Bài giảng Kĩ thuật đo lường - Phần 2: Các phần tử chức năng của thiết bị đo - Nguyễn Thị Huế

pdf 178 trang haiha333 07/01/2022 2260
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kĩ thuật đo lường - Phần 2: Các phần tử chức năng của thiết bị đo - Nguyễn Thị Huế", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ki_thuat_do_luong_phan_2_cac_phan_tu_chuc_nang_cua.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kĩ thuật đo lường - Phần 2: Các phần tử chức năng của thiết bị đo - Nguyễn Thị Huế

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VI ỆN ĐIỆN KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG Nguy ễn Th ị Hu ế BM: Kĩ thu ật đo và Tin học công nghi ệp
  2. Nội dung môn học  Ph ần 1: Cơ sở lý thuy ết kĩ thu ật đo lườ ng  Ch ươ ng 1: Khái ni ệm cơ bản về kĩ thu ật đo lường  Ch ươ ng 2: Ph ươ ng ti ện đo và phân lo ại  Ch ươ ng 3: Các thông số kỹ thu ật của thi ết bị đo  Ph ần 2: Các ph ần tử ch ức năng của thi ết bị đo  Ch ươ ng 4: Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo  Ch ươ ng 5: Cơ cấu ch ỉ th ị cơ điện, tự ghi và ch ỉ th ị số  Ch ươ ng 6: Mạch đo lường và gia công thông tin đo  Ch ươ ng 7: Các chuy ển đố i đo lườ ng sơ cấp  Ph ần 3: Đo lườ ng các đạ i lượ ng điện  Ch ươ ng 8: Ðo dòng điện  Ch ươ ng 9: Đo điện áp  Ch ươ ng 10: Ðo công su ất và năng lượng  Ch ươ ng 11: Ðo góc lệch pha, kho ảng th ời gian và tần số  Ch ươ ng 12: Ðo thông số mạch điện  Ch ươ ng 13: Dao độ ng kí  Ph ần 4: Đo lườ ng các đạ i lượ ng không điện  Ch ươ ng 14: Đo nhi ệt độ  Ch ươ ng 15: Đo lực 8/18/2015  Ch ươ ng 16: Đo các đạ i lượNTHng - không BM KT đĐi ệ&n THCN khác 2
  3. Tài li ệu tham khảo  Sách:  Kĩ thu ật đo lườ ng các đại lượ ng điện tập 1,2- Ph ạm Th ượ ng Hàn, Nguy ễn Tr ọng Qu ế .  Ðo lườ ng điện và các bộ cảm bi ến: Ng.V.Hoà và Hoàng Si Hồng  Bài gi ảng và website:  Bài gi ảng kĩ thu ật đo lườ ng và cảm bi ến-Hoàng Sĩ Hồng.  Bài gi ảng Cảm bi ến và kỹ thu ật đo: P.T.N.Yến, Ng.T.L.Huong, Lê Q. Huy  Bài gi ảng MEMs ITIMS - BKHN  Website: sciendirect.com/sensors and actuators A and B 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 3
  4. Ch ươ ng 4: Cấu trúc cơ bản và đặ c tính của dụng cụ đo  Sơ đồ kh ối của thi ết bị đo: CĐSC MĐ CT  CĐSC - Chuy ển đổ i sơ cấp: làm nhi ệm vụ bi ến đổ i các đạ i lượ ng đo thành tín hi ệu điện. Đây là khâu quan tr ọng nh ất của thi ết bị đo.  MĐ -Mạch đo: là khâu gia công tính toán sau CĐSC, nó làm nhi ệm vụ tính toán và th ực hi ện phép tính trên sơ đồ mạch. Đó có th ể là mạch điện tử thông th ườ ng ho ặc bộ vi xử lý để nâng cao đặ c tính của dụng cụ đo  CT - Cơ cấu ch ỉ th ị: là khâu cu ối cùng của dụng cụ đo để hi ển th ị kết qu ả đo dướ i dạng con số so với đơ n vị đo. Có 3 cách hi ển th ị kết qu ả đo 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 4
  5. Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo  Cấu trúc chung của một cảm bi ến thông minh (Smart Sensor): 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 5
  6. Sơ đồ c ấu trúc c ủa dụng c ụ đo bi ến đổi thẳng  Đố i với dụng cụ đo bi ến đổ i th ẳng vi ệc bi ến đổ i thông tin ch ỉ di ễn ra theo một hướ ng th ẳng duy nh ất, ngh ĩa là không có khâu ph ản hồi.  Dụng cụ đo sử dụng ph ươ ng pháp bi ến đổ i th ẳng có cấu trúc: Y Yn X Y1 2 C§C1 Đ1 CĐ2 CĐn CT  CĐ: bộ chuy ển đổ i  CT: cơ cấu ch ỉ th ị  X: đạ i lượ ng cần đo  Yi: đạ i lượ ng trung gian (cho ti ện quan sát và ch ỉ th ị) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 6
  7. Sơ đồ c ấu trúc c ủa dụng c ụ đo bi ến đổi thẳng  Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo bi ến đổ i th ẳng tươ ng tự và số 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 7
  8. Sơ đồ c ấu trúc c ủa dụng c ụ đo ki ểu so sánh.  Dụng cụ đo ki ểu so sánh sử dụng khâu ph ản hồi với các chuy ển đổ i ng ượ c (CĐN) để tạo ra tín hi ệu Xk so sánh với tín hi ệu cần đo X. Mạch đo là một vòng khép kín.  Sau bộ so sánh có ∆X = X - XK, đo ∆X ho ặc đo các tín hi ệu sau các chuy ển đổ i thu ận Y có th ể xác đị nh đượ c X. Theo ph ươ ng pháp so sánh có th ể có 4lo ại tươ ng ứng là so sánh cân bằng, không cân bằng; so sánh đồ ng th ời, không đồ ng th ời.  Đặ c điểm của dụng cụ đo ki ểu so sánh:  Có cấu trúc ph ức tạp hơn so với dụng cụ đo bi ến đổ i th ẳng.  Hi ện nay th ườ ng dùng vi xử lí bên trong.  Độ chính xác cao và giá thành đắ t. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 8
  9. Sơ đồ c ấu trúc c ủa dụng c ụ đo ki ểu so sánh  Dụng cụ đo theo ph ươ ng pháp so sánh có sơ đồ cấu trúc nh ư sau: X Y1 Yn C§1SS CĐ1 CĐn CT Xk CĐNm CĐN1  CĐ: bộ chuy ển đổ i  CĐN: bộ chuy ển đổ i ng ượ c  CT: cơ cấu ch ỉ th ị  SS: bộ so sánh  ∆X = X – Xk 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 9
  10. Sơ đồ c ấu trúc c ủa dụng c ụ đo ki ểu so sánh  Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo ki ểu so sánh không cân bằng  Quá trình hồi ti ếp đư a Xk về so sánh và cho thì dụng cụ đo gọi là dụng cụ đo so sánh không cân bằng.  Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo ki ểu so sánh cân bằng  Quá trình hồi ti ếp đượ c đư a về bộ so sánh liên tục tới khi = 0 thì dụng cụ đo gọi là dụng cụ đo so sánh cân bằng. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 10
  11. Sơ đồ c ấu trúc c ủa dụng c ụ đo ki ểu so sánh  Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo ki ểu so sánh để đo các đạ i lượ ng không điện. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 11
  12. Ch ương 5: Cơ cấu ch ỉ th ị cơ điện, tự ghi và ch ỉ th ị số  Đây là khâu hi ển th ị kết qu ả đo dướ i dạng con số so với đơ n vị của đạ i lượ ng cần đo.  Có 3 ki ểu ch ỉ th ị cơ bản là:  Chỉ th ị bằng kim ch ỉ (còn gọi là cơ cấu đo độ lệch hay cơ cấu cơ điện);  Chỉ th ị ki ểu tự ghi (ghi trên gi ấy, băng đĩ a từ, màn hình )  Chỉ th ị số.  Dướ i đây ta sẽ xem xét nh ững cơ cấu điển hình nh ất cho mỗi ki ểu th ị trên. Chỉ th ị số ngày nay đượ c sử dụng nhi ều và ph ổ bi ến 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 12
  13. 5.1 Cơ c ấu chỉ thị c ơ điện  Với lo ại ch ỉ th ị cơ điện, tín hi ệu vào là dòng điện ho ặc điện áp, còn tín hi ệu ra là góc quay của ph ần độ ng (có gắn kim ch ỉ).  Nh ững dụng cụ này là lo ại dụng cụ đo bi ến đổ i th ẳng.  Đạ i lượ ng cần đo nh ư dòng điện, điện áp, điện tr ở, tần số hay góc pha đượ c bi ến đổ i thành góc quay của ph ần độ ng, ngh ĩa là bi ến đổ i năng lượ ng điện từ thành năng lượ ng cơ học: α = FX( )  Với : X là đạ i lượ ng điện, α là góc quay (hay góc lệch) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 13
  14. 5.1 Cơ c ấu chỉ thị c ơ điện Nguyên tc làm vi c ca các c cu ch th c đin:  Ch ỉ th ị cơ điện bao gi ờ cũng gồm hai ph ần cơ bản là ph ần tĩnh và ph ần độ ng.  Khi cho dòng điện vào cơ cấu, do tác độ ng của từ tr ườ ng gi ữa ph ần độ ng và ph ần tĩnh mà một mômen quay xu ất hi ện làm quay ph ần độ ng.  Momen quay này có độ lớn tỉ lệ với độ lớn dòng điện đư a vào cơ cấu: dWe Mq = dα We là năng lượ ng từ tr ườ ng α là góc quay của ph ần độ ng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 14
  15. 5.1 Cơ c ấu chỉ thị c ơ điện Nguyên tc làm vi c ca các c cu ch th c đin:  Nếu gắn một lò xo cản (ho ặc một cơ cấu cản) với tr ục quay của ph ần độ ng thì khi ph ần độ ng quay lò xo sẽ bị xo ắn lại và sinh ra một momen cản, momen này tỉ lệ với góc lệch và đượ c bi ểu di ễn qua bi ểu th ức: Mc = D.α  Với D là hệ số momen cản riêng của lò xo, nó ph ụ thu ộc vào vật li ệu, hình dáng và kích th ướ c của lò xo.  Chi ều tác độ ng lên ph ần độ ng của hai momen ng ượ c chi ều nhau nên khi momen cản bằng momen quay ph ần độ ng sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng. Khi đó: dWe 1 dWe Mc = Mq ⇒ = D.α ⇒ α = . dα D dα 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 15
  16. 5.1 Cơ c ấu chỉ thị c ơ điện Kim ch ỉ Thang đo Nh ng b ph n chính ca c cu ch th c đin  Tr ục và tr ụ: là bộ ph ận đả m bảo Lò xo cho ph ần độ ng quay trên tr ục nh ư khung dây, kim ch ỉ, lò xo cản Khung dây Tr ục th ườ ng đượ c làm bằng lo ại thép cứng pha irini hặc osimi, còn tr ụ đỡ làm bằng đá cứng Lò xo  Lò xo ph ản kháng hay lò xo cản là chi ti ết th ực hi ện nhi ệm vụ là tạo ra momen cản, đư a kim ch ỉ th ị về vị trí 0 khi ch ưa đạ i lượ ng cần đo vào và dẫn dòng điện vào khung dây 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 16
  17. 5.1 Cơ c ấu chỉ thị c ơ điện  Dây căng và dây treo: để tăng độ nh ạy cho ch ỉ th ị ng ườ i ta thay lò xo bằng dây căng ho ặc dây treo.  Kim ch ỉ đượ c gắn vào tr ục quay, độ di chuy ển của kim trên thang chia độ tỉ lệ với góc quay α.  Thang đo là bộ ph ận để kh ắc độ các giá tr ị của đạ i lượ ng cần đo.  Bộ ph ận cản dịu là bộ ph ận để gi ảm quá trình dao độ ng của ph ần độ ng và xác đị nh vị trí cân bằng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 17
