Tính ổn định của hệ vi phân tuyến tính chịu nhiễu

Cảm biến độ "m không khí [5] Độ Nm cao của không khí và c ủa chất khí nói chung có th ể có h ậu quả nghiêm trọng đối với các quá trình lý hóa và sinh lý.. Các thông sốcủa không khí Nm và

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Bùi Thị Dung

NGHIÊN C ỨU CHẾ TẠO THIẾT BN ĐO THỦY PHẦN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà N ội – N ăm 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Bùi Thị Dung

NGHIÊN C ỨU CHẾ TẠO THIẾT BN ĐO THỦY PHẦN

Chuyên ngành: Vật lý Vô tuy ến và Điện tử

Mã s ố: 60440105

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Quốc Triệu

Hà N ội – N ăm 2013

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm luận văn thạc sĩ, tôi kính xin chân thành c ảm ơn thầy giáo PGS.TS Phạm Quốc Triệu đã t ận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành lu

ận văn này.

Tôi c ũng xin chân thành c ảm ơn thầy giáo TS.Đỗ Trung Kiên cùng các ầthy,

cô giáo trong bộ môn V ật lý vô tuy ến và điện tử đã giúp đỡ nhiệt tình trong quá trình học tập và làm lu ận văn của tôi.

Tôi c ũng xin chân thành c ảm ơn toàn b ộ các thầy cô trong khoa V ật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiênđã cho tôi nh ững kiến thức quý báu trong thời gian học tập tại trường.

Tôi xin kính c ảm ơn gia đình, bố mẹ, anh em và b ạn bè đã động viên, giúpđỡ tôi trong quá trình làm lu ận văn.

Hà N ội, tháng 12 năm 2013 Học viên cao học

BÙI TH N DUNG

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1- CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU THỦY PHẦN 2

1.1 Cảm biến độ "m không khí 2

1.1.1 Những định nghĩa cơ bản về không khí "m 2

1.1.2 Phân lo ại "m kế 5

1.1.3 Ẩm kế ngưng tụ 6

1.1.4 Ẩm kế hấp thụ 8

1.1.5 Ẩm kế biến thiên trở kháng 12

1.1.6 Ẩm kế điện ly 17

1.2 Thủy phần trong nguyên liệu, sản ph"m 19

1.2.1 Vai trò c ủa thủy phần trong nguyên liệu, sản ph"m 19

1.2.2 Chuyển đổi đo lường 20

Chương 2- MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN THƯỜNG DÙNG V ỚI CẢM BIẾN 25

2.1 Mạch khuếch đại vi sai 25

2.1.1 Chế độ một chiều 26

2.1.2 Chế độ xoay chiều 27

2.2 Mạch khuếch đại 29

2.3 Mạch cầu khử điện áp ệlch 30

2.4 Cầu đo điện dung và góc t ổn hao 31

2.5 Mạch lặp lại điện áp 33

2.6 Mạch cầu điện trở 34

Chương 3 - NGHIÊN C ỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ĐO 35

3.1 Nghiên ứcu chế tạo máyđo thủy phần của gạo theo nguyên lýđiện dẫn 35

3.1.1 Nghiên ứcu số liệu thực nghiệm 35

3.1.2 Cơ sở thiết kế máyđo độ "m của thóc, g ạo (thang đo tuyến tính) 40

3.2 Nghiên ứcu chế tạo máyđo thủy phần theo nguyên lýđiện dung 43

3.2.1 Tụ điện 43

3.2.2 Cầu điện dung Booton 72B 47

3.3 Kết quả thực nghiệm 48

3.3.1 Khảo sát ựs thay đổi điện dung C theo lượng vật chất: 48

3.3.2 Khảo sát ựs phụ thuộc điện dung C theo thủy phần gạo 54

3.3.3 Đề xuất mạch chức năng cho thiết bị đo thủy phần 55

KẾT LUẬN 63

TÀI LI ỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC 65

DANH MỤC HÌNH V Ẽ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý Nm kế ngưng tụ 7

Hình 1.2 Đường cong áp suất hơi phụ thuộc vào nhi ệt độ của một số dung dịch bão hòa 9

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý đầu đo dùng clorua liti 11

Hình 1.4 Hàm l ượng nước trong chất hấp thụ là hàm c ủa độ Nm và nhi ệt độ 13

Hình 1.5.a Sự phụ thuộc của điện trở vào độ Nm tương đối 14

Hình 1.5.b Mạch đo có Nm kế điện trở 14

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo và m ạch tương đương của Nm kế tụ điện Al2O3 16

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của Nm kế điện ly 18

Hình 1.8 Thiết bị đo H theo nguyên lý cân sấy MB45 22

Hình 1.9 Thiết bị KETT F512……… 23

Hình 1.10 Thiết bị GMK 303RS 23

Hình 1.11 Thiết bị KETT PM 600 24

Hình 2.1 Mạch khuếch đại vi sai 25

Hình 2.2 Phân c ực cho mạch vi sai 26

Hình 2.3 Mạch KĐVS ở chế độ đơn 27

Hình 2.4 Mạch KĐVS hoạt động ở chế độ đồng pha 29

Hình 2.5 Sơ đồ bộ khuếch đại đo lường gồm ba KĐTT ghép nối điện trở 30

Hình 2.6 Sơ đồ khử điện áp ệlch 31

Hình 2.7 Cầu đo tụ điện tổn hao ít 31

Hình 2.8 Cầu đo tụ điện tổn hao lớn 32

Hình 2.9 Sơ đồ mạch lặp điện áp 33

Hình 2.10 Sơ đồ mạch cầu điện trở 34

Hình 3.1 Đồ thị phụ thuộc của H % theo ρ 37

Hình 3.2 Sự phụ thuộc của điện trở suất của gạo theo nhiệt độ 38

Hình 3.3 Mạch nguyên lý của máyđo 41

Hình 3.4 Sơ đồ máyđo độ Nm của thóc g ạo 42

Hình 3.5 Kết quả so sánh giữa hai máyđo 42

Hình 3.6 Tụ điện phẳng 44

Hình 3.7 Tụ trụ 45

Hình 3.8 Hai tụ trụ được chế tạo 46

Hình 3.9 Mạch cầu đo trong thiết bị Booton 72B 47

Hình 3.10 Thiết bị đo điện dung DL8000 48

Hình 3.11 Đồ thị thực nghiệm biểu diễn quan hệ C MN phụ thuộc lượng mẫu 51

Hình 3.12 Đồ thị thực nghiệm biểu diễn quan hệ C MN phụ thuộc lượng mẫu 53

Hình 3.13 Đồ thị tổng hợp các quan hệ C MN (tụ nhỏ) theo các ượlng mẫu khác nhau 53

