Fgghhhj

Trường đại học bách khoa hà nội
Trung tâm đào tạo và bồi dưỡng sau đại học
viện vật lý kỹ thuật
********
Báo cáo chuyên đề môn:
Đo lường vật lý


Học viên cao học : Vũ Đình Phước.
Thày hướng dẫn : TS. Đỗ Văn An.
Lớp cao học khoá: 2006-2008.
Ngành : Vật lý kỹ thuật.
Báo cáo chuyên đề:
Các chuyển đổi đo lường sơ cấp
*****
Nội dung báo cáo gồm có:
A/ Khái niệm chung về chuyển đổi đo lường sơ cấp.
B/ Phân loại các chuyển đổi đo lường sơ cấp.
C/ Một số loại chuyển đổi.
I/ Các chuyển đổi điện trở.
II/ Chuyển đổi điện từ.
III/ Chuyển đổi tĩnh điện.
IV/ Chuyển đổi nhiệt điện.
V/ Chuyển đổi hoá điện.
VI/ Chuyển đổi điện tử và ion.
VII/ Chuyển đổi lượng tử.
VIII/ Cảm biến thông minh.
Các chuyển đổi đo lường sơ cấp.

Sau đây ta có sơ đồ cấu trúc chung của dụng cụ đo:




CĐSC
CCCT
MĐ


Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC) làm nhiệm vụ biếnđổi các đại lượng đo thành tín hiệu điện.
Mạch đo là khâu thu thập, gia công thông tin đo sau các chuyển đổi sơ cấp, mạch đo là khâu tính toán, thực hiện các phép tính trên sơ đồ mạch.
Cơ cấu chỉ thị đây là khâu cuối cùng của dụng cđo, nó làm nhiệm vụ thể hiện kết quả đo.

