Cảm Biến Oto

chương 1: Phân tích cơ sở lý thuyết chương 2 : ứng dụng của các cảm biến trong ngành cơ khí ôtô chương 3 : Kiểm tra và mô phỏng

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

PHÂN TÍCH C S LÝ THUY T

1.1 Gi i thi u chung

Ngày nay, c m bi n là thi t b c s d ng r t ph bi n trong t t c các thi t b , t

dùng trong gia ình cho n các thi t b tiên ti n và trong ó có c ngành công

nghi p ô tô Vì v y nghiên c u v c m bi n ng d ng nó cách hi u qu là v n

ang c quan tâm c bi t

1.1.1 Công d ng c m bi n

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

u vào ký hi u là m và cho u ra m t i l ng mang b n ch t i n có th o

c ký hi u là s i l ng i n s là hàm c a i l ng c n o m: s = F(m) 1.1.2 Phân lo i

C m bi n c phân lo i theo nhi u cách:

1 Theo nguyên lý chuy n i

Nguyên lý chuy n i v t lý;

Nguyên lý chuy n i hóa h c;

Nguyên lý chuy n i sinh h c

2 Theo thông s! c a mô hình m ch thay th

Dòng ch y có th là m t pha ho c nhi u pha Các dòng ch y nhi u pha th #ng có

b n ch t r t khác nhau: có th là t h p c a các pha h$i, khí, l%ng, thí d nh s" hình thành các lu ng khí do gió gây nên ho c tr #ng h p các lu ng khói b!c lên t

nh*ng ám cháy

1 1

νν

D U D U

1 U

u U

1 f U

u

=

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

Ngh+a là m t cách t ng quát, m0i i l ng không th nguyên liên quan n dòng

ch y u có th bi u di1n d (i d ng hàm s! ph thu c vào s! Reynolds c a dòng

ch y ó

Dòng ch y m t pha có th là dòng ch y theo l(p ho c dòng r!i, i u này ph thu c vào s! Reynolds Trong m t #ng !ng d2n có ti t di n tròn, dòng ch y tr thành dòng r!i n u có s! Reynolds l(n h$n 220

Trong tr #ng h p ph c t p h$n khi nhi t và kh!i l ng riêng thay i, s! thông s! c n thi t mô t m t i l ng A b sung s3 t4ng lên Thí d , v(i ch t khí có

v n t!c l(n:

Trong ó Ma = U1/c, c = 5rT là v n t!c âm v(i 5 = Cp/Cv (t6 s! gi*a nhi t dung riêng áp su t không i và th tích c! nh, trong không khí 5 =1,4) r là h/ng s!

c a ch t khí lý t ng và T là nhi t tuy t !i

Trên th"c t , các c m bi n d"a trên m t nguyên t7c ho t ng nh ng v k8 thu t thì không gi!ng nhau khi dùng cho dòng ch y là ch t khí ho c ch t l%ng Trong

b ng 1.1 gi(i thi u m t s! i m khác nhau c a hai môi tr #ng này

1 kg m

≈

ρ

PI 5 10

Khi v t trung gian là b n thân ch t l u, v n t!c c a nó xác nh áp su t ng 9U2/2,

hi u ng Doppler tác ng b i laze ho c siêu âm và th#i gian truy n qua c a m t

ng v phóng x Trong tr #ng h p này ph i s d ng các c m bi n thích h p v(i

i l ng o là áp su t, ánh sáng, siêu âm, tia phóng x

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

Khi v t trung gian là m t ph n t c a c m bi n t trong ch t l u, v n t!c c a ch t

l u s3 xác nh m t trong các c tr ng v t lý nh nhi t c a dây d2n t trong

ch t l u và nuôi b/ng dòng m t chi u, ho c t!c quay c a m t chong chóng ho c bánh xe t trong ch t l u

a) Phong k dây và phong k màng m ng

Nguyên t c ho t ng

Khi t trong dòng ch y m t dây d2n ho c m t màng m%ng có nhi t cao h$n nhi t c a ch t l u thì s3 x y ra s" trao i nhi t !i l u S" trao i nhi t ph thu c vào tính ch t v t lý c a dòng ch y, v n t!c c a ch t l u và s" chênh l ch nhi t gi*a ph n t nóng và ch t l u

Nhi t cân b/ng T0 c a dây ho c màng (c m bi n) xác nh b/ng cách o i n tr

R c a chúng i n tr này ph thu c vào nhi t l ng Joule t%a ra và v n t!c c a

ch t l u

Trên hình 1.1 bi u di1n các d ng dây d2n và các lo i màng m%ng th #ng s d ng

o v n t!c dòng ch y Các kim lo i dùng cho m c ích này c n có h s! nhi t i n

tr R cao Thí d : o v n t!c dòng ch y trong ch t khí dùng dây platin và wonfram

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

N u gi thi t s" trao i nhi t ch' x y ra do hi n t ng !i l u c a ch t l u nhi t

Ta thì công su t trao i c bi u di1n b i bi u th c:

Pc = h.Sl.(T – Ta) (1.7) Trong ó h là h s! trao i nhi t và Sl là di n tích m t xung quanh c a c m bi n

!i v(i dây d2n Sl = ;Dl, D là #ng kính và l là chi u dài !i v(i màng m%ng

Sl = 2;Dl, D là chi u r ng và l là chi u dài

Khi có cân b/ng nhi t, Pj = Pc , ngh+a là:

S o

1 Ch dòng không i

Trong tr #ng h p này dòng ch y qua dây d2n c gi* giá tr không i

I = const (b/ng cách dùng ngu n dòng) Vì công su t nhi t trao i ph thu c vào

v n t!c U nên n u U thay i thì nhi t c,ng thay i theo M c khác i n tr R

ph thu c vào nhi t , ngh+a là i n áp u ra c,ng ph thu c vào nhi t S$ nguyên lý m ch o dùng dòng không i c bi u di1n trên hình 1.2

Hình 1.2 S o trong ch dòng không i

1 I(

u

Hình 1.4 Phong k ion: a) nguyên lý c u t o; b) m ch o

Hình 1.3 S o trong ch nhi t không

i

U

I 1

I 2

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

u o g m m t dây d2n có i n th cao, xung quanh nó là b!n i n c"c góp Dây

d2n c t sao cho h (ng c a nó vuông góc v(i h (ng c a dòng ch y

Trong không khí g n s i dây cao áp luôn có các ion, thí d ion (H2O)nH+ T!c

di chuy n c a các ion này gi*a các i n c"c t6 l v(i l(n c a i n tr #ng Khi không khí ng yên, dòng i n o các i n c"c b/ng nhau Khi không khí chuy n

