Nghiên cứu giải pháp chống nhiễu và xác định toạ độ điểm đứt ứng dụng vào chế tạo thiết bị bảo vệ an ninh đường cáp thông tin

a a Đẩu báo thường đóng b Đầu háo thường mỏ Hình 1.2: Kí hiệu của đầu báo trong sơ đồ c Bộ phận báo động: Là bộ phận dùng để phát ra tín hiệu khi có sự cố bất thường xảy ra.. Khi một tro

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA H Ọ C T ự NHIÊN

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C GIA HÀ NỘI

T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C KHOA H Ọ C T ự NH IÊN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHÔNG NHiỄU VẢ

ỨNG DỤNG VÀO CHE TẠO THIẾT BỊ

BẢO VỆ AN NINH ĐƯỜNG CÁP THÒNG TIN

MÃ SỐ: QG-05-09

CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI : PGS TS PHẠM Quốc TRIỆU

CÁC CÁN BỘ THAM GIA: TS NGUYẺN VĂN THÁI

ThS PHẠM MINH TÂN

HÀ NỘI - 2006

1 M ụ c tiê u n g h i ê n c ứ u

a) Nghiên cứu về m ặt lý luận đế lý giải những tồn tại của thiết bị điện tử sử dụng vào mục đích cảnh giới đường dây Có hai nhược điểm cần khắc phục khi bảo vệ đường dây:

- Tạp nhiễu ảnh hưởng đến thiết bị cảnh giới

- K h ô n g x á c định được chính x á c t o ạ đ ộ đ i ể m đ ứ t

b) Nghiên cứu thiết kê và đưa ra mô hình thiết bị có thê phối hợp với thiết

bị cảnh báo thông thường n h an h chóng tìm điểm đứt bất thường

c) Nghiên cứu phương p h áp triệt tạp nhiễu cho hệ thiết bị

d) Nghiên cứu ứng dụng thực tiễn

2 Nội dung nghiên cứu

2.1- Tổng qu an một sô ván đề về thiết bị cảnh báo

2.2- Nghiên cứu chòng nhiễu đường dây dối với thiết bị cảnh báo ké gian chặt phá đường dây, biện pháp phát hiện và triệt nhiễu đôi với thiết bị canh báo

2.3- Nghiên cứu q u an hệ c - L của đường dây dùng thiết bị đo điện dung nhỏ DL 8000

2.4- Nghiên cứu thiết kế, lắp ráp thiết bị đo điện dung nhỏ

2.5- Nghiên cứu thiết kê thiết bị đo điện dung c có loại trừ nhiễu

a) Bài báo/Báo cáo khoa học tại Hội nghị: 6 bài

+ Phạm Quốc Triệu, P hạm Minh Tân

Nghiên cứu xác định n h an h toạ độ điẻm đứt đường cáp thõng tin nhiều sợiBáo cáo Hội nghị Vặt lý toàn quốc lần thứ VI, 23-25/11/2005

+ Phạm Quốc Triệu, Phạm Minh Tân

Q uan hệ điện dung độ dài đưòng cáp thông tin liên lạc

Báo cáo Hội nghị K hoa học Trường Đại học Sư phạm 2, 10/2005

+ Hoang Nam N hat an d Pham Quoc Trieu

Đo lường tám sâu trong bán dần pha tạp bàng kỹ thuật đo đa diêm

với các hệ sô tương q u an từ nhị thức âm

Hội nghị K H K T đo lường toàn quốc lần thứ IV, Hà nội 11-2005, 240-244.+ Pham Quoc Trieu and H oang Nam Nhat

Data processing m ethods for the Deep Level Transients in semiconductors

(.Submitted fo r public)

+ Hoang Nam N hat and P ham Quoc Trieu

Tách phổ quá độ luỹ thừa bằng kỹ th uật tương quan đa điểm

với các hệ sô nhị thức âm

Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, 23-25/11/2005

+ Hoang Nam N hat an d Pham Quoc Trieu

Solving the De P rony problem of separation of the overlapping exponents

b) Đào tạo: 01 Thạc sỹ

- Học viên cao học: P h ạm Minh Tàn

- Tên Luận văn cao học:

Nghiên cứu m ột sỏ phương pháp báo vệ dùng thiết bị cảnh báo

- Năm bảo vệ: 2005

c) Kết quả của Đề tài đưực sử dụng một phần trong Bài giảng:

Phạm Quốc Triệu - Phưưng p h áp thực nghiệm Vật lý

Dùng cho sinh viên năm th ứ ba Khoa Vật lý, Trường Đại học KHTN

3 Các kết quả đạt đưực

Đã thòng qua chứng từ tại phòng tài vụ 11/2005

XÁC N H Ậ N C Ủ A B C N K H O A

(Ký và ghi rõ họ tên)

TttS?

C H Ủ T R Ì Đ Ể TÀI (Ký và ghi rõ họ tên)

P h a m Q« moc TnéXt *

XÁC N H Ậ N CỬA N H À T R Ư Ờ N G

MSc Pham Minh Tan

1 Purpose and content of the Researching

- Design the electric circu rts for determination of broken point

- Apply for com m unication cable protection

* Content:

- Review of the theories for the protecting devices

- Study of the methods for im provem ent of signal and avoid random noise

- Study of C-L relation of communication cables

- Construction of eq uipm ent for measurement small C: design of the system blocks for the m easuring equipm ent, test of operation of the m anufactured equipment

* Study of effects, calibration and discussion

+ Pham Q uoc Trieu, Pham Minh Tan

Study of fast detem ination the broken point position of communication cablesThe VI National Physical Conference, Hanoi 23-25/11/2005

+ Pham Q uoc Trieu, Pham Minh Tan

The C-L relation of com m unication cables

Scientific Conference of the University of Pedagogy 2, 10/2005

+ Hoang Nam N hat and Pham Quoc Trieu

To m easure the deep levels in semiconductors using multipoint technique The 4lh National Metrology Conference, Hanoi 11/2005, p 240-244

+ Pham Q uoc T rieu and Hoang Nam Nhat

Data processing m ethods for the Deep Level Transients in semiconductors

{Submitted fo r public)

Separation of overlapping exponential transient spectra using multipointcorrelation technique with binomial coefficients

The VI National Physical Conference, Hanoi 23-25/11/2005

+ Hoang Nam N hat and Pham Quoc Trieu

Solving the De Prony problem of separation of the overlapping exponents

b) Training: 01 MSc ( Year to uphold thesis: 2005)

- Name of M a ster Student: Phạm Minh Tân

- Title of Thesis:

Study of protecting m ethods using defence equipment

c) The results of project have participated into the lecture:

