Bài giảng Đo lường cảm biến: Chương 1

Ch

ng 1: Khái ni m v đo l

ươ

ệ

ề

ườ

ng và c m bi n ả

ế

I. C u trúc c a m t d ng c đo không đi n.

ộ ụ

ụ

ủ

ệ

ấ

ổ X Y

M ch đo ạ C c u ơ ấ ch thỉ ị Chuy n đ I ể s c p ơ ấ (c m bi n) ế ả

ng Đ I l

ng Đ I l ạ ượ không đi nệ ạ ượ đi nệ

Máy đo g m 3 Khâu : ồ

ng không ể ạ ượ

+ Chuy n đ i: thu nh n và bi n đ i s thay đ i c a đ i l đi n thành s thay đ i c a đ i l ổ ủ ổ ự ng đi n đ u ra. ế ạ ượ ậ ổ ủ ổ ự ệ ệ ầ

ệ ừ

ể ị ứ ế ạ ồ ọ ị

ạ ớ ơ ấ ợ

Tra ng 1

+ M ch đo: gia công tín hi u t khâu chuy n đ i cho phù h p ợ ổ v i c c u ch th . Bao g m : khu ch đ i, d ch m c, l c, ph i ố ỉ h p tr kháng ở + C c u ch th : hi n th k t qu đo (S , kim, đi n t ). ỉ ơ ấ ệ ử ị ế ể ả ố ị

II. Các thông s đ c tr ng c a chuy n đ i ổ

ố ặ

ư

ủ

ể

1. Ph ươ ng trình chuy n đ i ổ ể

X Y ng Đ i l Chuy n đ i ổ ể ạ ượ đi nệ Đ i l ng ạ ượ không đi nệ

ng đi n (Y) ệ ể ể ủ ể ổ ở

Đ i l ạ ượ di n theo ngõ vào không đi n (X) qua m t hàm f. ễ ngõ ra c a chuy n đ i luôn có th bi u ộ ệ

Y = f(X)

1, X2,…, Xn)

Tác d ng c a nhi u: Y = f(X, X ụ ủ ễ

ữ ng nhi u, do v y đi u ki n lý ậ ễ ề ệ

Tra ng 2

ng là các đ i l Trong đó X1, X2,… là nh ng đ i l t ạ ượ ưở ạ ượ ng này b ng 0. ằ

+ Ph ng pháp chu n c m bi n (Calibration) ươ ế ả ẩ

ng trình chuy n ậ ể

Chu n c m bi n là phép đo nh m m c đích xác l p ph ụ ằ i d ng ph đ i c a c m bi n ho c d ươ ướ ạ ẩ ổ ủ ả ả ế ế ng trình ho c d ng đ th ồ ị ươ ạ ặ ặ

i xác đ nh đ tìm

ữ ể ị

ệ c ngõ ra y Th c hi n phép đo v i nh ng tín hi u ngõ vào x đ ự ệ ng đ c tính ặ ự ượ ườ ớ i  xây d ng đ

+ Chu n đ n gi n ả ẩ ơ

ụ ả

Tra ng 3

+ Chu n nhi u l n : áp d ng các c m ẩ bi n có tính tr ề ầ ễ ế

2. Đ nh y. ộ ạ

s bi n thiên đ u ra theo bi n thiên đ u ỷ ố ế ế ầ ầ

¶ D = = Đ nh y là t ạ ộ vào. Đ nh y ch đ o ộ ủ ạ : ạ S ﬁ D lim X 0 ¶ D Y X Y X

x càng l n t c kh năng đo đ

ạ ủ ạ ớ ứ

c các đ i ạ ng bi n thiên đ u vào càng nh đ ng nghĩa v i chuy n ể ả ỏ ồ ượ ớ

t Đ nh y ch đ o S ộ l ầ ế ượ đ i càng t ổ ố

¶ D

Y X

lim X i

Đ nh y ph ạ ụ : ộ ﬁ D ¶ D

ưở ủ ụ xi càng nh t c nh h

ng c a các đ i ỏ ứ ả ạ ng ph (nhi u) c ng nh đ ng nghĩa v i chuy n đ i ổ ỏ ồ ụ ể ả ớ

