V. KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ
5. Hướng dẫn tính nội suy tuyến tính
Giả sử trong bảng tham chiếu ta có 2 cặp giá trị liền kề điện trở - nhiệt độ (hoặc điện áp – nhiệt độ với cảm biến cặp nhiệt điện) là R1 – T1 và R2 – T2, bây giờ ta cần tìm giá trị nhiệt độ tương ứng với giá trị điện trở Rx với R1<Rx<R2. Áp dụng biểu thức nội suy tuyến tính như sau:
2 1 1 1 2 1 x x T T T T R R R R
Trong phần mềm Labsoft đã hỗ trợ công cụ tính toán tự động phép nội suy tuyến tính trên như dướiđây:
Hình 2.8. Hỗ trợ nội suy tuyến tính
Tiến hành nhập các giá trị vào ô tương ứng và Enter ta sẽ thu được giá trị nhiệt độ cần tìm.
III. DỰ TRÙ THIẾT BỊ, VẬT TƯ THỰC HÀNH
Thiết bị, vật tư cho một nhóm thực tập (4 sinh viên)
TT Tên thiết bị Số lượng Đvtính Ghi chú
1 Nguồn Power Supply SO4203-2A 01 Cái
2 Nguồn Extended Supply SO4203-2D 01 Cái
3 Giao diện Interface SO4203-2A 01 Cái
4 Panel gài card mở rộng Expenrienter SO4203- 2D
02 Cái
5 Card đo nhiệt độ SO4203-5R 01 Cái
6 Card bộ khuếch đại và nguồn SO4203-5N 01 Cái
7 Bộ máy tính và bộ phần mềm 01 Bộ TT Tên dụng cụ 1 Đồng hồ vạn năng 01 Cái 2 Dây cắm kết nối 01 Bộ IV. THỰC HÀNH 1. Khởi động phần mềm
Sau khi khởi động phần mềm, lựa chọn mục “Kỹ thuật đo” (Measurement Technology)
Hình 2.9. Lựa chọn mục thực hành
Trong bài Kỹ thuật đo ta có nhiều bài thực hành, ta chọn bài “Kỹ thuật đo lường 2”, với mục này ta chọn tiếp phần “Đo nhiệt độ”.
Hình 2.10. Lựa chọn bài thực hành đo nhiệt độ
2. Thực hành đo nhiệt độ với cảm biến NTC
2.1. Ghi nhận đường đặc tuyến của NTC Một vài hình ảnh thực của cảm biến NTC
a) Vẽ đặc tuyến
Phần thực hành này được dùng để ghi nhận đường đặc tính của cảm biến NTC. Cảm biến sẽ được cấp một nguồn dòng hằng số Iconst = 1 mA và đo điện áp Ua rơi trên cảm biến (được khuếch đại bằng bộ khuếch đại đo). Nếu biết trước được hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại đo thì sẽ xác định được giá trị điện trở thực của NTC.
Bước 1. Kết nối mạch đo * Sơ đồ khối
Hình 2.12. Sơ đồ khốiđo nhiệt độ với NTC
* Sơ đồ kết nối
Hình 2.13. Sơ đồ kết nốiđo nhiệt độ với NTC
Bước 2: Lựa chọn và thiết lập thông số thiết bị đo
- Cài đặt các thông số như sau:
Thông số càiđặt cho nguồn DC
Nút Power On
Thang điện áp 10 V
- Mở Vôn kế A và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế A
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
Hình 2.14. Vôn kế A
- Mở Vôn kế B và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế B
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
Hình 2.15. Ampe kế
Bước 3: Đặt nhiệt độ mẫu
- Thiết lập điện áp đặt ngõ vào là 8V (tương ứng là 80oC)
- Chờ cho đến khi nhiệt độ lên đến 80oC bằng cách quan sát ngõ vào tương tự tiến về 0 V.
Bước 4: Quá trình đo và xử lý kết quả đo
- Đọc giá trị điện áp trên Vôn kế A là giá trị điện áp trên cảm biến. Ghi lại giá trị đo được vào phiếu luyện tập 2.1.
- Dựa vào định luật ôm, tính toán giá trị điện trở của cảm biến tương ứng, điền vào bảng phiếu luyện tập 2.1. (Lưu ý giá trị dòng điện định mức là 1mA)
- Sử dụng bảng tham chiếu và phép tính nội suy tuyến tính để xác định giá trị nhiệt độ tương ứng với điện trở tính được. Ghi kết quả vào bảng phiếu luyện tập 2.1.
