ oxyt kim loại

CR nhiệt diện trở oxyt kim loại có dặc điểm khác với CB nliiệt diện trở kim loại:

- Hệ số nhiệt diện irO âm (diện trở giảm khi nhiệt độ tăng) và hẹ số

này thay dổi nhanh tlieo nhiệt độ

- Độ nhạy nhiệt lớn hơn khoản10 ؟ lần so với độ nhạy nliiệt cUa điện trở kim loại

Các oxyt kim loại thường dượC sử dụng làm diện trở là: MgO, МпіО,,

Ρε.,Ο^, CojO„ NiO, ΖηΤΙΟ^, MgAljOj, ν.ν

Các nhiệt diện trờ oxyt kim loại dược ép từ các bột oxyt dưứi dạng hlnh dĩa, hình trụ hay hlnh xuyến CltUng có kích thước nhỏ và dược bọc một lớp bảo vệ

Các CB nliiệt diện trở oxyt kim loại dược sừ dụng trong các trường hợp sau:

- Do diện trở ở vUng kích thước nhổ nhờ kích thước CB nliO cơ Imm

- Phát hiện những biến thiôn nhiệt độ lất nhỏ (tới phần nghìn độ) nhờ

CB có dộ nliạy nhiệt rất cao

Dải nhiệt độ rộng, son» cần tránh các biến đổi nhiệt độ đột ngột vì

có thê làm rạn nứt điện trở

2.2.3 Cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn

Chất bán dẫn sử dụng trong CB nhiệt điện trở bán dẫn thường là silic (Si) tinh khiết hoặc đơn tinh thế

Sự thav đổi diện trở suất theo nhiệt dộ của Si phụ thuộc vào nồng độ pha lạp (dẫn tới số diện tích tự do) và vào nhiệt độ Do vậy, có thể phân

ra 2 miền nhiệt độ Dưới khoảng 120"C, hệ số nhiệt độ của điện trở suất dương nghĩa là điện trở suất tăng theo nhiệt độ Do độ tuyến tính hạn chế

mà dải nhiệt dộ ứng dụng của điện trở Si là -50' ١ c -120 -؛'’C.

Trên khoảng 120"C hệ số nhiệt độ của điện trở suất Si là âm (điện trở giám khi nhiệt độ tăng) và dộ tuyến tính kém hơn Trong vùng nhiệt độ trên 12()‘’C thì hệ số nhiệt điện trở không phụ thuộc vào mức độ pha tạp

2.3 CẢM BIẾN CẶP NHIỆT ĐIỆN (HAY NHIỆT NGẪU)

Liên cỊuan đến hiện lượng nhiệt điện là một số hiệu ứng;

Hiệit ứiig Thomson Một dây dẫn đồng chất mà hai đầu có nhiệt độ

khác nhau (hình 2.6a) thì giữa 2 đầu xuất hiện một s.d.đ nhiệt S.đ.đ nhiệt này chi phụ thuộc ban chất dây và nhiệt dộ chênh lệch: e., (T1T2) và thườntỉ có giá trị nhỏ

ea(٠ ٢lT2)

a)

T,

b) Hĩnh 2.6 Các hiệu ứng nhiệt điện a) Hiệu ứng Thomson; b) Hiệu ứng Peltier; c) Hiệu ứng Seebeck.

T’

19

Hiệu ling Peltier На؛ dây dẫn châ't khác nhau nối với nhau Ihí ờ mối

nối xuất h؛ện một s.d.d tiếp xúc (hình 2.6b) s.d.d tiếp xúc này clií phụ thuộc vào bản chất 2 dây dẫn và nhiệt độ mốỉ nối: Cha (T) ١'à có gií؛ trị khoảng vài mV

Hiệiỉ lìng Seeheck Trong mạch kin do 2 dây dẫn tạo thànli (hlnh 2.6c)

mà nhiệt độ 2 mối nốt khác nhau thl trong mạch kin có một dòn٤١ diện chạy do có s.d.d nhiệt xuất h؛ện trong mạch kin

