Nguyên lý cơ bản Chuyển đổi điện trở tiếp xúc là 1 chuyển đổi đo lường trong đó di chuyển cơ học được biến thành sự thành sự đóng mở các tiếp điểm, các tiếp điểm này dùng để điều khiển
Trang 1http://www.ebook.edu.vn 7
(chuyển đổi ngược), mà thường chuyển đổi ngược là chuyển đổi biến đổi trực tiếp nên
có độ chính xác cao
Chương 2 Chuyển đổi điện trở Bài 1 Chuyển đổi điện trở tiếp xúc
1 Nguyên lý cơ bản
Chuyển đổi điện trở tiếp xúc là 1 chuyển đổi đo lường trong đó di chuyển cơ học
được biến thành sự thành sự đóng mở các tiếp điểm, các tiếp điểm này dùng để điều
khiển mạch điện Đại lượng chủ của chuyển đổi tiếp xúc là sự chuyển rời Chuyển đổi
tiếp xúc đơn giản nhất là chuyển đổi có 1 giới hạn và một cặp tiếp điểm như hình vẽ
trên, sự đóng mở tiếp điểm do sự di chuyển của cần đo
Hình 3.3 Chuyển đổi tiếp xúc một giới hạn
Ví dụ: khi kích thước của sản phẩm 1 thay đổi (tăng), thanh trượt 2 di chuyển làm
cho phần tử tiếp xúc gắn trên thanh 3 được tiếp xúc với 4 Điện trở tiếp xúc của 3 và 4
thay đổi từ Rtx = ∞ thành Rtx ≈ 0 Khi kiểm tra kích thước sản phẩm người ta thường
dùng chuyển đổi nhiều giới hạn như hình vẽ sau:
Hình 3.4 Chuyển đổi tiếp xúc nhiều giới hạn
1
C
L
Trang 2http://www.ebook.edu.vn 8
Tiếp điểm là bộ phận qua trọng nhất của chuyển đổi tiếp xúc, vật liệu cấu tạo và sự
chế tạo cũng như chế độ làm việc của nó sẽ quyết định đến độ chính xác, độ tin cậy và tính
ổn định của chuyển đổi theo thời gian Sai số đóng cắt của chuyển đổi này là 1 ữ 2μm
2 Yêu cầu đối với mạch đo
Để tránh hồ quang và tia lửa điện đảm bảo độ bền cho các tiếp điểm thì công suất
trong mạch lấy tín hiệu phải nhỏ hơn 150mW Vì vậy với các phần tử lấy tín hiệu, phần tử
đo hoặc thừa hành nếu như công suất nhỏ hơn 150mW thì có thể nối trực tiếp với chuyển
đôỉ Nếu các phần tử thừa hành công suất lớn thì ta phải nối qua mạch khuyếch đại
Bài 2 Chuyển đổi biến trở
1 Nguyên lý cơ bản
Chuyển đổi biến trở là một biến trở mà
con chạy của nó di chuyển tương ứng với đại
lượng không điện cần đo Đại lượng chủ của
chuyển đổi là sự di chuyển của con chạy, có
thể là di chuyển dài hoặc di chuyển góc còn
đại lượng ra là điện trở
Điện trở này biến thiên theo một quy luật nào đó phụ thuộc vào đường đi của con
chạy Quan hệ giữa đại lượng ra và đại lượng vào là: R = f(Xv)
2 Độ nhạy và độ chính xác
Đây là chuyển đổi bậc thang vì sự biến thiên liên tục của đại lượng vào tương ứng
với sự biến đổi bậc thang của điện trở ra Đây là nguyên nhân gây ra sai số Chuyển đổi
biến trở chỉ có thể phát hiện ra sự biến thiên điện trở bằng điện trở của một vòng dây
tương ứng với sự di chuyển bằng khoảng cách giữa hai vòng dây kế tiếp
Ta gọi điện trở toàn phần của chuyển đổi là R, số vòng dây là w
Điện trở nhỏ nhất có thể phát hiện được là r =
w
R , và εR = r được gọi là ngưỡng nhạy của chuyển đổi theo điện trở
Nếu chiều dài của chuyển đổi là l thì độ di chuyển bé nhất có thể phát hiện được là x0
=
w
l
và εL = x0 được gọi là ngưỡng nhạy của chuyển đổi theo độ dịch chuyển của con chạy
l R,
R x , l x
Hình 3.5 Chuyển đổi biến trở
Trang 3http://www.ebook.edu.vn 9
Sai số rời rạc của chuyển đổi là: 100%
w 2
1 l 2 R 2
l
R = ε =
ε
= γ
Ta nhận thấy muốn giảm sai số thì ta cần phải tăng số vòng dây w Ngài ra chuyển