Sau đây ta đi tìm hiểu các chuyển đổi đo lường sơ cấp.
A/ Khái niệm chung về chuyển đổi đo lường sơ cấp.
1/ Các định nghĩa.
a/ Chuyển đổi đo lường là thiết bị thực hiện một quan hệ hàm đơn trị giữa hai đại lượng vật lý với một độ chính xác nhất định . Nó làm nhiệm vụ biến đổi từ đại lượng vât lý này sang đại lượng vật lý khác.
b/ Chuyển đổi đo lường sơ cấp là các chuyển đổi mà đại lượng vào là đại lượng không điện và đại lượng ra của nó là đại lượng điện.
Ta có phương trình: Y = f(X)
X: là đại lượng không điện.
Y: là đại lượng điện sau chuyển đổi.
c/ Đầu đo: Chuyển đổi sơ cấp được đặt trong một vỏ hộp có kích thước và hình dạng phù hợp với chỗ đặt của điểm đo và tạo thành một loại dụng cụ gọi là đầu đo, bộ cảm biến hay còn gọi là xenxơ.
Hầu hết các chuyển đổi sơ cấp đều dựa trên các hiệu ứng vật lý.
VD: Hiệu ứng nhiệt điện, quang điện,.
Như vậy chuyển đổi sơ cấp là khâu quan trọng nhất của thiết bị đo, độ chính xác cũng như độ nhậy của dụng cụ đo đều quyết địng bởi khâu này.
2/ Các đặc tính của chuyển đổi sơ cấp.
Phương trình của chuyển đổi sơ cấp: Y = f(X),
nhưng trong thực tế tín hiệu ra Y của chuyển đổi còn phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài Z do vậy ta có: Y = f(X,Z).
vì vậy để đảm bảo độ chính xác của chuyển đổi, khi khắc độ ta phải cố định điều kiện Z.
* Chú ý: Trong chuyển đổi sai số là một đặc tính quan trọng.
- Sai số cơ bản là sai số gây ra do nguyên tắc của chuyển đổi, sự không hoàn thiện của cấu trúc.
- Sai số phụ là sai số gây ra do biến động của điều kiện bên ngoài khác với điều kiện tiêu chuẩn.
+/ Độ nhậy của chuyển đổi cũng là một tiêu chuẩn quan trọng.
+/ Đặc tính động của chuyển đổi khi tín hiệu đo vào chuyển đổi thường xuất hiện quá trình quá độ. Nghĩa là tín hiệu ra của chuyển đổi trễ so với sự thay đổi của tín hiệu vào.
+/ Sự tác động ngược lại của chuyển đổi lên đại lượng đo làm thay đổi nó và tiếp đó là gây ra sự thay đổi của tín hiệu ở đầu ra của chuyển đổi.
B/ Phân loại các chuyển đổi sơ cấp.
Trong thực tế có rất nhiều cách phân loại các chuyển đổi sơ cấp.
1/ Phân loại theo tính chất nguồn điện.
2/ Phân loại theo phương pháp đo.
3/ Phân loại dựa trên nguyên lý của chuyển đổi.
C/ Sau đây ta đi tìm hiểu một số loại chuyển đổi.
I/ Các chuyển đổi điện trở.
Đây là loại chuyển đổi, biến đại lượng không điện cần đo thành sự thay đổi điện trở của nó.
Chuyển đổi điện trở có hai loại.
1/ Chuyển đổi biến trở.
a/ Cấu tạo: Chuyển đổi biến trở là một biến trở có lõi làm bằng vật liệu cách điện như gốm, sứ hay bằng đồng, nhôm có phủ lớp cách điện và hình dạng của chúng cũng khác nhau. Trên lõi ta quấn dây điện trở được làm bằng maganin, niken, crôm, vônfram. Đường kính từ 0,02 - 0,1mm, có điện trở thay đổi từ vài chục ôm đến vài nghìn ôm. Các dây điện trở này được tráng êmay cácđiện để có thể quấn sát nhau.
Trên lõi và dây quấn có con trượt được chế tạo bằng hợp kim Platin-Iridi, hay Platin-Berin và con trượt phải có độ đàn hồi và tiếp súc tốt, lực tì giữa con trượt và lõi rất nhỏ 0,01 - 0,1N.
b/ Nguyên lý làm việc.
Dưới tác dụng của đại lượng vào, con trượt di chuyển dẫn đến làm thay đổi điện trở. Quan hệ giữa đại lượng vào và đại lượng ra là:

c/ ứng dụng:
- Chuyển đổi biến trở thường dùng để đo các di chuyển thẳng (2 - 3 mm) hoặc di chuyển góc của các đối tượng đo.
- Dùng trong các dụng cụ đo lực, áp suất, gia tốc hoặc các chuyển đổi ngược trong mạch cầu, điện thế kế tự động.
- Chuyển đổi loại này có thể dùng đo các đại lượng biến thiên với tần số không lớn hơn 5Hz.
2/ Chuyển đổi điện trở lực căng.
a/ Nguyên lý tác dụng.
Khi dây dẫn chịu biến dạng cơ khí thì điện trở của nó thay đổi, gọi là hiệu ứng tenzô. Chuyển đổi điện trở làm việc dựa trên hiệu ứng tenzô gọi là chuyển đổi điện trở tenzô hay chuyển đổi điện trở lực căng.
b/ Cấu tạo.
Chuyển đổi điện trở lực căng được chia ra làm ba loại: Chuyển đổi điện trở lực căng dây mảnh, lá mỏng và màng mỏng.
*Trong đó chuyển đổi điện trở lực căng dây mảnh là rất phổ biến.

