Giáo án kỹ thuật đo lường - Chương 4

Quá trình đo lường, định nghĩa phép đo. Trong quá trình nghiên cứu khoa học nói chung và cụ thể là từ việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm cho đến khi vận hành, sữa chữa các thiết bị, c

CHƯƠNG 4.

4.1 Các sơ đồ chung

Dụng cụ đo lường đặc biệt là dụng cụ đo lường điện ngày nay rất đa dạng tùy theo mục đích, phạm vi sử dụng và yêu cầu cụ thể của các ứng dụng khác nhau Có nhiều loại dụng cụ đo được phân loại theo nhiều cách khác nhau: dụng cụ đo kiểu biến đổi thẳng, kiểu biến đổi bù; dụng cụ đo kiểu đánh giá trực tiếp, kiểu so sánh; dụng cụ đo tương tự, chỉ thị số…Các loại dụng cụ này mặc dù đa dạng nhưng có những đặc tính cơ bản và cấu trúc chung thống nhất

4.1.1 Sơ đồ cấu trúc chung của dụng cụ đo

Mỗi dụng cụ đo cơ bản có 3 bộ phận chính là:

- Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC)

- Mạch đo (MĐ)

- Cơ cấu chỉ thị (CCCT)

Hình 4.1 Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo

Cấu trúc chung của một cảm biến thông minh (Smart Sensor):

4.1.2 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng

Đối với dụng cụ đo biến đổi thẳng việc biến đổi thông tin chỉ diễn ra theo một hướng thẳng duy nhất, nghĩa là không có khâu phản hồi

Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng

Đại lượng đo X nối tiếp qua các khâu chuyển đổi: chuyển đổi sơ cấp CĐSC,

Chuyển đổi D/A

4 đến 20 mA

Chuyển đổi chuẩn hoá

Bộ vi xử

lý µP

Hiển thị và điều khiển Fieldbus

Interface

Đối

tượng

đo

Cấu trúc của cảm biến thông minh

Fieldbus Cảm biến

sơ cấp

CĐ1, CĐ2… được chuyển thành đại lượng Y tiện cho việc quan sát, ghi lại hay nhớ

để truyền cho cho cấu chỉ thị CCCT thực hiện chức năng chỉ thị kết quả hoặc truyền

đi xa

Các khâu CĐ1, CĐ2, …, CĐn làm nhiệm vụ xử lý thông tin đo để đưa về dạng dễ chỉ thị, thường là các khâu: phân áp đầu vào, mạch khuếch đại, biến đổi tương tự-số AD…

- Đặc điểm chung của dụng cụ đo biến đổi thẳng:

ƒ Cấu trúc đơn giản, tin cậy

ƒ Giá thành rẻ

ƒ Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản và chí phí thấp

ƒ Không đòi hỏi tay nghề cao

ƒ Độ chính xác thấp (thường có cấp chính xác cỡ 1 ÷ 2,5)

Ví dụ:

- Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo tương tự theo kiểu biến đổi thẳng: hình 4.3

- Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo số theo kiểu biến đổi thẳng: hình 4.4

Hình 4.3 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo tương tự theo kiểu biến đổi thẳng

Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo số theo kiểu biến đổi thẳng

4.1.3 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh

Dụng cụ đo kiểu so sánh sử dụng khâu phản hồi với các chuyển đổi ngược (CĐN)

để tạo ra tín hiệu Xk so sánh với tín hiệu cần đo X Mạch đo là một vòng khép kín

ƒ Sau bộ so sánh có ∆X = X - XK, đo ∆X hoặc đo các tín hiệu sau các chuyển đổi thuận Y có thể xác định được X Theo phương pháp so sánh có thể có 4 loại tương ứng là so sánh cân bằng, không cân bằng; so sánh đồng thời, không đồng thời

- Đặc điểm của dụng cụ đo kiểu so sánh:

ƒ Có cấu trúc phức tạp hơn so với dụng cụ đo biến đổi thẳng

ƒ Hiện nay thường dùng vi xử lí bên trong

ƒ Độ chính xác cao và giá thành đắt

Hình 4.5 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh

Ví dụ:

- Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh không cân bằng: hình 4.6

- Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh cân bằng: hình 4.7

- Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh để đo các đại lượng không điện: hình 4.8

Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh

không cân bằng

Hình 4.7 Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so

sánh cân bằng

Hình 4.8 Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh để đo các đại lượng không điện

4.2 Các khâu chức năng của thiết bị đo

- Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC): thực hiện chức năng biến đổi các đại lượng đo

thành tín hiệu điện Là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo, quyết định độ chính xác cũng như độ nhạy của dụng cụ đo Có nhiều loại chuyển đổi sơ cấp khác

nhau tùy thuộc đại lượng đo và đại lượng đầu ra của chuyển đổi

- Mạch đo (MĐ): thực hiện chức năng thu thập, gia công thông tin đo sau các

chuyển đổi sơ cấp; thực hiện các thao tác tính toán trên sơ đồ mạch Tùy thuộc dụng

cụ đo là kiểu biến đổi thẳng hay kiểu so sánh mà mạch đo có cấu trúc khác nhau

Các đặc tính cơ bản của mạch đo gồm: độ nhạy, độ chính xác, đặc tính động, công suất tiêu thụ, phạm vi làm việc được xét cụ thể cho mỗi loại mạch đo để có thiết kế phù hợp cũng như sử dụng có hiệu quả

Mạch đo thường sử dụng kĩ thuật vi điện tử và vi xử lý để nâng cao các đặc tính

kỹ thuật của dụng cụ đo

- Cơ cấu chỉ thị (CCCT): là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, thực hiện chức

năng thể hiện kết quả đo lường dưới dạng con số so với đơn vị sau khi qua mạch đo Các kiểu chỉ thị thường gặp gồm: chỉ thị bằng kim chỉ, chỉ thị bằng thiết bị tự ghi (ghi lại các tín hiệu thay đổi theo thời gian), chỉ thị dưới dạng con số (đọc trực tiếp hoặc tự động ghi lại)…

Việc phân chia các bộ phận như trên là theo chức năng, không nhất thiết phải theo cấu trúc vật lý, trong thực tế các khâu có thể gắn với nhau (một phần tử vật lý hực hiện nhiều chức năng), có sự liên hệ chặt chẽ với nhau bằng các mạch phản hồi…