BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 2 ppt

7

(chuyển đổi ngợc), mà thờng chuyển đổi ngợc là chuyển đổi biến đổi trực tiếp nên
có độ chính xác cao.
Chơng 2. Chuyển đổi điện trở
Bài 1. Chuyển đổi điện trở tiếp xúc
1. Nguyên lý cơ bản
Chuyển đổi điện trở tiếp xúc là 1 chuyển đổi đo lờng trong đó di chuyển cơ học
đợc biến thành sự thành sự đóng mở các tiếp điểm, các tiếp điểm này dùng để điều
khiển mạch điện. Đại lợng chủ của chuyển đổi tiếp xúc là sự chuyển rời. Chuyển đổi
tiếp xúc đơn giản nhất là chuyển đổi có 1 giới hạn và một cặp tiếp điểm nh hình vẽ
trên, sự đóng mở tiếp điểm do sự di chuyển của cần đo.





Hình 3.3 Chuyển đổi tiếp xúc một giới hạn
Ví dụ: khi kích thớc của sản phẩm 1 thay đổi (tăng), thanh trợt 2 di chuyển làm
cho phần tử tiếp xúc gắn trên thanh 3 đợc tiếp xúc với 4. Điện trở tiếp xúc của 3 và 4
thay đổi từ R
tx
= thành R
tx
0. Khi kiểm tra kích thớc sản phẩm ngời ta thờng
dùng chuyển đổi nhiều giới hạn nh hình vẽ sau:

Hình 3.4 Chuyển đổi tiếp xúc nhiều giới hạn
2
L
1
3
4
R
C
L
8

Tiếp điểm là bộ phận qua trọng nhất của chuyển đổi tiếp xúc, vật liệu cấu tạo và sự
chế tạo cũng nh chế độ làm việc của nó sẽ quyết định đến độ chính xác, độ tin cậy và tính
ổn định của chuyển đổi theo thời gian. Sai số đóng cắt của chuyển đổi này là 1 ữ 2m
2. Yêu cầu đối với mạch đo
Để tránh hồ quang và tia lửa điện đảm bảo độ bền cho các tiếp điểm thì công suất
trong mạch lấy tín hiệu phải nhỏ hơn 150mW. Vì vậy với các phần tử lấy tín hiệu, phần tử
đo hoặc thừa hành nếu nh công suất nhỏ hơn 150mW thì có thể nối trực tiếp với chuyển
đôỉ. Nếu các phần tử thừa hành công suất lớn thì ta phải nối qua mạch khuyếch đại.

Bài 2. Chuyển đổi biến trở
1. Nguyên lý cơ bản
Chuyển đổi biến trở là một biến trở mà
con chạy của nó di chuyển tơng ứng với đại
lợng không điện cần đo. Đại lợng chủ của
chuyển đổi là sự di chuyển của con chạy, có
thể là di chuyển dài hoặc di chuyển góc còn
đại lợng ra là điện trở.
Điện trở này biến thiên theo một quy luật nào đó phụ thuộc vào đờng đi của con

chạy. Quan hệ giữa đại lợng ra và đại lợng vào là: R = f(X
v
)
2. Độ nhạy và độ chính xác
Đây là chuyển đổi bậc thang vì sự biến thiên liên tục của đại lợng vào tơng ứng
với sự biến đổi bậc thang của điện trở ra. Đây là nguyên nhân gây ra sai số. Chuyển đổi
biến trở chỉ có thể phát hiện ra sự biến thiên điện trở bằng điện trở của một vòng dây
tơng ứng với sự di chuyển bằng khoảng cách giữa hai vòng dây kế tiếp.
Ta gọi điện trở toàn phần của chuyển đổi là R, số vòng dây là w
Điện trở nhỏ nhất có thể phát hiện đợc là r =
w
R
, và
R
= r đợc gọi là ngỡng
nhạy của chuyển đổi theo điện trở
Nếu chiều dài của chuyển đổi là l thì độ di chuyển bé nhất có thể phát hiện đợc là x
0

=
w
l
và
L
= x
0
đợc gọi là ngỡng nhạy của chuyển đổi theo độ dịch chuyển của con chạy
lR,
R
x

, l
x
Hình 3.5 Chuyển đổi biến trở
9

Sai số rời rạc của chuyển đổi là:
%100
w2
1
l2R2
lR
=

=

=

Ta nhận thấy muốn giảm sai số thì ta cần phải tăng số vòng dây w. Ngài ra chuyển
đổi này còn mắc sai số phi tuyến là 0.1 ữ 0.3% và sai số nhiệt độ là 0.1% /10
0
C. Sai số
phi tuyến sinh ra do khi chuyển đổi làm việc thì tiết diện của dây điện trở bị mòn khi
con chạy di chuyển.
3. Mạch đo của chuyển đổi
a. Mạch đo di chuyển thẳng
I =
l
x
RR
U