2 1

2 1 I I

I I +

−

=

σ

Phong k ion c s d ng o t!c gió có giá tr n/m trong kho ng t 0 n

10 m/s Trong vùng giá tr này c a t!c , áp ng c a c m bi n c coi là tuy n tính

!i v(i dây #ng kính 100 :m dài 2 cm c bao quanh b i các i n c"c góp

#ng kính 1,2cm và n/m cách dây m t kho ng b/ng 1 cm, t c tuy n tính cao, c n t i n áp kho ng 6000 V trên dây d2n Dòng i n trong i n c"c góp

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

tìm ph $ng trình cân b/ng ta xét hai bán c u 1 và 3 t vuông góc v(i v n t!c U

c a dòng ch y và coi l"c tác d ng lên hai bán c u 2 và 4 là nh nhau Các bán c u 1

và 3 có v n t!c th.ng v và -v, th#i i m ang xét chung cùng h (ng v(i v n t!c

U c a dòng ch y L"c c n !i v(i các bán c u:

1 2

X X

C C

C C

U

′

−

′ +

Dùng c m bi n quang i n: khi cánh qu t quay nó s3 che ánh sáng, t o nên xung i n

Dùng m ch o thích h p o t ng s! ho c i n áp

Tr (c khi o ph i chu)n u o b/ng m t trong hai cách: t u o trong dòng

ch y có v n t!c ã bi t tr (c ho c di chuy n u o v(i t!c quy nh tr (c trong

n (c ng yên

Ph m vi o c a u o cánh qu t khác nhau !i v(i các ch t l u Trong không khí

d i o n/m trong kho ng t 0,1 ên 30 m/s, trong ch t l%ng t 0,05 n 10 m/s

Hình 1.6 o t c gió b ng u o chong chóng

Khi cho o n dây M1M2 chi u dài l chuy n ng t nh ti n trong tr #ng c m ng t

Bv(i v n t!cU trong kho ng th#i gian dt, có th vi t bi u th c cho các i l ng c$ b n sau ây:

Di n tích c7t:

Ho c d (i d ng vect$:

dt U l

T thông b c7t :

dt S B

Hình 1.7 S d ch chuy n c a m t o n dây d n trong tr ng c m ng t

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

Hình 1.8 L u l ng k i n t

Su t i n ng c m ng:

l U B dt

Trên th"c t v n t!c thay i tu> v trí c a i m trên bán kính !ng, nh ng nó phân

b! !i x ng quanh tr c c a !ng, cho nên U o c là v n t!c trung bình c a dòng

ch y Trong nh*ng i u ki n nh v y, tín hi u e t' l v(i l u l ng

C u t o c a c m bi n

T tr #ng 10-3÷ 10-2 T c t o ra b/ng cách dùng hai cu n dây t hai phía c a

#ng !ng #ng !ng d2n làm b/ng v t li u không t tính, m t bên trong !ng

c ph ch t cách i n Hai i n c"c l y tín hi u t hai u #ng kính vuông góc v(i #ng s c c a t tr #ng Các cu n dây c nuôi b/ng ngu n xoay chi u

L u l ng k lo i này có c u t o g m m t phao nh% t trong !ng th.ng ng hình nón

A tr ng thái cân b/ng phao ch u tác d ng c a ba l"c ch y u là l"c )y Archimede,

l"c c n và tr ng l ng Tr ng thái cân b/ng này c bi u di1n b i ph $ng trình:

gV SU

Hình 1.9 S nguyên lý c u t o c a l u l ng k phao n i

Khi xác inh theo ng =ng, c m bi n a ra tín hi u d ng nh phân cho bi t thông tin v tình tr ng hi n t i m c ng =ng có t hay không

V trí c a phao c xác nh sao cho v n t!c c a U c bi u di1n b i bi u th c (t i u ki n cân b/ng c a các l"c tác d ng lên phao) :

gV U

Nên s" thay i c a #ng kính !ng r t nh% thì trên th"c t bi u th c c a Q s3 là:

Kz C

gV az Q

(1.30)

o l u l ng, cách $n gi n nh t là chia tr"c ti p trên !ng th y tinh ti n

x lý k t qu o, có th n!i phao v(i m t chi c c n nh% có liên h c$ v(i lõi c a

bi n th vi sai chuy n tín hi u c$ thành tín hi u i n Tín hi u i n này s3 t6 l

v(i l u l ng c n o

L u l ng k lá ch n

L u l ng k dùng lá ch7n bi u di1n trên hình 1.10 Lá ch7n ch u l"c tác ng c a dòng ch y, tr ng l ng và ph n l"c c a lò xo V trí cân b/ng c a lá ch7n ph thu c vào l u l ng c a ch t l u Tín hi u c$ trong tr #ng h p này có th chuy n thành tín hi u i n b/ng cách dùng i n k có tr c g7n li n v(i tr c c a lá ch7n &u i m

c a l u l ng k dùng lá ch7n là rC ti n và ch7c ch7n

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

L u l ng k kh i l ng nhi t

L u l ng k kh!i l ng nhi t có c u t o g m m t !ng d2n b/ng kim lo i m nh có

#ng kính nh% Phía ngoài c a !ng kim lo i c cu!n m t s i dây !t b/ng i n

tr chính gi*a, hai c m bi n nhi t o T1 th ng ngu n ( u vào) và T2

h l u ( u ra) c t hai phía c a s i !t và !i x ng v(i nhau qua s i !t Khi không có dòng ch y l u l ng b/ng không (Q = 0), s" truy n nhi t ra hai phía c a

s i !t là nh nhau, hi u ng nung nóng s3 !i x ng và trong tr #ng h p này T1 = T2 Khi l u l ng khác không, T1 gi m và T2 t4ng S" khác nhau gi*a T1 và T2 (DT = T1- T2) t6 l v(i l u l ng Q

