Cơ sở kỹ thuật Đo quyển 2

Cơ sở kỹ thuật đo lường là bộ môn khoa học nghiên cứu những lý luận cơ bản về kỹ thuật đo lường. Giáo trình Cơ sở kỹ thuật đo cung cấp những kiến thức cơ bản phục vụ cho các môn học "Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện và không điện", "Hệ thống thông tin đo lường" và những môn học chuyên ngành khác của kỹ thuật thông tin đo lường như "Thiết bị đo sinh hoá và sinh học", " Thiết bị đo thông minh và linh hoạt", đồng thời xây dựng một hệ thống kiến thức cho việc thu thập số liệu đo, xử lý, gia công, điều khiển hiện đại. Lần xuất bản này, các tác giả đã bổ khuyết những chi tiết về cơ sở lý luận, bố sung thêm các phần tử, linh kiện hiện đại thực hiện các chức năng của các nguyên công do lường, làm cho giáo trình sát với thực tế các thiết bị đo và hệ thống đo thông minh hiện đại. Giáo trình cũng cung cấp thêm những kiến thức về đo lường học phục vụ cho việc đảm bảo đo lường cho các thiết bị đo công nghiệp hiện đại hiện có và các thiết bị đo mới sắp ra đời. Nội dung giáo trình bao gồm 8 chương, được chia thành 3 quyển nhỏ. Quyển 2 gồm các chương 4, 5, 6.

NGUYEN TRONG QUE, NGUYEN THỊ LAN HUONG

PHAM THI NGOC YEN

CO SO KY THUAT DO

QUYEN 2

NHA XUAT BAN BACH KHOA HA NOI

CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐO

QUYEN 2

NHA XUAT BAN BACH KHOA HA NOI

Số 1 Đại Cô Việt — Hai Ba Trung — Ha Noi

VPGD: Ngé 17 Ta Quang Buu — Hai Ba Trung — Ha Nội

DT: 024 38684569; Fax: 024 38684570

https://nxbbachkhoa.vn

Chịu trách nhiệm xuất bản điện tứ:

Giám đốc — Tổng biên tập: PGS TS BÙI ĐỨC HÙNG

Biên tập: DO THANH THUY

Trinh bay: DUONG HOANG ANH Thiết kế bìa: ` DƯƠNG HOÀNG ANH

LỜI NÓI ĐẦU

Cơ sở kỹ thuật đo lường là bộ môn khoa học nghiên cứu những lý luận cơ bản về kỹ thuật đo lường Giáo trình Cơ sở kỹ thuật đo cung cấp những kiến thức cơ bản phục vụ cho các môn học "Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện và không điện", "Hệ thống thông tin đo lường" và những môn học chuyên ngành khác của kỹ thuật thông tin đo lường nhu "Thiết bị đo sinh hoá và sinh học", " Thiết bị đo thông mình và linh hoạt", đồng thời xây dựng một hệ thống kiến thức cho việc thu thập số liệu đo, xử lý, gia công, diéu khién hién dai

Nội dung giáo trình bao gém 8 chwong, với 2 phân cơ bản như sau:

Phân thứ nhất: Đưa ra định nghĩa và mô hình quá trình đo, trên cơ sở đó phân tích các nguyên công cơ bản về đo lường, tìm ra quy luật phân tích tín hiệu đo, phép tạo mẫu, phép biến đổi, phép so sánh, phép giao tiếp với người và hệ thống, đề ra các thuật toán đề

tổng hợp phương pháp đo và xây dựng sơ đồ khối của thiết bị đo

Phân thứ hai: Trình bày cơ sở lý luận về đánh giá thiết bị đo, đánh giá một phép đo, các biện pháp nâng cao tính năng của thiết bị đo, các biện pháp gia công kết quả đo lường Đây là cơ sở để thiết kế thiết bị đo, thiết kế một phép đo phức tạp và là cơ sở để tạo ra các

cảm biến thông mình, thiết bị thông mình và xây dựng hệ chuyên gia trong kỹ thuật ẩo

lường

Lan xuất bản này, giáo trình được xuất bản phiên bản điện tử tại NXB Bách khoa Hà Nội và có sửa chữa, bồ sung Các tác giả đã bồ khuyết những chỉ tiết về cơ sở lý luận, bố sung thêm các phân tử, linh kiện hiện đại thực hiện các chức năng của các nguyên công do

lường, làm cho giáo trình sát với thực tế các thiết bị ẩo và hệ thống đo thông mình hiện đại

Giáo trình cũng cung cấp thêm những kiến thức về đo lường học phục vụ cho việc đảm bảo

đo lường cho các thiết bị ảo công nghiệp hiện đại hiện có và các thiết bi do moi sắp ra đời Phiên bản điện tử của giáo trình được chia thành 3 quyển nhỏ Quyển 2 gồm các

chương 4, 5, 6

Các tác giả chân thành cảm ơn những đóng góp vô cùng quý báu về tài liệu, về các gợi

y của Viện sĩ Terentrep C N, Trường Đại học Bách khoa Kharkov va đặc biệt của Giáo sư

Ornatsky, Trường Đại học Bách khoa Kiev, người đã xây dựng cơ sở cho môn học và ý tưởng cho giáo trình này Các tác giả cũng cảm ơn các tài liệu và kiến thức hiện đại do các giáo sư Viện Đại học Bách khoa Grenoble, Cộng hòa Pháp chuyển giao, đã giúp cho giáo

trình thêm phân hiện đại

Các tác giả mong nhận được ÿ kiến đóng góp về nội dung cuốn sách, các ý kiến xin gửi

về Khoa Tự động hóa, Trường Điện — Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội

Các tác giả

4.2 Biểu diễn hình thức của các phép so sánh

4.3 Phép so sánh trong không gian số :

4.4 So sánh thực hiện trong không gian đại lượng vật lý cụ thê

4.4.1 Các mạch và phần từ so sánh

4.4.2 So sánh mạch vòng hở

4.4.3 Phép so sánh mạch vòng kín

4.4.4 Bộ so sánh không đồng thời

4.5 Tổng hợp phương pháp đo 2¿ 2++222+++v22vv+rrtrvvrrerrrscee

4.5.1 Các phương pháp đo cơ bản

4.5.2 Phối hợp với các nguyên công khác trong phương pháp đo

4.5.3 Quy trình tổng hợp phương pháp đo -c¿5cssc2

Chương 5 Nguyên công giao tiẾp -s-+seccczeseecvveserrrreseee 124

5.2 Chức năng hiền thị

5.2.1 Hiển thị kết quả đo

5.2.2 Hiền thị thông báo

5.2.3 Hiền thi ban tin

5.3 Chức năng theo (lõi và giám sát)

5.3.1 Thu và lưu giữ số liệu .127

5.3.2 Quản lý số liệu hay rộng ra là quán lý thông tin (MIS — Management

Information SySf€Im), - ¿+ + St E1 ườ 127

5.3.3 Trình bày số liệu ccccttrtttriiirrrrrrrriririrrrirrrriee

5.4 Đối thoại giữa người và máy

5.5 Chức năng điều khiển

5.5.1 Cách thức điều khiển

5.5.2 Nội dung điều khiển

5.5.3 Thay đổi điều khiền

5.6 Giao tiếp với chức năng ứng dụng dịch vụ trí tuệ nhân tạo

5.8 Thiét bj theo doi (Monitoring Equipment) sụ 132

5.8.1 Thiết bị tự ghi cơ điện và điện tử ©ccccccccccrrrrree 132

5.8.2 Các thiết bị đối thoại .133

5.8.3 Các thiết bị thực hiện chức năng điều khiển .133

5.9 Giao tiếp với hệ thống -22+¿+2222E++++rt2E2EEExvrrrttrrkkrrrrrrrrr 133

5.9.2 Số liệu truyền đi có thể là

5.9.3 Dam bao chất lượng truyền số liệu 2 ¿55+ 133

5.9.4 Mốt (kiểu) truyền số liệu 134

5.10 Phương pháp truyền số liệu 135

5.10.1 Truyền tin song song 135

5.10.2 Truyền tin nồi tiếp 137

5.12.1 Khoi tao, dam bao việc khởi tạo 141

5.12.2 Khung truyền tin và tổ chức khung 142

5.12.3 Thủ tục và giao thức điều khiển luỗng tin - 142

5.13.1 Mô hình chuẩn TCP/IP „146

5.14 Phương tiện truyền tin 22:c+222222vvrtttEErkrrrrrtrrrrrrrrrrrre 147

5.14.1 Dạng tín hiệu truyền tin 147

147 149

5.14.2 Dac tinh co bản của đường truyền

5.14.3 Truyền tin trong các cơ sở công nghiệp

Chương 6 Phương tiện đo lường - I51

6.1 Các định nghĩa và khái niệm «151

6.2 Pham tit CO Dam scccscssesssssssecsssssescssssecesssesscssssesssssesessssscesssuesessseecessees 151

6.3 Biến đổi thông nhất hoá 153

6.3.1 Biến đổi tín hiệu „154

6.3.2 Bộ khuếch đại đo WOT ỗ 22t 0x22210730091200016/091910)011008D90902930913/32701551 1E 156

6.6.1 Biến đổi tương tự SỐ, số TÍYƠHTE [2xx ccyskcict512030756130640/008510630666005

6.6.2 Các giao diện với người, quan hệ người - máy (HMI)

Chương 4

NGUYÊN CÔNG SO SÁNH, PHƯƠNG PHÁP ĐO

Nguyên công so sánh là một nguyên công cơ bản để xây dựng phương pháp đo và

thành lập cấu trúc thiết bị đo

Đại lượng cần đo X được so sánh với đại lượng mẫu M Kết quả so sánh là A Ta hãy

phân tích sơ bộ các khả năng có thể xảy ra ở khâu so sánh này: không gian so sánh, đại

lượng so sánh và kết quả so sánh

"_ Không gian so sánh: Đây là tư tưởng chính của phương pháp đo

Như đã trình bày ở chương đầu, khi phép so sánh được tiến hành trong không gian số phương pháp đo là phương pháp biến đổi thẳng; không gian so sánh thực hiện trong một chông gian vật lý, phương pháp đo được gọi là phương pháp so sánh

- So sánh trong không gian số là mô hình của quá trình đo biến đổi thẳng, thực hiện

bằng phép trừ hoặc phép chia

- So sánh trong không gian các đại lượng vật lý, đó là mô hình của quá trình đo kiểu so sánh thực hiện chủ yếu bằng bằng phép trừ

"- Đại lượng vào so sánh:

- Đại lượng đo (X) và mẫu (M) có thể đưa vào đồng thời hay không đồng thời, phép so

sánh là phép so sánh đồng thời hay không đồng thời

- Đại lượng đo (X) và mẫu (M) là các đại lượng vật lý cùng loại Mỗi đại lượng vật lý

có một số kiểu so sánh có hiệu quả

- Sự phối hợp giữa dang tín hiệu của đại lượng vật lý cẦn đo và của mẫu làm phong phú thêm các phương pháp đo

* Két quả so sánh A: Căn cứ vào kết quả so sánh có thể phân thành:

98

- Kết quả đầu ra bộ so sánh A có thể là zero (khi phép so sánh là phép trừ) hay 1 (so

sánh là một phép chia), phép so sánh là phép so sánh cân bằng

- A có thể là một giá trị đo được, cho kết quả của sự chênh lệch (phép so sánh không

cân bằng)

4.2 Biểu diễn hình thức của các phép so sánh

Để hình thức hoá phép so sánh, thuận tiện cho việc phân loại và xây dựng sơ đồ cấu trúc của các phương pháp đo và thiết bị đo, ta có thể đưa ra 2 cách biểu diễn hình thức của phép so sánh (hình 4.2)

Không gian so sánh (0,1)

[0.-—103] Vào ra so sánh ( đồng thời không đồng thời,

C ( cân bằng, không cân bằng)-(0,3)

Không gian Đồng thời - Cân bằng Dai lượng so sánh | [ Dạng tínhiệu |

so sánh nh” đồng thời Không cân bằng, (0,6) (04)

b)

Hình 4.2 Các cách hình thức hoá của phép so sánh

Ta xét lần lượt các kiểu so sánh và cũng là những phương pháp đo cơ bản

4.3 Phép so sánh trong không gian số

So sánh có thực hiện trong không gian số hoặc không gian vật lý cu thé So sánh thực

hiện trong không gian số được thực hiện bằng các vi xử lý, như ở hình 4.3 thể hiện phương

pháp biến đổi thẳng

Phép so sánh có thể đồng thời hay không đồng thời, cân bằng hay không cân bằng 4.3.1 Phép so sánh đồng thời

Sơ đồ khối của quá trình (hay phương pháp đo) đồng thời, cân bằng hay không cân

bằng được mô tả ở sơ đồ hình 4.3

Tín hiệu đo X được qua bộ biển đổi K, sau đó vào giao diện ttương tự - số (A/D) biến

99

Hinh 4.3 M6 hinh ciia quá trình đo so sánh trong không gian số

Mẫu M qua bộ biến đổi Kụ và A/D biến thành Nụ

biến đổi của A/D tính bang s6/don vi (vi du:

So sánh trong không gian số được thực hiện bằng một phép trừ hay một phép chia

TS n, & kh) K,X TM Vin ik Nx as)

sa là ngưỡng nhạy của Nạ là giá trị một bậc lượng tử (LSB) của bộ biến đổi A/D và

— là sai số lượng tử của bộ A/D dùng trong mạch biến đổi

Ey:

Yx =a + Tu +x, +m (4.7)

en: — là con số lẻ nhỏ nhất của N'

0.0001 1,5672

¬.—

Vi du: N' =1,5672 thi en = 0.0001 va khi do N = ~ 0,0006 = 0,06%

Giá trị nhỏ nhất của Nx va Nw 1a 1 LSB của A/D hay số có nghĩa của A/D là I LSB

Trong phép chia kết quả được lấy với số lẻ là 1/100 khả năng phân ly của A/D

Tất cả các phép xử lý trên đều được thực hiện bằng phần mềm trong các bộ vi xử lý

4.3.2 Phép so sánh không đồng thời trong không gian số

Hai con số muốn so sánh được với nhau phải được xem như đồng thời gian, vì vậy so

sánh không đồng thời trong không gian số có các vân đề cân phải xét:

"_ Cách đồng thời hóa số đo và số của mẫu

"_ Cách sử dụng chuỗi các biến đổi tín hiệu đo

" Cách tính toán kết quả đo

A Đồng thời hóa số liệu đo và số liệu mẫu

Để đơn giản hóa phép so sánh, mẫu được xem là không đổi

NM= Kw.M = const

- Nx=KwX biến đổi theo giá trị của X và theo thời gian để đồng thời hóa số đo Nx và

số của mẫu Nụ có 3 cách (xem hình 4.4)

=_ Số liệu đo được lấy vào và ghim lại tại các thời điểm khác nhau bằng phương pháp

X, =—*M (cùng một kênh biến đổi)

có thể lập quan hé X = X(t)

