6.5 CAÛM BIEÁN ÑIEÄN DUNG ( Capacitive transducer ) 1- Caáu taïo vaø nguyeân lyù: 2 loaïi : daïng ñôn ( hai baûn cöïc ) vaø daïng vi sai ( 1baûn cöïc chung A 1 vaø 2 baûn cöïc rieâng A 2 vaø A 3 ). Ñaïi löôïng ño laøm thay ñoåi vò trí baûn cöïc di ñoäng ( dieän tích ñoái maët A cuûa 2 baûn cöïc tuï ñieän thay ñoåi hoaëc khoaûng caùch D giöõa 2 baûn cöïc). Ñaïi löôïng ño laøm thay ñoåi trò soá ñieän moâi ε. Nguyeân lyù caûm bieán ñieän dung coù dieän tích ñoái maët thay ñoåi Tuï ñieän ñôn: a) Xoay troøn; b) Dòch chuyeån thaúng Tuï ñieän vi sai: c) Xoay troøn; d) Dòch chuyeån thaúng Ñoái vôùi tuï phaúng: Ñoái vôùi tuï ñieän hình truï: Öu ñieåm cuûa caûm bieán vi sai laø khoaûng hoaït ñoäng tuyeán tính ñöôïc môû roäng. Choáng nhieåu ñieän tröôøng khoâng bò aûnh höôûng bôûi ñieàu kieän moâi tröôøng. Nguyeân lyù cuûa caûm bieán ñieän dung coù khoaûng caùch thay ñoåi a) Tuï ñieän ñôn, b) Tuï ñieän ñoâi vi sai. Chuong

2 – ÖÙng duïng: Ño ñoä dòch chuyeån ( displacement ) : ñieän moâi cuûa tuï ñieän dòch chuyeån laøm thay ñoåi dieän tích baûn cöïc. Ño ñoä aåm cuûa vaät lieäu: ñieän moâi cuûa vaät lieäu thay ñoåi theo ñoä aåm. ño möïc chaát loûng khoâng daãn ñieäân duøng caûm bieán daïng truï. Chieàu cao h coät chaát loûng thay ñoåi, laøm thay ñoåi trò soá tuï C. ño löïc hoaëc aùp suaát thoâng qua ñaïi löôïng dòch chuyeån. caûm bieán ñieän dung ño ñoä dòch chuyeån X caûm bieán ñieän dung ño ñoä dòch chuyeån goùc quay Chuong

6.6 CAÛM BIEÁN ÑIEÄN AÙP ( The self – generating type ) Caûm bieán daïng ñieän aùp khoâng caàn cung caáp naêng löôïng ( caëp nhieät ñieän, caûm bieán aùp ñieän, Caûm bieán quang ñieän aùp, maùy phaùt – toác, löu löôïng keá caûm öùng Caëp nhieät ñieän ( thermocouple ): Caáu taïo : goàm 2 kim loaïi A vaø B khaùc nhau noái vôùi nhau choå noái laø ñaàu ño, 2 ñaàu coøn laïi laø ñaàu chuaån ( ñaàu tham khaûo ). Nguyeân lyù: Theo hieäu öùng Seebeck, ñieän aùp V ( söùc ñieän ñoäng nhieät ñieän ) phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä T 2 – T 1, khoâng phuï thuoäc nhieät ñoä doïc theo daây kim loaïi. Ñoä nhaïy nhieät ñieän: α t = α A - α B α A : ( mV/ 0 C ) h eä soá nhieät ñieän cuûa kim loaïi A so vôùi baïch kim, α B h eä soá nhieät cuûa kim loaïi B. Bieåu thöùc V cuûa caëp nhieät ñieän : k(mV/ o C 2 ) haèng soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu. Theo bieåu thöùc treân ñaëc tuyeán cuûa caëp nhieät ñieän theo nhieät ñoä khoâng tuyeán tính. Cho neân khi söû duïng chæ ño trong khoaûng nhieät ñoä cuûa vuøng tuyeán tính cuûa ñaëc tuyeán ( duøng haøm baäc nhaát cuûa bieåu thöùc ) Caáu taïo caëp nhieät ñieän V = α t (T 2 – T 1 ) + k (T T 1 2 ) Chuong

