Thiết kế và ứng dụng VXL trong đo lường và điều khiển

Chương 1. Một số phương pháp đo lường và gia công tín hiệu (10 tiết)
1. Gia công tín hiệu điện
1.1.1. Mạch tỷ lệ dòng điện một chiều
Để đo dòng điện một chiều lớn hoặc lấy tín hiệu đo là dòng một chiều người ta
thường dung mạch Sun.
Sun là điện trở R
s
mắc song song với cơ cấu chỉ thị hoặc cơ cấu thu thập tín hiệu
đo.
Điện áp chỉ thị U
ct
phản ánh độ lớn dòng điện cần đo I
U
ct
= I
ct
.r
ct
= (I - I
ct
).R
s
Thiết kế mạch tỉ lệ là chọn điện trở R
s
trên cơ sở các thông tin ban đầu về thiết bị
chỉ thị I
ctmax
, r
ct
và dòng điện cần đo I
max

.
U
ct max
= I
ctmax
.r
ct
= (I
max
- I
ctmax
)R
s.
 R
s
= *r
ct
Đặt hệ số tỷ lệ dòng là n:
n = =
khi đó: R
s
= *r
ct
Công thức chuyển đổi tín hiệu dòng/áp:
U
ct
= I
ct
*r
ct

= * r
ct
1.1.2. Mạch tỷ lệ dòng xoay chiều (Mạch biến dòng)
Mạch biến dòng được dùng để lấy tín hiệu đo về dòng xoay chiều lớn (1A
÷2500A). Mạch biến dòng có chức năng chuyển đổi tín hiệu dòng điện xoay chiều có giá
1
trị lớn về dòng điện có giá trị thấp hơn để tiện cho việc xử lý thông tin. Mạch biến dòng
thường được chế tạo ở dạng các bộ biện dòng.
Biến dòng là một biến áp cà cuộn sơ cấp được ghép nối tiếp với dòng điện cần đo,
cuộn thứ cấp được nối ngắn mạch bằng điện trở Sun hoặc Ampe kế.
Biến dòng được thiết kế để cuộn sơ cấp có số vòng dây W
1
rất nhỏ nhưng chịu
được dòng điện lớn và cuộn thứ cấp có số vòng W
2
rất lớn.
Ta có U
1
I
1
= U
2
I
2
, từ dây nhận được hệ số chuyển đổi có biến dòng K
1
:
K
1
= = = >> 1

Do số vồng dây sơ cấp W
1
rất nhỏ lên dùng I
1
rất lớn nhưng điện áp U
1
ở cuộn sơ
cấp rất nhỏ và công suất tiêu hao của biến dòng rất thấp.
Trong chế độ làm việc bình thường cần nối ngắn mạch cuộn thứ cấp bị hở mạch
thì:
= => ∞
Điều này dẫn đến hiện tượng điện áp thứ cấp tăng vọt từ vài trăm volt đến vài
ngàn volt sẽ đánh thủng lớp cách điện, làm cháy biến dòng và gây nguy hiểm cho người
sử dụng.
1.1.3. Mạch tỷ lệ điện áp
- Mạch phân áp điện trở:
Mạch phân áp điện trở được dùng để phân áp cho điện áp một chiều hoặc xoay
chiều nhỏ và trung bình.
2
Khi không có điện trở tải R, thì hệ số chuyển đổi m là:
m
0
= = = 1 +
Khi có điện trở tải R
z
, thì hệ số chuyển đổi m là:
m
z
= = = 1 + + = m
0 +

- Mạch phân áp điện dung:
Mạch phân áp điện dung có thể được sử dụng để phân án dòng xoay chiều
Hệ số chuyển đổi điện áp m:
m=││ =│ =││ = 1+
- Mạch biến áp đo lường
.
Mạch biến áp đo lường có thể dùng để gia công tín hiệu cho cho dòng điện xoay chiều
nhỏ trung bình và lớn.
3
Hệ số chuyển đổi K
u

K
u
= =
Trong đó W
1
là số vòng dây cuộn sơ cấp
W
2
là số vòng dây cuộn thứ cấp.
Điện áp thứ cấp U
2
định mức thường là 100V
1.2. Các mạch cầu
Các dạng mạch cầu được sử dụng để chuyển đồi tín hiệu đầu ra của các cảm biến
điện trở, điện dung hoặc điện cảm thành tín hiệu điện áp, túc là thực hiện chuyển đổi tín
hiệu dạng không tích cực thành dạng tín hiệu tích cực (tín hiệu điện) thuận tiện cho việc
xử lý thông tin.
4

