Như vậy qua việc khảo sát các đặc trưng của cảm biến và các đặc trưng của thiết bịđo áp suất, đã giúp cho cho việc đánh giá sơ bộđược một số tính chất và thông số của thiết bịđo, như phạm vi làm việc hay dải đo của thiết bị, sai số của thiết bị (bảng 3.4.2),
độ phân giải...
Bảng 3.4.1 trình bày một số thông số kỹ thuật chính của thiết bị đo Pr-MR.01. Các đặc trưng kỹ thuật nổi bật của thiết bị gồm nguồn cấp điện cho thiết bị. Ở đây có thể sử dụng nguồn điện lưới với điện áp 220V/50Hz, hoặc sử dụng nguồn ắc-quy khô
điện áp 12V/2A nhằm tăng cường tính linh hoạt của thiết bị đo. Dải đo của thiết bị với áp suất nén là (0÷5)bar, với độ phân giải 0,1 bar và sai số tương đối của thiết bị là 1,9%.
Bảng 3.4.1: Thông số kỹ thuật chính của thiết bị đo Pr-MR.01
Chức năng thiết bị - Đo áp suất “dư “các loại khí (khí nén)
- Điều khiển chuyển mạch bằng áp suất Chức năng hiển thị ( giao tiếp máy tính) - Hiển thị trên màn hình LCD
- Hiển thị trên máy tính PC
Điện áp cung cấp (Nguồn AC hoặc DC) - AC 220V/50Hz
- DC 12V/2A
Dải đo 0,4 ÷ 5 Bar
Sai số của thiết bị ≈ 0,095 bar hay sai số tuyệt đối 1,9 %
Độ phân dải 0,1 Bar
Nhiệt độ làm việc 20oC ÷ 45oC Áp suất đầu vào cực đại 10 Bar
Đầu vào áp suất ren trong Φ 13mm
Kích thước vỏ 20cm x 25cm x 8cm
Bảng 3.4.2: Thực nghiệm đánh giá sai số của thiết bịđo áp suất Pr-MR.01. TT Giá trị cần kiểm tra (Bar) Giá trị trên đồng hồ (Festo 345-39 ) (1) (Bar)
Giá trị hiển thị của thiết bị đo áp suất
(2) (Bar) Sai số tuyệt đối (Bar) 1 ≤ 04 04 0,4 0 2 0,6 0,6 0,57 0.03 3 0,8 0,8 0,87 -0.07 4 1,0 1,0 106 -0.06 5 1,2 1,2 1,26 -0.06 6 1,4 1,4 1,45 -0.05 7 1,6 1,6 1,66 -0.06 8 1,8 1,8 1,87 -0.07 9 2,0 2,0 2,06 -0.06 10 2,2 2,2 2,27 -0.07 11 2,4 2,4 2,45 -0.05 12 2,6 2,6 2,67 -0.07 13 2,8 2,8 2,86 -0.06 14 3,0 3,0 3,03 -0.03 15 3,2 3,2 3,28 -0.08 16 3,4 3,4 3,46 -0.06 17 3,6 3,6 3,65 -0.05 18 3,8 3,8 3,83 -0.03 19 4,0 4,0 4,02 -0.02 20 4,2 4,2 4,25 -0.05 21 4,4 4,4 4,41 -0.01 22 4,6 4,6 4,59 0.01 23 4,8 4,8 4,78 0.02
Sai số tuyệt đối lớn nhất trong số 23 phép đo là: 0.08 Sai số tuyệt đối của thiết bịđo(cộng sai số mẫu) = (0,08+0,015) 0,095 Sai số tương đối quy đổi : δ = ∆Max /5 = 0,095/5 1,9 %
3.5. Một số đề xuất nhằm hoàn thiện và mở rộng khả năng của thiết bị đo.
Với thời đầu tư cho nghiên cứu hạn chế và gặp nhiều khó khăn trong tiếp cận một công nghệ mới, thiết bị Pr-MR.01 chắc chắn còn có nhiều khiếm khuyết cần sửa đổi, bổ
xung để có thể tiến đến chế tạo được thiết bị có khả năng sử dụng trong thực tế. Mặt khác, từ nghiên cứu này đã nảy một số khả năng có thể mang lại những tính năng cho thiết bị, hoặc nâng cao được những tính năng đã có của thiết bị. Dưới đây là một số kiến nghị về giải pháp nhằm nâng cấp cho thiết bịđo, cụ thể như sau:
1- Mở rộng dải đo từ 5 bar lên tới hàng vài chục bar bằng cách thay đổi cơ cấu “ruột gà”, sao cho phạm vi thay đổi áp suất đầu vào tăng lên nhưng độ dịch chuyển của nam châm cũng chỉ trong khoảng d ≤ 2,5 mm.
