BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN CẢM BIẾN(NHÓM 7_ĐHCĐT2K4)

Nhóm 7_ĐH CĐT2 K4 1

Tên sinh viên nhóm 7 thực hành môn cảm biến và đo lường:

Lớp Đại học Cơ điện tử 2-K4

- Nguyễn Văn Quân(0441020091)

- Phan Quang Tùng

- Nguyễn Văn Ngọc

- Nguyễn Trọng Thiện

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.


BỘ LỌC TẦN SỐ

High-pass and low-pass filters ( Bộ lọc cao tần và thấp tần)

Tần số phụ thuộc vào mạch phân áp Hàm truyền Đáp ứng tần số và đáp ứng pha, tần số cắt

Band-pass and band-stop filters ( Bộ lọc trung tần)

Tần số phụ thuộc vào mạch phân áp Hàm truyền Đáp ứng tần số và đáp ứng pha, cut-off frequencies

Band-pass filters ( Bộ lọc trung tần)

Quan hệ tính diện dung và điện cảm trong bộ lọc trung tần Đáp ứng tần số tần số cắt, băng thông, tần số trung tâm



BỘ LỌC CAO TẦN VÀ THẤP TẦN

Các mạch lọc được sử dụng để biến đổi biên độ của tín hiệu điện phụ thuộc vào tần số của chúng. Các tín hiệu có tần số không mong muốn sẽ được lam suy yếu và loại bỏ

Các mạch lọc loại này sử dụng các phần tử tứ cực thụ động

Thuật ngữ passive- thụ động chỉ sự không có liên quan đến hoạt động của khuếch đại tín hiệu

Thuật ngữ quadripole- tứ cực thực chất là chỉ bộ lọc có 4 cực, 1 cặp cực là tín hiệu ngõ vào, 1 cặp là tín hiệu ngõ ra



DẢI THÔNG VÀ DẢI CẮT

Đặc tính truyền đạt của mạch tứ cực được mô tả như sau

Hàm truyền F(ω)=U2/U1 Đáp ứng pha φ(ω).

Hàm truyền mô tả sự thay đổi của biên độ tín hiệu ra

Đáp ứng pha mô tả sự thay đổi về pha giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào phụ thuộc vào tấn số

Dải tấn số mà tín hiệu có thể qua bộ lọc mà không thay đổi gọi là dải thông hoặc dải truyền

Dải tần số mà tín hiệu đưa ra bị suy yếu hoạc triệt tiêu gọi là dải chặn.

a = dải thông b = dải chặn

Bộ lọc thấp tần



Bộ lọc cao tần

Biểu đồ vector

Biểu đồ vector trong tọa độ cực để biểu diễn tín hiệu dang sin, cos như hình vẽ

Do có trở kháng Xc nên dòng diện trễ pha so với hiệu điện thế:



Bộ lọc thông thấp

Bộ lọc thông thấp cho phép tất cả các tín hiệu có tần số nhỏ hơn một giá trị cho trước đi qua mà không bj ảnh hưởng. Trong khi đó các tín hiệu với tần số cao hơn sẽ bị suy yếu hoặc triệt tiêu

Hàm truyền



với

Trong đó tần số góc ω = 2π·ƒ

Theo định luật Ohm :

Z : trở kháng

BỘ LỌC CAO TẦN

Bộ lọc cao tần cho tín hiệu có tần số cao đi qua, cấu tạo cơ bản vẫn là tứ cực với điện trở R và tụ điện C

Hàm truyền :

Với



Biểu đồ vector cho bộ lọc cao tần R-C:

Cut-off frequency ( Tần số cắt)

Theo đinh nghĩa tần số cắt là tần số tại đó đáp ứng biên độ bằng 3db. Tại đó biên độ bằng 1/root(2), năng lượng bằng ½ tín hiệu ra

Đáp ứng của bộ lọc thông cao và thông thấp trong 3 trường hợp :

ω = 0

Bộ lọc thấp

Bộ lọc hoạt động như một điện trở thuần



Bộ lọc cao tần

Bộ lọc thuần dung kháng

ω →∞

Low-pass filter

Bộ lọc thuần dung kháng

High-pass filter

Bộ lọc hoạt động như một điện trở thuần

.

ω = ωc (tần số cắt)

Khi R=Zc

f3dB or ω3dB (fc or ωc) where the vector diagram forms an isoceles triangle.



Low-pass filter

High-pass filter

HÀM TRUYỀN VÀ BIỂU ĐỒ BODE

HÀM TRUYỀN

Low-pass filter:

High-pass filter:



Biểu đồ Nyquist bộ lọc thấp tần Biểu đồ Nyquist bộ lọc cao tần

BIÊU ĐỒ BODE

BỘ LỌC THẤP TẦN

Đáp ứng tần số



Đáp ứng pha

Đáp ứng biên độ

Đáp ứng pha

Bộ lọc thông dải và chặn dải là mạch lọc tứ cực dùng để làm suy yếu hoặc triệt tiêu những tín hiệu có tần số không mong muốn.

Bộ lọc thông dải chỉ cho những tín hiệu có tần số nằm trong một khoảng xác định đi qua, và là tổng hợp của bộ lọc thấp tần và bộ lọc cao tần.

Ngược lại bộ lọc chặn dải ngăn tín hiệu trong một dải tần số xác định

a = Dải thông

b = Dải bị lọc



Thông dải

Chặn dải

BỘ LỌC THÔNG DẢI

Hàm truyền :

với và



Bộ lọc chặn dải

Hàm truyền :

với và

Median frequency ( Tần số trung bình)

Đáp ứng biên độ, đáp ứng pha của bộ lọc thông dải và bộ lọc chặn dải trong các trường hợp :

ω = 0

Bộ lọc thông dải



Do đó


Do đó

ω → ∞

Bộ lọc thông dải

Do đó :


Do đó :

ω = ωm (median frequency- tần số trung bình)



Band-pass filter

Khi R1=1/ωC1 và 1/R2= ωC2 :

Band-stop filter

Khi 1/R1 = ωC1 và R2 = 1/ωC2:

ace for a band-pas Oscilloscope trace f



or

Band-pass filter

Band-stop filter

Khi f ở dải trung tần

Band-pass filter

HÀM TRUYỀN VÀ BIỂU ĐỒ BODE



Band-stop filter

Băng thông Δf được xác định bằng hiệu của f+45 and f-45 khi góc pha là +45° và -45°.

