Tập bài giảng Đo lường cảm biến

ột vòng quay?” - Đặt bộ phận tinh chỉnh tốc độ tới một tốc độ thấp theo chiều kim đồng hồ. Trong khi đĩa vẫn quay ta ấn nút REC nhiều lần và quan sát dạng tín hiệu thu được. Câu hỏi: Hiển thị bắt đầu ở vị trí nào trong mỗi trường hợp? Tại điểm nào sau khi bắt đầu đo lại thì kết quả hiển thị chỉ một giá trị tuyệt đối đúng? - Ấn Stop REC, nhấn nút D2 và quan sát dạng tín hiệu. Câu hỏi: Điều gì đã thay đổi ở tín hiệu - Đổi đầu nối tín hiệu tại Q 1 và Q 2 (nhấn nút D2 một lần nữa) và kiểm tra đáp ứng của cảm biến với cả hai chiều quay. Câu hỏi: Tác động của việc đổi đầu nối là gì 3. Đo góc, tốc độ sử dụng cảm biến quang, đĩa mã hóa tuyệt đối theo mã nhị phân 106 Hình 4.10. Đĩa mã hóa và sơ đồ đo Bước 1: Đấu nối sơ đồ thực hành Sơ đồ đấu nối: Hình 4.11. Sơ đồ đấu nối cảm biến quang đĩa mã hóa nhị phân Bước 2: Mở bộ phân tích lô-gíc và thiết lập các giá trị sau: Cài đặt cho bộ phân tích lô-gíc Tín hiệu hiển thị I0 (=Q1), I1 (=Q2), I2 (=Q4), I3 (=Q8) Time/div 1 ms Đầu ra Clock signal Số lượng 10 Vòng quét 100 Bước 3: Mở thiết bị ảo Bộ mã hóa số (Digital Encoder ) Thiết lập ở chế độ MÃ NHỊ PHÂN (BINARY CODE ) như trong hình dưới đây: 107 Hình 4.12. Bộ mã hóa số Bước 4: Điều chỉnh tốc độ và ghi nhận tín hiệu - Đặt bộ phận tinh chỉnh tốc độ trên thẻ thí nghiệm "Phép đo góc và tốc độ" đến tốc đọ lớn nhất (theo chiều nào cũng được), tiến hành phép đo (nhấn nút REC sau khi đĩa quay vài vòng) và vẽ đường phân tích thu được vào phiếu luyện tập 4.2. - Đặt một chuyển động ban đầu ở tốc độ thấp, theo chiều kim đồng hồ và bắt đầu đo bằng cách nhấn nút “REC” trên bộ mã hóa số. Lặp lại thí nghiệm với một chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ. Trả lời câu hỏi: “Cảm biến chỉ chiều nào trong mỗi trường hợp? Bộ phân giải của cảm biến là bao nhiêu, có nghĩa là có thể phân biệt bao nhiêu vị trí khác nhau trong một vòng quay? Giá trị này thường phụ thuộc vào yếu tố nào?” - Đặt bộ phận tinh chỉnh tốc độ một lần nữa tại một tốc độ thấp theo chiều kim đồng hồ . Bắt đầu và tạm dừng đo liên tiếp sử dụng nút 'REC' (cho đĩa tiếp tục quay). Quan sát hiển thị vị trí ngay sau mỗi lần bắt đầu lại một phép đo. Trả lời câu hỏi:” Hiển thị bắt đầu tại vị trí nào?” - Dừng đĩa mã hóa lại (bằng cách điều chỉnh bộ phận tinh chỉnh tốc độ đến khi đĩa dừng lại) và quay nó bằng tay tới vị trí 0. Sau đó quay đĩa chậm theo chiều kim đồng hồ và quan sát hiển thị vị trí. Trả lời câu hỏi: “Bạn có thể nhận thấy vấn đề gì? Vấn đề này thấy rõ nhất tại sự thay đổi vị trí nào? Bạn giải thích kết quả này như thế nào?” Bước 5: Kiểm tra phép đo với trường hợp lỗi - Điều khiển đĩa một lần nữa ở một tốc độ thấp sau đó gỡ bỏ một trong các đầu nối tín hiệu (hoặc ngừng một trong các cảm biến nhị phân bằng các nút D0, D1, D2 hoặc D3 trên thiết bị ảo). Quan sát tác động của việc gián đoạn tín hiệu lên hiển thị vị trí. Trả lời câu hỏi:” Nếu một trong các bit bị lỗi, nó có tác động như thế nào lên hiển thị vị trí? Tất cả hay chỉ một vài vị trí bị sai?” 4. Đo góc, tốc độ sử dụng cảm biến quang, đĩa mã hóa mã Gray 108 Hình 4.13. Đĩa mã hóa và sơ đồ đo Bước 1: Đấu nối sơ đồ thực hành Sơ đồ đấu nối: Hình 4.14. Sơ đồ kết nối cảm biến quang đĩa mã hóa Gray Bước 2: Mở bộ phân tích lô-gíc và thiết lập các giá trị sau: Cài đặt cho bộ phân tích lô-gíc Tín hiệu hiển thị I0 (=Q1), I1 (=Q2), I2 (=Q4), I3 (=Q8) Time/div 1 ms Đầu ra Clock signal Số lượng 10 Vòng quét 100 Bước 3: Mở thiết bị ảo Digital Encoder (Bộ mã hóa số) Thiết lập chế độ GRAY CODE như hình dưới: 109 Hình 4.15. Bộ mã hóa số Bước 4: Điều chỉnh tốc độ và ghi nhận tín hiệu đo - Đặt bộ phận tinh chỉnh tốc độ trên thẻ thí nghiệm "Phép đo góc và tốc độ" đến tốc độ lớn nhất (theo chiều nào cũng được), tiến hành phép đo và vẽ đường phân tích thu được vào phiếu luyện tập 4.3. - Đặt bộ phận tinh chỉnh tốc độ tới một tốc độ thấp ban đầu theo chiều kim đồng hồ và bắt đầu đo bằng cách nhấn nút 'REC' trên bộ mã hóa số. Sau đó, lặp lại thí nghiệm với một chuyển động ngược chiều kim đồng hồ. Trả lời câu hỏi:”Có sự khác biệt nào trong cách xử lý khi so với đĩa được mã hóa BCD không? Nếu có thì khác biệt đó là gì?” - Đặt bộ phận tinh chỉnh tốc độ lại tốc độ chậm theo chiều kim đồng hồ. Bắt đầu và tạm dừng đo liên tiếp bằng nút 'REC' (cho đĩa tiếp tục quay). Quan sát hiển thị vị trí ngay sau mỗi lần bắt đầu lại một phép đo. Trả lời câu hỏi:”Hiển thị bắt đầu đo tại giá trị nào trong mỗi trường hợp?” - Dừng đĩa lại sau đó quay đĩa bằng tay tới vị trí 0. Quay đĩa chậm theo chiều kim đồng hồ và quan sát hiển thị vị trí. Bước 5: Kiểm tra phép đo với trường hợp lỗi Điều khiển đĩa một lần nữa tại một tốc độ thấp và gỡ bỏ một trong các đầu nối tín hiệu (hoặc ngừng một trong các cảm biến nhị phân sử dụng nút D0, D1, D2 hoặc D3 trên thiết bị ảo). Quan sát tác động của việc gián đoạn tín hiệu lên hiển thị vị trí. Trả lời câu hỏi:”Nếu một trong các bit bị lỗi, nó sẽ có tác động gì tới hiển thị vị trí? Tất cả hay chỉ một vài vị trí bị sai?” 110 5. Đo góc, chuyển động sử dụng cảm biến từ trường Hall Hình 4.16. Sơ đồ đo cảm biến Hall Bước 1: Đấu nối sơ đồ thực hành Sơ đồ đấu nối: Hình 4.17. Sơ đồ kết nối cảm biến Hall Bước 2: Mở thiết bị ảo Hall Encoder: Hình 4.18. Thiết bị ảo Hall Encoder Bước 3: Mở bộ phân tích lô-gíc Cấu hình các giá trị sau: 111 Cài đặt cho bộ phân tích lô-gíc Tín hiệu hiển thị I0 (=Q1), I1 (=Q2), I2 (=Q4), I3 (=Q8) Time/div 1 ms