Chng IX O CC I LNG VT Lí KHC
9.1 - o nhit :
9.1.1 - Khỏi nim chung
Trong tt c cỏc i lng vt lý, nhit c quan tõm nhiu nht vỡ nhit úng
mt vai trũ quyt nh n nhiu tớnh cht ca vt cht. o nhit l mt nhim v
thng gp trong cỏc ngnh nhit, húa v nht l ngnh luyn kim.
a s cỏc i lng vt lý u cú th xỏc nh trc tip nh so sỏnh chỳng vi mt i
lng cú cựng bn cht. o c chớnh xỏc trớ s ca nhit l tng i khú khn vỡ
nhit l i lng ch cú th o giỏn tip trờn c s tớnh cht ca vt ph thuc vo
nhit .
Tựy theo nhit o m cú th dựng cỏc phng phỏp khỏc nhau. Thụng thng nhit
o c chia thnh 3 di: nhit thp, nhit trung bỡnh v nhit cao.
mc nhit trung bỡnh v thp thng phng phỏp o l o tip xỳc ngha l cỏc
chuuyn i c t trc tip ti mụi trng cn o. Cũn ng vi nhit cao c o
bng phng phỏp khụng tip xỳc, dng c t ngoi mụi trng o.
Bng 9.1
Dụng cụ và
ph
Ư
ơng pháp đo
Sai số
Nhiệt độ C
0
Nhiệt điện trở:
+) Bằng vật liệu quý
+) Vật liệu không quý
+) Bán dẫn
Nhiệt kế nhiệt điện
+) Bằng vật liệu quý
+) Vật liệu không quý
+) Vật liệu khó chảy

di khỏc nhau.
xỏc nh c nhit cn ch to cỏc b cm bin da trờn nhiu nguyờn lý v
cm bin khỏc nhau nh: nhit in tr, nhit ngu, phng phỏp quang da trờn phõn b
135
phổ bức xạ nhiệt và do dao động nhiệt, phương pháp dựa trên sự giãn nở của vật rắn, chất
lỏng, khí hoặc dựa trên tốc độ âm
9.1.2 - Đo nhiệt độ dựa trên sự giãn nở
- Nguyên lý hoạt động của loại nhiệt kế này là dựa trên sự dãn nở trên một đơn vị dài
∆l/l của vật liệu khi có sự thay đổi nhiệt độ là ∆T:
TllT
l
l
∆=∆↔∆=
∆

αα
trong đó α - hệ số nở dài. α phụ thuộc vào vật liệu.
Do α thường có giá trị rất nhỏ nên nếu đo trực tiếp ∆l để suy ra ∆T thì sẽ rất khó khăn.
Do vậy thực tế người ta thường sử dụng sự giãn nở của 2 vật liệu riêng biệt khác nhau để
xác định ∆T.
a/ Nhiệt kế chất lỏng:
Đây là loại dụng cụ đo xuất hiện đầu tiên với nguyên lý làm việc là dựa vào hiệu ứng
giãn nở vì nhiệt của thủy tinh và chất lỏng chứa trong nó.
Sự giãn nở vì nhiệt của chất lỏng được đặc trưng bởi hệ số giãn nở thể tích α. Trị số α
xác định theo công thức:
012
12
).(
21
Vtt

03
2
1
0
4
5
0
0
1
2
3
4
Hình 9.1
Nhận thấy rằng α càng lớn thì sự biến thiên thể tích tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ
đi 1
0
C càng lớn. Vì vậy trong các loại nhiệt kế chất lỏng ta sử dụng những chất lỏng có hệ
số giãn nở thể tích vì nhiệt càng lớn càng tốt.
Nhiệt kế chất lỏng phổ biến và hay gặp nhất là nhiệt kế thủy ngân, có cấu tạo gồm một
bình đựng chất lỏng (Hg) được nối với ống mao dẫn và một bình dự phòng. Các bình này
136
được làm băng thủy tinh chịu nhiệt hoặc thạch anh và tất cả được gắn với cột khắc vạch.
Chất lỏng được đổ đầy bình 1 và một phần của ống mao dẫn, không gian còn lại được
chứa khí trơ hoặc chân không để đề phòng nhiệt kế bị phá hủy khi làm việc ở nhiệt độ cao.
Nhiệt độ được xác định theo chiều cao cột chất lỏng chứa trong ống mao dẫn.
* Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ sử dụng, độ chính xác cao.
* Nhược điểm: giá trị phụ thuộc vào việc đọc giá trị, không có khả năng tự ghi và
truyền tín hiệu đi xa, dụng cụ dễ vỡ.
b/ Nhiệt kế giãn nở chất rắn:
- Nguyên lý làm việc của dụng cụ này là việc xác định nhiệt độ dựa trên sự thay đổi vì

