Bài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHN

Bài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHNBài giảng Kỹ thuật đo lường Đh BKHN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG Nguyễn Thị Huế BM: Kĩ thuật đo Tin học công nghiệp Mở đầu Cơ sở kỹ thuật đo lường trình bày sơ ly luận vê ky thuật đo lường Cung cấp kiến thức đê phục vụ cho môn học " Phương pháp thiết bị đo đại lượng điện va không điện ", " Hê thống thông tin đo lường " va môn học chuyên môn khác ky thuât thông tin đo lường môn " Thiết bị đo sinh y ", " Xư ly tín hiệu " v.v Cùng với mơn học trên, giáo trình xây dựng thống kiến thức cho việc thu thập sô liệu đo, xư ly gia công va điều khiển đại 8/18/2015 Nội dung môn học Phần 1: Cơ sở lý thuyết kĩ thuật đo lường Chương 1: Khái niệm kĩ thuật đo lường Chương 2: Phương tiện đo phân loại Chương 3: Các thông số kỹ thuật thiết bị đo Phần 2: Các phần tử chức thiết bị đo Chương 4: Cấu trúc dụng cụ đo Chương 5: Cơ cấu thị điện, tự ghi thị số Chương 6: Mạch đo lường gia công thông tin đo Chương 7: Các chuyển đối đo lường sơ cấp Phần 3: Đo lường đại lượng điện Chương 8: Ðo dòng điện Chương 9: Đo điện áp Chương 10: Ðo công suất lượng Chương 11: Ðo góc lệch pha, khoảng thời gian tần số Chương 12: Ðo thông số mạch điện Chương 13: Dao động kí Phần 4: Đo lường đại lượng không điện Chương 14: Đo nhiệt độ Chương 15: Đo lực 8/18/2015 Chương 16: Đo đại lượng không điện khác Tài liệu tham khảo Sách: Kĩ thuật đo lường đại lượng điện tập 1,2- Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế… Ðo lường điện cảm biến: Ng.V.Hoà Hoàng Si Hồng Bài giảng website: Bài giảng kĩ thuật đo lường cảm biến-Hoàng Sĩ Hồng Bài giảng Cảm biến kỹ thuật đo: P.T.N.Yến, Ng.T.L.Huong, Lê Q Huy Bài giảng MEMs ITIMS - BKHN Website: sciendirect.com/sensors and actuators A and B 8/18/2015 Chương 1: Khái niệm kĩ thuật đo lường Lịch sử phát triển ứng dụng Khái niệm phân loại phép đo Các đặc trưng kĩ thuật đo lường Mơ hình q trình đo Các ngun cơng đo lường Tín hiệu đo lường 8/18/2015 1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng 8/18/2015 1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng Cùng với phát triển vũ bão công nghệ vi điện tử, vi chế tạo công nghệ thông tin, kỹ thuật đo lường bước sang giai đoạn xây dựng thiết bị đo dựa sở vi hệ thống Vi hệ thống hệ tích hợp (IC) cấu tiểu hình (kích thước µm hay nm) sử dụng cơng nghệ đại (vi điện tử, vi gia công, công nghệ nano) để thực chức đo lường điều khiển (biến đổi, xử lý tín hiệu, xử lý số liệu, điều khiển, truyền tin.) 8/18/2015 1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng 8/18/2015 1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng Trong công nghiệp Sp e(t) Bộ điều khiển u(t) c(t) Đối tượng ph Cảm biến Để thực trình điều khiển định nghĩa trên, hệ thống điều khiển bắt buộc có ba thành phần thiết bị đo lường (cảm biến), điều khiển đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường có chức thu thập thơng tin, điều khiển có chức xử lý thông tin, định điều khiển đối tượng điều khiển chịu tác động tín hiệu điều khiển 8/18/2015 1.2 Định nghĩa đo lường Theo pháp lệnh “ ĐO LƯỜNG” nhà nước CHXHCN Việt nam Chương 1- điều 1: Đo lường việc xác định giá trị đại lượng cần đo Chính xác hơn: Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo o o 8/18/2015 Ví dụ: Đo điện áp: U = 135V ± 0,5V Tức điện áp đo 135 đơn vị điện áp tính volt, với sai số 0,5V 10 Chương 17: Đo áp suất C m bi n n dung Màng kim loại silicon sử dụng làm phần tử cảm ứng áp suất tạo thành cực tụ điện Điện cực lại cố định, tạo thành lớp hợp kim sứ hay thuỷ tinh 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 133 Chương 17: Đo áp suất C m bi n n dung Áp suất tác động vào màng, làm thay đổi khoảng cách cực, qua làm thay đổi điện dung tụ Phương pháp đo phổ biến, dải đo 10-3 – 107 Pa 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 134 Chương 17: Đo áp suất Áp trở Nguyên lý làm việc cảm biến loại dựa biến dạng cấu trúc màng (khi có áp suất tác động đến) chuyển thành tín hiệu điện nhờ cấy phần tử áp điện trở 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 135 Chương 17: Đo áp suất Màng sử dụng cảm biến màng nhạy với tác động áp suất Bốn điện trở đặt trung diểm cạnh màng, cặp điện trở song song với màng cặp điện trở vng góc với màng (để màng bị biến đổi cặp điện trở có chiều biến dạng trái ngược nhau) Bốn điện trở ghép lại tạo thành cầu Wheatsone 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 136 Chương 17: Đo áp suất Áp trở Khi lớp màng bị biến dạng uốn cong, áp điện trở thay đổi giá trị Độ nhạy tầm đo cảm biến phụ thuộc nhiều vào màng kích thước, cấu trúc, vị trí áp điện trở màng pR ε = 0.49 Ed 8/18/2015 ε p R E d : biến dạng tâm màng đàn hồi : áp suất tác dụng lên màng : bán kính màng : modul đàn hồi màng : chiều dày màng (hìnhNTH-BM 8.1.2) KTĐ&THCN 137 Chương 17: Đo áp suất Áp trở Biến dạng làm biến đổi điện trở lực căng bán dẫn ∆R = kε R ∆R/R k ε : biến thiên tương đối điện trở : độ nhạy cảm biến ( k = 50 – 100 Si) : biến dạng màng ∆R/R nằm mạch cầu nhánh hoạt động, gây nên biến thiên điện áp cầu: U CC ∆R U CC ∆U = = kε R 8/18/2015 ∆U ⇒ = Kp U CC NTH-BM KTĐ&THCN 138 Chương 17: Đo áp suất Áp trở Hình ảnh thực tế cảm biến 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 139 Chương 17: Đo áp suất 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 140 Chương 17: Đo áp suất Loại áp điện Cảm biến áp suất điện áp có nguyên tắc hoạt động dựa tượng thay đổi hay xuất phân cực điện số chất điện môi bị biến dạng tác dụng lực 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 141 Chương 17: Đo áp suất Loại áp điện Áp suất (p) gây nên lực F tác động lên áp điện, làm xuất hai mặt áp điện mộtđiện tích Q tỉ lệ với lực tác dụng: 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 142 Chương 17: Đo áp suất Loại áp điện Đối với phần tử áp điện dạng ống, điện tích cực xác định theo công thức: 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 143 Chương 17: Đo áp suất Sơ đồ thiết bị đo áp suất công nghiệp pe IA, UH 8/18/2015 : Áp suất, biến đầu vào : Tín hiệu vào nguồn cung cấp : Ống dẫn kết nối : Màng chắn : Chất lỏng để truyền áp suất : Cảm biến điện trở lực căng màng Silic : Khuếch đại đo lường : Chuyển đổi áp tần : Vi điều khiển : Chuyển đổi số - tương tự NTH-BM KTĐ&THCN 144 Chương 17: Đo áp suất Sơ đồ thiết bị đo áp suất công nghiệp 8/18/2015 : : : : Ống dẫn kết nối Nhãn điểm đo Nhãn máy Đường vào với vành đai cáp : : : : Nắp plastic bảo vệ phím đầu vào Nắp vặn ren có mặt kính quan sát Hiển thị số Vít chặn NTH-BM KTĐ&THCN 145 Chương 17: Đo áp suất Để đo nhiệt độ lò nhiệt thay đổi: 00C - 12000C a) Lựa chọn cảm biến thích hợp, thiết mạch đo, tính tốn giá trị linh kiện cho mạch (giả sử điện trở dây nối đến cảm biến có giá trị khơng đáng kể)? b) Hãy chọn mạch chuẩn hóa tín hiệu tính tốn giá trị điện trở để đưa tính hiệu đo vào ADC có dải điện áp 0-5V? c) Với yêu cầu đo điện trở có ngưỡng nhạy < 0.50C, lựa chọn ADC Biểu điễn giá trị 8000C dạng nhị phân theo số bit ADC chọn 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 146 Chương 17: Đo áp suất Một cảm biến tương tự (4-20mA) đo áp suất Đo áp suất vật 0-107Pa Tính dòng điện cảm biến áp xuấ 4.106Pa 8/18/2015 NTH-BM KTĐ&THCN 147 ... p: Là cách đo mà kết suy tư sư phối hợp kết nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp Đo h p bô: Là cách đo gần giống phép đo gián tiếp sô lượng phép đo theo phép đo trực tiếp nhiều va kết đo nhận thường... trưng kĩ thuật đo lường Đại lượng đo Điều kiện đo Đơn vị đo Chuẩn mẫu Thiết bị đo phương pháp đo Người quan sát Kết đo 8/18/2015 15 1.3 Các đặc trưng kĩ thuật đo lường Đại lượng đo thông số đặc... tựu đo lường học vào phục vụ sản xuất va đời sống 8/18/2015 12 Định nghĩa phân loại phép đo Phép đo trình thực việc đo lường Phân loại Đo tr c ti p: Là cách đo mà kết nhận trực tiếp tư phép đo Đo