Xem mẫu
tr-êng §¹i häc s- ph¹m kü thuËt h-ng yªn
khoa c¬ khÝ ®éng lùc
Bµi gi¶ng dïng chung
Kü THUËT C¶M BIÕN Vµ §O L¦êNG
TRONG §IÒU KHIÓN
(Dïng cho c¸c hÖ ngµnh CN c¬ ®iÖn-b¶o tr×, C¬ ®iÖn l¹nh vµ §iÒu
hßa kh«ng khÝ, c¬ khÝ ®éng lùc)
¸p dông cho Ch-¬ng tr×nh tÝn chØ
Biªn so¹n:
NguyÔn h¶i hµ, Lª ngäc tróc,
lª trÝ quang
Bé m«n: c«ng nghÖ c¬ ®iÖn L¹NH & §HKK
H-ng yªn, 2015
MỤC LỤC
PHẦN I: ĐO LƯỜNG
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG
1.1 Khá i niẹ m chung vè đo lương và thié t bị đo
̀
1.2 Đơn vị đo, chuả n và mã u
1.2.1 Các khái niệm cơ bản
1.2.2 Thiết bị chuẩn
1.2.3 Thiết bị mẫu
1.2.4 Cách truyền chuẩn
1.3 Cá u trú c cơ bả n củ a dụ ng cụ đo
1.3.1 Sơ đồ cấu trúc chung của dụng cụ đo
1.3.2 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng
1.3.3 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh
1.3.4 Các khâu chức năng của thiết bị đo
1.4 Cá c đạ c tính cơ bả n củ a dụ ng cụ đo
1.4.1 Sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số hệ thống
1.4.2 Cấp chính xác
1.4.3 Các phương pháp loại trừ sai số hệ thống
1.4.4 Xử lý kết quả đo
CHƯƠNG 2: CƠ CẤU CHỈ THỊ
́ u chỉ thị củ a dụ ng cụ đo tương tư
2.1 Cơ ca
̣
2.1.1 Cơ sở chung của các chỉ thị cơ điện
2.1.2 Cơ cấu chỉ thị từ điện, lô gô mét từ điện
2.1.3 Cơ cấu chỉ thị điện từ, lô gô mét điện từ
2.1.4 Cơ cấu chỉ thị điện động, lô gô mét điện động
2.1.5 Cơ cấu chỉ thị tĩnh điện
2.1.6 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng
2.2 Cơ cấu chỉ thị tự ghi
2.2.1 Cơ sở chung của các cơ cấu chỉ thị tự ghi
2.2.2 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ thấp
2.2.3 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ trung bình
2.2.4 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ cao
2.3 Chỉ thị só
2.3.1 Cơ sỏ chung của các cơ cấu chỉ thị số
2.3.2 Thiết bị hiện số
CHƯƠNG 3: ĐO ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN
3.1. Đo dòng điện
3.1.1 Cơ sở chung
3.1.2 Các dụng cụ đo dòng điện
3.1.3 Đo dòng điện nhỏ
3.1.4 Đo dòng điện lớn
3.2. Đo điện áp
3.2.1 Cơ sở chung
3.2.2 Các dụng cụ tương tự đo điện áp
3.2.3 Các dụng cụ đo điện áp chỉ thị số
CHƯƠNG 4: ĐO THỐNG SỐ MẠCH ĐIỆN
4.1 Đo điẹ n trơ
̉
4.1.1 Các phương án gián tiếp
4.1.2 Các phương án trực tiếp
4.2 Ôm kế
i
Trang
1
1
1
9
9
10
10
10
13
13
13
14
15
17
17
18
18
19
26
26
26
27
30
31
34
35
36
36
38
38
39
42
42
43
45
45
45
45
53
56
61
61
62
70
71
71
71
73
73
4.2.1 Ôm kế nối tiếp
4.2.2 Ôm kế sơ đồ song song
4.2.3 Ôm kế kiểu lô gô mét
4.3. Đo điẹ n trở lớn
4.3.1 Đo điện trở lớn bằng phương pháp gián tiếp
4.4.2 Các ôm mét điện tử và mê gô mết điện tử
4.4 Cà u điện trở
4.4.1 Cầu đơn
4.4.2 Cầu kép
4.5 Đo điện dung và góc tổn hao tụ điện
