Cảm biến vận tốc

Hiệu ứng áp điện Khi tác dụng lực cơ học lên một vật làm bằng vật liệu điện áp VD: thạch anh sẽ gây nên biến dạng của vật đó và làm xuất hiện lượng điện áp bằng nhau nhưng trái dấu t

Lời cảm ơn

Em xin gửi lời cảm ơn chõn thành, sõu sắc đến Th.S Phựng Cụng Phi

Khanh, người đó tận tỡnh hướng dẫn em hoàn thành khoỏ luận

Em xin cảm ơn cỏc thầy, cụ giỏo trong tổ vật lý kĩ thuật, khoa vật lý, Trường đại học sư phạm Hà Nội 2 đó tạo điều kiện giỳp đỡ em hoàn thành khoỏ luận

Cảm ơn gia đình, bạn bố, người thõn đó động viờn, cổ vũ em trong suốt quỏ trỡnh thực hiện khoỏ luận

Em xin chõn thành cảm ơn!

Hà Nội, thỏng 5 năm 2010

Sinh viờn

Tạ Thị Hồng Nhung

Lêi cam ®oan

Tôi xin cam đoan khoá luận này là sự nỗ lực của bản thân, cùng sự

giúp đỡ tận tình của Th.S Phùng Công Phi Khanh

Kết quả nghiên cứu trong khoá luận là trung thực không trùng lặp với kết quả nghiên cứu của đề tài nào khác và chưa được công bố trong bất kì công trình nghiên cứu nào

Nếu kÕt qu¶ cam đoan trên là sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Tạ Thị Hồng Nhung

