Bộ Công Thương Tập Đoàn Công Nghiệp Than Khoáng Sản Việt Nam - TKV Viện Cơ Khí Năng Lượng Và Mỏ - TKV BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN ĐẾN CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN: ĐIÊN TRỞ, CUỘN CẢM, ĐIỆN DUNG CỦA MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN 7274 31/3/2009 Hà Nội 12/2008 Bộ Công Thương Tập Đoàn Công Nghiệp Than Khoáng Sản Việt Nam - TKV Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến các thông số điện: Điên trở, cuộn cảm, điện dung của một số linh kiện điện Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ TKV Chủ nhiệm đề tài: ThS. Bạch Đông Phong Chủ nhiệm đề tài Duyệt Viện Bạch Đông Phong Hà Nội 12.2008 1 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3 I. Giới thiệu về các linh kiện điện 3 1.1. Những khái niệm cơ bản 3 1.2. Cấu tạo, tính chất của điện trở 4 1.2.1 Các đặc điểm cấu tạo của điện trở 5 1.3. Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của Tụ điện 11 1.3.1 Một số dạng thực tế của tụ điện và cách đọc tụ điện 11 Tụ không phân cực: 12 Tụ hoá: 13 Tụ Tantali: 14 Tụ điện biến đổi: 15 Tụ chặn: 15 1.4. Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của cuộn cảm 16 1.4.1 Cấu tạo của cuộn cảm 16 1.4.2. Cách đọc cuộn cảm: 18 II. Nghiên cứu tìm hiểu các tiêu chuẩn, phương pháp đánh giá các tính chất điện cho các linh kiện điện. 18 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤC VỤ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN. 20 I. Cầu đo LCR Meter SR 715 20 II. Thiết bị lò nung 24 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 51 I. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ 51 1. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 1,8 kΩ ± 1% phụ thuộc vào nhi ệt độ 51 2. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 560 Ω ± 5% phụ thuộc vào nhiệt độ 52 3. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 820 Ω ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 52 4. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 100 Ω ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 53 5. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 150 ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 53 6. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 39 kΩ ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 54 7. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 56 kΩ ± 5% phụ thuộc vào nhiệt độ 54 8. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 82 kΩ ± 5% phụ thuộc vào nhiệ t độ 55 9. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 180 kΩ ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 55 10. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 220 kΩ ± 5% phụ thuộc vào nhiệt độ. 55 2 II. Nghiên cứu khảo sát sự thay đổi điện cảm của cuộn cảm theo nhiệt độ với các cuộn cảm khác nhau 56 1. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 100 µH theo nhiệt độ 56 2. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 10µH theo nhiệt độ 57 3. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 940 µH theo nhiệt độ 57 4. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 910µH theo nhiệt độ 57 5. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 330 µH theo nhiệt độ 58 III. Nghiên cứu khảo sát sự thay đổi tụ điện theo nhiệt độ với các tụ điện khác nhau. 59 1. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 0,47 µF theo nhiệt độ 59 2. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 2A103K theo nhiệt độ (Tụ mica) 60 3. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 3,3 µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 61 3. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 1 µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 61 4. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 2,2 µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 62 5. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 10µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 62 6. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 220µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 62 KẾT LUẬN 64 T ÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined. 2 MỞ ĐẦU Trong những thập niên gần đây, sự phát triển và ứng dụng của khoa học kỹ thuật ở Việt Nam đã làm thay đổi đời sống xã hội, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xu hướng tăng tỷ lệ nội địa hoá, giảm nhập khẩu nhằm giúp Nhà nước giảm chi phí, tiết kiệm ngoại tệ, giảm tỷ lệ nhập siêu từ nước ngoài và ch ủ động nguồn hàng đã trở thành mục tiêu của Đảng và Nhà nước trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Rất nhiều máy móc thiết bị, các chi tiết, linh kiện đã được chúng ta chế tạo ra và thay thế xứng đáng cho các máy móc thiết bị, các chi tiết, linh kiện nhập ngoại. Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa khả năng làm việc của máy móc thì chúng ta phải không ngừng cải tiến hơn nữa về chất l ượng sản phẩm, trong đó việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ làm việc ở Việt Nam đến tính chất và các thông số của các thiết bị và linh kiện đóng vai trò rất quan trọng. Chính vì lý do đó mà nhóm nghiên cứu đã tập trung vào xây dựng hệ thiết bị kiểm tra, đánh giá về chất lượng của các sản phẩm linh kiện điện hiện có trên thị trường Việt Nam, nhằ m đưa ra những khuyến cáo cho các nhà sản xuất, gia công trong nước về độ chính xác, điều kiện làm việc của các linh kiện điện hiện bán trên thị trường. Trong những thập niên gần đây, sự phát triển và ứng dụng của khoa học kỹ thuật tại Việt Nam đã làm thay đổi đời sống xã hội, cùng với sự phát triển đó, xu hướng tăng tỷ lệ n ội địa hóa, giảm nhập khẩu nhằm giúp Nhà nước giảm chi phí, tiết kiệm ngoại tệ, giảm tỷ lệ nhập siêu và chủ động nguồn hàng đã trở thành mục tiêu của Đảng và Nhà nước trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa khả năng làm việc của máy móc thì chúng ta phải không ngừng cải tiến hơn nữa về chất lượng sản phẩm. Tạ i Nước ta thì việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ làm việc đến tính chất và các thông số của các thiết bị và linh kiện đóng vai trò rất quan trọng. Do đó, nhóm thực hiện đề tài đã tập trung vào xây dựng hệ thiết bị để kiểm tra, đánh giá về chất lượng của các sản phẩm linh kiện điện tử hiện có trên thị trường Việt Nam, để b ước đầu chúng ta có thể kiểm soát và duy trì được chất lượng các sản phẩm một cách 3 thường xuyên hoặc có thể đưa ra được các phương án nhằm cải thiện nâng cao chất lượng sản phẩm. Với thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nội dung báo cáo chưa thể hiện được hết tất cả những mong muốn của nhóm nghiên cứu, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý vị. Nhóm đề tài xin chân thành cảm ơn Bộ Công Thương, trường đại học Bách khoa Hà nội, trường Đại học Mỏ địa chất, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, cũng như tất cả các đơn vị, cá nhân đã phối hợp với chúng tôi thực hiện đề tài này. TM nhóm thực hiện đề tài Bạch Đông Phong 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I. Giới thiệu về các linh kiện điện Hiện nay tại Việt Nam các linh kiện điện (điện trở, cuộn cảm, tụ điện) được bày bán rộng rãi trên thị trường, nhưng đa phần các linh kiện này được nhập khẩu từ Trung Quốc có