4.5.1 Khái niệm về điện dung và góc tổn hao
4.5.2 Các loại cầu đo điện dung và góc tổn hao
4.6 Cầu đo điện cảm và phẩm chất cuộn dây
4.6.1 Khái niệm chung
4.6.2 Các mạch cầu đo thông số cảm mẫu
PHẦN 2: CẢM BIẾN
CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN
5.1. Cá c khá i niẹ m cơ bả n và định nghĩa
5.2. Phan loạ i cá c bọ cả m bié n
5.3 Đạ c tính cơ bả n củ a cả m bié n ơ ché đọ tĩnh
̉
5.4 Đạ c tính cơ bả n ơ ché đọ đọ ng
̉
CHƯƠNG 6: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
6.1 Khá i niẹ m cơ bả n
6.1.1 Khái niệm về nhiệt độ
6.1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
6.1.3 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo
6.2. Cả m bié n nhiẹ t điẹ n trơ
̉
6.2.1 Nguyên lý
6.2.2 Vật liệu
6.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhiệt điện trở
6.3. Cạ p nhiẹ t điẹ n
6.3.1 Hiệu ứng nhiệt điện
6.3.2 Vật liệu chế tạo
6.3.3 Cấu tạo
6.4 Cả m bié n vi mạ ch bá n dã n đo nhiẹ t đọ
6.4.1 Đo nhiệt độ bằng diode và transistor
6.4.2 Dùng IC LM35
6.5 Đo nhiẹ t đọ bà ng phương phá p khong tié p xú c
6.5.1 Nhiệt kế áp suất
6.5.2 Cảm biến siêu âm đo nhiệt độ
CHƯƠNG 7: CẢM BIẾN QUANG
7.1 Khá i niẹ m cơ bả n vè á nh sá ng
7.1.1 Tính chất của ánh sáng
7.1.2 Hiệu ứng quang điện
7.2 Cá c đơn vị đo quang
7.3 Cả m bié n quang
7.3.1 Tế bảo quang điện photocell
7.3.2 Photodiode
7.3.3 Phototranzitor
7.4 Ưng dụ ng củ a cả m bié n quang.
́
7.4.1 Mạch ứng dụng của Photodiode
ii
73
76
77
78
78
79
81
81
83
84
84
85
87
87
87
90
90
90
98
99
103
103
103
104
104
106
106
106
107
109
109
109
112
115
115
116
117
117
118
120
120
120
121
121
124
124
128
133
134
7.4.2Mạch ứng dụng Phototranzitor
CHƯƠNG 8: CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG - LỰC
8.1 Đo bié n dạ ng
8.1.1 Biến dạng và phương pháp đo
8.1.2 Đầu đo điện trở kim loại
8.1.3 Cảm biến áp trở Silic
8.2 Đo lưc
̣
8.2.1 Nguyên lý đo lực
8.2.2 Cảm biến áp điện
8.3 Cả m bié n xú c giá c
CHƯƠNG 9: ĐO VẬN TỐC, GIA TỐC VÀ ĐỘ RUNG
9.1 Khá i niẹ m chung
9.2 Đo vạ n tó c
9.2.1 Máy phát tốc một chiều
9.2.2 Máy phát tốc xoay chiều
9.2.3 Đo tốc độ bằng phương pháp đếm xung
9.2.4 Cảm biến điện từ đo vận tốc dài
9.3 Cả m bié n gia tó c và rung
9.3.1 Khái niệm
9.3.2 Chấn động kế cảm ứng
CHƯƠNG 10: CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG – VẬN TỐC CHẤT LƯU VÀ MỨC
10.1 Đo lưu lượng và vận tốc
10.1.1 Khái niệm chung
10.1.2 Đo lưu lượng bằng phương pháp đếm xung
10.1.3 Đo lưu lượng bằng phương pháp chênh áp
10.1.4 Lưu lượng kế từ điện
10.1.5 Lưu lượng kế nhiệt
10.2 Phong tốc kế khí
10.3 Đo mức
CHƯƠNG 11: CẢM BIẾN ĐO ĐỘ ẨM VÀ ĐIỆN HÓA
11.1 Cảm biến đo độ ẩm
11.1.1 Khái niệm chung
