Tiếp nối phần 1, phần 2 của ebook Kỹ thuật đo - Đo điện sẽ trình bày các nội dung chính sau: Đo đại lượng cơ học vật thể rắn, đo nhiệt độ, đo các đại lượng cơ học chất lỏng, đo đại lượng quang, dao động ký, tia âm cức và máy ghi X-Y. Mời các bạn cùng tham khảo.
CHƯƠNG 178 Chương ĐO ĐẠI LƯNG CƠ HỌC VẬT THỂ RẮN 6.1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ SỰ DỊCH CHUYỂN Những cảm biến dùng phổ biến Một mặt, việc kiểm soát vị trí dịch chuyển phần quan trọng việc hiệu chỉnh hoạt động máy móc, máy công cụ chẳng hạn Mặt khác, số đại lượng vật lý đo dịch chuyển nhờ chi tiết thử nghiệm Đó trường hợp lực, áp suất, gia tốc, nhiệt độ, v.v Có hai phương pháp dùng để xác định vị trí đo dịch chuyển Phương pháp thường dùng Cảm biến tạo tín hiệu gắn liền với vị trí thành phần cảm biến liên kết với đối tượng di động, đặc tính quan trọng nhóm tổng trở cảm biến phụ thuộc vào đặc tính hình học kích thước cảm biến thay đổi theo vị trí phần tử di động Đó trường hợp cảm biến: biến trở đo lường, điện cảm có lõi di động, điện dung có lõi di động, biến áp có độ ghép thay đổi Phương pháp thông dụng Cảm biến tạo xung ứng với lần phần tử di chuyển: vị trí dịch chuyển xác định đếm xung phát ra, trừ tùy theo chiều chuyển động Những cảm biến gọi giới hạn hai đầu đặc trưng liên kết khí với vật mà đo khoảng cách chuyển động Chúng có độ tinh lớn, liên kết vật chuyển động cảm biến thực nhờ liên kết từ trường, điện từ trường tónh điện mà cường độ ghép phụ thuộc vào vị trí tương đối vật cảm biến, xác định đáp ứng cảm biến 179 6.1.1 Cảm biến điện trở 1- Biến trở đo lường Đó loại cảm biến có nguyên lý cấu tạo đơn giản, cho phép thực với giá thành rẻ, tín hiệu tạo thu mức độ tương đối lớn không cần mạch biến đổi đặc biệt Tuy nhiên, diện chạy trượt nguyên nhân tạo tiếng ồn hao mòn, điều dẫn đến suy giảm chất lượng cảm biến (tuyến tính, xác) có số lần vận hành giới hạn mà không bị hư hỏng Mặt khác, cảm biến hoạt động môi trường không khí ẩm, bụi a) Dạng hình học L l Rn α R(l ) αM R(α) Rn a) Rn c) R(α) b) Hình 6.1: Những dạng biến trở a) Biến trở thẳng; b) Biến trở góc; c) Biến trở hélice CHƯƠNG 180 Một biến trở gồm điện trở cố định Rn, điện trở có tiếp điểm gọi chạy Điện trở R chạy hai đầu cố định có đặc tính: mặt, phụ thuộc vào vị trí chạy (tức phần di động mà ta muốn biến đổi vị trí tín hiệu điện), mặt khác phụ thuộc vào điện trở cố định Khi điện trở cấu tạo đồng nhất, biến trở tuyến tính có tỉ lệ R vị trí chạy Tùy theo dạng hình học điện trở cố định di động chạy, ta phân biệt: Biến trở dịch chuyển thẳng: R (l) = ( l /L ) Rn Biến trở dịch chuyển góc: R ( α ) = ( α/α M ) Rn với α M góc dịch chuyển tối đa Trong đó: biến trở dịch chuyển vòng: αM < 360o biến trở dịch chuyển hélice: αM > 360o b) Điện trở: cấu tạo dây quấn dạng màng (piste) Dây điện trở phải nêu đặc tính sau: hệ số nhiệt độ điện trở suất, sức điện động nhiệt, độ ổn định tinh thể Những hợp kim thường dùng: Ni–Cr, Ni– Cu, Ni–Cr–Fe, Ag–Pd Dây quấn thực vật liệu cách điện (thủy tinh, gốm nhựa), dây quấn có lớp vỏ cách điện Điện trở màng cấu tạo miếng