Hình 3.14 Đồ thị tổng hợp các quan hệ C MN (tụ lớn) theo các ượlng mẫu khác nhau54 Hình 3.15 Tương quan độ Nm và điện dung của mẫu gạo Si 55

Hình 3.16 Tương quan độ Nm và điện dung của mẫu gạo TámĐiện Biên 55

Hình 3.17 Khối tạo tín hiệu sine 56

Hình 3.18 Sơ đồ mạch phát xung 56

Hình 3.19 Sơ đồ mạch chia tần 57

Hình 3.20 Sơ đồ mạch tạo sóng sine và khu ếch đại công su ất 58

Hình 3.21 Mạch cầu Sauty 59

Hình 3.22 Mạch khuếch đại vi sai 59

Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn tương quan giữa Vout và l ượng mẫu L 61

Hình 3.24 Đồ thị biểu diễn tương quan giữa Vout và H 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Giá trị áp suất hơi bão hòa trên mặt nước và trên dung dịch

muối clorua liti 10

Bảng 3.1 Tương quan giữa điện trở suất và độ Nm của gạo 35

Bảng 3.2 Giá trị của điện trở suất ρ (Ω.cm) 37

Bảng 3.3 Số liệu của hàm đa thức và l ũy thừa 38

Bảng 3.5 So sánh thông số nhiệt của gạo và c ủa nhiệt trở Ge pha tạp Cu 39

Bảng 3.7 So sánh ốs chỉ của máy Kett và máyắlp ráp 43

MỞ ĐẦU

Là m ột đất nước nông nghi ệp, Việt Nam có l ượng sản phNm nông nghi ệp hết sức phong phú Có hàng tr ăm các chủng loại sản phNm đầu ra thường xuyên ầcn được bảo quản, thu mua hoặc giao dịch buôn bán như thóc g ạo, ngô, đỗ, lạc, vừng, càphê, thuốc lá v.v… T ất cả các hoạt động đó đều yêu cầu một chỉ tiêu riêngềvđộ Nm (lượng nước trong sản phNm hay thủy phần) Nhiều công trình khoa h ọc, nhiều hãng sản xuất trên thế giới đã quan tâm nghiên cứu chế tạo các thiết bị đo thủy phần phục

vụ đối tượng trên Tại Việt Nam, cũng đã có đề tài c ấp nhà n ước nghiên ứcu và ch ế tạo thành công máy đo thủy phần thóc g ạo dùng nguyên lý điện dẫn Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu thiết kế, chế tạo một loại thiết bị đo thủy phần sử dụng nguyên lý cảm biến điện dung Ưu điểm của cảm biến này là có kh ả năng đánh giá thủy phần trong các ảsn phNm nông nghi ệp đa dạng hơn về chủng loại, đồng thời kết cấu cũng nhỏ gọn, bền về phương diện cơ học, dễ mang xách, vận hành t ại hiện trường

Nội dung nghiên ứcu tập trung vào vi ệc chế tạo cảm biến thủy phần dùng tụ trụ,khảo sát ựs phụ thuộc của điện dung tụ theo hàm l ượng nước (thông s ố điện môitrong điện trường của tụ), đề xuất mạch điện tử xử lý tín hi ệu đo và đối chiếu vớithiết bị Riceter của hãng Kett (Nh ật Bản) Kết cấu của luận văn gồm ba Chươngnhư sau:

Chương 1 Chuyển đổi tín hiệu thủy phần

Chương 2 Một số mạch điện thường dùng với cảm

biến Chương 3 Nghiên cứu thiết kế chế tạo máyđo

Các kết quả thu được cho thấy thiết bị dùng cảm biến điện dung có kh ả năng đo thủy phần các ảsn phNm nông nghi ệp Tuy nhiên,để trở thành th ương phNm áp dụng trên thị trường, cần có thêm thời gian nghiên ứcu, hiệu chỉnh, chuNn hóa s ố liệu trên từng đối tượng cụ thể

Chương 1- CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU THỦY PHẦN

1.1 Cảm biến độ "m không khí [5]

Độ Nm cao của không khí và c ủa chất khí nói chung có th ể có h ậu quả nghiêm trọng đối với các quá trình lý hóa và sinh lý B ởi vậy đo độ Nm là điều bắt buộc trong nhiều thiết bị và môi tr ường làm vi ệc vì những lý do có th ể liệt kê dưới đây.Trong đời sống, độ Nm tương đối cần phải duy trì để đảm bảo cảm giác dễ chịu chocon người thay đổi trong một khoảng tương đối rộng: từ 35% đến 70% Nếu độ Nmtương đối thấp hơn 70%, bộ máy tiêu hóa ịbkích thích, còn n ếu lớn hơn 70% thì sự ra

mồ hôi b ị giảm nghiêm trọng Nói chung độ Nm ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng;

độ Nm càng cao thì càng t ốn phí năng lượng để có điều kiện môi tr ường

Trong công nghi ệp, cácđiều kiện về độ Nm rất khác nhau phụ thuộc vào s ảnphNm cụ thể Trong một số trường hợp, phải duy trì độ Nm không đổi trong môitrường làm vi ệc, thí dụ, trong công nghi ệp dệt, bởi vì sự thay đổi độ Nm làm thayđổi cácđặc tính của sợi (như sức căng cơ học) Trong công nghi ệp thực phNm, điềukiện bảo quản thực phNm tối ưu phụ thuộc vào lo ại sản phNm, thường là nhi ệt độ

T = 00 C và độ Nm trong khoảng 85% - 90% Độ Nm cao quá làm cho thực phNm bị

hỏng, và th ấp quá làm giảm trọng lượng do bay hơi nước

Vấn đề phát hiện vết hơi nước: trong nhiều quá trình công nghiệp, việc tránh vếthơi nước trong không khí ho ặc trong các chất khí (cacbon, etylen, khí tự nhiên…) làrất quan trọng, bởi vì sự có m ặt của hơi nước ở một lượng đáng kể có th ể gây nên những phản ứng phụ hoặc gây nên quá trình ngưng tụ Nhu cầu phát hiện độ Nm rất nhỏ cỡ phần triệu thể tích (ppm) đặc biệt quan trọng đối với một số ứng dụng công nghiệp như năng lượng hạt nhân, vi điện tử, luyện kim, gia công nhi ệt, điện áp cao