- Bỏ qua s.d.d Thomson và nếu gọ2 ؛ s.d.d tiếp xúc ở 2 mối nối 1،١

Cba (T) và Cha ( Τ ') thì v't T > T' nên Cha (T) > Cha ( τ ') và trong mạ'ch kin cO

dOng ؛, chiều như hlnh ١'ẽ

- Nếu T < T' thi chỉều i ngược ؛ại

+ ٧ậy: Nếu T' là nltiệt độ cần do thl theo quan liệ Cj = f(T) có thổ suy ra I ' từ trị số e.٢ do dược

2.3.1 ưu, khuyết cUa cảm biến cặp nhìệt diện

٧ iệc do nhiệt độ bằng CB cặp nli؛ệt d؛ện có nhiều ưu d؛ểm hon CB nhiệt diện trờ Đó là:

- Kích thước CB cặp nhiệt díện nhO (dẩu mối hàn) nên cO thổ do nhiệt độ ở từng d؛ểm

- Nhiệt dung nhỏ nên đáp ứng nhanh

- Đo qua s.d.d nhỉệt nên tránh dưọ'c liiệu ứng Joule ( 0 ؛ ).ة

- Khi cần s.d.d nhiệt lớn có thể dấu nối tiếp nhiều cặp nhiệt d ؛ện٠

Nhưng việc do nhiệt độ bằng CB cặp nhiệt diện cũng có khó khản do: + s.d.d nhiệt ở dải nhiệt độ rộng là nhỏ hoặc khOng tuyến títih

+ Quan hệ s.cl.d nhiệt theo nhiệt clộ (hàm Cy = f(T)) tuỳ thuộc từng cặp nhiệt điện và cần bảng chuán I 'i ê n ؛z.

f Sai số nhiệt dộ cần do phụ thuộc vào việc duy trì nhiệt độ chuẩn lúc đo Bảng 2.4 trình bày một vài thõng sô kỹ thuật của các CB cặp nhiệt diện dùng trong thực tế

Hình 2.7 là dồ thị s.đ.đ nhiệt phụ thuộc nhiệt độ

(Ị) = 3 ٠ 25mm

-2 1 0 - 800 -8,096 - 45,498 ± 3% ở dải 0 - 400

± 0,75% ở dải 400 - 800 Chromel/

2.3.2 Mạch do

Như trên hlnh 2.6c, nếu ĩ là nh؛ệt độ quy chiếu dã biết và dưt.ĩc giữ khOng dổi (T '= invar) thl dể suy ra nhiệt độ cần do T, ta pliải do dược s.d.d nhiệt trong mạch

1 Nốí mV kê'

Việc nối mV kế vào mạch cặp nhiệt diện có thể tlieo 2 Cílcli nhu irCn

Hình 2.8 Ha؛ cách nối mạch d cặp nh؛ệt d؛ện a) mV kế nối ỏ mổ؛ hàn T٥: b) mV kế nối chèn g؛ữa một dây

Trong cả 2 cách nối, s.d.d nhiệt của cặp nhiệt diện là nhu nhau Chẳng hạn, ở cách nối trên hlnh 2.8b, theo biểu thUc (2.8) thi:

2 Nhỉệt độ quy chỉếu

Tuỳ theo cách tạo nhiệt độ quy chiếu của một cặp nhiệt diện mà ta phân

ra 3 trường hợp:

ا 0 ت , لا : ' |

Nhlệ؛ đ(١ quy اااﺈﺟاا là nliíệl tlộ chuẩn 0"C (nhiệt độ nước đá dang tan

ờ áp suâ't quy chuẩn p., = 760mmlỉg = l01.325Pa) Hlnh 2.9 là một ví dụ

VC Ihidt bị duy til T 'ذ τ,,= 0"C

a mối nối

ؤا

!

có nhiệt độ ٥٠ cẩn

Tới thiết b! ٥٥ (dây dồng)

