›
›

Bài giảng Kỹ thuật đo lường - Chương 5: Đo công suất và năng lượng - Nguyễn Thanh Hường

pptx 107 trang haiha333 07/01/2022 3880
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật đo lường - Chương 5: Đo công suất và năng lượng - Nguyễn Thanh Hường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptxbai_giang_ky_thuat_do_luong_chuong_5_do_cong_suat_va_nang_lu.pptx

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật đo lường - Chương 5: Đo công suất và năng lượng - Nguyễn Thanh Hường

  1. Kỹ thuật Đo lường Nguyen Thanh Huong, PhD 2020
  2. Tài liệu tham khảo ➢ Sách: Kĩ thuật đo lường các đại lượng điện tập 1,2- Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế . Ðo lường điện và các bộ cảm biến: Ng.V.Hoà và Hoàng Si Hồng ➢ Bài giảng và website: Bài giảng kĩ thuật đo lường và cảm biến-Hoàng Sĩ Hồng. Bài giảng Cảm biến và kỹ thuật đo: P.T.N.Yến, Ng.T.L.Huong, Lê Q. Huy Bài giảng MEMs ITIMS - BKHN ➢ Website: sciendirect.com/sensors and actuators A and B 1/14/20221
  3. Chương 9: Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo ◼ Sơ đồ khối của thiết bị đo: CĐSC MĐ CT ◼ CĐSC - Chuyển đổi sơ cấp: làm nhiệm vụ biến đổi các đại lượng đo thành tín hiệu điện. Đây là khâu quan trọng nhất của thiết bị đo. ◼ MĐ - Mạch đo: là khâu gia công tính toán sau CĐSC, nó làm nhiệm vụ tính toán và thực hiện phép tính trên sơ đồ mạch. Đó có thể là mạch điện tử thông thường hoặc bộ vi xử lý để nâng cao đặc tính của dụng cụ đo ◼ CT - Cơ cấu chỉ thị: là khâu cuối cùng của dụng cụ đo để hiển thị kết quả đo dưới dạng con số so với đơn vị đo. Có 3 cách hiển thị kết quả đo 1/14/20222
  4. Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo ◼ Cấu trúc chung của một cảm biến thông minh (Smart Sensor): 1/14/20223
  5. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng ◼ Đối với dụng cụ đo biến đổi thẳng việc biến đổi thông tin chỉ diễn ra theo một hướng thẳng duy nhất, nghĩa là không có khâu phản hồi. ◼ Dụng cụ đo sử dụng phương pháp biến đổi thẳng có cấu trúc: Y Yn X Y1 2 C§CĐ11 CĐ2 CĐn CT CĐ: bộ chuyển đổi CT: cơ cấu chỉ thị X: đại lượng cần đo Yi: đại lượng trung gian (cho tiện quan sát và chỉ thị) 1/14/20224
  6. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng ◼ Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng tương tự và số 1/14/20225
  7. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh ◼ Dụng cụ đo kiểu so sánh sử dụng khâu phản hồi với các chuyển đổi ngược (CĐN) để tạo ra tín hiệu Xk so sánh với tín hiệu cần đo X. Mạch đo là một vòng khép kín. ◼ Sau bộ so sánh có ΔX = X - XK, đo ΔX hoặc đo các tín hiệu sau các chuyển đổi thuận Y có thể xác định được X. Theo phương pháp so sánh có thể có 4loại tương ứng là so sánh cân bằng, không cân bằng; so sánh đồng thời, khôngđồng thời. ◼ Đặc điểm của dụng cụ đo kiểu so sánh: Có cấu trúc phức tạp hơn so với dụng cụ đo biến đổi thẳng. Hiện nay thường dùng vi xử lí bên trong. Độ chính xác cao và giá thành đắt. 1/14/20226