1.1.1 Những định nghĩa cơ bản về không khí "m

Xét không khí Nm có th ể tích V ở nhiệt độ T Khối lượng M không khí Nmchứa trong thể tích V là t ổng của khối lượng không khí khô m a và kh ối lượng củahơi nước là m V Gọi áp suất tổng của áp suất riêng phần của không khí khô p a và

của hơi nước p V(P=p a+p V) Khi đó m ột số khái niệm chung được định nghĩa như sau:

- Tỷ lệ trộn r (kg/kg):

Tỷ lệ trộn r là t ỷ số giữa khối lượng hơi nước và kh ối lượng không khí khô mà lượng hơi nước trộn trong đó:

r =

- Áp su ất hơi bão hòa:

Áp su ất hơi bão hòa p s (T ) (đo bằng Pa) là áp suất hơi nước ở trạng thái cân bằngvới nước (lỏng) ở nhiệt độ T Đây là giá trị lớn nhất mà áp suất riêng phần p V có thểđạt tới nhiệt độ T Lớn hơn áp suất này s ẽ xảy ra ngưng tụ

- Điểm ngưng tụ (điểm sương) là nhi ệt độ mà t ại đó h ơi nước trong không

khí ngưng tụ thành n ước ( nhiệt độ được hạ thấp trong khi áp suất khí không thayđổi) Cũng có th ể hiểu điểm ngưng tụ là nhi ệt độ mà t ại nhiệt độ đó, h ỗn hợp khíbão hòa và không có kh ả năng chứa thêm hay hấp thụ hơi nước Như vậy, khi đó,hơi nước sẽ bắt đầu ngưng tụ thành n ước và tách khỏi hỗn hợp khí đó Gi ọt nước

sẽ đọng trên bề mặt của các vật nằm trong thể tích khí đó

- Thí dụ về hơi nước trong khí quyển

Đám mây đen giông bão có ch ứa tới 10 g hơi nước trong 1m3 khí (tươngđương với 100.000 tấn nước trên 2,59 km2)

Mây đen trung bình có ch ứa tới 0,8 g hơi nước trong 1m3 khí

Đám mây mưa nhẹ có ch ứa tới 0,2 g hơi nước trong 1m3 khí

Đám mây trắng nhẹ có ch ứa khoảng 0.1 g hơi nước trong 1m3 khí

Trong trường hợp mây đen giông bão l ượng hơi nước 10g/m3 khí tương đương với 100.000 tấn nước trên 2,59 km2

- Nhiệt độ m:

Nhiệt độ Nm T h( 0 C) là nhi ệt độ cân b ằng của một khối lượng nước hóa h ơi vàkhông khí trong trường hợp khi nhiệt lượng cần thiết để hóa h ơi chỉ được trích từkhông khí

- Enthalpy riêng:

Tổng nhiệt lượng chứa trong không khí Nm có ngu ồn gốc chính là enthalpy t ươngứng với không khí khô ở 0o C Enthalpy riêng i đ(o bằng kJ/kg) được tính cho mộtđơn vị khối lượng của không khí khô

Thí dụ, để chuyển không khí Nm có ch ứa khối lượng không khí khô m a xácđịnh bởiđiều kiện A ( T= T A,r =r A ) sang điều kiện ( T= T B ,r =r B ) cần cung cấp một nănglượng:

(i A− i B ).m a

Trong đó i A và i B là enthalpy riêngở điều kiện A và B

Tiện lợi của enthalpy riêng là có thể nhóm nhi ệt lượng “nh ạy” t ương ứng với thayđổi nhiệt độ (T B−T A) giữa A và B v ới nhiệt lượng “ Nn” t ương ứng với sự thay đổi

(r B− r A) của tỷ lệ trộn giữa A và B thành m ột số hạng:

i (T , r ) = C pa T + r ( L0+ C pv T )

Trong đó:

- C pa là nhi ệt dung riêng của không khí khô, 1,006kJ/kg 0 C (T = 20 0 C) ;

- C pv là nhi ệt dung riêng của hơi nước, 1,84kJ/kg 0 C (T = 20 0 C) ;

- L0 là nhi ệt lượng Nn của quá trình bay hơi ở T=0 0 C , 2501kJ/kg

Mối liên hệ giữa cácđại lượng đặc trưng cho độ m:

- Tỷ lệ trộn và áp suất hơi:

r =δTrong đó:

δ= M v ≅

M a vàM v là kh ối lượng phân t ử của không

- Nhiệt độ Nm và áp suất hơi:

0,622khí và h ơi nước

Có th ể phân chia Nm kế thành hai lo ại chính:

- Loại thứ nhất dựa trên nguyên lý ậvt lý cho phép trực tiếp xácđịnh độ Nm, thí dụ Nm kế ngưng tụ, Nm kế điện ly

- Loại thứ hai có nguyên lý dựa trên việc do tính chất của vật có lien quan đến

độ Nm, thí dụ Nm kế biến thiên trở kháng

Các loại Nm kế khác nhau này, tùy theo nguyênắtc hoạt động, cho phép tiếp cận vớimột trong những thông s ố của không khí Nm đã mô t ả ở mục trước Các thông sốcủa không khí Nm và lo ại Nm kế thích hợp để đo chúng được liệt kê như sau:

- Nhiệt độ hóa s ương T d đo bằng Nm kế ngưng tụ, Nm kế hấp thụ, Nm kế oxitnhôm và Nm kế điện ly;

- Nhiệt độ Nm T h đo bằng psychromet;

- Độ Nm tương đối U đo bằng Nm kế biến thiênđiện trở và Nm kế biến thiên điện dung

Nói chung r ất khó so sánh các loại Nm kế khác nhau bởi vì chúng đo các thông sốkhác nhau ủca không khí Nm Trước khi chọn một Nm kế cần phải biết thông s ốchính muốn đo để chọn lựa thiết bị cho phépđo với độ sai lệch nhỏ nhất.

