Bài giảng Kỹ thuật đo lường điện-Điện tử - Lưu Thế Vinh (Phần 2)

e eân àu N2 seõ thu 2 1 2 1 N N E E = Goïi I1 laø doøng trong cuoän N1 thì trong cuoän N2 eõ coù doøng I2: 1 ω = s Hình 5-9 I2 = M I f MI π21 (5-11) Trong ñoù M laø hoã caûm giöõa 2 cuoän daây: R NN M 21= (5-12) R laø töø trôû cuûa maïch töø. Neáu ta giöõ cho I1 2 chæ coøn laø haøm 1 bieán cuûa M, maø giaù trò cuûa M phuï thuoäc vaøo töø trôû cuûa maïch töø theo (5-12). Nhö vaäy, neáu R thay ñoåi, M seõ thay ñoåi vaø daãn ñeán I thay ñoåi. Noùi caùch khaùc ta coù: I2 = f(R). (5-13) – ÖÙng duïng: Ño ñoä di chuyeån beù, kieåm tra beà daøy caùc taá i caùn, kieåm tra kích thöôùc caùc chi tieát cô khí chính xaùc .2.3.Caûm bieán caûm öùng. vaø ω khoâng ñoåi thì doøng I 2 m kim loaï 2 Caûm bieán caûm öùng döïa treân nguyeân taéc caûm öùng ñieän töø: khi moät khung daây daãn kín quay trong moät töø tröôøng B, trong khung daây seõ xuaát hieän moät suaát ñieän ñoäng caûm öùng. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 137 - dt de Φ−= Theo nguyeâ taéc naøy ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ra maùy phaùt toác ñeå ño toác ñoä qua cuûa caùc ñoäng cô, maùy phaùt. Noù chính laø moät m y aùy phaùt ñieän nhoû kích töø baèng nam chaâm v ñoä quay n. quay n. Thang ñoä cuûa ñoàng hoà ân taéc naø coù theå cheá taïo theo kieåu nam chaâm (phaàn caûm) quay. Khi ñoù phaàn öùng laø moät ñóa kim loaïi gaén vôùi truïc quay ñoäng vaø kim chæ thò. Khi nam chaâm g 0,b), töø tröôøng xuyeân qua ñóa bieán än doøng caûm öùng. Doøng naøy sinh ra töø tröôøng choáng laïi töø tröôøng ñaõ sinh ra noù (töùc choáng laïi söï quay), nhöng nam chaâm gaén vôùi truïc ñoäng cô vaãn quay gaén vô truïc reân c moät l xo ca men caûn caân baèng vôùi moâ men quay ñóa seõ ñöùng yeân vaø kim chæ thò ôû moät vò trí xaùc ñònh tre Döïa treân nguyeân taéc caûm öùng ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ra duïng cuï xaùc ñònh phöông höôùng treân ma Khi bay trong baàu trôøi, maùy bay ch ònh phöông höôùng neân chuùng trieät tieâu laãn nhau. Cuoän thöù caáp (daây lôùn) quaán bao laáy caû 2 thanh saét töø. ónh cöõu (hình 5-10,a). Phaàn öùng quay vôùi toác ñoä baèng hoaëc tyû leä vôùi toác ñoä quay cuûa ñoäng cô. Suaát ñieän ñoäng xuaát hieän trong maïch phaàn öùng tyû leä vôùi toác e = k.n Ño s.ñ.ñ e ta deã daøng xaùc ñònh ñöôïc toác ñoä ñöôïc khaéc ñoä tröïc tieáp ra vaän toác. (5-14) a) b) Hình 5-10. Toác keá än Ñóa caûm öùng Gaén vôùi truïc ño g cô Theo nguye y aén vôùi truïc cuûa ñoäng cô quay (hình 5-1 thieân, treân ñóa xuaát hie buoäc ñóa phaûi quay theo. Ñóa ùi , t où oø ûn. Khi moâ ân thang ñoä. ùy bay. Ta bieát raèng traùi ñaát chuùng ta laø moät nam chaâm khoång loà. Töø tröôøng do noù sinh ra coù caùc ñöôøng söùc chaïy töø Baéc xuoáng Nam. òu taùc duïng töø tröôøng cuûa traùi ñaát. Treân cô sôû ñoù ngöôøi ta ñaõ cheá taïo moät duïng cuï xaùc ñ Hình 5-11 coù caáu truùc nhö sau: Duïng cuï goàm 2 thanh saét töø ñaët song song, treân coù quaán 2 cuoän daây kieåu bieán theá (hình 5-11). Cuoän sô