11.1.2 Phân loại cảm biến đo độ ẩm
11.1.3 Ẩm kế biến thiên trở kháng
11.1.4 Ẩm kế hấp thụ
11.2 Cảm biến điện hóa
11.2.1 Cảm biến điện thế cực
11.2.2 Cảm biến dòng điện
11.1.3 Cảm biến điện dẫn
CHƯƠNG 12: CẢM BIẾN THÔNG MINH
12.1 Khái niệm chung
12.2 Cấu trúc của cảm biến thông minh
12.3 Các khâu cơ bản của cảm biến thông minh
12.3.1 Chuyển đổi chuẩn hóa
12.3.2 Bộ dồn kênh MUX
12.3.3 Bộ chuyển đổi tương tự số
12.3.4 Một số thuật toán xử lý của cảm biến thông minh
12.4 Ví dụ về cảm biến thông minh 4301 đo áp suất
CHƯƠNG 13: MẠCH ĐO VÀ CHUẨN HÓA TÍN HIỆU
13.1 Chuả n hó a tín hiẹ u vơi cả m bié n điẹ n trơ
́
̉
13.1.1 Mạch phân áp
13.1.2 Cấu Wheastone làm việc ở chế độ cân bằng
iii
136
138
138
138
139
142
145
145
146
149
150
150
151
151
152
153
155
156
156
157
158
158
158
160
162
164
165
166
168
170
170
171
171
171
174
175
175
181
183
186
186
187
188
188
188
188
189
192
194
194
194
197
13.1.3 Cầu Wheastone đo theo phương pháp không cân bằng
13.1.4 Cầu nhiều nhánh hoạt động
13.1.5 Nguồn cung cấp cho cầu Wheastone
13.2 Mạ ch khué ch đạ i đo lương
̀
13.2.1 Khuếch đại vi sai
13.2.2 Khuếch đại sử dụng hai OPAM
13.3 Chuẩn hóa tín hiệu với cảm biến phát điện
13.4 Ghé p nó i cả m bié n vơi thié t vị xư lý và má y tính.
́
̉
iv
200
203
205
205
207
208
210
216
nguon tai.lieu . vn
khoa c¬ khÝ ®éng lùc
Bµi gi¶ng dïng chung
Kü THUËT C¶M BIÕN Vµ §O L¦êNG
TRONG §IÒU KHIÓN
(Dïng cho c¸c hÖ ngµnh CN c¬ ®iÖn-b¶o tr×, C¬ ®iÖn l¹nh vµ §iÒu
hßa kh«ng khÝ, c¬ khÝ ®éng lùc)
¸p dông cho Ch-¬ng tr×nh tÝn chØ
Biªn so¹n:
NguyÔn h¶i hµ, Lª ngäc tróc,
lª trÝ quang
Bé m«n: c«ng nghÖ c¬ ®iÖn L¹NH & §HKK
H-ng yªn, 2015
MỤC LỤC
PHẦN I: ĐO LƯỜNG
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG
1.1 Khá i niẹ m chung vè đo lương và thié t bị đo
̀
1.2 Đơn vị đo, chuả n và mã u
1.2.1 Các khái niệm cơ bản
1.2.2 Thiết bị chuẩn
1.2.3 Thiết bị mẫu
1.2.4 Cách truyền chuẩn
1.3 Cá u trú c cơ bả n củ a dụ ng cụ đo
1.3.1 Sơ đồ cấu trúc chung của dụng cụ đo
1.3.2 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng
1.3.3 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh
1.3.4 Các khâu chức năng của thiết bị đo
1.4 Cá c đạ c tính cơ bả n củ a dụ ng cụ đo
1.4.1 Sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số hệ thống
1.4.2 Cấp chính xác
1.4.3 Các phương pháp loại trừ sai số hệ thống
1.4.4 Xử lý kết quả đo
CHƯƠNG 2: CƠ CẤU CHỈ THỊ
́ u chỉ thị củ a dụ ng cụ đo tương tư
2.1 Cơ ca
̣
2.1.1 Cơ sở chung của các chỉ thị cơ điện
2.1.2 Cơ cấu chỉ thị từ điện, lô gô mét từ điện
2.1.3 Cơ cấu chỉ thị điện từ, lô gô mét điện từ
2.1.4 Cơ cấu chỉ thị điện động, lô gô mét điện động
2.1.5 Cơ cấu chỉ thị tĩnh điện
