Đang tải... (xem toàn văn)
Ứng dụng của định luật cảm ứng điện tử trong đo lường
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM TIỂU LUẬN ĐO LƯỜNG NÂNG CAO Tên đề tài: ỨNG DỤNG CỦA ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG ĐO LƯỜNG GV duyệt: TS Lê Chí Cương HVTH: Phạm Mạnh Trường MSHV: 09085204024 Lớp: Cao học chế tạo máy khóa 09 - 11 Tp HCM, tháng 01 năm 2010 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Tp HCM, tháng 01 năm 2010 Giáo viên Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường MỤC LỤC A – CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Hiện tượng cảm ứng điện từ II Mạch từ B – ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN I Cảm biến tiệm cận điện từ II Cảm biến tự cảm Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên Cảm biến tự cảm có lõi từ di động III Cảm biến hỗ cảm 10 Cảm biến hỗ cảm đơn có khe hở khơng khí 10 Cảm biến hỗ cảm kép mắc vi sai 11 Resolver Selsyn .13 C – ĐO VẬN TỐC VÀ LƯU LƯỢNG 14 I Tốc độ kế điện từ đo vận tốc góc 14 Tốc độ kế dòng chiều 14 Tốc độ kế dòng xoay chiều 15 Tốc độ kế xung 16 II Tốc độ kế điện từ đo vận tốc dài .17 III Lưu lượng kế điện từ .18 Lưu tốc kế cánh quạt (tuôcbin) .18 Lưu tốc kế cảm ứng từ 19 D – MỘT SỐ ỨNG DỤNG VÀ HÌNH ẢNH THỰC TẾ 20 I Cảm biến tốc độ bánh xe 20 II Lưu lượng kế CƯĐT .22 III Cảm biến tiệm cận CƯĐT .24 Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường ỨNG DỤNG CỦA ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG ĐO LƯỜNG A – CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Hiện tượng cảm ứng điện từ Năm 1831, nhà vật lý học Farađây chứng tỏ thực nghiệm từ trường biến đổi sinh dịng điện Thực vậy, làm cho từ thơng gửi qua mạch kín thay đổi mạch xuất dịng điện Dịng điện gọi dòng điện cảm ứng, tượng gọi tượng cảm ứng điện từ Qua thực nghiệm Farađây rút ta kết luận tổng quát sau đây; - Sự biến đổi từ thơng qua mạch kín nguyên nhân sinh dòng điện cảm ứng mạch - Dịng điện cảm ứng tồn thời gian từ thông gửi qua mạch thay đổi - Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thông - Chiều dịng điện cảm ứng phụ thuộc vào từ thơng gửi qua mạch tăng hay giảm Định luật Lenx cho ta biết chiều dòng điện cảm ứng: dòng điện cảm ứng phải có chiều cho từ trường sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh Qua thực nghiệm tính toán lý thuyết người ta đưa định luật tượng cảm ứng điện từ Định luật phát biểu sau: Suất điện động cảm ứng luôn trị số, trái dấu với tốc độ biến thiên từ thông gửi qua diện tích mạch điện Biểu thức định luật: dΦ m dt Với: ec – suất điện động cảm ứng; dФm – lượng biến thiên từ thông gửi qua vòng dây; dt – khoảng thời gian biến thiên Biểu thức thể đầy đủ kết luận tổng quát Farađây, dấu ( - ) biểu mặt toán học định luật Lenx Từ biểu thức ta tính tốn tượng cảm ứng điện từ Từ thơng gửi gửi qua diện tích mạch điện biến thiên biến thiên mạch điện gọi tượng tự cảm, biến thiên mạch điện khác