1.1.3 Ẩm kế ngưng tụ

a. Nguyên lý hoạt động và c ấu tạo của Nm kế

Khi làm l ạnh một vật có th ể đo nhiệt độ của nó m ột cách liênụ ct cho đến khi hình thành l ớp sương hoặc lớp băng trên bề mặt của nó Ti ếp theo, ổn định quá trình làm l ạnh bằng cách giữ trạng thái cân bằng giữa không khí và l ớp sương Nhiệt độ đo chính là điểm sương T d (dew point) còn g ọi là điểm băng giáT f (frost point) Bắt đầu từ điểm sương này ng ười ta đo áp suất hơi trong không khí Nm

CácNm kế đo điểm sương chỉ đáng tin ậcy khi chúng được tự động hóa Trên hình 1.1 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của một Nm kế tự động theo nguyên lý ngưng tụ.Các phần tử của Nm kế ngưng tụ bao gồm:

- Gương bằng kim loại và h ệ thống điều chỉnh nhiệt độ của gương;

- Cảm biến đo nhiệt độ của gương (điện trở platin hoặc cặp nhiệt độ);

- Nguồn phát chùm tia ánh sáng đầvà u đo quang

Nguồn sáng chiếu vào g ương sao cho đầu đo không nh ạy cảm khi không có ngưng tụ hơi nước Lúc này hệ thống điều khiển phát tín hiệu để làm l ạnh gương (bằng hiệu ứng Peltier hoặc bằng nito lỏng) cho đến khi xuất hiện sự ngưng tụ Khi xuất hiện lớp sương trên bề mặt gương, ánh sángị btán xạ đến đầu thu quang kích thích phát tín hiệu nung nóng g ương thông qua b ộ điều khiển Khi nhiệt độ gương tăng, lớp sương biến mất cùng với sự chấm dứt hiện tượng tán xạ ánh sáng và một chu kỳ làm l ạnh mới lại bắt đầu Bằng cách hiệu chỉnh thích hợp có th ể nhận được lớp ngưng tụ có b ề dày c ố định và t ạo ra trạng thái cân bằng giữa hơi nước và l ớpngưng tụ Cảm biến nhiệt độ đặt phía sau gương cho phép xácđịnh nhiệt độ của gương

Làm ngu ộiNung nóng

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý"m kế ngưng tụ

b Các yếu tố ảnh hưởngGradient nhiệt độ và s ự dònhi ệt ảnh hưởng rất mạnh đến độchính xác của đầu đo Theo lý thuy

ết, nhiệt độ hóa s ương là nhi ệt độcủa bề mặt phân biên giữa không khí

và n ước Tuy nhiên, trên ựthc tếluôn luôn t ồn tại gradient nhiệt độgiữa bề mặt này và c ảm biến nhiệt

độ vì nó đặt sau gương Đấy là ch ưa

kể đến sai số gây nên bởi hiệu ứngdẫn nhiệt của dây d ẫn Tuy vậy, đây

là sai s ố hệ thống và có th ể loại bỏbằng cách chuNn Nm kế

Khi điểm hóa s ương thấphơn 0 0 C , nước có th ể tồn tạidưới dạng băng hoặc dạng chấtlỏng chậm đông Do v ậy, vớicùng tỷ lệ trộn r có th ể có haiđiểm cân bằng tương ứng với ápsuất riêng phần khác nhau Trongtrường hợp này, v ới cùng tỷ lệtrộn r cho trước, nhiệt độ hóa sương và nhi ệt độ băng giá có thểkhác nhau.Để tránh hiện tượngnày có th ể áp dụng biện pháplàm lạnh ở nhiệt độ rất thấp đểchắc chắn là đã đạt được trángtháiắ nr sau đó nâng lên nhiệt độđóng b ăng.

Quá trình chuyển trạngthái giữa nước và b ăng không

nh ất thiệt phải xảy ra xungquanh điểm 0 0 C Một số máyđo

có th ể làm vi ệc ở trong nướcchậm đông

nhiệt độ thấp hơn − 100C Các thiết bị tốt còn được trang bị them bộ phận quan sát quang học làm vi ệc bình thường ngay cả ở nhiệt độ hóa s ương.

Ở − 800 C phải mất 3 giờvới lưu lượng 10l/hđểhình thành một lớp băng 0,3µm,tươngđương với thời gian hồi đápở điều kiện này

Ưu điểm nổi bật của Nm kế ngưng tụ là có th ể làm vi ệc trong môi tr ường

ăn mòn (thí d ụ khí nhiên liệu) Tuy vậy, sự phức tạp về cấu tạo, giá thành cao, nhucầu hiệu chỉnh thường xuyên là những nhược điểm chính làm Nm kế loại này ch ỉđược sử dụng trong phòng thí nghi ệm

1.1.4 Ẩm kế hấp thụ

a Nguyên ắtc đo

Nguyên ắtc đo độ Nm dùng Nm kế hấp thụ dựa trên hai hiện tượng:

- Áp su ất hơi ở phía trên của một dung dịch bão hòa ch ứa các muối hòa tannhỏ hơn áp suất ở bên trên ặmt nước với cùng điều kiện nhiệt độ như nhau (hình

1.2)

- Độ dẫn điện của một muối kết tinh nhỏ hơn rất nhiều so với độ dẫn điệncủa dung dịch của chính muối đó v ới tỷ lệ cỡ 10−3 ÷ 10−4 Hiện tượng này cho phép thực hiện việc nung nóng dung d ịch và hi ệu chỉnh công su ất nung

Hình 1.2 Đường cong áp suất hơi phụ thuộc vào nhi ệt độ của một số

dung dịch bão hòa

Khi đo độ Nm bằng Nm kế hấp thụ người ta nung nóng dung d ịch muối chứa trong Nm kế cho đến khi áp suất hơi bão hòa ở phía trên dung dịch bằng áp suất hơi

ở trong môi tr ường không khí bình th ường Biết được nhiệt độ này s ẽ xácđịnh được áp suất hơi và nhi ệt độ hóa s ương

Thông th ường người ta chọn dung dịch muối bão hòa sao cho ở một nhiệt độcho trước áp suất hơi càng nh ỏ càng t ốt Trên thực tế clorua liti (LiCl) là mu ối duynhất được sử dụng để chế tạo Nm kế (hình 1.2) Trong bảng 1 ghi các giá ịtráp suấthơi bão hòa trên mặt nước và trên dung dịch muối colorua liti bão hòa ở nhiệt độkhác nhau.Đường cong áp suất hơi gần như tương ứng với đường cong độ Nmtương đối 12%