Số liệu lưu giữ lại là giá trị trung bình của các số liệu có được

102

Ñ,=NỀN

Phép so sánh được thực hiện giữa N„ với Mụ Kết quả đo sẽ cho ta giá trị trung bình

N ms(X) Ð A[T— i Phép so sánh sẽ cho giá trị hiệu dụng của Xâ„ =— EM

B Cách sử dụng chung các chuỗi biến đổi

Các đại lượng mẫu và đo được đưa vào so sánh không cùng thời gian vì thế kênh biến đổi được sử dụng không cùng thời gian Do đó cho phép sử dụng chung kênh biến đổi

Hinh 4.4 So dé so sanh: a) kénh biến đổi riêng rẽ;

b) A/D dùng chung; c) các kênh biến đổi dùng chung

Trong sơ đồ nay Kx, Km — Cac khau biến đổi

A/D chuyển đổi tương tự số (Analog/Digital), MUX (Multiplexer)- bộ dồn kênh; COM (Comparator)- Bộ so sánh

103

=_ Theo sơ đồ hình (4.4 a) các kênh biến đổi được dùng độc lập cho X và M Khi đó ta

có:

Nx=Kx.Ki.X Nw= KM.K¿.M

Trong trường hợp so sánh cân bằng,thay vào biểu thức (4.1) và (4.5):

Sai số trong trường hợp này sẽ phụ thuộc vào các bộ biến đổi Kx va Km va các A/D str

dụng và do không biết được chiều biến động của các bộ biến đổi nên sai số tổng lúc này

được tính: yx = Yxx + Ki + Yam Tx¿ *Tw

Trong trường hợp so sánh không cân bằng kết quả so sánh và sai số sẽ được sử dụng

công thức (4.3) và (4.4) khi việc so sánh được thực hiện bằng phép trừ và các công thức (4.5) và (4.7), (4.8) khi so sánh được thực hiện bằng phép chia

= Theo sơ đồ hình 4.4.b) Các bộ biến đổi Kx và Kụ được bố trí riêng rẽ và hai kênh

sử dụng chung bộ biến đổi A/D

Trong trường hợp sử dụng chung kênh biến đổi, lại phải xét trường hợp: K phụ thuộc

vào giá trị đo X và M hay bộ biến đổi phi tuyến Và K biến đổi theo thời gian hay trôi Các

trường hợp được trình bày dưới đây

¡ Trường hợp các bộ biến đổi phi tuyễn

Hệ số biến đổi thay đổi theo giá trị X: Ky = f(X); Km= f(M)

Ta có thể sử dụng biện pháp bù đặc tính phi tuyến của K Dễ dàng nhất là sử dụng vi

xử lý để tuyến tính hóa từng đoạn của đặc tuyến, tức chia đường quan hệ Kx (X) hay

Kw(M) thành nhiều đoạn thẳng (tuyến tính)

Phương pháp được tiến hành như sau

"Xác định sai số phi tuyến trong một

khoảng và phân chia thành nhiều khoảng

tuyến tính

" Thực hiện phép nội suy tuyến tính

= Xác định sai số phi tuyến Việc xác

định sai số phi tuyến và phân đoạn đường

quan hệ Kx(X) được thực hiện khi khắc độ Hình 4.5 Xác định sai số phi tuyến

và phân đoạn đường quan hệ

Việc xác định sai số phi tuyến trong khoang X; va X2 duge xdc định như ở hình 4.5 trong khoảng (Xị, X;) lấy các giá trị Nxị ứng với X; đồng thời tinh ra N’x; trên đường tuyến tính hóa

Nụ =Nụ '(#nj& =)

Ta có sai s6 phi tuyén tai Xj

ồN, = Nụ —Nụ

105

Trong tất cả các SN; chon ra AN; = max SN; | 3

AN,là sai số phi tuyến tuyệt đối trong khoảng Xị,X; Hệ số phi tuyến hay sai số phi

* Phan doan đường quan hệ đẻ tuyến tính hóa:

Tiêu chuẩn phân đoạn tuyến tính được xác định:

Yor <Vye (Sai số phi tuyến bé hơn sai số yêu cầu)

Quá trình phân đoạn được thực hiện theo các bước sau:

+ Léy cdc gid tri Ni= Ki Xi

+ Tính sai số phi tuyến Ay = Max(|Sx;|)

2A

+ Xác định Yor = " (4.9)

+ Kiểm tra Yor <Vye

Néu Yor <Vye > ikhoang Xmax - Xmin coi là tuyến tính

Nếu Yor > Yye> Khoaing Xmax~ Xmin la phi tuyến

+ Chia (Xmax - Xmin) thanh hai khoảng tại điểm A, là lớn nhất

+ Kiểm tra lại hệ số phi tuyến trong 2 khoang: (Xmin — X1) va (X1-Xmax)

I đạt yêu cầu —> chấp nhận khoảng chia Nếu chưa đạt yêu cầu —>tiếp tục chia nhỏ nữa Quá trình phân đoạn này được thực hiện khi khắc độ thiết bị đo Hai khoảng tuyến tính

được xác định bởi 3 điểm chuẩn Kết quả như sau:

Khắc độ 1 điểm chuẩn: Một khoảng tuyến tính qua gốc tọa độ

Khắc độ 2 điểm chuẩn: Một khoảng tuyến tính không qua gốc tọa độ

Khắc độ 3 điểm chuẩn: Hai khoảng tuyến tính tiếp nối nhau

Khắc độ 4 điểm chuẩn: 3 khoảng tuyến tính tiếp nói nhau

* Tiến hành phép đo và nội suy tuyến tính Sau khi phân đoạn và xác định điểm chuẩn

phép đo được tiến hành và xử lý kết quả đo như sau:

106

Tiến hành đo, được kết quả Nx ứng với X

Tìm khoảng đo tuyến tính, bằng cách so sánh Nx với các giá trị biên của khoảng đo

Ni < Nx < Nit

N¡ — giá trị bắt đầu khoảng (Ni, N¡.¡) ứng voi mau (Mj, Misi) tite (Xi, Xi+1)

Nội suy tuyến tính theo công thức

X=X, +| 4 — 5 ÍN,,—N,) Xin — X; (4.10)

ii, Bién động của các bộ biến đổi

Hệ số biến đổi K cũng thay đổi theo thời gian dK/dt đây là hiện tượng trôi của hệ số biến đổi, nó thể hiện tính ổn định của các linh kiện mà chủ yếu là hiện tượng già hóa linh

kiện

Sai số ôn định được xác định ` <„, trong một khoảng thời gian xác định

Ví dụ: _ yye= 0,01% - khoảng thời gian 24 giờ

yc= 1% - khoảng thời gian 1 năm Chỉnh sai số ổn định này cho phép người ta xác định thời gian so mẫu và khắc độ lại

thiết bị

Ví dụ: Với dụng cụ đo có yyc< 1% khoảng thời gian l năm, việc khắc độ lại thiết bị đo phải được tiễn hành lại trong khoảng thời gian tối đa là 1 năm Ngoài thời gian đó, dụng cụ

không còn giá trị để lưu hành -

Trong thời gian kiểm định và khắc độ lại thiết bị đo các số liệu cần thiết xử lý kết quả, như đã thiết kế, phải được lưu giữ và sử dụng, kết quả đo bằng thiết bị đó được coi là có

sai số nằm trong phạm vi cho phép

Với các dụng cụ có tính ổn định sử dụng không cao, việc bố trí khắc độ lại phải thể

hiện trong quy trình thực hiện phép đo

Ví dụ: Các thiết bị phân tích trong ngành sinh y (phân tích máu, phân tích nước tiểu )

có độ ổn định không cao, việc khắc độ lại hay theo từ chuyên môn là chuẩn d6 (sitrage),

nhiều khi phải thực hiện ngay trước mỗi ca làm việc Nhiều thiết bị được bố trí ngay bộ

chuẩn để nội suy kết quả đo ngay sau khi lấy số liệu Động tác ấy được gọi là đảm bảo đo

lường cho thiết bị đo

Vi du: Dụng cụ quét nhiệt độ của vỏ lò (Seaning Pyromefer) dùng để đo và xây dựng

mặt cắt nhiệt độ của vỏ lò quay xi măng, được thiết kế đo nhiệt độ từ 75°C đến 250C ở

các điểm khác nhau của vỏ lò quay xi măng Cảm biến đo là điết hồng ngoại mà sức điện

