Thiết bị và hệ thống đo thông minh

Thit b v h thng ủo thụng minh GV: Nguyn Hong Nam B mụn K thut ủo v THCN H Ni 04/2011 Ti liu tham kho PGS Nguyn Trng Qu, TS Nguyn Th Lan Hng, PGS Phm Th Ngc Yn, C s k thut ủo, NXB KHKT, 2009 Calibration: Philosophy in Practice, Fluke, Cỏc v ủo lng (www.mesures.com) Handbook of Modern Sensors, Jacob Fraden, Springer Tp Electronique Jonh Brignell and Neil White, Intelligent Sensor Systems, IOP Publishing Ltd, 1994, NV490/A-N562/A Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam Mc lc Thit b ủo thụng minh Cu trỳc thit b Chc nng thụng minh Cỏc thut toỏn x lý thụng minh thit b ủo Chn thang ủo T ủng chun ủ Cỏc phng phỏp bự sai s H thng ủo thụng minh Chun IEE1451 Thit b v h thng ủo o Vớ d ủin hỡnh ca h thng ủo Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam Xu hng phỏt trin thit b ủo: thng kờ s lng thit b bỏn ti th trng Phỏp nm 1999 Mesures annoncộes par le SIMTEC (Syndicat de lInstrumentation de Mesure, du Test, de lEnergie et des Communications dans le domaine de lộlectronique) Sources : Revue Mesure n726, Juin 2000 Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam Hn 8,5 % thit b ủo (ủin t) ủc bỏn ti Phỏp ca hóng SIMTEC (Syndicate des fournisseurs dinstrumentation) Tng tin M Tng trng (2007/2006) Trong tt c cỏc lnh vc 239.8 +8.5% Cỏc thit b thụng dng 115,67 +18.1% Thit b RF3GHz 30,47 +22.8% Thit b ủo vin thụng v cỏp quang 32,69 -13,8% Thit b v h thng ủo thụng minh Sn phm bỏn cho cụng nghip l 17%; 22% vin thụng; 9% cho giỏo dc v nghiờn cu; 8% cho xe hi Tp Mesure (thỏng nm 2007) Nguyn Hong Nam Mt s nhn ủnh Thit b ủo ủó cú nhng thnh tu rừ rng Ch yu ủc s dng lnh vc nghiờn cu hay cỏc phũng thớ nghim Cỏc thit b cho phộp ủiu khin trng thỏi ca h thng hay sn xut vi ủ chớnh xỏc ngoi kh nng ca ngi Vic ci tin ủ chớnh xỏc ny phự hp vi cỏc cm bin luụn luụn ủc tin hnh Cỏc cụng ngh mi ủi vi cm bin Cm bin ủc tớch hp mt lp mng Cm bin s dng si quang, Thit b ủo phỏt trin ngnh cụng nghip Nú phỏt trin lnh vc sn xut Nú phc v vic kim soỏt cht lng, tuõn th cỏc cỏc chc nng quỏ trỡnh sn xut Nú cho phộp tng tớnh bo mt Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam Nhn ủnh Thit b ủo ủc ph bin rng rói Tt c cỏc h thng ủin t ô hin ủi ằ x lý cỏc cm bin Thng rt ủn gin nhng ngy cng tt hn Cỏc thit b ủo tr nờn tin cy ủi vi ngi s dng: Tớnh bo mt cao Tớnh tin cy cao s dng T nhng nm 1990, l k nguyờn ca cụng ngh thụng tin Thit k mt h thng thụng tin Thit b ủo bc vo mt thi k cỏch mng mi: S liu di dng s Tc ủ x lý thụng tin v truyn ủt thụng tin ngy cng ln S dng b x lý chuyờn dng S dng mng chuyờn dng Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam Tng lai Thit b ủo ủc ô o húa ằ S dng h thng thụng tin S dng cụng ngh dũng chy v vi ủin t Mỏy tớnh cỏ nhõn, x lý chuyờn dng Chng trỡnh nhim, ngi s dng T chc lao ủng tt hn S dng ngy cng n ủnh Bo mt tt hn Thit b ủo phõn tỏn S dng mng cụng nghip RS232, Bus IEEE 488, bus I2C, bus CAN, mng WorldFIP Da vo vic s dng mng cụng ngh thụng tin ô truyn thng ằ Cỏc thit b s dng cu trỳc theo mng Ethernet v s dng Internet Thit b truyn khụng dõy (wirelessHart) Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam Tng lai Cỏc cm bin cng ngy cng ủc thu nh li Cụng ngh vi ủin t Vi cụng c Do s dng mng v s phỏt trin ca cụng ngh vi ủin t , cỏc cm bin tr nờn thụng minh hn Cú kh nng t thay ủi bờn ng ủc lp Gim cụng sut thiờu th T ủng ủỏp ng ủc cỏc chc nng ca mụi trng v ngi s dng Kh nng t ủng thao tỏc Truyn thụng tin cỏc cm bin v trm v s liu ủo mng Bo qun bo trỡ thng xuyờn Chun húa giao din Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam Chng Thit b ủo thụng minh Th no l mt cm bin thụng minh ? Con ngi i tng Xem xột mụi trng xung quanh TB Ngoi cnh VXL TB H thng Nõng cao ủc tớnh k thut Thit b v h thng ủo thụng minh 10 Nguyn Hong Nam Khỏi nim Cỏc thit b thc hin mt s chc nng x lý mt cỏch linh hot theo mt thut toỏn vi mt ý ủ nht ủnh ca ngi thit k Vai trũ ca àP : Thu thp s liu Lu gi cỏc quỏ trỡnh chun ủ, cỏc thụng s Tuyn tớnh hoỏ, tớnh toỏn ni suy iu hnh vic ủo Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam 11 1.1 Cu trỳc ca thit b ủo thụng minh ADC Thit b v h thng ủo thụng minh 12 Nguyn Hong Nam H thng dn kờnh s Cú hai mụ hỡnh CB Chun hoỏ tớn hiu CB Chun hoỏ tớn hiu CB Chn kờnh tng t Mụ hỡnh thu thp khụng ủng b Mụ hỡnh thu thp ủng b Chun hoỏ tớn hiu S&H ADC B ủiu khin logic Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam 13 CB T.nht hoỏ tớn hiu S&H CB T.nht hoỏ tớn hiu S&H CB T.nht hoỏ tớn hiu Chn kờnh H thng dn kờnh s ADC S&H B ủiu khin logic Thit b v h thng ủo thụng minh 14 Nguyn Hong Nam H thng dn kờnh s Thit b v h thng ủo thụng minh 15 Nguyn Hong Nam T chc ca mt chui thu thp s liu Tớnh toỏn h s ca chui t ủú cú th tớnh toỏn h s ca mch chuyn ủi ADC Trng hp h s khuch ủi l c ủnh Trng hp h s khuch ủi l thay ủi Tớnh toỏn ủ phõn gii ca chui ủo phõn gii thc t phõn gii v nhiu Tớnh toỏn thi gian Mi quan h gia tn s ly mu v ủc tớnh thi gian ca chui ủo Thit b v h thng ủo thụng minh 16 Nguyn Hong Nam Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam 17 1.2 Thit b vi mụi trng xung quanh - chc nng thụng minh Thớch ng vi cỏc ủi tng, cỏc dng tớn hiu khỏc Chn thang ủo Thay ủi cu trỳc ủo Thc hin quỏ trỡnh ủo Chn di tn s Chn ủ phõn ly đối tợng canh Loi tr nh hng ca cỏc yu t ngoicnh Bự cỏc sai s ph: Sai s c hc Sai s hnh Sai s thi gian Cng tớnh, nhõn tớnh ngời VXL TBđo Nâng cao đặc tính kỹ thuật Hệ thống Giỏm sỏt, thu thp, ủiu khin Phc v ủiu hnh h thng Chun ủoỏn k thut phc v hnh Tr giỳp k thut