2- Có thể chế tạo thiết bị đo chân không dựa trên nguyên lý đo áp suất như đã mô tả trên hình 2.2.2(a), tuy nhiên vị trí đặt cảm biến cần phải thay đổi cho phù hợp.
3- Nâng cao độ chính xác của thiết bị đo áp suất bằng cách sử dụng bộ biến đổi ADC 12 bít, lập trình xử lý kết quảđo...
4- Thu nhỏ kích thước cho gọn nhẹ hướng tới khả năng thương mại hóa, ứng dụng trong dân dụng và trong công nghiệp.
5- Đưa thêm chức năng có thể sử dụng pin hay ắc-quy khô nhằm tăng cường tính di động và linh hoạt của thiết bị đo, làm cho thiết bị có tính chủđộng cao trong trường hợp thiết bị được đo ở nơi (hay vào lúc) không có nguồn điện lưới, hoặc hỏng bộ nắn
điện áp.
6- Giao tiếp với máy tính cá nhân (laptop) hay để bàn (desktop) thông qua cổng USP để có thể dùng ngay nguồn cung cấp của máy tính, vừa đo áp suất hoặc chân không, vừa có thể ghi nhận và xử lý dữ liệu tức thời.
7- Hướng tới việc chế tạo một thiết bị tích hợp, cho phép chọn nhiều chức năng khác nhau, khi đó sẽ thiết kế sao cho có thể sử dụng chung phần mạch xử lý và hiển thị
nhau. Để làm được việc này thì cần phải lập trình giao diện bảng điều khiển trên máy tính để thực hiện việc điều khiển chọn chếđộđo khác nhau trên máy tính.
8- Với nguyên lý hoạt động của cảm biến van spin nhưđã nghiên cứu, hoàn toàn có thể mở rộng khả năng ứng dụng, để chế tạo nhiều phương tiện đo khác nhau như: Đo khối lượng, đo dòng điện không tiếp xúc, đo tốc độ quay, đo vận tốc góc, đo khoảng cách, điều khiển chuyển mạch điện tử, đóng ngắt cho các thiết bị khác thông qua máy tính v.v…
9- Đặc biệt, từ kết quả nghiên cứu của luận văn, có thể phát triển để chế tạo các
đầu đo chân không hay công tắc áp suất sử dụng trong các hệ chân không. Hình 3.5.1 mô tả một phương án cấu tạo của đầu đo chân không hay công tắc chân không được dự
kiến chế tạo và đưa vào sử dụng trong tương lai.
KẾT LUẬN CHUNG
Trong thời gian làm việc và nghiên cứu một cách nghiêm túc, cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy PGS.TS. Nguyễn Anh Tuấn, đến nay những mục tiêu cơ bản của luận văn đã hoàn thành, qua đó tác giả nhận thấy đã đạt được một số kết quả chính như sau:
1) Đã tìm hiểu, nắm bắt được những nguyên lý cơ bản của các dụng cụ, thiết bị đo áp suất từ trước đến nay và cơ chế hoạt động của chúng, lấy đó làm cơ sở cho việc thiết kế các cấu hình đo, khảo sát và khai thác khả năng ứng dụng của cảm biến công nghệ mới để chế tạo thiết bịđo áp suất.
