Các đặc trưng Các đặc trưng Bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Độ nhạy cảm biến Đối với cảm biến tuyến tính, biến thiên đầu Δs biến thiên đầu vào Δm có liên hệ tuyến tính: Δs = S.Δm (1.2) Đại lượng S xác định biểu thức gọi độ nhạy cảm biến Trường hợp tổng quát, biểu thức xác định độ nhạy S cảm biến xung quanh giá trị mi đại lượng đo xác định tỷ số biến thiên Δs đại lượng đầu biến thiên Δm tương ứng đại lượng đo đầu vào quanh giá trị đó: (1.2) Để phép đo đạt độ xác cao, thiết kế sử dụng cảm biến cần cho độ nhạy S không đổi, nghĩa phụ thuộc vào yếu tố sau: - Giá trị đại lượng cần đo m tần số thay đổi - Thời gian sử dụng - Ảnh hưởng đại lượng vật lý khác (không phải đại lượng đo) môi trường xung quanh Thông thường nhà sản xuất cung cấp giá trị độ nhạy S tương ứng với điều kiện làm việc định cảm biến 1/5 Các đặc trưng Độ nhạy chế độ tĩnh tỷ số chuyển đổi tĩnh Đường chuẩn cảm biến, xây dựng sở đo giá trị si đầu tương ứng với giá trị không đổi mi đại lượng đo đại lượng đạt đến chế độ làm việc danh định gọi đặc trưng tĩnh cảm biến Một điểm Qi(mi,si) đặc trưng tĩnh xác định điểm làm việc cảm biến chế độ tĩnh Trong chế độ tĩnh, độ nhạy S xác định theo công thức (1.3) độ đốc đặc trưng tĩnh điểm làm việc xét Như vậy, đặc trưng tĩnh tuyến tính độ nhạy chế độ tĩnh phụ thuộc điểm làm việc Đại lượng ri xác định tỷ số giá trị si đầu giá trị mi đầu vào gọi tỷ số chuyển đổi tĩnh: (1.4) Từ (1.4), ta nhận thấy tỷ số chuyển đổi tĩnh ri không phụ thuộc vào điểm làm việc Qi S đặc trưng tĩnh đường thẳng qua gốc toạ độ Độ nhạy chế độ động Độ nhạy chế độ động xác định đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian Độ tuyến tính Một cảm biến gọi tuyến tính dải đo xác định dải chế độ đó, độ nhạy không phụ thuộc vào đại lượng đo Trong chế độ tĩnh, độ tuyến tính không phụ thuộc độ nhạy cảm biến vào giá trị đại lượng đo, thể đoạn thẳng đặc trưng tĩnh cảm biến hoạt động cảm biến tuyến tính chừng đại lượng đo nằm vùng Trong chế độ động, độ tuyến tính bao gồm không phụ thuộc độ nhạy chế độ tĩnh S(0) vào đại lượng đo, đồng thời thông số định hồi đáp tần số riêng f0 dao động không tắt, hệ số tắt dần ? không phụ thuộc vào đại lượng đo 2/5 Các đặc trưng Nếu cảm biến không tuyến tính, người ta đưa vào mạch đo thiết bị hiệu chỉnh cho tín hiệu điện nhận đầu tỉ lệ với thay đổi đại lượng đo đầu vào Sự hiệu chỉnh gọi tuyến tính hoá Sai số độ xác Các cảm biến dụng cụ đo lường khác, đại lượng cần đo (cảm nhận) chịu tác động nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giá trị đo giá trị thực đại lượng cần đo Gọi Δx độ lệch tuyệt đối giá trị đo giá trị thực x (sai số tuyệt đối), sai số tương đối cảm biến tính bằng: Sai số cảm biến mang tính chất ước tính biết xác giá trị thực đại lượng cần đo Khi đánh giá sai số cảm biến, người ta thường phân chúng thành hai loại: sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên - Sai số hệ thống: sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi thay đổi chậm theo thời gian đo thêm vào độ lệch không đổi giá trị thực giá trị đo Sai số hệ thống thường thiếu hiểu biết hệ đo, điều kiện sử dụng không tốt gây Các nguyên nhân gây sai số hệ thống là: Do nguyên lý cảm biến + Do giá trị đại lượng chuẩn không + Do đặc tính cảm biến + Do điều kiện chế độ sử dụng +Do xử lý kết đo - Sai số ngẫu nhiên: sai số xuất có độ lớn chiều không xác định Ta dự đoán số nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên dự đoán độ lớn dấu Những nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên là: + Do thay đổi đặc tính thiết bị + Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên + Do đại lượng ảnh hưởng không tính đến chuẩn cảm biến 3/5 Các đặc trưng Chúng ta giảm thiểu