báo cáo thí nghiệm kĩ thuật cảm biến

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOA TỰ ĐỘNG HÓA BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT CẢM BIẾN EE4502 NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM BÀI 1: ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ I. MỤC TIÊU Nắm được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của cảm biến nhiệt điện trở (Pt100). Nắm được cách sử dụng thiết bị hiệu chuẩn đa năng HPC40, máy hiệu chuẩn nhiệt độ ETC400A. Ghi số liệu, xây dựng đặc tính cảm biến và vẽ đường cong chuẩn. II. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 1. Thiết bị hiệu chuẩn đa năng cầm tay HPC40 2. Thiết bị hiệu chuẩn nhiệt độ ETC400A III. TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1. Thí nghiệm 1: Kiểm tra hoạt động của HPC40

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOA TỰ ĐỘNG HÓA - - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT CẢM BIẾN EE4502 Họ tên: MSSV: Mã lớp TN: GVHD: Bùi Thế Mong 20190024 725420 ThS.Nguyễn Thị Huế Hà Nội, 1/2023 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 Thiết bị hiệu chuẩn nhiệt độ ETC-400A III TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Kiểm tra hoạt động HPC40 a Chuẩn bị thí nghiệm b Tiến hành Nhiệt độ tham chiếu 35oC Kết đo ghi bảng sau: Tx(oC) To(oC) 35 Lần Lần Lần 35.00 34.99 35.00 TTB(oC) ΔT(oC) Sai số tương đối (%) 34.9967 0.0033 0.0095% Nhận xét: Sai số tương đối HPC40 0.0095% nhỏ sai số yêu cầu 0.015% nên thiết bị HPC40 hoạt động tốt Thí nghiệm 2: Xác định đặc tính nhiệt điện trở Pt-100 a Chuẩn bị b Tiến hành Bảng 2: Tx(oC) To(oC) 30 35 40 45 50 Lần 29.99 34.99 40.00 44.99 49.98 IV CÂU HỎI Lần 30.00 35.00 40.01 44.98 49.97 TTB(oC) Lần 29.98 34.99 39.98 44.98 49.99 29.99 34.99 40.00 44.98 49.98 RT(Ω) ΔT(oC) 0.01 0.01 0.00 0.02 0.02 Lần 111.67 113.61 115.54 117.47 119.39 Lần 111.67 113.62 115.54 117.46 119.38 Rtb(Ω) Lần 111.66 113.61 115.53 117.46 119.40 111.67 113.61 115.54 117.46 119.39 Xác định sai số tương đối phép đo To(oC) TTB(oC) ΔT(oC) Sai số tương đối phép đo 30 29.99 0.01 0.033% 35 34.99 0.01 0.029% 40 40 0% 45 44.98 0.02 0.044% 50 49.98 0.02 0.040% Xác định độ nhạy cảm biến, xác định phụ thuộc RT vào nhiệt độ - Độ nhạy cảm biến K= ΔR 119.39−111.67 = =0.386 ΔT 49.98−29.99 Vậy độ nhạy cảm biến K=0.386 - Ta có cơng thức gần phụ thuộc RT vào nhiệt độ sau: RT =R0 (1+α Δ T )(Ω) o Tại T =30 C , ta có: 111.67=R (1+ α 30)( Ω) (1) o Tại T =50 C , ta có: 119.39=R (1+ α 50)(Ω) (2) Từ (1) (2) ta được: { → 111.67=R (1+ α 30)(Ω) 119.39=R0 (1+α 50)(Ω) → { R 0=100.08(Ω) α =0.00386 ( K−1) Vậy RT phụ thuộc vào điện trở theo công thức sau: RT =100.08∗(1+0,00386∗Δ T )( Ω) Đường cong chuẩn cảm biến Nhận xét: Từ đường cong chuẩn cảm biến, ta thấy phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ cảm biến Pt-100 đường gần thẳng Vậy xem gần đặc tính nhiệt điện trở Pt-100 hàm tuyến tính với nhiệt độ BÀI CẢM