TÀI LIỆU HƯỚNG dẫn THÍ NGHIỆM kỹ THUẬT cảm BIẾN EE4502 bài 1đặc TÍNH của cảm BIẾN NHIỆT điện TRỞ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOA TỰ ĐỘNG HÓA TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT CẢM BIẾN EE4502 Họ tên: MSSV: Lớp – khóa: ……………………………………… ……………………………………… ……………………………………… Hà Nội, 2022 NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM BÀI 1: ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ I MỤC TIÊU - Nắm cấu tạo nguyên lí hoạt động cảm biến nhiệt điện trở (Pt-100) Nắm cách sử dụng thiết bị hiệu chuẩn đa HPC40, máy hiệu chuẩn nhiệt độ ETC-400A Ghi số liệu, xây dựng đặc tính cảm biến vẽ đường cong chuẩn II DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ Thiết bị hiệu chuẩn đa cầm tay HPC40 HPC40 series máy hiệu chuẩn áp suất cầm tay hãng Crystal Engineering Corporation Với độ xác cao, tích hợp chuẩn giao thức kết nối đại, hình full color giao diện dễ sử dụng HPC40 sử dụng thiết bị hiệu chuẩn độc lập tích hợp hệ thống hãng sử dụng nhiều ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp Với độ xác lên tới 0.035%, HPC40 thay số đồng hồ đo hiệu chuẩn thường dùng HPC40 bù nhiệt độ bên thiết bị hoạt động xác nhiệt độ mơi trường.Ngồi chức đo áp suất, HPC40 cung cấp chức khác đo dòng điện, điện áp nhỏ, test chuyển đổi trạng thái, đo nhiệt độ Hình 1: Thiết bị hiệu chuẩn đa cầm tay HPC40 Các tính chính: ➢ Đo áp suất: có đầu vào áp suất, đo chế độ: P1, P2, APM, Diff, Dual ➢ Đo nhiệt độ: có đầu vào nhiệt điện trở ➢ Đo áp suất khí ➢ Đo điện áp, đo/phát dòng điện ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Cấu tạo cách sử dụng thiết bị: APM and Temperature Connection: Cổng kết nối với module APM bên để mở rộng tùy chọn áp suất, cổng cắm cảm biến nhiệt điện trở Wireless Keypad: khe cắm que đo dòng điện, điện áp Mini-USB Port: cổng USB cho phép kết nối với máy tính điều khiển phần mềm Function Buttons: Các nút bấm tùy chỉnh chức máy Color Display: Màn hình màu hiển thị thơng số Cursor Keys: Nút bấm điều hướng CPF Pressure Connection: đầu vào vật lý hỗ trợ kết nối với chuẩn kết nối đo áp suất Phím Bảng 1: Các phím chức HPC40 Mô tả Nguồn Nhấn giữ nút nguồn để bật tắt HPC40 HPC40 tự động tắt không sử dụng khoảng thời gian Điều hướng Sử dụng bốn nút điều hướng để di chuyển trỏ theo hướng mong muốn để cuộn danh sách tùy chọn Thoát Thoát tùy chọn quay lại hình trước Enter Dùng để Xem/Đồng ý tùy chọn chọn nhập giá trị vào máy Zero Ấn Zero để kích hoạt phím chức (F1-F4) Sau nhấn phím chức ứng với tham số mà ta muốn không Nhấn Zero thêm lần để chuẩn hóa tham số Cài đặt Dùng để mở menu cài đặt hệ thống Thiết bị hiệu chuẩn nhiệt độ ETC-400A ETC-400A thiết bị dùng để tham chiếu nhiệt độ có khả gia nhiệt lên đến 100°C phút ổn định sau phút Với kích thước nhỏ trọng lượng nhẹ, kết cấu chắn, có mặt bên thép khơng gỉ cao su, thiết bị hoạt động bền bỉ phù hợp với mơi trường cơng