1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

Tài liệu Kỹ thuật cảm biến và đo lường potx

223 725 13

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 223
Dung lượng 12,73 MB

Nội dung

Đ I H C CÔNG NGHI P TP.HCM KHOA CÔNG NGH ĐI N T GIÁO TRÌNH LÝ THUY T K THU T C M BI N VÀ ĐO LƯ NG BIÊN SO N: TR N VĂN HÙNG LƯU HÀNH N I B 2012 Chương 1: Các Khái Ni m Chung Chương CÁC KHÁI NI M CHUNG 1.1 Gi i thi u C m bi n thi t b dùng ñ c m nh n bi n ñ i ñ i lư ng v t lý đ i lư ng khơng có tính ch t n c n đo thành đ i lư ng n có th đo x lý đư c Trong q trình s n xu t có nhi u đ i lư ng v t lý nhi t ñ , áp su t, t c ñ , t c ñ quay, n ng ñ pH, ñ nh n c n ñư c x lý cho đo lư ng, cho m c đích ñi u n truy n ñ ng Các b c m bi n th c hi n ch c này, chúng thu nh n, đáp ng kích thích C m bi n đư c xem k thu t ñ chuy n ñ i lư ng v t lý nhi t ñ , áp su t, kho ng cách sang m t ñ i lư ng khác đ có th đánh giá t t Các ñ i lư ng ph n l n tín hi u n Thí d : ði n áp, dịng n, n tr ho c t n s dao ñ ng Các tên khác c a khác c a b c m bi n: Sensor, b c m bi n ño lư ng, ñ u dò, van ño lư ng, b nh n bi t ho c b bi n ñ i Các ñ i lư ng c n ño (m) thư ng khơng có tính ch t n (nhi t ñ , áp su t…) tác ñ ng lên c m bi n cho ta m t ñ c trưng (s) mang tính ch t n (đi n áp, dịng n, tr kháng…) ch a thơng tin cho phép ta có th xác đ nh giá tr c a đ i lư ng n đó, đ c trưng (s) hàm c a đ i lư ng c n ño (m) s = F(m) (1.1) Ngư i ta g i (s) ñ i lư ng ñ u ph n ng c a c m bi n, (m) ñ i lư ng đ u vào hay g i kích thích Thơng qua đo đ c (s) cho phép nh n bi t giá tr c a (m) Hình nh c a lo i c m bi n thư ng dùng hi n đư c mơ t mơ hình 2.1 Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung Hình 1.1 Các lo i c m bi n thông d ng hi n Các b c m bi n ñư c s d ng nhi u lĩnh v c công nghi p dân d ng Các b c m bi n ñ c bi t r t nh y c m ñư c s d ng thí nghi m lĩnh v c nghiên c u khoa h c Trong lĩnh v c t đ ng hố ngư i ta s d ng sensor thông thư ng hay c m bi n có ch c đ c bi t 1.2 ðư ng cong chu n c a c m bi n 1.2.1 Khái ni m ðư ng cong chu n c m bi n ñư ng cong bi u di n s ph thu c c a ñ i lư ng ñi n (s) ñ u c a c m bi n vào giá tr c a ñ i lư ng ño (m) ñ u vào ðư ng cong chu n có th bi u di n b ng bi u th c ñ i s dư i d ng s=F(m), ho c b ng ñ th Hình 1.2 (a) ðư ng cong chu n b) ðư ng cong chu n c a c m bi n n tính hóa D a vào đư ng cong chu n c a c m bi n, ta có th xác đ nh giá tr mi chưa bi t c a m thơng qua giá tr đo ñư c si c a s ð d s d ng, ngư i ta thư ng ch t o c m Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung bi n có s ph thu c n tính gi a ñ i lư ng ñ u ñ i lư ng ñ u vào, phương trình s= F(m) sau phép bi n đ i n tính s có d ng: s = am +b (1.2) v i a, b h s , ñư ng cong chu n ñư ng th ng 1.2.2 Phương pháp chu n c m bi n Chu n c m bi n phép ño nh m m c đích xác l p