BIỂU ĐỒ NYQUIST

Bộ lọc thông dải Bộ lọc chặn dải



BIỂU ĐỒ BODE

BỘ LỌC THÔNG DẢI


Đáp ứng pha

BỘ LỌC CHẶN DẢI




MTI 7101 Highpass / Lowpass

Highpass(Bộ lọc thông cao)

**Bài tập 1 Biểu đồ dao động của tín hiệu ra theo tín hiệu vào

Fig. 1 Assembly, exercise 1, highpass

-Nối đầu vào hightpass của highpass/lowpass module SO 4201- 6W vào máy phát hàm (tần số 100Hz, độ lớn 20%, sóng hình sin 1:1). Bật máy phát điện, chọn mối liên hệ RC - R = 8.2kΩ, C = 10nF. -Trên giao diện UNITRAIN, nối đầu vào của mạch kênh A+ đâu ra với kênh B+, Nối đầu vào A- và B- xuống đất

-Bật máy đo dao động (oscilloscope) . Chọn thời gian timebase là 2ms/div; Đặt chuyển vị thẳng (vertical deflection) của các kênh A và B là 2V/div.

-Bắt đầu dao động . Để thu được hiển thị trên kênh A.

Cách làm việc với máy đo dao động ký.



Kết quả tiêu biểu:

T: 2 ms/DIV

CHN A [2 V/DIV] DC CHN B [2 V/DIV] DC

X = 2 ms/di

v

X/T (A)

Channel A =

2 V/div DC

Channel B =

2 V/div DC

Thay đổi tần số đến f = 4 kHz (oscilloscope timebase, 500µs). hiển thị kết quả.

Kết quả:



T: 500 µs/DIV dT: 4 msf: 250 Hz

dUA: 12 V

CHN A [2 V/DIV] DC CHN B [2 V/DIV] DC XT

Tính toán:

Hiệu điện thế ra khi tần số tăng.

Giải thông

Tần số và biên độ .

X = 500 µs/div X/T (A)

Channel A = 2 V/div DC

Channel B = 2 V/div DC



**Bài tập 2 Xác định biểu đồ bode cho mạch điện

Fig. 2 Assembly, exercise 2, highpass

-Biểu đồ bode cho mạch bây giờ sẽ được xác

định.Sử dụng công cụ để biểu diễn đồng thời tần số,pha của tín hiệu ra. -Để xác định ta phải nối kênh B+ với analoge out, kênh A+ với đầu ra của mạch điện.

Nối A- và B- với đất.

-Sử dụng cài đặt cho thông số đầu ra:

Giá trị bắt đầu 10 Hz, Giá trị kết thúc10000

Hz, Logarithmic step-

width, Giá trị 100, độ lớn 5V, đo 4 lần.



Xác định tần số giới hạn f3dB của mạch điện , khi điện thế ra giảm 3dB so với điên thế vào. Góc pha tại f = f3dB?

Kết quả tiêu biểu:

*Tần số giới hạn xấp xỉ kHz, góc pha xấp xỉ. ° .

**Bài tập 3 Đo đinh lượng tần số giới hạn của bộ lọc lowpas

Giá trị chính xác của tần số giới hạn sẽ được đo bằng cách sử dụng những cài đặt trong thiết bị đo dao động (oscilloscope measurement )(xem hình 1),nhưng lúc này Voltmeter B được dùng làm thiết bị đo. Đặt khoảng đo là 2V. Đặt chế độ đo là PP (đỉnh-đỉnh).

Đầu tiên, hãy tính tần số giứi hạn, f3dB.



Kết quả điển hình:

kH

giờ hãy tính giá trị điện áp ra f = f3dB.

Kết quả:

VPP ;

Ở đây, U1 là giá trị điện áp của giá trị đỉnh VPP.

tăng giá trị tần số đến khi điện thê ra đạt giá trị lớn nhất như tính toán ở trên thì giá trị của tần số luc đó bằng bao nhiêu ?

Kết quả:

f3dB = kHz



MTI 7101 Highpass / Lowpass

Lowpass(Bộ lọc thông thấp)

**Bài tập 1 biểu đồ dao động của tín hiệu đầu ra theo tín hiệu đầu vào

Fig. 1 Assembly, exercise 1, lowpass

- Nối đầu vào hightpass của highpass/lowpass module SO 4201- 6W vào máy phát hàm (tần số 100Hz, độ lớn 20%, sóng hình sin 1:1). Bật máy phát điện, chọn mối liên hệ RC - R = 8.2kΩ, C = 10nF. Trên giao diện UNITRAIN, nối đầu vào của mạch kênh A+ đâu ra với kênh B+, Nối đầu vào A- và B- xuống đất

bâật máy đ o dao đ ôộng (oscilloscope) . Chọn thời gian timebase là 2ms/div; Dặt chuyểnthẳng vertical deflection của các kênh A và B là 2V/div.

bắt đầu dao động . Để thu được hiển thị trên kênh A.

Cách làm việc với máy đo dao động ký.

Typical results:



T: 2 ms/DIV dT: 16 msf: 62.5 Hz

dUA: 12 V

CHN A [2 V/DIV] DC CHN B [2 V/DIV] DC XT

X = 2 ms/di

v

X/T (A)

Channel A =

2 V/div DC

Channel B =

2 V/div DC

*Thay đổi tần số đến f = 4 kHz (oscilloscope timebase, 500µs). hiển thị kết quả.