Trên tấm giấy mỏng bền 1, dán một sợi dây điện trở 2 hình răng lược có đường kính 0,02 - 0,03 mm. Dây điện trở được chế tạo bằng các vật liệu constantan, nicrôm, hợp kim Platin-Iridi. Hai đầu được hàn với lá đồng 3 dùng để nối với mạch đo, phía trên được dán tấm giấy mỏng để cố định dây, chiều dài là chiều dài tác dụng của chuyển đổi. Thông thường = 8-15 mm, chiều rộng a thay đổi từ 3 - 10 mm. Điện trở thay đổi khoảng

Chiều dài tác dụng có thể dài tới 100mm, điện trở từ

II/ Chuyển đổi điện từ.
Đây là nhóm các chuyển đổi làm việc dựa trên quy luật điện từ. Đại lượng không điện cần đo làm thay đổi điện cảm, hỗ cảm của chuyển đổi hay từ thông, độ từ thẩm của lõi thép.
1/ Chuyển đổi điện cảm và hỗ cảm.
a/ Chuyển đổi điện cảm là một cuộn dây quấn trên lõi thép có khe hở không khí. Thông số của nó thay đổi dưới tác động của đại lượng vào
Dưới tác động của đại lượng đo làm cho phần ứng 3 di chuyển, khe hở không khí Thay đổi làm thay đổi từ trở của lõi thép do đó điện cảm và tổng trở của chuyển đổi cũng thay đổi theo. Điện cảm có thể thay đổi do tiết diện khe hở không khí thay đổi hoặc thay đổi do tổn hao dòng điện xoáy dưới tác động của đại lượng đo .
b/ Chuyển đổi hỗ cảm.
Chuyển đổi hỗ cảm có cấu tạo giống như chuyển đổi điện cảm, chỉ khác ở chỗ có thêm một cuộn dây đo. Khi chiều dài hoặc tiết diện khe hở không khí thay đổi làm cho từ thông của mạch từ thay đổi và suất hiện sức điện động e.
* Chuyển đổi điện cảm và hỗ cảm có thể đo đại lượng không điện khác nhau tuỳ theo cấu trúc của từng loại chuyển đổi. Chúng có thể đo di chuyển từ vài chục micrô mét đến hàng chục centimet, đo chiều dày lớp phủ, đo độ bóng của chi tiết gia công,..
2/ Chuyển đổi áp từ.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc.
Chuyển đổi áp từ là một dạng của chuyển đổi điện cảm và hỗ cảm. Khác với hai loại trên, mạch từ của chuyển đổi áp từ là mạch kín.
Nguyên lý làm việc của chuyển đổi áp từ dựa trên hiệu ứng áp từ. Dưới tác dụng biến dạng đàn hồi cơ học, độ từ thẩm và các tính chất khác của vật liệu sắt từ thay đổi. Chuyển đổi áp từ dựa trên hiệu ứng áp từ có thể là chuyển đổi áp từ kiểu điện cảm hoặc hỗ cảm. Dưới tác dụng của ứng lực cơ học làm cho lõi thép biến dạng, độ từ thẩm thay đổi và từ trở của mạch từ thay đổi làm cho điện cảm L hoặc hỗ cảm M thay đổi theo.
* øng dông: - ChuyÓn ®æi ¸p tõ th­êng dïng ®o lùc lín N vµ ®o ¸p suÊt trong ®iÒu kiÖn khã kh¨n.
MÆc dï ®é chÝnh x¸c thÊp (3-5%) nh­ng do cã cÊu tróc ®¬n gi¶n, ®é tin cËy cao nªn ®­îc sö dông nhiÒu ë ngoµi hiÖn tr­êng ®Ó ®o ¸p suÊt, ®o lùc c¾t trong qu¸ tr×nh gia c«ng kim lo¹i,…..
3/ ChuyÓn ®æi c¶m øng.
ChuyÓn ®æi c¶m øng lµ chuyÓn ®æi gåm cã nam ch©m vÜnh cöu hoÆc nam ch©m ®iÖn vµ cã thÓ lµ cuén d©y.
Khi tõ th«ng thay ®æi, mãc vßng qua cuén d©y sÏ sinh ra mét søc ®iÖn ®éng:

Tõ th«ng thay ®æi do vÞ trÝ cña cuén d©y di chuyÓn trong tõ tr­êng hoÆc do tõ trë cña m¹ch tõ thay ®æi khi vÞ trÝ cña lâi thÐp thay ®æi.
*ứng dụng : - Các chuyển đổi cảm ứng có cuộn dây di chuyển dùng đo tốc độ quay và mômen quay như các tốc độ kế.
Các chuyển đổi có lõi thép di chuyển dùng đo di chuyển thẳng, di chuyển góc, đo biên độ rung.
Độ nhậy cao cho phép đo được các di chuyển nhỏ, đo tốc độ, gia tốc,..
III/ ChuyÓn ®æi tÜnh ®iÖn.
1/ ChuyÓn ®æi ¸p ®iÖn.
a/ Nguyªn lý lµm viÖc: ChuyÓn ®æi ¸p ®iÖn dùa trªn hiÖu øng ¸p ®iÖn. Cã mét sè vËt liÖu khi chÞu t¸c ®éng mét lùc c¬ häc biÕn thiªn, trªn bÒ mÆt cña nã xuÊt hiÖn c¸c ®iÖn tÝch, khi lùc t¸c dông ngõng c¸c ®iÖn tÝch còng biÕn mÊt, hiÖn t­îng trªn gäi lµ hiÖu øng ¸p ®iÖn thuËn. Ng­îc l¹i nÕu ®Æt c¸c vËt liÖu trªn trong ®iÖn tr­êng biÕn thiªn, ®iÖn tr­êng t¸c ®éng lªn chóng lµm biÕn d¹ng c¬ häc , hiÖn t­îng ®ã gäi lµ hiÖu øng ¸p ®iÖn ng­îc. C¸c chuyÓn ®æi lµm viÖc dùa trªn hiÖn t­îng ¸p ®iÖn gäi lµ chuyÓn ®æi ¸p ®iÖn.
b/ Cấu tạo: Vật liệu dùng để chế tạo các chuyển đổi áp điện là tinh thể thạch anh , titanatbari , muối xênhét, ..
Hình vẽ (a) là cấu trúc tinh thể thạch anh , nó có ba trục chính : trục quang Z, trục điện X và trục cơ Y. nếu cắt tinh thể áp điện thành hình khối có ba cạnh ứng với ba trục điện, cơ, quang thì ta được chuyển đổi áp điện như hình (b). Lực gây ra hiệu ứng điện dọc với điện tích .Điện tích sinh ra không phụ thuộc vào kích thước hình học của nó mà chỉ phụ thuộc vào độ lớn của lực. Dấu của điện tích thay đổi với sự thay đổi dấu của lực . Dấu của điện tích q với hiệu ứng áp điện dọc và ngang ngược nhau nghĩa là lực nén làm xuất hiện các điện tích cùng dấu với lực kéo và ngược lại.
ứng dụng: - Chuyển đổi áp điện được dùng để đo lực biến thiên, đo áp suất và gia tốc.
Chuyển đổi loại này có ưu điểm là cấu trúc đơn giản , kích thước nhỏ, độ tin cậy cao, có khả năng đo các đại lượng biến thiên nhanh .
Nhược điểm là không đo được lực tĩnh.
2/ Chuyển đổi điện dung.
Nguyên lý làm việc của các chuyển đổi điện dung dựa trên sự tác động tương hỗ giữa hai điện cực, tạo thành một tụ điện. Điện dung của nó được thay đổi dưới tác động của đại lượng vào. Ta có hình vẽ cấu tạo của một số loại điện dung cơ bản.
ứng dụng:
- Loại có khe hở không khí thay đổi được dùng đo những di chuyển nhỏ (từ vài micrômét đến vài milimét).
Nếu dùng chuyển đổi điện dung trong mạch cung cấp bằng điện áp một chiều có thể đo được tốc độ, độ dịch chuyển biến thiên và các đại lượng khác có thể biến đổi thành di chuyển (lực, áp suất,..)
Loại có điện tích bản cực thay đổi dùng đo các di chuyển lớn (hơn 1 cm) và di chuyển góc đến .
Chuyển đổi có điện môi thay đổi dùng để đo độ ẩm (vải, chất dẻo), đo mức nước..
Chuyển đổi có tổn hao điện môi thay đổi, dùng để xác định các tham số vật lý của vật liệu nào đó đặt giữa hai bản cực.
IV/ Chuyển đổi nhiệt điện.
Chuyển đổi nhiệt điện là những chuyển đổi điện trên các quá trình nhiệt như đốt nóng, làm lạnh, trao đổi nhiệt,...
1/ Chuyển đổi cặp nhiệt điện.
Nguyên lý làm việc của cặp nhiệt điện là dựa trên hiệu ứng nhiệt. Nếu có hai dây dẫn khác nhau nối với nhau tại hai điểm và và một trong hai điểm đó (ví dụ điểm ) được đốt nóng thì trong mạch sẽ xuất hiện một dòng điện gây bởi sức điện động nhiệt điện. Sự tạo ra sức điện động nhiệt điện là do tác động của hai hiệu ứng đó là hiệu ứng Thomson và hiệu ứng Seebek.



