›
›

Giáo trình Thực hành đo lường cảm biến

pdf 37 trang ngocly 2530
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thực hành đo lường cảm biến", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_thuc_hanh_do_luong_cam_bien.pdf

Nội dung text: Giáo trình Thực hành đo lường cảm biến

  1. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM BAØI 1 : GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ LOAÏI CAÛM BIEÁN THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG : 1. Thieát bò chính cho thöïc taäp dieän töû veà caûm bieán vaø ño löôøng MTS – 41. 2. Dao doäng kyù 3. Ñoàng hoà ño 4. Khoái thí nghieäm SME-401 cho caùc loaïi caûm bieán (gaén leân thieát bò chính MTS – 41). 5. Phuï tuøng daây caém Nhieäm vuï: Tìm hieåu nnguyeân taéc hoaït doäng cuûa moät soá loaïi caûm bieán. I. Rô le töø (Reed Relay). Rô le töø laø coâng taéc vôùi dieàu khieån ñoùng ngaét baèng töø tröôøng (hình 1-1). Hình 1-1. Rô-le töø Töø tröôøng coù theå toaï baèng nam chaâm hoaëc cuoän caûm ñöôïc caáp doøng ñieän. Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Söû duïng ñoàng hoà ño ñieän trôû ( )noái vôùi caùc choát coâng taéc 3 -4 cuûa sô ñoà Hình 1-1. 2. Duøng moät nam chaâm nhoû ñöa ñeán gaàn saùt vaø luøi sa rôø le töø. Theo giaù trò ñieän trôû ño, xaùc ñònh traïng thaùi ñoùng vaø ngaét cuûa rôø le töø theo khoaûng caùch nam chaâm. 3. Caáp nguoàn 5V cho cuoän daây cuûa rôù le töø qua choát 1-2. theo giaù trò ñieän trôû ño, xaùc ñònh traïng thaùi ñoùng vaø ngaét cuûa rôø le töø khi caáp ñieän vaø ngaét ñieän nuoâi cuoän daây cuûa rôø le töø. II. Coâng taéc giôùi haïn haønh trình (Limit Switch). Coâng taéc giôùi haïn haønh trình cho pheùp giôùi haïn ñoùng ngaéttieáp ñieåm khi vaät theå chuyeån ñoäng chaïm vaøo ñoøn baåy cuûa coâng taéc(hình M1-2). Caùc böôùc thöïc hieän Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 1
  2. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 1. Söû duïng ñoàng hoà ño ñieän trôû ( )noái vôùi caùc coâng taéc 1-2 cuûa sô ñoà hình M1- 2.tieáp ñieåm 1-2 cuûa coâng taéc thöôøng ngaét(thöôøng kyù hieäu treân coâng taéc:No- Normal Opened). Nhaán nheï ñoøn baåy kieåm tra söï chuyeån traïng thaùi cuûa coâng taéc töø ngaét sang noái. Hình 1-2. Coâng taéc giôùi haïn haønh trình 2. Söû duïng ñoàng hoà ño ñieän trôû ( ohm ) noái vôùi caùc coâng taéc 1-3 cuûa sô ñoà Hình 1-2. tieáp ñieåm 1-2 cuûa coâng taéc thöôøng ngaét(thöôøng kyù hieäu treân coâng taéc:NC- Normal Closed). Nhaán nheï ñoøn baåy kieåm tra söï chuyeån traïng thaùi cuûa coâng taéc töø noái sang ngaét. III. Coâng taéc nhieät ( Thermo Switch ) Coâng taéc nhieät hình 1-3 cho pheùp taïo tín hieäu ñoùng ngaét tieáp ñieåm khi nhieät ñoä moâi tröôøng taùc ñoängqua maët tieáp xuùc cuûa coâng taéctaêng ñeán giaù trò ñònh tröôùc . Coâng taéc nhieät coù caáu truùc goàm moät thanh ñeá vaø moät thanh löôûng kim loaïi. Thanh löoõng kim gheùp töø hai kim loaïicoù ñoä giaûn nôû nhieät khaùc nhau khi nhieät ñoä taêng, moät trong hai thanh seõ bò giaûn nôû nhanh hôn, laøm uoán cong thanh löôûng kimvaø do ñoù laøm ngaét tieáp ñieåm. Hình 1-3. Coâng taéc nhieät Caùc böôùc thöc hieän: 1. Söû duïng ñoàng hoà ño ñieän trôû ( )noái vôùi caùc coâng taéc 1-2 cuûa sô ñoà Hình 1-3. 2. Ñaët ñaàu moû haøn ñang noùng tieáp xuùc vôùi beà maët coâng taéc. Theo giaù trò ñieän trôû ño, xaùc ñònh traïng thaùi ñoùng ngaét cuûa coâng taéc theo nhieät ñoä. IV. Condenser Microphone . Condenser Microphone ( Hình1-4 ) laø caûm bieán cho pheùp bieán ñoåi aân thanh thaønh tín hieäu ñieän. Loaïi söû duïng laømicro kieåu aùp ñieän vôùi transistor thöôøng maéc khueách ñaïi ôû loái ra. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 2
  3. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hình 1-4. Sô ñoà vôùi Condenser Microphone Condenser Microphone coù caáu truùc goàm moät maøng kim loaïi moûngvaø moät phieán ñoäi taïo thaønh tuï ñieän. Khi tín hieäu aâm laøm taùc ñoäng vaøo maøng kim loaïi, laøm rung maøng, daãn ñeán thay ñoåi ñieän dung cuûa tuï , cho pheùp söû duïng ñeå hình thaønh tín hieäu ra. Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Noái chaân 1 cuûa micro vôùi ñaát. Maéc chaân 2 (loái ra) vôùi choát TP1 (goùc phaûi khoái SME-401) ñeå noái trôû taûi cho loái ra micro. Söû duïng dao ñoäng kyù ôû thang loái vaøo ~10 -20 mV ñeå quan saùt tín hieäu ôû ngoõ ra (chaân 2) cuûa micro. Phaùt aâm vaøo micro, theo doõi tín hieäu ra. 2. Noái loái ra cuûa micro vôùi loái vaøo boä khueách ñaïi ño (Instrumentation Amplifier). Noái 3 choát bieán trôû ôû VR1,VR2,VR3 cuûa boä khueách ñaïi vôùi caùc choát V1,V2,V3cuûa bieán trôû POT treân MTS1.quan saùt tín hieäu vaøo vaø ra boä khueách ñaïi khi phaùt aâm vaøo micro. Chænh bieán trôû POT ñeå tín hieäu ra lôùn vaø khoâng bò meùo V. Dynamic Microphone . Dynamic Microphone (Hình 1-5) laø caûm bieán cho pheùp bieán ñoåi aâm thanh thaønh tín hieäu ñieän. Loaïi söû duïng micro kieåu ñieän ñoäng,trong ñoù coù cuoän daây gaén vôùi moät maøng moûng coù theå dao ñoäng töï do trong töø tröôøng cuûa moät nam chaâm vónh cöûu. Khi coù aâm thanh taùc ñoäng vaøo maøng laøm chuyeån ñoäng cuoän daâytöø tröôøng. Keát quaû laø trong cuoän daâyxuaát hieän theá ñieän ñoäng caûm öùng tyû leä vöùi cöôøng ñoä aâm thanh taùc ñoäng. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 3
  4. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hình 1-5. Dynamic Microphone Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Söû duïng dao ñoäng kyù ôû thang loái vaøo ~10 -20 mV ñeå quan saùt tín hieäu giöõa hai ngoõ 1-2 cuûa micro. Phaùt aâm vaøo micro, theo doõi tín hieäu ra. 2. Noái loái ra cuûa micro vôùi loái vaøo boä khueách ñaïi ño(Instrumentation Amplifier)nhö hình 1-5. Noái 3 choát bieán trôû ôû VR1,VR2,VR3 cuûa boä khueách ñaïi vôùi caùc choát V1,V2,V3cuûa bieán trôû POT treân MTS1.quan saùt tín hieäu vaøo vaø ra boä khueách ñaïi khi phaùt aâm vaøo micro. Chænh bieán trôû POT ñeå tín hieäu ra lôùn vaø khoâng bò meùo. VI. Ñieän trôû nhieät (therlstor). Ñieän trôû nhieät laø duïng cuï coù giaù trò ñieän trô ûthay ñoåi theo nhieät ñoä. Hình 1-6 . Ñieän trôû nhieät. Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Söû duïng ñoàng hoà ño ñieän trôû ( ohm ) noái vôùi caùc coâng taéc 1-2 cuûa sô ñoà Hình 1-6. 2. Ñaët ñaàu moû haøn ñang noùng caïnh thermistor ( khoâng ñeå tieáp xuùc nhieät tröïc tieáp ). Theo doõi söï thay ñoåi giaù trò ñieän trôû theo nhieät ñoä khi ñöa moû haøn vaøo gaàn thermistor vaø khi ñöa moû haøn ra xa. 3. Noái chaân 1 cuûa therimstor noái ñaát vaø chaân 2(loái ra)vôùi choát TP1 ñeå noái taûi cho thermistor. Noái loái vaøo "-" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi ñaát cuûa khoái SME-401. Noái choát vaøo "+" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi choát TP1. Ñaët ñaàu moû haøn ñang noùng caïnh thermistor (khoâng ñeå tieáp xuùc nhieät tröïc tieáp). Theo doõi söï thay ñoåi giaù trò ño treân boä ño hieân soá theo nhieät ñoä khi ñöa moû haøn vaøo gaàn thermistor vaø sau ñoù ñöa moû haøn ra xa. VII. Caûm bieán nhieät daãn (Temperaure Semiconuductor Sensor). Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caûm bieán döïa treân söï phuï thuoäc cuûa doøng qua lôùp tieáp xuùc baùn daån PNvaøo nhieät ñoä. Ñoái vôùi lôùp tieáp xuùc PN daãn doøng khoâng ñoåi I: qU/KT I(U) = I o(e -1). Trong coâng thöùc treân, nhieät ñoä T laø thöøa soá muõ. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 4
