CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO
45 tiết (3 tiết/tuần)- 30t LT,15t TH
Thời lượng: Đánh giá sinh viên:
3 bài kiểm tra (Bài tập lớn) 1 bài thi (Không sử dụng tài liệu)
Tài liệu giảng dạy:
1.Kỹ thuật đo lường – Lê Quốc Huy 2.Measurement Systems - Esnest O.Doebelin
Tài liệu tham khảo:
Giảng viên:
1. Cảm biến công nghiệp- Hoàng Minh Công 2. Đo lường điện tử - Dư Quang Bình… Nhữ Quý Thơ nhuquytho@yahoo.com nhuquytho@haui.edu.vn
BÀI MỞ ĐẦU
1. Mục đích môn học
Trang bÞ c¸c kiÕn thøc vÒ kü thuËt c¶m biÕn vµ xö lý tÝn hiÖu.
Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸c ®¹i l−îng biÕn ®æi dùa trªn ®¹i l−îng ®iÖn, ph−¬ng ph¸p ghÐp nèi c¶m biÕn víi m¸y tÝnh vµ c¸c bé ®iÒu khiÓn.
Nguyªn lý vµ ph−¬ng ph¸p sö dông c¸c thiÕt bÞ phÇn cøng chuyªn dông còng nh− phÇn mÒm m¸y tÝnh trong ®o l−êng vµ xö lý tÝn hiÖu thu ®−îc tõ c¸c bé c¶m biÕn.
CÊu tróc vµ c«ng dông cña c¸c bé c¶m biÕn th«ng dông vµ c¸c m¹ch ®iÖn nèi ghÐp, c¸c hÖ thèng ®o l−êng chuyªn dông, c¸c phÇn mÒm thu thËp vµ xö lý sè liÖu.
BÀI MỞ ĐẦU
2. Vai trß cña m«n häc
C¸c hÖ thèng c¶m biÕn ®−îc coi nh− c¸c gi¸c quan cña c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn tù ®éng cã nhiÖm vô c¶m nhËn biÕn ®æi cña c¸c sù kiÖn vËt lý kh«ng ph¶i ®iÖn vµ biÕn chóng thµnh ®¹i l−îng ®iÖn ®Ó c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhËn biÕt ®−îc, gióp chóng ta nhËn d¹ng vµ ®¸nh gi¸ t×nh tr¹ng còng nh− ®iÒu khiÓn mäi tr¹ng th¸i cña thiÕt bÞ phï hîp.
HÖ thèng c¶m biÕn cã vai trß then chèt trong c¸c hÖ thèng tù
®éng ®Æc biÖt lµ c¸c hÖ thèng th«ng minh.
C¶m biÕn lµ mét bé phËn quan träng hµng ®Çu kh«ng thÓ thiÕu
trong c¸c hÖ thèng tù ®éng ®ßi hái cÇn ph¶i tiÕp cËn
M«n häc lµ mét m«n then chèt vµ b¾t buéc ®èi víi sinh viªn
ngµnh c¬ ®iÖn tö.
BÀI MỞ ĐẦU
3. Mét sè vÝ dô ứng dụng trong c«ng nghiệp:
Phát hiện màng trong
Phát hiện băng niêm phong trên nắp lọ/hộp
BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện dấu/vết trên
Phát hiện dãy băng niêm phong trên bao thuốc lá nền
BÀI MỞ ĐẦU
Cảm biến phát hiện màu Đo đường kính của ống
BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện lon kim loại
Kiểm tra hiện tượng thủng nắp thiếc, nắp nhôm
BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện nắp lọ bị hỏng
BÀI MỞ ĐẦU
Phân biệt chiều cao của nắp
Phát hiện mức sữa/nước trái cây bên trong hộp
BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện nắp nhôm trên chai nước
Phát hiện nhãn bằng plastic bóng trên giấy
BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện chai PET Phát hiện mẫu bánh trên băng chuyền
ch¬ng 1 c¸c kh¸I niÖm vµ ®Æc trng c¬ b¶n
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn 1.1 Kh¸i niÖm
C¶m biÕn lµ thiÕt bÞ dïng ®Ó c¶m nhËn biÕn ®æi c¸c ®¹i l−îng vËt lý vµ c¸c ®¹i l−îng kh«ng cã tÝnh chÊt ®iÖn cÇn ®o thµnh c¸c ®¹i l−îng ®iÖn cã thÓ ®o vµ xö lý ®−îc.
