1.M?c dớch mụn h?c Trangbịcáckiếnthứcvềkỹthuậtcảmbiếnvàxửlýtínhiệu. Phơngpháptính toán cácđạilợng biếnđổidựatrên đại lợng điện,phơngphápghépnốicảmbiếnvớimáytính vàcác bộđiềukhiển. 1.M?c dớch mụn h?c Trangbịcáckiếnthứcvềkỹthuậtcảmbiếnvàxửlýtínhiệu. Phơngpháptính toán cácđạilợng biếnđổidựatrên đại lợng điện,phơngphápghépnốicảmbiếnvớimáytính vàcác bộđiềukhiển.
Trang 1CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO
Thời lượng: 45 tiết (3 tiết/tuần)- 30t LT,15t TH
Đánh giá sinh viên:
3 bài kiểm tra (Bài tập lớn)
1 bài thi (Không sử dụng tài liệu) Tài liệu giảng dạy:
1.Kỹ thuật đo lường – Lê Quốc Huy 2.Measurement Systems - Esnest O.Doebelin Tài liệu tham khảo:
1 Cảm biến công nghiệp- Hoàng Minh Công
2 Đo lường điện tử - Dư Quang Bình…
Giảng viên: Nhữ Quý Thơ
nhuquytho@yahoo.com nhuquytho@haui.edu.vn
Trang 2BÀI MỞ ĐẦU
1 Mục đớch mụn học
Trang bị các kiến thức về kỹ thuật cảm biến và xử lý tín hiệu.
Phương pháp tính toán các đại lượng biến đổi dựa trên đại lượng điện, phương pháp ghép nối cảm biến với máy tính và các
bộ điều khiển.
Nguyên lý và phương pháp sử dụng các thiết bị phần cứng chuyên dụng cũng như phần mềm máy tính trong đo lường và xử
lý tín hiệu thu được từ các bộ cảm biến.
Cấu trúc và công dụng của các bộ cảm biến thông dụng và các mạch điện nối ghép, các hệ thống đo lường chuyên dụng, các phần mềm thu thập và xử lý số liệu.
Trang 3BÀI MỞ ĐẦU
2 Vai trò của môn học
Các hệ thống cảm biến đ−ợc coi nh− các giác quan của các thiết bị điều khiển tự động có nhiệm vụ cảm nhận biến đổi của các sự kiện vật lý không phải điện và biến chúng thành đại l−ợng
điện để các hệ thống điều khiển nhận biết đ−ợc, giúp chúng ta nhận dạng và đánh giá tình trạng cũng nh− điều khiển mọi trạng thái của thiết bị phù hợp.
Hệ thống cảm biến có vai trò then chốt trong các hệ thống tự
Trang 4BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện màng trong
3 Mét sè vÝ dô ứng dụng trong c«ng nghiệp:
Phát hiện băng niêm phong trên nắp lọ/hộp
Trang 6BÀI MỞ ĐẦU
Cảm biến phát hiện màu Đo đường kính của ống
Trang 7BÀI MỞ ĐẦU
Kiểm tra hiện tượng thủng
nắp thiếc, nắp nhôm Phát hiện lon kim loại
Trang 8BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện nắp lọ bị hỏng
Trang 10BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện nắp nhôm trên chai nước Phát hiện nhãn bằng plastic
bóng trên giấy
Trang 11BÀI MỞ ĐẦU
Phát hiện chai PET Phát hiện mẫu bánh trên băng chuyền
Trang 12Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính
chất điện: Nhiệt độ, áp suất tác động lên cảm
biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện
(điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng)
chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của
đại lượng đo.
Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m): s = F(m)
(s) : Là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến
(m) : Là đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m).
Trang 131 Khái niệm và phân loại cảm biến
1.2 Phân loại cảm biến
Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích
Trang 141 Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
Ph©n lo¹i theo d¹ng kÝch thÝch
Trang 151 Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
Ph©n lo¹i theo tÝnh n¨ng cña bé c¶m biÕn
Trang 161 Khái niệm và phân loại cảm biến
1.2 Phân loại cảm biến
Phân loại theo phạm vi sử dụng
Phân loại theo thông số của mô hình mạch thay thế
+ Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.
+ Cảm biến thụ động đ−ợc đặc tr−ng bằng các thông số R, L, C, M tuyến tính hoặc phi tuyến.
Trang 171 Khái niệm và phân loại cảm biến
1.2 Phân loại cảm biến
Ví dụ về cảm biến thụ động
Trang 181 Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
VÝ dô vÒ c¶m biÕn tÝch cùc
Trang 191 Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i c¶m biÕn
1.2 Ph©n lo¹i c¶m biÕn
C¸c lo¹i c¶m biÕn hay ®−îc sö dông
trong c«ng nghiÖp vµ d©n dông
C¸c lÜnh vùc øng dông
*: XÕp theo sè l−îng c¸c lo¹i c¶m biÕn b¸n ®−îc t¹i Ph¸p n¨m 2002
Trang 201 Khái niệm và phân loại cảm biến
1.3 Đường cong chuẩn của cảm biến
Khái niệm
Đường cong chuẩn cảm biến là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của
đại lượng điện (s) ở đầu ra của cảm biến vào giá trị của đại lượng đo (m)
ở đầu vào.
Đường cong chuẩn có thể biểu diễn bằng biểu thức đại số dưới dạng:
s = F(m)
Trang 211 Khái niệm và phân loại cảm biến
Cách chuẩn
- Chuẩn đơn giản
+ Trực tiếp + Gián tiếp
- Chuẩn nhiều lần
Trang 222 Các đặc trưng cơ bản của cảm biến
2.1 Độ nhạy (Sensitivity)
Độ nhạy là tỷ số của độ thay đổi nhỏ nhất ở đáp ứng ra của thiết bị đo theo
độ thay đổi nhỏ nhất ở đại lượng đầu vào.
Phương trình cơ bản: Y= F(X,a,b,c )
F/X - Độ nhạy với x (Sensibility)
F/ a - Độ nhạy của yếu tố anh hưởng a hay
Việc xác định K bằng thực nghiệm gọi là khắc
độ thiết bị đo Với một giá trị của X có thể có
các giá trị Y khác nhau, hay K khác nhau.
Trang 232 Các đặc tr−ng cơ bản của cảm biến
2.1 Độ nhạy (Sensitivity)
Trễ (Hysteresis) Lỗi lặp lại (Reapeatability) Dải chết (Dead-band zone)
Trang 242 Các đặc trưng cơ bản của cảm biến
2.2 Độ chính xác (Accuracy)
Độ chính xác chỉ mức độ gần đúng mà giá trị đo được sẽ đạt so với giá trị đúng của đại lượng cần đo.
Sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo gọi là sai số khi đo gồm:
- Sai số thô: Do quy định về giới hạn đo và người đo
- Sai số ngẫu nhiên
- Sai số hệ thống Sai số của cảm biến mang tính chất ước tính vì không biết chính xác giá trị cần đo.
2.3 Độ phân giải (Resolution)
Độ phân giải là sự thay đổi nhỏ nhất ở các giá trị đo được (không phải là giá trị 0) mà một thiết bị đo có thể đáp ứng để cho một số đo xác định.
Độ phân giải thường là giá trị vạch chia nhỏ nhất trên thang chia độ lệch.
Trang 252 Các đặc tr−ng cơ bản của cảm biến
2.5 Giới hạn của thiết bị đo (Span/Full Scale/Range)
- Giới hạn về thang đo.