caáp (daây nhoû) quaán treân 2 thanh saét ngöôïc chieàu nhau vaø noái vôùi moät nguoàn ñieän xoay chieàu. Bình thöôøng, töø tröôøng do chuùng sinh ra ngöôïc chieàu nhau Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 138 - Khi bay trong baàu trôøi, 2 thanh saét naèm trong töø tröôøng traùi ñaát. Khi ñoù, neáu ôû moät thanh saét töø tröôøng do baûn thaân doøng ñieän sinh ra ñöôïc coäng theâm vôùi töø tröôøng traùi ñaát eän ñoäng naøy phuï thuoäc vaøo töø thoâng xuyeân qua beà maët cuûa caû baàu trôøi. 2.3. Chuye thì ngöôïc laïi, ôû thanh saét kia töø tröôøng ñoù seõ bò tröø ñi, do ñoù töø tröôøng toång do cuoän sô caáp sinh ra seõ khaùc khoâng. Keát quaû trong cuoän thöù caáp seõ phaùt sinh moät söùc ñieän ñoäng. Ñoä lôùn cuûa söùc ñi m bieán, töùc phuï thuoäc vaøo goùc giöõa 2 thanh saét vôùi höôùng töø tröôøng traùi ñaát. Nhö vaäy, ño söùc ñieän ñoäng coù theå xaùc ñònh ñöôïc goùc phöông vò treân ån ñoåi ñieän dung. Ta bieát raèng, ñieän dung cuûa moät tuï ñieän laø moät thoâng soá ñaëc tröng cho khaû øo kích thöôùc cuûa caùc baûn tu (S)ï, khoaûng öïa vaøo caùc ñaëc tính treân ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ra caùc boä chuyeån ñoåi kieåu ñieän dung. Thöôøng coù 2 daïng: tuï phaúng vaø tuï hình truï. oái vôùi daïng tuï phaúng, ñieän dung cuûa caûm bieán thay ñoåi theo quy luaät: naêng tích ñieän cuûa noù, coù giaù trò phuï thuoäc va caùch giöõa caùc baûn (d) vaø baûn chaát cuûa chaát ñieän moâi giöõa chuùng (ε). D Ñ d SnC o )1( −= εε (5-15) rong ño ûn cöïc, S – dieän tích cuûa 1 baûn ε – haèng soá ñieän moâi; = 8,85. 10-12 F/m – haèng soá ñieän. Nhö vaäy, C laø haøm cuûa aùch khaùc coù theå söû duïng caûm bieán ñi T ù: n – soá taám ba D – khoaûng caùch giöõa 2 baûn cöïc; cöïc; εo 3 bieán d, S vaø ε. Noùi c eän dung C ñeå ño caùc ñaïi löôïng cô hoïc laøm thay ñoåi moät trong caùc ñaïi löôïng noùi treân theo caùc quan heä sau: Cx = f (d); Cx = f (S) ; Cx = f (ε) (5-16) Ñoà thò bieåu dieãn söï phuï thuoäc haøm soá giöõa ñieän dung C vaøo caùc bieán d, S vaø ε chæ ra treân hình 5-12. d S Hình 5-12.Caùc daïng caûm bieán ñieän dung phaúng Ñoái vôùi daïng tuï hình truï, ñieän dung cuûa tuï ñöôïc tính: 3 C S 3 CC d a) d thay ñoåi c) thay ñoåib) S thay ñoåi 3 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 139 - 1 2 ln 2 R R l C o πεε= (5-16) Trong ñoù: l – Chieàu cao cuûa hình truï; R1 – Baùn kính hình truï trong; R2 – Baùn kính hình truï ngoaøi. Caûm bieán ñieän dung loaï chuyeån laøm thay ñoåi ñaïi löôïng lx t i naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå ño möùc hoaëc söï dòch heo quan heä Cx = k lx. uï 1 gaén coá ñònh vaø giaù trò o coù theå xem haøm truyeàn gaàn tuyeán tính. reân hình 5-13, b ñieän dung Cx ñöôïc xaùc ñònh bôûi giaù trò lx, laø ñoaïn ñoái nhau cuûa 2 hình truï 5 vaø 3 ngaên caùch bôûi lôùp ñieän moâi hình truï 4. Döôùi taùc duïng cuûa ñaïi löôïng cô x(t) laøm hình truï 5 di chuyeån vaø laøm lx thay ñoåi. Haøm truyeàn ñaït cuûa chuyeån ñoåi coù ñaëc tính tuyeán tính: Treân hình 5-13 laø