2) Tìm hiểu về hiện tượng từ điện trở khổng lồ xảy ra trong các cấu trúc màng mỏng từ đa lớp không liên tục và giải thích được cơ chế hoạt động của hiệu ứng. Nghiên cứu các cấu trúc của van spin và nhận thấy việc chế tạo các van spin có ghim bằng một lớp phản sắt từ sẽ thuận lợi hơn trong quá trình điều khiển, giải thích được cơ
chế hoạt động của van spin. Đó là cơ chế "tán xạ phụ thuộc spin" của điện tử, do đó làm thay đổi điện trở của hệ. Từ đó đã tìm hiểu một số loại cảm biến van spin cụ thể để
hướng tới khai thác khả năng ứng dụng chúng trong việc chế tạo thiết bị đo áp suất. 3) Thiết lập các cấu hình khảo sát mối quan hệ giữa từ trường và khoảng cách,
đã xây dựng được đường đặc trưng H(d), từđó có cơ sở để xác định được cấu hình tốt nhất như vùng từ trường làm việc, vị trí đặt cảm biến vv…cho việc chế tạo thiết bị đo Pr-MR.01. Đây cũng là cơ sở có tính chất định hướng cho hàng loạt những ứng dụng tiếp theo.
4) Khảo sát và phân tích các đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo cường độ từ
trường V(H), đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo khoảng cách V(d) và đặc trưng tín hiệu ra của cảm biến theo áp suất V(P). Từ đó đã xác định được một số tính chất cũng như các thông số cần thiết của cảm biến để phục vụ cho quá trình chế tạo thiết bị đo. Chẳng hạn như nguồn từ trường tốt nhất H = (50 ÷ 200) Oe , khoảng cách dịch chuyển nam châm tốt nhất d ≤ 2,5mm , nếu sử dụng nam châm theo góc quay thì góc tốt nhất là ϕ = (900- 1250), phạm vi đo tốt nhất là P = 0,4 ÷ 5 bar.
5) Khảo sát các đặc trưng tín hiệu ra của thiết bị đo áp suất Pr-MR.01 theo từng yếu tố khác nhau như cường độ từ trường, theo khoảng cách và theo áp suất như đã khảo sát đối với cảm biến nhằm so sánh, đánh giá kết quả đo giữa cảm biến và sau khi mắc cảm biến qua các bộ phận của mạch điện tử. Kết quảđã chứng tỏ rằng mạch điện của thiết bị chỉ có chức năng khuếch đại chứ không làm méo dạng tín hiệu cảm biến.
6) Trong quá trình thiết kế mạch điện cho thiết bị Pr-MR.01, một số phần mềm hỗ trợ, như phần mềm thiết kế mạch điện tử Eagle 5.9 và phần mềm lập trình PIC C
Compiler, đã được sử dụng. Qua đó đã thiết kế và chế tạo thành công mạch điện xử lý tín hiệu cho thiết bị đo áp suất Pr-MR.01. Việc hiển thị thông tin kết quả đo trên máy tính là kết quả của quá trình nghiên cứu một số ngôn ngữ lập trình như Visual Basic 6.0
7) Đã ứng dụng cảm biến van spin SV-01 để chế tạo và hoàn thiện thiết bị đo Pr-MR.01vừa có chức năng đo áp suất khí nén, vừa có khả năng điều khiển chuyển mạch điện tử bằng áp suất với điện áp sử dụng 220VAC/50Hz hoặc điện áp 12VDC, hoạt
động tương đối ổn định với dải đo từ 0,4÷ 5 Bar, sai số là 0,095 bar. Thiết bị có khả
năng giao tiếp với máy tính để hiển thị kết quả hoặc điều khiển chuyển mạch điện tử từ
xa thông qua hệ thống máy tính.
8) Quá trình thiết kế, chế tạo thiết bị đo áp suất Pr-MR.01 cho thấy cảm biến van spin SV-01 khá nhạy với từ trường [≈ 292,34(mV/Oe)], mà việc điều khiển cảm biến van spin bằng từ trường là điều khiển không tiếp xúc, do đó rất phù hợp cho những
ứng dụng để chế tạo các thiết bị đo không cần tiếp xúc trực tiếp, hoặc các thiết bị đo từ
trường yếu, thiết bị dò mìn, máy dò kim loại, la bàn điện tử cho máy bay, dò dây điện âm trong tường vv…Việc khai thác và sử dụng những cảm biến van spin là cần thiết vì nó cũng có nhiều ưu điểm nổi bật, làm việc ổn định tốt theo nhiệt độ, khả năng chống nhiễu và chống ồn rất cao, trong khi đó lại tiêu thụ năng lượng thấp vv…
Những kết quả thu được trong luận văn mới chỉ là những kết quả bước đầu, là cơ
sở và kinh nghiệm cho việc ứng dụng cảm biến van spin vào thực tếđể thực hiện những phép đo hay điều khiển trong công nghệ, kỹ thuật và đời sống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
[1]. Hoàng Tiến Dũng. (2003), “Nghiên cứu chế tạo bộ chuyển đổi từ điện sử dụng cảm biến van spin”, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK/ITIMS Hà Nội.