9.1.3 - Đo nhiệt độ dựa trên sự chuyển đổi điện
Từ năm 1821, Humphy Davy đã phát hiện điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt
độ. Năm 1871, William Siemens lần đầu tiên đã sử dụng nhiệt kế điện trở Platin.
* Nguyên lý làm việc của nhiệt kế điện trở là dựa trên sự thay đổi điện trở của dây dẫn
kim loại hoặc chất bán dẫn khi nhiệt độ thay đổi (hiệu ứng nhiệt điện).
Nhiệt kế điện trở thường gặp trong thực tế có 2 loại: nhiệt điện trở kim loại và nhiệt
điện trở bán dẫn.
Nhiệt điện trở dùng trong các dụng cụ đo nhiệt độ cần phải làm việc với dòng phụ tải
nhỏ để nhiệt năng sinh ra do dòng trong nhiệt điện trở nhỏ so với nhiệt năng nhận được từ
môi trường đo. Khi đó yêu cầu đối với vật liệu chuyển đổi phải có hệ số nhiệt lớn và ổn
định, điện trở suất lớn.
* Phạm vi đo của nhiệt điện trở từ (-200 ÷ 700
0
)C
* Ưu điểm cơ bản của nhiệt điện trở là:
- Cho phép đo có độ chính xác cao
- Có thể đặt dụng cụ thứ cấp xa so với vị trí đo nhiệt
- Có khả năng ghi tự động kết quả và tự động điều chỉnh quá trình đo.
- Có khả năng làm trung tâm kiểm tra nhiệt độ bằng cách nối một vài nhiệt kế với
một dụng cụ đo.
* Nhược điểm:
- Cần nguồn cung cấp ổn định, hạn chế dùng trong môi trường dễ gây nổ, gây cháy.
138
- Kích thước của cảm biến khá lớn, do vậy không cho phép đo nhiệt độ tại một điểm.
- Không đo được trong môi trường có rung động
- Có sai số khắc độ của nhiệt điện trở.
- Đặc tính của nhiệt điện trở không ổn định
- Sự tỏa nhiệt của nhiệt điện trở ra môi trường xung quanh là lớn
- Có sai số của dụng cụ thứ cấp
Để phép đo được chính xác, thì yêu cầu đối với dụng cụ đo này là cấu tạo cũng như cách

- sự thay đổi điện trở của dây nối.
R
đ
= R
đ1
+ R
đ2
R
T
và α
T
- điện trở ban đầu của nhiệt điện trở và hệ số nhiệt của nó (ứng với t = 0
0
C)
Để giảm sai số do nhiệt độ của môi trường gây ra ta sử dụng sơ đồ cầu 3 dây như hình
vẽ.
139
R
t
R
d1
R
2
R
3
R
4
R
d2
R

R0
C
RP
A
R4
RK
Rt
a
r1
r1
+
-
b
'
''
'
K
R3
Hình 9.5
Thực chất sai số khi cầu làm việc ở chế độ không cân bằng sai số chủ yếu là do sự thay đổi điện
áp của nguồn cung cấp gây nên.
Với mạch cầu không cân bằng có chỉ thị là lôgômét điện từ có sơ đồ nguyên lý như hình vẽ.
Với sơ đồ này ta có thể loại trừ được sai số do điện áp nguồn cung cấp thay đổi.
140
Ba nhánh của mạch cầu R
1
, R
2
, R
3

; R
0
= R
0
'
= R (điện trở khung của Lôgômét) thì tỷ số dòng điện chạy
trong cuộn dây xác định theo công thức:
4
/
1
2
1
41
/
1
2
1
2
1

