2.5. Kết luận:
Qua nghiờn cứu lý luận về sự tương ứng gi a quiữ trỡnh th c hi n ự ệ phương phỏp đo và cỏc khối chức năng của thiết bị đ o, một số vấn đề ó được đ thảo luận và giải quyết trong chương 2 :
Thiết lập một số cơ sở dữ ệ li u tr giỳp vi c thi t k và tỡm ki m ợ ệ ế ế ế thương phẩm.
Xõy dựng cỏc khối chức năng thực hiện trờn VI: kh i thực hiện ố tương ứng với cỏc chức năng nguyờn cụng cơ bản và kh i tr giỳp l a ch n, ố ợ ự ọ thiết kế phần thiết bị thật.
Xõy dựng quy trỡnh thiết kế thiết b o và tị đ ổng hợp thiết bị đ o dựa trờn cỏc khối chức năng VI đó đượ đề xuất. Quy trỡnh tổng hợp thiết bịc đo được hỡnh thành trờn c s củơ ở a lu t t ng h p thi t bị đậ ổ ợ ế o.
Xõy dựng chương trỡnh chuyờn gia trợ giỳp thiết kế thiết bị đ o, vận dụng kiến thức trớ tuệ nhõn tạo dựa trờn chớnh cỏc cụng cụ chức năng cú sẵn của VI.
C
CHHƯƯƠƠNNGG33--NNÂÂNNGG CCAAOOĐĐẶẶCCTTÍÍNNHHKKỸỸTTHHUUẬẬTT CCỦỦAATTHHIIẾẾTTBBỊỊĐĐOO
T
TRRấấNN CCƠƠSSỞỞ LLííTTHHUUYYẾẾTTĐĐOOLLƯƯỜỜNNGGVVÀÀCCễễNNGGCCỤỤVVII
Sau khi đó phõn tớch và đề xuất phương phỏp tổng hợp thiết bị đ o, để nõng cao đặc tớnh của thiết bị, trang bị cho thiết bị mộ ốt s tớnh n ng thụng ă minh mới, chương 3 đề cập t i m t s bài toỏn thụng minh liờn quan đến ớ ộ ố phương phỏp tự động định thang đo và tự động chuẩ độ thiết bị. Để đảm bản o sai số, trong bài toỏn định thang đo, luận ỏn đề xuất mụ hỡnh tổng hợp thiết bị đo trờn c sởở thi t b o o. Ngoài ra, chương 3 cũn đề cậế ị đ ả p gi i quy t m t s ả ế ộ ố bài toỏn bự sai số được ng dụng trong mụ hỡnh thiết bị đ ảứ o o.
3.1. Tự động nh thang đo: đị
Mụ hỡnh tự động nh d ng thang đ đđị ạ o ó được cụng bố trong bài bỏo trỡnh bày tại hội nghị ự t động hoỏ toàn quốc VICA4 [7].
Trong cỏc thiết bị đ o thụng thường, bộ định thang o thương được bụ đ ̀ ́ trí chọn thang đo theo đ ̀ờ cát với giỏ trị của thang o sau b ng 10 lõn giỏ tr đ ằ ̀ ị của thang đo trước. Hiợ̀n nay, đ ̉ tiợ̀n lợi cho người sử dụng, trong các thiờ́t bị ờ đo ch th s , thang o thương đươc inh sai khac nhau 1/10 d n t i vi cỉ ị ố đ ̀ ̣ đ ̣ ́ ẫ ớ ệ trong cựng một thiết bị đ o, sai sụ́ ớ l n nhṍt của phép đo có thờ̉ bằng 10 lõ̀n sai sụ́ nhỏ nhṍt của phộp đ ấy, điờ̀u này là bṍ ợo t h p ly. Để kh c ph c, m t s hóng ó ch ́ ắ ụ ộ ố đ ế tạo một số loại cảm biờ́n thụng minh cú thể định thang đo theo hợ̀ sụ́ biờ́n đ ̉i ụ của cảm biờ́n. Mụ̃i thang đo co mụt h sụ biờn ụi đươc bụ tri sẵ́ ̣ ệ ́ ́ đ ̉ ̣ ́ ́ n trong m ch ạ đ ̀õu vao. Khi s dung, ngươi ta chi thụng bao v i bụ iờu khiờn giỏ tr của ̀ ử ̣ ̀ ̉ ́ ớ ̣ đ ̀ ̉ ị thang đo đó lựa chọn. Phương phỏp này gọi là đặt thụng sụ́ của cảm biờ́n thụng minh.
Ngày nay đa số cỏc bộ cảm bi n thụng minh đều được thiết kế trờn cơ ế sở cỏc bộ vi xử lý cú tốc độ cao và khả năng phõn ly l n. Ngoài ra, nhi u thi t ớ ề ế bị cú mạch khuếch đại đầu vào đó được thiết kế để cú thể đ ều khiển thay đổi i
thang đo. Đối với cỏc loại thiết bị đ o như vọ̃y, ta cú thể dễ dàng c i ti n đặc ả ế tớnh kỹ thuật bằng cỏch tự động nh thang đo và chọn thang đo. đị
Bài toỏn tự động nh thang đo cú thể được mụ tả chi tiết như sau: đị Giả sử sử dụng thiờt bi o co sai sụ tương đ ́́ ̣ đ ́ ́ ụi quy ụi la γ va co kha đ ̉ ̀ ̀ ́ ̉ năng phõn ly là R = 2n để đo đại lượng X cú giá trị đo nằm trong khoảng (Xmax, Xmin) với sai sụ́ tương ụi yờu cõ̀u của phé đđ ́ p o là γyeucau .