  5. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Tuy nhieân doøng I o baõo hoaø cuûa diode maéc phaân cöïc ngöôc (Zener) cuõng toàn taïi moái quan heä theo haøm muõ theo nhieät ñoä vì vaäy, toång hôïp caû hai moái quan heâ haøm muõ treân,ta coù moái quan heä tuyeán tính giöõa suït theá treân diodevaø nhieät ñoä: U = Eg/q-4.6kT/q(lnM-lnI) Trong ñoù: Io: doøng baõo hoaø cuûa diode phaân cöïc ngöôc(doøng qua Zener oån aùp). q: ñieän tích cuûa electron = 1.60.10 -19 As k: haèng soá Boltzman =1.38.10 -23 J/K Eg: laø ñoä roäng vuøng caám= 1.12eVñoái vôùi silicon. Caûm bieán nhieät baùn daãn laø duïng cuï coù ñoä tuyeán tính cao,khoaûng laøm vieäc giôùi haïn (40-+400) 0K töông öùng (-233 0-+127) 0 C Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Noái caùc cöïc cuûa caûm bieán nhieät baùn daãn vôùi ñaát vaø choát TP1 nhö Hình 1-7. 2. Noái loái vaøo "-" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi ñaát cuûa heä thoáng. Noái choát vaøo "+" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi choát TP1. 3. Ñaët ñaàu moû haøn ñang noùng caïnh caûm bieán (chuù yù khoâng tieáp xuùc vôùi voû caûm bieán ñeå trnh1 laøm hö caûm bieán ). Theo doõi söï thay ñoåi giaù trò ño treân boä ño hieân soá theo nhieät ñoä khi ñöa moû haøn vaøo gaàn thermistor vaø sau ñoù ñöa moû haøn ra xa. Hình 1-7. Caûm bieán nhieät baùn daãn VIII. boä ñoùng ngaét quang Boä ñoùng ngaét quang cho pheùp taïo tín hieäu ñoùng ngaét khi coù vaät che chaén giöûa ñeøn phaùt vaø ñeøn thu. Boä ñoùng ngaét quang thöïc hieän lieân keá quangxaây döôïng treân yeáu toá phaùt quang vaø yeáu toá thu . khi khoâng caù vaät chaén saùng giöõa chuùng , aùnh saùng giöõ yeáu toá taùc ñoäng laøm daãn yeáu toá thu. Yeáu toá thu khi coù ñieän trôû thaáp. Ngöôïc laïi,khi coù vaät chaén saùng giöõa chuùng , aùnh saùng töø yeáu toá phaùt khoâng taùc ñoäng vaøo yeáu toá thu , yeáu toá thu khi coù ñieän trôû cao. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 5
  6. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hình 1-8. Boä ñoùng ngaét quang. Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Noái caùc cöïc cuûa boä ñoùng ngaét quangvôùi nguoàn, ñaát vaø choát TP1 nhö Hình 1-8 Noái loái vaøo "-" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi ñaát cuûa heä thoáng. Noái choát vaøo "+" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi choát TP1. 2. che chaén khe hôû giöõa ñeøn phaùt vaø ñeøn thu vaø ghi giaù trò theá loái ra treân boä chæ thò soá khi che vaø khoâng che khe hôû naøy. IX. Quang trôû (Photo – Resistor) Quang trôû laø duïng cuï coù giaù trò ñieän trôû thay ñoåi theo cöôøng ñoä aùnh saùng chieáu vaøo. Caùc vaät lieäu quang daãn, ví duï ñieän trôû CdS, ñöôïc cheá taïo töø taäp hôïp caùc tinh theå rieâng reõ coù khaû naêng thay ñoåi ñieän trôû töông öùng vôùi pho ton aùnh saùng chuyeàn vaøo. Ñaëc tröng phoå cuûa quang trôûbao chuøm vuøng phoå aùnh saùng thaáy ñöôïc(aùnh saùng bieåu kieán). Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Noái caùc cöïc cuûa quang trôû vôùi ñaát vaø choát TP1 nhö Hình 1-9. Noái loái vaøo "-" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi ñaát cuûa heä thoáng. Noái choát vaøo "+" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi choát TP1. PHOTO-RESISTOR +12V STAUS DISPLAY DVC 10K + - 1 2 TP1 Hình 1-9. Quang trôû. 2. Che chaén quang trôû baèng caùc taám giaáy trong moûng. Theo doõi giaù trò theá ño treân boä chæ soá khi taêng hay giaûm daàn soá löôïng caùc taám giaáy. X. Caûm bieán hieäu öùng Hall (Hall-Effect Sensor) Caûm bieán töø kieåu hieäu öùng Hallsöû duïng hieän töôïng phaàn ñieän töû chaûy trong vaät daãn hoaëc baùn daãn bò uoán cong quyõ ñaïo khi coù töø tröôøng taùc ñoäng (hieäu öùng Hall). Bieân ñoä uoán cong tuyø thuoäc vaøo loaïi vaát chaát laøm caûm bieán , ñöôïc quy ñònh bôûi haèng soá Hall-RH. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 6
  7. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Vôùi ñieàu kieän töø tröôøng B vuoâng goùc vôùi maët phaúng cuûa caûm bieán ñieän theá V H ñöôïc ño ôû cöïc 1 vaø 2 ñöôïc ño baèng : VH = (R H / d).I.B vôùi I doøng chaûy qua caûm bieán Nhö vaäy tyû leä thuaän vôùi töø tröôøng Hình M1-10. Caûm bieán töø hieäu öng HALL Töø tröôøng coù theå taïo baèng nam chaâm hoaëc cuoän daây. Caùc böôùc thöïc hieän: Noái caùc cöïc cuûa caûm bieán vôùi nguoàn , ñaát vaø choát TP1 nhö hình M1-10. Noái loái vaøo "-" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi ñaát cuûa heä thoáng Noái choát vaøo "+" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi choát TP1. 2. Duøng moät nam chaâm nhoû ñöa ñeán gaàn saùt vaø luøi ra xa caûm bieán. Ghi nhaän söï thay ñoåi giaù trò ño theo sö thay ñoåi khoaûng caùch cuûa nam chaâm. XI. Photo Transistor Transistor quang laø yeáu toá coù cöïc base ñöôïc ñieàu khieån baèng cöôøng ñoä aùnh saùng chieáu vaøo. Doøng collector seõ tyû leä vôùi cöôøng ñoä aùnh saùng chieáu vaøo. Hình M1-11. Transistor quang. Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Noái caùc cöïc cuûa caûm bieán vôùi nguoàn , ñaát vaø choát TP1 nhö hình M1-11. Noái loái vaøo "-" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi ñaát cuûa heä thoáng Noái choát vaøo "+" cuûa boä ño STATUS DISPLAY &DCV vôùi choát TP1. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 7
  8. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 2. Che chaén transistor quang baèng caùc taám giaáy traéng moûng. Theo doõi söï thay ñoåi giaù trò ño khi taêng hoaëc giaûm daàn soá löôïng caùc taám giaáy. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 8
  9. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM BAØI 2 : SÔ ÑOÀ CAÛNH BAÙO TÖØ TRÖÔØNG THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG : 1. Thieát bò chính cho thöïc taäp dieän töû veà caûm bieán vaø ño löôøng MTS – 41. 2. Nam chaâm vónh cöõu caûm bieán khoùi . 3. Khoái thí nghieäm SME-402 cho baøi thöïc taäp veà caûnh baùo töø tröôøng vaø baùo khoùi (gaén leân thieát bò chính MTS-41). 4. Dao ñoäng kyù 5. Daây caém. Nhieäm vuï: Tìm hieåu vieäc caûnh baùi töø tröôøng baèng caûm bieán Hall vaø sô ñoà ñieän töû ñi keøm. Coù 2 loaïi caûm bieán töø tröôøng ñöôïc söõ duïng roäng raõi döïa treân hieäu öùng trôû töø vaø hieäu öùng Hall. Caûm bieán töø kieåu hieäu öùng Hallsöû duïng hieän töôïng phaàn ñieän töû chaûy trong vaät daãn hoaëc vaät baùn daãn bò uoán cong quyõ ñaïo döôùi söï taùc ñoäng cuûa töø tröôøng (hieäu öùng Hall). Bieân ñoä uoán cong tuyø thuoäc vaøo vaät chaát laøm caûm bieán ñöôïc quy ñònh bôûi haèng soá Hall-RH Caûm bieán trôû töø thöôøng duøng tinh theå InSb vôùi caùc kim NiSb ñaët beân trong. Khi khoâng coù töø tröôøng, doøng ñieän ñi qua vôùi trôû khaùng nhoû. Khi coù töø tröôøng vaät lieäu bò uoán cong bôûi caùc kim NiSb chòu taùc ñoäng cuûa töø tröôøng , laøm ñieän trôû cuûa caûm bieán taêng. Vôùi ñieàu kieän töø tröôøng B vuoâng goùc vôùi maët phaúng cuûa caûm bieán (Hình 2-1), ñieän theá V H ñöôïc ño ôû 2 cöïc baèng: VH = (R H / d) VH nhö vaäy tyû leä tyû leä thuaän vôùi töø tröôøng. Caùc vaät lieäu thöôøng duøng ñeå vheá taïo caûm bieán töø hieäu öùng Hall laø InSB, TnSb,GaAs. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 9
  10. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hình 2-1. Nguyeân taéc caáu truùc caûm bieán HALL Hình 2-2. Khoái caûnh baùo töø tröôøng vôùi caûm bieán Hall Caùc böôùc thöïc hieän : 1. Söû duïng daây coù choát caém ñeå noái maët theo sô ñoà hình M2-2/SME-402: - noái caùc choát nguoàn vaø ñaát cuûa khoái SME-402 (POWER INPUT)vôùi nguoàn ±12Vvaø ñaát (GND) cuûa thieát bò chính MTS-41. Chuù yù caém ñuùng phaân cöïc cuûa nguoàn. 2. Khaûo saùt taùc ñoäng cuûa töø tröôøng. 2.1. Noái loái ra OUT cuûa boä khueách ñaïi IC3 vôùi loái vaøo coäng cuûa boä ño hieän soá DCV cuûa thieát bò chính MTS-41. loái vaøo “-“ noái ñaát. 2.2. Chænh bieán trôû P1 (OFFSET)ñeå khi khoâng coù töø tröôøng , ñieän theá cuûa sô ñoà baèng zero. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 10
  11. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 2.3. Ñaët thanh nam chaâm ôû saùt caûm bieán chænh bieán trôû P1 (GAIN)ñeå theá ra chæ thò treân DCV laø 5V. Khoaûng caùch l 10 8 6 4 2 1 (cm) U(OUT) U l 2.4. Ñaët thanh nam chaâm ôû khoaûng caùch l(cm) –xacaûm bieán töø tröôøng. Sau ñoù dòch nam chaâm vaøo gaàn caûm bieán. Taïi moåi vò trí ghi giaù trò ñieän theá ra chæ thò treân boä ño DVC. Ghi keát quaû vaøo baûng M2-1. 2.5. Nhaän xeùt keát quaû. 3. löïa choïn ngöôõng caûnh baùo. Öùng vôùi moãi vò trí nam chaâmtrong baûng M2-1, vaën bieán trôû P3 (LEVEL)ñeå ñònh giaù trò ngöôõng cho ñeøn baùo D1 saùng. Ño giaù trò theá ngöôõng U l taïi TP6 (chaân 2/IC4) vaø ghi vaøo coät töông öùng cuûa baûng M2-1. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 11
