GIÁO TRÌNH cảm BIẾN, đại học cần THƠ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CƠNG NGH THƠNG TIN VÀ TRUY N THƠNG.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CƠNG NGH THƠNG TIN VÀ TRUY N THƠNG

M C L C

Ch ng 1: nh ngh a và các đ c tr ng c a c m bi n

1.1 nh ngh a c m bi n 1

1.2 Phân lo i c m bi n 2

1.2.1 C m bi n tích c c 2

1.2.2 C m bi n th đ ng 2

1.2.3 Các phân lo i khác 3

1.3 Các đ c tr ng c b n c a c m bi n 3

1.3.1 Sai s c a phép đo 3

1.3.2 nh y 4

1.3.3 tuy n tính 5

1.3.4 nhanh 6

1.3.5 M t s đ c tr ng khác 6

1.4 Gi i h n s d ng 7

1.5 Nhi u và bi n pháp kh c ph c 7

1.5.1 Các đ i l ng nh h ng đ n k t qu đo 7

1.5.2 Nhi u 8

1.5.3 Bi n pháp kh c ph c 8

Ch ng 2: Các hi u ng v t lý ng d ng trong c m bi n 2.1 Hi u ng c m ng đi n t 10

2.1.1 Thí nghi m Faraday 10

2.1.2 nh lu t Lenz 11

2.1.3 nh lu t c m ng đi n t 12

2.2 Hi u ng nhi t đi n 12

2.2.1 Hi u ng Peltier 12

2.2.2 Hi u ng Thomson 13

2.2.3 Hi u ng Seebeck 13

2.3 Hi u ng quang đi n 14

2.3.1 Hi u ng quang đi n 15

2.3.2 Hi n t ng quang d n 16

2.3.3 Hi n t ng quang phát x đi n t 17

2.4 Hi u ng quang đi n t 18

2.5 Hi u ng Hall 18

2.5.1 Hi u ng Hall 18

2.5.2 ng d ng 19

2.6 Hi u ng áp đi n 20

2.7 Hi u ng h a đi n 21

2.8 Hi u ng Doppler 21

2.8.1 Hi u ng Doppler 21

2.8.2 ng d ng 22

Ch ng 3: C m bi n nhi t đ 3.1 Các đ c tr ng c a nhi t đ 24

3.1.1 Thang nhi t đ 24

3.2 Ph ng pháp đo nhi t đ 25

3.3 C m bi n nhi t đi n tr 25

3.3.1 H s nhi t đ c a đi n tr 25

3.3.2 i n tr kim lo i 26

3.3.3 Nhi t đi n tr 28

3.3.4 i n tr silic 29

3.4 C p nhi t đi n 30

3.4.1 c tr ng 30

3.4.2 Ph ng pháp ch t o và s đ đo 31

3.5 o nhi t đ b ng diode và transistor 34

3.6 C m bi n nhi t đ LM35D 36

3.6.1 c đi m 36

3.6.2 Các m ch ng d ng 37

Ch ng 4: C m bi n quang

4.1 Ánh sáng và các đ i l ng quang h c 40

4.1.1 Tính ch t c a ánh sáng 40

4.1.2 Các đ n v đo quang 41

4.2 Ngu n sáng 41

4.2.1 èn s i đ t wonfram 41

4.2.2 Diode phát sáng 42

4.2.3 Laser 42

4.3 C m bi n quang bán d n 44

4.3.1 T bào quang d n 44

4.3.2 Photodiode 47

4.3.3 Phototransistor 54

4.3.4 Phototransistor tr ng ng (photoFET) 56

4.4 C m bi n quang phát x 57

4.4.1 V t li u ch t o 57

4.4.2 T bào quang đi n chân không 57

4.4.3 T bào quang đi n d ng khí 59

4.4.4 Thi t b nhân quang 59

Ch ng 5: M t s ng d ng và các d ng c m bi n khác 5.1 C m bi n bi n d ng 62

5.1.1 Nguyên lý chung 62

5.1.2 u đo đi n tr kim lo i 63

5.1.3 u đo đi n tr bán d n 64

5.2 C m bi n siêu âm 65

5.3 C m bi n khí 66

5.3.1 C m bi n áp đi n th ch anh 67

5.3.2 C m bi n xúc tác 68

5.4 C m bi n t 68

5.4.1 C m bi n đo v trí và d ch chuy n 69

5.4.2 C m bi n đo v n t c 71

5.5 C m bi n công t c 72

5.5.1 Công t c l i gà 72

5.5.2 Công t c th y ngân 73

5.5.3 Công t c gi i h n 73

5.6 Encoder quang 74

5.6.1 Encoder d ng t ng 75

5.6.2 Encoder chính xác 76

5.7 Cáp quang 77

5.7.1 C u t o và tính n ng 77

5.7.2 ng d ng 77

5.8 M t s ng d ng c a c m bi n 78

5.8.1 Tachometer quang hi n th t c đ quay b ng LED 78

5.8.2 ng d ng c m bi n khí phát hi n khí metan 80

5.8.3 B đ c mã v ch 80

5.8.4 o m c ch t l u 81

Giáo trình C m bi n

Ch ng 1

Các đ i l ng c n đo m là các đ i l ng v t lý nh nhi t đ , áp su t… Khi ti n

hành đo đ i l ng m này ta nh n đ c đ i l ng đi n s t ng ng đ u ra Vi c đo

đ c m đ c th c hi n b ng các c m bi n

C m bi n đ c đ nh ngh a theo ngh a r ng là thi t b c m nh n và đáp ng v i

các tín hi u và kích thích

C m bi n là thi t b ch u tác đ ng c a đ i l ng c n đo m không có tính ch t

đi n và t o đ u ra m t đ i l ng đi n s có th đo đ c (đi n tích, đi n áp, dòng đi n

ho c tr kháng) i l ng đi n s là hàm c a đ i l ng c n đo m:

( )m F

s=trong đó: s – đ i l ng đ u ra ho c đáp ng c a c m bi n

m – đ i l ng đ u vào hay kích thích (đ i l ng c n đo)

Bi u th c s=F( )m bi u di n ho t đ ng c a c m bi n, đ ng th i bi u di n s

ph thu c vào c u t o, v t li u làm c m bi n, vào môi tr ng và ch đ s d ng

s d ng bi u th c này đòi h i ph i chu n hóa c m bi n: t nh ng giá tr đã

bi t chính xác c a m, đo giá tr t ng ng c a s và d ng đ ng cong chu n ng

cong này cho phép xác đ nh m i giá tr c a m t s

Thông th ng đ d s d ng ng i ta ch t o c m bi n sao cho bi n thiên đ u

ra ∆s tuy n tính v i bi n thiên đ u vào ∆m:

m S

∆ trong đó: S – đ nh y c a c m bi n

M t c m bi n t t ph i có đ nh y S không đ i, ít ph thu c vào các y u t sau:

Giáo trình C m bi n

- Giá tr c a đ i l ng c n đo m (đ tuy n tính) và t n s bi n đ i c a nó (d i

thông)

- Th i gian s d ng (đ lão hóa)

- nh h ng c a các đ i l ng v t lý khác (nhi u) c a môi tr ng xung quanh

Trong mô hình m ch đi n, ta có th coi c m bi n nh m t m ch hai c a Trong

đó c a vào là bi n tr ng thái c n đo x và c a ra là đáp ng y c a b c m bi n v i kích

m t d ng n ng l ng nào đó (nhi t, c , b c x ,…) thành n ng l ng đi n Nh ng hi u

ng đ c ng d ng trong c m bi n tích c c đ c trình bày trong Ch ng 2

1.2.2 C m bi n th đ ng

C m bi n th đ ng th ng đ c ch t o t nh ng tr kháng có các thông s

nh y v i đ i l ng c n đo Giá tr c a tr kháng ph thu c vào kích th c hình h c,

tính ch t đi n c a v t li u nh đi n tr su t ρ, đ t th m µ, h ng s đi n môi ε Do

đó, giá tr tr kháng b thay đ i khi đ i l ng c n đo tác đ ng nh h ng đ n kích

- C m bi n ch a ph n t bi n d ng S thay đ i tr kháng do bi n d ng gây nên

b i l c ho c các đ i l ng c n đo tác đ ng tr c ti p ho c gián ti p lên c u trúc c m

a Phân lo i theo nguyên lý chuy n đ i gi a đáp ng và kích thích

- V t lý: nhi t đi n, quang đi n, đi n t , t đi n…

- Hóa h c: hóa đi n, ph …

- Sinh h c: sinh đi n…

b Phân lo i theo d ng kích thích: âm thanh, đi n, t , quang, nhi t, l c…

c Phân lo i theo đ c tr ng: đ nh y, đ chính xác, đ phân gi i, đ tuy n tính…

d Phân lo i theo ph m vi s d ng: công nghi p, nghiên c u khoa h c, môi

tr ng, thông tin, nông nghi p…

1.3 Các đ c tr ng c b n c a c m bi n

1.3.1 Sai s c a phép đo

K t qu c a m i phép đo đ u ch a đ ng sai s Giá tr th c c a đ i l ng đo

cho bi t s kích thích tác đ ng lên c m bi n, nh ng ta ch có đ c đáp ng c a h đo,

g i là giá tr đo Hi u s gi a giá tr th c và giá tr đo đ c là sai s c a phép đo

N u g i ∆x là sai s tuy t đ i, thì sai s t ng đ i c a c m bi n là:

%100

Sai s c a phép đo ch có th đánh giá m t cách c l ng b i vì không th bi t

đ c giá tr th c c a đ i l ng đo Ng i ta th ng phân sai s làm hai lo i, sai s h

th ng và sai s ng u nhiên

a Sai s h th ng:

Gi s ta đo m t đ i l ng đã bi t tr c giá tr th c N u nh giá tr trung bình

c a các giá tr đo luôn l ch giá tr th c không ph thu c vào s l n đo thì ta nói có sai

s h th ng

Sai s h th ng có th không đ i ho c thay đ i ch m theo th i gian đo, xu t

hi n đ l ch không đ i gi a giá tr th c và giá tr đo

Sai s h th ng th ng do hi u bi t sai ho c không đ y đ v h đo hay đi u

ki n s d ng không t t M t s nguyên nhân th ng g p:

(1.3)

Giáo trình C m bi n

- Sai s do giá tr đ i l ng chu n không đúng

- Sai s do đ c tính c a c m bi n (đ nh y ho c đ ng cong chu n)

- Sai s do đi u ki n s d ng và ch đ s d ng

- Sai s do x lý k t qu đo

b Sai s ng u nhiên

Sai s ng u nhiên có biên đ và d u không xác đ nh Có th d đoán đ c

nguyên nhân sai s ng u nhiên nh ng không th bi t tr c đ l n c a chúng M t s

nguyên nhân d n đ n sai s ng u nhiên:

- Sai s do tính không xác đ nh c a đ c tr ng thi t b : tính linh đ ng c a thi t b ,

đ c sai s li u, sai s tr do m ch đo ch a ph n t có đ tr

- Sai s do tín hi u nhi u ng u nhiên: gây kích thích nhi t các h t d n trong linh

ki n, c m ng ký sinh do b c x đi n t , đi n áp ngu n t ng gi m

- Sai s do các đ i l ng nh h ng

Có th gi m đ l n c a sai s ng u nhiên b ng m t s bi n pháp th c nghi m:

b o v m ch đo b ng cách n đ nh nhi t đ và đ m môi tr ng đo, dùng giá đ

ch ng rung, s d ng các b đi u ch nh đi n áp ngu n t đ ng, các b ADC có đ phân

gi i thích h p, che ch n, n i đ t các thi t b đi n, s d ng các b l c tín hi u…

s S

n v đo đ nh y ph thu c vào nguyên lý c a c m bi n và các đ i l ng liên

quan Thí d : Ω/°C, µV/°C Tr s đ nh y có th ph thu c vào v t li u, kích th c

hay ki u l p ráp

Giá tr c a đ nh y S t ng ng v i nh ng đi u ki n làm vi c c a c m bi n

th ng do nhà s n xu t cung c p D a vào đó có th đánh giá đ c đ l n c a đ i

l ng đ u ra và đ l n c a bi n thiên c a đ i l ng đo Cho phép l a ch n các c m

bi n phù h p th a mãn các đi u ki n đ t ra

nh y có th là hàm c a các thông s b sung có nh h ng đ n đáp ng c a

c m bi n (đi n áp, t n s ngu n nuôi, nhi t đ môi tr ng, t n s bi n thiên c a đ i

l ng đo Thí d , đ nh y c a bi n th vi sai có đáp ng t l v i biên đ đi n áp

ngu n E:

( )

i m m m

s E

S E S

s E

Khi đ i l ng đo là hàm tu n hoàn theo th i gian thì đ i l ng đ u ra ch đ

làm vi c danh đ nh c ng là hàm tu n hoàn theo th i gian

0

1 1

Q m

M t c m bi n đ c g i là tuy n tính n u trong m t d i đo xác đ nh đ nh y

không ph thu c vào giá tr c a đ i l ng đo N u c m bi n không tuy n tính, ta có

th b sung vào m ch đo các thi t b hi u ch nh (tuy n tính hóa), làm cho tín hi u đi n

t l v i s thay đ i c a đ i l ng đo

b ng th ng t t nh t

B ng th c nghi m, ng i ta nh n đ c m t lo t các đi m t ng ng si, mi

Trong các tr ng h p c m bi n là tuy n tính v m t lý thuy t nh ng các đi m này

c ng không n m trên m t đ ng th ng Nguyên nhân là do có s không chính xác

trong khi đo và nh ng sai l ch trong quá trình ch t o c m bi n Tuy nhiên, t các

đi m th c nghi m có th xây d ng đ c đ ng th ng bi u di n s tuy n tính c a c m

bi n ng th ng này g i là đ ng th ng t t nh t, có bi u th c:

(1.7)

(1.8)

(1.9)

i i i

i

m m

N

m s m

s N a

( )2 2

2

i i i i

i

m m

N

m m s m

s b

v i N là s đi m th c nghi m

c l ch tuy n tính

l ch tuy n tính là đ l ch c c đ i gi a đ ng cong chu n và đ ng th ng

t t nh t (tính b ng %) trong d i đo l ch tuy n tính cho phép đánh giá đ tuy n tính

nhanh cho phép đánh giá đ i l ng đ u ra có đáp ng k p v th i gian v i

s bi n thiên đ i l ng đo hay không

b Th i gian đáp ng

Th i gian đáp ng dùng đ xác đ nh giá tr c a đ nhanh C m bi n càng nhanh

thì th i gian đáp ng càng nh Th i gian đáp ng t ng ng kho ng th i gian đ i ch

sau khi có bi n thiên c a đ i l ng đo đ có giá tr s ngõ ra v i đ chính xác ε%

- Trong tr ng h p s thay đ i c a đ i l ng đo có d ng b c thang d n đ n s

t ng lên c a đ i l ng đ u ra, kho ng th i gian tr khi t ng lên, tdm, là th i gian c n

thi t đ đ i l ng đ u ra s t ng t giá tr ban đ u c a nó đ n 10% c a bi n thiên t ng

c ng c a đ i l ng này và kho ng th i gian t ng tm là th i gian c n thi t đ đ i l ng

đ u ra s t ng t 10% đ n 90% c a bi n thiên t ng c ng c a nó

- Trong tr ng h p s thay đ i c a đ i l ng đo có d ng b c thang d n đ n s

gi m xu ng c a đ i l ng đ u ra, kho ng th i gian tr khi gi m xu ng, tdc, là th i gian

c n thi t đ đ i l ng đ u ra s gi m t giá tr ban đ u c a nó đ n 10% c a bi n thiên

t ng c ng c a đ i l ng này và kho ng th i gian gi m xu ng tc là th i gian c n thi t

Dãy đ ng là kho ng giá tr c a đ i l ng đo mà c m bi n có th đáp ng

Nh ng giá tr v t ngoài dãy này s t o ra nh ng đáp ng không chính xác

b phân gi i

phân gi i c m bi n đ c hi u là kh n ng phát hi n s thay đ i giá tr c a

(1.10)

Giáo trình C m bi n

c B ng thông

T t c c m bi n đ u có gi i h n th i gian đáp ng đ i v i s bi n thiên c a đ i

l ng đo M t s lo i c m bi n có th i gian đáp ng t t d n, t c là kho ng th i gian

đáp ng gi m d n thay đ i theo đ i l ng đo

1.4 Gi i h n s d ng

Trong quá trình s d ng, c m bi n luôn ch u tác đ ng c a ng l c c khí ho c

nhi t N u các ng l c này v t quá ng ng cho phép s làm thay đ i các đ c tr ng

c a c m bi n

a Vùng làm vi c danh đ nh

Vùng này t ng ng v i các đi u ki n bình th ng c a c m bi n Biên c a

vùng là các giá tr ng ng mà các đ i l ng đo, các đ i l ng v t lý có liên quan đ n

đ i l ng đo ho c các đ i l ng nh h ng có th đ t t i mà không làm thay đ i các

đ c tr ng c a c m bi n

b Vùng không gây nên h h ng

Khi các giá tr c a đ i l ng đo ho c các đ i l ng có liên quan và các đ i

l ng nh h ng v t quá ng ng c a vùng làm vi c danh đ nh nh ng v n còn trong

ph m vi c a vùng không gây nên h h ng, các đ c tr ng c a c m bi n có nguy c b

thay đ i nh ng nh ng thay đ i này có tính ch t thu n ngh ch, t c là khi tr v vùng

danh đ nh thì các đ c tr ng c a c m bi n c ng s tìm l i đ c giá tr ban đ u c a

chúng

c Vùng không phá h y

Khi các giá tr c a đ i l ng đo ho c các đ i l ng có liên quan và các đ i

l ng nh h ng v t quá ng ng c a vùng không gây nên h h ng nh ng v n còn

trong ph m vi c a vùng không phá h y, các đ c tr ng c a c m bi n b thay đ i, và s

thay đ i này không thu n ngh ch, t c là khi tr v vùng danh đ nh các đ c tr ng c a

c m bi n c ng s không tìm l i đ c giá tr ban đ u c a chúng Trong tr ng h p nh

v y, mu n ti p t c s d ng c m bi n c n ph i ti n hành chu n l i

d D i đo

D i đo c a c m bi n đ c xác đ nh b ng các giá tr gi i h n c a vùng đ i l ng

đo mà trong vùng đó ho t đ ng c a c m bi n đáp ng các yêu c u đ ra Thông

th ng d i đo trùng v i vùng làm vi c danh đ nh Tuy nhiên, tùy theo các ch tiêu mà

trong m t s tr ng h p d i đo có th r ng ho c h p h n vùng làm vi c danh đ nh

- Nhi t đ làm thay đ i các đ c tr ng đi n, c và kích th c c a c m bi n

- Áp su t, gia t c, dao đ ng (rung) có th gây bi n d ng và ng su t trong m t s

ph n t c a c m bi n

kh c ph c nhi u đòi h i nhi u bi n pháp t ng h p

ch ng nhi u ta th ng dùng k thu t vi sai ph i h p c m bi n đôi, trong đó

tín hi u ra là hi u c a hai tín hi u ra c a t ng b c m bi n M t b đ c g i là c m

bi n chính, b kia là c m bi n chu n đ c đ t trong màn ch n

Hình 1-3: S đ k thu t vi sai

gi m nhi u đ ng truy n ta có th s d ng các bi n pháp sau:

- Cách ly ngu n nuôi, dùng màn ch n, n i đ t, l c ngu n

- B trí các linh ki n h p lý, không đ dây cao áp g n đ u vào c m bi n

- S d ng cáp ít nhi u

(1.11)

Giáo trình C m bi n

Câu h i ôn t p

1 Phát bi u nào d i đây là sai

a C m bi n là thi t b c m nh n và đáp ng v i tín hi u và kích thích

b C m bi n là m t m ch hai c a trong mô hình m ch đi n

c C m bi n đóng vai trò c m nh n, đo đ c các thông s h th ng đi u khi n t

Giáo trình C m bi n

Ch ng 2

CÁC HI U NG V T LÝ NG D NG TRONG C M BI N

N m 1831, Faraday th c hi n thí nghi m ch ng minh r ng t tr ng có th sinh

ra dòng đi n Khi cho t thông qua m t m ch kín thay đ i thì trong m ch xu t hi n

m t dòng đi n Dòng đi n đó đ c g i là dòng đi n c m ng Hi n t ng này đ c

g i là hi n t ng c m ng đi n t

Hình 2-1 : Michael Faraday (1791 – 1867)