BIẾN ĐIỆN TRỞ I MỤC TIÊU - Nắm cấu tạo vả nguyên lý 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 công thức vẽ đường cong chuẩn II DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ Thiết bị đo xử lý tín hiệu NI Elvis III Bo mạch cảm biến Quanser 3, Phần mềm LabVIEW III TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Đo góc chuyển vị cảm biến biến trở a Chuẩn bị thí nghiệm b Tiến hành Bảng 5: Tăng φ Giảm φ Điện áp (U) Điện áp (U) Góc Góc (φ) (φ) Lần Lần Lần TB Lần Lần Lần 0.92 0.86 0.86 0.88 180 4.41 4.31 4.31 30 1.44 1.51 1.48 1.48 150 3.79 3.75 3.69 60 2.10 2.09 2.10 2.10 120 3.31 3.20 3.17 90 2.76 2.68 2.65 2.70 90 2.66 2.64 2.64 120 3.40 3.17 3.13 3.23 60 2.06 2.03 2.08 150 3.85 3.72 3.78 3.78 30 1.46 1.49 1.50 180 4.41 4.31 4.31 4.34 0.85 0.86 0.84 TB 4.34 3.74 3.23 2.65 2.06 1.48 0.85 Thí nghiệm 2: Đo lực cảm biến điện trở lực căng a Chuẩn bị thí nghiệm b Tiến hành Bảng 6: Vị trí (x) -1 -0.5 0.5 Lần 5.11 4.96 4.80 4.64 Tăng x Điện áp (U) Lần Lần 5.10 5.13 4.94 4.97 4.80 4.80 4.63 4.65 TB 5.11 4.96 4.80 4.64 Vị trí (x) 0.5 -0.5 Giảm x Điện áp (U) Lần Lần Lần 4.49 4.48 4.48 4.64 4.65 4.65 4.79 4.79 4.79 4.96 4.96 4.96 TB 4.48 4.65 4.79 4.96 4.49 4.48 4.48 4.48 -1 5.10 5.13 5.11 IV CÂU HỎI Độ nhạy cảm biến, xác định quan hệ vào – cảm biến (điện áp tham chiếu: 5V) Thí nghiệm 1: Đo góc chuyển vị cảm biến biến trở - Độ nhạy cảm biến: K= ΔU 4.34−0.88 = =0.02 Δφ 180−0 Vậy độ nhạy cảm biến K=0.02 - Quan hệ vào – cảm biến + Đầu vào: Góc φ + Đầu ra: Điện áp U Để đơn giản, ta xem quan hệ vào- điện áp U góc φ cảm biến hàm bậc nhất: U=K φ+ U Ta có: Vậy : K =0.02 {U =0.88−0∗0.02=0.88 U=0.02φ+ 0.88 Thí nghiệm 2: Đo lực cảm biến điện trở lực căng - Độ nhạy cảm biến: K= Vậy độ nhạy cảm biến ΔU 4.48−5.11 = =−0.32 Δx 1−(−1) K=−0.32 - Quan hệ vào – cảm biến + Đầu vào: Vị trí đàn hồi x + Đầu ra: Điện áp U Để đơn giản, ta xem quan hệ vào- cảm biến hàm bậc nhất: U=K x +U Ta có: { Vậy : U=−0.32 x+ 4.80 K =−0.32 U 0=4.80−0∗(−0.32)=4.80 Đường cong chuẩn cảm biến Thí nghiệm 1: Đo góc chuyển vị cảm biến biến trở 5.11 Nhận xét: Đường cong biểu diển quan hệ vào cảm biến biến trở đo góc chuyển vị tăng φ giảm φ xem đường thẳng Điều có nghĩa quan hệ vào cảm biến quan hệ tuyến tính Thí nghiệm 2: Đo lực cảm biến điện trở lực căng Nhận xét: Đường cong biểu diển quan hệ vào cảm biến điện trở lực căng đo lực tăng x giảm x xem đường thẳng Điều có nghĩa quan hệ vào cảm biến quan hệ tuyến tính BÀI CẢM BIẾN QUANG I MỤC TIÊU - Nắm cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận hồng ngoại encoder - Nắm cách sử dụng thiết bị NI Elvis III, phần mềm Lab VIEW, 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 lý tín hiệu NI Elvis III Bo mạch cảm biến Quanser Phần mềm Lab VIEW III TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Đo khoảng cách cảm biến tiệm cận hồng ngoại a Chuẩn bị thí nghiệm b Tiến hành Bảng 7: IR Pulse Count = 100 ADC Outpu t 