Bảng 1 Giá trị áp suất hơi bão hòa trên mặt nước và trên dung dịch

muối clorua liti

Nhiệt độdung dịch

5101520253035404550556065

Thí dụ: ứng với cùng một giá trị của áp suất hơi bằng 2163Pa, nhiệt độ hóasương là 18,8 0 C (cân b ằng trên nước) nhưng nhiệt độ cân b ằng của dung dịchLiCl bão hòa là 60 0C

b Ẩm kế LiCl

Cảm biến có c ấu tạo bao gồm một ống được bao bọc bởi một lớp vải tNm dungdịch LiCl trênđó có cu ốn hai điện cực bằng kim loại không b ị ăn mòn Gi ữa hai điệncực này đặt một điện áp xoay chiều cho dòng điện chạy qua trong dung dịch để đốtnóng và làm bay h ơi nước Khi nước bay hơi hết, dòng điện giữa cácđiện cực giảmxuống một cáchđáng kể bởi vì độ dẫn của muối clorua liti ở thể rắn nhỏ hơn rất nhiều

so với độ dẫn của dung dịch, do vậy nhiệt độ của cảm biến giảm xuống

Đồng thời, vì LiCl là ch ất ưa nước nên nó lại hấp thụ hơi nước, độ Nm tăng và dòng điện I lại tăng lên làm cho nhiệt độ của cảm biến tăng lên Cuối cùng sẽ đạt được cân b ằng giữa muối rắn LiCl và dung d ịch Theo nguyên lý nêu trên,

cânằbng này xảy ra ở nhiệt độ liên quan trực tiếp đến áp suất hơi và c ũng đồng thờiđến nhiệt độ hóa s ương T d Như vậy có th ể xácđịnh được T d Trong hệ thống này

ph ần tử điều chỉnh chính là clorua liti

Sơ đồ nguyên lý của Nm kế LiCl biểu diễn trên hình 1.3

Nguồn xoay chiều

như trong trường hợp cảm biến ngưng tụ) là ưu điểm của loại cảm biến này là s ựđơn giản, độ tin cậy cao và giá thành thấp.

Độ chính xác có thể đạt tới ±0, 20C Độ chính xác này phụ thuộc vào độ chínhxác ủca cảm biến nhiệt độ đặt trong đầu đo, vào c ấu tạo của đầu đo và điều kiện sửdụng (như sự lưu thông không khí, nhi ệt độ môi tr ường) Nếu cảm biến đượcchuNn hóa, độ chính xác là ± 1 0C khi tốc độ lưu thông không khí th ấp hơn 0,5m/s.Thời gian hồi đáp ủca đầu đo LiCl tương đối lớn, cỡ hang chục phút

Phạm vi đo nhiệt độ hóa s ương của các chất nằm trong khoảng từ − 100C đến

600 C Độ chính xác khiđo T d đối với các khoảng nhiệt độ hóa s ương như sau:

Các chất hút Nm có kh ả năng chứa lượng nước thay đổi phụ thuộc vào độ

Nm tương đối của không khí N ếu muốn chế tạo cảm biến dựa trên nguyênắ ct này

c ần phải sử dụng các chất có tính ch ất điện là hàm c ủa lượng nước (tức là c ủa độNm), hàm này ph ải ổn định theo thời gian, có tính thu ận nghịch và tuy ến tính.Các ảcm biến độ Nm dựa trên nguyên lý biến thiên trở khángđược phân thành bao

họ chính:

- Ẩm kế điện trở;

- Ẩm kế tụ điện dùng chất điện môi polymer;

- Ẩm kế tụ điện dùng chất điện môi là Al 2

O3 a Ẩm kế điện trở

- Nguyên ắtc hoạt động và ph ương pháp chế tạo

Trong Nm kế điện trở, người ta dùng một lượng nhất định chất hút Nm phủlênđế có kích th ước nhỏ (vài mm2 ) Trênđế này c ũng đồng thời phủ thêm haiđiệncực bằng kim loại không b ị oxy hóa Giá trị của điện trở R đo được giữa hai điệncực phụ thuộc vào hàm l ượng nước (tỷ số giữa khối lượng nước hấp thụ và kh ốilượng chất khô) và vào nhi ệt độ chất hút Nm, mà hàm l ượng nước lại phụ thuộcvào độ Nm tương đối và nhi ệt độ (hình 1.4).

Hình 1.4 Hàm l ượng nước trong chất hấp thụ là hàm c ủa độ "m và nhi ệt độ

Một số nhà ch ế tạo dùng chất lỏng làm ch ất hút Nm Các chất điện phân là những chất dẫn điện Điện trở của chúng phụ thuộc vào th ể tích, mà th ể tích lại thay đổi theo hàm l ượng nước Người ta sử dụng tính chất này để tìm cách biến đổi

độ Nm tương đối thành tín hi ệu điện Trên hình 1.5.a biểu diễn đường cong đặc trưng cho sự phụ thuộc của điện trở vào độ Nm tương đối của phần tử nhạy của Nm

kế Có thể thấy rằng phạm vi thay đổi điện trở của Nm kế tương đối rộng, từ 1 MΩ đến tận 80 MΩ

Trên thực tế, điện trở R m của Nm kế phụ thuộc đồng thời vào độ Nm tươngđối và nhi ệt độ Tuy vậy, ảnh hưởng của nhiệt độ có th ể bù trừ bằng cách ửs dụng

sơ đồ mạch đo thế như biểu diễn trên hình 1.5.b Trong mạch này điện trở R A mắcnối tiếp với R m và có cùng h ệ số nhiệt với R m

Hình 1.5.a Sự phụ thuộc của điện trở vào độ "m tương đối

G

Hình 1.5.b Mạch đo có "m kế điện trở - Cácđặc trưng:

Cácđặc trưng đo lường chủ yếu của Nm kế điện trở biến thiênđược liệt kê như sau:

- Dải đo độ Nm: từ 5% đến 95%

- Dải nhiệt độ: từ − 10 0C đến +50 hoặc

- Thời gian hồi đáp: ~ 10s

- Độ chính xác: ±2% đến ±5%

60 0 C

b Ẩm kế tụ điện polymer

Ẩm kế tụ điện dùng chất điện môi polymer là m ột màng polymer dày c ỡ µm

có kh ả năng hấp thụ phân t ử nước của không khí S ự hấp thụ hơi nước này làm thayđổi hằng số điện môi ε của lớp polymer do đó làm thay đổi điện dung của tụ điện

dùng lớp polymer này làm ch ất điện môi Th ực nghiệm cho thấy, sự thay đổi củađiện dung tụ điện là hàm tuy ến tính của độ Nm với một hệ số ít phụ thuộc vào nhi