RR
U
0
0x
+
=
+

R
0
: Tổng trở đầu vào của mạch lấy tín hiệu
R: Điện trở của toàn bộ biến trở
x: khoảng di chuyển của con chạy
Dòng điện trong mạch tỷ lệ nghịch với R
x,
ta thấy quan hệ I = f(x) trên là phi
tuyến, dòng điện không biến thiên từ 0 trở đi cho nên mạch này ít đợc sử dụng
b. Mạch phân áp
Ta có:
vx
vx
x
RR
RR
RR
U
I

+
=

U
x
=
vx
vx
vx
vx
x
vx
vx
RR
RR
RR
RR
RR
U
RR
RR
I
+
+
+
=
+

Nếu R
v
>> R thì
x

v
vx
vx
vx
R
R
RR
RR
RR
=
+

Vậy: U
x
=
l
x
U
l
x
R
R
U
R
R
U
RRR
UR
x
xx

x
===
+

Quan hệ giữa U
x
và x là tuyến tính, U
x
biến thiên từ 0 đến U khi R
x
biến thiên từ 0
đến R (thờng R
v
(10 ữ 20)R)
I
R
x

U
x
l
R
0

Hình 3.6 Mạch đo di chuyển thẳng
U
l
R
x
x

R
v
I

+
U
x
Hình 3.7 Mạch phân áp
10

c. Mạch cầu
Thiết kế sao cho khi chuyển đổi cha làm
việc thì R
1
= R
2
= R
3
=R
4
=R và R
v
>> R, lúc
đó điện áp U
v
= 0 và cầu cân bằng
Khi chuyển đổi làm việc thì R
1
biến thiên
một lợng là R. Điện áp U

v
là
12 12
14 32 14 32
1
24
v
UR UR R R
RR R
UUUU
RR RR RR RR R RR R R



= + = + = + =


++ ++ +



Chn sao cho khong di chuyn R << R cho nên:
Ta có U
v

R
R
4
U
, với

R
R
là l ợng biến thiên điện trở tơng đối
khi biến trở di chuyển
Ngoài ra ngời ta còn dùng mạch lôgô
mét nh sau:
R
1
, R
2
- điện trở của cuộn dây
lôgômét. R
3
, R
4 là
điện trở phụ xác
định theo thông số của chuyển đổi và
lôgômét. Khi R
x
thay đổi làm cho
dòng điện I
1
và I
2
thay đổi và góc
quay thay đổi
T a có:
x31
1
RRRR

U
I
++
=
;
x42
2
RRR
U
I
++
=

Vậy








++
++
=
x31
x42
RRRR
RRR
f

4. ứng dụng
Chuyển đổi biến trở thờng dùng để đo những di chuyển thẳng kích thớc từ 2
ữ3mm hoặc các di chuyển góc. Ngoài ra chuyển đổi biến trở còn dùng để lấy các thông
tin về lực, áp xuất, mức chất lỏng
R
3
U
R
1
R
2
R
3
R
4
R
v
, U
v
+
Hình 3.8 Mạch cầu
R
4
R
2
R
1
R

R
x
U

x
Hình 3.9 Mạch đo lôgômét
11

Bài 3. Chuyển đổi tenzo (điện trở lực căng)
1. Nguyên lý và cấu tạo
a. Nguyên lý:
Nguyên lý làm việc của chuyển đổi này dựa trên hiệu ứng tenzo, có nghĩa là sự
thay đổi của điện trở dây dẫn khi dây dẫn bị biến dạng cơ học.
Ta biết rằng điện trở của dây dẫn đợc tính theo công thức sau: R =
S
l


Khi biến dạng ta có:
S
S
l
l
R
R




+

=


Trong đó:
l
l
là biến thiên tơng đối theo chiều dài dây dẫn,


là sự biến
thiên tơng đối theo điện trở xuất đặc trng cho sự thay đổi tính chất vật liệu của
chuyển đổi,
S
S
là sự biến thiên tơng đối theo thiết diện dây dẫn đặc trng cho sự biến
thiên hình học của chuyển đổi,
R
R
là sự biến thiên tơng đối của điện trở dây dẫn. Ta
có thể viết gọn nh sau:
SlR



+

=

Mặt khác ta có:
lpS
K2

=

, K
p
là hệ số poisson
Và ta đặt:
l
m

=


, m là hệ số tỷ lệ
Phơng trình tổng quát của chuyển đổi
lplR
K)mK21(

=++

=


K: hệ số đặc trng cho hiêu ứng tenzo của các vật liệu. Khi thiết kế và tính toán
hệ số K có thể tra trong các sổ tay kỹ thuật ứng với từng loại vật liệu cụ thể hoặc nó
đợc ghi ngay trên bề mặt của chuyển đổi

