ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO CÓ LỜI GIẢI

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO CÓ LỜI GIẢI 1. Thế nào là đường cong chuẩn của cảm biến? Trình bày phương pháp chuẩn nhiều lần? 2. Trình bày Độ nhạy trong chế độ tĩnh và chế độ động 3. Em hiểu thế nào về khái niêm đường thẳng tốt nhất của cảm biến? 4. Có bao nhiêu loại sai số của cảm biến? Nguyên nhân gây ra sai số là gì 5. Trình bày các hiệu ứng trong chế tạo cảm biến 6. Mạch cầu wheatstone có cấu tạo thế nào? Hãy cho một ví dụ sử dụng mạch cầu wheatstone trong cảm biến và đo lường? 7. Hãy phân tích các loại sai số của cảm biến, nguyên nhân sai số, phương pháp hạn chế sai số? Lấy một ví dụ liên hệ với thực tế? 8. Phân tích độ nhạy của cảm biến ở chế độ tĩnh và chế độ động? Lấy một liên hệ với thực tiễn? 9. Phân tích độ tuyến tính của cảm biến? Làm rõ khái niệm đường thẳng tốt nhất và độ lệch tuyến tính? 10. Phân tích các giới hạn sử dụng cảm biến? Lấy ví dụ liên hệ với thực tế sử dụng? ÔN TẬP CHƯƠNG 2 1. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của photodiot? 2. Photodiot có bao nhiêu chế độ hoạt động hãy phân tích chế độ quang dẫn? 3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phototranzito? 4. So sánh photodiot và phototranzito ? 5. Phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo? 6. Có bao nhiêu loại nhiệt kế điện trở? Nêu cấu tạo và hoạt động của nhiệt điện trở kim loại? 7. So sánh nhiệt kế điện trở kim loại và nhiệt kế điện trở oxit bán dẫn? 8. Phân tích các phương pháp chuẩn cảm biến? Cho một liên hệ thực tế? 9. Từ hiệu ứng nhiệt điện hãy viết phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu?

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO ÔN TẬP CHƯƠNG 1 Thế đường cong chuẩn cảm biến? Trình bày phương pháp chuẩn nhiều lần? Trình bày Độ nhạy chế độ tĩnh chế độ động Em hiểu khái niêm đường thẳng tốt cảm biến? Có loại sai số cảm biến? Nguyên nhân gây sai số Trình bày hiệu ứng chế tạo cảm biến Mạch cầu wheatstone có cấu tạo nào? Hãy cho ví dụ sử dụng mạch cầu wheatstone cảm biến đo lường? Hãy phân tích loại sai số cảm biến, nguyên nhân sai số, phương pháp hạn chế sai số? Lấy ví dụ liên hệ với thực tế? Phân tích độ nhạy cảm biến chế độ tĩnh chế độ động? Lấy liên hệ với thực tiễn? Phân tích độ tuyến tính cảm biến? Làm rõ khái niệm đường thẳng tốt độ lệch tuyến tính? 10 Phân tích giới hạn sử dụng cảm biến? Lấy ví dụ liên hệ với thực tế sử dụng? ƠN TẬP CHƯƠNG Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động photodiot? Photodiot có chế độ hoạt động phân tích chế độ quang dẫn? Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động phototranzito? So sánh photodiot phototranzito ? Phân tích mối tương quan nhiệt độ đo nhiệt độ cần đo? Có loại nhiệt kế điện trở? Nêu cấu tạo hoạt động nhiệt điện trở kim loại? So sánh nhiệt kế điện trở kim loại nhiệt kế điện trở oxit bán dẫn? Phân tích phương pháp chuẩn cảm biến? Cho liên hệ thực tế? Từ hiệu ứng nhiệt điện viết phương trình cặp nhiệt ngẫu? 10.Nêu phương pháp đo nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu? Cho ví dụ cặp nhiệt ngẫu sử dụng thực tế? 11 Chứng minh thêm C D cho 12 Nêu cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí điện kế dùng chạy học? 13 Hãy trình bày nguyên lý hoạt động, công thức liên hệ, phạm vi sử dụng loại cảm biến có cấu tạo hình 1? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể? 14 Nêu cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí tụ điện đơn? 15 Phân tích người ta thường sử dụng đĩa mã hóa theo bảng mã Grey (2) thay cho đĩa mã hóa nhị phân (1) Hình 16 Có loại encoder? Nêu cấu tạo nguyên lý hoạt động loại? 17 Cánh tay robot minh họa hình quay điểm dừng 120o sử dụng Potentiometer (biến trở) làm cảm biến vị trí Bộ điều khiển bít cho biết vị trí thực cánh tay xác đến 0.5° Hãy xác định xem cấu hình có thực nhiệm vụ khơng? Tính độ phân giải thực hệ thống ? 18 So sánh encoder tuyệt encoder tương đối? vẽ hình minh họa? 19 Hãy cho ví dụ encoder tương đối, nói rõ làm để xác định chiều quay nó? 20 Hãy cho ví dụ encoder tuyệt đối 16 bít , vẽ cấu tạo, giản đồ xung, bảng mã hóa nhị phân encoder 21 Hãy trình bày ngun lý hoạt động phạm vi sử dụng loại cảm biến có cấu tạo hình 1? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể? 22 Hãy trình bày nguyên lý hoạt động, công thức liên hệ phạm vi sử dụng loại cảm biến có cấu tạo hình 1? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể? 23 Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động đầu đo điện trở kim loại dùng đo biến dạng? 24 Phân tích phương pháp sử dụng hai mắt thu phát hình để xác định chiều quay đĩa (Disk) cấu chấp hành 25 Một lị nấu trì nhiệt độ 1000oF hệ thống điều khiển, bạn nghi ngờ nhiệt độ lò thấp Bằng cách dụng cặp nhiệt kiểu J kiểm tra nhiệt độ lò áp kế 17mV biết đặc tính cặp nhiệt kiểu J hình (đo nhiệt độ chuẩn 32oF) 26 Phân tích dùng Potentiometer (biến trở) đo góc người ta hay dùng kèm chuyển đổi tỉ số (Gear pass) hình đo góc quay Motor 27 Phân tích đặc trưng chủ yếu đầu đo điện trở kim loại dùng đo biến dạng? 28 Đây cảm biến gì? Hãy trình bày hoạt động cấu tạo 29 Từ phần tử biến dạng chuyển đổi điện học xây dựng cảm biến đo áp suất? Hãy vẽ hình minh họa? 30 Đây cảm biến ? Hãy nêu cấu tạo nguyên lý hoạt động nó? 31 Đây cảm biến gì? Hãy nêu cấu tạo nguyên lý hoạt động nó? 32 Hãy trình bày ngun lý hoạt động phạm vi sử dụng loại cảm biến có cấu tạo hình 1? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể? 1&2 Cuộn dây thứ cấp Cuộn sơ cấp (cuộn dây chính) Lõi thép 33 Đo mức phương pháp xạ người ta làm nào? 34 Sử dụng cầu với hai phần tử Rgauge để đo biến dạng dầm hình Hãy phân tích lập cơng thức liên hệ điện trở biến dạng dầm 35 Phân tích phương pháp đo nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu có sử dụng cầu bù dùng thermistor hình 2? 36 Điện trở chiết áp dây quấn làm từ 10 inch với 100Ω/inch Dây điện trở quấn thành quận dây 200 vòng Dải đo chiết áp 350o Độ phân giải chiết áp bao nhiêu? 37 Một chiết áp cấp nguồn 10 VDC đặt 820 Dải đo chiết áp vịng 350o Hãy tính điện áp ra? 38 Máy phát tốc chiều với hộp số có tỉ số 100:1 (Trục quay chậm 100 lần so với động cơ) hình Máy phát tốc loại CK20-A với đầu 3V/1000 vòng phút Khối điều khiển máy công cụ với tốc độ quay 60o/ giây Đầu tốc kế bao nhiêu? Tìm độ phân giải hệ tín hiệu tốc kế chuyển đổi thành tín hiệu số sử dụng chuyển đổi tương tự - số bít minh họa hình 3? 