Nước đá tinh kh!ết dang tan (τ'= ٢٥= 0 0

Hình 2.9 Thực hiộn nhiệt độ quy chiê'u ỏ o.c

Khi do dược s.d.d nhiệt ج có thể suy ra nhiệt độ T ٢ ا Cần do nhờ dồ thị

(hlnli 2.7) nhưng chi tiết hon hoặc Bíịng e ٢(T) của cặp nhiệt diện dang

sứ dụng

Việc duy trl T' = T٠ , = 0"c là phức tạp nên ít sử dụng

b ١ 'l"' đvtttc duy n t không đổi nltiutg kltttc 0"C

Ttong trường họp này T' nliO hon nhiột độ cần do T và lớn hon nhiệt

độ niOi trưíĩng Ί',ηΐ Nối mạch do như so dồ nguyên lý trên hình 2.8a thi phải tiến hành hiệu cliính Cách hiệu chỉnh như trên dồ thị ở lilnh 2.10

23

Do Τ' 9؛ T„ = 0"c nên mV kế sẽ cho s.d.d e ٦ (T, T' ), nên cần hiệu chỉnh nhờ cộng thêm s.đ.đ 6ل (τ ' ,T„) tlieo bảng t j (T) của cặp nhiệt diện.

Từ dó, suy ra T theo e^vUa có

Ví dụ Khi sử dụng cặp nhiệt diện Pt - Rh (10%)/Pt mà nhiệt độ quy

chiếu ở mối hàn lạnh là 2.6"c, ta dọc dược ờ mV kế giá trị 2,80 inV Theo bảng 6ل (T), tlm dược бт(26"с) = 0,15 mV Từ dó suy ra s.d.d

nhiệt e٦ -(T, 0"c) = 2,80mV + 0,15mV = 2,95mV và theo bảng e ٦-(T) tim

ra nhiệt độ cần do là 368"c.

c ) T ' dược duy tri bằng nhiệt độ môi trường nhung klrá.c 0"c

(T ' = T ( ^ T ( ) = o(١c )

Trường hợp này cUng phải tiến' hành hiệu chỉnh tương tự trường hợp b

ở trên với biểu thức tương tự (2.10)

Thực tế, dể có thể dọc ngay trên mV kế giá trị 6ل, ngươi ta s(r dụng mạch bù tự dộng khi dầu hàn tự do (dầu lạnh) có nhiệt độ môi trương như trên hình 2.11

Hình 2.11 Mạch do s.d.d nhiệt có bù nhiệt tự dộng dùng cầu Weatstone

Các diện trở R،., R|, R? khOng phụ tliuộc vào nhiệt độ Diện trơ R'thay dổi tuyến tinh theo nhiệt độ môi trường với hệ số nhiệt diện trờ ợ trong biểu

thiìc (2.7) Cầu dược thiết lập cân bằng ờ 0"c Do dó, nếu T' = T 0 = ؛"c thi mạch bù cho 60 = ﺀ ﻞ ﻓ và mV kế cho trị số 6τ như trường hợp mục 2.3.2.2a

' ا '! 'ا ا '؛ ز ! ١ ئliọ'p أ م'=1 Ί'.,,ι 0ج ؛ihì 1اااذ اا ١hi!cho 0ﺂ ﺗ ا - بđể اự dộiiíi them vào

s.đ.d.Iihiệl bị giảm bửl m، ١i h؛m li ١ii!i Ihitg Ithlệt lừ ()"c 1ﺔ ﻟا Ί' ,ι.