)(.
R
R
R
RR
R
R
R
RRR
R

+ R
Ttb
(R
Ttb
- điện trở của nhiệt điện trở với giá trị nhiệt độ trung bình đo
được bằng dụng cụ).
- Từ phương trình trên nhận thấy tỉ số dòng điện phụ thuộc vào ∆R
T
và lôgômét chỉ thị giá
trị cần đo.
- Trong kỹ thuật đo hiện nay, để đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở ta thực hiện trên mạch cầu
tự động tự ghi. Phương pháp này có thể đo được nhiệt độ tại một điểm hoặc một số điểm nhờ cơ
cấu chuyển mạch.
2/ Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu:
Đây là phương pháp đo nhiệt độ phổ biến và thuận lợi nhất. Cấu tạo gồm 2 dây hàn với
nhau ở điểm 1 và luồn vào ống 2 để có thể đo được nhiệt độ cao. Với nhiệt độ thấp hơn, vỏ nhiệt
kế có thể được làm bằng thép không gỉ. Để cách điện giữa hai dây, một trong 2 dây được luồn
vào ống sứ nhỏ 3. Nếu vỏ làm bằng kim loại thì cả hai dây đều được luồn vào trong ống sứ.
Đầu ra của cặp nhiệt ngẫu được nối vào hộp đầu nối 4. Mạch đo của nhiệt kế nhiệt ngẫu là
miliVônmét (mV) hoặc điện thế kế điện trở nhỏ có giới hạn đo từ 0 ÷ 100V.
Nếu đo sức điện động nhiệt điện bằng mV sẽ gây ra sai số do nhiệt độ của mạch đo thay
đổi. Dòng điện chạy qua chỉ thị lúc đó sẽ là:
dcdT
RRR
E
I
++
=
I
trong đó: E - sức điện động R

Để khắc phục sai số do nhiệt độ đầu đo tự thay đổi, ta dùng mạch bù sai số nhiệt độ như
hình vẽ.
B
R
2
R
t
A
R
3
R
4
R
R
b
E
b
mV
T
t
Hình 9.6
Cặp nhiệt ngẫu mắc nối tiếp vào đường chéo cầu một chiều tạu điểm A -B, trong đó R
t
-
nhiệt điện trở tạo thành nhánh cầu. Điện trở R
t
được mắc cùng vị trí với đầu tự do cặp nhiệt ngẫu
và có nhiệt độ t
0
Cầu được tính toán khi nhiệt độ t

0
C
142
- Nhiệt ngẫu TFN: một điện cực làm bằng hợp kim Fe - Ni, còn điện cực thứ hai là hợp kim Copen có
phạm vi đo từ (-50 ÷ 1000)
0
C
- Nhiệt ngẫu TPP (PlatinRohdi - PlatinRohdi) có một điện cực làm bằng hợp kim
PlatinRohdi với 70%Pt và 30%Rh. Điện cực thứ hai cũng làm bằng kợp kim đó nhưng với
94%Pt và 6%Rh, đo được nhiệt độ (300 ÷ 1600)
0
C
- Để đo được nhiệt độ lớn hơn 2000
0
C trong môi trường trung tính và môi trường hoàn
nguyên, ta dùng nhiệt ngẫu từ Vônfram Môlipđen. Để có thể đo được nhiệt độ từ 2500 ÷
3000
0
C dùng nhiệt ngẫu làm bằng Vônfram Iridi hoặc Vônfram Rêni.
9.1.4 - Đo nhiệt độ dựa trên sự chuyển đổi bức xạ
Để đo được nhiệt độ lớn hơn 400
0
C ta có thể sử dụng nhiệt kế dựa trên nguyên tắc đo năng
lượng bức xạ của một vật bị đốt nóng.
Đặc điểm của dụng cụ này là quá trình đo dụng cụ không tiếp xúc với môi trường đo.
1/ Hỏa quang kế phát xạ
* Cấu tạo gồm thấu kính 1 để thu nhận các tia phát xạ từ vật cần đo nhiệt độ, qua khe sáng 3
và sau đó được tập trung trên tấm nhiệt điện 4. Thường tấm này dùng 4 cặp nhiệt điện mắc nối
tiếp với nhau bằng dây dẫn có đường kính 0,07m. Để tránh tổn hao nhiệt và hỏng các cặp nhiệt
điện, đặt cặp nhiệt điện vào bình thủy tinh có chứa không khí. Đầu nóng của cặp nhiệt điện được