  18. 5.1.1 Cơ c ấu chỉ thị t ừ điện  Ph ần tĩnh: Nam châm vĩnh cữu (nam châm hình móng ng ựa), lõi sắt, cực từ (bằng sắt non). Gi ữa cực từ và lõi sắt có khe hở không khí rất hẹp.  Ph ần độ ng: Khung dây đượ c qu ấn bằng dây đồ ng. Khung dây gắn trên tr ục, nó quay trong khe hở không khí. I 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 18
  19. Cơ c ấu chỉ thị t ừ điện Nguyên tc ho t đ ng.  We là năng lượ ng điện từ tỉ lệ với độ lớn của từ thông trong khe hở không khí và độ lớn của dòng điện ch ạy trong khung dây. We = Φ.I = B.S.W .α.I d(B.S.W.α.I) ⇒ Mq = = B.S.W.I dα mµ ta cã : Mc = D.α ⇒ Mc = Mq ⇔ D.α = B.S.W.I 1 ⇒ α = B.S.W.I = K.I D 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 19
  20. Cơ c ấu chỉ thị t ừ điện  Dòng cần đo đư a vào cơ cấu ch ỉ đượ c phép theo một chi ều nh ất đị nh, nếu đư a dòng vào theo chi ều ng ượ c lại kim ch ỉ sẽ bị gi ật ng ượ c tr ở lại và có th ể gây hỏng cơ cấu.  Vì vậy, ph ải đánh dấu + (dây màu đỏ ) và - (dây màu xanh) cho các que đo.  Chi ều quay của kim ch ỉ th ị ph ụ thu ộc vào chi ều dòng điện nên các đạ i lượ ng xoay chi ều (t ần số từ 20Hz – 100KHz) mu ốn ch ỉ th ị bằng cơ cấu từ điện ph ải chuy ển thành đạ i lượ ng một chi ều và đư a vào cơ cấu theo một chi ều nh ất đị nh  Cơ cấu ch ỉ th ị từ điện có độ nh ạy khá cao, thang đo đề u nên đượ c ứng dụng để ch ế tạo Vônmet, Ampemet, Ohmmet nhi ều thang đo với dải đo rộng. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 20
  21. Cơ c ấu chỉ thị t ừ điện  Nhìn vào quan hệ này, ta có các đặ c điểm cơ bản của cơ cấu này nh ư sau  Tuy ến tính với dòng điện hay nói cách khác thang chia độ của cơ cấu này đề u. Cơ cấu từ điện đượ c ch ế tạo ch ủ yếu để đo dòng điện một chi ều.  Độ nh ạy cao do BW lớn và D nh ỏ.  Độ chính xác cao vì Mq lớn hơn nhi ều so với ma sát và B lớn hơn nhi ều so với từ tr ườ ng nhi ễu ảnh hưở ng.  Khi nhi ệt độ thay đổ i thì B và D cùng tăng ho ặc cùng gi ảm nên bù tr ừ lẫn nhau  Khung quay đượ c ch ế tạo bằng đồ ng nên thay đổ i điện tr ở theo nhi ệt độ vì vậy khi sử dụng ph ải chú ý đế n ảnh hưở ng của nhi ệt độ đế n điện tr ở của khung quay 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 21
  22. Cơ c ấu chỉ thị t ừ điện  Cơ cấu từ điện th ườ ng đượ c ch ế tạo với dòng điện đị nh mức In và điện tr ở khung quay Rcc nh ư sau In 50 µA 100 µA 250 µA 500 µA 1 mA 5 mA 20 mA Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω Rcc 2000 600 200 100 40 5 1  Đây ch ỉ là nh ững số li ệu để tham kh ảo, còn ph ụ thu ộc vào các nhà ch ế tạo cụ th ể.  Khi dùng để đo các dòng điện một chi ều khác nhau, ta ph ải sử dụng các Sun mắc song song với cơ cấu Khi dùng làm volmet, ta ph ải thêm điện tr ở ph ụ 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 22
  23. 5.1.2 Cơ c ấu chỉ thị điện từ  Ph ần tĩnh: Cu ộn dây bên trong có khe hở không khí, một lá thép Kim ch ỉ cố đị nh nằm trong lòng cu ộn dây, gọi là lá tĩnh.  Ph ần độ ng: lá thép có kh ả năng di chuy ển tươ ng đố i với lá tĩnh trong khe hở không khí, gọi là lá độ ng. I 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 23
  24. Cơ c ấu chỉ thị điện từ  Lò xo dây qu ấn tạo ra momen cản hay lực điều khi ển để dừng kim ch ỉ.  Momen quay do từ tr ườ ng của nam châm điện tạo ra đượ c tính bằng dWe Mq = dα 1 We = L.I 2 2 1 dL ⇒ Mq = I 2 2 dα 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 24
  25. Cơ c ấu chỉ thị điện từ  Momen cản vẫn do lò xo tạoranênMc=D.α  Khi kim ch ỉ dừng ở vị trí cân bằng, ngh ĩa là khi Mc = Mq 1 dL ⇒ D.α = I 2 2 dα 1 dL ⇒ α = I 2 2.D dα Vậy, độ lệch không ph ụ thu ộc vào chi ều của I, thang đo không đề u vì tỉ lệ với I2. Cơ cấu ch ỉ th ị điện từ có th ể đượ c dùng để ch ế tạo dụng cụ đo dòng một chi ều và dòng xoay chi ều nh ư Vônmet, Ampemet tần số công nghi ệp 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 25
  26. Cơ c ấu chỉ thị điện từ  Đặ c điểm của cơ cấu điện từ nh ư sau:  α là hàm của I2 cho phép đo giá tr ị hi ệu dụng của dòng điện xoay chi ều.  α quan hệ với I2 cho nên thang chia độ của dụng cụ điện từ không đề u, làm khó kh ăn cho vi ệc kh ắc độ .  α ph ụ thu ộc dL/dα mà cu ộn dây không có lõi thép nên hệ số kI =dL 2Dd α nh ỏ, độ nh ạy th ấp  Từ tr ườ ng trong cu ộn dây nh ỏ nên cơ cấu điện từ bị ảnh hưở ng nhi ều từ tr ườ ng bên ngoài và cơ cấu không chính xác.  Ưu điểm duy nh ất của dụng cụ là ch ắc ch ắn, rẻ ti ền và đo đượ c dòng hi ệu dụng của dòng điện xoay chi ều 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 26
  27. Cơ c ấu chỉ thị điện từ  Đố i với cơ cấu điện từ, để cho góc quay ph ần độ ng đạ t giá tr ị đị nh mức, ta có sức từ độ ng của cu ộn dây F= IW có một giá tr ị nh ất đị nh.  Tăng I gi ảm số vòng và ng ượ c lại. Điều này giúp chúng ta thay đổ i thang đo một cách dễ dàng trong cơ cấu điện từ.  Ví dụ:Với cơ cấu điện từ cu ộn dây tròn có IW= 200 (A vòng) tức là với thang đo 1 A cu ộn dây ph ải có 200 vòng, ứng với thang đo 5 A cu ộn dây ph ải có 40 vòng.  Trong th ực tế có 3 lo ại cơ cấu điện tử: cu ộn dây tròn th ườ ng có IW= 200 (Avòng), cu ộn dây dẹt th ườ ng có IW= 100 (Avòng) và mạch từ kín th ườ ng có IW= 50 (Avòng). 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 27
  28. 5.1.3 Cơ c ấu chỉ thị điện động  Cu ộn dây tĩnh hay còn gọi là cu ộn kích thích đượ c chia làm 2 ph ần nối ti ếp nhau (qu ấn theo cùng chi ều) để tạo thành nam châm điện khi có dòng ch ạy qua.  Cu ộn dây độ ng quay trong từ tr ườ ng đượ c tạo ra bởi cu ộn tĩnh  Kim ch ỉ th ị đượ c gắn trên I1 I tr ục quay của ph ần độ ng. 2  Lò xo tạo momen cản và các chi ti ết ph ụ tr ợ khác. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 28
  29. Cơ c ấu chỉ thị điện động  Momen quay do 2 từ tr ườ ng tươ ng tác nhau đượ c tính bằng: 1 1 W=ILILIIM2 . + 2 + e 211 2 22 12 12  Các cu ộn dây có hệ số tự cảm L riêng không ph ụ thu ộc vào góc lệch trong quá trình ho ạt độ ng (dL/d α =0) dM ⇒ Mq = I .I . 12 1 2 dα  Vậy độ lệch của kim ch ỉ th ị đượ c tính theo bi ểu th ức: 1 dM α = .I .I . 12 D 1 2 dα  Nếu mắc các cu ộn dây nối ti ếp nhau, ngh ĩa là I1 = I2 ⇒ α = C.I 2 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 29
  30. Cơ c ấu chỉ thị điện động  Các đặ c tính cơ bản của cơ cấu đo ki ểu điện độ ng nh ư sau:  Dùng để ch ế tạo Watmet đo công su ất, dùng volmet đo điện áp hi ệu dụng chính xác cao.  Độ nh ạy th ấp, độ chính xác cao.  Ch ế tạo khó, đắ t ti ền.  Để tăng độ nh ạy, ng ườ i ta cho thêm lõi thép vào cu ộn dây ph ần tĩnh tạo ra mạch từ gọi là cơ cấu sắt điện độ ng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 30
  31. 5.1.4 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng  Ở cơ cấu này,  Ph ần độ ng gồm một đĩ a nhôm đặ t gi ữa từ tr ườ ng của 2 cu ộn dây,  Cu ộn dây điện áp có số vòng rất lớn, WV (10000 vòng) đặ t vào điện áp U.  Mạch từ bằng vật li ệu sắt từ, từ thông trong mạch từ φ này xuyên qua đĩ a nhôm (từ thông V).  Cu ộn dây dòng điện có số vòng ít, mạch từ của nó cũng bằng vật li ệu sắt từ  Tạo ra momen ph ản kháng bằng từ tr ườ ng một nam châm vĩnh cửu 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 31
  32. 5.1.4 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng φ φ  Momen quay do cu ộn dây điện áp ( V) và dòng điện ( I). M =K K ΦΦ sinψ q VIVI ( ΦV,Φ I )  Mq: momen quay tác độ ng lên đĩ a nhôm; φ  V:Từ thông tạo ra do cu ộn dây điện áp; φ  I: từ thông tạo ra do cu ộn dây dòng điện; ψ φ φ  (ΦV,Φ I ) : góc pha gi ữa V và I.  KU:Hệ số bi ến đổ i điện áp  KI:Hệ số bi ến đổ i dòng điện 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 32
  33. Cơ cấu chỉ thị cảm ứng  Ng ườ i ta ché tạo sao cho sin Ψ = cos ϕ (ΦV Φ I ) (U,I)  Ta có ϕ ϕ Mq =K v K IΦΦ V Icos (U,I) =kUIcos (U,I) =kP Momen quay trong cơ cấu đo cảm ứng tỷ lệ với công su ất P  Khi đĩ a nhôm quay trong từ tr ườ ng một nam châm, momen cảm ứng do chuy ển độ ng gây ra là: Mc = KcV;  Kc: hệ số ph ụ thu ộc vào từ thông;  V: tốc độ của đĩ a nhôm, 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 33
  34. Cơ cấu chỉ thị cảm ứng  Tốc độ V sẽ không đổ i khi Mq = Mc.  Ta có kP = Kcn. => P = Kn  Tốc độ n tỷ lệ với công su ất P.  Trong kho ảng th ời gian là t ta có: E = Pt = nt = N.  Số vòng quay của đĩ a nhôm tỷ lệ với năng lượ ng đi qua cơ cấu cảm ứng.  Nh ư vậy, cơ cấu đo ki ểu cảm ứng đượ c dùng làm công tơ đế m năng lượ ng truy ền qua cơ cấu cảm ứng (công tơ điện năng). 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 34
  35. Bảng tổng kết các cơ cấu chỉ thị cơ điện 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 35
  36. Bảng tổng kết các cơ cấu chỉ thị cơ điện 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 36