'Ihco (2.13) CÓ: R٦= R| R'

llico (2.7) có: R؛i - R'(l + aT) = R' t R'aT

lliay các giá ti'ị trên vào (2.14) có:

3.Pliirong pháp đo

:pliáp

’؛

0

2phuon

Hình 2.12 ٥٠ s.đ đ n h iệt diện b ẳ n g mV kê'

Ncii các díện cặp Iiliiệt, dây dãn١ nội ti() iTiV kê'là R.,., Rj ١'à Rvthl số ch'، liên mV ke' là:

Rõ làng klii nội tiờ ló’n Ry » R.ĩ t Rj tlil e ٥ ٦ e١

h) Đo hẳnỊ> pliiừriig pháp XIHIH dổi

Nliií tiên lilnh 2 i3 a ١ diều chỉnli R sẽ tltay dổi dược dòng diện I và sụt

áp tiên Ry tliay dổi tlieo (Ry.!) Khi ấn nUl N mà diện kế G chỉ o và giá ﻷا

e-,.là:

Đây là cácli cố d ؛nh tiị số Ry.١ còn I dược diều chỉnh dể diộn kế G chỉ

o 'la cũng có thế làm ngược lại là g،٥ I cố d،nh١ còn Ry dược díổu chỉnh (hình2.13b)

.'liên hìnlt 2.13 c là cdch dUng một pin mẫu Em dă biCt Quay chuyển mạch CM VC V؛ Iií 1 Ch'،nh R dể diện k ẻ 'c chỉ 0 Quay chuyển mụch CM

về V؛ tií 2 Ch'،nh R 'dể G'ch'i o Khi dó:

Hỉnh 2.13 Các cách mắc mạch đo theo phương pháp xung đối

CÀU HỎI CHƯƠNG 2

Công thức chuyến dổi 'nhiệt dộ giữa các thang như thế nào?

Đê cỗ một kết quả đo nhiẹi độ chính xác, cần phải thực hiện những biện pháp gì?

Nêu những phương pháp đo nhiệt độ?

Nêu ưu, khuyết của các CB nhiệt diện trở kim loại, oxyl kim loại và bán dẫn

CB nhiệt độ dùng cặp nhiệt có ưu, khuvết điểm gì?

Mạch đo của CB nàv ra sao?

27

C h ư ơ n g و

3.1 KHÁ؛ NIỆM CHUNG

Các CB vị tií và dịch chuyển cO ứng dụng rất rộng rãi dể:

- Klểtn tra vị tri cùa các dối tượng cần tỊuan sát

- The» dO؛ dlch chuvển của các phitn dộng trong các máy nhằm chuẩn vị tri và klch thước

V'/' clii Đê chuẩn các toạ độ Irẻn mdv gia cóng CNC.

- TliOng ٩ua dỊch cliuyển của các dốt tượng chịu tác- dộng của dại lượng vật lý nào d،١ dể xác dinh cliính dại lượng vật lý dó

ا ThOng ٩ua dỊch chuyển của 10 xo (độ căng) de Xiíc định lưc.

Các Clỉ vị tri \’à dịch chuyển hiin việc di;fa vào các cdch sau:

1 ) CO bộ pliận cUa CB liên kết cơ học với vật chuvổn dộng Klii vật

chuyển dộng thl tin hiệu tU CB sẽ thay dổi (diện trờ, diện dung, Ѵ.Ѵ ) ١'à tlịcli cliuyển dược xác định

Tỉ' vật dlch chuyển liên kết với con chạy biến trở him thay dổi diện trỏ trong mạch hay thay dổi phồn áp

2) Lấy một dịcli chuyển làm tlịcli cliuyển cơ bản và ứng với tlịcli chuyển nàv, CB phát ra một xung Đeln số xung phát ra se xdc dịnli dược

١’ị irí \'à Iơàn bộ dlch chuyổn

3) 1'liờng qua mỏi trường trung gian nliư diện trương, từ trương, diện

lừ trường (dnh sdng) dể' tạo mối líên ket gíữa dối tượng chuyển ílỊcli V('ĩi

CB Độ l('rn của dại lượng trung gian lliav dổi theo khoảng cách giữa dối tượng chuyổn dịcli và CB Cácli nàv kliOng cẩn liên kết cơ học giữa vật chuyển dịch \'à CB CB này thường có ten gọi là CB tỉệm cận