Đầu ra Clock signal Số lượng 10 Vòng quét 100 Bước 4: Điều chỉnh tốc đo và đo đáp ứng - Sử dụng bộ phận tinh chỉnh tốc độ để đặt một chuyển động theo chiều kim đồng hồ càng gần tốc độ 1 vòng/giây càng tốt. - Bắt đầu một phép đo riêng lẻ và vẽ lại đường phân tích thu được vào phiếu luyện tập 4.4. Trả lời câu hỏi: “Tỉ số giữa thời gian của xung CAO với thời gian của xung THẤP là bao nhiêu? Giá trị này phụ thuộc vào yếu tố nào? Bao nhiêu xung CAO xuất hiện tại mỗi cảm biến trên một vòng quay?” - Dừng bánh quay lại (bằng cách điều chỉnh bộ tinh chỉnh tốc độ đến khi đĩa dừng lại) rồi quay nó bằng tay ngược chiều kim đồng hồ. Xác định mức của tín hiệu QC, QA và QB cho mỗi vị trí trong 6 vị trí góc có thể có và điền kết quả vào bảng phiếu luyện tập 4.5. Trả lời câu hỏi: “Từ mã nào trong các từ mã có thể có xác định một vị trí hợp lệ? Độ phân giải điện và độ phân giải cơ của cảm biến là bao nhiêu?” Bước 5: Kiểm tra việc xác định chiều quay - Mở thiết bị ảo Hall Encoder. Đặt bộ phận tinh chỉnh tốc độ trên thẻ thí nghiệm tới một tốc độ thấp theo chiều kim đồng hồ. Sau đó, dừng bánh quay lại và cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ. Quan sát kết quả hiển thị của vị trí. Trả lời câu hỏi: Đây là cảm biến dịch chuyển gia tăng hay tuyệt đối? Cảm biến này có thể phân biệt được chiều quay hay không? - Để đĩa quay với tốc độ lớn nhất, ban đầu là theo chiều kim đồng hồ sau đó là theo chiều ngược lại. Trả lời câu hỏi: “Tốc độ quay lớn nhất bánh xe đạt được là bao nhiêu?” - Điều khiển bánh xe ở tốc độ cực đại một lần nữa, sau đó dừng bánh xe lại. Đợi một lát và quan sát kết quả hiển thi tốc độ. 112 Trả lời câu hỏi: “Bạn có thể quan sát thấy kết quả gì? Và bạn giải thích kết quả đó như thế nào?” - Đổi hai đầu nối tín hiệu QC và QA sau đó lại cho bánh quay ở tốc độ thấp. Quan sát hiển thị của vị trí và tốc độ. Lặp lại thí nghiệm với bánh quay theo chiều ngược lại. Trả lời câu hỏi: “Quan sát thấy kết quả gì? Bạn giải thích kết quả đó như thế nào?” 6. Thực hành với bộ giải mã góc Resolver Hình 4.19. Resolver và số đồ đo 6.1. Kiểm tra đáp ứng đầu ra sin và cosin của Resolver Bước 1: Đấu nối sơ đồ thực hành Sơ đồ đấu nối: Hình 4.20. Sơ đồ kết nối cảm biến Resolver Bước 2: Thiết lập thông số thiết bị đo - Mở bộ sinh hàm và thiết lập các giá trị sau: 113 Hình 4.21. Bộ sinh hàm - Mở máy hiển thị dao động và thiết lập các giá trị sau: Hình 4.22. Máy hiện sóng Bước 3: Đo điện áp sin và cosin Ban đầu với góc của bộ thay đổi là 0o và sau đó là 180o. Vẽ lại dạng tín hiệu vào phiếu luyện tập 4.6. Trả lời câu hỏi: “Các đường điện áp thu được có dạng hình gì, tại các ngõ ra sin và cosin?” Bước 4: Điều chỉnh góc và ghi nhận đáp ứng - Đóng máy hiển thị dao động, mở các vôn kế lên và thiết lập các tham số sau: 114 Cài đặt cho vôn kế A/B Chế độ hoạt động AC Chế độ đo PP Giải đo 5 V - Chỉnh bộ thay đổi đến vị trí 0° và đo các giá trị đỉnh-đỉnh cho Usin và Ucos. Điền cả hai giá trị vào phiếu luyện tập 4.7. - Chỉnh bộ thay đổi ngược chiều kim đồng hồ theo các bước 15° và điền các điện áp ghi lại được vào bảng. Chuyển sang chế độ Chart để thấy hai đường đặc trưng. Vẽ lại đường đặc trưng vào phiếu luyện tập 4.7. Trả lời câu hỏi: “Hai đường đặc trưng thu được có dạng hình gì? Độ lệch pha giữa hai điện áp sin và cosin là bao nhiêu?” 6.2. Kiểm định Resolver với góc quay ngược chiều kim đồng hồ Bước 1: Lắp ráp mạch - Lắp ráp lại mạch như sau: Sơ đồ khối: Hình 4.23. Sơ đồ khối Resolver Sơ đồ lắp ráp: 115 Hình 4.24. Sơ đồ đấu dây Resolver đo góc Bước 2: Cấu hình thiết bị đo Cấu hình lại bộ sinh hàm và các Vôn kế: Hình 4.25. Cấu hình bộ sinh hàm Cài đặt cho vôn kế A/B Chế độ hoạt động DC Chế độ đo P Dải đo 10 V Bước 3: Điều chỉnh góc và ghi nhận đáp ứng - Chỉnh bộ thay đổi đến vị trí 0° và đo các giá trị Usin và Ucos. Điền cả hai giá trị vào phiếu luyện tập 4.8. Tiếp theo, chỉnh bộ thay đổi ngược chiều kim đồng hồ theo các bước 15°, điền các giá trị điện áp đo được tại mỗi bước vào phiếu luyện tập 4.8. - Chuyển sang chế độ Chart để xem các đường đặc trưng thu được. Trả lời câu hỏi: “Hai đường đặc trưng có dạng hình gì? Độ lệch pha giữa điện áp sin và cosin là bao nhiêu? Chúng khác với đường đặc trưng đo tại các ngõ ra trực tiếp của bộ thay đổi như thế nào? Do đó có thể suy ra tác động của bộ khuếch đại là gì?” 6.3. Thực hành đo góc 116 Bước 1: Mở thiết bị ảo Bộ thay đổi Hình 4.26. Bộ thay đổi của Resolver Bước 2: Thay đổi góc và ghi nhận kết quả - Điều chỉnh bộ phận tinh chỉnh tốc độ trên thẻ bộ thay đổi để chọn ra các tốc độ và hướng khác nhau và quan sát hiển thị góc trên thiết bị ảo. Dừng bộ thay đổi lại, sau đó tiếp tục cho nó hoạt động. Trả lời câu hỏi: “Phương pháp trên là phương pháp đo độ dịch chuyển tương đối hay tuyệt đối? Cảm biến trên có khả năng phát hiện chiều quay hay không?” - Kích hoạt hiển thị sin và cosin của thiết bị ảo bằng nút 'COMPONENTS'. Dừng bộ thay đổi lại và sau đó di chuyển nó một cách chậm rãi bằng tay theo chiều nào cũng được. Trả lời câu hỏi: “Tại góc nào thì thành phần sin và cosin bằng nhau?” “Tại góc nào thì một trong hai thành phần (sin hoặc cosin) tiến đến 0? Tại góc nào thì cả hai thành phần cùng bằng 0” - Di chuyển bộ thay đổi tới góc mà thành phần sin và cosin bằng nhau. Thay đổi điều chỉnh của bộ khuếch đại đo bằng cách di chuyển bộ phận tinh chỉnh P6 sao cho thành phần cosin giảm xuống còn khoảng 50% giá trị ban đầu của nó. Cuối cùng, cho bộ thay đổi quay với tốc độ chậm (theo chiều nào cũng được). Trả lời câu hỏi: “mô tả tác động xuất hiện. Tại các góc nào thì các giá trị đọc được đúng bất kể các cài đặt đã thay đổi”. 