sô ñoà cuûa cuûa moät soá caûm bieán ñieän dung ñôn giaûn vaø ñoà thò bieåu dieãn haøm truyeàn ñaït cuûa chuùng. a) b) c) Hình 5-13. Sô ñoà vaø haøm truyeàn ñaït cuûa moät soá caûm bieán ñieän dung Treân hình 5-13, a caûm bieán ñöôïc caáu taïo bôûi 2 baûn tuï. Baûn t baûn tuï 2 treo baèng loø xo ñaøn hoài coù theå dòch chuyeån döôùi taùc duïng cuûa aùp löïc P(t). Haøm truyeàn ñaït cuûa chuyeån ñoåi Cx = f(dx) laø phi tuyeán (coù daïng hypebol). Vôùi caùc ∆d < d T x x o lk d D l C ln 2 == πεε (5-17) rong ñoù D vaø d töông öùng laø ñöôøng kính cuûa baûn tuï ngoaøi vaø baûn tuï trong. theå daïn n tuï song song 6 ñöôïc g ïng cao. Vì khoaûng caùch giöõa 2 baûn tuï vaø dieän tích cuûa caùc baûn laø khoâng ñoåi, neân ñieän dung Cx laø haøm tuyeán tính cuûa haèng soá ñieän moâi ε cuûa moâi tröôøng giöõa 2 baûn tuï. T Treân hình 5-13, c laø boä chuyeån ñoåi ñieän dung duøng ñeå ño ñoä aåm cuûa caùc vaät g haït rôøi (nguõ coác, ñöôøng caùt, v.v). Noù ñöôïc caáu taïo töø 2 baû aén vôùi tay caàm 7 laøm baèng vaät lieäu caùch ñieän chaát löô Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 140 - Ngoaøi nhöõng caûm bieán ñieän dung ñôn giaûn nhö treân, trong kyõ thuaät ño coøn söû duïng roäng raõi caùc caûm bieán ñieän dung ñaáu vi sai ñeå ñ löu lö g hoa toác ñ vaø caùc boä chuyeån ñoåi ñieän dung coù haøm truyeàn ñaït phöùc taïp hôn ñeå giaûi quyeát caùc baøi toa ình 5-15 laø hai ví duï cuï theå. laø cô caáu ñeå kieåm tra möùc chaát loûng tr uï thuoäc vaøo möùc chaát loûng trong bình. S , b. trong ñoù C1 laø phaàn tuï trong khoâng o ôïn ëc oä chaát löu ùn trong thöïc tieãn maø treân caùc hình 5-14, vaø h Boä chuyeån ño ñåi ieän dung treân hình 5-14, a ong bình chöùa 1, Giaù trò cuûa ñieän dung Cx ph ô ñoà töông ñöông cuûa heä nhö treân hình 5-14 khí, C2 laø phaàn tuï nhuùng trong chaát loûng. d S C d S C 21 vaø oo 2211 εεεε == (5-18) Vôù i S1 = k(l – x) vaø S2 = kx, ta coù giaù trò cuûa haøm truyeàn ñaït Cx laø: x d kl d kx d kxl d kCCC oooox )()( 21 121 21 εεεεεεεεε −−=+−=+= xkkC ox 1 += (5-19) Trong ñoù: l d kk oo εε1= ; )( 211 εεε −= dkk o laø caùc haèng soá. Treân hình 5-15, a laø nguyeân lyù chuyeån ñoåi ñieän dung duøng ñeå kieåm tra vaø ño beà daøy caùc taám phi kim loaïi. Sô ñoà chuyeån ñoåi töông ñöông 2 tuï ñieän C vaø C maéc a) b) Hình 5-14. Chuyeån ñoåi ñieän dung ñeå ño möùc chaát loûng 1 2 noái tieáp (hình 5-15, b). a) b) Trong ñoù: Hình 5-15. Chuyeån ñoåi ñieän dung ñeå ño beà daøy caùc taám phi kim loaïi x o d S C δ εε −= 1 1 ; vaø x o SC δ εε 2 2 = (5-20) Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 141 - Haøm truyeàn cuûa chuyeån ñoåi xaùc ñònh bôûi giaù trò ñieän dung töông ñöông cuûa C1 vaø C2 maéc noái tieáp. x x b a CC CC C δ+=+= 21 (5-21) 21 Trong ñoù: dbSa o 21 2 21 21 vaø εε ε εε εεε −=−= (5-22) p ñieän. 