  8. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh ◼ Dụng cụ đo theo phương pháp so sánh có sơ đồ cấu trúc như sau: X Y1 Yn C§1SS CĐ1 CĐn CT Xk CĐNm CĐN1 CĐ: bộ chuyển đổi CĐN: bộ chuyển đổi ngược CT: cơ cấu chỉ thị SS: bộ so sánh ΔX = X – Xk 1/14/20227
  9. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh ◼ Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh không cân bằng Quá trình hồi tiếp đưa Xk về so sánh và cho thì dụng cụ đo gọi là dụng cụ đo so sánh không cân bằng. ◼ Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh cân bằng Quá trình hồi tiếp được đưa về bộ so sánh liên tục tới khi = 0 thì dụng cụ đo gọi là dụng cụ đo so sánh cân bằng. 1/14/20228
  10. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh ◼ Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh để đo các đại lượng không điện. 1/14/20229
  11. Chương 10: Cơ cấu chỉ thị cơ điện, tự ghi và chỉ thị số ◼ Đây là khâu hiển thị kết quả đo dưới dạng con số so với đơn vị của đại lượng cần đo. ◼ Có 3 kiểu chỉ thị cơ bản là: Chỉ thị bằng kim chỉ (còn gọi là cơ cấu đo độ lệch hay cơ cấu cơ điện); Chỉ thị kiểu tự ghi (ghi trên giấy, băng đĩa từ, màn hình ) Chỉ thị số. ◼ Dưới đây ta sẽ xem xét những cơ cấu điển hình nhất cho mỗi kiểu thị trên. Chỉ thị số ngày nay được sử dụng nhiều và phổ biến 1/14/202210
  12. Cơ cấu chỉ thị cơ điện ◼ Với loại chỉ thị cơ điện, tín hiệu vào là dòng điện hoặc điện áp, còn tín hiệu ra là góc quay của phần động (có gắn kim chỉ). ◼ Những dụng cụ này là loại dụng cụ đo biến đổi thẳng. ◼ Đại lượng cần đo như dòng điện, điện áp, điện trở, tần số hay góc pha được biến đổi thành góc quay của phần động, nghĩa là biến đổi năng lượng điện từ thành năng lượng cơ học: = FX() Với : X là đại lượng điện, là góc quay (hay góc lệch) 1/14/202211
  13. Cơ cấu chỉ thị cơ điện Nguyên tắc làm việc của các cơ cấu chỉ thị cơ điện: ◼ Chỉ thị cơ điện bao giờ cũng gồm hai phần cơ bản là phần tĩnh và phần động. ◼ Khi cho dòng điện vào cơ cấu, do tác động của từ trường giữa phần động và phần tĩnh mà một mômen quay xuất hiện làm quay phần động. ◼ Momen quay này có độ lớn tỉ lệ với độ lớn dòng điện đưa vào cơ cấu: dWe Mq = d We là năng lượng từ trường là góc quay của phần động 1/14/202212
  14. Cơ cấu chỉ thị cơ điện Nguyên tắc làm việc của các cơ cấu chỉ thị cơ điện: ◼ Nếu gắn một lò xo cản (hoặc một cơ cấu cản) với trục quay của phần động thì khi phần động quay lò xo sẽ bị xoắn lại và sinh ra một momen cản, momen này tỉ lệ với góc lệch và được biểu diễn qua biểu thức: Mc = D. Với D là hệ số momen cản riêng của lò xo, nó phụ thuộc vào vật liệu, hình dáng và kích thước của lò xo. ◼ Chiều tác động lên phần động của hai momen ngược chiều nhau nên khi momen cản bằng momen quay phần động sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng. Khi đó: dWe 1 dWe Mc = Mq = D. = . d D d 1/14/202213