3.2 OIỆN THẾ'KẾ'DIỆN TRỎ

3.2.1 Diện thế kẽ'diện trỏ có con chạy cơ học

Diện the' kố diện trờ về thực chai hi một biến trơ có con chạ.y Diện trơ là І0І.ІІ dây có \'ỏ cách diện qư؛i'n iren lõi cácli diện Dây diện trở tliuOng là các hợp kim Ni-Cr, Ni-Cu, Ní Cu-Fe liay Ag-Pd CQng có khi diện trờ là bảng dẫn díện bằng chai deo trộn bột dẫn diện hạt rất nliO

train k í ỉ Điện ؛

à

' ١

ii trO

؛

Con cliay pliiii dilni hiio tiCp xúc lOl với t١i

lilt giá trị diện trở gíữa con chgy

اةاا

،Nến diÇii tr،’i' du'o'c cliC' tiỊo ddiig

tri

'ا ١

!؛،

và một dẩn diệii trử là liầm liivCn tíiili tlico vỊ tri con cliiỊV (С٢1П2

ciia v(it cliuyCii d ộ n s

:có1

،(lliẳ iig (htiili з іа ) Kill

1

ي ا ٠

ي ﺎ ﺗ [

Tron« dO:l

1 ح ,ا - diện أأ-،'ا', ةأ

1لﻻ cliién dài diện trO, Iiiiii;

1 ١'Ị t i l COII cliạv k c tỉi' m ،) t d ổ u d i ệ i i t r ử , I ii m ;

R١ - diện tr،؛ giữa con cligy ١'à dán diện trỏ'(theo cliiéu dài 1), Ω 2)T rdn(hìiili3.1b) Kill dỏ cO:

()");

36,,<

)X„.- nức tâiĩi сі’іа R ,„ d ،)(،x

X - nóc ،!nay cUa con cligy d

؛R\ - d

).3.2(tliù'c

٧ خ

؛

1١ vẫn tíiili như 1 R١

Điện thế kế diện trở có cấu tạo dơn giản, rẻ và mạch diện khón9 phức tạp Nhược điểm là diện trớ bị mài bới con chạy, dễ bị bụi ẩm Từ dó luổi thọ không cao.

Hình 3.2 trình bày một ví dụ ,sử dụng điện thế kế diện trỏ để đo mức chất lỏng (xãng xe máv, v.v )

3.2.2 Điện thê kê điện trở không có con chạy cơ học

Loại này sử dụng quang hoặc từ thay cho con chạy cơ học

1 Điện th ế kế con chạỷ quung

٤x

٠

n

؛؟

Hĩnh 3.3 Điện thè kê'con chạy quang

1 Băng tiếp xúc; 2 Băng quang dẫn; 3, Băng đo; 4 LED; 5 Lãng kính phản xạ toài phần;

6 Trục quay - con chạy quang.

Điện thế kế con chạy quang (hình 3.3) có bãng điện trở (bãn٤ do 3) phàn cách với băng tiếp xúc 1 (như một dây dẫn) bởi băng quang dẫ، mảnh

2 (CdSe) có diện trở rất lớn (như vật cách diện) Trục quay 6 liên kết cơ học

vói s ật cliLiycn động \'à mang theo con chạv quang là lăng kính phán xạ loàn phần s Ánh sáng phát ra lừ LHD 4 đặt ớ tâm diện thế kế sẽ phan xạ qua lăng kính tới bãns quang dẫn Vùng bân؛: quan؛> dẫn bị ánh sáng chiếu vào sẽ suy giám diện trở rất nhỏ, tạo sự nối thông ؛ iũ'a băng đo 3 và băn١ ،١ tiếp xúc 1 Do hiệu ứng suy ؛ỉiám diện trớ của bănu quang dẫn cần thời gian khoảng vài

chục rns nẽn tốc dộ quav của con c h ạ y quang bị hạn chế

2 Điẽn thê kê con chay tù٠ ٠٠^

Điện thố kế con chạy từ (hình 3.4a) gồm 2 điện trớ từ R| và R١ mác nối tiếp tạo ra băng diện trở 2 Trục quay liên kết với vật chuycn dộng có gắn nam châm 1١ khi quay sỗ phú từ trưừng của nam châm len các diện

trứ tù sà diện trỏ' từ ử s ùng bị phủ sẽ lăng lẽn mạnh.