2.4. Chuyeån ñoåi aù Chuyeån ñoåi aùp ñieän döïa treân cô sôû hieäu öùng aùp ñieän xaûy ra ñoái vôùi moät soá tinh theå nhö – Hieäu öùng aùp ñieän thuaän: Khi bò bieán daïng, treân beà maët tinh theå xuaát hieän caùc ñieän tích traùi daáu. – Hieäu öùng aùp ñieän nghòch: Tinh theå aùp ñieän khi seõ bò bieán daïng. l øn thöôøng öû duïng tinh theå tha oä chuyeån ñoåi. Tinh theå thaïch anh coù daïng luïc laêng vôùi 2 ñaàu laø 2 hình choùp ñoái xöùng nhö treân hình 5-16, a, Moãi tinh theå thaïch anh coù hình choùpï. Truïc ñieän X ñi qua caïnh cuûa la eáu caét töø tinh theå thaïch anh ra moät khoái hình hoäp, coù caùc caïnh ñònh höôùng theo caùc truïc X, Y nhö hình 5-16, b thì khi taùc duïng löïc Px leân tinh theå doïc theo höôùng truïc ñi X, treân 2 beà maët ñoái n cuûa tinh theå seõ xuaát hieän caùc ñieän tích traùi daáu (hieäu ö g doïc x x Trong ñoù: D – laø haèng soá aùp ñieän. Vôùi thaïch anh D = 2,3.10-12 C/N ïng ïc cô hoïc Py doïc theo truïc cô Y, treân cuõng xuaát hieän caùc ñieän tích (hieäu öùng ngang), nhöng ngöôïc daáu vôùi hieäu öùng doïc: thaïch anh, tuoácmalin, titanat bari, Coù 2 daïng: ñaët trong ñieän tröôøng bieán thieân Trong kyõ thuaät ño öô g s ïch anh laøm caùc b 3 truïc, maø moãi truïc coù nhöõng hieäu öùng ñaëc bieät gaén vôùi caùc hieän töôïng cô, quang vaø ñieän. Truïc quang hoïc Z laø truïc ñi qua 2 ñænh êng truï vaø vuoâng goùc vôùi truïc quang. Truïc cô Y laø truïc höôùng vuoâng goùc vôùi maët beân cuûa laêng truï. a) b) c) Hình 5-16. Tinh theå thaïch anh vaø caùc truïc cuûa noù: truïc quang Z, truïc ñieän X vaø truïc cô Y N eän dieä ùn ): Q = D P (5-23) Neáu taùc du lö 2 beà maët cuûa tinh theå Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 142 - x y yy S S DPQ = (5-24) Trong ñoù Sy vaø Sx töông öùn l eà a t eå vuoâng goùc g aø caùc dieän tích b m ët baûn inh th vôùi caùc truïc Y vaø truïc X. ñ tích xuaát hieän seõ thay ñoåi khi chu ån tö ieán d daõn vaø ngöôïc laïi. Caûm bieán aùp ñieän ñöôïc söû duïng trong caùc duïng cuï ño chaán ñoäng, ño ñoä rung. § 3. C Daáu cuûa caùc ieän ye ø b aïng neùn sang HUYEÅN ÑOÅI NHIEÄT ÑIEÄN 3.1. Caëp nhieät ñieän. Nguyeân lyù: Hai t hanh kim loaïi A vaø B khaùc chaát ñöôïc haøn vôùi nhau. Neáu ñaët 2 m h ñieän ñoäng nhieät ñieän E, coù giaù trò tyû leä vôùi hieäu soá nhieät ñoä cheânh leäch. Hình 5-17. Caëp nhieät ñieän Nhö vaäy, neáu giöõ coá ñònh nhieät ñoä moät ñaàu moái haøn, ñaàu kia laøm ñaàu doø nhieät, thì khi ño sua eän ñoä å xaùc ñònh ñöôïc nh ñoä caàn ño. Trong baûng 5-1 cho giaù trò suaát nhieät ñieän ñoäng taïo bôûi caùc kim loaïi khaùc nhau vôùi Pla n khi nhieät Baûng 5-1 Suaát nhieät ñieän E, Suaát nhieät ñieän E, oái aøn ôû 2 nhieät ñoä to vaø t khaùc nhau (hình 5-17), trong maïch seõ xuaát hieän moät suaát E = f (t – to) (5-25) A AB B t t t A B to ot to a) b) c) át nhieät ñi ng ta coù the ieät ñoä to = 0oC vaø t = 100oC. ti Vaät lieäu (mV ôû 100oC) Vaät lieäu (mV ôû 100oC) Nicrom Mangan +2,2 Constantan -3,4 Ñoàng +0,76 Coâpen -3,6 -1, Croâm +2,4 Alumen -1,7 +0,76 Niken 5 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 143 - R1 R2 R4 R3 + - t Ñoä chính xaùc cuûa pheùp ño nhieät ñoä khi duøng caëp nhieät phuï thuoäc raát nhieàu vaøo vieäc coá ñònh chính xaùc nhieät ñoä ñaàu