Mục lục

A Mở đầu……… 5

1 Lí do chọn đề tài……… 5

2 Mục đích nghiên cứu……… 6

3 Nhiệm vụ nghiên cứu……… 6

4 Đối tượng nghiên cứu……… 6

5 Phương pháp nghiên cứu……… 6

6 Cấu trúc luận văn 6

B nội dung………7

chương 1: tổng quan về cảm biến……… 7

1.1 Định nghĩa và đặc trưng của cảm biến………7

1.2 Thông số cơ bản của cảm biến……… 9

1.2.1 Sai số và độ chính xác ……… 9

1.2.2 Sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống 9

1.3 Phân loại cảm biến……… 10

1.3.1 Cảm biến tích cực……… 10

1.3.1.1 Hiệu ứng nhiệt 10

1.3.1.2 Hiệu ứng hỏa điện……… 10

1.3.1.3 Hiệu ứng điện áp………11

1.3.1.4 Hiệu ứng cảm ứng điện từ……… 11

1.3.1.5 Hiệu ứng quang điện……… 12

1.3.1.6 Hiệu ứng quang phát xạ điện từ……….12

1.3.1.7 Hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn……… 12

1.3.1.8 Hiệu ứng quang điện từ……… 12

1.3.1.9 Hiệu ứng Hall……….13

1.3.2 Cảm biến thụ động ……… 14

1.4 Mạch đo……… 15

1.5 Độ nhạy……… 16

1.5.1 Định nghĩa……… 16

1.5.2 Độ nhạy trong chế độ tĩnh……… 17

1.5.3 Độ nhạy trong chế độ động……… 17

1.6 Các yêu cầu của cảm biến……… 17

chương 2: cảm biến vận tốc……… 18

2.1 Giới thiệu chung……… 18

2.2 Tốc độ kế điện từ đo vận tốc góc……… 19

2.2.1 Tốc độ kế dòng một chiều……… 19

2.2.2 Tốc độ kế dòng xoay chiều……… 21

2.2.2.1 Máy phát điện đồng bộ……… 22

2.2.2.2 Máy phát điện không đồng bộ……… 23

2.2.3 Tốc độ kế điện từ đo vận tốc dài……….24

2.2.4 Tốc độ kế xung đo tốc độ quay……… 26

2.2.4.1 Cảm biến từ trở biến thiên……… 27

2.2.4.2 Tốc độ kế quang……….28

chương 3: ứng dụng của cảm biến vận tốc……… 29

3.1 Thiết kế con quay vi cơ……… 29

3.1.1 Giới thiệu chung về con quay vi cơ……… 29

3.1.2 Nguyên tắc hoạt động……… 30

3.1.3 Thiết kế cảm biến vận tốc TFG……… 33

3.2 Thiết kế cảm biến vận tốc từ……… 35

3.2.1 Giới thiệu chung về cảm biến vận tốc từ……… 35

3.2.2 Nguyên tắc hoạt động: miễn cưỡng cảm biến……… 36

3.2.3 Thiết kế cảm biến vận tốc từ………37

3.2.4 ứng dụng cân nhắc……… 37

3.3 Cảm biến vận tốc quay xe đường sắt……… 38

3.4 Cảm biến KM116……… 38

3.5 Các hướng nghiên cứu và ứng dụng của cảm biến đang phát triển……39

3.6 Cải tiến công nghệ chế tạo……….40

C kết luận……….42

D tài liệu tham khảo……… 43

A Mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Từ ngàn xưa, người tiền sử đó nhờ vào giỏc quan xỳc giỏc của mỡnh để cảm nhận, tỡm hiểu đặc điểm của thế giới tự nhiờn và học cỏch xử dụng chỳng, nhằm mục đớch khai thỏc thế giới xung quanh phục vụ cho cuộc sống của họ Ngày nay, với sự phỏt triển khụng ngừng của khoa học kĩ thuật cụng nghệ, con người đó phỏt minh ra những thiết bị để nhận biết sự thay đổi đú như thiết bị cảm nhận nhiệt độ, ỏp suất, vận tốc, độ ẩm Cỏc thiết bị cảm nhận

đú người ta gọi chung là cảm biến

Trong quỏ trỡnh phỏt triển của ngành vật lý, cũng như một số ngành khỏc, vận tốc là một đại lượng cần phải xỏc định chớnh xỏc Để xỏc định vận tốc, trước đõy người ta sử dụng đồng hồ bấm giõy và một số phương phỏp thủ cụng khỏc Nhưng độ chớnh xỏc của chỳng khụng cao Vỡ vậy, trong những năm gần đõy người ta đó thay thế bằng một loại cảm biến có thể xác định chính xác vận tốc cần đo và cảm biến đú được gọi là cảm biến vận tốc Ngày nay, nhờ những thành tựu mới của khoa học cụng nghệ cảm biến vận tốc đó được giảm thiểu kớch thước, cải thiện tớnh năng, giảm giỏ thành và ngày càng được sử dụng rộng rói trong nhiều lĩnh vực như: Cụng nghệ ụ tụ, điện tử dõn dụng, robot, quõn sự Ngoài ra, cảm biến vận tốc cũn được sử dụng kết hợp với cỏc loại cảm biến khỏc như kết hợp với cảm biến gia tốc phục vụ dẫn đường cho mỏy bay, tờn lửa

Xuất phỏt từ thực tiễn, cựng với sự hướng dẫn tận tỡnh của Th.S

Phựng Cụng Phi Khanh cũng như sự ủng hộ của cỏc thầy, cụ và bạn bố nờn

tụi đó chọn đề tài: “ Cảm biến vận tốc ”

2 Mục đớch nghiờn cứu

Tỡm hiểu về cảm biến vận tốc và những ứng dụng của chỳng trong khoa học kĩ thuật và đời sống

3 Nhiệm vụ nghiờn cứu

ư Tỡm hiểu tổng quan về cảm biến

ư Tỡm hiểu cảm biến vận tốc

ư Ứng dụng của cảm biến vận tốc

4 Đối tượng nghiờn cứu

Cảm biến vận tốc và ứng dụng của cảm biến vận tốc

5 Phương phỏp nghiờn cứu

Trong đề tài này, tụi sử dụng phương phỏp nghiên cứu lý thuyết Đọc tài liệu để tổng hợp, nờu lờn những cơ sở chớnh về cảm biến vận tốc Tổng hợp, phõn tớch tư liệu để tỡm hiểu và giải thỡch về cảm biến vận tốc Tỡm hiểu một số ứng dụng của chỳng