39 Một cảm biến biến dạng mạch cầu sử dụng để đo lực căng thép Thanh thép có diện tích mặt cắt 13 cm2 Cảm biến biến dạng có điện trở 120Ω hệ sổ GF = (Hệ số cảm biến đo lực, hệ số số cung cấp nhà sản xuất (𝐺𝐹 = [(𝛥𝑅/𝑅)/( 𝛥𝐿/𝐿)]) Cầu đo nuôi mộtnguồn 10V Khi sắt không tải, cầu cân bằng, nghĩa điện áp 0V Khi lực tác dụng lên thép, điện áp cầu 0.0005V tìm lực tác dụng lên thép? 40 Một RTD platinum 100Ω sử dụng hệ thống.Giá trị điện trở thời đọc 100 Ω.Tìm nhiệt độ đo được? 41 Một chiết áp 10KΩ sử dụng làm cảm biến vị trí Giả sử trượt chiết áp nằm dải chiết áp Hãy tìm sai số tải khi: a Mạch giao tiếp có điện trở vơ lớn? b Mạch giao tiếp có điện trở 10 KΩ? ÔN TẬP CHƯƠNG Phân tích sơ đồ khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC Các tiêu kỹ thuật chủ yếu đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC gì? Hãy phân tích bước chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Các tiêu kỹ thuật chủ yếu chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự DAC gì? Hãy phân tích tiêu Phân tích DAC dùng điện trở có trọng số nhị phân khuếch đại cộng? Phân tích DAC R/2R ladder Phân tích DAC với đầu dịng Phân tích DAC điện trở hình T Cho mạch chuyển đổi DAC biết N = bit, RN = 20kΩ, Uch = 3v Hãy xác định bít có nghĩa nhỏ nhất? tính UA UD = 0010 ? 10 Xác định giá trị tín hiệu số chuyển đổi điện áp sau qua ADC 8bit, Vref = 2.55V? 0.25 1.75 2.55 11 Một ADC 10 bit có kích thước bậc thang = 10mV Hãy xác định điện đầu cực đại ( đầy thang ) tỷ lệ % độ phân giải? ĐỀ CƢƠNG ÔN TẬP MÔN CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO I ÔN TẬP CHƢƠNG Câu 1: Thế đƣờng cong chuẩn cảm biến? Trình bày phƣơng pháp chuẩn nhiều lần? Trả lời: Câu 2: Trình bày Độ nhạy chế độ tĩnh chế độ động, ví dụ thực tiễn Trả lời: 41 Trả lời: ta có Câu 40: Một RTD platinum 100Ω đƣợc sử dụng hệ thống.Giá trị điện trở thời đọc đƣợc 100 Ω.Tìm nhiệt độ đo đƣợc? Trả lời: Nhìn ảnh ta thấy: R100 = (0,00385.100.100) 100 = 138.5 ℃ 40 Một chiết áp 10KΩ sử dụng làm cảm biến vị trí Giả sử trượt chiết áp nằm dải chiết áp Hãy tìm sai số tải khi: a Mạch giao tiếp có điện trở vơ lớn? b Mạch giao tiếp có điện trở 100 KΩ? 42 Trả lời: Khi cảm biến điện trở nối vào mạch giao tiếp có trở kháng vào thấp dẫn đến sai số tải Sai số tải = VNL – VL Với VNL : áp khơng có tải VL: áp có tải a Khi giao tiếp điện trở vơ lớn sai số tải = b Khi giao tiếp điện trở 100KΩ sai số tải = – 4,88 =0,12 V III ÔN TẬP CHƢƠNG Câu 1: Phân tích sơ đồ khối chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự sang tín hiệu số ADC 43 Trả lời: chuyển đổi adc cần xử lí, tín hiệu tương tự vào, mạch khuyếch đại (vì điện áo cảm biến cho đầu qua bé, cần mạch khuyếch đem vào xử lí) Theo sơ đồ ta thấy VA đem tín hiệu tương tự vào mạch khuếhc đại, điện áp so sánh lấy từ điều khiển qua DAC chuyển từ số sang điện, điện áp vào đc so sánh đem vào xử lí, cho tín hiệu số Câu 2: Các tiêu kỹ thuật chủ yếu đổi tín hiệu tƣơng tự sang tín hiệu số ADC gì? Trả lời: - Độ phân giải: Độ phân gải ADC biểu thị số bit tín hiệu số đầu Số lượng bit nhiều sai số lượng tử nhỏ, độ xác cao - Dải động, điện trở đầu vào: Mức logic tín hiệu số đầu khả chịu tải (nối vào đầu vào) - Độ xác tương đối: Nếu lý tưởng hóa tất điểm chuyển đổiphải nằm đường thẳng Độ xác tương đối sai dsố điểm chuyển đổi thực tế so với đặc tuyến chuyển đổi lý tưởng Ngồi cịn u cầu ADC khơng bị bit tồn phạm vi công tác - Tốc độ chuyển đổi: Tốc độ chuyển đổi xác định thời gian thời gian cần thiết hoàn thành lần chuyển đổi A/D Thời gian tính từ xuất tín hiệu điều khiển chuyển đổi đến tín hiệu số đầu ổn định 44 - Hệ số nhiệt độ: Hệ số nhiệt độ biến thiên tương đối tín hiệu số đầu nhiệt độ biến đổi 10C phạm vi nhiệt độ công tác cho ph ép với điều kiện mức tương tự đầu vào không đổi - Tỉ số phụ thuộc công suất: Giả sử điện áp tương tự đầu vào không đổi, nguồn cung cấp cho ADC biến thiên mà ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu lớn tỉ số phụ thuộc nguồn lớn - Công suất tiêu hao Câu 3: Hãy phân tích bƣớc chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự sang tín hiệu số Trả lời: Q trình chuyển đổi A/D nhìn chung thực qua bước bản, là: lấy mẫu; nhớ mẫu; lượng tử hóa mã hóa Các bước ln ln kết hợp với trình thống - Định lý lấy mẫu: Đối với tín hiệu tương tự VI tín hiệu lấy mẫu VS sau q trình lấy mẫu khơi phục trở lại VI cách trung thực điều kiện sau thỏa mản: fS ³ 2fImax (10) Trong fS : tần số lấy mẫu fImax : giới hạn giải tần số tương tự Hình 5.17 biểu diển cách lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào Nếu biểu thức (10) thỏa mản ta dùng tụ lọc thông thấp để khôi phục VI từ VS Vì lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng cần có thời gian định nên phải nhớ mẫu khoảng thời gian cần thiết sau lần lấy mẫu Điện áp tương tự đầu vào thực chuyển đổi A/D thực tế giá trị VI đại diện, giá trị kết lần lấy mẫu - Lượng tử hóa mã hóa Tín hiệu số rời rạc thời gian mà cịn khơng liên tục biến đổi giá trị Một giá trị tín hiệu số phải biểu thị bội số nguyên lần giá trị đơn vị đó, giá trị 45 nhỏ chọn Nghĩa dùng tín hiệu số biểu thị điện áp lấy mẫu phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội số nguyên lần giá trị đơn vị Q trình gọi lượng tử hóa Đơn vị chọn theo qui định gọi đơn vị lượng tử, kí hiệu D Như giá trị bit LSB tín hiệu số D Việc dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số mã hóa Mã nhị phân có sau q trình tín hiệu đầu chuyên đổi A/D - Mạch lấy mẫu nhớ mẫu Khi nối trực tiếp điện tương tự với đầu vào ADC, tiến trình biến đổi bị tác động ngược điện tương tự thay đổi tiến trình biến đổi Ta cải thiện tính ổn định tiến trình chuyển đổi cách sử dụng mạch lấy mẫu nhớ mẫu để ghi nhớ điện tương tự không đổi chu kỳ chuyển đổi diễn Hình 5.18 sơ đồ mạch lấy mẫu nhớ mẫu Câu 4: Các tiêu kỹ thuật chủ yếu chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tƣơng tự DAC gì? Hãy phân tích tiêu Trả lời: - Các tiêu kĩ thuật phân tích:  Độ phân giải: Độ phân giải (resolution) biến đổi DAC định nghĩa thay đổi nhỏ xảy đầu tương tự kết qua thay đổi đầu vào số Độ phân giải DAC phụ thuộc vào số bit, nhà chế tạo thường ấn định độ phân giải DAC dạng số bit DAC 10 bit có độ phân giải tinh DAC bit DAC có nhiều bit độ phân giải tinh  Độ xác: Có nhiều cách đánh giá độ xác Hai cách thơng dụng sai số toàn thang (full scale error) sai số tuyến tính (linearity error) thường biểu biễn