Pham Quoc T rieu - E xperim ental Methods in Physics

2 Results

MỤC LỤC

lở đầu 1

"hương 1: Thiết bị cảnh báo 1 Đầu báo d ù n g cho thiết b ị 3

.1.1 Khái niệm thiết bị báo động 3

1.2 Các bộ phận chính của máy báo động 3

1.3 Một số đầu báo thường dùng 5

.2 Mô hình thiết bị cảnh b á o 13

.2.1 Nguyên lý tối thiểu của máy báo đ ộ n g 13

.1.2 Nguyên lý cảnh báo nhiều trạng th ái 14

thương 2: Đ iện dung - Tụ điện 1 Khái niệm vẻ điện dung - Tụ điện 19

.1.1 Tụ điện 19

1.2 Điện dung của một vài tụ đ iện 20

1.3 Đơn vị hằng số điện E0 24

.2 Chuyển đổi điện d u n g 24

.2.1 Tính chất chung và các dạng cơ bản của chuyển đổi điện dung 24

.2.2 Mạch đ o I 7 30

.2.3 Phạm vi ứng dụng 32

.3 Cảm biến tụ đ iệ n

33-.3.1 Nguyên lý và các đặc trưng 33

.3.2 Tụ điện có diện tích bản tụ biến thiên 34

.3.3 Tụ điện có khoảng cách giữa các bản cực biến thiên 36

:.3.4 Phương pháp đo độ biến thiên điện dung 38

"hương 3: Phương pháp thực nghiệm 1 Phương pháp phát hiện đứt c á p 40

1.1.1 Sử dụng đôi dây ngắn m ạch 40

1.2 Nghiên cứu thiết bị cảnh báo đứt cáp 40

1.2 Nghiên cứu quan hệ c - L của đường cáp thông tin 44

1.2.1 Đo điện dung nhỏ bằng cầu Boonton 72B 44

1.2.2 Cách đo điện dung của đường cáp thông tin 46

.3 Nghiên cứu thiết kế mạch đo điện dung nhỏ 46

.3.1 Thiết kê mạch đ o

.3.2 Thử nghiệm trên thiết bị lắp ráp 46 48 thương 4: Các kết quả đo và thảo luận 1 Khảo sát sự phụ thuộc điện dung c vào chiều dài L của dây 52

.1.1 Dây điện thoại hai sợ i 52

.1.2 Dây cáp thông tin nhiều sợi 53

.2 Khảo sát sự phụ thuộc của điện áp ra một chiều vào điện dung c trên C 74H C 123 1 57

-.2.1 Tần số phát xung sau IC NE555: f = 100Hz 57

-.2.2 Tần số phát xung sau IC NE555: f = 200H z 62

-.3 Thiết kế thiết bị đo có khả năng loại trừ nhiễu 66

Í-.3.1 Khối cầu đ o 66

k3.2 Thiết bị đ o 66

íế t lu ậ n 69

rài liệu tham k h ả o 70

MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang từng bước chuyển mình về mọi mặt: Kinh tế, văn hoá, choa học công nghệ Để đạt được những thành tựu đó, sự đóng góp của thông

in liên lạc là rất lớn Thông tin liên lạc đem lại những tin tức cập nhật, sự giao

ưu, hợp tác làm ăn, góp phần vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất iước cũng như bảo vệ an ninh quốc gia Do đó, vấn đề bảo vệ an toàn đường cáp hông tin liên lạc là một nhiệm vụ hết sức quan trọng Trong khuôn khổ bản luận /ăn này, chúng tôi mong muốn được đóng góp một phần nhỏ vào việc đưa ra một

;ố phương pháp nhằm cảnh báo và phát hiộn sự cố đường cáp thông tin nhiều sợi iên tỉnh và nội tỉnh giúp cho việc bảo vệ đường cáp được an toàn, đảm bảo thông

in liên lạc được thông suốt.

Để phát hiện điểm đứt đường cáp thông tin nhiều sợi có nhiều phương 3háp khác nhau: phương pháp xung, phương pháp đo điện dung Trong đề tài lày chúng tôi sử dụng phương pháp khảo sát điện dung của đường cáp, từ mối }uan hệ điện d u n g - độ dài đường cáp, chúng ta tìm được chiều dài đường cáp, từ

ló xác định được toạ độ điểm đứt của đường cáp Đồng thời, chúng tôi đưa ra Iguyên lý thiết kế, ch ế tạo thiết bị đo điện dung nhỏ với độ chính xác cao, đơn

ịiàn, dễ sử dụng, có thể ch ế tạo hàng loạt đáp ứng được trong điều kiện thực tiễn Việt Nam Phương pháp này có ưu điểm là xác định được nhanh và chính xác toạ

jộ điểm đứt Thiết bị có thể ghép nối với máy cảnh báo chống trộm để cảnh báo /à phát hiện sự cố đường cáp thông tin, đặc biệt là phát hiện và bắt giữ kẻ gian Dhá hoại đường cáp.

Từ những mục đích trên, trong báo cáo này chúng tôi quan tâm đến những yấn đế sau:

• Nghiên cứu nguyên tắc cấu tạo, hoạt động của thiết bị cảnh báo.

• Nghiên cứu về điện dung - Tụ điện và một số chuyển đổi điện dun£ thường gặp.

• Khảo sát quan hộ điện dung - độ dài đường cáp.

• Khảo sát ảnh hưởng của điện dung lên mạch phát xung.

1

• Thiết kế, c h ế tạo thiết bị đo điện d u n g nhỏ có loại trừ nhiễu.

• Một số kết quả thực nghiệm và đánh giá độ chính xác của phép đo Báo cáo được chia làm 4 chương:

Chương 1 : Thiết bị cảnh báo.

Chương 2: Điện dung - Tụ điện.

Chương 3: Phương pháp thực nghiệm.

Chương 4: Các kết quả đo và thảo luận.

2

CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ CẢNH BÁO

1.1 Đ ầu báo dùng cho thiết bị.

1.1.1 Khái niệm thiết bị báo động.

Thiết bị báo động là một hệ thống các phương tiện, thiết bị chuyên ngành được ghép nối với nhau theo những nguyên lý riêng nhằm bảo vệ tài sản.

Hình 1.1: Sơ đồ khôi của máy báo động

1.1.2 Các bộ phận chính của máy báo động.

Một máy báo động từ đơn giản đến phức tạp đều phải có các bộ phậ chính sau để đảm nhận được nhiệm vụ của nó:

+ Bộ phận điều khiển.

+ Bộ phận báo động.