gây nên gọi tượng hỗ cảm Từ kỷ XIX, tượng cảm ứng điện từ coa tầm quan trọng đặc biệt, vì, mặt lý thuyết, cho ta thấy rõ mối quan hệ khăng khít từ trường dịng điện; mặt thực nghiệm, phương pháp biến đổi thành điện thông qua biến đổi từ trường Từ máy phát điện đời, mặt giới hoàn toàn thay đổi Hiện tượng cảm ứng điện từ ứng dụng nhiều thực tế ứng dụng quan trọng chế tạo cảm biến dùng kiểm tra đo lường ec = − Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường II Mạch từ Mạch từ tập hợp vật miền khơng gian mà tập trung từ trường (ngồi miền đó, từ trường có cường độ nhỏ khơng đáng kể) Mạch từ đóng vai trò quan trọng máy điện, dụng cụ điện từ cảm biến điện từ Hình Một mạch từ không phân nhánh Đối với mạch từ khơng phân nhánh, hình 1, từ thơng Фm gửi qua tiết diện mạch Áp dụng định lý dòng điện tồn phần đường cong kín trung bình C mạch ta có: ∫ H dl = ∫ H dl = H l = nI C C Với n số vịng dây điện xun qua điện tích đường C, I cường độ dòng điện chạy qua vòng dây (coi mạch từ đồng chất có tiết diện Φm = const điểm mạch) không đổi nên từ trường H = µ µS nI Vậy ta có: H = l Từ suy cảm ứng từ B mạch từ là: µ µ nI B = µ µH = l Từ thông gửi qua tiết diện m ạch là: µ µ.nIS Φ m = BS = l Có thể viết lại biểu thức sau: e nI Φm = = m l Rm µ µS l Với em = nI , Rm = suất từ động từ trở mạch từ µ µS Biểu thức cịn gọi định luật Ôm mạch từ Cúng giống mạch điện, mạch từ gồm nhiều đoạn có từ trở Rm1, Rm2, …, Rmn mắc nối tiếp từ trở tồn phần mạch là: Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường n Rm = ∑ Rmi i =1 Cịn có nhiều nhánh rẽ mắc song song với từ trở tồn phần là: n 1 =∑ Rm i =1 Rmi Theo biểu thức định luật Ôm mạch từ, ta thấy để thay đổ i từ thông Фm qua tiết diện mạch từ (để tạo suất đ iện động cảm ứng dòng điện cảm ứng) ta có nhứng phương pháp sau: - Thay đổi suất từ độ ng em: thường thay đổi cường độ dòng điện I - Thay đổi từ trở Rm mạch từ: thường thay đổi chiều dài l độ từ thẩm µ ho ặc hai Ngồi hai phương pháp mạch từ ta cịn d ựa trực tiếp vào cơng thức tính từ thông Φ m = B.S , với việc thay đổi hình d ạng vi trí tiết diện S ta làm cho từ thơng biến thiên Với sụ tác động yếu tố đo lường làm cho từ thông biến thiên, từ thông biến thiên sinh suất điện động cảm ứng dịng điện cảm ứng, tín hiệu cần đo đạc chuyển sang tín hiệu điện cộng thêm mạch chuyển đổi (nếu cần thiết) ta xác định đại lượng cần đo Đó nguyên lý chung cảm biến B – ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN I – Cảm biến tiệm cận điện từ Dùng để phát có mặt vật thể kim loại mà không cần tiếp xúc với chúng với tố c độ đáp ứng cao, đầu cảm biến tương đối nhỏ lắp nhiều nơi sử dụng mơi trường khắc nghiệt Có cấu tạo hình Hình Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện từ Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Khi có vật kim loại lại gần cảm biến, độ từ thẩm thay đổ i làm cho từ thông qua cuộn dây thay đổi Sự biến đổi từ thông tạo sức điện động cảm ứng cuộ n dây Ở đầu cuộ n dây nối với mạch chuyển đổi với giá trị Ux tương ứng với vị trí đối tượng Khi có vật gần vị trí cảm biến giá trị Ux mức 1, cịn khơng có vật mức Các yếu tố ảnh hưởng tới khoảng cách phát cảm biến tiệm cận điện từ: - Vật liệu đối tượng: Các vật liệu có từ tính kim loại có chứa sắt có khoảng cách phát xa vật liệu khơng từ tính khơng chứa sắt Hình Khoảng cách phát vật liệu đối tượng - Kích cỡ đố i tượng: Nếu vật cảm biến nhỏ vật thử chuẩn (test object), khoảng cách phát sensor giảm Hình Khoảng cách phát kích cỡ đối tượng - Bề dày đối tượng: Với vật cảm biến thuộ c nhóm kim loại có từ tính (sắt, niken, …), bề dày vật phải ≥ 1mm Với vật cảm biến khơng thuộc nhóm kim loại có từ tính, bề dày vật mỏ ng khoảng cách phát xa Hình Khoảng cách phát bề dày đối tượng Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường II – Cảm biến tự cảm Trong cảm biến tự cảm, đại lượng cần đo đạc gây thay đổi từ trở mạch từ làm cho hệ số tự cảm L thay đổi Việc đo đạc suất điện động cảm ứng cho ta xác định giá trị đại lượng cần đo Hệ số tự cảm L xác định theo công thức sau: n2 L= Rm Với n số vòng dây cuộn cảm, Rm từ trở mạch từ Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên a) Cảm biến tự cảm đơn Hình vẽ thể sơ đồ nguyên lý số loại cảm biến tự cảm đơn Hình 2.Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên 1- lõi sắt từ; 2- cuộn dây; 3- phần động Cảm biến tự cảm đơn gồm cuộn dây quấn lõi thép cố định (phần tĩnh) mộ t lõi thép di động tác dụng đại lượng đo (phần độ ng), phần tĩnh phần động có khe hở khơng khí tạo nên mạch từ hở Sơ đồ hình 2a: Dưới tác động đại lượng đo XV, phần ứng cảm biến di chuyển, khe hở khơng khí δ mạch từ thay đổ i làm cho từ trở mạch từ biến thiên, hệ số tự cảm tổng trở cuộn dây thay đổi theo Sơ đị hình 2b: Khi phần ứng quay, tiết diện khe hở khơng khí thay đổi làm cho từ trở mạch từ biến thiên, hệ số tự cảm tổng trở cuộn dây thay đổi theo Sơ đị hình 2c: Hệ số tự cảm cuộn dây thay đổi thay đổ i tổn hao sinh dòng điện xoáy sắt từ d ịch chuyển d ưới tác độ ng đại lượng đo XV Theo tính tốn, ta có kết sau: Độ nhạy cảm cảm biến tự cảm khe hở không khí thay đổi (S = const): Sδ = ∆L =− ∆δ L0 ∆δ δ 1 + δ0 Độ nhạy cảm biến tự cảm thay đổi tiết diện khơng khí (δ = const): ∆L L0 SS = = ∆S S Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Với: L0 = n µ µS δ0 – giá trị điện cảm ban đầu S0, δ0 – giá trị ban đầu S δ XV = Tổng trở cảm biến: ωn µ µS Z = ωL = δ Độ nhạy tương đối chuyển đổi tổng trở Z với khe hở không khí thay đổi: S δ' = ∆Z / Z =− ∆δ / δ ∆δ 1 + δ0 Z0 – tổng trở ban đầu XV = Từ công thức ta thấy tổng trở Z cảm biến hàm tuyến tính với tiết diện khe hở khơng khí S phi tuyến (hyperbol) với chiều dài khe hở không khí δ Độ nhạy cảu cảm biến tiết diện khe hở khơng khí thay đổi số không phụ thuộc vào lượng thay đổ i ∆S; độ nhạy cảm biến độ dài không khú thay đổi số mà phụ thuộc vào tỷ số ∆δ/δ0 Hình Đặc tính