ệt độ

Lớp polymer được phủ trênđiện cực thứ nhất bằng tantan, sau đó m ột lớp Cr

chân không để làm điện cực thứ hai Lớp phủ Cr gây nên các ếvt nứt trong lớp điện môi làm t ăng khả năng tiếp xúc của lớp này v ới không khí c ủa môi tr ường nghiên cứu, do vậy trên thực tế thời gian hồi đáp ủca Nm kế không ph ụ thuộc vào b ề dày lớp điện môi

Cácđặc trưng đo lường chủ yếu của Nm kế tụ điện dùng chất điện môi là polymer như sau:

- Phạm vi đo: từ 0% đến 100% trong dải nhiệt độ làm vi ệc thay đổi từ - 400

C đến 800 C hoặc 1000 C ;

- Độ chính xác: ừt ± 2% đến ± 3% ;

- Thời gian hồi đáp: ỡc vài giây

Ngoài ra ph ải kể đến một số đặc tính ưu việt khác ủca cảm biến như: ít chịuảnh hưởng của nhiệt độ, phần tử nhạy cảm có th ể nhúng vào nước mà không b ị hưhỏng

c. Ẩm kế tụ điện Al2O3

Trong Nm kế này, l ớp điện môi là

anot hóa t ấm nhôm, và b ản than tấm

nhôm điện Điện cực thứ hai là m ột màng

m ỏng lớp điện môi (hình 1.6)

Al 2 O3 được chế tạo bằng phương pháp

đóng vai trò là điện cực thứ nhất của tụkim loại được chế tạo trên mặt kia của

Điện cực ngoài

R2

Điện cực trong

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo và m ạch tương đương của "m kế tụ điện Al2O3

Các kết quả nghiên ứcu cho thấy, nếu chiều dày l ớp Al 2O3 nhỏ hơn 0,3µmthì thay đổi trở kháng ủca tụ điện chỉ phụ vào áp suất riêng phần của hơi nước vàkhông ph ụ thuộc vào nhi ệt độ, do vậy có th ể đo độ Nm tuyệt đối của môi tr ường

Quá trình anot hóa để tạo lớp điện môi được thực hiện bằng cáchđiện phân dungdịch axit sunfuric H2SO4 trong nước dùng nhôm làm anot Oxy hình thành trênđiện cực

Al sẽ oxy hóa b ề mặt điện cực này thành Al2 O3 Oxit nhôm là ch ất cáchđiện nên ẽs tạo thành nhi ều điểm đánh thủng làm cho l ớp này có c ấu trúc xốp

Thí dụ: trong bể chứa axit H2SO4 nồng độ 15% ở nhiệt độ 100C điện phân d ưới điện

áp 15V, ẽs được lớp oxit nhôm x ốp chứa 7, 7.1010 lỗ hổng trên diện tích 1 cm2 ,

- Thay đổi nhiệt độ và n ồng độ dung dịch điện phân ch ưa trong bể;

- Thay đổi điện áp nguồn;

- Thay đổi thời gian oxy hóa anot;

- Thêm các ion phụgia vào dung d ịch.

CácNm kế chế tạo theo chế độ nêu trên thíchợhp với độ Nm thấp Đối với chế độứng dụng này, yêu cầu lớp điện môi ph ải càng m ỏng càng t ốt Vì vậy sau khi oxyhóa anot, l ớp điện môi được mài c ơ học với mục đích giảm bề dày để làm cho c

ảm biến chỉ nhạy ở nhiệt độ hóa s ương của môi tr ường bao quanh

Điện cực thứ hai phủ trên ớlp điện môi Al 2 O3 thường là m ột trong nhữngkim loại như Al, Cu, Au, Pt, Pd, hoặc hợp chất Ni-Cr

Cácđặc trưng đo lường chính của Nm kế tụ điện sử dụng chất điện môi

Al 2 O3như sau:

- Ẩm kế cho phép đo nhiệt độ hóa s ương T d trong phạm vi thay đổi từ − 80 0C

đến + 700C

- Cảm biến được chế tạo để sử dụng trực tiếp tại điểm cần đo độ Nm

- Thời gian hồi đáp ỡc vài giây

Ưu điểm của cảm biến này là có th ể làm vi ệc trong dải áp suất rất rộng, từ chân không đến hàng tr ăm bar

Tuy nhiên, ầcn tránh ửs dụng cảm biến trong môi tr ường có ch ứa các chất

ăn mòn nh ư NaCl, lưu huỳnh vì chúng có thể ăn mòn nhôm và làm h ư hỏng phần

tử nhạy Nm của Nm kế

1.1.6 Ẩm kế điện ly

a Nguyên lý hoạt động và ph ương pháp chế tạo

Ẩm kế điện ly dùng để đo lượng hơi nước rất nhỏ trong không khí ho ặc trong các chất khí Phần tử nhạy của Nm kế cấu tạo từ một ống dài ~10cm ở bên trong có cuốn hai điện cực bằng platin hoặc rodi giữa chúng là lớp P2O5 (anhydride phosphoric)

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của Nm kế điện ly biểu diễn trên hình 1.7

Khi chất khí nghiên cứu chạy qua ống đo, hơi nước sẽ bị lớp anhydride phosphorichấp thụ thành H 2 PO3 Điện áp một chiều cỡ 70V đặt giữa hai điện cực sẽ gây nênhiện tượng điện phân n ước giải phóng O2 , H2 và tái sinh P2O5

Ống dẫn khí

Vỏ thép không rỉ

Đầu nối điện

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của "m kế điện ly

Theo định luật Faraday về tỷ số giữa điện lượng chạy qua cácđiện cực và l ượng

nước bị điện phân, c ần 96500 Culong (C) để phân ly 1 gam hóa tr ị (9g) của nước

(1 phân t ử gam H 2O hóa tr ị 2 chứa 16g O2 và 2g H2 ) Nếu gọi dm c / dt là kh ối

lượng nước bị giữ (cũng là l ượng nước bị điện ly) trong một đơn vị thời gian thì

cường độ dòng điện phân I s ẽ là:

9.10−3 Trong đó:

- Dòng điện đo bằng A, dm c /dt đo bằng kg/s;

- Q V là l ưu lượng khí ( m 3 / s ) đi qua đầu đo;

- C V là n ồng độ hơi nước (kg hơi nước/ m3 không khí);