+ Đầu báo.

a) Bộ phận điều khiển:

Đây là bộ phận chủ, cấu tạo của nó tuỳ thuộc vào từng loại máy cụ thể N

có nhiệm vụ kiểm tra các chuyển mạch từ xa và điều khiển bộ phận báo độn phát lệnh báo động khi phát hiện xảy ra một biến động nào đó đã định trước.

b) Đầu báo :

3

Là bộ phận được sử dụng nhiều nhất trong máy báo động và là bộ phận

Ịuyết định Nếu đầu báo hoạt động không đúng đắn thì máy báo động không thể

hực hiện được nhiệm vụ bảo vệ như mong muốn Có rất nhiều loại đầu báo khác

ihau từ đơn giản (các loại công tắc) đến phức tạp (đầu báo tổ hợp hoạt động theo

ìai nguyên tắc vật lý khác nhau) Các đầu báo này hoạt động theo nguyên tắc

:hung là: Khi thủ phạm đột nhập vào nơi đặt đầu báo, chúng phải trực tiếp hoặc

'ián tiếp tác động vào đầu báo Do đó, đầu báo sẽ tạo ra một tín hiệu ngược lại

'ới khi bình thường truyền về bộ phận điều khiển và hiển thị thành tín hiệu còi

ìoặc đèn.

Đầu báo có hai loại thường đóng và thường mở Thường đóng là loại khi

àm việc ở trạng thái bình thường luôn có tín hiệu báo về bộ phận điều khiển

-,oại thường mở thì ngược lại, bình thường không có tín hiệu truyền về, chỉ khi

:ó vi phạm tín hiệu mới được truyền về.

a

a) Đẩu báo thường đóng b) Đầu háo thường mỏ

Hình 1.2: Kí hiệu của đầu báo trong sơ đồ

c) Bộ phận báo động:

Là bộ phận dùng để phát ra tín hiệu khi có sự cố bất thường xảy ra Có thể

Dhân bộ phận báo động ra làm ba loại: phát ra âm thanh (còi, chuông, loa), phát

a ánh sáng (đèn) và thiết bị tự động gọi điện thoại Tuỳ vào mục đích mà ta sử

iụng bộ phận báo động cho phù hợp V í dụ: muốn bắt quả tang kẻ gian thì ta nên

iùng loại phát ra ánh sáng hoặc thiết bị tự động gọi điện thoại, muốn cảnh báo ta

iùng bộ phận phát ra tiếng động

* Từ ba bộ phận chính trên, người ta có hai cách mắc các loại đầu báo và :ó hai loại hệ thống báo động:

+ Hệ thống thường đóng: là hệ thống sử dụng các đầu báo thường đóng,

Tìắc nối tiếp v ớ i n h a u Khi một trong s ố c h ú n g b ị m ở , tín hiệu k h ô n g đưa về

iược bộ phận điều khiển, dẫn tới máy sẽ báo động.

4

+ Hệ thống thường mở: là hệ thống sử dụng các đầu báo thường mở, mắc song song với nhau Khi một trong số chúng bị mở, tín hiệu không đưa được về

bộ phận điều khiển, máy sẽ báo động.

Trong một số hệ thống kỹ thuật còn dùng đường kiểm tra, tức là có các tín hiệu bổ trợ đưa về bộ phận điều khiển Đó là các tín hiệu liên tục thường được

mã hoá truyền theo đường dây nối giữa các đầu báo và bộ phận điều khiển Khi :ó sự vi phạm thì tín hiệu này bị biến động và bộ phận điều khiển phát hiện ra và

Là loại đầu báo cần có lực ngoài tác động vào thì mới khởi động được, nó

;iống công tắc điện, tivi Loại đầu báo này dùng để kiểm soát cửa ra vào, cửa sổ,

ih ữ n g v ị t r í m à k ẻ g ia n k h i h à n h đ ộ n g sẽ g â y tá c đ ộ n g đ ế n n ó

1.1.3.2 Đầu báo từ:

Cấu tạo c ủ a đầu b á o từ gồm:

+ Một ố n g thuỷ tinh nhỏ, bên trong có chứa một tiếp đ iể m làm b ằ n g vật

iệu từ hoá Khe hở của tiếp điểm rất nhỏ Để giảm điện trở tiếp xúc và tránh tia

ửa hồ quang, người ta phủ lên bể mặt tiếp điểm một lớp kim loại quý và trong

>ng thuỷ tinh chứa khí trơ hoặc chân không Khi đặt trong từ trường nam châm :ác tiếp điểm này sẽ nhiễm từ và hút chập vào nhau Có hai loại tiếp điểm thường lùng: RKR20, 3mm, dài 20m m và RKR 50, 5mm, dài 50mm.

+ Thanh nam châm nhỏ hình hộp chữ nhật có kích thước 6x6x49 mm hoặc lình trụ kích thước 5,5x36m m

Hình 1.4: Đầu báo từ

Đầu báo dùng để báo động khi cửa hoặc ngăn kéo bị mở ra, hoặc đồ vật bị

ấy đi, Phần tiếp điểm thường đặt ở phần cố định, nam châm đặt ở phần di :huyển Ưu điểm của đầu báo từ là không bị ảnh hưởng của môi trường bên Ìgoài, điện trở tiếp xúc nhỏ, cấu tạo gọn nhẹ, dễ bố trí và lắp đặt, do đó được sử lụng nhiều trong công tác bảo vệ Nhưng nhược điểm của nó là không thể đặt ở :ác bề mặt kim loại và không được đật gần các thiết bị có thể gây báo động ìhầm như động cơ, máy phát điện.

1.1.3.3 Đầu báo thuỷ nẹân:

Do thuỷ ngân là kim loại ở thể lỏng ngay ở nhiệt độ thường, nên người ta

iử dụng nó để đóng mạch thường mở.

6

Thuỷ ngân

Cấu tạo gồm một ống thuỷ tinh, bên trong có chứa thuỷ ngân và cặp tiếp điểm c ủ a đầu báo Ở vị trí bình thường, thuỷ ngân đọng lại một bên, tiếp điểm một bên (mạch ở trạng thái mở) Khi thay đổi vị trí đầu báo, giọt thuỷ ngân dịch chuyển làm chập mạch cặp tiếp điểm, do đó mạch điện được đóng lại thành mạch kín và tạo tín hiệu truyền về bộ phận điều khiển.

Đầu báo này dùng để xem vật có bị nghiêng, rung động hay không Ưu điểm không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, bụi bẩn, nhưng có nhược điểm là dễ gây

b á o đ ộ n g n h ầ m

1.1.3.4 Đầu báo phát hiện kính vỡ:

a) Đầu báo runs cơ khí (đầu báo tiếp điểm):

Đầu báo được gắn lên góc tấm kính, khi có sự va đập vào tấm kính, đổ rung động truyền vào làm thay đổi trạng thái bình thường của đầu báo gây bác động .

b) Đầu báo vỡ kính điên tử:

Đầu cảm biến là một micro đặc biệt có khả năng thu được tần số cực thấp

do va đập và tần số đặc trưng của tiếng kính vỡ Khi thu được đồng thời cả hai tín hiệu này, bộ phận điều khiển xử lý và phát ra tín hiệu báo động Do CC

nguyên lý hoạt động như vậy, nên nó có ưu điểm là tránh được báo động nhầm.

