CHƯƠNG 4: CHUYỂN ĐỔI ĐOLƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

CHƯƠNG 4: CHUYỂN ĐỔI ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN Nội dung • Khái niệm chung • Chuyển đổi điện trở • Chuyển đổi điện từ • Chuyển đổi tĩnh điện • Chuyển đổi nhiệt điện • Chuyển đổi điện hóa • Chuyển đổi đo độ ẩm • Chuyển đổi điện tử và ion • Chuyển đổi lượng tử Khái niệm chung Chuyển đổi sơ cấp (Transduccer) Cảm biến Sensor • Chuyển đổi đo lường: dụng cụ tạo quan hệ đơn trị đại lượng vật lý với độ xác định • Chuyển đổi đo lường sơ cấp: đại lượng vào đại lượng không điện, đại lượng đại lượng điện • Cảm biến: chuyển đổi sơ cấp bao bọc khối hộp có kích thước định, có đầu nối tín hiệu Khái niệm chung • Các đặc tính chuyển đổi sơ cấp cảm biến Y = f(X,Z) • Khả thay thế chuyển đổi • Chuyển đổi phải có đặc tính đơn trị • Đường cong chuyển đổi phải ổn định • Tín hiệu chuyển đổi phải tiện cho việc ghép nối vào dụng cụ đo, hệ thống đo và máy tính • Sai sớ: đặc tính quan trọng chuyển đổi • Sai sớ • Sai sớ phụ • Đợ nhạy: thay đổi đầu theo biến thiên tín hiệu cần đo đầu vào • Đặc tính động (độ tác động nhanh): đặc tính chuyển đổi cảm biến q trình q độ Khái niệm chung • Phân loại chuyển đổi sơ cấp • Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích • Chuyển đổi điện trở • Chuyển đổi điện từ • Chuyển đổi tĩnh điện • Chuyển đổi hóa điện • Chuyển đổi nhiệt điện • Chuyển đổi điện tử ion • Chuyển đổi lượng tử • Theo tính chất nguồn điện • Chuyển đổi phát điện: chuyển đổi cảm ứng, chuyển đổi điện áp, cặp nhiệt điện • Chuyển đổi thơng số: đại lượng thơng số R,L,C… • Theo phương pháp đo: • Chuyển đổi biến đổi trực tiếp • Chuyển đổi bù Chuyển đổi điện trở (Resistive transducer) • Chuyển đổi biến trở • Nguyên lý: dựa thay đổi điện trở thay đổi vị trí trượt • Độ nhạy: • Độ dịch chuyển nhỏ phát được: • Sai số rời rạc chuyển đổi Chuyển đổi điện trở • Chuyển đổi biến trở • Mạch đo: thường dùng mạch biến trở, mạch cầu, mạch phân áp • Ứng dụng: dùng để đo di chuyển thẳng (2-3mm) di chuyển góc Ngồi cịn ứng dụng dụng cụ đo lực, áp suất, gia tốc chuyển đổi ngược mạch cầu, điện kế tự động Chuyển đổi điện trở • Đối với mạch biến trở • Đối với mạch phân áp Chuyển đổi điện trở • Đối với mạch cầu điện trở Chuyển đổi điện trở • Đối với mạch cầu điện trở sơ đồ a Với biến thiên nhỏ R, ta xấp xỉ Một số mạch đo khác  Mạch cầu đo Một số mạch đo khác  Mạch điện kế Các ứng dụng kĩ thuật số mạch đo Chuyển đổi tương tự – số (ADC) ◦ Đó vi mạch dùng để chuyển đổi tín hiệu liên tục(tương tự) thành tín hiệu số Tín hiệu số ADC 1101 1011 1001 Tín hiệu liên tục Un 0101 0011 0101 U(t) 1001  T T gọi chu kì lấy mẫu hay chu kì chuyển đổi Các ứng dụng kĩ thuật số mạch đo  Chuyển đổi tương tự – số (ADC) ◦ Phương pháp song song: điện áp vào đồng thời so sánh với n điện áp chuẩn và xác định xem nằm mức ◦ Phương pháp trọng số: việc so sánh diễn cho bit nhị phận ◦ Phương pháp số:  ADC song song bit  ADC