2.1.6 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng
2.2 Cơ cấu chỉ thị tự ghi
2.2.1 Cơ sở chung của các cơ cấu chỉ thị tự ghi
2.2.2 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ thấp
2.2.3 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ trung bình
2.2.4 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ cao
2.3 Chỉ thị só
2.3.1 Cơ sỏ chung của các cơ cấu chỉ thị số
2.3.2 Thiết bị hiện số
CHƯƠNG 3: ĐO ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN
3.1. Đo dòng điện
3.1.1 Cơ sở chung
3.1.2 Các dụng cụ đo dòng điện
3.1.3 Đo dòng điện nhỏ
3.1.4 Đo dòng điện lớn
3.2. Đo điện áp
3.2.1 Cơ sở chung
3.2.2 Các dụng cụ tương tự đo điện áp
3.2.3 Các dụng cụ đo điện áp chỉ thị số
CHƯƠNG 4: ĐO THỐNG SỐ MẠCH ĐIỆN
4.1 Đo điẹ n trơ
̉
4.1.1 Các phương án gián tiếp
4.1.2 Các phương án trực tiếp
4.2 Ôm kế
i
Trang
1
1
1
9
9
10
10
10
13
13
13
14
15
17
17
18
18
19
26
26
26
27
30
31
34
35
36
36
38
38
39
42
42
43
45
45
45
45
53
56
61
61
62
70
71
71
71
73
73
4.2.1 Ôm kế nối tiếp
4.2.2 Ôm kế sơ đồ song song
4.2.3 Ôm kế kiểu lô gô mét
4.3. Đo điẹ n trở lớn
4.3.1 Đo điện trở lớn bằng phương pháp gián tiếp
4.4.2 Các ôm mét điện tử và mê gô mết điện tử
4.4 Cà u điện trở
4.4.1 Cầu đơn
4.4.2 Cầu kép
4.5 Đo điện dung và góc tổn hao tụ điện
4.5.1 Khái niệm về điện dung và góc tổn hao
4.5.2 Các loại cầu đo điện dung và góc tổn hao
4.6 Cầu đo điện cảm và phẩm chất cuộn dây
4.6.1 Khái niệm chung
4.6.2 Các mạch cầu đo thông số cảm mẫu
PHẦN 2: CẢM BIẾN
CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN
5.1. Cá c khá i niẹ m cơ bả n và định nghĩa
5.2. Phan loạ i cá c bọ cả m bié n
5.3 Đạ c tính cơ bả n củ a cả m bié n ơ ché đọ tĩnh
̉
5.4 Đạ c tính cơ bả n ơ ché đọ đọ ng
̉
CHƯƠNG 6: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
6.1 Khá i niẹ m cơ bả n
6.1.1 Khái niệm về nhiệt độ
6.1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
6.1.3 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo
6.2. Cả m bié n nhiẹ t điẹ n trơ
̉
6.2.1 Nguyên lý
6.2.2 Vật liệu
6.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhiệt điện trở
6.3. Cạ p nhiẹ t điẹ n
6.3.1 Hiệu ứng nhiệt điện
6.3.2 Vật liệu chế tạo
6.3.3 Cấu tạo
6.4 Cả m bié n vi mạ ch bá n dã n đo nhiẹ t đọ
6.4.1 Đo nhiệt độ bằng diode và transistor
6.4.2 Dùng IC LM35
6.5 Đo nhiẹ t đọ bà ng phương phá p khong tié p xú c
6.5.1 Nhiệt kế áp suất
6.5.2 Cảm biến siêu âm đo nhiệt độ
CHƯƠNG 7: CẢM BIẾN QUANG
7.1 Khá i niẹ m cơ bả n vè á nh sá ng
7.1.1 Tính chất của ánh sáng
7.1.2 Hiệu ứng quang điện
7.2 Cá c đơn vị đo quang
7.3 Cả m bié n quang
7.3.1 Tế bảo quang điện photocell
7.3.2 Photodiode
7.3.3 Phototranzitor
7.4 Ưng dụ ng củ a cả m bié n quang.