ỉ 1.3.5 Bộ phát hiện khói lửa:

a) Bô phát hiên khói:

+ Bộ phát hiện khói kiểu ion:

Hình 1.5: Đầu báo thuỷ ngân

7

Dùng một lượng nhỏ chất phóng xạ để ion hoá không khí trong hộp cảm ihận Không khí bị ion hoá sẽ dẫn điện và tạo thành dòng điện chạy giữa hai điện cực đã được nạp điện Khi các phần tử khí lọt vào khu cảm nhận được ion loá, làm tăng điện trở trong buồng cảm nhận, dẫn đến dòng điện giữa hai điện :ực bị giảm đi Đến một mức độ nào đó, bộ phận phát hiện nhận ra và phát tín liệu báo động.

+ Bộ phận phát hiện khói dùng tia quang điện:

Tia sáng được chiếu qua vùng cảm nhận rọi vào tế bào quang điện Khi khói lan vào vùng này sẽ che bớt ánh sáng, làm giảm luồng sáng chiếu vào tế bào quang điện Khi ánh sáng giảm đến một mức độ nào đó thì máy báo động sẽ phát ra tín hiệu báo động.

* Bộ phận phát hiện khói dễ bị báo động nhầm do bụi hoặc các phần tử khói lan vào Bộ phận phát hiện khói kiểu ion hoá được dùng nhiều hơn do nó nhạy hơn, hiệu quả hơn bộ phát hiện dùng tia quang điện.

b) Bô phát hiên lửa:

Là thiết bị phức tạp và tinh vi hơn Nó dùng bộ cảm biến tia hồng ngoại để phát hiện nhiệt ở vùng kiểm soát Nhược điểm: dễ gây báo động nhầm khi đặt gần một nguồn nhiệt, nên chỉ dùng trong các trường hợp đặc biệt.

* Nói chung, bộ phát hiện khói được dùng nhiều hơn do phạm vi vùng bảo

vệ rộng hơn và phát hiện khói cũng chính là phát hiện lửa.

1.1.3.6 Bộ phát hiện có di độnạ:

a) Bô phát hiên di đôns dùns siêu âm:

Đầu phát, phát ra sóng siêu âm (cỡ 40 kHz) Đầu cảm biến thu tín hiệu phản xạ Khi có sự di chuyển trong vùng cần bảo vệ, sự phản xạ sóng siêu âm lúc

đó sẽ sai khác so với mẫu ghi ban đầu, bộ phát hiện nhận ra Đến một giới hạn nào đó, nó sẽ phát lệnh báo động.

Ưu điểm : Kẻ gian khó phát hiện và vô hiệu hoá.

Nhươc đ iểm : Dể báo động nhầm khi có một nguồn siêu âm khác như máy điện thoại kêu, quạt quay, các tạp âm ngoài tác động vào,

8

b) Bô phát hiên di đông dùng sóng, cao tần:

Có nguyên lý hoạt động giống như bộ phát hiện di động dùng sóng siêu

âm, chỉ khác là thay sóng siêu âm bằng sóng cao tần.

Ưu - Nhược điểm của nó so với dùng sóng siêu âm:

+ Ưu điểm :

- Vùng phủ sóng có thể xuyên qua các vật cản không phải ià kim loại nhu tường gạch, kính.

- Vùng bảo vệ an toàn lớn hơn.

- Không c h ịu ả n h h ư ở n g b ở i c á c n g u ồ n â m th a n h , lu ồ n g g ió

+ Nhươc điểm :

- Giá thành cao hơn.

- Có những điểm “mù” trong khu vực bảo vệ do năng lượng cao tần bị hấp thụ bởi những vật thể bằng kim loại có kích thước lớn hoặc các mặt phẳng kirr loại.

- Dễ báo động nhầm do tạp âm khí quyển, các động cơ điện, sét,

Do những ưu - nhược điểm trên mà người ta chỉ sử dụng bộ phát hiện d động dùng sóng cao tần ở những địa điểm bảo vệ có nhiều nguồn âm thanh cải nhiễu (những nơi không thể dùng bộ phát sóng âm tần).

c) Bô phát hiên dùne tia hồng nsoai: có 2 loại, chủ động và thụ động.

+ Loại thụ động:

Bộ phát hiện này không phát ra dạng phát xạ nào vào vùng bảo vệ an toài

mà nó thu các tia hồng ngoại do kẻ đột nhập hoặc vật thể lạ đột nhập vào vùnj bảo vệ an toàn, rồi phát tín hiệu báo động Khác với hai loại trên, vùng bảo VI của nó được chia thành từng vùng riêng biệt Đa số có hai vùng: vùng trên V; vùng dưới, vùng trên thường nhiều hơn và có thể tắt từng vùng nếu muốn.

9

Hình 1.6a: Phán vùng bảo vệ của bộ phát tia hồng ngoại thụ động

theo phương ngang

Hình 1.6b: Phân vùng bảo vệ của bộ phát tia hồng ngoại thụ động

dè dặt, nhụt chí.

+ L o ạ i c h ủ đ ộ ng :

10

Có một đầu thu và một đầu phát, đặt đối diện với nhau qua vùng bảo vệ Bình thường, đầu thu thu được tia hồng ngoại là không đổi Khi có sự chuyển 3ộng cắt ngang qua làm đầu thu không thu được tia hồng ngoại như bình thường

ỉẽ p h á t tín h iệ u b á o đ ộ n g

1.1.3.7 Bộ phát hiện khi tia bị gián đoạn:

Nguyên lý hoạt động rất giống bộ phát hiện khói dùng tia quang điện Có thể đặt nguồn phát tia sáng và tế bào quang điện đối diện nhau qua vùng bảo vệ, hoặc đặt cùng một chỗ, còn đối diện với chúng bên kia ta đặt một tấm phản xạ

để tia sáng từ nguồn đến tấm phản xạ sẽ rọi vào tế bào quang điện Khi tia sáng

bị gián đoạn sẽ có tín hiệu truyền về bộ phận điều khiển làm khởi động bộ phận báo động.

Ngày nay, người ta sử dụng tia hồng ngoại thay tia sáng để kẻ gian khó phát hiện và qua mặt Khi tia hồng ngoại bị gián đoạn, tế bào quang điện không nhận được tia hồng ngoại và máy sẽ báo động.

Ưu điểm : Có bộ điều chỉnh độ nhạy để thích nghi với những tình huống thực tế sử dụng thiết bị.

Nhươc điểm :

- Không linh hoạt bằng bộ phát hiện di động.

- Chỉ đặt được ở nơi kẻ gian buộc phải đi qua.

- Diện tích bảo vệ an toàn nhỏ hơn.

- Báo động nhầm do nguồn hồng ngoại tự nhiên Vì vậy để tránh báo động nhầm người ta thiết kế tia hồng ngoại ở dạng xung.

