thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 10

Chia sẻ: Dang Cay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

191
lượt xem 61
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ số nhiệt độ của điện trở suất có giá trị dương, cỡ 0,7 / C ở 25oC. Sự thay đổi nhiệt độ của nó tương đối nhỏ nên có thể tuyến tính hoá đặc tuyến của cảm biến trong vùng nhiệt độ làm việc (hình 5.2) bằng cách mắc thêm một điện trở phụ (song song hoặc nối tiếp tùy thuộc vào mạch đo ). - Khoảng nhiệt độ sử dụng bị hạn chế trong khoang’ từ -50 oC đến 120 oC. Các điện trở silic được chế tạo bằng công nghệ khuyếch tán tạïp chất vào đơn tinh thể...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 10

Chương 10: Ñieän trôû Silic Ñaây laø moät ñieän trôû baùn daãn, noù khaùc vôùi nhöõng nhieät ñieän trôû noùi treân ôû nhöõng ñieåm sau: - Heä soá nhieät ñoä cuûa ñieän trôû suaát coù giaù trò döông, côõ 0,7 / o C ôû 25oC. Söï thay ñoåi nhieät ñoä cuûa noù töông ñoái nhoû neân coù theå tuyeán tính hoaù ñaëc tuyeán cuûa caûm bieán trong vuøng nhieät ñoä laøm vieäc (hình 5.2) baèng caùch maéc theâm moät ñieän trôû phuï (song song hoaëc noái tieáp tuøy thuoäc vaøo maïch ño ). - Khoaûng nhieät ñoä söû duïng bò haïn cheá trong khoang’ töø -50 oC ñeán 120 oC. Caùc ñieän trôû silic ñöôïc cheá taïo baèng coâng ngheä khuyeách taùn taïïp chaát vaøo ñôn tinh theå silic. Söï thay ñoåi nhieät cuûa ñieän trôû suaát cuûa silic phuï thuoäc vaøo noàng ñoä pha taïp vaø vaøo nhieät ñoä. Neáu nhieät ñoä nhoû hôn 120 oC (khoang( nhieät ñoä laøm vieäc cuûa ñieän trôû silic), ñieän trôû suaát taêng khi nhieät ñoä taêng do ñoä linh ñoäng cuûa haït taûi giaûm maø noàng ñoä cuûa chuùng treân thöïc teá khoâng thay ñoåi. Noàng ñoä khoâng ñoåi ñöôïc taïo ra do pha taïp, noù lôùn hôn raát nhieàu so vôùi noàng ñoä gaây neân bôûi söï ion hoaù (hình thaønh caëp ñieän töû-loã troáng). Heä soá nhieät ñoä cuûa ñieän trôû caøng nhoû khi pha taïp caøng maïnh.
2000 R () 1500 ñaàu ño tuyeán tính hoaù 1000 vôùi R = 2,6 k tuyeán tính hoaù vôùi R = 2,5 k 500 300 -55 -25 0 25 50 75 100 Nhieät ñoä (C) Hình 5.2 Söï phuï thuoäc nhieät ñoä cuûa ñieän trôû Silic. Trong tröôøng hôïp nhieät ñoä lôùn hôn 120 oC, ñieän trôû suaát giaûm khi nhieät ñoä taêng. Quaù trình ion hoaù do nhieät (chuyeån möùc cuûa ñieän töû töø vuøng hoaù trò leân vuøng daãn) chieám öu theá laøm cho noàng ñoä haït taûi taêng leân lôùn hôn laø noàng ñoä pha taïp. Heä soá nhieät cuûa ñieän trôû suaát trong vuøng naøy khoâng phuï thuoäc vaøo pha taïp: ñaây laø tröôøng hôïp baùn daãn rieâng. 5.4 ÑO NHIEÄT ÑOÄ BAÈNG CAËP NHIEÄT 5.4.1 Ñaëc tröng chung-ñoä nhaïy nhieät Caëp nhieät coù caáu taïo goàm hai daây daãn A vaø B ñöôïc noái vôùi nhau bôûi hai moái haøn coù nhieät ñoä T1vaø T2. Suaát ñieän ñoäng E phuï thuoäc vaøo baûn chaát vaät lieäu laøm caùc daây daãn A, B vaø vaøo nhieät ñoä T1 vaø T2 . Thoâng thöôøng nhieät ñoä cuûa moät moái haøn ñöôïc giöõ ôû giaù trò khoâng ñoåi vaø bieát tröôùc, goïi laø nhieät ñoä chuaån (T1= Tref). Nhieät ñoä T2 cuûa moái haøn thöù hai, khi ñaët trong moâi tröôøng
