Với điện trở nhiệt NTC, C = 1mW/0C.
Quan hệ giữa đáp ứng và kích thích có thể theo dõi qua bảng và đồ thị sau:
Hình 2.8 : Cảm biến NTC sử dụng trong tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic [9]
Để đảm bảo độ chính xác, cảm biến được đặt ở phía trên và phía dưới khoang lạnh, do có sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 khu vực. Nhiệt độ sẽ được cộng trung bình và sử dụng các phép tính sai số để đưa ra tín hiệu cảnh báo và điều khiển.
33
Để phù hợp với yêu cầu của thiết kế, tôi lựa chọn cảm biến có thiết kế và đặc tính tương tự như cảm biến đang được sử dụng trong các tủ lưu trữ sinh phẩm Dometic.
2.3. Khối xử lý tín hiệu đầu vào:
Như chúng ta đã biết, tín hiệu trước khi vào bộ xử lý trung tâm cần phải được biến đổi sao cho có thể xử lý một cách dễ dàng nhất. Mạch xử lý tín hiệu đầu vào là một thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ biến đổi, gia công thông tin tính toán , phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lý thống nhất[1]. Mạch xử lý tín hiệu đầu vào có tác dụng biến đổi giá trị đầu ra của cảm biến thành dạng có thể xử lý được bởi bộ xử lý trung tâm, đồng thời làm tăng độ nhạy và độ chính xác của thiết bị đo và hệ thống đo.
Có nhiều loại mạch đo, phân loại theo chức năng có thể kể đến như: mạch tỉ lệ, mạch khuếch đại, mạch so sánh, mạch tạo hàm, …
Mạch khuếch đại thuật toán:
Mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier: Op-Amps) có ký hiệu như hình sau:
Hình 2.10 : IC khuếch đại thuật toán
Đây là một vi mạch tương tự rất thông dụng do trong Op-Amps được tích hợp một số ưu điểm sau:
Hai ngõ vào đảo và không đảo cho phép Op-Amps khuếch đại được nguồn tín hiệu có tính đối xứng (các nguồn phát tín hiệu biến thiên chậm như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, mực chất lỏng, phản ứng hoá-điện, dòng điện sinh học ... thường là nguồn có tính đối xứng).
Ngõ ra chỉ khuếch đại sự sai lệch giữa hai tín hiệu ngõ vào nên Op-Amps có độ miễn nhiễu rất cao vì khi tín hiệu nhiễu đến hai ngõ vào cùng lúc sẽ không thể xuất
34
hiện ở ngõ ra. Cũng vì lý do này Op-Amps có khả năng khuếch đại tín hiệu có tần số rất thấp, xem như tín hiệu một chiều.
Hệ số khuếch đại của Op-Amps rất lớn do đó cho phép Op-Amps khuếch đại cả những tín hiệu với biên độ chỉ vài chục micro Volt.
Do các mạch khuếch đại vi sai trong Op-Amps được chế tạo trên cùng một phiến do đó độ ổn định nhiệt rất cao.
Điện áp phân cực ngõ vào và ngõ ra bằng không khi không có tín hiệu, do đó dễ dàng trong việc chuẩn hoá khi lắp ghép giữa các khối (module hoá).
Tổng trở ngõ vào của Op-Amps rất lớn, cho phép mạch khuếch đại những nguồn tín hiệu có công suất bé.
Tổng trở ngõ ra thấp, cho phép Op-Amps cung cấp dòng tốt cho phụ tải.
Băng thông rất rộng, cho phép Op-Amps làm việc tốt với nhiều dạng nguồn tín hiệu khác nhau. Tuy nhiên cũng như các vi mạch khác, Op-Amps không thể làm việc ổn định khi làm việc với tần số và công suất cao.
Sơ đồ chân và hình dạng một op-amps điển hình
Hình 2.11 : Sơ đồ chân và hình dạng OPAMPs điển hình
Phương án thiết kế mạch xử lý tín hiệu đầu vào trong đề tài:
Trong nhiều trường hợp, người ta mong muốn có thể chuyển đổi hàm truyền phi tuyến thành hàm truyền tuyến tính hoặc tương tự tuyến tính trên từng khoảng. Điều này giúp cho việc xử lý tín hiệu dễ dàng hơn, chính xác hơn. Cảm biến NTC có hàm biến đổi điện trở theo nhiệt độ là hàm mũ exponential (exp), đây là một hàm phi tuyến.
35
Để thực hiện tuyến tính hóa chúng ta có thể mắc song song với 1 điện trở khác[2]. Giá trị điện trở tương đương sẽ biến đổi tương tự tuyến tính theo nhiệt độ trong một số khoảng, chúng ta sẽ tính toán giá trị này sao cho điện trở biến đổi tuyến tính trong khoảng nhiệt độ cần đo. Sau đó, chúng ta có thể thiết kế một nguồn dòng ổn định để tạo giá trị điện áp biến thiên tuyến tính theo nhiệt độ, đưa vào bộ xử lý trung tâm.
Hình 2.12 : Đặc tuyến điện trở biến đổi theo nhiệt độ được tuyến tính hóa bởi việc mắc điện trở song song [2]