CB tự cảm đơn Đặc tính cảm biến tự cảm đơn Z = f(∆δ) hàm phi tuyến phụ thuộc số nguồ n kích thích, số nguồn kích thích cao độ nhạy cảm biến cao (hình 3) b) Cảm biến tự cảm kép Để tăng độ nhạy cảm biến tăng đ oạn đặc tính tuyến tính người ta thường dùng cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu ví sai (hình 4) Hình Cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai Đặc tính cảm biến tự cảm kép vi sai có dạng hình Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Hình Đặc tính cảm biến điện cảm kép mắc vi sai Một ví d ụ điển hình cảm biến tự cảm kép mắc vi sai thể hình Sự thay đổi vị trí lõi sắt từ qua bên phải gây tăng độ tự cảm cuộn dây Z1(jω), đồng thời giảm độ tự cảm cuộn dây thứ hai Z1(jω) ngược lại qua bên trái Ta có mối quan hệ điện áp UV(jω) với vị trí x cúa đại lượng đo đồ thị hình Hình Một CB tự cảm kép mắc vi sai điển hình Trong chuyển đổi tự cảm với khe hở khơng khí, giá trị ∆δ δ không vượt 0,2mm với chuyển đổi đơn 0,4mm với chuyển đổi vi sai, với giá trị độ phi tuyến chuyển đổi không vượt 1% Cảm biến tự cảm có lõi từ di động Cảm biến gồm cuộn dây có lõi từ di động (hình 7) Hình Sơ đồ nguyên lý cảm biến tự cảm có lõi từ di động 1- cuộn dây; 2- lõi từ Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Hình 12 Mạch ngõ LVDT Đánh giá: - Khơng có tiếp xúc lõi với phận khác nên phương pháp khơng tạo hao mịn thiết bị => thiết bị có độ bền cao phương pháp khác - Khơng có giới hạn cho độ phân giải phương pháp sử dụng từ trường làm trung gian => độ phân giải phụ thuộ c vào độ phân giải dụng cụ đo đ iện áp Một loại biến vi sai tuyến tính khác dùng để đo vị trí góc, loại CB hoạt động máy phát điện đồng bộ, loại gọi RVDT – Rotary Variable Differential Transformer Resolver Selsyn Resolver Selsyn hai loại cảm biến dùng để đo vị trí góc, với sơ đồ ngun lý thể hình Hình 13 Nguyên lý Resolver Selsyn Resolver gồm hai cuộn dây cố định (stato) cuộn dây quay (rơto) có gắn với vật quay cần đo góc Cuộn rơto cung cấp dịng điện có điện áp u(t) = Usinωt Dịng điện xoay chiều rôto làm cho từ thông qua vòng dây cuộn stato biến thiên, tạo sức điện động cảm ứng cuộ n stato Điện áp cuộn stato phụ thuộc vào vị trí rơto u1 (t ) = KU cos α sin ϖt u1 (t ) = KU sin α sin ϖt Tỷ lệ điện áp cuộn stato cho ta biết thông tin vi trí góc α, với tagα = u (t ) u1 (t ) Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 13 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Selsyn loại CB đo góc quen thuộc lâu đời, có cấu tạo tương tự Resolver Thay Resolver có hai cuộn dây mắc vng góc với Selsyn có ba cuộn dây mắc lệch 1200 Rơto cung cấp dịng điện với đ iện áp u(t) = Usinωt Các điện áp ngõ thể hình 13, độ lớn chúng cho ta biết vị trí góc α C – ĐO VẬN TỐC VÀ LƯU LƯỢNG I Tốc độ kế điện từ đo vận tốc góc Tốc độ kế dịng chiều Sơ đồ cấu tạo tốc độ kế dòng chiều biểu diễn hình Hình 14 Sơ đồ cấu tạo máy phát dòng chiều 1- stato; 2- rơto; 3- cổ góp; 4- chổi qt