  37. 5.2 Cơ c ấu chỉ thị t ự ghi  Mc dích s dng: du ợc sử dụng trong các dụng cụ tự dộng ghi nh ằm ghi lại nh ững tín hi ệu do thay dổi theo th ời gian  Cu to chung  Ph n 1: th ực hi ện chuy ển độ ng th ể hi ện quan hệ y = a = f(i): bi ến thiên của góc lệch a theo dòng di ện tức th ời (tức là bi ến thiên của góc lệch a theo giá tr ị tức th ời của đạ i lượ ng đo). Bao gồm: cơ cấu ch ỉ th ị cơ điện, bút ghi.  Ph n 2: th ực hi ện chuy ển độ ng th ể hi ện quan hệ x = K(t): bi ến thiên của đạ i lượ ng đo theo th ời gian. Th ườ ng bao gồm: cơ cấu đồ ng hồ (th ườ ng là một động cơ đồ ng bộ), bộ gi ảm tốc, qu ả rulô, băng gi ấy. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 37
  38. 5.2 Cơ c ấu chỉ thị t ự ghi  Trong kỹ thu ật đo lườ ng vô tuy ến điện các thi ết bị ch ỉ th ị tự ghi ch ủ yếu là máy hi ện sóng với ph ần ch ỉ th ị là ống phóng tia điện tử – CRT (Cathode Ray Tube) Líi A1 A2 A3 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 38
  39. Tóm tắt các thi ết bị tự ghi 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 39
  40. Tóm tắt các thi ết bị tự ghi 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 40
  41. 5.3 Cơ cấu chỉ thị số  Ra đờ i sau các cơ cấu đo tươ ng tự, các cơ cấu đo kỹ thu ật số phát tri ển rất nhanh cùng với kỹ thu ật và công ngh ệ điện tử  Encoder hay ADC (Analog digital converter ) bi ến tín hi ệu điện áp thành số.  GM:Bộ gi ải mã có nhi ệm vụ đổ i lo ại mã của bộ đế m sang ki ểu phù hợp với ch ỉ th ị (CT)  IC  uP 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 41
  42. 5.3 Cơ cấu chỉ thị số  CT: ch ỉ th ị số có th ể dướ i dạng  Đèn th ập phân,  LED 7 vạch  LCD  Led ma tr ận 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 42
  43. Chỉ thị số LED (light emitting diode)  LED là một ngu ồn sáng có đị nh hướ ng, với công su ất phát xạ cực đạ i theo hướ ng vuông góc với bề mặt phát xạ.  Mô hình phát xạ ph ổ bi ến của LED cho th ấy rằng hầu hết năng lượ ng đượ c phát xạ trong ph ạm vi 20 ° theo hướ ng phát xạ cực đạ i.  Một số LED có gắn thêm lăng kính để mở rộng góc phát xạ theo các yêu cầu ứng dụng. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 43
  44. Cấu tạo và cách dùng LED
  45. Chỉ thị số LED (light emitting diode)  Giá tr ị là 13 tới 20ma cho dòng điện qua đèn led  Led màu đỏ , màu vàng : 1,9 tới 2,1 volt  Led màu xanh các lo ại : 3.0 tới 3.4 volt.  Led màu tr ắng các lo ại : 3.4 tới 4.0 volt. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 45
  46. Chỉ thị số LED 7 thanh 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 46
  47. Chỉ thị số Hi ển th ị 7 vạch  Đèn hi ển th ị 7 vạch bao gồm các vạch nh ỏ. Chúng có th ể bi ểu di ễn tới 16 ký tự trong đó có 10 số và 6 ch ữ cái nh ư hình dướ i đây:  Các mã đầ u vào từ 0 - 9 hi ển th ị các ch ữ số của hệ th ập phân. Các mã đầ u vào từ 9-14 ứng với các ký hi ệu đặ c bi ệt nh ư đã nêu, còn mã 15 sẽ tắt tất cả các vạch. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 47
  48. Bộ gi ải mã  Gi ải mã LS7447 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 48
  49. Bộ gi ải mã  Gi ải mã led 7 thanh 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 49
  50. Chỉ thị số LCD  Đượ c sản xu ất từ năm 1970, LCD là một lo ại vật ch ất ph ản xạ ánh sáng khi điện th ế thay đổ i.  Nó ho ạt độ ng dựa trên nguyên tắc ánh sáng nền (Back Light). 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 50
  51. Chỉ thị số  Led ma trân 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 51
  52. Chỉ thị số 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 52
  53. Bộ gi ải mã Vi xử lý  Vi xử lý, th ực hi ện vi ệc tính toán, xử lý kết qu ả đo kết nối với cơ cấu ch ỉ th ị số  Một số dòng vi điều khi ển  PIC, DSPIC  AVR, ARM  MCS51  PSOC  FPGA  8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 53
  54. Encoder hay ADC Encoder góc quay  Encoder bi ến góc quay thành số. Nó gồm một đĩ a quay chia thành vạch đen tráng. Một ngu ồn sáng với hệ th ống quang học tạo thành chùm tia sáng xuyên qua đĩ a kh ắc vạch bi ến góc quay thành số xung A α N = x x α 360  Trong đó: α Nα: số xung tươ ng ứng với góc quay x của đĩ a quay α x: góc quay đo tính bằng độ ; Ax: số xung tươ ng ứng với một vòng quay 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 54
  55. Encoder hay ADC  ADC sẽ trình bày rõ hơn ở ch ươ ng sau 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 55
  56. Ch ương 6: Mạch đo l ường và gia công thông tin đo  Mạch tỷ lệ  Mạch khu ếch đạ i đo lườ ng  Mạch gia công tính toán  Mạch so sánh  Mạch tạo hàm  Các bộ bi ến đổ i tươ ng tự số (ADC) - số tươ ng tự (DAC)  Mạch đo sử dụng kĩ thu ật vi xử lý 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 56
  57. Chc năng và phm vi làm vi c:  Ch ức năng của mạch đo: ch ức năng cơ bản của mạch đo là th ực hi ện các phép tính.  Ph ươ ng trình quan hệ gi ữa đầ u vào và đầ u ra của mạch đo trong tr ườ ng hợp đơ n gi ản là tỉ số W=Y/X với X là tập các đầ u vào và Y là tập các đầ u ra.  Dựa vào hàm truy ền đạ t W xác đị nh đượ c ch ức năng của mạch đo.  Ph ạm vi của mạch đo: hàm truy ền đạ t W đượ c xác đị nh trong một ph ạm vi nào đó của đạ i lượ ng vào và đạ i lượ ng ra gọi là ph ạm vi làm vi ệc của mạch đo, vượ t ra ngoài ph ạm vi đó thì W không còn đả m bảo sai số cho phép. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 57
  58. 6.1. Mạch tỷ lệ  Đây là mạch rất thông dụng trong các mạch đo lườ ng, có hai lo ại là : U3  Mạch tỷ lệ dòng R3  Mạch tỷ lệ dòng U2 R2 ~ Rt I U1 1 L2 L1 R1 I2 K Rct Uct 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 58
  59. Mạch tỷ lệ dòng  Để bi ến đổ i dòng trong mạch một chi ều ng ườ i ta mắc các điện tr ở sun còn trong mạch xoay chi ều ng ườ i ta sử dụng các bi ến dòng điện.  Điện tr ở sun là điện tr ở mắc song song với cơ cấu ch ỉ th ị dùng để chia dòng một chi ều.  Điện tr ở sun có cấu trúc đặ c bi ệt với 4 đầ u Rct Rct Rs = Ict − n 1 I I n = Rs Ict Is 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 59
  60. Mạch tỷ lệ dòng  Hai đầ u dòng để đư a dòng Is vào còn hai đầ u áp sẽ lấy áp ra mắc với cơ cấu ch ỉ th ị. Điện tr ở sun đượ c ch ế tạo với dòng từ mA đế n 10.000A và điện áp kho ảng 60, 75, 100, 150 và 300mV. Rct  Mu ốn dùng điện Ict tr ở sun có nhi ều hệ số chia dòng I khác nhau ng ườ i R1 R2 R3 ta mắc nh ư hình dướ i đây, Is I3 K I2 I1 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 60
  61. Mạch tỷ lệ dòng Rct  Mở rộng thang đo Ict I R1 R2 R3 Is I3 K Rct + R2 + R3 I1 Rs 1 = R1 = ,n1 = I2 n1−1 Ict I1 Rct + R3 I 2 Rs 2 = R1+ R2 = ,n2 = n2 −1 Ict Rct I3 Rs 3 = R1+ R2 + R3 = ,n3 = n3 −1 Ict Dòng xoay chi ều n ếu mu ốn dùng điện tr ở sun để chia thì tải ph ải là thu ần tr ở. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 61
  62. Bi ến dòng điện  Bi ến dòng là một bi ến áp mà th ứ cấp đượ c ng ắn mạch, sơ ~ Rt cấp nối ti ếp với mạch có dòng I1 điện ch ạy qua. Nếu bi ến dòng L1 L2 lý tưở ng và không có tổn hao I2 thì: I W K = 2 = 1 K I I1 W2  I1,I2 là dòng qua cu ộn sơ cấp và th ứ cấp  W1, W2 là số vòng dây của cu ộn sơ cấp và th ứ cấp 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 62
  63. Mạch tỷ lệ dòng Bài 1: Cho một miliampemet từ điện, có thang chia độ 150vạch. Giá tr ị độ chia CI=0.2mA/v ạch. Điện tr ở cơ cấu đo Rcc=2Ω. Vẽ sơ đồ mạch Ampemet và tính các giá tr ị điện tr ở R1, R2, R3 mắc nối ti ếp tạo thành các điện tr ở Sun cho 3 gi ới hạn đo dòng điện 5A, 10A và 15A 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 63
  64. Mạch tỷ lệ áp  Mạch phân áp: là mạch phân điện áp, th ườ ng có U2 nh ỏ hơn U1 tức là công su ất ra nh ỏ hơn công su ất vào.  Các mạch phân áp th ườ ng dùng  Mạch phân áp điện tr ở  Mạch phân áp điện dung  Mạch phân áp điện cảm  Mạch bi ến áp đo lườ ng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 64
  65. Mạch phân áp điện tr ở U1  Gọi hệ số phân áp là m = U 2 U1 I (R1 + R2) R1 m = = = 1 + U 2 I.R2 R2  Khi tải là nh ững cơ cấu ch ỉ th ị có điện tr ở không đổ i, ng ườ i ta dùng R2 là điện tr ở của ngay bản thân ch ỉ th ị. R1 gọi là điện tr ở ph ụ. R1 = R2.( m − 1) ⇒ Rp = Rct .( m − 1) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 65
  66. Mạch phân áp điện tr ở  Để tăng thêm độ chính xác ng ườ i ta sử dụng bi ến tr ở tr ượ t đượ c gắn thang chia độ , trên ấy có kh ắc hệ số phân áp tươ ng ứng ho ặc các hệ số phân áp nh ảy cấp.  Khi mu ốn có nhi ều hệ số chia áp khác nhau ng ườ i ta có th ể mắc điện tr ở ph ụ nh ư sau: U3 U1 Rp1==− R 1 Rct ( m 1 1) m1 = R3 Uct U2 U2 Rp2=+= R 1 R 2 Rct ( m 2 − 1) m2 = R2 Uct U1 U3 Rp3=++= R 1 R 2 R 3 Rct (31) m − m3 = R1 Uct Rct Uct 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 66