Hiệu ứng Thomson nói rằng, trong một vật dẫn đồng nhất, giữa hai điểm M và N có nhiệt độ khác nhau sẽ sinh ra một sức điện động, sức điện động này chỉ phụ thuộc vào bản chất của vật dẫn và nhiệt độ ở hai điểm M và N.
Hiệu ứng Seebek cho biết giả sử có một mạch kín gồm hai vật dẫn được nối với nhau tại hai điểm và giữ ở nhiệt độ (Hình a) Chúng tạo thành một cặp nhiệt điện. Khi nhiệt độ ở hai đầu khác nhau, các điện tích khuếch tán sang nhau và tạo nên một sức điện động do tác động của hiệu ứng Thomson.
ứng dụng: Cặp nhiệt chủ yếu dùng để đo nhiệt độ, ngoài ra nó còn được dùng để đo các đại lượng không điện khác như đo dòng điện (ở tần số cao), đo hướng chuyển động và lưu lượng của các dòng chẩy, đo di chuyển, đo áp suất nhỏ,...
2/ Nhiệt điện trở.
Nhiệt điện trở là chuyển đổi có điện trở thay đổi theo sự thay đổi nhiệt độ của nó.
Tuỳ theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy qua chuyển đổi người ta phân ra: nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng.
Trong nhiệt điện trở không đốt nóng, dòng điện chạy qua rất nhỏ không làm tăng nhiệt độ của điện trở và nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ môi trường . Nhiệt điện trở loại này dùng để đo nhiệt độ và các đại lượng cơ học như đo di chuyển.

