Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động kiểm soát hàm lượng sản phẩm dầu mỏ trong nước thải lacanh tàu cá, chương 7 doc

Khái niệm cơ bản về cảm biến Trong các hệ thống đo lường – điều khiển mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các trạng thái.. Các bộ cảm biến thực hiện chức năng này, chúng thu nhận và đáp

Chương 7:

CẢM BIẾN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ

BẢN 2.3.1 Khái niệm cơ bản về cảm biến

Trong các hệ thống đo lường – điều khiển mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các trạng thái Các trạng thái này thường là các đại lượng không điện nhằm mục đích điều chỉnh, điều khiển các quá trình ta cần thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của các trạng thái của quá trình Các bộ cảm biến thực hiện chức năng này, chúng thu nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích, là “tai mắt” của các hoạt động khoa học và công nghệ của con người

Các bộ cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích

Theo mô hình mạch ta có thể coi bộ cảm biến như một mạng hai cửa (hình vẽ) trong đó cửa vào là biến trạng thái cần

Bộ cảm biến

đo x và cửa ra là đáp ứng y của bộ cảm biến với kích thích đầu

vào x

Hình 2.4 Mô hình mạch của bộ cảm biến

Phương trình mô tả quan hệ giữa đáp ứng y và kích thích x

của bộ cảm biến có dạng:

y=f(x)

(2.1) Phương trình quan hệ này thường rất phức tạp vì có quá

nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quan hệ đáp ứng – kích thích

Trong các hệ thống đo lường – điều khiển hiện đại quá

trình thu thập và xử lý tín hiệu thường do máy tính đảm nhiệm

t 1 t 2 t n t

t

t n

t 2

t 1

s

m

Cảm biến

Đại lượng cần đo (nồng độ dầu, Cđ)

Đại lượng điện (s)

Hình 2.5 Sự biến đổi của đại lượng cần đo m và phản ứng s theo

thời gian

Một vấn đề quan trọng là khi thiết kế và sử dụng cảm biến là làm sao cho độ nhạy s của chúng không đổi, nghĩa là s không phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Giá trị của đại lượng cần đo m (độ tuyến tính) và tần số thay đổi của nó (dải thông)

 Thời gian sử dụng (độ già hoá)

 Aûnh hưởng của các đại lượng vật lý khác (không phải là đại lượng đo) của môi trường xung quanh

Trong sơ đồ hình 2.6 quá trình được đặc trưng bằng các trạng thái và được các bộ cảm biến thu nhận Đầu ra của bộ cảm biến được phối ghép với bộ vi xử lý qua các giao diện Đầu ra của bộ vi xử lý được phối ghép với cơ cấu chấp hành nhằm tác động lên quá trình Đây là sơ đồ điều khiển tự động quá trình,

Bộ vi xử lý Chương trình

Cơ cấu chấp

Quá trình

(các trạng thái)

trong đó bộ cảm biến đóng vai trò cảm nhận, đo đạc và đánh giá các thông số của hệ thống Bộ vi xử lý làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu điều khiển quá trình

Hình 2.6 Hệ thống điều khiển tự động quá trình

Theo quan điểm mô hình mạch ta coi bộ cảm biến như một hộp đen, có quan hệ đáp ứng – kích thích được biểu diễn bằng phương trình (2.1) Quan hệ này được đặc trưng bằng nhiều đại lượng cơ bản của bộ cảm biến Ta có thể định nghĩa các đại lượng đặc trưng cơ bản của bộ cảm biến như sau:

2.3.2 Hàm truyền

Quan hệ giữa đáp ứng và kích thích của bộ cảm biến có thể cho dưới dạng bảng giá trị, đồ thị hoặc biểu thức toán học Gọi x là kích thích, y là tín hiệu điện áp ứng, hàm truyền cho ta quan hệ giữa đáp ứng và kích thích Hàm truyền có thể được biểu diễn dưới dạng tuyến tính, phi tuyến, theo hàm logarit, hàm luỹ thừa hoặc hàm mũ

Quan hệ tuyến tính giữa đáp ứng và kích thích có dạng:

Y = a + bx

ở đây a là hằng số bằng tính hiệu ra khi tín hiệu vào bằng không, b là độ nhậy, y là một trong những đặc trưng của tín hiệu

ra của bộ cảm biến

Hàm truyền logarit có dạng:

Y = 1+ blnx dạng mũ:

y = aekx

dạng luỹ thừa:

y = a0 + a1xk

ở đây k là hằng số