m i quan h gi a giá tr s ño ñư c c a ñ i lư ng ñi n ñ u giá tr m c a ñ i lư ng ño có tính đ n y u t nh hư ng, s xây d ng đư ng cong chu n dư i d ng d nh n bi t (ñ th ho c bi u th c ñ i s ) Khi chu n c m bi n, v i m t lo t giá tr ñã bi t xác mi c a m, ño giá tr tương ng si c a s d ng ñư ng cong chu n a Chu n ñơn gi n Trong trư ng h p ñ i lư ng đo ch có m t đ i lư ng v t lý nh t tác ñ ng lên m t ñ i lư ng ño xác ñ nh c m bi n s d ng không nh y v i tác ñ ng c a ñ i lư ng nh hư ng, ngư i ta dùng phương pháp chu n ñơn gi n Th c ch t c a chu n ñơn gi n ño giá tr c a ñ i lư ng ñ u ng v i giá tr xác ñ nh khơng đ i c a đ i lư ng ño ñ u vào Vi c chu n ti n hành theo cách: o Chu n tr c ti p: giá tr khác c a ñ i lư ng ño l y t m u chu n ho c ph n t so sánh có giá tr bi t trư c v i đ xác cao o Chu n gián ti p: k t h p c m bi n c n chu n v i m t c m bi n so sánh ñã có s n ñư ng cong chu n, c hai ñư c ñ t ñi u ki n làm vi c b Chu n nhi u l n Khi c m bi n có ph n t b tr (tr ho c tr t ), giá tr đo đư c thu c khơng nh ng vào giá tr t c th i c a ñ i lư ng c n ño ñ u ph ñ u vào mà ph thu c vào giá tr trư c c a c a đ i lư ng Trong trư ng h p v y, ngư i ta áp d ng phương pháp chu n nhi u l n ti n hành sau: o ð t l i ñi m c a c m bi n: ð i lư ng c n ño ñ i lư ng ñ u có giá tr tương ng v i ñi m g c, m=0 s=0 Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung o ðo giá tr ñ u theo m t lo t giá tr tăng d n ñ n giá tr c c ñ i c a ñ i lư ng ño ñ u vào o L p l i q trình đo v i giá tr gi m d n t giá tr c c ñ i Khi chu n nhi u l n cho phép xác ñ nh ñư ng cong chu n theo c hai hư ng ño tăng d n ño gi m d n 1.3 Các ñ c trưng b n c a c m bi n 1.3.1 ð nh y c a c m bi n a Khái ni m ð i v i c m bi n n tính, gi a bi n thiên đ u ∆s bi n thiên đ u vào ∆m có s liên h n tính: ∆S = S ∆m ⇒S= (1.3) ∆S : g i ñ nh y c a c m bi n ∆m (1.4) Trư ng h p t ng quát, bi u th c xác ñ nh ñ nh y S c a c m bi n xung quanh giá tr mi c a ñ i lư ng ño xác ñ nh b i t s gi a bi n thiên ∆s c a ñ i lư ng ñ u bi n thiên ∆m tương ng c a ñ i lư ng ño ñ u vào quanh giá tr ñó:  ∆S  S =   ∆m  m=mi (1.5) b Lưu ý ð phép đo đ t đ xác cao, thi t k s d ng c m bi n c n th c hi n cho ñ nh y S c a khơng đ i, nghĩa ph thu c nh t vào y u t : o Giá tr c a ñ i lư ng c n ño m t n s thay đ i c a o Th i gian s d ng o nh hư ng c a ñ i lư ng v t lý khác (không ph i đ i lư ng đo) c a mơi trư ng xung quanh Thông thư ng nhà s n xu t cung c p giá tr c a ñ nh y S tương ng v i nh ng ñi u ki n làm vi c nh t ñ nh c a c m bi n Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung 1.3.2 ð n tính c a c m bi n a Khái ni m M t c m bi n ñư c g i n tính m t d i đo xác ñ nh n u d i ch ñ có đ nh y khơng ph thu c vào ñ i lư ng ño N u c m bi n khơng n tính, ngư i ta đưa vào m ch ño thi t b hi u ch nh cho tín hi u n nh n ñư c ñ u t l v i