khoâng la ñaàu kh o ñieän trô 1 2 3 4 1 2, 3 ñieän trôû nhoû. R4 – töø ñoàng vaø niken. Caàu ño ñaët cuøng choã vôùi ñaàu khoâng laøm vieäc cuûa o ñieàu chænh ñeå caàu caân baèng nhôø R3. Trong quaù trình ño Do giaù trò cuûa suaát nhieät ñieän khaù beù côõ mV, neân khi ño phaûi söû duïng caùc maïch khueách ñaïi. 3.2 øm vieäc. Trong thöïc teá, thöôøng ñaët oâng laøm vieäc ôû nhieät ñoä nöôùc ñaù ñang tan (0 C). Nhöng ñieàu naøy gaây baát tieän trong söû duïng vaø laøm coàng keành thieát bi, do vaäy ngöôøi ta thöôøng aùp duïng caùc bieän phaùp boå trôï baèng caùc maïch ñieän ñeå buø tröø nhieät ñoä ñaàu khoâng laøm vieäc moät caùch töï ñoäng. Moät trong nhöõng phöông phaùp buø töï ñoäng raát ñôn giaûn vaø tieän lôïi chæ ra treân hình 5-18. Caëp nhieät vaø ñoàng hoà chæ thò ñöôïc maéc treân ñöôøng cheùo cuûa moät caàu ño û R , R , R ,R . Caùc ñieän trôû R , R R ñöôïc cheá taïo töø mangan coù heä soá nhieät caëp nhieät ôû nhieät ñoä to.. ÔÛ nhieät ñoä ban ñaàu t nhieät ñoä, neáu nhieät ñoä to taêng leân thì giaù trò cuûa ñieän trôû R4 cuõng taêng leân, vaø giaù trò ñieän aùp xuaát hieän treân ñöôøng cheùo caàu ño seõ buø vaøo söï giaûm suaát nhieät ñieän cuûa caëp nhieät. Ñoä chính xaùc cuûa pheùp buø theo sô ñoà naøy côõ 0,01mV vôùi moãi moät thay ñoåi 10oC cuûa nhieät ñoä to. . Nhieät ñieän trôû. 3.2.1. Nhieät trôû kim loaïi (α > 0). Phaàn lôùn kim loaïi nhö Cu, Fe, Ni, Al, Pt coù heä soá nhieät ñieän trôû döông. Trò soá ñieän trôû phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä theo heä thöùc: ) 1( vaø ) 1( ttRR otot ∆+=∆+= αρρα (5-26) Söû duïng nhieät trôû kim loaïi laøm caûm bieán nhieät cho ñaëc tuyeán truyeàn ñaït tuyeán tính. Kh eät ñoä la nhieät ÷ 1000 C; Ni: –80 ÷ 300o –200 ÷ 200 N ÷ 250oC T söû duïng platin pheùp khoaûng ät roäng. Heä soá nhieät ñieän trôû cuûa plati ,00392 /oC. Nhö vaäy giaù trò cuûa ñi y ñoåi khoaûng /oC. 3.2.2. Nhieät trôû baùn daãn – thermistor (α < 0) . Hình 5-18. Sô ñoà buø töï ñoäng nhieät ñoä ñaàu khoâng laøm vieäc oaûng nhi øm vieäc cuûa moät soá Pt: –200 trôû nhö: o C; Cu: oC; i-Fe: –200 . höôøng vì cho ño nhie n α = 0 eän trôû tha 0,3Ω Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 144 - Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Nhieät trôû baùn daãn ñöôïc cheá taïo töø caùc oxyùt kim loaïi MnO, ZnO, CuO. Giaù trò ñieän trôû phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä theo quy luaät: T T eRR β ∞= vaø TT e β ρρ ∞= (5-26) Trong ñoù: R∞ – ñieän trôû ôû nhieät ñoä voâ cuøng lôùn; β – heä soá phuï thuoäc vaøo chaát baùn daãn, coù giaù trò töø 10÷104. 