6 Cấu trỳc luận văn

Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo, phần chớnh của luận văn gồm

ba chương và phần kết luận

Chương I: Tổng quan về cảm biến

Chương I giới thiệu về định nghĩa, các đặc trưng và các thông số cơ bản của cảm biến

Chương II: Cảm biến vận tốc

Chương II khái quát về cảm biến vận tốc, các tốc kế của cảm biến vận tốc

Chương III: Ừng dụng của cảm biến vận tốc

Chương III giới thiệu về ứng dụng của cảm biến vận tốc và một số thiết kế của cảm biến vận tốc thường gặp trong thực tế

B.Nội dung

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN

1.1 Định nghĩa và đặc trưng của cảm biến

Cảm biến trong tiếng anh gọi là sensor xuất phỏt từ chữ sense theo nghĩa la tinh là cảm nhận Cảm biến là những phần tử dựng để biến đổi cỏc đại lượng đo lường kiểm tra hay điều khiển từ dạng này sang dạng khỏc Cảm biến là thiết bị chịu tỏc động của cỏc đại lượng cần đo khụng cú tớnh chất điện, kớ hiệu là m và cho ở đầu ra một đại lượng mang bản chất điện cú thể đo được (như điện tớch, điện ỏp, dũng điện hoặc trở khỏng), kớ hiệu là S Đại lượng điện S là hàm của đại lượng cần đo m:

S = F(m) Trong đú, S gọi là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m

là đại lượng đầu vào hay kớch thớch (có nguồn gốc là đại lượng cần đo) Việc

đo đạc S cho phép nhận biết giá trị của m (hình 1.1)

Biểu thức S = F(m) là dạng lý thuyết của định luật vật lý biểu diễn hoạt động của cảm biến, đồng thời là dạng số biểu diễn sự phụ thuộc của nú vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến, đụi khi cả vào mụi trường và chế độ sử dụng (nhiệt độ nguồn) Đối với mọi cảm biến, để cú thể khai thỏc biểu thức trờn cần phải chuẩn cảm biến: Với một loạt giỏ trị đó biết trước của m, đo giỏ trị tương ứng của S

Để dễ sử dụng, thụng thường người ta chế tạo cảm biến sao cho cú sự liờn hệ tuyến tớnh giữa biến thiờn đầu ra s và biến thiờn đầu vào m:

s = S.m

Trong đú, S là đại lượng nhạy Trong thực tế cũn sử dụng độ nhạy tương đối:

H ình 1.1: Sự biến đổi đại lượng cần đo và đáp ứng s theo thời gian

H ình 1.2: Đường cong chuẩn cảm biến

a Đường cong từ những giá trị đã biết của m

b Khai thác đường cong để xác định m từ giá trị s đã cho a) b)

1.2 Các thông số cơ bản của cảm biến

 % = x.100

x



Trong đó,  x là sai số tuyệt đối

1.2.2 Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

* Sai số hệ thống: là sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi hoặc thay đổi chậm theo thời gian đo và thêm một độ lệch không đổi giữa giá trị thực và giá trị đo được Sai số hệ thống thường do sự thiếu hiểu biết về hệ đo, do điều kiện sử dụng không tốt

Những nguyên nhân gây ra sai số hệ thống:

­ Do nguyên lý của cảm biến

­ Giá trị đại lượng chuẩn không đúng

­ Do sự thay đổi đặc tính của thiết bị

­ Do tín hiệu ngẫu nhiên

­ Do các đại lượng ảnh hưởng như thông số môi trường không được tính đến trong khi chuẩn cảm biến