dạng phần trăm đầu cực đại (đầy thang) chuyển đổi Sai số toàn thang khoảng lệch tối đa đầu DAC so với giá trị dự kiến (lý tưởng), biểu diễn dạng phần trăm Sai số tuyến tính khoảng lệch tối đa kích thước bậc thang so với kích thước bậc thang lý tưởng Điều quan trọng DAC độ xác độ phân giải phải tương thích với  Sai số lệch: Theo lý tưởng đầu DAC 0V tất đầu vào nhị phân toàn bit Tuy nhiên thực tế mức điện cho trường hợp nhỏ, gọi sai số lệch ( offset error) Sai số không điều chỉnh cộng vào đầu DAC dự kiến tất trường hợp Nhiều DAC có tính điều chỉnh sai số lệch bên ngồi, cho phép triệt tiêu độ lệch cách áp bit đầu vào DAC theo dõi đầu Khi ta điều chỉnh chiết áp điều chỉnh độ lệch đầu 0V 46  Thời gian ổn định: Thời gian ổn định (settling time) thời gian cần thiết để đầu DAC từ zero đến bậc thang cao đầu vào nhị phân biến thiên từ chuỗi bit toàn đến chuổi bit toàn Thực tế thời gian ổn định thời gian để đầu vào DAC ổn định phạm vi ±1/2 kích thước bậc thang (độ phân giải) giá trị cuối Ví dụ: Một DAC có độ phân giải 10mV thời gian ổn định đo thời gian đầu cần có để ổn định phạm vi 5mV giá trị đầy thang Thời gian ổn định có giá trị biến thiên khoảng 50ns đến 10ns DAC với đầu dịng có thời gian ổn định ngắn thời gian ổn định DAC có đầu điện  Trạng thái đơn điệu: DAC có tính chất đơn điệu ( monotonic) đầu tăng đầu vào nhị phân tăng dần từ giá trị lên giá trị Nói cách khác đầu bậc thang khơng có bậc xuống đầu vào nhị phân tăng dần từ zero đến đầy thang Tỉ số phụ thuộc dòng: DAC chất lượng cao yêu cầu ảnh hưởng biến thiên điện áp nguồn điện áp đầu vô nhỏ Tỉ số phụ thuộc nguồn tỉ số biến thiên mức điện áp đầu với biến thiên điện áp nguồn gây Ngồi thông số cần phải quan tâm đên thông số khác DAC sử dụng như: mức logic cao, thấp, điện trở, điện dung, đầu vào; dải rộng, điện trở, điện dung đầu ra; hệ số nhiệt, … 47 Câu 5: Phân tích DAC dùng điện trở có trọng số nhị phân khuếch đại cộng? 48 Câu 6: Phân tích DAC R/2R ladder 49 Câu 7: Phân tích DAC với đầu dòng 50 Câu 8: Phân tích DAC điện trở hình T 51 52 Câu 9: Cho mạch chuyển đổi DAC biết N = bit, R N = 20kΩ, Uch = 3v Hãy xác định bít có nghĩa nhỏ nhất? tính UA UD = 0010 ? Trả lời: - xét thấy người ta sử dụng mạch khuếch đại đảo Nên ta có cơng thức: UA = - Uch.RN/Rtổng 53 Để UAmin Rtổngmax giá trị cao Rtoong = 160kΩ Tức bits : 0001 - UD = 0010 tức Rtổng = 80kΩ  UA = - 3.20/80 = - 0,75V Câu 10: Xác định giá trị tín hiệu số chuyển đổi điện áp sau qua ADC 8bit, Vref = 2.55V? 0.25 1.75 2.55 Trả lời: có – = 255 giá trị Giá trị số ADC 0,25 = 0,25.255/2.55 = 25 = 00011001 Giá trị số ADC 1,75 = 1,75.255/2.55 = 75 = 01001011 Giá trị số ADC 2,55 = 2,55.255/2.55 = 255 = 11111111 Câu 11: Một ADC 10 bit có kích thƣớc bậc thang = 10mV Hãy xác định điện đầu cực đại (đầy thang ) tỷ lệ % độ phân giải? 54 55 ... thang ) tỷ lệ % độ phân giải? ĐỀ CƢƠNG ÔN TẬP MÔN CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO I ÔN TẬP CHƢƠNG Câu 1: Thế đƣờng cong chuẩn cảm biến? Trình bày phƣơng pháp chuẩn nhiều lần? Trả lời: Câu 2: Trình bày... để đo lực căng thép Thanh thép có diện tích mặt cắt 13 cm2 Cảm biến biến dạng có điện trở 120Ω hệ sổ GF = (Hệ số cảm biến đo lực, hệ số số cung cấp nhà sản xuất (