́
7.4.1 Mạch ứng dụng của Photodiode
ii
73
76
77
78
78
79
81
81
83
84
84
85
87
87
87
90
90
90
98
99
103
103
103
104
104
106
106
106
107
109
109
109
112
115
115
116
117
117
118
120
120
120
121
121
124
124
128
133
134
7.4.2Mạch ứng dụng Phototranzitor
CHƯƠNG 8: CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG - LỰC
8.1 Đo bié n dạ ng
8.1.1 Biến dạng và phương pháp đo
8.1.2 Đầu đo điện trở kim loại
8.1.3 Cảm biến áp trở Silic
8.2 Đo lưc
̣
8.2.1 Nguyên lý đo lực
8.2.2 Cảm biến áp điện
8.3 Cả m bié n xú c giá c
CHƯƠNG 9: ĐO VẬN TỐC, GIA TỐC VÀ ĐỘ RUNG
9.1 Khá i niẹ m chung
9.2 Đo vạ n tó c
9.2.1 Máy phát tốc một chiều
9.2.2 Máy phát tốc xoay chiều
9.2.3 Đo tốc độ bằng phương pháp đếm xung
9.2.4 Cảm biến điện từ đo vận tốc dài
9.3 Cả m bié n gia tó c và rung
9.3.1 Khái niệm
9.3.2 Chấn động kế cảm ứng
CHƯƠNG 10: CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG – VẬN TỐC CHẤT LƯU VÀ MỨC
10.1 Đo lưu lượng và vận tốc
10.1.1 Khái niệm chung
10.1.2 Đo lưu lượng bằng phương pháp đếm xung
10.1.3 Đo lưu lượng bằng phương pháp chênh áp
10.1.4 Lưu lượng kế từ điện
10.1.5 Lưu lượng kế nhiệt
10.2 Phong tốc kế khí
10.3 Đo mức
CHƯƠNG 11: CẢM BIẾN ĐO ĐỘ ẨM VÀ ĐIỆN HÓA
11.1 Cảm biến đo độ ẩm
11.1.1 Khái niệm chung
11.1.2 Phân loại cảm biến đo độ ẩm
11.1.3 Ẩm kế biến thiên trở kháng
11.1.4 Ẩm kế hấp thụ
11.2 Cảm biến điện hóa
11.2.1 Cảm biến điện thế cực
11.2.2 Cảm biến dòng điện
11.1.3 Cảm biến điện dẫn
CHƯƠNG 12: CẢM BIẾN THÔNG MINH
12.1 Khái niệm chung
12.2 Cấu trúc của cảm biến thông minh
12.3 Các khâu cơ bản của cảm biến thông minh
12.3.1 Chuyển đổi chuẩn hóa
12.3.2 Bộ dồn kênh MUX
12.3.3 Bộ chuyển đổi tương tự số
12.3.4 Một số thuật toán xử lý của cảm biến thông minh
12.4 Ví dụ về cảm biến thông minh 4301 đo áp suất
CHƯƠNG 13: MẠCH ĐO VÀ CHUẨN HÓA TÍN HIỆU
13.1 Chuả n hó a tín hiẹ u vơi cả m bié n điẹ n trơ
́
̉
13.1.1 Mạch phân áp
13.1.2 Cấu Wheastone làm việc ở chế độ cân bằng
iii
136
138
138
138
139
142
145
145
146
149
150
150
151
151
152
153
155
156
156
157
158
158
158
160
162
164
165
166
168
170
170
171
171
171
174
175
175
181
183
186
186
187
188
188
188
188
189
192
194
194
194
197
13.1.3 Cầu Wheastone đo theo phương pháp không cân bằng
13.1.4 Cầu nhiều nhánh hoạt động
13.1.5 Nguồn cung cấp cho cầu Wheastone
13.2 Mạ ch khué ch đạ i đo lương
̀
13.2.1 Khuếch đại vi sai
13.2.2 Khuếch đại sử dụng hai OPAM
13.3 Chuẩn hóa tín hiệu với cảm biến phát điện
13.4 Ghé p nó i cả m bié n vơi thié t vị xư lý và má y tính.
́
̉
iv
200
203
205
205
207
208
210
216