Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

Giảng viên: Nguyễn Đức Hoàng

Bộ môn Điều Khiển Tự Động

Khoa Điện – Điện Tử

Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Email: ndhoang@hcmut.edu.vn

MÔN HỌC

ĐẶC TRƯNG CỦA CẢM BIẾN

CHƯƠNG 2

Nội dung chương 2

2.1 Transfer Function

2.2 Span (Full-Scale Input)

2.3 Full-Scale Output

2.4 Accuracy

2.5 Calibration

2.6 Calibration Error

2.7 Hysteresis

2.8 Nonlinearity

2.9 Saturation

2.10 Repeatability

2.11 Dead Band

2.12 Resolution

2.13 Special Properties

2.14 Output Impedance

2.15 Excitation

2.16 Dynamic Characteristics

2.17 Environmental Factors

2.18 Realiability

2.19 Application Characteristics

2.20 Uncertainty

Transfer Function

Transfer 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.x

Hàm logaric : y = a + b.ln(x)

Hàm e-mũ : y = a.ekx

Hàm mũ : y = a + b.xk

Độ nhạy : a

a

x x

dyS x

dx

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 Output

Full-Scale Output (FSO): sai lệch giữa các tín hiệu ra khi kích

thích lớn nhất và kích thích nhỏ nhất.

Accuracy

Accuracy (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/mm

TN: s = 10mm S = 10.5mV

Sai số ?

Accuracy

Phân biệt Accuracy (Độ đúng) với Precision (Độ chính xác)

Độ chính xác cao

Độ đúng thấp

Sai số hệ thống

Độ chính xác thấp

Độ đúng cao

Sai số ngẫu nhiên

Độ chính xác cao

Độ đúng cao

Calibration

Nếu 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, b

Hàm phi tuyến: cần nhiều hơn 2 điểm hoặc dùng pp tuyến

tính hóa từng đoạn.

Calibration Error

Calibration error: độ

chính xác cho phép khi

calib cảm biến trong

nhà máy.

Ví dụ: Calib cảm biến

tuyến tính.

a 1

2 1

b 1

2 1

a as s

b bs s

Hysteresis

Hysteresis (độ trễ): sai lệch

ngõ vào của cảm biến tại

một tín hiệu ngõ ra khi tiến

từ các hướng ngược nhau.

Nonlinearity

Nonlinearity (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.

Saturation

Mỗi 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 hòa

Dead Band

Dead Band (dải chết): độ

không nhạy của cảm biến trong

một khoảng ngõ vào nào đó.

Resolution

Resolution (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 Impedance

Output 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 Characteristics

Dynamic Characteristics (đặc trưng động): mô tả hành vi của

cảm biến khi ngõ vào thay đổi.

Dynamic Characteristics

Các hệ thống đo bậc 0.

y t k *x t

VD:

r

m

xy V

x

r

m

Vk

x

Dynamic Characteristics

Các hệ thống đo bậc 1.

1 0

dy ta a y t x t

dt

Hàm truyền tương ứng:

1

Y s k

X s s

Trong đó:0

1ka Độ nhạy tĩnh

1

0

a

a Thời hằng của hệ thống

1 c

Tần số cắt

Dynamic Characteristics

Các hệ thống đo bậc 1.

VD: Nhiệt kế

Dynamic Characteristics

Các hệ thống đo bậc 2.

2

2 1 02

d y t dy ta a a y t x t

dt dt

Hàm truyền tương ứng:

2

2 22

n

n n

Y s k

X s s

Trong đó:0

1ka Độ nhạy tĩnh

0

2

n

aa

Tần số dao động tự nhiên

1

0 22

a

a a Hệ số tắt dần

Dynamic Characteristics

Các hệ thống đo bậc 2.

Các thông số đặc trưng cho hệ bậc 2

21

pM e

Độ vọt lố:

Thời gian xác lập:

42%

35%

n

s

n

t

Dynamic Characteristics

Các hệ thống đo bậc 2.

Các thông số đặc trưng cho hệ bậc 2

2

2

1arctan

1

r

n

t

Thời gian lên:

Thời gian tại đỉnh

21

r

n

t

Dynamic Characteristics

Các hệ thống đo bậc 2.

VD: Cảm biến đo gia tốc

Mạch giao tiếp

Đầu 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 dụ

MỘT SỐ MẠCH XỬ LÍ TÍN HIỆU

Mạch cầu Wheatstone

Mạch cầu Wheatstone thường được dùng trong các mạch đo

nhiệt độ, lực, ứng suất, áp suất, từ trường,…

Mạch lặp điện áp

Mạch khử điện áp lệch

Bộ khuếch đại đo lường IA

Nguồn điện áp áp chính xác

Pin 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.