  15. Cơ cấu chỉ thị cơ điện Kim chỉ Thang đo Những bộ phận chính của cơ cấu chỉ thị cơ điện ◼ Trục và trụ: là bộ phận đảm bảo cho phần động quay trên Lò xo trục như khung dây, kim chỉ, lò Khung dây xo cản Trục thường được làm bằng loại thép cứng pha irini hặc osimi, còn trụ đỡ làm bằng đá cứng Lò xo ◼ Lò xo phản kháng hay lò xo cản là chi tiết thực hiện nhiệm vụ là tạo ra momen cản, đưa kim chỉ thị về vị trí 0 khi chưa đại lượng cần đo vào và dẫn dòng điện vào khung dây 1/14/202214
  16. Cơ cấu chỉ thị cơ điện ◼ Dây căng và dây treo: để tăng độ nhạy cho chỉ thị người ta thay lò xo bằng dây căng hoặc dây treo. ◼ Kim chỉ được gắn vào trục quay, độ di chuyển của kim trên thang chia độ tỉ lệ với góc quay α. ◼ Thang đo là bộ phận để khắc độ các giá trị của đại lượng cần đo. ◼ Bộ phận cản dịu là bộ phận để giảm quá trình dao động của phần động và xác định vị trí cân bằng 1/14/202215
  17. Cơ cấu chỉ thị từ điện ◼ Phần tĩnh: Nam châm vĩnh cữu (nam châm hình móng ngựa), lõi sắt, cực từ (bằng sắt non). Giữa cực từ và lõi sắt có khe hở không khí rất hẹp. ◼ Phần động: Khung dây được quấn bằng dây đồng. Khung dây gắn trên trục, nó quay trong khe hở không khí. I 1/14/202216
  18. Cơ cấu chỉ thị từ điện Nguyên tắc hoạt động. ◼ We là năng lượng điện từ tỉ lệ với độ lớn của từ thông trong khe hở không khí và độ lớn của dòng điện chạy trong khung dây. We = .I = B.S.W. .I d(B.S.W. .I) Mq = = B.S.W.I d mµ ta cã : Mc = D. Mc = Mq D. = B.S.W.I 1 = B.S.W.I = K.I D 1/14/202217
  19. Cơ cấu chỉ thị từ điện ◼ Dòng cần đo đưa vào cơ cấu chỉ được phép theo một chiều nhất định, nếu đưa dòng vào theo chiều ngược lại kim chỉ sẽ bị giật ngược trở lại và có thể gây hỏng cơ cấu. ◼ Vì vậy, phải đánh dấu + (dây màu đỏ) và - (dây màu xanh) cho các que đo. ◼ Chiều quay của kim chỉ thị phụ thuộc vào chiều dòng điện nên các đại lượng xoay chiều (tần số từ 20Hz – 100KHz) muốn chỉ thị bằng cơ cấu từ điện phải chuyển thành đại lượng một chiều và đưa vào cơ cấu theo một chiều nhất định ◼ Cơ cấu chỉ thị từ điện có độ nhạy khá cao, thang đo đều nên được ứng dụng để chế tạo Vônmet, Ampemet, Ohmmet nhiều thang đo với dải đo rộng. 1/14/202218
  20. Cơ cấu chỉ thị điện từ ◼ Phần tĩnh: Cuộn dây bên trong có khe hở không khí, một lá Kim chỉ thép cố định nằm trong lòng cuộn dây, gọi là lá tĩnh. ◼ Phần động: lá thép có khả năng di chuyển tương đối với lá tĩnh trong khe hở không khí, gọi là lá động. I 1/14/202219
  21. Cơ cấu chỉ thị điện từ ◼ Lò xo dây quấn tạo ra momen cản hay lực điều khiển để dừng kim chỉ. ◼ Momen quay do từ trường của nam châm điện tạo ra được tính bằng dWe Mq = d 1 We = L.I 2 2 1 dL Mq = I 2 2 d 1/14/202220
  22. Cơ cấu chỉ thị điện từ ◼ Momen cản vẫn do lò xo tạo ra nên Mc = D.α ◼ Khi kim chỉ dừng ở vị trí cân bằng, nghĩa là khi Mc = Mq 1 dL D. = I 2 2 d 1 dL = I 2 2.D d Vậy, độ lệch không phụ thuộc vào chiều của I, thang đo không đều vì tỉ lệ với I2. Cơ cấu chỉ thị điện từ có thể được dùng để chế tạo dụng cụ đo dòng một chiều và dòng xoay chiều như Vônmet, Ampemet tần số công nghiệp 1/14/202221
