Đang tải... (xem toàn văn)
Đo lường cảm biến bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG ĐO LƯỜNG - CẢM BIẾN Bậc học: CAO ĐẲNG GV: Nguyễn Đình Hoàng Bộ môn: Điện - Điện tử Khoa: Kỹ thuật Công nghệ Quảng Ngãi, năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG ĐO LƯỜNG - CẢM BIẾN Bậc học: CAO ĐẲNG SỐ TÍN CHỈ: GV: Nguyễn Đình Hoàng Bộ môn: Điện - Điện tử Khoa: Kỹ thuật Công nghệ Quảng Ngãi, năm 2016 Lời nói đầu Nhằm đáp ứng cho việc giảng dạy môn Đo lường- Cảm biến bậc Cao Đẳng, tác giả biên soạn giảng nhằm làm tài liệu học tập cho lớp chuyên ngành Kỹ thuật Điện- Điện tử Đại học Phạm Văn Đồng Tài liệu sử dụng cho sinh viên lớp Cao đẳng với thời lượng 30 tiết (2TC) Tác giả hy vọng tài liệu thiết thực cho bạn sinh viên Trong trình biên soạn, chắn tài liệu không tránh khỏi có sai sót Mọi góp ý xin gửi địa Nguyễn Đình Hoàng - Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ Trường Đai học Phạm Văn Đồng Xin chân thành cảm ơn Tác giả MỤC LỤC Chương 1: Những nguyên lý bản, thuật ngữ đặc trưng đo lường cảm biến 1.1 Các định nghĩa đặc trưng chung 1.2 Cảm biến tích cực 1.3 Cảm biến thụ động 1.4 Các đại lượng ảnh hưởng 1.5 Sai số phép đo 1.6 Giới hạn sử dụng cảm biến 1 10 12 Chương 2: Cảm biến quang 2.1 Ánh sáng phép đo quang 2.2 Tế bào quang dẫn 2.3 Photodiode 2.4 Phototransistor 13 13 16 22 30 Chương 3: Cảm biến nhiệt độ 3.1 Thang nhiệt độ 3.2 Nhiệt kế giãn nở 3.3 Nhiệt kế điện trở 3.4 Đo nhiệt độ cặp nhiệt điện 34 34 37 38 44 Chương 4: Cảm biến vị trí dịch chuyển 4.1 Các loại biến trở dùng để đo độ dịch chuyển 4.2 Cảm biến điện cảm 4.3 Cảm biến điện dung 4.4 Encoder 51 51 55 61 65 Chương 5: Cảm biến biến dạng 5.1 Nguyên lý chung 5.2 Đầu đo điện trở kim loại 5.3 Cảm biến áp trở silic 72 72 73 76 Chương : Cảm biến vận tốc 6.1 Nguyên lý đo vận tốc 6.2Tốc độ kế điện từ 6.3Tốc độ kế xung 79 79 80 83 Chương 7: Cảm biến đo lực 7.1 Nguyên lý đo lực 7.2 Cảm biến áp điện 7.3 Cảm biến từ giảo 7.4 Cảm biến đo lực dựa phép đo dịch chuyển 86 86 87 91 93 Chương : Cảm biến đo áp suất 8.1 Áp suất nguyên lý đo áp suất 8.2 Áp kế vi sai dựa nguyên tắc cầu thủy tỉnh 8.3 Cảm biến áp suất dựa phép đo biến dạng 94 94 96 99 Tài liệu tham khảo……………………………………………………… 105 CHƯƠNG 1: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN, THUẬT NGỮ VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG ĐO LƯỜNG BẰNG CẢM BIẾN 1.1 Các định nghĩa đặc trưng chung 1.1.1 Khái niệm Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ) tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng đo Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m): s = F(m) Người ta gọi (s) đại lượng đầu phản ứng cảm biến, (m) đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m) 1.1.2 Phân loại cảm biến Tùy theo đặc trưng phân loại, cảm biến chia thành nhiều loại khác Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích (bảng 1.1) Bảng 1.1 Hiện tượng Hiện tượng vật lý Chuyển đổi đáp ứng-kích thích Nhiệt điện Quang điện Quang từ Điện từ Quang đàn hồi Từ điện Nhiệt từ Hoá học Sinh học Biến đổi hoá học Biến đổi điện hoá Phân tích phổ Biến đổi sinh hoá Hiệu ứng thể sống Theo dạng kích thích (bảng 1.2) Bảng 1.2 Âm Điện Từ Quang Cơ Nhiệt Bức xạ - Biên pha, phân cực - Phổ - Tốc độ truyền sóng - Điện tích, dòng điện - Điện thế, điện áp - Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Điện dẫn, số điện môi … - Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Từ thông, cường độ từ trường - Độ từ thẩm - Biên, pha, phân cực, phổ - Tốc độ truyền - Hệ số phát xạ, khúc xạ - Hệ số hấp thụ, hệ số xạ - Vị trí – Lực, áp suất – Gia tốc, vận tốc - Ứng suất, độ cứng – Mô men – Khối lượng, tỉ trọng – Vận tốc chất lưu, độ nhớt - Nhiệt độ - Thông lượng – Nhiệt dung, tỉ nhiệt - Kiểu – Năng lượng – Cường độ … 1.2 Cảm biến tích cực Là loại cảm biến có đầu nguồn áp nguồn dòng Nguyên lý chế tạo cảm biến tích cực Các cảm biến tích cực chế tạo dựa sở ứng dụng hiệu ứng vật lý biến đổi dạng lượng (nhiệt, xạ) thành lượng điện Dưới mô tả cách khái quát ứng dụng số hiệu ứng vật lý chế tạo cảm biến a.Hiệu ứng nhiệt điện Hai dây dẫn (M1) (M2) có chất hoá học khác hàn lại với thành mạch điện kín, nhiệt độ hai mối hàn T1 T2 khác nhau, mạch xuất suất điện động e(T1, T2) mà độ lớn phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ T1 T2 Hình 1.1: Sơ đồ hiệu ứng nhiệt điện Hiệu ứng nhiệt điện ứng dụng để đo nhiệt độ T1 biết trước nhiệt độ T2, thường chọn T2 = 0C b.Hiệu ứng hoả điện Một số tinh thể gọi tinh thể hoả điện (ví dụ tinh thể sulfate triglycine) có tính phân cực điện tự phát với độ phân cực phụ thuộc vào nhiệt độ, làm xuất mặt đối diện chúng điện tích trái dấu Độ lớn điện áp hai mặt phụ thuộc vào độ phân cực tinh thể hoả điện Hình 1.2: Hiệu ứng hoả điện Hiệu ứng hoả điện ứng dụng để đo thông lượng xạ ánh sáng Khi ta chiếu chùm ánh sáng vào tinh thể hoả điện, tinh thể hấp thụ ánh sáng nhiệt độ tăng lên, làm thay đổi phân cực điện tinh thể Đo điện áp V ta xác định thông lượng ánh sáng F c Hiệu ứng áp điện Một số vật liệu gọi chung vật liệu áp điện (như thạch anh chẳng hạn) bị biến dạng dước tác động lực học, mặt đối diện vật liệu xuất lượng điện tích trái dấu, gọi hiệu ứng áp điện Đo V ta xác định cường độ lực tác dụng F Hình 1.3 Hiệu ứng áp điện d.Hiệu ứng cảm ứng điện từ Khi dây dẫn chuyển động từ trường không đổi, dây dẫn xuất suất điện động tỷ lệ với từ thông cắt ngang dây đơn vị thời gian, nghĩa tỷ lệ với tốc độ dịch chuyển dây Tương tự vậy, khung dây đặt từ trường có từ thông biến thiên xuất suất điện động tỷ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua khung dây Hình 1.4 Hiệu ứng cảm ứng điện từ Hiệu ứng cảm ứng điện từ ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển vật thông qua việc đo suất điện động cảm ứng e Hiệu ứng quang điện - Hiệu ứng quang dẫn: (hay gọi hiệu ứng quang điện nội) tượng giải phóng hạt dẫn tự vật liệu (thường bán dẫn) chiếu vào chúng xạ ánh sáng (hoặc xạ điện từ nói chung) có bước sóng nhỏ ngưỡng định - Hiệu ứng quang phát xạ điện tử: (hay gọi hiệu ứng quang điện ngoài) tượng điện tử giải phóng thoát khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng thu lại nhờ tác dụng điện trường f Hiệu ứng quang – điện – từ Khi tác dụng từ trường B vuông góc với xạ ánh sáng, vật liệu bán dẫn chiếu sáng xuất hiệu điện theo hướng vuông góc với từ trường B hướng xạ ánh sáng Hình 1.5 Hiệu ứng quang – điện – từ g Hiệu ứng Hall Khi đặt mỏng vật liệu mỏng (thường bán dẫn), có dòng điện chạy qua, vào từ trường B có phương tạo với dòng điện I góc θ, xuất hiệu điện VH theo hướng vuông góc với B I Biểu thức hiệu điện có dạng: VH = KH.I.B.sinθ Trong KH hệ số phụ thuộc vào vật liệu kích thước hình học vật liệu Hình 1.6 Ứng dụng hiệu ứng Hall Hiệu ứng Hall ứng dụng để xác định vị trí vật chuyển động Vật cần xác định vị trí liên kết học với nam châm, thời điểm, vị trí nam châm xác định giá trị từ trường B góc θ tương ứng với bán dẫn mỏng làm vật trung gian Vì vậy, hiệu điện VH đo hai cạnh bán dẫn hàm phụ thuộc vào vị trí vật không gian 1.3 Cảm biến thụ động Cảm biến thụ động đặc trưng thông số R, L, C, M … tuyến tính phi tuyến Cảm biến thụ động thường chế tạo từ trở kháng có thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo Giá trị trở kháng phụ thuộc kích thước hình học, tính chất điện - Hiện tượng từ trễ: Sau từ hoá lần đầu đến bảo hoà (H = Hm), giữ nguyên phương từ trường thực chu trình khép kín (Hm,0,-Hm,0) ta nhận đường cong từ hoá hình 7.8b gọi đường cong từ trể với độ từ dư Br kháng từ Hc Hình 7.8 : Đường cong từ hoá a) Từ hoá lần đầu b) Chu trình từ trễ Khi vật liệu sắt từ có ứng lực, kích thước mạng tinh thể thay đổi, hướng dễ từ hoá thay đổi dẫn đến làm thay đổi định hướng domen Hiện tượng gọi hiệu ứng từ giảo nghịch Trên hình 7.9 biểu diễn ảnh hưởng ứng lực đến đường cong từ hoá permalloy 68 Hình 7.9: Sự biến dạng đường cong từ hoá tác dụng lực kéo 92 7.4 Cảm biến đo lực dựa phép đo dịch chuyển Trong cảm biến loại này, lực cần đo tác dụng lên vật trung gian gây nên thay đổi kích thước Δl Sự thay đổi kích thước đo cảm biến dịch chuyển Khi tín hiệu Vm lực tác dụng biểu diễn biểu thức: V V Δl = F Δl F Trong đó: - Vm/Δl gọi tỉ số truyền đạt cảm biến - Δl/F gọi độ mềm vật trung gian Vật trung gian vòng đo lực, dầm dạng console lò xo Tuỳ theo điều kiện sử dụng sử dụng nhiều loại cảm biến dịch chuyển khác như: - Điện kế điện trở - Cảm biến từ trở biến thiên - Cảm biến tụ điện 93 Chương 8: CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT 8.1 Áp suất nguyên lý đo áp suất 8.1.1 Áp suất đơn vị đo Áp suất đại lượng có giá trị tỉ số lực tác dụng vuông góc lên mặt với diện tích nó: p= dF (8.1) ds Đối với chất lỏng, khí (gọi chung chất lưu), áp suất thông số quan trọng xác định trạng thái nhiệt động học chúng Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa lớn việc đảm bảo an toàn cho thiết bị giúp cho việc kiểm tra điều khiển hoạt động máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu Trong hệ đơn vị quốc tế (SI) đơn vị áp suất pascal (Pa): Pa áp suất tạo lực có độ lớn 1N phân bố đồng diện tích 1m2 theo hướng pháp tuyến Đơn vị Pa tương đối nhỏ nên công nghiệp người ta dùng đơn vị áp suất bar (1 bar = 105 Pa) số đơn vị khác Bảng 8.1 Trình bày đơn vị đo áp suất hệ số chuyển đổi chúng Đơn vị Atmotsphe mm H2O mmHg mbar áp suất pascal(Pa) bar(b) kg/cm (atm) 1Pascal bar kg/cm2 atm 10-5 1,02.10-5 0,987.10-5 10-5 1,02 0,987 0,75.10 1,02.10-5 1,02 1,02.104 0,987.10-5 0,987 0,986 1,02.10-1 1,02.104 104 1,033.104 0,75.10-2 750 735 760 10-2 103 9,80.102 1,013.103 750 104 735 1,033.104 760 0,0735 0,0735 0,098 1,33 103 9,80.102 1,013.103 0,098 1,33 1mmH2 O 1,02.10-1 1mmHg 0,75.10-2 1mbar 10-2 -2 94 8.1.2 Nguyên lý đo áp suất Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu áp suất tĩnh (pt): p = pt (8.2) Do đo áp suất chất lưu thực chất xác định lực tác dụng lên diện tích thành bình Đối với chất lưu không chuyển động chứa ống hở đặt thẳng đứng, áp suất tĩnh điểm M cách bề mặt tự khoảng (h) xác định theo công thức sau: p = p0 +ρgh (8.3) Trong đó: p0 - áp suất khí ρ - khối lượng riêng chất lưu g- gia tốc trọng trường Để đo áp suất tĩnh tiến hành phương pháp sau: - Đo áp suất chất lưu lấy qua lỗ khoan thành bình nhờ cảm biến thích hợp - Đo trực tiếp biến dạng thành bình áp suất gây nên Trong cách đo thứ nhất, phải sử dụng cảm biến đặt sát thành bình Trong trường hợp này, áp suất cần đo cân với áp suất thuỷ tỉnh cột chất lỏng mẫu tạo nên tác động lên vật trung gian có phần tử nhạy cảm với lực áp suất gây Khi sử dụng vật trung gian để đo áp suất, cảm biến thường trang bị thêm phận chuyển đổi điện Để sai số đo nhỏ, thể tích chết kênh dẫn cảm biến phải không đáng kể so với thể tích tổng cộng chất lưu cần đo áp suất Trong cách đo thứ hai, người ta gắn lên thành bình cảm biến đo ứng suất để đo biến dạng thành bình Biến dạng hàm áp suất Đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu (p) tổng áp suất tĩnh (pt) áp suất động (pđ) : p = pt + pđ (8.4) 95 Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên chất lỏng không chuyển động, đo phương pháp trình bày áp suất động chất lưu chuyển động gây nên có giá trị tỉ lệ với bình phương vận tốc chất lưu: = (8.5) Trong ρ khối lượng riêng chất lưu Khi dòng chảy va đập vuông góc với mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng áp suất tổng Do vậy, áp suất động đo thông qua đo chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh Thông thường việc đo hiệu (p – pt) thực nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ống Pitot, cảm biến (1) đo áp suất tổng cảm biến (2) đo áp suất tĩnh Hình 8.1 : Đo áp suất động ống Pitot Có thể đo áp suất động cách đặt áp suất tổng lên mặt trước áp suất tĩnh lên mặt sau màng đo (hình 8.2), tín hiệu cảm biến cung cấp chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh Hình 8.2: Đo áp suất động màng 1) Màng đo 2) Phần tử áp điện 8.2 Áp kế vi sai dựa nguyên tắc cân thuỷ tĩnh Nguyên lý chung phương pháp dựa nguyên tắc cân áp suất chất lưu với áp suất thuỷ tĩnh chất lỏng làm việc áp kế 8.2.1 Áp kế vi sai kiểu phao Áp kế vi sai kiểu phao gồm hai bình thông nhau, bình lớn có tiết diện F bình nhỏ có tiết diện f (hình 8.3) Chất lỏng làm việc thuỷ ngân hay dầu biến áp 96 Khi đo, áp suất lớn (p1) đưa vào bình lớn, áp suất bé (p2) đưa vào bình nhỏ Để tránh chất lỏng làm việc phun cho áp suất tác động phía người ta mở van (4) áp suất hai bên cân van (4) khoá lại Khi đạt cân áp suất, ta có: p1 – p2 = g(ρm –ρ)(h1-h2) Trong đó: g - gia tốc trọng trường ρm - trọng lượng riêng chất lỏng làm việc ρ - trọng lượng riêng chất lỏng khí cần đo Mặt khác từ cân thể tích ta có: F.h1 = f.h2 Suy ra: h = F + (ρ − ρ)g f (p − p )(8.6) Khi mức chất lỏng bình lớn thay đổi (h1 thay đổi), phao áp kế dịch chuyển qua cấu liên kết làm quay kim thị đồng hồ đo Biểu thức (8.6) phương trình đặc tính tĩnh áp kế vi sai kiểu phao Hình 8.3 Áp kế vi sai kiểu phao Áp kế vi sai kiểu phao dùng để đo áp suất tĩnh không lớn 25MPa Khi thay đổi tỉ số F/f (bằng cách thay ống nhỏ) ta thay đổi phạm vi đo 97 Cấp xác áp suất kế loại cao (1; 1,5) chứa chất lỏng độc hại mà áp suất thay đổi đột ngột ảnh hưởng đến đối tượng đo môi trường 8.2.2 Áp kế vi sai kiểu chuông Cấu tạo áp kế vi sai kiểu chuông gồm chuông (1) nhúng chất lỏng làm việc chứa bình (2) Hình 8.4 Áp kế vi sai kiểu chuông 1) Chuông 2) Bình chứa 3) Chỉ thị Khi áp suất buồng (A) (B) nắp chuông (1) vị trí cân (hình8.4a), có biến thiên độ chênh áp d(p1-p2) >0 chuông nâng lên (hình 8.4b) Khi đạt cân ta có: d(p1-p2).F = (dH+dy)Δf.g(ρm-ρ) (8.8) Với: dh=dx+dy d(p1-p2) =dh(ρm-ρ)g Fdy =Δf.dH+(Ф-F)dx Trong đó: F - tiết diện chuông dH - độ di chuyển chuông dy - độ dịch chuyển mức chất lỏng chuông dx - độ dịch chuyển mức chất lỏng chuông Δf - diện tích tiết diện thành chuông Φ - diện tích tiết diện bình lớn 98 dh - chênh lệch mức chất lỏng chuông f - diện tích tiết diện chuông Giải phương trình ta có: dH = f d(p − p ) ∆f g(ρ − ρ) Lấy tích phân giới hạn từ đến (p1 – p2) nhận phương trình đặc tính tĩnh áp kế vi sai kiểu chuông: H= f (p − p )(8.9) ∆f g(ρ − ρ) Áp kế vi sai có độ xác cao đo áp suất thấp áp suất chân không 8.3 Cảm biến áp suất dựa phép đo biến dạng Nguyên lý chung cảm biến áp suất loại dựa sở biến dạng đàn hồi phần tử nhạy cảm với tác dụng áp suất Các phần tử biến dạng thường dùng ống trụ, lò xo ống, xi phông màng mỏng 8.3.1 Phần tử biến dạng a Ống trụ Sơ đồ cấu tạo phần tử biến dạng hình ống trụ trình bày hình 8.5 ống có dạng hình trụ, thành mỏng, đầu bịt kín, chế tạo kim loại Hình 8.5: Phần tử biến dạng kiểu ống hình trụ a) Sơ đồ cấu tạo b) Vị trí gắn cảm biến 99 Đối với ống dài (L>>r), áp suất chất lưu tác động lên thành ống làm cho ống biến dạng, biến dạng ngang (ε1) biến dạng dọc (ε2) ống xác định biểu thức: ε = 1− ε = v pr =k p Ye pr −v =k p Ye Trong đó: p - áp suất Y - mô đun Young ν - hệ số poisson r - bán kính ống e - chiều dày thành ống Để chuyển tín hiệu (biến dạng) thành tín hiệu điện người ta dùng chuyển đổi điện (thí dụ cảm biến lực) b Lò xo ống Cấu tạo lò xo ống dùng cảm biến áp suất trình bày hình 8.6 Lò xo ống kim loại uốn cong, đầu giữ cố định đầu để tự Khi đưa chất lưu vào ống, áp suất tác dụng lên thành ống làm cho ống bị biến dạng đầu tự dịch chuyển Trên hình (8.6a) sơ đồ lò xo ống vòng, tiết diện ngang ống hình trái xoan Dưới tác dụng áp suất dư ống, lò xo giãn ra, tác dụng áp suất thấp co lại Hình 8.6: Lò xo ống 100 Đối với lò xo ống thành mỏng biến thiên góc tâm (γ) tác dụng áp suất (p) xác định công thức: 1−v R b 1− Y bh a ∆γ = pγ α (8.10) β+x Trong đó: ν - hệ số poisson Y - mô đun Young R - bán kính cong h - bề dày thành ống a, b - bán trục tiết diện ôvan α, β - hệ số phụ thuộc vào hình dáng tiết diện ngang ống x = Rh/a2 - tham số ống Lực thành phần theo hướng tiếp tuyến với trục ống (ống thành mỏng h/b = 0,6 - 0,7) đầu tự xác định theo theo biểu thức: N = pab − b a 48s γ − sinγ = k p (8.11) ε + x 3γ − 4sinγ + sinγ cosγ Lực hướng kính: N = pab − b a 48s γ − cosγ = k p (8.12) ε + x γ − sinγ cosγ Trong s ε hệ số phụ thuộc vào tỉ số b/a Giá trị k1, k2 số lò xo ống nên ta viết biểu thức xác định lực tổng hợp: N= k + k p = kp (8.3) 101 Với k= k + k = f(a, b, h, R, γ) Bằng cách thay đổi tỉ số a/b giá trị R, h, γ ta thay đổi giá trị Δγ , N độ nhạy phép đo Lò xo ống vòng có góc quay nhỏ, để tăng góc quay người ta dùng lò xo ống nhiều vòng có cấu tạo hình (8.6b) Đối với lò xo ống dạng vòng thường phải sử dụng thêm cấu truyền động để tăng góc quay Để tạo góc quay lớn người ta dùng lò xo xoắn có tiết diện ô van hình khía o hình 8.6c, góc quay thường từ 40 - 60 , kim thị gắn trực tiếp đầu tự lò xo Lò xo ống chế tạo đồng thau đo áp suất MPa, hợp kim nhẹ thép 1.000 MPa, 1.000 MPa phải dùng thép gió c Xiphông Cấu tạo xiphông trình bày hình 8.7 Hình 8.7: Sơ đồ cấu tạo ống xiphông Ống xiphông ống hình trụ xếp nếp có khả biến dạng đáng kể tác dụng áp suất Trong giới hạn tuyến tính, tỉ số lực tác dụng biến dạng xiphông không đổi gọi độ cứng xiphông