Result:



T: 500 µs/DIV dT: 4 msf: 250 Hz

dUA: 12 V

CHN A [2 V/DIV] DC CHN B [2 V/DIV] DC

X = 500

µs/div

X/T (A)

Channel A =

2 V/div DC

Channel B =

2 V/div DC

*Tính toán:

Hiệu điện thế ra khi tăng tần số. Giải thông tần số và

biên độ

**Bài tập 2 Xác định biểu đồ bode cho mạch điện



Fig. 2 Assembly, exercise 2, lowpass

* Biểu đồ Bode cho mạch bây giờ sẽ được xác định.

Sử dụng công thức biểu diễn đồng thời tần số,pha của tín hiệu ra. để xác định ta phải nối kênh B+ với analoge out, kênh A+ với đầu ra của mạch điện.

Nối A- và B- với đất

-Sử dụng cài đặt cho thông số đầu ra:

Giá trị bắt đầu 10 Hz,

Giá trị kết thúc10000 Hz,

Logarithmic step-width,

Giá trị 100, độ lớn 5V, đo 4 lần

*Xác định tần số giới hạn f3dB của mạch điện , trong đó điện thế ra giảm 3dB so voi dien the vao. Góc pha tai f = f3dB?

Typical results:



1E1 1E2 1E3 1E4 1E5 1E6f [Hz]

0

5

10

-5

-10

-15

-20

|F| [d

B]

0

30

60

90

120

150

180

-30

-60

-90

-120

-150

-180

ph

i [D

eg]

Biểu đồ Bode.

Tần số giới hạn xấp xỉ kHz, góc pha xấp xỉ. °.

**Exercise 3 Đo đinh lượng tần số giới hạn của bộ lọc lowpas

Giá trị chính xác của tần số giới hạn se được đo bằng cách sử dụng những cài đặt trong thiết bị đo dao động (oscilloscope measurement )(xem hình 1),nhưng lúc này Voltmeter B được dùng làm thiết bị đo. Đặt khoảng đo là 2V. Đặt chế độ đo là PP (đỉnh-đỉnh).

*Đầu tiên, hãy tính tần số giới hạn, f3dB.

*Kết quả điển hình:



kHz

giờ hãy tính giá trị điện áp ra f = f3dB

Result:

VPP ;

Ở đây, U1 là giá trị điện áp của giá trị đỉnh VPP.

* Tăng giá trị tần số đến khi điện thê ra đạt giá trị lớn nhất như tính toán ở trên thì giá trị của tần số luc đó bằng bao nhiêu ?

Kết quả:

f3dB = kHz

Bài 2: Đo áp suất

Các kiểu đo áp suất Bên cạnh nhiệt độ, áp suất là một trong những đại lượng vật lý quan trọng nhất. Nó được xác định như là lực F trên đơn vị diện tích A: P=F/A Đơn vị của đo áp suất pascal(PA)

Một số đơn vị khác: 1 bar= 100000 PA= 0.1 MPa 1 mbar = 100 Pa = 0.001 bars



Trong một số trường hợp, người ta sử dụng đơn vị mmHg. 1 mmHg= 1.33 mbar hay 1 mbar = 0.75 mmHg Các kiểu áp suất. Áp suất tuyệt đối Áp suất đo trên áp suất chân không. Áp suất khí quyển Áp suất trung bình tại mặt nước biển là 1013.2 mbar Áp suất trên áp suất Áp suất tuyệt đối cao hơn áp suất khí quyển khí quyển Áp suất trên áp suất Áp suất tuyệt đối thấp hơn áp suất khí quyển khí quyển Chênh lệch áp suất Sự khác nhau giữa áp suất p1 và p2 Áp suất thủy tĩnh Áp suất chất lỏng bên trong thùng kín. Hầu hết các phép đo bao gồm sự chênh lệch áp suất sử dụng áp suất khí quyển như la 1 điểm chuẩn. Tức là sự khác nhau của một áp suất tuyệt đối được đo và một áp suất tuyệt đối của khí quyển. Hình ảnh dưới đây nói rõ hơn về mối quan hệ này. Hai điểm đo được đánh dấu (1) và (2).

Các phương pháp đo áp suất Áp suất có thể đo trực tiếp hay gian tiếp. Phép đo trực tiếp xác định áp suất trực tiếp sử dụng nguyên lý vật lý cơ bản. Phép đo gián tiếp tận dụng sự đàn hồi của lò xo hoặc điên trường tạo ra để đọc được giá trị áp suất. Một ví dụ của thiết bị đo áp suất bằng cơ khí. Đây là một áp kế bao gồm một lò xo. Sự biến dạng của lò xo dùng để đo áp suất. Bởi vì mỗi sự biến dạng dù chỉ là rất nhỏ, một kim cơ khí được sử dụng để khuếch đại hiệu ứng, kim này quay xung quanh một mặt đồng hồ chỉ thị. Tỉ lệ của áp suất được đánh dấu trên đồng hồ và giá trị áp suất có thể đọc trực tiếp từ đó.