- Giảm giá trị điện áp đặt xuống từng 0,5V và thực hiện công việc đo và xử lý tương tự như trên cho tới hết bảng số.
-Chuyển sang chế độ đồ thị “Chart” để quan sát được đặc tính thu được. Vẽ lại đặc tính vào phiếu luyện tập 2.1.
b) Ghi nhận đường đặc tính bằng bộ XY plotter
Bước 1: Thay đổi sơ đồ kết nối
- Lắp đặt lại sơ đồ trên sao cho:
+ Kênh A sẽ đo giá trị điện áp của giá trị nhiệt độ thực (chân Temp.) + Kênh B sẽ đo điện áp ngõ ra của bộ khuếch đại đo.
Bước 2: Ghi nhận đặc tính
- Điều chỉnh điện áp nguồn DC là 8V rồi chờ cho đến khi điện áp thực cũng đạt đến giá trị này (có thể mở thiết bị đo nhiệt độ thay vì Volt kế A và chờ cho đến khi giá trị nhiệt độ thực đạt đến khoảng 80°C).
- Nhấn . Thiết bị sẽ tự động vẽ đường đặt tính được xác định bằng điện áp ở kênh A (trục x) và kênh B (trục y).
Thông số cài đặt bộ XY plotter Channel A Meas. range 10 V Coupling DC Range 100 Offset 0
Meas. value RMS (Root
Mean Square) Channel B Meas. range 10 V Coupling DC Range 10 Offset 0 Meas. value RMS
- Khởi động phép đo. Di chuyển câyviết ghi dữ liệu xuống thấp rồi giảm điện áp đặt về 2V. Chờ cho đến khi giá trị điện áp thực đạt đến giá trị này. Vẽ đường đặc tính đạt được vào phiếu luyện tập 2.12.
2.2. Ghi nhận đường đặc tuyến với các điện trở tuyến tính hóa
Phần thực hành này khảo sát quá trình tuyến tính hóa một cảm biến NTC bằng các điện trở tuyến tính khác nhau
Bước 1: Kết nối mạch đo
Lưu ý: phần thực hành này làm với điện trở tuyến tính là Rc1=5,6kΩ
Hình 2.16. Sơ đồ khối đo nhiệt độ với NTC tuyến tính hóa
*) Sơ đồ kết nối:
Hình 2.17. Sơ đồ kết nối đo nhiệt độ với NTC tuyến tính hóa
Bước 2: Lựa chọn và thiết lập thông số thiết bị đo
- Chọn bộ nguồn DC trong mục “thiết bị” trên menu chức năng. - Cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt cho nguồn DC
Nút Power On
- Mở Vôn kế A và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế A
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở Vôn kế B và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế B
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở bộ khuếch đại đo (instrumentation amplifier) và đặt hệ số khuếch đại bằng 1.
Bước 3: Đặt nhiệt độ mẫu
- Thiết lập điện áp đặt ngõ vào là 8V (tương ứng là 80oC)
- Chờ cho đến khi nhiệt độ lên đến 80oC bằng cách quan sát ngõ vào tương tự tiến về 0 V.
Bước 4: Quá trình đo và xử lý kết quả đo
- Đọc giá trị điện áp trên Vôn kế A là giá trị điện áp trên cảm biến. Ghi lại giá trị đo được vào phiếu luyện tập 2.2.
- Dựa vào định luật ôm, tính toán giá trị điện trở của cảm biến tương ứng, điền vào bảng phiếu luyện tập 2.2. (Lưu ý giá trị dòng điện định mức là 1mA)
- Sử dụng bảng tham chiếu và phép tính nội suy tuyến tính để xác định giá trị nhiệt độ tương ứng với điện trở tính được. Ghi kết quả vào bảng phiếu luyện tập 2.2.
- Giảm giá trị điện áp đặt xuống từng 0,5V và thực hiện công việc đo và xử lý tương tự như trên cho tới hết bảng số.
- Chuyển sang chế độ đồ thị “Chart” để quan sát được đặc tính thu được. Vẽ lại đặc tính vào phiếu luyện tập 2.2.
Làm tương tự phần thực hành trên với các giá trị điện trở tuyến tính lần lượt là: RC2
= 1,8kΩ; và RC3 = 0,56kΩ. Điền kết quả và vẽ đồ thị đặc tính vào các phiếu luyện tập 2.3, 2.4.