1.1.3.8 Thiết bị tự độnẹ gọi điện thoại:

Trong nhiều trường hợp khu vực bảo vệ là khu biệt lập, hoặc không có khc năng có người biết đến khi lệnh báo động được phát ra Do vậy, trong nhữn£ trường hợp này người ta sử dụng thiết bị tự động quay số điện thoại Khi có tír hiệu báo động truyền đến, bộ phận điều khiển sẽ tự động quay điện thoại đến sí

đã đặt trước và phát đi lời báo động đã được ghi âm Có loại có thể lựa chọn SC điện thoại tuỳ thuộc vào tín hiệu báo động truyền về bộ phận điều khiển Ví di

11

ỊỌÌ cảnh sát nếu có tín hiệu báo trệựn, gọi đội cứu hoả nếu có tín hiệu báo hoả loạn.

ư u điểm của nó là có thể đặt ở bất kỳ chỗ nào mà các thành phần khác :ủa hệ thống bảo vệ an toàn được đặt Tuy nhiên, do phải để nó gần máy điện hoại và ổ cắm lấy điện nguồn nên dễ bị kẻ gian phát hiện.

1.1.3.9 Chuyển mạch khônạ dây - bộ khỏi động vô tuyến:

Xu thế ngày nay là "vô tuyến hoá" tất cả các thiết bị của hệ thống bảo vệ íiện tử Các thiết bị liên kết với bộ phận điều khiển không phải bằng dây cáp mà 3ằng sóng vô tuyến Các thiết bị dùng trong trường hợp này là các chuyển mạch /ô tuyến, hoặc các nút báo khẩn cấp.

Chuyển mạch vô tuyến gồm hai phần: phần phát và phần thu Phần thu iược chỉnh đúng với tần số phát, phần thu được lắp cố định một chỗ và được nối

với bộ phận điều khiển Khi phần thu nhận được tín hiệu, nó sẽ truyền tín hiệu íến bộ phận điều khiển.

Ưu điểm : Dễ dàng thay đổi hệ thống, các chuyển mạch và di chuyển :húng.

Nhươe đ iểm :

- Liên lạc k h ô n g c h ắ c chắn bằng đường cáp nối, dễ mất tín hiệu liên lạc.

- Dễ gây báo động nhầm nếu có tín hiệu khác cùng tần số Để khắc phục, người tả mã hoá an toàn tín hiệu từ máy phát Phần thu khi nhận được tín hiệu sẽ tách sóng để lấy tín hiệu và xem có đúng là tín hiệu đã mã hoá đúng theo quy định không Nếu đúng thì phần thu mới truyền tín hiệu về bộ phận điều khiển và lệnh báo động mới được phát ra.

- Do không chỉ dùng pin hoặc acquy nên khả năng bảo vệ an toàn của hệ thống không đảm bảo khi pin hoặc acquy phóng gần hết điện.

- Phải thường xuyên kiểm tra cả hệ thống.

- Hệ thống phải bảo vệ bằng vô tuyến thiếu bộ phát hiện khói - lửa, do khó

có bộ phát hiện khói - lửa nào đáp ứng được các yêu cầu của mã và chuẩn cho hệ

th ố n g p h á t h iệ n k h ó i - lử a

12

1 1 3 1 0 Đ ầ u b á o t ổ h ợ p:

Làm việc theo hai nguyên tắc khác nhau: hồng ngoại + kính vỡ, hồng Tgoại + siêu âm, Chỉ khi có cả hai tín hiệu xuất hiện do tác động vào hai cảm 3Íến làm việc theo hai nguyên lý vật lý khác nhau thì mạch xử lý mới cho ra tín liệu báo động, ư u điểm của loại đầu báo này là giảm được báo động giả do Igẫu nhiên, nhưng giá thành của nó cao.

1.2 M ô hình thiết bị cảnh báo.

1.2.1 Nguyên lý tối thiểu của máy báo động.

Ở phần này, chúng tôi nghiên cứu một mô hình tối thiểu của máy báo dộng.

N guyên lý hoat đ ỏ n g :

a) Sử duns đầu báo thường đó nữ K (mach kín):

Khi sử dụng đầu báo thường đóng K đóng công tắc Sj, S2, lúc này trong mạch sẽ có dòng điện chạy từ cực (+) của nguồn qua công tắc Sị, điện trở R |, khoá K đến cực (-) Hai đèn bán dẫn Tị, T, cấm, rơle A không có dòng đi qua, máy ở trạng thái chờ hoạt động.

4,5 V - ±

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý máy báo động AM G3

13

Khi đầu báo K mở ra (mach bi hở) Tị, T, thông, rơle A có dòng đi qua Dòng trong mạch từ cực (+) qua S], qua A, qua T2 đến cực (-) Lúc này rơle hút :ác tiếp điểm a,, a2 đóng lại và loa sẽ kêu, đèn sẽ sáng (máy ở trạng thái báo lộng).

b ) Sử duns đầu báo thường mở H (mach hở):

Khi sử dụng đầu báo thường mở H, đầu báo thường mở K được nối tắt lại Đóng công tắc S|, s ,, trong mạch có dòng đi qua từ cực (+) đến cực (-) qua S|, qua Rj và đầu báo K, máy ở trạng thái chờ báo động.

Khi đầu báo H bị đóng lại, dòng qua mạch đi từ cực (+) qua S|, qua A, qua

H đến cực (-) Rơle A có dòng đi qua sẽ hút tiếp điểm a]5 a2 đóng lại, máy ở trạng thái báo động.

Trong sơ đồ trên:

s, có nhiệm vụ cắt nguồn cung cấp cho máy.

S2 dùng để đóng ngắt loa khi cần thiết.

a, là tiếp điểm tự giữ để duy trì tình trạng báo động của máy:

+ Với đầu báo K: Khi đầu báo thường đóng K bị mở ra, có dòng đi qua rơle A Rơle a sẽ hút tiếp điểm a,, a2 đóng lại, máy ở trạng thái báo động Khi đầu báo K trở lại trạng thái bình thường (đóng), lúc này Tị, T2 cấm không cho dòng đi qua nhưng trong mạch vẫn có dòng đi từ cực (+) qua Sị, qua A, qua arr- đến cực (-) Khi đó máy vẫn duy trì tình trạng báo động.

+ Với đầu báo H: Khi đầu báo thường mở H đóng lại, trong mạch có dònj

từ cực (+) qua S|, qua A, qua H, đến cực (-) Rơle A có dòng đi qua sẽ hút tiế] điểm a l5 a2 đóng lại làm máy báo động Khi đầu báo H trở lại trạng thái mở, rơli

A vãn có dòng đi qua theo đường: cực (+) qua Sj, qua A, qua a l5 đến cực (-) D<

đó, máy vẫn ở trạng thái báo động.

Như vậy, bằng cách sử dụng tiếp điểm ah máy có thể duy trì tình trạng báo động không phụ thuộc vào trạng thái sau của đầu báo.

