Chapter 1: Khái niệm chung về Cảm biến (2b)

2 Bài giảng Kỹ Thuật Cảm Biến (sensors) Hoang Si Hong 2011 -Faculty of Electrical Eng., Hanoi Univ of Science and Technology (HUST), Hanoi, VietNam Hoang Si Hong-HUST Nguồn tham khảo Note: Bài giảng môn học tham khảo, trích dẫn lược dịch từ nguồn sau:   - Sách Kĩ thuật đo lường đại lượng điện tập 1, 2- Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế… Các cảm biến đo lường-Lê Văn Doanh… Các cảm biến-Nguyễn Tăng Phô Đo lường điện cảm biến: Ng.V.Hoà Hoàng Sĩ Hồng Sensor technology handbook (edited by JON WILSON) Elements of Electronic Instrumentation and Measurement (Prentice-Hall Company) Sách giải thích đơn vị đo lường hợp pháp Việt Nam Bài giảng website: Bài giảng kĩ thuật cảm biến-Hoàng Sĩ Hồng.(2005) Bài giảng Cảm biến kỹ thuật đo:P.T.N.Yến, Ng.T.L.Hương (2010) Bài giảng MEMs ITIMS – BKHN Một số giảng cảm biến đo lường từ trường đại học KT khác Việt Nam Website: sciendirect/sensors and actuators A and B Hoang Si Hong-HUST Nội dung môn học mục đích Nội dung ● Chapter 1: Khái niệm chung Cảm biến (2b) ● Chapter 2: Cảm biến điện trở (2b) ● Chương 3: Cảm biến nhiệt điện (2b) ● Chương 4: Cảm biến quang (2b) ● Chương 5: Cảm biến tĩnh điện (2b) ● Chương 6: Cảm biến Hall hoá điện ● Chương 6: Cảm biến PLC(1b) Mục đích: nắm cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng loại cảm biến thông dụng công nghiệp đời sồng Nắm xu phát triển chung công nghệ cảm biến giới Hoang Si Hong-HUST Đặc tính động cảm biến - Kn: Khi cho tín hiệu đo vào chuyển đổi thường xuất trình độ Quá trình nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào dạng chuyển đổi Đặc tính gọi độ tác động nhanh Độ tác động nhanh cảm biến có ảnh hưởng đến sai số phép đo ảnh hưởng đến tốc độ phép đo - Một số dạng đáp ứng Hoang Si Hong-HUST Trở kháng cảm biến CB CB Zout - Zin Zout Zin Cảm biến có kiểu dòng -> Zout >> Zin Cảm biến có kiểu áp -> Zout công suất lớn Trở kháng vào lớn-> khuyếch đại công suất lớn Hoang Si Hong-HUST Cảm biến mạch đo Hoang Si Hong-HUST Giới hạn làm việc cảm biến Hoang Si Hong-HUST Chuẩn cảm biến - Chuẩn trực tiếp: dùng đại lượng mẫu để kiểm tra cảm biến, từ kết thu sẻ chỉnh cảm biến - Chuẩn gián tiếp: dùng cảm biến có đặc tính chuẩn so sánh kết với cảm biến cần định chuẩn điều kiện - Chuẩn nhiều lần: cảm biến có chứa phần tử có độ trể giá trị đáp ứng chúng sẻ phụ thuộc vào nhiều yếu tố Vì phải thực chuẩn nhiều lần Thường áp dụng cho cảm biến có độ trễ lớn Hoang Si Hong-HUST Nhiễu cảm biến truyền dẫn - - Nhiễu nội tại: phát sinh không hoàn thiện cấu trúc thiết kế, chế tạo vật liệu cảm biến Vì đáp ứng cảm biến sai lệch so với đáp ứng chuẩn Nhiễu truyền dẫn: gây nguồn nhiểu từ trường, nguồn nuôi, trường điện từ tần số radio, thay đổi nhiệt độ, lực hấp dẩn, xạ ion, độ ẩm môi trường, tạp chất hoá học Hoang Si Hong-HUST Một số nhiễu điện điển hình Nhiễu nối nhiều đất khác Nhiễu xung điện áp tắt bật động thiết bị điện Nhiễu nhiệt điện gây hiệu ứng nhiệt điện (seebeek ) Nhiễu phóng gây phần tử transistor, mạch tích hợp thiết bị bán dẫn - Nhiễu hoá điện - Hoang Si Hong-HUST 10 Mạch khuyếch đại cách ly Nối tầng quang học Cách mắc chuẩn bù tính tuyến tính phần đo Hoang Si Hong-HUST 24 Mạch cộng đảo Hoang Si Hong-HUST 25 Mạch trừ Hoang Si Hong-HUST 26 Mạch tích phân đảo Hoang Si Hong-HUST 27 Mạch tích tổng Hoang Si Hong-HUST 28 Mạch vi phân Hoang Si Hong-HUST 29 Bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) • Chuyển đổi gián tiếp: tích phân sườn dốc – u(t) => Time Interval/f/T => code – Chậm, rẻ tiền ($s), độ phân ly xác cao – Dùng cho đo lường, thu thập số liệu công nghiệp không cần nhanh, loại nhiễu • Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code – Nhanh, độ phân ly thấp [đắt tiền], dùng để thu thập xử lý tín hiệu biến thiên nhanh • Chuyển đổi song song: 10M 500 MSps • Chuyển đổi kiểu xấp xỉ liên tiếp:10k 10MSps Hoang Si Hong-HUST 30 Tích phân sườn dốc - Dual Slope Integration ADC: – Đặc điểm: Chậm, hàng chục hàng trăm ms - converssion time Loại bỏ nhiễu lưới công nghiệp (50/60 Hz) Rẻ, độ phân li cao, độ xác cao, Internal Ref clock đắt Dùng để đo lường, thu thập số liệu công nghiệp ICL 7107, 15 17kđ, In: -2V 2V, Out: -1999 => 1999, 4.000 counts 12 bit, LED Seg drive directly w current soursers for display Converssion time: 20 40ms – ICL 7135, 25 30kđ, Inp: -2V +2V, Out: -19999 =>+19999, 40.000 count > 15bit, 400 ms converssion time De-Multiplexed Out BCD for digits of Seg, scanned – ICL 7109, 120kđ, w REF & Clock Inp: -2V +2V, Out: 12 bin + pole, 8/16 bit interface to CS Hoang Si Hong-HUST 31 Sơ đồ nguyên lý Hoang Si Hong-HUST 32 Nguyên lý Hoang Si Hong-HUST 33 Nguyên lý Hoang Si Hong-HUST 34 Nguyên lý Hoang Si Hong-HUST 35 Mạch cầu ADC Hoang Si Hong-HUST 36 ICL 7107 Hoang Si Hong-HUST 37 Digital to Analog-DAC Hoang Si Hong-HUST 38