nghiệp Hình 2: Thiết bị hiệu chuẩn nhiệt độ ETC-400A Các thơng số chính: ➢ Phạm vi nhiệt độ từ 28 đến 400 °C (82 đến 752 ° F) ➢ ➢ ➢ ➢ Độ xác đến ± 0,5 °C Độ ổn định đến ± 0,05 °C Thời gian gia nhiệt tản nhiệt nhanh chóng Màn hình hiển thị đa thơng tin dễ đọc Đặt nhiệt độ tham chiếu với độ phân giải 0,1 °C Hướng dẫn sử dụng thiết bị: ➢ Bước 1: Cấp nguồn bật công tắc nguồn cho thiết bị ➢ Bước 2: Sử dụng phím Tăng, Giảm để cài đặt nhiệt độ tham chiếu ➢ Bước 3: Nhấn phím Enter để thiết bị bắt đầu gia nhiệt/tản nhiệt III TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Kiểm tra hoạt động HPC40 Chuẩn bị thí nghiệm Kết nối HPC40 với máy tính thơng qua cổng mini-USB Kết nối cảm biến nhiệt điện trở Pt-100 với HPC40 Ấn giữ phím nguồn để bật HPC40, đợi đến thiết bị khởi động xong Di chuyển trỏ đến vị trí góc bên trái hình chọn mode RTD In (Hình 3) Ở mode RTD In, chọn loại cảm biến P100(90)385 kiểu nối dây 4-wire cho Pt-100 Thiết bị sẵn sàng để đo nhiệt độ, hình hiển thị thơng số điện trở nhiệt độ tính tốn ➢ Cấp nguồn cho ETC-400A bật công tắc để khởi động thiết bị a ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Hình 3: Màn hình giao diện HPC40 chế độ đo nhiệt độ b Tiến hành ➢ Cắm cảm biến Pt-100 vào khe nhiệt ETC-400A ➢ Cài đặt giá trị nhiệt độ tham chiếu To cho ETC-400A cao nhiệt độ môi trường khoảng 5-10 độ C, đợi nhiệt độ ổn định (máy phát âm báo hiệu) ➢ Quan sát giá trị nhiệt độ Tx hiển thị EPC40 so sánh với giá trị tham chiếu ➢ Rút que đo khỏi ETC-400A khoảng 30 giây cắm lại Ghi lại giá trị nhiệt độ ➢ Thực lần ➢ Tính sai số tương đối EPC40, sai số nhỏ 0.015% thiết bị hoạt động tốt ➢ Thực xong, tắt máy, giữ nguyên dây kết nối Nhận xét: ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Thí nghiệm 2: Xác định đặc tính nhiệt điện trở Pt-100 a Chuẩn bị Các bước chuẩn bị thí nghiệm b Tiến hành ➢ Cắm cảm biến Pt-100 vào khe nhiệt ETC-400A ➢ Cài đặt giá trị nhiệt độ tham chiếu To cho ETC-400A khoảng cao nhiệt độ môi trường, đợi nhiệt độ ổn định (máy phát âm báo hiệu) Lưu ý nhiệt độ tối đa phép sử dụng 50oC ➢ Quan sát giá trị nhiệt độ Tx điện trở RT hiển thị EPC40, ghi lại vào Bảng ➢ Rút que đo khỏi ETC-400A khoảng 30 giây cắm lại Ghi lại giá trị Tx RT ➢ Thực rút cắm lại lần ➢ Tăng giá trị nhiệt độ tham chiếu thực lại bước Lưu ý, hạn chế việc giảm nhiệt độ trình tản nhiệt tốn nhiều thời gian trình gia nhiệt ➢ Thực xong, tắt máy Bảng o To ( C) IV - Tx (oC) Lần Lần Lần TTB (oC) ΔT (oC) Lần RT (Ω) Lần Lần CÂU HỎI Hoàn thiện Bảng Xác định sai số tương đối phép đo Xác định độ nhạy cảm biến, xác định phụ thuộc RT vào nhiệt độ Vẽ đường cong chuẩn cảm biến RTtb (Ω) BÀI 2: CẢM BIẾN ĐIỆN TRỞ I MỤC TIÊU - Nắm cấu tạo nguyên lí hoạt động cảm biến biến trở điện trở lực căng Nắm cách sử dụng thiết bị NI Elvis III, phần mềm LabVIEW, bo cảm biến Quanser Ghi số liệu, tính tốn độ nhạy, xây dựng cơng thức vẽ đường cong chuẩn II DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ Thiết bị đo xử lí tín hiệu NI ELVIS III NI ELVIS III thiết bị đo xử lí tín hiệu dụng cụ “Phịng thí nghiệm ảo NI ELVIS” hãng National Instruments Bộ dụng cụ bao gồm nhiều bo mạch, cảm biến, cấu chấp hành,… có khả tương thích với NI Elvis III Đây giải pháp phịng thí nghiệm đại, giúp cho sinh viên thực thí nghiệm điện, điện tử, điện tử cách trực quan hiệu nhờ tính linh hoạt khả tích hợp phần mềm máy tính Các khối chức Hình 4: Thiết bị đo xử lí tín hiệu NI Elvis III Cấu tạo thiết bị NI Elvis III: Bảng 3: Cấu tạo NI Elvis III ID Thành phần ID Thành phần Ăng-ten Màn hình hiển thị Cổng Ethernet PCI Cổng USB Type-C Gá đỡ bo mạch Cáp nguồn LED báo trạng thái Công tắc nguồn 10 Công tắc nguồn cho bo mạch Các khối chức NI Elvis III: ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Khối Oscilloscope: gồm kênh đầu vào tín hiệu, tốc độ trích mẫu 400 MS/s, 14 bits Khối Function Generator: gồm kênh đầu tín hiệu, 100 MS/s, 15 MHz, 14 bits Khối VI Analyzer: ±10 V, ±30 mA, 15 MHz Khối Logic Analyzer: 16 kênh, 100 MS/s Khối Power Supply: cấp nguồn áp ±15 V, nguồn dòng 0-500 mA Khối Digital Multimeter: đo dòng điện, điện áp , hiển thị 4½ chữ số Bo mạch cảm biến Quanser Bo mạch cảm biến Quanser bo mạch tích hợp 15 loại cảm biến khác phục vụ học tập nghiên cứu phịng thí nghiệm Bo mạch tương thích với NI Elvis III phần mềm LabVIEW Hình 5: Bo mạch cảm biến Quanser Cấu tạo phần cứng bo mạch cảm biến Quanser: Bảng 4: Cấu tạo phần cứng bo mạch cảm biến Quanser Vị trí Cảm biến Vị trí Cảm biến Xi-lanh Tiệm cận (hồng ngoại) Áp suất 10 Siêu âm Biến trở 11 PCI Encoder 12 Quang LED báo nguồn 13 Chạm (điện dung) Điện trở lực căng 14 IMU trục Nhiệt điện trở 15 LED báo cảm biến Công tắc Phần mềm LabVIEW LabVIEW phần mềm kỹ thuật hệ thống dành cho ứng dụng yêu cầu kiểm tra, đo lường điều khiển với khả truy cập nhanh vào thông tin chi tiết phần cứng liệu Một công cụ tiêu chuẩn công nghiệp, sử dụng rộng rãi để thiết kế hệ thống kỹ thuật, LabVIEW cung cấp phương pháp lập trình đồ họa giúp hình dung khía cạnh ứng dụng Hình ảnh trực quan giúp dễ dàng thiết kế hệ thống kỹ thuật, truyền đạt khái niệm giúp sinh viên tập trung thời gian vào lý thuyết III a ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Đo góc chuyển vị cảm biến biến trở Chuẩn bị thí nghiệm Cấp nguồn cho NI Elvis III Kết nối NI Elvis III với máy tính thơng qua cổng USB Type-C Lắp bo mạch cảm biến Quanser vào thiết bị NI Elvis III Bật công tắc nguồn cho bo mạch, LED cơng tắc bo sáng Khởi động LabVIEW mở project Mechatronic Sensors Board.lvproj Từ cửa sổ Project Explorer, mở chương trình Mechatronic Sensors - Potentiometer.vi Hình 6: Màn hình giao diện chương trình Potentiometer b ➢ ➢ ➢ ➢ Tiến hành Ấn Run để chạy VI, đợi đèn Initialized? sáng Xoay biến trở góc φ = 0o Ghi lại giá trị điện áp U hiển thị Uncalibrated Output Tăng góc φ đến giá