1.3 Phân loại cảm biến

Có rất nhiều cách để phân loại cảm biến như phân loại theo chức năng,

theo đặc tính, theo tín hiệu Nhưng người ta thường phân loại theo hai loại

chính là cảm biến tích cực và cảm biến thụ động

1.3.1 Cảm biến tích cực

Cảm biến tích cực hoạt động như một máy phát, về mặt nguyên lý cảm

biến tích cực thường dựa trên hiệu ứng vật lý biến đổi dạng năng lượng nào

đó (nhiệt cơ hoặc bức xạ) thành năng lượng

Các dạng ứng dụng tổng quát hiệu ứng của cảm biến tích cực:

1.3.1.1 Hiệu ứng nhiệt

Giữa các đầu ra của hai dây dẫn có bản chất hoá học khác nhau, được

hàn lại với nhau thành một mạch điện có nhiệt độ ở giữa hai mối hàn là T1 và

T2 sẽ xuất hiện một suất điệnđộng e (T1,T2)

Hiệu ứng này được ứng dụng

để đo nhiệt độ T1 khi biết trước nhiệt

độ T2, VD:T2= 0

0 C(h×nh 1.3)

1.3.1.2 Hiệu ứng hoả điện

Một số tinh thể gọi là tinh thể hoả điện (VD: Tinh thể sulfate trigliane),

có tính phân cực điện tự phát phụ thuộc vào nhiệt độ

Trên các mặt đối diện của chúng

tồn tại những điện tích trái dấu có độ lớn

tỉ lệ thuận với độ phân cực điện

Hiệu ứng hoả điện được ứng dụng

0

0 C

T 1

để đo bức xạ hồng ngoại Khi tinh thể hỏa điện hấp thụ tia hồng ngoại, nhiệt độ của nó tăng lên làm thay đổi phân cực điện Sự thay đổi phân cực này có thể xác định được bằng cách đo sự biến thiên của điện áp trên 2 cực của tụ điện

(hình 1.4)

1.3.1.3 Hiệu ứng áp điện

Khi tác dụng lực cơ học lên một

vật làm bằng vật liệu điện áp (VD: thạch

anh) sẽ gây nên biến dạng của vật đó

và làm xuất hiện lượng điện áp bằng nhau

nhưng trái dấu trên các mặt đối diện của

Trong một dây dẫn chuyển

động trong từ trường không đổi sẽ

xuất hiện một suất điện động tỉ lệ

với từ thông cắt ngang dây trong

một đơn vị thời gian nghĩa là tỉ lệ

với tốc độ dịch chuyển của dây dẫn

Cũng tương tự như vậy, trong một khung dây dẫn chịu tác động của từ thông biến thiên sẽ xuất hiện suất điện động bằng và ngược dấu với sự biến thiên của từ thông

Hiệu ứng điện từ được ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của vật thông qua việc đo suất điện động cảm ứng (hình 1.6)

1.3.1.5 Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện có nhiều dạng biểu diễn khác nhau nhưng chung một bản chất Đó là hiện tượng giải phóng ra các hạt nhân tự do trong vật liệu dưới tác dụng của bức xạ ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ nói chung), có bước sóng nhỏ hơn giá trị ngưỡng đặc trưng của vật liệu Hiệu ứng này được ứng dụng để chế tạo các cảm biến quang (VD: Các công tắc tự động đóng ngắt đèn chiếu sáng công cộng)

1.3.1.6 Hiệu ứng quang phát xạ điện từ

Hiệu ứng quang phát xạ điện từ là hiện tượng các điện từ được giải phóng thoát ra khỏi vật liệu tạo thành dòng được thu lại dưới tác dụng của điện trường

1.3.1.7 Hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn

Khi một chuyển tiếp P­N được chiếu sáng sẽ phát sinh ra các cặp điện

tử lỗ trống, chúng chuyển động dưới tác dụng của điện trường của chuyển tiếp làm thay đổi hiệu điện thế giữa hai đầu chuyển tiếp