s thay ñ i c a ñ i lư ng ño ñ u vào S hi u ch nh ñó ñư c g i s n tính hố b ðư ng th ng t t nh t Khi chu n c m bi n, t k t qu th c nghi m ta nh n ñư c m t lo t ñi m tương ng (si ,mi) c a ñ i lư ng ñ u ñ i lư ng ñ u vào V m t lý thuy t, ñ i v i c m bi n n tính, đư ng cong chu n m t ñư ng th ng Tuy nhiên, sai s ño, ñi m chu n (mi, si) nh n ñư c b ng th c nghi m thư ng khơng n m m t đư ng th ng ðư ng th ng ñư c xây d ng s s li u th c nghi m cho sai s bé nh t, bi u di n s n tính c a c m bi n ñư c g i ñư ng th ng t t nh t Phương trình bi u di n ñư ng th ng t t nh t đư c l p b ng phương pháp bình phương bé nh t Gi s chu n c m bi n ta ti n hành v i N m đo, phương trình có d ng: S = a.m + b v i a= (1.6) N ∑ si mi − ∑ si ∑ mi N ∑ m − (∑ mi ) i ; b= ∑ s m − ∑ m s ∑ m N ∑ m − (∑ m ) i i i i i i (1.7) i c ð l ch n tính ð i v i c m bi n khơng hồn tồn n tính, ngư i ta ñưa khái ni m ñ l ch n tính, xác đ nh b i đ l ch c c ñ i gi a ñư ng cong chu n đư ng th ng t t nh t, tính b ng % d i ño 1.3.3 Sai s đ xác c a c m bi n a Sai s Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung Các b c m bi n d ng c đo lư ng khác, ngồi đ i lư ng c n ño (c m nh n) cịn ch u tác đ ng c a nhi u ñ i lư ng v t lý khác gây nên sai s gi a giá tr ño ñư c giá tr th c c a ñ i lư ng c n ño G i ∆x ñ l ch t ñ i gi a giá tr ño giá tr th c x (sai s t ñ i), sai s tương ñ i c a b c m bi n đư c tính b ng: δ = ∆x 100 [%] x (1.8) b Sai s c a b c m bi n mang tính ch t c tính B i khơng th bi t xác giá tr th c c a ñ i lư ng c n ño Khi ñánh giá sai s c a c m bi n, ngư i ta thư ng phân chúng thành hai lo i: Sai s h th ng sai s ng u nhiên Sai s h th ng: Là sai s không ph thu c vào s l n đo, có giá tr khơng đ i ho c thay ñ i ch m theo th i gian ño thêm vào m t ñ l ch khơng đ i gi a giá tr th c giá tr ño ñư c Sai s h th ng thư ng s thi u hi u bi t v h ño, ñi u ki n s d ng không t t gây Sai s ng u nhiên: Là sai s xu t hi n có đ l n chi u khơng xác đ nh Ta có th d đốn đư c m t s ngun nhân gây sai s ng u nhiên không th d đốn đư c đ l n d u c a Nh ng nguyên nhân gây sai s ng u nhiên có th là: o Do s thay đ i đ c tính c a thi t b o Do tín hi u nhi u ng u nhiên o Do ñ i lư ng nh hư ng khơng đư c tính đ n chu n c m bi n 1.3.4 ð nhanh th i gian ñáp ng c a c m bi n a ð nhanh c a c m bi n ð nhanh: Là ñ c trưng c a c m bi n cho phép ñánh giá kh theo k p v th i gian c a ñ i lư ng ñ u ñ i lư ng ñ u vào bi n thiên Th i gian ñáp ng ñ i lư ng ñư c s d ng ñ xác ñ nh giá tr s c a ñ nhanh Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung ð nhanh tr: Là kho ng th i gian t ñ i lư ng ño thay ñ i ñ t ng t ñ n bi n thiên c a đ i lư ng đ u ch cịn khác giá tr cu i m t lư ng gi i h n ε tính b ng % b Th i gian ñáp ng tương ng c a c m bi n Th i gian ñáp ng tương ng v i ε% xác ñ nh kho ng th i gian c n thi t ph i ch ñ i