2.1.1 Thí nghi m Faraday

L y m t ng dây đi n (g m nhi u vòng dây) m c n i ti p nó v i m t đi n k G

thành m t m ch kín Phía trên ng dây ta đ t m t thanh nam châm có hai c c b c (N)

và nam (S) Khi di chuy n thanh nam châm vào trong ng dây, kim c a đi n k b l ch

đi, đi u đó ch ng t trong ng dây xu t hi n m t dòng đi n, đó là dòng đi n c m ng

Ic

- N u rút thanh nam châm ra, dòng đi n c m ng có chi u ng c l i

- Di chuy n thanh nam châm càng nhanh, c ng đ dòng đi n c m ng I càng

Hình 2-2 : Thí nghi m Faraday

T thí nghi m, Faraday rút ra k t lu n nh sau:

- T thông g i qua m ch kín bi n đ i theo th i gian là nguyên nhân sinh ra dòng

đi n c m ng trong m ch đó

- Dòng đi n c m ng ch t n t i trong th i gian t thông g i qua m ch kín bi n

đ i

- C ng đ dòng đi n c m ng t l thu n v i t c đ bi n đ i c a t thông

- Chi u c a dòng đi n c m ng ph thu c vào s t ng hay gi m c a t thông g i

qua m ch

2.1.2 nh lu t Lenz

Ð ng th i v i Faraday, nhà v t lý ng i c, Lenz c ng nghiên c u hi n t ng

c m ng đi n t và đã đ a đ nh lu t t ng quát vào n m 1833 giúp ta xác đ nh chi u

c a dòng đi n c m ng, g i là đ nh lu t Lenz

Hình 2-3 : Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804 – 1865)

nh lu t phát bi u nh sau: Dòng đi n c m ng ph i có chi u sao cho t

tr ng do nó sinh ra có tác d ng ch ng l i nguyên nhân sinh ra nó

Có ngh a là khi t thông qua m ch t ng lên, t tr ng c m ng sinh ra có tác

d ng ch ng l i s t ng c a t thông: t tr ng c m ng s ng c chi u v i t tr ng

ngoài N u t thông qua m ch gi m, t tr ng c m ng (do dòng đi n c m ng sinh ra

nó) có tác d ng ch ng l i s gi m c a t thông, lúc đó t tr ng c m ng s cùng

chi u v i t tr ng ngoài

D a vào đ nh lu t Lenz đ xác đ nh chi u c a dòng đi n c m ng trong thí

nghi m Faraday Khi c c B c c a thanh nam châm di chuy n vào trong lòng ng dây

làm cho t thông g i qua ng dây t ng lên Theo đ nh lu t Lenz, dòng đi n c m ng

ph i sinh ra t tr ng ng c chi u v i t tr ng c a thanh nam châm đ t thông ΦB

sinh ra có tác d ng làm gi m s t ng c a là nguyên nhân sinh ra nó Mu n v y dòng

đi n c m ng ph i có chi u nh trên hình 2-2

B ng l p lu n ta nh n th y n u d ch chuy n c c B c c a thanh nam châm ra xa

ng dây, dòng đi n c m ng xu t hi n trong m ch s có chi u ng c l i

Giáo trình C m bi n

Nh v y, theo đ nh lu t Lenz, dòng đi n c m ng bao gi c ng có tác d ng

ch ng l i s d ch chuy n c a thanh nam châm Do đó, đ d ch chuy n thanh nam

châm, ta ph i t n công Chính công mà ta t n đ c bi n thành đi n n ng c a dòng

đi n c m ng

2.1.3 nh lu t c m ng đi n t

Khi có s bi n thiên t thông qua di n tích gi i h n b i m t m ch đi n kín thì

trong m ch su t hi n dòng đi n c m ng Chi u dòng đi n c m ng tuân theo đ nh lu t

Lenz, t c là có chi u sau cho sinh ra t tr ng ch ng l i s bi n thiên c a t thông qua

L p ti p xúc gi a hai dây d n A và B khác nhau v b n ch t nh ng cùng m t

nhi t đ t n t i m t hi u đi n th ti p xúc Hi u đi n th này ch ph thu c vào b n

ch t c a v t d n và nhi t đ , g i là su t đi n đ ng Peltier

N M T

B /

Phát bi u: Trong m t chu i cách nhi t đ c c u thành t nh ng v t d n khác

nhau, t ng su t đi n đ ng Peltier b ng 0

T B / A P

Hình 2-4 : Hi u ng Peltier – nh lu t Volta

( 2.1 )

( 2.2 )

A / D T

D / C T C / B T B /

P

Bi u th c có th đ c vi t l i: T

A / D T

D / C T C / B T B /

Vì: P A T / D =−P D T / A ⇒ T

D / A T

D / C T C / B T B /

K t lu n, khi hai v t d n A và D đ c phân cách b i các v t d n trung gian và

toàn h đ ng nhi t thì hi u đi n th gi a hai v t d n A và D đ u mút b ng hi u đi n

th n u chúng ti p xúc tr c ti p v i nhau

2.2.2 Hi u ng Thomson

Trong m t v t d n đ ng ch t A, gi a hai đi m M và N có nhi t đ khác nhau s

sinh ra m t su t đi n đ ng ph thu c vào b n ch t c a v t d n và nhi t đ TM, TN c a

hai đi m đó Su t đi n đ ng Thomson là hàm c a nhi t đ

∫

= M

N

N M T

T A T

Phát bi u: N u hai đ u ngoài c a m t m ch ch g m m t v t d n duy nh t và

đ ng ch t đ c duy trì cùng m t nhi t đ thì su t đi n đ ng Thomson b ng không

Hình 2-5 : Hi u ng Thomson 2.2.3 Hi u ng Seebeck

Xét m t m ch kín đ c t o thành t hai v t d n A B và hai đi m n i đ c gi

nhi t đ T1 và T2, khi đó m ch t o thành m t c p nhi t đi n C p nhi t đi n này gây

nên m t su t đi n đ ng là t ng h p tác đ ng c a hai hi u ng Peltier và Thomson

Su t đi n đ ng đó g i là su t đi n đ ng Seebeck

Hình 2-6 : Thomas Johann Seebeck (1770 – 1831) và Hi u ng Seebeck

( 2.3 )

B / A

A / B

−

1

1 2 1

T

T

B A T

B / A T B / A T B /

Hi u ng quang đi n là hi n t ng gi i phóng các hat d n đi n t do trong v t

li u d i tác d ng c a b c x ánh sáng Do Antoine Henri Becquerel phát hi n n m

1839 N m 1905 Albert Einstein ch ng minh đ c hi n t ng quan đi n x y ra do s

Giáo trình C m bi n

t m kim lo i này), các đi n t s h p th n ng l ng t các photon và sinh ra dòng

đi n (g i là dòng quang đi n)

