ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP Mục lục Bài 1: Đo nhiệt độ Bài 2: Đo vị trí, vận tốc Bài 3: Đo mức, lưu lượng Bài 4: Đo khối lượng Báo cáo sử dụng phần mềm Labview để thu thập và mô phỏng số liệu.
O NHI T
N i dung
Trong bài thí nghi m này, nhóm ã th c hi n c các n i dung:
-Kh o sát c tính R-T c a c m bi n Thermistor
-Tìm c ph ng trình Calib c a c m bi n Thermistor
-Kh o sát t tính R-T c a c m bi n RTD PT100
-Tìm c ph ng trình Calib c a c m bi n RTD PT100
K t qu thí nghi m
B ng o nhi t - i n tr c a c m bi n thermistor
3 100 771.89 i n tr Rr o l i b ng VOM: 9.94kOhm
T các thông s ã o trên, ta tính c:
T ó suy ra ph ng trình Steinhart-hart chính xác:
Và ph ng trình Steinhart-Hart x p x (pt.beta) c tuy n R-T c a Thermistor
Nh n xét: v i k t qu c a nhóm thì t m o t 40 o n 90 o , 2 ph ng pháp cho d ng ph ng trình g n gi ng nhau.
B ng k t qu o nhi t c a 2 ph ng pháp:
L n o Nhi t o chu n Pt Steinhart-hart Pt x p x (beta)
- Khi nhi t o th p, 2 ph ng pháp cho ra sai s t ng ng nhau Ph ng pháp x p x l i có xu h ng chính xác h n so v i ph ng pháp chính xác Tuy nhiên, t i các nhi t cao h n thì ph ng pháp chính xác cho sai s ít h n.
2.3.3 th kh o sát R-T: i n tr Rr o l i b ng VOM: 266.0 OhmT b ng s li u o c, ta tính c:
Giá tr i n tr Pt100 theo chu n EU:
Giá tr h s A, B theo tiêu chu n là:
- Ta th y khi nhi t t 0 n 100, thì l ch gi a th o c và th chu n không sai l ch nhi u, nh ng khi nhi t t ng lên thì l ch s càng lúc càng gia t ng.
B ng k t qu o nhi t c m bi n PT100
L n o Nhi t chu n Nhi t o t Pt100 Sai s (C)
2.4.3 Nh n xét: nhi t th p, sai s so v i nhi t chu n th p Nhi t càng t ng, sai s so v i nhi t chu n càng l n, phù h p v i d ng th kh o sát R-T nhóm tìm c trên.
2.5 o nhi t ng th i c 2 c m bi n Thermistor và Pt100
2.5.3 Nh n xét:Trong lúc ti n hành, giá tr c c t c m bi n Pt100 b dao ng r t nhi u, còn Thermistor thì t ng i n nh trong quá trình o.
Nguyên nhân gây ra sai s :
-Tín hi u t ng t b nh h ng b i nhi u t môi tr ng
-Sai s làm tròn khi tính toán trong Labview
-Thi t k b l c thông th p hi u qu h n.
- ng d ng các ph ng pháp bù nhi t và bù tr ã c h c.
K t lu n
Sau khi th c hi n bài thí nghi m, nhóm ã bi t c:
-Cách kh o sát t tuy n R-T c a c m bi n Thermistor và PT100
-Cách thành l p ph ng trình tính nhi t t i n tr c a 2 lo i c m bi n này.
-Bi t c s khác bi t gi a h c lý thuy t và th c t th c t thì tín hi u c m bi n g i v b nh h ng r t nhi u b i nhi u, và s d ng c thì ph i làm nhi u h n là ch làm theo các b c ã h c: ví d nh l c, t m quan tr ng c a chính xác c a i n tr ch n Rr
O V TRÍ, V N T C
N i dung thí nghi m
Sau khi hoàn thành bài thí nghi m, nhóm ã có th :
•Hi u c c tính xung c a encoder, quan h V-d c a c m bi n o kho ng cách,
•Tính c v trí c a i t ng b ng c m bi n o kho ng cách thu phát quang,
•Tính c v trí, v n t c c a i t ng b ng c m bi n encoder quang,
•Bi t cách calib các c m bi n o v trí,
•S d ng ph n m m LabVIEW x lý, hi n th và l u tr d li u
2.1.1 Kh o sát quan h i n áp-kho ng cách: (V-d)
B ng k t qu kh o sát V-d d(cm) 0 5 10 15 20 25 30
(V0) 2.261 1.137 0.712 0.511 0.351 0.293 0.212 th kh o sát quan h V-D th bi u di n quan h V-d c a c m bi n kho ng cách theo s li u thu th p và lý thuy t
- Giá tr c v trên Front Panel b nh h ng b i nhi u, do ó k t qu o c có sai s nên ch có tính t ng i.