Stato (phần cảm) nam châm điện nam châm vĩnh cửu Rôto (phần ứng) mộ t trục sắt gồm nhiều lớp ghép lại, mặt ngồi rơto có sẻ rãnh song song với trục quay cách Trong rãnh đặt dây dẫn đồ ng gọ i dây chính, dây nối với đôi dây phụ Cổ góp hình trụ mặt có gắn đồ ng cách điện với nhau, nố i với dây rơto Hai chổi qt ép sát vào cổ góp bố trí cho thời điểm chúng tiếp xúc với hai đồng đối điện Khi rôto quay, suất điện độ ng suất dây dẫn xác định theo biểu thức: ei = − dφi dt Trong dφi từ thông mà dây dẫn cắt qua thời gian dt: dφi = dSc dBi = dSc dBiN dSc tiết diện bị cắt khoảng thời gian dt: dSc = lvdt = lωrdt Trong đó: l – chiều dài dây dẫn; v – vận tốc dài dây; ω – vân tơc góc dây; r – bán kính quay dây Biểu thức suất điện độ ng xuất mộ t dây: ei = −ωrIBiN Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 14 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Suất điện động ứng với mộ t nửa số dây bên phải đường trung tính: EP = − ω Nφ0 = −nNφ0 2π Trong đó: N – tổng số dây rơto; n – số vịng quay dây; φ - từ thông phát từ cực nam châm Tương tự tính suất điện độ ng ứng với nửa số dây bên trái: ET = nNφ0 Nguyên tắc nối dây nố i thành hai cụm, cụm dây mắc nối tiếp với nhau, cịn hai cụm mắc ngược pha Tốc độ kế dòng xoay chiều a) Máy phát đồng Sơ đồ cấu tạo mộ t tốc độ kế dòng xoay chiều kiểu máy phát đồng biểu diễn hình 15 Thực chất máy phát xoay chiều nhỏ Rôto (phần cảm) máy phát nam châm tổ hợp nhiều nam châm nhỏ Phần ứng gồm cuộ n dây bố trí cách mặt stato nơi cung cấp suất điện động cảm ứng hình sin có biên độ tỷ lệ với tốc độ quay rôto e = E sin Ω.t Trong E = K1ω, Ω = K2ω, K1 K2 thông số đặc trưng cho máy phát Hình 15 Sơ đồ cấu tạo máy phát đồng 1- stato; 2- rôto Giá trị ω tính theo E Ω - Xác định ω từ biên độ suất đ iện động Cuộn cảm ứng có trở kháng trong: Z i = Ri + jL Ω Trong Ri, Li điện trở tự cảm cuộn dây Điện áp hai đầu cuộn ứng với tải R có giá trị: RK1ω RE U= = 2 (R + Ri ) + (Li Ω) (R + Ri )2 + (K Liω )2 Từ biểu thức trên, ta thấy đ iện áp U hàm tuyến tính tốc độ quay ω Điều kiện để sử dụng máy phát mộ t cảm biến vận tố c R >> Z, để cho coi U ≈ E Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 15 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Điện áp đầu chỉnh lưu thành điện áp chiều, điện áp không phụ thuộc chiều quay hiệu suất lọc giảm tần số thấp Mặt khác, có mặt lọc làm tăng thời gian hồ i đáp cảm biến - Xác định cách đo tần số suất đ iện động Phương pháp có ưu điểm truyền xa mà giảm tín hiệu khơng ảnh hưởng tới độ xác phép đo b) Máy phát không đồng Cấu tạo máy phát không đồng tương tự động không đồng hai pha (hình 16) Rơto đĩa hình trụ kim loại mỏng dị từ quay tốc độ với trục cần đo, khố i lượng qn tính khơng đáng kể Stato làm thép từ tính, bố trí hai cuộn dây, cuộn cuộn kích thích cung cấp điện áp Vc có biên độ Ve tần số ωe ổn định: Vc = Ve cosωe t Hình 16 Sơ đồ cấu tạo máy phát không đồng 1- cuộn kích; 2- rơto; 3- cuộn đo