1.3.1.8 Hiệu ứng quang điện từ

Khi tác dụng một từ trường

B



vuông góc với bức xạ ánh sáng,

trong vật liệu bán dẫn được chiếu

sáng sẽ xuất hiện một hiệu điện thế

theo hướng vuông góc với từ trường

Trong một vật liệu (thường là bán dẫn ) dạng tấm mỏng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường B

có phương tạo thành góc  với dòng điện I, sẽ xuất hiện một hiệu điện thế VH theo phương vuông góc với B

và I Biểu thức của hiệu điện thế VH có dạng:

VH = KH.I.B.sin 

Trong đó, KH là hệ số phụ thuộc

vào vật liệu và kích thước hình học của mẫu

Hiệu ứng Hall được ứng dung

để xác định vị trí của một vật chuyển

động Vật này được phép nối cơ học

với một thanh nam châm Ở mọi thời

điểm, vị trí của thanh nam châm xác

định giá trị của từ thông B

và góc  tương ứng với tấm bán dẫn mỏng dùng

làm vật trung gian Vì vậy, hịệu điện thế VH đo được giữa hai cạnh của tấm bán dẫn trong trường hợp này (một cách gián tiếp) là hàm phụ thuộc vào vị trí của vật trong không gian (hình 1.8)

Cảm biến dựa trên hiệu ứng Hall là cảm biến tích cực bởi vì thông tin

có liên quan đến suất điện động Đây không phải là bộ chuyển đổi năng lượng bởi vì trong trường hợp này nguồn của dòng I (chứ không phải là đại lượng cân đo) cung cấp năng lượng liên quan đến tín hiệu đo

1.3.2 Cảm biến thụ động

Cảm biến thụ động thường được chế tạo từ những trở kháng có trong các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo Một mặt giá trị của trở, phụ thuộc vào tính điện của vật liệu như điện trở suất  , độ từ thẩm , hằng số

điện môi Vì vậy, giá trị của trở kháng bị thay đổi khi đại lượng đo tác động

gây ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước hình học, tính chất điện hoặc ảnh hưởng đồng thời đến kích thước hình học và tính chất điện cả vật liệu

Thông số hình học hoặc kích thước của trở kháng thay đổi nếu cảm biến có chứa phần tử bíến dạng Trong trường hợp thứ nhất cảm biến có chứa phần tử động, mỗi vị trí của phần tử chuyển động tương ứng với một giá trị trở kháng cho nên đo trở kháng sẽ xác định vị trí của đối tượng Đây là nguyên lí của nhiều loại cảm biến vị trí hoặc dịch chuyển (cảm biến điện thế, cảm biến ứng có lõi động, tụ điện dùng bản cực di động ) Trong trường hợp thứ 2, cảm bến có phần tử biến dạng Sự biến dạng này gây nên bởi lực hoặc các đại lượng dẫn tới lực (áp suất, gia tốc) tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp lên cảm biến (VD: Bản cực di động của tụ điện chịu tác dụng của áp suất vi sai, cảm biến đo ứng lực liên quan chặt chẽ đến cấu trúc chịu tác động của ứng suất) Sự thay đổi của trở kháng do biến dạng liên quan đến lực tác động lên cấu trúc, nghĩa là tác động của đại lượng cần đo được biến đổi thành tín hiệu điện (hiệu ứng áp trở)

Phụ thuộc vào bản chất của vật liệu khác nhau, tính chất điện của chúng có thể nhạy với đại lượng vật lý như nhiệt độ, độ chiếu sáng áp suất, độ ẩm Nếu chỉ có một trong những thông số nêu trên có thay đổi và tất cả các đại lượng khác không thay đổi, chúng ta sẽ thiết lập được sự tương ứng đơn trị giữa giá trị của đại lượng này và trở kháng của cảm biến