C¸c ®¹i l−îng cÇn ®o (m) th−êng kh«ng cã tÝnh chÊt ®iÖn: NhiÖt ®é, ¸p suÊt... t¸c ®éng lªn c¶m biÕn cho ta mét ®Æc tr−ng (s) mang tÝnh chÊt ®iÖn (®iÖn tÝch, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn hoÆc trë kh¸ng) chøa ®ùng th«ng tin cho phÐp x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®o.
§Æc tr−ng (s) lµ hµm cña ®¹i l−îng cÇn ®o (m): s = F(m)
(s) : Lµ ®¹i l−îng ®Çu ra hoÆc lµ ph¶n øng cña c¶m biÕn. (m): Lµ ®¹i l−îng ®Çu vµo hay kÝch thÝch (cã nguån gèc lµ ®¹i
l−îng cÇn ®o). Th«ng qua ®o ®¹c (s) cho phÐp nhËn biÕt gi¸ trÞ cña (m).
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
Ph©n lo¹i theo nguyªn lý chuyÓn ®æi gi÷a ®¸p øng vµ kÝch thÝch
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
Ph©n lo¹i theo d¹ng kÝch thÝch
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
Ph©n lo¹i theo tÝnh n¨ng cña bé c¶m biÕn
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
Ph©n lo¹i theo ph¹m vi sö dông
Ph©n lo¹i theo th«ng sè cña m« h×nh m¹ch thay thÕ
+ C¶m biÕn tÝch cùc cã ®Çu ra lµ nguån ¸p hoÆc nguån dßng. + C¶m biÕn thô ®éng ®−îc ®Æc tr−ng b»ng c¸c th«ng sè R, L, C, M .... tuyÕn tÝnh hoÆc phi tuyÕn.
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
VÝ dô vÒ c¶m biÕn thô ®éng
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
VÝ dô vÒ c¶m biÕn tÝch cùc
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
C¸c lo¹i c¶m biÕn hay ®−îc sö dông
C¸c lÜnh vùc øng dông
trong c«ng nghiÖp vµ d©n dông
*: XÕp theo sè l−îng c¸c lo¹i c¶m biÕn b¸n ®−îc t¹i Ph¸p n¨m 2002
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.3 §−êng cong chuÈn cña c¶m biÕn
Kh¸i niÖm
§−êng cong chuÈn c¶m biÕn lµ ®−êng cong biÓu diÔn sù phô thuéc cña ®¹i l−îng ®iÖn (s) ë ®Çu ra cña c¶m biÕn vµo gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®o (m) ë ®Çu vµo.
§−êng cong chuÈn cã thÓ biÓu diÔn b»ng biÓu thøc ®¹i sè d−íi d¹ng:
s = F(m)
1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
Ph−¬ng ph¸p chuÈn c¶m biÕn
ChuÈn c¶m biÕn lµ phÐp ®o nh»m môc ®Ých x¸c lËp mèi quan hÖ gi÷a gi¸ trÞ s ®o ®−îc cña ®¹i l−îng ®iÖn ë ®Çu ra vµ gi¸ trÞ m cña ®¹i l−îng ®o cã tÝnh ®Õn c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng, trªn c¬ së ®ã x©y dùng ®−êng cong chuÈn d−íi d¹ng t−êng minh (®å thÞ hoÆc biÓu thøc ®¹i sè). Khi chuÈn c¶m biÕn, víi mét lo¹t gi¸ trÞ ®· biÕt chÝnh x¸c mi cña m, ®o gi¸ trÞ t−¬ng øng si cña s vµ dùng ®−êng cong chuÈn.