giá thành rất rẻ cho nên chất lượng không được đảm bảo. Việc nghiên cứu, đánh giá chất lượng các linh kiện này một cách chính xác và có hệ thống vẫn ít được quan tâm. Phòng thí nghiệm Vật liệ u tính năng kỹ thuật cao của chúng tôi được trang bị một máy đo các thông số của linh kiện điện: LCR Meters Model SR715 do hãng Stanford Research Systems, Mỹ sản xuất có độ chính xác cao. Việc sử dụng, khai thác thiết bị trong thời gian qua đã được nhân viên của phòng thí nghiệm thực hiện cho nhiều khách hàng. Để phát huy hơn nữa tính năng của thiết bị và các điều kiện thử nghiệm, chúng tôi tiến hành 1 loạt các nghiên cứu về độ chính xác, tính chấ t của các linh kiện điện hiện bán trên thị trường, các điều kiện làm việc tại các nhiệt độ khác nhau, nhằm khảo sát độ chính xác và đưa ra các khuyến cáo cho những người sử dụng những linh kiện đó. 1.1. Những khái niệm cơ bản Trạng thái điện của 1 phần tử được thể hiện qua hai thông số trạng thái là điện áp u giữa 2 đầu và dòng điện i chạy qua, khi ph ần tử tự nó tạo được các thông số này thì được gọi là 1 nguồn điện áp hay nguồn dòng điện. Ngược lại, phần tử không tự tạo được điện áp hay dòng điện trên thì nó cần phải được nuôi từ 1 nguồn sức điện động từ ngoài. Mối quan hệ tương hỗ giữa 2 thông số trạng thái u và i của 1 phần tử được gọi là trở kháng củ a nó thể hiện ở một quan hệ hàm số: i = f(u). Ở đây ta chọn điện áp u giữa 2 đầu của phần tử đang xét là biến số và dòng điện i chảy qua là hàm số của u. Khi đó, tồn tại hai nhóm quan hệ: hàm f là quan hệ tuyến tính (được mô tả bởi phương trình đại số bậc nhất hay phương trình vi tích phân tuyến tính), phần tử tương ứng được gọi là phần tử tuyến tính; còn khi quan hệ hàm f là quan hệ phi tuyến tính (trạng thái được mô tả bởi phương trình đại số bậc cao hay phương trình vi tích phân tuyến tính), phần tử tương ứng được gọi là phần tử phi tuyến. Điện trở, tụ điện và cuộn cảm trong điều kiện làm việc 4 thông thường là các phần tử thuộc nhóm quan hệ tuyến tính. Tính chất quan trọng nhất là có thể áp dụng được nguyên lý chồng chất, nghĩa là tác động tổng cộng luôn bằng tổng các tác động riêng lẻ lên phần tử, đáp ứng tổng cộng nhận được luôn bằng các đáp ứng riêng lẻ. Nếu biểu diễn quan hệ i = f(u) bằng đồ thị gọi là đặc tuyến von-ampe của phần tử thì đồ thị sẽ có dạng bậc nhất theo các quan hệ (1.1) ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ = = dt du ki uki 2 1 (1.1) Hay ∫ = udtki 3 ở đây các giá trị k 1 , k 2 , k 3 là hằng số. Nếu đặt R k 1 1 = (là điện dẫn của phần tử) thì ta có biểu thức của định luật Ohm cho 1 điện trở thuần có giá trị R: u R i . 1 = (1.2) Còn khi có k 2 = C (gọi là điện dung của 1 tụ điện) ta có quan hệ: dt du Ci = (1.3) Và khi có L k 1 3 = (L là điện cảm của 1 cuộn dây) ta có quan hệ: ∫ = udt L i 1 (1.4) Các hệ thức (1.2), (1.3) và (1.4) là các phương trình mô tả trạng thái của các phần tử điện trở, tụ điện và cuộn dây. 1.2. Cấu tạo, tính chất của điện trở Để đạt được 1 giá trị dòng điện mong muốn tại 1 điểm nào đó của mạch điện hay giá trị điện áp mong muốn giữa 2 điểm của mạch người ta dùng đ iện trở có giá trị thích hợp, chú ý rằng chúng có tác dụng giống nhau trong cả mạch điện 1 chiều và mạch điện xoay chiều, tức là chế độ làm việc của điện trở không phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động lên nó. Khi sử dụng 1 điện trở, các tham số cần quan tâm là: Giá trị điện trở tính bằng Ohm ( Ω ) hay kilô-ôm ( Ωk )…; Sai số hay dung sai là mức thay đổi tương đối của giá trị thực so với giá trị danh định của 5 nhà sản xuất được ghi trên nó tính theo phần trăm (%); Công suất tối đa tính bằng wat (W); tham số về đặc điểm cấu tạo và loại vật liệu được dùng để chế tạo điện trở. 1.2.1 Các đặc điểm cấu tạo của điện trở a. Các loại điện trở có giá trị cố định thường gặp nhất được cho trên hình (1. 