Khi các đi n t b b t ra kh i b m t c a t m kim lo i, ta có hi u ng quang

đi n ngoài (external photoelectric effect) Các đi n t không th phát ra n u t n s c a

b c x nh h n t n s ng ng b i đi n t không đ c cung c p đ n ng l ng c n

thi t đ v t ra kh i rào th (g i là công thoát)

i n t phát x ra d i tác d ng c a b c x đi n t đ c g i là quang đi n t

m t s ch t khác, khi đ c chi u sáng v i t n s v t trên t n s ng ng, các

đi n t không b t ra kh i b m t, mà thoát ra kh i liên k t v i nguyên t , tr thành

đi n t t do (đi n t d n) chuy n đ ng trong lòng c a kh i v t d n, và ta có hiêu ng

quang đi n trong (internal photoelectric effect) Hi u ng này d n đ n s thay đ i v

tính ch t d n đi n c a v t d n, do đó, ng i ta còn g i hi u ng này là hi u ng quang

d n

2.3.1 Hi u ng quang đi n

Trong v t ch t, các đi n t trong nguyên t có xu h ng đ c gi i phóng kh i

nguyên t đ tr thành đi n t t do gi i phóng đi n t kh i nguyên t c n ph i

cung c p cho nó m t n ng l ng l n h n n ng l ng liên k t Wl

Nh v y, m t đi n t đ c gi i phóng n u nó h p th m t photon có Wφ ≥ Wl

B c sóng l n nh t c a ánh sáng có th gây nên hi n t ng gi i phóng đi n t

g i là b c sóng ng ng:

l s W

Hi n t ng gi i phóng h t d n d i tác d ng c a ánh sáng gây nên s thay đ i

tính ch t đi n c a v t li u g i là hi u ng quang đi n ây là nguyên lý c b n c a các

Khi chi u sáng vào v t li u b ng ánh sáng có b c sóng λ ≤ λs thì không ph i

t t c các photon chi u xu ng b m t đ u tham gia gi i phóng h t d n, m t s b ph n

Giáo trình C m bi n

- S photon b h p th trong m t giây:

hc R n

R

11

- S h t d n đi n đ c gi i phóng trong m t giây:

( )

hc R n

1

Trong đó:

η - hi u su t l ng t : s h t d n đ c gi i phóng khi h p th m t photon

2.3.2 Hi n t ng quang d n

Hi n t ng quang d n là hi n t ng gi i phóng h t d n đi n bên trong v t li u

d i tác d ng c a ánh sáng (hi u ng quang đi n n i), làm t ng đ d n đi n c a v t

li u ây là c s v t lý c a t bào quan d n

- S đi n t đ c gi i phóng do nhi t trong m t đ n v th i gian t l thu n v i

n ng đ nguyên t ch a b ion hóa là a(Nd – n0), trong đó: kT

e

a≈ −

- S đi n t tái h p v i các nguyên t đã b ion hóa trong m t đ n v th i gian t

l thu n v i n ng đ các nguyên t đã b ion hóa là 2

0

n

r , trong đó: r – h s tái h p

Ph ng trình bi u di n s thay đ i c a m t đ đi n t t do có d ng:

0 0

0 a N n rn dt

Giáo trình C m bi n

tr ng thái cân b ng: 0 =0

dt dn

⇒

r

aN r

a r

a

n0 =− + 22 + d

42

d n trong t i:

0

0 =qµn

σtrong đó:

q – tr tuy t đ i c a đi n tích, µ - đ linh đ ng c a đi n t Khi nhi t đ t ng, m t đ n0 t ng làm nh h ng r t l n đ i v i đ d n

b Khi chi u sáng

Các photon có n ng l ng l n h n Wd s ion hóa các nguyên t ch t pha, gi i

phóng g đi n t trong m t đ n v th i gian trên m t đ n v th tích

ν

−η

=

h

R

AL V

G

M t đ đi n t t do bao g m s đi n t đ c gi i phóng do chi u sáng, s đi n

t đ c gi i phóng do nhi t và s đi n t tái h p đ c bi u di n b ng ph ng trình:

rn g n N a dt

dn

=

Thông th ng s đi n t do các photon gi i phóng l n h n r t nhi u so v i só

đi n t đ c gi i phóng do nhi t: g >> a(Nd – n)

Nên đi u ki n cân b ng khi chi u sáng, m t đ đi n t :

ta th y đ d n là m t hàm không tuy n tính theo thông l ng ánh sáng

Giáo trình C m bi n

C ch phát x x y ra theo ba giai đo n:

- H p th photon và gi i phóng đi n t bên trong v t li u

đ c b m t v t li u Trong quá trình di chuy n các đi n t này và ch m v i các đi n

t khác ho c v i các photon t i làm tiêu hao m t ph n n ng l ng c a nó

S phát x c a đi n t sau khi đ n đ c b m t ch có th x y ra n u nó có đ

n ng l ng th ng đ c n ng l ng liên k t b m t v t li u

Hi u ng quang đi n đ c ng d ng đ ch t o các c m bi n quang (nh công

t c t đ ng đóng ng t đèn chi u sáng)

2.4 Hi u ng quang đi n t

Khi tác d ng m t t tr ng vuông góc v i b c x ánh sáng, trong v t li u bán

d n đ c chi u sáng s xu t hi n hi u đi n th vuông góc v i ph ng t tr ng và

ph ng b c x ánh sáng Cho phép nh n đ c dòng đi n ho c đi n áp ph thu c vào

Giáo trình C m bi n

Hình 2-11 : Edwin Herbert Hall (1855 – 1938)

Khi cho tác d ng m t t tr ng vuông góc lên m t b n làm b ng ch t bán d n

hay ch t d n đi n (thanh Hall) đang có dòng đi n ch y qua Lúc đó, xu t hi n hi u

đi n th (hi u đi n th Hall) t i hai m t đ i di n c a thanh Hall

n e d

IB

V H

=Trong đó:

I – c ng đ dòng đi n

B – c ng đ t tr ng

d – đ dày thanh Hall

e – đi n tích h t d n đi n trong thanh Hall

n – m t đ các h t d n đi n trong thanh Hall

Tr ng h p t tr ng có ph ng h p v i dòng đi n góc θ, khi đó hi u đi n th

Hall đ c xác đ nh:

θsin

n e d

IB

V H =

2.5.2 ng d ng

- o c ng đ dòng đi n thông qua t tr ng do dòng đi n này sinh ra Ph ng

pháp đo này không c n s ti p xúc c h c tr c ti p v i m ch đi n, không t o ra

đi n tr ph trong m ch đi n, không b nh h ng b i đi n áp ngu n đi n, t ng

tính an toàn (đi n cao áp)