0 '

Vùng R '٦ tuyến tính theo a

a)

Hình 3.4 Điện thô kế con chạy từ a) Điện thế kế; b) Biểu đồ điện trở R theo góc quay

1 Nam châm quay (con chạy từ); 2 Băng điện trở.

Nếu diện áp đặt vào giữa a và c là ٧١, diện áp ra là ٧١ lấv giữa điểm

b và a (có thê lấy giữa b và c) thì:

31

khoáng tuyến lính là vài mm Các diện irứ cố định mắc nôi tiếp Q|, Q- và

h bù nhiệt để giảm thicu tính nhạy nhiệt

mắc song song P|, P2

.của diện thế kế

Hình 3.5 Điện th ế kế con chạy từ dịch chuyển thẳng

3.3 CẢM BIẾN CẢM ỨNG

3.3.1 Nguyên lý chung

Các CB cảm ứng xác dịnh vị trí và dịch chuyển thường là các cuộn dây có lõi sắt từ (Fe, Ni, Co hoặc các hợp kim củà chúng) với phần tử dộns liên kết cư khí hoặc khônu cơ khí vứi vật chuyên dộng nhằm thay dổi mạch từ Từ dó thay dổi các thông số mạch điện hoặc mạch từ

Cuộn dây c ó N \'òng sẽ c ó dộ tự c á m L phụ lhuệ)C vào từ trở R„ c ủ a m ạ c h lừ

1 ,

đ ộ từ thẩm tưưiig đô

-زا

H 7

ل

10 của chân kliOng, μ,ι = 4π ؛

1 Thay đổi khoảng cách giữa lõi sắt động và lõi sắt tĩnh (hình 3.6a).

2 Lõi sắt động gắn với vật dịch chuyển lướt qua lõi sắt tĩnh (hình 3.6b)

3 Kết hợp 2 mạch từ đối nhau (hình 3.6c)

4 Dịch chuyển lõi từ trong cuộn dây (hình 3.6d)

5 Dịch chuyển lõi từ trong 2 cuộn dây (hình 3.6e)

6 Quay giữa 2 cuộn dây một lõi từ hình đĩa (hình 3.6f) gồm 2 phán

có độ từ thẩm khác nhau Khi đó, độ từ cảm của 2 cuộn dây sẽ thay đổi ngược nhau (hình 3.6g) Vùng tuyến tính là ± 45'’

7 Một cuộn dây động gắn với dịch chuyển và quay tương đối với một cuộn dây cố định làm thay đổi hệ số hỗ cảm M giữa 2 cuộn (hình 3.6h) Cuộn động thưcmg là cuộn cảm, cuộn tĩnh là cuộn ứng Điện áp của cuộn ứng sẽ thay đổi theo góc quay cuộn cảm Từ đó xác dịnh được dịch chuyển quay

8 Dịch chuyển lõi sắt biến áp theo đường thẳng (hình 3.7a) hay quay (hình 3.7b) với một cuộn sơ cấp s và 2 cuộn thứ cấp Tị, T2 mắc ngược nhau (kiểu biến áp vi sai) Từ đó thay đổi được hỗ cảm M giữa các cuộn dây và điện áp đầu ra 2 cuộn thứ cấp sẽ thay đổi theo mức độ dịch chuyển

Hình 3.7 Nguyên lý câu tạo biến áp vi sai

a) Lõi dịch chuyển thẳng; b) Lõi xoay.

Sơ đồ điện đơn giản hoá của biến áp vf sai như trên hình 3.8, trên đó các ký hiệu cuộn sơ cấp s có chữ số 1, cuộn thứ cấp T| có chỉ số 2 và 1 dấu phẩy, cuộn thứ eấp T2 có chỉ số 2 và 2 dấu phẩy

Hình 3.8 Sơ đổ điện dơn g!ản h.a của blê'n áp vi sa!