117 PHIẾU LUYỆN TẬP PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.1 Tên kỹ năng: Vẽ dạng sóng của tín hiệu thu được trên máy phân tích logic (Bài thực hành với cảm biến quang mã hóa tăng tuyến tính) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.2 Tên kỹ năng: Vẽ dạng sóng của tín hiệu thu được trên máy phân tích logic (Bài thực hành với cảm biến quang mã hóa nhị phân) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 118 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.3 Tên kỹ năng: Vẽ dạng sóng của tín hiệu thu được trên máy phân tích logic (Bài thực hành với cảm biến quang mã hóa Gray) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 119 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.4 Tên kỹ năng: Vẽ dạng sóng của tín hiệu thu được trên máy phân tích logic (Bài thực hành với cảm biến Hall) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.5 Tên kỹ năng: Tín hiệu đầu ra ứng với sự dịch chuyển góc (Bài thực hành với cảm biến Hall) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 120 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.6 Tên kỹ năng: Vẽ dạng tín hiệu máy hiện sóng hàm sin và hàm cos Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 121 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.7 Tên kỹ năng: Vẽ dạng đường đặc tính của cảm biến giải mã góc Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 122 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.8 Tên kỹ năng: Vẽ dạng đường đặc tính của cảm biến giải mã góc Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 123 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 4.9 Tên kỹ năng: Vẽ dạng đường đặc tính của cảm biến giải mã góc (chiều ngược) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 124 125 V. KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ Kiểm tra đánh giá kết quả thực hành được tiến hành theo phiếu đánh giá sau đây: PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HÀNH Tên bài: Khảo sát một số cảm biến Họ và tên sinh viên:.............. MSSV:............................................................ NhómLớp..................... Ngày..........tháng........năm...................... Giáo viên hướng dẫn...................................Ca thực tập.................................................... TT Tiêu chí đánh giá Điểm chuẩn Yêu cầu Điểm đánh giá Ghi chú 1 Chọn thiết bị, dụng cụ - Chủng loại - Phù hợp yêu cầu 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 2 Lắp đặt thiết bị - Gá lắp thiết bị - Cắm dây nguồn 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 3 Lắp ráp sơ đồ mạch đo - Đúng Sơ đồ khối - Gọn gàng khoa học 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 4 Chọn và thiết lập thông số thiết bị đo - Chọn thiết bị - Thiết lập thông số 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 5 Tiến hành thay đổi thông số đầu vào - Đúng trình tự - Đúng nguyên tắc 20 10 10 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 6 Đọc kết quả đo - Đọc đúng kết quả 10 10 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 7 Tính toán kết quả đo - Áp dụng các công thức - Tính toán kết quả 10 5 5 Sai số quá 3% trừ 1 điểm 8 Thành lập bảng và vẽ biểu đồ - Bảng kết quả - Biểu đồ 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 5 điểm 9 Thời gian thực hiện 20 phút 10 Chậm mỗi phút trừ 1 điểm Tổng cộng 100 Chú ý: Mỗi tiêu chí bị quá thời gian sẽ bị trừ một nửa số điểm, thời gian thực hiện bài kiểm tra lớn hơn tổng thời gian quy định sẽ không được tính điểm Giáo viên ký tên 126 BÀI 5: ĐO LỰC, ÁP SUẤT, TRỌNG LƯỢNG I. MỤC TIÊU BÀI HỌC Sau khi học xong sinh viên có khả năng: 1. Kiến thức - Hiểu được nguyên tắc đo lực, áp suất và trọng lượng sử dụng các cảm biến Loadcell, cảm biến áp điện, áp điện trở, 2. Kỹ năng - Thao tác lắp mạch đo lực, áp suất và trọng lượng sử dụng các cảm biến khác nhau. - Thực hiện việc đo lực, áp suất, trọng lượng, tính toán, vẽ đặc tính của các cảm biến loadcell, cảm biến áp điện, áp điện trở, - Bảo quản được dụng cụ đo, các cảm biến theo đúng quy trình kỹ thuật. 3. Thái độ - Nghiêm túc học tập, tích cực luyện tập - Tổ chức nơi thực hành gọn gàng, ngăn nắp - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. II. LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 1. Hiệu ứng Piezo Các vật liệu như thạch anh kết tinh (SiO2) hay tourmaline đều có lưới tinh thể với sự phân bố nguyên tử điện tích dương và nguyên tử điện tích âm ổn định. Nếu cắt một mảnh ra khỏi thạch anh và đặt vuông góc với trục điện thì điện tích trên bề mặt đối diện ở phía bên kia của phiến thạch anh này sẽ thay đổi khi có áp suất hay lực căng tác động vào. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng piezo. Các vật liệu cho loại này được gọi là vật liệu áp điện (piezo-electric). Hình minh họa sau mô tả nguyên lý này: Hình 5.1. Hiệu ứng Piezo Các ứng dụng cho hiệu ứng piezo bao gồm các kim của máy ghi âm và micro tinh thể. 127 Hiệu ứng piezo cũng có thể vận hành ngược lại. Nếu điện áp được cấp qua thạch anh piezo-electric, nó sẽ dao động (phụ thuộc vào cực tính của điện áp). Hiệu ứng này được gọi là sự biến đổi - piezo (piezo-translation). Trong các mạch điện, cảm biến piezo loại này được lắp như một tụ điện. Tác động của lực sẽ tạo ra sự tích điện tích Q trong tụ điện. Điện tích này sẽ được xả dần nên cảm biến này chỉ thích hợp cho các phép đo động mà không phải là các phép đo tĩnh. Hình minh họa sau cho thấy điện áp U thay đổi như thế nào khi có lực F tác động vào. Hình 5.2. Lắp đặt cảm biến 2. Card thực hành đo áp suất a) Các nguồn dòng, áp và bộ khuếch đại đo lường Hình 5.3. Card thực hành SO4203-5N 128 Trên card thực hành SO4203-5N gồm 2 nguồn dòng 1mA và 2 nguồn áp 10V và một bộ khuếch đại đo lường có thể điều chỉnh được hệ số khuếch đại từ phần mềm Labsoft. b) Cảm biến áp điện trở tuyệt đối và vi sai. Hình 5.4. Card thực hành SO4203-5S Trên card thực hành SO4203-5S gồm cảm biến đo áp suất tuyệt đối và cảm biến đo áp suất vi sai cùng với mạch cầu đo tương ứng với các cảm biến. III. DỰ TRÙ THIẾT BỊ, VẬT TƯ THỰC HÀNH Thiết bị, vật tư cho một nhóm thực tập (4 sinh viên) TT Tên thiết bị Số lượng Đv tính Ghi chú 1 Nguồn Power Supply SO4203-2A 01 Cái 2 Nguồn Extended Supply SO4203-2D 01 Cái 3 Giao diện Interface SO4203-2A 01 Cái 4 Panel gài card mở rộng Expenrienter SO4203- 2D 02 Cái 5 Card đo áp suất SO4203-5N 01 Cái 129 TT Tên thiết bị Số lượng Đv tính Ghi chú 6 Card bộ khuếch đại, nguồn dòng áp SO4203-5S 01 Cái 7 Card đo lực SO4203-5T 01 Cái 8 Máy tính và bộ phần mềm 01 Bộ TT Tên dụng cụ 1 Bộ dây cắm nối 01 Bộ 2 Đồng hồ vạn năng 01 Cái IV. THỰC HÀNH 1. Lựa chọn bài thực hành Trong bài kỹ thuật đo lường 2, click chọn bài “đo áp suất”. Hình 5.5. Lựa chọn bài thực hành đo áp suất, lực 2. Thực hành cảm biến áp suất tuyệt đối Áp suất được cấp bằng một bơm tay có áp kế và ngõ ra được đo bằng thiết bị đo ảo Volt kế A. Điện áp do cảm biến tạo ra sẽ được khuếch đại bằng bộ khuếch đại đo. Cầu đo có cảm biến được cấp công suất từ một nguồn điện áp hằng số. 130 Hình 5.6. Máy bơm tay áp suất Bước 1: Lắp ráp sơ đồ đo a) Sơ đồ khối: Hình 5.7. Sơ đồ khối mạch đo áp suất b) Sơ đồ lắp ráp: 131 Hình 5.8. Sơ đồ lắp ráp mạch đo áp suất Bước 2: Thiết lập thông số thiết bị đo - Mở bộ khuếch đại đo và cài đặt các thông số: Thông số cài đặt bộ khuếch đại đo Gain 1 Offset Amp 0 - Mở Vôn kế A và thiết lập các thông số: Thông số cài đặt volt kế A Chế độ đo DC Hiển thị AV Thang đo 500 mV Bước 3: Thay đổi áp suất và ghi nhận kết quả - Tăng áp suất lên cảm biến bằng bơm tay, bắt đầu từ áp suất 0mmHg và tăng theo từng bước là 20mmHg. Đo điện áp ngõ ra ở bộ khuếch đại đo uOut cho mỗi bước. Ghi nhận giá trị đọc được vào phiếu luyện tập 5.1. Trả lời câu hỏi: “Kết quả đường đặc tính là như thế nào? độ lợi tổng của cảm biến và bộ khuếch đại ở V/mbar là bao nhiêu?” - Lặp lại quá trình thực hành với áp suất ban đầu là 300mmHg và giảm xuống theo từng bước là 20mmHg. Ghi nhận giá trị vào phiếu luyện tập 5.2. 3. Thực hành cảm biến áp suất vi sai Khảo sát đường đặc tính tĩnh cho một cảm biến áp suất vi sai với áp suất môi trường làm áp suất chuẩn, nghĩa là ngõ vào thứ hai của cảm biến để hở. Áp suất được cấp 132 vào bằng một bơm tay có áp kế và điện áp ngõ ra được đo bằng thiết bị đo ảo Volt kế A. Điện áp do cảm biến tạo ra sẽ được khuếch đại bằng bộ khuếch đại đo. Cầu đo có cảm biến được cấp công suất bằng nguồn điện áp hằng số. Bước 1: Lắp ráp sơ đồ thực hành a) Sơ đồ khối: Hình 5.9. Sơ đồ khối mạch đo áp suất b) Sơ đồ lắp ráp: Hình 5.10. Sơ đồ lắp ráp mạch đo áp suất Bước 2: Thiết lập thông số thiết bị đo - Mở bộ khuếch đại đo và thiết lập các thông số sau: 133 Thông số cài đặt bộ khuếch đại đo Độ lợi 10 Offset 0 - Mở Volt kế A và cài đặt thông số thiết bị như sau: Thông số cài đặt volt kế A Chế độ đo DC Hiển thị AV Thang đo 2 V Bước 3: Thay đổi áp suất và ghi nhận kết quả - Đặt áp suất ban đầu của bơm tay tác động lên cảm biến là 0mmHg và tăng từng bước 20mmHg. Đo điện áp ngõ ra của bộ khuếch đại đo uOut cho mỗi bước. Ghi nhận giá trị đạt được vào phiếu luyện tập 5.3. Trả lời câu hỏi: “Kết quả của đường đặc tính là như thế nào? Độ lợi tổng của cảm biến và bộ khuếch đại theo V/mbar là bao nhiêu?” 4. Thực hành đo khối lượng, lực sử dụng cảm biến đo biến dạng (biến điện trở) Hình 5.11. Card thực hành đo lực, áp suất, khối lượng, mômem Phần 1: Thực hành đo khối lượng, lực với mạch cầu toàn phần (4/4) Khảo sát phép đo lực trên một “tay đòn đo lực” có các cảm biến biến dạng được kết nối thành mạch cầu toàn phần (4/4). Ban đầu hiệu chuẩn giá trị offset cho mạch cầu và sau đó xác định đường đặc tính tĩnh. 134 Bước 1: Lắp ráp mạch thực hành a) Sơ đồ khối: Hình 5.12. Sơ đồ khối mạch đo khối lượng b) Sơ đồ lắp ráp: Hình 5.13. Sơ đồ lắp mạch đo khối lượng Bước 2: Mở volt kế A và cài đặt thông số thiết bị như sau: Thông số cài đặt volt kế A Chế độ đo DC Hiển thị AV Thang đo 10 V 135 Mở bộ khuếch đại đo và thực hiện hiệu chuẩn giá trị offset (như đã hướng dẫn trong bài 1). Sau đó, đặt hệ số khuếch đại là 1000. Điều chỉnh biến trở P1 sao cho điện áp ở ngõ ra bộ khuếch đại Ua = 0 V khi mà thanh đòn đo lực chưa mang tải. Bước 3: Thay đổi tải và ghi nhận đặc tính Đặt tải lên thanh đòn đo lực các quả cân 2, 5, 7, 10, 12, 15, 20, 50, 100 và 200 g (cần thiết có thể kết hợp các cục cân để tạo ra tải thích hợp). Sau mỗi bước thêm tải, chờ cho đến khi ngõ ra bộ khuếch đại đo ổn định thì ghi nhận giá trị này vào phiếu luyện tập 5.4. Hình 5.14. Các quả cân mẫu Trả lời câu hỏi: “Hình dạng của đường đặc tính là như thế nào? Độ dốc của đường theo mV/g là bao nhiêu nếu bỏ qua hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại?” Phần 2: Thực hành đo khối lượng, lực với mạch cầu 1/2 (2/4). Bước 1: Lắp ráp mạch thực hành a) Sơ đồ khối: Hình 5.15. Sơ đồ khối mạch đo khối lượng, lực mạch cầu 1/2 136 b) Sơ đồ lắp ráp: Hình 5.16. Sơ đồ lắp ráp mạch đo khối lượng, lực mạch cầu 1/2 Bước 2: Thiết lập thông số thiết bị đo Mở volt kế A và cài đặt thông số thiết bị như sau: Thông số cài đặt volt kế A Chế độ đo DC Hiển thị AV Thang đo 10 V Mở bộ khuếch đại đo và thực hiện hiệu chuẩn giá trị offset (như đã hướng dẫn trong bài 1). Sau đó, đặt hệ số khuếch đại là 1000. Điều chỉnh biến trở P1 sao cho điện áp ở ngõ ra bộ khuếch đại Ua = 0 V khi mà thanh đòn đo lực chưa mang tải. Bước 3: Thay đổi tải và ghi nhận kết quả Đặt tải lên thanh đòn đo lực các quả cân 2, 5, 7, 10, 12, 15, 20, 50, 100 và 200 g (cần thiết có thể kết hợp các cục cân để tạo ra tải thích hợp). Sau mỗi bước thêm tải, chờ cho đến khi ngõ ra bộ khuếch đại đo ổn định thì ghi nhận giá trị này vào phiếu luyện tập 5.5. Trả lời câu hỏi: “Hình dạng của đường đặc tính là như thế nào? Độ dốc của đường theo mV/g là bao nhiêu nếu bỏ qua hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại?” Phần 3: Thực hành đo khối lượng, lực với mạch cầu ¼. Bước 1: Lắp ráp mạch thực hành a) Sơ đồ khối: 137 Hình 5.17. Sơ đồ khối mạch đo khối lượng, lực mạch cầu 1/4 b) Sơ đồ lắp ráp: Hình 5.18. Sơ đồ lắp ráp mạch đo khối lượng, lực mạch cầu 1/4 Bước 2: Thiết lập thông số thiết bị đo Mở volt kế A và cài đặt thông số thiết bị như sau: Thông số cài đặt volt kế A Chế độ đo DC Hiển thị AV Thang đo 10 V Mở bộ khuếch đại đo và thực hiện hiệu chuẩn giá trị offset (như đã hướng dẫn trong bài 1). Sau đó, đặt hệ số khuếch đại là 1000. Điều chỉnh biến trở P1 sao cho điện áp ở ngõ ra bộ khuếch đại Ua = 0 V khi mà thanh đòn đo lực chưa mang tải. 138 Bước 3: Đặt tải lên thanh đòn đo lực các quả cân 2, 5, 7, 10, 12, 15, 20, 50, 100 và 200 g (cần thiết có thể kết hợp các cục cân để tạo ra tải thích hợp). Sau mỗi bước thêm tải, chờ cho đến khi ngõ ra bộ khuếch đại đo ổn định thì ghi nhận giá trị này vào phiếu luyện tập 5.6. Trả lời câu hỏi: “Hình dạng của đường đặc tính là như thế nào? Độ dốc của đường theo mV/g là bao nhiêu nếu bỏ qua hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại?” 5. Thực hành đo mômen với mạch cầu 1/2 Bước 1: Lắp ráp sơ đồ thực hành a) Mạch nguyên lý: Hình 5.19. Sơ đồ khối mạch đo mômem mạch cầu 1/2 b) Sơ đồ lắp ráp: Hình 5.20. Sơ đồ lắp ráp mạch đo mômem mạch cầu 1/2 Bước 2: Mở volt kế A và cài đặt thông số thiết bị như sau: 139 Thông số cài đặt cho volt kế A Chế độ đo DC Hiển thị AV Thang đo 10 V Bước 3: Điều chỉnh offset bộ khuếch đại Mở bộ khuếch đại và bắt đầu hiệu chuẩn giá trị offset. Sau đó đặt độ lợi là 1000. Điều chỉnh biến trở P1 sao cho điện áp ở ngõ ra bộ khuếch đại ua = 0 V khi mà thanh đòn moment chưa mang tải. Bước 4: Thay đổi tải và ghi nhận kết quả Cấp tải cho thanh đo moment bằng cách đặt các quả cân 2, 5, 10, 20, 50, 100 và 200 g (theo từng bước) lên mâm phía trên của thanh đòn (các giá trị này sẽ tương ứng với moment âm). Sau mỗi bước, chờ cho đến khi điện áp ở ngõ ra của bộ khuếch đại ổn định thì ghi nhận giá trị này vào phiếu luyện tập 5.7. Trả lời câu hỏi: “Hình dạng của đường đặc tính là như thế nào? Độ dốc theo mV/g là ra sao khi bỏ qua hệ số khếch đại của bộ khuếch đại?” 140 PHIẾU LUYỆN TẬP PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 5.1 Tên kỹ năng: Thu thập số liệu và vẽ đặc tính của cảm biến đo áp suất tuyệt đối Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 141 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 5.2 Tên kỹ năng: Thu thập số liệu và vẽ đặc tính của cảm biến đo áp suất tuyệt đối (Khi giảm áp suất) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 142 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 5.3 Tên kỹ năng: Thu thập số liệu và vẽ đặc tính của cảm biến đo áp suất vi sai (Khi tăng áp suất) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 143 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 5.4 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính của cảm biến biến dạng đo lực, khối lượng mạch cầu toàn phần Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 144 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 5.5 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính của cảm biến biến dạng đo lực, khối lượng mạch cầu 1/2 Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 5.6 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính của cảm biến biến dạng đo lực, khối lượng mạch cầu 1/4 Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 145 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 5.7 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính của cảm biến biến dạng đo moomem xoắn mạch cầu 1/2 Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 146 V. KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ Kiểm tra đánh giá kết quả thực hành được tiến hành theo phiếu đánh giá sau đây: PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HÀNH Tên bài: Khảo sát một số cảm biến Họ và tên sinh viên:.............. MSSV:............................................................ NhómLớp..................... Ngày..........tháng........năm...................... Giáo viên hướng dẫn...................................Ca thực tập.................................................... TT Tiêu chí đánh giá Điểm chuẩn Yêu cầu Điểm đánh giá Ghi chú 1 Chọn thiết bị, dụng cụ - Chủng loại - Phù hợp yêu cầu 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 2 Lắp đặt thiết bị - Gá lắp thiết bị - Cắm dây nguồn 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 3 Lắp ráp sơ đồ mạch đo - Đúng Sơ đồ khối - Gọn gàng khoa học 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 4 Chọn và thiết lập thông số thiết bị đo - Chọn thiết bị - Thiết lập thông số 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 5 Tiến hành thay đổi thông số đầu vào - Đúng trình tự - Đúng nguyên tắc 20 10 10 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 6 Đọc kết quả đo - Đọc đúng kết quả 10 10 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 7 Tính toán kết quả đo - Áp dụng các công thức - Tính toán kết quả 10 5 5 Sai số quá 3% trừ 1 điểm 8 Thành lập bảng và vẽ biểu đồ - Bảng kết quả - Biểu đồ 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 5 điểm 9 Thời gian thực hiện 20 phút 10 Chậm mỗi phút trừ 1 điểm Tổng cộng 100 Chú ý: Mỗi tiêu chí bị quá thời gian sẽ bị trừ một nửa số điểm, thời gian thực hiện bài kiểm tra lớn hơn tổng thời gian quy định sẽ không được tính điểm Giáo viên ký tên 147 BÀI 6: ĐO MỨC, ĐO LƯU LƯỢNG I. MỤC TIÊU BÀI HỌC Sau khi học xong sinh viên có khả năng: 1. Kiến thức - Hiểu được nguyên tắc đo lưu lượng, đo mức chất lỏng sử dụng cảm biến lưu lượng, báo mức. 2. Kỹ năng - Thao tác lắp mạch đo mức, lưu lượng sử dụng các cảm biến khác nhau. - Thực hiện việc đo mức, lưu lượng, tính toán, vẽ đặc tính của các cảm biến lưu lượng, cảm biến báo mức, - Bảo quản được dụng cụ đo, các cảm biến theo đúng quy trình kỹ thuật. 3. Thái độ - Nghiêm túc học tập, tích cực luyện tập - Tổ chức nơi thực hành gọn gàng, ngăn nắp - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. II. LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 1. Giới thiệu mô hình thực hành đo mức, lưu lượng Mô hình thực hành SO3620 – 1H cho phép một loạt các thực hành khác nhau được thực hiện trong việc đo mức chất lỏng khép kín và kiểm soát tốc độ dòng chảy. Mô hình được trang bị các tính năng sau: - Hệ thống khép kín mà không cần phải kết nối với nguồn chất lỏng bên ngoài. - Nguồn điện áp +/- 15V. - Hiệu chỉnh cảm biến mức chất lỏng, đo tốc độ dòng chảy trung bình. - Hạn chế dòng chảy bằng van tay. - Kiểm soát tốc độ dòng chảy - Điều chỉnh mức bằng các điều kiện tại bình chứa. 148 Hình 6.1. Mô hình thực hành SO3620 – 1H Những thành phần chính có trong mô hình báo mức: - Nguồn +/-15V - Cản biến báo mức - Bình chứa có thang đo mức - Van hạn chế dòng chảy V1 - Van đầu ra V2 - Máy bơm - Cảm biến mức (Bộ chuyển đổi áp suất - điện áp) - Chuyển đổi tần số - điện áp 2. Nguyên tắc đo mức Hình 6.2. Cảm biến mức và mô hình đo mức Để đo mức chất lỏng, áp lực thủy tĩnh được xác định trong các ống thủy tinh nằm bên trong bình chứa và chuyển đổi thành một điện áp DC bằng bộ chuyển đổi áp suất / điện áp. Để cho các hoạt động điều khiển tiếp theo thì hệ thống cảm biến mức chất lỏng 149 phải được hiệu chuẩn ban đầu để khi bình chứa hoàn toàn trống rỗng (mức độ = 0%) thì điện áp cảm biến sau chuyển đổi phải là 0V và khi bình chứa đầy chất lỏng (chất lỏng mức độ = 100%) thì điện áp đầu ra sau chuyển đổi là 10 V. Ngoài ra, bộ điều chỉnh hệ số khuếch đại và offset của bộ chuyển đổi áp suất / điện áp có thể được điều chỉnh để phù hợp với mô hình thông qua một bộ điều khiển riêng biệt. III. DỰ TRÙ THIẾT BỊ, VẬT TƯ THỰC HÀNH Thiết bị, vật tư cho một nhóm thực tập (4 sinh viên) TT Tên thiết bị Số lượng Đv tính Ghi chú 1 Nguồn Power Supply SO4203-2A 01 Cái 2 Nguồn Extended Supply SO4203-2D 01 Cái 3 Giao diện Interface SO4203-2A 01 Cái 4 Panel gài card mở rộng Expenrienter SO4203- 2D 02 Cái 5 Mô hình đo lưu lượng và mức SO3620 – 1H 01 Cái 6 Bộ máy tính và phần mềm 01 Bộ TT Tên dụng cụ 1 Bộ dây cắm nối 01 Bộ 2 Đồng hồ vạn năng 01 Cái IV. THỰC HÀNH 1. Lựa chọn bài thực hành Từ thanh công cụ tool chọn Lựa chọn bài học (Select courses) ta chọn bài học Công nghệ điều khiển (Control Techniques): Hình 6.3. Chọn bài học công nghệ điều khiển Lựa chọn bài thực hành đo và điều khiển mức dung dịch như hình: 150 Hình 6.4. Chọn bài thực hành đo mức dung dịch Trong bài kỹ thuật đo lường 2, click chọn bài “phép đo độc dịch chuyển, góc và tốc độ”. 2. Hiệu chỉnh cảm biến mức Bước 1: Kết nối mạch 151 Hình 6.5. Sơ đồ kết nối mạch đo hiệu chỉnh cảm biến Bước 2: Thiết lập thông số cho thiết bị đo - Thiết lập thông số cho Vôn kế A: Cài đặt Voltmeter A Dải đo 20 V DC Chế độ hoạt động AV - Thiết lập thông số cho bộ nguồn DC Cài đặt nguồn DC Dải đo 10 V Điện áp ra 5 V Bước 3: Đặt chuyển mạch trên mô hình ở chế độ “vòng hở” – Open loop. Bước 4: Hiệu chỉnh cảm biến mức - Mở hết van V1. 