Để tăng độ cứng thường người ta đặt thêm vào ống lò xo Vật liệu chế tạo đồng, thép cacbon, thép hợp kim Đường kính xiphông từ - 100mm, chiều dày thành 0,1 - 0,3 mm Độ dịch chuyển (d) đáy tác dụng lực chiều trục (N) xác định theo công thức: 102 δ=N 1−v n − (8.14) B h Yh A − αA + α A + R Trong đó: h0 - chiều dày thành ống xiphông n - số nếp làm việc α - góc bịt kín ν- hệ số poisson A0, A1, B0 - hệ số phụ thuộc Rng/Rtr, r/R+r Rng, Rtr - bán kính bán kính xi phông r - bán kính cong nếp uốn Lực chiều trục tác dụng lên đáy xác định theo công thức: N= π R + R ) ∆p (8.15) d Màng Màng dùng để đo áp suất chia màng đàn hồi màng dẻo Màng đàn hồi có dạng tròn phẳng có uốn nếp chế tạo thép Hình 8.8: Sơ đồ màng đo áp suất Khi áp suất tác dụng lên hai mặt màng khác gây lực tác động lên màng làm cho biến dạng Biến dạng màng hàm phi tuyến áp suất khác tuỳ thuộc điểm khảo sát Với màng phẳng, độ phi tuyến lớn độ võng lớn, thường sử dụng phạm vi hẹp độ dịch chuyển màng Độ võng tâm màng phẳng tác dụng áp suất tác dụng lên màng xác định theo công thức sau: 103 δ= pR (1 − v ) (8.16) 16 Yh Màng uốn nếp có đặc tính phi tuyến nhỏ màng phẳng nên sử dụng với độ võng lớn màng phẳng Độ võng tâm màng uốn nếp xác định theo công thức: a= δ bδ pR + = (8.17) h h Yh Với a, b hệ số phụ thuộc hình dạng bề dày màng Khi đo áp suất nhỏ người ta dùng màng dẻo hình tròn phẳng uốn nếp, chế tạo từ vải cao su Trong số trường hợp người ta dùng màng dẻo có tâm cứng, tâm màng kẹp cứng hai kim loại Hình 8.9: Sơ đồ cấu tạo màng dẻo có tâm cứng Đối với màng dẻo thường, lực di chuyển tạo nên tâm màng xác định biểu thức: N= πD p (8.18) 12 Với D đường kính ổ đỡ màng Đối với màng dẻo tâm cứng, lực di chuyển tạo nên tâm màng xác định biểu thức: N= ( ) p (8.19) Với D đường kính màng, d dường kính đĩa cứng 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Doanh, "Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển", NXB Khoa học Kỹ thuật, 2001 [2] Nguyễn Văn Hòa, Bùi Đăng Thành, Hoàng Sỹ Hồng, “Giáo trình đo lường cảm biến đo lường”, NXB Giáo dục, 2005 [3] Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến, "Cảm biến", NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000 105 106 ... ứng cho việc giảng dạy môn Đo lường- Cảm biến bậc Cao Đẳng, tác giả biên soạn giảng nhằm làm tài liệu học tập cho lớp chuyên ngành Kỹ thuật Điện- Điện tử Đại học Phạm Văn Đồng Tài liệu sử dụng cho. .. Cảm biến vận tốc 6.1 Nguyên lý đo vận tốc 6.2Tốc độ kế điện từ 6.3Tốc độ kế xung 79 79 80 83 Chương 7: Cảm biến đo lực 7.1 Nguyên lý đo lực 7.2 Cảm biến áp điện 7.3 Cảm biến từ giảo 7.4 Cảm biến. .. VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG ĐO LƯỜNG BẰNG CẢM BIẾN 1.1 Các định nghĩa đặc trưng chung 1.1.1 Khái niệm Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng tính chất điện cần đo thành đại