1.2.1 Mạch cầu tổng quát
Lý thuyết mạch chỉ rõ: bất cứ mạch tuyến tính nào cũng có thể được mô tả dưới
dạng nguồn áp E
Th
với điện kháng nối tiếp Z
Th
.
Nguồn điện áp tương đương E
Th
(Thevenin) được tính như sau:
V
S
= i
2
.Z
2
+ i
2
.Z
3
=> i
2
=
V
S
= i
1
.Z
1
+ i

1
.Z
4
=> i
1
=
Coi điểm Q và C là điểm đất, ta có:
U
A
= V
S
U
B
= V
S
- i
2
.Z
2
U
D
= V
S
– i
1
.Z
1
E
Th
= U

B
– U
D
= (V
S
- i
2
.Z
2
) – (V
S
– i
1
.Z
1
)
E
Th
= V
S
{ - }
Để tính Z
Th
mạch cầu với V
S
là nguồn điện áp lý tưởng được vẽ lại dạng sau:
5
Z
Th
=

Mạch điện tương đương với mạch cầu có dạng:
Nếu Z
1
= Z
2
và Z
3
= Z
4
thì mạch cầu ở chế độ cân bằng và khi đó E
Th
= 0
1.2.2. Thiết kế mạch cầu điện trở
E
Th
= V
S
{ - }
6
Cầu Wheatstone được thiết kế trên cơ sở xác định các thông số V
S
, R
4
, R
2
, R
3
sao
cho thỏa mãn các điều kiện E
Thmin

, E
Thmax
, R
Imin
và R
Imax
cho trước.
Nếu R
Imin
và R
Imax
là các biến đo thì:
E
Thmin
= V
MIN
=V
S
{ - }
E
Thmax
= V
MAX
=V
S
{- }
Trong đó giá trị tới han của R
4
, R
3

và R
2
được xác định khi cầu ở chế độ cân bằng với
E
Thmin
=0:
=
Nếu chọn R
2
= R
3
= R
4
= R

thì ta nhận được điện áp E
Th
khi cầu không cân bằng:
E
Th
= { - }
Nếu R
1
là một cảm biến điện trở và trị số của nó bị thay đổi theo sự thay đổi của
môi trường đo thì mạch cầu Wheatstone được thiết kế như trên sẽ chuyển sự thay đổi của
điện trở một đại lượng không tích cực, thành một tín hiệu điện áp tương ứng thuận tiện
hơn cho các quá trình xử lý thông tin tiếp theo.
1.2.3. Thiết kế mạch cầu điện kháng
Mạch cầu điện kháng được sử dụng khi dùng các cảm biến dạng điện dụng hoặc
điện kháng:

Đặc điểm của mạch cầu điện kháng là:
- Nguồn V
S
là xoay chiều.
- Hai nhánh là trở thuần
- Hai nhánh là điện kháng
Nếu Z
1
và Z
4
là các tụ điện thì mạch cầu có dạng sau:
7
Z
1
= , Z
2
= R
2
, Z
3
= R
4
, Z
4
= điện kháng của cảm biến
E
Th
=V
S
{- }

Nếu chọn R
2
=R
3
=R thì:
E
Th
= { - }
Nếu Z
1
và Z
4
là dạng điện cảm, trong đó:
Z
1
= jwL
1
, Z
4
= jwL
4
và Z
2
= Z
3
= R
E
Th
= { - }
1.3. Đo nhiệt độ

1.3.1. Một số khái niệm cơ bản
Đo nhiệt độ là công việc thường gặp trong các ngành công nghiệp hóa chất, vật
liệu, xây dựng luyện kim, năng lượng.
Nhiệt độ đo thường được chia làm 3 dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình, nhiệt
độ cao. Với nhiệt độ thấp và trung bình phương pháp đo là phương pháp tiếp xúc. Với
nhiệt độ cao phương pháp đó là phương pháp không tiếp xúc.
Mỗi một vùng nhiệt đô cần đo cần các cảm biến và phương pháp đo khác nhau
(xem bảng)
Dụng cụ và phương pháp đo Nhiệt độ
Nhiệt điện trở -273 ÷ 1000
0
C
Nhiệt điện:
Vật liệu thường 273 ÷ 1000
0
C
8
Vật liệu khó chảy 100 ÷ 3000
0
C
Hỏa quang kế:
Bức xạ
Quang phổ kế
1000 ÷ 3000
0
C
1000 ÷ 3000
0
C
1.3.2. Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt trở

Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt điện trở sử dụng phương pháp đo kiểu tiện dụng.
Vật liệu làm bộ cảm biến: Platin, niken, bán dẫn…
a. Các loại cảm biến nhiệt điện trở
 Cảm biến Termistor (nhiệt điện trở bản dẫn)
Quan hệ nhiệt độ - điện trở của Termistor được biểu diễn bởi công thức như sau:
R
T
= R
0
e
b/T
R
T
: nhiệt độ của cảm biến ở nhiệt độ T.
T: nhiệt độ Kelvin
0
K
R
0
: hằng số đặc trưng của nhiệt điện trở bán dẫn (0,02/1
0
C÷0,08/1
0
C)
Điện trở của nhiệt điện trở thay đổi lớn trong khoảng đo 0
0
C đến 150
0
C: ở 0
0

C là
5000Ω, ở 150
0
C là 100Ω
Đặc điểm:
- Termistor thường được dùng đo nhiệt độ trong khoảng từ -100
0
C đến 400
0
C.
- Đặc tính chuyển đổi có độ phi tuyến lớn
- Rẻ tiền
 Cảm biến Platin
Đặc điểm:
9
- Platin là kim loại ổn định, không rỉ, không bị oxy hóa, điểm nóng chảy cao.
- Đặc tính chuyển đổi có độ phi tuyến nhỏ (gần như tuyến tính)
- Dải nhiệt độ đo: -200
0
C ÷ 850
0
C
- Đắt tiền
Công thức biểu diễn quan hệ điện trở - nhiệt độ (trên
0
C):
t
2
– (+ 10
2

)t + () = 0
R
t
: điện trở Platin ở nhiệt độ t
R
0
: điện trở Platin ở nhiệt độ 0
0
C
R
100
: điện trơt Platin ở 100
0
C
δ: hằng số thiết bị.
Hoặc:
R
t
= R
0
(1+Bt +At
2
)
Với:
A = - và B =
b. Phương pháp gia công tín hiệu đo
Mạch gia công tín hiệu đo cho cảm biến nhiệt điện trở là mạch cầu Wheatstone
(chương IV, phần 2). Tuy nhiên, nếu sử dụng mạch Wheatstone thông thường thì mạch
đo sẽ gây sai số đo do có sự thay đổi điện trở dây dẫn nối đến cảm biến theo nhiệt độ môi
trường.

10
E
Th
= V
S
{- }
R
d1
, R
d2
: Điện trở đường dây nối.
R
1
: cảm biến nhiệt điện trở.
R
2
: là biến trở chỉnh cân bằng ở t
0
.
Ký hiệu: R
∑1
= R
1
+ R
d1
+ R
d2
là điện trở dây nối nằm trên một nhánh cầu.
Để cầu ở chế độ cân bằng, ví dụ ở t
0

= 20
0
C, thì cần chọn các điện trở nhánh sao
cho E
Th
=0, khi đó:
R
∑1
= R
t0
+ R
d1
+ R
d2
= R
2
R
3
= R
4
= R
Khi nhiệt độ môi trường chứa dây dẫn thay đổi thì điện trở dây dẫn cũng thay đổi:
R
∑1
= R
t0
+ R
d1
+ R
d2

+∆R
d1
+ ∆R
d2
≠ R
2
Làm cho E
th
≠ 0 và gây ra sai số đo.
Để giảm sai số đo do nhiệt độ môi trường tác động lên dây dẫn, người ta dùng
mạch nối 3 dây:
11
E
Th
= V
S
{- }
Đặc điểm mạch nối 3 dây là điện trở của hai dây nối nằm trên hai nhánh cầu:
- Dây dẫn thứ nhất với điện trở R
d1
, nằm trên nhánh cầu cảm biến R
1.
- Dây dẫn thứ hai với điện trở R
d2
nằm trên nhánh cầu đối xứng.
Điện trở của các nhánh cầu bây giò là: R
3
, R
4
,

