Kỹ thuật đo lường - Chương 6: Mạch đo và xử lý kết quả

CHƯƠNG 6 MẠCH ĐO VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN Các chức năng cơ bản của mạch đo : Khuếch đại tín hiệu từ cảm biến. Tạo hàm biến đổi đặc tính. Bù ảnh hưởng tác động của nhiễu. Chuyển đổi A/D , D/A. Gia công và tính toán ... 2. MẠCH TỈ LỆ DÒNG SUN Dùng chủ yếu trong mạch một chiều. Dùng trong mạch xoay chiều khi tải thuần trở. Ứng dụng: 3. MẠCH TỈ LỆ DÒNG BIẾN DÒNG Chế độ làm việc bình thường là ngắn mạch thứ cấp. Lưu ý: 4. MẠCH TỈ LỆ ÁP MẠCH PHÂN ÁP MẠCH PHÂN ÁP ĐIỆN TRỞ. MẠCH PHÂN ÁP ĐIỆN DUNG. MẠCH PHÂN ÁP ĐIỆN CẢM 5. MẠCH TỈ LỆ ÁP BIẾN ĐIỆN ÁP ĐO LƯỜNG Chế độ làm việc bình thường là hở mạch thứ cấp. Lưu ý: Rv = ; Rr = 0; i- = i+ = 0; Kh = ; V0 = KhVi IC – Integrated Circuit KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN - OAOperational Amplifier Đặc tính vào ra của OA Khi Vi+>Vi-  Vo = +Vc (Vi- = 0) Khi Vi+ Vi-  Vo = +Vc Vi+ < Vi-  Vo = -Vc C. Chế độ tự dao động:sóng sin, tam giác, răng cưa, chữ nhật… cần có phản hồi dương. Nối mạch phản hồi từ đầu ra về chân không đảo. 6. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐO LƯỜNG Với công suất ra lớn hơn công suất vào. Nhờ có mạch KĐ, độ nhạy của thiết bị đo được tăng lên rất nhiều, cho phép đo những đại lượng đo rất nhỏ. Mạch KĐ ĐL còn có khả năng mở rộng đặc tính tần số của thiết bị đo và đặc biệt là giảm rất nhiều công sất tiêu thụ của thiết bị đo lấy từ đối tượng đo. Mạch KĐ được thực hiện bằng đèn điện tử, đèn bán dẫn và ngày nay chủ yếu sử dụng vi điện tử. MẠCH KHUẾCH ĐẠI LẶP Phối hợp tải giữa các tầng với nhau (impedance matching). MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐO LƯỜNG Hệ số khuếch đại tầng 1: Hệ số khuếch đại tầng 2: Hệ số khuếch đại cả mạch: KHUẾCH ĐẠI ĐIỀU CHẾ Để tránh hiện tượng trôi điểm không và sự lệch điện áp ra do sự tăng giảm của nguồn cung cấp ở KĐ một chiều  Dùng mạch khuếch đại điều chế. MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÁCH LY Ghép biến áp: Điện áp một chiều phải được điều chế thành điện áp xoay chiều với tần số mang đủ cao (trong dải tần đến 100kHz - điều chế tần số hoặc biên độ). Ghép quang học: có thể truyền trực tiếp điện áp một chiều. Khuếch đại cách ly dùng optron 7. MẠCH GCTT VÀ TẠO HÀM MẠCH CỘNG Tín hiệu ra của mạch cộng đảo Tín hiệu ra của mạch cộng không đảo MẠCH TRỪ Với: Trường hợp đặc biệt:  MẠCH TÍCH PHÂN MẠCH VI PHÂN MẠCH SO SÁNH So sánh một ngưỡng SO SÁNH HAI NGƯỠNG ĐỐI XỨNG MẠCH TẠO HÀM LOGARIT MẠCH TẠO HÀM MŨ MẠCH NHÂN Phần tử điện động, sắt điện động. Chuyển đổi Hall. Bộ nhân điện tử. MẠCH CHIA CCCT lôgômét. Dựa trên cầu cân bằng. Bộ chia điện tử. 8. MẠCH CẦU ĐƠN Điều kiện cân bằng cầu UCD = 0 Thường khi chế tạo, người ta cố gắng sao cho: R10= R2=R3=R4=R0 Mạch cầu rất quan trọng trong kĩ thuật đo lường điện 9. MẠCH CHUYỂN ĐỔI A/D Chuyển từ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật nay DAC- Digital to Analog Convertor: Chuyển đổi số-tương tự DAC N bit U(t) 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1001 0111 U(t)=Un nT U U(t) Un Mong muốn là U(t), nhưng thực tế chỉ có Un Un U(t) khi U0, nghĩa là số bit phải rất lớn 10. MẠCH CHUYỂN ĐỔI D/A Chuyển từ tín hiệu số thành tín hiệu tương tự Ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật nay Nếu ta gọi trị toàn giai là VFS thì bit LSB và bit MSB có giá trị: HỆ THỐNG ĐK DÙNG VI XỬ LÝ BÀI TẬP BÀI 1: Một ampe kế dùng cơ cấu đo từ điện có RCT=99 ohm, dòng điện làm lệch kim tối đa Imax = 100mA. Rsun = 1 ohm, Tính dòng điện đi qua ampe kế khi: Kim lệch tối đa.( D= Imax) D1= 0,5D D2=0,25D BÀI TẬP BÀI 2: Một cơ cấu đo từ điện có RCT=1 KOhm, dòng điện làm lệch kim tối đa Imax = 100uA. Tính Rsun để cơ cấu tạo thành ampe kế đo được dòng điện đi qua ở: 100mA = Tầm đo 1 Tầm đo 2= 1A BÀI TẬP BÀI 3: Một cơ cấu đo từ điện có RCT=1 KOhm, dòng điện làm lệch kim tối đa Imax = 100uA. Tính Rsun để cơ cấu tạo thành ampe kế đo được dòng điện đi qua ở: Tầm đo 1= 100A Tầm đo 2= 1A Tầm đo 3= 100mA BÀI TẬP BÀI 4: Một ADC 12 bit, điện áp tham chiếu Vref=4,095 V. Độ phân giải của ADC =? Nếu đầu ra thu được 0001 1001 1001 thì điện áp đầu vào UV= ? Nếu điện áp đầu vào 3V thì đầu ra của bộ ADC thu được giá trị=? ADC 12 BIT UV UREF D0 D11 D1 .…