Thiết bị đo áp suất bằng điện Tất cả các phép đo áp suất bằng điện chuyển đổi áp suất tới một tín hiệu mà thương được khuếch đại và hiển thị. Các xích đo từ áp suất tới hiển thị bao gồm 3 thành phần chính: bộ chuyển đổi áp suất, bộ khuếch đại, bộ hiển thị. Phương pháp chung nhất để chuyển đổi áp suất tới một mức điện áp sử dụng độ lệch của một màng đàn hồi cao mà áp suất tác động lenn đó. Độ lệch này có thể đo sử dụng kỹ thuật điện dung, điện cảm hay điện trở. Dụng cụ đo áp điện có đáp ứng động rất tốt. Bởi vì sự biến dạng của các phần tử nhạy với áp suất là đủ để gây ra một tín hiệu có thể sủ dụng được làm các thiết bị đo áp suất cực nhỏ. Trong phương pháp đo điện dụng, màng thực tế hoạt động như một mặt của một bản tụ điện.Sự thay đổi hình dạng của màng gây ra điện dung của nó thay đổi.Điều này có thể đo bởi một sự thay đổi trong tần số mà nó gây ra chẳng hạn. Trong phương pháp đo điện cảm, độ lệch của màng do áp suất gây ra bởi một lõi sắt di chuyển xuyên qua một cuộn dây mà làm cho độ tự cảm của cuộn dây được đo thay đổi.Về bản chất một biến áp vi sai được sử dụng như phần tử đo.Nó bao gồm một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp sắp xếp đồng tâm. Cảm biến áp suất kiểu điện cảm.

\\



Hầu hết các bộ cảm biến áp điện sử dụng phương pháp điện trở, áp suất gây ra một sự thay đổi về điện trở của hệ thống. Hầu hết chúng sử dụng các dây kim loại hay bán dẫn. Nguyên lý cơ bản máy đo này là sự giãn của dây làm cho điệm trở của nó thay đổi. Một số kiểu cảm biến áp suất kiểu điện trở.

Card thí nghiệm SO4203-5S Card đo áp suất UNI-TRAIN card SO4203-5S có hai cảm biến đo áp suất. Cảm biến đầu tiên là một cảm biến áp suất tuyệt đối đã đươc hiệu chỉnh từ một điểm cố định ( áp suất chân không). Điện áp cầu đo tỉ lệ với áp suất đầu vào cảm biến. Cảm biến thứ hai đo áp suất vi sai, điện áp đầu ra của cầu tỉ lệ vơi sự chênh lêch áp suất.



< td>

Nguyên lý của cảm biến áp điện Hiệu ứng áp điện: xuất hiện diện thế trên bề mặt tinh thể thạch anh khi có sự biến dạng về cơ học. Cảm biến áp điện tương tự như một tụ điện. Tác động của lực làm điện áp U thay đổi.

Hình bên cho thấy mạch tương đương một cảm biến áp điện. Thời gian hằng T-R*C cho thấy sau bao lâu điện áp trở về giá trị thường khi hết lực tác động.



Các cảm biến điện công nghiệp

.

Trong thí nghiệm cảm biến áp suất tuyệt đối Xác định đặc tính của cảm biến Trong thí nghiệm dưới đặc tính tĩnh của cảm biến áp suất tuyệt đối sẽ xác định. Áp suất được cung cấp sử dụng một tay bơm với một áp kế, và điện áp đầu ra đươc đo sử dụng thiết bị ảo Voltmeter A. Điện áp thực tạo ra bởi cảm biến được khuếch đại bởi bộ khuếch đại đo lường. Cầu đo với cảm biến được cung cấp với nguồn từ một nguồn điện áp hằng số. mạch dươi đây minh họa điều này.



Đầu tiên mở Instrumentation Amplifier và đặt các tham số như dưới:

Settings for instrumentation amplifier

Gain 1

Offset Amp1 0

Offset Amp2 0



Mở Volmeter A và đặt các tham số như dưới:

Settings for Voltmeter A

Operating mode DC

Display AV

Measuring range 500 mV

Tăng áp suất hoạt động cảm biến với sự giúp đỡ của bơm tay bắt đầu từ 0 mmHg tăng với các bước 20 mmHg. Đo điện áp đầu ra từ bộ khuếch đại đo lường Uout tại mỗi trường hợp. Điền các giá trị đo được vào bảng dưới đây. Khi hoàn thành nhấn vao Chart để xem đường đặc tính.

p/mmHg p/ mbar Uout\ mV 0.00 0.00 91

20.00 26.60 93 40.00 53.20 97 60.00 79.80 100 80.00 106.40 103 100.00 133.00 105 120.00 159.60 107 140.00 186.20 111 160.00 212.80 114 180.00 239.40 118 200.00 260.00 120 220.00 292.60 123 240.00 319.20 126 260.00 345.80 128 280.00 372.40 131 300.00 400.00 134



Lặp lại thí nghiệm bắt đầu từ áp suất 300 mmHg và giảm dần với bước 20 mmHg. Điền các kết quả thu được vào bảng. Khi hoàn thành nhấn vao Chart để xem đường đặc tính.

p/mmHg p/ mbar Uout\ mV 300.00 400.00 132 280.00 372.40 130 260.00 345.80 128 240.00 319.20 125 220.00 292.60 122 200.00 260.00 120 180.00 239.40 117 160.00 212.80 114 140.00 186.20 111 120.00 159.80 108 100.00 133.00 105 80.00 106.40 102 60.00 79.80 99 40.00 53.20 96 20.00 26.60 93 0.00 0.00 91

Giả thích kết quả vào bên dưới

Trong thí nghiệm cảm biến áp suất vi sai Xác định đặc tính của cảm biến




Settings for Instrumentation Amplifier

Gain 10

Offset Amp1 0

Offset Amp2 0





Operating mode DC

Display AV

Measuring range 2 V


Bài 2: Đo áp suất

Các kiểu đo áp suất Bên cạnh nhiệt độ, áp suất là một trong những đại lượng vật lý quan trọng nhất. Nó được xác định như là lực F trên đơn vị diện tích A: P=F/A Đơn vị của đo áp suất pascal(PA)

Một số đơn vị khác: 1 bar= 100000 PA= 0.1 MPa 1 mbar = 100 Pa = 0.001 bars Trong một số trường hợp, người ta sử dụng đơn vị mmHg. 1 mmHg= 1.33 mbar hay 1 mbar = 0.75 mmHg Các kiểu áp suất. Áp suất tuyệt đối Áp suất đo trên áp suất chân không. Áp suất khí quyển Áp suất trung bình tại mặt nước biển là 1013.2 mbar Áp suất trên áp suất Áp suất tuyệt đối cao hơn áp suất khí quyển khí quyển Áp suất trên áp suất Áp suất tuyệt đối thấp hơn áp suất khí quyển khí quyển