R
∑1t0
= R
t0
+ R
d1
điện trở nhánh cầu thứ nhất
R
∑2
= R
2
+ R
d2
điện trở nhánh cầu thứ hai
Cần chọn: R
d1
= R
d2
R
3
= R
4
= R, R
2
= R
t0
Để: R
∑1t0
≡ R
∑2

và cầu cân bằng ở t
0
Khi nhiệt độ môi trường thay đổi thi sai số do cầu không cân bằng bị giảm đến
mức thấp nhất vì: ∆R
d1
= ∆R
d2
R
∑1t0
= R
t0
+ R
d1
+ ∆R
d1
điện trở nhánh cầu thứ nhất
R
∑2
= R
2
+ R
d2
+ ∆R
d2
điện trở nhánh cầu thứ hai
1.3.3. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu (Thermocouple)
a. Nguyên lý hoạt động
Nếu hai kim loại khac nhau A và B được nối vơi nhau thì có một số sự khác biệt về điện
thế, tức là có hiệu điện thế, trên mối nối. Điện thế này gọi là điện thế tiếp xúc.
12

Hiệu điện thế tiếp xúc xuất hiện ở phần hở nếu nhiệt độ ở phần hở T
2
và nhiệt độ ỏ
phần nối T
1
là khac nhau.
Điện thế tiếp xúc phụ thuộc vào các kim loại A và B và nhiệt độ T
1
ở điểm nối.
E
T1
AB
= a
1
T
1
+ a
2
T
2
2
+ a
3
T
3
3
+ …. [mV]
Cặp nhiệt ngẫu (Thermocouple) là một mạch kín gồm hai điểm nối nằm ở hai
nhiệt độ khac nhau T
1

và T
2
.
Nếu đưa một Vônkế trở kháng cao vào mạch, như hình vẽ, thì sức điện động
(S.đ.đ) đo được là sự chênh lệch của hai điện thế tiếp xúc.
E
T1T2
AB
= E
T1
AB
- E
T1
AB
=a
1
(T
1
-

T
2
)+ a
2
(T
1
-

T
2

)
2
+ ….
b. Các luật về hành trạng của cặp nhiệt ngẫu khi ứng dụng để đo nhiệt độ:
Ký hiệu: T
1
là nhiệt độ cần cho.
T
2
là nhiệt độ của mối nooisqui chiếu và biết trước.
Luật 1:
S.đ.đ của cặp nhiệt ngẫu chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T
1
và T
2
của các
mối nối và không phụ thuộc vào nhiệt độ dây dẫn các mối nối.
13
Ứng dụng:
Dây dẫn đo và mối nối qui chiếu có thể được đặtở môi trường có
nhiệt độ khác nhau.
Luật 2:
Nếu có kim loại C chèn vào chèn vào giữa A (hoặc B) và tạo ra hai mối nối mới
có cùng nhiệt độ T
3
thì S.đ.đ của cặp nhiệt không bị thay đổi.
Ứng dụng:
Có thể đưa điện thế kế (hoặc mạch gia công tín hiệu đo) vào mạch cặp nhiệt ngâu
mà không làm ảnh hưởng đến điện áp được sinh ra.
Có thể nối nhiều đoạn dây nối mà không ảnh hưởng đến S.đ.đ của cặp nhiệt ngẫu.

Luật 3:
Nếu có kim loại C chèn vào giữa A và B tạo ra hai mối nối mới AC và BC ở cùng
nhiệt độ (T
1
hoặc T
2
) thì S.đ.đ không thay đổi.
Ứng dụng:
Theo luật 3 tại các mối nối đo, các dây dẫn A và B có thể được hàn với kim loại
thứ ba (là vôn mét hoặc mạch gia công tín hiệu) mà không ảnh hưởng đến S.đ.đ. Thiết bị
đo điện áp có thể được đưa vào tại điểm quy chiếu mà không ảnh hưởng đến viêc đo.
14
Luật 4:
Hai kim loại khác nhau sinh ra S.đ.đ. E
T1T3
tại nhiệt độ T
1
và T
3
và S.đ.đ E
T3T2
tại
nhiệt độ T
3
và T
2
, Khi đó S.đ.đ tại T
1
và T
2

sẽ là E
T1T3
+ E
T3T2
E
T1T2
AB
=E
T1T3

AB
+ E
T3T2
AB
Trong đó T
3
là nhiệt độ môi trường trung gian (nhiệt độ điểm kẹp nối mạch gia
công tín hiệu)
Nếu T
2
= 0
0
C là nhiệt độ quy chiếu thì:
E
T10
AB
=E
T1T3

