Tên gọi quen thuộc của cảm biến điện trở tiếp xúc tr−ợt là chiết áp. Nguyên lý làm việc của nó đ−ợc thể hiện trên sơ đồ khối hình 2.5. Đại l−ợng vào là độ dịch chuyển theo chiều dài hoặc góc, đại l−ợng ra là điện trở.
Hình 2.5. Sơ đồ khối của cảm biến điện trở tiếp xúc tr−ợt
Căn cứ vào nguyên lý cấu tạo của chiết áp ta có thể chia chúng ra ba dạng cơ bản. Dạng dịch chuyển trên đoạn dây điện trở đ−ợc sử dụng khi điện trở ra bé, th−ờng không v−ợt quá 10 Ohm. Lực gây nên độ dịch chuyển cần đo x sẽ làm tr−ợt đầu tiếp xúc (đ−ợc nối ra cọc C), cùng với các cọc nối ra từ hai đầu đoạn dây điện trở A - B ta có thể đo đ−ợc giữa A - C hoặc B - C những điện trở ra của chiết áp (xem hình 2.6a). Đối với điện trở lớn (trong khoảng từ vài Ohm đến 105
Ohm) ta th−ờng sử dụng dạng chiết áp hình trụ (dây điện trở đ−ợc quấn quanh trụ cách điện). Nguyên tắc hoạt động giống nh− dạng trên (hình 2.6 b). Để có đ−ợc dạng dịch chuyển góc, ng−ời ta uốn cong khép kín dạng chiết áp hình trụ, nói một cách khác, ng−ời ta tạo ra dạng chiết áp hình xuyến (hình 2.6 c). Khi đại l−ợng vào dịch chuyển một góc nào đó, ở các cọc ra sẽ đo đ−ợc các điện trở t−ơng ứng. Sau đây, ta có thể gọi ngắn gọn dịch chuyển thẳng và dịch chuyển góc là tr−ợt thẳng và tr−ợtgóc.
Đặc tuyến tĩnh của những cảm biến điện trở tiếp xúc tr−ợt đối với các dạng tr−ợt thẳng và tr−ợt góc là: R r = . x (2.1) L và R r = . ϕ (2.2) φ
Trong đó, r là điện trở đo đ−ợc giữa các cọc ra; cảm biến điện trở tiếp xúc tr−ợt
Dịch chuyển dài x Điện trở
41 R là điện trở cực đaị của chiết áp giữa các cọc ra;
L là đoạn tr−ợt cực đại (ứng với R cực đại);
x là đoạn đoạn tr−ợt tính từ điểm đầu (điện trở bằng không);
φ là góc tr−ợt cực đại (ứng với R cực đại);
ϕ là góc tr−ợt tính từ điểm đầu (điện trở bằng không).
Hình 2.6. Nguyên lý cấu tạo của các dạng cảm biến điện trở tiếp xúc tr−ợt
Từ các đặc tuyến tĩnh trên ta có thể suy ra các độ nhạy Sx và Sϕt−ơng ứng với các dạng chiết áp tr−ợt thẳng và tr−ợt góc, ta có: dr R Sx = = (2.3) dx L và dr R Sϕ = = (2.4) dϕ φ
Các trị số R, L, φ, trong hầu hết các tr−ờng hợp giải quyết nhiệm vụ đo cụ thể đều đã đ−ợc cho tr−ớc, vì vậy trong những tr−ờng hợp cụ thể đó ta coi nh− độ nhạy cũng đã đ−ợc cho tr−ớc.
Để xác định đặc tuyến động của chiết áp tr−ớc hết ta cần nắm rõ bản chất động học của loại phần tử này. Để thực hiện đ−ợc chuyển động tr−ợt (thẳng hoặc góc), ngoại lực cần phải thắng quán tính ì của đầu tiếp xúc và lực ma sát giữa đầu tiếp xúc với dây điện trở. Đầu tiếp xúc sẽ còn bất động chừng nào ngoại lực vẫn còn bé hơn lực ma sát. Nh− vậy, ph−ơng trình vi phân đặc tr−ng cho tính động học của chiết áp dạng tr−ợt thẳng sẽ là:
Đoạn dây điện trở ϕ Xuyến chiết áp
A Trụ chiết áp
x B ϕ A
A B
C B C
42 d2
x 0 nếu Fn < Fm
m. = (2.5)
dt2 Fn - Fm nếu Fn > Fm Trong đó: m là khối l−ợng toàn bộ của đầu tr−ợt; x là đoạn tr−ợt;
Fn là ngoại lực; Fm là lực ma sát.
Nếu tại thời điểm t = 0 ngoại lực biến đổi theo b−ớc nhảy từ không (Fn= 0) đến giá trị lớn hơn lực ma sát (Fn > Fm) thì khi ấy đầu tr−ợt sẽ thực hiện một chuyển động có gia tốc (a). Theo định luật Newton II, gia tốc đ−ợc tính là:
Fn - Fm
a = (2.6)
m
Ta hoàn toàn có thể sử dụng các biểu thức trên để khảo sát các chiết áp hình xuyến, song phải nhớ thay đoạn tr−ợt x bằng góc tr−ợt ϕ.
Sau đây, ta lần l−ợt xem xét những số liệu đặc tr−ng của chiết áp (hãy luôn nhớ cái tên dài dòng của chúng là cảm biến điện trở tiếp xúctr−ợt).