Trên hình 1.11c bi u di1n c u t o c a l u l ng k kh!i l ng nhi t Các c m

bi n nhi t có th là c p nhi t ho c nhi t k i n tr N u là hai i n tr nhi t

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

thì chúng làm thành hai nhánh k nhau c a c u Wheatstone, hai nhánh khác là hai

i n tr có giá tr không i i n áp không cân b/ng trên c u s3 là tín hi u o

Tr #ng h p trên hình v3, ch c n4ng nung nóng và o DT th"c hi n b/ng hai i n

Khi xác inh theo ng =ng, c m bi n a ra tín hi u d ng nh phân cho bi t thông tin v tình tr ng hi n t i m c ng =ng có t hay không Thí d , n u phát hi n th y

m c cao thì c m bi n s3 phát ra tín hi u ng ng vi c ch t l u vào bình ch a Khi phát hi n th y ng =ng th p, tín hi u s3 phát l nh ng ng vi c hút ch t l u t bình ch a m b o m c d" tr* t!i thi u Thông th #ng ng #i ta hay k t h p c hai lo i u o phát hi n ng =ng cao và ng =ng th p t" ng hóa quy trình cung

ph i b/ng ho c l(n h$n m c cao nh t c a ch t l u Hình tr này c treo trên m t

c m bi n o l"c Trong quá trình o c m bi n ch u s" tác ng c a m t l"c F t6 l

v(i chi u cao c a ch t l%ng:

Trong ó p, S và h là tr ng l ng, ti t di n m t c7t ngang và chi u cao ph n ng p trong

ch t l%ng c a hình tr , 9 là kh!i l ng riêng c a ch t l%ng, g là gia t!c tr ng tr #ng

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

S! h ng th hai 9gSh trong bi u th c là l"c )y Archimede tác d ng lên hình tr Tín

hi u do c m bi n cung c p s3 t6 l v(i h – m c ch t l u còn l i trong bình

Cách th ba: s d ng c m bi n áp su t vi sai t áy c a bình ch a T i áy bình

l ch gi*a p và p0 nên hai m t c a màng ch u hai l"c tác ng khác nhau làm cho nó

b bi n d ng S" bi n d ng này s3 cung c p tín hi u c$ c chuy n i thành tín

hi u i n có l(n t6 l v(i chi u cao h c a ch t l%ng trong bình ch a

b) Ph ng pháp i n

ây là ph $ng pháp ph i s d ng n các c m bi n c thù Các c m bi n này chuy n i tr"c ti p m c thành tín hi u i n Tuy th , yêu c u t ra là u o ph i

ph thu c vào d2n c a ch t l u

Trong ch phát hi n theo ng =ng, i n c"c ng7n và t theo ph $ng n/m ngang,

v trí c a m0i i n c"c t $ng $ng v(i m t m c ng =ng Khi m c ch t l%ng t t(i i n c"c, dòng i n I có biên không i

C m bi n t i n

Khi ch t l%ng là ch t cách i n, có th t o t i n b/ng hai i n c"c hình tr (ho c

m t i n c"c k t h p v(i thành bình kim lo i c a bình ch a)

Ch t i n môi gi*a hai i n c"c là ch t l%ng ph n ng p và không khí ph n khô

Vi c o m c ch t l u c chuy n thành o i n dung c a t i n i n dung này thay i theo m c ch t l u trong bình ch a i u ki n c n thi t áp d ng ph $ng pháp này là h/ng s! i n môi c a ch t l u ph i l(n h$n h/ng s! i n môi c a không khí, thông th #ng là g p ôi

Trong tr #ng h p ch t l u d2n i n, ch' c n s d ng m t i n c"c bên ngoài có ph

v t li u cách i n, l(p ph óng vai trò l(p i n môi c a t , còn i n c"c th hai chính là ch t l u

Hình 1.13 C m bi n d n o m c ch t l u: a) s hai i n c c;

b) s m t i n c c; c) phát hi n theo m c

h

h

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

c) Ph ng pháp dùng b c x

&u i m c a ph $ng pháp b c x là cho phép o mà không c n ti p xúc v(i ch t

l u &u i m này r t thích h p khi o m c ch t l u nh*ng i u ki n kh7c nghi t

nh nhi t cao, áp su t cao ho c khi ch t l u có tính 4n mòn m nh

1.4.2 C m bi n o áp su t ch t l u

Áp su t tác ng nh m t bi n s! trong các hi n t ng liên quan n ch t l%ng ho c

ch t khí, do v y nó là thông s! quan tr ng trong nhi u l+nh v"c nh nhi t ng h c, khí ng l"c h c, âm h c, c$ h c ch t l%ng, c$ h c t, lý sinh…

Trong s! các ngành công nghi p khác nhau, các c m bi n áp su t c ng d ng nhi u nh t trong l+nh v"c công nghi p n4ng l ng ó là vì trong các thi t b cung

c p n4ng l ng th y l"c, nhi t h t nhân, c n ph i o và theo dõi áp su t m t cách liên t c, n u áp su t v t quá gi(i h n ng =ng nó s3 làm h%ng bình ch a và #ng

!ng d2n, th m chí có th gây n0 làm thi t h i nghiêm tr ng n c$ s v t ch t và tính m ng con ng #i

Áp su t là thông s! quang tr ng can thi p vào vi c ki m tra và i u khi n các b

ph n máy móc t" ng ho c do con ng #i i u khi n o áp su t c,ng óng vai tr áng k trong ho t ng c a ng #i máy Trong tr #ng h p này áp su t c o m t cách tr"c ti p trong các b khiên ch ho c gián ti p thay th cho xúc giác c a con ng #i (nh da nhân t o) khi c n xác nh hình d ng hay l"c c m n7m các v t

T t c các ho t ng nói trên u c n n nhi u công c trong ó c m bi n áp su t

là m7c xích u tiên Các c m bi n này s3 cung c p d* li u liên quan n áp su t

Hình 1.14 o m c ch t l u b ng b c x gama

Detector

n b

x lý

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

c a khí nén, h$i n (c, d u nh#n ho c c a các ch t l%ng khác nh/m xác nh s" v n hành c a các c$ c u, h th!ng, máy móc

Trên th"c t , các nhu c u o áp su t r t a d ng òi h%i các c m bi n o áp su t

su t ch t l u s3 gi(i thi u v áp su t và $n v o áp su t

1.4.2.1 Áp su t và n v o áp su t

N u cho m t ch t l%ng ho c ch t khí (g i chung là ch t l u) vào trong m t bình

ch a nó s3 gây nên l"c tác d ng lên thành bình g i là áp su t Áp su t này ph thu c vào b n ch t c a ch t l u, th tích mà nó chi m tr (c và sau khi a vào bình

Bi u th c p = dF/ds c,ng ng th#i xác nh $n v c a gia t!c Trong h SI,

1 pascal (Pa) t $ng $ng v(i áp su t ng d ng o l"c 1 newton (N) tác d ng lên

b m t ph.ng có di n tích b/ng 1m2 Áp su t 1 Pa t $ng !i nh%, vì th trong o

c công nghi p ng #i ta th #ng s d ng $n v áp su t là bar (1 bar = 105Pa)