  12. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM BAØI 3 :ÑO NHIEÄT ÑOÄ BAÈNG CAÛM BIEÁN NHIEÄT BAÙN DAÃN CAËP NHIEÄT ÑIEÄN VAØ CAÛM BIEÁN NHIEÄT PT-100 THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG 1. Thieát bò chính cho thöïc taäp dieän töû veà caûm bieán vaø ño löôøng MTS – 41. 2. boä caûm bieán nhieät baùn daãn, caëp nhieät ñieän PT-100 3. Card thí nghieäm SME-403 cho baøi thöïc taäp veà ño nhieät ñoä baèng caûm bieán baùn daãn (gaén leân thieát bò chính MTS-41). 4. phuï tuøng: daây caém nöôùc ñaù, nöôùc soâi, nhieät keá. 5. maùy tính PC coù gaén card giao dieän PCBUS-2. MÔÛ ÑAÀU Trong heä thoáng ño nhieät ñoä coù 3 daõi ñôn vò ño ñöôïc söû duïng : - Nhieät ñoä Celsius: kyù hieäu laø oC laø ñôn vò phoå bieán nhaát . - Nhieät ñoä tuyeät ñoái –Kelvin: kyù hieäu laø K. trong ñoù 0K= -273.19 o C. - Nhieät ñoä Fahrenheit :kyù hieäu laø oF. moái lieân heä giöõa ñoä F vaø ñoä c ñöôïc moâ taû baèng bieåu thöùc : T o C = (5/9).( T o F – 32) Ví duï : 0 o C = 273.19K = 32 o F 100 o C = 273.19K = 212 o F. caûm bieán nhieät laø duïng cuï thöïc hieän bieán ñoåi giaù trò nhieät ñoä thaønh ñaïi löôïng khaùc nhö chuyeån ñoäng cô hoïc, thay ñoåi aùp suaát, ñaïi löôïng ñieän (doøng hoaëc theá ), cho pheùp söû duïng ñeå chæ thò vaø ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa caùc thieát bò khaùc. Trong thí nghieäm ñöôïc khaûo saùt 3 loaïi caûm bieán, cho loái ra laø caùc tín hieäu ñieän tyû leä vôùi nhieät ñoä töông öùng. Veà nguyeân taéc giaù trò nhieät ñoä chæ thò phaûi truøng vôùi nhieät ñoä thöïc. Trong thöïc teá giaù trò chæ thò cuûa maùy ño chöa chuaån hoaù coù khaùc vôùi giaù trò thöïc. Ñöôøng bieåu dieãn giaù trò ño khoâng truøng vôùi ñöôøng chuaån (hính M1-3), do ñoù caàn phaûi laáy chuaån thang ño cho maùy ño. Pheùp laáy chuaån thang ño döïa vaøo vieäc thay ñoåi goác toaï ñoä vaø ñoä doác cuûa ñöôøng thaúng ño nhaèm dòch ñöôøng bieåu dieãn ño chuøng vôùi ñöôøng chuaån. Ñoái vôùi caùc thieát bò ñieàu nhieät, chuaån thang thöôøng ñöôïc choïn vôùi nhieät ñoä nöôùc ñaù (~0 o C) vaø nöôùc soâi (~+100 o C). vôùi ñoái töôïng ño coù khoaûng nhieät ñoä laøm vieäc roäng, caàn söû duïng nöôùc ñaù vaø loø ñieän oån nhòeât ôû nhieät ñoä cao (~300-1000). Trong sô ñoà thí nghieäm, caùc maïch ñieän töû ñeàu coù chöùa caùc bieán trôû OFFSETcho pheùp chænh zero cho thang ño vaø bieán trôû GAIN cho pheùp chænh thang ño (ñoä doác bieåu dieån ñöôøng giaù trò ño ). PHAÀN I : ÑO NHIEÄT ÑOÄ VÔÙI CAÛM BIEÁN NHIEÄT BAÙN DAÃN Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 12
  13. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM (Semiconductor Temperature Sensor). Nhieäm vuï : Nghieân cöùu caùc nguyeân taéc laøm vieäc vaø ñaëc ñieåm söû duïng caûm bieán nhieät baùn daãn trong caùc thieát bò ñieàu khieån nhieät ñoä. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caûm bieán döïa treân söï phuï thuoäc cuûa doøng qua lôùp tieáp xuùc baùn daãn PN vaøo nhieät ñoä . Ñoái vôùi lôùp tieáp xuùc PN daãn doøng khoâng ñoåi I: Trong coâng thöùc treân nhieät ñoä T laø thöøa soá muõ. Tuy nhieân, do doøng baûo hoaø cuûa diode maéc phaân cöïc ngöôïc (Zener) cuõng toàn taïi moái quan heä theo haøm muõ theo nhieät ñoä, vì vaäy, toång hôïp caû hai moái quan heä haøm muõ treân, ta coù moái quan heä tuyeán tính giöõa suït theá treân diode vaø nhieät ñoä: ∆U = Eg/q-4.6kT/q(lnM-lnN) Trong ñoù : I0 : laø doøng baõo hoaø cuûa diode phaân cöïc ngöôïc (doøng qua Zener oån aùp) . q: ñieän tích cuûa ekectron = 1.60.10 -19 As k: haèng soá Boltzman = 1.38.10 -23 J/K Eg: laø ñoä roäng vuøng caám = 1.12eV ñoái vôùi Silicon. Caûm bieán nhieät baùn daãn laø laø duïng cuï coù ñoä tuyeán tính cao, khoaûng nhieät ñoâ laøm vieäc giôùi haïn (40-+400) o K töông öùng (-233 o C-+127) o C LM355 laø linh kieän taïo doøng chuaån ñieàu chænh ñöôïc. Sô ñoà noái caûm bieán (hình M3-2)coù ñaëc ñieåm cho theá ra tyû keä tuyeán tính vôùi nhieät ñoä ~10mV/ o K(ôû 0 o K- theá ra =0). Vì vaäy coù theå söû duïng LM355 nhö moät caûm bieán nhieät ñoä . Sô ñoà ño vôùi caûm bieán nhieät baùn daãn goàm trôû taûi caáp doøng cho caûm bieán boä khueách ñaïi töø caûm bieán IC1a (hình M3-2) vaø boä khueách ñaïi loái ra IC1b. R4 R5 12V 49K 49K9 R 39K R1 12V C1 9K 10uF +12V GAIN R S2 TP1 U1A R6 8 S2 TP2 2 - 7k15 7K15 TP6 U1A R2 IC1a 1 5 - IC2 3 + IC1b 7 6 + S3 78L05 5V P1 TL082 C2 OUT 01 TL082 -12V4 R8 R3 OFFSET R 1K5 100uF R30 C6 C7 R31 +12V +12V +12V -12V Hình M 3-2 : Sô ñoà ño vôùi caûm bieán nhieät baùn daãn Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 13
  14. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Söû duïng caùc daây caém ñeå noái maïch theo sô ñoà hình M 3-2 cho maûng M1-3 khoái SME-403: * Noái caùc choát nguoàn vaø ñaát cuûa khoái SME-403vôùi nguoàn ±12V vaø ñaát (GND) cuûa maùy chuû MTS-41. chuù yù caém ñuùng phaân cöïc cuûa nguoàn. Noái caùc choát cuûa caûm bieán vôùi caùc choát vaøo S1-S2-M3 cuûa maûng M3-1 khoái SME-403: - Daây maøu ñoû -noái vôùi S1 - Daây maøu naâu -noái vôùi S2 - Daây maøu ñen -noái vôùiS3 2. Xaùc ñònh söï phuï thuoäc theá ra vaøo nhieät ñoä (xaùc ñònh ñöôøng ño chöa chuaån ). 2.1. Caém ñieän cho beáp ñieän, tieán haønh ño nöôùc soâi. Cho ñaù (nöôùc ñoùng baêng ) vaøo coác. 2.2. Noái choát TP5cuûa sô ñoà M1-3(loái vaøo khueách ñaïi caûm bieán –IC1a) vôùi loái vaøo INPUT(+) cuûa boä ño DCV. Noái ñaát loái vaøo INPUT(-)cuûa boä ño DCV. 2.3. Ñaët caûm bieán nhieät baùn daãn trong khoâng khí, ghi giaù trò theá ra caûm bieán chæ thò treân boä ño DCV, ñieàn keát quaû vaøo baûng M1-3 2.4. Ñaët caûm bieán nhieät baùn daãn trong nöôùc ñaù ñang tan (~0 oC),ghi giaù trò theá cuûa caûm bieán chæ thò treân boä ño DCV, ñieàn keát quaû vaøo baûng M1-3 2.5. Ñaët caûm bieán nhieät baùn daãn trong nöôùc ñang soâi(~+100 o C), ghi giaù trò theá cuûa caûm bieán chæ thò treân boä ño DCV, ñieàn keát quaû vaøo baûng M1-3 Thaïng thaùi caûm bieán Nhieät ñoä Theá ra TP5 Trong nöôùc ñaù ñang tan T1 = ~0 oC U1= Trong khoâng khí T2 = nhieät ñoä phoøng U2= Trong nuôùc soâi T3 = +100 o C U3= 2.6. Bieåu dieãn söï phuï thuoäc theá ra caûm bieán vaøo nhieät ñoä. 2.7. Keát luaän veà söï bieám ñoåi nhieät ñoäthaønh ñieän theá. Tính giaù trò bieán ñoåi nhieät – ñieän theá cuûa caûm bieán baùn daãn loaïi LM334: ε =( U3 – U1 )/ K* ( T3 – T1 ) trong ñoù K laø heä soá khueách ñaïi cuûa IC1a. ñeå xaùc ñònh K, söû duïng boä ño DCVñeå ño theá vaøoUv(tòa choát TP1)vaø theá ra (TP5) 3. Chuaån thang ño. Muïc ñích chuaån thang ño nhaèm chænh zero vaø khueách ñaïi, sao cho nhieät ñoä chæ thò truøng vôùi nhieät ñoä thöïc caàn ño Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 14
  15. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 3.1. Noái loái ra cuûa boä khueách ñaïi (IC1b)-OUT1vôùi loái vaøo INPUT(+) cuûa boä ño DCV. Noái ñaát loái vaøo INPUT(-)cuûa boä ño DCV. 3.2. Ñaët caûm bieán trong nöôùc ñaù ñang tan. Chænh bieán trôû P1-OFFSET ñeå boä chæ thò DVC chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc ñaù ñang tan (theo giaù trò nhieät keá ). 3.3. Ñaët caûm bieán trong nöôùc soâi. Chuù yù ñeå caûm bieán chaïm ñaùy. Chænh bieán trôû P2 GAIN ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc soâi (theo giaù trò nhieät keá ). Töông öùng OUT1 = 1V. 3.4. Ñaët caûm bieán trôû laïi nöôùc ñaù ñang tan. Chænh laïi bieán trôû P1-OFFSET ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc ñaù. 3.5. Ñaët caûm bieán trôû laïi nöôùc soâi. Chænh laïi bieán trôû P2 GAIN ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc soâi (theo giaù trò nhieät keá ). 3.6. laëp laïi caùc böôùc 3.2. vaø 3.3. vaøi laàn cho ñeán khi nhieät ñoä chæ treân boä thò DCV truøng vôùi nhieät ñoä thöôïc caàn ño. Chuù yù chænh giaù trò chæ thò 1V = 100 0C. 3.7. Ñöa caûm bieán ra khoâng khí, chôø cho nhieät ñoä oån ñònh, kieåm tra nhieät ñoä chæ thò treân DVC coù truøng vôùi nhieät ñoä phoøng hay khoâng. 