Nhiệt điện trở đốt nóng, dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ của nó tăng lên cao hơn nhiệt độ môi trường, nên có sự toả nhiệt ra môi trường xung quanh. Nhiệt điện trở loại này được dùng để đo lưu lượng, phân tích các chất hoá học...
* Nhiệt điện trở được chế tạo có thể bằng dây hoặc bằng chất bán dẫn, đối với vật liệu chế tạo phải có hệ số nhiệt lớn, bền hoá học khi có tác dụng của môi trường, điện trở suất lớn, khó chẩy.
Nhiệt điện trở dây: Loại này thông thường được chế tạo từ đồng, platin và niken, đường kính dây từ 0,02 - 0,06 mm với chiều dài từ 5 - 20 mm.
Nhiệt điện trở bán dẫn :được chế tạo từ một số ôxit kim loại khác nhau như CuO, MnO..
* ứng dụng: Chuyển đổi nhiệt điện trở dùng đo nhiệt độ, đo các đại lượng như đo di chuyển, đo áp suất và dùng để phân tích thành phần, nồng độ của một số hợp chất và chất khí...
V/ Chuyển đổi hoá điện.
* Nguyên lý làm việc: Đây là loại chuyển đổi dựa trên các hiện tượng hoá điện xẩy ra khi cho dòng điện đi qua bình điện phân hoặc do quá trình ôxi hoá khử các điện cực.Các hiện tượng này phụ thuộc vào tính chất của các điện cực, bản chất và nồng độ của các dung dịch. Do đó chuyển đổi hoá điện thường là một bình điện phân chứa một dung dịch nào đó, có hai hay nhiều cực để nối với mạch đo lường. Giống như phần tử của một mạch điện, chuyển đổi hoá điện có thể được đặc trưng bằng sức điện động do nó sinh ra, sụt áp khi dong điện qua nó hoặc là các phần tử điện trở, điện cảm, điện dung. Nguyên lý làm việc của các chuyển đổi hoá điện là dựa vào quan hệ giữa thành phần, tính chất các dung dịch với các thông số điện nói trên. Quan hệ này phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố như nhiệt độ, áp suất,...
Để hiểu nguyên lý làm việc của các chuyển đổi hoá điện ta đi tìm hiểu các hiện tượng sau:
- Hiện tượng phân li: Khi hoà tan vào nước hay các dung dịch muối, axít,.. Phân tử của chất này sẽ phân li thành các ion điện tích dương hoặc các ion điện tích âm, tạo thành một dung dịch dẫn điện. Sự chuyển động của các hạt mang điện trong chất điện li hay giữa chất điện li và các điện cực chỉ diễn ra dưới dạng chuyển động của các ion hoặc tách ion trên các điện cực. Nồng độ của dung dịch càng lớn thì điện dẫn của dung dịch càng tăng.
- Điện thế cực: Khi nhúng một điện cực kim loại vào nước hay dung dịch, giữa các điện cực và dung dịch xuất hiện một điện thế gọi là điện thế cực . Điện thế này được tạo ra do các nguyên tử kim loại ở dạng ion dương đi vào dung dịch, khi đó xác lập một sự cân bằng động giữa kim loại và dung dịch, trên bề mặt của điện cực xuất hiện một điện thế nhẩy cấp gọi là điện thế cực.
Hiện tượng điện phân và sự phân cực: Nếu cho một dòng điện chạy qua dung dịch thì sẽ xẩy ra hiện tượng điện phân, đó là một quá trình biến đổi hoá học tách vật chất ra khỏi dung dịch. Nguyên lý làm việc của các chuyển đổi điện phân dựa trên hiện tượng này. Hiện tượng phân cực là hiện tượng thay đổi điện thế cực do sự thay đổi nồng độ ở gần điện cực khi dòng điện chạy qua bình điện phân .
1/ Chuyển đổi điện dẫn dung dịch.
Nguyên lý làm việc của chuyển đổi điện dẫn là dựa vào sự phụ thuộc của điện dẫn dung dịch với thành phần và nồng độ của chất điện phân cũng như khoảng cách l và tiết diện của điện cực s.
Hình trên là sơ đồ chuyển đổi điện dẫn dung dịch đo nồng độ, nó gồm có vỏ 1, bên trong là điện cực platin 2 và bình đo 3 có lỗ 4 để lắp chuyển đổi vào. Các bình này cho phép đo nồng độ dung dịch đang chẩy hoặc nhờ bơm cao su khuấy dung dịch 5.
2/ Chuyển đổi ganvanic.
- Nguyên lý làm việc của chuyển đổi là dựa vào sự phụ thuộc của điện thế cực theo nồng độ và thành phần của dung dịch . Chuyển đổi loại này được dùng rộng rãi để đo hoạt độ của các ion hyđrô, qua đó xác định được thành phần và tính chất của dung dịch nước cần nghiên cứu.


