báo cáo thí nghiệm học phần kỹ thuật cảm biến

t➢ Thực hiện xong, tắt máy, gi nguyên các dây kữ ết nối.. Chuẩn b ịCác bước chuẩn bị như thí nghiệm 1.. ➢ Thực hiện xong, tắt máy... BÀI 2: CẢM BIẾN ĐIỆN TRỞ Thí nghi m 1: ệĐo góc chuyển

ĐẠ I HỌC BÁCH KHOA HÀ N I Ộ TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Báo cáo thí nghiệm HỌC PH N : K THU T C M BI N Ầ Ỹ Ậ Ả Ế

MÃ H C PH N: EE4502 Ọ Ầ

Giảng viên hướ ng d n: Ths Nguy n Th ẫ ễ ị Huế

H và tên : Nguy ọ ễn Văn Độ

MSSV : 20212759

Lớp : KT ĐK – Tự động hóa 07

Mã l p thí nghi m: 743119 ớ ệ

HÀ NỘI, 3/2024

M c l c ụ ụ

BÀI 1: Đ ẶC TÍNH C A C M BI N NHIỦ Ả Ế Ệ T ĐI ỆN TRỞ 3

Thí nghiệm 1: Ki m tra ho ể ạ t đ ng củ ộ a HPC40

Thí nghiệm 2: Xác đị nh đặc tính của nhi ệt điệ n trở -100Pt

BÀI 2: CẢM BIẾN ĐIỆN TRỞ

Thí nghiệm 1: Đo góc chuyển vị b ng c m bi ằ ả ế n đi ện trở 6

Thí nghiệm 2: Đo lực cảm biến bằng điệ n trở l ực căng

BÀI 3: CẢM BI N QUANG Ế

Thí nghiệm 1: Đo khoảng cách bằng c ảm bi n ti m c ế ệ ận hồng ngo i ạ .9

Thí nghiệm 2: Đo khoảng cách bằng c ảm bi n ti m c ế ệ ận hồng ngo i ạ .10

BÀI 1: ĐẶC TÍNH C A C M BI Ủ Ả ẾN NHI ỆT ĐIỆN TR Ở

Thí nghi m 1: Ki m tra hoệ ể ạt động của HPC40

Tiến hành thí nghiệm :

➢ Cắm cảm bi n Pt-100 vào khe nhi t c a ETC-400A.ế ệ ủ

➢ Cài đặt giá trị nhiệt độ tham chiếu To cho ETC-400A cao hơn nhiệt độ môi trường khoảng 5-10 độ C, đợi cho đến khi nhiệt độ ổn định (máy s phát ra âm thanh báo hi u).ẽ ệ

➢ Quan sát giá trị nhiệt độ T hi n th trên EPC40 và so sánh v i giá trx ể ị ớ ị tham chiếu

➢ Rút que đo ra khỏi ETC-400A khoảng 30 giây rồi cắm lại Ghi l i giá trị nhiệt độ ạ

➢ Thực hiện 3 lần như trên

➢ Tính sai số tương đối của EPC40, sai s nh ố ỏ hơn 0.015% là thiế ị ẫt b v n hoạt động ốt t

➢ Thực hiện xong, tắt máy, gi nguyên các dây kữ ết nối

Kết quả thí nghi m: ệ

Giá trị nhiệt độ đặ 30 độ C t :

- Giá trị đo được lần 1: 29,98 độ C

- Giá trị đo được lần 2: 29,97 độ C

- Giá trị đo được lần 3 : 29,98 độ C

Tính trung bình 3 lần đo :

𝑇𝑡𝑏 =29,98 + 29,97 + 29 98 ,

3 = 29,98 độ 𝐶

Ta có sai số trung bình tuyệt đối:

∆ 𝑇 = | 29,98 − | = 0, độ 𝐶30 02

Sai s ố tương đối

𝛿𝑇 = ∆𝑇

𝑇 𝑟𝑒𝑓 = 0,02

30 = 0,0006 Nhận xét sai s ố , để đánh giá thiết b , sai s ị ố nhỏ hơn 0.015 thì được coi là thiết b hoị ạt động t t ố Dựa trên sai số tương đối là 0,0006 < 0,015 nên suy ra được thiết bị vẫn hoạt động tốt

Thí nghi m 2: Xác ệ định đặc tính của nhi ệt điện tr ở Pt-100

a Chuẩn b ị

Các bước chuẩn bị như thí nghiệm 1

b Tiến hành

➢ Cắm cảm bi n Pt-100 vào khe nhi t c a ETC-400A.ế ệ ủ

➢ Cài đặt giá tr nhiị ệt độ tham chi u T cho ETC-400A ế o ở khoảng cao hơn nhiệt độ môi trường,