  67. Mạch phân áp điện tr ở  Mạch phân áp điện tr ở th ườ ng đượ c sử dụng trong các mạch vào của các dụng cụ đo, ví dụ nh ư hình bên nó đượ c sử dụng trong vôn kế xoay chi ều 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 67
  68. Mạch phân áp điện dung  Mạch này đượ c sử dụng trong mạch xoay chi ều.  Có th ể tính m nh ư sau: U1 Z 1 C1 R1 m = =1 + U2 Z 2 U1 1 R2 voi Z1= R1//C1 = C2 1/R1+ jω C1 U2 1 Z2= R2//C2 = 1/R2+ jω C2 1 C2 + 1/2R+ jω C 2 jω R 2 Tần số khá lớn thì ⇒ m =+1 =+ 1 + ω 1 C2 1/1R j C 1 C1+ m = 1 + jω R 1 C1 Mạch phân áp điện dung th ườ ng đượ c sử dụng trong mạch có tần số cao. Phân áp ch ỉ ph ụ thu ộc vào tụ điện. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 68
  69. Mạch phân áp điện cảm  Có th ể coi mạch nh ư một bi ến áp tự ng ẫu, đầ u vào và đầ u ra đượ c nối với nhau cả về ph ần điện lẫn ph ần từ. L U1  Khi đó hệ số phân áp là: W1 W2 U2 U1 W1 m = = U2 W2  Để đả m bảo điều ki ện bi ến áp lý tưở ng lõi thép ph ải ch ế tạo ki ểu mạch từ kín, từ thông móc vòng đề u trên toàn cu ộn phân áp, từ thông tản vừa nh ỏ vừa đề u. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 69
  70. Mạch bi ến áp đo lường  Đầ u vào / ra có th ể liên hệ với U~ nhau bằng điện và từ (trong W1 tr ườ ng hợp bi ến áp tự ng ẫu) ho ặc ch ỉ bằng từ và cách điện với nhau W2  Gi ống với phân áp điện cảm nh ưng khác nhau hệ số có th ể lớn ho ặc nh ỏ hơn 1.  Hệ số phân áp U1 W1 m = = U 2 W 2  Mạch bi ến áp này dùng để đo điện áp xoay chi ều có điện áp rất cao ở cu ộn sơ cấp bằng một Vôn kế có kh ả năng đo điện áp nh ỏ hơn rất nhi ều mắc ở cu ộn th ứ cấp 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 70
  71. Mạch bi ến áp đo lường  Ví dụ một mạch đo ngu ồn xoay chi ều có dòng và áp rất lớn bằng cách sử dụng bi ến dòng và bi ến áp 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 71
  72. 6.2. Mạch khuếch đạ i  Mạch khu ếch đạ i cho tín hi ệu ra có công su ất lớn hơn rất nhi ều so với đầ u vào. Ở ph ươ ng ti ện gia công tin tức thì Xr = K.X v  Mạch khu ếch đạ i đo lườ ng còn có kh ả năng mở rộng đặ c tính tần của thi ết bị đo và đặ c bi ệt là tăng độ nh ạy lên nhi ều lần cũng nh ư tăng tr ở kháng đầ u vào của thi ết bị.  Mạch khu ếch đạ i có th ể đượ c th ực hi ện bởi đèn điện tử, đèn bán dẫn và vi mạch.  Mạch lặp điện áp  Mạch khu ếch thu ật toán  Khu ếch đạ i đo lườ ng  Mạch khu ếch đạ i cách ly 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 72
  73. Mạch lặp điện áp  Mạch này có nhi ệm vụ khu ếch đạ i dòng điện lên giá tr ị lớn hơn còn điện áp có lặp lại nh ư đầ u vào ho ặc suy gi ảm chút ít.  Ví dụ sơ đồ lặp điện áp nh ư hình dướ i đây: Mạch này không có tác dụng khu ếch đạ i điện áp nh ưng rất hay đượ c sử dụng vì nó có tr ở kháng vào rất lớn cho phép ph ối hợp tải với các ngu ồn tín hi ệu công su ất nh ỏ. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 73
  74. Khuếch đạ i thuật toán  Khu ếch đạ i đả o  Khu ếch đạ i không đả o R R K = − f K =2 +1 R Rin 1 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 74
  75. Khuếch đạ i vi sai  Trong mạch tr ừ điện áp, nếu ta ch ọn các điện tr ở: R 3 = R 1 và R4 = R 2 thì hệ số của hai điện áp vào là nh ư nhau  Mạch này đượ c gọi là mạch khu ếch đạ i vi sai. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 75
  76. Khuếch đạ i đo lường  Trong các mạch đo lườ ng th ườ ng sử dụng bộ KĐ đo lườ ng, là mạch kết hợp các bộ lặp lại và các bộ khu ếch đạ i điện áp.  Mạch khu ếch đạ i đo lườ ng gồm có hai tầng:  Tầng 1: hai bộ lặp dùng khu ếch đạ i thu ật toán  Tầng 2:  Hệ số khu ếch đạ i cả mạch 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 76
  77. Khuếch đạ i đo lường  Một số khu ếch đạ i đo lườ ng trong th ực tế: vi mạch INA128, INA129 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 77
  78. Mạch khuếch đạ i cách ly  Trong kỹ thu ật đo cần ph ải đo nh ững điện áp lớn có khi đế n vài kilôvôn, tức là cao hơn nhi ều so với điện áp cho phép. Để gi ải quy ết vấn đề này cần ph ải tách mạch đo thành hai ph ần cách ly nhau về điện:  Ph ần phát: làm vi ệc dướ i điện áp cần đo.  Ph ần thu: làm vi ệc dướ i điện áp đủ th ấp cho phép. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 78
  79. Mạch khuếch đạ i cách ly  Ví dụ ISO 100  Trong ví dụ này, điện áp cung cấp cho cầu đo đượ c tạo ra từ ngu ồn dòng chu ẩn bên trong ISO100, IREF .  Ngu ồn cung cấp cho hai tầng của ISO100 ph ải đượ c cách ly với nhau 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 79
  80. 6.3. Mạch gia công tính toán  Mạch cộng không đả o  Mạch cộng đả o  Mạch tr ừ  Mạch nhân  Mạch chia  Mạch tích phân  Mạch vi phân 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 80
  81. Mạch c ộng đả o (hệ s ố âm)  Áp d ụng quy t ắc x ếp ch ồng cho mạch trên, ta có: R R V = − 3 V − 3 V OUT R 1 R 2 1 2  Để đả m b ảo cân b ằng offset, ch ọn R4=R3//R2//R1
  82. Mạch cộng đả o  Tín hi ệu ra Ura tỉ lệ với tổng đạ i số của các tín hi ệu vào RRRRn =−ff − −− f =− f UUUUUra 1 2 ⋯ n∑ i RRRR1 2 ni=1 i  NếuRf=R1=R2= =Ri=Rnthì: n = − UUra∑ i i=1 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 82
  83. Mạch cộng không đả o  Bi ểu th ức tính điện áp ra của mạch: R + R  R R  V = 3 4  2 V + 1 V  OUT R R + R 1 R + R 2  4  1 2 1 2   Bi ểu th ức tính hệ số của các điện áp vào có dạng ph ức tạp hơn so với mạch có đả o 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 83
  84. Mạch cộng không đả o 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 84
  85. Mạch tr ừ điện áp  Mạch đạ i này đư a điện áp tới cả hai lối vào đả o và không đả o của Op-Amp.  Điện áp ra của mạch tỷ lệ với hi ệu của điện áp ở hai lối vào, với hệ số của các điện áp vào có th ể khác nhau 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 85
  86. Mạch c ộng/tr ừ điện áp  Truy ền đạ t áp: VOUT = Σai×VAi – Σbi×VBi  Điều ki ện cân b ằng offset: RA1 //R A2 // //R A = R B1 //R B2 // //R B//R F  Nếu Σai > Σbi + 1 : ch ọn R A = ∞  Nếu Σai < Σbi + 1 : ch ọn R B = ∞  Nếu Σai = Σbi + 1 : ch ọn R A = R B = ∞  Điện tr ở: RF tu ỳ ch ọn, RAi = RF/a i, RBi = RF/b i
  87. Mạch c ộng/tr ừ điện áp sử dụng hai Op-Amp  Với s ơ đồ mạch ki ểu này, vi ệc tính ch ọn các điện tr ở đơ n gi ản hơn  Mạch theo s ơ đồ tr ướ c là d ạng t ổng quát t ừ đó có th ể suy ra cho các mạch tuy ến tính khác nhau
  88. Mạch nhân  Có nhi ều tr ườ ng hợp ph ải sử dụng mạch nhân nh ư khi đo công su ất P=U.I.cos φ ho ặc khi cần nhân hai điện áp vì th ế mạch nhân rất quan tr ọng trong đo lườ ng.  Các ph ần tử nhân th ườ ng dùng trong đo lườ ng là:  Ph ần tử điện độ ng, ph ần tử sắt điện độ ng: đượ c dùng để ch ế tạo các wátmét đo công su ất.  Chuy ển đổ i Hôn (Hall): sử dụng để đo công su ất.  Các bộ nhân điện tử: phép nhân tín hi ệu tươ ng tự có th ể th ực hi ện bằng nhi ều cách, ở đây ch ỉ xét hai cách ph ổ bi ến nh ất là nhân bằng các ph ần tử lôgarit và nhân bằng ph ươ ng pháp điều khi ển độ dẫn của tranzito. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 88
  89. Mạch nhân B nhân s dng nguyên lí ly lôgarit và đ i lôgarit: Các mạch (IC 1, T 1) và (IC 2, T 2) làm nhi ệm vụ tạo hàm lôgarit U  = − x Ura1 U T .ln   IES R 1  U  = − y Ura2 U T .ln   IES R 2  -UT là th ế nhi ệt của tranzito -IES là dòng điện ng ượ c bão hòa c ủa ti ếp giáp EC, h ệ s ố ph ụ thu ộc nhi ệt độ . 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 89
  90. Mạch nhân  IC3 là mạch cộng = −α ( + ) Ura3 U ra 1 U ra 2 U U   = −α x + y UT ln  ln   IRES1  IR ES 2    Mạch IC4 tại hàm mũ U U    =() =α x + y Ura4exp U ra 3 exp U T  ln  ln    IRES1  IR ES 2    = CUx U y ch ọn α = UT  Ngày nay các mạch nhân đượ c tích hợp trong một IC, các mạch nhân sử dụng nguyên lý này là: 755N (hãng Analog Devices), 433 (hãng Analog Devices), 4301 (hãng Burr Brown) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 90
  91. Mạch chia  Mạch chia đượ c sử dụng rộng rãi trong các phép đo gián ti ếp. Kết qu ả phép đo có th ể là một đạ i lượ ng ho ặc là một giá tr ị không có th ứ nguyên ( th ườ ng đặ c tr ưng cho ph ẩm ch ất).  Thông dụng nh ất là các ph ươ ng pháp: lôgômét, mạch cầu, mạch chia điện tử  Mạch chia bằng cơ cấu ch ỉ th ị lôgômét: có góc quay của kim ch ỉ th ị tỉ lệ với tỉ số của hai dòng điện  Mạch chia dựa trên mạch cầu cân bằng: mạch lấy tỉ số gi ữa hai điện tr ở của hai nhánh của cầu R3 là bi ến tr ở ph ụ thu ộc góc quay 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 91
  92. Mạch chia  Mạch chia điện tử I I x = x UK= UKra 2 t 1 I I y y 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 92
  93. Mạch tích phân  Trong kỹ thu ật đo lườ ng th ườ ng sử dụng các khâu tích phân. Ví dụ vi ệc bi ến đổ i các tín hi ệu rời rạc (discrete) thành tín hi ệu liên tục (analog) để đư a tín hi ệu vào dụng cụ đo tươ ng tự hay trong mạch đo tần số 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 93