1.2.2 Nguyên lý cảnh báo nhiều trạng thái.

Đ ể việc bảo vệ được tiện lợi hơn, trong máy báo động cần phải có đèn chỉ thị để

14

hông báo cho người sử dụng biết một số thông tin về nguồn, loa, các kênh báo lộng Ví dụ: máy hiện có được cung cấp điện hay không, kênh báo nào hiện lang hoạt động (với đầu báo nhiều kênh bảo vệ), loa đang ở trạng thái nào, vluốn vậy, đối với mỗi bộ phận này người ta hay sử dụng một cặp LED (Light emitting Diode) để hiển thị các trạng thái của nó Để dễ phân biệt, người ta sử lụng hai LED khác màu Thông thường hay sử dụng một LED màu xanh và một

^ED màu đỏ, màu xanh để thông báo trạng thái bình thường, màu đỏ để chỉ rạng thái không bình thường.

Một vấn đề cần quan tâm nữa là không phải lúc nào người sử dụng cũng nuốn báo động bằng loa và đối với máy báo động nhiều kênh không phải lúc lào cũng muốn bảo vệ tất cả các kênh một lúc Do đó, người ta bố trí các công

ắc đóng ngắt chúng khi cần.

Xuất phát từ yêu cầu đề phòng kẻ gian phát hiện ra đường dây bảo vệ và nuốn vô hiệu hoá máy báo động bằng cách cắt hoặc chập đường dây, máy báo iộng phải được thiết kế để nhận biết các trường hợp đó.

Do vậy, một máy báo động thường được thiết kế và bố trí như sau:

1.2.2.1 Bô'trí mặt máy:

Để thuận tiện trong khãu quan sát các đèn chỉ thị và sử dụng các công tắc,

a sẽ bố trí trên mặt máy như sau:

Hình 2.2: Bô trí mặt máy của một thiết bị cảnh báo

Công tắc K,, K2, K3, K4 tương ứng dùng để đóng ngắt các bộ phận: nguồn,

oa, kênh bảo vệ 1 và 2.

15

Các cặp LED L ||, L 12, L2|, L22, L31, L32, L41, L42 tương ứng dùng hiển thị cho nguồn, loa, kênh 1, kênh 2.

Nhìn vào đèn ta có thể nhận biết được các trạng thái của máy:

Khi Lị ị sáng (đèn xanh) chứng tỏ máy có nguồn cung cấp, không sáng chứng tỏ máy không được cung cấp điện Nếu nguồn cung cấp lấy từ nguồn xoay chiều thì cả hai đèn Lị ị, Lp đều sáng, nếu nguồn cung cấp là pin hoặc acquy thì chỉ có đèn Lị I sáng.

Khi loa ở trạng thái hoạt động bình thường (kêu khi có sự bất thường xảy ra) thì đèn L2| sáng (đèn xanh) còn L22 tối Khi loa không được sử dụng thì đèn L22sáng (đèn đỏ), L2I không sáng.

Khi máy báo động ở trạng thái báo động bình thường thì đèn L31, L41 (đèn xanh) của các kênh báo sáng Khi kênh nào đó có sự vi phạm thì đèn đỏ tương ứng của kênh đó nhấp nháy (Lp hoặc L42) Còn trong trường hợp đèn xanh của kênh đó không sáng tức là kênh đó không sử dụng.

1.2.2.2 Sơ đồ khối máy báo động:

Máy báo động gồm các khối:

+ Khối đầu vào.

+ Khuếch đại công suất.

Ngoài ra còn có các đầu báo và nguồn cung cấp.

+ Nguồn cung cấp: là nguồn một chiều lấy từ pin, acquy hoặc từ điện áp xoay chiều qua một quá trình biến đổi Nó có nhiệm vụ cung cấp dòng một chiều cho các bộ phận khác hoạt động.

+ Đầu vào: là mạch ghép với đầu báo Trên hình vẽ nó bao gồm cả hai khối mạch vào và khối khuếch đại Đầu vào có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu để khởi động khối đa hài hoạt động khi có sự vi phạm vào đầu báo.

+ Đa hài: trong máy báo động nó được tách ra làm hai mạch: một mạch phát ra tần số thấp cỡ 0,5 4- 1 Hz để đèn báo động nhấp nháy, một mạch phát ra tần số nằm trong vùng tần số nghe thấy khoảng 500 Hz để đưa ra loa.

16

+ Bộ khuếch đại: có nhiệm ỵụ khuếch đại tín hiệu sau bộ đa hài có tần sô :ao để đưa ra loa.

+ Khoá K3 dùng để đóng ngắt kênh báo động, K2 dùng để đóng ngắt loa.

Sơ đồ khối của một máy báo động thông dụng được mô tả trên hình 2.3:

Hình 2.3: Sơ đồ khối máy báo động

N guyên lý h o a t đống:

+ Khi nối đẩu báo vào, chuyển khoá K2, K3 về chốt 1 tương ứng của nó Khi ấy, mạch đầu vào không hoạt động, đầu ra của nó ở mức cao Với đầu ra mạch đầu vào ở mức cao, nó không khởi động được máy phát đa hài hoạt động nên đèn báo động L32 không sáng và loa không kêu Chỉ có đèn L21 và đèn Lj| sáng (đèn xanh), báo kênh bảo vệ và loa đang ở trạng thái cảnh giới bình thường.

+ Khi đầu báo bị vi phạm (bị mở ra đối với đầu báo thường đóng, đóng lại đối với đầu báo thường mở), sẽ có tín hiệu tác động vào mạch đầu vào làm nó

ị” OAI H O C Q U Ố C G IA HẢ NÓI

! ' RUNG T ẩ m T h ò n g t i n t h ư v i ệ n

17 I g T A j ç

oạt động Đầu ra của mạch đầu vào sẽ ở trạng thái thấp dẫn đến bộ đa hài hoạt ộng làm đèn báo động nhấp nháy và loa sẽ kêu.

+ Trong trường hợp không muốn sử dụng loa, tức là khi có báo động chỉ

ần đèn báo động nhấp nháy, thì ta chuyển K2 vẻ chốt 2 của nó Lúc này, L2| tắt,

èn đỏ, L>2 sáng báo loa đang ở trạng thái ngắt Bộ khuếch đại công suất không ược nối với nguồn nuôi nên nó không hoạt động và như thế tín hiệu sẽ không ược đưa ra loa.

+ Khi không cần bảo vệ kênh nào đó (trường hợp máy có nhiều kênh báo),

lì ta chuyển khoá tương ứng của nó về chốt 2 Đèn xanh của nó tắt báo hiệu

■ạng thái ngắt của kênh Do đầu vào của bộ khuếch đại bị nối với đất, nên nó sẽ hông làm việc và không có tín hiệu truyền về các bộ phận sau.