Thun tin cho ngi s dng Phi hp vi h thng thụng qua Bus Thu thp s liu T ủng húa hot ủng Bo v, ghi nh, cnh bỏo Nõng cao ủ nhy, ngng nhy, tuyn tớnh húa, bự tr Nõng cao ủ chớnh xỏc (chn phng phỏp ủo) Nõng cao ủc tớnh ủng a chc nng húa thit b Thit b v h thng ủo thụng minh 18 Nguyn Hong Nam Cỏc thut toỏn x lý thụng minh thit b ủo T ủng chn thang ủo T ủng chun ủ Bự sai s Nõng cao ủ phõn gii Thit b v h thng ủo thụng minh 19 Nguyn Hong Nam T ủng chn thang ủo thang chia ủu Thụng thng ngi ta ủnh thang ủo cỏch 10 ln (hoc theo ủ phõn gii ca thang) iu kin s dng thang ủo t ủng X max X X max 10 Cỏch tin hnh ủo - cỏch Tin hnh ủo thang ln nht Da trờn giỏ tr ủo ủ tỡm thang cú giỏ tr tha ủiu kin Cỏch tin hnh ủo - cỏch So sỏnh vi cỏc giỏ tr ca thang Xdo tha ủiu kin Xi[...]... theo sai s yờu cu B trớ sao cho sai s tng ủi ca phộp ủo: = U max dụng cụ X đo min = lúc Xmax dụng cụ =Xđo Nh vậy ta thấy: Xmax dụng cụ lúc Xmin dụng cụ =Xminđo max = X minđo Nếu dụng cụ chia làm nhiều thang đo ta có: X1max D = 1max = X 1 1min 1min Thang đo: D2 2min= = X2max 2max X1min Thit b v h thng ủo thụng minh 21 Nguyn Hong Nam T ủng chn thang ủo PGA X TB Cú D, ủó xỏc ủnh B trớ sn... processing and decision making Thit b v h thng ủo thụng minh 50 Nguyn Hong Nam Phõn loi ni dung ca cm bin TEDS Thit b v h thng ủo thụng minh 51 Nguyn Hong Nam 52 Nguyn Hong Nam S ủ khi Thit b v h thng ủo thụng minh Kin trỳc Thit b v h thng ủo thụng minh 53 Nguyn Hong Nam Thit b v h thng ủo thụng minh 54 Nguyn Hong Nam Thit b v h thng ủo thụng minh 55 Nguyn Hong Nam Smart sensors (2) Thỏch thc: Cm bin... b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam 29 Nhân với một hằng số Một mạch cầu đo biến dạng, Đin thế ra X đợc tính nh sau: X = ES R R R sai lệch điện trở trên cảm biến R Giả sử rằng Es = 1 V, theo luật Hook e đợc tính = E R E = X K R K E là modul đàn hồi của kim loại, K hệ số co giãn Thông thờng đối với một số thép thì E=200 000N/mm2 Nếu K bằng 2 thì ta có Thit b v h thng ủo thụng minh 30 = 200000 X... Dũng ủin IREF qua cun dõy sinh ra t trng BREF Phỏt xung hoc ủiu ch phõn b BEXT Thit b v h thng ủo thụng minh 27 Nguyn Hong Nam Self-calibration example: Hall sensor (3) photo testchip Thit b v h thng ủo thụng minh 28 Nguyn Hong Nam Hiệu chỉnh lỗi VD: R= X- Xd R - Kết quả khi đã gia công X - Kết quả đo đợc Xd - thể hiện tinh cộng tính VD: Sensor nhiệt độ AD 590 (Analog Devices) dòng điện ra tỉ lệ 1àA/K,... thit b ủo s dng Thit b v h thng ủo thụng minh 22 Nguyn Hong Nam T ủng chn thang ủo PGA X TB Cú D, ủó xỏc ủnh Tin hnh quỏ trỡnh ủo theo trỡnh t Kt qu ủo t thang ủo ln nht c kt qu So sỏnh giỏ tr ủc v ủ chn thang ủo thớch hp (ủiu khin vic thay ủi h s khuch ủi) c li kt qu ủo thang ủo mi Thit b v h thng ủo thụng minh 23 Nguyn