Tóm 1 ١ ﺬﺑ؛ trong các cách trên, inuốn thay dổi các thOng số mạch từ và

mạch díộn nhằm tạo một t؛n hiệu diện ỏ dầu ra bộ CB thay dổi theo dlch chuyển nguO؛ ta sử dụng phẩn dộng của cảm biến liên kết với vật chuyển dộng dể:

- Tliay dổi mạc.h từ (phuong pháp chU yếu) do dó thay dổi độ tự cảm

ا cUa cuộn dây (cách 6ل ١2ا3,4,5ا) hoặc thay dổi s.d.d cảm ứng giữa các cuộn dây (cdch 8)

- Thay dổi ١'ị tri tuong dOi giữa 2 cuộn dây, do dó thay dổi hệ số hỗ cảm giữa chUng (cách 7)

3.3.3 cảm b؛ê'n Mìcrosyn

CB này có cấu tạo nhu một

máy diện (hlnh 3.9) Nó bao

gồm niột statoi có 4 cục lồi và

BOn cuộn dây so cấp nối

tiếp nhau dể khi có dOng diện

qua thl tạo ra 2 cập cực từ A - B

và A '-B 'v ớ i cực tinh (N và S)

Hình 3.9 Nguyên lý cấu t ạ cUa Microsyn

35

tuỳ theo ch؛ều dOng diện Diện áp cấp cho CÍÌC cuộn này là díộn iíp c١ lilnli ؟in vàỉ chục ٧ với tần sO khOng quá 10 k؛'lz.

Các cuộn thứ cấp cũng duợc mắc nối liCp sao clto các ,s.d.d cảm ứng thứ cấp trên 2 cuộn ờ các cực A và B doi nguợc với s.d.đ c ؛’،m tìiig thứ

cấp trên 2 cuộn ở các cục A' và B' ١ nghla lù;

٧ J ٠, = e.٩+ e B -e ١,-Ci 5

Khi rotor ở vị tri dối xứng ١'ớì 2 cặp cục (0 - 0) till tù’ thOng qua 4

cuộn thứ cấp là bằng nliíiu, Vjo: 0 Vị tri này xác dịnli đicn١ () cLia CB llai cuộn thứ cấp trCn cUng một cặp từ bằng nhau nhung kliic VỚI lừ

thOng qua 2 cuộn thứ cấp trCn cặp từ kia Kết quả là V i.,^0 'l'rỊ số Vjc,

phụ tliuộc góc quay a ١'à từ dó xác dinh đuực góc dlch chuyển

3.3.4 Điện thê'kê'cảm ứng

Diện thế kế cảm ứng gồm 2 phần: statoi’ và 1’otor (lilnli 10 ؤ) bằiiíỉ vật

liệu sắt tU Stator và rotor dều có cuộn dây pltẳng dặt ti’ong 2 آةاا doi diện.1ا

Roto.- liên kết với vật dlch chuyển gOc Cuộn dây rotoi'1ةا cuộn s í , cấp V؛،

du'o'c cấp diện áp xoay chiều hìnli sin dể t؛،o ra từ truOng biến thiẻn hlnh sin

٦2 ا

Hình 3.10 Nguyên ly cấu t ạ của diện thê' kế cảm ứng

Từ truOng biến thiCn nàv làm xuất liíện s.d.d cảm ứi١g trong cuộn dây thứ cấp ở statOr s.d.d cảm ứng thứ cấp lliay dổi theo độ 1ا ة cảm M giữa 2 cuộn dây mà độ hỗ cảm M lại phụ thuộc góc 0 giữa các pháp tuyến cUa mặt phẳng 2 cuộn dăy Nliu vậy, kill xác dỊnh duợc s.d.d thứ cấp, llTi

sẽ suy duợc góc quay cùa rotor

Lưu V l ằ n g khi 0 = —thì s.đ.đ thứ cấp bằng 0, nên vị trí 2 cuộn dây7T

với 0 = — là vị trí xác định điếm 0 của CB

?