  94. Mạch vi phân di  Mạch vi phân RL u= L L L dt  Mạch vi phân RC du i= c c C dt 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 94
  95. 6.4. Mạch so sánh  Mạch so sánh đượ c sử dụng rất nhi ều trong kỹ thu ật đo lườ ng, mạch có tác dụng phát hi ện th ời điểm bằng nhau của hai đạ i lượ ng vật lý nào đó (th ườ ng là giá tr ị điện áp). Trong ph ươ ng pháp đo ki ểu so sánh th ườ ng sử dụng mạch so sánh để phát hi ện th ời điểm không của điện kế.  Các mạch so sánh ph ổ bi ến là các mạch sử dụng KĐTT mắc theo ki ểu một đầ u vào hay hai đầ u vào, ho ặc có thêm ph ản hồi dươ ng nh ỏ để tạo ra đặ c tính tr ễ của bộ so sánh. Cũng có th ể sử dụng các điện tr ở mẫu nh ư: mạch cầu, mạch điện th ế kế với thi ết bị ch ỉ th ị lệch không với điện th ế kế. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 95
  96. B so sánh các tín hi u khác d u b ng K ĐTT m c theo m ch m t đ u vào  Bộ so sánh này đượ c sử dụng để so sánh hai điện áp vào khác dấu, KĐTT ho ạt độ ng ở ch ế độ khu ếch đạ i vòng hở theo nguyên tắc ∆ = − = → = uuup n0 u ra 0 ∆ = − > → = + u up u n0 u ra E K ∆ = − < → = − u up u n0 u ra E K 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 96
  97. B so sánh các tín hi u khác d u b ng K ĐTT m c theo m ch hai đ u vào  Mạch này đượ c sử dụng để so sánh hai tín hi ệu cùng dấu. ∆ = − = → = uuup n0 u ra 0 ∆ = − > → = + u up u n0 u ra E K ∆ = − < → = − u up u n0 u ra E K 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 97
  98. Mch c u đo  Cầu cân bằng = RRRR1 4 23 Thay một điện tr ở của cầu (ví dụ R1) bằng điện tr ở cần đo Rx, ở tr ạng thái cầu cân bằng có: R = 3 RRx 2 R 4 Nếu ch ọn R3 = R4 thì Rx = R2 v ới R2 là điện tr ở đã bi ết t ừ đó bi ết đượ c giá tr ị c ủa Rx. Đây là phép đo điện tr ở v ới độ chính xác cao d ựa trên nguyên lý so sánh cân b ằng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 98
  99. 6.5. Mạch tạo hàm Mch to hàm bng bi n tr Bi ến tr ở của mạch tạo hàm có thi ết di ện đượ c ch ế tạo theo hàm số mong mu ốn Di chuy ển c ủa con ch ạy t ỉ l ệ với đạ i l ượ ng vào: l =k X Gọi điện tr ở toàn bộ bi ến tr ở là Rbt, điện áp toàn bộ đặ t lên nó là Ubt, điện áp ra sẽ là U =bt = Ura R x k. R x Rbt = ( ) NếuRx f l thì = ⋅ ( ) Ura kfl 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 99
  100. Mch t o hàm bng đit bán dn  Điện áp vào là Ux. Nh ờ bộ phân áp AB trên dãy đặ t điện áp nền U0 , ở các cat ốt của điốt có điện áp U01 ,U02  Khi 0 < Ux < Ux1: Các diode khóa R UU= N N X + RRN  Khi Ux1 < Ux < Ux2 : D1 mở R R  = + 1 N I UX /  R 1  R R R+ R  R = 1 N 1 N E R+ R RU 1 N U= U − IR = U − X N X X + R R E Để hi ệu ch ỉnh độ cong có th ể thay đổ i các giá tr ị điện tr ở R1, R2, R3, R4 cho phù hợp. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 100
  101. 6.6. Các bộ bi ến đổi tương tự - số, số - tương tự Các b bi n đ i A/D  Có 3 ph ươ ng pháp khác nhau  Ph ươ ng pháp song song (nhanh)  Ph ươ ng pháp xấp xỉ liên ti ếp  Ph ươ ng pháp sóng bậc thang  Ph ươ ng pháp tích phân Các b bi n đ i D/A  Có 2 ph ươ ng pháp cơ bản để bi ến đổ i tín hi ệu số sang tín hi ệu tươ ng tự nh ư sau:  Ph ươ ng pháp lấy tổng các dòng tr ọng số  Ph ươ ng pháp dùng khoá đổ i chi ều 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 101
  102. ADC  Mạch chuy ển đổ i tin hi ệu tươ ng tự sang số, chuy ển một tín hi ệu ngõ vào tươ ng tự (dòng điện hay điện áp) thành dạng mã số nh ị phân có giá tr ị tươ ng ứng.  Chuy ển đổ i ADC có rất nhi ều ph ươ ng pháp. Tuy nhiên, mỗi ph ươ ng pháp đề u có nh ững thông số cơ bản khác nhau:  Độ chính xác của chuy ển đổ i AD.  Tốc độ chuy ển đổ i .  Dải bi ến đổ i của tín hi ệu tươ ng tự ngõ vào 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 102
  103. ADC  Các bướ c chuy ển đổ i AD  Mạch lấy mẫu  Nh ớ mẫu  Lượ ng tử hóa  Mã hóa bít 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 103
  104. Phép bi ến đổi dạng tín hi ệu n ()()=δ − Xrr t∑ X tk t kT k =1  Phép rời rạc hóa: Một tín hi ệu bất kỳ có th ể bi ến thành một dãy các xung hẹp có giá tr ị bằng giá tr ị tức th ời tại th ời điểm xét  δ (toán tử Dirac) có th ể vi ết: ∞ = 1 ()ω− ω 1 t kT δ ()t− kT = e j t kT d = π ∫  ≠ 2 −∞ 0 t kT  Đặ t ∞ ∆* ()() = δ − ()()()= ∆ t∑ t kT ⇒ Xtrr Xt . * t k =−∞ 1048/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  105. Sai s ố r ời r ạc hóa  Giá tr ị tín hi ệu trong th ời gian (t = TK, t = TK+1) nằm trong kho ảng (X K,XK+1) lệch nhau ∆ X = Xk+1 -Xk, X+ X  Giá tr ị trung bình X = K K +1 tb 2 ∆ 2( X− X ) γ =X = K+1 K  Sai số: rr + Xtb X K X K +1  V là tốc độ bi ến thiên của tín hi ệu (Slew rate) tại điểm k X− X V = K+1 K T  Chu kỳ rời rạc hóa của tín hi ệu tuy ến tính đượ c tính γ X T = rr k V 1058/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  106. Tr ường hợp không tuy ến tính  Trong tr ườ ng hợp tín hi ệu bi ến thiên bất kỳ với gia tốc gm 2γ X = m Trr g m  Trr = Chu kỳ rời rạc hoá.  γ = sai số yêu cầu của phép rời rạc hoá.  Xm = giá tr ị cực đạ i của tín hi ệu  gm = giá tr ị cực đạ i của gia tốc tín hi ệu; d2 X( t ) g = m dt 2 1068/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  107. Ví dụ  Ta mu ốn rời rạc một tín hi ệu hình sin với sai số γ =1%. 2() 0.01 X T = m rr ω2 ω Xm sin t ω ω2 o g cực đạ i lúc sin t = 1; gm=Xm. 2() 0.01 T  Thay vào = ⋅→= sin Trr Tsin T rr ()2π 2 44  Chu kỳ rời rạc bằng 1/44 chu kỳ của tín hi ệu hình sin.  Kết qu ả này lớn hơn rất nhi ều so với đị nh lý lấy mẫu Shannon Th ực hi ện vi ệc lấy mẫu nh ư th ế nào? 1078/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  108. Bộ lấy mẫu và ghim gi ữ S & H (Sample and Hold).  Bộ này th ực hi ện phép lấy mẫu khi có lệnh, sau đó gi ữ nguyên giá tr ị cho đế n lần lấy mẫu sau o Nó gồm một tụ điện C và một khoá điện tử K. o Điện tr ở khi đóng của khoá điện tử rất nh ỏ để cho hằng số th ời gian τ nạp tụ điện rất ng ắn. nạp = RC rất nh ỏ, tụ điện nạp luôn điện áp đầ u Gi ải thích vào tại ngay th ời điểm công tắc đóng. o Sau khi đóng xong công tắc có th ể nh ả ra, nh ưng điện áp trên tụ điện C vẫn đượ c duy trì tại giá tr ị UK khi đóng mạch, lý do là điện tr ở τ đầ u ra (vào dụng cụ phía sau) rất lớn phóng = CR' rất lớn. 1088/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  109. Khôi phục tín hi ệu  Sau khi rời rạc hóa kết qu ả là số li ệu tại các th ời điểm rời rạc khác nhau  Chuy ển các tín hi ệu rời rạc đó thành tín hi ệu liên tục đượ c gọi là ph ục hồi tín hi ệu rời rạc.  Th ực hi ện kỹ thu ật: sử dụng mạch là bằng, ph ối hợp các R và C nối ti ếp, song song nh ư ở các mạch lọc với các tần số lọc khác nhau. Đơ n gi ản nh ất là nối các điểm rời rạc bằng cách nối chúng bằng các đoạn th ẳng. 1098/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  110. Phép l ượng t ử hóa  Phép lượ ng tử hóa là quá trình làm tươ ng ứng tín hi ệu đo lườ ng thành một số nguyên nh ững lượ ng tử của đạ i lượ ng mang thông tin của tín hi ệu = ⋅ ∆ Xt N x X 0 V Xt là giá tr ị của tín hi ệu đo tại th ời điểm đo t. V NX là số lượ ng tử của đạ i lượ ng tín hi ệu. ∆ V X0 là lượ ng tử đạ i lượ ng tín hi ệu, ngh ĩa là giá tr ị bé nh ất có ngh ĩa dùng để đo tín hi ệu Lượ ng tử của đạ i lượ ng đo (LSB -Lowest Significatif Bit)  Mô tả bằng ph ươ ng trình X ti X=∆ N X .1 − →= N Ent ltt(i ) i0 ( tt i ) i ∆ X 0 1108/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  111. Kỹ thuật l ượng t ử hóa- ADC  Trong th ực tế, đạ i lượ ng đo th ườ ng bi ến thiên. Để có th ể giám sát một đạ i lượ ng bi ến thiên, thì khi lượ ng tử hoá (mã hoá), ta ph ải rời rạc hóa tín hi ệu và ghim gi ữ giá tr ị của đạ i lượ ng trong một kho ảng th ời gian thích hợp để quá trình lượ ng tử và mã hoá kịp ti ến hành. 1118/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  112. ADC - Phương pháp song song  Điện áp vào đượ c so sánh đồ ng th ời với n điện áp chu ẩn và xác đị nh chính xác xem nó đang ở gi ữa 2 mức nào. Kết qu ả là ta có 1 bậc của tín hi ệu xấp xỉ. Ph ươ ng pháp này có tốc độ cao nh ưng do ph ải sử dụng nhi ều bộ so sánh nên giá thành rất cao. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 112
  113. ADC - Phương pháp song song  Ví dụ ADC nhanh có độ phân gi ải 3 bit  ADC nhanh hình 7 có độ phân gi ải 1V vì đầ u vào tươ ng tự ph ải thay đổ i mỗi lần 1V mới có th ể đư a đầ u ra số lên bậc kế ti ếp. Mu ốn có độ phân gi ải tinh hơn thì ph ải tăng tổng số mức điện th ế vào (ngh ĩa là sử dụng nhi ều điện tr ở chia th ế hơn) và tổng số bộ so sánh. Nói chung ADC nhanh N bit thì cần 2N – 1 bộ so sánh, 2N điện tr ở, và logic mã hoá cần thi ết 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 113
  114. ADC liên ti ếp - xấp xỉ 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 114