plastique phủ lớp than dẫn điện, lớp oxyd kim -2 loại, kích thước hạt kim loại vào khoảng 10 μm Giá trị điện trở Rn thông thường có giá trị từ 1kΩ ÷ 100kΩ đạt đến vài MΩ Sai số điện trở: biến trở chế tạo với sai số Rn tùy theo trường hợp ± 20% hay ± 10%, đạt ± 5% Độ xác cao trị số điện trở, trường hợp tổng quát không cần thiết tín hiệu kết tỷ số R (x)/Rn Hệ số nhiệt độ điện trở: thông thường cao điện trở màng -4 (khoảng – 3.10 / oC) Tuyến tính: không đồng chế tạo thành phần vật liệu, không đối xứng nhỏ kích thước kéo theo không tuyến tính ĐO ĐẠI LƯNG CƠ HỌC VẬT THỂ RẮN 181 2- Biến trở chạy dạng Sự bất lợi chạy dạng trượt piste (gây hao mòn, tiếng ồn) loại bỏ cách thay kết nối khí trục di động màng điện trở liên kết quang, từ Hình 6.2: Nguyên tắc biến trở chạy dạng quang Trong loại biến trở góc có chạy dạng quang, màng điện trở đo tách biệt với màng điện dẫn tiếp xúc băng mỏng dạng quang điện dẫn (CdSe), màng mỏng nhận lượng ánh sáng di chuyển lúc ta xoay trục biến trở Điện trở lớp quang điện dẫn chiếu sáng giảm đi, tạo thành kết nối màng điện trở đo màng tiếp xúc Hình 6.3: Sự thay đổi điện trở lớp quang điện dẫn tác động chiếu sáng thời gian ngắn Loại biến trở từ cấu tạo hai phần từ trở R1 R2 mắc nối tiếp Một nam châm có trục quay với biến trở tạo từ trường xuyên qua phần điện trở R1 R2 thay đổi với vị trí góc trục quay Từ trường CHƯƠNG 182 cảm ứng gây nên thay đổi quan trọng điện trở phần R1 R2 xuyên qua Điện áp cung cấp ES áp vào hai đầu 3, điện áp đo lấy điểm chung hai đầu lại Hình 6.4: Biến trở góc loại từ a) Nguyên tắc theo góc quay; b) Đáp ứng điện; c) Mạch bù trừ nhiệt 6.1.2 Cảm biến điện cảm 1- Nguyên lý đặc tính tổng quát Sự dịch chuyển mà ta muốn biến đổi thành tín hiệu điện thực nhờ phần tử mạch từ, kéo theo thay đổi từ thông cuộn dây Khi phần tử di chuyển lõi sắt từ, chuyển đổi dịch chuyển thẳng hay quay tròn thể bởi: Sự thay đổi hệ số từ cảm (điện cảm thay đổi) Sự thay đổi độ ghép cuộn dây sơ thứ cấp biến áp (biến áp vi sai, microsyn) gây thay đổi điện áp thứ cấp Khi cuộn dây quay tròn so với cuộn cố định, cuộn giữ vai trò phần cảm, cuộn phần ứng, tác động biến áp có độ ghép thay đổi Cuộn sơ phần cảm, cuộn thứ phần ứng tạo điện áp hoạt động theo góc quay (biến trở điện cảm, résolver) Những thay đổi hệ số tự cảm hỗ cảm M theo dịch chuyển lõi sắt thông thường có tuyến tính kém, điều cải thiện đáng kể việc bố trí hai cuộn dây đối kháng mà hệ số tự cảm L hỗ cảm M thay đổi ngược chuyển động, ta thực bù trừ phần không tuyến tính (hoạt động push - pull) Cảm biến điện cảm dùng mạch có nguồn cung cấp nguồn điện áp sin, có tần số thường giới hạn cỡ hàng chục kHz để giảm bớt mát từ dòng điện Foucault, ảnh hưởng điện dung ký sinh Điện áp đo vm, kết biến đổi biên ĐO ĐẠI LƯNG CƠ HỌC VẬT THỂ RẮN 183 độ điện áp cung cấp EScosωSt dịch chuyển x(t): vm = K x (t).EScos (ωSt + Φ) Rất hiếm, thay đổi phần tử điện cảm dùng biến đổi tần số mạch dao động, tỉ lệ với dịch chuyển Trong trường hợp, loại biến đổi nào, tần số f chuyển động phải nhỏ so với tần số sóng mang fS để dễ dàng cho việc tách sóng: f