3. Thực hành đo nhiệt độ với cảm biến PTC (Pt-100)
Trong phần này chúng ta sẽ tiến hành làm thực hành đo nhiệt độ sử dụng cảm biến PTC, cụ thể là Pt-100, với đường đặc tính đã được chuẩn hóa và bảng tham chiếu tương ứng. Ta sẽ khảo sát đo nhiệt độ tấm kim loại và xét sự ảnh hưởng của điện trở dây nối tới đặc tính của cảm biến.
3.1. Ghi nhận đường đặc tính không xét điện trở đường dây
Bước 1. Kết nối mạch đo *) Sơ đồ khối:
Hình 2.18. Sơ đồ khốiđo nhiệt độ với PTC không xét đường dây
*) Sơ đồ kết nối:
Bước 2: Lựa chọn và thiết lập thông số thiết bị đo
- Chọn bộ nguồn DC trong mục “thiết bị” trên menu chức năng. - Cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt cho nguồn DC
Nút Power On
Thang điện áp 10 V
- Mở Vôn kế A và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế A
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở Vôn kế B và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế B
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở bộ khuếch đại đo (instrumentation amplifier) và đặt hệ số khuếch đại bằng 1.
Bước 3: Đặt nhiệt độ mẫu
- Thiết lập điện áp đặt ngõ vào là 8V (tương ứng là 80oC)
- Chờ cho đến khi nhiệt độ lên đến 80oC bằng cách quan sát ngõ vào tương tự tiến về 0 V.
Bước 4: Quá trình đo và xử lý kết quả đo
- Đọc giá trị điện áp trên Vôn kế A là giá trị điện áp trên cảm biến. Ghi lại giá trị đo được vào phiếu luyện tập 2.5.
- Dựa vào định luật ôm, tính toán giá trị điện trở của cảm biến tương ứng, điền vào bảng phiếu luyện tập 2.5. (Lưu ý giá trị dòng điện định mức là 1mA)
- Sử dụng bảng tham chiếu và phép tính nội suy tuyến tính để xác định giá trị nhiệt độ tương ứng với điện trở tính được. Ghi kết quả vào bảng phiếu luyện tập 2.5.
- Giảm giá trị điện áp đặt xuống từng 0,5V và thực hiện công việc đo và xử lý tương tự như trên cho tới hết bảng số.
- Chuyển sang chế độ đồ thị “Chart” để quan sát được đặc tính thu được. Vẽ lại đặc tính vào phiếu luyện tập 2.5.
3.2. Ghi nhận đường đặc tính với sơ đồ mạch 2 dây
Bước 1.Kết nối mạch đo *) Sơ đồ khối:
Hình 2.20. Sơ đồ khốiđo nhiệt độ với PTC sơ đồ 2 dây
*) Sơ đồ kết nối:
Hình 2.21. Sơ đồ kết nối đo nhiệt độvới PTC sơ đồ 2 dây
Bước 2: Lựa chọn và thiết lập thông số thiết bị đo
- Chọn bộ nguồn DC trong mục “thiết bị” trên menu chức năng. - Cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt cho nguồn DC
Nút Power On
Thang điện áp 10 V
- Mở Vôn kế A và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế A
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở Vôn kế B và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế B
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở bộ khuếch đại đo (instrumentation amplifier) và đặt hệ số khuếch đại bằng 1.
Bước 3: Đặt nhiệt độ mẫu
- Thiết lập điện áp đặt ngõ vào là 8V (tương ứng là 80oC)
- Chờ cho đến khi nhiệt độ lên đến 80oC bằng cách quan sát ngõ vào tương tự tiến về 0 V.
Bước 4: Quá trình đo và xử lý kết quả đo
- Đọc giá trị điện áp trên Vôn kế A là giá trị điện áp trên cảm biến. Ghi lại giá trị đo được vào phiếu luyện tập 2.6.
- Dựa vào định luật ôm, tính toán giá trị điện trở của cảm biến tương ứng, điền vào bảng phiếu luyện tập 2.6. (Lưu ý giá trị dòng điện định mức là 1mA)
- Sử dụng bảng tham chiếu và phép tính nội suy tuyến tính để xác định giá trị nhiệt độ tương ứng với điện trở tính được. Ghi kết quả vào bảng phiếu luyện tập 2.6.