[2]. Phạm Minh Hà. (1997), “Kỹ thuật mạch điện tử”, Nhà xuất bản KH&KT.
[3]. Hoàng Dương Hùng. (2002), Giáo trình đo lường nhiệt, Nhà xuất bản KH&KT.
[4]. Ngô Diên Tập. (1996), “Đo lường và điều khiển bằng máy tính”, NXB-KH&KT.
[5]. Bùi Văn Sáng, Phạm Ngọc Thắng. (2007), “Hiệu chuẩn phi tuyến hàm biến đổi trong phương tiện đo không điện theo phương pháp nội suy và xử lý tín hiệu số”, Khoa học và Kỹ thuật (HVKTQS), số 119.
[6]. Nguyễn Anh Tuấn. (2002), “Nghiên cứu tính chất từ điện trở khổng lồ trong các màng mỏng chứa Co”, Luận án Tiến sĩ vật lý, ĐHBK/ITIMS Hà Nội.
Tiếng Anh:
[11]. T.Ambrose, Kai Liu, C.L.Chien. (1999), “Doubly exchange-biased
NiCoO/NiFe/Cu/NiFe/NiCoO spin valves”,Department of Physics and Astronomy,
The Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland 21218, pp.6124-6126.
[12]. M.N. Baibich, J.M.Broto, A .Fert, F.Nguyen Van Dau. (1988), “Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices” Phys. Rev. Lett 61, pp.2472–2475.
[13]. L. H. Chen. (12/1996), “Clossal magnetoresistance in La-Y-Ca-Mn-O films”,
IEEE Transactions on magnetics, vol 32, No.5, pp. 2585-2590 and 4692-4693.
[14]. R. Coehoorn, Felser et al. (12/2003), “Giant magnetoresistance and magnetic
interactions in exchange-biased spin-valves”, Research Laboratories of
Eindhoven University of Technology, Department of Applied Physics, pp.7-9.
[15]. J.M. Daughton, and Y.J. Chen. (1993), “GMR Materials for Low field
[16]. Dieny et al. (12/2008), “Spin-valves, applications”,(1991) and Bruce A. Gurney,
“Giant Magnetoresistance in Magnetic Recording”, San Jose Research Center,
Hitachi Global Storage Technologies USA, pp.19-20.(Vol. 18, No. 6).
[17]. N. H. Mott, H. H. Wills.( 1936), Proc. Roy. Soc. A156(888), pp.368.
[18]. J.P. Nozieres, et al. (1999), “Spintronique et Technology, des Composant”,
CNRS, France.
[19]. Stuart Parkin. (12/2007), “The Application of Spintronics”, IBM-Stanford Spintronic Science and Applications Center, The New York Times.
[20]. Stuart Parkin, “A Giant Leap for IBM Research” http//www.research.ibm.com. [21]. Michael Ross. (1997), “GMR: An Attractive Resistance”, Europhysics News,
pp.114-118.
[22]. John Schliemann, J. Carlos Egues1, and Daniel Loss. (2/2008), “Non-ballistic
spin field-effect transistor”, Department of Physics and Astronomy, University of
Basel, CH-4056 Basel, Switzerland.
[23]. N. Shirato et al. (3/2010), “Giant Magnetoresistance”, Department of Materials
Science and Engineering, University of Tennessee, Knoxville, TN 37996.
[24]. Carl H. Smith and Robert W. Schneider. (5/1999), “Low-Field Magnetic Sensing
with GMR Sensors”, Presented at Sensors EXPO-Baltimore, pp.4-7.
[25]. F. Spizzo et al. (4/2002), “GMR effect across the transition from multilayer to granular structure”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, pp.473-475.
[26]. W. Thomson, Proc. Roy. Soc.(1857), London, Vol 8, pp. 546 - 550.
[27]. E.Y.Tsymbal and D.G.Pettifor.(2001), “Perspectives of Giant Magnetoresistance”
Department of Materials, University of Oxford, pp. 113.
[28]. S.Tumanski and S.Baranowski. (2006), “Magnetic sensor array for investigations