Điện Tử Cảm Biến - Cảm Biến Công Nghiệp part 19 doc

ở đây hst - hệ số phân bố Student phụ thuộc vào xác suất đã cho P và số lượng phép đo n được xác định theo bảng 10.1... Sai số của kết quả các phép đo gián tiếp Khi tính toán các sai số

ở đây hst - hệ số phân bố Student phụ thuộc vào xác suất đã cho P và số lượng phép đo

n được xác định theo bảng 10.1

Số liệu bảng này được tính theo công thức:

n / t 1

1

2 / 1 n 1 n

! 2 / n n

;

S

+

−

− π

Trong đó: S(t;n) - mật độ phân bố Student

x

0 /

X

X

t= − σ

n - số lần đo

Trường hợp n→ ∞ ( thực tế n ≥ 20) thì phân bố Student sẽ tiến đến phân bố chuẩn, lúc đó hst có thể thay thế bằng hệ số k như biểu thức 10.14

10.4.4 Sai số của kết quả các phép đo gián tiếp

Khi tính toán các sai số ngẫu nhiên của phép đo gián tiếp cần phải nhớ rằng đại lượng cần đo Y có quan hệ hàm với một hay nhiều đại lượng đo trực tiếp X1, X2, ,

Xn, tức là:

Vì thế mà sai số tuyệt đối của kết quả đo gián tiếp như sau:

n 2

n

2 2 2

2

2 1 2

1

X X

Y

X X

Y X

X

Y

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

∂ + + Δ

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

∂ + Δ

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

∂

=

và sai số tương đối của kết quả đo sẽ là:

2

n

2 n 2

2

2 2 2

1

2 1 Y

X

Y Y

X

X

Y Y

X X

Y Y

X Y

Y

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ

∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ ∂ + +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ

∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ ∂ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ

∂

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ ∂

=

Δ

=

γ

Xn 2

2 X 2

1

X + γ + + γ

γ

Trong đó

1

X

γ , γX2, ,γXn - là sai số tương đối của các đại lượng đo trực tiếp X1,

X2, , Xn

Nếu các kết quả đo trực tiếp Xi được xác định với sai số bình quân phương σXn, thì:

2 X 2

n

2 X 2

21

2 X 2

1

n 2

1

X

Y

X

Y X

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

∂ + + σ

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

∂ + σ

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

∂

=

ở đây

i

X i

XY σ⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

∂

là sai số riêng của phép đo gián tiếp thứ i

Nh v y k t qu o v i c

l ng kho ng, nh có phân b

Student có th vi t d i d ng:

2 , 1 0

'

2

,

X − Δ < < + Δ (10.17)

T (10.17) ta th y r ng xác su t

c a l ch trung bình i s so

v i giá tr th c c a i l ng o

không v t quá Δ '1,2

Khi th c hi n gia công k t qu

o ng i ta còn xác nh khái

ni m sai s bình quân ph ng

t ng i theo bi u th c sau ây:

100

.

X

*

X

X

σ

=

Quá trình gia công k t qu o

c bi u di n theo s thu t

toán hình 10.10 Quá trình gia

công này có th th c hi n trên máy

tính v i b t k ngôn ng nào, k t

qu cho ta giá tr th c X0 = X và

kho ng áng tin Δ'1,2

V y k t qu o nh n c sau

khi gia công s là:

'

2

,

1

X ± Δ (10.19)

B t u

n phép o xi

K v ng toán h c M[ ]x = X Sai s d vi = xi − X

n 1 i

i =

∑

=

∑

= n 1 i

2 i

v

=

−

=

1 i

2 i

*

1 n / v

n /

*

*

x = σ σ Cho xác su t P tìm hst

Kho ng áng tin Δ1,2 = h σst. *x

K t qu o = X ± Δ'1,2

K t thúc Hình 10.10 S thu t toán gia công k t qu o

ở bảng 10.2 trình bày biểu thức tính sai số tuyệt đối và sai số tương đối của một số hàm Y thường gặp nhất trong các phép đo gián tiếp

Bảng 10.2

Hàm Y Sai số tuyệt đối YΔ Sai số tương đối

Y

Y

Y

Δ

= γ

2 2

X + Δ Δ

2 1 2 2 2

Δ

±

1 2 2 2 2 2

±

2

2 2 2

1

1

X

X X

X

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ

±

2

1

2 2 2 2 2 2 1 2

±

2

2 2 2

1

1

X

X X

X

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ

±

n

10.4.5 Bù sai số

a) Bù sai số cộng tính

Trong cảm biến có sai số cộng tính, ta có:

Với

i 1 i

i 1 i X

X X

Y Y K

−

−

=

+

Giá trị Δ Ya không thay đổi theo X là sai số cộng tính (hình 10.11)

Loại trừ sai số loại này bằng một bộ trừ (hình 10.12)

Ta có:

Thực hiện phép trừ theo vế (10.24) và (10.25) và biến đổi ta có:

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

−

−

=

−

+

+ i 1 i

i 1 i i X i

Y Y

X X Y Y X

Bằng cách này ta đã loại trừ được sai số cộng tính Δ Ya

b) Bù sai số nhân tính

CB

X

Hình 10.11 S nguyên lý

c m bi n có sai s c ng tính

Y X = K X X + ΔY a

Hình 10.12 Lo i tr sai s

c ng tính

X

CB

Xi

Y

Yi

Nếu đại lượng vào là Xo, ta có:

Y0 =X0K0(1−γk) (10.28)