  23. Cơ cấu chỉ thị điện động ◼ Cuộn dây tĩnh hay còn gọi là cuộn kích thích được chia làm 2 phần nối tiếp nhau (quấn theo cùng chiều) để tạo thành nam châm điện khi có dòng chạy qua. ◼ Cuộn dây động quay trong từ trường được tạo ra bởi cuộn tĩnh ◼ Kim chỉ thị được gắn I1 trên trục quay của phần I2 động. ◼ Lò xo tạo momen cản và các chi tiết phụ trợ 22 khác. 1/14/2022
  24. Cơ cấu chỉ thị điện động ◼ Momen quay do 2 từ trường tương tác nhau được tính bằng: 11 W =ILILIIM22 + + e 221 1 2 2 1 2 12 ◼ Các cuộn dây có hệ số tự cảm L riêng không phụ thuộc vào góc lệch trong quá trình hoạt động (dL/dα =0) dM Mq = I .I . 12 1 2 d ◼ Vậy độ lệch của kim chỉ thị được tính theo biểu thức: 1 dM = .I .I . 12 D 1 2 d ◼ Nếu mắc các cuộn dây nối tiếp nhau, nghĩa là I1 = I2 = C.I 2 1/14/202223
  25. Bảng tổng kết các cơ cấu chỉ thị cơ điện 1/14/202224
  26. Cơ cấu chỉ thị tự ghi ◼ Trong kỹ thuật đo lường vô tuyến điện các thiết bị chỉ thị tự ghi chủ yếu là máy hiện sóng với phần chỉ thị là ống phóng tia điện tử – CRT (Cathode Ray Tube) Líi A1 A2 A3 1/14/202225
  27. Cơ cấu chỉ thị số Nguyên tắc chỉ thị số ◼ BĐX: Bộ biến đổi xung có nhiệm vụ biến đổi đại lượng cần đo x(t) thành các xung tương ứng, số xung N tỉ lệ với độ lớn của x(t) sẽ được đưa vào bộ đếm (BĐ) ◼ BĐ: Bộ đếm đếm số xung N theo một hệ đếm nhất định và đưa kết quả sang bộ giải mã (GM). ◼ GM: Bộ giải mã có nhiệm vụ đổi loại mã của bộ đếm sang kiểu phù hợp với chỉ thị (CT) ◼ CT: chỉ thị số có thể dưới dạng đèn thập phân, LED 7 vạch hay LCD 1/14/202226
  28. Cơ cấu chỉ thị số LED (light emitting diode) ◼ LED là một nguồn sáng có định hướng, với công suất phát xạ cực đại theo hướng vuông góc với bề mặt phát xạ. ◼ Mô hình phát xạ phổ biến của LED cho thấy rằng hầu hết năng lượng được phát xạ trong phạm vi 20° theo hướng phát xạ cực đại. ◼ Một số LED có gắn thêm lăng kính để mở rộng góc phát xạ theo các yêu cầu ứng dụng. 1/14/202227
  29. Cơ cấu chỉ thị số LED (light emitting diode) ◼ Giá trị là 13 tới 20ma cho dòng điện qua đèn led ◼ Led màu đỏ, màu vàng : 1,9 tới 2,1 volt ◼ Led màu xanh các loại : 3.0 tới 3.4 volt. ◼ Led màu trắng các loại : 3.4 tới 4.0 volt. 1/14/202228
  30. Cơ cấu chỉ thị số LED 7 thanh 1/14/202229
  31. Cơ cấu chỉ thị số Hiển thị 7 vạch ◼ Đèn hiển thị 7 vạch bao gồm các vạch nhỏ. Chúng có thể biểu diễn tới 16 ký tự trong đó có 10 số và 6 chữ cái như hình dưới đây: ◼ Các mã đầu vào từ 0 - 9 hiển thị các chữ số của hệ thập phân. Các mã đầu vào từ 9-14 ứng với các ký hiệu đặc biệt như đã nêu, còn mã 15 sẽ tắt tất cả các vạch. 1/14/202230
  32. Cơ cấu chỉ thị số ◼ Giải mã LS7447 1/14/202231
  33. Cơ cấu chỉ thị số ◼ Giải mã led 7 thanh 1/14/202232
  34. LCD ◼ Được sản xuất từ năm 1970, LCD là một loại vật chất phản xạ ánh sáng khi điện thế thay đổi. ◼ Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc ánh sáng nền (Back Light). 1/14/202233
