Header Page of 133 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Phân tích sở lý thuyết mô hoạt động số cảm biến sử dụng nghành khó ô tô Footer Page of 133 Header Page ofGVHD: 133 ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P CH PHÂN TÍCH C NG S LÝ THUY T 1.1 Gi i thi u chung Ngày nay, c m bi n thi t b c s d ng r t ph bi n t t c thi t b , t dùng gia ình cho n thi t b tiên ti n ó có c ngành công nghi p ô tô Vì v y nghiên c u v c m bi n ng d ng cách hi u qu v n ang c quan tâm c bi t 1.1.1 Công d ng c m bi n C m bi n thi t b ch u tác ng c a i l ng c n o tính ch t i n u vào ký hi u m cho u m t i l ng mang b n ch t i n có th o c ký hi u s i l ng i n s hàm c a i l ng c n o m: s = F(m) 1.1.2 Phân lo i C m bi n c phân lo i theo nhi u cách: Theo nguyên lý chuy n Nguyên lý chuy n i v t lý; Nguyên lý chuy n i hóa h c; Nguyên lý chuy n i sinh h c Theo thông s! c a mô hình m ch thay th C m bi n tích c"c: C m bi n th phi n tính i u ngu n áp ho c ngu n dòng; ng: c tr ng b i thông s! R,C,L…tuy n tính hay Theo tín hi u kích thích C m bi n quang i n; C m bi n nhi t i n; C m bi n v trí, kho ng cách; C m bi n v n t!c, gia t!c; C m bi n o l #ng, th tích ch t l u; C m bi n i n hóa; C m bi n t ; C m bi n l"c Footer Page of 133 HU NH H U LONG SVTH: 12/8/2007 Header Page ofGVHD: 133 ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P 1.1.3 Yêu c u Phân tích c$ s lý thuy t mô ph%ng ho t ngành c$ khí ô tô 1.2 M c tiêu ng m t s! c m bi n s d ng tài Phân tích c$ s lý thuy t nguyên lý ho t ng c a c m bi n &ng d ng c a c m bi n ngành c$ khí Mô ph%ng ho t K t lu n – ng, ki m tra c m bi n ã ch n xu t 1.3 Gi i h n tài Vì th#i gian c m bi n sau: th"c hi n án không cho phép nên C m bi n v n t!c, l u l án ch' gi(i h n ng, áp su t m c ch t l u )m i n hoá C m bi n o chân không, C m bi n o b c x h t nhân thành ph n khí 1.4 C s lý thuy t lo i c m bi n nghiên c u 1.4.1 C m bi n o v n t c, l u l tài ng m c ch t l u Ch t l u môi tr #ng v t ch t d ng l%ng ho c khí t n t i d (i nh*ng i u ki n nhi t , áp su t th tích c xác nh b i nh lu t nhi t ng h c D (i tác d ng c a l"c bên ngoài, thí d s" chênh l ch áp su t, ch t l u có th chuy n ng Nghiên c u chuy n ng !i t ng c a c$ h c ch t l u L+nh v"c ng d ng c a ch t l u bao g m: hàng không, khí t ng h c, sinh lý h c áp ng l+nh v"c ng d ng a d ng này, c m bi n o v n t!c, l u l ng m c ch t l u c a ch t l u c,ng r t a d ng c v c u t o ph $ng pháp o 1.4.1.1 c tr ng c a dòng ch y Chuy n ng c a ch t l u c t tr lý m t dòng ch y c a m t ch t l u c nhi t i m khác c a ch nh(t, khuy ch tán nhi t, nhi t l ng b i dòng ch y Trên th"c t mu!n mô t v t n ph i o v n t!c, kh!i l ng riêng, áp su t t l u ó Nh*ng c tính khác c a ch t l u nh ng riêng… c coi không i Dòng ch y có th m t pha ho c nhi u pha Các dòng ch y nhi u pha th #ng có b n ch t r t khác nhau: có th t h p c a pha h$i, khí, l%ng, thí d nh s" hình thành lu ng khí gió gây nên ho c tr #ng h p lu ng khói b!c lên t nh*ng ám cháy Footer Page of 133 HU NH H U LONG SVTH: 12/8/2007 Header Page ofGVHD: 133 ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P Tính ch t v t lý c a dòng ch y t i m t i m có th thay i ho c không thay i theo th#i gian Khi tính ch t v t lý c a dòng ch y t i m t i m không thay i ó dòng ch y theo l(p, ng c l i, n u chúng thay i ó dòng ch y r!i thu n l i cho vi c mô t c bi t cho vi c so sánh gi*a dòng ch y khác nhau, c$ h c ch t l u th òng s d ng i l ng