AB

+ E
T30
AB
Ứng dụng:
Mỗi một cặp nhiệt ngẫu có một Bảng đặc tuyến nhiệt độ – điện áp riêng. Các nhà
sản xuất thường cung cấp Bảng đặc tuyến nhiệt độ – điện áp của từng loại cặp nhiệt ngẫu
dưới dạng so với nhiệt độ mối nối qui chiếu là T
2
= 0
0
C, tức là dướng dạng E
T10
.
Giả thiết ta muốn đo nhiệt độ T
1
0
C của một chất lỏng trong một thùng chứa bảng
nhiệt ngẫu. Mối nối đo (đầu cảm biến cặp nhiệt ngẫu) được nhúng vào trong thùng, mối
nối quy chiếu (đầu hở) nằm ở ngoài thùng chứa và có nhiệt độ T
3
= 20
0
C.
Giả sử S.đ.đ đo được là E
T1T3
=E
T120
=5.3mV.
Theo bảng đặc tuyến của cặp nhiệt ngẫu ta có giá trị E
T30

tại ngiệt độ T
3
= 20
0
C là
E
20 0
= 0.8mV.
Từ các dữ liệu trên và theo luật 4 ta có:
E
T10
= E
T1 20
+ E
20 0
= 5.3+0.8 = 6.3 mV
Từ đây theo bảng đặc tuyến ta tìm được nhiệt độ T
1
=149
0
C
c. Các loại cặp nhiệt ngẫu:
15
Chỉ có một số ít các cặp kim loại được dùng làm cặp nhiệt ngẫu.
Bảng đặc tuyến quan hệ sức điện động –nhiệt độ của một số cặp nhiệt ngẫu
thường gặp:
Nhiệt độ
0
C
Sức điện động với nhiệt độ tại mối nối quy chiếu 0

0
C (mV)
Loại E
Chromel
Constanti
n
Loại J Sắt
Constantin
Loại K
Chromel
Alumel
Loại R Platinum
13%
Rhodium/Platinum
LoaiT Đồng
Constantin
0
0
C 0 mV 0 mV 0 mV 0 mV 0 mV
100 6.3 5.3 4.1 0.7 4.2
200 13.7 11.0 8.2 1.5 9.3
300 21.2 16.5 12.3 2.4 15.4
400 28.9 21.8 16.4 3.4 20.6
500 36.9 27.3 20.6 4.5
600 45.2 33.1 24.9 5.6
700 53.1 39.4 29.2 6.7
800 60.2 46.5 33.3 7.9
900 37.3 9.2
1000 41.3 10.5
1200 13.2

1400 15.9
Phương pháp gia công tín hiệu từ cặp nhiễu: mạch gia công tín hiệu đo từ cặp
nhiệt ngẫu thường là mạch khuếch đại đo lường vi sai, xem chương IV, phần II, 2-e
1.4. Đo lực và trọng lực
Lực (hoặc trọng lực) tác động lên vật thể có khối lượng m làm cho nó chuyển
động (dịch chuyển) hoặc biến dạng. Định luật 2 của Newton xác định mối quan hệ này:
F = m.a [N][Kg.m/s
2
]
1.4.1. Đo lực theo nguyên lý dịch chuyển
a. Cảm biến đàn hồi (phi điện)
Cảm biến đàn hồi thường ở dạng một vật thể khối lượng m đặt trên lò xo hoặc
màng đàn hồi (hình vẽ)
16
K
1
: độ cứng của lò xo [N/m]
λ: hằng số suy giảm của bộ giảm sóc [Ns/m]
F: lực tác động cần đo
Tại thời điểm t = 0 nếu có lực F tác động, theo định luật 2 của Newton ta có
phương trình cân bằng lực:
F – K
1
x – λx
’
= mx
”
Hoặc F = K
1
x + λx

