chuong 2 Chuyen doi so so cap trong ky thuat .ppt

Chuyển đổi sơ cấp

1. CÁC CHUYỂN ĐỔI SƠ CẤP
1. Các khái niệm chung
2. Các chuyển đổi cơ bản ứng dụng phổ biến trong công nghiệp

2. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
* Chuyển đổi đo lường:
Là việc thực hiện một quan hệ hàm đơn trị giữa hai đại
lượng vật lý với một độ chính xác nhất định.

3. 1. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
* Đặc tính của chuyển đổi:
Phương trình của chuyển đổi sơ cấp có dạng:
Y = f(X, Z)
- X là đại lượng không điện cần đo
- Z là tác động từ môi trường xung quanh
Thực tế đa phần các quan hệ này là phi tuyến.
Thực hiện tuyến tính hóa bằng các mạch điện tử hoặc
thuật toán xử lý

4. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
* Yêu cầu đặc tính của chuyển đổi:
- Chuyển đổi phải có đặc tính đơn trị.
- Đường cong của chuyển đổi phải ổn định.
- Tín hiệu ra của chuyển đổi yêu cầu phải phù hợp cho việc ghép
nối vào dụng cụ đo, hệ thống đo và máy tính.
- Sai số đủ nhỏ.
- Độ nhạy đủ lớn.
- Độ tác động đủ nhanh.
- Không có tác động ngược trở lại làm biến đổi đại lượng đo.
- Có khả năng thay thế được.
- Kích thước nhỏ gọn.

5. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
* Phân loại:
1. Theo nguyên lý của chuyển đổi:
- Chuyển đổi điện trở: là chuyển đổi trong đó đại lượng không điện X
biến đổi làm thay đổi điện trở của nó.
- Chuyển đổi điện từ: là chuyển đổi làm việc dựa trên các nguyên tắc về
điện từ. Đại lượng không điện X làm thay đổi các thông số của mạch từ
như điện cảm L, hỗ cảm M, độ từ thẩm μ, từ thông Φ.
- Chuyển đổi tĩnh điện: là các chuyển đổi làm việc dựa trên các hiện
tượng tĩnh điện. Đại lượng không điện X làm thay đổi điện dung C hay
điện tích của nó.

6. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
* Phân loại:
1. Theo nguyên lý của chuyển đổi:
- Chuyển đổi hoá điện: là các chuyển đổi làm việc dựa trên các hiện tượng
hoá điện. Đại lượng không điện X làm thay đổi các thông số điện dẫn Y,
sức điện động hoá điện…
- Chuyển đổi nhiệt điện: là các chuyển đổi dựa trên các hiện tượng nhiệt
điện. Đại lượng không điện X làm thay đổi sức điện động nhiệt điện hay
điện trở của nó.

7. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
* Phân loại:
1. Theo nguyên lý của chuyển đổi:
- Chuyển đổi điện tử và ion: là các chuyển đổi trong đó đại lượng
không điện X làm thay đổi dòng điện tử hay ion chạy qua nó.
- Chuyển đổi lượng tử: dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân
và cộng hưởng từ điện tử.

8. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
* Phân loại:
2. Theo tính chất của chuyển đổi:
- Chuyển đổi nguồn phát: Các đại lượng đo được chuyển đổi thành
tín hiệu điện như dòng điện, sức điện động.
Ví dụ: Chuyển đổi cảm ứng, cặp nhiệt điện, chuyển đổi áp điện
- Chuyển đổi thông số:đại lượng ra là các thông số điện như điện trở
R, điện cảm L, hỗ cảm M,…
Ví dụ: chuyển đổi điện cảm, điện dung, hỗ cảm.

9. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
* Phân loại:
3. Theo phương pháp chuyển đổi:
- Chuyển đổi trực tiếp: là chuyển đổi mà qua đó đại lượng không
điện được trực tiếp biến đổi thành đại lượng điện.
- Chuyển đổi bù: đại lượng không điện cần đo X được bù bởi đại
lượng cùng loại Xk do chuyển đổi ngược tạo ra:

10. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
Là loại chuyển đổi biến sự thay đổi của đại lượng cần đo
thành sự thay đổi giá trị điện trở của bản thân nó.
Chuyển đổi
điện trởDịch chuyển,
Biến dạng
Giá trị điện trở
thay đổi

11. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
* Chuyển đổi biến trở:
- r = (x/l). R
- rmin có thể phát hiện được:
r0 = R/w
- Độ dịch chuyển min có thể phát hiện được:
xmin = l/w
- Ứng dụng: Đo dịch chuyển, đo góc, đo lực, đo áp suất,...
l
x
R
r

12. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
* Chuyển đổi biến trở:
-Mạch đo:
l
x
R
r
U
Ux
Dùng mạch phân áp

13. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
* Chuyển đổi biến trở:
-Mạch đo:
Dùng mạch cầu
l
x
R
r
U
Ux
Ug
R1 R2
R3

14. XÂY DỰNG MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TẦM VỚI CHO
CẦN TRỤC THỦY LỰC

15. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
* Chuyển đổi điện trở lực căng:
- Dựa trên hiệu ứng tenzo
- Có 2 dạng: Dây mảnh, Lá mỏng, màng mỏng
+ Chất liệu: kim loại, bán dẫn (Constantan, Manganin, Crom, Silic,
Asenua) (hệ số độ nhạy cao[-200÷800], hệ số nhiệt điện trở nhỏ)
+ Keo dán:

16. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
* Chuyển đổi điện trở lực căng:

17. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
* Chuyển đổi điện trở lực căng:

18. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
* Chuyển đổi điện trở lực căng:
- Mạch đo:

19. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
* Chuyển đổi điện trở lực căng:
- Sai số và phạm vi ứng dụng:
+ Sai số chủ yếu do độ chính xác khắc độ của chuyển đổi. Không thể khắc độ trực
tiếp đơn chiếc mà chúng được chế tạo hàng loạt và được chuẩn sơ bộ.
+ Khi sử dụng cần phải có công nghệ dán chuẩn và chọn vị trí chính xác. Sai số
về điều này có thể đạt tới 1 – 5%.
+ Khi chuẩn trực tiếp chuyển đổi với mạch đo sai số có thể giảm đến 0,2 – 0,5%
khi đo biến dạng tĩnh, và1 – 1,5% khi đo biến dạng động. Ngoài ra còn có sai số
biến dạng dư của keo dán khi sấy khô, do sự dãn nở khác nhau giữa chuyển đổi
và chi tiết dán.
+ Các chuyển đổi loại này dùng để đo lực, biến dạng, áp suất, momen,...

20. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện trở:
•Chuyển đổi điện trở lực căng:

21. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện cảm:
Là loại chuyển đổi biến sự thay đổi của đại lượng cần đo
thành sự thay đổi giá trị điện cảm của bản thân nó.
Chuyển đổi
điện cảmDịch chuyển,
Biến dạng
Giá trị điện cảm
thay đổi

22. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện cảm:

23. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện cảm:
- Mạch đo:
Mạch cầu cân bằng mắc kiểu vi sai

24. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện cảm:
Sai số:
Các chuyển đổi điện cảm làm việc với mạch cầu, nguồn cung cấp cho
mạch cầu cần rất ổn định.
+ Nếu điện áp cung cấp thay đổi 1% thì có thể gây ra sai số 1%.
+ Nếu tần số của nguồn cung cấp thay đổi 1% gây ra sai số 0,2%

25. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện cảm:
Ứng dụng:
- đo di chuyển từ vài chục μm đến hàng chục cm;
- đo độ dày lớp phủ;
- đo độ bóng của chi tiết gia công; …
- đo lực từ 0,1N đến hàng chục, hàng trăm N;
- đo áp suất với dải đo từ 0,001 N/m2 đến hàng chục ngàn N/m2;
- đo gia tốc từ 0,01g đến hàng trăm đơn vị gia tốc trọng lượng.

26. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện dung:
Là loại chuyển đổi biến sự thay đổi của đại lượng cần đo
thành sự thay đổi giá trị điện dung của bản thân nó.
Chuyển đổi
điện dungDịch chuyển,
Nồng độ
Giá trị điện dung
thay đổi

27. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện dung:
d

28. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện dung:
Mạch đo:
+ MF: Máy phát
(tần số cỡ hàng MHz)
+ Cks1,2: Các tụ điện ký sinh

29. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện dung:
Mạch đo:

30. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi điện dung:
Ứng dụng:
+ Loại có khe hở không khí thay đổi được dùng đo những di chuyển nhỏ
(từ vài μm đến vài mm). Các đại lượng khác có thể biến đổi thành di
chuyển (lực, áp suất, gia tốc).
+ Loại có diện tích bản cực thay đổi dùng đo các di chuyển lớn (>1cm) và
di chuyển góc (đến 270
0
).
+ Chuyển đổi có điện môi ε thay đổi dùng để đo độ ẩm (vải, chất dẻo), đo
mức nước, chiều dày của các vật cách điện, đo nong do.

31. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Là loại chuyển đổi dựa trên hiệu ứng nhiệt điện và hiệu ứng
thay đổi điện trở của dây dẫn hay chất bán dẫn khi nhiệt độ
thay đổi.
Chuyển đổi
nhiệt điện
Nhiệt độ
Sức điện động,
điện trở

32. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi cặp nhiệt điện:

33. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi cặp nhiệt điện:

34. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi cặp nhiệt điện:
- Mạch đo:

35. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi cặp nhiệt điện:
- Sai số:
+ Sai số do nhiệt độ đầu tự do thay đổi
+ Do sự thay đổi điện trở của đường dây
+ Do đặt không đúng vị trí đo, diện tích tiếp xúc nhiệt quá nhỏ

36. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi cặp nhiệt điện:
- Ứng dụng:
Ứng dụng chủ yếu của cặp nhiệt điện là để đo nhiệt độ, ngoài ra còn
được dùng để đo các đại lượng không điện và điện khác như: đo dòng điện
(ở tần số cao), đo hướng chuyển đổi và lưu lượng của các dòng chảy, đo di
chuyển, đo áp suất nhỏ (độ chân không) …

37. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi nhiệt điện trở:
- Nhiệt điện trở đồng:

38. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi nhiệt điện trở:
- Nhiệt điện trở Platin:

39. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi nhiệt điện trở:
- Nhiệt điện trở Bán dẫn:

40. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi nhiệt điện trở:
- Mạch đo:

41. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi nhiệt điện trở:
- Sai số:
+ Sai số của nhiệt kế điện trở chủ yếu là do điện trở đường dây khi nhiệt độ
môi trường thay đổi. Điện trở đường dây có thể đạt tới 5Ω trong khi đó
điện trở của bản thân nhiệt điện trở vào khoảng 40 ÷ 100Ω, do đó khi điện
trở đường dây thay đổi sẽ gây nên sai số đáng kể.
+Ngoài ra, dòng điện chạy qua nhiệt điện trở gây nóng cũng làm cho điện
trở tăng gây sai số. Mặt khác, nhiệt điện trở được bọc ngoài bằng một vỏ
thép nên bị tổn hao nhiệt và gây sai số.

42. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi nhiệt điện:
Chuyển đổi nhiệt điện trở:
- Ứng dụng:
Chuyển đổi nhiệt điện trở dùng đo nhiệt độ, đo các đại lượng không điện
như đo độ di chuyển, đo áp suất và dùng để phân tích thành phần, nồng độ
của một số hợp chất và khí.

43. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi áp điện:
Một số vật liệu khi chịu tác dụng của một lực cơ học biến thiên thì
trên bề mặt của nó xuất hiện các điện tích, khi lực tác dụng ngừng
thì các điện tích trên cũng biến mất, hiện tượng đó gọi là hiệu ứng
áp điện thuận. Ngược lại, nếu đặt các vật liệu trên trong điện
trường biến thiên thì điện trường tác động lên chúng làm chúng bị
biến dạng, hiện tượng đó gọi là hiệu ứng áp điện ngược.

44. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi áp điện:
Vật liệu dùng để chế tạo các chuyển đổi áp điện là tinh thể thạch anh
(SiO2), Titanatbari (BiTiO3), muối xenhet, tuamalin, kim loại gốm, ...

45. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi áp điện:
Mạch đo:
Phiến áp điện Khuếch đại điện tích
P

46. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi áp điện:
Ứng dụng:
+ Chuyển đổi áp điện được dùng để đo lực biến thiên (đến 10000N), đo áp
suất (100 N/mm2) và gia tốc (tới 1000.g) trong dải tần từ 0,5 đến 100kHz.
+ Ưu điểm của chuyển đổi loại này là cấu trúc đơn giản, có kích thước nhỏ,
độ tin cậy cao, có khả năng đo các đại lượng biến thiên nhanh.
+ Nhược điểm của nó là không đo được lực tĩnh, khó khắc độ.

47. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi quang điện:
Dựa trên hiệu ứng quang điện:
- Dưới tác dụng của ánh sáng, các điện tử được giải phóng làm tăng độ dẫn
điện của vật liệu.
(CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si tinh khiết hoặc pha tạp
Au, Cu, Sb, In, SbIn, AsIn, PIn, cdHgTe)
- Điện trở của một vài chất bán dẫn thay đổi dưới tác dụng của dòng ánh
sáng.
(Selen, muối Sunfit Cadimi, hợp chất của Tal, Bismut hoặc chì với lưu
huỳnh)

48. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi quang điện:
Mạch thu tín hiệu từ quang trở:

49. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi quang điện:
Mạch thu tín hiệu từ photo diode:

50. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi quang điện:
Mạch thu tín hiệu từ tranzitor quang:

51. 2. CÁC CHUYỂN ĐỔI CƠ BẢN
* Chuyển đổi hóa điện
* Chuyển đổi Cảm ứng
* Chuyển đổi lượng tử
* Chuyển đổi áp từ
* Chuyển đổi Hallotron (hiệu ứng Hall)