0 1 2 <−== Tdt d βρ ρα (5-27) Nhieät trôû baùn daãn coù β lôùn neân ñoä nhaïy cao. Tuy nhieân haøm truyeàn phi tuyeán neân khi ño phaûi duøng caùc maïch boå trôï ñeå tuyeán tính hoùa ñaëc tuyeán truyeàn ñaït. 3.3. Caûm bieán nhieät duøng tieáp giaùp P-N baùn daãn. Döïa treân cô sôû theá phaân cöïc cho tieáp giaùp P-N baùn daãn (ñoái vôùi diode vaø transistor) phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ra caùc caûm bieán nhieät duøng diode vaø transistor. Ta bieát ñieän theá phaân cöïc V = (0,2 ÷ 0,3)V ñoái vôùi diode Ge vaø V = (0,6÷0,7)V ñoái D D thay ñoåi theo nhieät ñoä. Khi nhieät ñoä taêng theá phaân cöïc giaûm. D : vôùi diode Si. Tuy nhieân giaù trò cuûa VD Bieán thieân töông ñoái theo nhieät ñoä cuûa V C T V oD mV/ 2,5)(2,1- ÷=∆ ∆ Caûm bieán nhieät duøng diode ñöôïc maéc vaøo maïch ño theo sô ñoà hình 5-19, a. (5-28) ieán thieân töông ñoái cuûa theá loái ra theo nhieät ñoä xaùc ñònh theo heä thöùc: B ⎟⎟⎜⎜ +∆= 21VDo ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ ∆ ∆ 1R R T V (5-29) Ñoái vôùi transistor, ñieän aùp phaân cöïc VBE phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä theo heä thöùc: ⎟⎟⎠⎝ SIq Trong ñoù: IS ⎞⎛ CIkT ⎜⎜=BEV ln (5-30) – doøng ngöôïc baõo hoøa; I – doøng colector. 0-34J.s – Haèng soá Bolzermant ñeå loaïi C K = 1,38.1 Vì giaù trò cuûa doøng IC thay ñoåi theo nhieät ñoä neân caàn söû duïng nguoàn doøng oån tröø söï troâi nhieät. Khi söû duïng thöôøng gheùp caëp transistor nhö hình 5-19, b. Hình 5-19 R2R1 D + - Q1 Q2 R1 R3 R2 VoVD +V +V Vo 10K 4K b) 1KVBE a) Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 145 - Töø hình veõ ta coù: BEV R o R R V 5V 2 =BE 2 1 += ieät ñoä bò haïn cheá tro án 150oC. Caùc caûm bieán ñöôïc cheá taïo coâng nghieäp nhö FJT1000, FD300, FD200 duøng cho daõ án tính vôùi ñaùp öùng 10mV/ öùng Nhöôïc ñieåm cuûa caûm bieán nhieät duøng diode vaø transistor laø daõi ño nh ng khoaûng töø –40oC ñe i ño töø 40oK ñeá 400oK. Ngoaøi ra, caùc caûm bieán ño nhieät ñoä chuyeân duïng ñöôïc cheá taïo döôùi daïng nguoàn theá nhö LM135, LM235,LM335 coù haøm truyeàn tuye oK. Hoaëc caûm bieán döôùi daïng nguoàn doøng nhö AD590 cho ñaùp 1µA/oK. § 4 CHUYEÅN ÑOÅI HOÙA ÑIEÄN 4.1. Caûm bieán ñieän trôû dung dòch. Ta coù ñieän trôû cuûa coät chaát loûng dung dòch chieàu daøi l giöõa 2 baûn cöïc S ñöôïc xaùc ñònh theo heä thöùc: S lR ρ= (5-31) Trong ñoù: ρ = 1/ γ – ñieän trôû suaát cuûa dung dòch, vôùi γ ñöôïc goïi laø suaát daãn ñieän cuûa dung dòch tæ leä vôùi c – Noàng ñoä dung dòch; λ – Ñoä daãn ñieän ñöông löôïng cuûa dung dòch; dòch hay ñoä linh ñoäng cuûa caùc ion. Nhö vaäy, neáu giöõ cho l, S khoâng ñoåi thì ñieän trôû cuûa dung dòch seõ thay theo γ. Noùi caù khaùc h c: hoaït tính ñöông löôïng hoùa hoïc: γ = λ f c = λ a (5-32) ÔÛ ñaây: f – Heä soá hoaït tính cuûa dung dòch; a = f c – Hoaït tính cuûa dung ch ñieän trôû seõ laø haøm soá cuûa noàng ñoä dung dòc )( 1 1 cflllR =⋅=⋅== ρ (5-33) Ño ñi Löu yù: Suaát daãn ñieän cuûa dung dòch phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä theo quan heä: aScfSS λλ eän trôû coù theå xaùc ñònh ñöôïc noàng ñoä dung dòch. ( )[ ]βγγ oot tt −+= 1 (5-34) Vôùi a xít: β = 0,016 ñoä-1; bazô: β = 0,019 ñoä-1; muoái: β = 0,024 ñoä-1. Khi bò ñieän phaân muoái seõ toûa nhieät laøm cho ñoä linh ñoäng a = fc taêng leân, daãn tôùi γ taêng. Do ñoù, khi ño noàng ñoä baèng ñieän trôû dung dòch caàn quan taâm ñeán nhieät ñoä, vaø phaûi coù bieän phaùp boå chính. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 146 - 4.2. Caûm bieán suaát ñieän ñoäng ganvanic. .2.1.Khaùi nieäm veà ñoä pH. Theo ñònh nghóa: 4 +−= HapH 10lg (5-35) rong ño – laø ñoä hoaït tính cuûa ion hydro H+. Ta coù: oïi k l ta coù trong dung dòch k laø haèng soá: ù +HaT −+ +→ OHHH 02 G aø haèng soá phaân ly, OHa 2 2 OHH H aa k 0 −+ ×= (5-36) − 10 eáu: pH < 7 , dung dòch coù tính axít; vaøo trong moät dung dòch ñeàu xuaát hieän ng dòch g i la ñieän t eá ñieän cöïc. K ñöôïc tröïc tieáp ñieän theá ñieän cöïc, vì khi ñaët ñieän cöïc thöù 2 vaøo dung dòch thì giöõa ñieän chuaå ù noàng ñoä chuaån (a = 1g-dl/l). Theá ïc so saùnh vôùi theá ñieän cöïc chuaån: töû ganvaníc hôïp thaønh giöõa Zn vaø Cu seõ coù ïc ñöôïc xaùc 14 0 1022 =×=⋅ −+ OHHOHH aaak (5-37) Vôùi moät dung dòch trung tính thì seõ coù: 710 −== −+ OHH aa ; pH = -lg 10-7 = 7. N pH > 7 , dung dòch coù tính kieàm. 4.2.2.Ñieän theá ñieän cöïc. Baát kyø moät ñieän cöïc naøo khi nhuùng moät theá ñieän cöïc E naøo ñoù. Khi nhuùng vaøo trong dung dòch 2 ñieän cöïc khaùc chaát (2 kim loaïi khaùc nhau), giöõa chuùng seõ toàn taïi moät theá hieäu xaùc ñònh, nghóa laø coù moät suaát ñieän ñoäng ganvanic. Ñieän theá giöõa ñieän cöïc vaø du oï ø h hoâng theå ño cöïc naøy vaø dung dòch cuõng xuaát hieän moät theá ñieän cöïc nöõa tham gia trong maïch ño. Do vaäy ñieän theá ñieän cöïc ñöôïc xaùc ñònh so vôùi theá ñieän cöïc n. Ñieän cöïc chuaån laø ñieän cöïc baïch kim (Pt) coù khí hydro baùm vaøo ñöôïc coi laø ñieän cöïc khí hydro caém trong dung dòch H2SO4 co ñieän cöïc cuûa caùc kim loaïi khaùc nhau ñöô Ví duï: Kali: E0 = -2,92 V; Keõm: E0 = -0,76 V; Ñoàng: E0 = +0,34 V; Baïc: E0 = +0,8 V. v.v Nhö vaäy phaàn suaát ñieän ñoäng: E0 (Zn-Cu) = +0,34 – (–0,76) = 1,1 V Khi dung dòch coù nhieät ñoä vaø noàng ñoä thay ñoåi, ñieän theá ñieän cö ñònh theo phöông trình Nezst. aRTEcf nF nF RTEE ln ln +=+= (5-38) oo Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 147 - Eo – Theá tieâu chuaån cuûa ñieän cöïc; R = 8,317 J/ñoä – Haèng soá khí; n – soá hoùa trò cuûa ion; ay; ûa dung dòch; t tính cuûa dung dòch. Ñoåi töø loâga töï nhieân sang thaäp phaân vaø thay caùc giaù trò R vaø F ta coù: c – noàng ñoä dung dòch; F = 96500 C / g.mol – Haèng soá Farad f – heä soá hoaït tính cu a = fc – Heä soá hoaï )lg( 058,0 fcEE += no (5-39) ñieän ño ieän ñoäng Galoa. Duøng 2 ñieän cöïc gioáng nhau A vaø B nhuùng trong 2 dung dòch coù noàng ñoä khaùc nhau ôû cuøng moät nhieät ñoä (hình 5- 20). Hình 5-20 Phöông trình 5-39 cho ta nguyeân taéc ño noàng ñoä dung dòch c baèng caùch ño suaát äng E. 4.2.3.Caûm bieán suaát ñ Ñieän theá ñieän cöïc cuûa moãi cöïc theo phöông trình Nezst: 11 ln anF RTEE o += 22 ln anF RTEE o += Suaát ñieän ñoäng Galoa baèng hieäu ñieän theá giöõa 2 ñieän cöïc: ( ) 2 1 2121 ln lnln anF aRTaa nF RTEEE =−=−= (5-40) Ñoä hoaït tính dung dòch thöôøng xaùc ñònh laø +Ha , do vaäy coù theå vieát: 2)( +HanF 1 ln += HE )(aRT Neáu choïn dung dòch 2 laø dung dòch coù noàng ñoä chuaån, sao cho 2 = 1 thì khi ñoù ( +Ha ) suaát ñieän