Bài giảng kỹ thuật đo lường: Chương 4 CHUYỂN ĐỔI ĐO LƯỜNG

Chuyển đổi đo lường là dụng cụ dùng để tạo một quan hệ đơn trị giữa hai đại lượng vật lí với một độ chính xác nhất định Cảm biến là chuyển đổi đo lường được đặt trong một khối hình học có kích thước nhất định và có các đầu nối tín hiệu ra.

Chương 4: CHUYỂN ĐỔI

ĐO LƯỜNG

1 KHÁI NIỆM CHUNG

 Chuyển đổi đo lường là dụng cụ dùng để tạo một quan hệ đơn trị giữa hai đại lượng vật lí với một

độ chính xác nhất định

 Cảm biến là chuyển đổi đo lường được đặt trong một khối hình học có kích thước nhất định và có các đầu nối tín hiệu ra

Cảm biến

Sensor

Chuyển đổi

sơ cấp

Chuyển đổi điện trở

 Dùng để đo các đại lượng (di chuyển, góc quay) dựa trên sự biến đổi của điện trở chuyển đổi

 Biến trở được làm bằng dây điện trở hay thanh điện trở Vật liệu thường dùng là Mn

 Giá trị không thay đổi theo nhiệt độ



2 1

2

R R

R E

• In figure below, the output voltage Eout is a fraction of

E T, depending on the position of the wiper

• The element is considered perfectly linear if the

resistance of the transducer is distributed uniformly along the length of travel of wiper

Ví dụ

Một chuyển đổi điện trở dài 5.5 cm dùng trong mạch như hình vẽ Điện trở tổng là 4.7kΩ Nguồn cung cấp

là ET= 3V

Con trượt có vị trí 0.9 cm tính từ điểm B, điện áp ra

bằng bao nhiêu E out?

Ứng dụng của chuyển đổi điện trở

 Đo các di chuyển thẳng (2-3mm) hoặc di

chuyển góc của các đối tượng đo

 Đo lực, áp suất, gia tốc,…

 Đo các đại lượng biến thiên với tần số không lớn hơn 5Hz

Chuyển đổi điện trở-lực tenzo

Có thể thay đổi các tham số  , l, S để thay đổi R Thông thường ta chỉ quan tâm đến S và l, còn 

được coi là không đổi

R S

l

S

S l

l R

R

S S

R l

l

R

R R

Mạch đo dùng tenzo thường là mạch cầu

Một số dạng cảm biến lực trong thực tế

 Những cảm biến lực này được chế tạo với dải đo

từ vài gam đến vài chục tấn

Một số dạng cảm biến lực

 Những cảm biến lực dùng để đo lực lớn

Chuyển đổi điện từ - điện cảm

Coi tiết diện làm việc s không đổi

2

0 0

0

2 0

0 0 2

0

0 2

0 2 2

1

W R

S

s W

s

W L

s L

* Loại này thường dùng đo khoảng cách,

độ rung của các gối

đỡ các thiết bị điện

Chuyển đổi điện từ - hỗ cảm

0 0

0

2 0

0

2 1

/ 1

0 sin

ks

s k E

s K I

s W

W E

t I

i

•Sử dụng loại này an toàn hơn loại điện cảm

và độ nhạy cao hơn

•Dùng đo khoảng cách hay dao động

Chuyển đổi điện từ - áp từ

 Dựa vào sự biến đổi của độ từ thẩm, tiết diện, chiều dài làm việc của mạch từ theo lực để đo lực Chủ yếu là đo biến dạng

l s

s L

Mạch đo của chuyển đổi áp từ

B dt

dx l B E

dt

dx S

dt

d E

a a

E là suất điện động cảm ứng, x hay a là khoảng dịch

chuyển hay góc quay của chuyển đổi

Chuyển đổi nhiệt điện

 Dùng để đo nhiệt độ đối tượng

 Nguyên lí hoạt động: tham số của chuyển đổi bị biến đổi theo

nhiệt độ

 Loại thứ nhất là cặp nhiệt

 Lưu ý vấn đề hiệu chỉnh theo nhiệt độ (qui ước t2 = 0)

) (

) ( t1 f t2f

t1

t2

t2

Hiệu chỉnh cặp nhiệt theo nhiệt độ

 Thường trên đồng hồ đo nhiệt, người chế tạo ghi sẵn giá trị nhiệt độ và tan  nhiệt độ môi trường thường được xác định bởi một dụng cụ khác hoặc ước lượng Từ đó suy ra nhiệt độ thực đo theo đặc tính Các dụng

cụ đo nhiệt điện tử được ghi sẵn đặc tính hiệu chỉnh trong bộ nhớ

1

' 1

t  



0C

030



Chuyển đổi nhiệt điện trở

RTD-Resistance Temperature Detector

 Với nhiệt điện trở kim loại thường tính đến bậc 3

 Với nhiệt điện trở bán dẫn tính đến bậc cao hơn tuỳ cấp chính xác (thực tế giải tích là theo hàm mũ)

) ( )

( t R t0 at bt2 ct3

Hình ảnh của một số RTD

Đo nhiệt độ bằng phương pháp hồng ngoại

Chuyển đổi tĩnh điện – áp điện

 Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiệu ứng áp điện

 Loại này chỉ đo được lực động

y

x

F x

y d q

F d

Các ứng dụng

Loadcell

Chuyển đổi áp điện - điện dung

• The capacitance of a parallel plate is given

by:

k= dielectric constant A= area of the plate

o=8.854x10-12 F/m d= plate spacing

• Since the capacitance in inversely

proportional to the spacing of the parallel plates, any variations in d will cause a

Chuyển đổi áp điện - điện dung

dung dịch điện phân, kể cả tiếp xúc và không tiếp xúc

Một số loại cảm biến trong thực tế

Một số loại cảm biến trong thực tế

Chuyển đổi điện hóa

 1 Chuyển đổi điện hóa dùng để đo các đại lượng trong hóa học

 2 cơ sở lí thuyết: dựa trên hiện tượng hóa điện xảy ra khi cho dòng điện đi qua dung dịch điện phân hoặc do quá trình ôxy hóa khử các điện cực

 3 Hiện tượng phân li

H2SO4 KOH