- Xác đ nh v trí và chuy n đ ng Hi u qu c a ng d ng này là không b nh

h ng b i môi tr ng: khói, b i, ch t b n, đ m… hay c n ph i che ch n nh

các thi t b quang h c, quang đi n, c đi n…

V +

V t li u áp đi n là ch t mà c u trúc tinh th không có tâm đ i x ng Các v t

li u áp đi n th ng dùng: tinh th th ch anh, g m BaTiO3, g m PZT [Pb(TiZn)O3],

V t li u áp đi n đ c dùng trong các b c m bi n, các thi t b đo đ a ch n, các máy

phát t n s chu n (máy phát vô tuy n đi n), d ng c đo huy t áp, phát siêu âm,

ng d ng đ đo các đ i l ng c nh áp su t, ng su t… thông qua vi c đo

đi n áp trên hai c c t đi n

Giáo trình C m bi n

2.7 Hi u ng h a đi n

M t s tinh th h a đi n có tính ch t phân c c đi n t phát ph thu c vào nhi t

đ Trên các m t đ i di n c a chúng xu t hi n các đi n tích trái d u có đ l n t l

thu n v i đ phân c c đi n ph thu c vào quang thông chi u vào

c ng d ng đ đo thông l ng c a b c x ánh sáng Khi tinh th h a đi n

h p th ánh sáng, nhi t đ c a chúng t ng lên làm thay đ i phân c c đi n, xu t hi n

đi n áp trên hai c c c a t đi n

Hình 2-17 : Christian Andreas Doppler (1803 – 1853)

Trong m t môi tr ng c đ nh, ngu n sóng và đ i t ng quan sát đ u chuy n

đ ng t ng đ i so v i môi tr ng Khi đó, hi u ng Doppler là s t ng h p c a các

hi u ng gây ra b i s chuy n đ ng này

T n s Doppler đ c xác đ nh b i bi u th c:

c

F V

-

Φ

( 2.19 )

Giáo trình C m bi n

Hình 2-18 : Sóng phát ra t m t ngu n phát đang chuy n đ ng t ph i sang trái

N u ngu n phát sóng và h ng chuy n đ ng c a đ i t ng t o v i nhau m t

góc θ, khi đó t n s Doppler có d ng:

θ

cos2

c

F V

K t h p c ch siêu âm và hi u ng Doppler, ng i ta ch t o súng b n t c đ

trong giao thông Súng phát ra m t sóng radio có t n s xác đ nh f0, sau đó thu l i sóng

ph n x có t n s f1 t ph ng ti n giao thông đang chuy n đ ng v i v n t c v T f0

và f1 ta tính ra đ c v n t c chuy n đ ng c a ph ng ti n giao thông đó

Hi u ng Doppler còn đ c ng d ng trong r t nhi u l nh v c: y h c, thám

hi m đáy bi n, đo kho ng cách…

Hình 2-19 : Thi t b siêu âm y h c và súng b n t c đ

( 2.20 )

d T t c đ u sai

Giáo trình C m bi n

Ch ng 3

C M BI N NHI T

3.1 Các đ c tr ng c a nhi t đ

Nhi t đ là tính ch t v t lý c a v t ch t (nóng và l nh) V t ch t có nhi t đ cao

h n thì nóng h n Nhi t đ đ c đ nh ngh a chính xác d a vào các đ nh lu t nhi t

đ ng l c h c

Thang nhi t đ :

a Thang Kelvin

Trong h th ng đo l ng qu c t , Kelvin là đ n v đo c b n cho nhi t đ , ký

hi u: K Thang nhi t đ này đ c l y theo tên nhà v t lý William Thomson, nam t c

Celsius (°C hay đ C) là đ n v đo nhi t đ đ c đ t tên theo nhà thiên v n

h c ng i Th y i n Anders Celsius (1701–1744), ông đ u tiên đ ngh h th ng đo

nhi t đ gi ng nó vào n m 1742 Vào kho ng 1750, đ C đ c g i đ bách phân, tuy

đã đ c đ i tên theo ông Celsius vào n m 1948 nh ng tên c v n còn đ c s d ng

ph bi n

T(°C) = T(K) – 273,15

c Thang Fahrenheit

Fahrenheit (°F hay đ F) là m t thang nhi t đ đ c đ t theo tên nhà v t lý

ng i c, Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736)

Thang nhi t đ này xác đ nh theo hai đi m nhi t đ chu n là nhi t đ đóng

b ng và nhi t đ sôi c a n c, t c là 32°F (0°C) và 212°F (100°C)

Thang nhi t đ Fahrenheit đã đ c s d ng khá lâu Châu Âu, cho t i khi b

thay th b i thang nhi t đ Celsius Thang nhi t đ Fahrenheit ngày nay v n đ c s

d ng r ng rãi M và m t s qu c gia nói ti ng Anh khác

( 3.1 )

( 3.2 )

( 3.3 )

Có nhi u ph ng pháp đo nhi t đ :

- Ph ng pháp quang h c: d a trên s phân b ph b c x nhi t do dao đ ng

nhi t

- Ph ng pháp c h c: d a trên s giãn n c a v t r n, l ng, khí, d a trên v n

t c sóng âm

- Ph ng pháp đi n: d a trên s ph thu c c a đi n tr vào nhi t đ , ho c d a

trên s thay đ i t n s dao đ ng c a th ch anh

Nhi t đ đo đ c chính là b ng nhi t đ c a c m bi n, ký hi u Tc, ph thu c

vào nhi t đ môi tr ng Tx (nhi t đ c n đo) và s trao đ i nhi t trong đó Có hai bi n

pháp đ gi m s khác bi t gi a Tx và Tc:

- T ng s trao đ i nhi t gi a c m bi n và môi tr ng đo

- Gi m s trao đ i nhi t gi a c m bi n và môi tr ng bên ngoài

đo nhi t đ c a m t v t r n b ng c m bi n nhi t đ , t b m t c a v t ng i

ta khoan m t l nh v i đ ng kính d và đ sâu L L này dùng đ đ a c m bi n vào

sâu trong v t r n t ng đ chính xác c a k t qu , ph i đ m b o hai đi u ki n:

- Chi u sâu l khoan ph i b ng ho c l n h n g p m i l n đ ng kính (L ≥ 10r)

R0 – đi n tr nhi t đ T0

F – hàm đ c tr ng cho v t li u (F = 1 khi T = T0)

( 3.4 )

Giáo trình C m bi n

Khi bi n thiên nhi t đ ∆T quanh giá tr T nh , đi n tr có th xem nh thay

đ i theo hàm tuy n tính:

