›
›

Bài giảng Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Huỳnh Minh Ngọc

pdf 455 trang ngocly 1260
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Huỳnh Minh Ngọc", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_do_luong_va_dieu_khien_bang_may_tinh_huynh_minh_ng.pdf

Nội dung text: Bài giảng Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Huỳnh Minh Ngọc

  1. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC COÂNG NGHIEÄP TP. HOÀ CHÍ MINH KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN TÖÛ BOÄ MOÂN ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG Baøi giaûng : ÑO LÖÔØNG VAØ ÑIEÀU KHIEÅN BAÈNG MAÙY TÍNH BIEÂN SOAÏN : ThS. HUYØNH MINH NGOÏC LÖU HAØNH NOÄI BOÄ TP. HOÀ CHÍ MINH, THAÙNG 9-2009 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  2. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 2 LÔØI NOÙI ÑAÀU Moân hoïc Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính laø moät moân hoïc chuyeân ngaønh duøng giaûng daïy cho sinh vieân naêm cuoái ngaønh Ñieän töû töï ñoäng. Moân hoïc ñeà caäp ñeán vaán ñeà öùng duïng maùy tính (Maùy tính caù nhaân PC, maùy tính coâng nghieäp , vaø PLC) vaøo heä thoáng ñieàu khieån vaø ño löôøng. Xu höôùng phaùt trieån laø duøng Ñieàu khieån döïa vaøo maùy tính (PC-based Control) vôùi heä ñieàu haønh maïnh, giao dieän thaân thieän, phaàn meàm deã phaùt trieån vaø giaù thaønh hôïp lí. Ñeå hoïc toát moân hoïc naøy sinh vieân caàn phaûi hoïc qua moân Lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng vaø Vi xöû lí. Giaùo trình goàm 10 chöông : Khaùi nieäm chung, caûm bieán vaø chuyeån ñoåi, giao tieáp qua raõnh caém maùy tính, laäp trình cho maùy tính ñieàu khieån, card thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån, giao tieáp qua coång song song, giao tieáp qua coång noái tieáp vaø giao tieáp qua coång USB, laäp trình giao tieáp noái tieáp, caùc boä chuyeån ñoåi döõ lieäu A/D vaø D/A , ñieàu khieån tuaàn töï, heä thoáng ñieàu khieån soá vaø maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp. Baøi giaûng naøy taùc giaû ñaõ ñoïc vaø giaûng daïy cho lôùp ÑHÑT2ALT, ÑHÑT3ALT, vaø ÑHÑT1TC, ÑHÑT2TC vaø ÑHÑT2A. Baøi giaûng chaéc chaén khoâng traùnh khoûi thieáu soùt, vaø toâi chaân thaønh caûm ôn caùc nhaän xeùt goùp yù cuûa caùc thaày coâ giaùo trong boä moân ñieàu khieån töï ñoäng, caùc baïn ñoàng nghieäp vaø baïn ñoïc ñeå baøi giaûng ngaøy caøng hoaøn thieän hôn. Thö goùp yù xin göûi veà boä moân ñieàu khieån töï ñoäng, Khoa Coâng ngheä Ñieän töû, tröôøng Ñaïi hoïc Coâng nghieäp Tp. HCM. Ñòa chæ :soá 12 Nguyeãn Vaên Baûo, P.4 Q. Goø vaáp, TP. HCM, ÑT: 38940390; email: huynhminhngoc@hui.edu.vn. Ngaøy 15 thaùng 7 naêm 2010 Taùc giaû Huyønh Minh Ngoïc PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  3. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 3 MUÏC LUÏC Lôøi noùi ñaàu 2 Muïc luïc 3 Chương 1: Khaùi niệm chung 6 1.1.Maùy tính trong ñiều khiển quaù trình 1.1 Điều khiển phaân cấp vaø tích hợp hệ thống 1.3. Ñieàu khieån voøng hôû vaø ñieàu khieån voøng kín. Heä thoáng ñieàu khieån soá 1.4. Noäi dung giaùo trình vaø öùng duïng. Caâu hoûi Chương 2: Cảm biến vaø chuyeån ñoåi 19 2.0. Cô baûn ño löôøng. 2.1.Cảm biến nhiệt ñoä 2.2.Caûm bieán löïc vaø troïng löôïng 2.3. Cảm biến dịch chuyển vaø khỏang caùch Caâu hoûi Chương 3: Giao tiếp qua raõnh cắm maùy tính 67 3.1.Giao tieáp qua Raõnh cắm ISA, EISA, Raõnh cắm Vesa local bus 3.2. Giao tieáp qua Raõnh cắm PCI, VMEbus (IEEE 1014), S-100, STD 3.3. Giôùi thieäu moät soá IC thöôøng duøng Caâu hoûi vaø baøi taäp Chöông 3A: Vi ñieàu khieån Vi ñieàu khienå PIC16F877A Taäp leänh cuûa PIC16F877A Chương 4: Lập trình cho maùy tính ñiều khiển 100 4.0. Caùc ngoân ngữ lập trình Hợp ngữ 8086, Qbasic, Pascal, C, Visual Basic , Delphi, C++, Visual C++/BorlandC++ Builder. 4.1.Lập trình xuất nhập ngọai vi 4.1.1.Lập trình xuất nhập 4.1.2.Viết file lieân kết ñộng 4.2.Sử dụng ngắt trong ñiều khiển , DMA, PCI/ PCI Exp. (PC104 Slot VME). 4.3. Vi ñieàu khieån 8051 vaø laäp trình C 4.4. Neàn taûng phaàn cönù g vaø phaàn meàm Caâu hoûi vaø Baøi taäp Chöông 5A: Card thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån 123 5.1. Ñaëc tính cuûa card PCI-1711 5.2. Nhöõng ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa PCI-1711 5.3. Sô ñoà keát noái I/O cuûa PCI-1711 5.4. Sô ñoà khoái cuûa card PCI-1711. 5.5. Caùch thanh ghi cuûa card PCI 1711: 5.6. Chuyeån ñoåi A/D, D/A vaø DO, DI: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  4. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 4 5.7. Laäp trình cho card PCI 1711 Caâu hoûi vaø Baøi taäp Chương 5: Giao tiếp qua cổng song song 145 5.1.Tổng quan về cổng song song 5.2.Cấu truùc của cổng song song 5.2.1.Cổng SPP 5.2.2.Cổng EPP 5.2.3.Cổng ECP 5.3.Gheùp nối hai maùy tính bằng cổng song song 5.4. Maïch öùng duïng -Maïch ñeøn nhaùy. -Taïo xung vuoâng goùc ôû chaân D0 cuûa thanh ghi döõ lieäu. -Ñieàu khieån ñeøn giao thoâng. Caâu hoûi vaø Baøi tập Chương 6: Giao tiếp qua cổng nối tiếp vaø USB 163 6.1.Tổng quan về cổng nối tiếp 6.2.Cấu truùc của cổng nối tiếp 6.3.IC thu phaùt vạn năng bất ñồng bộ UART 6.4.Caùc chuẩn vaø phương thức truyền qua cổng nối tiếp -RS232 -RS485 6.5.Maïch giao tieáp coång noái tieáp vaø caùc chương trình mẫu. 6.6. Modem 6.7.Mạch laäp trình vi ñieàu khieån ATmel 89C51 Caâu hoûi vaø baøi taäp 6.8. Giao tieáp qua cổng USB 185 6.8.1.Tổng quan về USB 6.8.2.Đặc tính cổng USB -Ñaëc tính coång USB. - Maïch chuyeån ñoåi USB-RS232. 6.8.3.Trao ñoåi tin 6.8.4.Lập trình giao tiếp thiết bị ngọai vi qua cổng USB Caâu hoûi Chöông 7: Laäp trình giao tieáp noái tieáp 195 7.1. Laäp trình trong DOS Ngoân ngöõ QBasic, Pascal, C, leänh trong MSDOS. 7.2.Laäp trình duøng ngoân ngöõ Visual Basic 6.0. 7.3.Laäp trình duøng ngoân ngöõ laäp trình Delphi 5.0 vaø Visual C++ 6.0. 7.4. Laäp trình duøng Matlab Caâu hoûi vaø baøi taäp Chöông 8: Caùc bộ chuyển ñổi dữ liệu A/D va ø D/A. Heä thu thaäp döõ lieäu 201 8.0. Heä thoáng thu thaäp döõ lieäu. 8.1.Bieán ñoåi töông töï – soá (ADC) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  5. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 5 -Bieán ñoåi A/D -Caùc kyõ thuaät bieán ñoåi A/D -Giao tiếp ADC với vi xöû lí -Giôùi thieäu ADC 0809 8.2. Bieán ñoåi soá- töông töï ( DAC) -Bieán ñoåi D/A -Giao tiếp DAC với vi xöû lí -Giôùi thieäu DAC 0808 Caâu hoûi Chöông 8B: Boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc PLC (Ñieàu khieån tuaàn töï ) 234 -Lyù thuyeát chuyeån maïch cô baûn -Khaùi nieäm chung veà PLC Caâu hoûi Chöông 9 : Heä thoáng ñieàu khieån soá 249 9.0. Ñieàu khieån hoài tieáp 9.1. Ñaëc tính heä thoáng ñieàu khieån soá 9.2.Thuaät toaùn ñieàu khieån 9.3. Bieán ñoåi C(s) ra C(z) 9.4 . Thuaät toaùn PID soá 9.5. AÛnh höôûng cuûa khaâu baõo hoøa 9.6. Boä phaän chaáp haønh vaø truyeàn ñoäng ñieän. Ñoäng cô servo vaø ñieàu khieån vò trí 9.7. Ñieàu khieån soá baèng maùy tính CNC 9.8. Thí duï veà ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính 291 9.8.1.Hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ duøng maùy tính PC/vi xö û lí. 9.8.2.Hệ thống ñiều khiển toác ñoä ñoäng cô moät chieàu (DC) duøng vi xöû lí 9.8.3.Bo ä ñònh thôøi caùc thieát bò ñöôïc ñieàu khieån baèng vi xöû lí. 9.8.3.2. Heä thoná g ñieàu khieån ñeøn giao thoâng duøng AT89C51. 9.8.4. Boä ñieàu khieån cöôøng ñoä saùng duøng vi xöû lí 9.8.5. Heä thoáng thu thaäp döõ lieäu nhieàu keânh 9.9. Thieát keá ñaët cöïc: tieáp caän khoâng gian traïng thaùi. 9.10. Thieát keá ñieàu khieån toái öu: tieáp caän khoâng gian traïng thaùi. 9.11.Heä thoáng vôùi söï khoâng chaéc chaén (Heä môø) Caâu hoûi vaø Baøi taäp Chương 10: Mạng truyeàn thoâng coâng nghiệp 348 10.1. Khaùi niệm 10.2.Maïng Ethernet vaø bus tröôøng -Maïng Ethernet -Bus tröôøng. -Ñieàu khieån duøng PC. 10.3. Maïng I2C. Caâu hoûi PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  6. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 6 Taøi lieäu tham khaûo 371 Phuï luïc A: Maùy tính coâng nghieäp 373 Phuï luïc B: Visual Basic 6.0 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  7. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 7 CHÖÔNG 1: KHAÙI NIEÄM CHUNG 1.1. Maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình 1.1.1. Maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình : khaùi nieäm cô baûn Ngaøy nay vieäc söû duïng maùy tính noùi rieâng vaø vi xöû lí noùi chung trong caùc day chuyeàn saûn xuaát hieän ñaïi ñaõ laø yeâu caàu baét buoäc ñeå taêng naêng suaát vaø chaát löôïng saûn phaåm. Trong caùc saûn phaåm daân duïng vieäc söû duïng vi xöû lí goùp phaàn taêng tính thoâng minh cuûa saûn phaåm vaø taïo tieän lôïi cho ngöôøi söû duïng. Ñeå moâ taû cuï theå cuûa maùy tính trong ñieàu khienå quaù trình, chuùng ta caàn ñònh nghóa quaù trình laø gì. Quaù trình vaät lyù (a physical process) laø toå hôïp caùc taùc vuï ñöôïc thöïc thi ñeå taùc ñoäng leân, thay ñoåi, moät ñieàu gì ñoù trong theá giôùi thöïc. Söï chuyeån ñoäng, phaûn öùng hoùa hoïc vaø truyeàn nhieät laø caùc quaù trình . Saûn phaåm (materials) vaø naêng löôïng (energy) laø thaønh phaàn cô baûn hieån nhieân cuûa quaù trình vaät lí. Moâi tröôøng Nhieuã Saûn phaåm vaøo Q u a ù t r ì nh v a ä t l y ù saûn phaåm ra Naêng löôïng vaøo Naêng löôïng ra Thoâng tin Thoâng tin Vaøo ra H1.1 : Moâ hình quaù trình vaät lyù toång quaùt Maùy tính soá laø thieát bò quan troïng xöû lí thoâng tin (H1.2)vaø coù theå taùc ñoäng leân thoâng tin lieân quan ñeán quaù trình (H1.3). Thoâng tin vaøo M a ùy t í n h Thoâng tin ra soá Hình 1.2: Hoaït ñoäng cuûa maùy tính soá PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  8. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 8 Vi xöû lí ñöôïc söû duïng trong ñieàu khieån vaø ño löôøng döôùi ba daïng: -Maùy tính ñieàu khieån (Maùy vi tính-MVT). -Vi xöû lí ñieàu khieån nhunù g (coøn goïi laø vi ñieàu khieån-VÑK), nghóa laø vi ñieàu khieån laø moät boä phaän khoâng taùch rôøi cuûa thieát bò ñöôïc ñieàu khieån. -Boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc. MVT : Personal computer VÑK: embedded microcontroller/embedded microprocessor PLC : Programmable logic controller. Caû ba daïng treân ñöôïc thieát keá döïa treân cô sôû hoaït ñoäng cuûa vi xöû lí vôùi chöùc naêng xöû lí thoâng tin theo sô ñoà H1.3. Moâi tröôøng Nhieãu Saûn phaåm vaøo Saûn phaåm ra Quaù trình vaät lí Naêng löôïng vaøo Naêng löôïng ra Tín hieäu ño löôøng Vaø ñieàu khieån Thieát bò nhaäp Maùy tính Thieát bò xuaát (baøn phím) (maøn hình) H1.3. Maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình 1.1.2.Lòch söû phaùt trieån: Moät thí duï thöïc tieãn ñaàu tieân cuûa öùng duïng maùy tính ñieàu khieån quaù trình laø vaøo naêm 1959; noù lieân quan ñeán moät soá chöùc naêng ôû nhaø maùy hoùa daàu taïi Port Arthur, Texas(UAS). Coâng trình ñaàu tieân keát hôïp giöõa coâng ty Thomson ramo Woolridge vaø Texaco. RW300, maùy tính duøng ñeøn ñieän töû, kieåm soaùt doøng chaûy, nhieät ñoä, aùp suaát vaø phaân töû trong nhaø maùy loïc (hoùa daàu). Maùy tính tính toaùn tín hieäu ñieàu khieån mong muoán PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  9. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 9 döïa treân döõ lieäu vaøo vaø thay ñoåi ñieåm ñaët cuûa boä hieäu chænh analog vaø chæ thò ngöôøi vaän haønh caùc ñieàu khieån ñöôïc thöïc hieän baèng tay. Vaán ñeà kinh teá khoâng chæ laø vaán ñeà. Ñoä tin caäy phaàn cöùng thaáp vì duøng ñeøn ñieän töû. Phaàn meàm ñöôïc vieát baèng laäp trình hôïp ngöõ. Phöông phaùp toaùn hoïc coå ñieån döïa treân phaân tích thôøi gian lieân tuïc khoâng theå duøng tröïc tieáp cho thieát keá voøng laëp ñieàu khieån ñeå hienä thöïc treân maùy tính. Ñieàu khieån maùy tính ban ñaàu minh hoïa söï caàn thieát cho lyù thuyeát ñieàu khieån laáy maãu, cung caáp neàn taûng cho söï phaùt trieån. Chöông trình khoâng gian cuûa Myõ trong thaäp nieân 1960 vaø ñaëc bieät döï aùn Apollo ñaõ hieän thöïc cho coâng trình lyù thuyeát vaø thöïc tieãn. Vaøo naêm 1962, ICI (Imperial Chemical Industries) giôùi thieäu khaùi nieäm ñieàu khieån soá tröïc tieáp DDC(Direct digital control) ; yù töôûng laø thay voøng ñieàu khieån analog thoâng thöôøng baèng maùy tính trung taâm. YÙ töôûng cuûa DDC vaãn coøn ñöôïc aùp duïng trong nhieàu heä thoáng ñieàu khieån maùy tính ngaøy nay. Teân goïi ñieàu khieån soá tröïc tieáp nhaèm nhaán maïnh raèng maùy tính ñieàu khieån quaù trình moät caùch tröïc tieáp. Tính linh hoaït laø thuanä lôïi cuûa heä thoáng DDC. Söï phaùt trieån baùn daãn trong thaäp nieân 1960 daãn ñeán söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa maùy tính. Ba yeáu toá: phaàn cöùng maùy tính toát hôn, quaù trình ít phöùc taïp hôn, vaø lyù thuyeát ñieàu khieån phaùt trieån , ñöôïc keát hôïp laïi gia taêng söï thaønh coâng cuûa ñieàu khieån maùy tính. Ñaây laø thôøi kì maùy tính mini. Caùc ñoøi hoûi veà maùy tính ñieàu khieån quaù trình gaén chaët vôùi söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä maïch tích hôïp. Coù theå thieát keá hieäu quaû heä thoáng ñieuà khieån quaù trình baèng maùy tính mini. Maùy tính quaù trình tieâu bieåu thôøi kì naøy coù ñoä daøi töø 16 bit. Boä nhôù chính laø 8-124 K words. OÅ ñóa ñöôcï söû duïng thoâng thöôøng laø boä nhôù phuï. CDC 1700 laø maùy tính tieâu bieåu thôøi kì naøy. Caùc öùng duïng maùy tính thoâng duïng trong ñieàu khieån coâng nghieäp laø bus môû. Giao tieáp (bus) giöõa caùc moñun vaän haønh ñöôïc nhaán maïnh. Phaàn cöùng maùy tính phaùt trieån maïnh meõ, naêng löïc tính toaùn maïnh, lyù thuyeát ñieàu khieån phaùt trieån: ñieàu khieån hieän ñaïi, ñieàu khieån thoâng minh(heä môø vaø maïng nôroân). Caùc öùng duïng ñieàu khieån maùy tính gia taêng. Phi thuyeàn thaùm hieåm maët traêng Apollo 11 vaøo naêm 1969 coù maùy tính vôùi 64 KByte boä nhôù chính. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  10. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 10 Thôøi kyø maùy vi tính vaø söû duïng ña naêng cuûa ñieàu khieån maùy tính. Vieäc söû duïng deã daøng cuûa ñieàu khieån maùy tính bò giôùi haïn trong heä thoáng coâng nghieäp lôùn vì maùy tính soá chæ duøng trong caùc maùy ñaét tieàn, lôùn, chaäm vaø khoâng tin caäy. Söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä vi ñieän töû tiepá tuïc cuøng tieán boä trong coâng ngheä VLSI; naêm 1990s boä vi xöû lyù trôû neân thoâng duïng vôùi giaù vaøi USD. Thò thöôøng lôùn nhö laø ñieän töû oâ toâ ñaõ daãn ñeán söï phaùt trieån cuûa maùy tính chuyeân duïng ñöôïc goïi laø vi ñieàu khieån, trong ñoù chip maùy tính chuaån coù saün A/D vaø D/A, thanh ghi vaø caùc ñaëc ñieåm khaùc laøm cho noù giao tieáp deã daøng vôùi thieát bò vaät lyù. Ñieuà khieån quaù trình hieän thöïc duøng kyõ thuaät khí neùn hay ñieän töû nhöng luoân laø ñieàu khieån döïa vaøo maùy tính. Ñieàu khieån soá vôùi thuaät toaùn PID. Maùy ñieàu khieån soá NC vaø ñieàu khieån soá baèng maùy tính CNC cuõng ñöôïc phaùt trieån. Heä thoáng ñieàu khieån soá phaùt trieån , caû phaàn cöùng vaø phaàn meàm. Caáu truùc cuûa toaøn theå giaûi phaùp goàm ñôn vò phaàn cöùng, moâñun phaàn meàm vaø truyeàn thoâng laø thaùch thöùc chính. Logic, tuaàn töï vaø ñieàu khieån. Heä thoná g töï ñoäng hoùa coâng nghieäp truyeàn thoáng coù hai thaønh phaàn laø boä ñieàu khieån vaø logic role. Boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc PLC ñöôïc duøng nhieàu trong caùc daây chuyeàn coâng ngheä vì khaû naêng laøm vieäc lieân tuïc vaø trong moâi tröôøng khaéc nghieät. Ñieàu khieån phaân boá Coâng ngheä vi xöû lí ñaõ nhaán maïnh vaøo caùch maùy tính aùp duïng vaøo ñieàu khieån toaøn boä nhaø maùy saûn xuaát. Thaät laø hieäu quaû kinh teá ñeå phaùt trieån heä thoáng goàm nhieàu maùy vi tính giao tieáp nhau chia xeû taøi nguyeân. Nhöõng heä thoáng nhö vaäy goàm traïm quaù trình, ñieàu khieån quaù trình; traïm vaän haønh ôû ñoù ngöôøi vaän haønh quaù trình giaùm saùt caùc hoaït ñoäng; vaø nhieàu traïm khaùc nöõa, chaúng haïn cho caáu hình heä thoáng vaø laäp trình, löu tröõ döõ lieäu,vv Heä thoáng ñaàu tieân loaïi naøy laø Honeywell TDC 2000 vaøo naêm 1975 vaø nhanh choùng ñöôïc phaùt trieån bôûi caùc haõng khaùc. Thuaät ngöõ ñieàu khieån phaân boá ñöôïc nhaán maïnh. Heä thoáng ñieàu khieån vaø giaùm saùt dieän roäng (SCADA). Maùy tính coâng nghieäp maïnh (IPC) laøm nhieäm vuï giaùm saùt, keát noái vôùi PLC hay boä ñieàu khieån thu thaäp vaøo ra hieän PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  11. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 11 tröôøng, caùc module I/O thoâng qua maïng Ethernet-TCP/IP hay bus tröôøng . Phaàn meàm giao dieän ngöôøi maùy (HMI) cuøng ñieàu khieån vaø giaùm saùt heä thoáng. Töông lai tieán ñeán laø CIM, saûn xuaát tích hôïp duøng maùy tính. Ñieàu khieån döïa vaøo maùy tính (PC based Control) laø xu höôùng phaùt trieån. 1.1.3.Heä thoáng: Heä thoáng hieåu theo quan ñieåm hoäp ñen, chæ caàn bieát quan heä vaøo ra cuûa heä, khoâng quan taâm beân trong heä hoaït ñoäng ra sao. Muïc ñích cuûa heä laø ñaït ñöôïc keát quaû veà ñònh tính vaø ñònh löôïng cao hôn toång keát quaû cuûa tönø g thaønh phaàn ñôn. Vaøo H e ä t h o áng ( h o äp Ra ñen) Heä thoáng coù nhieàu loaïi: ñieän, hoùa hoïc, cô khí vaø sinh hoïc. Maùy tính caù n haân laø heä thoáng ñöôïc xaây döïng vôùi caùc thaønh phaàn cô baûn goàm ñôn vò xöû lí trung taâm CPU, boä nhôù vaø thieát bò ngoaïi vi, bus heä thoáng. Cuøng vôùi phaàn meàm theâm vaøo(phaàn meàm heä thoáng, phaàn meàm öùng duïng) chuùng ta coù maùy tính maø noù coù theå thöïc hieän nhieàu thöù. Cô theå con ngöôøi laø heä thoáng raát phöùc taïp ñöôïc xaây döïng vôùi caùc phaàn höõu cô maø thöïc hieän caùc chöùc naêng khaùc nhau. Moät khía caïnh quan troïng cuûa tri thöùc heä thoáng laø heä thoáng ñoäng. Moâ hình cho ñieàu khieån : goàm coù -Moâ taû heä lienâ tuïc. -Moâ taû heä laáy maãu. - Heä tuaàn töï hay söï kieän rôøi raïc. -Heä thoná g vôùi söï khoâng chaéc chaén (thoâng tin khaéc chaéc chaén). Roõ raøng, coù caùc caùch tieáp caän khaùc nhau phuï thuoäc vaøomoâ hình heä ñöôïc söû duïng nhö theá naøo. Boä ñieàu khieån khaùc nhau caàn moâ hình ñoái töôïng khaùc nhau. Chuùng ta xem xeùt heä caû tiepá can mieàn thôøi gian vaø tieáp caän mieàn taàn soá. 1.1.4.Moät soá öùng duïng tieâu bieåu cuûa heä thoáng ñieàu khieån maùy tính: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  12. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 12 ÖÙng duïng ñieàu khieån maùy tính quaù trình raát nhieàu : coâng ngheä cô khí cheá taïo: NC, CNC , FMS, robot; coâng ngheäp xöû lí hoùa, daàu khí, nhöïa, giaáy ; heä thoáng naêng löôïng ñieän; ñieàu khieån ñeøn giao thoâng ,vv Caùc quaù trình coù söû duïng maùy tính ñieàu khieån raát ña daïng, thí duï: - Heä thoáng ñieän. - Daøn khoang daàu khí, nhaø maùy hoùa daàu - Nhaø maùy hoùa chaát, xi maêng, giaáy, nhöïa - Nhaø maùy cô khí cheá taïo vaø laép raùp (NC, CNC, robot ), FMS. - Heä thoáng ñieàu khieån giao thoâng. Caáu truùc toång quaùt cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính ôû H1.4, vaø goàm coù caùc boä phaän sau : -Boä xö û lí trung taâm (bao goàm vi xöû lí, boä nhôù ). -Caùc keânh truyeàn thoâng lieân laïc giöõa ngöôøi-maùy tính vaø maùy-maùy. -Caùc thieát bò gheùp noái vaø chuyeån ñoåi töông töï-soá, soá – töông töï. -Caûm bieán (caûm bieán nhieät, aùp suaát, dòch chuyeån, vaän toác ). -Chaáp haønh(Relay, ñoäng cô, van khí vaø thuûy löïc, xy lanh ). -Quaù trình vaät lyù. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  13. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 13 Maùy tính trung taâm Ngöôøi Maùy vi tính Vaän haønh Giao dieän Tín hieäu Tín hieäu Ñoåi TT-soá Ñoåi soá - TT nhò phaân nhò phaân Khueách ñaïi coâng suaát Khueách ñaïi coâng suaát Caûm bieán Chaáp haønh Quaù trình H1.4. Caáu truùc heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính Tuøy theo ñoä phöùc taïp cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån ta coù theå söû duïng moät coâng cuï maùy tính hoaëc laø heä thoáng nhieàu maùy tính gheùp vôùi nhau theo maïng phaân boá vaø phaân caáp. Vieäc giao tieáp giöõa caùc maùy tính thöôøng laø giao tieáp tuaàn töï khoâng ñoàng boä. Giao tieáp ngöôøi-maùy thöïc hieän qua baøn phím(keyboard, touch panel), maøn hình (CRT, LCD) hay keânh aâm thanh. Tín hieäu ño löôøng ñieàu khieån coù 2 daïng : nhò phaân(on/off) vaø töông töï. Ñoái vôùi nhöõng tín hieäu töông töï töø caûm bieán, caàn söû duïng caùc boä chuyeån ñoåi ra daïng ñieän aùp hay doøng roài chuyeån töø töông töï sang soá(ADC). Tín hieäu ñieàu khieån daïng soá caàn chuyeån sang töông töï (DAC). Tuøy theo loaïi cô caáu chaáp haønh ta caàn caùc boä khueách ñaïi coâng suaát phuø hôïp (KÑCS lôùp B, ñieàu roäng xung, ñieàu khieån pha, bieán taàn, khoùa baùn daãn, role). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  14. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 14 Do baûn chaát laøm vieäc cuûa maùy tính laø tuaàn töï neân maùy tính chæ giao tieáp vôùi beân ngoaøi theo nhöõng khoaûng thôøi gian rôøi raïc vì vaäy heä thoáng ñieàu khieån duøng maùy tính laø heä thoná g ñieàu khieån rôøi raïc(löôïng töû) vaø caùc vaán ñeà phaùt sinh nhö thôøi gian laáy maãu, thôøi gian treã do tính toaùn xöû lyù, sai soá do löôïng töû vì ñoä phaân giaûi coù haïn cuûa chuyeån ñoåi A/D vaø D/A caàn phaûi ñöôïc xeùt ñeán. 1.2. Ñieàu khieån phaân caáp vaø tích hôïp heä thoáng Heä thoáng ñieàu khieån quaù trình thöïc teá thöôøng laø heä thoáng phöùc taïp baogoàm Nhieàu vi xöû lí theå hieän döôùi ba daïng MVT, VÑK vaø PLC. Laáy thí duï maùy CNC töùc laø maùy coâng cuï ñieàu khieån soá baèng maùy tính goàm caùc phaàn sau : *Möùc thaáp nhaát laø caùc baûn maïch ñieàu khienå truyeàn ñoäng ñieän ñoäng cô böôùc hay ñoäng cô chaáp haønh duøng ñeå taïo chuyeån ñoäng theo ba chieàu. Caùc baûn maïch naøy söû duïng VÑK laøm nhieäm vuï ño vaø ñieàu khieån vò trí theo trò soá ñaët töø möùc treân ñöa xuoáng. *Treân moät möùc laø boä ñieàu khieån so á NC söû duïng VÑK coù maøn hình tinh theå loûng vaø baøn phím gheùp vôùi caùc baûn maïch ñieàu khieån vaø aán ñònh ñoä dòch chuyeån caùc truïc. Caùc khoaûng dòch chuyeån theo ba truïc coù theå ñöa vaøo baèng baøn phím(ñieàu khieån baèng tay), baêng ñuïc loã hoaëc töø maùy tính chaïy chöông trình CAD/CAM ñöa xuoáng. Quyõ ñaïo dao(hai hay ba chieàu ) ñöôïc hieån thò treân maøn hình tinh theå loûng coøn caùc toaï ñoä hieån thò döôùi daïng nhò phaân. *Beân caïnh boä ñieàu khieån soá coù theå theâm moät PLC laøm caùc nhieäm vuï coù tính chaát laëp vaø ñôn ñieäu nhö phun chaát giaûi nhieät thay dao, ñieàu khieån truyeàn ñoäng chính lieân laic vôùi VÑK ôû möùc hai. *Treân cuøng laø maùy vi tính laäp ra ñöôøng ñi cuûa dao caét döïa treân yeâu caàu gia coâng vaø coâng ngheä caét goït. Maùy vi tính seõ chuyeån xuoáng cho bo ä ñieàu khieån soá chöông trình gia coâng. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  15. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 15 Maùy vi tính Giao dieän Boä ñieàu PLC ngöôøi- maùy khieån soá Baûn maïch Baûn maïch ñieàu khieån ñieàu khieån Maùy coâng cuï H1.6. Caáu truùc ñieàu khieån phaân caáp maùy CNC Môû roäng ra cho quaù trình phöùc taïp thí duï nhö nhaø maùy. Möùc thaáp nhaát laø caùc maùy vaø caùc ñôn vò saûn xuaát tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi quaù trình (daây chuyeàn). ÔÛ möùc treân laø caùc teá baøo saûn xuaát goàm nhieàu maùy keát hôïp (phaân xöôûng). Lòch saûn xuaát cuûa caùc phaân xöôûng do phoøng keá hoaïch saûn xuaát ñöa xuoáng treân cô sôû keá hoïach cuûa hoäi ñoàng quaûn trò vaø giaùm ñoác (hình 1.7). Quaûn lí Ñieàu khieån saûn xuaát Ñieàu khieån quaù trình Ñieàu khieån Ñieàu khieån Ñieàu khieån cuïc boä cuïc boä cuïc boä PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  16. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 16 H1.7: Ñieàu khieån phaân caáp xí nghieäp. Do tính chaát ña daïng cuûa caùc thieát bò veà chuûng loaïi vaø nhaõn hieäu vaán ñeà gheùp noái caùc thieát bò noùi treân (tích hôïp heä thoáng- system intergrator) ñoøi hoûi phaûi coù tieâu chuaån chung veà cô (kích thöôùc), ñieän (ñieän aùp, doøng, caùp noái), truyeàn thoâng. Heä thoáng saûn xuaát phöùc taïp thöôøng caáu truùc theo maïng, thaáp nhaát laø maïng PLC goàm nhieàu PLC keát noái qua maïng MPI, Profibus trong maïng coù maùy tính hay maøn hình HMI. Caáp cao hôn laø maïng PLC+ maùy tính SCADA(Supervisor Control and Data Acquisition), maùy tính laøm nhieäm vuï chaån ñoaùn hö hoûng, hieån thò, thay ñoåi thoâng soá hoaït ñoäng cuûa heä thoáng, löu tröõ vaø töôøng trình, coù theå coù nhieàu maùy tính keát noái theo maïng LAN. Moät daïng phaân caáp khaùc laø heä thoná g ñieàu khieån phaân boá DCS(Distributed Control System), trong maïng coù maùy tính giaùm saùt, maùy tính ñieàu khieån quaù trình, PLC, RTU(Remote Terminal Unit), FCU(Field Control Unit) hoaït ñoäng döôùi moät chöông trình baûo ñaûm naêng suaát, chaát löôïng saûn phaåm, traùnh ngöøng daây chuyeàn saûn xuaát. 