- D ng c tuy n kho ng cách – i n áp v c t b ng s li u t ng i gi ng v i c tuy n ã cho.
Yêu c u: V i k t qu trong b ng 3.1, tìm ph ng trình ng cong x p x t p d li u trong kho ng t 5cm-25cm (tham kh o hình 5.2) S d ng két qu này scale i n áp thành kho ng cách (t ng t cách làm chuy n i n áp thành nhi t c a LM35 ho c t vi t ch ng trình scale), b sung vào file distance_sensor.vi D ch chuy n vitme v i kho ng cách b t k , so sánh k t qu trên LabVIEW v i k t qu trên th c o.
K t qu o kho ng cách dùng k t qu x p x
K t qu tính toán trên LabVIEW(cm) 4.85 8.12 9.87 11.25 14.82 18.63 20.12 23.87 24.92
-Bi u di n quan h ngh ch o kho ng cách – i n áp và áp d ng auto-fitting
- K t qu tính toán d a vào ng cong x p x cho k t qu g n úng v i giá tr o b ng th c.
- Nh v y trong kho ng gi i h n t 5cm n 25cm ta có th x p x quan h V-d c a c m bi n kho ng cách theo công th c nêu trên.
- Có th dùng c tính ngh ch o i n áp o kho ng cách ch nh xác h n, nh ng không ph i khi nào c ng có m i quan h tuy n tính này.
Sau khi th c hi n xong bài thí nghi m, nhóm ã bi t c:
- Xây d ng c quan h V-d c a c m bi n kho ng cách b ng các ph ng trình x p x ,s d ng ch c n ng auto fitting t Matlab.
- Ki m ch ng mô hình c tuy n c a c m bi n kho ng cách và áp d ng vào o v trí
- S d ng ph n m m LabVIEW thu th p, x lí và hi n th d li u
O M C, L U L NG
o l u l ng
Nguyên lý o: S d ng c m bi n l u l ng vortex có ngõ ra là t n s t l v i l u l ng.
Công th c tính l u l ng ngõ ra: Qv= 0.085 * ƒ — 0.2 (lít/phút) (*)
V i ƒ là t n s ngõ ra c a c m bi n l u l ng Nh v y, ta s o t n s ƒ r i thay vào công th c (*) tính l u l ng.
Ch y file ch ng trình và m van n c cho ch y m t l u l ng nh t nh, o m c n c dâng lên sau 5s và cùng v i thông s bình ch a cho tr c: bình hình tr v i bán kính áy 0,095dm.
L u l ng hi n th trên th x p x 2 lít/phút (Vì giá tr trên ng h nh y liên t c nên ch n nhìn giá tr trên th ).
Nh n xét: K t qu c m bi n o c khá gi ng v i nh ng gì quan sát và tính toán.
o m c
Nguyên lý o: s d ng nguyên lý o áp su t vi sai.
Chi u cao c a c t n c c tính nh công th c (**)
Trong công th c trên, p0 là áp su t khí quy n còn p là áp su t do c t n c và áp su t khí quy n gây ra B ng cách o chênh l ch áp su t p và po (áp su t vi sai) ta có th tính c chi u cao c t n c (l u ý: th c t po có th không ph i là áp su t khí quy n).
B m n c lên các chi u cao t ng ng nh b ng bên d i, ghi k t qu i n áp AI3 và AI7 B m n c lên các chi u cao t ng ng nh b ng 3.1, ghi k t qu i n áp o AI3 (V1_m) và AI7 (V2_m) D a vào thông tin nh ph n l u ý 1, tính các i n áp ra V1_c và V2_c.