Trở kháng của cảm biến thụ động và sự thay đổi trở kháng dưới tác dụng của đại lượng cần đo chỉ có thể xác định khi cảm biến là một thành phần trong mạch điện Trên thực tế, tuỳ từng trường hợp cụ thể mà người ta chọn mạch đo cho thích hợp với cảm biến

1.4 Mạch đo

Mạch đo bao gồm toàn bộ các thiết bị đo (trong đó kể cả cảm biến)

Cho phép xác định chính xác đại lượng cần đo trong những điều kiện tốt nhất

có thể

Ở đầu mạch vào của mạch, cảm biến chịu tác động của đại lượng tác động trực tiếp (nếu là cảm biến tích cực) hoặc gián tiếp thông qua bộ cảm biến (nếu là cảm biến thụ động) gây nên tín hiệu điện mang theo thông tin về đại lượng cần đo

Ở đầu ra của mạch, tín hiệu điện đã qua xử lý được chuyển đổi sang dạng có thể đọc được trực tiếp giá trị cần tìm của đại lượng đo Việc chuẩn hệ

đo đảm bảo cho mỗi giá trị chỉ thị ở đầu ra tương ứng với một giá trị của đại lượng đo tác động ở đầu vào của mạch

Dạng đơn giản nhất của mạch đo bao gồm cảm biến, bộ biến đổi tín hiệu và thiết bị chỉ thị Tuy nhiên, điều kiện đo trên thực tế thường do môi trường bao quanh đòi hỏi, đồng thời do sự cần thiết của việc khai thác tín hiệu, mạch đo thường bao gồm nhiều thành phần trong đó có các khối tối ưu hoá việc thu thập dữ liệu và để sử lý dữ liệu Tùy từng trường hợp cụ thể người ta chọn mạch thích hợp với cảm biến Hình minh hoạ dưới đây biểu diễn một mạch điện đo điện thế trên bề mặt màng nhạy quang được lắp ráp từ nhiều phần tử

a

b

Hình1.9: Mạch đo điện thế bề mặt

1 Máy phát chứcnăng 5 Khuếch đại

2 Cảm biến điện tích 6 Chuyển đổ tương tự

3 Tiền khuếch đại 7 Máy tính

S =

m mi

S m

Đơn vị của độ nhạy phụ thuộc vào nguyên lý làm việc của cảm biến và các đại lượng có liên quan

1.5.2 Độ nhạy trong chế độ tĩnh

Chuẩn cảm biến ở chế độ tĩnh là dựng lại các giá trị Si của đại lượng đầu ra tương ứng với các giá trị không đổi mi của đại lượng đo khi đại lượng này đạt chế độ làm việc danh định Đặc trưng tĩnh của cảm biến chính là dạng chuyển đổi đồ thị của việc chuẩn đó và điểm làm việc Qi của cảm biến chính

là đặc trưng tĩnh tương ứng với các giá trịmi, Si

1.5.3 Độ nhạy trong chế độ động

Độ nhạy trong chế độ động được xác định khi đại lượng đo là hàm tuần hoàn của thời gian Trong điều kiện như vậy, đại lượng đầu ra S ở chế độ làm việc danh định cũng là hàm tuần hoàn của thời gian giống như đai lượng đo

1.6 Các yêu cầu của cảm biến

Muốn có độ nhạy cao, sai số nhỏ, cảm biến cần có tính chất sau:

­ Có dải thay đổi đai lượng vào cần thiết

­ Thích ứng và thuận tiện với sơ đồ đo lường kiểm tra

­ Ảnh hưởng ít nhất đến đối tượng đầu vào

­ Có quán tính nhỏ

Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến, chúng làm việc theo nhiều nguyên

lý khác nhau Do vậy, kết cấu của cảm biến rất đa dạng và phong phú Trong

đó lĩnh vực cảm biến ­ cảm ứng là loại cảm biến phổ biến trong hệ tự động hoá và điều khiển tự động [1]

