Chương III: Mạch đo lường và gia công thông tin pdf

Khái niệm chungMạch đo lường là thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ biến đổi, gia công thông tin tính toán, phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lí thống nhất Mạch đo là một khâu tí

Chương III

Mạch đo lường

và gia công thông tin

Mạch đo lường

và gia công thông tin

3.1 Khái niệm chung

3.2 Mạch tỷ lệ

3.3 Mạch khuếch đại đo lường

3.4 Mạch gia công tính toán

3.5 Mạch so sánh

3.6 Mạch tạo hàm

3.7 Các bộ biến đổi tương tự số (ADC)

3.8 Các bộ biến đổi số tương tự (DAC)

3.1 Khái niệm chung

Mạch đo lường là thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ biến đổi, gia công thông tin tính toán, phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lí thống nhất

Mạch đo là một khâu tính toán, thực hiện các phép tính đại số trên sơ đồ mạch nhờ vào kĩ thuật điện tử

Thực hiện một phép nhân (hoặc chia) với một hệ số k Đại lượng vào là x thì đại lượng ra là k.x

Ví dụ: shunt, phân áp, biến dòng, biến áp…

- Mạch tỉ lệ về dòng

- Mạch tỉ lệ về áp

3.2 Mạch tỉ lệ

3.2.1 Mạch tỉ lệ về dòng

a Điện trở Shunt

là một điện trở mắc song song với cơ cấu chỉ thị.

Trong công nghiệp shunt được làm bằng vật liệu có điện trở không phụ thuộc nhiệt độ như manganin

Thường shunt được chế tạo với dòng từ vài mA đến 104A; điện áp shunt cỡ 60,

75, 100, 150 và 300mV

Các dòng điện chạy trong mạch gồm:

- Dòng chạy trong mạch chính là I

- Dòng chạy trong mạch chỉ thị là ICT

- Dòng chạy qua shunt là Is

I

CT S

I CT

I

K

Tính điện trở Shunt cho mạch đo dòng trong 1 bể điện phân có dòng I = 10kA

Biết:

+ dòng định mức qua cơ cấu là ICT =20mA

+ điện trở cơ cấu là RCT = 1Ω

Cấu tạo của shunt : có cấu tạo như điện trở 4 đầu, bao gồm 2 đầu dòng và 2 đầu áp:

- 2 đầu dòng: để đưa dòng IS vào.

- 2 đầu áp: lấy điện áp ra để đưa vào cơ cấu chỉ thị.

Trên shunt thường có ghi:

- Cấp chính xác

- Dòng IS có thể đi qua

- Điện áp ở đầu ra: US = IS.RS = (I - ICT).RS

Để điều chỉnh điện trở shunt có thể xẻ rãnh khác nhau.

Dùng shunt có hệ số chia dòng khác nhau:

4 4

I

CT

CT S

I S

I K

I

R R

b Biến dòng điện (BI)

Biến dòng điện là một biến áp mà thứ cấp ngắn mạch, sơ cấp nối tiếp với

mạch có dòng điện chạy qua.

BI được sử dụng trong mạch xoay chiều để biến đổi dòng điện trong phạm

I

I K

Dòng sơ cấp định mức từ 0,1÷25000A Dòng thứ cấp định mức là 1A hoặc 5A.

Cấp chính xác của biến dòng thường là:

0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

3.2.2 Mạch tỉ lệ về áp

1 Mạch phân áp

là mạch phân điện áp, thường có U2 nhỏ hơn U1 tức là công suất ra nhỏ hơn

công suất vào.

a Mạch phân áp điện trở

Hệ số phân áp:

1 2

U m

U

=

R

Khi tải là những cơ cấu chỉ thị có điện trở không đổi:

R2 : điện trở của chỉ thị

R1 : phân áp (điện trở phụ) : RP = RCT (m−1)

Tỉ số giữa điện áp cần đo và điện áp trên cơ cấu chỉ thị:

X CT

U m

U

=

Nếu một vônmét có nhiều thang đo:

3 3

CT

U m

Phân áp có hệ số phân áp thay đổi tùy ý: thường là một biến trở trượt có gắn thêm một thang chia độ trên có khắc hệ số phân áp tương ứng với

vị trí của nó, mạch này có độ chính xác không cao (thường từ 1÷5%).

Các phân áp có cấp chính xác cao (0,05÷0,1): được chế tạo theo kiểu nhảy cấp hoặc bố trí thành từng cấp thập phân

b Mạch phân áp điện dung

1

U Z Z m

j C R

j C

ω ω

j C R

ω ω

+

= +

+

không phụ thuộc tần số nên được sử dụng trong mạch có tần số cao.

2 1

1 (1 )

C

j C R m

C

j C R

ω ω

+

= +

+

Đầu vào và đầu ra được liên hệ với nhau

bằng điện và bằng từ

Muốn phân áp có độ chính xác cao thì biến

áp phải gần điều kiện lý tưởng:

W1, W2 : số vòng dây để lấy các điện áp tương

ứng U1, U2

Cuộn dây được chia thành nhiều phân đoạn ứng với số cấp của phân áp.

Ưu điểm: hệ số phân áp Ku ít thay đổi lúc tải đầu ra thay đổi.

Nhược điểm: có sai số tần số khi tần số thay đổi.

1 1

2 2

W

1 W

U

U K

U

= = ≥

U K

- Đặc điểm:

+ Điện áp định mức của cuộn thứ cấp thường là 100V, điện áp định mức của cuộn sơ cấp chính là điện áp cần đo hay kiểm tra.

+ Biến điện áp đo lường sử dụng ở chế độ hở mạch cuộn thứ cấp

+ Cấp chính xác của biến áp đo lường là: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5

3.3 Mạch khuếch đại đo lường

Đại lượng vào là x thì đại lượng ra là k.x

Đặc điểm:

- Công suất đầu ra lớn hơn công suất đầu vào

- Tăng độ nhạy của thiết bị đo

- Giảm công sất tiêu thụ của thiết bị đo lấy từ đối tượng đo

R1

+

11

3.3.1 Mạch khuếch đại lặp lại

Nhiệm vụ: khuếch đại dòng điện lên giá trị lớn hơn còn điện áp có lặp lại như đầu vào hoặc suy giảm chút ít.

Cấu tạo: dùng tranzitor, KĐTT, FET1

1

U

C I

B

K

I K

3.3.2 Mạch khuếch đại đo lường

Đây là mạch kết hợp cả khuếch đại dòng và khuếch đại áp để có công suất lớn.

Các hệ số khuếch đại:

3.4 Mạch gia công tính toán

Bao gồm các mạch cộng, trừ, nhân, chia , tích phân, vi phân, logarit …

Thông thường các mạch này sử dụng các bộ KĐTT để làm phần tử tích cực.

3.5 Mạch so sánh

- Mạch so sánh dùng KDTT

3.7 Các bộ chuyển đổi tương tự số

3.7.1 DAC

Để chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự

Tín hiệu vào: nhóm xung dạng mã nhị phân

Tín hiệu ra: hiệu điện thế, cường độ dòng điện.

Độ lớn của tín hiệu tương tự đầu ra tỉ lệ với giá trị số đầu vào

- Phương pháp tạo ra điện thế

- Phương pháp tạo ra dòng điện

- Phương pháp nhân

Phương pháp tạo ra điện thế:

Tín hiệu ra: mã nhị phân

Độ lớn của giá trị số đầu ra tỉ lệ với tín hiệu tương tự đầu vào

• Lấy mẫu

• Nhớ mẫu

• Lượng tử hóa

• Mã hóa