’
+ mx”
Khi đạt đến trạng thái cân bằng mới thì:
F
x
= K
1
x
Biểu thức này cho thấy khung dịch chuyển x tỷ lện thuận với lực F tác động lên lò xo.
b. Bộ cảm biến lực kiểu điện từ (hỗ cảm)
δ: chiều dài khe hở giữa phần động và phần tĩnh
S: tiết diện khe hở
17
W
1
: số vòng dây cuộc sơ cấp (cuộn kích thích)
W
2
: số vòng dây cuộn thức cấp (cuộn dây đo)
Lực tác động của cảm biến dịch chuyển. Khi chiê dài khe hở δ hoặc tiết diện khe
hở S thay đổi sẽ làm thay đổi từ thông của mạch từ và xuất hiện sức điện động trong cuộn
dây đo:
Từ thông tức thời trong mạch từ:
ɸ (t) = .i (t) [1 Wb = 1T.1m
2
]
i(t): dòng điện tức thời trong cuộn kích thích.
µ: độ từ thẩm của không khí giữa khe.
Sức điện động xuất hiện trong cuộn đo:
e

ra
(t) = - W
2
= -W
2
.
với i(t) = I
m
sinωt ta có
e
ra
(t) = -W
2
.ωI
m
cos ωt
và S. đ. đ. hiệu dụng E
ra
là:
E
ra
= = K
2


Trong đó I là dọng điện hiệu dụng.
Phương trình của bộ cảm biến lực – điện từ cho thấy S.đ.đ E
ra
tỷ lệ thuận với thiết
diện khe hở không khí và tỷ lệ nghịch độ rộng khe hở.

dE
ra
= ds +dδ
hay ∆E
ra
= K
2
-K
S
S
trong đó K
2
= W
1
.W
2
.μ
0
.ω.I
μ
0
: độ từ thẩm không khí
ω: tần số dòng điện kích thích
I: cường độ hiệu dụng dòng điện kích thích
∆δ<0 : khoảng dịch chuyển của khe hở
Từ (3-2) và (3-1) với ∆S = 0, ∆δ ≡ x < 0 nhận được quan hệ chuyển đổi lực – điện
áp của bộ cảm biến lực – điện từ:
18
∆E = -
1.4.2. Đo lực bằng bộ chuyển đổi điện trở lực căng (Chuyển đổi điện trở tensơ)

a. Nguyên lý tác dụng và quan hệ chuyển đổi.
Khi dây dẫn chịu biến dạng cơ khí do lực tác dụng thì điện trở của nó thay đổi,
hiện tượng này gọi là hiệu ứng tensơ.
Chuyển đổi điện trở làm việc dựa trên hiệu ứng tensơ gọi là chuyển đổi điện trở
tensơ hay chuyển đổi điện trở lực căng (hình vẽ).
Trong đó:
1: tấm giấy nền mỏng, mềm.
2: sợi dây điện trở có ɸ = (0,02 mm ÷ 0,03 mm) bằng constantin hoặc hợp kim
Platin – Indi
3: lá đồng nối mạch đo.
Độ dài dây điện trowrr: (8 ÷ 15) mm.
Điện trở R thường có giá trị trong khoảng 800 Ω ÷ 1000 Ω
Dưới tác dụng của lực căng điện trở của dây có thể thay đổi trong khoảng
∆R = 10Ω ÷ 150Ω
Các điện trở tensơ được dán trên phần tử đàn hồi chịu tác động của lực.
Các dạng cảm biến lực – điện trở tensơ.
19
R
+ ε
- điện trở tăng khi có F.
R
-ɛ
- điện trở không tăng khi có F.
Giới hạn đo của cảm biế đàn hồi – điện trở tensơ là: 2.10
4
N ÷ 10
5
N.
Điện trở dây dẫn:
R = ρ ρ – điện trở xuất dây dẫn.

l – chiều dài của dây dẫn.
S – tiết diện dây dẫn.
Ký hiệu
biến thiên tương đối của điện trở tensơ khi bị biến dạng
biến thiên tưng đối theo l
biến thiên tương đối theo S, đặc trưng cho thay đổi kích thước hình
học của bộ chuyển đổi
sự biến thiên tương đối của điện trở suất.
Quan hệ giữa thiết diện s và độ dài l được biểu diễn qua công thức:
K
ρ
hệ số Poisson
20
Đặt hay m =
Ta có công thức chuyển đổi của điện trở tensơ với đọ nhạy chuyển đổi K như sau:
Hay
Trong đó K = 1 + m +2 , độ lớn của tỷ lệ thuận với lực căng F
Trên thực tế, với kim loại thì K
ρ
= 0.25 ÷ 4
Công thức ứng dụng có dạng:
∆R = R.K.
Hệ số nhạ K của một số chuyển đổi tensơ như sau:
+ Constantan: K = 2,05
+ Nike – Crom: K = 2,0
+ Plantin – Tungsten: K = 4,5
+ Bán dẫn: K = 150
b. Mạch gia dông tín hiệu đo với cảm biến điện trở tensơ
Người ta thường đặt điện trở tensơ trong các nhánh của cầu Wheatston cân bằng.
Có ba loại mạch cầu điện trở tensơ:

• Điện trở tensơ đặt trên một nhánh cầu Wheatston:
Khi có lực F 0 tác động lên điện trở tensơ thì
21
Vra = Vs
Vra = Vs
• Điện trở tensơ mắc trên hai nhánh đối diện của cầu Wheatston:
Vra = Vs
• Điện trở Tenso R
ε
được đặt trên cả 4 nhánh của cầu Wheatston:
Cặp nhánh đối xứng chịu biến dạng căng dã R
ε
Cặp nhánh đối xứng chịu biến dạng ngược lại R
-ε
22
V
ra
= Kε
1
V
S
Trong đó
K = 1 +m +2K
p
, m = , K
p
=
1.5. Đo áp suất chất lỏng và chất khí
1.5.1. Một số khái niệm
Một chất lỏng tĩnh có áp suất P nghĩa là có một lực F tác dụng vuông góc lên một

đơn vị diện tích của một bề mặt bị giới hạn.
P = [Pa – Pascal] [ N/m
2
]
Đơn vị đo áp suất Pascal thường không được sử dùng ở mức đơn vị trong thực tế vì hơi
thấp. Trong thực tế các đơn vị sau được dùng để xác định độ lớn của áp suất:
Bar, psi (1b/sq.inch – bảng/inch vuông ), kPa, atmotphe (atm).
1Pa ≡ 10
-4
N/cm
2
≡ 1,0 N/m
2
≡ 0,004 Inch H
2
O ≡ 0,0101 cm H
2
O ≡ 7,506 Torr
1bar ≡ 100 V Pa ≡ 29,53 Inch thủy ngân ≡ 14,52 psi ≡ 10,1 m H
2
O
1atm ≡ 101,325 Pa ≡ 14,696 psi ≡ 29,92 Inch thủy ngân ≡ 760 mmHg ≡ 760 Torr
23
1.5.2. Nguyên lý đo áp suất
Tất cả các thiết bị đo áp suất hoạt động bằng cách xác định sự thay đổi của áp suất
chênh lệch giữa áp suất chất lỏng được đo và áp suất qui chiếu.
Có 3 cấu hình đo áp suất:
a. Áp suất đo so với áp suất khí quyển
Khi đầu đo áp suất thông với khí quyển thì chỉ thị áp suất bằng 0.
b. Áp suất đo so với chân không ( áp suất tuyệt đối ):

c. Đo theo áp suất sai lệch:
Áp suất cần đo được qui chiếu với một áp suất khác
24
1.5.3. Các bộ chuyển đổi áp suất-Tín hiệu điện
Chuyển đổi áp suất – tín hiệu điện cho tín hiệu đầu ra dạng điện áp cách điện.
Chuyển đổi loại này phù hợp với các hệ thống đo tự động bằng hoặc tĩnh. Các bộ chuyển
đổi này có độ chính xác cao và cung cấp tín hiệu đầu ra chuẩn.
Có 3 loại chuyển đổi áp suất – tín hiệu điện dựa trên các hiệu ứng điện trở, điện
cảm và điện dung.
a. Bộ chuyển đổi áp suất – điện trở
Bộ chuyển đổi áp suất – điện trở hoạt động dựa trên sự biến dạng của phần tử đàn
hồi khi có áp suất đo tác động. Trên phần tử đàn người ta dán các điện trở tensơ, giá trị
điện trở bị thay đổi khi phần tử đàn hồi bị biến dạng dưới tác động của áp suất đo.
Điện áp ở đầu ra của bộ cảm biến áp suất – điện trở tensơ là:
V
ra
= Kε
1
V
s
b. Bộ chuyển đổi áp suất – điện cảm.
Bộ chuyển đổi áp suất – điện cảm là một bộ chuyển đổi tuyến tính vi sai (hình vẽ):
25