Thực hiện phép chia theo vế (10.27) và (10.28) ta có:

0

k X 0 0

X

K

K X

X 1

K

1 K X

X Y

γ

−

γ

−

=

X 0 0

X K

K Y

Y

X = (10.29)

c) Bù sai số do các yếu tố ảnh hưởng

Một trong những sai số khó loại trừ nhất trong các cảm biến là sai số do các yếu tố ảnh hưởng (hay các yếu tố không mang thông tin) Khi nghiên cứu các cảm biến, người ta cũng đưa vào các biện pháp để loại trừ những yếu tố đơn nhưng trong nhiều cảm biến ảnh hưởng này rất khó loại trừ Không những thế ở các cảm biến khác nhau cùng một công nghệ chế tạo, ảnh hưởng này cũng khác nhau, vì thế trong các cảm biến thông minh người ta thường bù ảnh hưởng của các yếu tố không mang thông tin ngay trên cảm biến sử dụng Từ phương trình biến đổi của cảm biến ta có thể viết sai số:

b

F a a

F X X

F

∂

∂ + Δ

∂

∂ + Δ

∂

∂

=

Trong đó a

a

F Δ

∂

∂

là ảnh hưởng của yếu tố a đến kết quả đo Y Nhờ khả năng xử lý của máy tính ta có thể sai phân hoá và nội suy tuyến tính

Bằng thực nghiệm ta lập ra bảng yếu tố ảnh hưởng (bảng 10.3)

Bảng 10.3

Hình 10.12 Lo i tr sai s nhân tính

X

CB

X0

Y X

Y 0

Trong c m bi n có sai s nhân

tính, ta có:

YX =XKX(1−γk)

(10.27)

Trong ó γ là sai s nhân tính k

Mu n bù sai s nhân tính ta dùng

A1 Δ11 Δ12 Δ1j Δ1n

Từ giá trị Ai nhận được do một cảm biến đo phụ và giá trị của đại lượng đo Xj, tra bảng nhận được giá trị Δij, sau đó nội suy ra giá trị phải bù để loại trừ sai số do ảnh hưởng của yếu tố A

Tài liệu tham khảo

1 Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hoà, Võ Thạch Sơn, Đào Văn

Tân Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường & điều khiển NXB Khoa học và

Kỹ thuật - 2001

2 Phan Quang Phô, Nguyễn Đức Chiến Giáo trình Cảm biến Nhà xuất bản Khoa

học và Kỹ thuật - 2000

3 Tạ Duy Liêm Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ Trường Đại học Bách

khoa Hà Nội - 1998

4 Đỗ Xuân Thụ (chủ biên) Kỹ thuật điện tử Nhà xuất bản Giáo dục - 2002

5 S.C Jomathon Lin Computer Nummerical Control Pelmar Publishers Inc

Mục lục

Lời mở đầu

Chương I Các khái niệm và đặc trưng cơ bản

1.1 Khái niệm và phân loại cảm biến

5

1.1.1 Khái niệm về cảm biến

1.1.2 Phân loại cảm biến

1.2 Đường cong chuẩn

7

1.2.1 Khái niệm

1.3 Các đặc trưng cơ bản

9

1.3.1 Độ nhạy

1.3.3 Sai số và độ chính xác

12

1.3.4 Độ nhanh và thời gian hồi đáp

1.3.5 Giới hạn sử dụng của cảm biến

14

1.4 Nguyên lý chế tạo cảm biến

15

1.4.1 Nguyên lý chế tạo cảm biến tích cực

15

1.4.2 Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ động

19

1.5 Mạch đo

20

1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch đo

21

Chương II Cảm biến quang

2.1 Tính chất và đơn vị đo ánh sáng

24

25

2.2 Cảm biến quang dẫn

26

2.2.1 Hiệu ứng quang dẫn

26

2.2.2 Tế bào quang dẫn

29

33

40

2.2.5 Phototranzito hiệu ứng trường

43

2.3 Cảm biến quang điện phát xạ

44

2.3.1 Hiệu ứng quang điện pháp xạ

44

2.3.2 Tế bào quang điện chân không

2.3.3 Tế bào quang điện dạng khí

46

Chương III Cảm biến đo nhiệt độ

3.1 Khái niệm cơ bản

48

3.1.1 Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ

48

3.1.2 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo

49

3.1.3 Phân loại cảm biến đo nhiệt độ

50

3.2 Nhiệt kế giản nở

3.2.1 Nhiệt kế giản nở dùng chất rắn

51

3.2.2 Nhiệt kế giản nở dùng chất lỏng

51

3.3 Nhiệt kế điện trở

52

52

3.3.2 Nhiệt kế điện trở kim loại

3.3.4 Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn

56

3.4 Cảm biến nhiệt ngẫu

3.4.1 Hiệu ứng nhiệt điện

57

3.4.2 Cấu tạo cặp nhiệt

59

3.4.3 Mạch đo và dụng cụ thứ cấp

62

3.5 Hoả kế

3.5.1 Hoả kế bức xạ toàm phần

67

3.5.2 Hoả kế quang điện

68

Chương IV Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển

4.1 Nguyên lý đo vị trí và dịch chuyển

71

4.2 Điện thế kế điện trở

4.2.1 Điện thế kế điện trở dùng con chạy cơ học

71

4.2.2 Điện thế kế điện trở không dùng con chạy cơ học

73

4.3 Cảm biến điện cảm

4.3.1 Cảm biến tự cảm

75

4.3.2 Cảm biến hỗ cảm

78