4. Thay bình nöôùc vaø ño laïi töø ñaàu. Ñaët nhieät keá vaø caûm bieán ôû cuøng ñoä cao , khoâng chaïm ñaùy hoaëc thaønh coác. Thöïc hieän ñun nöôùc vaø theo doõi, ghi laïi giaù trò nhieät ñoä chæ thò treân nhieät keá vaø treân maùy ño. Bieåu dieån ñoà thò moâ taû ñaëc tröng loái ra cuûa thieát bò, trong ñoù truïc X ñaët caùc giaù trò ghi treân nhieät keá , coøn truïc Y giaù trò ghi treân maùy ño DCV. Neáu ñöôøng sai leäch lôùn so vôùi ñöôøng chuaån, caàn chuaån laïi thang ño theo muïc 3. PHAÀN 2 :ÑO NHIEÄT ÑOÄ BAÈNG CAÛM BIEÁN CAËP NHIEÄT ÑIEÄN (Thermocoupler) Nhieäm vuï: Nghieân cöùu caùc nguyeân taéc laøm vieäc vaø ñaëc ñieåm söû duïng caûm bieán caëp nhieät ñieän trong caùc thieát bò ño vaø ñieàu khieån nhieät ñoä . Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caëp nhieät ñieän döïa treân hieäu öùng khueách taùn caùc ñieän töû khi cho tieáp xuùc hai kim loaïi khaùc nhau. Söï khueách taùn naøy taïo thaønh hieäu ñieän theá tieáp xuùc , phuï rhuoäc vaøo baûn chaát cuûa hai kim loaïi vaø nhieät ñoä choå tieáp xuùc Khi thay ñoåi nhieät ñoä cuûa moái tieáp xuùc, giaù trò E t trong khoaûng nhieät ñoä giôùi haïn, ñöôïc moâ taû baèng bieåu thöùc tuyeán tính : E t = C(t 2 -t1) , vôùi t 1 , t 2 laø nhieät ñoä ñaàu vaø cuoái , C laø haèng soá caëp nhieät , coù yù nghóa vaät lyù laø suaát ñieän ñoäng, phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa hai kim loaïi , ñöôïc o tính baèng trò ñieän theá E t , khi nhieät ñoä thay ñoåi 1 C. Giaù trò C laø haèng soá, khoâng ñoåi cho loaïi caëp nhieät ñieän xaùc ñònh Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 15
  16. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Nhö vaäy baèng caùch ño giaù trò E t, coù theå ño ñöôïc nhieät ñoä taïi moái tieáp xuùc khi ñaët trong moâi tröôøng ño . Caùc caëp nhieät ñieän söû duïng ñöôïc phoå bieán giôùi thieäu trong baûng M3-2. NHIEÄT SUAÁT NHIEÄT LOAI HÔÏP KIM ÑOÄ CÖC ÑOÂNG TYPE ALLOY DAÏI 0 0 0 [µV/ 0C]ôû 20 0C 100 C 400 C 1000 C [0C] Iron- J 760 51.45 5.268 21.846 - Constantan Chromel- K 1370 40.28 4.095 16.395 41.269 Alumel Copper- T 400 40.28 4.227 20.869 - Constantan Chromel- E 1000 60.48 6.317 28.943 76.358 Constantan Platinum- S 1750 5.88 0.645 3.260 9.585 90%Pt10%Rh Platinum- R 1750 5.80 0.647 3.407 10.503 87%Pt13%Rh 94%Pt6%Rh- B 1800 0.00 0.033 0.768 4.833 70%Pt30%Rh Sô ñoà khoái SME-403 bao goàm taàng khueách ñaïi tín hieäu IC3a (hình M3-3), taàng khueách ñaïi loái ra IC3b. Caëp nhieät ñieän söû duïng trong thí nghieäm laø loaïi K. Trong sô ñoà khoái M3-2(hình M3-3)coù ñaët hai bieán trôû –bieán trôû P3/OFFSETcho pheùp chænh Zero cho thang ño vaø bieán trôû P4/GAIN cho pheùp chænh thang ño (ñoä doác ñöôøng bieåu dieån giaù trò ño). R19 R15 75K4 P4 30K TP7 R11 GAIN TC+ +12V R C1 1K5 TP9 4 U1A R16 7K15 100uF 2 - 4K22 TP12 U1A IC3a 1 5 - +12V R12 3 + IC3b 7 TC- 6 + TL082 C4 OUT 01 P1 1K5 8 TL082 TP8 R10 -12V R14 R18 SENSOR 500 OFFSET 10K TP10 R13 75K15 10 -12V-12V Hình M 3-3: Sô ñoà ño vôùi caûm bieán caëp nhieät ñieän Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 16
  17. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Söû duïng caùc daây caém ñeå noái maïch theo sô ñoà hình M 3-3cho maûng M3-2 khoái SME-403: * Noái caùc choát nguoàn vaø ñaát cuûa khoái SME-403vôùi nguoàn ±12V vaø ñaát (GND) cuûa maùy chuû MTS-41. chuù yù caém ñuùng phaân cöïc cuûa nguoàn. Noái caùc choát cuûa caûm bieán vôùi caùc choát vaøo TC+,TC- cuûa maûng M3-2 khoái SME-403: - Daây coù choát maøu ñoû –noái vôùi TC+ - Daây coù choát maøu xanh –noái vôùi TC- 2. Xaùc ñònh söï phuï thuoäc theá ra vaøo nhieät ñoä (xaùc ñònh ñöôøng ño chöa chuaån ). 2.1. Caém ñieän cho beáp ñieän, tieán haønh ño nöôùc soâi. Cho ñaù (nöôùc ñoùng baêng ) vaøo coác. 2.2. Noái choát TP5cuûa sô ñoà M3-2(loái vaøo khueách ñaïi caûm bieán –IC3a) vôùi loái vaøo INPUT(+) cuûa boä ño DCV. Noái ñaát loái vaøo INPUT(-)cuûa boä ño DCV. 2.3. Ñaët caûm bieán nhieät baùn daãn trong khoâng khí, ghi giaù trò theá ra caûm bieán chæ thò treân boä ño DVC, ñieàn keát quaû vaøo baûng 3-3 2.4. Ñaët caûm bieán nhieät baùn daãn trong nöôùc ñang soâi(~+100 o C), ghi giaù trò theá cuûa caûm bieán chæ thò treân boä ño DCV, ñieàn keát quaû vaøo baûng M3-3 Thaïng thaùi caûm bieán Nhieät ñoä Theá ra TP5 Trong nöôùc ñaù ñang tan T1 = ~0 oC U1= Trong khoâng khí T2 = nhieät ñoä phoøng U2= Trong nuôùc soâi T3 = +100 o C U3= 2.5. Bieåu dieãn söï phuï thuoäc theá ra caûm bieán vaøo nhieät ñoä. 2.6. Keát luaän veà söï bieám ñoåi nhieät ñoäthaønh ñieän theá. Tính giaù trò bieán ñoåi nhieät – ñieän theá cuûa caûm bieán caëp nhieät ñieän loaïi K: ε = (U3-U1)/K.(T3-T1) : [µV/ 0C]. Trong ñoù K laø heä soá khueách ñaïi cuûa IC3a. ñeå xaùc ñònh K, söû duïng boä ño DVCñeå ño theá vaøo Uv(taïi choát TP7)vaø theá ra (TP11). K = U(TP11)/U(TP7) 3. Chuaån thang ño. Muïc ñích chuaån thang ño nhaèm chænh zero vaø khueách ñaïi, sao cho nhieät ñoä chæ thò truøng vôùi nhieät ñoä thöïc caàn ño 3.1. Noái loái ra cuûa boä khueách ñaïi (IC3a)-OUT2vôùi loái vaøo INPUT(+) cuûa boä ño DCV. Noái ñaát loái vaøo INPUT(-)cuûa boä ño DCV. 3.2. Ñaët caûm bieán trong nöôùc ñaù ñang tan. Chænh bieán trôû P3-OFFSET ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc ñaù ñang tan (theo giaù trò nhieät keá ). Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 17
  18. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 3.3. Ñaët caûm bieán trong nöôùc soâi. Chuù yù ñeå caûm bieán chaïm ñaùy. Chænh bieán trôû P2 GAIN ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc soâi (theo giaù trò nhieät keá ). Töông öùng OUT2 = 1V. 3.4. Ñaët caûm bieán trôû laïi nöôùc ñaù ñang tan. Chænh laïi bieán trôû P3-OFFSET ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc ñaù. 3.5. Ñaët caûm bieán trôû laïi nöôùc soâi. Chænh laïi bieán trôû P4 GAIN ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc soâi (theo giaù trò nhieät keá ). 3.6. Laëp laïi caùc böôùc 3.2. vaø 3.3. vaøi laàn cho ñeán khi nhieät ñoä chæ treân boä thò DCV truøng vôùi nhieät ñoä thöôïc caàn ño. Chuù yù chænh giaù trò chæ thò 1V = 100 0C. 3.7. Ñöa caûm bieán ra khoâng khí, chôø cho nhieät ñoä oån ñònh, kieåm tra nhieät ñoä chæ thò treân DVC coù truøng vôùi nhieät ñoä phoøng hay khoâng. 4. Thay bình nöôùc vaø ño laïi töø ñaàu. Ñaët nhieät keá vaø caûm bieán ôû cuøng ñoä cao , khoâng chaïm ñaùy hoaëc thaønh coác. Thöïc hieän ñun nöôùc vaø theo doõi, ghi laïi giaù trò nhieät ñoä chæ thò treân nhieät keá vaø treân maùy ño. Bieåu dieån ñoà thò moâ taû ñaëc tröng loái ra cuûa thieát bò, trong ñoù truïc X ñaët caùc giaù trò ghi treân nhieät keá , coøn truïc Y giaù trò ghi treân maùy ño DVC. Neáu ñöôøng sai leäch lôùn so vôùi ñöôøng chuaån, caàn chuaån laïi thang ño theo muïc 3. PHAÀN 3: ÑO NHIEÄT ÑOÄ BAÈNG CAÛM BIEÁN NHIEÄT PT-100 Nhieäm vuï : Nghieân cöùu caùc nguyeân taéc laøm vieäc vaø ñaëc ñieåm söû duïng caûm bieán nhieät PT- 100 trong caùc thieát bò ño vaø ñieàu khieån nhieät ñoä . Caûm bieán nhieät ñieän trôû RTD (Resistan Temperature Decector) hoaït ñoäng döïa treân nguyeân taéc ñieän trôû R cuûa ña soá kim loaïi thay ñoåi theo nhieät ñoä T. khi nhieät ñoä taêng, giaù trò ñieän trôû taêng. Caûm bieán PT-100 laø loaïi RTD,trong ñoù söû duïng ñieïn trôû thuaàn cuûa cuoän daây plain cuoán theo daïng cuoän daïng loø xoñaët ôû vò trí ñaàu cuûa caûm bieán. Trong baûng 3-4 giôùi thieäu söï thay ñoåi giaù trò ñieän trôû cuûa caûm bieán platin. Baûng 3-4 NHIEÄT ôû ( 0C) ÑIEÄN TRÔÛ ( Ω) 0 100.0 25 109.9 50 119.8 75 129.6 100 139.3 Söï phuï thuoäc cuûa giaù trò ñieän trôû Rvaøo nhieät ñoä T ñöôïc moâ taû bôûi bieåu thöùc : Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 18