Vi c o áp su t c a ch t l u không chuy n ng d2n n phép o l"c F tác d ng lên

di n tích s c a thành bình phân chia hai môi tr #ng, trong ó m t môi tr #ng ch a

c n o và s" thay i c a nó theo th#i gian

Trong cách o trích l y áp su t qua m t l0 nh% ph i s d ng m t c m bi n t g n sát thành bình Sai s! c a phép o s3 nh% v(i i u ki n là th tích ch t c a kênh d2n và c a

2 cm

kg atmosphe Cm c t

n (c mm Hg mbar

1 pascal 1 10 -5 1,02 10 -5 0,9869 10 -5 1,02 10 -5 0,75 10 -5 10 -2

1 bar 10 5 1 1,02 0,9869 1020 750 1000 1kg/cm 2 98 10 3 0,980 1 0,986 1000 735 980

1 atmosphe 101325 1,013 1,033 1 1033 760 1013 1gam/cm 2 98 98 10 -5 10 -5 0,968 10 -3 1 0,735 0,98 1mmHg 133,3 13,33 10 -4 1,36 10 -3 1,315 10 -3 136 10 -3 1 1,333 1mbar 100 1 10 -3 1,02 10 -3 0,9869 10 -3 1,02 0,750 1

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

Trong tr #ng h p o tr"c ti p, ng #i ta g7n lên thành bình các c m bi n o ng

su t o bi n d ng c a thành bình Bi n d ng này là hàm c a áp su t Ngoài ra

c,ng có th dùng m t !ng c bi t có kh n4ng bi n d ng d (i tác d ng c a áp su t làm v t trung gian Khi o áp su t trong m t #ng !ng d2n ch t l u, ng #i ta

t m t áp k d ng !ng n!i ti p v(i #ng d2n kh o sát B/ng cách ch n v t li u thích h p, có th s d ng !ng trong tr #ng h p có bi n d ng l(n và t4ng nh y

th ch p nh n c C m bi n d ng !ng b t kín có th tích ch t c= vài cm3 nh ng trên th"c t th tích này không thay i vì bi n d ng c a !ng r t nh%

Ng #i ta c,ng có th s d ng v t trung gian là màng m%ng o áp su t Khi ó s" khác nhau v áp su t gi*a hai m t c a màng s3 t $ng ng v(i l"c t ng c ng F tác

ng lên màng và v(i bi n d ng c a nó (xác nh m i i m theo #ng kính, theo

ti p tuy n ho c i m gi*a c a màng) nh bi u di1n trên hình 1.16

Hình 1.15 C m bi n o áp su t dùng ng b t kín m t u

c m bi n

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

2

2 2 2

3

3 1 16

p z

p R f

b dày càng nh% nh y c a màng c,ng t4ng khi bi n d ng t4ng lên Hi n t ng

tr do bi n d ng không ph i là àn h i tuy t !i s3 nh h ng n tuy n tính c a màng M t khác, khi t6 s! R/e t4ng s3 làm cho t n s! riêng c a màng gi m i B i

v y, thông th #ng t6 s! R/e c ch n dung hòa hai y u t!, m t m t là ng l"c

mà màng có th ch u "ng c và m t khác cho t n s! riêng c a màng càng l(n càng t!t Trên th"c t s" l"a ch n này ph thu c vào c tính c a v t li u ch t o màng và công ngh x lý nhi t ã áp d ng cho nó

Ngoài d ng !ng hình tr và màng ph.ng, v t trung gian dùng o áp su t ch t l u

có th là màng d ng sóng, piston k t h p v(i lò so, áp k giãn n=, !ng xi phông

Hình 1.16 Bi n d ng c a màng hình tr c óng khung theo chu vi

p

f

e

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

(d ng x p thành n p), !ng hình cong b t m t u…Tùy t ng tr #ng h p c th mà

ng #i ta ch n v t trung gian cho thích h p v(i áp su t c n o

b) Ch t l u chuy n ng

Khi nghiên c u ch t l u chuy n ng c n ph i tính n ba d ng áp su t cùng t n

t i: áp su t t+nh (ps) c a ch t l u không chuy n ng, áp su t ng (pd) do chuy n

ng v(i v n t!c v c a ch t l u gây nên và áp su t t ng c ng pt là t ng c a hai áp

su t trên:

Áp su t t+nh ps c o b/ng m t trong các ph $ng pháp v a trình bày Áp su t

ng tác d ng lên m t ph.ng t vuông góc v(i dòng ch y s3 làm t4ng áp su t t+nh

và có giá tr t6 l v(i bình ph $ng v n t!c, ngh+a là:

2

2 v

pd ρ

=

(2.9) Trong ó 9 là kh!i l ng riêng c a ch t l u

Vi c o các áp su t này trong ch t l u chuy n ng có th c th"c hi n b/ng cách n!i v(i hai u ra c a ông Pitot hai c m bi n, m t c m bi n o áp su t t ng

c ng và m t c m bi n o áp su t t+nh Khi ó áp su t ng s3 là hi u c a áp su t

t ng c ng và áp su t t+nh

Có th trang b tr"c ti p m t 4ng ten là !ng Pitot v(i hai c m bi n áp su t kích

th (c nh% o áp su t ng Các màng c a hai c m bi n này c t sao cho

m t màng vuông góc v(i dòng ch y và màng th hai song song v(i tr c c a !ng Trong m t lo i !ng $n gi n h$n áp su t t+nh c o b/ng cách khác: ng #i ta t

Hình 1.17 o áp su t ng b ng ng Pitot

c ng (là t6 s! gi*a l"c tác d ng và d ch chuy n) và t n s! riêng c a nó nh y

t6 l ngh ch v(i c ng r trong khi t n s! riêng fo l i t4ng khi c ng t4ng lên:

M

r f

d ng càng kém S" gi m nh y này n m t m c nào ó s3 làm cho tín hi u

y u i so v(i nhi1u và làm sai l ch k t qu o áp su t c a ch t l u

!i v(i m0i lo i v t trung gian t n t i m t m!i quan h b t bi n gi*a kh!i l ng M,

nh y S và t n s! riêng fo: MSfo = const Thí d , trong các tr #ng h p c th , m!i quan h này s3 là MSfo =0,043 !i v(i màng hình tròn, và MSfo =0,25 !i v(i v t trung gian d ng thanh dài c! nh hai u Trong m i tr #ng h p, c ng, nh y

và d ch chuy n có liên quan n ng l"c c"c i mà v t trung gian có th ch u "ng

c Fng l"c này ph thu c vào v t li u ch t o v t trung gian Vi c l"a ch n v t

C m bi n áp su t vi sai dùng i n th k chuy n i tín hi u c bi u di1n trên

hình 1.19 Con ch y c a i n th k c n!i v(i bu ng giãn n sao cho bi n d ng

c a v t trung gian này kéo theo d ch chuy n x c a con ch y

!i v(i i n th k có i n tr t ng Rn c nuôi b/ng su t i n ng es, i n th gi*a con ch y và m t u c a i n tr c bi u di1n b/ng bi u th c:

( )

n s m

R

x R e

V =

Trong ó R(x) là i n tr gi*a con ch y và m t u c a i n tr t ng N u có s" t6

l thu n gi*a áp su t p c n o và biên d ng c a v t trung gian, gi*a bi n d ng c a

v t trung gian v(i d ch chuy n x c a con ch y và gi*a d ch chuy n c a con ch y v(i

Tín hi u u ra: c= m t vài vôn

&u i m c a c m bi n lo i này là tín hi u ra l(n, có th s d ng k t h p v(i b khuy ch i và có kh n4ng thích ng v(i s" thay i không tuy n tính Nh c

m c a c m bi n là th#i gian s d ng b h n ch và nh y v(i rung ng

C m bi n áp tr

C m bi n c ch t o trên silic lo i N &u i m c a v t li u này là khi d ng

$n tinh th nó có tính àn h i t!t nên hi u ng tr c$ h c r t nh% và có th b% qua H$n n*a ây là v t li u bán d2n nên có th dùng làm ch t o c m biên b/ng

k8 thu t khuy ch tán planar S$ nguyên lý c a c m bi n áp tr c bi u di1n trên hình 1.26 Trong c m bi n này, silic lo i N m b o vi c chuy n i áp su t tác ng lên nó thành ng su t n i Các t p ch t lo i P c khuy ch tán vào nh*ng vùng có nh h (ng so v(i tr c tinh th sao cho m b o nh y t!t nh t b/ng cách

k t h p các ng l"c sinh ra do bi n d ng silic Trên hình 1.20b là tr #ng h p màng nh h (ng (100) có g7n b!n c m bi n, trong ó hai c m bi n t tâm theo

h (ng (110) và hai c m bi n khác t g n bên t o thành v(i h (ng (100) m t góc

b/ng 600 V(i cách t c m bi n nh v y, s" thay i c a i n tr theo ng su t n i

!i v(i hai c p c m bi n s3 b/ng nhau nh ng có d u ng c nhau:

R R R

c vi t l i d (i d ng:

nh y c a c m bi n áp tr ph thu c vào l(n c a áp su t c n o !i v(i d i

áp su t th p, nh y c a c m bi n thay i trong kho ng t 0,1 n 3 mV/mbar

ph thu c vào d ng hình h c c a màng và c #ng dòng i n Trong d i áp su t t hàng tr4m mbar n hàng tr4m bar, nh y thay i t trong kho ng 0,2 n 12,5 mV/bar (t $ng $ng v(i tín hi u u ra t 100 n 300 mV)

C m bi n áp tr lo i khuy ch tán có th làm vi c trong d i nhi t t -40 oC n

125 oC ph thu c vào t6 l pha t p Ng #i ta c,ng có th bù tr nh*ng thay i nhi t c a i n tr (c a c m bi n) b/ng cách a thêm vào b i u hòa m t thi t b

hi u ch'nh c i u khi n b/ng u o nhi t JT t trong màng (hình 1.20)

C m bi n áp su t dùng áp tr khuy ch tán tr"c ti p trên v t trung gian có tuy n tính và tr n/m trong kho ng t ± 0,2 n ± 2% c a d i o, phân gi i t!t h$n 0,1% và chính xác t 0,1 n 0,5% nhanh ph thu c vào t n s! riêng c a màng T n s! này ph thu c vào #ng kính và b dày c a màng và thay i trong kho ng t 50 kHz n 1 MHz

&u i m c a c m bi n lo i này là tín hi u ra t $ng !i l(n, kích th (c nh% và kh!i

l ng không áng k Trên th"c t có th ch t o các màng có #ng kính c= mm, không nh y c m v(i rung ng và va ch m m nh

b) Chuy n i b ng hi u ng áp i n

Khi s d ng v t trung gian là m t c u trúc áp i n, ng #i ta có th chuy n i tr"c

ti p ng l"c d (i tác ng c a l"c F (do áp su t ch t l u gây nên) thành tín hi u

i n Q Thí d , n u t o i n c"c kim lo i trên m t phi n m%ng c7t t tinh th th ch anh theo h (ng vuông góc v(i m t trong ba tr c i n r i tác d ng lên nó m t l"c c$

h c (thí d l"c nén) thì s3 x y ra hi n t ng phân c"c i n: trên các b n c"c kim

lo i xu t hi n các i n tích Q i n tích này t6 l v(i l"c tác d ng:

Trong ó k là h/ng s! áp i n và F là l"c tác ng Trong tr #ng h p th ch anh,

k = 2,32.10-12 culong/newton

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

C u trúc c a ph n t áp i n d ng !ng cho phép t4ng i n tích b/ng cách $n gi n hóa ki u k t h p các ph n t !i v(i c u trúc lo i này, i n tích trên các b n c"c

c tính t bi u th c:

2 2

4 d D

dh kF Q

−

=

(2.18) Trong ó d và D là #ng kính trong và ngoài c a !ng, h là chi u cao c a ph n ph kim

lo i ng c làm b/ng cách k t h p hai ph n t phân c"c ng c v(i m t !i x ng

Các c m bi n áp i n có th c gi m thi u kích th (c m t cách d dàng Trong

tr #ng h p !ng d ng hình tr có th gi m #ng kính xu!ng vài milimet

D i áp su t o c c a c m bi n áp i n n/m trong kho ng t vài mbar n hàng ngàn bar nh y c a c m bi n thay i trong kho ng t 0,05 pC/bar n 1pC/bar

ph thu c vào hình d ng c a ph n t áp i n và d i o tuy n tính thay i trong

ph m vi t ÷0,1 n ÷1% c a d i o v(i tr1 nh% h$n 0,0001% và phân gi i 0,001% l(n c a tín hi u u ra thay i t 5 n 100mV

