Môn học Thiết bị đo và cảm biến công nghiệp tập trung vào nghiên cứu về các công cụ và thiết bị được sử dụng để đo lường và giám sát các thông số quan trọng trong môi trường công nghiệp. Môn học này giúp sinh viên hiểu về nguyên lý hoạt động, cấu trúc và ứng dụng của các loại cảm biến và thiết bị đo trong các ngành công nghiệp khác nhau. Sinh viên sẽ được học về các loại cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, độ ẩm, độ rung và đo mức, cùng với nguyên lý hoạt động và các phương pháp đo lường. Môn học cung cấp kiến thức về lựa chọn, hiệu chuẩn và bảo trì các thiết bị đo và cảm biến, cũng như xử lý và phân tích dữ liệu thu thập được từ chúng. Sinh viên cũng sẽ được làm quen với các tiêu chuẩn và quy định liên quan đến việc sử dụng thiết bị đo và cảm biến trong môi trường công nghiệp, bao gồm an toàn, độ chính xác và đáng tin cậy. Môn học Thiết bị đo và cảm biến công nghiệp giúp sinh viên phát triển kỹ năng trong việc lựa chọn, cài đặt và vận hành các thiết bị đo và cảm biến trong các hệ thống công nghiệp. Nó cung cấp cơ sở vững chắc để hiểu và áp dụng các công nghệ đo lường và giám sát trong môi trường công nghiệp hiện đại.
Học phần THIẾT BỊ VÀ CẢM BIẾN Giảng viên: PHÓ BẢO BÌNH Bộ mơn Điện kỹ thuật - khoa Cơ khí Email: binhpb@huce.edu.vn Phone: 0904549979 Content ❖ Chương 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ❖ Chương 2: ĐO LƯỜNG CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN ❖ Chương 3: KHÁI NIỆM CƠ BẢN KỸ THUẬT CẢM BIẾN ❖ Chương 4: CẢM BIẾN QUANG ❖ Chương 5: CẢM BIẾN VỊ TRÍ, DỊCH CHUYỂN ❖ Chương 6: CẢM BIẾN ÁP LỰC, NHIỆT ĐỘ Tài liệu để học nghiên cứu S Tumanski, “Principles of electrical measurement”, Warsaw University of Technology Warsaw, Poland, Taylor & Francis Group, LLC, 2006 David A Bell, “Electronic Instrumentation and Measurement”, Second Edition, Prentice Hall, 2003 Kĩ thuật đo lường đại lượng điện tập 1,2- Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế… Ðo lường điện cảm biến: Nguyễn Văn Hoà Hoàng Sĩ Hồng Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG Chương Khái niệm kỹ thuật đo lường §1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng §1.2 Các định nghĩa khái niệm chung đo lường §1.3 Phân loại phương pháp đo §1.4 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo §1.5 Đơn vị đo §1.6 Tín hiệu §1.7 Các đặc tính thiết bị đo §1.8 Các cấu thị §1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng §1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng §1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng Ứng dụng sensor hãng Bosch tơ (2002) §1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng ❑ Trong công nghiệp ❑ Để thực trình điều khiển, hệ thống điều khiển bắt buộc có ba thành phần bản: thiết bị đo lường (cảm biến), điều khiển, đối tượng điều khiển - Thiết bị đo lường: thu thập thông tin - Bộ điều khiển: xử lý thông tin, định điều khiển - Đối tượng điều khiển: chịu tác động tín hiệu điều khiển Chương Khái niệm kỹ thuật đo lường §1.2 Các định nghĩa khái niệm chung đo lường 1.2.1 Định nghĩa phân loại phép đo ❑ ❑ Định nghĩa: Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo o Ví dụ: Đo điện áp: U = 135V 0,5V o Tức điện áp đo 135 đơn vị điện áp tính volt, với sai số 0,5V Phương trình phép đo: 𝑋 𝐴𝑥 = ; suy X=Ax.X0 𝑋0 X: Đại lượng cần đo X0: Đơn vị đo Ax: Giá trị số đại lượng cần đo Quá trình so sánh đại lượng cần đo với mẫu kết số Chương Khái niệm kỹ thuật đo lường §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.1 Cầu chênh lệch (Deflection bridges) Yêu cầu: Vmin=0, cầu cân I=Imin; - Điều kiện cơng suất liên quan đến tỏa nhiệt: 𝑖22 𝑅𝐼 : với Imin≤I ≤ Imax Chọn R3/R2 tùy thuộc loại cảm biến kiểu điện trở R4=(R3/R2 )RImin Vậy Hoặc: với §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.1 Cầu chênh lệch Biểu đồ mô tả mối quan hệ ν theo x r • Với cảm biến lực căng: Theo tính chất, x≈ 1; chọn r=1, R4=R2=R3 • Tự tìm hiểu với cảm biến khác (9.1 part B) §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.1 Cầu chênh lệch (Deflection bridges) b Thiết kế cầu chênh lệch kiểu điện dung, điện cảm (reactive deflection bridges) (a) Cảm biến đo mức kiểu điện dung (b) Cảm biến đo di chuyển “push-pull) kiểu điện cảm §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.1 Bộ khuếch đại (Amplifiers) ❑ Khuếch đại thuật toán: ký hiệu mạch điện tương đương ❑ Bộ KĐ đảo chiều: iIN = VIN V ; iF = OUT RIN RF iIN + iF = i− → VOUT = − RFVIN RIN §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.1 Bộ khuếch đại (Amplifiers) ❑ Bộ KĐ không đảo chiều: VOUT RF = 1 + R1 VIN ❑ Bộ KĐ sai lệch: VOUT = RF (V2 − V1 ) RIN §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.1 Bộ khuếch đại (Amplifiers) ❑ VD: Cầu đo biến dạng nối với KĐ sai lệch VOUT Với 𝑉𝑆 =15V, e=10−5 , R=120 Ω, G = Vậy để có VOUT=5 V RF= MΩ RF = VS Ge R0 §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.2 Tín hiệu nguồn dòng Mạch Thévenin: VD: Mạch Thévenin hệ thống đo nhiệt độ §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.2 Tín hiệu nguồn dịng Mạch Norton: VD: Nguồn dịng tải §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.2 Tín hiệu nguồn dịng Nguồn dịng có khả kháng nhiễu tốt so với nguồn áp Trong cơng nghiệp, tín hiệu dòng DC đầu từ 4-20 mA, tỷ lệ với giá trị đo lường đầu vào ❑ Đầu nguồn dòng vòng hở VD: Mạch vòng hở đo chênh áp §4.2 Điều hịa tín hiệu (Signal conditioning element) 4.2.2 Tín hiệu nguồn dòng ❑ Đầu nguồn dòng vịng kín độ nhạy zero bias VD: Mạch vịng kín đo chênh áp §4.3 Xử lý tín hiệu (Signal processing element) 4.3.1 Bộ chuyển đổi A/D ❑ Lấy mẫu (Sampling) Tần số trích mẫu: 𝑓 𝑠 = 1/(∆𝑇); ∆𝑇: chu kỳ trích mẫu Tần số trích mẫu 𝑓 𝑠 phải lớn lần so với tần số cao tín hiệu; tức 𝑓(𝑠) ≥ 2𝑓𝑚𝑎𝑥 Quá trình ADC vài ms §4.3 Xử lý tín hiệu (Signal processing element) 4.3.1 Bộ chuyển đổi A/D Sample and hold §4.3 Xử lý tín hiệu (Signal processing element) 4.3.1 Bộ chuyển đổi A/D ❑ Mã hóa (Encoding) Hệ 10: với di từ 0-9 Hệ nhị phân: với bi Để mã hóa số thập phân Q với Q=2n n: số lượng bit mã nhị phân §4.3 Xử lý tín hiệu (Signal processing element) 4.3.1 Bộ chuyển đổi A/D ❑ Mã hóa (Encoding) Để mã hóa số thập phân Q với Q=2n n: số lượng bit mã nhị phân §4.3 Xử lý tín hiệu (Signal processing element) 4.3.1 Bộ chuyển đổi A/D ❑ Analogue to digital converters (ADCs)