- α là h ệ số giữa phân t ử nước trong lớp P2O5 Nếu tốc độ khí không đổi, đối

với một cấu trúc hình học, hệ số α không đổi, do đó có th ể xácđịnh α bằng

cách chuNn đầu đo

Biểu thức của dòng điện I cuối cùng có th ể viết thành:

Đối với một thể tích không khí cho tr ước, dòng điện phân t ỷ lệ với nồng độ hơinước biểu diễn bằng kg hơi nước/ m3 không khí.

b Cácđặc trưng

Ẩm kế loại này đặc biệt thích hợp với các chất khí chứa lượng hơi nước rấtnhỏ Giới hạn dưới của dải đo bị hạn chế bởi các vấn đề về hấp thụ và nh ả hơi nướctrênđường dẫn khí, thí dụ, các phépđ o công nghi ệp không th ể thực hiện được khinhiệt độ hóa s ương hạ xuống tới − 700C (với nồng độ 10 ÷ 20ppm)

Mặc dù sử dụng ống dẫn khí băng thép không rỉ, các hiện tượng hấp thụ vẫnlàm t ăng thời gian cần thiết để đạt tới trạng thái cân bằng (24 giờ đối với nồng độnhỏ hơn 10ppm và T< − 70 0C )

Thời gian hồi đáp phụ thuộc chủ yếu vào h ướng thay đổi độ Nm:

- Nếu theo hướng tăng độ Nm (giữa 100 và 1000 ppm) th ời gian hồi đáp nhỏ hơn 30s

- Nếu theo hướng giảm độ Nm (giữa 1000 và 100 ppm) th ời gian hồi đáp ătnglên và có thể đạt tới vài phút

Theo nguyên lý làm việc của đầu đo, chất được tự động tái sinh thườngxuyên Tuy vậy thời gian sống của lớp này có gi ới hạn cho nên phải tái sinh nó theochu kỳ Tần số tái sinh phụ thuộc vào điều kiện sự dụng và độ sạch của chất khíphân tích Có th ể giảm tần số này b ằng cách ửs dụng bộ lọc bằng theosp không r ỉkết dính

Ẩm kế điện ly được sử dụng để đo độ Nm của rất nhiều loại khí như nito,hydro, metan, CO2 , các chất khí làm l ạnh (freon), không khí… M ột số chất khíkhông dùng được với Nm kế điện ly vì chúng làm hư hỏng đầu đo hoặc làm thayđổi hoạt động của nó, thí d ụ ammoniac, hơi rượu (các chất tác dụng với P2O5 )

1.2 Thủy phần trong nguyên liệu, sản ph"m [2]

1.2.1 Vai trò c ủa thủy phần trong nguyên liệu, sản ph"m

Trên thực tế, thông s ố thủy phần trong các nguyênệliu, sản phNm đóng m ộtvai trò khá quan trọng Nếu không chú trọng đến thông s ố này, có th ể gặp hậu quảxấu về kinh tế, sản xuất, thậm chí ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng

Trong công nghi ệp, các nguyênậvt liệu như: than, gỗ, khoáng ảsn, cây, lá… đều chứa một lượng nước nhất định Hàm l ượng nước này ph ải nằm trong khoảng

tỷ lệ cho phép (được quy chuNn) Khâu thu mua và b ảo quản là khâu đặc biệt phải lưu ý thông s ố này

Các ảsn phNm của ngành công nghi ệp hóa ch ất, giấy, vải sợi, chè, thuốc lá,

cà phê… luôn ph ải có tiêu chuNn về độ Nm Đặc biệt trong nông nghi ệp, các ảsn phNm vô cùng đa dạng, phong phú Trong thu mua, giao dịch buôn bán, xuất nhập khNu bên ạcnh chất lượng sản phNm, thông s ố thủy phần H (%) của sản phNm luônđược quan tâm Giá trị H lớn khiến người bán hưởng lợi còn ng ười mua chịu thiệt thòi Ng ược lại giá trị H thấp khiến người bán thiệt thòi trong khi ng ười mua có l ợi.Chính vì vậy, thông s ố thủy phNn H của sản phNm còn quy ết định đến giá cả thỏa thuận lúc mua bán

Độ Nm cao trong các ảsn phNm còn gây ra hi ện tượng mốc, lên men, mauhỏng Riêng các ạloi ngũ cốc, củ, quả trong ngành tr ồng trọt có th ể liệt kê ra hàngtrăm sản phNm Mỗi sản phNm đòi hòi m ột tiêu chuNn độ Nm riêng

Thực tế đã x ảy ra trường hợp cả lô hang g ạo xuất khNu bị đình trệ vì sau khicân, bên mua phát hiện gạo quáNm (giá trị H cao vượt mức thỏa thuận) Rất nhiều giaodịch tương tự cũng đã x ảy ra trong thu mua đậu, lạc, thóc, h ạt điều, chè…

Lá chè xanhạti Thái Nguyênấ tr được các thương lái Trung Quốc, Hàn Qu ốc

ưa chuộng Tuy nhiên họ chỉ thu mua loại lá chè phơi khô Nhi ều giao dịch xảy rahiện tượng bên bánđã ph ơi khô nh ưng bên mua không chấp nhận vì cho rằng chưakhô

Để đánh giáđộ khô, c ần phải có thi ết bị đo chính xác thủy phần

H 1.2.2 Chuyển đổi đo lường [13, 14] a Nguyên lý cân sấy

Để xácđịnh được độ Nm trong nguyên liệu sản phNm, người ta thường sửdụng các phương phápđo trực tiếp hoặc gián tiếp Có th ể đơn cử một số ví dụ nhưsau:

Gọi nguyên liệu, sản phNm muốn xácđịnh độ Nm (thủy phần) là đối tượng đo Đốitượng đo có th ể là g ạo, thóc, tinh b ột, đậu, đỗ, lạc, vừng, chè, cà phê, củ quả, gỗ,giấy….