ñoäng Galoa seõ laø: pH 303,2)(lg 303,2)( ln 1101 === ++ ⋅− F RTa F RTa nF RTE HH (5-41) Zn Zn C2 BC A1 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 148 - Vôùi t = 18oC thì: pHE 058,0 −= (5-42) Phöông trình 5-42 cho ta nguyeân taéc ñeå cheá taïo caùc ma pH § 5 . C ùy ño ñoä . HUYEÅN ÑOÅI QUANG ÑIEÄN Caùc chuyeån ñoåi quang ñieän laø caùc phaàn töû nhaïy caûm vôùi caùc böùc xaï, coù nhieäm vuï bieán ñoåi tín hieäu quang hoïc loái vaøo thaønh tín hieäu ñieän loái ra. Coù nhieàu loaïi caûm bieán qu ng ñie Teá Qu Pin 5.1. Teá b a än nhö sau: – baøo quang ñieän; – ang trôû; – quang ñieän; – Photo diode; Photo transistor. aøo quang ñieän. ôùc soùng thích hôïp vaøo ca toát, töùc laø neáu naêng löôïng cuûa foâton tôùi lôùn hôn coâng thoaùt beà maët cuûa ε = hν ≥ eϕ, hieäu öùng quang ñieän seõ xaûy ra. laø söï phuï thuoäc cuûa doøng quang ñieän IΦ vaøo doøng quang thoâng Ñaëc tính voân-ampe: IΦ = f(U) khi Φx = const. Ñaëc tính taàn soá – laø söï phuï thuoäc taàn soá cuûa doøng IΦ vaøo taàn soá thay ñoåi cuûa Φx. Ñaëc tính phoå ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñoä nhaïy cuûa teá baøo quang ñieän ñoái vôùi chieàu daøi böôùc soùng aùnh saùng tôùi. reân hình 5-21 chæ ra 5 nhoùm öùng duïng cô baûn cuûa TBQÑ. Teá baøo quang ñieän (TBQÑ) söû duïng hieäu öùng quang ñieän ngoaøi. Khi chieáu aùnh saùng coù bö kim loaïi laøm ca toát: Caùc ñaëc tính cô baûn cuûa TBQÑ laø: – Ñaëc tính quang: IΦ = f(Φx) Φx. – – – T a) c) d) e) b) Hình 5-21. Caùc sô ñoà söû duïng teá baøo quang ñieän D Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 149 - Hình 5-22. Caáu taïo quang trôû 1. Lôùp caûm quang, 2. neàn baùn daãn 3. Caùc ñieän cöïc øng quang thoâng Φx ñöôïc taïo ra bôûi chính caùc vaät theå böùc xaï. TBQÑ ñöôïc söû duïng trong caùc piroâmeùt (hoûa keá böùc xaï), ví duï ñeå ño nhieät ñoä trong caùc loø luyeän kim döïa treân cô sôû söï phuï thuoäc cuûa cuôøng ñoä do vaø caùc ñaëc tính phoå cuûa noù vaøo nhieät ñoä cuûa vaät böùc xaï. , d øng quang thoâng tôùi TBQÑ bò ñieàu cheá bôûi kích thöôùc cuûa vaät theå D maø maø kích thöôùc d cuûa noù caàn phaûi ño hoaëc kieåm tra. ÖÙng caùc heä haát löôïng cuûa caùc beà maët (ñoä phaúng, ñoä aø ñoä trong vaø maøu saéc cuûa noù caàn kieåm tra, sau ñoù ñaäp vaøo TBQÑ. Nhö vaäy doøng quang thoâng Φx seõ laø haøm soá cuûa caùc ñaïi löôïng caàn kieåm tra. , e duøng trong caùc pheùp ño toác ñoä cuûa caùc truïc quay baèng toác keá qua ñ 5.2. Quang Treân sô ñoà hình 5-21, a do øng aùnh saùng Treân sô ñoà 5-21, b o duïng trong thoáng ño löôøng vaø kieåm tra töï ñoäng. Sô ñoà hình 5-21, c duøng ñeå kieåm tra c choùi, maøu saéc). Sô ñoà hình 5-21, d ñöôïc söû duïng roäng raõi ñeå ño nhieàu ñaïi löôïng khoâng ñieän khaùc nhau. Doøng aùnh saùng Φo töø nguoàn chieáu ñi qua ñoái töôïng caàn khaûo saùt, chaúng haïn moät chaäu chaát loûng m Sô ñoà hình 5-21 ng ieän. trôû. ùn daãn döïa treân hieäu öùng quang ñieän trong: Ñoä daãn nfit cadmi, selenit cadmi (nhaïy antimo ngoaïi). quang , kieän ε mieàn n g trò seõ n trôû thaø