Chuong a)Voû khoâng caùch ñieän b) Voû söù caùch ñieän Caëp nhieät ñieän thöïc teá Cöïc nhieät ñieän keùo daøi A’ Cöïc nhieät ñieän keùo daøi B’ + - Caàu ño Wheatstone nhieät ñieän trôû Ñaàu chuaån Ñaàu ño A B Daây buø ( cöïc nhieät ñieän keùo daøi ) : trong tröôøng hôïp caëp nhieät ñieän ( A - B) laø kim loaïi ñaét tieàn ( platin vaø hôïp kim platin vaø Rhodium) ño nhieät ñoä cao khoâng theå keùo daøi. Khi ñoù duøng cöïc nhieät ñieän keùo daøi A’coù cuøng heä soá nhieät ñieän vôùi A vaø B’ coù cuøng heä soá nhieät B ( trong khoaûng nhieät ñoä hoaït ñoäng cuûa moái noáiA - A’, B – B’ ñeå khoâng phaùt sinh caëp nhieät ñieän môùi. Khi nhieät ñoä ñaàu chuaån thay ñoåi theo nhieät ñoä moâi tröôøng, ta duøng nhieät ñieän trôû laø phaàn töû cuûa caàu ño Wheatstone thay ñoåi theo ñeå coù ñieän aùp ra cuûa caàu thay ñoåi ñeå buø vôùi söï thay ñoåi ñieän aùp ra cuûa caëp nhieät ñieän do söï thay ñoåi nhieät ñoä ñaàu chuaån.

Chuong Caëp nhieät ñieänNh. ñoä söû duïng E (mV)Caáp chính xaùc Cu / Constantan– 270 o C ñeán 370 o C – 6,258 ñeán 19,027  2% töø –100 o C ñeán – 40 o C Loaïi T (ñöôøng kính 1,63 mm)  0,8% töø –40 o C ñeán 100 o C  0,75  töø 100 o C ñeán 350 o C Fer / Constantan Loaïi J (ñöôøng kính 3,25 mm) – 210 o C ñeán 800 o C – 8,096 ñeán 45,498  3 o C töø 0 o C ñeán 400 o C  0,75% töø 400 o C ñeán 800 o C Chromel / Alumel– 270 o C ñeán 1250 o C – 5,354 ñeán 50,633  3 o C töø 0 o C ñeán 400 o C Loaïi K (ñöôøng kính 3,25 mm)  0,75% töø 400 o C ñeán C

Chuong Chromel/Constantan– 270 o C ñeán 870 o C – 9,835mV ñeán 66,473  3 o C töø 0 o C ñeán 400 o C Loaïi E (ñöôøng kính 3,25 mm)  0,75% töø 400 o C ñeán 1250 o C Platine – Rhodium (10%) / Platine – 50 o C ñeán 1500 o C – 0,236 mV ñeán 15,576  2,5 o C töø 0 o C ñeán 600 o C Loaïi S (ñöôøng kính 0,51 mm)  0,4% töø 600 o C ñeán 1600 o C Platine – Rhodium (13%) / Platine Loaïi R (ñöôøng kính 0,51 mm) –50 ñeán 1500 o C – 0,226mV ñeán 17,445  1,4 o C töø 0 o C ñeán 538 o C  0,25% töø 538 o C ñeán C Platine – Rhodium (30%)/Platine – Rhodium (6%) Loaïi B (ñöôøng kính 0,51 mm) 0 o C ñeán 1700 o C 0mV ñeán 12,426  0,5% töø 870 o C ñeán 1700 o C Tungsteøne – Rheùnium (5%)/ Tungsteøne – Rheùnium (26%) 0 o C ñeán 2760 o C 0mV ñeán 38,45