và làm yếu qua bộ lọc quang học 2. Cường độ sáng của nguồn nhiệt và của sợi tóc bóng đèn được
so sánh bằng mắt.
Hình 9.8
Nếu cường độ ánh sáng của đối tượng đo lớn hơn độ sáng của dây đốt người ta nhận được dây
thẫm trên nên sáng (h.a/). Nếu độ sáng của đối tượng đo yếu hơn độ sáng của dây đốt cho dây
sáng trên nền thẫm (h.b/). Còn khi độ sáng bằng nhau dây sẽ biến mất (h.c/) và đọc vị trí của bộ
chắn sáng ở bộ phận chỉ thị 7 để xác định nhiệt độ cần đo.
a) b)
c)
Hình 9.9
Sự so sánh bằng mắt tuy thô nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác nhất định vì cường độ ánh sáng
thay đổi nhiều hơn gấp 10 lần sự thay đổi nhiệt độ.
3/ Hỏa kế màu sắc:
Hỏa kế màu sắc là dụng cụ đo nhiệt độ dựa trên phương pháp đo tỷ số cường độ bức xạ
của hai ánh sáng có bước sóng khác nhau λ
1
và λ
2
.
144
Ứng với bước sóng λ
1
ta có năng lượng E
1
tương ứng là:
T
c
eCE
1
2

e
E
E
2
2
1
2
5
22
5
11
2
1
λ
λ
λε
λε
−
−
−
−
=
Khi đó giá trị nhiệt độ T tìm được là:
5
112
5
221
21
2
ln)

ánh sáng xanh. Khi đĩa quay, tế bào quang điện lần lượt nhận được ánh sáng đỏ và xanh với tần
số nhất định tùy theo tốc độ quay của động cơ. Dòng quang điện được khuyếch đại nhờ bộ
khuyếch đại 5 sau đó được đưa vào bộ chỉnh lưu 7. Nhờ bộ chuyển mạch 8, tín hiệu được chia
thành 2 thành phần tùy theo ánh sáng vào tế bào quang điện là xanh hay đỏ. Hai tín hiệu này được
đo bằng bộ chia 9. Tùy theo cường độ bức xạ của đối tượng đo, độ nhạy của khuyếch đại được
điều chỉnh tự động nhờ thiết bị 6.
* Ưu điểm: trong quá trình đo không phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí đo đến đối tượng đo
và không phụ thuộc vào sự hấp thụ bức xạ của môi trường
* Nhược điểm: trong phương trình tính T có các hằng số đua vào do đó sẽ gây ra sai số cho kết
quả đo. Kết cấu của hệ thống tương đối phức tạp.
145
9.2 - Đo lực, đo biến dạng:
9.2.1 - Khái niệm chung
Trong quá trình nghiên cứu cơ lý tính của các vật chịu lực, các kết cấu cơ học thì quá
trình đo lực, ứng suất, biến dạng là một bài toán rất quan trọng.
* Đo lực có đặc điểm là phạm vi đo rất rộng, từ những giá trị nhỏ đến giá trị lớn, từ
phép đo tĩnh mà các lực tác động là các đại lượng không đổi đến những xung lực tác động
với tốc độ rất cao như sự va chạm, sóng xung kích Như vậy, phải đo lực có những trị số
từ 10
6
÷ 10
8
N nhưng cũng có có lực có trị số rất nhỏ từ 10
-5
÷ 10
-12
N vì vậy khoảng đo có
thể dao động từ 10
-5
÷ 10