sau có s bi n thiên c a đ i lư ng ño ñ l y giá tr c a đ u v i đ xác đ nh trư c Th i gian ñáp ng ñ c trưng cho ch ñ ñ c a c m bi n hàm c a thông s th i gian xác ñ nh ch ñ o Trong trư ng h p s thay ñ i c a ñ i lư ng ño: Trong trư ng h p s thay ñ i c a ñ i lư ng đo có d ng b c thang, thơng s th i gian g m th i gian tr tăng (tdm) th i gian tăng (tm) ng v i s tăng ñ t ng t c a ñ i lư ng ño ho c th i gian tr gi m (tdc) th i gian gi m (tc) ng v i s gi m ñ t ng t c a đ i lư ng đo Hình 1.3 o Kho ng th i gian tr tăng tdm: Là th i gian c n thi t ñ ñ i lư ng ñ u tăng t giá tr ban đ u c a đ n 10% c a bi n thiên t ng c ng c a ñ i lư ng kho ng th i gian tăng tm th i gian c n thi t ñ ñ i lư ng ñ u tăng t 10% ñ n 90% bi n thiên bi n thiên t ng c ng c a o Th i gian tr gi m tdc: Th i gian tr gi m tdc th i gian c n thi t ñ ñ i lư ng ñ u gi m t 10% ñ n 90% bi n thiên bi n thiên t ng c ng c a Hình 1.3 Các kho ng th i gian ñ c trưng cho ch ñ ñ Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung 1.3.5 Gi i h n s d ng c a c m bi n Trong trình s d ng, c m bi n ln ch u tác đ ng c a ng l c h c, tác ñ ng nhi t Khi tác ñ ng vư t ngư ng cho phép, chúng s làm thay ñ i ñ c trưng làm vi c c a c m bi n B i v y s d ng c m bi n, ngư i s d ng c n ph i bi t rõ gi i h n o Vùng làm vi c ñ nh danh: Vùng làm vi c ñ nh danh tương ng v i nh ng ñi u ki n s d ng bình thư ng c a c m bi n Gi i h n c a vùng giá tr ngư ng mà ñ i lư ng ño, ñ i lư ng v t lý có liên quan ñ n ñ i lư ng ño ho c đ i lư ng nh hư ng có th thư ng xun đ t t i mà khơng làm thay ñ i ñ c trưng làm vi c ñ nh danh c a c m bi n o Vùng không gây nên hư h ng: Vùng không gây nên hư h ng vùng mà ñ i lư ng ño ho c ñ i lư ng v t lý có liên quan ñ i lư ng nh hư ng vư t qua ngư ng c a vùng làm vi c ñ nh danh v n n m ph m vi khơng gây nên hư h ng Các đ c trưng c a c m bi n có th b thay ñ i nh ng thay ñ i mang tính thu n ngh ch, t c tr v vùng làm vi c ñ nh danh ñ c trưng c a c m bi n l y l i giá tr ban ñ u c a chúng o Vùng không phá h y: Vùng không phá h y vùng mà ñ i lư ng ño ho c ñ i lư ng v t lý có liên quan đ i lư ng nh hư ng vư t qua ngư ng c a vùng không gây nên hư h ng v n cịn n m ph m vi khơng b phá h y, ñ c trưng c a c m bi n b thay ñ i nh ng thay đ i mang tính khơng thu n ngh ch, t c tr v vùng làm vi c ñ nh danh ñ c trưng c a c m bi n không th l y l i giá tr ban ñ u c a chúng Trong trư ng h p c m bi n v n cịn s d ng đư c, ph i ti n hành chu n l i c m bi n 1.4 Nguyên lý ch t o c a c m bi n Các c m bi n ñư c ch t o d a s hi n tư ng v t lý ñư c phân làm hai lo i: Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung o C m bi n tích c c: Là c m bi n ho t ñ ng m t máy phát, ñáp ng (s) n tích, n áp hay dịng o C m bi n th ñ ng: Là c m bi n ho t ñ ng m t tr kháng đáp ng (s) n tr , ñ t c m ho c ñi n dung Các c m bi n tích