Hong Nam T chun ủ trong mt cm bin thụng minh T chun ủ trờn mt bo cm bin: t ủng... thng ủo thụng minh 30 = 200000 X = 100000X 2 Nguyn Hong Nam Tớnh toỏn bc biu thc Cảm biến đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở Nikel: Trong khoảng -600C< T< +700C, điện trở thay đổi theo nhiệt độ theo công thức: R(T) = R0(1+AT+BT2) 8 V = aiT i i =0 Thit b v h thng ủo thụng minh Nguyn Hong Nam 31 Gia công số liệu thống kê Trong quá trình sản xuất phomát , sản phẩm đợc xác định theo trọng lợng, sai lệch... lần đo N Xl =X l =1 N l=1 P= Trọng lợng trung bình Sai lệch N (X l X )2 l =1 N var = (X l X )2 l =1 N = Sai lệch bình quân phơng: Thit b v h thng ủo thụng minh N 32 Nguyn Hong Nam Bự sai s thit b bng phng phỏp lp (hi quy) S ủ ca phộp hiu chnh sai s bng phng phỏp lp ủc nghiờn cu ti trng i hc Bỏch Khoa KIEV cho phộp loi tr mi sai s ca thit b m khụng cn bit nguyờn nhõn Thit b v h thng ủo thụng minh. .. Thit b v h thng ủo thụng minh D/A < A/D Nguyn Hong Nam 35 S ủ dựng vi vi x lý Nguyờn lý trờn tr nờn hiu qu khi s dng vi vi x lý 1 ' NX1 A/D NXK 2 MCU NX1 D/A X'K DK Thit b v h thng ủo thụng minh 36 Nguyn Hong Nam Vớ d - Chun ủ, phỏt trin v thnh cụng Cỏc thit b chun ủ ngy cng tr nờn chớnh xỏc v ngy cng tt hn Precision DMM Scope Meter Bridge Mass Balance Thit b v h thng ủo thụng minh V 37 Nguyn Hong Nam... b v h thng ủo thụng minh 45 Nguyn Hong Nam Kt lun s b: Artifact Cal, Self Cal, AutoCal, Internet Cal Improve consistency through automation and elimination of human creativity Reduce downtimes dramatically Reduce the necessary support package Reduce the calibrators cost of ownership Simplifies logistics issues Thit b v h thng ủo thụng minh 46 Nguyn Hong Nam Chng 2 H thng ủo thụng minh Mng cm bin Thit... h thng ủo thụng minh 46 Nguyn Hong Nam Chng 2 H thng ủo thụng minh Mng cm bin Thit b v h thng ủo thụng minh 47 Nguyn Hong Nam H thng mng cm bin thụng minh - Smart sensors (1) Sensor + giao din ủin t trờn mt chip Chun hoỏ ủu ra phự hp vi x lý tớn hiu s Kt ni vi giao din bus Thit b v h thng ủo thụng minh 48 Nguyn Hong Nam Chun v h thng mng cm bin-IEEE1451 NCAP Network-capable application processor TII ... Xmin dụng cụ =Xminđo max = X minđo Nếu dụng cụ chia làm nhiều thang đo ta có: X1max D = 1max = X 1min 1min Thang đo: D2 2min= = X2max 2max X1min Thit b v h thng ủo thụng minh 21 Nguyn Hong... Mảng chuỗi liệu I/O Chứa khai báo giao tiếp nối ghép với thiết bị vào Ring & Enum Tạo menu popup để chọn lựa Classic control Các thiết bị điều khiển LabVIEW 5x Dialog control Tạo hộp đối thoại,... hồi kim loại, K hệ số co giãn Thông thờng số thép E=200 000N/mm2 Nếu K ta có Thit b v h thng ủo thụng minh 30 = 200000 X = 100000X Nguyn Hong Nam Tớnh toỏn bc biu thc Cảm biến đo nhiệt độ nhiệt