  19. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 2 R = R O(1+a 1T+ a 2T ), trong ñoù : 0 RO laø giaù trò ñieän trôû R ôû C a1 : haèng soá = 0.00399 -7 a2 : haèng soá = -6.10 T : nhieät ñoä Vôùi giaù trò a 2 nhoû,coù theå boû qua thaønh phaàn phuï thuoäc baäc 2 cuûa Tvaø coù theå xem nhö ñieän trôû Rphuï thuoäc tuyeán tính vaøo nhieät ñoä T. Öu ñieåm cuûa caùc caûm bieán RTD laø khoaûng nhieät ñoä ño roäng(-240 ñeán 649 0C)coù ñoä chính xaùc cao, ñoä phi tuyeán nhoû vaø tính ñoàng nhaát cuûa caùc caûm bieán theo cuøng loaïi cao. Khi caáp doøng Icho caûm bieán,nhaän ñöïôc theá ra caûm bieán U = I.R. vôùi giaù trò ñieän trôû Rthay ñoåi tuyeán tính theo nhieät ñoä, ñieän theá loái ra caûm bieán cuûng laø ñaïi löôïng phuï thuoäc tuyeán tính theo nhieät ñoä. Sô ñoà vôùi RTD ñoøi hoûi doøng I cung caáp phaûi raát oån ñònh. Sô ñoà cuûa maûng M3-3/khoái SME-403 bao goàm doøng caáp cho caûm bieán töø IC6, taàng khueách ñaïi do IC4a(hình M3-4), taàng khuyeách ñaïi do IC4b. Caëp nhieät ñieän söû duïng trong thí nghieäm laø loaïi PT100. Trong sô ñoà hình M3-4thieát bò coù ñaët 2 bieán trôû bieán trôû P5 OFFSETcho pheùp chænh zero cho thang ño vaø bieán trôû P6 GAINcho pheùp chænh thang ño( ñoä doác ñöôøng bieåu dieãn giaù trò ño ) SENSOR R23 R29 3 TL082 58K TS1 + TP15 IC4A 1 3K6 2 R27 IC6 - 78L05 R22 3K6 +12 GIAN 10K TP14 C5 8 0.1 5 - IC5 TP17 IC4B 7 R20 R21 78L05 R26 6 + 1K5 5V R24 TL082 1K 7K15 4 TS2 R28 -12 TP16 3K6 R25 OFFSET TP100 VCC Hình M3-4 : Sô ñoà ño nhieät ñoä vôùi caûm bieán PT-100 Caùc böôùc thöïc hieän: 1. Söû duïng caùc daây caém ñeå noái maïch theo sô ñoà hình M 3-4cho maûng M3-3 khoái SME-403: Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 19
  20. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM * Noái caùc choát nguoàn vaø ñaát cuûa khoái SME-403vôùi nguoàn ±12V vaø ñaát (GND) cuûa maùy chuû MTS-41. chuù yù caém ñuùng phaân cöïc cuûa nguoàn. Noái caùc choát cuûa caûm bieán vôùi caùc choát vaøo TC+,TC- cuûa maûng M3-3 khoái SME-403: - Daây coù choát maøu cam –noái vôùi TS1 - Daây coù choát maøu xanh –noái vôùi TS2 2. Xaùc ñònh söï phuï thuoäc theá ra vaøo nhieät ñoä (xaùc ñònh ñöôøng ño chöa chuaån ). 2.1. Caém ñieän cho beáp ñieän, tieán haønh ño nöôùc soâi. Cho ñaù (nöôùc ñoùng baêng ) vaøo coác. 2.2. Noái choát TP15cuûa sô ñoà M3-3(loái vaøo khueách ñaïi caûm bieán –IC4a) vôùi loái vaøo INPUT(+) cuûa boä ño DCV. Noái ñaát loái vaøo INPUT(-)cuûa boä ño DCV. 2.3. Ñaët caûm bieán PT100 trong khoâng khí, ghi giaù trò theá ra caûm bieán chæ thò treân boä ño DCV, ñieàn keát quaû vaøo baûng M3-5 2.4. Ñaët caûm bieán PT100 trong nöôùc ñaù ñang tan (~+100 oC),ghi giaù trò theá cuûa caûm bieán chæ thò treân boä ño DCV, ñieàn keát quaû vaøo baûng M3-5 Thaïng thaùi caûm bieán Nhieät ñoä Theá ra TP5 Trong nöôùc ñaù ñang tan T1 = ~0oC U1= Trong khoâng khí T2 = nhieät ñoä phoøng U2= Trong nuôùc soâi T3 = +100 o C U3= 2.5. Bieåu dieãn söï phuï thuoäc theá ra caûm bieán vaøo nhieät ñoä. 2.6. Keát luaän veà söï bieám ñoåi nhieät ñoäthaønh ñieän theá. Tính giaù trò bieán ñoåi nhieät – ñieän theá cuûa caûm bieán PT100 ε = (U3-U1)/K.(T3-T1) : [mV/ 0C]. Trong ñoù K laø heä soá khueách ñaïi cuûa IC4a. K≈R22/R21 = 10. 3. Chuaån thang ño. Muïc ñích chuaån thang ño nhaèm chænh zero vaø khueách ñaïi, sao cho nhieät ñoä chæ thò truøng vôùi nhieät ñoä thöïc caàn ño 3.1. Noái loái ra cuûa boä khueách ñaïi (IC4b)-OUT3vôùi loái vaøo INPUT(+) cuûa boä ño DVC. Noái ñaát loái vaøo INPUT(-)cuûa boä ño DCV. 3.2. Ñaët caûm bieán trong nöôùc ñaù ñang tan. Chænh bieán trôû P5-OFFSET ñeå boä chæ thò DVC chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc ñaù ñang tan (theo giaù trò nhieät keá ). 3.3. Ñaët caûm bieán trong nöôùc soâi. Chuù yù ñeå caûm bieán chaïm ñaùy. Chænh bieán trôû P6 GAIN ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc soâi (theo giaù trò nhieät keá ). Töông öùng OUT1 = 1V. 3.4. Ñaët caûm bieán trôû laïi nöôùc ñaù ñang tan. Chænh laïi bieán trôû P5-OFFSET ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc ñaù. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 20
  21. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 3.5. Ñaët caûm bieán trôû laïi nöôùc soâi. Chænh laïi bieán trôû P6 GAIN ñeå boä chæ thò DCV chæ giaù trò nhieät ñoä nöôùc soâi (theo giaù trò nhieät keá ). 3.6. laëp laïi caùc böôùc 3.2. vaø 3.3. vaøi laàn cho ñeán khi nhieät ñoä chæ treân boä thò DCV truøng vôùi nhieät ñoä thöôïc caàn ño. Chuù yù chænh giaù trò chæ thò 1V = 100 0C. 3.7. Ñöa caûm bieán ra khoâng khí, chôø cho nhieät ñoä oån ñònh, kieåm tra nhieät ñoä chæ thò treân DVC coù truøng vôùi nhieät ñoä phoøng hay khoâng. 4. Thay bình nöôùc vaø ño laïi töø ñaàu. Ñaët nhieät keá vaø caûm bieán ôû cuøng ñoä cao , khoâng chaïm ñaùy hoaëc thaønh coác. Thöïc hieän ñun nöôùc vaø theo doõi, ghi laïi giaù trò nhieät ñoä chæ thò treân nhieät keá vaø treân maùy ño. Bieåu dieån ñoà thò moâ taû ñaëc tröng loái ra cuûa thieát bò, trong ñoù truïc X ñaët caùc giaù trò ghi treân nhieät keá , coøn truïc Y giaù trò ghi treân maùy ño DCV. Neáu ñöôøng sai leäch lôùn so vôùi ñöôøng chuaån, caàn chuaån laïi thang ño theo muïc 3. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 21
  22. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM BAØI 4 : CAÛM BIEÁN QUANG PHAÀN I : SÔ ÑOÀ ÑO QUANG ÑIEÄN VAØ CAÛNH BAÙO THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG : 1. Thieát bò chính cho thöïc taäp dieän töû veà caûm bieán vaø ño löôøng MTS – 41. 2. Khoái thí nghieäm SME-104cho baøi thöïc taäp veà quang ñieän – (gaén leân thieát bò chính MTS-41). Boä caûm bieán quang ñieän coù nguoàn saùng gaén keøm. 3. Dao ñoäng kyù hai tia. 4. Phuï tuøng daây caém. Nhieäm vuï : Tìm hieåu nguyeân taéc laøm vieåc cuûa sô ñoà quang ñieän Caùc vaät lieäu quang daãn ví duï ñieän trôû CdS, ñöôïc cheá taïo töø taäp hôïp caùc tinh theå rieâng reõ coù khaû naêng thay ñoåi ñieän trôû töông öùng vôùi soá photonaùnh saùng chuyeàn vaøo . ñaëc tröng phoå bieán cuûa quang trôû bao chuøm vuøng phoå cuûa aùnh saùng thaáy ñöôïc ( aùnh saùng bieåu kieán ). Photodiode laø yeáu toá loaïi quang daãn khi coù theá phaân cöïc ngöôïc treân diode . caùc photon aùnh saùng va chaïm vôùi lôùp tieáp xuùc (phaàn chuyeàn ) cuûa diode seû taïo racaùc phaàn töû taûi ñieän töï do , laøm giaûm ñieän trôû phaân cöïc ngöôïc cuûa diode töông öùng vôùi soá eclectron ñöôïc giaûi phoùng. Trong thí nghieäm xöû duïng LED (Light Emitting Diode) laøm yeáu toá phaùt quangvaø boä thu laø moät quang trôû (Photoresistor). Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 22
  23. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM VCC R1 R2 R3 R4 1K 2K2 5K6 10K C2 C1 J1 VCC J2 VCC J3 VCC J4 VCC 100uF 100uF VCC VCC VCC VCC -12V +12V R17 R16 +12V S1 P3 VCC VCC -12V +12V LEVER SENSOR +12V -12V R15 1K VCC VCC S2 R8 10K +12V D1 12V IC3 R10 GAIN 78L05 10K R14 U2A 4K7 2 - TP2 R9 2 + R7 IC1a 1 6 - TP3 IC1C 7 T1 R5 3 + 1 3 A1015 IC1b - 1K 10K 5 + 18K R9 TL082 R11 10K 1 TL082 10K TL082 P1 OFFSET R6 1K Hình 4 : Sô ñoà ño quang ñieän vaø caûnh baùo Caùc böôùc thöïc hieän : 1. Söû duïng daây coù choát caém ñeå noái maïch theo sô ñoà hình SME-404: - Noái caùc choát nguoàn vaø ñaát cuûa khoái SME-404 (POWER PORT) vôùi nguoàn ±12Vvaø ñaát (GND) cuûa thieát bò chính MTS-41. Chuù yù caém ñuùng phaân cöùc nguoàn . 2. Khaûo saùt hieäu öùng quang ñieän . 2.1 Noái chaân 7 (loái ra OUT)cuûa boä khueách ñaïi IC1b vôùi loái vaøo (+) cuûa boä ño DCV cuûa thieát bò chính MTS-41. loái vaøo (-) cuûa DCV noái ñaát. 2.2 Noái J1, chænh bieán trôû P2 GAINcöïc ñaïi vaø P1 OFFSETñeå nhaän treá ra = 8V cho tröôøng hôïp phaùt saùng cöïc ñaïi. 2.3 Noái laàn löôït caùc choát J1 ñeán J4 ñeå thay ñoåi doøng qua LED chieáu saùng,vaø do ñoù laøm thay ñoåi cöôøng ñoä aùnh saùng. Öùng vôùi moåi gí trò ghi giaù trò theá ra chæ thò ño treân DCV. Ghi keát quaû vaøo baûng M4-1 Baûng M4-1 Noái choát J1 J2 J3 J4 L (phaùt) 12V/1K= 12V/2k2 12V/5K6 12V/10K U0 (OUT) U1(LEVER) Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 23