&u i m c a c m bi n áp su t dùng chuy n i tín hi u b/ng áp i n là áp ng t n s! r t t!t, thích h p o áp su t thay i nhanh, kích th (c nh%, ít nh y c m v(i gia t!c và không c n ngu n nuôi c m bi n

Nh c i m c a c m bi n lo i này là nh y c m v(i thay i c a nhi t và c n s

d ng cáp n!i c bi t

c) Chuy n i b ng dao ng c i n

Trong các c m bi n dùng chuy n i b/ng dao ng c$ i n, b ph n dao ng là

m t ph n t dao ng c$ có t n s! ph thu c vào l"c tác d ng lên nó L"c do áp su t

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

gây nên có th tác ng tr"c ti p ho c gián ti p lên ph n t dao ng Nó làm thay

i t n s! dao ng c$ và do v y làm bi n thiên t n s! do b dao ng phát ra

Thông th #ng b dao ng bao g m m t v t trung gian ch u tác ng c a áp su t

c n o k t h p v(i m t ph n t dao ng c$ h c ây là tr #ng h p dây ho c lá thép dao ng c c4ng gi*a m t i m c! nh và m t i m khác n/m trên màng

ho c !ng xiphông (hình 1.28 a,b)

Các dao ng c duy trì nh# hai cu n dây Khi ph n t dao ng b/ng thép dao

ng v(i t n s! f, nó làm cho t tr c a m ch bi n thiên tu n hoàn và gây nên m t

i n th c m ng cùng t n s! trong cu n o i n th này c khuy ch i nuôi

cu n kích t o dao ng

T n s! f c a dao ng c$ ph thu c vào ba y u t!:

Hình d ng và kích th (c (chi u dài l và ti t di n s m t c7t ngang) c a

f

2

ng khi áp su t tác ng b/ng p; A,B,C là các h/ng s! c a c m bi n

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

Trên hình 1.22a bi u di1n c m bi n d ng o áp su t ch t l u trong các khe hGp

Áp su t c truy n qua ph n t x!p làm cho kh!i àn h i b bi n d ng d c và do

v y làm thay i s c c4ng c a dây và t n s! dao ng c a nó Các d i o có th thay i trong nh*ng kho ng giá tr khác nhau: 0 ÷ 2, 0÷ 5, 0 ÷ 10 và 0÷ 20 bar chính xác c a c m bi n c= 0,3% v(i phân gi i b/ng 0,1%

Trên hình 1.22b bi u di1n c m bi n o áp su t tuy t !i dùng ph n t dao ng là lá thép Nó c ng d ng nhi u trong k8 thu t hàng không Trong c m bi n này, !ng xiphông kín ã c hút chân không ( làm áp su t so sánh gây nên l"c c4ng lá thép dao ng.Giá tr c a áp su t c tính t giá tr c a t n s! và nhi t D i áp

su t o c a c m bi n n/m trong kho ng t 0 n 3000 mbar chính xác thay i trong ph m vi t ÷0,01 n ÷ 0,02% ph thu c vào giá tr c a áp su t o

áp su t

!ng xi phông

chân không

nh d ng tín hi u

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

&u i m c a c m bi n dùng dây, lá và !ng dao ng là o theo t n s!, l p l i, phân gi i và chính xác cao Tuy v y nh c i m c a lo i c m bi n này là s" không tuy n tính, d i thông hGp và nh y v(i nhi t , dao ng và va ch m

d) Ph ng pháp tranzito áp i n

Trong các tranzito áp i n NPN, khi dùng m t m,i nh n tác d ng l"c F lên êmit$,

d2n c a vùng chuy n ti p emit$-baz$ có th b thay i Ng #i ta ã ng d ng

hi u ng này o áp su t ch t l u: trong m ch khuy ch i s d ng m t trong nh*ng tranzito lo i này, tín hi u i n u ra t6 l v(i l"c tác d ng Trên hình v3

bi u di1n m t c m bi n áp su t ch t l u trong ó s d ng m t màng g7n v(i m t m,i nh n tác ng lên emit$ c a m t tranzito áp i n

Các c m bi n d ng tranzito áp i n có th o áp su t ch t l u có giá tr n/m trong kho ng t m t vài milibar n 1,5 bar !i v(i i n áp nuôi b/ng 10 V, nh y trung bình t 0,1 V/mbar

1.4.3 C m bi n o chân không

1.4.3.1 D i chân không và các lo i chân không k

Theo truy n th!ng ng #i ta chia chân không thành b!n d i t $ng $ng v(i b!n vùng áp su t Trong m0i d i, m t s! c tr ng và tính ch t c a ch t khí có th thay

i khác nhau T $ng ng v(i m0i d i chân không có m t lo i c m bi n d"a trên

m t tính ch t c bi t c a ch t khí trong d i ó Trong b ng li t kê các d i áp su t chân không

Các c m bi n o chân không c chia thành ba nhóm chính:

C m bi n dùng hi u ng c$

a) Chân không k d ng ng Bourdon

V t trung gian trong tr #ng h p này là m t !ng tròn ho c dGt có thành m%ng, làm b/ng kim lo i ho c th ch anh và c u!n d ng lò so xo7n !c Ph n trong c a !ng

c n!i thông v(i th tích c n o áp su t, phía ngoài c a !ng là không khí ho c môi tr #ng khép kín có áp su t không i ã bi t tr (c (g i là áp su t chu)n hay áp

su t so sánh) N u môi tr #ng bên ngoài là !ng chân không (~10-1 Pa) thì c m bi n

Chân không cao

Chân không siêu cao

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

Màng m%ng th #ng là các lá làm b/ng thép không r' ho c h p kim inconel, Pd,

ho c silic ã c gia công gi m tr c$ h c c a chúng

~0,5% và phân gi i 10-6, th#i gian áp ng n/m trong kho ng 20 ÷ 50 µs

&u i m c a các u o chân không dùng c m bi n áp tr là có th s d ng chúng trong môi tr #ng 4n mòn o áp su t tuy t !i ho c áp su t t $ng !i Th tích

ch t và th tích ng c a chúng nh%, th tích ch t c= vài cm3 và th tích ng c=

ph n m #i mm3

C m bi n t i n

C u t o c a c m bi n t i n g m m t màng M hình tròn làm b/ng kim lo i ph.ng,

c c4ng theo chi u bán kính gi m tr c$ h c Màng này óng vai trò là m t

i n c"c và ng4n cách hai môi tr #ng (môi tr #ng c n o áp su t px và môi tr #ng

có áp su t chu)n pr so sánh), hai b n i n c"c A1 và A2 t trong hai môi tr #ng khác nhau và !i x ng nhau qua M (hình 1.24a)

S" bi n d ng c a màng d (i tác d ng c a chênh l ch áp su t p = px – pr t $ng

$ng v(i d ch chuy n d c a tâm màng M d ch chuy n này t6 l v(i p Bi n d ng

c a màng làm gi m i n dung C1 gi*a A1 và M và t4ng i n dung C2 gi*a M và A2

ho c ng c l i ph thu c vào d u c a p C1 và C2 t o thành t vi sai và c kích

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

thích b/ng m t bi n th có i m gi*a n!i t d (i i n áp xoay chi u

t E

e = ± cosω

± (thí d ,E = 1,5 V, f = ω/2 = 10 kHz).