Vì c m bi n o m c có ngõ ra là dòng i n nên d a vào m ch chuy n i dòng i n, i n áp:
Các c m bi n áp su t là lo i có ngõ ra dòng 4-20mA “Pressure sensor 1” có t m o áp su t 1-16bar, o áp su t khí quy n ; “Pressure sensor 2” có t m o áp su t 1-1,1bar, o áp su t n c, R = 980 Ohm
Công th c tính áp su t c t n c: p = p0 + gh v i = 1000kg/m 3 là t tr ng c a n c, g = 9.8m/s 2 là gia t c tr ng tr ng, h là chi u cao c t n c, p0 là áp su t khí quy n (gi s b ng 1bar) Cho bi t: 1bar = 100000Pa = 1020cmH2O.
V i các chi u cao c t n c t ng ng, d a vào công th c trên tính c p (quy v n v bar), d a theo ph ng trình tuy n tính ta tìm c dòng i n I và i n áp V=IR Áp su t khí quy n không i và b ng 1bar, t ng ng ngõ ra 4mA, suy ra V1_c không i và b ng 4.0,98=3,92V.
Nh n xét: Áp su t khí quy n tính toán và áp su t khí quy n o c khá gi ng nhau và không i. Áp su t c t n c tính toán và áp su t c t n c o c chênh l ch khá nhi u (luôn l n h n) và t ng khi t ng m c n c trong bình t ng Nguyên nhân có th là do nhi u, do c m bi n áp su t m c n c o sai l ch, các giá tr s ch cho g n úng: áp su t khí quy n, t tr ng n c, gia t c tr ng tr ng, chi u cao c t n c, giá tr i n tr th bi u di n i n áp theo chi u cao c t n c:
Nh n xét: ng V1_m g n nh không i, ng V2_m t ng g n nh tuy n tính khi chi u cao c t n c t ng.
2.2 Calib c m bi n không ph thu c vào các y u t trong công th c (*) nh , g và các h s hi u ch nh t i n áp o vi sai sang áp su t vi sai, ta ti n hành calib h th ng tr c khi o m c.
X n c t t ra kh i b n cho t i khi th y m c n c n m v ch 0 Trên ch ng trình calib, i u ch nh thanh tr t “Adjust zero” sao cho ô “level” b ng 0 (Ch nh span=1)
B m n c vào b n cho t i khi m c n c n m v ch 10.0cm Trên ch ng trình calib, i u ch nh thanh tr t “Adjust span” sao cho ô “level” b ng 10.0.
Tìm c c=-7,12794, d,0684 Thay 2 h s này vào ch ng trình Labview và ch y l i v i các m c n c khác nhau, thu c b ng s li u bên d i.
Nh n xét: Qua calib thu c k t qu phù h p, không ph thu c vào các h s tính toán.
Tuy calib nh ng k t qu v n còn sai s , sai s này do vi c tín hi u b nhi u, s li u nh y nhi u làm cho ch nh zero và ch nh span ch a c chính xác, ngoài ra có th qua th i gian thì c m bi n m t d n tuy n tính c a nó.
O KH I L NG
Ti n hành o i n tr
S d ng Ohm k o i n tr c a t ng c p u dây t ng ng trong t ng tr ng h p kh i l ng khác nhau (t h p t các qu cân chu n), c s li u nh 2 b ng bên d i:
Kh i l ng chu n (g) i n tr c p dây (R-G) (Ω) i n tr c p dây (G-B) (Ω) i n tr c p dây (B-W) (Ω) i n tr c p dây (W-R) (Ω)
B ng kh o sát i n tr theo kh i l ng loadcell d ng thanh d m
Kh i l ng chu n (g) i n tr c p dây (R-G) (Ω) i n tr c p dây (G-B) (Ω) i n tr c p dây (B-W) (Ω) i n tr c p dây (W-R) (Ω)
B ng kh o sát i n tr theo kh i l ng loadcell d ng ch S
T b ng s li u i n tr R, s d ng matlab a s li u và v th , o n code minh ho v th nh sau: mass = [0 200 500 1000 1500 2000 2500 3000];
R_G_delta = [R_G_delta, R_G_measure(i)-R_G_measure(1)]; endplot(mass,R_G_delta) holdon
B_W_delta = [B_W_delta, B_W_measure(i)-B_W_measure(1)]; endplot(mass,B_W_delta) holdon
G_B_delta = [G_B_delta, G_B_measure(i)-G_B_measure(1)]; endplot(mass,G_B_delta,' ') holdon
Làm l n l t thay s cho Loadcell thanh d m và Loadcell ch S, ta thu c 2 th bi u di n m i quan h gi a (∆R/R0) và kh i l ng nh sau: i v i c m bi n loadcell thanh d m:
- c tuy n (∆R/R0) – m c a loadcell d ng thanh d m trên c p dây R-G và B-W i theo chi u t ng d n i n tr khi kh i l ng t ng, còn i n tr c p dây G-B và W-R thì theo chi u gi m d n khi kh i t ng t ng i u này phù h p v i lý thuy t vì trong Loadcell có m ch c u Wheatstone trong ó 1 c p i n tr t ng và 1 c p i n tr gi m khi kh i l ng t t ng lên.