b. Cấu tạo
12

Chuyển đổi tenzo trong công nghiệp thờng có 3 loại là chuyển đổi tenzo dây
mảnh, lá mỏng và màng mỏng. Tuy nhiên phổ biến nhất là chuyển đổi dây mảnh có cấu
tạo nh hình vẽ sau:
Tấm giấy mỏng loại bền 1
Dây điện trở tenzo 2 có đờng
kính 0.02 ữ 0.05mm dán lên tấm giấy
mỏng 1. Đầu dây của điện trở đợc
nối với dây dẫn bằng đồng 3
Phía trên thờng đợc phủ bằng sơn hoặc dán một tấm giấy lên để cố định sau đó
ngời ta ghi các thông số của chuyển đổi sau:
R
0
: Điện trở của chuyển đổi khi cha có biến dạng
I: Dòng điện cho phép
K: Hệ số độ nhạy
l
0
: Chiều dài tác dụng của chuyển đổi (thờng bằng 0.8 ữ 15 mm)
2. Mạch đo của chuyển đổi tenzo
Các chuyển đổi tenzo thờng dùng với mạch cầu 1 chiều, xoay chiều hoặc mạch phân áp
a. Mạch cầu 1 nhánh hoạt động

Hình 3.11 Mạch cầu một nhánh hoạt động
Trong mạch này ngời ta dùng hai chuyển đổi cùng loại đặt ở hai nhánh của cầu, trong
đó 1nhánh không làm việc để bù nhiệt và do đó mạch này sẽ loại trừ đợc sai số do nhiệt độ.
U
R
4
R
3
U
ra
R
1
=R
T
R
2
=R
T0
P
1
P
2
=0
a
l
0
1

2 3

Hình 3.10 Cấu tạo của chuyển đổi tenzo dây mảnh
13

+ Khi chuyển đổi cha làm việc tức là P
1
=0. Lúc đó ta phải chế tạo và hiệu chỉnh
sao cho cầu ở trạng thái cân bằng, tức là R
1
R
2
= R
3
R
4
R
1
= R
T0
, R
2
=R
T0
với R
T0
là điện trở của chuyển đổi khi cha làm việc.
+ Khi P
1
0 làm cho R
1
biến thiên, tức là: R

1
= R
t
=R
T0
(1 +

RT
)
Trong đó

RT
=
0T
R
R

là biến thiên tơng đối của điện trở R
T

Quan hệ giữa điện áp ra với sự biến thiên điện trở của tenzo:
[]
()
3420TRT
40T4RT0T
ra
RRRR)1(
RRR)1(R
UU
+++

+
=

Nếu đảm bảo R
3
= R
4
thì U
ra
0,25UR/R
T0
;
b. Mạch cầu hai nhánh biên thiên ngợc chiều nhau
Mạch này có độ chính xác cao
hơn, hai náh của cầu đợc dán điện
trở tenzo và cùng hoạt động ngợc
chiều nhau. Điện áp ra của mạch cầu
tăng gấp hai lần, khả năng bù nhiệt
tốt hơn, sai số do nhiệt độ bị loại trừ.
RTr
2
U
U
=

Ngoài ra còn có mạch cầu 4 nhánh, mạch này có điện áp ra tăng gấp 4 lần
RTr
UU

=


c. Mạch phân áp

Mạch này thờng dùng do các
biến dạng động có tần số nhỏ hơn
1000Hz. Để loại trừ thành phần 1
chiều ngời ta mắc thêm 1 tụ C
P

R
T

R
3

R
4

R
0

U
r

R
T
'

U

Hình 3.12 Mạch cầu hai nhánh biến thiên ngợc nhau
U
R
1
R
t
C

U
ra
U
t
Hình 3.13 Mạch phân áp
14

Ta có:
1T
T
T
RR
UR
U
+
=

Xét khi có biến dạng (sự dao động với tần số cao)
()
()

1
1sin
1sin
R
TTo
To R
t
UUR
R
Rt



+
=
++
, là tần số dao động của đối tợng
Thông thờng
R

<<1
sin
To R To
RtR





Ta có:

11
sin
To To R
T
To To
R
Rt
UU U
RR RR


=+
++

Vì điện áp ra lấy thành phần một chiều cho nên


1
sin
RTo
ra
To
UR t
U
RR


=
+

3. Sai số và ứng dụng
Chuyển đổi tenzo đợc ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật dùng để đo lực biến
dạng, lực mômen, gia tốc, áp xuất. Do cấu tạo đơn giản, có kích thớc nhỏ nên các
chuyển đổi tenzo đợc dùng để đo trên các chi tiết có nhiều hình dạng khác nhau của
máy móc và thiết bị. Có thể dùng để đo các biến thiên nhanh nh độ chấn động. Để
giảm sai số đòi hỏi phải có một công nghệ dán và vị trí dán thích hợp , lúc đó sai số có
thể giảm < 5%





Chơng 3. Chuyển đổi điện từ
Là chuyển đổi trong đó đại lợng không điện (thờng là các di chuyển thẳng hay góc )
dẫn đến thay đổi điện cảm, hỗ cảm hoặc xuất hiện sức điện động cảm ứng ở cuộn dây.