Tín hi u ra Vm l y tr"c ti p t màng, theo s$ m ch i n hình 11.2b c bi u di1n b/ng bi u th c:

2 1

2 1 C C

C C e

Vm

+

−

Khi có bi n d ng gây nên d ch chuy n d c a tâm màng so v(i v trí ban u, các

i n dung C1 và C2 t6 l (t $ng ng) v(i 1/(D0+d) và 1/(D0-d), cho nên tín hi u i n

s3 b/ng:

t D

d E D

d e

0 0

−

=

−

Vm t6 l v(i d ch chuy n d c a tâm màng, do ó nó t6 l v(i áp su t vi sai

Ph m vi o c a c m bi n t i n n/m trong kho ng 10-2÷10-6 Pa C m bi n này cho chính xác cao (0,1÷0,3%), sai l ch tuy n tính nh% (0,02%)

Nh c i m c a c m bi n !i x ng là ch0 trong tr #ng h p o áp su t c a môi

tr #ng 4n mòn, i n c"c có th b h%ng Ngoài ra, ho t ng c a c m bi n có th b sai l ch n u nh trong môi tr #ng o xu t hi n ch t khí có d2n cao Vì hai lý do trên, ng #i ta a ra m t c u trúc khác trong ó c hai t C1 và C2 u n/m trong cùng m t môi tr #ng (hình 1.25)

Trong tr #ng h p này, hai i n dung C1 và C2 thay i cùng chi u, tuy nhiên s" thay i c a chúng không nh nhau vì các b n c"c A1 và A2 c b! trí không !i

x ng v(i tr c c a màng Tín hi u i n t $ng ng v(i s" thay i khác nhau c a C1

và C2 không ph thu c vào h/ng s! i n môi c a ch t khí, ngay c trong i u ki n

áp su t cao, )m l(n, ho c có h$i c a ch t h*u c$, ch t b ion hóa và phóng x

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

M ch o và i n áp nuôi dùng cho c m bi n này gi!ng nh tr #ng h p t i n !i

x ng Các c tr ng c,ng t $ng t" nh tr #ng h p tr (c Khi s d ng o áp su t tuy t !i, c m bi n c óng kín phía các t i n

1.4.3.3 Chân không k nhi t

Nguyên lý chung c a chân không k nhi t d ng dây nóng là d"a trên hi n t ng thay i d2n nhi t c a ch t khí khi áp su t thay i trong kho ng 103 ÷ 10-1 Pa

S truy n nhi t trong ch t khí

M t s! tính ch t c a ch t khí nh nh(t, d2n nhi t có liên quan n s" truy n

n4ng l ng và s" v n chuy n kh!i Do các quá trình truy n n4ng l ng di1n ra thông qua va ch m gi*a các phân t cho nên các tính ch t nêu trên s3 ph thu c vào giá tr

t $ng !i c a quãng #ng t" do c a các phân t , t c là ph thu c vào áp su t

N u trong ch t khí xu t hi n gra ient nhi t theo m t h (ng nào ó (thí d h (ng Ox) thì s3 xu t hi n lu ng nhi t Q theo h (ng ng c l i sao cho

dt

dT K

Q = −

Trong ó K là h s! d2n nhi t c a ch t khí Khi quãng #ng t" do trung bình r t nh% so v(i kho ng cách l t ngu n phát nhi t (thành nóng) n n$i thu nhi t (thành ngu i) << l , h s! K không ph thu c vào áp su t

Khi quãng #ng t" do t4ng λ≈(10 − 3 ÷ 10 − 2)l t $ng $ng v$i áp su t 103 Pa, h s!

d2n nhi t b7t u ph thu c vào áp su t và gi m theo p Khi H @ l, h s! K t6 l v(i

áp su t

D"a vào tính ch t trên ây ng #i ta ã ch t o ra c m bi n chân không d ng dây nóng hay còn quen g i là chân không k nhi t

Nguyên t c ho t ng c a chân không k nhi t là:

Ph n t c$ b n c a chân không k nhi t là m t s i dây kim lo i c !t nóng b/ng

hi u ng Joule t trong m t !ng hình tr ng tâm, m t ngoài !ng ti p xúc v(i môi

tr #ng và th tích bên trong c a !ng thông v(i áp su t c n o (hình 1.26)

Nhi t c a s i !t ph thu c ch y u vào s" m t nhi t do d2n nhi t trong ch t khí S" m t nhi t này càng l(n khi áp su t càng cao Trên th"c t , công su t cung

c p cho s i !t c gi* không i, vì v y vi c o nhi t c a dây cho phép xác

nh áp su t c a ch t khí Nhi t c a dây c o b/ng i n tr (ph $ng pháp Pir ni) ho c b/ng c p nhi t g7n trên s i !t

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

Trong ch t+nh, công su t Pj c cung c p b i hi u ng Joule b chia thành:

PC1: công su t tiêu hao do d2n nhi t trong ch t khí;

PC2: công su t tiêu hao do d2n nhi t giá = s i !t;

Pr: công su t tiêu hao do b c x nhi t

Vì v y:

Pj = PC1+ PC2 + Pr: (3.4) Công su t m t mát do d2n nhi t c a ch t khí PC1 là hàm c a s" phân b! nhi t theo

#ng kính !ng và ph thu c vào r0 c a v%, vào nhi t dung và nhi t c a dây Trong ch t+nh, nhi t T0 c a !ng và nhi t Tf c a s i !t không i, b i v y

Trong ó:

p và M là áp su t và kh!i l ng phân t c a ch t khí;

a’ là h/ng s! ph thu c vào di n tích b m t ngoài c a s i !t (ngh+a là

ph thu c vào #ng kính r và chi u dài L c a nó)