  115. ADC liên ti ếp - xấp xỉ  Vi ệc so sánh di ễn ra cho từng bit của số nh ị phân.  Cách th c hi n:  .Xác đị nh điện áp vào có vượ t điện áp chu ẩn của bit già nh ất hay không. Nếu nh ỏ hơn mang giá tr ị 0 và gi ữ nguyên giá tr ị, nếu vượ t mang giá tr ị “1” và lấy điện áp vào tr ừ điện áp chu ẩn tươ ng ứng.  Ph ần dư đượ c đem so sánh với bit tr ẻ lân cận và lại th ực hi ện nh ư trên.  Ti ếp tục ti ến hành tới bit tr ẻ nh ất.  Nh ư vậy, trong số nh ị phân có bao nhiêu bit thì có bấy nhiêu bướ c so sánh và điện áp chu ẩn. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 115
  116. ADC - Phương pháp sóng bậc thang  Tiến hành so sánh lần lượ t với từng đơ n vị của bit tr ẻ nh ất. Ph ươ ng pháp này rất đơ n gi ản nh ưng mất nhi ều th ời gian hơn ph ươ ng pháp song song 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 116
  117. ADC - Phương pháp sóng bậc thang  Gi ả sử ADC dạng sóng bậc thang ở hình trên có các thông số sau đây: tần số xung nh ịp = 1MHz; ADC có đầ u ra cực đạ i = 10.23V và đầ u vào 10 bit. Hãy xác đị nh: a. Giá tr ị số tươ ng đươ ng cho VA = 3.728V b. Th ời gian chuy ển đổ i c. Độ phân gi ải của bộ chuy ển đổ i này 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 117
  118. ADC - Phương pháp sóng bậc thang  DAC có đầ u vào 10 bit và đầ u ra cực đạ i = 10.23V nên ta tính đượ c tổng số bậc thang có th ể có là: 210 – 1 = 1023 Suy ra kích cở bậc thang là: 10mV Dựa trên thông số trên ta th ấy VAX tăng theo từng bậc 10mV  V khi bộ đế m đế m lên từ 0. vì VA = 3.728, khi đó ở cu ối ti ến trình chuy ển đổ i, bộ đế m duy trì số nh ị phân tươ ng đươ ng 373 10 , tức 0101110101.  Mu ốn hoàn tất quá trình chuy ển đổ i thì đòi hỏi dạng sóng bậc thang ph ải lên 373 bậc, có ngh ĩa 373 xung nh ịp áp vào với tốc độ 1 xung trên 1us, cho nên tổng th ời gian chuy ển đổ i là 373us  Độ phân gi ải của ADC này bằng với kích th ướ c bậc thang của DAC tức là 10mV 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 118
  119. ADC loại tích phân sườn dốc( Intergration) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 119
  120. ADC loại tích phân sườn dốc( Intergration)  Có hai nửa chu kỳ, dựa vào đây có sườ n dốc lên và sườ n dốc xu ống 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 120
  121. Ví dụ một số loại ADC của Burr Brown Sai s ố phi Tốc độ bi ến Ra n ối ti ếp Ký hi ệu Số bit tuy ến Điện áp vào Ghi chú đổ i song song % ADS 930 8 0,097 FF,GG 30MHz P (song song) chu ẩn ngoài ADS 900 10 CC 20MHz P Công su ất th ấp chu ẩn trong ADC 85H 12 ±0,012 D,E,N,R,S 100kHz S,P,S (n ối ti ếp) Tốc độ trung bình ADC 800 12 0,024 Z 40MHz P lấy m ẫu, chu ẩn trong ADS7800 12 0,012 R,S, 330kHz P Lấy m ẫu, giao di ện ADS7820 12 0,01 D 100kHz P tươ ng thích v ới 7821 ADC700 16 0,003 D,E,F,N,R,S 58kHz P song song ADS7805 16 0,0045 S 100kHz P chân t ươ ng thích v ới 7808 ADS7809 16 0,006 C,D,E,P,R,S 100kHz P Lấy 4 kênh vào MUX ADS7825 16 0,002 S 40kHz S, P ADC101 20 2,5ppm Dòng 15kHz S(n ối ti ếp) chính xác cao Lập trình công su ất th ấp 4 kênh,l ấy ADS1213 20 0,0015 D,S S đượ c trong ∆Σ ADS101 20 0,003 O 200KHz S Dùng cho DSP ∆Σ , Lập trình ADS1210 24 0,0015 D,S S 1 kênh, 4 kênh,MUX, ∆Σ đượ c ADS12118/18/2015 24 0,0015 D,SNTH - BM LKTập trìnhĐ & THCN S 121
  122. Ví dụ một số loại ADC của Burr Brown Chú th ức về kí hi ệu mức điện áp của ADC  A=0-1,25V E=0-10V P= ± 3,33V CC=1-2V  B=0-2,5V F=0-20V R= ± 5V GG=2-3V  C=0-4V G=0- -10V S= ± 10V FF=1,5-3,5V  D= 0-5V N =± 2,5V O= ± 2,75V 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 122
  123. Mạch đo s ử dụng vi x ử lý ( µP-MicroProcessor)  Trong các dụng cụ sử dụng µP thì mọi công vi ệc thu nh ận, gia công xử lý và cho ra kết qu ả đo đề u do µP đả m nh ận theo một thu ật toán đã đị nh sẵn. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 123
  124. A. Bi ến đổi áp- áp 124 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  125. Bi ến đổi áp- áp (2) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 125
  126. Bi ến đổi dòng- dòng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 126
  127. Bi ến đổi dòng áp 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 127
  128. Bi ến đổi áp dòng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 128
  129. Bi ến đổi điện tr ở áp/dòng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 129
  130. BiÕn ®æi ∆R thµnh ¸p This image cannot currently be displayed. This image cannot currently be displayed. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 130
  131. Một s ố phép bi ến đổi tín hi ệu khác  Bi ến đố i tuy ến tính  Bi ến đổ i các tín hi ệu chu kỳ  Xử lý tín hi ệu ng ẫu nhiên  Phép điều ch ế 1318/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN
  132. Chương 7: Các chuy ển đổi đo lường sơ cấp  Khái ni ệm chung  a. Đ nh ngh ĩa + Chuy ển đổ i đo lườ ng: là thi ết bị th ực hi ện một quan hệ hàm đơ n tr ị gi ữa 2 đạ i lượ ng vật lý với một độ chính xác nh ất đị nh. + Chuy ển đổ i sơ cấp: là chuy ển đổ i th ực hi ện chuy ển từ đạ i lượ ng không điện thành đạ i lượ ng điện Y = f (X) Với X là đạ i lượ ng không điện, và Y là đạ i lượ ng điện sau chuy ển đổ i + Sensor/b ộ cảm bi ến/ đầ u đo là dụng cụ để th ực hi ện chuy ển đổ i sơ cấp 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 132
  133. Chuy ển đổi đo lường sơ cấp Ky hi ệu : -Thu ật toán. T: CC -Logic. T 1 2 -Phép toán học thông th ườ ng. CC3 4 -C1 : Đạ i lượ ng vào. -C2 : Đạ i lượ ng ra. -C3 :Dạng tín hi ệu vào.  Chia thành hai lo ại -C4 :Dạng tín hi ệu ra.  Bi ến đổ i gi ữa các đạ i lượ ng: o Đạ i lượ ng vào là không điện , đạ i lượ ng ra là điện gọi là “Cảm bi ến”/Bi ến đổ i sơ cấp  Nếu Y ra là U,I,H, Φ thì gọi là cảm bi ến tích cực  Nếu Y ra là R,L,C thì gọi là cảm bi ến th ụ độ ng o Bi ến đổ i gi ữa các đạ i lượ ng không đị ên (bi ến đổ i kết cấu)  Bi ến đổ i gi ữa các dạng tín hi ệu 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 133
  134. Chương 7: Các chuy ển đổi do lường sơ cấp Đ c tính ca chuy n đ i s cp  Tính đơ n tr ị  Đặ c tuy ến chuy ển đổ i ổn đị nh  Có kh ả năng thay th ế  Thu ận ti ện trong vi ệc ghép nối với dụng cụ đo và máy tính  Sai số nằm trong kho ảng cho phép  Đặ c tính độ ng / độ tác độ ng nhanh / tr ễ nh ỏ  Kích th ướ c và tr ọng lượ ng của đầ u đo 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 134
  135. Chương 7: Các chuy ển đổi do lường sơ cấp  Phân lo i các chuy n đ i s cp TÝnh chÊt ®iÖn C§TC C§T§ (ph¸t ®iÖn, U, I, q, f R, L, C th«ng sè) Ph¸t ®iÖn Th«ng sè N§ Q§ H§ §T A§ Nguyªn t¾c t¸c ®éng C§ s¬ cÊp NN N§T P§ QT §§G §D CU §L A§ A§T 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 135
  136. Chương 7: Các chuy ển đổi do lường sơ cấp Phân lo i các chuy n đ i s cp  Phân lo ại dựa trên Nguyên tắc của chuy ển đổ i  Chuy ển đổ i nhi ệt điện: là chuy ển đổ i làm vi ệc dựa trên hi ệu ứng nhi ệt điện. X làm thay đổ i sức điện độ ng ho ặc điện tr ở  Chuy ển đổ i hoá điện: là chuy ển đổ i làm vi ệc dựa trên hi ện tượ ng hoá điện. X làm thay đổ i điện dẫn Y, điện cảm L, sức điện độ ng  Chuy ển đổ i điện tr ở: là chuy ển đổ i trong đó đạ i lượ ng không điện X bi ến đổ i làm thay đổ i điện tr ở của nó  Chuy ển đổ i điện từ: là chuy ển đổ i làm vi ệc dựa trên các quy lu ật về lực điện. X làm thay đổ i các thông số của mạch từ nh ư điện cảm L, hỗ cảm M, độ từ th ẩm µ và từ thông Φ  Chuy ển đổ i tĩnh điện: là chuy ển đổ i làm vi ệc dựa trên hi ện tượ ng tĩnh điện. X làm thay đổ i điện dung C ho ặc điện tích Q  Chuy ển đổ i điện tử và ion: là chuy ển đổ i mà X làm thay đổ i dòng điện tử ho ặc dòng ion ch ạy qua nó  Chuy ển đổ i lượ ng tử: là chuy ển đổ i làm vi ệc dựa trên hi ện tượ ng cộng hưở ng từ hạt nhân 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN  136
  137. Chương 7: Các chuy ển đổi do lường sơ cấp Phân lo i các chuy n đ i s cp  Phân lo ại theo tính ch ất ngu ồn điện:  Chuy ển đổ i phát điện hay chuy ển đổ i tích cực: là chuy ển đổ i trong đó đạ i lượ ng ra có th ể là điện tích, điện áp, dòng điện ho ặc sức điện độ ng  Chuy ển đổ i thông số hay chuy ển đổ i th ụ độ ng: là chuy ển đổ i trong đó đạ i lượ ng ra là các thông số của mạch điện nh ư điện tr ở, điện cảm, hỗ cảm hay điện dung 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 137
  138. Chương 7: Các chuy ển đổi do lường sơ cấp Phân lo i các chuy n đ i s cp  Phân lo ại theo ph ương pháp đo  Chuy ển đổ i bi ến đổ i tr ực ti ếp là các chuy ển đổ i trong đó đạ i lượ ng không điện đượ c bi ến đổ i tr ực ti ếp thành đạ i lượ ng điện  Chuy ển đổ i bù: đạ i lượ ng cần đo đượ c so sánh với đạ i lượ ng mẫu. Sơ đồ cấu trúc nh ư hình bên: = β Xk Y = ∆ = () Y K .X KX – X k ⇒ Y= K .X − K . β. Y K ⇒ Y= . X 1+ K.β 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 138