song song bit  ADC nối tiếp Các ứng dụng kĩ thuật số mạch đo Chuyển đổi số – tương tự (DAC) N bit DAC U(t) Un U(t) U(t)=Un U 1001 0111 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 0001 0010 nT 0000  Un U(t) U0, nghĩa số bit phải lớn Các ứng dụng kĩ thuật số mạch đo  Nguyên lý chuyển đổi DAC Một số thập phân bất kì có thể phân tích dạng nhị phân Dn  n 1 d n 1  n  d n    21 d1  20 d di = 1; i=0 (n-1)  Dn = [0  2n-1] U ref Dn  U ref 2 n 1 d n 1   20 d  U  U ref 2n Mức điện áp lượng tử hóa U (t )  Dn U  U ref n Dn  U ref n 2 n 1 d n 1   d  U ref U (t ) Dn U U ref   n Dn  n 2 n1 d n 1   20 d   R R R R U ref U ref U ref U ref U ref U ref U ref U ref d n 1  d n 2   n 1 d1  n d0  d n 1  d n 2   d1  d0 2R R R R Rn 1 Rn 2 R1 R0 Có thể thiết kế mạch DAC dạng mạch cộng điện áp đảo không đảo Các ứng dụng kĩ thuật số mạch đo  Một số mạch DAC thông dụng ◦ Phương pháp lấy tổng dịng trọng sớ Các ứng dụng kĩ thuật sớ mạch đo  Một số mạch DAC thông dụng ◦ Phương pháp dùng khóa đảo chiều Vi xử lí kĩ thuật đo lường Vi xử lí gì? VXL đời Vi xử lí làtừ vi khoảng mạch, chủ yếu để thực VXL đời năm 1969 cácngừng phép tính học, phép vàhiện khơng phátsố triển cho logic số chức phụ khác đến ngày Có VXL có hãngtạp sản phức xuất VXL khơng, chứa Rất nhiều, kể VXL vi mạch số hãng tiêu phức tạp, chứa biểu Intel, Motorola, Philips, transistor, điện trở, Zilog, Sony, Toshiba, diode…, Những VXL Siemens… khoảng 18000 transistor, ngày khoảng 294 triệu transistor chip VXL có tác dụng đo lường VXL nối với đầu đo nào? VXL dùng tín hiệu số, đầudùng tiên để cáctính tín tốn hiệu hàm liên số, bù đặc tính phi tuyến, VXL phải chuyển xâytục dựng thuật toán đánh đổi giá, nhận dạng dự báo số liệu, Vậycho tạithành sau dẫn phéptín lưuhiệu trữ,số, truyền số liệu, nối mạng thiết bị đo có nhiều nơi ghép vớichuyền VXL Khả mộtnốidây sản xuất hay mạng công nghiệp, tăng cường dùng tínhcác tốn Sogiám vớisát nhà khả năngkhiển, hiệu chỉnh tối ưu chức vàsản điều Dụng cụ đodụng dùng cụ VXL xuất đãthiểu VXL thiếtsức thực kế lao chohiện người… trình, giảm động VXL phải thị điện kiến trúc dungvậy cụ đo có VXL Điều phần đắt tiền, hệ mà khơng khơng đắt lắm, u cầu thống đo dùng thông dụng cụ so sánh hệ đo cần đo để hiển thị, thường cóđo VXL nên cổ điển dùng thị phần thói dùng không điện kết hợp quen sử dụng Phần Những nơi mạch so sánh, lưu Hầu quan hết trọng dụng cụ giá đo kĩ ngành điện trữ, điều khiển … thuật thành số đơncóchiếc gắn VXL, loại dùng dụng cụ có VXL lại cáccơtrạm điệnbiến rẻ áp, nhà Nếu cụ khơng có VXL dụng đo có rẻ nhiều lần, máy điện, phân có tự động hóa VXL? gọn nhẹ tin cậy Nói cách đầy đủ sử tự động xưởng… dụng để khơng hóa đời trước có VXL vừa đo lường, vừa điều Nhưng nhà máy khiển, lưu TĐH trữ, in ấn số đại, nốichỗ mạng SCADA thìhainăng liệu… vàdùng nhiều chức Cũng khơng hẳn vậy, có khơng VXL, kiến trúc VXL thiếu VXL, đồng thời khác gầnlai đạtcủa đến mức trần, có vi mạch với cơng nghệ nano (