  24. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 2.4 nhaän xeùt keát quaû . 3. Löïa choïn ngöôõng caûnh baùo ÖÙng vôùi moåi vò trí choát noái J1-J4 trong baûng M4-1, vaën bieán trôû P3- LEVER ñeå ñònh giaù trò ngöôõng cho ñeøn D1 saùng. Ño giaù trò theá ngöôõng U 1 taïi TP2 vaø ghi vaøo coät töông öùng cuûa baûng M4-1 PHAÀN II :SÔ ÑOÀ ÑO VÔÙI CAÛM BIEÁN HOÀNG NGOAÏI THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG 1. Thieát bò chính cho thöïc taäp ñieän töû veà caûm bieán vaø ño löôøng MTS-41 2. Boä caûm bieán hoàng ngoaïi . 3. Dao ñoäng kyù 2 tia . 4. Khoái thí nghieäm SME:405 cho baøi thöïc taäp veà caûm bieán hoàng ngoaïi (Gaén leân thieát bò chính MTS-41). 5. Phuï tuøng : daây caém. Nhieäm vuï : Tìm hieåu nguyeân taéc laøm vieäc cuûa sô ñoà vôùi caûm bieán hoàng ngoaïi Caûm bieán hoàng ngoaïi cho pheùp ño nhöõng vaät theå coù nhieät ñoä khaùc nhau ôû moâi tröôøng xung quanh ôû khoaûng caùch vaøi meùt maø khoâng caàn tieáp xuùc nhieät tröïc tieáp nhö caûm bieán nhieät ñoä Moãi vaät theå coù nhieät ñoä cao hôn moâi tröôøng xung quanh ñeàu phaùt ra tia hoàng ngoaïi . ví duï , con ngöôøi ñoäng vaät khi ñöùng yeân hoaëc di chuyeån phaùt ra tia hoàng ngoaïi . Khaùc vôùi caùc boä phaän thu quang ñieän caûm bieán thu hoàng ngoaïi söõ duïng trong tröôøng hôïp naøy chæ caàn ñaàu thu maøkhoâng caàn ñaàu phaùt . Ñoái töôïng thu nhö ngöôøi , ñoäng vaät , vaät theå noùng , seõ ñoùng vaøi troø nguoàn phaùt hoàng ngoaïi. Hieän nay , caùc boä thu hoàng ngoaïi ñöôïc cheá taïo töø vaät lieäu poroelectric, cho pheùp bieán ñoåi caùc böùc xaï hoàng ngoaïi thaønh caùc xung löôõng cöïc , gaây ra caùc ñieän tích treân beà maët ngoaøi cuûa vaät lieäu . Beà maët cuûa ñieän cöïc vaø chaát ñieän moâi caáu taïo caûm bieán thaønh moät tuï ñieän . Tín hieäu taïo thaønh töø caûm bieán tyû leä vôùi cöôøng ñoä böùc xaï hoàng ngoaïi taùc ñoäng . Caùc vaät lieäu pyroelectric loaïi ñôn theå nhö LiTaO3, LiNbO3, TGS thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå cheá taïo caûm bieán thu hoàng ngoaïi . Vaät theå khaùc nhö polymer(plastic)-PVDE(polyvinilidendifluorid) cuõng ñwöôïc söû duïng roäng raõi do giaù thaønh reû vaø ñôn giaûn söû duïng . Tuy nhieân loaïi vaät lieäu khoâng chòu ñöôïc nhieät ñoä cao hôn 80c. Trong caûm bieán thu , thöôøng coù boä phaùt xaï daïng göông caáu , cho pheùp taäp trung tia hoàng ngoaïi vaøo boä thu ñaët ôû tieâu cöï göông caàu . Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 24
  25. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Caûm bieán hoàng ngoaïi coù caùc ñaëc tröng ñieån nhö sau : -Theá laøm vieäc Ub=4.5V. -Tín hieäu ra Ua(Ub=4.5V)=1.1V. -Coâng suaát tieâu taùn :0.18mW. Ñieän trôû ra (Ub=4.5V)=2.2k Khoaûng caùch thu nhaän cöïc ñaïi :7m. Ñaëc tröng thôøi gian:500ms. Trong thöïc nghieäm , ñöôïc söû duïng ñeøn phaùt ñeå taïo caùc böùc xaï hoàng ngoaïi . Treân sô ñoà hình M5-1/ khoái SME-405 , IC1 laø sô ñoà phaùt xung ñeå kích thích ñeøn phaùt hoàng ngoaïi D1. Sô ñoà thu hoàng ngoaïi D2 ñöôïc noái vôùi boä khuyeách ñaïi IC2 , khuyeách ñaïi loái ra IC3 vaø taàng ngöôõng caûnh baùo IC4. Caùc caûm bieán hoàng ngoaïi ñöôïc ñaët treân thanh tröôït , choi pheùp thay ñoåi khgoaûng caùch giöõa ñaàu thu vaø ñaàu phaùt . R8 5V C4 C3 R14 T1 0.22 D468 +12V R5 47p R1 R3 2 - R9 R10 1K 8 4 5K6 IC2 1 2 - TP4 7 R35 3 + IC3 1 R R TL082 VCC 3 + IC1 R6 TP3 TL082 R2 R R7 C5 R11 2 E1 DE1 10K LM555 R R TP1 D1 D2 100p R12 R13 6 E2 C1 +12V 1K 1K -12V 5 DE2 BASE LINE 0.1 C2 0.1 5V 5V R17 R16 470 10K D3 2 - D4 7 OUT R15 P2 3 IC4+ 1N4148 10K 10K TL082 C8 TP5 1 GND LEVER Hình 5 : Sô ñoà thu phaùt hoàng ngoaïi Caùc böôùc thöïc hieän : 1. Söû duïng daây coù choát caém ñeå noái maïch theo sô ñoà hìnhM5-1/khoái SME- 405: Noái caùc choát caém nguoàn vaø ñaát cuûa khoái SNE-405(POWER PORT)vôùi nguoàn +12V, +5Vvaø ñaát (GND)cuûa thieát bò chính MTS-41. Chuù yù caém ñuùng phaân cöïc cuûa nguoàn . Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 25
  26. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Noái boä caûm bieán hoàng ngoaïi vaøo caùc choát E1, DE1 ,E2-DE2 (GND). -Noái daây cam vôùi choát E1 cuûa SME-405. -Noái daây ñen vôùi choát E2 cuûa SME-405. -Noái daây vaøng vôùi choát DE1 cuûa SME-405. -Noái daây xanh vôùi choát DE2 cuûa SME-405. 2. Hieäu chænh cheá ñoä ban ñaàu cho sô ñoà 2.1 Kieåm tra sô ñoà phaùt hoàng ngoaïi Söû duïng dao ñoäng kyù kieåm tra sô ñoà ñieàu khieån ñeøn phaùt treân IC1. -Ñaët thang ño theá loái vaøo cuûa dao ñoäng kyù ôû 5V/cm. Ñaët thôøi gian queùt cuûa dao ñoäng kyù ôû 0.1ms/cm. Chænh cho caû hai tia naèm giöõa khoaûng phaàn treân vaø phaàn döôùi cuûa naøm dao ñoäng kyù Söû duïng caùc nuùt chænh vò trí ñeå dòch tia theo chieàu X vaø Y veà vò trí deã quan saùt . -Noái loái vaøo keânh 1 cuûa dao ñoäng kyù vôùi choát thöû PT1/ sô ñoà SNE-405. -Chænh bieán trôû P1 ñeå chu kyø (1ms) taàn soá phaùt côõ 1kHz.Veõ laïi daïng tín hieäu 2.2 Ñieàu chænh sô ñoà thu -Ñaët ñaàu thu vaø ñaàu phaùt ôû gaàn nhau , ôû moät phía cuûa thanh tröôït. -Cho caùch ly giöõa ñaàu phaùt D1 vaø ñaàu thu D2 . Ñieàu chænh bieán trôû P1 – BASE LINE ñeå dòch ñöôøng cô baûn sao cho tín hieäu ra ôû TP4 giöõa khoaûng (khoâng vaøo vuøng baûo hoaø). -Ñaët ñaàu thu saùt vôùi ñaàu phaùt , söû duïng dao ñoäng kyù ñeå quan saùt xung -Thay ñoåi khoaûng caùch giöõa ñaàu thu vaø ñaàu phaùt , duøng thöôùc ño khoaûng caùch vaø ño bieân ñoä tín hieäu theo khoaûng caùch . ghi keát quaû vaøo baûng M5- 1. STT KHOAÛNG CAÙCH(CM) BIEÂN ÑOÄ XUNG 1 5 2 10 3 15 4 20 5 25 6 30 2.3 Nhaän xeùt vaø giaûi thích keát quaû veà söï phuï thuoäc theá ra vaøo khoaûng caùch giöõa ñaàu thu vaø ñaàu phaùt. 3. Xaùc ñònh ngöôõng caûch baùo 3.1 . Ñaët ñaàu thu vaø ñaàu phaùt gaàn nhau . Vaën bieán trôû P2-LEVEL, xaùc ñònh ngöôõng cho sô ñoà caûnh baùo , cho ñeøn baùo D1 saùng. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 26
  27. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 3.2. Taêng khoaûng caùch giöõa ñaàu thu vaø ñaàu phaùt , ñeøn basoù taét , chænh ngöôõng P2-LEVEL cho ñeøn baùo saùng. 3.3 . Nhaän xeùt veà vai troø ngöôõng caûnh baùo ñeå thu tín hieäu hoàng ngoaïi . PHAÀN III :SÔ ÑOÀ VÔÙI CAÙP QUANG THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG: 1. Thieát bò chính cho thöïc taäp ñieän töû veà caûm bieán vaø ño löôøng MTS-41. 2. Khoái thí nghieäm SME-406cho baøi thöïc taäp veà caùp quang –(Gaén leân thieát bò chính MTS-41). 3. Caùp quang . 4. Dao ñoäng kyù 2 tia. 5. Phuï tuøng :daây caém. Nhieäm vuï : Tìm hieåu nguyeân taéc laøm vieäc cuûa sô ñoà chuyeàn tín hieäu TTL vôùi caùp quang . Vieäc ttruyeàn soá lieäu TTL raáy phoå bieán trong kyõ thuaät truyeàn thoâng , Soá lieäu tröïc tieáp (daïng TTL)töø caùc thieát bò soá (maùy tính , toång ñaøi soá , )hoaëc töø aùc boä maõ hoaù khi truyeàn deã daøng ñöôïc khoâi phuïc laïi vôùi sai leäch ít nhaát so vôùi vieäc truyeàn xa tín hieäu töông töï. Truyeàn tín hieäu soá baèng caùp quang laø moät kyõ thuaät hieän ñaïi , ñaûm baûo soá keânh truyeàn lôùn, toác ñoä vaø ñoä tin caäy cao . Sô ñoà toång quaùt ñeå truyeàn tín hieäu soá duøng cxaùp quang goàm boä bieán ñoåi tín hieäu soá thaønh aùnh saùng . Tín hieäu aùnh saùng seõ truyeàn theo caùp quang ñeán ñaàu thu . Boä ñaøu thu aùnh saùng seõ bieán ñoåi aùnh saùng thaønh tín hieäu ñieän vaø boä khueách ñaïi daõi roäng seõ hình thaønh tuùn hieäu soá loái ra . Treân hình M6-1 giôùi thieäu boä truyeàn soá lieäu goàm boä phaùt (Transmiter) , boä thu (Receiver) vaø caùp quang noái giöõa chuùng ñeå thoâng truyeàn baèng aùnh saùng . Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 27
  28. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hình 6-1 Sô ñoà truyeân tín hieäu TTL vôùi caùp quang Boä phaùt ñôn giaûn coù theå xaây döïng treân diode phaùt quang (Hình M6-2). Tín hieäu töø loái ra TTL(IC2/12) qua trôû haïn doøng R3 laøm caám daãn diode phaùt quang . Neáu möùc ra TTL laø möùc thaáp (0), coù doøng chaûy qua diode , töông öùng laøm diode phaùt aùnh saùng . Neáu möùc raTTL laø möùc cao (1), khoâng coù doøng chaûy qua diode , diode khoâng phaùt aùnh saùng . Keát quaû , khi tieáp xuùc maët daãn saùng cuûa caùp quang vôùi maët phaùt saùng cuûa diode , caùc xung aùnh saùng seõ truyeàn qua caùp tôùi ñaàu cuoái cuûa caùp quang . Cöôøng ñoä phaùt saùng tyû leä vôùi doøng qua diode phaùt quang (treân sô ñoà M6-2 quy ñònh bôûi R3) . Diode phaùt quang thöôøng choïn loaïi coù khaû naêng taùc ñoäng nhanh côõ nanoâ giaây ñeå ñaûm baûo khaû naêng truyeàn tín hieäu vôùi taán soá cao. Caùp quang thöôøng ñöôïc gaén vaøo boä thu-phaùt baèng caùc oå caém ñaëc bieät , cho pheùp taïo tieáp xuùc toát veà maët quang hoïc . Trong thöïc teá , caùc tieáp xuùc quang hoïc naøy thöôøng gaây maát maùt tín hieäu . Ngoaøi ra , khi truyeân treân caùp daøi , tín hieäu cuõng bò suy giaûm . thu tín hieäu quang thöôøng ñöôïc xaây döïng treân photodiode(hoaëc phototransistor) laø caùc linh kieän coù khaû naêng bieán ñoåi aùnh saùng taùc ñoäng vaøo thaønh doøng ñieän . Ñeå truyeàn tín hieäu coù taàn soá tôùi haøng chuïc MHz , thöôøng söû duïng photodiode coù khaû naêng taùc ñoäng nhanh cao. Tuy nhieân ñoøi hoûi söû duïng sô ñoà khuyeách ñaïi cao taàn chaát löôïng cao (thöôøng laø linh kieän ECL). Ñoái vôùi caùc tín hieäu coù taàn soá thaáp hôn, coù theå söû duïng phototransistor vaø taàng ngöôõng hình thaønh tín hieäu loái ra . Caùc phototransistor vôùi öu ñieåm coù söï khuyeách ñaïi noäi tín hieäu , taïo tín hieäu loài ra lôùn hôn photodiode, song laïi caàn coù thôøi gian tieâu taùn caùc phaàn töû taûi ñieän khoâng cô baûn tích luyõ ôû base trong quaù trình töø daãn sang caám laøm keùo daùi maët taêng tín hieäu loái ra. Keát laø khi taêng taàn soá tín hieäu truyeàn , tín Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 28