Cuộn dây thứ hai cuộn dây đo Giữa hai đầu cuộn xuất suất điện độ ng em có biên độ tỷ lệ với tốc độ góc cần đo: em = Em cos(ωe t + ϕ ) = kωVe cos(ω e t + ϕ ) Trong k số phụ thuộc vào kết cấu máy, φ độ lệch pha Tốc độ kế xung Tốc độ kế xung thường có cấu tạo đơn giản, chắn, chịu đựng tốt môi trường độ c hại, khả chố ng nhiễu chống suy giảm tín hiệu cao, dễ biến đổi tín hiệu sang dạng số Tùy thuộc vào chất vật quay dấu hiệu mã hóa vật quay, người ta sử dụng loại cảm biến thích hợp Ở ta xét tới tốc độ kế từ trở biến thiên với vật quay sắt từ Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 16 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Hình 17 Sơ đồ cấu tạo cảm biến có từ trở biến thiên 1- đĩa quay (bánh răng); 2- cuộn dây; 3- nam châm vĩnh cửu Cấu tạo cảm biến từ trở biến thiên gồm cuộn dây có lõi sắt từ chịu tác động mộ t nam châm vĩnh cửu đặt đố i diện với đĩa quay vật liệu sắt từ có khía Khi đĩa quay, từ trở mạch từ biến thiên cách tuần hoàn làm cho từ thông qua cuộ n dây biến thiên, cuộn dây xuất suất điện động cảm ứng có tần số tỷ lệ với tốc độ quay Tần số suất điện động cuộn dây xác định biểu thức: f = pn; đó: p – số lượng đĩa, n – số vòng quay đĩa dây Biên độ E suất điện động cuộ n dây phụ thuộc hai yếu tố: - Khoảng cách cuộn dây đĩa quay: khoảng cách lớn E nhỏ - Tốc độ quay: Tốc độ quay lớn E lớn Khi tốc độ quay nhỏ , biên độ E bé khó phát hiện, tồn mộ t vùng tốc độ quay đo được, người ta gọi vùng vùng chết Dải đo cảm biến phụ thuộc vào số đĩa Khi p lớn, tốc độ nmin đo có giá trị bé Khi p nhỏ, tốc độ nmax đo lớn Thí dụ, với p = 60 răng, dải đo tốc độ đo n = 50 – 500 vg/ph, với p = 15 răng, dải tố c độ đo 500 – 10000 vg/ph II Tốc độ kế điện từ đo vận tốc dài Khi đo vận tố c dài, với độ dịch chuyển lớn vật khảo sát (> 1m) thường chuyển thành đo vận tốc góc Trường hợp đo vận tốc góc dịch chuyển thẳng nhỏ dùng cảm biến vận tốc dài gồm hai phần tử bản: nam châm cuộn dây Khi đo, phần tử giữ cố định, phần tử thứ hai liên kết với vật chuyển động Chuyển độ ng tương đố i cuộ n dây nam châm làm xuất cuộ n dây suất điện động tỷ lệ với vận tốc cần đo Sơ đồ cảm biến có cuộn dây di động biểu diễn hình 18 Hình 18 Cảm biến dùng cuộn dây di động 1- nam châm; 2- cuộn dây Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 17 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Suất điện động xuất cuộn dây có dạng: e = 2πrnBv = lBv Trong đó: n – số vịng dây; r – bán kính vịng dây; B – giá trị cảm ứng từ; v – tốc độ dịch chuyển vòng dây; l – tổ ng chiều dài vòng dây Tốc độ kế loại đo độ dịch chuyển vài mm với độ nhạy ~1V/m.s Khi độ dịch chuyển lớn (tới 0,5m), người ta dùng tốc độ kế có nam châm di động (hình 19) Cảm biến gồm nam châm di chuyển dọc trục hai cuộn dây quấn ngược chiều mắc nố i tiếp Khi nam châm di chuyển, suất điện động xuất cuộn dây tỷ lệ với tố c độ nam châm ngược chiều Hai cuộ n dây mắc nối tiếp quấn ngược chiều nên nhận suất