- Giảm giá trị điện áp đặt xuống từng 0,5V và thực hiện công việc đo và xử lý tương tự như trên cho tới hết bảng số.
-Chuyển sang chế độ đồ thị “Chart” để quan sát được đặc tính thu được. Vẽ lại đặc tính vào phiếu luyện tập 2.6.
3.3. Ghi nhận đường đặc tính với sơ đồ mạch 3 dây
Bước 1. Kết nối mạch đo *) Sơ đồ khối:
Hình 2.22. Sơ đồ khốiđo nhiệt độ với PTC sơ đồ 3 dây
*) Sơ đồ kết nối:
Hình 2.23. Sơ đồ kết nối đo nhiệt độ với PTC sơ đồ 3 dây
Bước 2: Lựa chọn và thiết lập thông số thiết bị đo
- Chọn bộ nguồn DC trong mục “thiết bị” trên menu chức năng. - Cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt cho nguồn DC
Thang điện áp 10 V - Mở Vôn kế A và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế A
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở Vôn kế B và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế B
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở bộ khuếch đại đo (instrumentation amplifier) và đặt hệ số khuếch đại bằng 1.
Bước 3: Đặt nhiệt độ mẫu
- Thiết lập điện áp đặt ngõ vào là 8V (tương ứng là 80oC)
- Chờ cho đến khi nhiệt độ lên đến 80oC bằng cách quan sát ngõ vào tương tự tiến về 0 V.
Bước 4: Quá trình đo và xử lý kết quả đo
- Đọc giá trị điện áp trên Vôn kế A là giá trị điện áp trên cảm biến. Ghi lại giá trị đo được vào phiếu luyện tập 2.7.
- Dựa vào định luật ôm, tính toán giá trị điện trở của cảm biến tương ứng, điền vào bảng phiếu luyện tập 2.7. (Lưu ý giá trị dòng điện định mức là 1mA)
- Sử dụng bảng tham chiếu và phép tính nội suy tuyến tính để xác định giá trị nhiệt độ tương ứng với điện trở tính được. Ghi kết quả vào bảng phiếu luyện tập 2.7.
- Giảm giá trị điện áp đặt xuống từng 0,5V và thực hiện công việc đo và xử lý tương tự như trên cho tới hết bảng số.
- Chuyển sang chế độ đồ thị “Chart” để quan sát được đặc tính thu được. Vẽ lại đặc tính vào phiếu luyện tập 2.7.
3.4. Ghi nhận đường đặc tính với sơ đồ mạch 4 dây
Bước 1. Kết nối mạch đo *) Sơ đồ khối:
Hình 2.24. Sơ đồ khốiđo nhiệt độ với PTC sơ đồ 4 dây
*) Sơ đồ kết nối:
Hình 2.25. Sơ đồ kết nối đo nhiệt độ với PTC sơ đồ 4 dây
Bước 2: Lựa chọn và thiết lập thông số thiết bị đo
- Chọn bộ nguồn DC trong mục “thiết bị” trên menu chức năng. - Cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt cho nguồn DC
Nút Power On
Thang điện áp 10 V
Thông số cài đặt volt kế A
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở Vôn kế B và cài đặt các thông số như sau:
Thông số cài đặt volt kế B
Chế độ đo DC
Hiển thị AV
Thang đo 5 V
- Mở bộ khuếch đại đo (instrumentation amplifier) và đặt hệ số khuếch đại bằng 1.
Bước 3: Đặt nhiệt độ mẫu
- Thiết lập điện áp đặt ngõ vào là 8V (tương ứng là 80oC)
- Chờ cho đến khi nhiệt độ lên đến 80oC bằng cách quan sát ngõ vào tương tự tiến về 0 V.
Bước 4: Quá trình đo và xử lý kết quả đo
- Đọc giá trị điện áp trên Vôn kế A là giá trị điện áp trên cảm biến. Ghi lại giá trị đo được vào phiếu luyện tập 2.8.
- Dựa vào định luật ôm, tính toán giá trị điện trở của cảm biến tương ứng, điền vào bảng phiếu luyện tập 2.8. (Lưu ý giá trị dòng điện định mức là 1mA)
- Sử dụng bảng tham chiếu và phép tính nội suy tuyến tính để xác định giá trị nhiệt độ tương ứng với điện trở tính được. Ghi kết quả vào bảng phiếu luyện tập 2.8.