152 - Làm cạn bình chứa bằng cách mở van xả V2, sau khi xả hết chất lỏng thì đóng van 2 lại. - Thiết lập offset cho bộ chuyển đổi Áp suất/điện áp bằng cách điều chỉnh nút vặn cho đến khi điện áp đầu ra đo được trên Vôn kế A là 0V. - Bật nguồn DC và bật máy bơm sử dụng nút chuyển mạch “POWER” và giữ máy bơm cho đến khi bình chứa đầy 100%. Tiếp tục điều chỉnh hệ số khuếch đại để điện áp đo được trên vôn kế A là 10V. - Mở xả để bình cạn một lần nữa và kiểm tra xem cảm biến báo mức có cho ra điện áp là 0V hay không. Nếu có sự thay đổi, ta tiếp tục lặp lại các thao tác trên cho đến khi hiệu chỉnh thành công cảm biến báo mức. 3. Khảo sát đặc tính của cảm biến báo mức Bước 1: Kết nối sơ đồ thực hành theo sơ đồ: Hình 6.6. Sơ đồ kết nối mạch đo khảo sát đặc tính cảm biến Bước 2: Thiết lập thông số cho thiết bị đo - Thiết lập thông số cho Vôn kế A: 153 Cài đặt Voltmeter A Dải đo 20 V DC Chế độ hoạt động AV - Thiết lập thông số cho bộ nguồn DC Cài đặt nguồn DC Dải đo 10 V Điện áp ra 5 V Bước 3: Đặt chuyển mạch trên mô hình ở chế độ “vòng hở” – Open loop. Bước 4: Thiết lập mức chất lỏng và ghi nhận đáp ứng - Mở hết cỡ van 2 cho bình chứa cạn, đóng hết van 2 lại. Đọc giá trị điện áp tương ứng trên vôn kế A và ghi lại kết quả vào phiếu luyện tập 6.1 tương ứng với dòng h% =0%. - Bật công tắc nguồn DC và khởi động máy bơm bằng chuyển mạch, chờ cho đến khi mực chất lỏng trong bình chứa đạt 10%. - Ghi kết quả đọc được trên vôn kế A vào phiếu luyện tập 6.1 tương ứng giá trị h%=10%. Tiếp tục tăng mực chất lỏng từng 10% và thực hiện công việc như trên cho đến khi bình chứa đầy. 3. Điều khiển mức 2 vị trí không trễ Trong phần thực hành sau mức dung dịch được điều chỉnh sử dụng một bộ điều khiển hai vị trí mà không có trễ. Mức dung dịch được thiết lập là một mức không đổi là 50%. Việc ghi chép các biến kiểm soát và thao tác được thực hiện bằng cách sử dụng máy vẽ đáp ứng bước. Thí nghiệm được tiến hành trong hai dòng chảy khác nhau. Bước 1: Kết nối sơ đồ: Sơ đồ kết nối như sau: 154 Hình 6.7. Sơ đồ kết nối mạch đo điều khiển mức 2 vị trí Bước 2: Cấu hình cho bộ điều khiển Bộ điều khiển được cấu hình là bộ điều khiển 2 vị trí và vặn núm điều chỉnh cho đến hết về bên trái để điều khiển hoạt động không trễ. Bước 3: Mở hoàn toàn van 1. Đóng van 2 hoàn toàn sau đó vặn để nó mở ra khoảng 3 vòng, chờ cho đến khi bình chứa cạn. Bước 4: Chuyển mạch chế độ để ở vòng hở “Open loop”. Bước 5: Kích hoạt các máy vẽ đáp ứng bước và cấu hình của thiết bị được quy định trong bảng sau. 155 Hình 6.8. Vị trí của máy vẽ đáp ứng bước Tỉ lệ các trục Trục X Nhỏ nhất: 0 Lớn nhất: 40 Độ chia (Division): 1 Đánh dấu (Ticks): 1 Trục Y Nhỏ nhất: 0 Lớn nhất: 100 Độ chia (Division): 10 Đánh dấu (Ticks):: 1 Settings for inputs Channel (Kênh) A Meas. range: (Dải đo) 10 V Coupling: DC Range (Dải): 100 Offset: 0 Channel (Kênh) B Meas. range: (Dải đo) 10 V Coupling: DC Range(Dải): 100 Offset: 0 Settings for options Step change from (Bước thay đổi) 0 to 50% Delay time/ms: (thời gian trễ) 0 Number of measurements: (Số lượng phép đo) 300 Bước 6: Xác định đặc tính của biến điều khiển và biến thao tác, vẽ lại đặc tính thu được vào phiếu luyện tập 6.2. 4. Điều khiển mức 2 vị trí có trễ Bước 1: Kết nối sơ đồ: Sơ đồ kết nối như sau: 156 Hình 6.9. Sơ đồ kết nối mạch đo điều khiển mức có trễ Bước 2: Cấu hình bộ điều khiển 2 vị trí và khởi tạo ban đầu trễ mức 0,5V. Bước 3: Mở hoàn toàn van V1. Đóng hoàn toàn van V2 lúc đầu và sau đó thì mở van V2 3 vòng. Để cho ống dẫn bình chứa cạn hoàn toàn. Bước 4: Để chuyển mạch ở chế độ “Open loop” – vòng hở. Bước 5: Kích hoạt chế độ ghi từng bước _ Step respone_ và thiết lập nó như bảng dưới đây: Scaling of axes X-axis Minimum: 0 Maximum: 100 Division: 10 Line marking: 1 Y-axis Minimum: 0 Maximum: 100 Division: 10 Line marking: 1 Settings for inputs Channel A Meas. range: 10 V Coupling: DC Range: 100 Offset: 0 157 Channel B Meas. range: 10 V Coupling: DC Range: 100 Offset: 0 Optional settings Step change from 0 to 50% Delay time/ms: 0 Number of measurements: 300 Bước 6: Ghi lại đặc tính kênh A và kênh B vào phiếu luyện tập 6.3. 5. Điều khiển mức tự động sử dụng luật PI Bước 1: Kết nối sơ đồ: Sơ đồ kết nối như sau: Hình 6.10. Sơ đồ kết nối mạch đo điều khiển luật PI Bước 2: Mở van 1 hoàn toàn. Trước tiên đóng van 2 hoàn toàn sau đó vặn mở ra 3 vòng, chờ cho đến khi bình chứa cạn hoàn toàn. Bước 3: Thiết lập chuyển mạch chế độ lặp ở Vòng hở_ Open loop. Bước 4: Kích hoạt máy vẽ đáp ứng bước và cấu hình thiết bị như bảng dưới đây: 158 Scaling of axes X-axis Minimum: 0 Maximum: 60 Division: 10 Line markings: 1 Y-axis Minimum: 0 Maximum: 100 Division: 10 Line markings: 1 Input settings Channel A Meas. range: 10 V Coupling: DC Range: 100 Offset: 0 Channel B Meas. range: 10 V Coupling: DC Range: 100 Offset: 0 Optional settings Step change from 0 to 50% Delay time/ms: 0 Number of measurements: 300 Bước 5: Cấu hình bộ điều khiển là theo luật P, thiết lập hệ số KP là 10. Xác định đường cong của biến điều khiển trên kênh A và biến thao tác trên kênh B. Bước 6: Giảm từng bước KP cho đến khi biến thao tác tăng chở lại giá trị cực đại của nó hoặc không chậm hơn 5 giây sau khi bước điểm đặt được chuyển tiếp. Bước 7: Vẽ lại đường đáp ứng vào phiếu luyện tập 6.4. Bước 8: Kích hoạt điều khiển luật I, thiết lập hệ số thời gian tích phân TN =1s, thực hiện lặp lại thí nghiệm như trên, tăng hệ số thời gian tích phân đến khi biến điều khiển đạt giá trị ổn định và không vượt qua ngưỡng. Vẽ lại đường đặc tính vào phiếu luyện tập 6.5. Bước 9: Lặp lại phần thí nghiệm với việc thiết lập bộ điều khiển dòng nhưng biến dòng đầu ra được thay đổi bởi van đầu ra V2 cho đến khi đạt được trạng thái xác lập. Vẽ lại đường đặc tính vào phiếu luyện tập 6.6. 