Từ hình vẽ trên ta thấy chuyển đổi ganvanic gồm có bán phần tử calômen 1, là một ống thuỷ ngân trong đó có dung dịch calômen bão hoà khó tan và điện cực đo lường thuỷ tinh 2. Sự tiếp xúc điện của bán phần tử với dung dịch được thực hiện qua dung dịch bão hoà KCl (khoá điện li) để giảm điện thế khuyếch tán, do trên biên của dung dịch KCl điện thế khuếch tán có trị số nhỏ. Điện cực thuỷ tinh 2 là một bình thuỷ tinh có thành mỏng (chứa Natri). Khi nhúng bình thuỷ tinh vào dung dịch, các ion Natri từ thuỷ tinh đi vào dung dịch , còn các ion hyđrô từ dung dịch đi vào chiếm chỗ của chúng do đó bề mặt của lớp thuỷ tinh được làm bão hoà bởi các ion hyđrô và điện cực thuỷ tinh có tính chất như điện cực hyđrô, để lấy điện thế ở bên trong điện cực thuỷ tinh, bình được đổ đầy dung dịch mẫu có độ pH đã biết. Trong bình thuỷ tinh có điện cực clorua bạc 3. Với độ
cần đo, sức điện động E của chuyển đổi có thể viết như sau:
Với: - suất điện động của chuyển đổi khi pH=0.
b - hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ, loại điện cực sử dụng.

3/ ChuyÓn ®æi ®iÖn ph©n.
Nguyªn lý lµm viÖc cña chuyÓn ®æi ®iÖn ph©n lµ dùa vµo hiÖn t­îng ®iÖn ph©n. §¹i l­îng vµo cã thÓ lµ ®iÖn l­îng Q hoÆc sù thay ®æi dßng ®iÖn vµ ®¹i l­îng ra cã thÓ lµ khèi l­îng chÊt gi¶i phãng hay sù thay ®æi chiÒu dµi, ®iÖn trë cña ®iÖn cùc, ®é trong suèt quang häc cña ®iÖn cùc vµ dung dÞch.
VD: Ta t×m hiÓu cÊu t¹o cña chuyÓn ®æi ®iÖn ph©n gäi lµ ®ång hå thêi gian, dïng ®Ó ®o thêi gian lµm viÖc cña c¸c thiÕt bÞ. Nã gåm cã vá thuû tinh 1 ®Æt hai ®iÖn cùc b»ng ®ång : anèt 2 vµ catèt 3. Catèt n»m trong èng mao qu¶n 4, thang chia ®é 5. Trong b×nh cã dung dÞch . Khi cho dßng ®iÖn mét chiÒu ®i qua sÏ cã hiÖn t­îng ®iÖn ph©n. Anèt tan vµo dung dÞch cßn catèt ®­îc b¸m vµo mét l­îng ®ång lµm t¨ng ®é dµi cña nã.


Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc thêi gian lµm viÖc cña c¸c thiÕt bÞ.

VI / Chuyển đổi điện tử và ion.
Nguyên lý làm việc của các loại chuyển đổi này dựa vào sự thay đổi dòng ion và dòng điện tử dưới tác động của đại lượng đo.
1/ Chuyển đổi tự phát xạ điện tử là các là các đèn hai cực. Dưới tác dụng của điện trường mạnh (với điện áp trên anốt cỡ 3000V), các điện tử bị bắn ra khỏi catốt, trên đường đi chúng ion hoá các phần tử không khí tạo thành ion dương và âm. Dòng điện chạy từ anốt đến catốt thay đổi theo mật độ không khí trong đèn hai cực. ứng dụng nguyên lý trên người ta chế tạo các thiết bị đo áp suất thấp còn gọi là các chân không kế.
2/ Chuyển đổi có phát xạ nhiệt điện tử.
Các loại chuyển đổi này được chế tạo dưới dạng đèn điện tử hai cực và ba cực, do catốt bị đốt nóng các điện tử bắn ra khỏi nó và dưới tác dụng của điện trường, các điện tử chuyển động từ anốt đến catốt. Trên đường đi các điện tử ion hoá không khí tạo thành các ion dương và âm. 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 catốt. ứng dụng nguyên lý trên, người ta chế tạo các thiết bị đo các đại lượng cơ như đo độ di chuyển, đo áp suất...