đợi cho đến khi nhiệt độổn định (máy sẽ phát ra âm thanh báo hiệu) Lưu ý nhiệt đ tối đa ộ được phép sử dụng là 50oC

➢ Quan sát giá trị nhiệt độ Tx và điện tr R hi n th trên EPC40, ghi l i vào ở T ể ị ạ Bảng 2

➢ Rút que đo ra khỏi ETC-400A khoảng 30 giây rồi cắm lại Ghi l i giá trị T và R ạ x T

➢ Thực hiện rút ra cắm lại như vậy 3 lần

➢ Tăng giá trị nhiệt độ tham chi u và thực hi n l i các bước như trên Lưu ý, hạn ch vi c ế ệ ạ ế ệ

giảm nhiệt độ vì quá trình t n nhiả ệt tốn nhi u thề ời gian hơn quá trình gia nhiệt

➢ Thực hiện xong, tắt máy

To

(oC)

Tx (oC) TTB

(oC) ΔT (

oC) RT

(Ω) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3

30 29,98 29,97 29,98 29,98 0,02 111,62111, 64 111, 63 111,63

32 31,95 31,96 31,95 31,95 0,05 112,43112,43112,42 112, 43

34 33,98 33,99 34,01 33,99 0,01 113,21113,22113,23 113,22

36 35,99 36,00 36,02 36,00 0,00 113,99114,00114,01 114,00

38 37,99 38,01 37,98 37,99 0,01 114,76114,77114,75 114,76

Bảng 2

Xác định nh y cđộ ạ ủa cảm biến :

- Công thức xác định nh y cđộ ạ ủa cảm biến :

S = ∆S

∆m

- Trong đó S là nhạy c a cảm biến, ∆Sđộ ủ là biến thiên đầu ra, ∆m là biến thiên đầu v ào

- Chọn tr ng hợp T ref là 30 C, ta có ườ độ ∆S = |T 2 - T 1| = |31 95, - 29,98| = 1, độ C97

- ∆m = T - T = | o2 o1 32 - 30| = 2 độ C

➔ S = 1,97

2 = 0,985 ơn đ vị

- Đối với c m biả ến nhiệt điện tr Pt100, s ở ự phụ thuộc của điện tr vào nhiở ệt độ là phi tuy n ế Điện tr cở ủa cảm biến Pt100 tăng theo đường cong phi tuyến khi nhiệt độ tăng Để mô t sự ả

ph ụ thuộc này, thường s d ng các công th c chuyử ụ ứ ển đổi như phương trình Steinhart-Hart

hoặc các phương trình khác dựa trên dữ liệ u t bừ ảng đặc tính của cảm biến Pt100

T là nhiệt độ tuyến tính, Rt l điện tr cà ở ảm biến, A, B, C là hằng s ố

Đồ ị ướ th d i đây thể hiện giá tr Rt ị theo nh ệt : Tr c tung là i độ ụ điệnt tr , tr c hoở ụ ành l T à

111.63

112.43

113.22

114

114.76

110

110.5

111

111.5

112

112.5

113

113.5

114

114.5

115

Sự phụ thuộc Rt vào nhiệt độ

Sự phụ thuộc Rt vào nhiệt độ

Vẽ đường cong chu n cẩ ủa cảm biến:

Trong đó trục x là giá tr u v To ( ị đầ ào độ C)

Trục y là giá tr ị đo được th c tự ế T đo (độ C)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Đường cong hiệu chuẩn của cảm biến

BÀI 2: CẢM BIẾN ĐIỆN TRỞ

Thí nghi m 1: ệ Đo góc chuyển vị bằng c m bi ả ến điện tr ở

Tiến hành thí nghiệm:

➢ Ấn Run để chạy VI, đợi cho đến khi đèn Initialized? sáng

➢ Xoay biến tr v ở ề góc φ = 0o Ghi l i giá tr ạ ị điện áp U hi n th trên Uncalibrated ể ị Output

➢ Tăng góc φ đến các giá tr khác nhau, ghi lị ại giá tr ị góc φ và điện áp U vào Bảng 5

➢ Khi đạt giá tr ị góc φ lớn nhất, xoay bi n tr ế ở theo hướng giảm φ Tiếp tục ghi l i giá tr ịạ góc φ và điện áp U

➢ Thực hiện 3 lần như trên và hoàn thiệ Bn ảng 5

➢ Thực hiện xong, tắt chương trình, tắc công t c nguắ ồn cho bo mạch

Kết quả đo:

Góc

(φ)

Điện áp (U) Góc

(φ)