Giỏ trị đ o được Xđo dựng thiết bị trờn sẽ phạm phải sai số tương đối β với do n X X1 γ
β = . Để đảm bảo khụng vượt quỏ sai sốβ yờu c u ầ γyeucau , Xdo phải
nằm trong khoảng: X1min<Xdo <X1n. Với X1min X1n
β γ
= .
Nếu Xdo khụng đảm bả đ ềo i u kiện trờn, tức là Xdo <X1min thỡ thiết bị sẽ phải tự động chuyển sang thang đo nhỏ hơn(X2min). Thang đo lỳc này sẽ được xỏc định: X2min<Xdo <X2n.
Như vậy để đảm b o cho phộp o cú sai s nh hơả đ ố ỏ n sai s γố yeucau cỏc thang đo sẽ được phõn định: (X1min<Xdo <X1n), (X2min<Xdo <X2n), (X3min<Xdo <X3n), ... tương ứng với hệ số khu ch đại c a cỏc b khu ch đại cú i u khi n ế ủ ộ ế đ ề ể PGA: G1, G2, G3, ...
Cú thể tớnh được hợ̀ sụ́ biờ́ đ ̉n ụi tụ̉ng h p Kợ D của thiờt bị tương ́ ứng v i ớ giỏ trị đ o cực đại Xmax : KD =
max
X R .
Cỏch khỏc, theo 2.1.2 , KD bao gồm cỏc thành ph n sau: ầ KD = KCB .KBD .KA/D
với :
KA/D: Hợ̀ sụ́ biờ́ đ ̉n ụi của A/D. KA/D = Y
n
2 , 2n là giỏ trị bằng s c c đại ố ự
tương ứng với Xmax, Y là giỏ trị đầu vào của A/D.
KBD: Hợ̀ sụ́ bụ̣ biờ́ đ ̉n ụi thang đo dùng đ ̉ đ ̣ờ inh thang đo.
Theo phõn tớch trờn, trong khoảng o thứ nhất (Xđ 1min<Xdo <X1n), với X1n=Xmax, hệ số biến đổi tổng K1Dđược xác đ ̣nh theo cụng thức i
max D 1 X R K = .
Sai số của phộp o (β) cú giỏ trị đđ o n m trong kho ng o th nh t được tớnh ằ ả đ ứ ấ theo cụng thức: do n X X1 γ
β = . Như vậy để đảm b o sai s phộp o theo yờu c u ả ố đ ầ
γyeucau giỏ trị nhỏ nhất của thang đo thứ nhất được tớnh
D yeucau n yeucau min K R X X 1 1 1 γ γ γ γ = =
Nếu sai số của phộp o l n h n β, thiết bđ ớ ơ ị phả ự động chuyển sang i t thang cú X2max<X1n. Giỏ trị cực đại c a thang o th 2 được ch n ỳng b ng ủ đ ứ ọ đ ằ là giỏ trị nh nhỏ ất của thang đo thứ nhất (X1min): X2max=X1min.
Hệ số ế bi n đổi t ng Kổ 2D của thang o th hai được tớnh theo cụng th c đ ứ ứ
max D X R K 2
2 = ; Tương tự cỏch tớnh toỏn của thang đo thứ nhất để đảm bảo sai số yờu cầu ta tớnh được giỏ trị nh nhỏ ất c a thang ủ đo thứ hai là
D yeucau max yeucau min K R X X 2 2 2 γ γ γ γ = = D 1 2 max 2 K N X =
Tiếp tục chia tiếp cỏc thang đo cho đến khi đến khi giỏ trị đ o nhỏ nhất Xmin rơi vào thang thứ i cú nghĩa là Xmin< Ximin
Với mụ hỡnh thiết bị ảo ta cú thể ỏp dụng mụ̣t biợ̀n pháp tự đ ̣ng phõn ụ chia thang đo mụ̣t cach linh hoat, am bao viờc s dung triờt ờ ụ chinh xac ́ ̣ đ ̉ ̉ ̣ ử ̣ ̣ đ ̉ đ ̣ ́ ́ của thiờt bị. Viợ̀ đ ̣inh thang đo được xá đ ̣inh mụ̣t cách tự đ ̣́ c c ụng, căn cứ vào đ ̣ụ chinh xac c ban cua thiờt bi o va sai sụ yờu cõu cua phep o. ́ ́ ơ ̉ ̉ ́ ̣ đ ̀ ́ ̀ ̉ ́ đ
VI trợ giỳp việc thiết kế định thang đo theo một sai số cho trước (SubVI-Autorange)
Với một cấu hỡnh chu i o ó l a ch n, ta cú sai s t ng th c a thi t b ỗ đ đ ự ọ ố ổ ể ủ ế ị là γ. Như vậy, v i c u hỡnh ADC ó l a ch n, ta cú th cú đặt h số ếớ ấ đ ự ọ ể ệ bi n đổi KBD để đảm bảo một sai số đó định. Trong trường hợp này, luận ỏn đó xõy dựng một subVI trợ giỳp việc tớnh toỏn hệ số biến đổi với cỏch thức:
Cỏc thụng số nhập vào bao gồm: (1) sai số cho trước, (2) độ phõn giải của thiết bị đo, (3) giỏ trị tối đa của đại lượng đo, (4) sai số cơ ả b n c a thi t b ủ ế ị ở thang o t i a. đ ố đ
Kết quả sẽ đưa ra số thang đo và hệ số biến đổi phải xõy dựng. Mặt mỏy được tổ chức như sau:
Nội dung chi tiết phần subVI này cú thể tham khả ởo phụ ụ l c 6
Vớ dụ: Định thang đo nhiệt độ cho khoảng đo nhiệt độ từ 100C đến 2000C với sai số phộp đo là 1%, độ phõn giả ủi c a thi t b 10 bit, sai s cơ bản ế ị ố của thiết bị là 0.5 %. Ta định ra sai số của thi t b là 5 thang v i thụng s cỏc ế ị ớ ố thang đo cú hệ số biến đổi tuần tự như sau:
Thang 1: 1000C-2000C; Hệ ố s chuyển đổi là 5,12 Thang 2: 500C-1000C; Hệ ố s chuyển đổi là 10.24 Thang 3: 250C- 500C; Hệ ố s chuyển đổi là 20,48 Thang 4: 12.50C - 250C; Hệ ố s chuyển đổi là 40.96 Thang 5: 6.250C-12.50C; Hệ ố s chuyển đổi là 81.92
3.2. Tự động chọn thang đo
Sau khi tự động nh đị được thang o, khi đo quỏ trỡnh đo sẽ được tiến đ hành qui trỡnh tự động chọn thang đo như sau:
- Đặt thang đo lớn nhṍt (X2, Xmax) có hợ̀ sụ́ biờ́ đ ̉n ụi K1. - Kờ́t quả đ o là: Nx - Tính 1 x K N X =
- So sánh và chọn khoảng Xi+1 < X < Xi ; (Xi+1, Xi) đ ̃ đ ̣a inh trước. - Chuyờ̉n vờ̀ thang đo thứ i (Xi+1, Xi) với hợ̀ sụ́ biờ́ đ ̉n ụi Ki.
- Bõy giờ con sụ́ thu được là Nix với hợ̀ sụ́ biờ́n đ ̉ụi là Ki: i Kix N X = Sai sụ́: ix D N R γ γ = - Kờ́t quả: i ix K N X = ; ix D N R γ γ = 3.3. Tự động khắc độ:
Quỏ trỡnh tự động khắc độ thiế ị đt b o được thực hiện trờn cơ sở ự t động định thang đo kế ợt h p với m t s m u chu n. ộ ố ẫ ẩ
Thiết bị đọc kết quả giỏ tr đại lượng đo theo thang đo đó được khắc độ ị trờn thiết bị, sau đú so sỏnh giỏ trị đọc được với giỏ trị mẫ đu ó bi t. T cỏc tr ế ừ ị số sai khỏc với giỏ trị mẫu, thiết bị tự động tớnh toỏn l i h số ếạ ệ bi n đổi và nh ớ cỏc giỏ trị đ ú để hiệu chỉnh cho cỏc lầ đn o sau.
Quỏ trỡnh khắc độ tự động được ti n hành theo cỏc bước nh ó trỡnh ế ư đ bày ở 2.1.3.
3.4. Tự động bự sai số thiết bị đ o:
Để làm giảm sai số ă, t ng độ chớnh xỏc c a thi t b o, lu n ỏn đặt v n ủ ế ị đ ậ ấ đề nghiờn cứu cỏc phương phỏp bự sai s cộố ng tớnh, nhõn tớnh và sai s phi ố tuyến của thiết bị đ o. Tiếp theo, tỏc giả trỡnh bày biện phỏp hiợ̀u chỉnh sai sụ́ bằng phương pháp lặp cho phép loại trừ mọi sai sụ́ của thiờ́t bị đo mà khụng cõ̀n xột tới nguyờn nhõn gõy ra sai số.
3.4.1. Bự sai sụ́ cụ̣ng tính.
Cỏc ảnh hưởng của nhiễu, lệch, trụi đ ểi m‘khụng’, tr vv... gõy ra sai số ễ cộng tớnh của thiết bị đo. Cỏc sai số này phụ thuộc nhiều vào mụi trường xung quanh và thường thay đổi liờn tục theo thời gian với tốc độ chậm.
Việc bự sai số tạ đ ểi i m ‘khụng’ và sai s do trụi i m ‘khụng’ được ố đ ể thực hiện bằng xử lý số theo 3 bước :