BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 1

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

76
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những kiến thức chung về chuyển đổi sơ cấp Bài 1.1 Khái niệm và định nghĩa 1. Khái niệm chung về chuyển đổi đo l-ờng Trong sản xuất cũng nh- trong nghiên cứu khoa học, trong các quá trình công nghệ mới, hay các quá trình sản xuất phức tạp hoặc trong công nghiệp hiện đại liên quan đến việc đo l-ờng các đại l-ợng vật lý nh- cơ học, hoá học, quang học, nhiệt học. Các thiết bị đo hiện đại không chỉ tác dụng lên giác quan con ng-ời mà còn dùng vào việc tự động thu thập...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSO - CHƯƠNG 1

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT SENSOR http://www.ebook.edu.vn 1
Ch−¬ng I: Nh÷ng kiÕn thøc chung vÒ chuyÓn ®æi s¬ cÊp Bµi 1.1 Kh¸i niÖm vµ ®Þnh nghÜa 1. Kh¸i niÖm chung vÒ chuyÓn ®æi ®o l−êng Trong s¶n xuÊt còng nh− trong nghiªn cøu khoa häc, trong c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ míi, hay c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phøc t¹p hoÆc trong c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i liªn quan ®Õn viÖc ®o l−êng c¸c ®¹i l−îng vËt lý nh− c¬ häc, ho¸ häc, quang häc, nhiÖt häc. C¸c thiÕt bÞ ®o hiÖn ®¹i kh«ng chØ t¸c dông lªn gi¸c quan con ng−êi mµ cßn dïng vµo viÖc tù ®éng thu thËp sè liÖu truyÒn kÕt qu¶ ®ã ®i xa, tÝnh to¸n kh«ng cÇn sù tham gia cña con ng−êi hay tù ®éng ®iÒu khiÓn mét qu¸ tr×nh nµo ®ã. Do ®ã trªn quan ®iÓm kü thuËt qu¸ tr×nh ®o trong c¸c thiÕt bÞ hiÖn ®¹i lµ biÕn ®æi nh÷ng tin tøc vÒ ®¹i l−îng ®o thµnh d¹ng nµo ®ã thÝch hîp nhÊt ®èi víi con ng−êi hoÆc m¸y mãc ë tr×nh ®é ph¸t triÓn cña kü thuËt. ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p ®iÖn ®Ó ®o c¸c ®aÞ l−îng kh«ng ®iÖn nh− sau: + Cã thÓ thay ®æi ®é nh¹y cña thiÕt bÞ mét c¸ch ®¬n gi¶n trong ph¹m vi réng cña ®¹i l−îng ®o v× vËy cho phÐp cã nh÷ng thiÕt bÞ v¹n n¨ng cã thÓ thu thËp ®−îc nh÷ng th«ng tin rÊt bÐ vµ rÊt lín. Kü thuËt ®iÖn tö cho phÐp khuÕch ®¹i lªn hµng ngµn lÇn, v× vËy ®é nh¹y cña thiÕt bÞ t¨ng lªn rÊt nhiÒu. + C¸c thiÕt bÞ ®iÖn cã qu¸n tÝnh nhá, cã d¶i tÇn sè réng. V× vËy kh«ng chØ ®o ®−îc c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn biÕn ®æi chËm mµ cßn cã thÓ ®o ®−îc nh÷ng ®¹i l−îng biÕn ®æi nhanh mµ c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c kh«ng ®o ®−îc. + Cã kh¶ n¨ng ®o tõ xa, cho phÐp tËp trung ho¸ vµ cïng mét lóc cã thÓ ®o ®−îc nhiÒu ®¹i l−îng kh¸c nhau vÒ sè l−îng vµ tÝnh chÊt, cho phÐp truyÒn kÕt qu¶ ®o trªn kho¶ng c¸ch lín. + Cã kh¶ n¨ng liªn hîp c¸c thiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn tù ®éng nh÷ng khèi thiÕt bÞ cïng kiÓu. Vai trß quan träng ®Çu tiªn trong viÖc thu thËp th«ng tin ®o lµ c¸c bé chuyÓn ®æi ®o l−êng hay cßn gäi lµ c¸c bé c¶m biÕn (sensor). 2. §Þnh nghÜa vÒ chuyÓn ®æi ®o l−êng ChuyÓn ®æi ®o l−êng lµ thiÕt bÞ thùc hiÖn mét quan hÖ hµm ®¬n trÞ gi÷a hai ®¹i l−îng vËt lý víi mét ®é chÝnh x¸c nhÊt ®Þnh. http://www.ebook.edu.vn 3
ChuyÓn ®æi ®o l−êng s¬ cÊp lµ mét kh©u chøc n¨ng biÕn mét tÝn hiÖu kh«ng ®iÖn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. X ChuyÓn ®æi Y ®o l−êng s¬ cÊp(s) H×nh 3.1 S¬ ®å cÊu tróc cña chuyÓn ®æi ®o l−êng X: lµ tÝn hiÖu vµo thuéc nhiÒu ®¹i l−îng kh¸c nhau Y: lµ tÝn hiÖu ra th«ng th−êng lµ tÝn hiÖu ®iÖn Ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi lµ: Y = f(X) Quan hÖ cña hµm nµy cã thÓ lµ tuyÕn tÝnh hoÆc phi tuyÕn, tuy nhiªn trong kü thuËt ng−êi ta cè g¾ng chän ®iÓm lµm viÖc trªn ®o¹n tuyÕn tÝnh cña quan hÖ ®ã ®Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. Bµi 1.2: C¸c ®Æc tÝnh cña chuyÓn ®æi ®o l−êng s¬ cÊp 1. §¹i l−îng chñ Khi lµm viÖc mçi chuyÓn ®æi chÞu ¶nh h−ëng cña ®ång thêi nhiÒu ®¹i l−îng t¸c dông, song nã chØ tiÕp thu mét ®¹i l−¬ng gäi lµ ®¹i l−îng chñ cña chuyÓn ®æi. VÝ dô nh− ®iÖn trë cña chuyÓn ®æi, biÕn trë chÞu ¶nh h−ëng nµo ®ã cña ®iÖn trë d©y quÊn, ®é Èm cña lâi…nh−ng ®¹i l−îng chñ cña chuyÓn ®æi lµ di chuyÓn cña con ch¹y. 2. §Æc tÝnh cña chuyÓn ®æi Ph−¬ng tr×nh cña chuyÓn ®æi: Y = f(X) (1) Quan hÖ trªn x¶y ra c¸c tr−êng hîp: + Quan hÖ (1) lµ tuyÕn tÝnh ΔY S= gäi lµ ®é nh¹y cña chuyÓn ®æi. §é nh¹y nµy th−êng cã thø nguyªn rÊt ΔX kh¸c nhau phô thuéc vµo b¶n chÊt cña c¸c ®¹i l−îng vµo ra, (trªn thùc tÕ ®Ó cã ®−îc ®Æc tÝnh Êy ng−êi ta cã thÓ tÝnh to¸n gi¶i tÝch hoÆc b»ng ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm) + Quan hÖ trªn lµ phi tuyÕn Ng−êi ta kh¾c phôc b»ng c¸ch tuyÕn tÝnh ho¸ quan hÖ ®ã b»ng c¸c m¹ch ®iÖn tö hoÆc dïng c¸c thuËt to¸n thùc hiÖn gia c«ng b»ng m¸y tÝnh, vi xö lý… + Quan hÖ trªn lµ ®a biÕn http://www.ebook.edu.vn 4