Gi thi t nhi t c a giá = s i !t là ng u và b/ng nhi t T0, ng th#i s i

!t là ng nhi t, gradient nhi t Tf - T0 theo chi u dài c a s i !t không áng

k so v(i toàn b chi u dài L c a nó Khi ó s" tiêu hao công su t do d2n nhi t c a giá = s i !t c bi u di1n b/ng bi u th c:

PC2 = b.Kf (Tf – T0) (3.6) Trong ó Kf là d2n nhi t c a kim lo i làm s i !t, b là h/ng s! !i v(i m t s i

!t và giá = cho tr (c

Tiêu hao công su t do b c x c xác nh b i nh lu t Stefan- Boltzman:

Hình 1.26 Chân không k nhi t

v %

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

0 0 4

c là h/ng s! ph thu c vào di n tích m t ngoài c a s i !t

Trong ba d ng tiêu hao công su t nhi t k trên, ch' có thành ph n PC1 ph thu c vào

áp su t c a ch t khí PC2 và Pr có th gi m thi u b/ng cách gi m r, Kf và f nh y

c a c m bi n càng cao khi (Tf – T0) càng l(n Tuy nhiên, do Pr c,ng nh y v(i hi u (Tf – T0) nên nhi t s i !t ph i gi* giá tr t $ng !i th p, t 100 0C n

200 0C trong khi nhi t T0 c a !ng th #ng là nhi t phòng

a) Chân không k Pirani

Chân không k Pirani c i n th #ng có m t s i !t g m m t ho c nhi u ph n d ng

#ng th.ng t trong v% b c kim lo i ho c th y tinh C m bi n càng nh y khi s i

!t càng dài và m nh Vì th trong các u o hi n i s i !t làm b/ng dây d2n có

#ng kính nh%, c= ~10µm, c u!n hình xo7n !c ho c b/ng d i m nh V t li u làm dây là kim lo i ít b oxy hóa, nh Pt, W, Ni (hình 1.27)

M ch o dùng cho c m bi n Pirani là c u Wheatstone trong ó s i !t c a u o là

m t nhánh M ch c nuôi b/ng m t trong hai ch :

Nuôi b/ng ngu n i n áp không i U = const Khi ó tín hi u s3 là i n

áp không cân b/ng c a c u Tr (c khi o c u c cân b/ng áp su t chu)n (áp su t so sánh) Áp su t so sánh có th là áp su t không khí trong phòng ho c m t áp su t bi t tr (c có giá tr nh% h$n áp su t làm vi c c a

c m bi n

Nuôi b/ng i n áp bi n thiên sao cho nhi t c a dây không i

T = const Lúc ó c u s3 t" i u ch'nh b/ng m t khuy ch i vi sai có khuy ch i l(n

Trong s$ này tín hi u o Vm s3 là s" thay i c a i n áp nuôi c u so v(i tr ng thái cân b/ng ã xác l p chân không cao

gi m nh h ng nhi t T0 c a v% b c, có th thay i n tr Rt b/ng m t c m bi n

bù tr gi!ng nh c m bi n chính nh ng ph i c hàn kín trong chân không cao

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

&u i m c a c m bi n dây nóng Pirani là ch7c ch7n và g n Tuy nhiên, s d ng

c n ph i chu)n c m bi n cho t ng lo i khí C m bi n dây nóng Pirani dùng o chân không s$ c p Nh c i m là không làm vi c c v(i nh*ng ch t khí d b phân tích vì s i !t có nhi t cao

1.4.3.4 Chân không k ion

Nguyên lý ho t ng c a c m bi n lo i này d"a trên hi n t ng ion hóa các phân t

ho c nguyên t c a ch t khí khi chúng va ch m v(i i n t ho c các ion khác S! ion c t o thành sau khi ion hóa ph thu c vào b n ch t và áp su t c a ch t khí Dòng ion thu qua m t i n c"c là i l ng o th c p ph n ánh l(n c a áp su t

GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P

a) Ion hóa ch t khí

Khi cung c p n4ng l ng cho m t nguyên t trung hòa cô l p b/ng cách !t nóng,

va ch m ho c b c x , toàn b ho c m t ph n n4ng l ng có th b nguyên t h p

th làm chuy n m t i n t c a nguyên t t m c n4ng l ng th p lên m c n4ng

l ng cao h$n, k t qu là nguyên t tr ng thái b kích thích N u n4ng l ng l(n, nguyên t có th b m t m t i n t và tr thành ion d $ng

N4ng l ng t $ng ng Wi làm cho nguyên t m t i n t g i là n4ng l ng ion hóa (eV) Giá tr c a Wi ph thu c vào b n ch t c a nguyên t và thay i trong kho ng t 24,5 eV ( !i v(i heli) n 3,9 eV ( !i v(i cezi) M t nguyên t , sau khi

ã m t m t i n t và tr thành ion d $ng, có th ti p t c m t thêm m t i n t th hai, th ba và g i là nguyên t ion hóa hai, ba l n… N4ng l ng ion hóa nh*ng l n sau l(n h$n b i vì ph i làm b t ra các i n t t nh*ng m c sâu h$n

Ion hóa do va ch m v i i n t

Khi có va ch m àn h i gi*a i n t n4ng l ng W v(i nguyên t cô l p gi thi t là

b t ng và không tr ng thái b kích thích, m t ph n Wi c a n4ng l ng ó có th

b h p th ion hóa nguyên t , ph n còn l i t n t i d (i d ng ng n4ng c a i n

t và c a c p i n t -ion m(i hình thành i u ki n ion hóa là W >> Wi Tuy nhiên không ph i t t c các va ch m gi*a i n t và nguyên t u gây ra hi n t ng ion hóa Ngay c khi i u ki n nêu trên c th"c hi n, s" phân chia n4ng l ng sau khi va ch m có th x y ra m t cách khác nhau, nguyên t ch' b tr ng thái kích thích và ph n n4ng l ng còn l i t n t i d ng ng n4ng Xác su t ion hóa ph thu c vào b n ch t c a ch t khí và n4ng l ng c a i n t s$ c p Trên th"c t

ng #i ta xác nh h s! ion hóa Si c a m t ch t khí là s! c p i n t -ion t o ra b i

m t i n t s$ c p có n4ng l ng cho tr (c trên m t $n v quãng #ng m t $n

v áp su t Hình 1.28 bi u di1n #ng cong thay i c a h s! ion hóa ph thu c vào n4ng l ng c a i n t s$ c p và b n ch t c a ch t khí