không th nguyên, i u cho phép gi m s! thông s! c a dòng ch y Tr ng h p dòng ch y không nén Tr #ng h p (kh!i l không th nguyên c,ng ng nhi t: ng riêng nhi t không i) ch' c n m t thông s! xác nh dòng ch y, ó thông s! Reynolds Re: Re = UD/- (1.1) V(i : U – v n t!c c tr ng c a dòng ch y, tr #ng h p !ng v n t!c trung bình c a dòng ch y U = Q/S; D – kích th (c Q –l ul c tr ng (trong tr #ng h p !ng, D #ng kính); ng th tích; S – ti t di n !ng; nh(t ng h c !i v(i nh*ng i u ki n gi(i h n hoàn toàn gi!ng v hình h c, hai dòng ch y không nén ng nhi t c coi gi!ng n u chúng có thông s! Reynolds b/ng Thí d : xét hai dòng ch y hai !ng có nhám b m t phía thành !ng nh #ng kính t $ng ng b/ng D1 D2 V n t!c dòng ch y (l u l ng) U1, U2 nh(t -1,-2 tho mãn i u ki n Re1 = Re2 thì: U D1 ν1 = U D2 ν2 (1.2) Nh v y, n u bi t v n t!c u1 i m cách thành !ng c a !ng th nh t m t kho ng x1 có th xác nh v n t!c u2 thành !ng c a !ng th hai m t kho ng x2 = x1(D2/D1) t bi u th c: u1 u = U1 U (1.3) C,ng nh v y, có th coi u1/U1 hàm c a s! Reynolds: u1 = f (Re ) U1 Footer Page of 133 HU NH H U LONG SVTH: (1.4) 12/8/2007 Header Page ofGVHD: 133 ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P Ngh+a m t cách t ng quát, m0i i l ng không th nguyên liên quan n dòng ch y u có th bi u di1n d (i d ng hàm s! ph thu c vào s! Reynolds c a dòng ch y ó Dòng ch y m t pha có th dòng ch y theo l(p ho c dòng r!i, i u ph thu c vào s! Reynolds Trong m t #ng !ng d2n có ti t di n tròn, dòng ch y tr thành dòng r!i n u có s! Reynolds l(n h$n 220 Trong tr #ng h p ph c t p h$n nhi t kh!i l ng riêng thay i, s! thông s! c n thi t mô t m t i l ng A b sung s3 t4ng lên Thí d , v(i ch t khí có v n t!c l(n: A = f(Re,Ma) Trong ó Ma = U1/c, c = (1.5) 5rT v n t!c âm v(i = Cp/Cv (t6 s! gi*a nhi t dung riêng áp su t không i th tích c! nh, không khí =1,4) r h/ng s! c a ch t khí lý t ng T nhi t t !i Trên th"c t , c m bi n d"a m t nguyên t7c ho t ng nh ng v k8 thu t không gi!ng dùng cho dòng ch y ch t khí ho c ch t l%ng Trong b ng 1.1 gi(i thi u m t s! i m khác c a hai môi tr #ng B ng 1.1 Kh!i l ng riêng nh(t : Ch t l%ng Không kg/m3 i t 800 n 1000 ≈ ÷ 10 PI Ch t khí T!c Ph thu c vào T P, !i v(i ≈ 10 PI không khí nhi t phòng PI: posieuille ρ ≈ 1kg / m 1.4.1.2 C m bi n ph ch y ≤ U ≤ 200m / s ≤ U ≤ 200m / s ng pháp o v n t c c a ch t l u V n t!c c a ch t l u th #ng c o gián ti p thông qua nh h ng c a n c tr ng v t lý c a v t trung gian ho c n hi n t ng v t lý ó v n t!c m t thông s! v t trung gian n$i x y hi n t ng V t trung gian có th ch t l u ho c m t ph n t c u thành c a c m bi n Khi v t trung gian b n thân ch t l u, v n t!c c a xác nh áp su t ng 9U2/2, hi u ng Doppler tác ng b i laze ho c siêu âm th#i gian truy n qua c a m t ng v phóng x Trong tr #ng h p ph i s d ng c m bi n thích h p v(i i l ng o áp su t, ánh sáng, siêu âm, tia phóng x Footer Page of 133 HU NH H U LONG SVTH: 12/8/2007 Header Page ofGVHD: 133 ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P Khi v t trung gian m t ph n t c a c m bi n t ch t l u, v n t!c c a ch t l u s3 xác nh m t c tr ng v t lý nh nhi t c a dây d2n t ch t l u nuôi b/ng dòng m t chi u, ho c t!c quay c a m t chong chóng ho c bánh xe t ch t l u a) Phong k dây phong k màng m ng Nguyên t c ho t ng Khi t dòng ch y m t dây d2n ho c m t màng m%ng có nhi t cao h$n nhi t c a ch t l u s3 x y s" trao i nhi t !i l u S" trao i nhi t ph thu c vào tính ch t v t lý c a dòng ch y, v