3/ Chuyển đổi ion hoá.
a/ Nguyên lý làm việc: Khi có tia phóng xạ và Rơngen đi vào vùng không khí, các chất khí bị ion hoá tạo thành các điện tử và các ion, dưới tác dụng của điện trường E các dòng điện tử và ion chuyển động đến các điện cực tạo thành dòng điện cỡ từ

Nguồn tác nhân ion hoá thường là các tia phóng xạ như tia , tia , tia và tia Rơngen.
b/ Cấu tạo: N : Nguồn phóng xạ.
CĐ : Khâu chuyển đổi.
BT : Bộ thu bức xạ.
N
CĐ
BT
ứng dụng: Chuyển đổi ion dùng đo di chuyển khi khoảng cách giữa hai điện cực thay đổi, đo mật độ chất khí . Đo tốc độ dòng khí trong đó số điện tử và ion được ion hoá phụ thuộc vào tốc độ dòng khí đi qua bình ion..
VII / Chuyển đổi lượng tử.
Trong các loại chuyển đổi lượng tử thì chuyển đổi dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân là loại phổ biến. Sau đây ta đi tìm hiểu nguyên lý của chuyển đổi.
Ta biết rằng nhiều hạt nhân nguyên tử có chứa một mômen từ gọi là dipol kí hiệu là và mômen khối lượng chuyển động được gọi là spin p. Tỉ số của chúng là gọi là hệ số thuỷ từ của hạt nhân, nó là một hằng số không phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài. Nếu ta đặt vật liệu trong một ống nghiệm, sau đó đặt cả ống nghiệm vào một từ trường đều có độ từ cảm B thì các mômen từ sẽ quay xung quanh véc tơ .
Lúc đó Mômen lực M tác động lên các mômen từ được thể hiện như sau:
Và ta có phương trình chuyển động:
Nhưng ta lại có :

: là tần số quay của mômen từ xung quanh B.



Nếu trong mặt phẳng vuông góc với từ trường ta tạo ra một từ trường xoay chiều có tần số cao cùng quay với mômen từ dipol. Khi véc tơ quay đồng bộ với các mômen từ dipol sẽ gây ra sự thay đổi của từ trường cao tần và sẽ xuất hiện mômen tác động lên dipol làm thay đổi góc giữa và . Khi có sự cân bằng giữa tần số quay của mômen từ xung quanh và tần số quay của véc tơ sẽ sinh ra cộng hưởng. Đây chính là hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân. Như vậy ta có thể xác định B theo giá trị tần số cộng hưởng và hệ số thuỷ từ .
* ứng dụng:
- Phương pháp trên dùng để đo độ từ cảm của từ trường đều.
- Trong y học sử dụng loại chuyển đổi này để sản xuất máy chụp cắt lớp (TURBOGRAPH) là loại máy hiện đại để phát hiện các khối u mà không độc hại như dùng tia X.
VIII / Cảm biến thông minh.
Cảm biến thông minh ra đời đã góp phần 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 hưởng đến thiết bị đo.
Cảm biến thông minh có các ưu điểm như:
- Sử dụng đa chức năng, nghĩa là có thể đo nhiều đại lượng khác nhau.
- Có khả năng chương trình hoá, quá trình đo có thể theo một chương trình định trước.
- Tự động sử lí kết quả đo (VD: Tự động khắc độ, tự động bù sai số,..).
* Sau đây ta có sơ đồ cấu trúc của cảm biến thông minh.

Cảm biến gồm những chuyển đổi sơ cấp dùng để biến đại lượng không điện hoặc điện thành đại lượng điện. Các đại lượng điện qua các khâu chuyển đổi chuẩn hoá (CĐCH) , sau đó chúng được đưa vào bộ gộp kênh (MUX) và qua bộ chuyển đổi tương tự - số (A/D) vào vi tính đơn phiến ( hay vi xử lí).




Bài trình bày của em đến đây là kết thúc. Em xin chân thành cảm ơn!
End.