Tra ng 4

Đ nh y ph S ạ ộ l ễ ượ càng t tố

K =

S i S

Đ ch n l a: t l ọ ự ộ ỷ ệ ữ gi a đ nh y ch đ o và đ nh y ph ụ ủ ạ ạ ạ ộ ộ

i càng l n ớ  càng t

C m bi n có K ế ả tố

Ví d : cho 2 c m bi n có đ nh y nh b ng sau: ư ả ụ ế ả ạ ộ

C m bi n ế ả

CB1 Sx 8.10-3mV/kg Sxi 4.10-6mV/0C

CB2 9.10-3mV/kg 8.10-6mV/0C

XCB

1 >

Nên ch n c m bi n nào? T i sao? ế ả ạ ọ

1 CBX

ọ ế

S S

Tra ng 5

Ch n c m bi n ả 1

3. Ng ng đ nh y và gi i h n đo. ưỡ ộ ạ ớ ạ

ấ ủ ộ ế ộ

Ng ạ ra ch a thay đ i ổ ng đ nh y là đ bi n thiên l n nh t c a ngõ vào mà ngõ ớ ưỡ ư

ỏ t ố Y = f(X + Δ0)  Δ0 càng nh càng t

ng trình i h n đo là ph m vi bi n thiên ngõ vào mà ph ế ạ ươ

Gi chuy n đ i còn nghi m đúng. ớ ạ ể ệ ổ

i h n đo l n ự ế ả ả ả ọ ọ ớ ạ ớ

Khi l a ch n c m bi n ph i ch n c m bi n có gi h n ho c b ng kho ng mu n đo. ế ả ặ ằ ố ơ

4. Đ tuy n tính. ộ ế

c g i là tuy n tính trong m t d i đo xác đ nh ượ

M t c m bi n đ ị ế n u trong d i đo đó đ nh y không ph thu c vào giá tr đo. ộ ả ộ ộ ả ế ế ả ọ ộ ụ ạ ị

i ta s d ng các m ch ế ế ế

Tra ng 6

N u c m bi n không tuy n tính, ng ạ đo đ hi u ch nh thành tuy n tính g i là s tuy n tính hóa. ử ụ ế ả ể ệ ườ ọ ự ế ỉ

+ Đ ng th ng t t nh t (Best Straight Line) ườ ẳ ố ấ

i ta đo đ ẩ ế ườ ượ c các c p giá tr ng v i ớ ị ứ ặ

Khi chu n m t c m bi n, ng ộ ả ngõ ra và ngõ vào {xi, yi}.

ng thì nh ng giá tr này s n m trên m t đ ng đ c ị ưở ẽ ằ ộ ườ ặ

ườ

ự ữ ng th ng ẳ ệ ờ

ằ ng cong chu n. ượ ả ự ẩ ệ

k t qu th c nghi m sao cho sai t nh t. + Lý t tr ng là đ ư + Th c nghi m các đi m này không n m trên cùng đu ng ể ng g i là đ th ng mà n m trên 1 đ ọ ườ ằ c xây d ng t ừ ế ự ẳ ng th ng t ố ằ ườ ẳ Đ ng th ng đ ượ ườ s là nh nh t : đ ỏ ố ấ ấ

y = a.x + b

xy . i

- (cid:229) (cid:229) (cid:229)

)

(

2 i

- (cid:229) (cid:229)

(

2 i

xy . i

). 2

- (cid:229) (cid:229) (cid:229) (cid:229)

)

(

2 i

Tra ng 7

- (cid:229) (cid:229)

ị ự ị ượ c g m sai s ố ồ

5. Sai s . ố Là sai l ch gi a giá tr th c và giá tr đo đ ệ ữ ng đ i tuy t đ i và sai s t ố ố ươ ệ ố

ng đo l ng ủ ế ổ ạ ượ ể ố ườ

Có 3 l ai sai s ch y u trong chuy n đ i đ i l ọ không đi n : ệ

ố ế ệ ế ặ ấ ả ố

+ Sai s phi tuy n là sai s xu t hi n trong k t qu đo do đ c tính chuy n đ i là phi tuy n. ể ế ổ