Điện áp (U) Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB

0 0,61 0,62 0,63 0,62 150 3,64 3,69 3,67 3,66

30 1,35 1,37 1,37 1,36 120 3,15 3,17 3,16 3,16

60 2,02 2,03 2,08 2,04 90 2,59 2,56 2,58 2,58

90 2,59 2,59 2,61 2,60 60 2,06 2,03 2,02 2,04

120 3,14 3,16 3,17 3,16 30 1,38 1,39 1,38 1,38

150 3,65 3,64 3,65 3,66 0 0,63 0,65 0,61 0,63

Xác định nh y cđộ ạ ủa cảm biến :

- Công thức xác định nh y cđộ ạ ủa cảm biến :

S = ∆S

∆m

- Trong đó S là nhạy c a cảm biến, ∆Sđộ ủ là biến thiên đầu ra, ∆m là biến thiên đầu v ào Xác nh đị độ nhạy c a c m biủ ả ến biến trở:

Ta có ∆S = |V2 - V1| = |1, - 0,62| = 0, V36 74

- ∆m = Phi 2- phi 1 = | - 0 | = độ 30 30

➔ S = 0,74

30 = 0,0246 (V/độ)

➔ Mỗ ội đ thay đổi trong góc chuy n v ể ị tương ứng với sự thay đổi khoảng 0.02467 V trong điện

áp đầu ra c a củ ảm biến

Quan h vào ra c a c m biệ ủ ả ến biến tr ở:

- Đầu vào: Sự thay i của góc chuyển v đổ ị

- Đầu ra: sự thay i của điện đổ áp

Đườ ng cong chuẩn của c m biế ả n bi n trở ế

Thí nghiệm 2: Đo lực c m bi n bả ế ằng điện tr l ở ực căng

Tiến hành thí nghiệm:

➢ Ấn Run để chạy VI, đợi cho đến khi đèn Initialized? sáng

➢ Điều chỉnh đầu thanh đàn hồi ở ị v trí x = 0 Quan sát giá tr Uị offset hi n th ể ị trên Uncalibrated Output, ghi lại và nhập giá tr ị đó vào ô Zero Offset

➢ Điều chỉnh đầu thanh đàn hồi ở ị v trí x = -1 Ghi lại giá trị điện áp (U) vào Bảng 6

➢ Tiếp tục tăng x đến các giá tr khác nhau, ghi lị ại giá trị x và điện áp U vào Bảng 6

➢ Khi đạt giá tr x l n nhị ớ ất, đi u chề ỉnh đầu thanh đàn hồi theo hướng giảm x Ti p tục ghi ế

lại giá trị góc φ và điện áp U

➢ Thực hiện 3 lần như trên và hoàn thiệ Bn ảng 6

➢ Thực hiện xong, tắt chương trình, tắc công t c nguắ ồn cho bo mạch

Kết quả thí nghi m: ệ

Vị trí

(x)

Điện áp (U) Vị trí

(x)

Điện áp (U) Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB

0 5 5,01 5,02 5,01 1 4,7 4,71 4,71 4,71

-1 5,33 5,35 5,34 5,34 0,5 4,86 4,86 4,87 4,86

-0,5 5,18 5,19 5,22 5,20 -0,5 5,18 5,17 5,20 5,18

0,5 4,87 4,86 4,86 4,86 -1 5,31 5,30 5,32 5,31

1 4,73 4,72 4,74 4,73 0 5 5,01 5,01 5,01

Xác nh đị độ nhạy c a c m biủ ả ến điện tr l c cở ự ăng:

Ta có ∆S = |V2 - V1| = |5, - 5, | = 0, V17 31 14

- ∆m = x2 - x1 = | 0,5 - 1 | = 0,5 cm

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 Đường cong chuẩn của cảm biến biến trở khi đo góc

chuyển vị

➔ S = 0,5 = 0, 8 (V/02 cm)

➔ Mỗ ội đ thay đổi trong 1 cm tương ứng với sự thay đổi kho ng 0.028 ả V trong điện áp đầu ra của cảm biến

Quan hệ vào ra của c m biả ế điện tr ln ở ực căng

- Đầu vào: Sự thay i về giá tr x khi ch u ảnh h ng c a lực đổ ị ị ưở ủ

- Đầu ra S: ự thay i về điện đổ áp

Đườ ng cong chuẩn của c m biế ả n đi n trở lực c ệ ăng

4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

Đường cong chuẩn của cảm biến điện trở lực căng

BÀI 3: CẢM BIẾN QUANG

Thí nghi m 1: ệ Đo kho ng cách b ng c m bi n ti m cả ằ ả ế ệ ận hồng ngo i ạ

Tiến hành thí nghi m: ệ

➢ Ấn Run để chạy VI, đợi cho đến khi đèn Initialized? sáng

➢ Nhập giá tr IR Pulse Count -255) Giá tr này s là s xung h ng ngo i phát ra trong mị (1 ị ẽ ố ồ ạ ỗ chu kỳ hoạt động, giá tr ị càng cao thì độ nhạy càng l n.ớ

