Điện Tử Cảm Biến - Cảm Biến Công Nghiệp part 19

Chia sẻ: Fwefwengkwengukw23432645 Fmwerigvmerilb | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

157
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'điện tử cảm biến - cảm biến công nghiệp part 19', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Điện Tử Cảm Biến - Cảm Biến Công Nghiệp part 19

ở đây hst - hệ số phân bố Student phụ thuộc vào xác suất đã cho P và số lượng phép đo n được xác định theo bảng 10.1. Bảng 10.1 n 0,5 0,9 0,95 0,98 0,99 0,999 1,000 6,31 12,7 31,8 63,7 637 2 3 0,816 2,92 4,30 6,96 9,92 31,6 0,765 2,35 2,35 4,54 5,84 13,0 4 0,741 2,13 2,78 3,75 4,60 8,61 5 0,727 2,02 2,57 3,36 4,04 6,86 6 0,718 1,94 2,49 3,14 3,71 5,96 7 0,711 1,90 2,36 3,00 3,50 5,40 8 0,706 1,86 2,31 2,90 3,36 5,04 9 0,703 1,83 2,26 2,82 3,25 4,49 10 0,697 1,80 2,20 2,72 3,10 4,78 12 0,694 1,77 2,16 2,65 3,01 4,49 14 16 0,691 1,75 2,13 2,60 2,99 4,07 0,689 1,74 2,11 2,57 2,90 3,96 18 0,688 1,73 2,09 2,54 2,86 3,88 20 0,684 1,71 2,06 2,49 2,80 3,74 25 0,683 1,70 2,04 2,46 2,75 3,65 31 0,681 1,68 2,02 2,42 2,70 3,55 41 0,679 1,67 2,00 2,39 2,66 3,46 61 0,677 1,65 1,98 2,36 2,62 3,37 121 ∞ 0,674 1,64 1,96 2,33 2,58 3,29 Số liệu bảng này được tính theo công thức: (n / 2 )! S (t; n ) = 1 (10.16) . π(n − 1).[(n − 1) / 2] (1 + t 2 / n )n / 2 Trong đó: S(t;n) - mật độ phân bố Student. ( ) t = X − X 0 / σ* . x n - số lần đo. Trường hợp n→ ∞ ( thực tế n ≥ 20) thì phân bố Student sẽ tiến đến phân bố chuẩn, lúc đó hst có thể thay thế bằng hệ số k như biểu thức 10.14.
Nh v y k t qu ovi c Bt u l ng kho ng, nh có phân b n phép o xi Student có th vi t d i d ng: (X − Δ ) < X < (X + Δ ) (10.17) ' ' 1,2 0 1,2 K v ng toán h c M[x ] = X T (10.17) ta th y r ng xác su t ca l ch trung bình i s so Sai s d v i = x i − X v i giá tr th c c a i l ng o không v t quá Δ'1,2 . n ∑ vi =0 Tính i =1 Khi th c hi n gia công k t qu o ng i ta còn xác nh khái n ∑ vi 2 10.4.4. sai số của kết quâncác phép đo gián tiếp ni m Sai s bình quả ph ng i =1 t ng i theo bi u th c sau ây: Khi tính toán các sai số ngẫu nhiên của phép đo gián tiếp cần phải nhớ rằng đại σ * lượng c= n đo1Y có quan hệ hàm với một hay nhiều đại lượng đo trực tiếp X1, X2, . . . , γ ầ X . 00 n ∑ v i / (n − 1) (10.18) Tính σ = * 2 X X Xn, tức là: i =1 Quá trình gia công k t qu o Y = f (X 1 , X 2 ,..., X n ) (10.20) c bi u di n theo s thu t σ* = σ* / n Vì thế mà sai số tuyệt đối của kết quả đo gián tiếp như sau: x toán hình 10.10. Quá trình gia 2 2 2 công này có⎛ thY th c hi n⎛trên máy ∂⎞ ∂Y ⎞ ⎛ ∂Y ⎞ Cho xác su t P tìm hst ⎜ ⎟ ⎟ ΔX 1 + ⎜ ∂X ⎟ ΔX 2 + ... + ⎜ ∂X ⎜ ⎟ ⎟ ΔX 2 ΔY = ⎜ (10.21) 2 2 ⎜ ⎟ tính v i b ⎝ ∂X 1 ngôn ng ⎝ nào,⎠ k t n tk ⎠ ⎝n ⎠ 2 và saichotương đối của kếtX 0 ả đo sẽ là: qu số ta giá tr th c qu= X và Kho ng áng tin Δ 1,2 = h st .