  139. Các hi ệu ứng vật lý  Hi ệu ứng nhi ệt điện  Hi ệu ứng nhi ệt điện tr ở  Hi ệu ứng áp điện (Piezo)  Hi ệu ứng cảm ứng điện từ  Hi ệu ứng quang điện  Hi ệu ứng hóa điện  Hi ệu ứng Hall  8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 139
  140. Hi ệu ứng nhi ệt điện  Hi u ng Thomson: trong một vật dẫn đồ ng nh ất, gi ữa hai điểm M và N có nhi ệt độ khác nhau sẽ sinh ra một sức điện độ ng. Sức điện độ ng này ch ỉ ph ụ thu ộc vào bản ch ất của vật dẫn và nhi ệt độ ở hai điểm M và N: tM = σ Eθ ∫ dt tN Nếu hai vật dẫn có bản ch ất khác nhau k1, k2 đặ t ti ếp xúc thì xu ất hi ện sức điện độ ng ph ụ thu ộc bản ch ất của hai vật dẫn và nhi ệt độ của điểm ti ếp xúc: tM =()σ + σ Eθ ∫ K1 K 2 dt tN 8/18/2015 σk1, σk2 - hệ số ThomsonNTH - BMvớ KTi haiĐ & THCN vật li ệu k1, k2. 140
  141. Hi ệu ứng nhi ệt điện Hi ệu ứng Peltier Ở ch ỗ ti ếp xúc gi ữa hai dây dẫn A và B khác nhau về bản ch ất nh ưng cùng một nhi ệt độ tồn tại một hi ệu điện th ế ti ếp xúc .Hi ệu điện th ế này ch ỉ ph ụ thu ộc vào bản ch ất của vật dẫn và nhi ệt độ : 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 141
  142. Hi ệu ứng nhi ệt điện Hi u ng Seebek  Khi 2 thanh kim lo ại a, b có bản ch ất hoá học khác nhau đượ c hàn với nhau tại một đầ u làm vi ệc t1, hai đầ u còn lại là 2 đầ u tự do có nhi ệt độ t0, nếu t1 # t0 thì sẽ xu ất hi ện sức điện độ ng gi ữa 2 đầ u tự do Eab (t 1, t 0) = E ab (t 1) – Eab (t 0)  Nếu gi ữ cho t0 không đổ i còn t1 ph ụ thu ộc vào môi tr ườ ng đo nhi ệt độ thì a Eab (t 1, t0) = Eab (t 1)–C Cặp Với C là hằng số C = Eab (t 0) nhi ệt b  Hi ệu ứng nhi ệt điện đượ c ứng dụng để ch ế tạo Vôn kế, Ampe kế và cả Oat kế, ch ế tạo cảm bi ến đo nhi ệt độ 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 142
  143. Hi ệu ứng áp điện (Piezo)  Khi tác dụng một lực cơ học lên 1 vật làm bằng vật li ệu áp điện (nh ư th ạch anh, mu ối tualatine ) sẽ gây ra bi ến dạng cho vật đó và làm xu ất hi ện lượ ng điện tích trái dấu trên hai mặt đố i di ện của vật.  Hi ệu ứng này đượ c ứng dụng để xác đị nh lực ho ặc các đạ i lượ ng gây nên lực tác dụng lên vật li ệu áp điện (nh ư áp su ất, gia tốc ) thông qua vi ệc đo điện áp trên 2 bản cực tụ 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 143
  144. Hi u ng c m ng đin t  Trong một dây dẫn chuy ển độ ng trong từ tr ườ ng không đổ i sẽ xu ất hi ện một sức điện độ ng tỉ lệ với từ thông cắt ngang dây trong một đơ n vị th ời gian, ngh ĩa là tỉ lệ với tốc độ dịch chuy ển của dây dẫn 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 144
  145. Hi u ng c m ng đin t  Hi ện tượ ng xảy ra tươ ng tự khi một khung dây dẫn ch ịu tác độ ng của từ tr ườ ng bi ến thiên, lúc này trong khung dây sẽ xu ất hi ện một sức điện độ ng bằng và ng ượ c dấu với sự bi ến thiên của từ thông.  Hi ện tượ ng cảm ứng điện từ đượ c ứng dụng để xác đị nh tốc độ dịch chuy ển của vật. Hi ệu ứng cảm ứng từ còn th ể hi ện trong tr ườ ng hợp khi độ cảm ứng từ thay đổ i dòng điện trong cu ộn dây cũng thay đổ i - Ví dụ hình bên 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 145
  146. Hi ệu ứng quang điện  Hi ệu ứng này có nhi ều bi ểu hi ện khác nhau nh ưng đề u chung một bản ch ất: đó là hi ện tượ ng gi ải phóng ra các hạt dẫn tự do trong vật li ệu dướ i tác dụng của bức xạ điện từ có bướ c sóng nh ỏ hơn giá tr ị ng ưỡ ng đặ c tr ưng cho vật li ệu (ph ụ thu ộc vào độ rộng dải cấm của vật li ệu)  Hi ệu ứng quang điện có 3 bi ểu hi ện cụ th ể nh ư sau:  Hi ệu ứng quang điện phát xạ điện tử  Hi ệu ứng quang điện trong ch ất bán dẫn  Hi ệu ứng quang th ế 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 146
  147. Hi ệu ứng quang điện  Hi ệu ứng quang điện phát xạ điện tử: là hi ện tượ ng khi đượ c chi ếu sáng các điện tử đượ c gi ải phóng thoát kh ỏi bề mặt của vật và tạo thành dòng đượ c thu lại nh ờ điện tr ườ ng. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 147
  148. Hi ệu ứng quang điện  Hi ệu ứng quang điện trong ch ất bán dẫn: khi một chuy ển ti ếp P-N đượ c chi ếu sáng sẽ phát sinh ra các cặp điện tử – lỗ tr ống. Chúng di chuy ển về hai phía của chuy ển ti ếp dướ i tác độ ng của điện tr ườ ng.  Quang tr ở  Photodiode  Phototransitor 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 148
  149. Hi ệu ứng quang điện  Hi ệu ứng quang th ế - Nó dùng để bi ến năng lượ ng ánh sáng thành năng lượ ng điện. - Nó đượ c sử dụng nh ư một ngu ồn điện cung cấp cho các thi ết bị điện 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 149
  150. Hi ệu ứng hall  Trong vật mỏng (th ườ ng làm bằng bán dẫn) có dòng điện ch ạy qua đặ t trong từ tr ườ ng B có ph ươ ng tạo thành góc θ với dòng điện I, sẽ xu ất hi ện một hi ệu điện th ế VH theo hướ ng vuông góc với B và I. VH đượ c tính theo công th ức sau: = θ VH K H .I.B.sin KH là hệ số ph ụ thu ộc vào vật li ệu và kích th ướ c hình học của mẫu 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 150
  151. Các loại chuy ển đổi  7.1 Chuy ển đổ i điện tr ở  7.2 Chuy ển đổ i điện từ  7.3 Chuy ển đổ i tĩnh điện (áp điện, điện dung)  7.4 Chuy ển đổ i nhi ệt điện  7.5 Chuy ển đổ i hóa điện  7.6 Chuy ển đổ i điện tử và ion  7.8 Chuy ển đổ i lượ ng tử  7.9 Chuy ển đổ i đo độ ẩm  8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 151
  152. 7.1. Các chuy ển đổi điện tr ở 1. Chuy n đ i bi n tr  Cu to và nguyên lý làm vi c: là một bi ến tr ở gồm có lõi bằng vật li ệu cách điện trên có qu ấn dây dẫn điện, dây qu ấn đượ c ph ủ lớp cách điện. Trên lõi và dây qu ấn có con tr ượ t, dướ i tác dụng của đạ i lượ ng vào con tr ượ t di chuy ển làm cho điện tr ở thay đổ i. Mch bi n tr : UU I= = = f() X R+ R RX + R x ct l ct Dòng điện t ỉ l ệ ngh ịch v ới l ượ ng di chuy ển X ng d ng : chuy ển đổ i bi ến tr ở th ườ ng đượ c ứng d ụng để đo các di chuy ển th ẳng (2-3mm) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 152
  153. Các chuy ển đổi điện tr ở  Mạch đo chuy ển đổ i bi ến tr ở 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 153
  154. Các chuy ển đổi điện tr ở 2. Chuy n đ i đin tr lc căng.  Cấu tạo và nguyên lý làm vi ệc: dựa trên hi ệu ứng tenzô: khi dây dẫn ch ịu bi ến dạng thì điện tr ở của nó thay đổ i, còn gọi là chuy ển đổ i điện tr ở tenzô  Gồm có 3 lo ại chính:  Chuy ển đổ i điện tr ở lực căng dây mảnh,  Chuy ển đổ i điện tr ở lực căng lá mỏng  Chuy ển đổ i điện tr ở lực căng màng mỏng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 154
  155. Chuy n đi đin tr l c c ăng. Đin tr lc căng dây mnh : ° 1 - Tấm gi ấy mỏng bền ° 2 - Sợi dây điện tr ở (hình răng lượ c có đườ ng kính từ 0,02-0,03mm; ch ế tạo bằng constantan, nicrôm, hợp kim platin-iri đi ). ° 3 - Hai đầ u dây đượ c hàn với lá đồ ng dùng để nối với mạch đo. Chi ều dài l0 là chi ều dài tác dụng của chuy ển đổ i. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 155
  156. Chuy n đi đin tr l c c ăng.  Chuy n đ i lc căng ki u lá mng: đượ c ch ế tạo từ một lá kim lo ại mỏng với chi ều dày 0,004 ÷ 0,012mm. Nh ờ ph ươ ng pháp quang kh ắc hình dáng của chuy ển đổ i đượ c tạo thành khác nhau  Chuy n đ i lc căng ki u màng mng: đượ c ch ế tạo bằng cách cho bốc hơi kim lo ại lên một khung với hình dáng đị nh tr ướ c.  Ưu điểm của hai ki ểu chuy ển đổ i trên là điện tr ở lớn, tăng đượ c độ nh ạy, kích th ướ c gi ảm 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 156
  157. Chuy n đi đin tr l c c ăng.  Chuy ển đổ i đượ c dán lên đố i tượ ng đo, khi đố i tượ ng đo bị bi ến dạng sẽ làm cho chuy ển đổ i tenzô bi ến dạng theo một lượ ng tươ ng đố i ε = ∆l l l ∆R ∆ l   Điện tr ở thay đổ i ε= =f  = f () ε RR l  l  Phươ ng trình bi ến đổ i tổng quát của bi ến tr ở lực căng là ε= ε( ) = ε Rl1+ 2K P + m K l Kp: hệ số Poisson, đố i với kim lo ại Kp=0,24-0,4. m: hệ số tỉ lệ m = ε ρ / ε l , với ε = ∆ ρ / ρ là bi ến thiên tươ ng đố i của điện tr ở su ất đặ c tr ưng cho sự thay đổ i tính ch ất vật lý của chuy ển đổ i. = ( ) Độ nh ạy của chuy ển đổ i là: K 1+ 2KP + m ; K=0,5-8 đố i với kim lo ại 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 157
  158. Chuy n đi đin tr l c c ăng. Mch đo:  Các chuy ển đổ i điện tr ở lực căng đượ c dán lên đố i tượ ng đo bằng các lọai keo dán đặ c bi ệt (nh ư axêtônxenlulôit ).  Thông th ườ ng chuy ển đổ i điện tr ở lực căng đượ c dùng với mạch cầu một chi ều ho ặc xoay chi ều và mạch phân áp. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 158
  159. Chuy n đi đin tr l c c ăng. Mch đo:  Mạch cầu một nhánh ho ạt độ ng 1∆R 1 UUU= = ⋅ ε ra4 ccR 4 cc R  Mạch cầu hai nhánh ho ạt độ ng 1∆R 1 UUU= = ⋅ ε ra2 ccR 2 cc R  Mạch cầu bốn nhánh ho ạt độ ng ∆R UUU= = ⋅ ε ra ccR cc R 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 159
  160. Chuy n đi đin tr l c c ăng. Mch phân áp ng dng:  Các chuy ển đổ i lực căng đượ c dùng để đo lực, áp su ất, mômen quay, gia tốc (th ườ ng cỡ 1.10 7 ÷ 2.10 7 N).  Chuy ển đổ i lực căng có th ể đo các đạ i lượ ng bi ến thiên tới vài ch ục kHz. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 160