nghieân cöùu noù seõ ñaït giaù trò Tc chöa bieát. Nhieät ñoä Tc laø haøm cuûa nhieät ñoä Tx vaø cuûa caùc quaù trình trao ñoåi nhieät (coù theå xaûy ra). Vieäc söû duïng caëp nhieät coù nhieàu lôïi theá. Kích thöôùc caëp nhieät nhoû neân coù theå ño nhieät ñoä ôû töøng ñieåm cuûa ñoái töôïng nghieân cöùu vaø taêng toác ñoä hoài ñaùp (do nhieät dung nhoû). Moät öu ñieåm quan troïng nöõa laø caëp nhieät cung caáp suaát ñieän ñoäng neân khi ño khoâng caàn coù doøng ñieän chaïy qua vaø do vaäy khoâng coù hieäu öùng ñoát noùng. Tuy nhieân söû duïng caëp nhieät cuõng coù ñieàu baát lôïi: phaûi bieát tröôùc nhieät ñoä so saùnh Tref , vaø do vaäy sai soá Tref cuõng chính laø sai soá cuûa Tc . E(mV) E : Chromel / Constantan E J : Saét / Constantan 70 T : Ñoàng / Constantan K : Chromel / Alumel R : Platin-Rodi (13%) / Platin 60 J S : Platin-Rodi (10%) / Platin B : Platin-Rodi (30%) / 50 K Platin-Rodi (6%) 40 30 20 T R S B 10 100 200 600 1000 1600 1800 KT T(C) J E -10 Hình 5.3 Söï thay ñoåi nhieät cuûa suaát ñieän ñoäng E cuûa moät soá loaïi caëp nhieät.
Suaát ñieän ñoäng cuûa caëp nhieät trong moät daûi roäng cuûa nhieät ñoä laø haøm khoâng tuyeán tính cuûa Tc (hình 5.3). Moãi loaïi caëp nhieät coù moät baûng chuaån (ghi giaù trò cuûa suaát ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä) vaø moät bieåu thöùc dieãn giaûi söï phuï thuoäc cuûa suaát ñieän ñoäng vaøo nhieät ñoä. Thí duï, ñoái vôùi caëp nhieät platin- 30rodi/platin-6rodi, trong khoaûng nhieät ñoä töø 0 oC ñeán 1820 o C theo chuaån NFC42-321 söï phuï thuoäc cuûa suaát ñieän ñoäng E vaøo nhieät ñoä coù daïng : i 8 E   aiT i i 0 Trong ñoù: E ño baèng m vaø T ño baèng oC. Giaù trò cuï theå cuûa caùc heä soá ai trong bieåu thöùc treân nhö sau: a0 = 0 a1 = -2,4674601620.10-1 a2 =5,9102111169. 10-3 a3 = -1,4307123430. 10-6 a4 = 2,1509149750. 10-9 a5 = -3,1757800720. 10-12 a6 = 2,40103 67459. 10-15 a7 = -9,0928148159. 10-19 a8 = 1,3299505137. 10-22 Ñoái vôùi moät soá loaïi caëp nhieät khaùc, khoaûng nhieät ñoä laøm vieäc cuûa chuùng coù theå chia ra nhöõng vuøng nhoû. Trong moãi vuøng nhö theá, moái quan heä giöõa suaát ñieän ñoäng vaø nhieät ñoä ñöôïc moâ taû baèng moät bieåu thöùc rieâng ñaëc tröng cho vuøng. Noùi chung moãi loaïi caëp nhieät coù moät giôùi haïn cuûa daûi nhieät ñoä laøm vieäc, töø -270 oC ñoái vôùi caëp nhieät ñoàng/vaøng-coban ñeán 2700 oC ñoái vôùi caëp nhieät wonfram-reni 5%/wonfram-reni 26%. Nhö vaäy, caëp nhieät coù daûi nhieät ñoä laøm vieäc roäng hôn nhieàu so vôùi nhieät keá ñieän trôû vaø ñaây cuõng laø moät öu ñieåm cuûa chuùng. Ñoä nhaïy nhieät (hay coøn goïi laø naêng suaát nhieät ñieän) cuûa caëp nhieät ñieän ôû nhieät ñoä Tc ñöôïc xaùc ñònh bôûi bieåu thöùc :