R(T + ∆T) = R(T).(1 + αR∆T) Khi đó: ( )dT

dR T R R

1

=α

αR – h s nhi t đ c a đi n tr hay đ nh y nhi t nhi t đ T

H s nhi t đ αR ph thu c vào v t li u và nhi t đ

Thí d , 0°C, platin có h s αR = 3,9.10-3 °C-1

S thay đ i đi n tr theo nhi t đ ph thu c đ ng th i vào đi n tr ρ và kích

th c hình h c c a đi n tr i v i m t dây đi n tr chi u dài l, ti t di n s, h s

nhi t đ đ c tính b ng bi u th c:

dT

ds s dT

dl l dT

d dT

dR R R

11

3.3.2 i n tr kim lo i

D a vào d i nhi t đ c n đo và các tính ch t đ c bi t ng i ta th ng dùng

Platin (Pt), Niken (Ni), ng (Cu), ho c Wonfram (W) làm đi n tr

- Platin đ c ch t o v i đ tinh khi t cao (99,99%) cho phép t ng đ chính xác

c a các tính ch t đi n Platin tr v hóa h c và c u trúc tinh th n đ nh b o

đ m s n đ nh các đ c tính đi n c a đi n tr Các đi n tr làm b ng platin ho t

đ ng t t trong d i nhi t đ khá r ng t -200°C đên 1000°C Giá tr đi n tr

- ng có s thay đ i đi n tr nhi t có đ tuy n tính cao Tuy nhiên, ho t tính

hóa h c c a đ ng quá l n nên các đi n tr ch đ c s d ng nhi t đ th p h n

180°C Bên c nh đó, đi n tr su t c a đ ng nh nên mu n có giá tr đi n tr

cao ph i t ng chi u dài, làm t ng kích th c c a đi n tr

( 3.5 )

( 3.6 )

( 3.7 )

Giáo trình C m bi n

- Wonfram có đ nh y nhi t cao h n platin, có th s d ng nhi t đ cao và đ

tuy n tính t t h n Có th kéo thành các s i r t m nh đ ch t o các đi n tr có

tr s cao, ho c gi m kích th c c a đi n tr Tuy nhiên các đi n tr wonfram

B ng 3-2: B ng li t kê đ c tính các v t li u ch t o đi n tr nhi t đ 20°C

S thay đ i nhi t đ c a đi n tr làm xu t hi n ∆R = Rα∆T s t o ra đi n áp đo

Vm = ∆R.i, trong đó i là dòng đi n ch y qua đi n tr (th ng có giá tr vài mA đ

không làm nóng đ u đo)

M t khác, đ có đ nh y cao c n s d ng đi n tr có giá tr t ng đ i l n

Mu n v y c n ph i:

- Gi m ti t di n dây, b h n ch vì ti t di n càng nh dây càng d b đ t

- T ng chi u dài dây, c ng b gi i h n vì làm t ng kích th c c a đi n tr

N u dùng Platin có đ ng kính c vài ch c µm, chi u dài kho ng 10cm, giá tr

đi n tr R ~ 100Ω 0°C, sau khi cu n l i có đ c chi u dài nhi t k c 1cm

Trên th c t các s n ph m th ng m i có đi n tr 0°C là 50Ω, 500Ω và

1000Ω Các đi n tr l n th ng đ c s d ng đo d i nhi t đ th p cho phép có đ

nh y t ng đ i t t

i v i môi tr ng công nghi p, các nhi t k có v b c t t ch ng đ c va

ch m m nh và rung đ ng i n tr đ c bao b c trong th y tinh ho c g m đ t trong

v thép V t li u v b c ph i có đ cách đi n t t đ tránh hi n t ng đi n phân làm

h ng kim lo i M i lo i v b c ch đ c dùng trong m t kho ng nhi t đ nh t đ nh đ

tránh ng su t giãn n (th y tinh – d i 500°C và g m – d i 1000°C)

Hình 3-1 : Nhi t k công nghi p dùng đi n tr Pt

Giáo trình C m bi n

đo nhi t đ trên b m t c a v t r n, đi n tr th ng đ c ch t o b ng

ph ng pháp quang kh c và s d ng các v t li u là Ni, Fe-Ni ho c Pt Chi u dày l p

kim lo i c vài µm, kích th c kho ng 1cm2

Khi s d ng, nhi t k đ c dán trên b

m t c n đo nhi t đ

Hình 3-2 : Nhi t k b m t

3.3.3 Nhi t đi n tr

Nhi t đi n tr có đ nh y nhi t r t cao, l n h n kho ng 10 l n so v i đi n tr

kim lo i Ngoài ra h s nhi t có giá tr âm và ph thu c nhi u vào nhi t đ

nh y nhi t cao c a nhi t đi n tr cho phép ng d ng đ phát hi n nh ng

bi n thiên nhi t đ r t nh (10-4 ÷ 10-3

K) Nhi t đi n tr đ c làm t h n h p các oxit bán d n đa tinh th : MgO,

MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4

Các b t oxit đ c tr n v i nhau theo m t t l thích h p, sau đó đ c nén đ nh

d ng và thiêu k t nhi t đ 1000°C Nhi t đi n tr đ c ch t o v i nhi u hình d ng

khác nhau (đ a, vòng, hình tr …), các ph n t nh y nhi t có th đ c b c kín ho c đ

tr n

V t li u th ng s d ng có đi n tr su t cao cho phép ch t o đi n tr có giá tr

thích h p v i l ng v t li u và kích th c t i thi u Kích th c nh cho phép đo nhi t

đ t i t ng đi m và t c đ đáp ng cao do nhi t dung nh

Hình 3-3: i n tr c a nhi t đi n tr

Giáo trình C m bi n

n đ nh ph thu c vào vi c ch t o nhi t đi n tr và đi u ki n s d ng

t ng tính n đ nh và b o v nhi t đi n tr không b phá h y hóa h c ng i ta th ng

dùng v b c C n tránh s thay đ i nhi t đ đ t ng t có th làm r n n t v t li u

D i nhi t đ làm vi c t vài đ tuy t đ i đ n kho ng 300°C tùy thu c vào lo i

nhi t đi n tr Ta có th m r ng d i nhi t đ này nh ng tr s đi n tr s t ng đáng k

khi làm vi c nhi t đ cao, c n ph i ch n các v t li u đ c bi t (cacbua silic) và có

bi n pháp đ c bi t đ ch ng phá h y hóa h c

đo nhi t đ th p, ng i ta s d ng các nhi t đi n tr có tr s nh 25°C (t

50Ω đ n 100Ω) đo nhi t đ cao c n s d ng nh ng nhi t đi n tr có tr s l n

25°C (100Ω đ n 500Ω)

Hình 3-4: nh y nhi t c a nhi t đi n tr

3.3.4 i n tr silic

ây là đi n tr bán d n có nh ng đ c đi m sau:

- H s nhi t c a đi n tr su t có giá tr d ng (0,7%/°C 25°C) thay đ i

nhi t t ng đ i nh có th tuy n tính hóa đ c tuy n c a c m bi n trong d i

nhi t đ làm vi c b ng cách m c thêm đi n tr ph

- D i nhi t đ làm vi c b h n ch t -50°C đ n 120°C

i n tr silic đ c ch t o b ng công ngh khu ch tán t p ch t vào đ n tinh th

silic thay đ i nhi t c a đi n tr su t ph thu c vào n ng đ pha t p và nhi t đ

- Khi nhi t đ nh h n 120°C, đi n tr su t t ng khi nhi t đ t ng B i vì n ng

đ các h t d n đi n t o ra do pha t p l n h n r t nhi u so v i n ng đ các h t

d n đi n đ c t o ra b i s ion hóa do nhi t H s nhi t c a đi n tr càng nh

khi pha t p càng m nh

- Khi nhi t đ l n h n 120°C, đi n tr su t gi m khi nhi t đ t ng Vì quá trình

ion hóa do nhi t chi m u th làm n ng đ các h t d n đi n t ng lên l n h n

nhi u so v i n ng đ pha t p H s nhi t c a đi n tr su t không ph thu c

vào pha t p (tr ng h p bán d n riêng)