c c đư c ch t o d a s ng d ng hi u ng v t lý bi n ñ i m t d ng lư ng ñó (nhi t, ho c b c x ) thành lư ng n Sau mơ t m t cách khái quát ng d ng m t s hi u ng v t lý ch t o c m bi n 1.4.1 Hi u ng nhi t ñi n Hi u ng nhi t ng d ng ch t o c m bi n nhi t ñ Hai dây d n (M1) (M2) có b n ch t hố h c khác ñư c hàn l i v i thành m t m ch n kín, n u nhi t ñ hai m i hàn T1 T2 khác nhau, m ch xu t hi n m t su t ñi n ñ ng e(T1, T2) mà đ l n c a ph thu c vào s chênh l ch nhi t ñ gi a T1 T2 Hình 1.4 Hi u ng nhi t ñi n Hi u ng nhi t ñi n ñư c ng d ng ñ ño nhi t ñ T1 bi t trư c nhi t ñ T2, thư ng ch n T2 = 0oC 1.4.2 Hi u ng h a nhi t M t s tinh th g i tinh th ho n (ví d tinh th sulfate triglycine) có tính phân c c n t phát v i ñ phân c c ph thu c vào nhi t ñ , làm xu t hi n m t ñ i di n c a chúng nh ng n tích trái d u ð l n c a ñi n áp gi a hai m t ph thu c vào ñ phân c c c a tinh th ho ñi n Trang Chương 6: C m bi n Nhi t Đ o Quan h gi a ñi n tr nhi t đ c a thermistor khơng n tính Hình 6.36 ð c n c a RDT M ch ño c a thermistor: Vi R2 R3 Vo RT RTD R1 Hình 6.37 M ch đo RDT o Thermistor ñư c n i vào m ch c u H hình v o Khi c u cân b ng: ∆E0 ∆RT R3 = EI ( RT + ∆RT + R2 ).( R3 + R4 ) o (6.36) Thông thư ng ngư i ta ch n R2=R3, Rt=R4 Khi ñó: ∆E0 ∆RT / RT = EI + ∆RT / RT + ∆RT / R2 + RT / R2 + R2 / RT Trang 208 (6.37) Chương 6: C m bi n Nhi t Đ H n ch c a phương pháp đo tr c ti p: Ngồi m t s ưu ñi m ñã ñư c nêu trên, phương pháp đo tr c ti p cịn m t s h n ch sau: o Không th ño nhi t ñ di n tích l n o Khơng đo đư c nh ng v t chuy n ñ ng o Ch dùng t m t -190oC đ n 1063oC o Có th nh hư ng ñ n c u trúc h th ng c n đo nhi t đ c m bi n có th tích l n … 6.6.2 ðo gián ti p (cách ly) a Các trư ng h p c n ño cách ly o Xác ñ nh nhi t ñ c a m t v t ñang di chuy n o Xác ñ nh nhi t ñ c a m t v t r t nóng khơng th đo ñư c b ng d ng c thông thư ng o Xác ñ nh nhi t ñ c a m t v t n m khu v c nguy hi m lò ph n ng h t nhân, lị nung, lị luy n kim… o Xác đ nh nhi t ñ c a m t khu v c có di n tích r ng o Xác đ nh nhi t đ mà khơng gây nh hư ng đ n ñ i tư ng c n ño o Xác ñ nh nhi t ñ mà không làm thay ñ i c u trúc c a v t c n ño b Nguyên lý ño nhi t ñ cách ly o Các v t th nhi t ñ l n 0oK phát m t b c x ñi n t b m t t l v i nhi t ñ c a v t o Ta ño nhi t ñ c a v t d a b c x n t v t phát o Liên h gi a cư ng ñ bư c sóng b c x v i nhi t ñ WA = 2πc h λ5 (e hc / kλT − 1) (6.38) − W:cư ng ñ quang ph b c x c a v t ñen Trang 209 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ − λ : bư c sóng b c x − h : h ng s Planck − c : v n t ánh sáng − k : h ng s Boltmann o Ph phát x c a v t ñen theo bư c sóng Hình 6.38 Ph phát x c a v t đen theo bư c sóng c Các cách ño nhi t ñ cách ly o S d ng phương pháp quang (optical pyrometer) o S d ng phương pháp b c x ñi n t (photon detector) d ðo nhi t ñ cach ly