3.3.5 Microdetector

Microdclector (bộ phát hiện góc quay nhỏ - còn gọi là svnchrodclcclor) gồm 2 máy điện giống nhau: máy phát và máy thu Mỗi máy có rotor một pha và stator ba pha mắc hình sao Các cuộn dây 3 pha

ở stator của 2 máy được nối liền tương ứng giữa các pha như hình 3.11.

Nếu rotor máy phát được cấp nguồn diện áp xoay chiều e = Ecostot thì cuộn rotor tạo ra từ trường có cảm ứng từ BI và các cuộn 3 pha stator

Trong đó: - hệ số k và góc (p phụ thuộc các đặc tính hình học và điện của các cuộn dây.

- 0 là góc giữa trục cuộn rotor và trục cuộn 1 của stator máy phát Các dòng điện trong các cuộn stator máy phát tạo ra từ trường có cảm ứng từ B' ngược hướng với B (Định luật Lentz)

Các dòng điện stator máy phát chạy qua các cuộn stator máy thu theo hướng ngược và tạo ra từ trường B2 trong stator máy thu với hướng ngược B' nghĩa là cùng hướng với B| (từ trường rotor của máy phát)

Từ trường 3 pha stator máy thu B2 làm rotor máy thu quay một góc

0' so với trục cuộn 1 của stator máy thu nên s.đ.đ rotor là:

e' = k'E cos(0 - $')Trong đó: k '- hệ số phụ thuộc kết cấu máy thu và to

Khi 0' = — thì e' = k'E sin 0

3.3.6 Cảm biến đo góc tuyệt đối

CB đo góc tuyệt đối (Resolver)

gồm 2 cuộn dây rotor đặt vuông góc

nhau và 2 cuộn đây stator cũng đặt

vuông góc nhau (hình 3.12) Rotor

quay theo đối tượng

CB này có nhiểu cách mắc các

cuộn dây rotor và stator

Cách 1:

Một cụộn dây rotor được cấp

nguồn Esincot (với f cỡ kHz) còn cuộn

kia ngắn mạch (hình 3.13) Hai cuộn

stator cảm ứng s.đ.đ e؛ e^ 2 ^ần số co và

biên độ tưofng ứng:

e١j = cokEcos 0 e؛, = (okEsin 0

í?

S2

lûûûûû

Hình 3.12 Nguyên lý CB Resolver

Hình 3.13 Nguyên lý nối dây cách 1 của resolver

Trong đó: 6 - góc giữa các trục cuộn cảm (rotor) và cuộn ứng (stator) S|

k - hệ số phụ thuộc kết cấu máy

Có thể gọi cuộn S| là cuộn cosin, cuộn s ؛ là cuộn sin và nhự vậy, đầu

ra của 2 cuộn stator thu được 2 tín hiệu điều biên:

e؛.| = E١| sincot = (okEcos 0 sinot

e١٦ = E؛., sincot= cokEsin 0 sinoừtĐường bao của biên độ tín ®Si(cos)

hiệu ra chứa thông tin về góc

tuyệt đối 6 của rotor (hình 3.14)

Có thể cấp nguồn cho 1

cuộn stator, còn cuộn kia ngắn

mạch Lúc này 2 cuộn rotor sẽ

là 2 cuộn ứng, cũng cho tín

hiệu ra điều biên

Cách 2:

Hai cuộn stator được cấp

điện áp đồng pha nhưng biên độ

điện áp khác nhau, sao cho

E

tgG:

e١| = E |C O S (ù t

e١i = E2COS(0thay e١| = Ecos 0٠١ ·coscot

e١2 = Esin 6٠١ coscot Hình 3.14 Các tín hiệu ra

Kết quả: 2 cuộn stator tạo ra một từ.trường đập mạch hình sin, tần số

co, tạo với trục s góc0٠

39