Xem mẫu
Đ I H C HU TRƯ NG Đ I H C SƯ PH M -----
ĐI N T
H C
TI U LU N MÔN H C NG D NG TRONG V T LÝ TH C NGHI M
CHUYÊN NGÀNH: V T LÝ LÝ THUY T VÀ V T LÝ TOÁN K21
GVHD TS. Đ ng Xuân Vinh
HVTH: Ph m Tùng Lâm
Hu , 03- 2014
i
M CL C
M cl c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M Đ U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 3 4 4 5 5 9 10 12 13 13 13 14 15 15 16 16 16 17 18
1 Nh ng nguyên lý cơ b n và các đ c trưng đo lư ng 1.1 1.2 Các đ nh nghĩa và đ c trưng chung . . . . . . . . . . . . Phân lo i c m bi n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 1.2.2 1.3 1.4 1.5 C m bi n tích c c . . . . . . . . . . . . . . . . . . C m bi n th đ ng . . . . . . . . . . . . . . . . .
Các đ i lư ng nh hư ng . . . . . . . . . . . . . . . . . . M ch đo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sai s c a phép đo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1 1.5.2 Đ nh nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phân lo i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6
Chu n c m bi n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6.1 1.6.2 Chu n đơn gi n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chu n nhi u l n . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7
Đ nh y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7.1 1.7.2 1.7.3 Đ nh nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Đ nh y trong ch đ tĩnh . . . . . . . . . . . . . Đ nh y trong ch đ đ ng . . . . . . . . . . . .
1.8
Đ tuy n tính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.8.1 1.8.2 1.9
Đi u ki n có tuy n tính . . . . . . . . . . . . . . . Đư ng th ng t t nh t - đ l ch tuy n tính . . . .
18 18 19 19 21 22 22 22 23 26 26 27 30 31
Đ nhanh - th i gian h i đáp . . . . . . . . . . . . . . .
1.10 Gi i h n s d ng c m bi n . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.11 Các yêu c u c a c m bi n . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 C m bi n bi n d ng 2.1 Các đ nh nghĩa và nguyên lý chung . . . . . . . . . . . . 2.1.1 2.1.2 2.2 Đ nh nghĩa m t s đ i lư ng cơ h c . . . . . . . . Nguyên lý chung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đ u đo đi n t kim lo i . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 2.2.2 V t li u và phương pháp ch t o . . . . . . . . . . Các đ c trưng ch y u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
K T LU N
TÀI LI U THAM KH O . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
M
Đ U
"C m bi n" trong ti ng anh là "sensor" xu t phát t ch sense theo nghĩa La tinh là c m nh n. Ngư i xưa đã nh đã nh vào các giác quan và b não c a mình đ tìm hi u th gi i t nhiên và h c cách s d ng hi u bi t này nh m m c đích khai thác th gi i xung quanh ph c v đ i s ng c a h . Trong th i đ i phát tri n c a khoa h c k thu t ngày nay, vi c nh n bi t các v t th , hi n tư ng trong th gi i bao quanh đư c tăng cư ng nh phát tri n các d ng c đo lư ng và phân tích mà ta g i là c m bi n. C m bi n đư c đ nh nghĩa như m t d ng c dùng đ bi n đ i các đ i lư ng v t lý và các đ i lư ng không đi n c n đo thành các đ i lư ng đi n có th đo đư c (như dòng đi n, đi n th , đi n dung, tr kháng ...). Nó là thành ph n quan tr ng nh t trong m t thi t b đo hay trong m t h th ng đi u khi n t đ ng. Nguyên lý ho t đ ng c a m t c m bi n, trong nhi u trư ng h p th c t , cũng chính là nguyên lý c a phép đo hay c a phương ti n đi u khi n t đ ng. ng d ng c a c m bi n bi n d ng không ch gi i h n vi c đo ng
l c cơ h c. Trên th c t , t t c các đ i lư ng v t lý, đ c bi t là các đ i lư ng cơ h c, đ u có th đo đư c b ng đ u đo bi n d ng n u tác đ ng c a chúng lên m t v t trung gian làm cho v t này b bi n d ng. Thí d , các đ i lư ng như áp su t, l c, gia t c đ u có th đo đư c b ng đ u đo bi n d ng. Trong công nghi p, các đ i lư ng c m bi n thư ng dùng như lo i c m bi n có đ u đo đi n tr kim lo i, đ u đo đi n tr bán d n-áp đi n tr , ng su t k dây rung và các đ u đo dùng trong ch đ đ ng. Trong gi i h n ti u lu n này, tôi ch xét t i c m bi n đ u đo đi n tr kim lo i.