n t!c c a ch t l u s" chênh l ch nhi t gi*a ph n t nóng ch t l u Nhi t cân b/ng T0 c a dây ho c màng (c m bi n) xác nh b/ng cách o i n tr R c a chúng i n tr ph thu c vào nhi t l ng Joule t%a v n t!c c a ch t l u Trên hình 1.1 bi u di1n d ng dây d2n lo i màng m%ng th #ng s d ng o v n t!c dòng ch y Các kim lo i dùng cho m c ích c n có h s! nhi t i n tr R cao Thí d : o v n t!c dòng ch y ch t khí dùng dây platin wonfram có #ng kính 0,6µm< D < 10mµ, ch t l%ng dùng màng m%ng platin Công su t Pj t%a i n tr nhi t Pj = R(T) Ι T s3 b/ng: (1.6) Trong ó I dòng m t chi u ch y qua i n tr R Hình 1.1 Các d ng dây d n màng m ng dùng Footer Page of 133 HU NH H U LONG SVTH: o v n t c dòng ch y 12/8/2007 Header Page ofGVHD: 133 ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P N u gi thi t s" trao i nhi t ch' x y hi n t ng !i l u c a ch t l u Ta công su t trao i c bi u di1n b i bi u th c: Pc = h.Sl.(T – Ta) nhi t (1.7) Trong ó h h s! trao i nhi t Sl di n tích m t xung quanh c a c m bi n !i v(i dây d2n Sl = ;Dl, D #ng kính l chi u dài !i v(i màng m%ng Sl = 2;Dl, D chi u r ng l chi u dài Khi có cân b/ng nhi t, Pj = Pc , ngh+a là: R(T ).I = h.S L (T − Ta ) (1.8) V n t!c U c a ch t l u liên quan n h s! trao i nhi t Nhi u công th c th"c nghi m ã c a ph n ánh m!i liên h này, thí d công th c c a King: h = a+b U (1.9) Trong ó a,b h/ng s! ph thu c vào ch t l u c m bi n N u s d ng bi u th c c a King ta s3 có: ( ) R(T ).I = A + B U (T −T a ) (1.10) Trong ó A = a.Sl B = b.Sl S Ch o dòng không i Hình 1.2 S o ch dòng không i Trong tr #ng h p dòng ch y qua dây d2n c gi* giá tr không i I = const (b/ng cách dùng ngu n dòng) Vì công su t nhi t trao i ph thu c vào v n t!c U nên n u U thay i nhi t c,ng thay i theo M c khác i n tr R ph thu c vào nhi t , ngh+a i n áp u c,ng ph thu c vào nhi t S$ nguyên lý m ch o dùng dòng không i c bi u di1n hình 1.2 Footer Page of 133 HU NH H U LONG SVTH: 12/8/2007 Header Page ofGVHD: 133 ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P Do dây d2n có nhi t dung nh t nh nên s3 phát sinh m t h/ng s! th#i gian Trong m ch có ghép thêm m t ph n t bù tr quán tính nhi t c i thi n th#i gian áp ng Ch nhi t không i Trong tr #ng h p nhi t (và ó i n tr ) c gi* không i S$ o bi u di1n hình 1.3 Trong s$ nhi t không i, c m bi n óng vai trò m t nhánh c a c u Wheatstone Dòng i n c n thi t cân b/ng c u ph thu c vào v n t!c c a ch t l u Dùng s$ ây có u i m quán tính nhi t nh% h$n tr #ng h p dùng dòng không i Hình 1.3 S o ch i nhi t không b) Phong k ion Có nhi u lo i c m bi n o t!c y u v hình d ng A4 gió c$ s o dòng ion, chúng khác ch I2 A2(I2) A2 u A0 A1(I1) A3 U I1 (I1 Hình 1.4 Phong k ion: a) nguyên lý c u t o; b) m ch o Trên hình 1.4 bi u di1n s$ o dòng ion Footer Page of 133 HU NH H U LONG SVTH: nguyên lý c a m t c m bi n o t!c gió b/ng cách 12/8/2007 Header Page ofGVHD: 133 ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P u o g m m t dây d2n có i n th cao, xung quanh b!n i n c"c góp Dây d2n c t cho h (ng c a vuông góc v(i h (ng c a dòng ch y Trong không khí g n s i dây cao áp có ion, thí d ion (H2O)nH+ T!c di chuy n c a ion gi*a i n c"c t6 l v(i l(n c a i n tr #ng Khi không khí ng yên, dòng i n o i n c"c b/ng Khi không khí chuy n ng v(i v n t!c U, h tr nên b t !i x ng Hi u s! dòng i n (I1 – I2) c a m t c p i n c"c A1 A2 liên quan n hình chi u c a U #ng th.ng A1 A2, ó t ng (I1 + I2) h u nh không i nh y S c a c m bi n hàm c a thông s!