Chuong Caûm bieán aùp ñieän : Caáu taïo : vaät lieäu daïng tinh theå coù hieäu öùng piezoelectric ( aùp ñieän ) nhö thaïch anh (quartz, tourmaline, muoái Rochelle, Titanate barium …). Nguyeân lyù: - Hieäu öùng thuaän: khi tinh theå bò bieán daïng bôûi ñaïi löôïng ño thì xuaát hieän ñieän tích ôû 2 beà maët ñoái cuûa tinh theå. ( duøng laøm caûm bieán ño ) - Hieäu öùng nghòch : khi tinh theå trong vuøng ñieän tröôøng thì bò bieán daïng ( duøng trong maïch dao ñoäng ñeå oån ñònh taàn soá dao ñoäng) Khi tinh theå bò bieán daïng döôùi taùc ñoäng cuûa löïc F treân beà maët A cuûa tinh theå, ñieän tích Q xuaát hieän : Q = d F, d: ( coulomb/ m 2 )/ ( newton/ m 2 ) haèng soá aùp ñieän cuûa tinh theå ñieän aùp E = g t p, g [ ( V / m ) / ( N/ m 2 ) ] : ñoä nhaïy ñieän aùp cuûa tinh theå d coøn phuï thuoäc vaøo phöông caét vaø phöông, chieàu cuûa löïc taùc ñoäng vaøo tinh theå.( xem baûng cho bieát d& g cuûa caùc vaät lieäu sau ñaây thí duï tinh theå thaïch anh :( X cut, length alongY ), löïc taùc ñoäng theo phöông truïc X thì coù ñieän tích q 1 Maãu thaïch anh daïng Curie

Chuong xuaát hieän ôû 2 maët thaúng goùc truïc X. q 1 = 2,25 x 10 – 12 F x ( theo phöông X ) vaø q 1 = - 2,25 x 10 – 12 F y ( theo phöông Y ). neáu chieàu daøi theo phöông X ( beà daày) : q 1 = - 2,04 x 10 – 12 F x ( theo phöông X ). Caàn phaûi quan taâm ñeán vieäc phöông caét tinh theå aùp ñieän.

Chuong Ñaïi löôïng ño: caûm bieán aùp ñieän duøng ño gia toác,ñoä rung vaø ñòa chaán vaø ñöôïc duøng laøm ñaàu doø cho maùy ño sieâu aâm ( chuyeån ñoåi soùng cô sang tín hieäu ñieän vaø ngöôïc laïi) vì caùc tinh theå aùp ñieän coù ñaùp öùng toát ôû taàn soá cao. Caùc kieåu gia toác keá aùp ñieän loaïi neùn Sai soá cuûa caûm bieán aùp ñieän: do coù aûnh höôûng bôûi söï thay ñoåi cuûa ñieän moâi tinh theå theo nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng. gia toác keá aùp ñieän chaán ñoäng

Chuong Caûm bieán ño toác ñoä : (tachometer ) C aáu taïo : coù nam chaâm (phaàn coá ñònh, stator), cuoän daây ( phaàn quay, rotor). Choåi than queùt treân coå goùp laáy ñieän aùp ra DC. Nguyeân lyù : ñieän aùp ra DC tæ leä vôùi vaän toác quay ñoái töôïng ño ñöôïc gheùp truïc vôùi truïc quay mang cuoän daây. loaïi ñieän aùp ra AC ñoàng boä vaø khoâng ñoàng boä. Caáu taïo toác ñoä keá ñieän töø DC Maùy phaùt AC ñoàng boä a) Moät pha hai cöïc; b) Ba pha boán cöïc ñöôïc noái hình sao maùy phaùt AC khoâng ñoàng boä

Chuong Caûm bieán quang ñieän aùp : ( photovoltaic ) Caáu taïo quang ñieän aùp gioáng nhö diod quang. Quang ñieän aùp khoâng ñöôïc phaân cöïc. Hoaït ñoäng tuyeán tính hoaëc logarit tuøy theo caùch maéc maïch. tröôøng hôïp quang thoâng nhoû: V CO = tröôøng hôïp quang thoâng lôùn : V CO = I O : doøng ñieän ræ raát nhoû khi khoâng coù aùnh saùng I CC : doøng ngaén maïch cuûa quang ñieän aùp.( ngoû ra cuûa quang ñieän aùp coù R m raát nhoû) I P : doøng quang ñieän ñöôïc taïo ra khi coù quang thoâng. V CO : ñieän aùp hôû maïch Caùch maéc quang ñieän aùp : a) tuyeán tính. b) logarit Doøng ngaén maïch theo quang thoâng ï

Chuong a) Caùch maéc tuyeán tính: coù doøng ñieän ngaén maïch I cc, V o = R m.I cc b) Caùch maéc logarit: coù ñieän aùp hôû maïch V CO, Ñaëc tính cuûa quang ñieän aùp gioáng nhö quang ñieän trôû phuï thuoäc vaøo phoå λ cuûa nguoàn saùng vaø nhaïy vôùi nhieät ñoä moâi tröôøng. Ñaïi löôïng ño : caûm bieán ño trong maùy ño ñoä saùng( luxmeter ),quang phoå keá( spectrometer ) duøng trong lónh vöïc hoùa phaân tích,quang hoûa keá ( pyrometer) ño nhieät ñoä duøng söï böùc xaï aùnh saùng töø nguoàn nhieät ôû nhieät ñoä cao ( vaøi ngaøn ñoä trôû leân)