Kh c ph c : tuy n tính hóa đ c tính chuy n đ i ổ ụ ể ế ặ ắ

ng c a các đ i l ng ố ụ ệ ả ấ ưở ạ ượ ủ

+ Sai s ph là sai s xu t hi n do nh h ố ph .ụ

ng theo yêu c u ắ ụ ế ầ

ử ụ ấ ễ ễ ở ọ

ụ ố ộ ố ộ

Tra ng 8

Kh c ph c : s d ng c m bi n đúng trong môi tr ả c a nhà s n xu t, L c nhi u, Bù nhi u, Ph i h p t ng tr v.v… ả ủ + Sai s ng ưỡ vào công ngh ch t o nên không có cách kh c ph c. ườ ố ợ ổ ng đ nh y. Sai s này ph thu c ố ạ ụ ng : sai s do ng ưỡ ệ ế ạ ắ

III. Phân l ai chuy n đ i.

ổ

ọ

ể

c phân lo i theo 1 trong các tiêu chu n sau: Chuy n đ i có th đ ổ ể ượ ể ẩ ạ

+ Yêu c u v ngu n cung c p: ề ầ ấ ồ

- Tích c c và th đ ng ụ ộ ự

+ Tr ng thái tín hi u ra: ệ ạ

- T ng t và s ươ ự ố

+ Tr ng thái đo l ng ạ ườ

Tra ng 9

- Tr ng thái l ch và cân b ng. ệ ạ ằ

1. Chuy n đ i tích c c và th đ ng. ụ ộ ự ổ ể

ng bên ể ổ ượ

a. Chuy n đ i tích c c: đòi h i s cung c p năng l ấ ự ngòai hay tín hi u kích thích đ tác đ ng. ỏ ự ể ệ ộ

ự ế

ậ ng đi n. Nguyên lý chuy n đ i : d a trên các hi u ng v t lý bi n đ i ể ổ ệ ứ ổ ng nào đó thành năng l m t d ng năng l ượ ộ ạ ượ ệ

(M1)

eT1

(M2)

0oC

(M1)

+ Hi u ng nhi ệ ứ ệ t đi n: ệ

F

+ Hi u ng áp đi n: ệ ứ ệ

v  F

Tra ng 10

e  W

+ Hi u ng c m ng đi n t ả ứ ệ ứ ệ ừ

+ Hi u ng quang - đi n – t ệ ứ ệ ừ

v  F

B

ư ệ

Ngòai ra còn nhi u hi u ng khác nh : Hi u ng quang đi n, ệ ứ ệ ứ hi u ng h a đi n, hi u ng Hall, v.v… (TLTK) ệ ứ ệ ứ ề ệ ỏ

b. Chuy n đ i th đ ng. ổ ụ ộ ể

ộ

Phát tín hi u đáp tr l ệ mà không c n năng l i s tác đ ng c a kích thích bên ngòai ng cung c p t ả ạ ự ượ ủ bên ngòai. ấ ừ ầ

t đi n, chuy n đ i áp đi n … Ví d : c p nhi ụ ặ ệ ệ ệ ể ổ

ể ế ạ ừ nh ng tr ở ổ

Tra ng 11

Chuy n đ i th đ ng th kháng có thông s ch y u nh y v i đ i l c ch t o t ớ ạ ượ ng đ ượ ạ ườ ủ ế ụ ộ ố ữ ng c n đo. ầ

ng t 2. Chuy n đ i t ể ổ ươ ự và chuy n đ i s . ổ ố ể

ng t : cung c p tín hi u liên t c trong c c ng ổ ươ ự ả ườ ụ ệ ấ

a. Chuy n đ i t ể đ , th i gian và không gian ộ ờ

H u h t các giá tr đo l ng v t lý mang tính ch t t ng t ế ầ ị ườ ấ ươ ậ . ự

t đ , s d ch chuy n, c Ví d : nhi ụ ệ ộ ự ị ể ườ ng đ sáng ộ

tr ng thái các b b. Chuy n đ i s : tín hi u ra gi ổ ố ể ệ ữ ở ạ ướ c ho c r i r c ặ ờ ạ

i, đáng tin c y và d truy n đi xa. Tín hi u s d dàng l p l ố ễ ặ ạ ệ ễ ề ậ

Tra ng 12

Ví d : Shaft Encoder, Contact switch… ụ

3. Tr ng thái h at đ ng. ộ ọ ạ

ế ộ ệ ệ ả ồ

ế ị ủ

a. Ch đ l ch: tín hi u ph n h i là s thay đ i ổ ự t b đo. (l ch) so v i tr ng thái ban đ u c a thi ầ ng ng v i giá tr đo S thay đ i này t ớ ươ ớ ạ ổ ệ ự ứ ị