sai số ngẫu nhiên số biện pháp thực nghiệm thích hợp bảo vệ mạch đo tránh ảnh hưởng nhiễu, tự động điều chỉnh điện áp nguồn nuôi, bù ảnh hưởng nhiệt độ, tần số, vận hành chế độ thực phép đo lường thống kê Độ nhanh thời gian hồi đáp Độ nhanh đặc trưng cảm biến cho phép đánh giá khả theo kịp thời gian đại lượng đầu đại lượng đầu vào biến thiên Thời gian hồi đáp đại lượng sử dụng để xác định giá trị số độ nhanh Độ nhanh tr khoảng thời gian từ đại lượng đo thay đổi đột ngột đến biến thiên đại lượng đầu khác giá trị cuối lượng giới hạn ε tính % Thời gian hồi đáp tương ứng với ε% xác định khoảng thời gian cần thiết phải chờ đợi sau có biến thiên đại lượng đo để lấy giá trị đầu với độ xác định trước Thời gian hồi đáp đặc trưng cho chế độ độ cảm biến hàm thông số thời gian xác định chế độ Trong trường hợp thay đổi đại lượng đo có dạng bậc thang, thông số thời gian gồm thời gian trễ tăng (tdm) thời gian tăng (tm) ứng với tăng đột ngột đại lượng đo thời gian trễ giảm (tdc) thời gian giảm (tc) ứng với giảm đột ngột đại lượng đo Khoảng thời gian trễ tăng tdm thời gian cần thiết để đại lượng đầu tăng từ giá trị ban đầu đến 10% biến thiên tổng cộng đại lượng khoảng thời gian tăng tm thời gian cần thiết để đại lượng đầu tăng từ 10% đến 90% biến thiên biến thiên tổng cộng Hình 1.3: Xác định khoảng thời gian đặc trưng cho chế độ độ 4/5 Các đặc trưng Tương tự, đại lượng đo giảm, thời gian trể giảm tdc thời gian cần thiết để đại lượng đầu giảm từ giá trị ban đầu đến 10% biến thiên tổng cộng đại lượng khoảng thời gian giảm tc thời gian cần thiết để đại lượng đầu giảm từ 10% đến 90% biến thiên biến thiên tổng cổng Các thông số thời gian tr, tdm, tm, tdc, tc cảm biến cho phép ta đánh giá thời gian hồi đáp Giới hạn sử dụng cảm biến Trong trình sử dụng, cảm biến chịu tác động ứng lực học, tác động nhiệt Khi tác động vượt ngưỡng cho phép, chúng làm thay đổi đặc trưng làm việc cảm biến Bởi sử dụng cảm biến, người sử dụng cần phải biết rõ giới hạn Vùng làm việc danh định Vùng làm việc danh định tương ứng với điều kiện sử dụng bình thường cảm biến Giới hạn vùng giá trị ngưỡng mà đại lượng đo, đại lượng vật lý có liên quan đến đại lượng đo đại lượng ảnh hưởng thường xuyên đạt tới mà không làm thay đổi đặc trưng làm việc danh định cảm biến Vùng không gây nên hư hỏng Vùng không gây nên hư hỏng vùng mà mà đại lượng đo đại lượng vật lý có liên quan đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng vùng làm việc danh định nằm phạm vi không gây nên hư hỏng, đặc trưng cảm biến bị thay đổi thay đổi mang tính thuận nghịch, tức trở vùng làm việc danh định đặc trưng cảm biến lấy lại giá trị ban đầu chúng Vùng không phá huỷ Vùng không phá hủy vùng mà mà đại lượng đo đại lượng vật lý có liên quan đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng vùng không gây nên hư hỏng nằm phạm vi không bị phá hủy, đặc trưng cảm biến bị thay đổi thay đổi mang tính không thuận nghịch, tức trở vùng làm việc danh định đặc trưng cảm biến lấy lại giá trị ban đầu chúng Trong trường hợp cảm biến sử dụng được, phải tiến hành chuẩn lại cảm biến 5/5 ... định gọi đặc trưng tĩnh cảm biến Một điểm Qi(mi,si) đặc trưng tĩnh xác định điểm làm việc cảm biến chế độ tĩnh Trong chế độ tĩnh, độ nhạy S xác định theo công thức (1.3) độ đốc đặc trưng tĩnh... 10% đến 90% biến thiên biến thiên tổng cộng Hình 1.3: Xác định khoảng thời gian đặc trưng cho chế độ độ 4/5 Các đặc trưng Tương tự, đại lượng đo giảm, thời gian trể giảm tdc thời gian cần thiết... gây sai số ngẫu nhiên là: + Do thay đổi đặc tính thiết bị + Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên + Do đại lượng ảnh hưởng không tính đến chuẩn cảm biến 3/5 Các đặc trưng Chúng ta giảm thiểu sai số ngẫu