Chuong CAÛM BIEÁN DAÏNG DOØNG ÑIEÄN Caûm bieán hieäu öùng Hall : Caáu taïo : vaät lieäu baùn daãn (GaAs, InAs,InSb) coù doøng ñieän phaân cöïc I ñi qua theo phöông cuûa truïc X, trong vuøng töø tröôøng theo phöông truïc Z. nguyeân lyù hoïat ñoäng: E x ñieän tröôøng do coù söï phaân cöïc cuûa doøng ñieän I do ñieän aùp V = E x. L. Hieäu öùng Hall do löïc Laplace F L taùc ñoäng leân ñieän tích chaïy theo phöông X, q laø ñieän tích vaø µ laø ñoä linh ñoäng: Caûm bieán duøng hieäu öùng Hall F L = q  E X B N E Y =  E X B N löïc naày laøm tích tuï ñieän tích aâm vaø döông taïi 2 beà maët thaúng goùc truïc Y taïo ra ñieän tröôøng E Y cho ñeán khi löïc Laplace theo phöông Y baèng phöông X: Ñieän aùp giöõa 2 beà maët theo phöông cuûa truïc Y laø ñieän aùp Hall: V H = - l  E X B N ( l beà roäng tinh theå ) Do ñoù eV H = K H I B N ( e, beà daày ; I = qµelE X, I doøng ñieän phaân cöïc vaø K H = - 1 / qn, haèng soá Hall cuûa vaät lieäu)

Chuong Caûm bieán DIOD vaø TRANSISTOR ño nhieät ñoä: a) Diod; b) Transistor maéc nhö diod c) Hai transistor gioáng nhau ñöôïc maéc nhö diod diod vaø transistor ñöôc phaân cöïc doøng ñieän I, ñöôïc duøng laøm caûm bieán ño nhieät ñoä. Ñoä nhaïy nhieät : S = dV/dT = - 2,5mV/ 0 C Taàm ño nhieät ñoä – 50 0 C ñeán C Caûm bieán transistor ño nhieät ñoä

Chuong Caûm bieán DIOD QUANG vaø TRANSISTOR QUANG Maïch phaân cöïc cho diod quang Maïch phaân cöïc cho diod quang : phaân cöïc nghòch khi quang thoâng baèng khoâng ( vuøng toái ) : doøng I r doøng ñieän nghòch nhoû (nA). khi coù aùnh saùng chieáu vaøo I r = I Φ doøng quang ñieän tæ leä vôùi quang thoâng vaø ñoä daøi soùng λ. Maïch ñieän töông ñöông r d coù trò soá raát lôùn, r s trò soá vaøi chuïc ohm. Doøng quang ñieän coøn phuï thuoäc nhieät ñoä.söï thay ñoåi trò soá 0,1%/ 0 C. Trò soá C d coù trò soá nhoû cho ñaùp öùng vôùi taàn soá cao. Maïch ñieän töông ñöông cuûa diod quang Caùch maéc diod quang vôùi maïch khueách ñaïi cho doøng quang ñieän tuyeán tính vaø ñaùp öùng taàn soá cao vaø coù maïch khueách ñaïi baêng thoâng roäng.

Chuong a) Caùch phaân cöïc cho transistor quang; b) Maïch töông ñöông c) söï di chuyeån caùc ñieän tích töï do khi coù söï chieáu saùng cöïc neàn Transistor quang: cöïc neàn cuûa transistor khoâng phaân cöïc, cöïc C vaø E ñöôïc phaân cöïc nhö transistor thöôøng. Doøng I E = ( β + 1) ( I o + I p ); I o doøng phaân cöïc nghòch C- B khi khoâng coù quang thoâng ( khoaûng nA ) vaø phuï thuoäc nhieät ñoä ; I p doøng quang ñieän chaïy qua cöïc neàn thu khi coù quang thoâng. Caùch maéc transistor quang cho pheùp gia taêng vaän toác chuyeån ñoåi a) Caùch maéc cöïc neàn chung; b) Bieán ñoåi doøng - aùp