Chênh lệch áp suất Sự khác nhau giữa áp suất p1 và p2 Áp suất thủy tĩnh Áp suất chất lỏng bên trong thùng kín. Hầu hết các phép đo bao gồm sự chênh lệch áp suất sử dụng áp suất khí quyển như la 1 điểm chuẩn. Tức là sự khác nhau của một áp suất tuyệt đối được đo và một áp suất tuyệt đối của khí quyển. Hình ảnh dưới đây nói rõ hơn về mối quan hệ này. Hai điểm đo được đánh dấu (1) và (2).

Các phương pháp đo áp suất Áp suất có thể đo trực tiếp hay gian tiếp. Phép đo trực tiếp xác định áp suất trực tiếp sử dụng nguyên lý vật lý cơ bản. Phép đo gián tiếp tận dụng sự đàn hồi của lò xo hoặc điên trường tạo ra để đọc được giá trị áp suất. Một ví dụ của thiết bị đo áp suất bằng cơ khí. Đây là một áp kế bao gồm một lò xo. Sự biến dạng của lò xo dùng để đo áp suất. Bởi vì mỗi sự biến dạng dù chỉ là rất nhỏ, một kim cơ khí được sử dụng để khuếch đại hiệu ứng, kim này quay xung quanh một mặt đồng hồ chỉ thị. Tỉ lệ của áp suất được đánh dấu trên đồng hồ và giá trị áp suất có thể đọc trực tiếp từ đó.

Thiết bị đo áp suất bằng điện Tất cả các phép đo áp suất bằng điện chuyển đổi áp suất tới một tín hiệu mà thương được khuếch đại và hiển thị. Các xích đo từ áp suất tới hiển thị bao gồm 3 thành phần chính: bộ chuyển đổi áp suất, bộ khuếch đại, bộ hiển thị. Phương pháp chung nhất để chuyển đổi áp suất tới một mức điện áp sử dụng độ lệch của một màng đàn hồi cao mà áp suất tác động lenn đó. Độ lệch này có thể đo



sử dụng kỹ thuật điện dung, điện cảm hay điện trở. Dụng cụ đo áp điện có đáp ứng động rất tốt. Bởi vì sự biến dạng của các phần tử nhạy với áp suất là đủ để gây ra một tín hiệu có thể sủ dụng được làm các thiết bị đo áp suất cực nhỏ. Trong phương pháp đo điện dụng, màng thực tế hoạt động như một mặt của một bản tụ điện.Sự thay đổi hình dạng của màng gây ra điện dung của nó thay đổi.Điều này có thể đo bởi một sự thay đổi trong tần số mà nó gây ra chẳng hạn. Trong phương pháp đo điện cảm, độ lệch của màng do áp suất gây ra bởi một lõi sắt di chuyển xuyên qua một cuộn dây mà làm cho độ tự cảm của cuộn dây được đo thay đổi.Về bản chất một biến áp vi sai được sử dụng như phần tử đo.Nó bao gồm một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp sắp xếp đồng tâm. Cảm biến áp suất kiểu điện cảm.

\\ Hầu hết các bộ cảm biến áp điện sử dụng phương pháp điện trở, áp suất gây ra một sự thay đổi về điện trở của hệ thống. Hầu hết chúng sử dụng các dây kim loại hay bán dẫn. Nguyên lý cơ bản máy đo này là sự giãn của dây làm cho điệm trở của nó thay đổi. Một số kiểu cảm biến áp suất kiểu điện trở.



Card thí nghiệm SO4203-5S Card đo áp suất UNI-TRAIN card SO4203-5S có hai cảm biến đo áp suất. Cảm biến đầu tiên là một cảm biến áp suất tuyệt đối đã đươc hiệu chỉnh từ một điểm cố định ( áp suất chân không). Điện áp cầu đo tỉ lệ với áp suất đầu vào cảm biến. Cảm biến thứ hai đo áp suất vi sai, điện áp đầu ra của cầu tỉ lệ vơi sự chênh lêch áp suất.



< td>

Nguyên lý của cảm biến áp điện Hiệu ứng áp điện: xuất hiện diện thế trên bề mặt tinh thể thạch anh khi có sự biến dạng về cơ học. Cảm biến áp điện tương tự như một tụ điện. Tác động của lực làm điện áp U thay đổi.

Hình bên cho thấy mạch tương đương một cảm biến áp điện. Thời gian hằng T-R*C cho thấy sau bao lâu điện áp trở về giá trị thường khi hết lực tác động.



Các cảm biến điện công nghiệp

.

Trong thí nghiệm cảm biến áp suất tuyệt đối Xác định đặc tính của cảm biến Trong thí nghiệm dưới đặc tính tĩnh của cảm biến áp suất tuyệt đối sẽ xác định. Áp suất được cung cấp sử dụng một tay bơm với một áp kế, và điện áp đầu ra đươc đo sử dụng thiết bị ảo Voltmeter A. Điện áp thực tạo ra bởi cảm biến được khuếch đại bởi bộ khuếch đại đo lường. Cầu đo với cảm biến được cung cấp với nguồn từ một nguồn điện áp hằng số. mạch dươi đây minh họa điều này.