trị khác nhau, ghi lại giá trị góc φ điện áp U vào Bảng Khi đạt giá trị góc φ lớn nhất, xoay biến trở theo hướng giảm φ Tiếp tục ghi lại giá trị góc φ điện áp U ➢ Thực lần hoàn thiện Bảng ➢ Thực xong, tắt chương trình, tắc cơng tắc nguồn cho bo mạch Bảng Góc (φ) Lần Tăng φ Điện áp (U) Lần Lần TB Góc (φ) Lần Giảm φ Điện áp (U) Lần Lần TB Thí nghiệm 2: Đo lực cảm biến điện trở lực căng Hình 7: Màn hình giao diện chương trình Strain Gage a ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Chuẩn bị thí nghiệm Cảm biến điện trở lực căng có điện trở danh định R = 350Ω Gage Factor = Cấp nguồn cho NI Elvis III Kết nối NI Elvis III với máy tính thơng qua cổng USB Type-C Lắp bo mạch cảm biến Quanser vào thiết bị NI Elvis III Bật công tắc nguồn cho bo mạch, LED cơng tắc bo sáng Khởi động LabVIEW mở project Mechatronic Sensors Board.lvproj Từ cửa sổ Project Explorer, mở chương trình Mechatronic Sensors – Strain Gate.vi b Tiến hành ➢ Ấn Run để chạy VI, đợi đèn Initialized? sáng ➢ Điều chỉnh đầu đàn hồi vị trí x = Quan sát giá trị Uoffset hiển thị Uncalibrated Output, ghi lại nhập giá trị vào ô Zero Offset ➢ Điều chỉnh đầu đàn hồi vị trí x = -1 Ghi lại giá trị điện áp (U) vào Bảng ➢ Tiếp tục tăng x đến giá trị khác nhau, ghi lại giá trị x điện áp U vào Bảng ➢ Khi đạt giá trị x lớn nhất, điều chỉnh đầu đàn hồi theo hướng giảm x Tiếp tục ghi lại giá trị góc φ điện áp U ➢ Thực lần hoàn thiện Bảng ➢ Thực xong, tắt chương trình, tắc cơng tắc nguồn cho bo mạch Bảng Vị trí (x) IV - Lần Tăng x Điện áp (U) Lần Lần TB Vị trí (x) Lần Giảm x Điện áp (U) Lần Lần TB CÂU HỎI Tính giá trị U trung bình, hồn thiện Bảng Bảng Tính độ nhạy cảm biến, xác định quan hệ vào-ra cảm biến (biết điện áp tham chiếu 5V) Vẽ đường cong chuẩn cảm biến BÀI 3: CẢM BIẾN QUANG I MỤC TIÊU - Nắm cấu tạo nguyên lí hoạt động cảm biến tiệm cận hồng ngoại encoder Nắm cách sử dụng thiết bị NI Elvis III, phần mềm LabVIEW, bo cảm biến Quanser Ghi số liệu, xây dựng đặc tính vào-ra vẽ đường cong chuẩn II DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ Thiết bị đo xử lí tín hiệu NI ELVIS III Bo mạch cảm biến Quanser Phần mềm LabVIEW III TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Đo khoảng cách cảm biến tiệm cận hồng ngoại Hình 8: Màn hình giao diện chương trình IR Proximity a Chuẩn bị thí nghiệm ➢ Cảm biến tiệm cận hồng ngoại sử dụng bước sóng 850 nm, có giới hạn đo D = 100 mm ➢ Cấp nguồn cho NI Elvis III ➢ Kết nối NI Elvis III với máy tính thơng qua cổng USB Type-C ➢ Lắp bo mạch cảm biến Quanser vào thiết bị NI Elvis III ➢ Bật cơng tắc nguồn cho bo mạch, LED công tắc bo sáng ➢ Khởi động LabVIEW mở project Mechatronic Sensors Board.lvproj ➢ Từ cửa sổ Project Explorer, mở chương trình Mechatronic Sensors – IR Proximity.vi b Tiến hành ➢ Ấn Run để chạy VI, đợi đèn Initialized? sáng ➢ Nhập giá trị IR Pulse Count (1-255) Giá trị số xung hồng ngoại phát chu kỳ hoạt động, giá trị cao độ nhạy lớn ➢ Đặt phản xạ cho giá trị ADC Output gần giá trị Ghi lại giá trị khoảng cách d từ phản xạ tới cảm biến vào Bảng ➢ Tiếp tục di chuyển phản xạ lại gần cảm biến cho ADC Output đạt giá trị mong muốn Ghi lại khoảng cách d từ phản xạ tới cảm biến ➢ Khi phản xạ đến vị trí gần cảm biến (giá trị ADC Output chạm ngưỡng 1024), di chuyển phản xạ từ từ xa Tiếp tục ghi lại giá trị khoảng cách d ứng với ADC Output mong muốn ➢ Thực lần hoàn thiện Bảng ➢ Thực xong, tắt chương trình, tắc cơng tắc nguồn cho bo mạch Bảng 7: IR Pulse Count = ADC Output a ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Lần Tăng d Khoảng cách (d) Lần Lần TB ADC Output Lần Giảm d Khoảng cách (d) Lần Lần TB Thí nghiệm 2: Đo góc chuyển vị cảm biến encoder Chuẩn bị thí nghiệm Cấp nguồn cho NI Elvis III Kết nối NI Elvis III với máy tính thơng qua cổng USB Type-C Lắp bo mạch cảm biến Quanser vào thiết bị NI Elvis III Bật cơng tắc nguồn cho bo mạch, LED công tắc bo sáng Khởi động LabVIEW mở project Mechatronic Sensors Board.lvproj Từ cửa sổ Project Explorer, mở chương trình Mechatronic Sensors – Incremental Encoder.vi Hình 9: Màn hình giao diện chương trình Incremental Encoder Tiến hành Ấn Run để chạy VI, đợi đèn Initialized? sáng Chọn giải mã (Decoder) non-quad, chọn PPR (Pulses Per Revolution) 24 Xoay núm Encoder thuận chiều kim đồng hồ khoảng 180o, quan sát xung A B nhận xét thay đổi giá trị sườn đếm (Edge) góc chuyển vị (Angle) xuất sườn lên xung A ➢ Xoay núm Encoder ngược chiều kim đồng hồ khoảng 90o, quan sát dạng xung A B nhận xét thay đổi giá trị Edge Angle xuất sườn lên xung A ➢ Ấn Reset, chọn giải mã X1, thực lại bước trên, ghi lại nhận xét ➢ Thực xong, tắt chương trình, tắc cơng tắc nguồn cho bo mạch b ➢ ➢ ➢ Nhận xét: Bộ giải mã non-quad ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Nhận xét: Bộ giải mã X1 ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… IV - CÂU HỎI Hoàn thiện Bảng 7, nhận xét Xác định quan hệ vào-ra cảm biến tiệm cận hồng ngoại, nêu nhận xét Vẽ đường cong chuẩn cảm biến tiệm cận hồng ngoại Xác định công thức cho giải mã non-quad giải mã X1 cảm biến Encoder So sánh ưu nhược điểm giải mã nêu nhận xét Xác định cơng thức tính góc chuyển vị theo Edge PPR ứng với giải mã  ...NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM BÀI 1: ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ I MỤC TIÊU - Nắm cấu tạo nguyên lí hoạt động cảm biến nhiệt điện trở (Pt-100) Nắm cách sử dụng thiết... độ nhạy cảm biến, xác định phụ thuộc RT vào nhiệt độ Vẽ đường cong chuẩn cảm biến RTtb (Ω) BÀI 2: CẢM BIẾN ĐIỆN TRỞ I MỤC TIÊU - Nắm cấu tạo nguyên lí hoạt động cảm biến biến trở điện trở lực... gia nhiệt/ tản nhiệt III TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Kiểm tra hoạt động HPC40 Chuẩn bị thí nghiệm Kết nối HPC40 với máy tính thơng qua cổng mini-USB Kết nối cảm biến nhiệt điện trở