dùng phương pháp quang (optical pyrometer) o Dùng ñ ño nhi t ñ kho ng t 973 - 4273oK o Pyrometer ho t ñ ng d a nguyên t c so sánh ñ sáng c a dây tóc bóng ñèn v i ñ sáng c a v t c n ño o ð sáng c a bóng đèn đư c chu n hóa v i m t ngu n đen t ñ i phát x m t nhi t ñ bi t trư c Trang 210 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ Hình 6.39 ðo nhi t đ cách ly b ng phương pháp quang o Khi cư ng đ sáng c a n n dây tóc b ng ta có phương trình: ε ℓ C / λr T −1 = ℓ C / λr T f −1 (6.39) − λ bư c sóng c a ánh sáng đ kho ng 0.63µm − ε h s phát x c a v t − Tf nhi t ñ c a dây tóc bóng đèn − T nhi t c a v t − Khi T < 4273oK ta có: ℓ C2 / λT 〉〉1 T = λr (ln ε ) / C2 + / T f (6.40) e ðo nhi t ñ cach ly dùng phương pháp b c x ñi n t (photon detector) o Có r t nhi u ng d ng địi h i ph i xác ñ nh nhi t ñ khơng ti p xúc như: đo lư ng nhi t ñ tòa nhà, h th ng ng d n, khu v c có di n tích r ng, ho c nh ng lò luy n kim… o Thi t b ño nhi t ñ s d ng Photon Detector gi i pháp cho v n ñ o Photon Detector m t lo i sensor mà ñáp ng c a n áp t l v i m t đ dịng photon t p trung b m t c m bi n Trang 211 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ Hình 6.41 Hình d ng c m bi n đo nhi t ñ b c x ñi n t Nguyên lý ho t đ ng: Hình 6.42 C m bi n đo nhi t đ d ng cách ly Cơng th c: D2 E0 = kt εg (T ) 4f o (6.41) kt : ñ nh y c a h th ng (bao g m h s truy n, ñ l i ñi n áp ñ nh y c a c m bi n) o Do có nhi u ng d ng thương m i công nghi p s d ng photon detector nên t m ño c a r t đa d ng o V i m t máy ño nhi t ñ quang b n có th s d ng đ đo nhi t ñ kho ng 253 ñ n 1873oK Trang 212 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ 30oC 0.1o o ð nh y c a scanner o H th ng ño lư ng nhi t ñ b ng h ng ngo i o Các v t th nhi t ñ l n 0oK phát m t b c x ñi n t b m t t l v i nhi t ñ c a v t Hình 6.43 H th ng đo lư ng nhi t ñ b ng h ng ngo i Hình 6.44 Sơ đ kh i h th ng đo lư ng nhi t ñ b ng h ng ngo i Hình 6.45 B u n nhi t c m tay dùng ánh sáng h ng ngo i o Ba bư c đ đo nhi t đ c a v t: Bư c 1: Chuy n tín hi u h ng ngo i phát x t v t nh n đư c tín hi u ñi n Bư c 2: Bù nhi t ñ n n c a mơi trư ng c n đo Trang 213 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ : Bư c 3: Tuy n tính hóa k t qu nh n đ c xu t thơng tin v nhi t ñ ñư c n ño 6.7 M ch ño 6.7.1 o Gi i thi u IC (LM135/235/335) h n ch v t m ño t -55oC ñ n +1500C, ñ u (áp) n tính v i nhi t đ v “d ” s d ng o Khi mu n có t m đo l n h ho c mu n có ñ nh y cao h ph i s d ng hơn sensor khác Thermocouple, RTD ho c Thermistor o V i sensor RTD, Thermistor ñ i lư ng thay ñ i tương ng vơi nhi t ñ ương ñi n tr , cịn v i Thermocouple n áp, r t nh ( V) S thay ịn đ i khơng n tính v i nhi t đ o Có thêm m ch gia cơng tín hi u ñ bi n ñ i thành ñi n áp, khu ch ñ i ành ñ n t m mong mu n 6.7.2 ðo dùng m ch c u Wheatstone Hình 6.46 M ch