đổi này còn mắc sai số phi tuyến là 0.1 ữ 0.3% và sai số nhiệt độ là 0.1% /10 0
C Sai số phi tuyến sinh ra do khi chuyển đổi làm việc thì tiết diện của dây điện trở bị mòn khi
con chạy di chuyển
3 Mạch đo của chuyển đổi
a Mạch đo di chuyển thẳng
I =
l
x R R
U R
R
U
0 0
x + = +
R0: Tổng trở đầu vào của mạch lấy tín hiệu
R: Điện trở của toàn bộ biến trở
x: khoảng di chuyển của con chạy
Dòng điện trong mạch tỷ lệ nghịch với Rx, ta thấy quan hệ I = f(x) trên là phi
tuyến, dòng điện không biến thiên từ 0 trở đi cho nên mạch này ít được sử dụng
b Mạch phân áp
Ta có:
v x
v x x
R R
R R R
R
U I
ư +
ư
=
Ux =
v x
v x
v x
v x x
v x
v x
R R
R R R R
R R R
R
U R
R
R R I
+ +
+
ư
= +
Nếu Rv >> R thì x
v
v x v x
v
R
R R R R
R R
=
≈ +
Vậy: Ux =
l
x U l
x R R
U R
R U R R R
x x
+
ư Quan hệ giữa Ux và x là tuyến tính, Ux biến thiên từ 0 đến U khi Rx biến thiên từ 0
đến R (thường Rv ≥ (10 ữ 20)R)
I
Rx
U
x
l
R0
Hình 3.6 Mạch đo di chuyển thẳng
Rx x
Rv
I +
Ux
Hình 3.7 Mạch phân áp
Trang 4http://www.ebook.edu.vn 10
c Mạch cầu
Thiết kế sao cho khi chuyển đổi chưa làm
việc thì R1 = R2 = R3 =R4 =R và Rv >> R, lúc
đó điện áp Uv = 0 và cầu cân bằng
Khi chuyển đổi làm việc thì R1 biến thiên
một lượng là ΔR Điện áp Uv là
1 4 3 2 1 4 3 2
1
v
Chọn sao cho khoảng di chuyển ΔR << R cho nên:
T a c ó Uv ≈
R
R 4
, v ớ i
R
R
Δ
l à l ư ợ n g b i ế n t h i ê n đ i ệ n t r ở t ư ơ n g đ ố i
k h i b i ế n t r ở d i c h u y ể n
Ngoài ra người ta còn dùng mạch lôgô
mét như sau:
R1, R2 - điện trở của cuộn dây
lôgômét R3, R4 là điện trở phụ xác
định theo thông số của chuyển đổi và
lôgômét Khi Rx thay đổi làm cho
dòng điện I1 và I2 thay đổi và góc
quay α thay đổi
T a có:
x 3
1 1
R R R R
U I
ư + +
x 4 2 2
R R R
U I
+ +
=
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
ư + +
+ +
=
α
x 3
1
x 4 2
R R R R
R R R f
4 ứng dụng
Chuyển đổi biến trở thường dùng để đo những di chuyển thẳng kích thước từ 2
ữ3mm hoặc các di chuyển góc Ngoài ra chuyển đổi biến trở còn dùng để lấy các thông
tin về lực, áp xuất, mức chất lỏng
R3
U
R1
R2
R3
R4
Rv, Uv +
Hình 3.8 Mạch cầu
R4
R2
R1 R
Rx
U x
Hình 3.9 Mạch đo lôgômét
Trang 5http://www.ebook.edu.vn 11
Bài 3 Chuyển đổi tenzo (điện trở lực căng)
1 Nguyên lý và cấu tạo
a Nguyên lý:
Nguyên lý làm việc của chuyển đổi này dựa trên hiệu ứng tenzo, có nghĩa là sự
thay đổi của điện trở dây dẫn khi dây dẫn bị biến dạng cơ học
Ta biết rằng điện trở của dây dẫn được tính theo công thức sau: R =
S
l
ρ
Khi biến dạng ta có:
S
S l
l R
ρ
ρ Δ +
Δ
= Δ
Trong đó:
l
l
Δ
là biến thiên tương đối theo chiều dài dây dẫn,
ρ
ρ Δ
là sự biến thiên tương đối theo điện trở xuất đặc trưng cho sự thay đổi tính chất vật liệu của
chuyển đổi,
S
S
Δ
là sự biến thiên tương đối theo thiết diện dây dẫn đặc trưng cho sự biến
thiên hình học của chuyển đổi,
R
R
Δ
là sự biến thiên tương đối của điện trở dây dẫn Ta
có thể viết gọn như sau:
S l
Mặt khác ta có: ξS = ư2 K pξl, Kp là hệ số poisson
Và ta đặt: ξ ρ =mξl, m là hệ số tỷ lệ
Phương trình tổng quát của chuyển đổi
l p
l
ξ
K: hệ số đặc trưng cho hiêu ứng tenzo của các vật liệu Khi thiết kế và tính toán
hệ số K có thể tra trong các sổ tay kỹ thuật ứng với từng loại vật liệu cụ thể hoặc nó
được ghi ngay trên bề mặt của chuyển đổi
b Cấu tạo
Trang 6http://www.ebook.edu.vn 12