σ
ε
=
∆
=
Mạch đo thường là mạch cầu, kết hợp với các tầng khuếch đại và chỉnh lưu. Chỉ thị là các
dụng cụ chỉ thị cơ điện, tự ghi, điện tử và các dụng cụ số.
146
9.2.2 - Các phương pháp đo lực
Trong phương pháp đo trực tiếp thường sử dụng các phần tử áp điện và áp từ.
Giới hạn đo của các dụng cụ này phụ thuộc vào diện tích tác dụng các chuyển đổi. Ví
dụ: ứng suất pháp cho phép trong vật liệu áp từ σ < σ
gh
= 40 N/mm
2
, đối với thạch anh σ
gh
= 70 ÷ 100N/mm
2
* Ưu điểm chính của loại chuyển đổi áp từ là làm việc có độ chắc chắn cao và dải tần từ
20 ÷ 50 KHz. Phần tử áp điện chỉ đo được với lực biến thiên tần số ≥ 5 ÷ 10Hz trở lên,
không khắc độ được với lực tĩnh.
1/ Đo lực bằng lực kế:
Để đo lực bằng lực kế sử dụng chuyển đổi biến trở. Sơ đồ như hình vẽ.
F
2
3
1
5
8

2
3
~
e
F
NS
5
4
-
Hình 9.12
- Sơ đồ đo lực như hình vẽ. Lực cần đo P tác động lên thanh dẫn động 1 đến cánh tay
đòn 2. Đầu cánh tay đòn bên phải mang phần ứng 3 của chuyển đổi hỗ cảm mắc kiểu biến
áp vi sai. Khi phần ứng di chuyển tạo ra một điện áp ở đầu ra của biến áp. Điện áp này được
khuyếch đại để tăng tín hiệu ra sau đó đưa đến chỉnh lưu pha. Dòng điện sau chỉnh lưu (Ira)
được đưa đến cuộn dây 4 của chuyển đổi ngược kiểu cảm ứng 5 ở đầu cánh tay đòn bên trái.
Dòng điện trong cuộn dây 4 tạo ra một lực đẩy F lên cánh tay đòn bù với lực P.
F = k
P
.I
r
= k.P →
rr
P
IKI
k
k
P
==
trong đó: k
P

.
với
l
V
m
∆
là hệ số truyền đạt của cảm biến đo. Còn
F
l
∆
là độ mềm của vật trung gian
Vật trung gian thường làm bằng lò xo, dùng để đo các lực tương đối nhỏ. Tùy theo chức
năng làm việc có thể sử dụng các loại cảm biến di chuyển khác nhau để đo lực như: điện
kế điện trở, cảm biến từ trở biến thiên, cảm biến tụ điện
9.2.3 - Các phương pháp đo biến dạng
- Đo biến dạng có thể dùng nhiều loại chuyển đổi khác nhau, trong thực tế thường dùng
chuyển đổi điện trở lực căng.
- Phạm vi đo biến dạng tương đối (∆l/l) bằng điện trở lực căng từ 0,005 ÷ 0,02% hoặc có
thể từ 6 ÷ 10%
- Ưu điểm của các chuyển đổi điện trở lực căng đó là quán tính rất nhỏ, sử dụng được
trong dải tần rộng từ 0 ÷ 100kHz
- Trong quá trình đo cần phải thực hiện các công việc sau: chọn vị trí đo, chuẩn bị bề mặt
dán và dán chuyển đổi.
- Điện trở lực căng là những điện trở phía trên tẩm lớp cách điện mỏng và dán dọc theo
chiều biến dạng vì vậy mà tùy theo yêu cầu của phép đo mà chọn vị trí, chiều đặt điện trở
trên đối tượng đo để có thể phản ánh được biến dạng cần đo.
- Khi nghiên cứu trạng thái biến dạng theo một hướng nào đó, chuyển đổi được dán theo
hướng tác dụng của biến dạng, khi đó biến dạng cần đo xác định theo công thức:
k
R

* Xét một dầm chịu kéo (hoặc nén) như hình vẽ. Để xác định biến dạng ta sử dụng điện
kế điện trở trong đó có 4 điện trở được dán trên phần tử đàn hồi (2 dán theo hướng trục và
2 dán theo hướng vuông góc với trục) và được nối với nhau theo mạch cầu Winston.
- Khi lực P tác dụng lên dầm, thì các biến dạng chiều trục ε
a
và các biến dạng vuông góc
với trục ε
t
sẽ tăng và được xác định bởi:
EA
P
a
.
=
ε

EA
P
t
.
.
ν
ε
−=
trong đó A - diện tích mặt cắt ngang
E - môđun đàn hồi
ν - hệ số Poisson
- Khi cầu cân bằng ta có:
EA
Pk