đo dùng c u Wheatstone Vd: v i RTD 00C, R = 100 Vout = V o , TC = 0.385 /0C R + ∆R R + 2∆R ⇒ ∆V = V ∆R R + ∆R (6.42) ∆R ði n áp thay ñ i r t nh V = I (R + ∆R ) ⇒ ∆V = I * ∆R Trang 214 (6.43) Chương 6: C m bi n Nhi t Đ o ði n áp thay đ i khơng n tính v i ∆R o Áp l n I l n o I không th l n o Gi i h n công su t o To nhi t ph n t ño o Có m t phương pháp tơt s d ng c u Wheatstone s d ng ngu n dòng/áp Có lo i c u Wheatstone ngu n áp thông d ng VB VB R R+∆R R R Vo Vo: VB Sai s TT: ∆R R+∆R/2 VB ∆R R+∆R/2 R-∆R Vo R+∆R R-∆R R 0,5%/% 0,5%/% R-∆R R+∆R Vo R+∆R R VB R Vo R+∆R R VB ∆R VB R R+∆R ∆R VB R Hình 6.47 Các d ng c u Wheatstone ngu n áp o C u Wheatstone v i ph n t thay đ i Áp khơng n tính (có th gi i quy t b ng ph n m m ho c kĩ thu t m ch) ð nh y 0.5%/% o C u Wheatstone v i ph n t thay đ i (d ng 1) Khơng n tính (0.5%/%) ð nh y tăng g p ñôi so v i trư ng h p ñ u o C u Wheatstone v i ph n t thay ñ i (d ng 2) Trang 215 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ Tuy n tính ð nh y tăng g p đơi so v i trư ng h p ñ u C u thư ng dùng cho c m bi n áp su t ho c lưu lư ng o C u Wheatstone v i ph n t thay ñ i Tuy n tính ð nh y tăng g p so v i trư ng h p ñ u C u d ng thư ng dùng v i Loadcell B n d ng c u Wheatstone v i ngu n dòng IB IB R R+∆R R R Vo ∆R IB R+∆R/4 Sai s TT: 0,25%/% IBR Vo: Vo R+∆R R IB R-∆R R+∆R R Vo R+∆R R IB IB ∆R Vo R+∆R R-∆R R ∆R R-∆R R+∆R IB ∆R Hình 6.48 Các d ng c u Wheatstone ngu n dịng o Ưu m: ði n tr dây, ti p xúc không gây sai l ch k t qu Có th dùng dây d n ñơn gi n, r 6.7.3 o Tuy n tính hóa – khu ch đ i tín hi u sau c u Tín hi u đưa cịn nh (vài ch c – vài trăm mV), c n ph i ñư c khu ch ñ i trư c ñưa vào b ADC ho c x lý ti p Khu ch đ i đơn gi n có th dùng b OpAmp Trang 216 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ VB RF R R R R+∆R +VS VS Hình 6.49 M ch khu ch đ i ñơn gi n dùng Opamp o M ch cho đ xác khơng cao ð khu ch đ i ph thu c vào ñi n tr c u, RF T ng tr không cân b ng ngõ vào Áp khơng n tính ch đơn thu n b khu ch ñ i VB R +VS R VREF=VB RG R REF VOUT R+∆R -VS VOUT= VB ∆R R+∆R/2 GAIN Hình 6.50 M ch khu ch đ i n tính có ch nh đ l i o M ch cho đ xác cao o Ưu m: ð xác l n ñ khu ch ñ i ch ph thu c vào Rg T ng tr vào l n nên không nh hư ng ñ n c u ño ñi n tr c u đo khơng nh hư ng đ n m ch s cân b ng c a b khu ch ñ i o Khuy t ñi m: Áp khơng n tính, kh c ph c b ng software Trang 217 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ M ch v a khu ch đ i, v a n tính hố Vout so v i ∆R VB R +VS R VOUT +VS -VS R+∆R R VOUT= VB ∆R R -VS 1+ R1 R2 Hình 6.51 M ch khu ch đ i n tính dùng Opamp ð c n c a lo i c m bi n Hình 6.52 ð c n c a lo i c m bi n 6.7.4 Nguyên lý x lý tín hi u t RTD Thermistor Dùng m ch Opamp Hình 6.53 M ch x lý tín hi u Thermistor dùng opamp Trang 218 Chương 6: C m bi n Nhi t Đ : Dùng m ch c u cân b