Giáo trình C m bi n

Hình 3-5: S ph thu c nhi t đ c a đi n tr silic

Hình 3-6 : ng d ng nhi t đi n tr đ ch t o nhi t k đi n t

3.4 C p nhi t đi n

3.4.1 c tr ng

C p nhi t đ c ch t o d a trên nguyên lý c a các hi u ng nhi t đi n C u t o

g m hai dây d n A và B có b n ch t khác nhau, đ c n i vói nhau b ng hai m i hàn

có nhi t đ T1 và T2 Su t đi n đ ng E ph thu c vào b n ch t v t li u làm các dây d n

A, B và nhi t đ T1, T2

Thông th ng nhi t đ c a m t m i hàn đ c gi n đ nh giá tr bi t tr c,

g i là nhi t đ chu n (T1 = Tref) Khi đ t m i hàn th hai trong môi tr ng đo nó s đ t

t i nhi t đ T2 = Tc ch a bi t Nhi t đ Tc là hàm c a nhi t đ Tx và các quá trình trao

đ i nhi t

Kích th c c p nhi t nh nên có th đo nhi t đ t ng đi m và t ng t c đ đáp

Giáo trình C m bi n

Tuy nhiên, c n ph i bi t tr c nhi t đ chu n Tref, vì v y sai s Tref c ng chính

là sai s Tc

Su t đi n đ ng c a c p nhi t là hàm không tuy n tính c a Tc M i lo i c p nhi t

có m t b ng chu n ghi giá tr c a su t đi n đ ng ph thu c vào nhi t đ và bi u th c

mô t s ph thu c đó

Thí d , đ i v i c p nhi t platin – 30% rodi/platin – 6% rodi, trong kho ng nhi t

đ t 0°C đ n 1820°C theo chu n NF C 42-321 bi u th c mô t s ph thu c có d ng:

M t s c p nhi t có d i nhi t đ làm vi c đ c chia ra nh ng vùng nh Trong

m i vùng, m i quan h gi a su t đi n đ ng và nhi t đ đ c mô t b ng bi u th c đ c

dT

dE T

)( = (µV/°C)

Trong quá trình ch t o c p nhi t c n ph i tránh t o ra nh ng c p nhi t ký sinh

do g p khúc dây, nhi m b n hóa h c, b c x hât nhân M i hàn c ng ph i nh , b i vì

n u vùng hàn có kích th c l n s t o ra su t đi n đ ng ký sinh do chênh l ch nhi t đ

gi a các đi m khác nhau trên m i hàn

tránh ti p xúc v i bên ngoài, m i hàn và dây đ c đ t trong s cách đi n tr

v hóa h c và có đi n tr l n b o v c u trúc c p nhi t – s cách đi n, ng i ta

( 3.8 )

( 3.9 )

Giáo trình C m bi n

trang b thêm l p v b c bên ngoài làm b ng s ho c thép V b c này kín không đ

không khí l t vào và ch ng đ c s thay đ i nhi t đ t ng t N u v b c làm b ng thép

thì m i hàn có th ti p xúc v i v thép đ gi m th i gian đáp ng

b S đ đo

Hình 3-7 : S đ l p ráp c p nhi t v i thi t b đo

L p ráp t ng đôi cùng nhi t đ : các m i hàn c a c p nhi t A/M1 và B/M1; các

m i hàn c a dây d n trung gian M1/M2 và M2/M3

Khi đó trong m ch ch có su t đi n đ ng Seebeck c a c p nhi t:

( ) c ref ref

c

ref

B A T

T

A B T

B A T B

P

S đ vi sai: đo nhi t đ gi a hai đi m hai m i hàn A/B c a c p nhi t Các

m i hàn gi ng nhau đ t cùng nhi t đ A/M1, M1/M2, M2/M3

xác đ nh chính xác su t đi n đ ng c p nhi t ta ph i gi m s s t áp trong các

ph n t c p nhi t và dây d n do có dòng đi n ch y qua, thông th ng r t khó xác đ nh

đi n tr c a các ph n t này vì đi n tr là hàm c a nhi t đ môi tr ng và nhi t đ c n

đo

( 3.10 )

( 3.11 )

v T

B A m

R R R

R E

++

E c/ref =

H Dùng ph ng pháp xung đ i đ dòng đi n qua c p nhi t b ng không

Hình 3-10 : o su t đi n đ ng b ng ph ng pháp xung đ i

i u ch nh dòng đi n qua Re (b ng Rh) sao cho kim đi n k G ch s 0 (không

có dòng đi n qua c p nhi t)

Ta có:

I R

E A c/T B ref = e

3.4.3 Các c p nhi t đi n th ng dùng trong th c t

D i nhi t đ làm vi c đ i v i m t c p nhi t đi n th ng b h n ch nhi t đ

th p n ng su t nhi t đi n c a nó gi m đi nhi t đ cao c p nhi t có th b nhi m b n

do môi tr ng đo ho c x y ra hi n t ng bay h i m t trong các ch t thành ph n c a

h p kim làm c p nhi t, ho c b t ng kích th c h t tinh th d n đ n làm t ng đ dòn

c h c, th m chí có th b nóng ch y

( 3.12 )

( 3.13 )

Hình 3-11 : M t d ng c p nhi t đi n và thi t b đo nhi t đ

3.5 o nhi t đ b ng diode và transistor

Có th s d ng các linh ki n bán d n là diode hay transistor m c theo ki u

diode (n i B v i C) phân c c thu n v i dòng I không đ i đ đo nhi t đ Khi đó, đi n

áp gi a hai c c là hàm c a nhi t đ

nh y nhi t có giá tr kho ng -2,5mV/°C

nh y nhi t ph thu c vào dòng ng c I0, dòng đi n này thay đ i r t khác

đ i v i linh ki n khác nhau, vì v y nên ch n các linh ki n có đ c tr ng t ng t nhau

1 0

I

I q

KT V

KT

qV I

0

2 2

2 0

I

I q

KT V

KT

qV I

n q

KT I

I q

KT V

V

2

1 2

K dT

dV

S = d = ln = 8,56.ln n (µV.K-1)

nh y nhi t này nh h n so v i tr ng h p ch s d ng m t diode ho c m t

transistor, nh ng không ph thu c vào nhi t đ T do đó đ tuy n tính đ c cài thi n