4
4
2
2
ν
ε
−==
∆
=
∆
k - hệ số nhạy tương đối của cảm biến.
ll
RR
k
R
/
/
1
∆
∆
==
ε
ε
- Điện thế ra E
0
của mạch cầu liên quan tới ε. Theo công thức về mạch cầu ta có:
i
E
R
R

- Với giả thiết rằng 4 chuyển đổi là như nhau và R
1
= R
2
ta có:
E
0
= 2.k.(1 + ν).ε
a
.E
i
→ ε
a
=
i
Ek
E
).1.(.2
0
ν
+
= C.E
0
- Phương trình trên thể hiện biến dạng tuyến tính với điện thế ra E
0
. C là hằng số tỷ lệ.
- Trong trường hợp đo biến dạng của dầm như trên bằng cách dán các cảm biến như vậy
sẽ loại trừ được sai số do nhiệt độ của môi trường gây ra.
- Các trường hợp khi đối tượng đo không có các biến dạng như nhau và ngược dấu, để
hiệu chỉnh sai số nhiệt độ có thể dán chuyển đổi lên đối tượng cần đo, còn chuyển đổi

- Một vật luôn luôn tồn tại hai loại dao động: dao động do môi trường bên ngoài truyền
tới và dao động nội tại của bản thân vật chất.
- Việc áp dụng và xử dụng hợp lý hiện tượng dao động sẽ đem lại lợi ích cho ngành kỹ
thuật và cho con người. Dao động điện tử là cơ sở của ngành vô tuyến điện và ngành
truyền tín hiệu, đặc biệt là ngành kỹ thuật vũ trụ. Trong xây dựng sử dụng dao động để
đóng cọc móng, dầm đất. Trong ngành khai thác mỏ, dùng dao động để sàng lọc quặng.
Trong ngành cơ khí thì dao động được sử dụng rất hiệu quả như: trong quá trình gia công
cơ, để giải quyết bài toán nâng cao năng suất và chất lượng, ta đưa dao động để nghiền lỗ
côn của các bộ đôi bơm cao áp, để nâng cao năng suất ở các nguyên công tiện và khoan,
đưa dao động vào lăn ép để tạo các rãnh chứa dầu trên bề mặt có các chuyển động tương
đối với nhau
- Tuy nhiên, dao động cũng đem lại rất nhiều tác hại cho ngành kỹ thuật và con người:
làm giảm chất lượng sản phẩm, gây rung động làm ảnh hưởng tới sự làm việc của máy,
gây hại cho các công trình xây dựng, ảnh hưởng tới sức khỏe và tinh thần của người lao
động. Đặc biệt nếu xảy ra hiện tưởng cộng hưởng thì sẽ gây ra những hậu quả hết sức tai
hại.
- Do vậy việc xác định và xử lý các thông số dao động là việc làm cần thiết.
9.3.2 - Phương pháp đo và dụng cụ đo

- Dao động thường được mô tả bằng phương trình vi phân:
)(

tFcxxbxa
=++
- Các đặc trưng của một hệ dao động gồm có: li độ x, vận tốc
x
•
, gia tốc
x
••