- Do phép o i n tr s d ng ng h VOM t ng ch nh t m o v i chính xác là
1 ch s th p phân nên vi c kh o sát và v th ch úng t ng i 1 ph n v vi c t ng gi m c a i n tr ch ch a th c s th hi n rõ c c tính tuy n tính c a loadcell d ng thanh d m N u v 1 ng th ng n i i m u và i m cu i các ng th ng ta thu c hình sau:
Có th th y là ng c tuy n t ng i c a gi a c p i n tr t ng và c p i n tr gi m khá i x ng v i nhau qua tr c hoành (h s góc có giá tr g n b ng nhau nh ng ng c d u), minh ho t ng i cho quan h gi a 2 c p i n tr trong c u o. i v i c m bi n loadcell ch S: Ta c ng thu c m t th có d ng c tr ng t ng t : c tuy n (∆R/R0) – m c a loadcell d ng ch S c ng có tính ch t t ng t , i n tr trên c p dây R-G và B-W i theo chi u t ng d n i n tr khi kh i l ng t ng, còn i n tr c p dây G-B và W-R thì theo chi u gi m d n khi kh i t ng t ng Và các c p trên c ng t l theo h s góc i x ng nhau qua tr c hoành Tuy nhiên thay i t ng / gi m là không nhi u so v i lo i thanh d m.
Nh n xét chung: C 2 c tuy n th hi n c tính thay i t ng/ gi m c a các c p i n tr khi có kh i l ng t t ng lên, tuy v y vi c th hi n trên c tính còn h n ch vì sai s do d ng c o ch l y t i 1 ch s sau d u ph y trong khi i n tr l i thay i r t nh , và ngoài ra còn có sai s do ng i c th c hi n phép o Vì th c n công c DAQ và m ch o phù h p thu th p c chính xác d li u.
Ti n hành o i n áp
Trong ph n này, ta gi s quan h gi a kh i l ng o và ngõ ra m ch x lý là tuy n tính theo ph ng trình :
V a m b= ´ + Trong ó, a là h s góc c tính theo công th c: a G S= ´ load cell
- G = 250 là khu ch i c a b khu ch i o l ng IA c c u hình c ng trong m ch.
- Sload cell là nh y c a Loadcell, i v i d ng d m là 20mV
3kg và d ng ch S là
Theo yêu c u o 0(g) mà ngõ ra m b o V = 0V thì theo công th c trên b = 0.
Nh ng th c t b s khác 0 do tr ng l ng c a bàn cân và các lý do gây l ch zero khác.
- i n áp tính c a lo i thanh d m s là: V a m b 250 20m m 0 5 m
- i n áp tính c a lo i ch S s là: V a m b 250 20m m 0 1 m
L p trình Labview o i n áp t ng kh i l ng chu n lên bàn cân, ghi l i các s li u o c theo b ng d i:
Loadcell d ng thanh d m Loadcell d ng ch S
V – tính toán (mV) V – o (mV) V – tính toán
2000 3333.3 2401.9 500 593.646 th quan h i n áp (V) – kh i l ng (m) c a Loadcell thanh d m: th quan h i n áp (V) – kh i l ng (m) c a Loadcell ch S:
Nh n xét:- th c tuy n c a c 2 d ng Loadcell thanh d m và ch S là m t ng th ng tuy n tính, và có h s góc g n nh b ng v i k t qu tính theo lý thuy t T ó có th k t lu n h s a c a Loadcell thanh d m và loadcell ch S trên th c t g n nh b ng v i giá tr tính c theo lý thuy t.