  161. 7.2. Các chuy ển đổi điện t ừ.  Đị nh ngh ĩa: Là nhóm các chuy ển đổ i làm vi ệc dựa trên các quy lu ật điện từ.  Đạ i lượ ng vật lý không điện cần đo làm thay đổ i các đạ i lượ ng từ của chuy ển đổ i nh ư:  Chuy ển đổ i điện cảm  Chuy ển đổ i hỗ cảm  Chuy ển đổ i áp từ  Chuy ển đổ i cảm ứng 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 161
  162. Chuy ển đổi điện cảm  Chuy ển đổ i điện cảm là chuy ển đổ i bi ến đổ i giá tr ị đạ i lượ ng đo thành tr ị số điện cảm. Một số chuy ển đổ i điện P cảm th ườ ng gặp W W δ 2 w µ s (b) (c) L = = w2 . o (a) δ Rs P R P δ δ U≈ (d) 1 2 (e) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 162
  163. Chuy ển đổi hỗ cảm  Là chuy ển đổ i bi ến giá tr ị đo thành tr ị số hỗ cảm. Một số lo ại chuy ển đổ i hỗ cảm th ườ ng gặp 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 163
  164. Chuy n đi áp t  Cu to và nguyên lý ho t đ ng: chuy ển đổ i áp từ là một dạng của chuy ển đổ i điện cảm và hỗ cảm. Tuy nhiên khác với hai lo ại trên, mạch từ của chuy ển đổ i áp từ là mạch từ kín. Nguyên lý làm vi ệc của nó dựa trên hi ệu ứng áp từ 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 164
  165. Chuy ển đổi cảm ứng  Đây là chuy ển đổ i phát điện. Ví dụ một số chuy ển đổ i th ườ ng gặp N N x x S b S N N a Fx N φ 1 N ϕ c x S S 1 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 165
  166. 7.3 Chuy ển đổi t ĩnh điện.  Chuy ển đổ i tĩnh điện đượ c phân thành hai lo ại là:  Chuy ển đổ i áp điện  Chuy ển đổ i điện dung 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 166
  167. Chuy ển đổi áp điện  Cu to và nguyên lý ho t đ ng: chuy ển đổ i áp điện ho ạt độ ng dựa trên hi ệu ứng áp điện, gồm có hi ệu ứng áp điện thu ận và hi ệu ứng áp điện ng ượ c: Hi ệu ứng áp điện thu ận: vật li ệu khi ch ịu tác độ ng của một lực cơ học bi ến thiên thì trên bề mặt của nó xu ất hi ện các điện tích, khi lực ng ừng tác dụng thì các điện tích bi ến mất d1 là h ằng s ố áp điện 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 167
  168. Chuy ển đổi áp điện  Hi ệu ứng áp điện ng ượ c: nếu đặ t vật li ệu trong từ tr ườ ng bi ến thiên thì điện tr ườ ng tác dụng lên chúng sẽ sinh ra bi ến dạng cơ học. Cụ th ể nếu đặ t ph ần tử điện trong điện tr ườ ng có cườ ng độ Ex dọc tr ục X, nó sẽ bị bi ến dạng tươ ng đố i theo hướ ng tr ục này một lượ ng d1 là h ằng s ố áp điện 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 168
  169. Chuy ển đổi điện dung điện dung  Cu to và nguyên lý ho t đ ng: các chuy ển đổ i điện dung làm vi ệc dựa trên nguyên lý về sự tác độ ng tươ ng hỗ gi ữa hai điện cực tạo thành một tụ điện có điện dung thay đổ i dướ i tác độ ng của đạ i lượ ng vào.  Chuy ển đổ i điện dung có th ể chia thành hai nhóm :  Chuy ển đổ i máy phát: có đạ i lượ ng ra th ườ ng là điện áp ra của máy phát; đạ i lượ ng vào là sự di chuy ển th ẳng, di chuy ển góc của bản điện cực độ ng của chuy ển đổ i. Lo ại này th ườ ng dùng đo các đạ i lượ ng cơ học.  Chuy ển đổ i thông số: có đạ i lượ ng vào là sự di chuy ển của bản điện cực độ ng; đạ i lượ ng ra là sự thay đổ i điện dung C của chuy ển đổ i. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 169
  170. 7.4 Chuy ển đổi nhi ệt điện.  Chuy ển đổ i nhi ệt điện là nh ững chuy ển đổ i điện trên các quá trình nhi ệt nh ư đố t nóng, làm lạnh, trao đổ i nhi ệt  Th ực tế khi đo các đạ i lượ ng theo ph ươ ng pháp điện ng ườ i ta th ườ ng sử dụng hai hi ện tượ ng, đó là hi ệu ứng nhi ệt điện và hi ệu ứng thay đổ i điện tr ở của dây dẫn hay ch ất bán dẫn khi nhi ệt độ thay đổ i.  Tươ ng ứng với hai hi ện tượ ng trên ng ườ i ta phân thành hai lo ại chuy ển đổ i nhi ệt điện đó là  Chuy ển đổ i cặp nhi ệt điện (Thermocouple)  Chuy ển đổ i nhi ệt điện tr ở (RTD-Resistance Temperature Detector).  Cảm bi ến nhi ệt độ dựa trên tính ch ất của điốt và tranzito bán dẫn 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 170
  171. Chuy ển đổi nhi ệt điện  Khi 2 thanh kim lo ại a, b có bản ch ất hoá học khác nhau đượ c hàn với nhau tại một đầ u làm vi ệc t1, hai đầ u còn lại là 2 đầ u tự do có nhi ệt độ t0, nếu t1 # t0 thì sẽ xu ất hi ện sức điện độ ng gi ữa 2 đầ u tự do Eab (t 1, t 0) = E ab (t 1) – Eab (t 0) Eab = KT .(tnóng - ttự do ) = KT. tnóng -KT. ttự do a Cặp nhi ệt b  Hi ệu ứng nhi ệt điện đượ c ứng dụng để ch ế tạo Vôn kế, Ampe kế và cả Oat kế, ch ế tạo cảm bi ến đo nhi ệt độ 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 171
  172. Chuy ển đổi nhi ệt điện tr ở  Cu to và nguyên lý ho t đ ng: nhi ệt điện tr ở là chuy ển đổ i có điện tr ở thay đổ i theo sự thay đổ i nhi ệt độ của nó  Các đ c tính c bn: Nhi ệt điện tr ở kim lo ại (Resistance thermometers): chuy ển đổ i nhi ệt điện tr ở kim lo ại th ườ ng đượ c ch ế tạo bằng các kim lo ại nh ư đồ ng, platin và niken, đườ ng kính dây từ 0,02 ÷ 0,06mm với chi ều dài từ 5 ÷ 20mm.  Ph ươ ng trình đặ c tr ưng của chuy ển đổ i có th ể vi ết dướ i dạng: = ++α β 2 + RRt 0 (1 tt ) 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 172
  173. 7.5 Chuy ển đổi hóa điện.  Chuy ển đổ i hóa điện là nh ững chuy ển đổ i dựa trên các hi ện tượ ng hóa điện xảy ra khi cho dòng điện đi qua bình điện phân ho ặc do quá trình ôxi hóa kh ử các điện cực.  Các hi ện tượ ng này ph ụ thu ộc vào tính ch ất của các điện cực, bản ch ất và nồng độ của các dung dịch.  Chuy ển đổ i hóa điện th ườ ng là một bình điện phân ch ứa một dung dịch nào đó, có hai hay nhi ều cực để nối với mạch đo lườ ng.  Để hi ểu nguyên lý làm vi ệc của các chuy ển đổ i hóa điện ta cần nghiên cứu các hi ện tượ ng điện hóa cơ bản gồm:  Hiện tượ ng phân li,  Điện th ế cực,  Hiện tượ ng điện phân  Sự phân cực. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 173
  174. 7.6 Chuy ển đổi điện t ử và ion.  Nhóm các chuy ển đổ i điện tử và ion là nhóm gồm nhi ều kim lo ại chuy ển đổ i khác nhau. Nguyên lý làm vi ệc của các lo ại chuy ển đổ i này dựa vào sự thay đổ i dòng ion và dòng điện tử dướ i tác dụng của các đạ i lượ ng đo. Ng ườ i ta chia các chuy ển đổ i điện tử và ion thành 2 lo ại cơ bản là:  Chuy ển đổ i điện tử và ion  Chuy ển đổ i ion hoá  Các chuy ển đổ i điện tử và ion lại đượ c phân thành các lo ại:  Chuy ển đổ i tự phát xạ điện tử  Chuy ển đổ i phát xạ nhi ệt điện tử  Chuy ển đổ i phát xạ quang điện tử 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 174
  175. Chuy ển đổi t ự phát x ạ điện t ử  Nguyên lý ho t đ ng: dướ i tác dụng của điện tr ườ ng mạnh (v ới điện áp trên an ốt và cat ốt cỡ 3kV), các điện tử bị bắn ra kh ỏi cat ốt, trên đườ ng đi chúng ion hoá các phân tử khí tạo thành ion dươ ng và âm. Dòng điện ch ạy từ an ốt đế n cat ốt thay đổ i theo mật độ không khí trong đèn hai cực.  b) ng dng: ch ế tạo các thi ết bị đo áp su ất th ấp còn gọi (các chân không kế). 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 175
  176. Chuy ển đổi phát x ạ nhi ệt điện t ử  Nguyên lý ho t đ ng: các lo ại chuy ển đổ i này đượ c ch ế tạo dướ i dạng đèn điện tử hai cực và ba cực. Khi cat ốt bị đố t nóng các điện tử bắn ra kh ỏi nó và dướ i tác dụng của điện tr ườ ng, các điện tử chuy ển độ ng từ an ốt đế n cat ốt. Trên đườ ng đi các điện tử ion hoá không khí tạo thành các ion dươ ng và âm.  b) ng dng: cũng nh ư lo ại chuy ển đổ i phát xạ điện tử, chuy ển đổ i lo ại này dùng cho độ chân không tới 10-6 mm Hg.  Nếu gi ữ cho đèn có độ chân không ổn đị nh thì dòng điện ch ạy trong mạch ph ụ thu ộc vào kho ảng cách gi ữa hai cực an ốt và cat ốt. Ứng dụng hi ện tượ ng trên, ng ườ i ta ch ế tạo các thi ết bị đo các đạ i lượ ng cơ học nh ư đo độ di chuy ển. 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 176
  177. Chuy ển đổi phát xạ quang điện tử  Nguyên lý ho t đ ng: nguyên lí cơ bản của các chuy ển đổ i quang điện dựa trên hi ện tượ ng gi ải phóng điện tích dướ i tác dụng của dòng ánh sáng do hi ệu ứng quang điện gây nên sự thay đổ i tính ch ất của vật li ệu.  Chuy ển đổ i phát xạ quang điện tử bao gồm các dạng cơ bản là:  Tế bào quang điện  Quang điện tr ở  Phôtô điốt  Phôtô tranzito 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 177
  178. 7.7 Chuy ển đổi lượng tử  Là lo ại chuy ển đổ i dựa trên các hi ện tượ ng vật lí hạt nhân nguyên tử.  Ta sẽ xét lo ại chuy ển đổ i lượ ng tử ph ổ bi ến nh ất đó là chuy ển đổ i dựa trên hi ện tượ ng cộng hưở ng từ hạt nhân.  Nh ờ vi ệc sử dụng hi ện tượ ng cộng hưở ng từ hạt nhân vào kĩ thu ật đo lườ ng mà các phép đo cườ ng độ từ tr ườ ng cũng nh ư các đạ i lượ ng khác có quan hệ với nó nh ư dòng điện lớn ch ẳng hạn đã đượ c nâng cao đượ c độ chính xác 8/18/2015 NTH - BM KT Đ & THCN 178