2) Mµng than 1/3W Mµng than 1W Mµng than 1/2W Mµng than 1/20W Mµng than 1/3W Mµng kim lo¹i 1/10W « xÝt kim lo¹i 1/2W D©y quÊn 1W D©y quÊn 3W D©y quÊn 7W Hình 1.1. Các loại điện trở cố định Nếu phân chia theo cấu tạo, có 5 loại điện trở chính là: - Điện trở than ép dạng thanh chế tạo từ bột than trộn với chất kết dính, nung nóng hoá thể rắn, được bảo vệ bằng 1 lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn. Điện trở than có độ ổn định cao là loại phổ biến nhấ t có công suất danh định từ 20 1 W đến vài W, có giá trị 10 Ω đến 22M Ω . - Điện trở màng kim loại chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr trên thân gốm có xẻ rãnh xoắn sau đó phủ lớp sơn, loại này có độ ổn định cao hơn loại than nhưng giá thành cao hơn vài lần. - Điện trở oxit kim loại: Kết lắng màng oxit thiếc trên thanh SiO 2 , chịu nhiệt và chịu ẩm tốt. - Điện trở quấn dây thường dùng khi yêu cầu giá trị điện trở rất thấp hay yêu cầu dòng điện rất cao. b. Giá trị của mỗi loại điện trở sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ là khác nhau. 6 Khi ở trong môi trường có nhiệt độ thay đổi hoặc khi có dòng điệu chạy qua (điện trở toả nhiệt theo định luật Jun- Lenxơ) thì giá trị của điện trở sẽ thay đổi: Trong phần lớn các loại điện trở khác có cấu tạo từ vật liệu kim loại (hình 1.2) (loại màng kim loại, oxit kim loại…) khi tăng nhiệt độ sự chuyển động của các nguyên tử trong các ô mạng, các điện tử định xứ, điện tử tự do tăng lên dẫn tới khả năng va chạm với các điện tử dẫn tăng, cản trở sự dẫn điện của vật liệu làm tăng giá trị của điện trở, do đó hệ số nhiệt độ của điện trở là dương. Công thức tính điện tr ở của vật liệu kim loại: R(T) = R 0 (1 + αT) (1.5) Trong đó: R 0 là điện trở của kim loại ở 0 o C α là hệ số nhiệt điện trở (giá trị phụ thuộc từng loại vật liệu) Hinh 1.2. Cấu trúc của kim loại Ngược lại, với các điện trở có cấu tạo từ các vật liệu có tính chất bán dẫn thông thường hình 1.3 (các màng than…). Khi nhiệt độ tăng, các điện tử ở vùng hóa trị sẽ tách khỏi lỗ trống và nhảy lên vùng dẫn và trở thành hạt dẫn điện làm cho giá trị của điện trở giảm. Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng c ủa chất bán dẫn (A là vùng hóa trị; B là vùng dẫn, khoảng cách giữa hai vùng A và B là vùng cấm). [...]... xuất linh kiện ghi trên sản phẩm Do đó các linh kiện được khảo sát với các chế độ gia nhiệt khác nhau từ nhiệt độ phòng cho tới 100 oC, tốc độ tăng nhiệt là 1 oC/phút, thời gian khảo sát trong khoảng 2 giờ 19 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤC VỤ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN Hiện tại Phòng thí nghiệm Vật liệu tính năng kỹ thuật cao có một thiết bị đo giá trị các linh kiện. .. trong các mạch lọc bởi chức năng của tụ nói một cách đơn giản đó là tụ ngắn mạch (cho dòng điện đi qua) đối với dòng điện xoay chiều và hở mạch đối với dòng điện 1 chiều Công thức tính giá trị của điện dung tụ điện: εε S C= 0 (1.8) d Trong đó C là điện dung của tụ điện ε, ε0 là hằng số điện môi của môi trường và của chân không S là diện tích giữa các bản của tụ điện d là khoảng cách giữa 2cacs bản tụ điện. .. tạo, tính chất và ứng dụng của cuộn cảm 1.4.1 Cấu tạo của cuộn cảm Cuộn cảm là một linh kiện điện thụ động, thường dùng trong mạch điện có dòng điện biến đổi theo thời gian (như các mạch điện xoay chiều) Cuộn cảm có tác dụng lưu trữ năng lượng ở dạng từ năng (năng lượng của từ trường tạo ra bởi cuộn cảm khi dòng điện đi qua); và làm dòng điện bị trễ pha so với điện áp một góc bằng 90° Cuộn cảm được... tương ứng với 2, và tím tương ứng với 7, vàng tương ứng với số mũ 4, và nâu tương ứng với sai số 1% Vòng màu cuối cho biết sự thay đổi giá trị của điện trở theo nhiệt độ là 10 PPM/°C 10 1.3 Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của Tụ điện 1.3.1 Một số dạng thực tế của tụ điện và cách đọc tụ điện Tụ điện là phần tử có giá trị dòng điện qua nó tỷ lệ với tốc độ biến đổi của điện áp trên nó theo thời gian (hệ thức... đồ thị) mà không ảnh hưởng đến các giá trị đo của thiết bị đo Phần mềm điều khiển, thu nhận tín hiệu của lò nung và cầu đo LRC được viết bằng ngôn ngữ lập trình denphi Các linh kiện điện (điện trở, cuộn cảm, tụ điện) được khảo sát là các linh kiện thông dụng được bán trên thị trường hiện nay Mỗi loại linh kiện được tiến hành khảo sát trên 3 linh và được lấy ngẫu nhiên trong 100 linh kiện Kết quả thu... thời gian cũng như nhiệm vụ của đề tài Do đó nhóm đề tài chọn một số chế độ đo cụ thể được quy định trong tiêu chuẩn và một số chế độ đo khác nhằm cụ thể hóa chế độ và môi trường làm việc của các linh kiện điện trong điều kiện Việt Nam Cụ thể là: giá trị các linh kiện được khảo sát ngay trong quá trình được gia nhiệt Quá trình gia nhiệt được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 3946-84 và theo tiêu chuẩn của. .. hay là các điện trở chỉ cho phép các dòng điện nhỏ đi qua - Điện trở công suất: là các điện trở dùng trong các mạch điện có dòng điện lớn đi qua hay nói cách khác, các điện trở này khi mạch hoạt động sẽ tạo ra một lượng nhiệt năng khá lớn Chính vì thế, chúng được cấu tạo nên từ các vật liệu chịu nhiệt Để tiện cho quá trình theo dõi, các khái niệm điện trở và điện trở công suất được sử dụng theo cách... = N/l (số vòng dây trên mỗi mét chiều dài ống) Tổng hợp lại → → → B = B1 + B2 (1.9) (1.10) Khi đó độ tự cảm L = B/I (1.11) Nhiệt độ môi trường sẽ tác ảnh hưởng từ trường của cuộn cảm, đến dòng điện chạy qua cuộn cảm, khi đó sẽ làm độ tự cảm L thay đổi Khi một cuộn dây có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra 1 từ trường đó là nguyên lý hoạt động của 1 nam châm điện Nếu giá trị của dòng điện chạy qua cuộn dây... nhau II Nghiên cứu tìm hiểu các tiêu chuẩn, phương pháp đánh giá các tính chất điện cho các linh kiện điện Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu tìm hiểu và áp dụng các tiêu chuẩn Việt Nam áp dụng cho các linh kiện điện như sau: Điện trở và tụ điện thông dụng có trị số không đổi – Phương pháp thử nghiệm và đánh giá độ tin cậy trong điều kiện nóng ẩm- TCVN 3946 – 84”... 14µV /độ Tín hiệu điện này trước khi đưa vào bộ chuyển đổi số được khuếch đại qua bộ KĐ CNĐ với hệ số khuếch đại 100 lần sử dụng IC chuyên dụng có đội trôi nhiệt thấp OP07 Bộ chuyển đổi tương tự số ADC 14 bít dùng ICL7135 với tín hiệu vào biến đổi từ -2.000V đến +2.000V và độ phân giải đến 0.1mV Điều đó tương ứng với độ phân giải của nhiệt độ là ~0.1oC Nhiệt độ tại điểm tiếp xúc cặp nhiệt điện và mạch điện . Năng Lượng Và Mỏ - TKV BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN ĐẾN CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN: ĐIÊN TRỞ, CUỘN CẢM, ĐIỆN DUNG CỦA MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN . lượng và Mỏ - TKV BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến các thông số điện: Điên trở, cuộn cảm, điện dung của một số linh. việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ làm việc ở Việt Nam đến tính chất và các thông số của các thiết bị và linh kiện đóng vai trò rất quan trọng. Chính vì lý do đó mà nhóm nghiên cứu