m - khối lượng tập trung
m' - khối lượng của dầm.
- Khi đo, ta gắn tốc kế vào bộ phận máy có tần số dao động cần đo. Thanh nào có
tần số riêng gần với tần số dao động cần đo thì gần như trong điều kiện cộng hưởng và sẽ
rung mạnh nhất, còn các thanh khác thì hầu như không rung. Theo tần số dao động riêng
đã biết (ghi trên dụng cụ) của thanh đo sẽ xác định được tần số dao động cần đo.
* Chấn kế cộng hưởng Kalesnic:
- Muốn đo được tần số trong một khoảng liên tục thì ta dùng thanh có chiều dài
tự do thay đổi được.
- Chấn kế cộng hưởng Kalesnic gồm có một lá thép lò xo mỏng 1, đầu trên A
mang một khối nặng nhỏ sơn trắng chuyển động trước một bảng chia độ 2. Đầu dưới B
của lò xo gắn chặt vào vỏ hộp 3. Đai ốc 4 có xẻ rãnh dùng để giữ và điều chỉnh chiều dài
tự do của lò xo. Vít 5 có núm xoay N ở trên dùng để di chuyển đai ốc 4 trước thước khắc
độ 6. Khi vặn núm N ta thay đổi tần số riêng của lò xo và làm cho chấn kế có thể cộng
hưởng với một phạm vi tần số rộng.
- Khi sử dụng gắn chặt vỏ chấn kế vào một vật rung sao cho lò xo nằm vuông góc
với phương dao động cần đo. Vặn núm N để điều chỉnh cho cộng hưởng tức là cho đầu A
của lò xo dao động mạnh nhất. Khi đó ở vị trí đai ốc 4 trước thước 6 cho biết trị số của tần
số dao động cần đo. Ngoài ra vị trí biên độ của đầu A trước bảng 2 còn cho biết biên độ
dao động.
2/ Thiết bị ghi đo dao động cầm tay:
* Đồng hồ số: loại này có thể dùng làm chấn kế đơn giản để đo biên độ dao động của
các vật rung. Lắp đồng hồ so 1 lên khối sắt 2 có khối lượng từ 1,5 ÷ 2 kg và tay cầm 3.
153
Khi đo dao động chỉ cần nắm lấy tay cầm rồi cho đầu đồng hồ xo tiếp xúc lên bề mặt vật rung.
Kim đồng hồ sẽ lắc thành hình dải quạt biểu thị quá trình biến thiên của dao động.
- Thiết bị này dùng để đo những dao động có tần số khoảng 15 ÷ 30Hz và gia tốc lớn
nhất không quá 7 m/s
2
. Tuy nhiên đồng hồ so chỉ cho ta biết biên độ tổng hợp chứ không

5
Hình 9.17
- Nhờ các quan hệ vi tích phân của các thông số chuyển động rung, ta có thể chế
tạo được các thiết bị phối hợp giữa chuyển đổi với các mạch vi tích phân và chỉ thị để đo
độ rung và gia tốc.
- Dụng cụ đo dựa trên nguyên tắc cảm ứng, gồm một giá đỡ bằng kim loại không
dẫn từ 1 để đặt lên đối tượng đo trên giá đỡ có thanh dao động 2 và nam châm 3. Thanh
dao động 2, nam châm 3 và lò xo 4 tạo thành một khối quán tính. Bình thường dưới tác
dụng của trọng lượng, khối quán tính và lực đẩy của lò xo ở trạng thái cân bằng , cuộn dây
cảm ứng 5 đặt giữa khe hở không khí của nam châm đứng yên. Khi có rung động, nam
154
châm và cuộn dây cảm ứng di chuyển tương đối với nhau làm cho từ thông móc vòng qua
cuộn dây thay đổi, tạo ra sức điện động cảm ứng. Sức điện động sinh ra tỉ lệ với biên độ
dao động được đưa vào khuyếch đại sau đó đưa ra chỉ thị.
- Trong quá trình đo, sức điện động cảm ứng có thể bị nhiễu do từ trường bên
ngoài. Để khử nhiễu, ta quấn thêm một vòng dây bù 6 có số vòng bằng cuộn dây 5 nhưng
có chiều ngược lại, lúc này sức điện động do nhiễu sinh ra sẽ bị khử.
- Nhờ bộ vi phân 6 và tích phân thiết bị có thể đo được dao động với biên độ x,
tốc độ rung
x
•
và gia tốc
x
••
. Loại này có thể làm việc với tần số từ 20 ÷ 50 Hz.
* Chuyển đổi áp điện: để có thể đo được dải tần số cao hơn từ 10 ÷ 200Hz. Vỏ 1 của
chuyển đổi được lắp chặt với đối tượng đo. Dưới đáy vỏ là phần tử áp điện 3 được dán
chặt vào dụng cụ nhờ nhựa dán. Mặt trên của phần tử áp điện là khối quán tính 4. Phần tử
áp điện thường là tinh thể thạch anh, titanat bari (BaTiO
3