chương 2: cảm biến vận tốc

2.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, cảm biến núi chung và cảm biến vận tốc núi riờng đó và đang được ứng dụng rộng rói và ngày càng trở nờn phổ biến trong tất cả cỏc lĩnh vực Đặc biệt trong cụng nghệ, việc đo vận tốc, trong phần lớn cỏc trường hợp đều dựng đến cảm biến vận tốc Vậy, cảm biến vận tốc là đo tốc độ quay của mỏy Ở đõy muốn núi đến việc theo dừi tốc độ vỡ lý do an toàn hoặc để khống chế cỏc điều kiện đặt trước cho hoạt động của mỏy múc, thiết bị Trong điều kiện chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài cũng thường được chuyển sang đo tốc độ quay Bởi vậy, cỏc cảm biến đo vận tốc gúc chiếm vị trớ ưu thế trong lĩnh vực đo tốc độ

Vận tốc gúc là mức độ thay đổi gúc quay trong một đơn vị thời gian (hỡnh 2.1)

d

dt



 

Cỏc cảm biến trong cụng nghiệp

dựng để đo vận tốc dựa trờn định luật

Farađõy

d e

dt



  Hỡnh 2.1: Sự thay đổi gúc quay

Với e là suất điện động xuất hiện khi từ thụng thay đổi một lượngd  trong khoảng thời gian dt Từ thụng đi qua một mạch là một hàm số

dạng:

0( ) x ( ) F x

A

Trong đó, x là biến số của vị trí thay đổi theo đuờng thẳng hoặc vị trí theo góc quay

Mọi sự chuyển động tương đối giữa nguồn từ thông (phần cảm) và mạch có từ thông đi qua (phần ứng) sẽ làm xuất hiện trong mạch một suất điện động có biên độ tỉ lệ với tốc độ dịch chuyển Suất điện động này chứa đựng trong nó tín hiệu ra của cảm biến:

 

0

d F x dx

Hình 2.2: Nguyên lý cấu tạo của máy phát dòng một chiều

Rôto (phần ứng) là một trục sắt gồm nhiều lớp ghép lại và quay giữa các cực của stato Mặt chu vi của rôto có khắc các rãnh song song với trục và cách đều nhau, tổng các rãnh là một số chẵn (n = 2k) Trong mỗi rãnh có đặt một dây dẫn bằng đồng, gọi là dây chính Chúng được nối với nhau từng đôi bằng các dây phụ ở hai đầu theo đường kính trục Cực góp là một hình trụ đồng trục với rôto nhưng có bán kính nhỏ hơn Trên bề mặt cực góp có các lá đồng cách điện với nhau, mỗi lá được nối với một dây đồng chính của rôto Hai chổi quét được áp sát vào cực góp sao cho ở mỗi thời điểm chúng luôn luôn tiếp xúc với hai lá đồng đối diện nhau Hai chổi này được đặt dọc theo đường trung tính vuông góc với hướng trung bình của từ trường để đạt được suất điện động lớn nhất

Suất điện động cho một dây dẫn chính, dây thứ j Khi dây quay quanh trục trong từ trường, ở hai đầu dây xuất hiện một suất điện động ej:

j

j

d e

dt



  Trong đó, djlà từ thông mà dây cắt trong khoảng thời gian dt

Với dây dẫn ở phía đối diện, theo nguyên lý đối xứng, suất điện động của nó sẽ là:

,

w.r.l.B



j JN e

Sau khi tính toán, biểu thức của suất điện động ứng với một nửa số dây

ở bên phải đường trung tính có dạng:

w .2

2.2.2 Tốc độ kế dòng xoay chiều

Tốc độ kế dòng xoay chiều có ưu điểm là không có cổ góp và chổi quét nên có tuổi thọ cao, không có thăng giám và sụt thế trên chổi Nhược điểm là cấu tạo phức tạp Ngoài ra, để xác định biên độ cần phải chỉnh lưu và lọc tín hiệu