18

CHƯƠNG 2 ĐIỆN DUNG - TỤ ĐIỆN

2.1 Khái niệm về điện dung - Tụ điện

2.1.1 Tụ điện.

Khi hai vật nhiễm điện đặt gần nhau, giữa chúng có một thế hiệu, thì sẽ cảy ra hiện tượng hưởng ứng tĩnh điện Giả sử vật thứ nhất được nhiễm điện với liện tích q, nó sẽ gây ra trên vật thứ hai những điện tích hưởng ứng q \ Tuỳ theo lình dạng và vị trí tương đối của hai vật, có thể xảy ra hai trường hợp.

+ Nếu q'< q, ta nói giữa hai vật có sự hưởng ứng không toàn phần Trong rường hợp này, một số đường sức xuất phát từ vật này kết thúc ở vật kia, còn nột số đường sức kết thúc ở vô cực.

Nếu q' = q, ta nói giữa hai vật có sự hưởng ứng toàn phần Trong trường 1ỢP này, mọi đường sức xuất phát từ vật này đẻu kết thúc ở vật kia.

Hệ thống hai vật mà giữa chúng xảy ra hiện tượng hưởng ứng toàn phần 'ạo nên một tụ điện.

Tụ điện đơn giản nhất là tụ điện hình cầu, gồm hai quả cầu kim loại đồng

;âm Hai mặt phẳng dẫn điện đặt song song cũng có thể coi là một tụ điện (tụ liên phẳng), nếu khoảng cách giữa chúng là nhỏ so vói kích thước của chúng Hai hình trụ dẫn điện đồng trục cũng có thể coi là một tụ điện (tụ điện hình trụ), lếu chiều dài của chúng là lớn so với khoảng cách giữa chúng Hai vật dẫn tạo lên tụ điện gọi là các bản của tụ điện.

Vì các đường sức bắt nguồn từ một bản và tận cùng ở bản kia của tụ điện nên điện tích ở trên hai bản là bằng nhau về trị số và khác dấu nhau Để tích điện 3ho tụ điện, ta nối hai bản của nó với hai cực của nguồn điện (thí dụ pin, máy phát tĩnh điện,LI), khi đó, do sự hưởng ứng toàn phần, các điện tích trái dấu sẽ xuất hiện trên hai bản.

Giả sử ở một trạng thái nào đó của tụ điện, giá trị tuyệt đối của điện tích trên các bản là q, thế hiệu giữa hai bản là V, -V2 ( là điện thế của các bản)

Ta xét một trạng thái khác của tụ điện, trong đó giá trị điện tích là q'= nq (n là một số nào đó), thực nghiệm cho thấy rằng ở đây ta vẫn áp dụng được nguyên lý

19

:hồng chất các trạng thái cân bằng, có nghía là thế hiệu giữa hai bản cũng biến

ỉổi n lần: V \ - V \ = n(vt -V2). Hay nói cách khác, tỷ số giữa điện tích của tụ và

hế hiệu giữa hai bản là một hằng số:

Trong thực tế, người ta dùng các ước số của Fara:

l|iF (Micrôfara) = 10'6 F; InF (Nanôfara) = 10'9 F; lpF (Picôfara) = 1 0 12 F.

Điện dung của một tụ điện phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, vị trí ương đối của các bản và môi trường ở giữa hai bản.

Khi giữa hai bản có chất điện môi, điện dung của tụ điện lớn hơn so với chi giữa chúng là chân không Nếu chất điện môi là đồng chất, chứa đầy không

;ian giữa hai bản, điện dung tăng lên £ lần ( í là hằng số điện môi của chất đó).

Sau đây, ta xét điện dung của một số tụ điện đơn giản.

2.1.2 Điện dung của một vài tụ điện.

Điện dung của một tụ điện ỉà đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện

;ủa tụ điện ấy, nó phụ thuộc vào cấu tạo, hình dạng, kích thước của hai bản và nôi trường cách điện giữa hai bản tụ điện và không phụ thuộc vào các vật dẫn Dên ngoài.

Fara (F) = 1 c/l V

20

Dưới đây ta tính điện dung của một số tụ điện đơn giản.

a) Tụ điện phẳnẹ:

Hai bản tụ điện là hai mặt phẳng kim loại có cùng diện tích s đặt song

;ong cách nhau một khoảng d Nếu khoảng cách d giữa hai bản là rất nhỏ so /ới kích thước của mỗi bản thì ta có thể coi điện trường giữa hai bản như điện rường gây ra bởi hai mặt phẳng song song vô hạn mang điện có mật độ điện tích

ơ bằng nhau nhưng trái dấu Khi đó điện trường giữa hai bản có giá trị:

môi của môi trường lấp đầy khoảng không gian giữa hai bản.

Nếu kích thước của các bản là hữu hạn thì ở bờ các bản, điện trường không đều Ở gần bờ, công thức trên không áp dụng được Nhưng nếu kích thước :ủa các bản rất lớn so với khoảng cách giữa chúng thì kết quả trên áp dụng được :ho các tụ điện hữu hạn.

b) Tụ điện hình cầu:

Tụ điện hình cầu gồm hai vật dẫn mà diện tích đối diện là hai hình cầu dồng tâm, bán kính R{ và R2. Điện tích trên hai mặt cầu là +q và - q Điện thế của hai bản là V] và V2.

Theo định lý Ôxtrôgratxki - Gauxơ, vì lý do đối xứng, điện trường giữa hai bản, cách tâm hình cầu khoảng r {R \<r <R2) là:

21

E =

Vectơ cường độ điện trường trùng phương pháp tuyến của mặt đẳng thế và trùng phương bán kính, do đó:

Kết quả này cũng đúng cả trong trường

hợp nếu bản ngoài không có dạng hình cầu

nhưng rất xa bản trong Khi dó, (2.7) cho ta

điện dung của một quả cầu cô lập Nhưng cần

hiểu rằng đó chính là điện dung của một tụ điện

mà bản ngoài là các vật ở xa bản trong (tường

/?, và R2. Chiều dài của hình trụ khá lớn so với khoảng cách giữa chúng Điện tích trên một đơn vị độ dài của các bản là +q và - q Điện thế hai bản là Vị và

V1. Tương tự ta có điện dung của một đơn vị độ dài của tụ điện là:

2 7t£ữ£

4 R,

(2.9)

d) Tụ điện phức tạp:

Trên đây ta đã xét những tụ điện đơn giản, trong đó xảy ra hiện tượng

hưởng ứng toàn phần Nhưng cũng có những trường hợp những đường sức xuất phát từ một vật kết thúc ở nhiều vật khác

Hệ thống vật dẫn như thế tạo thành các tụ điện phức tạp.