C¸ch chuÈn
- ChuÈn ®¬n gi¶n
+ Trùc tiÕp + Gi¸n tiÕp
- ChuÈn nhiÒu lÇn
2. C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña c¶m biÕn
2.1 §é nh¹y (Sensitivity)
Độ nhạy là tỷ số của độ thay đổi nhỏ nhất ở đ¸p ứng ra của thiết bị đo theo độ thay đổi nhỏ nhất ở đại lượng đầu vào.
Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n: Y= F(X,a,b,c...) F/X - §é nh¹y víi x (Sensibility) F/ a - §é nh¹y cña yÕu tè anh h−ëng a hay
nhiÔu
F/X = Kxt- §é nh¹y theo X ë Xt hay ng−êi ta
cßn ký hiÖu lµ S
Khi K= const -> X,Y lµ tuyÕn tÝnh. K=f(X) -> X, Y lµ kh«ng tuyÕn tÝnh - > sai sè
phi tuyÕn. ViÖc x¸c ®Þnh K b»ng thùc nghiÖm gäi lµ kh¾c ®é thiÕt bÞ ®o. Víi mét gi¸ trÞ cña X cã thÓ cã c¸c gi¸ trÞ Y kh¸c nhau, hay K kh¸c nhau.
2. C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña c¶m biÕn
2.1 §é nh¹y (Sensitivity)
TrÔ (Hysteresis) Lçi lÆp l¹i (Reapeatability) D¶i chÕt (Dead-band zone)
2. C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña c¶m biÕn
2.2 §é chÝnh x¸c (Accuracy)
Độ chÝnh x¸c chỉ mức độ gần đóng mà gi¸ trị đo được sẽ đạt so với gi¸ trị ®óng của đại lượng cần đo. Sai lÖch gi÷a gi¸ trÞ thùc vµ gi¸ trÞ ®o gäi lµ sai sè khi ®o gåm:
- Sai sè th«: Do quy ®Þnh vÒ giíi h¹n ®o vµ ng−êi ®o - Sai sè ngÉu nhiªn - Sai sè hÖ thèng
Sai sè cña c¶m biÕn mang tÝnh chÊt −íc tÝnh v× kh«ng biÕt chÝnh x¸c gi¸ trÞ cÇn ®o.
2.3 §é ph©n gi¶i (Resolution)
Độ ph©n giải là sự thay đổi nhỏ nhất ở c¸c gi¸ trÞ ®o ®îc (kh«ng phải lµ gi¸ trị 0) mà một thiết bị đo cã thể ®¸p ứng để cho một sè đo x¸c định. Độ ph©n gi¶i th−êng lµ gi¸ trÞ v¹ch chia nhá nhÊt trªn thang chia ®é lÖch.
2. C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña c¶m biÕn
2.4 §é tuyÕn tÝnh (Linearlization)
Mét c¶m biÕn ®−îc gäi lµ tuyÕn tÝnh trong mét d¶i ®o x¸c ®Þnh nÕu trong d¶I chÕ ®é ®ã, ®é nh¹y kh«ng phô thuéc vµo ®¹i l−îng ®o. Trong chÕ ®é tÜnh, ®é tuyÕn tÝnh chÝnh lµ sù kh«ng phô thuéc cña ®é nh¹y cña c¶m biÕn vµo gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®o.
2.5 Giíi h¹n cña thiÕt bÞ ®o (Span/Full Scale/Range)
- Giới hạn về thang đo. - Độ mở rộng thang đo. - Giới hạn về công suất. - Giới hạn về tần số. - Giới hạn về trở kh¸ng.
