Đo lường công nghiệp - Chương 2: Đặc trưng của cảm biến - Nguyễn Đức Hoàng

ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPGiảng viên: Nguyễn Đức HoàngBộ môn Điều Khiển Tự ĐộngKhoa Điện – Điện TửĐại Học Bách Khoa Tp.HCMEmail: ndhoang@hcmut.edu.vnMÔN HỌCĐẶC TRƯNG CỦA CẢM BIẾNCHƯƠNG 2Nội dung chương 22.1 Transfer Function2.2 Span (Full-Scale Input)2.3 Full-Scale Output2.4 Accuracy2.5 Calibration2.6 Calibration Error2.7 Hysteresis2.8 Nonlinearity2.9 Saturation2.10 Repeatability2.11 Dead Band2.12 Resolution2.13 Special Properties2.14 Output Impedance2.15 Excitation2.16 Dynamic Characteristics2.17 Environmental Factors2.18 Realiability2.19 Application Characteristics2.20 UncertaintyTransfer FunctionTransfer Function (Hàm truyền ): biểu diễn mối quan hệ giữa ngõ ra với ngõ vào (kích thích).Hàm này thiết lập sự phụ thuộc giữa tín hiệu điện y tạo ra bởi cảm biến với kích thích x: y = f(x).Hàm tuyến tính	: y = a + b.xHàm logaric	: y = a + b.ln(x)Hàm e-mũ	: y = a.ekxHàm mũ	: y = a + b.xkĐộ nhạy : Span (Full-Scale Input)Span (FS): tầm ngõ vào mà cảm biến có thể biến đổi.Nó biểu diễn giá trị vào cao nhất có thể mà khi đưa vào cảm biến không gây ra sai số lớn.Full-Scale OutputFull-Scale Output (FSO): sai lệch giữa các tín hiệu ra khi kích thích lớn nhất và kích thích nhỏ nhất.AccuracyAccuracy (Độ đúng): sai lệch lớn nhất của giá trị biểu diễn bởi cảm biến với giá trị đúng (ngõ vào).Ví dụ: Một cảm biến dịch chuyển có độ nhạy b = 1mV/mmTN: s = 10mm  S = 10.5mVSai số ?AccuracyPhân biệt Accuracy (Độ đúng) với Precision (Độ chính xác)Độ chính xác caoĐộ đúng thấpSai số hệ thốngĐộ chính xác thấpĐộ đúng caoSai số ngẫu nhiênĐộ chính xác caoĐộ đúng caoCalibrationNếu dung sai của cảm biến và dung sai của mạch giao tiếp lớn hơn độ chính xác yêu cầu  calib (chuẩn định).Ví dụ: sử dụng cảm biến có độ chính xác ±1oC để đo nhiệt độ có độ chính xác ±0.5oC ?Được nếu cảm biến được calib.Calib: xác định các tham số mô tả hàm truyền.Hàm tuyến tính: cần ít nhất 2 điểm để xác định các hệ số a, bHàm phi tuyến: cần nhiều hơn 2 điểm hoặc dùng pp tuyến tính hóa từng đoạn.Calibration ErrorCalibration error: độ chính xác cho phép khi calib cảm biến trong nhà máy.Ví dụ: Calib cảm biến tuyến tính.HysteresisHysteresis (độ trễ): sai lệch ngõ vào của cảm biến tại một tín hiệu ngõ ra khi tiến từ các hướng ngược nhau.NonlinearityNonlinearity (độ phi tuyến): sai lệch lớn nhất của hàm truyền thực so với đường thẳng xấp xỉ.PP xác định độ phi tuyến:+ Điểm kết thúc.+ Bình phương cực tiểu.SaturationMỗi cảm biến có các giới hạn hoạt động. Khi tăng kích thích tới một mức nào đó thì ngõ ra không đáp ứng nữa  bão hòaDead BandDead Band (dải chết): độ không nhạy của cảm biến trong một khoảng ngõ vào nào đó.ResolutionResolution (độ phân giải): khoảng tăng nhỏ nhất của kích thích mà có thể cảm ứng được.VD: Độ phân giải của chiết áp 100 vòng bằng 1/100 = 1%.Output ImpedanceOutput Impedance (trở kháng ngõ ra).Mạch giao tiếp phải có trở kháng vào cao đối với CB có ngõ ra áp, trở kháng vào thấp đối với CB có ngõ ra dòng. (?)Dynamic CharacteristicsDynamic Characteristics (đặc trưng động): mô tả hành vi của cảm biến khi ngõ vào thay đổi.Dynamic CharacteristicsCác hệ thống đo bậc 0.VD:Dynamic CharacteristicsCác hệ thống đo bậc 1.Hàm truyền tương ứng:Trong đó:Độ nhạy tĩnhThời hằng của hệ thốngTần số cắtDynamic CharacteristicsCác hệ thống đo bậc 1.VD: Nhiệt kếDynamic CharacteristicsCác hệ thống đo bậc 2.Hàm truyền tương ứng:Trong đó:Độ nhạy tĩnhTần số dao động tự nhiênHệ số tắt dầnDynamic CharacteristicsCác hệ thống đo bậc 2.Các thông số đặc trưng cho hệ bậc 2Độ vọt lố:Thời gian xác lập:Dynamic CharacteristicsCác hệ thống đo bậc 2.Các thông số đặc trưng cho hệ bậc 2Thời gian lên:Thời gian tại đỉnhDynamic CharacteristicsCác hệ thống đo bậc 2.VD: Cảm biến đo gia tốcMạch giao tiếpĐầu ra của cảm biến nói chung không phù hợp với tải (phía sau nó) về điện áp, công suất,(tín hiệu ra nhỏ, thay đổi theo đầu vào)  cần mạch giao tiếp hay mạch gia công tín hiệu.Ví dụMỘT SỐ MẠCH XỬ LÍ TÍN HIỆUMạch cầu WheatstoneMạch cầu Wheatstone thường được dùng trong các mạch đo nhiệt độ, lực, ứng suất, áp suất, từ trường,Mạch lặp điện ápMạch khử điện áp lệchBộ khuếch đại đo lường IANguồn điện áp áp chính xácPin Weston tạo áp chuẩn 1.018V nhưng do có nội trở 1-2K nên sẽ không chính xác khi dòng cở A  khắc phục bằng mạch như trên với khả năng tải dòng 5mA.