σ* x 2 2 2 áng ⎛ ∂ Δ ⎞ . kho ngΔY tin X'1,2 2 ⎛ ∂Y ⎞ 2 2 ⎛ ∂X 2 ⎞ ⎛ ∂Y ⎞ ⎛ ∂X ⎞ ⎛ ∂Y ⎞ ⎟⎜⎜ ΔX ⎟ + ⎜ Y ⎟ ⎜ Δ X ⎟ + ... + ⎜ n ⎟ ⎜ ⎟ γY = =⎜ ⎟ ⎜ ⎟ K ⎝t qu ⎠ o⎜= X n ⎟ '1,2 ⎝ Δ ±⎠ Δ V y k t qu⎝ o ⎠nh n 1 ⎠ c ⎝ sau ⎠ ⎝ 2 ⎝ ⎠ Y Y Y khi gia công s+ γlà: + ... + γ 2 = γ2 1 (10.22) 2 X X2 Xn K t thúc X ± Δ' ,2 (10.19) Trong đó 1γ X , γ X , . . ., γ X - là sai số tương đối của các đại lượng đo trực tiếp X1, 1 2 n Hình 10.10 S thu t toán X2, . . . , Xn. gia công k t qu o Nếu các kết quả đo trực tiếp Xi được xác định với sai số bình quân phương σ X n , thì: 2 2 2 ⎛ ∂Y ⎞ 2 ⎛ ∂Y ⎞ 2 ⎛ ∂Y ⎞ 2 σγ = ⎜ ⎟ σX + ⎜ ⎟ σ X + ... + ⎜ ⎜ ∂X ⎟ σ X (10.23) ⎜ ∂X ⎟ ⎜ ∂X ⎟ ⎟ ⎝ 1⎠ ⎝ 21 ⎠ ⎝ n⎠ 1 2 n ⎛ ∂Y ⎞ ở đây ⎜ ⎜ ∂X ⎟σ X là sai số riêng của phép đo gián tiếp thứ i. ⎟ ⎝ i⎠ i
ở bảng 10.2 trình bày biểu thức tính sai số tuyệt đối và sai số tương đối của một số hàm Y thường gặp nhất trong các phép đo gián tiếp. Bảng 10.2 ΔY Sai số tuyệt đối ΔY Sai số tương đối γ Y = Hàm Y Y [(ΔX ) ] (ΔX 1 )2 + (ΔX 2 )2 + (ΔX 2 ) / (X 1 + X 2 ) X1 + X2 ± ± 2 2 2 1 2 2 ⎛ ΔX 1 ⎞ ⎛ ΔX 2 ⎞ ± X (ΔX 2 ) + X (ΔX 1 ) X1.X2 2 2 ±⎜ ⎜ X ⎟ +⎜ X ⎟ 2 2 ⎟⎜ ⎟ 1 2 ⎝ 1⎠ ⎝ 2⎠ X1 2 2 [X (ΔX ) ] ⎛ ΔX 1 ⎞ ⎛ ΔX 2 ⎞ + X (ΔX 2 ) X ±⎜ ⎜ X ⎟ +⎜ X ⎟ ± 2 2 2 2 4 ⎟⎜ ⎟ X2 ⎝ 1⎠ ⎝ 2 ⎠ 1 1 2 2 ± n(ΔX / X ) ± nX n −1 ΔX Xn 10.4.5. Bù sai số a) Bù sai số cộng tính Trong cảm biến có sai số cộng tính, ta có: YX = K X X + ΔYa (10.24) Yi +1 − Yi KX = Với . X i +1 − X i Giá trị ΔYa không thay đổi theo X là sai số cộng tính. (hình 10.11). Loại trừ sai số loại này bằng một bộ trừ (hình 10.12). X Y CB YX = KXX + ΔYa X Yi CB Xi Hình 10.12 Lo i tr sai s Hình 10.11 S nguyên lý c ng tính c m bi n có sai s c ng tính Ta có: Yi = K i X i + ΔYa (10.25) Thực hiện phép trừ theo vế (10.24) và (10.25) và biến đổi ta có: ⎛ X − Xi ⎞ X − X i = (YX − Yi )⎜ i +1 ⎟ (10.26) ⎜ Y −Y ⎟ ⎝ i +1 ⎠ i Bằng cách này ta đã loại trừ được sai số cộng tính ΔYa . b) Bù sai số nhân tính
Trong c m bi n có sai s nhân tính, ta có: X YX = XK X (1 − γ k ) YX CB Y0 (10.27) X0 Trong ó γ k là sai s nhân tính. Hình 10.12 Lo i tr sai s nhân tính Mu n bù sai s nhân tính ta dùng Nếu đại lượng vào là Xo, ta có: Y0 = X 0 K 0 (1 − γ k ) (10.28) Thực hiện phép chia theo vế (10.27) và (10.28) ta có: X K X (1 − γ k ) X K X YX = = Y0 X 0 K 0 (1 − γ k ) X 0 K 0 Y K0 X= Nhận được X0 Y0 K X (10.29) c) Bù sai số do các yếu tố ảnh hưởng Một trong những sai số khó loại trừ nhất trong các cảm biến là sai số do các yếu tố ảnh hưởng (hay các yếu tố không mang thông tin). Khi nghiên cứu các cảm biến, người ta cũng đưa vào các biện pháp để loại trừ những yếu tố đơn nhưng trong nhiều cảm biến ảnh hưởng này rất khó loại trừ. Không những thế ở các cảm biến khác nhau cùng một công nghệ chế tạo, ảnh hưởng này cũng khác nhau, vì thế trong các cảm biến thông minh người ta thường bù ảnh hưởng của các yếu tố không mang thông tin ngay trên cảm biến sử dụng. Từ phương trình biến đổi của cảm biến ta có thể viết sai số: ∂F ∂F ∂F ΔY = ΔX + Δa + Δb + ... (10.30) ∂X ∂a ∂b ∂F Δa là ảnh hưởng của yếu tố a đến kết quả đo Y. Nhờ khả năng xử lý của Trong đó ∂a máy tính ta có thể sai phân hoá và nội suy tuyến tính. Bằng thực nghiệm ta lập ra bảng yếu tố ảnh hưởng (bảng 10.3). Bảng 10.3 X X1 X2 Xj Xn A