➢ Đặt tấm phản xạ ở sao cho giá tr ADC Output gần giá tr 0 nhất Ghi lại giá trị khoảng ị ở ị cách d từ tấm phản xạ tới cảm biến vào Bảng 7

➢ Tiếp t c di chuy n t m ph n x l i g n c m biụ ể ấ ả ạ ạ ầ ả ến sao cho ADC Output đạt giá trị mong muốn Ghi lại khoảng cách d t từ ấm phản x tạ ớ ảm bi n.i c ế

➢ Khi t m ph n xấ ả ạ đến v trí g n c m bi n nh t có th (giá tr ADC Output chị ầ ả ế ấ ể ị ạm ngưỡng 1024), di chuy n t m ph n x t t ra xa Ti p t c ghi l i các giá tr kho ng cách d ng vể ấ ả ạ ừ ừ ế ụ ạ ị ả ứ ới ADC Output mong muố n

➢ Thực hiện 3 lần như trên và hoàn thiệ Bn ảng 7

➢ Thực hiện xong, tắt chương trình, tắc công t c nguắ ồn cho bo mạch

B ng 7: IR Pulse Count = 200 ả

ADC

Output

Khoảng cách (d) (mm) ADC

Output

Khoảng cách (d)(mm) Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB

1000 22 22 22 22 0 97 95 96 96

900 23 23 23 23 100 80 78 79 79

800 24 24 24 24 200 55 56 55 55

700 28 27 29 28 300 50 52 51 51

600 34 35 35 35 400 45 46 45 45

500 39 40 40 40 500 40 39 41 40

400 45 46 45 45 600 35 34 34 34

300 50 50 51 50 700 27 29 28 28

200 55 56 55 55 800 24 24 24 24

100 79 80 79 79 900 23 23 23 23

0 96 97 96 96 1000 23 22 22 22

Quan hệ vào ra c a c m bi ủ ả ến hồng ngoạ i:

- Đầu vào: á trgi ị ADC đếm được

- Đầu ra : mức độ thay i vđổ ề kho ng cả ách từ ậ ản tớ ả vt c i c m biến

- Nhận xét: trong kho ng t 800 t i 1000 , kho ng cách thay i kh ít, ví d nhả ừ ớ ả đổ á ụ ư ở trên chỉ tha

đổi từ 22mm n 24 mm, còn từ 700 tr , giá tr d thay i khá nhiều đế ở đi ị đổ

Đườ ng cong chuẩn của c m biến tiệm c n h ng ngoại ả ậ ồ

Thí nghiệm 2: Đo kho ng cách b ng c m bi n ti m cả ằ ả ế ệ ận hồng ngo i ạ

Tiến hành thí nghiệm:

➢ Ấn Run để chạy VI, đợi cho đến khi đèn Initialized? sáng

➢ Chọn b giải mã (Decoder) non-quad, ch n PPR (ộ ọ Pulses Per Revolution) bằng 24

➢ Xoay núm Encoder thu n chiậ ều kim đồng h kho ng 180 , quan sát xung A và B và nhồ ả o ận xét sự thay đổ ủi c a giá trị sườn đếm được (Edge) và góc chuy n vể ị (Angle) khi xuất hi n ệ sườn lên c a xung A ủ

➢ Xoay núm Encoder ngược chiều kim đồng hồ khoảng 90 , quan sát do ạng xung A và B và

nh n xét s ậ ự thay đổi của giá trị Edge và Angle khi xu t hiấ ện sườn lên của xung A

➢ Ấn Reset, chọn b giải mã X1, thực hiện lộ ại các bước như ở trên, ghi lại nhận xét Thực hiện xong, tắt chương trình, tắc công t c nguắ ồn cho bo mạch

Nhận xét b gi i mã non ộ ả quad:

- Khi xoay núm thu n hay nghậ ịch, đề àm tăng edge và ăng Anu l t gle

- Khi tăng lên 1 edge thì t ng 1 góc 15 tă độ ương ứng

Nhận xét v b ề ộ giải mã X1

- Khi xoay núm theo chi u kim ng h , tề đồ ồ ăng edge và tăng Angle

- Khi xoay núm ng c chi u kim ng h , giượ ề đồ ồ ảm edge và gi m Angle ả

- Khi xoay núm ng c chi u kim ng h giượ ề đồ ồ, ảm 12 edge

- Xung A ngược với xung B, suy ra xung A và B ng c pha ượ

- 1 edge tương ứng v i 7,5 ớ độ

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200

Đường cong chuẩn của cảm biến tiệm cận hồng ngoại