1.3.Ñieàu khieån voøng hôû vaø ñieàu khieån voøng kín. Heä thoáng ñieàu khieån số Ñieàu khieån voøng hôû: Heä thoáng ñieàu khieån voøng hôû (Heä thoáng khoâng hoài tieáp) Thaønh phaàn cuûa heä thoáng ñieàu khieån voøng hôû thöôøng ñöôïc chia laøm hai phaàn: boä ñieàu khieån vaø quaù trình bò ñieàu khieån (coøn goïi laø ñoái töôïng ñieàu khieån). r(t) B o ä ñ i e àu u(t) ÑT Ñ K c (t) khieån Hình Trong ñoù : r(t) laø tín hieäu vaøo, c(t) la ø tín hieäu ra, u(t) laø tín hieäu ñieàu khieån. Ñieàu khieån voøng kín (Ñieàu khieån hoài tieáp): Heä thoáng ñieàu khieån voøng kín (Heä thoáng ñieàu khieån coù hoài tieáp). Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån (HTÑK) voøng kín : PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  17. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 17 r(t) e(t) u(t) c(t) + Boä ñieàu Ñoái töôïng, quaù trình - khieån ñieàu khieån Boä so saùnh c*(t) ÑK ÑT Caûm bieán, thieát bò ño löôøng ÑL Hình Trong ñoù : r(t) laø tín hieäu vaøo; c(t) laø tín hieäu ra; c*(t) laø tín hieäu hoài tieáp vaø u(t) laø tín hieäu ñieàu khieån. Moät heä thoáng ñieàu khieån bao goàm 3 thaønh phaàn cô baûn ñoù laø ñoái töôïng ñieàu khieån, caûm bieán hay thieát bò ño löôøng vaø boä ñieàu khieån duøng ñeå hieäu chænh caùc haønh vi cuûa heä. Tín hieäu ñaàu ra boä so saùnh e(t)=r(t)- c*(t), laø sai soá, ôû hình veõ 1-3 cuõng chính laø tín hieäu ñaàu vaøo cuûa boä ñieàu khieån. Heä thoáng ñieàu khieån soá: Heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính chöùa caû tín hieäu lieân tuïc vaø tín hieäu laáy maãu hay rôøi raïc theo thôøi gian. Nhöõng heä thoáng nhö vaäy veà truyeàn thoáng ñöôïc hoïi laø heä thoáng laáy maãu döõ lieäu. Heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính (Computer-controlled system) coøn ñöôïc goïi laø heä thoáng laáy maãu döõ lieäu (sampled-data system). Sô ñoà khoái heä nhö sau Maùy tính Clock Q u a ù y(t) Giaûi trình A - D {y(tk)} {u(tk)} D - A u(y) thuaät (ñoái töôïng) Hình 1.8: Sô ñoà khoiá cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính. Thuaät toaùn ñieàu khieån: PID, ñaët cöïc, toái öu tuyeán tính daïng toaøn phöông (LQ). Caùc thí duï cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính: -Ñieàu khieån vò trí. -Ñieàu khieån toác ñoä. -Ñieàu khieån nhieät ñoä. -Ñieàu khieån doøng (löu löôïng)(Flow control). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  18. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 18 -Ñieàu khieån aùp suaát. -Ñieàu khieån coâng suaát, doøng ñieän, ñieän aùp. -Ñieàu khieån cöôøng ñoä saùng. 1.4. Noäi dung giaùo trình vaø öùng duïng Muïc ñích chính cuûa giaùo trình laø theå hieän quan ñieåm tích hôïp cuûa ñieàu khieån maùy tính trong caùc quaù trình conâ g nghieäp. Caùc kieán thöùc lyù thuyeát neàn taûng caàn thieát maø ngöôøi ñoïc caàn bieát : .Tính toaùn cô baûn. .Lyù thuyeát maïch ñieän cô baûn. .Lyù thuyeát ñieàu khieån hoài tieáp cô baûn. .Nguyeân lyù cô baûn veà caáu truùc maùy tính vaø hoaït ñoäng. . Ngoân ngöõ laäp trình caáp cao nhö laø Basic, Pascal, Fortran, C/C++, Visual Basic, Delphi, Visual C++/Visual C#. Khi söû duïng maùy tính ñieàu khieån quaù trình ta phaûi giaûi quyeát caùc vaán ñeà sau: . Gheùp noái maùy tính vôùi ngoaïi vi(caûm bieán vaø chaáp haønh). . Laäp trình ñieàu khieån thôøi gian thöïc bao goàm caùc chöông trình con ño, xöû lí soá, thuaät toaùn ñieàu khieån, xuaát tín hieäu ñieuà khieån. .Truyeàn thonâ g vaø maïng coâng nghieäp. Giaùo trình moân hoïc coù muïc ñích trình baøy caùc kieán thöùc caàn thieát khi söû duïng vi xöû lí vaøo ñieuà khieån vaø ño löôøng, vaø goàm coù caùc chöông sau : -Khaùi nieäm chung. -Caûm bieán vaø chuyeån ñoåi. -Giao tieáp qua raõnh caém maùy tính. -Laäp trình maùy tính ñieàu khieån. -Giao tieáp vôùi coång song song. -Giao tieáp vôùi coång noái tieáp. -Giao tieáp vôùi coång USB. -Chuyeån ñoåi döõ lieuä A/D vaø D/A. -Heä thoná g ñieàu khieån soá. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  19. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 19 -Maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp. Caâu hoûi : Chương 1: Khaùi nieäm chung 1. Maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình. 2. Lòch söû phaùt trieån cuûa ñieàu khieån maùy tính quaù trình. 3. Heä thoáng laø gì? Cho ví duï. 4. Trình baøy caáu truùc heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính. 5. Trình baøy heä thoáng thu thaäp döõ lieäu. 6. Caáu truùc ñieàu khieån phaân caáp maùy CNC. 7. Baøi toaùn ñieàu khieån maùy tính quaù trình tieâu bieåu. 8. Trình baøy heä thoáng ñieàu khieån : lieân tuïc vaø soá. Tham khaûo : [1].TS. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 (laàn 1) vaø 2005( laàn 2). [2]. Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. [3].K.J.Astrom,B.J Wittenmark, Computer-Controlled Systems - Theory and Design, Prentice Hall, 3rd ed., 1997. [4]. Gene F. Franklin, J. David Powell, Michael L. Workman, Digital Control of Dynamic Systems, 2nd ed., Addison-Wesley, 1990. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  20. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 20 CHÖÔNG 2: CAÛM BIEÁN VAØ CHUYEÅN ÑOÅI. Caáu truùc toàng quaùt cuûa vaøo ra maùy tính quaù trính : Q uaù trình coâng Vaän nghieäp haønh Caûm Gia coâng Giao tieáp bieán ngoõ vaøo ngoõ vaøo Boä xöû lí maùy tính Chaáp Gia coâng Giao tieáp haønh ngoõ ra ngoõ ra maùy tính Hình 2.1. Caáu truùc toàng quaùt cuûa vaøo ra maùy tính quaù trính. Caùc thaønh phaàn cuûa giao tieáp quaù trình goàm coù : -Ño löôøng. -Chaáp haønh . -Baêng thoâng vaø nhieãu. -Truyeàn tín hieäu. Duïng cuï ño löôøng ñaïi löôïng caàn ño Heä thoná g ñieän Caûm bieán Chuyeån (tín hieäu analog) tín hieäu ñoåi Hình 2.2. Sô ñoà khoái cuûa duïng cuï ño löôøng. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  21. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 21 Coù raát nhieàu loaïi caûm bieán ño caùc ñaïi löôïng khaùc nhau nhöng chuùng ta chæ xeùt caùc caûm bieán thoâng duïng trong ñieàu khieån quaù trình nhö nhieät ñoä, löïc, dòch chuyenå , vaän toác, aùp suaát, löu löôïng. 2.0.Cô baûn ño löôøng: Trong ño löôøng ta phaûi thöïc hienä caùc pheùp ño giaù trò cuûa ñaïi löôïng nhö laø nhieät ñoä, ñieän aùp, neân coù sai soá. Theo hình thöùc maø heä thoáng xaûy ra sai soá: -Sai soá heä thoáng: sai soá ñöôïc duy trì ôû keát quaû ño löôøng, khi söï ño löôøng ñöôïc laäp ñi laäp laïi trong cuøng moat ñieàu kieän laøm vieäc. Sai soá naøy coù theå do duïng cuï ño, do vieäc ñònh chuan thang ño, do aûnh höôûng moâi tröôøng nhö : nhieät ñoä, ñoä aåm, töø tröôøng hoaëc ñieän tröôøng nhieãu. -Sai soá ngaãu nhieân: sai soá naøy hoaøn toaøn khaùc haún sai soá heä thoáng, khi söï ño löôøng ñöôïc laäp ñim laäp laïi thì trò soá sai soá naøy laïi khaùc nhau. Muoán tính toaùn sai soá ngaãu nhieân thì phaûi duøng ñeán lyù thuyeát xaùc suaát vaø thoáng keâ. Caùch tính toaùn sai soá: -Sai soá tuyeät ñoái: ñöôïc ñònh nghóa baèng bieåu thöùc sau nay: δa = a'-a trong ñoù : a’: laø trò soá ño ñöôïc do thieát bò ño. a: trò soá that cuûa ñaïi löôïng ño. Thöïc te á ta chæ xaùc ñònh trò soá giôùi haïn lôùn nhaát cuûa sai soá tuyeät ñoái. Da = a'-a max do ñoù δa £ Da . -Sai soá töông ñoái: Sai soá töông ñoái cuûa ñaïi löôïng ño ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Da δ = r a' hoaëc tính theo trò soá (%): Da δ (%) = x100 r a' -Sai soá ngaãu nhieân: Ñaây laø moat sai soá khoâng theå loaïi boû ñöôïc vaø phaûi giaûm boû sai soá naøy baèng kyõ thuaät ño löôøng toát nhaát vaø phaûi phaân tích keát quaû thu ñöôïc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  22. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 22 2.1. CAÛM BIEÁN NHIEÄT ÑOÄ Caûm bieán nhieät ñoä laø phaàn töû quan troïng trong baát kyø moät heä thoáng ño nhieät ñoä naøo. Caûm bieán nhieät ñoä coù khaû naêng caûm nhaän ñöôïc tín hieäu nhieät ño ä moät caùch chính xaùc, trung thöïc vaø chuyeån ñoåi thaønh tín hieäu coù theå ño löôøng ñöôïc nhö ñienä aùp , ñieän trôû, ñieän tích, theå tích , aùp suaát vv 2.1.1. Caùc thoâng soá cuûa caûm bieán : 2.1.1.1. Thoâng soá caáu taïo : tuøy thuoäc vaøo töøng loaïi caûm bieán . 2.1.1.2. Thoâng soá söû duïng : goàm caùc yeáu toá sau : a). Khoaûng laøm vieäc : laø khoaûng nhieät ñoä maø caûm bieán coù khaû naêng ghi nhaän ñöôïc, caùc giaù trò chöa bò baõo hoøa. Khoaûng laøm vieäc phuï thuoäc tính chaát caáu taïo, lyù hoùa cuûa töøng loaïi caûm bieán. b). Ñoä nhaïy : Ñoä nhaïy cuûa caûm bieán ñöôïc ñònh nghóa dF S = dX Trong ñoù, dF : söï thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng ño dx : söï thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng vaät lyù. Neáu S = const trong suoát khoaûng thôøi gian laøm vieäc thì caûm bieán ñoù tuyeán tính vôùi nhieät ñoä laøm vieäc . Neáu S thay ñoåi trong caùc khoaûng laøm vieäc thì phaûi tuyeán tính baèng caùch chia taàm ño cuûa caûm bieán ra nhieàu ñoaïn nhoû, coù theå xem nhö tuyeán tính. Do ñoù caûm bieán seõ hoaït ñoäng trong moät taàm giôùi haïn nhaát ñònh . c). Ngöôõng ñoä nhaïy : laø möùc thaáp nhaát maø caûm bieán coù theå phaùt hienä ñöôïc. d). Tính treã : Tính treã coøn ñöôïc goïi laø quaùn tính cuûa caûm bieán . Tính treã cuûa caûm bieán taïo neân sai soá cuûa pheùp ño. Toác ñoä thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng ño phaûi phuø hôïp vôùi tính treã cuûa caûm bieán. Neáu ñaïi löôïng ño thay ñoåi nhanh, maø quaùn tính cuûa caûm bieán lôùn thì khoâng theå ño chính xaùc ñöôïc. Moïi caûm bieán nhieät ñeàu coù tính treã. 2.1.2. Phaân loaïi caûm bieán : PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  23. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 23 Caûm bieán nhieät ñoä ñöôïc phaân thaønh nhieàu loaïi döïa treân caùc nguyeân lyù hoaït ñoäng khaùc nhau cuûa caûm bieán vaø ñöôïc phaân ra thaønh nhöõng loaïi sau : - Nhieät keá döïa treân aùp suaát ñaúng tích. - Nhieät keá döïa treân söï giaõn nôû veà theå tích. - Nhieät keá döïa treân söï thay ñoåi ñieän trôû. - Nhieät keá döïa treân söï thay ñoåi söùc ñieän ñoäng nhieät. - Hoûa keá quang hoïc. Baûng 2.1 cho phaïm vi ño nhieät ñoä cuûa caùc loaïi caûm bieán thoâng thöôøng. Teân nhieät keá Phaïm vi ño Nhieät keá chaát loûng 0 °C ¸ 650 °C Nhieät keá ñieän trô - 200 °C ¸ 650 °C Nhieät keá baùn daãn 100 °C ¸ 1200 °C Caëp nhieät ñieän - 50 °C ¸ 2500 °C Hoûa keá quang hoïc Kieåu böùc xaïrieâng phaàn Treân 100 °C Kieåu quang hoïc Treân 800 °C Kieåu böùc xaï maøu Treân 400 °C Baûng 2.1 : Phaïm vi ño cuûa caùc loaïi caûm bieán. 2.1.3. Moät soá loaïi caûm bieán thoâng duïng : 2.1.3.1. Caëp nhieät ñieän: a). Caáu taïo : + Hình 2.3. Kyù hieäu caëp nhieät ñieän. Ñaàu ño Hình treân laø kyù hieäu cuûa caëp nhieät ñieän. Caëp nhieät ñieän coù cöïc döông ñöôïc ñaùnh maøu ñoû, cöïc aâm khoâng sôn maøu. Cöïc tính cuûa caëp nhieät ñieän phuï thuoäc vaøo vaät lieäu kim loaïi cheá taïo. Ngoaøi ra coøn sôn caùc maøu khaùc ñeå phaân loaïi caëp nhieät ñieän khi söû duïng. - Ñoàng - Constantan : sôn maøu naâu. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  24. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 24 - Saét - Constantan : sôn maøu xanh da trôøi. - Platin - Platin Rhodi : sôn maøu traéng. Caëp nhieät ñieän goàm hai sôïi daây kim loaïi khaùc nhau coù moät ñaàu ñöôïc haøn dính vôùi nhau. Ñaàu haøn dính ñöôïc ñaët ôû nôi caàn ño nhieät ñoä, ñoù chính laø ñaàu ño. Hai ñaàu coøn laïi cuûa hai daây kim loaïi ñöôïc giöõ ôû nhieät ñoä coá ñònh goïi laø hai ñaàu ra cuûa caëp nhieät ñieän. Noù seõ taïo ra moät söùc ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo hieäu soá cuûa hai nhieät ñoä cuûa hai thanh kim loaïi, hai ñaàu naøy ñöôïc noái vôùi boä chæ thò ño. Khi ta ñoát noùng moái haøn cuûa hai kim loaïi baát kyø naøo thì cuõng ñeàu phaùt sinh ra söùc ñieän ñoäng giöõa hai thanh. Nhöng trong thöïc teá, taát caû nhöõng kim loaïi, vôùi hôïp kim cuûa chuùng maø ñöôïc duøng laøm caëp nhieät ñieän caàn phaûi thoûa maõn caùc ñieàu kieän sau : - Ñoä tinh khieát cao. - Tính choáng aên moøn toát. - Ñoä noùng chaûy lôùn hôn moâi tröôøng caàn ño. - Tính daãn nhieät , daãn ñieän toát. - Tính laäp laïi toát trong khoaûng thôøi gian daøi. Ñoä chính xaùc cuûa caëp nhieät ñieän phuï thuoäc vaøo ñoä chính xaùc khi cheá taïo. b). Nguyeân taéc laøm vieäc : Ta a T1 T2 Tb b Hình 2.4 :Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa caëp nhieät ñieän. Khi nung noùng moät daây kim loaïi hay moät phaàn cuûa ñoaïn daây, taïi ñoù coù taäp trung ñieän töû töï do vaø ñieän töû coù khuynh höôùng khueách taùn töø nôi taäp trung nhieàu ñeán nôi taäp trung ít, nghóa laø ñieän töû khueách taùn töø ñaàu noùng ( + ) sang ñaàu nguoäi ( - ). ÔÛ ñoaïn daây xuaát hieän moät söùc ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa daây. Neáu ta duøng hai daây kim loaïi ñonà g chaát noái vôùi nhau qua hai ñieåm coù nhieät ñoä T1 vaø T2 thì trong maïch seõ xuaát hieän hai söùc ñieän ñoäng baèng nhau nhöng nghòch chieàu nhau, vaø toång söùc ñieän ñoäng baèng 0. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  25. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 25 Nhöng neáu maïch kín ñöôïc taïo bôûi hai daây daãn khaùc nhau a vaø b thì toång söùc ñieän ñoäng xuaát hieän trong maïch naøy coù giaù trò khaùc 0 vaø phuï thuoäc vaøo hieäu soá giöõa T1 vaø T2 ôû moái gheùp daây daãn. Do söùc ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä neân khi moät ñaàu haøn coù nhieät ñoä cao hôn thì coù söï khueách taùn cuûa caùc electron ôû ñoù lôùn hôn ôû moái haøn kia. Ñieàu naøy laøm cho söùc ñieän ñoäng ôû moái haøn ñaàu noùng lôùn hôn ôû ñaàu laïnh neân söùc ñieän ñoäng toång khaùc 0. Ngoaøi ra naêng löôïng electron ôû ñaàu noùng cao hôn ñaàu laïnh nenâ doøng electron cuõng theo chieàu ñoù khueách taùn. Ñaàu laïnh tích ñieän aâm, ñaàu noùng tích ñieän döông vaø söï chuyeån ñoäng cuûa noù aûnh höôûng ñeán chieàu doøng ñieän . Eab ( T1, T2 ) = Eab ( T2 ) - Eab ( T1 ) Eab ( T1, T2 ) : söùc ñieän ñoäng toång. Eab ( T2 ) : söùc ñieän ñoäng ôû moái noái coù nhieät ñoä T2. Eab ( T1 ) : söùc ñieän ñoäng ôû moái noái coù nhieät ñoä T1. Ngöôøi ta döïa vaøo coâng thöùc treân ñeå cheá taïo caëp nhieät ñieän. Neáu choïn chuaån ôû 0 °C thì söùc ñieän ñoäng ôû hai ñaàu caëp nhieät ñieän khi laøm vieäc ôû nhieät ñoä T coù daïng : 2 3 E0 ( T ) = A + B.T + CT + DT A, B, C, D laø caùc haèng soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu cheá taïo. E0(mV) t (°C) Hình 2.5 : Ñaëc tuyeán cuûa caëp nhieät ñieän Nhö vaäy söùc ñieän ñoäng E0 laø haøm phi tuyeán theo nhieät ñoä. Noùi caùch khaùc ñoä nhaïy cuûa caëp nhieät ñieän thay ñoåi trong töøng khoaûng ño. Veà maët toaùn hoïc haøm E0 ñöôïc xem nhö tuyeán tính ñoái vôùi nhieät ñoä khi C, D raát lôùn so vôùi A, B. Nhö vaäy söùc ñieän ñoäng ñöôïc xem nhö tuyeán tính ñoái vôùi nhieät ñoä trong töøng khoaûng laøm vieäc naøo ñoù cuûa caëp nhieät ñieän. c). Phaïm vi laøm vieäc : PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  26. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 26 Phaïm vi söû duïng cuûa caëp nhieät ñieän raát roäng töø - 50 °C ¸ 2500 °C. Caëp nhieät ñieän ñuôïc söû duïng nhieàu trong caùc duïng cuï ño nhieät ñoä vì noù coù nhöõng öu ñieåm sau : - Khi ño nhieät ñoä ñeán 700 °C thì ñoä chính xaùc cao. - Coù theå ño ôû nhöõng vuøng coù theå tích nhoû. - Khoaûng nhieät ñoä roäng maø ôû ñoù nhieàu chaát khoâng toàn taïi ôû the å raén. - Coù theå laép ñaët caëp nhieät ñieän trong caùc thieát bò ño töï ñoäng, nhaát laø ño nhieät ñoä töø xa . . . Toå chöùc IEC (International Electrotechnical Commission) phaân loaïi caùc caëp nhieät ñieän nhö sau: Baûng 2.2 cho bieát caùc loaïi caëp nhieät ñieän vaø caùc thoâng soá cuûa noù. Caëp nhieät Cöïc nhieät döông Cöïc nhieät aâm Taàm ño(°C) S(m ñieän V/° C) Cu– 100% Cu Constantan(55% Cu, 45% Ni -330¸660F 42,8 Constantan ) -200¸350 C Loaïi T(reû, sññ lôùn) Fe– 100% Fe Constantan (55% Fe, 45% 200 ¸ 1400F 52,3 Constantan Ni) 95 ¸ 760C Loaïi J(reû, sññ lôùn) Loaïi Platinum 13% Rhodium 100% Pt 1600¸2640F 64 R(ñaét) 870¸1450C Loaïi B Platinum 30%Rhodium Platinum 6%Rhodium 2500¸3100F 1370¸1700C Loaïi C W5Re Tungsten 5% W26Re Tungsten 26% 3000¸4200F Rhenium Rhenium 1650¸2315C PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  27. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 27 Loaïi E Chromel(90%Ni, 10%Cr) Constantan (55% Fe, 45% 200¸1650F (sññ lôùn Ni) 95¸900C nhaát) Loaïi Chromel Alumel(95%Ni, 200¸2300F 40,8 K(choáng 2%Mn,2%Al) 95¸1260C oxi hoùa) Loaïi N Nicrosil(84,6%Ni+14,2% Nisil(95,5%Ni+4,4%Si+1% 1200¸2300F G+1,4%Si) Mn) 650¸1260C Loaïi Platinum 10% Rhodium 100%Platinum 1800¸2640F 6,4 S(ñaét) 980¸1450C Baûng 2.2 : Caùc loaïi caëp nhieät ñieän vaø thoâng soá. Thang nhieät ñoä ñöôïc ñaùnh daáu bôûi caùc ñieåm chuaån theo ITS 1948 (International Temperature Scale). Khi söû duïng ño taàm heïp coù theå tuyeán tính hoùa ñaëc tính caëp nhieät ñieän theo bieåu thöùc: V = k.DT (2-1) k: heä soá nhieät, ñôn vò μV/oC. Baûng thoâng soá chi tieát moät soá loaïi caëp nhieät ñieän (Tham khaûo nguoàn website :www.pyromatron.com). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  28. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 28 Hình 2.6 : Hình daïng moät soá Thermocouple (caëp nhieät)vaø RTD(nhieät ñieän trôû) Hình veõ ñöôïc trích daãn töø saùch [1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002. Neáu daây cuûa caëp nhieät ñieän khoâng ñuû daøi ñe å noái ñeán duïng cuï ño vaø ta duøng day ñoàng ñeå noái thì soá chæ cuûa duïng cuï ño laø hieäu soá nhieät ñoä ño T vaø nhieät ñoä choã noái To, nhieät ñoä To khoâng oån ñònh. Kim loaïi A Ñoàng Duïng cuï ño V T Kim loaïi B Ñoàng Hình 2.7: AÛnh höôûng daây noái PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  29. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 29 Ñeå khaéc phuïc phaûi duøng day noái daøi cuøng loaïi vôùi vaät lieäu cuûa caëp nhieät ñieän ñeå buø tröø nhieät ñoä To, luùc naøy ta coù : V = k(T - T1 ) Nhieät ñoä T1 oån ñònh vaø ño ñöôïc. Ñieän aùp töø caëp nhieät ñieän khaù nhoû neân caàn phaûi ñöôïc khueách ñaïi, ngoaøi ra coøn caàn coù thieát bò ño nhieät ñoä ñaàu laïnh ñeå buø tröø. Maïch buø tröø vaø khueách ñaïi seõ ñöôïc ñeà caäp trong phaàn sau. 2.1.3.2. Nhieät ñieän trôû : a). Caáu taïo : Nhieät ñieän trôû baèng kim loaïi nguyeân chaát hieän nay ñöôïc söû duïng roäng raõi, thoâng thöôøng ñöôïc cheá taïo döôùi daïng cuoän. Noù ñöôïc quaán vôùi daây nhoû xung quanh moät ñeá caùch ñieän. Ñeå baûo veä daây ñieän trôû khoûi hö hoûng vaø khoûi tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng ño, ngöôøi ta boïc chuùng trong moät oáng baûo veä. Vaät lieäu ñeå cheá taïo nhieät ñieän trôû ñoøi hoûi nhöõng yeuâ caàu sau : - Heä soá nhieät lôùn. - Ñieän trôû suaát lôùn. - Tính oån ñònh cao. - Tính thuaàn khieát. Caùc kim loaïi thích hôïp vôùi yeâu caàu treân : Platin, Ñoàng, Niken . . . Trong ñoù Pt ño tôùi taàm ño roäng. Coøn Cu, Ni duøng cho taàm ño thaáp hôn. Vaøi chaát khaùc nhö Fe, Tungsten, Molylsden duøng ôû taàm nhieät ñoä giôùi haïn hôn. Trong thöïc teá, daây kim loaïi ñöôïc duøng laøm nhieät trôû ñöôïc quaán khít nhau treân oáng söù troøn, deïp hay xuyeán. Ñeå baûo veä chuùng, ngöôøi ta boïc chuùng bôûi thuûy tinh , thaïch anh. b). Nguyeân lyù laøm vieäc - Ñaëc tuyeán : Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa nhieät ñieän trôû döïa vaøo söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû theo nhieät ñoä cuûa caùc vaät lieäu daãn ñieän, cuoän daây ñieän trôû, hay chaát baùn daãn naèm trong oáng PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  30. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 30 baûo veä ñöôïc truyeàn nhieät töø ngoaøi vaøo. Quan heä giöõa ñieän trôû vaø nhieät ñoä theo coâng thöùc sau : 2 3 R ( T ) = R0 ( 1 + a T + b T + g T + . . . ) (2-2) R ( T ) :Ñieän trôû vaät lieäu ôû T °C. R0 : Ñieän trôû vaät lieäu ôû 0 ° C. a, b, g : Caùc heä soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu Coù theå söû duïng phöông trình keùm chính xaùc hôn: 2 RT = R0 (1+ AT + BT ) vôùi : A-laø heä soá nhieät döông; B-coù theå aâm hay döông tuøy khoûang nhieät ñoä. A B Pt 0,00385/oC 0,59x10-6/oC Ni 6,17x10-3/oC Cu 4,27x10-3/oC Nhieät ñieän trôû ñoàng söû duïng ôû nhieät ñoä döôùi 100oC ñeå traùnh oxyt hoùa. Do ñieän trôû suaát thaáp ( ρ = 0,0172µWm ) neân caàn cheá taïo nhieät ñieän trôû vôùi day nhoû vaø daøi. Nhieät ñieän trôû nikel coù ñoä phi tuyeán cao, duøng ôû nhieät ñoä nhoû hôn 300oC, coù ñieän trôû suaát cao hôn ñoàng ( ρ = 0,073µWm ). Nhieät ñieän trôû baïch kim thoâng duïng nhaát, coù ñieän trôû suaát cao( ρ = 0,105µWm ), choáng oxyùt hoùa, coù theå ño trong khoaûng -220oC ÷+850oC, ñoä phi tuyeán khoaûng 0,4% treân 100oC. Trò soá Ro cuûa nhieät ñieän trôû baïch kim thöôøng laø 100; 200; 500; 1000 W . Ñaëc tuyeán nhieät ñoä : phuï thuoäc vaøo kim loaïi laøm nhieät ñieän trôû. Phaàn lôùn nhieät ñieän trôû kim loaïi coù heä soá nhieät döông, nghóa laø khi nhieät ñoä taêng thì ñieän trôû taêng. Veà ñaëc tuyeán, luùc ñaàu coù daïng tuyená tính nhöng khi nhieät ñoä taêng cao thì ñieän trôû R taêng nhanh hôn laøm cho ñaëc tuyeán coù daïng phi tuyeán hôn. Ñoái vôùi kim loaïi Pt , ôû nhieät ñoä cao, ñieän trôû taêng chaäm neân coù khoaûng tuyeán tính roäng. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  31. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 31 R(W) Ni Pt t (°C) Hình 2.8 : Ñaëc tuyeán cuûa nhieät ñieän trôû. c). Caùc thoâng soá cuûa nhieät ñieän trôû : + Ñoä nhaïy S : Ñoä nhaïy S ñöôïc ñònh nghóa : dR S = = α.R dT 0 Trong ñoù, a : heä soá nhieät cuûa nhieät ñieän trôû. R0 : ñieän trôû ôû nhieät ñoä 0 °C. + Heä soá nhieät : Heä soá nhieät ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : S 1 dR α = = x R0 R0 dT Heä soá nhieät a phuï thuoäc raát nhieàu vaøo tính ñoàng nhaát cuûa kim loaïi. Heä soá nhieät a cuûa kim loaïi nguyeân chaát luoân lôùn hôn heä soá nhieät a cuûa hôïp kim cuûa chuùng. Moät vaøi trò soá a ôû nhieät ñoä phoøng . -3 aMn = 0,02 . 10 / ° C -3 aFe = ( 2 - 6 ) . 10 / °C -3 aPt = 3,92 . 10 / °C -3 aAu = 4 . 10 / °C -3 aAg = 4,1 . 10 / °C PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  32. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 32 -3 aCu = 4,3 . 10 / °C -3 aNi = 6,7 . 10 / °C d). Phaïm vi söû duïng : Nhieät ñieän trôû kim loaïi thöôøng ñöôïc duøng ñeå ño nhieät ñoä caùc loø phaûn öùng hoùa hoïc, khí than ñöôøng oáng, noài hôi, loø ñieän trôû, nhieät ñoä phoøng. Trong coâng nghieäp ngöôøi ta duøng caùc nhieät ñieän trôû sau : - Nhieät ñieän trôû Ni ñeå ño nhieät ñoä lôùn hôn 200 °C. - Nhieät ñieän trôû Pt ñeå ño nhieät ñoä töø - 200 °C ¸ 300 °C Khi söû duïng nhieät ñieän trôû, khoâng neân dunø g nhieät ñieän trôû kim loaïi ôû nhieät ñoä cao quaù hay thaáp quaù, laøm cho cô caáu tinh theå cuûa kim loaïi thay ñoåi. Khoâng neân ñaët nhieät ñieän trôû nôi quaù aåm, nôi coù chaán ñoäng , rung ñoäng maïnh. Khi söû duïng caàn chuù yù ñeán nhöõng thoâng soá sau : - Cöôøng ñoä donø g cho pheùp qua daây ñieän trôû khoâng vöôït quaù 8 mA. - Thôøi gian maãn caûm nhieät khoâng quaù 10 phuùt. - Ñoä daøi laøm vieäc toái thieåu cuûa ñaàu ño 150 mm. - Sai soá cho pheùp toái ña khoâng vöôït quaù trò soá tính ra töø coâng thöùc quy ñònh sau : Phaïm vi ño nhieät ñoä ( ° C ) Sai soá toái ña cho pheùp 0 ¸ 500 D t = ± [ 0,3 ± 4,5 . 10-3 (t) ] - 120 ¸ 0 D t = ± [ 0,3 ± 6 . 10-3 (t) ] Vôùi t : nhieät ñoä cuûa nhieät keá. D t : sai so á cho pheùp. - Ñoä caùch ñieän giöõa ñieän trôû ño vaø lôùp boïc ngoaøi trong ñieuà kieän nhieät ñoä khoâng khí ( 20 ± 5 ) °C vaø ñoä aåm 8% khoâng ñöôïc döôùi 20 MW . e)Khi gheùp caûm biená nhieät trôû vôùi maïch ño seõ coù doøng qua caûm bieán gay ra taêng nhieät vaø sai soá , do ñoù caàn giôùi haïn doøng naøy. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  33. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 33 f.Cảm biến PT100 (E52MY-PT10C) Hình dạng PT100 HHình 2.9: hình dạng của PT100(E52MY) Thông số kỹ thuật · Cảm biến nhiệt độ E52MY-PT10C · Dải đo: 0 - 400 độ C. · Loại can: DIN PT 100W. · Chiều dài can: 10 cm · Cấp chính xác: B. · Cách điện cho dây dẫn bên trong: ceramic. · Vật liệu đầu bao dây: Khuôn nhôm đúc màu xanh. · Vật liệu ống bảo vệ: SUS 316 ống đúc. · Nhiệt độ môi trường cho đầu đấu dây: 0 - 80 độ C · Loại dây dẫn: hệ thống 3 dây dẫn · Tiếp xúc nhiệt: loại không nối đất. Cách đo PT100 Cảm biến Pt100 cấu tạo bằng dây kim loại platinum dựa trên nguyên tắc thay đổi điện trở kim loại theo nhiệt độ(phương trình Callendar –van dusen) như sau: (2-3) Với: RT: điện trở ở nhiệt độ T o R0 = 100 ohms điện trở ở 0 C α: hệ số nhiệt độ ở T=0oC ( kiểu +0.00385 Ω/Ω/ºC) δ=1.499( kiểu +0.00385 Ω/Ω/ºC) β=0 khi T>0 Vôùi baïch kim ta coù caùc trò soá sau : α 0,00375 0,00385 0,003902 δ 1,60500 1,49990 1,520000 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  34. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 34 β 0,16000 0,10863 0,110000 +Cảm biến Pt100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100 ohms. +Trong khoảng nhiệt độ từ 0-100oC ta tính như sau: RT=R0(1+0.385%T) (2- 4) với sai số nhiệt độ ±0.5 oC. Tức là cứ tăng 1oC thì điện trở Pt100 tăng 0.385 Ω Baûng 2.4: bảng thông số giá trị điện trở và nhiệt độ của Pt100 Ta có ba cách đo Pt100 như sau: Sơ đồ mạch hai dây: Hình 2.10 : Sô ñoà hai daây Sơ đồ mạch 2 dây kết nối theo kiểu cầu Wheatstone. Ở 0oC thì thì giá trị điện trở của PT100 là RT=100 Ω, nên để cầu Wheatstone cân bằng thì các điện trở R1, R2, R3 ta chọn là 100 Ω. L là điện trở dây nối. Es là điện áp nguồn cung cấp, Eo là điện áp ngõ ra. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  35. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 35 Rg+ 22LR Ta tính được : Eo=-Es() (2-5) Rg+R3++2LRR21 Trong trường hợp dây nối dài thì ta dùng sơ đồ 3 dây hay 4 dây để bù trừ điện trở dây nối. Sơ đồ mạch ba dây: Sơ đồ 3 dây có độ chính xác cao hơn sơ đồ 2 dây. Hình 2.11 : Sô ñoà ba daây Rg+ LR2 Ta tính được : Eo=-Es() (2-6) Rg+R3++2LRR21 Với sơ đồ mạch 3 dây có thể nối dây dài tới 30.48m. Sơ đồ mạch bốn dây nguốn dòng: Hình 2.12. Sô ñoà boná daây nguoàn doøng +Is là nguồn dòng cung cấp cho mạch, Eo là điện áp ngõ ra, L là điện trở dây nối, RT là cảm biến nhiệt PT100. +Eo phải có trở kháng cao để ngăn lưu lượng dòng trong điện thế dây dẫn. Mạch 4 dây có thể sử dụng ở khoảng cách dài hơn ba dây nhưng phải sử dụng máy phát nguồn dòng trong môi trường nhiễu về điện. +Sơ đồ bốn dây nguồn dòng cho độ chính xác tốt nhất: Eo= Is.RT (2-7) 2.1.3.3. Nhieät keá baùn daån : a). Caáu taïo : PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  36. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 36 Ñaây laø loaïi nhieät keá maø phaàn töû nhaïy caûm vôùi söï thay ñoåi nhieät ñoä ñöôïc cheá taïo baèng chaát baùn daãn thöôøng goïi laø Tec-mix-to ( Thermistor ). Ñaëc ñieåm cuûa Tec- mix-to laø ñieän trôû cuûa noù bieán ñoåi raát lôùn theo nhieät ñoä. Thaønh phaàn chính cuûa Tec- mix-to laø boät cuûa caùc oxyt kim loaïi nhö Mangan, Saét, Niken . . . hoaëc caùc hoãn hôïp tinh theå MnAlO 4, vaø ZnTiO 4. Nhieät keá Tec-mix-to ñöôïc cheá taïo baèng caùch eùp ñònh hình, sau ñoù nung ñeán treân 1000 °C trong moâi tröôøng oxy hoùa. Vieäc choïn tæ leä boät hoãn hôïp caùc oxyt hoaëc hoãn hôïp tinh theå vaø moâi tröôøng nung giöõ vai troø quan troïng, noù quyeát ñònh chaát löôïng cuûa Tec-mix-to . Ñoä tin caäy cuûa Tec-mix-to phuï thuoäc vaøo ñoä tinh khieát cuûa vaät lieäu cheá taïo. Nhieät keá Tec-mix-to ñöôïc duøng nhieàu vì coù nhöõng öu ñieåm sau : - Ñoä nhaïy cao. - Tính oån ñònh cao, tin caäy. - Kích thöôùc nhoû vaø hình daïng thích hôïp. b). Quan heä giöõa ñieän trôû cuûa Tec-mix-to vaø nhieät ñoä : Söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû R cuûa chaát baùn daãn ( duøng laøm nhieät keá ) theo nhieät ñoä coù daïng hình cong nhö sau : R(W) t(°K) Hình 2.13 : Ñaëc tuyeán R ( T ) cuûa nhieät keá baùn daãn. Töø ñoù ta thaáy R giaûm nhanh khi nhieät ñoä taêng. Veà maët toaùn hoïc, quan heä giöõa ñieän trôû R vaø nhieät ñoä ñöôïc bieåu dieãn nhö sau : R (T) = a . eb/T (2-8) Trong ñoù , R (T) : ñieän trôûcuûa chaát baùn daãn ôû nhieät ñoä T ( ° K ) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  37. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 37 a : heä soá nhieät phuï thuoäc kích thöôùc vaø hình daùng. b : Heä so á phuï thuoäc vaät lieäu cheá taïo (töø 3000 ñeán 50000). T : nhieät ñoä tuyeät ñoái. Neáu goïi R0 laø trò soá ñieän trôû cuûa Tec-mix-to ôû nhieät ñoä T0 ( ° K ) thì bieåu thöùc coù theå vieát döôùi daïng : β(1/T1-1/T0) R(T)=R0.e (2-9) Vôùi loaïi Tec-mix-to ño nhieät ñoä thaáp, giaù trò cuûa b trong khoaûng ( 3000 ¸ 5000 ), vôùi loaïi Tec-mix-to ño nhieät ñoä cao, b trong khoaûng ( 6000 ¸ 13000 ). Heä soá nhieät a cuûa Tec-mix-to ñöôïc tính theo bieåu thöùc sau : dR β α = = RdT T 2 Vôùi moät loaïi vaät lieäu baùn daãn naøo ñoù thì ß laø moät haèng soá, vaø heä soá nhieät a cuûa Thermistor seõ giaûm khi nhieät ñoä taêng. Ví duï : Moät loaïi Tec-mix-to coù : a = - 0,04 ôû 20 °C a = - 0,016 ôû 3000 ° C Ñieàu ñoù chöùng toû raèng nhieät ñoä caøng giaûm thì ñoä nhaïy cuûa Tec-mix-to caøng taêng, ñoù cuõng laø moät öu ñieåm cuûa loaïi nhieät keá naøy. c). Ñaëc tuyeán ñieän aùp - doøng ñieän ( U - I ) cuûa Tec-mix-to : Khi ñaët moät ñieän aùp U coá ñònh vaøo hai ñaàu cuûa Tec-mix-to coù ñieän trôû R0 caân baèng vôùi nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh T0 , thì doøng ñieän I ñi qua seõ ñoát noùng Tec- mix-to leân nhieät ñoä T. Khi ñoù ñieän trôû Tec-mix-to coù giaù trò laø R ( R < Ro ) vaø tuaân theo ñònh luaät Ohm : U R = I Vôùi I laø cöôøng ño ä doøng dieän khi ñaõ ñaït ñeán söï caân baèng nhieät. Cho U bieán thieân ta seõ veõ ñöôïc coâng thöùc theå hieän moái quan heä giöõa nhieät ñoä, ñieän aùp vaø doøng ñieän nhö hình veõ sau ( Hình 2.8 ). Ñöôøng cong naøy coù moät giaù trò cöïc ñaïi. Neáu nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh laø T0’ thì ñöônø g cong khaùc vôùi T0. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  38. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 38 U(V) (T0) (T0’) I(mA) Hình 2.14 : Ñaëc tuyeán Voân - Ampe cuûa Tec-mix-to. 2.1.3.4. Caûm bieán nhieät ñoä vi maïch Caûm bieán nhieät ñoä vi maïch cheá taïo töø chaát baùn daãn coù nhieät ñoä tæ leä ñoä C, F hay K tuøy loaïi. Taàm ño nhieät ñoä giôùi haïn töø -55oC ñeán 150oC, ñoä chính xaùc töø 1oC ñeán 2oC tuøy loaïi. Sau ñaây laø moä soá caûm bieán cuûa haõng National Semiconductor Teân Taàm nhieät ñoä Ñoä chính xaùc Tín hieäu ra LM 34 -50oF÷300oF ±3,0oF 10mV/oF LM 35A -55oC÷150oC ±1,0oC 10mV/oC LM 45B -20oC÷150oC ±2,0oC 10mV/oC LM 135A -55oC÷150oC ±1,3oC 10mV/oK LM 335A -40oC÷150oC ±2,0oC 10mV/oK Vi maïch LM35 coù ba daïng voû: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  39. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 39 + Vo + + o + Vo M Vo=10mV/ C M M Hình 2.15: Sô ñoà chaân vaø maïch aùp duïng LM335 Buø nhieät ñoä ñaàu töï do caëp nhieät Ta bieát ñieän aùp treân ñaàu töï do caëp nhieät laø: Vth = α(T -T0 ) (2-10) trong ñoù T laø nhieät ñoä ñaàu ño, T0 laø nhieät ñoä ñaàu töï do (moâi tröôøng), α laø heä soá nhieät ñieän. Söû duïng caûm bieán nhieät LM335 vôùi heä soá nhieät 10mV/oK vôùi ñoä K=oC+ 273 ñeå buø tröø vôùi α T0. Phaân tích sô ñoà sau: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  40. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 40 Hình2.16: Bu ø nhieät ñoä baäc töï do caëp nhieät æ R ö R R ç 3 ÷ 3 3 V0 = Vth ç1+ ÷ -V1 -Vref è R1 // R2 // R4 ø R1 R2 æ R ö R R ç 3 ÷ 3 3 = α(T -T0 )ç1+ ÷ -V1 -Vref è R1 // R2 // R4 ø R1 R2 V1 = -10(T0 + 273,2)(mV ) æ R ö æ R ö V = αTç1+ 3 ÷ - αT ç1+ 3 ÷ 0 ç R // R // R ÷ 0 ç R // R // R ÷ è 1 2 4 ø è 1 2 4 ø -2 R3 R3 R3 +10 T0 + 2,732 -Vref R1 R1 R2 Choïn nguoàn chuaån laø IC oån aùp LM 329A coù Vref=6,9V, heä soá nhieät 10 ppm/oC=0,069 mV/oC. o Giaû söû ta muoán V0= 10 mV/ C. -2 R3 10 100α.R3 Choïn 1+ = ® R1 // R2 // R4 = R1 // R2 // R4 α 1-100α æ R ö R R R ç 3 ÷ -2 3 3 3 Vaø: - αT0 ç1+ ÷ +10 T0 + 2,732 - 6,9 = 0 è R1 // R2 // R4 ø R1 R1 R2 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  41. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 41 6,9 R = ; R = 2,525R ; R = R 2 2,732 2 1 3 1 Hay: R R R = 1 = 1 4 1- 200α 2,732 1 - - 2,39 100α 6,9 100α Trò soá R4 theo R1: J 0,00530R1 K 0,00410R1 T 0,00430R1 S 0,000640R1 Ta coù sô ñoà sau: Hình 2.17 . Sô ñoà buø nhieät baäc töï do caëp nhieät (National Semiconductor) o -Bieán trôû R2 duøng ñeå chænh DVo / DC = 10mV / C . - Bieán trôû R1 chænh heä soá nhieät cuûa LM 335. -Bieán trôû R3 chænh ñeå trieät tieâu ñieän aùp ôû 0oC. Caùch chænh nhö sau : -Ñaët tín hieäu vaøo ngoõ coäng cuûa OPAMP thay cho caëp nhieät ñieän chænh R4 ñeå ñoä lôïi laø 1/100α tuøy loaïi caëp nhieät ñieän. -Noái taét ngoõ vaøo coäng cuûa OpAMP vaø hai ñaàu LM329A. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  42. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 42 -Ñieän aùp treân ngoõ ra OPAMP phaûi laø : (273,2 +To).10(mV) ôû To=25oC ta ño ñöôïc 2,982V, chænh ñuùng nhôø R1. -Boû noái taét treân LM329A, ñieän aùp ra OPAMP laø: 10To(mV)=250mV, chænh R3 ñeå ñaït trò soá naøy. -Ñöa caëp nhieät vaøo, maïch saün saøng ñeå söû duïng, chuù yù laø LM335 phaûi ñaët saùt ñaàu töï do cuûa caëp nhieät. Maïch ño nhieät ñoä duøng caëp nhieät ñieän loaïi K: Khối cảm biến nhiệt Sơ đồ nguyên lý: +5V R22 R23 R11 3M +5V 27K VR10K -5V 1 R12 7 1 U7 VR10K 2 V1 3 OP07 R15100 4 8 U10 + - 6 2 OP07 J2 + C14 2 6 Vout - + 10u 3 1 2 3 4 8 ANALOG OUT 7 1 -5V +5V +5V +5V R13 2.2K 7 1 U8 V2 3 OP07 R1727K R24VR10K + 6 3 2 2 - R14 VR10K U12 1 2 + C15 4 8 LM335 10u 3 -5V 1 +5V 7 1 U9 + V3 3 OP07 R16100 + 6 Thermocouple + C16 2 - 10u - 4 8 -5V Hình 2.18 Caûm bieán nhieät duøng thermocouple loaïi K coù ñoä nhaïy laø 40mV/0C, raát tuyeán tính. Maïch gia coâng caàn thöïc hienä 3 chöùc naêng sau : buø nhieät cho ñaàu töï do, khueách ñaïi, vaø taïo ñieän aùp ra laø 0V khi ño ôû 00C. Xeùt maïch treân : PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  43. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 43 · U7, U8, U9 (duøng OP07 cho offset thaáp) ñoùng vai troø moät bo ä ñeäm ñieän aùp lyù töôûng : coù trôû khaùng vaøo raát lôùn vaø trôû khaùng ra raát nhoû, khoâng ñeå caùc ñaàu vaøo aûnh höôûng laãn nhau. · Ñieän aùp ra treân thermocouple : V3 = S(Td – Ta) = S.Td – S.Ta Vôùi : Td laø nhieät ñoä caàn ño. Ta laø nhieät ñoä moâi tröôøng. S laø ñoä nhaïy cuûa thermocouple (40mV/°C). Nhö vaäy laø giaù trò ñieän aùp ra treân caëp nhieät ñieän ngoaøi nhieäm vuï mang thoâng tin cuûa nhieät ñoä caàn ño coøn bò aûnh höôûng bôûi nhieät ñoä moâi tröôøng. Ñeå loaïi tröø aûnh höôûng treân, ta caàn phaûi coù moät khoái taïo ra ñieän aùp theo nhieät ñoä moâi tröôøng nhöng coù daáu ngöôïc laïi Þ dunø g IC caûm bieán LM335A. · IC LM335A laø loaïi caûm bieán nhieät ñoä baùn daãn, coù ñoä nhaïy laø 10mV/°K. Aùp taïo ra do LM335A caûm bieán ñöôïc laø : V2 = K.Ta [°K] = K(273 + Ta) [°C] = K.273 + K.Ta = C + KTa (C = K.273) vôùi K = 10mV/°K; C = 2,73V Þ coù theå trieät tieâu aûnh höôûng cuûa Ta, nhöng laïi taïo ra moät möùc ñieän aùp laø 2,73V ôû 0°C neân caàn phaûi coù moät khoái ñe å tröø 2,73V nhaèm taïo ñieän aùp ñaàu ra laø 0V ôû 0°C. · Bieán trôû R12 chính laø thaønh phaàn buø tröø ñieän aùp 2,73V nhö ñaõ noùi ô û treân. · U10 (duøng OP07) ñoùng vai troø boä coäng coù khueách ñaïi, ñieän aùp ra cuoái cuøng laø : æ R22 + R23ö æ V 2 V 3 ö R22 + R23 Vout = ç1+ ÷[(R17 + R24)// R16]ç + ÷ - V1 è R15 ø è R17 + R24 R16 ø R15 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  44. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 44 æ R22 + R23ö æ C K.Ta S.Td S.Ta ö Þ Vout = ç1+ ÷[(R17 + R24)// R16]ç + + - ÷ - è R15 ø è R17 + R24 R17 + R24 R16 R16 ø R22 + R23 - V1 R15 Khoâng bò anû h höôûng cuûa nhieät ñoä moâi tröôøng : K.T S.T R17 + R24 K 10mV a - a = 0 Þ = = = 250 KW R17 + R24 R16 R16 S 40µV choïn R16 = 100W Þ R17 + R24 = 25KW Þ choïn R17 = 22KW vaø R24 laø bieán trôû 10KW. Khi ñoù caàn ñieàu chænh R24 ñeå trieät tieâu Ta. Trieät tieâu ñieän aùp tónh (2,73V) : æ R22 + R23ö æ C ö R22 + R23 ç1+ ÷[(R17 + R24)// R16]ç ÷ - V1 = 0 è R15 ø è R17 + R24ø R15 vôùi (R17 + R24)//R16 = (25KW)//(100W) = 99,6W æ R22 + R23ö 2,73 R22 + R23 Þ ç1+ ÷x99,6x = xV1 è R15 ø 32000 R15 R22 + R23æ 2,73 ö 2,73 hay : çV1- ÷ = (1) R15 è 321,285ø 321,285 khi ñoù, ñieän aùp ra laø : æ R22 + R23ö S.Td Vout = ç1+ ÷[(R17 + R24)// R16] è R15 ø R16 Trường hợp Vout đ ược đưa vào ngõ vào của ADC 12 bit: ñieän aùp naøy ñöôïc ñöa tröïc tieáp vaøo ADC 12-bit (ICL7107) neân caàn phaûi coù moät söï töông thích veà ñoä phaân giaûi : ADC 12-bit coù 4096 möùc. Ñieän aùp vaøo toái ña = 4,096V Þ 1LSB = 4,048V/4096 = 1mV Ñieàu khieån ñeán 409,6°C : PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  45. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 45 Þ 1LSB = 409,6/4096 = 0,1°C töùc moãi khi taêng 0,1°C thì ñieän aùp ra taêng 1mV : æ R22 + R23ö 0,1.S ç1+ ÷[(R17 + R24)// R16] = 1mV è R15 ø R16 (R17 + R24) // R16 99,688 do : = R16 100 R22 + R23 R22 + R23 Þ 1+ = 251Þ = 250 R15 R15 choïn R15 = 100W Þ choïn R22 = 22KW; R23 laø bieán trôû 10KW. Chænh R23 cho ñoä phaân giaûi. Thay vaøo (1) : æ 2,73 ö 2,73 250xçV1- ÷ = Þ V1 = 8,5mV è 321,285ø 321,285 V1 ñöôïc taïo ra töø caàu chia ñieän aùp R11 = 3MW vaø R12 laø bieán trôû 10KW. Þ caàn chænh R12 ñeå V1 ñaït 8,5mV · Caùc tuï C14, C15, C16 choïn giaù trò 10mF ñeå choáng nhieãu. 2.1.3.5. Nhieät keá theo nguyeân taéc giaõn nôû : Ñaây laø moät loaïi duïng cu ï ño nhieät ñoä ñöôïc cheá taïo döïa treân tính chaát giaõn nôû khi nhieät ñoä taêng vaø co laïi khi nhieät ñoä giaûm cuûa moät chaát hay hai chaát khaùc nhau ( coù theå laø hai chaát raén, chaát raén - chaát loûng, chaát raén - chaát khí . . . ) a). Nhieät keá löôõng kim : Nhieät keá löôõng kim ñöôïc cheá taïo baèng hai laù kim loaïi coù heä soá giaõn nôû daøi khaùc nhau. Hai laù kim loaïi naøy ñöôïc noái lieàn nhau baèng caùch haøn hoaëc caùn ñaëc bieät thaønh moät thanh löôõng kim vaø ñöôïc giöõ coá ñònh moät ñaàu, coøn ñaàu kia giaõn nôû vôùi moät kim chæ thò. Khi nhieät ñoä taêng, do söï giaõn nôû daøi khaùc nhau cuûa hai kim loaïi nenâ thanh löôõng kim bò uoán cong veà moät phía. Nhôø baûng chia ñoä ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm, ta ñoïc ñöôïc trò soá nhieät ñoä. b). Nhieät keá giaõn nôû chaát raén : PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  46. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 46 Ta bieát raèng moät vaät ñeàu chòu aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä : nôû ra khi noùng vaø co laïi khi laïnh. nhö moät thanh kim loaïi coù chieàu daøi l0 ôû nhieät ñoä ban ñaàu seõ giaõn ra moät ñoaïn D l khi taêng nhieät ñoä leân moät löôïng Dt vaø moät soá ñaêc tröng cho moãi kim loaïi theo quan heä: D l = d l0 x D t Vôùi d : ñaëc tröng cho töøng kim loaïi ôû moät khoaûng nhieät ñoä xaùc ñònh Chieàu daøi cuûa thanh kim loaïi ñöôïc tính baèng caùch sau : l t = l0 + d l0 D t = l0 [ 1 + d ( t - t0 ) ] (2-11) t = t - t0 : ñoä cheânh leäch giöõa nhieät ñoä ban ñaàu vaø nhieät ñoä kim loaïi khi taêng nhieät. Neáu choïn t0 = 0 °C heä thöùc treân thaønh : lt = l0 ( 1 + d t ) (2-12) Khi ñoù d chính laø heä soá giaõn nôû daøi cuûa kim loaïi. Döïa vaøo tính giaõn nôû cuûa kim loaïi vaø nhaát laø nhôø cheá taïo ñöôïc nhöõng hôïp kim vaø kim loaïi coù ñoä tinh khieát cao, neân ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ñöôïc nhieàu nhieät keá duøng trong coâng nghieäp coù ñoä chính xaùc baûo ñaûm yeâu caàu. c). Nhieät keá chaát loûng : Nhieät keá chaát loûng laø duïng cuï ño nhieät ñoä ñöôïc duøng nhieàu nhaát, raát thoâng duïng hieän nay. Nguyeân taéc laøm vieäc cuûa noù döïa treân söï giaõn nôû cuûa chaát loûng khi bò ñoát noùng vaø co laïi khi laøm nguoäi. Chaát loûng thöôøng ñöôïc duøng laø thuûy ngaân ( Hg ) vaø röôïu . . . Chaát lonû g ñöôïc duøng phaûi coù ñoä tinh khieát cao, khoâng coù taùc duïng hoùa hoïc vôùi bình chöùa, khoâng bò bieán chaát theo thôøi gian vaø coù heä soá giaõn nôû oån ñònh. 2.1.3.6. Hoûa keá quang hoïc : Ñaây laø teân goïi chung ñeå chæ duïng cuï ño nhieät ñoä baèng caùch duøng heä thoáng kính quang hoïc ñeå thu laáy caùc tia böùc xaï cuûa vaät theå roài caên cöù vaøo ñoù theo ñoä böùc xaï ñeå xaùc ñònh nhieät ñoä cuûa vaät theå böùc xaï. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  47. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 47 Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa hoûa keá quang hoïc laø döïa treân caùc hieän töôïng böùc xaï cuûa caùc vaät theå ñen ôû nhieät ñoä cao. Vaät theå ñen laø moät vaät haáp thuï hoaøn toaøn taát caû caùc böùc xaï nhaän ñöôïc. Hieän nay trong coâng nghieäp, ngöôøi ta söû dunï g raát nhieàu loaïi hoûa keá nhö : hoûa keá böùc xaï, vi sai, ño maøu, töï ghi, nhieät ngaãu . . . nhöng thöôøng duøng caùc loaïi sau : - Neáu hoûa keá tieâu thuï hoaøn toaøn naêng löôïng böùc xaï cuûa vaät theå : goïi laø hoûa keá böùc xaï toaøn phaàn. - Neáu chæ ño ñoä böùc xaï ñôn saéc treân moät böôùc sonù g nhaát ñònh cuûa chuøm tia böùc xaï : goïi laø hoûa keá quang hoïc hay böùc xaï rieâng phaàn. - Neáu coù dunø g theâm teá baøo quang ñieän ñeå thu laáy cöôøng ñoä tia böùc xaï thì ñoù laø hoûa keá quang ñieän. Ngoaøi caùc loaïi nhieät keá keå treân ngöôøi ta coøn duøng caùc phöông phaùp khaùc ñeå ño nhieät ñoä nhö : - Thaùp ño nhieät ñoä. - Buùt chì kieåm nhieät. - Vieàn kieåm nhieät. - Vecni kieåm nhieät. - Söû duïng maøu saéc ñeå ño nhieät ñoä. - Ño nhieät ñoä baèng ñieåm Curie. 2.2.CAÛM BIEÁN LÖÏC VAØ TROÏNG LÖÔÏNG Löïc ñöôïc ñònh nghóa laø : F = m.a (2-13) Coøn troïng löôïng laø : P = m.g (2-14) Trong ñoù : m laø khoái löôïng cuûa vaät (kg). a : gia toác cuûa vaät (m/s2); g: gia toác troïng tröôøng =9,81 (m/s2) F: löïc taùc ñoäng leân vaät m gaây ra gia toác ñôn vò (N) P : löïc gaây ra bôûi söùc huùt traùi ñaát leân vaät (kgf) 1 N= 1 kgm/s2; 1 kgf= 9,81 N Kyõ thuaät ño löïc/tronï g löôïng raát ña daïng, thöôøng döïa vaøo caùc nguyenâ taéc sau : -Caân baèng: caân baèng löïc muoán ño vôùi löïc ñaõ bieát(quaû caân, löïc loø xo). -Bieán daïng : ño bieán daïng cuûa moät vaät döôùi taùc dunï g cuûa löïc(straingage, aùp ñieän). -Di chuyeån : ño söï di chuyeån cuûa vaät suy ra löïc. -Gia toác : ño gia toác suy ra löïc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  48. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 48 2.2.1. Strain gage Strain gage hay ñieän trôû tenxô hoaït ñoäng döïa treân söï thay ñoåi ñieän trôû khi l R = ρ bieán daïng: A (2-15) dR dρ dl dA dρ dl 2dD = + - = + - R ρ l A ρ l D trong ñoù ρ : ñieän trôû suaát; l- chieàu daøi;A-tieát dieän;D-ñöôøng kính daây. dR l dρ l 2dD l . = . +1- R dl ρ dl D dl dl dD trong ñoù : goïi laø öùng suaát doïc ε ; -laø öùng suaát ngang ε l a D t dD l dR l . - tyû soá Poisson;v = ε /ε ; . -heä soá gage G D dl t a R dl dl 1 G = . +1- 2v l ε a Giaù trò cuûa G cho bôûi nhaø saûn xuaát dR l dl G = . ® dR = RG = R.Gε R dl l a Strain gage thöôøng cheá taïo töø kim loaïi, baùn daãn G thay ñoåi tuøy theo vaät lieäu Constantan Vaät lieäu Thaønh phaàn Heä soá gage Constantan 45%Ni; 55%Cu 2,05 Nickel-chrome 3,5 Platinum-tungsten 92%Pt;8%W 4,50 Baùn daãn 150 Strain gage thöôøng cheá taïo töø kim loaïi döôùi daïng moät maïng löôùi daây moûng ñöôøng kính khoaûng 20µm ñaët giöõa hai lôpù baûo veä caùch ñieän hoaëc döôùi daïng löôùi maøng in treân ñeá baèng phöông phaùp quang. Strain gage baùn daãn cheá taïo töø silicon loaïi n hay p (caûm bieán aùp löïc). Ñieän trôû strain gage töø 100 W ñeán 1000 W . Muoán ño bieán daïng ta daùn strain gage leân vaät chòu öùng löïc vaø ño söï thay ñoåi ñieän trôû. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  49. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 49 Hình 2.19 : Hình daïng strain gage 2.2.2. Ño löïc vaø troïng löôïng baèng Strain gage Löïc hay troïng löôïng caàn ño taùc duïng vaøo moät khoái kim loaïi ñaøn hoài laøm bieán daïng khoái ñoù. Baèng caùch daùn caùc strain gage vaøo vaät ñaøn hoài ta ño ñöôïc bieán daïng töø ñoù suy ra löïc/troïng löôïng. Caùc nhaø saûn xuaát cheá taïo loadcell duøng cho muïc ñích naøy. Khoái ñaøn hoài cheá taïo baèng nhoâm hay theùp khoâng ræ ñaõ ñöôïc xöû lí ñaëc bieät, treân ñoù daùn boán strain gage laøm töø laù kim loaïi moûng raùp theo kieåun caàu. Hình 2.20 : Loadcell 2 strain gage tích cöïc Khi neùn/keùo ñieän trôû cuûa strain gage 1 vaø 4 giamû /taêng, coøn ñieän trôû strain gage 2, 3 khoâng ñoåi, duøng ñeå caân baèng caàu vaø buø aûnh höôûng nhieät ñoä. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  50. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 50 Hình 2.21: Loadcell 4 strain gage tích cöïc Trong maïch caàu coù theå coù töø moät ñeán boán strain gage tích cöïc. Ta tìm bieåu thöùc cuûa ñieän aùp ra caàu trong tröôøng hôïp boán strain gage tích cöïc, trong hình R laø ñieän trô û ban ñaàu cuûa strain gage khi chöa bò taùc duïng löïc ño. Coù theå chöùng minh laø maïch töông ñöông giöõa A vaø B ñöôïc chæ ra ôû hình sau. Ñieän trôû töông ñöông nhìn töø AB laø: DR 2 Rout = R - (2-16) R + Rs1 + Rs2 Nguoàn töông ñöông: DR VAB = VS (2-17) R + Rs1 + Rs2 DR 2 Rout = R - R + Rs1 + Rs2 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  51. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 51 A DR R + Rs1 + Rs2 B Hình 2.22: Maïch ñieän loadcell vaø maïch töông ñöông. Tæ soá ΔRmax/R raát nhoû khoaûng 2à3 phaàn ngaøn neân ñieän trôû töông ñöông nhìn töø AB coù theå xem laø R. Neáu RL lôùn thì aùp ra cuûa loadcell ty û leä vôùi ΔR. Tröôøng hôïp coù RL thì : VS .DR RL VAB = . (2-18) R + Rs1 + Rs2 R + RL Nhö vaäy aùp ra vaãn tyû leä thuaän vôùi ΔR. Neáu noái song song caùc ñaàu ra cuûa load cell, giaû söû ba loadcell, ta coù : æ DR DR DR ö ç 1 2 3 ÷ VS = çk1 + k 2 + k3 ÷R1 // R2 // R3 (2-19) è R1 R2 R3 ø Giaû söû caùc loadcell gioáng nhau: k(DR + DR + DR ) V = 1 2 3 S 3 Ñieän aùp ra laø trung bình conä g ñieän aùp ra cuûa load cell. Cho mạch strain gage cầu Wheatstone sau (Hình 2.23): dùng 1 gage với ε: strain gage, R: điện trở. Hình 2.23a Giá trị Vo đo được: Gε V = .V . o 4 + 2.Gε i Cho m ạch strain gage c ầu Wheatstone sau : dùng 2 gage v ới ε: strain gage, R: đi ện tr ở. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  52. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 52 b) Giá trị Vo đo được: Gε V = .V o 2 + Gε i Cho m ạch strain gage c ầu Wheatstone sau : dùng 4 gage v ới ε: strain gage, R: đi ện tr ở. c) Giá trị Vo đo được: Vo = GεVi Thí duï : Xem xeùt strain gauge niken-croâm coù ñieän trôû 350 ohm (G=2) laøm vieäc ôû 1000 microstrain. Möùc ngoõ ra ñaït ñöôïc bao nhieâu töø maïch ño löïc duøng caàu Wheatstone vôùi 1 gage, 2 gage vaø 4 gage tích cöïc ôû 10V ? Giaûi : a. 1 gage Gεx10-3 V = V 0 4 + 2Gεx10-6 i 2x1000x10-3 = x10 4 + 2x2x1000x10-6 20 20 = = 4 + 4x10-3 4(1,001) = 4,995mV b. 2 gage : PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  53. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 53 Gεx10-3 V = V 0 2 + Gεx10-6 i 2x1000x10-3 = x10 2 + 2x1000x10-6 20 = 2 + 4x10-3 = 9,98mV c. 4 gage : -3 V0 = Gεx10 Vi = 2x1000x10-3 x10 = 20mV Hình 2.24 laø hình daïng hai loaïi loadcell thoâng duïng vaø thoâng soá loadcell a)Model OSBK series shear beam loadcell (200kg-10t) b)Model DBBP/DBBPU series S-Beam loadcell (20kg-5t) Model DBBP/DBBPU BONGSIN(Korea) Löïc danh ñònh Rated Capacity (RC) 20, 50, 100, 200, 500 kg, 1, 2, 3, 5 T Ñieän aùp ra Rated Output 3 mV/V ±0,5% Phi tuyeán Nonlinearity ≤0,03%RO Hysteresis ≤0,03%RO Ñoä khonâ g laëp laïi Non Repeatability ≤0,02%RO Ñoä leäch khoâng Zero offset ≤1%RO o Heä soá nhieät treân RO ≤0,1 LOAD/10 C o Heä soá nhieät treân ñoä leäch khoâng ≤0,05 %/RO/10 C Ñieän trôû vaøo 350±3,5 W Ñieän trôû ra 350±3,5 W Ñieän aùp n guoàn 10 VDC /Max 15 VDC Quaù taûi cho pheùp 150% RO PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  54. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 54 Hình 2.24. Hình daùng hai loaïi loadcell vaø thoâng soá. CAÛM BIEÁN LOAD CELL MODEL 1024. v Hình daïng. v Ñaëc tính: § Giôùi haïn ño: 1g – 10kg. § Caáu taïo ñöôïc saûn xuaát tö ø kim loaïi nhoâm. v Kích thöôùc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  55. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 55 v Thoâng soá kyõ thuaät. Hình 2.25 Hình daùng loaïi load cell vaø thoâng soá. 2.2.3. Caûm bieán aùp ñieän Caùc tinh theå nhö quartz, tourmaline, sulfate, muoái Rochell phaùt sinh ñieän aùp khi chòu taùc ñoäng cuûa löïc goïi laø hieäu öùng aùp ñieän, ñöôïc söû duïng laøm caûm bieán aùp ñieän ñeå ño löïc hay ñoä rung. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  56. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 56 F V a) Hình 2.26: Caûm bieán aùp ñieän Ñieän tích sinh ra do löïc F laø : Q = kF = kAρ (2-20) trong ñoù : k- haèng soá aùp ñieän; A-dieän tích ; ρ -aùp suaát. Ñieän aùp ra: V=KF=vt ρ (2-21) Vôùi : v-laø ñoä nhaïy ñienä aùp; t- beà daøy baûn tinh theå. Trong hình laø caûm bieán aùp ñieän goàm moät khoái nhoû ñöôïc eùp bôûi loø xo taïo löïc leân tinh theå aùp ñieän. Khi voû cuûa caûm bieán rung, löïc cuûa khoái taùc ñoäng leân tinh theå tyû leä vôùi gia toác di chuyeån, do ñoù ñieän aùp ra cuûa tinh theå tyû leä vôùi gia toác . Öu ñieåm cuûa tinh theå aùp ñieän laø goïn, raén chaéc coù ñoä nhaïy cao vaø taàn soá hoaït ñoäng cao. Vôùi thaïch anh ñoä nhaïy aùp laø 0,055Vm/N coøn haèng soá ñieän aùp 2,25x10-12 Coulomb/Newton. Neáu aùp suaát 50 psi ñöôïc ñaët vaøo tinh theå thaïch anh daày 0,1 Mcr thì ñieän aùp ra laø 48,1 V. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  57. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 57 H2.27 Chuù yù, tinh theå chæ phaùt sinh ñieän aùp ôû traïng thaùi ñoäng nghóa laø löïc taùc duïng phaûi thay ñoåi. Do ñaëc tính toång trôû ra cao cuûa tinh theå aùp ñieän, thöôøng duøng sô ñoà khueách ñaïi ñeäm ñeå xöû lí ñieän aùp töø caûm bieán. 2.2.4.ÖÙng duïng cuûa caûm bieán löïc trong thöïc teá a. Trong lónh vöïc kieåm ñònh xaây döïng -Thí nghieäm cöôøng ñoä phaù vôõ beâ toâng Maùy neùn maãu beâ toâng cuûa haõng Tecnotest-YÙ. Caûm bieán löïc ñöôïc ñaët treân taám neùn cuûa maùy neùn beâ toâng 200 taán nhö hình. Khi heä thoáng thuûy löïc vaän haønh laøm cho taám neùn ôû beân döôùi naâng leân ,trong khi ñoù taám neùn ôû phía treân maãu beâ toâng seõ coá ñònh ñaët treân ñoù laø caûm bieán löïc. Heä thoáng thuûy löïc seõ neùn maãu beâ toâng cho ñeán khi khoái beâ toâng phaù vôõ. Tín hieäu töø caûm bieán löïc seõ truyeàn ñeán boä hieån thò kyõ thuaät soá, vaø hieån thò löïc chòu taûi cuûa beâ tonâ g. Caûm bieán löïc duøng trong maùy neùn cuûa haõng Tecnotest-YÙ. -Thí nghieäm cöôøng ñoä phaù vôõ xi maêng Maùy neùn xi maêng cuûa haõng Tecnotest – YÙ. Caùch laép ñaët vaø bo á trí thuyû löïc cuûa maùy neùn xi maêng 25 taán. Nhöõng boä phaän hieån thò löïc cuûa maùy neùn laø baèng ñoàng hoà. Vì vaäy caûm bieán löïc seõ truyeàn tín hieäu ñieän thaønh aùp löïc ñeå taùc ñoäng leân ñoàng hoà ño löïc cuûa maùy neùn, chæ thò keát quaû löïc caàn ño. b. Trong lónh vöïc coâng nghieäp -Thieát bò caân trong phoøng thí nghieäm Thieát bò caân trong phoøng thí nghieäm. Lónh vöïc naøy öùng duïng raát nhieàu caûm bieán löïc. Vì trong baát cöù phoøng thí nghieäm naøo thì cuõng phaûi duøng caân ñeå xaùc ñònh khoái löôïng caùc maãu thí nghieäm. Ngoaøi ra coøn duøng ñeå caân ñoä aåm cuûa caùc saûn phaåm caàn kieåm tra. -Heä thoná g caân conâ g nghieäp Trong caùc nhaø maùy saûn xuaát, vieäc laép ñaët caùc caûm bieán löïc ñeå caân xe vaøo/ra nhaø maùy raát caàn thieát. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  58. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 58 Heä thoáng caân naøy goàm nhieàu caûm bieán löïc khaùc nhau, thöôøng thì goàm 4 caûm bieán gaén ôû 4 goùc cuûa baøn caân; hoaëc 6 caûm bieán : 4 caûm bieán löïc gaén ôû 4 goùc vaø theâm 2 caûm bieán nöõa gaén ôû giöõa. Boä xöû lí tín hieäu : khi tín hieäu truyenà töø caûm bieán veà, seõ coù moät boä coäng taát caû caùc tín hieäu caûm bieán löïc laïi. Tín hieäu toång coäng seõ ñöôïc truyeàn ñeán boä hieån thò gía trò troïng löôïng/löïc maø ñoái töôïng caân taùc ñoäng leân. c. Trong lónh vöïc y hoïc Ngöôøi ta duøng caûm bieán löïc loaïi aùp ñieän raát nhieàu. Caûm bieán treân duøng ñeå ño caùc löïc taùc ñoäng raát nhoû leân caûm bieán. Vì vaäy caûm bieán coù ñoä nhaïy raát cao. Thí duï nhö : thieát bò ñieän taâm ñoà Tham khaûo nguoàn website: Vaø (haõng National Instruments-USA) 2.3. CAÛM BIEÁN DÒCH CHUYEÅN vaø KHOAÛNG CAÙCH Dòch chuyeån khoaûng caùch coù theå duøng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau nhö : strain gage, aùp ñieän, bieán aùp vi sai, quang ñieän, sieâu aâm, 2.3.1. Bieán aùp vi sai LVDT Bieán aùp vi sai goàm cuoän sô caáp vaø hai cuoän thöù caáp quaán treân loõi hình truï, trong loõi coù moät doøng ferrite di chuyeån töï do. Cuoän sô caáp ñöôïc cung caáp aùp kích thích xoay chieàu, hai cuoän thöù caáp ñöôïc ñaáu noái tieáp ngöôïc chieàu cung caáp ñieän aùp ra, bieân ñoä vaø pha tuøy thuoäc khoûang di chuyeån cuûa noøng. Hình 2.28 Ñieän aùp xoay chieàu Vo voù bieân ñoä tyû leä vôùi khoaûng caùch dòch chuyeån x coøn goùc pha phuï thuoäc höôùng leach so vôùi vò trí can baèng. K=V0/Vi x Khoaûng tuyeán tính PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  59. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 59 Hình 2.29 Thoâng so á caûm bieán: Maõ hieäu : D5M-10. Taàm ño : 10 mm. Taàm di chuyeån cô : khoaûng 12 mm. Vaän toác toái ña cho pheùp : 0,3m/s max. Taàm chænh offset :±0,05 mm. Löïc taùc ñoäng : 600 gf(8,34 oz-inch) max. Tín hieäu ra : 4 to 20 mA(max, load impedance : 3000W max. Ñoä laëp laïi : 10 µm minimum. Ñoä tuyeán tính : ±0,5%FS max. Hình 2.30. Caûm bieán LVDT 5M vaø khueách ñaïi. Trong khoaûng hoaït ñonä g tuyeán tính coù theå vieát (h2.29): v0 = kvi = αxvi (2-22) vôùi α laø heä soá tæ leä; x laø ñoä dòch chuyeån so vôùi vò trí can baèng. Ñieän aùp xoay chieàu caáp cho cuoän sô saáp khoaûng 3à 15V, taàn soá 50à 20 Khz. Ñieän aùp v0 ñöôïc ñoåi thaønh tín hieäu moät chieàu nhôø boä nhaân vaø loïc thoâng thaáp. Vi N h a â n V1 Loïc X thoâng Vi V0 t h a áp Vdc A) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  60. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 60 x i V0 i Vi i Vα i b) Hình 2.31 2 Ta coù v1 = k1v0vi = kk1vi (2-23) vi = vsinϖt Vôùi 1- cos 2ϖt (2-24) v = kk v 2 sin 2 ϖt = kk v 2 1 1 1 2 Sau khi qua loïc thoâng thaáp ta ñöôïc ñieän aùp moät chieàu Vdc tyû leä vôùi ñoä dòch chuyeån. Bieán aùp vi sai thöôøng duøng ñeå ñoåi dòch chuyeån ra ñieän aùp ñoä phi tuyeán 0,2% caû taàm, khoâng bò aûnh höôûng nhieät ñoä, ñieän aùp ra lôùn, taàm ño roäng (± 70 cm). Khuyeát ñieåm laø troïng khoái cuûa noøng coù theå aûnh höôùng ñeán ñoä chính xaùc ño. 2.3.2. Encoder Encoder thöônø g duøng ñeå ño goùc quay, coù hai loaïi encoder laø encoder taêng vaø encoder tuyeät ñoái. Caû hai döïa treân nguyeân taéc caûm bieán aùnh saùng vôùi moät ñóa coù khaéc vaïch saùng toái quay giöõa nguoàn saùng vaø phototransistor. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  61. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 61 Encoder taêng : coù ba ñaàu ra A, B, Z. Hai ñaàu A, B phaùt ra n xung khi ñóea quay moät voøng coøn ñaàu Z phaùt ra 1 xung/voøng. 360o A 90o B Z a)Cuøng chieàu kim ñoàng hoà b)Ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà Nguoàn Ñoû 5v à 12V M a ïc h ñ ie än A traéng B laù caây Z vaøng Mass Ñen c) A CK Ñònh chieàu Ñeám thuaän nghòch B U/D CL d) Hình 2.32 Xung A sôùm pha 90o so vôùi xung B khi quay theo chieàu kim ñoàng hoà (H2.32a) vaø treã pha 90o khi ñóa quay ngöôïc chieàu kim (H2.32b). Encoder coù 5 daây, ngoõ ra A, B, vaø Z thöôøng laø cöïc thu hôû, soá xung/voøng coù theå leân ñeán 20000(H2.32c). Moät soá encoder coù ngoõ ra vi sai A, /A, B, /B, C, /C duøng ñeå choáng nhieãu treân ñöôøng truyeàn. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  62. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 62 Tín hieäu töø encoder thöôøng qua boä ñeám thuanä nghòch hay duøng cheá ñoä high speed counter cuûa PLC ñeå ño goùc quay(H2.32d). Encoder tuyeät ñoái : cho trò soá nhò phaân cuûa goùc quay töø 0o ñeán 360o so vôùi vò trí goác. Ñoä phaân giaûi 8 bit, 12 bit daïng BCD, maõ Gray hay nhò phaân, ngoõ ra cöïc thu hôû. Nguoàn Ñoû 5v à 12V M a ïc h ñ ie än n ngoõ ra Mass Ñen Hình 2.33. Encoder tuyeät ñoái Hình 2.34.Hình daïng moät soá Encoder PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  63. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 63 Soá lieäu Icreamental Encoder E6B2(Omron) Maõ hieäu E6B2-CWZ3E Ñieän aùp cung caáp 5VDC-5% to 12 VDC +10 Doøng ñieän tieâu thuï 100 mA max. Ñoä phaân giaûi 10, 20, 30, 40, 50, 60, 100, 200, 300, 400,500, 600, 1000, 1200, 1500, 1800, 2000 (xung/voøng) Caùc ngoõ ra A, B, Z (thuaän ngöôïc) Loaïi tín hieäu ra Ra ñieän aùp Thoâng so á ngoõ ra Ñieän trôû ngoõ ra: 20kW , ñieän aùp toái ña : 30 VDC Doøng sink 20 mA max, Sink current: 35 mA max. Möùc cao : 20 mA. Möùc thaáp : +20 mA Taàn soá ñaùp öùng toái ña 100 Khz Höôùng quay Thuaän ngöôïc , CW+ CCW Moment khi khôûi ñoäng 10 g-cm(0,14 oz-inch)max Taûi treân truïc Radial 3 kgf(21,7 ft-lbs) Axial 2 kgf(14,5 ft-lbs) Moment quaùn tính 10 g-cm2(0,055 oz-inch2)max; 3 g- cm2(0,0165 oz-inch2)max ôû 600 xung/voøng. Vaän toác quay toái ña 6000 rpm Soá lieäu Encoder tuyeät ñoái 10 bit E6 F Maõ hieäu E6F-AB3C 360 2M, E6F-AB3C-C 360 2M Ñieän aùp cung caáp 5VDC-5% to 12 VDC +10% Doøng ñieän tieâu thuï 100 mA max. Ñoä phaân giaûi 10 bit (360 xung/voøng) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  64. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 64 Maõ ra Maõ BCD Daïng tín hieäu ra Cöïc thu hôû Ñieän aùp toái ña ngoõ ra 30 VDC max Taàn soá ñaùp öùng toái ña 10 Khz Logic ngoõ ra Möùc cao : 0, möùc thaáp :1 Ñoä chính xaùc ±0,50 max Höôùng taêng maõ Maõ ngoõ ra taêng theo chieàu kim khi nhìn töø truïc Thôøi taêng vaø thôøi giaûm 1,0 ms max. vôùi ñieän aùp ra 5V Moment khi khôûi ñoäng 100 g-cm(1,39 oz-inch)max Taûi treân truïc Höôùng kính 10 kgf, höôùng truïc 3kgf Moment quaùn tính 15 g-cm2(0,082 oz-inch2)max Vaän toác quay toái ña 5000 rpm Kyù hieäu daây encoder E6F-AB3C Ñoû Nguoàn döông Tím 21.10 Ñen 0V(chung) Naâu 20 Cam 21 Vaøng 22 Laù caây 23 0 Xanh 2 x10 Tím 21x10 Xaùm 22x10 Traéng 23x10 Hoàng 21x10 Xanh nhaït 22x10 Voû boïc GND PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  65. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 65 2.3.3. Caûm bieán gaàn Caûm bieán gaàn döïa treân nguyeân taéc thay ñoåi bieân ñoä vaø taàn soá cuûa maïch dao ñoäng khi coù moät vaät ôû gaàn cuoän day dao ñoäng. Caûm bieán gaàn ñieän dung coù theå duøng cho vaät kim loaïi vaø khoâng kim loaïi. Caûm bieán gaàn ñieän caûm duøng cho kim loaïi töø tính hay khoâng töø tính. Khoaûng caùch toái ña giöõa vaät vaø caûm bieán phuï thuoäc vaøo vaät lieäu vaø kích thöôùc vaät. Tín hieäu ra daïng on/off vôùi ngoõ ra laø transistor cöïc thu hôû NPN hay PNP. Quan heä khoaûng caùch caûm bieán theo kích thöôùc vaø vaät lieäu cuûa caûm bieán E2E-XD (Omron). Khoaûng caùch caûm bieán coøn phuï thuoäc kích thöôùc ñaàu caûm bieán thay ñoåi töø 0 ñeán 20 mm. Hình 2.35. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  66. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 66 Hình 2.36 Ngoaøi caûm bieán ON/OFF coøn coù loaïi caûm bieán cho doøng hay aùp ra tyû leä vôùi khoaûng caùch giöõa vaät vaø caûm bieán döïa treân nguyeân taéc caûm öùng, laser vaø sieuâ aâm. Hình 2.37 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  67. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 67 Giôùi thieäu caûm bieán cuûa Omron: -Caûm bieán gaàn (prox sensors)(Omron): cuøng goác vôùi E2A: E2A3 (phaùt hieän vaät coù ñoä töø tính thaáp), E2AU (moâi tröôøng rung laéc), E2AX (choáng chaùy noå), E2AW (moâi tröôøng haøn). - Caûm bieán tieäm can E2V phaùt hieän nhoâm töø xa. -Caûm bieán tieäm can E2EH-X chòu nhieät ñoä cao tôùi 120 ñoä C. -Caûm bieán tieäm can E2V cho khoaûng caùch phaùt hieän xa vôùi vaät lieäu nhoâm. Caâu hoûi vaø baøi taäp : Chöông 2: Caûm bieán vaø chuyeån ñoåi 1. Trình baøy ñaëc ñieåm cuûa boán phöông phaùp ño nhieät ñoä : duøng caêp nhieät ñieän, nhieät ñieän trôû/ thermistor/caûm bieán nhieät ñoä vi maïch, nhieät keá theo nguyeân taéc giaõn nôû, vaø nhieät keá böùc xaï. Duøng caùc tieâu chí : phaïm vi öùng duïng ño löôøng , loaïi caûm bieán, taàm ño nhieät ñoä, ñoä chính xaùc, chæ thò ño löôøng, öu ñieåm/nhöôïc ñieåm. 