3
Chương 1 Nh ng nguyên lý cơ b n và các đ c trưng đo lư ng
1.1 Các đ nh nghĩa và đ c trưng chung
Các đ i lư ng v t lý là đ i tư ng đo lư ng như nhi t đ , áp su t, ... đư c g i là đ i lư ng c n đo, kí hi u là m. Sau khi ti n hành các công đo n th c nghi m đ đo m (dùng các phương ti n đi n đ x lý tín hi u) ta nh n đư c đ i lư ng đi n tương ng đ u ra. Đ i lư ng đi n
này cùng v i s bi n đ i c a nó ch a đ ng t t c các thông tin c n thi t đ nh n bi t m. Vi c đo đ c m th c hi n đư c là nh s d ng các c m bi n. C m bi n là m t thi t b ch u tác đ ng c a đ i lư ng c n đo m không có tính ch t đi n và cho ta m t đ c trưng mang b n ch t đi n (như đi n tích, đi n áp, dòng đi n ho c tr kháng) ký hi u là s. Đ c trưng đi n s là hàm c a đ i lư ng c n đo m: s = F (m) (1.1)
trong đó s là đ i lư ng đ u ra ho c ph n ng c a c m bi n và m là đ i lư ng đ u vào hay kích thích (có ngu n g c là đ i lư ng c n đo). Vi c
4
nguon tai.lieu . vn
ĐI N T
H C
TI U LU N MÔN H C NG D NG TRONG V T LÝ TH C NGHI M
CHUYÊN NGÀNH: V T LÝ LÝ THUY T VÀ V T LÝ TOÁN K21
GVHD TS. Đ ng Xuân Vinh
HVTH: Ph m Tùng Lâm
Hu , 03- 2014
i
M CL C
M cl c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M Đ U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 3 4 4 5 5 9 10 12 13 13 13 14 15 15 16 16 16 17 18
1 Nh ng nguyên lý cơ b n và các đ c trưng đo lư ng 1.1 1.2 Các đ nh nghĩa và đ c trưng chung . . . . . . . . . . . . Phân lo i c m bi n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 1.2.2 1.3 1.4 1.5 C m bi n tích c c . . . . . . . . . . . . . . . . . . C m bi n th đ ng . . . . . . . . . . . . . . . . .
Các đ i lư ng nh hư ng . . . . . . . . . . . . . . . . . . M ch đo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sai s c a phép đo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1 1.5.2 Đ nh nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phân lo i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6
Chu n c m bi n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6.1 1.6.2 Chu n đơn gi n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chu n nhi u l n . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7
Đ nh y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7.1 1.7.2 1.7.3 Đ nh nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Đ nh y trong ch đ tĩnh . . . . . . . . . . . . . Đ nh y trong ch đ đ ng . . . . . . . . . . . .
1.8
Đ tuy n tính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.8.1 1.8.2 1.9
Đi u ki n có tuy n tính . . . . . . . . . . . . . . . Đư ng th ng t t nh t - đ l ch tuy n tính . . . .
18 18 19 19 21 22 22 22 23 26 26 27 30 31
Đ nhanh - th i gian h i đáp . . . . . . . . . . . . . . .