  29. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM hieäu ra ngaøy caøng khoâng coù khaû naêng ñaït tôùi cöïc ñaïi , bò giaûm daàn bieân ñoä vaø tieán tôùi coù xung raêng cöa . Chính nguyeân nhaân naøy haïn cheá taàn taàn soá truyeàn tín hieäu caùp quang khi söû duïng phototransistor. Neáu goïi coâng suaát phaùt quang laø P(T) α laø ñoä suy giaûm cuûa caùp (dB/km) l laø chieàu daøi cuûa caùp quang vaø P(L)laø söï maát maùt aùnh saùng do caùc tieáp xuùc quang khaû dó ôû caùc ñaàu noái , ta coù coâng suaát quang nhaän ñöôïc ôû ñaàu thu P(R) : P(R) =PT-P(L)- α.l Treân cô sôû ñoä nhaïy cuûa sô ñoà ñieän töû thu , caùc sô ñoà truyeàn tín hieäu caùp quang thoâng thöôøng cho pheùp truyeàn tín hieäu vôùi khoaûng caùch cöïc ñaïi töø 6 ñeán 10km. Chuù yù : khi thöïc haønh vôùi caùp quang caàn traùnh laøm gaãy caùp . Khi caém caùp vaøo oå noái , caàn ñaåy nheï cho maët caùp vaøo maët thu-phaùtñeå giaûm maát maùt aùnh saùng. Caùc böôùc thöïc hieän : I. Khaûo saùt boä phaùt tín hieäu cho caùp quang : 1. Noái maïch thí nghieäm : - Noái choát F cuûa maùy phaùt tôùi choát 6 ñeå maùy phaùt treân IC1 phaùt tín hieäu vuoâng goùc vôùi taàn soá nhoû nhaát. Noái loái ra GEN cuûa maùy phaùt IC1vôùi choát IN/IC2. - Noái choát nguoàn +5V vaø ñaát cuûa khoái SME-406 (POWER PORT) vôùi nguoàn +5Vvaø ñaát (GND) cuûa thieát bò chính MTS-41. Chuù yù caém ñuùng phaân cöïc cuûa nguoàn . - Caém nheï ñaàu caùp quang vaøo oå phaùt (transmiter)cho tôùi vò trí taän cuøng . 2. Ñaët thang ño theá loái vaøo cuûa dao ñoäng kyù ôû 5V/cm. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 29
  30. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM - Chænh cho caû hai tia naèm khoaûng phaàn treân vaø phaàn döôùi cuûa naøm dao ñoäng kyù . - Söû duïng caùc nuùt chænh vò trí ñeå dch5 tia theo chieàu X vaø Y veà vò trí deã quan saùt . - Söû duïng dao ñoäng kyù ñeå quan saùt tín hieäu taïi chaân 3/IC1 ,chaân 12/IC2 vaø chaân K cuûa diode phaùt quang . Ño bieân ñoä tín hieäu vaø veõ giaûn ñoà xung taïi caùc ñieåm treân 3. Quan saùt maét tín hieäu nhaùy saùng ôû ñaàu cuoái cuûa caùp . Thay ñoåi bieán trôû P1(chænh taàn soá maùy phaùt IC1), quan saùt vaø ghi nhaän hieäu öùng chaùy saùng treân ñaàu ra caùp quang. II. Quan saùt söï truyeàn tín hieäu theo taàn soá 1. Noái ñaàu cuoái caùp quang vaøo boä thu (Receiver). Chuù yù caém nheï ñaàu caùp quang vaøo oå thu cho tôùi vò trí taän cuøng . 2. Quan saùt baèng dao ñoäng kyù tín hieäu taïi chaân 4/IC3. Ño maët taêng tín hieäu . 3. Laàn löôït noái choát F vôùi caùc choát 5, 4 , 3, 2, 1 ñeå thay ñoåi taàn soá maùy phaùt . ÖÙng vôùi moãi vò trí noái , veõ daïng tín hieäu vaø ño bieân ñoä taïi chaân 4IC3. Ghi keát quaû vaøo baûng M6-1. 4. Taàn soá Tín hieäu Tín hieäu Tín hieäu Tín hieäu maùy phaùt taïi taïi taïi taïi IC2/l2 IC3/4 IC3/5 IC3/2 Fx6 Fx5 Fx4 Fx3 Fx2 Fx1 5. ÖÙng vôùi vò trí taàn soá cao nhaát (F noái 1), chnænh bieán trôû F1 ñeå xaùc ñònh taàn soá cöïc ñaïi maø sô ñoà cho pheùp truyeàn ñuùng tín hieäu Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 30
  31. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM BAØI 5 : SÔ ÑOÀ THU – PHAÙT SIEÂU AÂM THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG : 1. thieát bò chính cho thöïc taäp ñieän töû veà caûm bieán vaø ño löôøng MTS-41 2. Boä caûm bieán sieâu aâm 3. khoái thí nghieäm SME-407 cho baøi thöïc taäp veà sieâu aâm-(gaén leân thieát bò chinh1 MTS-41) 4. dao ñoäng kyù 2 tia 5. phuï tuøng :daây caém nhieäm vuï: tìm hieåu nguyeân taéc laøm vieäc cuûa thieát bò sieâu aâm soùng sieâu aâm laø soùng aùp suaát doïc truyeàn qua moâi tröôøng chaát khí,loûng,raén vôùi taàn soá cao hôn taàng soá aâm thanh.Soùng sieâu aâm vôùi taàng soá treân vaøi traêmKHz bò haáp thu maïnh trong khoâng khí. Trong chaát raén vaø chaát loûng soùng sieâu aâm cao hôn 100MHz ñöôïc söû duïng cho nhieàu muïc ñích khaùc nhau. Caûm bieán thu phaùt sieâu aâm chuû yeáu xaây duïng treân tinh theå aùp ñieän(Piezoelectric). Vôùi caùc nguoàn thu phaùt sieâu aâm soùng suaát thöôøng söû duïng kim loaïi töø giaûo (magnetotrictive) hoaëc goám aùp töø. Thaïch anh laø tinh theå aùp ñieän thoâng duïng nhaát.trong quaù trình gia coâng vaät lieäu , tinh theå aùp ñieän ñöôïc hình thaønh vôùi caùc löôõng cöïc ñieän phaân töû coù ñònh höôùng tröôùc a) b) c) Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 31
  32. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hinh 7-1 a Baûn aùp ñieän thu nhoû kích thöôùc Hình 7-1 b Baûn aùp ñieän khi chöa kích thích Hình 7-1 c Baûn aùp ñieän môû roäng kích thöôùc Boä caûm bieán ñieän coù theå maéc trong maïch kieåu coäng höôûng hoaëc coù theå kích thích phaùt sieâu aâm baèng tín ieäu sin ôû taàn soá thích hôïp .vieäc kích thích baèng sung vuoâng goùc cuøng taàn soá cuûng coù taùc duïng töng töï nhö soùng sin. Xung kích thích taùc duïng vaøo caûm bieán aùp ñieän seû xaép xeáp thaúng haøng caùc löôûng cöïc ñieän phaân töû ,daån ñeán laøm dao ñoäng ñoä roäng cuûa tinh theå . treân hình M7-1 moâ taû phaûn öùng cuûa caûm bieán vôùi caùc sung kích thích :caûm bieán bò thu heïp (hình M7-1a) khi caùc löôûng cöïc phaân töû saép xeáp theo chieàu doïc coøn treân hình M7-1e caûm bieán môû roäng khi caùc löôõng cöïc phaân töû saép xeáp theo chieàu ngang .Söï thay ñoåi kích thöôùc hình hoïc naøy cuûa caûm bieán taïo thaønh dao ñoäng cô hoïc ,ñöôïc truyeàn ra moâi tröôøng xung quanh nhö soùng aùp suaát sieâu aâm. Khi taàn soá kích thích baèng taàn soá dao ñoäng rieâng ,hieäu suaát phaùt soùng sieâu aâm laø cöïc ñaïi. Ngöôïc laïi ,khi coù aùp suaát ñaët vaøo giöûa hai maët cuûa caûm bieán vaø hình thaønh theå ra,caûm bieán aùp ñieän hoaït ñoäng nhö boä thu sieâu aâm (gioáng nhö moät loa nhoû coù theå duøng laøm loa hoaëc micro). Treân sô ñoà thí nghieäm hinh M7-2, caûm bieân sieâu aâm söû duïng laø loaïi aùp ñieän.Caûm bieán thu phaùt ñöôïc ñaët treân thanh tröôït ñeå coù theå thay ñoåi khoaûng caùch cuûa chuùng.Xung Kích thích ñöôïc phaùt treân ICI ,ñöôc khueách ñaïi coâng suaát treân transistor T1 vaø caáp cho boä phaùt sieâu aâm GEN, HEAD. Tín hieäu töø ñaàu thu ñöôïc kheách ñaïi vaø hình thaønh nhôø T2 ,T3 . Sô ñoà IC@ laø boä hình thaønh tín hieäu thôøi gian T giöõa tín hieäu khôi3 saùng (START) vaø tín hieäu thu (STOP).ñoä roäng tín hieäu T seõ tuyø thuoäc vaøo khoaûng caùch tín hieäu STARTvaø STOP, nghóa laø vaøo khoaûng caùch L giöûa ñaàu phaùt vaø ñaàu thu: L = v. T Vôùi v laø vaän toác truyeàn sieâu aâm trong khoâng khí(~33lm/s) Khi bieát vaän toác truyeàn aâm, ño thôøi gian T, coù theå xaùc ñònh khoaûng caùch . treân khoái SME-407 söû duïng doä bieán ñoåi giaù trò T thaønh ñieän theá ñeå deã daøng ñobaèng boä ño DCV cuûa thieát bò chính MTS-41. Xung ñoä roäng T seõ caám T4 trong khoaûng thôøi gian T vaø cho pheùp tuï C7 naïp baèng doøng 1 khoâng ñoåi cuûa maùy phaùt doøng T5 . thay ñoåi bieán trôû P2, coù theå chænh doøng naïp cho C7. ôû loái ra Uout seõ hình thaønh ñieän theá U= kT/C. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 32