ế ộ

ệ ưở ể ng c a tín ủ i ạ ố

b. Ch đ cân b ng: đ a nh h ư ả ằ hi u đo lên h th ng đo l ườ ệ ố tác đ ng c a h th ng đo l ng ệ ố ủ ộ ng đ ch ng l ườ

ụ

Tra ng 13

D ng c đo l ụ xác h n ơ ở ế ộ ch đ l ch nh ng đáp ng th ư ch đ cân b ng có th có k t qu đo chính ả ế ể ng ch m h n ơ ậ ườ ng ườ ở ế ộ ệ ằ ứ

IV. Nhi u đo. ễ

Chia làm 2 l ai chính : Nhi u n i t i và nhi u đ ng truy n ộ ạ ễ ọ ễ ườ ề

t ộ ạ

i phát sinh do không hòan thi n trong vi c thi ệ ế i không th kh c ắ ệ ể ộ ạ ễ ế

+ Nhi u n i t ễ k , ch t o các b c m bi n. Nhi u n i t ế ạ ộ ả ph c nh ng có th gi m thi u. ể ả ư ế ể ụ

ng truy n phát sinh do nh ng ngu n nhi u, t ừ ữ

ề ễ sóng radio, do m ch ph i h p trên ạ ồ ố ợ

ạ

i máy thu.Đ gi m nhi u trên ể ả ươ ườ ườ ườ ộ ố ư

Tra ng 14

+ Nhi u do đ ườ ễ ng, tr tr ng đi n t ệ ừ ườ ng truy n, ho c phát sinh t đ ặ ề ng truy n ta có th s d ng m t s ph đ ể ử ụ ề ly ngu n, l c ngu n, n i đ t, b trí linh ki n h p lý,… ệ ố ấ ọ ễ ng pháp nh : cách ợ ố ồ ồ

M t s bi n pháp kh c ph c nhi u ộ ố ệ ụ ễ ắ

100pA 3m V 0.5m V 1mV 1mV 10pA 100pA 0.01- 10pA

Nguoàn 50Hz Nguoàn 100Hz 150 Hz do maùy bieán aùp bò baõo hoaø Ñaøi phaùt thanh Tia löûa do chuyeån maïch Dao ñoäng Dao ñoäng caùp noái Baûng maïch

Tra ng 15

Caùch ly nguoàn nuoâi, maøn,noái ñaát Loïc nguoàn Boá trí linh kieän hôïp lyù Maøn chaén Loïc, noái ñaát,maøn chaén Gheùp noái cô khí, khoâng ñeå daây cao aùp gaàn ñaàu vaøo chuyeån ñoåi Söû duïng caùp ít nhieãu(ñieän moâi taåm Cacbon) Lau saïch, duøng caùch ñieän Teflon

Các b ướ c đ l a ch n c m bi n: ọ ể ự ế ả

Ch c năng: - Đ i l ng v t lý c n đo - Ph ng pháp đo ứ ạ ượ ậ ầ ươ

- Đ chính xác ộ - Sai số

- Đ phân gi ộ i ả

Môi tr ngườ - Khí h u, nhi ậ ệ ộ t đ , áp su t, đ m… ấ ộ ẩ

ng … - Đi n, t ệ tr ừ ườ

K t n i ế ố - Đi n: ngu n cung c p đi n áp, công su t ấ ấ ệ ệ ồ

- Tín hi u: T ng t ệ ươ ự (dòng đi n, đi n áp, t n s ) ố ệ ệ ầ

S (k t n i n i ti p hay song song) ố ế ố ố ế

Tra ng 16

- C : ch n l ai đ u n i ố ọ ọ ầ ơ