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
170 trang |
Chia sẻ: Tiểu Khải Minh | Ngày: 19/02/2024 | Lượt xem: 129 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tập bài giảng Đo lường cảm biến, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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
Các file đính kèm theo tài liệu này:
tap_bai_giang_do_luong_cam_bien.pdf