- Tuy nhiên, i n áp o c và i n áp tính có s chênh l ch do trôi zero, gây ra b i chính h s b, i u này là do nh h ng c a s c n ng bàn cân và các lý do khác Vì th ng v i t ng loadcell ta s tìm c h s b, ó chính là h s o c lúc bàn cân không có kh i l ng t lên.
- V y k t lu n c i v i Loadcell thanh d m thì a = 5/3 và b = -865.155 ( N u i n áp tính theo mV và kh i l ng tính theo gam ; ho c b = -0.865155 n u kh i l ng tính theo kg) Còn i v i Loadcell ch S thì a = 1/4 và b = 108.29 ( N u i n áp tính theo mV và kh i l ng tính theo gam ; ho c b = 0.10829 n u kh i l ng tính theo kg).
Ti n hành o kh i l ng
Sau khi có c các h s a và b t thí nghi m kh o sát i n áp theo kh i l ng chu n, ti n hành th c hi n thí nghi m o kh i l ng theo công th c
Thay các h s a và b ã tìm c t thí nghi m tr c ó cho t ng lo i Loadcell:
- i v i Loadcell thanh d m (m tính theo kg và V theo Volt):
- i v i Loadcell ch S (m tính theo kg và V theo Volt):
S u dây và l p trình Labview v n gi nguyên. t ng kh i l ng chu n lên bàn cân, ghi l i các s li u o theo b ng bên d i:
Kh i l ng chu n (kg) Loadcell d ng thanh d m Loadcell d ng ch S m – o (kg) Sai s (kg) m – o (kg) Sai s (kg)
Nh n xét:- Sai s các kh i l ng cân nh trên 2 lo i loadcell nhìn chung là r t ít, khi càng t ng lên kh i l ng lên thì sai s càng l n i u này ch ng t nguyên nhân ch y u gây ra sai s là b l ch h s span a T c là do nh y c a loadcell theo th i gian b sai l ch, h s khu ch i c a IA c ng b suy hao sau m t th i gian s d ng c a IA, ngoài ra còn do phi tuy n c a c m bi n là các y u t chính gây là sai h s span.
- S d ng thanh d m cân các kh i l ng nh nh trên cho ra sai s ít h n lo i ch S, i u này h p lý vì t m o c a thanh d m (ch 3kg) nh h n so v i lo i ch S (20kg).
Calib c m bi n loadcell
Thay vì l thu c vào các h s ph n c ng nh tr c, ta calib c m bi n lo i b tác ng c a các y u t ph n c ng Vi c calib này d a trên c s lý thuy t là mm = ´ +c V d
Ch nh zero là ch nh cb + d = 0.
Ch nh span là ch nh ac = 1.
Vì th khi ti n hành calib, ta s xác nh c 2 h s c, d tính kh i l ng theo công th cmm = ´ +c V d, t ó lo i b s l thu c vào các h s ph n c ng cho tr c.
L p trình Labview calib c m bi n loadcell
B ng tham s calib sau khi calib 2 lo i:
Tham s calib Loadcell thanh d m Loadcell ch S c 0.610224 4.14537 d 0.528471 -0.469412
o kh i l ng sau khi calib
Ch ng trình Labview c gi nguyên, i m khác bi t là thay vì s d ng các h s scale a,b thì ta s d ng các h s v a calib c và d cho l n này.
Ti n hành o kh i l ng v i h s scale m i t vi c calib:
Kh i l ng chu n (kg) Loadcell d ng thanh d m Loadcell d ng ch S m o(kg) Sai s (kg) m o(kg) Sai s (g)
M t vài hình nh k t qu minh ho :
Nh n xét:- Sau khi ch nh nh (calib) thì k t qu r t chính xác v i kh i l ng em cân th c t Sai s sau khi th c hi n calib gi m áng k so v i cách c