Thùc tÕ ®¹i l−îng ta cña chuyÓn ®æi kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo X (®¹i l−îng chñ) mµ cßn phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn bªn ngoµi Z: Y =f(X, Z) ; víi X lµ ®¹i l−îng chñ. VËy khi xÐt tíi ®Çu ra cña chuyÓn ®æi ta ph¶i cè ®Þnh ®iÒu kiÖn Z, gi¸ trÞ nhá nhÊt cña ®¹i l−îng vµo X mµ chuyÓn ®æi cã thÓ ph¸t hiÖn ®−îc mét c¸ch ch¾c ch¾n goÞ lµ ng−ìng ®é nh¹y. 3. Sai sè §Æc tÝnh quan träng nhÊt cña chuyÓn ®æi lµ sai sè: + Sai sè c¬ b¶n: lµ sai sè g©y ra do nguyªn t¾c cña chuyÓn ®æi, sù kh«ng hoµn thiÖn cña cÊu tróc, yÕu kÐm vÒ mÆt c«ng nghÖ chÕ t¹o. Theo tÝnh chÊt biÓu hiÖn ta cã thÓ chia thµnh 1 sè d¹ng sai sè c¬ b¶n nh− sau: - Sù lÖch cã hÖ thèng cña ®−êng ®Æc tÝnh ®èi víi hµm ®· lý t−ëng ho¸ - Sù phô thuéc cña ®−êng ®Æc tÝnh vµo chiÒu s©u cña ®¹i l−îng vµo, tøc lµ tÝnh trÔ hay cßn gäi lµ sù biÕn h×nh - Sù sai lÖch cña ®−êng ®Æc tÝnh ®èi víi nhiÔu - §é lÖch g©y ra bëi sù chän kh«ng tèt c¸c tham sè cña ®Æc tÝnh chuÈn tøc lµ sai sè do kh¾c ®é + Sai sè phô: G©y ra do c¸c ®iÒu kiÖn bªn ngoµi kh¸c ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn nh− lµ ®iÖn ¸p nguån, nhiÖt ®é, tõ tr−êng, ®é chÊn ®éng v.v ChuyÓn ®æi lµ kh©u ®Çu tiªn ®Ó lÊy th«ng tin tõ ®èi t−îng, phôc vô cho c¸c hÖ thèng th«ng tin ®o l−êng, hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng do vËy viÖc gi¶m sai sè cã ý nghÜa quan träng. d. §Æc tÝnh ®éng Lµ mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh quan träng, khi ta ®−a tÝn hiÖu vµo chuyÓn ®æi th−êng xuÊt hiÖn qu¸ tr×nh qu¸ ®é. §Æc tÝnh ®éng thÓ hiÖn b»ng hµm truyÒn ®¹t cña chuyÓn ®æi S(p), tøc lµ quan hÖ gi÷a ®¹i l−îng ra vµ ®¹i l−îng vµo ë tr¹ng th¸i ®éng Z( p ) S(p) = X (p ) §Æc tÝnh ®éng thÓ hiÖn ë ®Æc tÝnh biªn tÇn A(ω) vµ pha tÇn ϕ(ω) e. Ph¶n t¸c dông cña chuyÓn ®æi lªn ®èi t−îng ®o Ph¶n t¸c dông cña chuyÓn ®æi thÓ hiÖn ë tiªu hao n¨ng l−îng cña ®èi t−îng cÇn ®o, tiªu hao n¨ng l−îng nµy ®−îc thÓ hiÖn ë ®iÖn trë vµo cña chuyÓn ®æi ®o l−êng http://www.ebook.edu.vn 5
Bµi 1.3 Ph©n lo¹i chuyÓn ®æi s¬ cÊp 1. Ph©n lo¹i dùa trªn nguyªn lý cña chuyÓn ®æi - ChuyÓn ®æi ®iÖn trë: lµ chuyÓn ®æi mµ ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X ®−îc biÕn thµnh ®¹i l−îng ra Y lµ ®iÖn trë cña chuyÓn ®æi - ChuyÓn ®æi ®iÖn tõ: lµ chuyÓn ®æi mµ ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X lµm thay ®æi c¸c th«ng sè cña m¹ch tõ nh−: L, M, ®é tõ thÈm μ, tõ th«ng φ… - ChuyÓn ®æi tÜnh ®iÖn: ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X lµm thay ®æi ®iÖn dung C hay ®iÖn tÝch cña nã - ChuyÓn ®æi ho¸ ®iÖn: ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X lµm thay ®æi ®iÖn dÉn hay søc ®iÖn ®éng ho¸ ®iÖn, ®iÖn c¶m… - ChuyÓn ®æi nhiÖt ®iÖn: ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn X lµm thay ®æi søc ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn hay ®iÖn trë ®Çu ra cña nã. 2. Ph©n lo¹i theo tÝnh chÊt cña nguån ®iÖn - ChuyÓn ®æi ph¸t ®iÖn: ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn sÏ lµm thay ®æi tÝn hiÖu ®Çu ra lµ E, U, I, Q v.v - ChuyÓn ®æi th«ng sè: ®Çu ra cña chuyÓn ®æi lµ c¸c ®¹i l−îng R, L, C, M. Lóc ®ã cÇn thªm c¸c nguån ®iÖn phô th× míi biÕn ®æi thµnh c¸c ®¹i l−îng U, I 3. Ph©n lo¹i theo ph−¬ng ph¸p ®o - ChuyÓn ®æi biÕn ®æi trùc tiÕp: lµ chuyÓn ®æi trong ®ã c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn ®−îc biÕn trùc tiÕp thµnh ®¹i l−îng ®iÖn - ChuyÓn ®æi bï: S¬ ®å nh− sau: ΔX Y X K Ta cã ®¹i l−îng cÇn ®o X ®−îc bï bëi ®¹i l−îng (-) cïng lo¹i Xk do m¹ch ph¶n håi t¹o ra: Xk ⎧ X k = βY β ⎪ ⇒ Y = ( X − X k ) K = ( X − Yβ ) K ⎨ΔX = X − X k ⎪Y = ΔX .K ⎩ H×nh 3.2 S¬ ®å cÊu tróc chuyÓn ®æi bï K ⇒ KX = Y + YβK ⇒ Y = X 1 + Kβ X NÕu K rÊt lín hay Kβ >>1, vËy Y = , lóc ®ã Y chØ phô thuéc vµo ®é chÝnh x¸c cña β m¹ch ph¶n håi. Do ®ã nÕu m¹ch thuËn cã sai sè lín. Song nÕu ®¶m b¶o hÖ sè K lín th× ®é chÝnh x¸c cña chuyÓn ®æi kiÓu bï chØ phô thuéc vµo ®é chÝnh x¸c cña m¹ch ph¶n håi http://www.ebook.edu.vn 6
(chuyÓn ®æi ng−îc), mµ th−êng chuyÓn ®æi ng−îc lµ chuyÓn ®æi biÕn ®æi trùc tiÕp nªn cã ®é chÝnh x¸c cao. Ch−¬ng 2. ChuyÓn ®æi ®iÖn trë Bµi 1. ChuyÓn ®æi ®iÖn trë tiÕp xóc 1. Nguyªn lý c¬ b¶n ChuyÓn ®æi ®iÖn trë tiÕp xóc lµ 1 chuyÓn ®æi ®o l−êng trong ®ã di chuyÓn c¬ häc ®−îc biÕn thµnh sù thµnh sù ®ãng më c¸c tiÕp ®iÓm, c¸c tiÕp ®iÓm nµy dïng ®Ó ®iÒu khiÓn m¹ch ®iÖn. §¹i l−îng chñ cña chuyÓn ®æi tiÕp xóc lµ sù chuyÓn rêi. ChuyÓn ®æi tiÕp xóc ®¬n gi¶n nhÊt lµ chuyÓn ®æi cã 1 giíi h¹n vµ mét cÆp tiÕp ®iÓm nh− h×nh vÏ trªn, sù ®ãng më tiÕp ®iÓm do sù di chuyÓn cña cÇn ®o. R 3 4 C 2 L 1 H×nh 3.3 ChuyÓn ®æi tiÕp xóc mét giíi h¹n VÝ dô: khi kÝch th−íc cña s¶n phÈm 1 thay ®æi (t¨ng), thanh tr−ît 2 di chuyÓn lµm cho phÇn tö tiÕp xóc g¾n trªn thanh 3 ®−îc tiÕp xóc víi 4. §iÖn trë tiÕp xóc cña 3 vµ 4 thay ®æi tõ Rtx = ∞ thµnh Rtx ≈ 0. Khi kiÓm tra kÝch th−íc s¶n phÈm ng−êi ta th−êng dïng chuyÓn ®æi nhiÒu giíi h¹n nh− h×nh vÏ sau: L H×nh 3.4 ChuyÓn ®æi tiÕp xóc nhiÒu giíi h¹n http://www.ebook.edu.vn 7