Settings for instrumentation amplifier

Gain 1

Offset Amp1 0

Offset Amp2 0





Operating mode DC

Display AV

Measuring range 500 mV


p/mmHg p/ mbar Uout\ mV 0.00 0.00 91

20.00 26.60 93 40.00 53.20 97 60.00 79.80 100 80.00 106.40 103 100.00 133.00 105 120.00 159.60 107 140.00 186.20 111 160.00 212.80 114 180.00 239.40 118 200.00 260.00 120 220.00 292.60 123 240.00 319.20 126 260.00 345.80 128 280.00 372.40 131 300.00 400.00 134



Lặp lại thí nghiệm bắt đầu từ áp suất 300 mmHg và giảm dần với bước 20 mmHg. Điền các kết quả thu được vào bảng. Khi hoàn thành nhấn vao Chart để xem đường đặc tính.

p/mmHg p/ mbar Uout\ mV 300.00 400.00 132 280.00 372.40 130 260.00 345.80 128 240.00 319.20 125 220.00 292.60 122 200.00 260.00 120 180.00 239.40 117 160.00 212.80 114 140.00 186.20 111 120.00 159.80 108 100.00 133.00 105 80.00 106.40 102 60.00 79.80 99 40.00 53.20 96 20.00 26.60 93 0.00 0.00 91

Giả thích kết quả vào bên dưới

Trong thí nghiệm cảm biến áp suất vi sai Xác định đặc tính của cảm biến




Settings for Instrumentation Amplifier

Gain 10

Offset Amp1 0

Offset Amp2 0





Operating mode DC

Display AV

Measuring range 2 V


NGUYÊN LÝ CỦA CẢM BIẾN TIỆM CẬN LOẠI ĐIỆN CẢM

Cấu tạo của cảm biến tiệm cận loại điện cảm

Cảm biến điện cảm thường chứa một hay nhiều cuộn dây có hệ số tự cảm có thể thay đổi được. Cuộn dây có dạng ống trụ, và công thức tính giá trị điện cảm L của cuộn dây như hình vẽ l :chiều dài cuộn dây A :diện tích mặt cắt của cuộn dây N :số vòng dây µ0 :hằng số môi trường µr : độ từ thẩm

Nguyên lý của cảm biến điện cảm



đo khoảng cách hoặc sự di chuyển dựa trên sự thay đổi của điện cảm cuộn dây. Sự thay đổi của hệ số tự cảm có thể được phát hiện bằng mạch cầu đo thích hợp

Cuộn cảm vi sai

Lõi của cuộn dây là phần ứng, khi di chuyển làm thay đổi giá trị điện cảm của cuộn cảm L1 và L2 . Cuộn này tăng 1 lượng thì cuộn kia giảm 1 lượng tương ứng

Mạch đo sử dụng nguồn xoay chiều U~. và các điện trở R1 ,R2 .Điện thế UM tương ứng tỉ lệ với sự dịch chuyển của phần ứng.

Cảm biến tiệm cận loại điện cảm



Cảm biến tiệm cận loại điện cảm dùng phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại không từ tính (như Nhôm, đồng..) Phạm vi hoạt động thường không nhiều hơn một vài milimet.

Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm phát hiện sự suy giảm từ tính do dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài. Trường điện từ xoay chiều sinh ra trên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụ thuộc vào dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể kim loại được phát hiện. Một phương pháp khác để phát hiện vật thể bằng nhôm nhờ phát hiện pha của tần số. Tất cả các cảm biến phát hiện kim loại đều sử dụng cuộn dây để phát hiện sự thay đổi điện cảm. Ngoài ra còn có loại cảm biến đáp ứng xung, loại này phát ra dòng điện xoáy dưới dạng xung và phát hiện số lần thay đổi dòng điện xoáy với điện áp sinh ra trên cuộn dây. Vật thể cần phát hiện và cảm biến khi tiến gần nhau giồng như hiện tượng cảm ứng điện từ trong máy biến áp.

Inductive proximity switch ( Công tắc tiệm cận điện cảm)

Cảm biến tiệm cận điện cảm có thể sử dụng như một công tắc, khi biên độ điện áp được xử lý bằng bộ khởi động Schmitt. Công tắc sẽ đóng hoặc mở khi khoảng cách giữa cảm biến và vật thể dưới một ngưỡng xác định( có thể hiệu chỉnh)

NGUYÊN LÝ CỦA CẢM BIẾN TIỆM CẬN LOẠI ĐIỆN DUNG



Cấu tạo của cảm biến tiệm cận loại điện dung

Cấu tạo đơn giản của một cảm biến tiệm cận loại diện dung là một biến dung Điện dung của tụ điện được tính theo công thức bên C : điện dung của tụ A : diện tích giữa hai bản tụ d : khoảng cách giữa hai bản tụ ɛ0 : hằng số phụ thuộc môi trường

ɛr : hằng số điện môi lớp cách điện giữa hai bản tụ

Để thay đổi điện dung của tụ ta có thể dùng những cách sau:

Thay đổi khoảng cách giữa hai bản tụ

.

Thay đổi diện tích giữa 2 bản cực



Thay đổi điện môi

Ứng dụng đo mực chất lỏng

Cấu tạo tube capacitor



Khi cực thứ hai của ống di chuyển giữa trục ống ( cực thứ nhất). Diện tích giữa hai bản cực thay đổi , do đó diện dung của ông thay đổi

Thí nghiệm đo sự dịch chuyển I (cbtc loại điện cảm)

Hiệu chỉnh điểm không (Zero-point) cho cầu đo

Thí nghiệm bắt đầu bằng việc set điểm không cho cầu đo tại vị trí trung tâm của cầu đo. Điện thế vào cầu được cấp bởi Function generator. Điện thế ra được đo bằng Oscilloscope. Sơ đồ mạch đo:



<>

Bật function generator và chỉnh các thông số như sau:

Function generator

Power On

Signal form Sine

Amplitude 100 %

Factor 1:1

Frequency 5 kHz

Bật oscilloscope và chỉnh các thông số như sau:

Oscilloscope settings

Operating mode X/T

Time base 50 µs

Coupling channel A DC

Sensitivity channel A 100 mV

Coupling channel B OFF

Trigger Channel A

Dịch chuyển lõi của cuộn dây đến vị trí trung tâm ( vạch 20). Điều chỉnh



biến trở kiểu chiết áp để set điểm không ( zero point) , biên độ điện thế cầu đo đạt giá trị nhỏ nhất

Cài đặt thí nghiệm như hình vẽ

<>

Thay đổi thông số cho Oscilloscope như sau:

Oscilloscope

Operating mode X/T

Time base 50 µs


Sensitivity channel A 5 V



Coupling channel B DC

Sensitivity channel B 2 V

Trigger Channel A

Dịch chuyển lõi cuộn dây xuống mức thấp nhất ( vạch 0). Thực hiện thí nghiệm

Dịch chuyển lõi cuộn dây xuống mức cao nhất ( vạch 0). Thực hiện thí nghiệm

Độ lệch pha giữa cầu đo và điện thế đầu ra bộ khuếch đại vi sai Hệ số khuếch đại ( độ lợi) của bộ khuếch đại vi sai



**Nguyên tắc của bộ cảm biến điện dung

-Thiết kế các cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung cơ bản bao gồm một tụ điện với điện dung biến. Sơ đồ

bên trái cho thấy một tấm đơn giản tụ điện và các công thức để xác định điện

dung C. A của nó là diện tích bề mặt hiệu quả của tấm, d là khoảng cách

tấm, 0 là r trường liên tục và là hằng số điện môi của trung bình giữa các

tấm.

Các nguyên tắc cảm biến dựa trên gây ra những thay đổi trong biến điện

không có lợi cho chúng tôi để được phản ánh trong những thay đổi trong

điện dung của tụ điện để họ có thể được đo bằng cách sử dụng một mạch

phù hợp. Những thay đổi về điện dung có thể là do thay đổi diện tích bề mặt

đĩa, trong tách tấm hoặc trong permittivity điện môi tương đối.

-Thay đổi trong việc tách tấm

Điện dung của một tụ điện tỉ lệ nghịch với khoảng cách d giữa các tấm, như

trong phương trình trên. Vì vậy, nếu hiệu ứng bên ngoài gây ra sự tách biệt

tăng, giảm điện dung và ngược lại (xem bên phải hình ảnh động). Thay đổi

trong phân có thể như vậy được sử dụng để đo chuyển vị nhỏ. Do tỉ lệ

nghịch đảo, mặc dù, các mối quan hệ giữa việc tách và điện dung là phi

tuyến tính. Các đường cong đặc trưng là một hyperbol.

-Thay đổi trong diện tích bề mặt đĩa hiệu quả

Thay vì đo chuyển bằng cách thay đổi sự phân chia đĩa, có thể để di chuyển

các tấm song song với nhau (như trong sơ đồ bên phải). Điều này làm cho

diện tích bề mặt hiệu quả của một tụ điện để giảm kể từ khi các tấm chỉ một

phần chồng lên nhau, mà kết quả trong một giảm của điện dung. Kể từ khi

điện dung là tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt chồng chéo, những đặc tính

trong trường hợp này là tuyến tính.

Thay đổi trong điện thẩm tương đối

Điện dung của tụ điện tỉ lệ với điện thẩm tương đối của môi trường giữa hai



tấm như thể hiện trong phương trình trên. Sự gia tăng trong điện thẩm tương

đối do sự hiện diện của một chất điện môi khác nhau làm tăng điện dung

(xem hình bên phải). Nếu các điện môi thứ hai chỉ là một phần nằm trong

các tụ điện, điều này có thể được thể hiện như là một kết nối song song của

hai tụ điện khác nhau, mỗi trong số đó chỉ có một trong hai tài liệu như là

phương tiện điện môi của nó. Nếu vừa ban đầu giữa các tấm là không khí (

r = 1), điện dung tăng tuyến tính khi môi trường thứ hai được giới thiệu.

Các nguyên tắc mô tả ở đây có thể, ví dụ, được sử dụng để đo lường một

cách đầy đủ tàu là (xem hình ảnh trái). Khi tàu đầy lên, chất lỏng có nơi

không khí giữa các tấm tăng điện thẩm tương đối và do đó điện dung của tụ

điện. Nếu phương pháp này được sử dụng để đo chất lỏng tiến hành, một

trong những điện cực phải được cách ly, trong trường hợp tàu tự động như

các điện cực thứ hai. Theo cách tương tự, chẳng hạn một bộ cảm biến điện

dung cũng có thể được sử dụng để đo độ ẩm hoặc độ ẩm.

Thiết kế của một ống tụ

Một thiết kế cơ thể thay thế cho các tấm tụ như một ống tụ điện (xem bên

phải). Các điện cực đầu tiên được hình thành bởi các ống kèm theo, trong

khi các điện cực thứ hai chạy qua giữa các tụ điện. Với thiết kế này, việc

tách tấm được đảm bảo là không đổi và thậm chí nếu trục được xoay nó

không có hiệu lực điện dung. Chuyển được đo trong trường hợp này bằng

cách di chuyển điện cực trung tâm. chuyển động này dẫn đến sự thay đổi về

diện tích bề mặt hiệu quả và do đó điện dung như một toàn thể.

'Chuyển cảm biến điện dung' thẻ SO4203-5W

Tổng

Các UNI-TRAIN thẻ điện dung chuyển cảm biến có chứa một cảm biến

chuyển điện dung trong các hình thức của một tụ điện có diện tích biến tấm

hiệu quả. Các phát hiện của chuyển là đạt được khi một trong những tấm di

chuyển. Điều này dẫn đến một sự thay đổi về hiệu quả của tụ điện Một diện

tích bề mặt, có thể được đo khi tụ điện là một phần của một cây cầu đo cung

cấp với AC hiện hành.



Di chuyển chuột qua thông tin của các biểu tượng trên hình ảnh của thẻ để

tìm hiểu thêm chi tiết.