100 200 300 400 500 600 700 Tăng d Khoảng cách (d) Lần Lần Lần 13.6 5.9 4.7 3.9 3.4 2.8 13 7.9 5.6 4.5 3.7 2.9 2.5 13.6 5.5 4.4 3.8 3.3 2.9 2.6 TB 13.40 7.97 5.67 4.53 3.80 3.23 2.93 2.63 ADC Outpu t 1023 900 800 700 600 500 400 300 Giảm d Khoảng cách (d) Lần Lần 1.9 2.2 2.4 2.6 2.9 3.3 3.6 4.4 2.3 2.5 2.7 3.1 3.5 4.1 4.7 Lần TB 2.3 2.5 2.8 3.3 3.7 4.5 1.97 2.27 2.47 2.70 3.00 3.37 3.80 4.53 800 900 1023 2.5 2.2 1.9 2.3 2.2 2.4 2.2 2.40 2.20 1.97 200 100 5.5 7.4 13 5.5 7.8 13.6 5.6 7.6 13.2 Nhận xét: Khi tăng khoảng cách d giảm khoảng cách d khơng có sai khác nhiều đầu ADC output Thí nghiệm 2: Đo góc chuyển bị cảm biến encoder a Chuẩn bị thí nghiệm b Tiến hành Nhận xét: Bộ giải mã non-quad • Khi xoay núm Encoder thuận chiều kim đồng hồ khoảng 180o, ta thấy: - Giá trị sườn đếm (Edge) 12 - Góc chuyển vị (Angle) 180o Khi xuất sườn lên xung A, giá trị sườn đếm (Edge) tăng lên góc chuyển vị (Angle) tăng thêm 15o • Xoay núm Encoder ngược chiều kim đồng hồ khoảng 90o, ta thấy: - Giá trị sườn đếm (Edge) 18 - Góc chuyển vị (Angle) 270o Khi xuất sườn lên xung A, giá trị sườn đếm (Edge) tăng lên cịn góc chuyển vị (Angle) tăng thêm 15o Nhận xét: Bộ giải mã X1 • Khi xoay núm Encoder thuận chiều kim đồng hồ khoảng 180o, ta thấy: - Giá trị sườn đếm (Edge) 24 - Góc chuyển vị (Angle) 180o Khi xuất sườn lên xung A, giá trị sườn đếm (Edge) tăng lên cịn góc chuyển vị (Angle) tăng thêm 7,5o • Xoay núm Encoder ngược chiều kim đồng hồ khoảng 90o, ta thấy: - Giá trị sườn đếm (Edge) 12 - Góc chuyển vị (Angle) 90o Khi xuất sườn lên xung A, giá trị sườn đếm (Edge) giảm cịn góc chuyển vị (Angle) giảm 7,5o IV CÂU HỎI Xác định quan hệ vào cảm biến tiệm cận hồng ngoại Từ bảng suy quan hệ vào cảm biến tiệm cận hồng ngoại quan hệ phi tuyến Đường cong chuẩn cảm biến tiệm cận hồng ngoại Công thức cho giải mã non-quad giải mã X1 cảm biến Encoder So sánh ưu nhược điểm giải mã nêu nhận xét - Công thức giải mã non-quad 5.53 7.60 13.27 Edge(count) = α ( chiều kim đồng hồ )+ α ( ngược chiều kim đồng hồ ) 15 - Công thức giải mã X1 Edge(count) = α ( chiều kim đồng hồ )−α ( ngược chiều kim đồng hồ ) 7.5 Xác định cơng thức tính góc chuyển vị theo Edge PPR ứng với giải mã Cơng thức góc chuyển vị - Bộ giải mã non-quad: Angel = Edge(count)*360/PPR - Bộ giải mã X1 Angel = Edge(count) *180/PPR ... nhạy cảm biến, xác định quan hệ vào – cảm biến (điện áp tham chiếu: 5V) Thí nghiệm 1: Đo góc chuyển vị cảm biến biến trở - Độ nhạy cảm biến: K= ΔU 4.34−0.88 = =0.02 Δφ 180−0 Vậy độ nhạy cảm biến. .. tín hiệu NI Elvis III Bo mạch cảm biến Quanser 3, Phần mềm LabVIEW III TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Đo góc chuyển vị cảm biến biến trở a Chuẩn bị thí nghiệm b Tiến hành Bảng 5: Tăng... xem quan hệ vào- cảm biến hàm bậc nhất: U=K x +U Ta có: { Vậy : U=−0.32 x+ 4.80 K =−0.32 U 0=4.80−0∗(−0.32)=4.80 Đường cong chuẩn cảm biến Thí nghiệm 1: Đo góc chuyển vị cảm biến biến trở 5.11 Nhận