Trong trường hợp đó, điện tích của một vật nào cũng phụ thuộc vào điện thế của tất cả các vật khác Bề mặt của mỗi vật dẫn là một mặt đẳng thế Giả sử điện thế của chúng là ơ , , U 2, ơ 3 ơ „ Ta hãy xét

vật (lăn 1 Trên nó có một phán diện tích a

có đường có đường sức nối liền với vật 2 Điện tích của phần đó là qa =C a(ơI - ơ 2) Ca là điện dung của phần a của vật L đối với vật 2; ơ, - u 2 là thế hiệu của vật 1 và vật 2 Tương tự với phần diện tích

b, ta có qb = Q (ơ , - ơ j ) ,u Vậy, điện tích toàn phần của vật 1 là:

ợ, = Ca(ơ, - u 2 ) + cb(ơ, - ơ 3) + Cc(ơ, - ơ 4) +

Rút gọn lại, ta có một biểu thức cho ợ ,, là một hàm số bậc nhất của thế hiệu các vật dẫn dưới dạng:

Các hệ số C m trong (2.11) có ý nghĩa vật lý đơn giản Từ (2.11), ta thấy C- có giá trị bằng điện tích của vật thứ i khi điện thế của vật thứ m bằng một ìơn vị điện thế ( ơ = 1 ) còn điện thế của các vật khác đều bằng không (Um = 0 , : * m ) c phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và vị trí tương đối giữa các vật

Trong kỹ thuật người ta phải chú ý nhiều đến các tụ điện phức tạp, gây lên những điện dung giữa các phần máy (điện dung ký sinh), có ảnh hưởng rất

ớn đến thông số của các thiết bị.

2.1.3 Đơn vị hằng sô điện £q

Khái niệm điện dung được dùng để xác định đơn vị của hằng số điện £0

rong hệ SI Muốn thế, ta chọn công thức tính điện dung của một tụ điện bất kỳ,

2.2 C huyển đổi điện dung.

2.2.1 Tính chất chung và các dạng cơ bản của của chuyển đổi điện

dung.

N guyên lý làm việc của chuyển đổi điện dung dựa trên sự tác động tương

hỗ giữa hai điện cực, tạo thành một tụ điện Điện dung của nó được thay đổi dưới tác động của đại lượng vào Hình 2.4 là cấu tạo của một số loại điện dung cơ bản.

Chuyển đổi điện dung có thể chia thành hai nhóm lớn, chuyển đổi máy vhát và chuyển đổi thônẹ số.

24

Hình 2.4: Một sô hình dáng của các chuyên đổi điện dung thường gặp

Đại lượng ra của các chuyển đổi điện dung máy phát thường là điện áp ra :úa máy phát Đại lượng vào là sự di chuyển thẳng, di chuyển góc của bản điện :ực động của chuyển đổi Loại này thường dùng đo các đại lượng cơ học Đại ượng vào của các chuyển đổi điện dung thông số là sự di chuyển, đại lượng ra là

iự thay đổi điện dung c của chuyển đổi.

Phương trình của chuyển đổi điện dung phát điện (h 2.5) có thể nhận được

+ cn

Hỉnh 2.5: Chuyển đổi điện dung và sơ đồ tương đương

Nếu điện áp u đặt trên hai cực của tụ điện, điện áp này liên quan tới các hông số như sau:

Cữ - Điện dung ban đầu tương ứng với khoảng cách ổ0 giữa hai bản cực.

E0 = — = = — - Circfng đô điên trường ban đầu của tu điên.

Phương trình của chuyển đổi điện dung thông số được biểu diễn như sau:

+ Với môt tu điên phẳng c = £—, khi môt trong ba đai lương thay đổi,

Sự b iế n th iê n c ủ a đ iệ n dung:

so,S0,ổ0 - giá trị ban đầu của điện môi, tiết diện và khoảng cách giữa hai bản cực

Cữ - giá trị điện dung ban đầu khi không có tín hiệu vào.

+ Với sự thay đổi khoảng cách giữa hai bản cực khi 8 = const và s = const

a có độ nhạy của chuyển đổi điện dung:

Từ các biểu thức trên ta thấy rằng sự biến thiên tương đối của chuyển đổi ỉiện dung là hàm tuyến tính khi tiết diện bản cực và hằng số điện môi thay đổi, ihưng phi tuyến khi khoảng cách giữa hai bản cực thay đổi.

Nhưng sự biến thiên tương đối điện kháng của chuyển đổi điện dung là làm tuyến tính khi khoảng cách giữa hai bản cực thay đổi ( Aỏ) và phi tuyến với iiện tích bản cực và hằng số điện môi thay đổi.

Trị số biến thiên tương đối As/s0 và ầ£Ỉ£0 thường đạt được từ 0,15 -r 0,2 ỉối với chuyển đổi đơn và 0,4 với chuyển đổi mắc kiểu vi sai.

Khi khoảng cách ầỗ thay đổi, sự biến thiôn điện kháng AXC của chuyển đổi sẽ tăng khi S0 giảm đi và điện áp ra của mạch đo tăng lên Tuy nhiên giảm choảng cách ổ giữa hai bản cực chỉ thực hiện đến một giá trị nào đó để tránh liện áp đánh thủng cách điện Ví dụ: với không khí, cường độ điện trường không áược lớn hơn 10kV/cm.

Mặt khác, giữa hai bản cực khi có điện áp đặt vào sẽ sinh ra lực hút

Fh = — Lưc này cần phải nhỏ hơn đai lương đo Đối với chuyển đổi mắc

ớn, các dây dãn được bọc kim để tránh ảnh hưởng của điên trường ngoài và chông được mắc điện trở song song với chuyển đổi làm giảm tổng trở của nó và :hống ẩm tốt Tần số nguồn cung cấp cần phải cao, để tăng công suất ra của

;huyển đổi có thể tới hàng chục MHz.

Hình 2.6 là một số sơ đồ mạch đo dùng với chuyển đổi điện dung.

Hình 2.6.a: là sơ đồ mạch đo của chuyển đổi điện dung vi sai mắc theo mạch cầu với hai diện trở Rị và /?2.

Các điện dung kí sinh Cb|,C h2 và C\tJ song song với hai điện trở và chỉ thị nên trị số bé không đáng kể.

Do điện dung của tụ nhỏ (chục Microfara) để đảm bảo công suất ra lớn người ta dùng một khuếch đại có độ nhạy cao.

Cung cấp mạch cầu là một máy phát tần số lớn (MF) Hình 2.6.b là sơ đồ mạch cầu biến áp với hai nhánh điện cảm, trong sơ đồ này điện dung kí sinh CM

30

à CK2 rất nhỏ do nối song song với hai cuộn sơ cấp biến áp 1

Để đo đại lượng biến thiên cùng với mạch cầu người ta còn dùng mạch đo òng một chiều.

Hình 2.7: là sơ đồ mạch đo dòng một chiều.

Nếu bỏ qua điện dung kí sinh của phụ tải

song song với điện trở tải R, ta có:

0 - là điện dung ban đầu, coi là hằng số.

Nếu goi iR, = ơ* và Rt — = dưr từ phương trình (2.20) ta có: