BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 5 pptx

39

Mặt khác đối với không khí ta có: C
1
=
l
S
0


Thay vào ta có: E =
()








+



=

+
S
l
S
S

E
CC
Q
0
10
, với
0
là hằng số điện môi
của không khí
E =










+

l
1
0

Ta biết rằng mật độ điện tích xuất hiện trên bề mặt của điện cực kim loại bằng trị
số của véc tơ dịch chuyển D
D =

0
E =
1
0
l
1
=


+


Nguyên lý của Electric nh sau: khi ta di chuyển điện cực điện tích cảm ứng trên
điện cực sẽ thay đổi. Do đó mạch ngoài sẽ có dòng điện chạy qua. Ta có:
i =
()
dt
d
S
dt
Sd
dt
dq
11

=

=

Tóm lại: khi at dịch chuyển điện cực (ví dụ là điện cực 2) thì dẫn đến

1
thay đổi
và do vậy i thay đổi
2. Phơng hớng sử dụng chuyển đổi Electric hiện nay
Nhợc điểm của chuyển đổi này là tính không ổn định của điện tích theo thời
gian. Tuy nhiên về nguyên tắc chuyển đổi này đợc sử dụng theo hai hớng
-Hớng thứ nhất: Để đo những tham số về dòng điện, trơng trờng hợp đó điện
áp ra sẽ tỷ lệ với vận tốc di chuyển của điện cực
-Hớng thứ hai: Để đo những đại lợng ảnh hởng đến tham số của Electric là
và .
Chơng 5. chuyển đổi nhiệt điện
1 Khái niệm chung.
40

Các chuyển đổi nhiệt điện làm việc dựa trên quan hệ của quá trình nhiệt với các
yếu tố nh nhiệt dẫn của môi trờng, diện tích trao đổi nhiệt, tốc độ di chuyển của môi
trờng v.v. Chuyển đổi nhiệt điện dùng đo nhiệt độ mà còn dùng để đo di chuyển, kích
thớc, tốc độ, lu tốc của chất lỏng và chất khí, độ chân không, độ ẩm và còn dùng để
phân tích khí.
Các chuyển đổi nhiệt có đặc điểm là quán tính nhiệt rất lớn và quá trình quá độ
kéo dài. Đặc tính động của các chuyển đổi nhiệt điện đợc biểu diễn gần đúng bằng các
phơng trình vi phân cấp 1 có các hệ số phụ thuộc vào điều kiện trao đổi nhiệt. Khi tăng
cờng quá trình trao đổi nhiệt, quán tính của chuyển đổi nhiệt sẽ giảm. Muốn giảm sai
số động và tĩnh của chuyển đổi nhiệt phải làm cho sự tiếp xúc của chuyển đổi với môi
trờng thật chặt chẽ và đặt thêm các khâu vi phân hiệu chỉnh để hiệu chỉnh sự giảm của
đặc tính tần ở tần số cao. Chuyển đổi nhiệt điện có thể chia thành hai loại. Chuyển đổi
nhiệt ngẫu và chuyển đổi nhiệt điện trở
2. Chuyển đổi nhiệt ngẫu
Nguyên lý làm việc là biến nhiệt độ
thành sức điện động. Một cặp nhiệt ngẫu AB

nối với cơ cấu đo qua các cực a, b bằng các dây
dẫn C, D. Các dây này phải là dây đẳng nhiệt,
nghĩa là khi ghép thành đôi với một điện cực không sinh ra sức điện động nhiệt
điện.(trong khoảng nhiệt độ từ 0
ữ 100
0
C)
Nếu ổn định nhiệt độ các đầu mối hàn lạnh t
0
thì ta có thể tránh đợc ảnh hởng
nhiệt độ của các mối hàn a và b.
Vật liệu chế tạo đòi hỏi có tính chất: quan hệ giữa sức điện động nhiệt điện và
nhiệt độ là đơn trị, ổn định, bền cơ học và hoá học ở nhiệt độ cao, dẫn nhiệt tốt.
+ Các đặc tính vận hành của chuyển đổi nhiệt ngẫu
Phơng trình chuyển đổi của nhiệt ngẫu có thể viết gần đúng nh sau:
E
t
=At + Bt
2
+ Ct
3

Trong đó: E
t
là sức điện động nhiệt điện, t hiệu nhiệt độ giữa các đầu nóng và
lạnh, A, B, C các hằng số tuỳ thuộc vào vật liệu làm cực
A
B
a' a
b' b

C
D
nóng lạnh
Hình 3.32 Chuyển đổi nhiệt ngẫu
41

Độ nhạy của chuyển đổi nhiệt ngẫu không phải là một hằng số mà phụ thuộc vào
nhiệt độ nh sau:
3
t
t
Ct3Bt2A
dt
dE
S ++=

Sai số chủ yếu gây ra do sự không ổn định nhiệt độ đầu tự do (trong phòng thí
nghiệm đầu tự do đặt trong nớc đá đang tan, trong công nghiệp dùng các mạch ổn
nhiệt). Để khắc phục ngời ta dùng nhiều phơng pháp nh sau:
+Hiệu chỉnh hệ số K trên từng đoạn của đờng cong đặc tính E
t
= f(t)
Biểu diễn quan hệ E
t
=f(t) với nhiệt độ đầu tự
do t
0
= 0
0
C, giả sử đầu công tác ở nhiệt độ t

x
, đầu
tự do ở nhiệt độ t
0
> t
0
. Lúc đó sức điện động
nhiệt điện sẽ nhỏ hơn khi nhiệt độ đầu tự do bằng
t
0
=0
0
C vì thế số chỉ của dụng cụ đo E
x
sẽ nhỏ hơn
một lợng
E gây ra bởi sự chênh lệch nhiệt độ
0
0
C của đầu tự do
E =E
T
(t
1
, t
0
) E
T
(t
0

, t
0
)
Theo hình vẽ ta có:
(t
x
t
x
) = (t
0
t
0
)
K)t't(
'tg
tg
00
=



Trong đó K =tg
/tg là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ đầu tự do. Nếu đặc tuyến của
nhiệt ngẫu là tuyến tính thì K =1. K là hàm số của nhiệt độ t và do đó ở mỗi đoạn
đờng cong là khác nhau.
+Dùng thiết bị hiệu chỉnh tự động nhiệt độ đầu tự do
Khi nhiệt độ môi trờng thay đổi, điện
trở(đồng, niken) thay đổi, cầu mất cân bằng
và trên đờng chéo của cầu xuất hiện một
điện áp

U. Điện áp này bù cho lợng E bị
giảm khi môi trờng có nhiệt độ khác 0
o
C.

3. Chuyển đổi nhiệt điện trở
t
x
t

E

'

E
E
T
E
x
E
x

0
t
0
= 0
0
C

t

0

t
x

Hình 3.33 Hiệu chỉnh hệ số K
Cặp
nhiệt

R
1

R
2

R
3

R
4

R
9

R
B

E
B

A
B
mV
Hình 3.34 Mạch hiệu chỉnh nhiệt độ đầu tự do
42

Là vật dẫn hay bán dẫn có hệ số nhiệt độ lớn và đợc trao đổi nhiệt với môi trờng
xung quanh. Vì điện trở của nó phụ thuộc vào nhiệt độ nên phụ thuộc vào cách trao đổi
nhiệt giữa dẫn và môi trờng. Dựa vào quan hệ này ngời ta chế tạo thiết bị đo các đại
lợng không điện khác nhau nh nhiệt độ, vận tốc, lu tốc, nồng độ v.v. Nhiệt điện trở
thờng làm bằng dây mảnh có đờng kính từ 0.02
ữ 0.06mm, dài 5 ữ 20mm. Yêu cầu
đối với vật liệu làm nhiệt điện trở là có hệ số nhiệt độ lớn và ổn định. Điện trở xuất lớn
Có các loại nhiệt điện trở sau:
a. Nhiệt điện trở kim loại
Kim loại thờng dùng là đồng, platin, niken
+Nhiệt điện trở đồng
Phơng trình chuyển đổi của nhiệt điện trở đồng trong dải từ 50
ữ 180
0
C
đợc xem là tuyến tính: R
t
= R
0
(1+t)
Trong đó: R
0
là điện trở của nhiệt điện trở tại 0
0

C,

là hệ số nhiệt điện trở = 4,3.10
-3
/
0
C
Trong trờng hợp R
0
cha biết ta dùng biểu thức sau:
R
2
=
1
21
t
)t(R
+
+

Trong đó R
1
và R
2
là giá trị điện trở tại các nhiệt độ t
1
và t
2
, =1/ là hằng số, với
đồng thì

= 234.
+ Nhiệt điện trở Platin
Nhiệt điện trở Platin cho phép nung đến 1200
0
C mà khôngbị oxy hoá, tuy nhiên
qua hệ R
t
=f(t) là phi tuyến
+Khi nhiệt độ từ 0
ữ 660
0
C thì R
t
=R
0
(1+At+Bt
2
)
+Trong khoảng từ -180
ữ 0
0
C thì R
t
= (1+At+Bt+C(t-100)
3
)
A, B, C là các hằng số tra trong sổ tay kỹ thuật
+Khoảng nhiệt độ t < -180
0
C và t> 660

0
C thì quan hệ R
t
=f(t) đợc lập thành bảng.
43

+Nhiệt điện trở Niken
Nhiệt điện trở Niken thờng dùng để đo nhiệt độ
300
0
C, trong trờng hợp này
nó có đặc tính giống nh nhiệt điện trở đồng
= 5.10
-3
/
0
C
b. Nhiệt điện trở bán dẫn
Nhiệt điện trở bán dẫn đợc chế tạo bằng tạp chất của một vài ôxít kim loại ép và
thiêu kết ở nhiệt độ cao. Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt
đối gần đúng nh sau:

0
T
1
T
1
0T
eRR

R
0
là điện trở ở nhiệt độ tuyệt đối T
0
= 0
0
K
là hệ số phụ thuộc vào loại bán dẫn
Hình vẽ bên là đờng cong R
T
=f(T) của
nhiệt điện trở bán dẫn và nhiệt điện trở kim loại
vẽ trên cùng hệ trục toạ độ để so sánh.
(1) là của kim loại, (2) là của chất bán dẫn.
Hệ số nhiệt độ của chất bán dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức
=-
T/T0

Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ bán dẫn
R
t

=Ae

/T

Trong đó: A là hằng số phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn, kích
thớc và hình dạng của nhiệt điện trở, B là hằng số phụ thuộc vào tính chất vật lý của
chất bán dẫn, T là nhiệt độ tuyệt đối
Hệ số nhiệt điện trở của chất bán dẫn thờng khá lớn và có giá trị âm
= (-2.5 ữ 4).10
2
/
0
C
c. Mạch đo của chuyển đổi, sai số và ứng dụng
Mạch đo của chuyển đổi nhiệt điện trở có thể dùng mạch bất kỳ để đo điện trở của
nó. Thông thờng ngời ta hay dùng mạch cầu không cân bằng có chỉ thị là lôgômét
hoặc cầu tự động tự ghi. Để giảm sai số của điện trở đờng dây thì ta có thể dùng mạch
cầu 3 dây nh hình vẽ:
R
T
R
T
R
T

(1)
(2)
Hình 3 35 Quan hệ giữa nhiệt độ T và điện
trở của nhi
ệ

t đi
ệ
n trở bán dẫn
44

Sai số của nhiệt điện trở chủ yếu là do sự thay đổi điện trở đờng dây khi nhiệt độ môi
trờng thay đổi. Điện trở đờng dây có thể đạt tới 5
trong khi đó điện trở của nhiệt điện
trở thờng vào khoảng 40
ữ 100 do đó khi điện trở đờng dây tăng gây nên sai số








Hình 3 36 Các mạch đo của chuyển đổi nhiệt điện
Ngoài ra dòng điện chạy qua nhiệt điện trở cung gây nóng và làm cho điện trở
tăng gây ra sai số. Mặt khác nhiệt điện trở đợc bọc ngoài bằng một vỏ thép nên bị tổn
hao nhiệt và gây ra sai số.
ứng dụng của chuyển đổi nhiệt điện dùng để đo nhiệt độ, đo các đại lợng không
điện nh đo di chuyển, đo áp xuất và dùng để phân tích thành phần nồng độ của một số
hợp chất và chất khí.


Bài III.6 Chuyển đổi hoá điện
1. Nguyên lý làm việc
Chuyển đổi hoá làm việc dựa trên hiện tợng điện hoá xảy ra khi cho dòng điện

đi qua bình điện phân hoặc do các quá trình oxy hoá khử trên các điện cực, phụ thuộc
vào tính chất các điện cực và nồng độ chất điện phân.
E
B
R
B
R
1
R
2
R
d1
R
d2
R
d3
R
T
E
B
R
B
R
1
R
d1
R
d2
R
d3

R
T
R
2
R
4
E
B
R
B
R
1
R
d1
R
d2
R
d3
R
T
R
2
R
4
R
g
U
ra
45

Nguyên lý làm việc của chuyển đổi hoá điện là dựa vào quan hệ giữa thành phần
và tính chất của dung dịch với các thông số về điện của chuyển đổi nh sức điện động
điện cực, sụt áp trên điện cực khi có dòng điện chạy qua, điện trở của chuyển đổi v.v.
Phơng trình của chuyển đổi hoá điện là xác định theo quy luật điện hoá và
thờng là những hàm phức tạp vì các quan hệ nói trên phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, áp
suất, tốc độ lan truyền của dung dịch cũng nh các thông số khác của dụng dịch và tính
chất các điện cực.
Khi tăng cờng các quan hệ này và làm yếu các quan hệ khác có thể tạo ra các
chuyển đổi hoá điện khác nhau. Chuyển đổi hoá điện không chỉ để xác định thành phần
và nồng độ mà còn dùng đo nhiều đại lợng khác nh di chuyển, áp suất, điện lợng
v.v. Một số chuyển đổi hoá điện cơ bản sau.
2. Chuyển đổi Ganvanic
Có cấu tạo nh sau:
Gồm 1 phần tử calomen 1 và điện cực đo lờng thuỷ tinh 2
Để lấy điện thế ở bên điện cực thuỷ tinh, bình đợc đổ đầy dung dịch mẫu có độ
pH đã biết. Trong bình thuỷ tinh có điện cực Clorua bạc 3.
Sức điện động của chuyển đổi bằng
tổng các sức điện động của bán phần tử
Calomen bạc và các sực điện động ở mặt
trong và mặt ngoài của điện cực thuỷ tinh và
phụ thuộc vào độ pH của dung dịch cần
nghiên cứu. Các thành phần sức điện động
khác không đổi, vì thế sức điện động của
chuyển đổi sẽ xác định đợc độ pH của dung
dịch (pH
x
)
Phơng trình của chuyển đổi Ganvanic có dạng E = E
0
+ bpH

E
0
là sức điện động của chuyển đổi khi pH =0
b hệ số của chuyển đổi, phụ thuộc vào loại điện cực và nhiệt độ.
3
2
1
Kcl
Hg
Hg
2
Cl
2
PH
m
PH
x
H
ình 3.37 Chu
y
ển đổi Ganvanic
46

Sai số của chuyển đổi Ganvanic chủ yếu là do ảnh hởng của nhiệt độ và điện thế
khuyếch tán. Để giảm sai số ngời ta dùng các mạch hiệu chỉnh nhiệt độ.
3. Chuyển đổi điện dẫn dung dịch
Nguyên lý của chuyển đổi điện dẫn dung dịch dựa trên quan hệ giữa điện dẫn của
chuyển đổi theo thành phần, nồng độ dung dịch, khoảng cách l và diện tích S giữa các
điện cực. Phơng trình của chuyển đổi có dạng gần đúng nh sau:
g =

l
S
R
1

=

Chuyển đổi điện dẫn dùng để
đo nồng độ các dung dịch và các đại
lợng cơ học, nồng độ dung dịch giữ
không đổi, đại lợng cần đo làm thay
đổi khoảng cách hay diện tích của các
điện cực.
Để loại trừ sai số do hiện tợng phân cực, cùng với nguồn cung cấp bằng điện áp xoay
chiều ngời ta dùng chuyển đổi 4 cực nh hình vẽ trên. Đặt điện áp xoay chiều ổn định vào
hai cực dòng (1, 4) hai cực thế để đo điện áp. Đo điện áp U bằng phơng pháp bù sẽ loại trừ
đợc hiện tợng phân cực trên các điện cực 2, 3 và sai số do hiện tợng ấy gây ra.
Để loại trừ hiện tợng phân cực và các tác dụng khác, ngời ta dùng các chuyển
đổi âm tần không tiếp xúc.






Hình 3.39 a. Chuyển đổi biến áp tần số thấp b. chuyển đổi không tiếp xúc
-Chuyển đổi biến áp tần số thấp có cuộn dây thứ cấp ngắn mạch là một ống thuỷ
tinh chứa dung dịch cần đo nồng độ. Dụng cụ 2 nối trong mạch cuộn dây sơ cấp của
1
2 3 4

~
Hình 3.38 Chuyển đổi điện dẫn dung dịch
A
U
47

chuyển đổi đợc khắc độ theo đơn vị nồng độ vì dòng điện này phụ thuộc vào tổng trở
vào của mạch thứ cấp.
Sai số của chuyển đổi điện dẫn dung dịch chủ yếu gây ra bởi ảnh hởng của nhiệt
độ đến điện dẫn dung dịch, ảnh hởng của sự phân cực ở các điện cực. Để giảm sai số
ngời ta dùng phơng pháp hiệu chỉnh nhiệt độ. Sai số do hiện tợng phân ly và phân
cực gây ra sẽ giảm khi cung cấp cho chuyển đổi bằng nguồn xoay chiều tần số 500
ữ
1000Hz hoặc dùng chuyển đổi 4 cực và chuyển đổi không tiếp xúc.
Bài III. 7 Chuyển đổi lợng tử
1. Nguyên lý của chuyển đổi lợng tử
Là dựa trên các hiện tợng vật lý hạt nhân nguyên tử. Loại chuyển đổi lợng tử
phổ biến nhất là chuyển đổi dựa trên hiện tợng cộng hởng từ hạt nhân nh sau:
Hạt nhân nguyên tử có chứa một mô men từ đợc gọi là dipol ký hiệu là
và mô
men khối lợng chuyển động đợc gọi là spin p.
Tỷ số:
/p gọi là hệ số thuỷ từ của hạt nhân(hay hệ số từ cơ). Hệ số này là hằng số
và không phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài.
Nếu ta đặt vật liệu (ví dụ nớc nặng) trong
một ống nghiệm. Sau đó đặt cả ống nghiệm vào
trong một từ trờng đều có độ từ cảm B thì các
mô men từ

sẽ quay xung quanh véc tơ B.

Lúc đó mô men lực tác động lên các mô men từ
đợc thể hiện bằng phơng trình
M = B
Phơng trình chuyển động sẽ có dạng
BM
dt
Pd
==

Nhng mặt khác
= P
d
t
dP

là tần số quay của mô men từ xung quanh B. Từ đó ta có:
B
P
B
PB
=

==

'B
B
S
N

Hình 3.40 Chuyển đổi lợng tử
U
~
48

Nếu trong mặt phẳng vuông góc với từ trờng B ta tạo ra một từ trờng xoay
chiều
'B có tần số cao cùng quay với mômen từ dipol. Khi véc tơ 'B quay đồng bộ với
mô men từ dipol
thì sẽ gây ra sự thay đổi của từ trờng cao tần và sẽ xuất hiện mômen
tác động lên dipol
làm thay đổi góc giữa B và

.
Khi có sự cân bằng giữa tần số quay
của mô men từ

xung quanh B và tần số
quay của của véc tơ
'B thì sẽ sinh ra hiện tợng cộng hởng. Đó là hiện tợng cộng
hởng từ hạt nhân.
Nh vậy có thể xác định B theo giá trị tần số cộng hởng
và hệ số thuỷ từ . Hệ số
đối với mỗi chất có thể xác định chính xác đến 0.001% còn sai số đo
có thể đạt đến
0.001% bằng tần số kế chỉ thị số. Cho nên nếu sử dụng loại chuyển đổi này có thể đo độ từ
cảm của từ trờng với độ chính xác cao hơn các phơng pháp thông thờng khác.
2. Mạch đo
Một ống nghiệm chứa một chất (ví dụ nh nớc nặng D) đặt vào trong một cuộn

dây 2. Cuộn dây này nối với điện dung C (có thể thay đổi đợc) tạo thành một máy phát
cao tần LC. ống nghiệm và cuộn dây đợc đặt trong một từ trờng đều có độ từ cảm cần
đo B
x
của nam châm vĩnh cửu 4.












Hình 3.41 Mạch đo của chuyển đổi lợng tử
Khi xảy ra hiện tợng cộng hởng là lúc mà tần số quay của proton (hạt nhân
Hydro) bằng tần số của máy phát cao tần ở một giá trị nào đó của độ từ cảm B. Tại trạng
S

N
MF
cao
tần
KĐ
cao
tần
Tách

sóng
Tách
sóng
KĐ
âm
tần
Đo tần số chỉ
thị số
Điều
chế
Điều
chỉnh
pha
49

thái đó xảy ra sự mất mát năng lợng làm giảm biên độ dao động của máy phát. Để duy
trì hiện tợng cộng hởng và nhận đợc tín hiệu liên tục, từ trờng không đổi B
x
đợc
điều chế bởi một từ trờng xoay chiều có tần số thấp 50Hz bằng một cuộn dây phụ 3 đặt
trong từ trờng. Nh vậy điện áp cao tần của máy phát cũng bị điều chế. Sau đó vào
khuyếch đại cao tần, qua tách sóng vào khuyếch đại âm tần và đa đến hai bản cực Y
của dao động ký điện tử. Mặt khác ta đa tín hiệu điều chế 50Hz qua bộ điều chỉnh pha
vào hai bản cực của dao động ký. Quá trình này đợc biểu diễn ở đồ thị sau, tín hiệu
điều chế có chu kỳ là T
M
điều kiện cộng hởng đợc nhắc lại hai lần. Vì khi tín hiệu
điều chế đi qua điểm "O" giá trị B tại đó có cộng hởng sẽ nhắc lại. Nh thế trên màn
hình của dao động ký sẽ xuất hiện 2 tín hiệu.
Điều chỉnh pha của tín hiệu vào hai cực X của dao động ký ta có thể tách thành 2

tín hiệu nh hình vẽ.
Điểm giao nhau giữa Đ sẽ là điểm
cộng hởng. Khi điểm Đ đạt vị trí giữa màn
hình của dao động ký thì ta đo tần số cao tần
bằng tần số kế chỉ thị số. Từ đó theo biểu
thức trên ta tính đợc độ từ cảm B
x
cần đo
ứng dụng: Dùng để đo độ từ cảm của
từ trờng đều từ 0.005T trở đi. Giới hạn đo
tuỳ thuộc vào hạt nhân nguyên tử mà ta sử
dụng. Ngoài việc đo dòng trong thực tế
phơng pháp này đợc ứng dụng rộng rãi
để đo dòng lớn.
Trong lĩnh vực y học ngời ta sử dụng loại
chuyển đổi này để sản xuất máy chụp cắt lớp.
Bài III. 8 Chuyển đổi quang điện
1. Chuyển đổi tự phát xạ điện tử.
Dới tác dụng của điện trờng mạnh (với điện áp trên anốt và ka tốt cỡ 3000V),
các điện tử bị bắn ra khỏi katốt, trên đờng đi chúng ion hoá. Các phân tử khí tạo thành
các ion dơng và âm. Dòng điện chạy từ anốt đến katốt thay đổi theo mật độ không khí
trong đèn hai cực.
TH
điều chế
TH
Cao tần
TH
Tần số
TH
âm tần

Đ
Hình 4.32 Các tín hiệu điều chế
50

ứng dụng để chế tạo các thiết bị đo áp xuất còn gọi là chân không kế.
2. Chuyển đổi có phát xạ nhiệt điện tử
Các loại chuyển đổi này đợc chế tạo dới dạng đèn điện tử hai cực và ba cực, khi
catốt bị đốt nóng, các điện tử bắn ra khỏi nó và dới tác dụng của điện trờng, các điện
tử chuyển động từ anốt đến katốt. Trên đờng đi các điện tử ion hoá không khí tạo thành
các ion dơng và âm, cũng nh loại chuyển đổi tự phát xạ điện tử, chuyển đổi loại này
dùng để đo độ chân không tới 10
-6
mmHg. Nếu giữ cho đèn có độ chân không ổn định,
dòng điện chạy trong mạch phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai cực anốt và katốt. ứng
dụng để chế tạo các thiết bị đo các đại lợng cơ nh đo độ di chuyển, đo áp suất.
3. Chuyển đổi có phát xạ quang điện tử
Dới tác dụng của dòng ánh sáng với bớc sóng thích hợp chiếu vào katốt, điện tử
từ katốt bị bắn ra tạo thành dòng điện. Chuyển đổi quang điện chia làm ba loại: Tế bào
quang điện, quang điện trở và phôtô điốt.
-Tế bào quang điện là phần tử quang điện sử dụng hiệu ứng quang điện ngoài. Đó
là một đèn chân không hay có khí mà katốt của nó sẽ phát ra các điện tử dới tác dụng
của dòng ánh sáng.
-Quang điện trở là loại chuyển đổi quang điện dựa vào hiệu ứng quang điện trong.
Điện trở của (một vài) chất bán dẫn thay đổi dới tác dụng của dòng ánh sáng. Các chất
có hiệu ứng quang điện trong mạnh là sêlen, muối sunfit cadmi, các hợp chất của tali,
bismut hoặc chì với lu huỳnh.
-Phôtô điốt (van quang điện ) là chuyển đổi quang điện, dới tác dụng của ánh
sáng, lớp khoá của một số mặt ghép các chất bán dẫn sẽ trở thành nguồn dòng điện
ứng dụng: dùng để đo các đại lợng không điện khác nhau.
Bài III. 9 Khái niệm về các chuyển đổi thông minh

1. Sự ra đời các cảm biến thông minh
Hiện nay các hệ thống thu thập số liệu đo lờng thì các cảm biến là khâu yếu nhất
của hệ thống so với các bộ biến đổi điện -điện và các hệ thống sử lý kết quả đo. Sai số và
các đặt tính kỹ thuật khác của hệ thống không thể vợt qua sai số của cảm biến nếu
không có biện pháp công nghệ và sử lý để cải tiến đặc tính kỹ thuật của cảm biến. Rõ
51