Chuyển đổi tenzo trong công nghiệp thường có 3 loại là chuyển đổi tenzo dây
mảnh, lá mỏng và màng mỏng Tuy nhiên phổ biến nhất là chuyển đổi dây mảnh có cấu
tạo như hình vẽ sau:
Tấm giấy mỏng loại bền 1
Dây điện trở tenzo 2 có đường
kính 0.02 ữ 0.05mm dán lên tấm giấy
mỏng 1 Đầu dây của điện trở được
nối với dây dẫn bằng đồng 3
Phía trên thường được phủ bằng sơn hoặc dán một tấm giấy lên để cố định sau đó
người ta ghi các thông số của chuyển đổi sau:
R0 : Điện trở của chuyển đổi khi chưa có biến dạng
I: Dòng điện cho phép
K: Hệ số độ nhạy
l0: Chiều dài tác dụng của chuyển đổi (thường bằng 0.8 ữ 15 mm)
2 Mạch đo của chuyển đổi tenzo
Các chuyển đổi tenzo thường dùng với mạch cầu 1 chiều, xoay chiều hoặc mạch phân áp
a Mạch cầu 1 nhánh hoạt động
Hình 3.11 Mạch cầu một nhánh hoạt động
Trong mạch này người ta dùng hai chuyển đổi cùng loại đặt ở hai nhánh của cầu, trong
đó 1nhánh không làm việc để bù nhiệt và do đó mạch này sẽ loại trừ được sai số do nhiệt độ
U
R4
R3
Ura
R1=RT
R2=RT0
P1
P2=0
a
l0
Hình 3.10 Cấu tạo của chuyển đổi tenzo dây mảnh
Trang 7http://www.ebook.edu.vn 13
+ Khi chuyển đổi chưa làm việc tức là P1=0 Lúc đó ta phải chế tạo và hiệu chỉnh
sao cho cầu ở trạng thái cân bằng, tức là R1R2 = R3R4
R1 = RT0, R2 =RT0 với RT0 là điện trở của chuyển đổi khi chưa làm việc
+ Khi P1 ≠ 0 làm cho R1 biến thiên, tức là: R1 = Rt =RT0(1 + ξ RT)
Trong đó ξ RT =
0 T
R
R
Δ là biến thiên tương đối của điện trở R
T Quan hệ giữa điện áp ra với sự biến thiên điện trở của tenzo:
[ RT T 0 2] ( 4 3)
4 0 T 4 RT 0
T ra
R R R R ) 1 (
R R R ) 1 ( R U U
+ +
ξ +
ư ξ
+
= Nếu đảm bảo R3 = R4 thì Ura ≈ 0,25UΔR/RT0;
b Mạch cầu hai nhánh biên thiên ngược chiều nhau
Mạch này có độ chính xác cao
hơn, hai náh của cầu được dán điện
trở tenzo và cùng hoạt động ngược
chiều nhau Điện áp ra của mạch cầu
tăng gấp hai lần, khả năng bù nhiệt
tốt hơn, sai số do nhiệt độ bị loại trừ
RT
r 2
U
U = ξ Ngoài ra còn có mạch cầu 4 nhánh, mạch này có điện áp ra tăng gấp 4 lần
RT
r U
U = ξ
c Mạch phân áp
Mạch này thường dùng do các
biến dạng động có tần số nhỏ hơn
1000Hz Để loại trừ thành phần 1
chiều người ta mắc thêm 1 tụ C
P
R T
R3
R4
R0
Ur
RT'
U
Hình 3.12 Mạch cầu hai nhánh biến thiên ngược nhau
U
R 1
R t
C
U ra
U t
Hình 3.13 Mạch phân áp
Trang 8http://www.ebook.edu.vn 14
Ta có:
1 T
T T
R R
UR U
+
=
Xét khi có biến dạng (sự dao động với tần số cao)
1
1 sin
1 sin
R
t
U UR
+
=
+ + , ω là tần số dao động của đối tượng
Thông thường ξR <<1 ⇔ RTo Rξ sin ω t RTo
Ta có:
sin
T
Vì điện áp ra lấy thành phần một chiều cho nên
1
s i n
r a
T o
U
=
+
3 Sai số và ứng dụng
Chuyển đổi tenzo được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật dùng để đo lực biến
dạng, lực mômen, gia tốc, áp xuất Do cấu tạo đơn giản, có kích thước nhỏ nên các
chuyển đổi tenzo được dùng để đo trên các chi tiết có nhiều hình dạng khác nhau của
máy móc và thiết bị Có thể dùng để đo các biến thiên nhanh như độ chấn động Để
giảm sai số đòi hỏi phải có một công nghệ dán và vị trí dán thích hợp , lúc đó sai số có
thể giảm < 5%
Chương 3 Chuyển đổi điện từ
Là chuyển đổi trong đó đại lượng không điện (thường là các di chuyển thẳng hay góc )
dẫn đến thay đổi điện cảm, hỗ cảm hoặc xuất hiện sức điện động cảm ứng ở cuộn dây