động Er và các thiết bị xử lý bị ảnh hưởng nhiều các yếu tố xung quanh Người ta bồ trí hai

nguồn nhiệt mẫu ở hai đầu lò, một nguồn được giữ ở nhiệt độ 75°C, nguồn kia ở nhiệt độ

250°C, cảm biến hồng ngoại đặt cách xa lò quét từ đầu lò đến cuối lò, khi đi qua đầu và

107

cuối lò nó thu nhiệt độ 75°C va 250°C, cho N75 va Noso Ở điểm đo thứ ¡ nó cho Ni, ta cd

thể dùng phương pháp nội suy tuyến tính đẻ suy ra:

250-75

.=1#c+| }x-w (4.11)

250 — °”75

Do thời gian giữa phép đo và phép khắc độ (so với mẫu) rất ngắn nên hệ só biến đôi K

coi như không đổi, phép đo không chịu ảnh hưởng của biến động hệ số K

4.4 So sánh thực hiện trong không gian đại lượng vật lý cụ thế

Đây là mô hình của phép đo kiểu so sánh hay phương pháp đo kiểu so sánh Ở đây ta

áp,dòng điện, nhiệt độ, màu sắc v.v Mỗi kiểu so sánh đều có những ưu nhược điểm riêng

và sử dụng có hiệu quả trong những lĩnh vực cụ thể

Bảng 4.1 giới thiệu các bộ so sánh đã được dùng trong các thiết bị đo Trong bảng này:

cột 1 - Chỉ đại lượng cần so sánh; cột 2 - Nguyên tắc hoạt động của bộ so sánh hay phương pháp đo; cột 3 - Sơ đồ thực hiện; cột 4 - Hiệu quả so sánh; cột 5 - Đặc điểm

Bang 4.1 Các bộ so sánh thường dùng trong các thiết bị đo

chuyên | sai Dùng cho các áp

| 1 K= “ai kế và lưu lượng

Đại Phương x 3 2 Đặc điểm

lượng | pháp so sánh So do Ket qua `

So sánh lực Kk Sasa - Ðo góc a bang

1% Fl, Falk guong quay

T Ty T.T - Phương pháp

So sánh ` = ULL aT = x:'k trùng phùng „ tần số Trùng phùng, aT & ae Tụ = - Độ chính xác

TT E———— cao

X= Xm{cos(@,-@,)t | - Chinh xdc cao

So sánh Plưông -á sin(@„+@¿)t+@] - Dung dé tuyén

thoi hap pach ~." c L——> A=Xucos(@„-@,)t mau | ;

gian phep pias ao ©, +0, - Điều chế, giải

TAO diéu ché

- Độ nhạy rât cao

So sánh | Khuếch đại U, - Khuêch đại

x k i : U

dong Co cau từ ` BSW khuếch đại băng

So sánh i ¬ Low bal = 1W, —lWy chiều Si KẾ tả

dòng Sức từ động, ae - Cân băng biên điện K= 4,44fw,sp độ và góc pha

" R (Ray - tir tré cua

„ mạch từ)

R,_R

So sánh AU =0—>—*=—ˆ*| - Chính xác trổ Cầu 4 nhánh 2 Ral Không tuyên

Mỗi đại lượng thích hợp với một kiểu so sánh

Bảng 4.2 Các phương pháp đo khi so sánh các dạng tín hiệu

; M | Hang Xung hep Xung bac thang [ Tuyén tinh Sin

Ngày nay nhờ phát triển các vi cảm biến, các khâu so sánh tiểu hình hóa bằng công

nghệ vi điện tử như các MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems), vi di chuyển, vi lưu được phát triển mạnh

Các tín hiệu đo lường có thể có các dạng khác nhau Bảng 4.2 cho tóm tắt các phương pháp khác nhau khi so sánh các dang tín hiệu

110

Trong bảng 4.2 có những ô bỏ trống, đó là những ô mà trong thực tế chưa thấy tồn tại

phương pháp so sánh nào phù hợp Trong tương lai có thể sẽ có những phép so sánh của đạng tín hiệu có trong các ô đó và đề ra được các phương pháp đo mới có hiệu quả

so sánh mà đại lượng đo và mẫu không c

được điều khiển bởi phép so sánh (sơ đồ M

A So sinh can bang

Bộ so sánh được chọn một trong các phương án ở bảng 4.1 và 4.2 thực hiện một phép trừ hai đại lượng cùng tên

Nếu X và M không cùng đại lượng, phải sử dụng một bộ biến đổi đại lượng thích hợp

Kết quả A có thể là zero, phép so sánh là cân bằng Bộ so sánh C làm nhiệm vụ báo hiệu

cân bằng tức là X - M < e; e là ngưỡng nhạy của bộ so sánh

X= Mte

Sai số: Yx =Yut x (4.12)

†- Sai số của mẫu

: " - Sai số do ngưỡng nhạy của bộ so sánh

n

Tw-ŠN

Thông thường phải chọn a <Yw cụ thé e< 0

B So sánh không cân bằng, phương pháp vi sai

Trong phép so sánh không cân bằng: X-M=AX

AX - là chênh lệch giữa X và M Phương pháp là phương pháp vi sai:

X=M+AXY

AX - được đo bằng một dụng cụ chỉ thị độ nhạy cao

Xn - giá trị định mức đo X

An - giá trị định mức của dụng cụ cân bằng (vi sai)

Ya - sai sô của dụng cụ vi sai

111

Néu chon duge A, va Ta thích hợp ta có thể có được một dụng cụ đo có độ chính xác

cao, dé sir dung

B Dai lượng X và mẫu M không cùng loại đại lượng

Thông thường mẫu M đưa vào bộ so sánh C do ta tự chọn cho nên để có đồng đại lượng với X và M không đồng đại lượng phải qua một khâu biến đổi cho cùng đại lượng

với mẫu M Ta có

K,X-Ms<e—>x=Mi,

Ky

Sai số Yx =Tw T&, =Yu te + KV,

e được chọn thỏa mãn điều kiện fc Yu

K/Xy l0

Sai số phụ thuộc chủ yếu vào Kx Khi X biến đổi với dạng tín hiệu khác nhau và khi cần điều khiển M và X chúng ta sẽ xét trong phép so sánh mạch kín

4.4.3 Phép so sánh mạch vòng kín

Trong phép so sánh mạch vòng kín đầu ra của bộ so sánh A được dùng để điều khiển

trở lại M hoặc X, tạo ra một sự cân bằng giữa M và X như trong sơ đồ hình 4.7

Theo sơ đồ mạch kín này, với FT]

quy luật điều khiển khác nhau, cách Boal we,

lấy kết quả ra khác nhau, các loại tín Ly c BLT, Y

hiệu khác nhau, ta có các phương cdl & LS :

pháp so sánh hay phương pháp bù 7

khác nhau với hiệu quả khác nhau

A Phương pháp tự bù Hình 4.7 Sơ đồ của phép so sánh mạch vòng kín

° 6 Ệ

Phương pháp tự bù là phương pháp so sánh không sử dụng tín hiệu mẫu M (sơ đồ hình 4.6)