1.10 Gi i h n s d ng c m bi n . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.11 Các yêu c u c a c m bi n . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 C m bi n bi n d ng 2.1 Các đ nh nghĩa và nguyên lý chung . . . . . . . . . . . . 2.1.1 2.1.2 2.2 Đ nh nghĩa m t s đ i lư ng cơ h c . . . . . . . . Nguyên lý chung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đ u đo đi n t kim lo i . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 2.2.2 V t li u và phương pháp ch t o . . . . . . . . . . Các đ c trưng ch y u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
K T LU N
TÀI LI U THAM KH O . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
M
Đ U
"C m bi n" trong ti ng anh là "sensor" xu t phát t ch sense theo nghĩa La tinh là c m nh n. Ngư i xưa đã nh đã nh vào các giác quan và b não c a mình đ tìm hi u th gi i t nhiên và h c cách s d ng hi u bi t này nh m m c đích khai thác th gi i xung quanh ph c v đ i s ng c a h . Trong th i đ i phát tri n c a khoa h c k thu t ngày nay, vi c nh n bi t các v t th , hi n tư ng trong th gi i bao quanh đư c tăng cư ng nh phát tri n các d ng c đo lư ng và phân tích mà ta g i là c m bi n. C m bi n đư c đ nh nghĩa như m t d ng c dùng đ bi n đ i các đ i lư ng v t lý và các đ i lư ng không đi n c n đo thành các đ i lư ng đi n có th đo đư c (như dòng đi n, đi n th , đi n dung, tr kháng ...). Nó là thành ph n quan tr ng nh t trong m t thi t b đo hay trong m t h th ng đi u khi n t đ ng. Nguyên lý ho t đ ng c a m t c m bi n, trong nhi u trư ng h p th c t , cũng chính là nguyên lý c a phép đo hay c a phương ti n đi u khi n t đ ng. ng d ng c a c m bi n bi n d ng không ch gi i h n vi c đo ng
l c cơ h c. Trên th c t , t t c các đ i lư ng v t lý, đ c bi t là các đ i lư ng cơ h c, đ u có th đo đư c b ng đ u đo bi n d ng n u tác đ ng c a chúng lên m t v t trung gian làm cho v t này b bi n d ng. Thí d , các đ i lư ng như áp su t, l c, gia t c đ u có th đo đư c b ng đ u đo bi n d ng. Trong công nghi p, các đ i lư ng c m bi n thư ng dùng như lo i c m bi n có đ u đo đi n tr kim lo i, đ u đo đi n tr bán d n-áp đi n tr , ng su t k dây rung và các đ u đo dùng trong ch đ đ ng. Trong gi i h n ti u lu n này, tôi ch xét t i c m bi n đ u đo đi n tr kim lo i.
3
Chương 1 Nh ng nguyên lý cơ b n và các đ c trưng đo lư ng
1.1 Các đ nh nghĩa và đ c trưng chung
Các đ i lư ng v t lý là đ i tư ng đo lư ng như nhi t đ , áp su t, ... đư c g i là đ i lư ng c n đo, kí hi u là m. Sau khi ti n hành các công đo n th c nghi m đ đo m (dùng các phương ti n đi n đ x lý tín hi u) ta nh n đư c đ i lư ng đi n tương ng đ u ra. Đ i lư ng đi n
này cùng v i s bi n đ i c a nó ch a đ ng t t c các thông tin c n thi t đ nh n bi t m. Vi c đo đ c m th c hi n đư c là nh s d ng các c m bi n. C m bi n là m t thi t b ch u tác đ ng c a đ i lư ng c n đo m không có tính ch t đi n và cho ta m t đ c trưng mang b n ch t đi n (như đi n tích, đi n áp, dòng đi n ho c tr kháng) ký hi u là s. Đ c trưng đi n s là hàm c a đ i lư ng c n đo m: s = F (m) (1.1)
trong đó s là đ i lư ng đ u ra ho c ph n ng c a c m bi n và m là đ i lư ng đ u vào hay kích thích (có ngu n g c là đ i lư ng c n đo). Vi c
4