TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
#" MÔN HỌC
THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG GIẢNG VIÊN: ThS. ĐỒNG SỈ THIÊN CHÂU
CHƯƠNG I: CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA ĐO LƯỜNG
- Dụng cụ đo lường (instrument) là một thiết bò biến
đổi đại lượng vật lý cần đo (measurand) thành một đại
lượng thích hợp tương đương có thể ghi lại được
(measurement). Đại lượng đo thường được sử dụng
trong một hệ thống đơn vò (units) tiêu chuẩn để có thể
so sánh giữa dụng cụ đo này với dụng cụ đo khác.
VD: Dụng cụ đo: thước đo chiều dài.
Đại lượng cần đo: chiều dài của đối tượng.
Đại lượng đo được: số đo theo đơn vò chiều dài
(mm, cm, m…) biểu diễn chiều dài của đối tượng.
1. MÔ HÌNH DỤNG CỤ ĐO ĐƠN GIẢN:
Hình 1.1 biểu diễn mô hình thông thường của một
control system).
Nếu tín hiệu ngõ ra từ cảm biến nhỏ (dòng, áp…),
cần phải khuếch đại tín hiệu như trong hình 1.2. Tín
hiệu ngõ ra sau khi đã khuếch đại được đưa tới các
thiết bò hiển thò hay thiết bò ghi tùy thuộc vào từng
ứng dụng cụ thể. Trong nhiều trường hợp, tín hiệu
này phải được biến đổi thành tín hiệu số để có thể
giao tiếp với máy tính hay các hệ thống vi điều
khiển khác. Nếu tín hiệu ngõ ra của cảm biến là tín
hiệu analog, cần thực hiện biến đổi thành tín hiệu số
sử dụng bộ biến đổi ADC như trong hình 1.2.
II. CẢM BIẾN THỤ ĐỘNG (PASSIVE) VÀ CẢM BIẾN TÍCH CỰC (ACTIVE)
- Cảm biến (sensor) thông thường là các bộ chuyển đổi
(transducers), trong đó nó là các thiết bò chuyển đổi từ một
dạng năng lượng ngõ vào thành một dạng năng lượng ngõ ra
khác. Cảm biến có thể được chia thành 2 loại: cảm biến thụ
động và cảm biến tích cực phụ thuộc vào cách chúng tương
tác với môi trường hoạt động của chúng.
- Cảm biến thụ động (passive sensors): không cần cung cấp
thêm năng lượng trong quá trình đo nhưng có thể loại bỏ năng
lượng trong hoạt động của chúng. VD: Thermocouple: biến
đổi nhiệt độ thành điện áp. Trong trường hợp này, gradient
nhiệt độ được biến đổi thành điện áp nhiệt điện, chính là ngõ
ra của cảm biến này. Một VD khác là pressure gage, áp suất
Ỉ lực tác động vào hệ thống cơ khí Ỉ gây nên độ dòch
chuyển, đây chính là tín hiệu ngõ ra của cảm biến.
- Cảm biến tích cực (Active sensors): cần cung cấp thêm
năng lượng trong quá trình đo. VD: trong một hệ thống Radar
hay siêu âm, khoảng cách tới một số đối tượng được đo bằng
cách gửi đi một sóng radio hay sóng siêu âm và thu sóng
ở ngõ ra do cảm biến đáp ứng với cả tín hiệu ngõ vào X và Y.
ngõ vào hiệu chỉnh Z làm thay đổi hoạt động của cảm biến
hay hệ thống đo, do đó hiệu chỉnh mối quan hệ giữa ngõ vào
và ngõ ra và đònh chuẩn hoạt động của thiết bò.
Hình 1.5 minh họa ảnh hưởng của ngõ vào hiệu chỉnh với các
giá trò khác nhau. Do đó, cần chọn lựa ngõ vào Z phù hợp
nhằm triệt tiêu ảnh hưởng của ngõ vào giao thoa ở ngõ vào,
chuẩn hóa hoạt động của thiết bò.
V. ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ SAI SỐ:
Độ chính xác của thiết bò được đònh nghóa là sự khác
biệt giữa giá trò đúng của đại lượng cần đo và giá trò
đo được của đại lượng đó bởi dụng cụ đo. Đối với bất
kỳ dụng cụ đo nào cũng có sai số gây ra do sai số hệ
thống (systematic error) hay sai số ngẫu nhiên
(random error).
+ Các nguồn sai số hệ thống:
Có rất nhiều các yếu tố có thể gây ra sai số hệ thống.
Một trong các nguyên nhân gây ra là làm thay đổi đáp ứng
ngõ vào – ngõ ra của cảm biến. Các ngõ vào hiệu chỉnh và
các ngõ vào giao thoa cũng có thể gây ra sai số cho cảm biến.