, T
2
qua bộ chỉnh lưu và chỉ thị biên độ rung x. Thiết
bị này làm việc với tần số từ 0,2 ÷ 10kHz và với sai số ±5%. Thường thiết bị đo có 4 giới
hạn gia tốc (20,100, 400, 2000 m/s
2
) và 4giới hạn biên độ (0,05; 0,25; 1; 5 mm)
* Cảm biến điện động:
- Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện động dùng để ghi các dao động cơ học.
155
C
R
B
N
B
B
N
B
C
D
A
1
A
2
1
2
e
s
e
s

C
D
D
R
U
r
Hình 9.20
- Sơ đồ nguyên tắc của chuyển đổi như hình vẽ. Khối quán tính m được gắn vào lò xo
đàm hồi C. Khi có gia tốc theo hướng thẳng đứng, dưới tác dụng của lực quán tính

xmF
=
, con trượt D gắn với khối quán tính di chuyển trên biến trở R. Khi đó điện áp ra
sẽ tỉ lệ với gia tốc cần đo. Giới hạn đo của thiết bị phụ thuộc vào khối quán tính, lò xo, nó
có thể đo được gia tốc trong cabin trên máy bay với các chế độ khác nhau. Sai số từ (1 ÷
5)%
- Trong kỹ thuật đo rung động, nhược điểm lớn nhất của các hệ thống máy đo rung cơ và
điện là giới hạn của tải, tần số và khả năng đáp ứng. Để giải quyết vấn đề này người ta sử
dụng các máy đo dao động dựa trên nguyên tắc thủy lực và khí nén.
9.4 - Đo áp suất:
9.4.1 - Khái niệm chung
- Áp suất là tỷ số giữa lực tác dụng vuông góc lên một mặt với diện tích của nó. Áp suất
là một đại lượng cơ bản để xác định trạng thái nhiệt động học của các chất. Sự vận hành
của các quá trình công nghệ, tình trạng của các thiết bị công nghệ và chế độ vận hành của
chúng được xác định bằng áp suất theo nhiều cách khác nhau.Đo áp suất được thực hiện
khi xác định một vài tham số công nghệ.
- Dựa theo loại áp suất cần đo và nguyên lý tác dụng ta có các dụng cụ đo áp suất khác
nhau. Theo hình thức đo áp suất chia thành:
• Áp kế đo áp suất
• Áp kế tuyệt đối đo áp suất tính từ độ 0 tuyệt đối

§¬n vÞ ®o
¸p suÊt
Pascal
(Pa) (B)
Bar
Kg/cm
Atmosphe
(at)
cm cét
H
2
0
mmHg mBar
2
1 Pascal 1 10
-5 -5
1,02.10
-5
0,9869.10
-2
1,02.10
-2
100,75.10
-2
750 100010200,98691,021101 Bar
5
3
1 Kg/cm
98.10 0,980 1 0,986 1000 980735
2

thủy ngân làm ngắn mạch dây điện trở. Với cách mắc như sơ đồ, sợi dây tạo thành 2 điện trở ,
được mắc cùng với 2 điện trở R khác để tạo thành mạch cầu 4 nhánh với nguồn cung cấp V.
Bình thường khi chưa có áp suất, chiều cao của 2 cột Hg bằng nhau nên 2 điện trở đặt trong 2
ống chữ U có trị số bằng nhau và mạch cầu cân bằng.
- Khi có áp suất, khí nén được đưa vào một trong hai ống dẫn, chúng ép Hg
làm cho chiều cao 2 cột Hg là khác nhau tạo ra độ chênh áp dẫn tới độ chênh lệch về điện trở
∆R giữa 2 cột, làm cầu mất cân bằng. Điện áp ra sẽ tỉ lệ với ∆R và cũng tỷ lệ với độ chênh áp
giữa 2 ống chữ U.
pV
R
RV
U
ña
∆=
∆
=

2
.
β
β - hệ số
- Cảm biến trên có thể khắc độ trực tiếp, chế tạo đơn giản nhưng nó có
nhược điểm không làm việc trong điều kiện rung, lắc, làm bẩn khí đo do Hg bốc hơi và dải đo
bị hạn chế vì phụ thuộc vào chiều cao của ống dẫn chữ U.
b/ Áp kế điện trở lực căng.
- Sơ đồ thiết bị đo áp suất như hình vẽ.
159