Xx= BY

Thay vào để tính toán ta có y-—Kr_x 1+K;B (4.13)

1 AX= 1+KB x Với Kr vô cùng lớn và Ð là hữu hạn AX —> 0 và Y =—

Ở sơ đồ hình 4.7a) sơ đồ bù dòng :

điện (so sánh dòng điện) là sơ đồ bộ Rị b

Dong dién vao I, == a

¬ mt nl củu v Hình 4.9 Sơ đồ bù có khuếch đại thuật toán

Hệ số khuêch đại tong: a) mạch khuếch đại đảo;

UR

Trong sơ đồ 4.9 b) điện áp vào Uy được so sánh với Ux — duge goi 1a khuéch dai

không đảo dấu

B Phương pháp điều khiển hệ số biến đổi Kx và Ky

Trong trường hợp này mẫu M được đưa vào làm chuẩn cho việc so sanh, Ky được điều khiển thay đổi theo bộ so sánh và tạo ra mẫu biến đổi Ku.M Trong khi đó Kx được thay đổi theo nhảy cấp và Kx được gọi là hệ số thang đo

Sự cân bằng được thành lập với Kx.X - Kw.M<e

= KyM +

Trong đó: M - mẫu hay còn gọi là chuẩn (ref)

Kx - hệ số thang đo (thường là bội số /ước số của 10 hay 2)

Kw - bệ số biến đổi mẫu hay hệ số ra mẫu

Sau đây là một vài thí dụ:

€ Điện thế kế tự động tự ghi hay milivonmeét servo motor

Sơ đồ khối của điện thế kế tự động tự ghi được giới thiệu ở hình 4.10

mẫu Mvà mạch điện thế kế (potentiometer) thay đổi hệ sé Ku bang vi tri œ của con chạy

AU kết quả so sánh giữa Ux và Ux qua bộ biến đổi thuận gồm mạch khuếch đại điều

khiển servo mofor (motor thuận nghịch) biến đổi thành góc quay œ vừa chỉ thị vừa thay đổi

vị trí của con chạy Kụ Như vậy kết quả do Ux được chỉ thị bằng góc quay œx

Điện áp Ux được đưa vào so Uy Ax - M

dùng để điều khiển bộ biến đổi số z = [, U

(BDS) ra két qua Nx Nx duoc ~ #⁄Z

đưa về thông qua bộ biến đổi số - †

Hình 4.11 Sơ đồ khối của bộ biến đối tương tự số

U¿ là điện áp bù với Ux (so sánh với Ux); khi nao Ux - Ux < € Bộ biến đổi số (BĐS) dừng lại và đưa ra kết quả

Phép so sánh được diễn ra liên tiếp vì thế được gọi là xắp xi liên tiếp Vai trò của bộ

biến đổi D/A thực chất là một bộ biến đổi K„ điều khiển được bằng số Nx

và Ủk = Kw.M.Nx; Ux= KM.Nx.M +e

Sai SỐ: - Yụ, =Ym #Tx„ to tức là phụ thuộc vào mẫu M và bộ biến đổi Kụx điều

khiển bằng số thực hiện bằng nhiều cách khác nhau Sự khác nhau của các bộ biến đổi

tương tự số là thuật toán ra số

"_ Biến đổi số (BĐS) bậc thang hay mã hóa số xung

* Bién ddi MBS (ra sé lớn nhất trước, tiếp đến số nhỏ hơn cho dén LSB)

"_ Biến đổi tùy động theo hiệu giữa Uy và Ux (A) sau đó cộng thêm hay trừ đi 1 LSB

(2) (bd bién đổi A-)

115

Thoi gian xay ra can bang tx khi pala pah

Ta có một mạch biến đổi tần số xung

Bộ so sánh làm việc như sau: khi phát hiện cân bằng, nó phát ra một xung điều khiển chập đầu ra của bộ biến đổi Kx để đưa nó về zero Cứ mỗi lần X = M (hay = =1) mét xung được phát ra Hàm này là một dãy xung Dirac có tần số f, tỷ lệ với X Ta có bộ biến đổi tần số xung

f(t) — ham tỉ lệ với t, tacé —=— =f";

X Ok BRM Mags Fat ei

f, = M ta có một bộ biên đôi tân sô tỉ lệ căn của X

- Néu Ky la mét ham theo thời gian K= f(t)

Lúc cân bằng f(t) M=X

x

—=f(t

M (@

ta có một mạch biến đổi tạo hàm

Ví dụ: Kụ là hàm f()1; lúc cân bing = M.ty=X >t, = 2

ty tỷ lệ với X Ta có một bộ biến đổi thời gian xung Bộ so sánh ở đây có trách nhiệm

phát ra một xung thông báo thời điểm cân bằng đồng thời điều khiển đưa Ku.M vé zero Thông thường hàm tỉ lệ thời gian được tạo ra bằng một bộ tích phân

Hình 4.12 vẽ sơ đồ của bộ biến đổi thời gian xung

Điện áp Uw được đưa qua bộ tích phân biến thanh U, = [Uydt=Uy.t

116

Um t duge so sánh với Ux; lic can

Đầu ra bộ so sánh điều khiển làm

ngắn mạch đầu ra bộ tích phân đưa nó

Như phần so sánh không đồng thời ở không gian số, ưu điểm nhất của phương pháp này là có thể sử dụng chung kênh biến đổi

Đại lượng đo X và mẫu M được Ax

đưa vào cùng một bộ biến đổi Đầu ra NỈ Ị K Cc HÀ

của bộ so sánh được sử dụng để đổi nối OF %

dau vao X va M nhw hinh 4.13 Dong

thời hóa việc so sánh có thể thông qua

đại lượng trung gian Xo hay bộ lưu giữ

Trong đó Kx là hệ số biến đổi của K lúc đặt đại lượng X vào thiết bị đo

Sau khi sự cân bằng được thiết lập, đổi nói chuyển sang M và khi cân bằng

Để đảm bảo tính chinh xdc ca phép lap Ky va Kx phai gan bing nhau tức X gần bằng

Mva = phải đủ nhỏ trong thời gian đổi nối từ X sang M

Vĩ dụ: Phép cân lặp

Bước 1: Cho X vào đĩa cân, ở đĩa cân kia cho một vật bat ky cho cân cân bằng (hình

4.14a)

117

Bước 2: Thay vật X bằng các quả cân

(mẫu) cho đến lúc cân bằng lại (hình 4.14.b) 7 3

Lúc này trọng lượng X duge tinh X = Xo+

Z;M = Xo; a

b)

Hình 4.14 Phương pháp cân lặp

B Phương pháp so sánh không đồn 1g thoi biến thành khoảng thời gian

Nếu K là một hàm tuyến tính thời gian K = œ.t; œ = const

Tại thời điểm cân bằng với Xạtacó — œ.ti.X=Xe+e

Lúc đó đổi nối chuyển qua M và tại thời điểm cân bằng với Xo ta có: œ.tạ.M = Xạ+ 6

Ngòai mẫu M,ftọ phải rất ổn định hay trong không gian thời gian từ tị sang t; đủ ngắn,

để cho tần số nguồn mẫu không thay đổi

Ví dụ: Phương pháp này đã được ứng dụng một cách hiệu quả của bộ A/D tích phân hai sườn xung

Hàm tuyến tính K được tạo ra bằng bộ tích phân với yêu cầu có độ tuyến tính cao Tỉnh thần phương pháp là:

Nị được định trước ví dụ = 1000 xung nhịp to

tị =Ni.to

Sau khoảng thời gian tị xác định U¡o = Ux.tị = Ux.N¡.to

bộ điều khiển đổi nối sang vị trí -U;;r(điện áp mẫu)

118

Bộ phát xung tạ phải ổn định trong quá trình đo

Sơ đồ khối của bộ A/D tích phân 2 Uf 4

sườn xung được hoạt động như sau: Bước]: Bước tích phân: điện áp U, is ¬ at % c FXM

đặt vào bộ tích phân Điện áp ra ở bộ

tích phân (sườn lên) Ủ¡ = Ux.t u

Bước 2: Bước giải tích phân: Điện —

ap -Urer (chuẩn) được đặt vào bộ tích k

phân, điện áp đầu ra bộ tích phân giảm

xuống theo thời gian (sườn xuống) theo

Ví dụ: Bộ biến đổi ICL 7106 và 7107 là bộ A/D tích phân 2 sườn xung theo nguyên lý

trên với các thông số sau:

Urer c6 thé chon 2 giá trị 100 m ứng với thang đo 0-200mV

1V ứng với thang đo 0-2000 mV

Xung nhịp tọ = 10.000 Hz

N¡ = 1000 xung nhịp

N Nhu vay ý 7x 1ppg 8 U, =—2-U

Ứng với U„r= 100 mV N¿ = 0-2000 tương ứng 0-200mV

ứng với User = 1V N¿ = 0-2000 tương ứng 0-2V

Chỉ cần đếm số xung N; là cho ra kết quả bằng mV

ICL 7106 và 7107 có bộ giải mã nhị thập phân 7 thanh ra hiển thị 7.thanh

119

7106 làm việc với LCD Trong khi 7107 làm việc với điết phát quang (LED), điện áp cung cấp là +5V với 7107 và 5V độc lập với LCD

"- Xây dựng quy trình tổng hợp phương pháp đo tiến đến việc thiết kế thiết bị đo

"_ Xác định hiệu quả các phương pháp đo tổng hợp

4.5.1 Các phương pháp đo cơ bản

Ở các mục trên, khi phân tích nguyên công so sánh trong quá trình đo, ta đã phân tích quá trình diễn biến các thao tác, đã đưa ra các công thức tính toán kết quả, tính toán các sai

số và một số đặc tính của phương pháp đo đã phân tích

Trên cơ sở đó, đã có thể xây dựng tên của các phương pháp đo, hình thức hóa và biểu tượng hóa để sử dụng trong việc chọn lựa tự động phương pháp đo thích hợp

Ví dụ: Trong mục 4.3.2 theo sơ đồ 4.2.b có thể phát biểu ra “phương pháp đo so sánh

không đồng thời, không cân bằng trong không gian số dùng chung bộ biến đổi tương tự

loại trừ đến day (so sánh với sơ đồ hình 4.4a và 4.4c)

"_ Phương pháp đòi hỏi khả năng phân ly của A/D phải đủ cao để giảm sai số lượng tử

và các loại sai số của phép đo

Mỗi phương pháp có thể đặt tên có nhãn để khi tìm kiếm và gọi ra dễ dàng

4.5.2 Phối hợp với các nguyên công khác trong phương pháp đo

Các phần 4.3 và 4.4 đã cho các phương pháp đo cơ bản, phối hợp với các nguyên công khác, ta có thể có các phương pháp đo cụ thé hơn

1 Phối hợp với nguyên công biến đổi

Trong các sơ đồ khối của các phương pháp đo, các khâu biến đổi Kx và Kụ

Kx, Ky co thể gồm nhiều khâu biến đổi ghép thành chuỗi

Kx và Kụ có thể có những khâu biến đổi như: biến đổi kết cấu, chuyển đổi sơ cấp, biến đổi thống nhất hóa, các A/Dvà D/A vv Mỗi khâu có tên khác nhau kết hợp với các

phương.pháp cơ bản trên để có phương pháp cụ thể hơn

Ví dụ: Phương pháp đo trong mục so sánh mạch vòng kín (4.4.4.tiểu mục 2) được gọi

là “phương pháp so sánh điện áp cân bằng mạch vòng kin diéu khién Ky va Kx “

Cu thé hon:

= Dai luong do nhiét do, khoang do 0-1000°C, nhu vay Kx phai có khâu biến đổi từ

nhiệt độ thành địen áp Trong đó Kx phải có một chuyển đổi sơ cấp biến nhiệt độ thành

điện áp, đó có thể là cặp nhiệt điện: phương pháp đo được thêm vào phân từ “.đo nhiệt độ hay nhiệt kế”

2 Nguyên công giao tiếp

Hiện thị là một hiển thị tự động tự ghi Analog Như vậy khâu biển đổi thuận (BĐT)

do bộ so sánh điều khiển, phải biến đổi AU (điện áp) thành góc quay œ Đấy chính là khâu

so sánh bằng khuếch đại điều khiển servo-motor (biến AU thành góc quay chỉ thị)

-Kw - phải biến góc quay œ thành điện áp có độ chính xác cao: (mạch điện thế kế)

3 Mẫu

Để đảm bảo độ chính xác cao của thiết bị trong Kụ phải có mẫu M Mẫu M có thể là

nguồn ổn áp có độ ổn định cao, phối hợp với mạch điện thế kế Như vậy phương pháp đo nói trên có thể phát biểu khá chỉ tiết như sau:

Phương pháp “đo nhiệt độ tự động tự ghi (bằng servomotor) so sánh điện áp cân bằng

121

mạch vòng kín điện thế kế” Khi phát biểu phương pháp đo như vậy người thiết kế chỉ cần đưa theo yêu cầu cụ thể chỉ tiết hóa, chọn phụ tùng mà thực hiện

4.5.3 Quy trình tổng hợp phương pháp đo

Như vậy, cách xây dựng phương pháp đo cơ bản đã được trình bày ở phần nguyên công so sánh; phôi hợp với các nguyên công khác cho các phương pháp đo cụ thể và chỉ tiệt hơn Với các kết quả đó, quy trình xây dựng phương pháp đo được thực hiện như sau:

- _ Xây dựng mục tiêu của quá trình đo

-_ Các phương hướng hay căn cứ để chọn phương pháp đo thích hợp

A Xây dựng mục tiêu của quá trình đo (hay thiết bị đo cần thiét ké)

"_ Đại lượng đo: Xác định tín hiệu vào của thiết bị đo là căn cứ đặt tên cho thiết bị đo cần thiết kế

Vi du: Do nhiệt độ: nhiệt kế

Áp suất: Áp kế

= Dang tin hiéu do:

* Giao tiép: quyét dinh 1a thiét bị tự ghi, chỉ thị, theo dõi, quản lý thông tin

" Khoảng đo: Xmin-Xmax số khoảng do yêu cầu cho phép quyết định cách bố trí

khoảng đo và cách tự động chọn khoảng đo, xác định độ nhạy yêu cầu

= Sai sd yéu cau:

Căn cứ quan trọng nhất để chọn phương pháp đo là sai số yêu cầu

Ví dụ: Sai số yêu cầu bé hơn 0,5% phương pháp sẽ là phương pháp kiểu so sánh và phải áp dụng các biện pháp để loại trừ các sai số

Sai số yêu cầu lớn hơn 1% thì phương pháp biến đổi thẳng được áp dụng, các biện

pháp kỹ thuật sẽ đơn giản hơn

Trong trường hợp các biện pháp kỹ thuật không cho phép phương pháp có độ ổn định

cao phải sử dụng phương phép so với mẫu ngay trong quá trình đo tức xen kẽ giữa khắc độ

và đo (đảm bảo đo lường) Đó là phép so sánh không đồng thời dùng chung kênh biến đổi