  33. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hình 7-2 Sô ñoà thu phaùt SOÙNG SIEÂU AÂM Caùc böôùc thöïc hieän : 1 söû duïng daây coù choát caém ñeå noái maïch theo sô ñoà hình SMB-14 Noái caùc choát nguoàn vaø ñaát cuûa khoái SME-407(POWER PORT) vôùi nguoàn +_ 12V vaø ñaát(GND) cuûa thieát bò chính MTS-41. Chuù yù caém d0uùng phaân cöïc cuûa nguoàn . *noái caûm bieán sieâu aâm vôùi khoái SME-407: - daây maàu cam vôùi choát TP2 cuûa khoái SME-407 -Daây maøu ñen vôùi choát GND cuûa khoái SME-407 -Daây maøu vaøng vôùi choátb TP3 cuûa khoái SME-407 - Daây maøu xanh vôùi choát GND cuûa khoái SME-407 2. Kieåm tra sô ñoà phaùt sieâu aâm 2.1. Baät coâng taéc S1 len vi trí phaùt (GEN,ON). 2.2. Söû duïng dao ñoäng kyù kieåm tra sô ñoà ñieàu khieån ñeøn phaùt treân ICI. -Ñaët thang do theá loái vaøo cuûa dao ñoäng kyù ôû SV/cm. - Ñaët thôøi gian queùt cuûa dao ñoäng kyù ôû 0,1 ms/cm. chænh sao caû hai tia naèm giöûa khoaûng phaàn treân vaø phaàn döôùi cuûa maøn dao ñoäng kyù. Söû duïng caùc nuùt chænh vò trí ñeå dòch tia theo chieàu X vaY veà vò trí deå quan saùt. -Noái loái vaøo keânh 1 dao doäng kyù vôøi choát tì TP/ sô doà SME-407 2.3. Chænh P1 ñeå maùy phaùt xung vôùi chu kyø T=4 ms taàn soá phaùt côû 250hz. Veõ laïi daïng tín hieäu. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 33
  34. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 3. Kieåm tra sô ñoà thu tín hieäu 3.1. Boá trí hai ñaàu thu phaùt sieâu aâm chuaån truïc vaø caùch nhau 5 cm. 3.2. Baät coâng taéc S1 leân vò trí phaùt (GEN.ON) 3.3. Quan saùt tín hieäu taïi TP3 vaø loái ra SOUT.keõ laïi daïng tín hieäu. 4. Xaùc ñònh söï phuï thuoäc thôøi ñieåm xuaát hieän tín hieäu thu theo khoaûng caùch . 4.1. Noái vaøo(+) cuûa boä ño hieäu soá DCV cuûa thieát bò chínhvôùi loái ra uout cuûa SME-407. Loái vaøo ñaát. 4.2 quan saùt tín hieäu khôûi ñoäng START ,döøng STOP taùc ñoäng vaøo trigger IC2.Veõ laïi daïng vaø thôøi gian keùo daøi tín hieäu taïi TOUT. 4.3. Thay ñoåi khoaûng caùch giöõa 2 ñaàu phaùt thu sieâu aâm( chuù yù ñaët chuaån truïc),ño ñoä roäng T treân dao ñoäng kyù. Ghi keát quaû vaøo baûng M7- 4.4. Chænh bieán trôû P2 (ñoä doác raêng cöa-RAMP PESPONE) ñeå khi ñaàu thu va ñaàu phaùt ôû caùch nhau 10cm, ñieän theá uout=1V 4.5 Nhaän xeùt veà söï thay ñoåi giaù trò T theo khoaûng caùch 1. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 34
  35. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM BAØI 6 : CAÂN ÑIEÄN TÖÛ THIEÁT BÒ SÖÛ DUÏNG: 1. Thieát bò chình cho thöïc taäp ñieän töû veà caûm bieán vaø ño löôøng MTS-41 2. Boä caûm bieán ño troïng löôïng (load _ cell) 3. Maùy tính PC coù gaén khoái giao dieän PCBUS-2beân trong. 4. Mao ñoäng kyù 2 tia 5. Mhoái thí nghieäm SME-408 cho baøi thöïc taäp veà caân ñieän töû-(ggaén leân thieát bò chính MTS-41) 6. Phuï tuøng : daây caém. Boä quaû caân. Nhieäm vuï: Tìm hieåu nguyeân taéc hoaïy ñoäng cuûa caân ñieän töû loaïi söùc caêng(Strain gage) Söùc caêng e ñöôïc xaùc ñònh baèng söï thay ñoåi chieàu daøi L cuûa thanh ñaøn hoài L so vôùi moät ñôn vò chieàu daøi: E= ∆ L/L Do taùc ñoäng cuûa löïc vaøo thanh L, laøm xuaát hieän söùc caêng, töông öùng cuõng laøm thay ñoåi giaù trò ñieän trôû ñieän cuûa thanh. Caûm bieán söùc caêng hoaït ñoäng döïa treân nguyeân taéc naøy, cho pheùp bieán ñoåi giaù trò e nhoû thaønh söï thay ñoåi töông öùng giaù trò ñieän trôû ñieän cuûa thanh. Coù 2 loaïi caûm bieán söùc caêng: -Loaïi gaén tröïc tieáp treân caán ñaønhoài cuûa boä do löïc, ôû vò trí caàn ño söùc caêng. Khi löïc taùc ñoäng laøm caêng hoaëc cong caàn ñaøn hoài , cuõng tröïc tieáp laøm caêng caûm bieán. Caûm bieán gaén tröïc tieáp thöôøng söû duïng ñeå ño söøc caêng taïi nhöng vò trí danh ñònh treân beà maët cuûa yeáu toá ñaøn hoài . -laoïi giaùn tieáp ñöôïc lieân keát cô hoïc vôùi leáu toá ñaøn hoài, thöôøng söû duïng ñeå ño nhöõng ñoä leänh toång coäng cuûa yeáu toá ñaøn hoài. Thöøa soá caûm bieán söùc caêng G ñöôïc quy ñònh laø tæ soá cuûa söï bieán ñoåi ñôn vò cuûa ñieän trôû so vôùi söùc caêng: G=( ∆ R/R) / ( ∆ L/L) Trong ñoù: ∆ R =söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû( ) R=ñieän trôû cuûa caûm bieán söùc taêng( ) ∆ L= söï thay ñoåi chieàu daøi(m) L= chieàu daøi cuûa caûm bieán(m) Vôùi caùc caûm bieán thoâng duïng , caùc ñaïi löôïng treân coù giaù trò nhö sau: G=(2-4), Chieàu daøi hieäu duïng L=(0,5 – 4)cm R=(50-5000) Ω Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 35
  36. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Khi taùc duïng moät löïc f leân tieát dieân A, öùng suaát S=f/A (N/m ) Modul ñaøn hoài E= S/e ñoái vôùi thanh ñaøn hoài coù chieáu daøi la h vaø beà roäng laø b , coù caûm bieán söùc caêng gaén tröïc tieáp treân beà maët ôû vò trí caùch ñieåm löïc taùc ñoäng laø L, öùng suaát ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc : S= 6f.L/ b.h 2 Töø caùc bieåu thöùc treân suy ra : ∆R/R=(6.G.L/b.h 2 E).f Töø bieåu thöùc roû raøng coù moái quan heä luyeán tính giöõa löïc taùc ñoäng do troïng löôïng cuûa vaät duïng trong caùc baøi taùon caân. Trong caûm bieán caân (Lout Cell) thöôøng söû duïng caûm bieán söùc caêng maéc theo sô ñoà nhö (hìnhM8-1). Trong ñoù söû duïng hai caûm bieán söùc caêng R1 vaø R3 gaén ôû maët treân.hai caûm bieán söùc caêng khaùc nhau R2,R4 gaén ôû maët döôùi(hìnhM8- 1a).sô ñoà noái ñieän cho hình M8-1e ,trong ñoù caùc caûm bieán söùc caêng ñöôïc maéc teo sô ñoà caàu Wheatstone. Khi khoâng coù löïc taùc ñoäng vaøo caûm bieán (hình M8-1a), caùc caûm bieán söùc caêng R1-4 Ôû traïng thaùi vôùi söùc caêng caån baèng vaø ñieän theá ra baèng 0.khi coù löïc taùc ñoäng , laøm uoán cong thanh ñaøn hoài, daãn ñeán vieäctaêng söùc caêng caøc caûm bieán R1- R3 vaø giaûm söùc caêng caùc caûm bieánR2-R4. keát quaû , ñieän trôû R1-R3 taêng vaR2- R4 giaûm,daãn ñeán leäch caàu vaø ôû loái ra xuaát hieän dieän theá tyû leä vôùi löïc taùc ñoäng . Ñieän theá naøy seõ ñöôïc kheách ñaïi tôùi giaù trò caàn thieát. Treân hìnhM8-2 giôùi thieäu sô ñoà cho boä caûm bieán caân loaïi Load cell.Boä 4kheách ñaïi vi sai ñöôïc xaây döïng treân IC2,IC3,IC4.Bieán trôû P1 cho pheùp chænh kheách ñaïi ,bieán trôû P2 cho pheùp chænh caân baèng giöõa hai keânh khi chöa coù troïng löïc taùc ñoäng .Sô ñoà IC5 vaøT1 laø boä taïo theá chuaån caáp cho caûm bieán.IC4 taïo theá neàn cho loái ra. Trong thí nghieäm coù tieán haønh gheùp noäi boä ño vôùi maùy tính . Khi thöïc hieän caàn ñoïc laïi baøi môû ñaàu giôù thieäu thieát bò chính MTS-41. Hình 8 . Sô ñoà Caân Ñieän Töû Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 36
  37. Tröôøng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Caùc böôùc thöïc hieän : 1. Söû duïng daây coù choát caém ñeå noái maïch theo sô ñoà hnìh SME-408: Noái caùc choát nguoàn vaø ñaát cuûa khoáiSME_408(POWER PORT) vôùi nguoàn ± 12V vaø ñaát (GND) cuûa thieát bò chính MTS-41, Chuù yù caém ñuùng phaân cöïc cuûa nguoàn. 2. Ñeå kieåm tra theå chuaån noái caûm bieán: Noái choát (+) boä ño DCV caûu thieát bò chínhMTS-41 vôùi choát ra –OUT. Choát(-) cuûa DCV vôùi laïi giaù trò ño . Giaù trò TP5~3,9-4V 3. Chænh caân baèng : 3.1 Noái caûm bieán LOAD CELL vôùi khoái SME-408: Daây maøu ñen noâi1 vôùi choát+ ∆ Daây maøu traéng vôùi choát –∆ Daây maøu ñoû vôùi choát +V Daây maøu xanh vaø voû boïc vôùi choátñaát-GND 3.2. Noái choát (+) boä ño DCV cuûa thieát bò chínhMTS-41 vôùi TP4 ,choát(-) cuûa DCV vôùi ñaát 3.3 Chænh bieán trôûP2-BALANCE ñeå giaù trò theá taïo ra-OUT=0 4. Chænh thang ño 4.1. Noái choát (+) do boä DCV cuûa thieát bò chính MTS-41 vôùi OUT.Choát(-) cuûaDCVvôùiñaát 4.2. Kieåm tra theá ra OUT =0.neáu khaùc 0, chænh chænh bieán trôû P2-BALANCE ñeå nhaän giaù tri OUT =0 treân DCV. 4.3. Ñaët quaû caân lôùn nhaát vaøo maâm caân,chænh bieán trôû P1-GAIN ñeå nhaän giaù trò ño treân DCV truøng vôùi troïng löôïng quaû caân.( chuù yù:1KG-1v). 4.4. Laäp laïi caùc böôùc 4.2-4.4.vaøi laàn ñeå hieäu chænh chính xaùc thang ño. 5. Xaùc ñònh söï phuï thuoäc cuûa theá ra vaøo troïng löôïng 5.1 Ñaët laàn löôït caùc giaù trò quaû caân töø nhoû tôùi lôùn , ghi töông öùng giaù trò ño treânDCV vaøo baûng M8-1. Troïng löôïng m[g] U(out) 5.2 Bieåu dieån ñoà thò keát quaû theá ño treân DCV (truïc Y) theo troïng a6n (truïc X) 5.3 Xaùc ñònh sai soá pheùp ño. Giaùo trình thöïc haønh ño löôøng caûm bieán. 37