dE A / B s (Tc )  dTc (5-19) Trong ñoù: s laø haøm cuûa nhieät ñoä vaø coù ñôn vò laø V/ oC. Thí duï: Caëp nhieät Fe/constantan: s(0 oC)=52,9V/ oC,s(700oC)=63,8V/ oC Caëp nhieät Pt-Rh(10%)/Pt s(0oC)=6,4V/ oC,s(1400oC)=11,93V/ oC 5.4.2 Caùc hieäu öùng nhieät ñieän Trong caùc chuoãi (daõy) daãn ñieän noái tieáp daïng kim loaïi-chaát loûng hay kim loaïi-baùn daãn coù caùc hieäu öùng nhieät ñieän (thí duï hieäu Joule). Chuùng ñöôïc theå hieän thoâng qua söï chuyeån ñoåi giöõa naêng löôïng cuûa dao ñoäng nhieät vaø naêng löôïng ñieän cuûa caùc haït taûi chuyeån ñoäng. 5.4.2.1 Hieäu öùng Peltier ÔÛ tieáp xuùc giöõa hai daây daãn A vaø B khaùc nhau veà baûn chaát nhöng cuøng moät nhieät ñoä toàn taïi moät hieäu ñieän theá tieáp xuùc (hình 5.4a). Hieäu ñieän theá naøy chæ phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa vaät daãn vaø nhieät ñoä: VM – VN = PTA/B (5-20) Ñaây chính laø suaát ñieän ñoäng Peliter. Ñònh luaät Volta phaùt bieåu nhö sau: trong moät chuoãi caùch nhieät ñöôïc caáu thaønh töø nhöõng vaät daãn khaùc nhau, toång suaát ñieän ñoäng Peltier baèng 0. Thí duï, trong moät chuoãi goàm boán vaät daãn A, B, C, D maéc noái tieáp (hình 5.4b), toång suaát ñieän ñoäng seõ baèng 0:
PTA/B + PTB/C + PTC/D + PTD/A = 0 (5-21) Neáu toång suaát ñieän ñoäng trong maïch khaùc khoâng thì seõ coù doøng ñieän chaïy trong maïch vaø xaûy ra söï toån hao naêng löôïng do hieäu öùng Joule, ñieàu naøy traùi vôùi ñònh luaät Carnot noùi raèng trong moät heä ôû cuøng nhieät ñoä seõ khoâng taïo ra naêng löôïng. Nhö vaäy coù theå keát luaän, khi hai vaät daãn A vaø D ñöôïc phaân caùch bôûi caùc vaät trung gian vaø toaøn heä thoáng ñöôïc caùch nhieät thì hieäu ñieän theá giöõa hai vaät daãn A vaø D ôû ñaàu muùt cuõng chính baèng hieäu ñieän theá neáu nhö chuùng (A vaø D) tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi nhau. 5.4.2.2 Hieäu öùng Thomson Trong moät vaät daãn ñoàng nhaát A, giöõa hai ñieåm M vaø N coù nhieät ñoä khaùc nhau seõ sinh ra moät suaát ñieän ñoäng (hình 5.4c). Suaát ñieän ñoäng naøy chæ phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa vaät daãn vaø nhieät ñoä TM, TN cuûa hai ñieåm M vaø N: TM E AM TN  h T A dT TN (5-22) Trong ñoù hA laø heä soá Thomson.
A (T) M A N D (T) (T) B c) TMTN EA b) C A M N B (T) (T) (T 2) a) b T PA/B A c a B (T1) d Hình 5.4 Caùc hieäu öùng nhieät ñieän a)hieäu öùng Pleitier b)hieäu öùmg Volta c)hieäu öùng Thomson d)hieäu öùng Seebeck. . 5.4.2.3 Hieäu öùng Seebeck Giaû söû coù moät maïch kín taïo thaønh töø hai vaät daãn A B vaø hai chuyeån tieáp cuûa chuùng ñöôïc giöõ ôû nhieät ñoä T1 vaø T2 (hình 5.4d), khi ñoù maïch seõ taïo thaønh moät caëp nhieät ñieän. Caëp nhieät ñieän naøy seõ gaây neân moät suaát ñieän ñoäng do keát quaû taùc ñoäng ñoàng thôøi cuûa hai hieäu öùng Peltier vaø Thomson. Suaát ñieän ñoäng ñoù goïi laø suaát ñieän ñoäng Seebeck. Thaät vaäy, suaát ñieän ñoäng giöõa a vaø b, b vaø c, c vaø d, d vaø a laàn löôït baèng: T2 T2 eab   h A dT ebc  P T2 A/ B ecd   hB dT eda  PB 2/ A T T1 T1 Suaát ñieän ñoäng Seebeck seõ baèng toång caùc suaát ñieän ñoäng thaønh phaàn Peltier vaø Thomson ôû treân:
T2 E T2T1 A/ B P T2 A/ B P T1 A/ B   h A  hB dT T1 (5-23) Neáu choïn nhieät ñoä T1 laøm nhieät ñoä so saùnh vaø laáy T1=0oC, khi ñoù ñoái vôùi moät caëp vaät daãn A vaø B cho tröôùc, suaát ñieän ñoäng chæ phuï thuoäc vaøo T2.