Δ11 Δ12 Δ1j Δ1n A1 ... Δ21 Δ22 Δ2j Δ2n A2 ... ... Δi1 Δi2 Δij Δin Ai ... Δm1 Δm2 Δmj Δmn Am .... Từ giá trị Ai nhận được do một cảm biến đo phụ và giá trị của đại lượng đo Xj, tra bảng nhận được giá trị Δij, sau đó nội suy ra giá trị phải bù để loại trừ sai số do ảnh hưởng của yếu tố A. Tài liệu tham khảo 1. Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hoà, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân. Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường & điều khiển. NXB Khoa học và Kỹ thuật - 2001. 2. Phan Quang Phô, Nguyễn Đức Chiến. Giáo trình Cảm biến. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - 2000. 3. Tạ Duy Liêm. Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 1998. 4. Đỗ Xuân Thụ (chủ biên). Kỹ thuật điện tử. Nhà xuất bản Giáo dục - 2002. 5. S.C. Jomathon Lin. Computer Nummerical Control. Pelmar Publishers Inc.
Mục lục Lời mở đầu 3 Chương I. Các khái niệm và đặc trưng cơ bản 1.1. Khái niệm và phân loại cảm biến 5 1.1.1. Khái niệm về cảm biến 5 1.1.2. Phân loại cảm biến 5 1.2. Đường cong chuẩn 7 1.2.1. Khái niệm 7 1.2.2. Phương pháp chuẩn cảm biến 8 1.3. Các đặc trưng cơ bản 9 1.3.1. Độ nhạy 9 1.3.2. Độ tuyến tính 11 1.3.3. Sai số và độ chính xác 12 1.3.4. Độ nhanh và thời gian hồi đáp 13 1.3.5. Giới hạn sử dụng của cảm biến 14 1.4. Nguyên lý chế tạo cảm biến 15 1.4.1. Nguyên lý chế tạo cảm biến tích cực 15
1.4.2. Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ động 19 1.5. Mạch đo 20 1.5.1. Sơ đồ mạch đo 20 1.5.2. Một số phần tử cơ bản của mạch đo 21 Chương II. Cảm biến quang 2.1. Tính chất và đơn vị đo ánh sáng 24 2.1.1. Tính chất ánh sáng 24 2.1.2. Các đơn vị đo quang 25 2.2. Cảm biến quang dẫn 26 2.2.1. Hiệu ứng quang dẫn 26 2.2.2. Tế bào quang dẫn 29 2.2.3. Photodiot 33 2.2.4. Phototranzito 40 2.2.5. Phototranzito hiệu ứng trường 43 2.3. Cảm biến quang điện phát xạ 44 2.3.1. Hiệu ứng quang điện pháp xạ 44
2.3.2. Tế bào quang điện chân không 45 2.3.3. Tế bào quang điện dạng khí 46 2.3.4. Thiết bị nhân quang 46 Chương III. Cảm biến đo nhiệt độ 3.1. Khái niệm cơ bản 48 3.1.1. Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ 48 3.1.2. Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo 49 3.1.3. Phân loại cảm biến đo nhiệt độ 50 3.2. Nhiệt kế giản nở 51 3.2.1. Nhiệt kế giản nở dùng chất rắn 51 3.2.2. Nhiệt kế giản nở dùng chất lỏng 51 3.3. Nhiệt kế điện trở 52 3.3.1. Nguyên lý chung 52 3.3.2. Nhiệt kế điện trở kim loại 53 3.3.3. Nhiệt kế điện trở silic 56 3.3.4. Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn 56
3.4. Cảm biến nhiệt ngẫu 57 3.4.1. Hiệu ứng nhiệt điện 57 3.4.2. Cấu tạo cặp nhiệt 59 3.4.3. Mạch đo và dụng cụ thứ cấp 62 3.5. Hoả kế 67 3.5.1. Hoả kế bức xạ toàm phần 67 3.5.2. Hoả kế quang điện 68 Chương IV. Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển 4.1. Nguyên lý đo vị trí và dịch chuyển 71 4.2. Điện thế kế điện trở 71 4.2.1. Điện thế kế điện trở dùng con chạy cơ học 71 4.2.2. Điện thế kế điện trở không dùng con chạy cơ học 73 4.3. Cảm biến điện cảm 75 4.3.1. Cảm biến tự cảm 75 4.3.2. Cảm biến hỗ cảm 78 4.4. Cảm biến điện dung 81