Các hình ảnh sau đây cho thấy các mạch cho một cảm biến chuyển điện

dung.

<>

Các tấm diện tích bề mặt hiệu quả xác định điện dung. tụ điện này là một

phần của một mạch cộng hưởng hoặc điều chỉnh (1) và xác định tần số cộng

hưởng f của mạch điện. Một tần số điện áp (f / V) chuyển đổi (2) được kết

nối sau khi mạch này và nó phục vụ cho chuyển đổi tần số vào một điện áp

đầu ra tỷ lệ thuận. Một bộ khuếch đại vi sai (3) có thể điều chỉnh bù đắp và

được đổi sản lượng từ bộ chuyển đổi để cung cấp các sản phẩm cuối cùng

của bộ cảm biến chuyển ở các ổ cắm ngoài.

Bai 1



Các thí nghiệm - đo điện dung chuyển I

Zero-point hiệu chuẩn và điều chỉnh các bộ khuếch đại

Các thử nghiệm sau đây bắt đầu bằng cách điều tra các chức năng của một

cảm biến chuyển. Bên cạnh đó những điểm số không của bộ cảm biến

chuyển phải được kiểm định và các bộ khuếch đại được thành lập để cảm

biến điện áp đầu ra trong khoảng 0-10 V. Sơ đồ dưới đây cho thấy các mạch

đo lường thích hợp.

Lắp ráp các mạch thử nghiệm sau đây.

Mở máy hiện sóng và thiết lập các thông số sau:

Oscilloscope cài đặt

Chế độ hoạt động X / T

Timebase 20 μs

Khớp nối kênh A DC

Oscilloscope settings

Operating mode X/T

Timebase 20 µs


Sensitivity channel A 200 mV

Coupling channel B OFF

Trigger Channel A



Độ nhạy kênh A 200 mV

Khớp nối kênh B OFF

Trigger Channel A

Để thiết lập bù đắp và khuếch đại, thiết lập các tông đơ để giới hạn bên trái

của nó và di chuyển các tấm tụ điện để giới hạn dưới của nó (vị trí 0). Sao

chép theo dõi kết quả dao động ký vào giữ chỗ dưới đây.



Bây giờ di chuyển các tấm tụ điện để giới hạn trên của nó (vị trí 60) và lặp

lại thử nghiệm. Sao chép theo dõi kết quả dao động ký vào giữ chỗ dưới đây.

Ảnh hưởng gì vị trí của bộ cảm biến chuyển có vào tần số của mạch điều

chỉnh? Nhập câu trả lời của bạn vào hộp văn bản dưới đây.



Bây giờ đóng máy hiện sóng. Mở vôn kế B và thiết lập các thông số sau:

Cài đặt cho vôn kế B

Chế độ hoạt động DC

Hiển thị AV

Phạm vi đo 20 V

Bây giờ di chuyển các bộ chuyển đổi chuyển sang vị trí 0 và điều chỉnh tông

đơ để bù đắp cảm biến các kết quả đầu ra một điện áp bằng 0. Sau đó di

chuyển cảm biến vị trí 60 và thiết lập các tông đơ để đạt được điện áp đầu ra

để đạt đến 10 V.

Đóng vôn kế lại và mở máy hiện sóng một lần nữa. Di chuyển tụ điện để

dưới cùng với giới hạn dưới và xác định tần số f tương ứng của các mạch

chỉnh. Di chuyển lên trên tấm tụ điện trong các bước của quy mô trong 5

đơn vị và đo tần số tại mỗi bước. Nhập các cặp giá trị vào bảng sau đó

chuyển nó vào chế độ đồ để hiển thị đặc trưng.

F(kHz) 0 3.03 5 3.07 10 3.13 15 3.25 20 3.33 25 3.47 30 3.57 35 3.65 40 3.85 45 3.97 50 4.17 55 4.39 60 4.63



hình dạng của các đặc tính kết quả là gì? Làm thế nào để bạn giải thích kết

quả? Nhập câu trả lời của bạn vào hộp văn bản dưới đây.

Bai2

Các thí nghiệm - đo điện dung chuyển II

Xác định các cảm biến đặc trưng

Các thử nghiệm sau đây sẽ xác định các đặc trưng tĩnh của cảm biến. Các

tấm tụ di động đang di chuyển trong các bước bắt đầu từ giới hạn thấp hơn

giới hạn trên. Đối với mỗi vị trí x sản lượng tương ứng uOut điện áp được

đo thông qua các mạch đo lường. Vôn kế là sử dụng để đo điện áp đầu ra. Sơ

đồ dưới đây cho thấy các mạch đo lường thích hợp.

<>

Lắp ráp các mạch thử nghiệm sau đây.

Mở vôn kế A và thiết lập các thông số sau:

Cài đặt cho vôn kế A

Chế độ hoạt động DC

Hiển thị AV



Phạm vi đo 10 V


Operating mode DC

Display AV

Measuring range 10 V

Di chuyển tụ điện để giới hạn dưới của nó và đo điện áp ra tương ứng uOut.

Di chuyển lên trên lõi trong các bước trong 5 đơn vị có quy mô và đo điện

áp đầu ra trên mỗi dịp. Nhập các cặp của các giá trị vào bảng dưới đây sau

đó chuyển đổi nó vào chế độ đồ để xem các đặc tính của cảm biến.

uOut(v) 0 2.3 5 2.3 10 2.4 15 2.4 20 2.5 25 2.6 30 2.7 35 2.8 40 2.9 45 3.0 50 3.1 55 3.3 60 3.5

Hình dạng của đặc tính là gì? Làm thế nào để bạn giải thích kết quả? Nhập

câu trả lời của bạn vào hộp văn bản dưới đây.




Documents

BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN CẢM BIẾN(NHÓM 7_ĐHCĐT2K4)