VD: Nếu nhiệt độ là một ngõ vào hiệu chỉnh, sử dụng cảm
biến ở một nhiệt độ khác với nhiệt độ chuẩn hóa cũng có thể
gây ra sai số hệ thống. Trong một số trường hợp, nếu sai số
hệ thống đã biết, có thể khử nó bằng cách sử dụng phương
pháp bù (compensation methods).
Có các yếu tố khác cũng có thể làm thay đổi đáp ứng
của cảm biến gây ra sai số hệ thống. Trong một số cảm biến,
tuổi thọ của linh kiện cũng có thể làm thay đổi đáp ứng của
nó. Do đó, để tránh sai số hệ thống, cảm biến phải được đònh
chuẩn theo chu kỳ.
RTD, khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm thay đổi điện trở của RTD, do đó sẽ
làm thay đổi điện áp đo được trên RTD. Sau đó điện áp được biến đổi trở
lại thành giá trò nhiệt độ bằng cách tính toán dựa vào mối quan hệ của
chúng.
-Các ye
á
u to
á
a
û
nh h
ư
ơ
û
ng đe
á
n sai so
á
cu
û
a ca
û
m bie
á
n: đo
à
ng
chất, biến dạng, độ căng của dây quấn.
- Với mỗi RTD có cấu tạo từ các kim loại khác nhau, nó
có độ nhạy, độ chính xác và tầm nhiệt độ khác nhau. Độ
u tạo RTD:
- Cảm biến nhiệt điện trở Platin tiêu chuẩn (SPRT: Standard
Platinium Resister Thermometer) là loại RTD có độ chính xác cao
nhất, chúng rất dễ vỡ, mỏng manh và được sử dụng chủ yếu trong
phòng thí nghiệm. Do nó mỏng manh, điện trở bò dao động nên nó
không đủ độ bền để sử dụng trong môi trường công nghiệp. SPRT
có độ chính xác lặp cao, độ trôi thấp nhưng giá thành nó rất cao do
vật liệu chế tạo và công nghệ chế tạo kỹ thuật cao. Trong SPRT,
dây Platin được sử dụng có đường kính lớn, có độ đồng chất cao.
Các đầu dây bên trong được chế tạo từ hỗn hợp Platin, Thạch Anh
và Silic. SPRT được sử dụng trên tầm nhiệt độ rất rộng, từ -2000C
đến hơn 10000C. Với các SPRT có nhiệt độ cao nhất khoảng
6600C, R0 khoảng 25.5Ω. Với các SPRT có tầm nhiệt độ cao hơn,
R0 khoảng 2.5Ω hoặc 0.25Ω. SPRT có thể có độ chính xác
±0.00010C nếu được sử dụng hợp lý.
- Với loại Cảm biến nhiệt điện trở Platin tiêu chuẩn thứ cấp
(Secondary SPRT), chúng cũng thường được sử dụng trong các
phòng thí nghiệm. Cấu tạo của chúng cũng giống như SPRT, tuy
nhiên vật liệu dùng để chế tạo rẻ hơn, vỏ kim loại và kết hợp với
sứ cách điện. Các đầu dây bên trong thường sử dụng hợp kim
nickel.
class="bi xa y12 w2 h7"
II. CẢM BIẾN NHIỆT THERMOCOUPLE
-Mặc dù có nhiều loại cảm biến nhiệt được phát minh, chế tạo
và ứng dụng vào thực tế, nhưng Thermocouple (cặp nhiệt điện)
vẫn là loại cảm biến nhiệt được sử dụng phổ biến nhất để đo
lường nhiệt độ trong mọi lónh vực do: tính linh hoạt, đơn giản,
dễ sử dụng và giá thành vừa phải. Bất kỳ một cặp dây dẫn điện
và một vật liệu nhiệt điện khác loại đều có thể được ghép với
nhau để tạo thành cặp nhiệt điện.
về nhiệt độ giữa chúng. Sức điện động Seebeck xuất hiện mà
không cần phải trên 2 vật liệu khác biệt nhau. Nó không phải
là một hiện tượng tiếp xúc, cũng không liên quan đến điện
thế tiếp xúc Volta.
Các tính chất Seebeck tuyệt đối:
-Hệ số Seebeck tuyệt đối biểu diễn độ nhạy đo lường [V/đơn
vò nhiệt độ] của hiệu ứng Seebeck. Nó được đònh nghóa trên
bất kỳ miền nhiệt điện đồng nhất nào của một vật dẫn riêng
biệt nào đó.
Hệ số Seebeck biểu diễn tính chất vận chuyển của tất cả các
vật liệu dẫn điện.
Với ΔΕ là độ biến thiên sức điện động giữa 2 điểm với bất kỳ khoảng cách nào,
giữa chúng có độ chênh lệch về nhiệt độ là
Copyright: Tài liệu đại học ©