" Dac tinh động yêu cầu:

Đây là chỉ tiêu mà khi sử dụng các thiết bị đo cơ điện rất khó giải quyết

Ngày nay với vi xử lý và các phần mềm xử lý số liệu đo, có thể áp dụng các phương pháp đo kèm với xử lý số liệu để-đảm bảo đặc tính này

Trên cơ sở các đặc tính yêu cầu, như ở trên lập thành bảng yêu cầu kỹ thuật, mục tiêu phải đạt được, từ đấy chọn ra phương pháp đo thích hợp, xây dựng sơ đồ khối, xác định

cách thực hiện phép so sánh, các biến đổi cần thiết từ đấy chọn các linh kiện thích hợp,

chọn cách xử lý và các vi xử lý, xây dựng phần mềm xử lý vv để có được thiết bị đo đạt 122

yêu cầu

B Các phương pháp xây dựng phương pháp đo

“_ Căn cứ vào đại lượng đo, sai số yêu cầu, chọn các phương pháp cơ bản (trong phần

4.2 và 4.3) có thể đảm bảo các yêu cầu

= Trén co sé so đồ khối của phương pháp, xác định đại lượng so sánh, đại lượng vào, đại lượng ra và cách giao tiếp (người, hệ thống v.v )

»_ So sánh các hiệu quả và cách thực hiện, để chọn phương pháp thích hợp nhất Chú

ý chọn các biện pháp tiến bộ nhất Nếu số lượng sản xuất lớn, chú ý đến giá thành, số lượng sản xuất ít, chú ý đến thời gian hòan thành, tính đơn giản và tiện dụng

“_ Chọn linh kiện hiện đại nhất để sử dụng và lắp đặt

» Chọn cách xây dựng mẫu và khắc độ hợp lý nhất, chọn cách hiệu chỉnh và khâu hiệu chỉnh có hiệu quả

=_ Tiến hành thử nghiệm và rút kinh nghiệm

“_ Xây dựng lại phương pháp một cách có hệ thống và lưu giữ lại

123

Chương 5Š

NGUYÊN CÔNG GIAO TIÉP

Các thiết bị đo hoạt động trong một hệ thống có người và máy, vì thế phải có gìao tiếp

giữa người và máy và máy với hệ thông

5.1 Giao tiếp người máy

Chủ yếu các giao tiếp với người là các dịch vụ của máy với người HMI, SCADA v.v Nội dung giao tiếp giữa người và máy có những vấn đề sau:

- Hiển thị (Display): Gồm có hiển thị kết quả đo, hiển thị thông báo và hiển thị bản tin

- Theo dõi (Monitoring): Quan hệ các đại lượng theo thời gian, quan hệ giữa các đại lượng với nhau

- Đối thoại giữa người và máy

5.2.1 Hiển thị kết quả đo

Kết quả đo được giao tiếp với người dưới các đạng sau:

i Chi thi tuong tu

Kết quả đo được thể hiện bằng độ dài một cột nước hay thanh sáng, hoặc góc quay của

một kim chỉ trên một thang chia độ, từ đây người ta đọc ra kết quả đo:

Doc a, suy ra X

Muốn đọc được kết quả đo, phải xác định được hệ số biến đổi K„ Néu Kx = const,

quan hệ giữa œ¿ và X tuyến tính, thang chia độ đều Chỉ cần xác định œạ tương ứng với giá

trị định mức Xạ của X ta có thể suy ra K và các giá trị đo khác

124

Trong trường hợp K, = f(x), quan hệ không, tuyến tính, thang chia độ không đều Phải

chia bằng các vạch chia không đều như thế nào để có thể áp dụng được phép nội suy tuyến

tính trong từng khoảng chia

Vi du: Kim chi thi đọc trong khoảng ơ; và œ¡„¡ tương ứng với X¡ và Xị:t, kết quả được sẽ là:

Hình 5.1 Kim chỉ thị và thang chia độ

0,a la phan lẻ nội suy được trên thang chia độ (a biến thiên từ 0 - 10)

ii Chỉ thị số

Kết quả ra là một con số, con số được hiển thị lên bằng nhiều cách khác nhau

N,=K,X

Để thuận tiện, người ta phải bé tri thé nao dé Nx chi giá trị của X với một bội số hay

ước số của đơn vị như ở phân định nghĩa quá trình đo

Như vậy hệ số Kx phải là 1 hoặc 10, 100 hay 0,1, 0,01 v.v

Nếu K, không bằng 1 thì trước khi hiển thị ta phải nhân với hệ số Cụ “mi C, được

gọi là hằng số của thiết bị đo Trong các thiết bị thông minh C, sẽ được xác định trước và nạp vào thiết bị

Néu Kx = const, quan hé gitta X va Nx tuyén tính; đối với một thang đo chỉ cần xác dinh mot gia tri Kx va Cy

Néu K, = f(x), quan hệ trên phi tuyến, trong thiết bị đo phải thực hiện một phép tuyến tính hoá từng đoạn và nội suy trong các khoảng tuyến tính đó

Quan hệ giữa X và N; được thiết lập thành một bảng

Phép nội suy tuyến tính được thực hiện như sau: Đưa đại lượng đo X vào dụng cụ, số chi la Nx nam trong khoang Nj < Ny < Ni+t

5.2.2 Hiển thị thông báo

Trong hệ thống đo lường và điều khiển, ngoài hiển thị kết quả đo hay hiển thị số liệu,

còn có hiển thị trạng thái của phần tử có 2 trạng thái "đóng" và "mở" hay trạng thái 1, 0

là kết quả của một phép kiểm tra, thấp hơn, lớn hơn, trạng thái dừng đang hoạt động v.v Hình thức hiển thị này rất phong phú dưới nhiều dạng khác nhau:

Có thể là con số [0, 1] có thể là đèn [tắt, đỏ] có thể là mầu sắc (mỗi mầu tượng trưng

cho một trạng thái, có thẻ là ánh sáng hay hình ảnh nhấp nháy, không nhấp nháy

Nội dung thông báo cũng rất phong phú:

- Trạng thái điều khiển của hệ thống

- Thông báo thiết bị vượt ra khỏi hoạt động bình thường

- Thông báo nhận dạng và chẩn đoán kỹ thuật

5.2.3 Hiển thị ban tin

Đây là một cách hiển thị tổng hợp tình hình xảy ra trong hệ thống, thông qua:

* Một văn bản tóm tắt quá trình xảy ra

* Mot ban tin sé liệu thống kê tóm tắt các số liệu thu được có giải thích

* Các đồ thị tĩnh và động biểu diễn quan hệ theo thời gian của các hiện tượng và giữa

các đại lượng với nhau

* Các bản vẽ đồ hoạ mô tả quá trình xảy ra với các số liệu phản ánh tình trạng hoạt động của quá trình (sơ đồ Flow Sheet) có số liệu

* Bản vẽ cấu tạo của một thiết bị

* Bản vẽ lắp ráp, sơ đồ nói dây

* Giải thích hướng dẫn sử dụng

* Mô hinh hoá quá trình và trợ giúp kỹ thuật

* Nội dung của đối thoại giữa người 'và máy

Nói chung mọi thông tin đều có thé tổ chức hiển thị để con người nắm vững quá trình

mình theo dõi để có thể tác động lên nó, điều khiển nó

126

5.3 Chức năng theo dõi và giám sat

Các số liệu thu được từ quá trình biến đổi qua thời gian

Chức năng theo dõi gồm có: Thu và lưu giữ số liệu, quản lý số liệu và trình bày số

liệu

5.3.1 Thu và lưu giữ số liệu

- Số liệu tương tự: Thiết bị thu và lưu giữ, tuỳ theo tốc độ, có thể là các dụng cụ tự ghi,

các giao động ký chụp hình, các máy hiện sóng có nhớ, các bộ ghi băng từ v.v

Kết quả lưu giữ là các băng giấy tự ghi, phim tự ghỉ, các băng từ v.v

- Số liệu số: Đối với việc thu và lưu giữ số liệu dưới dạng só, thiết bị thu là những bộ biến đổi tương tự - số và điều khiển lưu ghi vào bộ nhớ