2. Moâ taû loaïi caûm bieán nhieät coù theå duøng trong öùng duïng ñieàu khieån. 3. Caùc kyõ thuaät hay ñieàu caàn chuù yù khi ño chính xaùc nhieät ñoä cuûa chaát raén, chaát loûng, gas. o 4.Nhieät ñieän trôû ñoàng coù tính chaát R0=25 Ohm, R100/R0=1,43. Hoûi giaù trò ñieän trôû ôû 50 C laø bao nhieâu? 5.Trình baøy caùc loaïi caûm bieán löïc vaøkeå ra caùc öùng duïng . 6. Trình baøy caùc loaïi caûm bieáân dòch chuyeån khoaûng caùch vaø öùng duïng. 7.Boä phaän chaáp haønh truyenà ñoäng ñieän 8.Chaáp haønh nhò phaân: Relay, SCR, Triac 9.Truyeàn tín hieäu: gia coâng tín hieäu duøng Op-amp, caùp vaø noái ñaát. Tham khaûo : [1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2].Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. [3].George C. Barney, Intelligent Instrumentation, Prentice Hall 1988. [4].Willis J. Tompkins, John G. Webster, Interfacing sensors to the PC, Prentice Hall 1990. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  68. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 68 CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH Maùy tính töông thích IBM laø loaïi maùy tính phoå bieán treân theá giôùi, tuy ø theo öùng duïng coù theå phaân thaønh : -Maùy tính ñeå baøn. -Maùy tính coâng nghieäp. -Maùy tính panel. -Maùy tính kieåu nhuùng. Giao tieáp vôùi maùy tính coù caùc caùch sau: -Card chuyeån ñoåi A/D vaø D/A caém vaøo raõnh caém ISA hay PCI. -Coång song song. -Coång noái tieáp. -Coång USB. -Wireless, hoàng ngoaïi. 3.1. GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM ISA 3.1.1. Heä thoáng bus cuûa maùy IBMPC-AT : Card giao tieáp seõ ñöôïc gaén vaøo Slot treân mainboard cuûa maùy tính, neân caùc bus cuûa card phaûi tuaân theo kích thöôùc chuaån. Khi card ñöôïc caém vaøo maùy, phaûi ñaûm baûo khoâng ñöôïc phaù huûy caùc bus noäi vaø caùc vi maïch treân mainboard cuûa maùy. Ñòa chæ cuûa card ñöôïc choïn sao cho khonâ g bò truøng vôùi ñòa chæ cuûa caùc ngoaïi vi khaùc ñeå traùnh hieän töôïng tranh giaønh bus do giaûi maõ ñòa chæ gaây ra. Sô ñoà Slot treân maùy tính IBMPC - AT ñöôïc cho ôû hình veõ 1. . SA0 - SA19 : laø hai möôi ( 20 ) ñöôøng ñòa chæ duøng ñeå xaùc ñònh ñòa chæ boä nhôù hay thieát bò vaøo / ra thuoäc heä thoáng . Caùc ñöôøng ñòa chæ naøy cuøng vôùi caùc ñöôøng LA 17 - LA23 cho pheùp truy nhaäp ñeán 16 MB boä nhôù. . SD 0 - SD 15 : caùc ñöôøng döõ lieuä , duøng ñeå di chuyeån döõ lieäu qua laïi giöõa caùc vuøng cuûa boä nhôù hoaëc caùc thieát bò ngoaïi vi .Vôùi taùc vuï truyeàn döõ lieäu 8 bit, thì chæ caàn duøng D 0 - D 7. . AEN : Ñöôøng naøy ñöôïc söû duïng ñeå phaân caùch vi xöû lyù vaø caùc thieát bò khaùc khoûi keânh vaoø / ra ñeå thöïc hieän truyeàn döõ lieäu DMA . Khi ñöôøng naøy tích cöïc möùc cao, PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  69. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 69 boä ñieàu khieån DMA seõ chieám quyeàn ñieàu khieån bus : caùc ñöôøng ñòa chæ ( A0 - A 19 ) , caùc ñöôøng döõ lieäu ( D 0 - D15 ) vaø caùc ñöôøng ñieàu khieån ñoïc, ghi boä nhôù vaø IO ( RD, WR, IOR, IOW ). Khi xaây döïng cô cheá hoaït ñoäng cuûa card AD caàn chuù y ùtôùi ñöôøng tín hieäu naøy ñeå traùnh hieän töôïng tranh giaønh bus. . BALE : Ñöôøng naøy thoâng baùo cho caùc thieát bò thuoäc heä thoná g bieát quaù trình gôûi tín hieäu ñòa chæ ñang thöïc hieän. . CLK : Ñaây laø xung ñoàng ho à heä thoáng taàn soá 6 MHz, 50% möùc cao, 50% möùc thaáp. . Reset DrV : Ñöôøng naøy ñöôïc söû duïng ñeå reset caùc möùc logic cuûa caùc thieát bò trong heä thoáng khi khôûi ñoäng maùy. Ñöôøng naøy tích cöïc möùc cao . . IOR : chæ thò ñoïc IO. Tín hieäu naøy ra leänh cho thieát bò IO ñöa döõ lieäu cuûa noù leân tuyeán döõ lieuä . IOR ñöôïc taïo ra bôûi boä vi xöû lyù hoaëc boä ñieàu khieån DMA. Ñöôøng naøy tích cöïc ôû möùc thaáp. . IOW : chæ thò ghi ra IO . Tín hieäu naøy baùo hieäu cho caùc thieát bò IO raèng CPU ñang xuaát döõ lieäu ra ngoaïi vi. Tín hieäu IOW tích cöïc ôû möùc thaáp. . Smem R , Mem R : chæ thò ñoïc boä nhôù. Khi caùc ñöôøng naøy tích cöïc ôû möùc thaáp, CPU ra leänh cho oâ nhôù ñöôïc giaûi maõ ñòa chæ xuaát döõ lieäu cuûa noù leân tuyeán döõ lieäu. SMemR tích cöïc khi oâ nhôù caàn ñoïc coù ñòa chæ trong phaïm vi 1 MB boä nhôù thaáp, MemR tích cöïc cho taát caû caùc ñòa chæ thuoäc boä nhôù . . SMemW , MemW : chæ thò ghi boä nhôù. Khi caùc ñöôøng naøy tích cöïc ôû möùc thaáp, CPU ra leänh cho oâ nhô ù ñöôïc giaûi maõ ñòa chæ ghi nhaän döõ lieäu ñang tonà taïi treân tuyeán döõ lieäu. SMemW tích cöïc khi oâ nhôù caàn nhaän döõ lieäu coù ñòa chæ trong phaïm vi 1 MB, MemW tích cöïc cho taát caû caùc ñòa chæ thuoäc boä nhôù. . IO CHCK ( IO channel check ) : Ñöôøng naøy tích cöïc möùc thaáp, cung caáp cho board heä thoáng thoâng tin loãi parity veà boä nhôù hay thieát bò I/O . Noù chæ ra moät loãi heä thoáng khoâng theå söûa chöõa ñöôïc. . IO CHRDY ( IO channel ready ) : Ñaây laø moät tín hieäu vaøo, duøng ñeå taïo traïng thaùi chôø; traïng thaùi naøy keùo daøi chu kyø bus vi xöû lyù ñoái vôùi boä nhôù chaäm hay thieát bò IO chaäm ( toác ñoä ). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  70. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 70 . IRQ 3 - IRQ 7 ; IRQ 9 - IRQ 12 ; IRQ 14 - IRQ 15 : Caùc ñöôøng naøy duøng ñeå baùo cho CPU bieát thieát bò vaøo ra coù yeâu caàu ngaét. Caùc yeâu caàu ngaét coù ñoä öu tieân : Caùc ñöôøng IRQ 9 - IRQ 12 ; IRQ 14 - IRQ 15 coù ñoä öu tieân cao nhaát ( IRQ 9 coù ñoä öu tieân cao nhaát trong caùc ñöôøng naøy ). Caùc ñöôøng IRQ 3 - IRQ 7 coù ñoä öu tieân thaáp hôn ( IRQ 3 coù ñoä öu tieân cao nhaát trong caùc ñöôøng naøy ) . Moät yeâu caàu ngaét ñöôïc taïo ra baèng caùch naâng ñöôøng IRQ töø thaáp leân cao. Ñöôøng naøy phaûi ñöôïc giöõ ôû möùc cao cho tôùi khi vi xöû lyù cho pheùp yeâu caàu ngaét. IRQ 13 ñöôïc duøng cho board heä thoáng neân khoâng duøng ñöôïc cho keânh vaøo ra. IRQ 8 duøng cho ñoàng hoà thôøi gian thöïc. . DRQ 0 - DRQ 3 vaø DRQ 5 - DRQ 7 : yeâu caàu DMA keânh 0 - 3 , 5 -7 laø caùc yeâu caàu keânh khoâng ñoàng boä. Thieát bò ngoaïi vi vaø vi xöû lyù keânh vaøo ra duøng nhöõng ñöôøng naøy ñeå chieám phuïc vuï DMA ( hay quyeàn ñieàu khieån heä thoáng ). DRQ 0 coù ñoä öu tieân cao nhaát vaø DRQ 7 coù ñoä öu tieân thaáp nhaát. Moät yeâu caàu DMA ñöôïc taïo baèng caùch mang moät ñöôøng DRQ leân möùc tích cöïc . Ñöôøng DRQ ñöôïc giöõ ôû möùc cao cho tôùi khi ñöôøng ² cho pheùp yeâu caàu DMA ² ( DACK = DMA Request Acknowledge ) leân möùc tích cöïc. DRQ 0 - DRQ 3 seõ thöïc hieän vieäc truyeàn DMA 8 bit , coøn DRQ 5 - DRQ 7 thöïc hieän vieäc truyeàn DMA 16 bit . DRQ 4 dunø g cho board heä thoáng vaø khoâng duøng ñöôïc cho keânh vaøo / ra. . DACK 0 - DACK 3 ; DACK 5 - DACK 7 : Caùc ñöôøng naøy cho pheùp hay chaáp nhaän yeâu caàu DMA. Chuùng ñuôïc CPU xuaát ra vaø ñeàu tích cöïc möùc thaáp. . Refresh : Tín hieäu naøy chæ ra raèng chu kyø laøm töôi boä nhôù RAM ñoäng bò ñieàu khieån bôûi moät vi xöû lyù ôû keânh vaøo ra. . SBHE : Cho phepù byte cao ôû trong heä thoáng. Tín hieäu naøy chæ ra raèng vieäc truyeàn döõ lieäu treân byte cao cuûa tuyeán döõ lieuä : D 8 - D 15. Thieát bò 16 bit duøng BHE ñeå gia coâng ñeäm tuyeán döõ lieäu noái vôùi D 8 - D 15. . IOCS 16 : Tín hieäu vaøo tích cöïc möùc thaáp, caùc ngoaïi vi 16 bit duøng ñöôøng naøy ñeå baùo cho CPU bieát raèng vieäc truyeàn döõ lieäu laø 16 bit. . OSC : Xung ñonà g hoà toác ñoä cao nhaát vôùi chu kyø 70 ns. ( 14,31818 MHz ). Tín hieäu naøy khoâng ñoàng boä vôùi ñoàng hoà heä thoáng, coù 50% chu kyø laøm vieäc. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  71. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 71 J3 D1 C1 D2 C2 D3 C3 D4 C4 D5 C5 D6 C6 D7 C7 D8 C8 D9 C9 D10 C10 D11 C11 D12 C12 D13 C13 D14 C14 D15 C15 D16 C16 D17 C17 D18 C18 CON AT36 Hình 3.1. Raõnh caém ISA Sô ñoà chaân raõnh caém ISA PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  72. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 72 Raõnh caém Ground B1 A1 -I/O CHCK Reset DRV B2 A2 SD7 + 5VDC B3 A3 SD6 IRQ 9 B4 A4 SD5 -5 VDC B5 A5 SD4 DRQ2 B6 A6 SD3 -12 VDC B7 A7 SD2 -OWS B8 A8 SD1 + 12VDC B9 A9 SD0 Ground B10 A10 I/O CH RDY -SMEMW B11 A11 AEN -SMEMR B12 A12 SA19 -IOW B13 A13 SA18 -IOR B14 A14 SA17 -DACK 3 B15 A15 SA16 DRQ 3 B16 A16 SA15 -DACK 1 B17 A17 SA14 DRQ 1 B18 A18 SA13 -REFRESH B19 A19 SA12 CLK B20 A20 SA11 IRQ 7 B21 A21 SA10 IRQ 6 B22 A22 SA9 IRQ 5 B23 A23 SA8 IRQ 4 B24 A24 SA7 IRQ 3 B25 A25 SA6 -DACK 2 B26 A26 SA5 TC B27 A27 SA4 BALE B28 A28 SA3 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  73. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 73 + 5VDC B29 A29 SA2 OSC B30 A30 SA1 Ground B31 A31 SA0 KEY -MEMCS16 D1 C1 -SBHE -IO CS16 D2 C2 LA23 IRQ 10 D3 C3 LA22 IRQ 11 D4 C4 LA21 IRQ 12 D5 C5 LA20 IRQ 15 D6 C6 LA19 IRQ 14 D7 C7 LA18 -DACK 0 D8 C8 LA17 DRQ 0 D9 C9 -MEMR -DACK 5 D10 C10 -MEMW DRQ 5 D11 C11 SD08 -DACK 6 D12 C12 SD09 DRQ 6 D13 C13 SD10 -DACK 7 D14 C14 SD11 DRQ 7 D15 C15 SD12 + 5VDC D16 C16 SD13 -MASTER D17 C17 SD14 Ground D18 C18 SD15 Baûng 3.1 : Sô ñoà chaân raõnh caém ISA treân mainboard cuûa maùy IBMPC – XT,AT. 3.1.2. Caùc ñòa chæ vaøo ra cuûa maùy vi tính IBMPC - AT :[5] Taàm ( Hex ) Thieát bò 000 - 01F Boä ñieàu khieån DMA 1 , 8237A - 5. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  74. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 74 020 - 03F Boä ñieàu khieån ngaét 1 ( chính ) 8259A. 040 - 05F Boä ñònh thôøi, 8254 - 2. 060 - 06F Boä ñieàu khieån baøn phím, 8042. 070 - 07F Ñoàng hoà heä thoáng thôøi gian thöïc, maët naï ngaét khoâng che ñöôïc NMI ( non mashable interrupt ). 080 - 09F Thanh ghi trang DMA, 74LS612. 0A0 - 0BF Boä ñieàu khieån ngaét 2, 8259A ( phuï ). 0C0 - 0DF Boä ñieàu khieån DMA 2 , 8237A - 5. 0F0 Xoùa ñöôøng thoâng baùo bo ä ñoàng xöû lyù toaùn hoïc ñang baän. 0F1 Reset boä ñoàng xöû lyù toaùn hoïc. 0F8 - 0FF Boä ñoàng xöû lyù toaùn hoïc. 1F0 - 1F8 Ñieàu khieån ñóa cönù g. 200 - 207 Ñieuà khieån troø chôi ( Game IO ). 278 - 27F Coång giao tieáp maùy in song song 2 ( LPT 2 ). 2F8 - 2FF Coång truyeàn tin noái tieáp 2 ( COM 2 ). 300 - 31F Card thöû nghieäm ( prototype card ). 360 - 36F Chöa söû duïng. 378 - 37F Coång giao tieáp maùy in song song 1 ( LPT 1). 380 - 38F Thoâng tin SDLC 2. 3A0 - 3AF Thoâng tin SDLC 1. 3B0 - 3BF Ñieàu khieån maøn hình mono vaø thieát bò maùy in. 3C0 - 3CF Chöa söû duïng. 3D0 - 3DF Ñieàu khieån maøn hình graphic / maøu. 3F0 - 3F7 Ñieàu khieån ñóa meàm. 3F8 - 3FF Coång truyeàn tin noái tieáp ( COM 1 ) . Baûng 3.2: Caùc ñòa chæ vaøo ra cuûa maùy vi tính IBMPC - AT Khi thieát keá heä thoáng , caùc nhaø saûn xuaát ñaõ daønh rieâng vuøng ñòa chæ vaøo ra töø 300h - 31Fh ñeå ngöôøi söû duïng coù theå phaùt trieån theâm caùc öùng duïng thöû nghieäm, vì vaäy ta seõ choïn vuøng ñòa chæ naøy ñeå xaây döïng card AD. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  75. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 75 3.1.3.Caùc tuyeán ñieàu khieån ngaét : Tín hieäu NMI cuûa vi xöû lyù 80286 vaø hai boä ñieàu khieån ngaét 8259A ( chính , phuï ) cung caáp 16 möùc ngaét heä thoáng. Baûng döôùi ( Baûng 3.3 ) trình baøy vieäc gaùn 16 möùc ngaét theo möùc ñoä öu tieân giaûm daàn. Chuù yù raèng caùc ngaét ñeàu bò che ( goàm caû NMI cuûa vi xöû lyù). Möùc öu tieân Ngoõ vaøo Chöùc naêng NMI cuûa vi xöû lyù Kieåm tra parity hay keânh vaøo ra Boä ñieàu khieån ngaét CTLR 1 CTLR 2 0 IRQ 0 Ñoàng hoà heä thoáng 1 IRQ 1 Ngaét baøn phím 2 IRQ 2 Ngaét töø boä ñieàu khieån ngaét phuï IRQ 8 Ngaét ñoàng hoà thôøi gian thöïc IRQ 9 Phaàn meàm ñònh höôùng laïi tôùi INT 0AH IRQ 10 Chöa söû duïng IRQ 11 Chöa söû duïng IRQ 12 Chöa söû duïng IRQ 13 Ngaét ñieàu khieån boä ñoàng xöû lyù IRQ 14 Ñieàu khieån ñóa cöùng IRQ 15 Chöa duøng 3 IRQ 3 Ñieàu khieån coång truyeàn tin noái tieáp COM 2 4 IRQ 4 Ñieàu khieån coång truyeàn tin noái tieáp COM 1 5 IRQ 5 Ñieàu khieån coång maùy in song song LPT 2 6 IRQ 6 Ñieàu khieån ñóa meàm 7 IRQ 7 Ñieàu khieån coång maùy in song song LPT 1 Baûng 3.3 : Caùc ñöôøng yeâu caàu ngaét trong maùy IBMPC - AT. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com