ràng yêu cầu cải tiến cảm biến hiện có là một vấn đề cấp thiết. Việc cải tiến này dựa trên
tình hình phát triển của công nghệ và kỹ thuật điện tử - tin học.
-Hiện nay đã ra đời các chuyển đổi sơ cấp trên cơ sở công nghệ và vi điện tử có kết
quả tốt hơn về kích thớc cũng nh tính năng kỹ thuật, có thể sử dụng vào nhiều chuyển
đổi khác nhau, giúp cho việc đa chức năng hoá cảm biến.
-Các vi xử lý càng đcợ sử dụng rộng rãi, khả năng xử lý cao, tạo ra các bộ cảm
biến thông minh và giúp cho việc hạ giá thành các bộ cảm biến rất nhiều.
-Nhờ tính năng cao của các vi xử lý các nhà kỹ thuật đo lờng đã đa ra nhiều biện
pháp, nhiều phơng pháp đo để đa năng hoá các cảm biến, các thiết bị đo, đa ra nhiều
biện pháp xử lý nâng cao tính chính xác, khả năng thông tin, tăng tốc độ đo, nâng cao
tính ổn định và loại trừ các yếu tố ảnh hởng đến thiết bị đo. Trên cơ sở đó các cảm biến
thông minh đã ra đời. Các cảm biến thông minh có những tính năng sau:
+Sử dụng đa chức năng, tức là có thể đo nhiều đại lợng khác nhau với các khoảng
đo khác nhau.
+Có khả năng chơng trình hoá với ý nghĩa: quá trình đo có thể theo một chơng
trnìh định trớc, chơng trình này có thể thay đổi bằng các thiết bị ghi chơng trình.
+Tự động xử lý kết quả đo nh: Tự động khắc độ, tự động chọn thang đo, từ động
bù sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên, tự động bù ảnh hởng các yếu tố khác nhau, tự
động truyền kết quả lên cấp trên theo chu kỳ hay địa chỉ.
Cảm biến thông minh gồm các chuyển đổi sơ cấp kết hợp với các biến đổi và bộ vi
xử lý hay vi tính đơn phiến. Kèm theo với các bộ cảm biến là một bộ ghi chơng trình để
ghi các chơng trình xử lý, các số liệu thống kê khắc độ.
2. Cấu trúc của cảm biến thông minh

Cấu trúc chung của các cảm biến thông minh nh sau:







Hình 3.43 Cấu trúc của cảm biến thông minh

Đối
tợng
đo
CB1
CB1
CBn

CĐCH1
CĐCH2
CĐCHn
MUX
A/D
C
Cảm biến thông minh
52

Cảm biến gồm những chuyển đổi sơ cấp, các đại lợng vào có thể là những đại
lợng chủ cần thiết cho phép đo cũng có thể là các đại lợng, yếu tố ảnh hởng dùng để
loại trừ sai số do ảnh hởng của chúng.
Các đại lợng điện đợc qua các khâu chuyển đổi chuẩn hoá (CĐCH), sau đó đợc

đa vào bộ gộp kênh (MUX) và qua bộ chuyển đổi tơng tự số (A/D) vào vi tính đơn
phiến hay vi xử lý (
P hay C )
Có thể có 2 loại công nghệ:
+ Nếu các chuyển đổi là loại chuyển đổi sơ cấp bình thờng thì các đầu ra của
chúng đợc đa vào trong một vi mạch công nghệ lai, gồm có các bộ biến đổi chuẩn
hoá, MUX, A/D và
C trong một khối và nối liền máy tính cấp trên và bộ ghi chơng
trình cho EPPROM.
+Nếu các chuyển đổi là loại chuyển đổi thực hiện bằng công nghệ vi mạch thì cả
chuyển đổi lẫn các phần tử gia công phía sau đợc để trong một khối công nghệ mạch lai.
Các cảm biến thông minh dạng trên đã phát triển vì thế việc hệ thống hoá các cảm
biến, chọn cấu trúc thế nào cho có tính linh hoạt cao, việc chơng trình hoá đợc dễ dàng