Tốc độ thu và lưu ghi phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ các bộ biến đổi tương tự số

- Lịch trình ghi - lưu giữ: Với mục đích cụ thể của người dùng, người ta tổ chức một lịch trình thu và lưu giữ số liệu như: ghi nhanh, ghi theo giây, phút, giờ ngày tháng năm Mỗi nhóm số liệu được lưu giữ theo những quy định phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng 5.3.2 Quản lý số liệu hay rộng ra là quản lý thông tin (MIS -Management Information System)

Sau quá trình thu thập số liệu là quá trình quản lý số liệu Vì số liệu có thể được dùng

vào nhiều mục đích khác nhau, nên phải tổ chức số liệu một cách có hệ thống Xét theo

chức năng theo dõi, việc quản lý số liệu là: cập nhật số liệu động, số liệu lịch sử, số liệu về

báo hiệu báo động, số liệu min, max, số liệu về sự cố, để phân tích sự cố v.v

Quản lý số liệu này phải dựa trên một cơ sở dữ liệu hợp lý để thoả mãn việc truy cập,

tốc độ xử lý theo yêu cầu của việc sử dụng số liệu

5.3.3 Trình bày số liệu

Tổ chức trình bày số liệu cho hợp lý cũng thuộc phạm vi của theo dõi

Các số liệu theo déi có những cách trình bày sau:

* Hiển thị động quá trình dưới dạng bảng số liệu, đồ thị cập nhật, đồ họa với số liệu ở các điểm theo dõi, thanh sáng có độ dài tỷ lệ với số liệu theo dõi

Nói chung các cách tổ chức trình bày đã trở thành công cụ mà người dùng chỉ ứng

dụng

* Trình bày số liệu lịch sử của quá trình

Số liệu lịch sử theo lịch trình được lưu trữ được trình bày ra một cách hợp lý cho

người sử dụng hiểu được quá trình biến đổi, theo dõi được sự tiến triển của sự việc, để đánh giá được hoạt động của hệ thống qua thời gian

* Trình bày số liệu của sự kiện: (Event Recorder) Số liệu của sự kiện được lưu giữ

127

trong các thiết bị ghi sự kiện, được tổ chức lại và trình bày cho người sử dụng để có đủ số liệu đê đánh giá, phân tích được nguyên nhân của sự kiện Thông thường sự kiện được trình bày như sau: số liệu trước khi xảy ra sự kiện, số liệu ghi nhanh lúc xảy ra sự kiện, số liệu sau sự kiện

5.4 Đối thoại giữa người và máy

Chức năng đối thoại giữa người và máy chỉ xảy ra với các thiết bị thông minh: Đối

thoại thực hiện trên màn hình thông qua các hộp thoại Nội dung đối thoại giữa người và máy có những vấn đề sau:

- Hỏi đáp: Người có thể hỏi máy những vấn đề cần biết, máy trả lời

Có lúc máy đặt ra câu hỏi cho người bổ sung số liệu hoặc lựa chọn phương án

- Hỏi đáp có thể thông qua chữ viết, thông qua tiếng nói, hình ảnh

- Mở, đóng các dịch vụ: Hiện nay các công cụ tin học, các dịch vụ dùng với máy tính rất nhiều

Các chương trình tiện ích giúp đỡ rất nhiều cho con người trong rất nhiều lĩnh vực

Gọi các chương trình tiện ích, tìm hiểu nó, đối thoại để thực hiện việc tính toán thiết

kế theo yêu cầu đề ra

~ Tra cứu tài liệu, tổ chức tài liệu:

Tra thư mục, gọi tài liệu theo các kiểu khác nhau, cắt, dán, dồn, đều là những đối thoại với cơ sở đữ liệu về tài liệu

Xây dựng một tư liệu mới, một tài liệu mới, tổ chức để có nhiều cách tiếp cận kho tư

liệu hay của cơ sở dữ liệu

Trợ giúp xây dựng văn bản, báo cáo hay nói cách khác là công tác văn phòng đòi hỏi nhiều đối thoại người — máy

* Xây dựng bảng biểu, tính toán

* Mở các dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật các hệ thống thông tin điều khiển

* Mở các địch vụ huấn luyện kỹ thuật

* Mở các dịch vụ kiểm tra trắc nghiệm

5.5 Chức năng điều khiển

Quan hệ giữa người và máy cũng được thể hiện trong các chức năng điều khiển

5.5.1 Cách thức điều khiển

Có một trong các cách điều khiển sau:

- Điều khiển tại chỗ, đơn lẻ, bằng tay

- Liên động, tự động

- Điều khiển tuần tự có điều kiện hay không điều kiện

- Điều khiển theo chương trình có trao đổi với thao tác viên hay không

- Điều khiển phân bố hay tập trung, tập trung hay phân bố

5.5.2 Nội dung điều khiển

- Đóng/cắt

- Khởi động/dừng

- Tang/giam

- Trục trặc/cắt

- Báo động (cao, thấp, rất cao, rất thấp)

5.5.3 Thay đổi điều khiển

- Thay đổi chương trình điều khiển

- Thay đổi cơ sở dữ liệu

- Thay đổi thông số của báo động

5.6 Giao tiếp với chức năng ứng dụng dịch vụ trí tuệ nhân tạo (AI Application)

- Ứng dụng vào các dịch vụ điều khiển mờ

- Ung dụng vào các dịch vụ có tiên đoán và tự thích ứng

- Ứng dụng vào các dịch vụ chẩn đoán kỹ thuật

- Ứng dụng vào các dịch vụ hệ thống chuyên gia

- Ứng dụng vào các hệ thống tự học, tự kiểm tra

129

5.7 Thiết bị dùng cho giao tiếp

Thiết bị dùng cho giao tiếp rất đa dạng, phát triển rất nhanh do đó nhiều khi làm lệch hẳn nội dung về các thao tác đo lường trong các thiết bị ấy

5.7.1 Thiết bị chỉ thị

Để hiển thị kết quả đo lường người ta phải sử dụng các chỉ thị Chỉ thị gồm có chỉ thị

cơ điện tương tự và chỉ các chỉ thị SỐ

5.7.2 Cơ cấu chỉ thị

Chỉ thị tương tự thường là các cơ cấu cơ điện hoạt động dựa trên các lực điện từ giữa

phần tĩnh và phần động, biến dòng điện thành góc quay của kim chỉ thị trên thang chia độ Bảng 5.1 nêu tóm tắt của hệ thống chỉ thị cơ điện thường dùng

Bang 5.1 Tóm tắt các loại cơ cấu dùng cho việc chỉ thị kết quả đo

Loại cơ cấu nguyên lý|_ Cấu tạo Quan hệ Đặc điểm va ting Ký hiệu

Từ điện Quan hệ tuyến

Ty Mg= BSWI Tác động giữa từ ừng tính, độ nhạy cao,

lên dòng điện trong chính xác

khung quay BSW, Dung dé do déng

G=———

D 1 chiều

Điện từ AA AA a Khéng tuyén tin!

Lõi thép sắt từ hút sâu VT /\ I My =S° P|] 80 ntay thdp