ng Hình 6.54 M ch x lý tín hi u RTD dùng c u cân b ng Dùng IC vi x lý Hình 6.54 M ch x lý tín hi u Thermistor dùng IC ùng Trang 219 M CL C Chương – CÁC KHÁI NI M CHUNG 1.1 Gi i thi u 1.2 ðư ng cong chu n c a c m bi n 1.3 Các ñ c trưng b n c a c m bi n 1.4 Nguyên lý ch t o c a c m bi n 1.5 Phân lo i c m bi n 13 1.6 M ch ño 17 Chương – C M BI N TI M C N (Proximity Sensor) 2.1 Gi i thi u 21 2.2 ð c ñi m c m bi n ti m c n 21 2.3 C m bi n ti m c n c m ng t (Magnectic sensor) 22 2.4 C m bi n ñi n dung (Capacitive Sensor) 48 2.5 C m bi n siêu âm: (Ultrasonic sensor) 59 Chương – C M BI N QUANG (Optical_sensor) 3.1 Khái ni m 73 3.2 Các lo i c m bi n quang công nghi p 90 3.3 Các thu t ng thư ng s d ng 98 Chương – C M BI N V TRÍ VÀ KHO NG CÁCH (Sensors for distance and displacement) 4.1 Khái ni m 101 4.2 C m bi n ño kho ng cách ngõ d ng analog 101 4.3 Chi t áp (B phân th ): (Potentiometer) 119 4.4 C m bi n đo v n t c vịng quay góc quay: (Tachometter) 124 4.5 ðo v n t c vịng quay b ng phương pháp quang n t (Encoder) 127 4.6 ðo v n t c vịng quay v i ngun t c n tr t 140 Chương – C M BI N L C VÀ ÁP SU T (Sensors for force and pressure) 5.1 Khái ni m 147 5.2 C m bi n l c (Force Sensor) 148 5.3 C m bi n lưu lư ng áp su t (Pressure and Flowmeters sensor) 157 Chương – C M BI N NHI T ð (Temperature Sensors) 6.1 Khái ni m 178 6.2 Các đ c tính c a c m bi n nhiêt ñ 178 6.3 Nhi t ñi n tr v i Platin Nickel 181 6.4 C m bi n nhi t ñ v i v t li u bán d n silic 185 6.5 Cách n i dây ño 191 6.6 Phương pháp ño nhi t ñ 295 6.7 M ch ño 213 TÀI LI U THAM KH O TÀI LI U THAM KH O [1] Festo-Sensors for Sensor for distance and displacement (Work book), 2001 [2] Festo-Sensors for Proximity sensor (Work book), 2001 [3] Festo-Sensors for Sensors for force and pressure (Work book), 2001 [4] C m bi n ng d ng , Dương Minh Trí Nhà xu t b n Khoa h c K thu t Hà N i, 2001 [5] Giáo trình C m bi n, Phan Qu c Phô, Nguy n ð c Chi n Nhà xu t b n Khoa h c K thu t, 2001 [7] CD Omron Sensor selection Guide [8] National Semiconductor’s Temperature Sensor Handbook [9] Fundamentals of Sensing - Training Manual of Rockwell Automation/Allen Bradley ... m bi n có ph n t b tr (tr ho c tr t ), giá tr đo đư c thu c khơng nh ng vào giá tr t c th i c a ñ i lư ng c n ño ñ u ph đ u vào mà cịn ph thu c vào giá tr trư c c a c a đ i lư ng Trong trư ng... lư ng đo đ u vào quanh giá tr đó:  ∆S  S =   ∆m  m=mi (1.5) b Lưu ý ð phép đo đ t đ xác cao, thi t k s d ng c m bi n c n th c hi n cho đ nh y S c a khơng đ i, nghĩa ph thu c nh t vào y... y khơng ph thu c vào ñ i lư ng ño N u c m bi n khơng n tính, ngư i ta ñưa vào m ch ño thi t b hi u ch nh cho tín hi u n nh n ñư c ñ u t l v i s thay ñ i c a ñ i lư ng ño ñ u vào S hi u ch nh

Ngày đăng: 27/02/2014, 05:20

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w