159 PHIẾU LUYỆN TẬP PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 6.1 Tên kỹ năng: Khảo sát đặc tính cảm biến báo mức Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 6.2 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính biến điều khiển và biến thao tác Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 160 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 6.3 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính biến điều khiển và biến thao tác (điều khiểm mức 2 vị trí có trễ) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 6.4 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính biến điều khiển và biến thao tác (khảo sát luật điều khiển PI) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 161 PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 6.5 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính biến điều khiển và biến thao tác (khảo sát luật điều khiển PI) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. PHIẾU LUYỆN TẬP SỐ 6.6 Tên kỹ năng: Vẽ đặc tính biến điều khiển và biến thao tác (khảo sát luật điều khiển PI) Họ và tên sinh viên:..........................................MSSV:..................................................... Nhóm: ................................Lớp: ......................Ngày:....................................................... Giáo viên hướng dẫn:........................................Ca thực tập:............................................. 162 V. KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ Kiểm tra đánh giá kết quả thực hành được tiến hành theo phiếu đánh giá sau đây: PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HÀNH Tên bài: Khảo sát một số cảm biến Họ và tên sinh viên:.............. MSSV:............................................................ NhómLớp..................... Ngày..........tháng........năm...................... Giáo viên hướng dẫn...................................Ca thực tập.................................................... TT Tiêu chí đánh giá Điểm chuẩn Yêu cầu Điểm đánh giá Ghi chú 1 Chọn thiết bị, dụng cụ - Chủng loại - Phù hợp yêu cầu 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 2 Lắp đặt thiết bị - Gá lắp thiết bị - Cắm dây nguồn 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 3 Lắp ráp sơ đồ mạch đo - Đúng Sơ đồ khối - Gọn gàng khoa học 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 4 Chọn và thiết lập thông số thiết bị đo - Chọn thiết bị - Thiết lập thông số 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 5 Tiến hành thay đổi thông số đầu vào - Đúng trình tự - Đúng nguyên tắc 20 10 10 Mỗi lỗi trừ 2 điểm 6 Đọc kết quả đo - Đọc đúng kết quả 10 10 Mỗi lỗi trừ 1 điểm 7 Tính toán kết quả đo - Áp dụng các công thức - Tính toán kết quả 10 5 5 Sai số quá 3% trừ 1 điểm 8 Thành lập bảng và vẽ biểu đồ - Bảng kết quả - Biểu đồ 10 5 5 Mỗi lỗi trừ 5 điểm 9 Thời gian thực hiện 20 phút 10 Chậm mỗi phút trừ 1 điểm Tổng cộng 100 Chú ý: Mỗi tiêu chí bị quá thời gian sẽ bị trừ một nửa số điểm, thời gian thực hiện bài kiểm tra lớn hơn tổng thời gian quy định sẽ không được tính điểm Giáo viên ký tên 163 164 PHỤ LỤC Làm quen với bộ phần mềm thí nghiệm 1. Hướng dẫn cài đặt phần mềm Bộ phần mềm gồm 3 thành phần: Hình 0.1. Bộ phần mềm Labsoft Tiến hành giải nén và cài “Lab 30 Measurement”: Bước 1: Chạy file cài đặt Setup.exe Chọn tùy chọn: Install english version Hình 0.2. Lựa chọn ngôn ngữ cài đặt Bước 2: Click “Next” Click chọn tất cả các bài học “Control Techniques 1” -> “Control Techniques 2” và “Measuament technology 1” - “Measuament technology 4”. 165 Hình 0.3. Lựa chọn các thành phần cài đặt Bước 3: Click Next cho quá trình cài đặt bắt đầu Hình 0.4. Tiến trình cài đặt Chờ trong vài phút cho quá trình cài đặt kết thúc 166 Hình 0.5. Kết thúc quá trình cài đặt Click “Finish” để kết thúc quá trình cài đặt phần mềm “Lab 30 Measurement” Tương tự như trên ta cài đặt 2 phần hỗ trợ các bài học còn lại: “LUCAS-NÜLLE Software_2A” và “LUCAS-NÜLLE Software_8U” Sau khi cài đặt các phần mềm kể trên, ta có biểu tượng của phần mềm Labsoft như sau: Hình 0.6. Biểu tượng phần mềm Labsoft 2. Các công cụ chính của phần mềm 167 Trên góc trên bên trái cửa sổ làm việc là các tool (chức năng) chính của phần mềm. Hình 0.7. Các chức năng (tool) chính của phần mềm a) Thẻ tài liệu (tab File) Hình 0.8. Thẻ tài liệu_File - Save Workspace (Lưu không gian làm việc): Chức năng này giúp ta lưu trữ lại những định dạng của các thiết bị đã được thiết lập trong bài để có thể sử dụng nhiều lần sau mà không phải thiết lập lại. Hình 0.9. Lưu không gian làm việc - Open Workspace (Mở không gian làm việc): Chức năng này giúp ta mở lại không gian làm việc đã lưu trước đó, để mở ra những thiết bị cùng với các thiết lập đã cài đặt trước đó. 168 Hình 0.10. Mở không gian làm việc b) Thẻ Tùy chọn (Option) Hình 0.11. Thẻ tùy chọn - Select Course Category (Chọn bài học): Khi muốn thay đổi bài học ta có thể chọn từ mục này. Hình 0.12. Lựa chọn bài thực hành - Change password (thay đổi mật khẩu): Chọn tùy chọn này để thay đổi mật khẩu tài khoản người dùng. - Read Solution (đọc bài giải): Tùy chọn này cho phép người dùng tìm và tham khảo lời giải của các bài thực hành. 169 Hình 0.13. Lựa chọn lời giải 170 Tµi liÖu tham kh¶o [1]. Lê Văn Doanh, Các bộ cảm biến trong đo lường và điều khiển, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2001. [2]. Nguyễn Văn Chiến, Giáo trình cảm biến, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2005. [3]. Nguyễn Văn Hoà và các tác giả khác, Giáo trình Đo lường điện và cảm biến đo lường, Nhà xuất bản Giáo dục, 2005. [4]. Vũ Ngọc Tuấn, Trần Quý Bình, Giáo trình Đo lường cảm biến, Nhà xuất bản Lao động-Xã hội, 2012. [5]. Website