điện độ ng đầu khác khơng Hình 19 Cảm biến có lõi từ di động a) Cấu tạo; b) Sơ đồ nguyên lý; 1- nam châm; 2- cuộn dây III Lưu lượng kế điện từ Lưu tốc kế cánh quạt (tuốc bin) Dùng để đo tốc độ dòng chảy qua ố ng dẫn, thường côngtơ nước tốc độ tàu biển Có cấu tạo hình Hình 20 Cấu tạo lưu tốc kế cánh quạt Gồm có: Cánh quạt giống cánh tuabin quay giá đỡ gắn vào đỡ ống dẫn.Gối đỡ có tác dụng hạn chế tốc độ di chuyển cánh quạt Trục cánh quạt làm vật liệu khơng dẫn từ gắn lõi thép vật liệu mềm Bên đặt nam châm vĩnh cửu cuộ n dây cảm ứng Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 18 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Nguyên lý hoạt động: Khi cánh quạt quay, từ thông nam châm tăng lên lõi thép nằm dọc trục nam châm giảm xuố ng lõi thép nằm vng góc với Khi từ thơng móc vịng cuộ n dây cảm ứng thay đổi xuất sức điện động cảm ứng Mỗi vịng quay từ thơng tăng giảm hai lần nên tần số cảm ứng f cuộn dây tăng tăng gấp hai lần số vòng quay trục Đo tần số f tần số kế từ suy tốc độ dịng chảy Với phương pháp sai số thiết bị 0,3 – 1%, nguyên nhân gây sai số quán tính cánh quạt, ma sát trục quay giá đỡ Có thể giảm sai số cách giảm mooment quán tính cánh quạt Lưu tốc kế cảm ứng từ Dùng để đo tốc độ dịng chảy dẫn điện có chứa ion mang điện tích Có cấu tạo hình Hình 21 Cấu tạo lưu tốc kế cảm ứng Nguyên lý hoạt động: Ống cho vào vật liệu không dẫn từ cho chất lỏng dẫn điện chảy qua Từ trường biến thiên nam châm tạo nên xuyên qua dòng chất lỏng cảm ứng mộ t sức điện độ ng sức điện động lấy hai điện cực và đưa vào thiết bị đo Độ lớn sức đ iện động tính: E = kωBDv Trong đó: k – hệ số; ω – tần số góc từ thơng nam châm tạo ra; B – độ cảm ứng từ; D – đường kính ống dẫn; v – tốc độ trung bình chất lỏng theo tiết diện ống Sức điện động biểu diễn qua lưu lượng chất lỏng: 4kω E= Q.B πD vπ D Q = V ới lưu lượng, tức lượng chất lỏng chảy qua tiết diện ống đơn vị thời gian Lưu tốc kế sử dụng phương pháp có ưu đ iểm khơng có qn tính đo lưu lượng biến thiên theo thời gian Chỉ thị dụng cụ không phụ thuộc vào thông số vật lý chất lỏng (áp suất, nhiệt độ, mật độ, độ nhớt), ngồi khơng phụ thuộc vào sức cản phụ dòng chất lỏng lưu tốc cánh quạt Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 19 ... ỨNG DỤNG CỦA ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG ĐO LƯỜNG A – CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Hiện tượng cảm ứng điện từ Năm 1831, nhà vật lý học Farađây chứng tỏ thực nghiệm từ trường biến đổi sinh dòng điện. .. tính cảm biến tự cảm kép vi sai có dạng hình Phạm Mạnh Trường – MSHV: 09085204024 Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ đo lường Hình Đặc tính cảm biến điện cảm kép mắc vi sai Một ví d ụ điển hình cảm. .. điện từ đo lường II – Cảm biến tự cảm Trong cảm biến tự cảm, đại lượng cần đo đạc gây thay đổi từ trở mạch từ làm cho hệ số tự cảm L thay đổi Việc đo đạc suất điện động cảm ứng cho ta xác định giá