Khối lượng của đối tượng đo là: M

Trong M bao gồm hai phần: khối lượng nước m

n

và kh ối lượng vật chất m c.Như vậy:

Để thực hiện phépđo thủy phần H, ta tiến hành các bước:

+ Cân đối tượng đo tại nhiệt độ xácđịnh, ghi được giá trị M (kg)

+ Sấy khô hoàn toàn đối tượng đo, ghi được giá trị m c (kg)

+ Từ (1.10) và (1.11) suy ra:

H(%) =

Phép đo sử dụng nguyên lý cân sấy để xácđịnh H của đối tượng đo là phép đochính xác nhất, hợp pháp nhất Tuy nhiên, trong thực tế, không ph ải lúc nào sử dụngphép đo này c ũng thuận lợi Lý do là vì th ời gian đo một mẫu khá lâu Dù kiểm traxác suất cũng cần số lượng mẫu khá ớln Các bên giaoị chd mong muốn kiểm tra tứcthời giá trị H của các mẫu đo ngay tại hiện trường Trên hình 1.8 là thiết bị đo độ

Nm đa đối tượng dùng nguyên lý cân sấy Thiết bị này c ủa sản xuất Ohaus (Mỹ), ký

hi ệu MB45 Mỗi mẫu đo cần 45 g Thiết bị hiển thị giá trị H (%),

đồng thời hiển thị giá trị phần trăm vật chất: m c

(%)

M

Hình 1.8 Thiết bị đo H theo nguyên lý cân sấy MB45 b Nguyên lý chuyển đổi

Nhằm mục đích đo nhanh giá trị H của đối tượng đo, người ta sử dụngnguyên lý chuyển đổi tín hiệu từ đại lượng không điện lượng sángđại lượng điện.Quá trình chuyển đổi này ch ấp nhận sai số lớn hơn phép đo theo nguyên lý cân sấynhưng bù lại, nguyên lý này cho phép đo đạc thuận tiện, nhanh chóng t ại hiệntrường

* Chuyển đổi điện dẫn: Hàm l ượng nước chứa trong đối tượng đo có quan h

ệ với giá trị điện dẫn của mẫu Điện dẫn là h ằng số nghịch đảo của điện trở suất ρ.

Nếu đối tượng đo được nèn ép thành một mẫu đo có hình d ạng, kích thước cố địnhthì nó s ẽ có m ột giá trị điện trở R tương ứng:

R = ∫ dR = ∫ ρ

Với S(l) tiết diện mẫu và l là chi ều dài m ẫu

Có th ể biểu diễn quan hệ giữa R và H theo m ột hàm th ực nghiệm:

R = R(H, T)

Xét ạti một nhiệt độ T xácđịnh, có th ể biểu diễn:

R = R ( H ) (T = const) (1.15)

Quan hệ R(H) không ph ải là quan h ệ tuyến tính, vì vậy người ta thường phải chuNn bằng số liệu thực nghiệm.

Có nhi ều hãng s ản xuất trên thế giới đã ch ế tạo ra các thiết bị đo thủy phần theo nguyên lý điện dẫn Hình 1.9 là thi ết bị KETT F512 của Nhật Bản và hình 1.10

là thi ết bị GMK-303 RS của Hàn Qu ốc Các thiết bị này cho phép đo thủy phần các loại ngũ cốc, gạo, thóc, lúa mạch, đậu tương, ngô, b ột, lúa mì, trà, cà phê, bột ớt, mật ong…

Dải đo H trong khoảng 8,5 – 30%

* Chuyển đổi điện dung:

Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào hình d ạng, kích thước và b ản chất vậtliệu nằm trong không gian c ủa hai bản tụ (ε) Ba dạng tụ thường dùng là: t ụ phẳng,

tụ trụ và t ụ cầu Nếu đối tượng đo được đặt trong vùng không gian gi ữa hai bảncực tụ thì điện dung C sẽ thay đổi tùy theo ε

Khối lượng, hàm l ượng nước, bản chất đối tượng đo (gạo, ngô, l ạc, đậu…) nhiệt độ… là nh ững thông s ố làm thay đổi ε trong tụ

Nếu cố định tất cả các thông số phụ thuộc khác, có thế thu được: C = C(H)

Sử dụng phép đo điện dung của tụ bằng thực nghiệm, có th ể thu được đườngđặc trưng C(H) cho cácđối tượng đo Trên cơ sở đó, suy ra giá trị thủy phần H Hình1.11 là m ột thiết bị đo thủy phần H ngũ cốc của Nhật Bản (KETT PM600)

Thiết bị cho phépđo 99 sản phNm ngũ cốc theo nguyên lý đo điện dung Dải do từ 0đến 40% Độ chính xác 0,5%,độ phân gi ải 0,1% Thiết bị có s ử dụng sensor bù trừnhiệt độ.

Hình 1.11 Thiết bị KETT PM 600

Chương 2- MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN THƯỜNG DÙNG V ỚI CẢM BIẾN

2.1 Mạch khuếch đại vi sai [3, 7]

Khi tín hiệu vào là đồng pha thì theo như nguyên lý của sơ đồ khuếch đại vi sai, tín hiệu lối ra sẽ không được khuyếch đại còn n ếu tín hiệu vào là l ệch pha nhau thì tín hiệu lối ra sẽ được khuyếch đại Vì vậy, thu tín hiệu bằng phương pháp khuếchđại vi sai (KĐVS) sẽ loại trừ được nhiễu do yếu tố bên ngoài tácđộng đồng thời vào

K ĐVS Hình 2.1 trình bày m ột sơ đồ nguyên lý mạch KĐVS

Sơ đồ mạch khuếch đại vi sai như sau:

Uv1

RE

-Hình 2.1 Mạch khuếch đại vi sai

Mạch gồm hai đầu vào, hai đầu ra và c ực emitter của hai transistor được nối với nhau, mạch làm vi ệc theo nguyên lý cầu cân b ằng nếu hai transistor được chế tạo cùng điều kiện và R C1=RC2=RC Điện áp rađược lấy giữa hai collector hoặc trên mỗi collector đối với đất (kiểu đối xứng và không đối xứng) Tuỳ theo cáchđưa tín hiệu vào mà có các ch ế độ khác nhau :

- Đưa tín hiệu vào m ột đầu còn m ột đầu nối đất - chế độ đơn

- Hai đầu vào đưa hai tín hiệu khác nhau - chế độ vi sai

- Đưa cùng một tín hiệu vào hai đầu vào - ch ế độ đồng pha

- Hạn chế góc m ở của đầu thu.

(2.3) (2.4)

(2.5)

I

Ur = ICRC = β

Hệ số khuếch đại điện áp :

Ku =

b Chế độ vi sai

Khi đưa hai tín hiệu khác nhau vào hai đầu của mạch vi sai, mạch sẽ làm

việc trong chế độ vi sai Tương tự chế độ đơn, dễ dàng tính được hệ số khuếch đại

Sơ đồ mạch vi sai hoạt động ở chế độ đồng pha được thể hiện trên hình 2.4

Theo sơ đồ tương đương ta viết được :