  35. Chương 11: Mạch đo lường và gia công thông tin đo ◼ Mạch tỷ lệ ◼ Mạch khuếch đại đo lường ◼ Mạch gia công tính toán ◼ Mạch so sánh ◼ Mạch tạo hàm ◼ Các bộ biến đổi tương tự số (ADC) - số tương tự (DAC) ◼ Mạch đo sử dụng kĩ thuật vi xử lý 1/14/202234
  36. Chức năng và phạm vi làm việc: ◼ Chức năng của mạch đo: chức năng cơ bản của mạch đo là thực hiện các phép tính. Phương trình quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của mạch đo trong trường hợp đơn giản là tỉ số W=Y/X với X là tập các đầu vào và Y là tập các đầu ra. Dựa vào hàm truyền đạt W xác định được chức năng của mạch đo. ◼ Phạm vi của mạch đo: hàm truyền đạt W được xác định trong một phạm vi nào đó của đại lượng vào và đại lượng ra gọi là phạm vi làm việc của mạch đo, vượt ra ngoài phạm vi đó thì W không còn đảm bảo sai số cho phép. 1/14/202235
  37. 6.1. Mạch tỷ lệ ◼ Đây là mạch rất thông dụng trong các mạch đo lường, có hai loại là : U3 Mạch tỷ lệ dòng R3 Mạch tỷ lệ dòng U2 R2 ~ Rt U1 I1 L2 L1 R1 I2 K Rct Uct 1/14/202236
  38. Mạch tỷ lệ dòng ◼ Để biến đổi dòng trong mạch một chiều người ta mắc các điện trở sun còn trong mạch xoay chiều người ta sử dụng các biến dòng điện. ◼ Điện trở sun là điện trở mắc song song với cơ cấu chỉ thị dùng để chia dòng một chiều. ◼ Điện trở sun có cấu trúc đặc biệt với 4 đầu Rct Rct Rs = Ict n −1 I I n = Rs Ict Is 1/14/202237
  39. Mạch tỷ lệ dòng ◼ Hai đầu dòng để đưa dòng Is vào còn hai đầu áp sẽ lấy áp ra mắc với cơ cấu chỉ thị. Điện trở sun được chế tạo với dòng từ mA đến 10.000A và điện áp khoảng 60, 75, 100, 150 và 300mV. ◼ Muốn dùng điện Rct Ict trở sun có nhiều hệ số I chia dòng khác nhau người ta R1 R2 R3 mắc như hình Is I3 K dưới đây, I2 I1 1/14/202238
  40. Mạch tỷ lệ dòng Rct ◼ Mở rộng thang đo Ict I R1 R2 R3 Is I3 K Rct + R2 + R3 I1 Rs1 = R1 = ,n1 = I2 n1−1 Ict I1 Rct + R3 I 2 Rs2 = R1+ R2 = ,n2 = n2 −1 Ict Rct I3 Rs3 = R1+ R2 + R3 = ,n3 = n3 −1 Ict Dòng xoay chiều nếu muốn dùng điện trở sun để chia thì tải phải là thuần trở. 1/14/202239
  41. Biến dòng điện ◼ Biến dòng là một biến áp mà thứ cấp được ngắn mạch, sơ Rt cấp nối tiếp với mạch có ~ I1 dòng điện chạy qua. Nếu biến L1 L2 dòng lý tưởng và không có I2 tổn hao thì: K I 2 W1 K I = = I1 W2 I1, I2 là dòng qua cuộn sơ cấp và thứ cấp W1, W2 là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp 1/14/202240
  42. Mạch tỷ lệ dòng Bài 1: Cho một miliampemet từ điện, có thang chia độ 150vạch. Giá trị độ chia CI=0.2mA/vạch. Điện trở cơ cấu đo Rcc=2. Vẽ sơ đồ mạch Ampemet và tính các giá trị điện trở R1, R2, R3 mắc nối tiếp tạo thành các điện trở Sun cho 3 giới hạn đo dòng điện 5A, 10A và 15A Bài 2:Vẽ sơ đồ và tính giá trị các điện trở R1,R2,R3 mắc nối tiếp tạo thành các Sun của miliampemet chỉnh lưu có 3 giới hạn đo 1mA,10mA, và 100mA. Chỉ thị là cơ cấu điện có Iccmax= 0.3mA; Rcc= 350. Điện áp lệch thang đo ứng với giới hạn đo nhỏ nhất Un= 0.27V 1/14/202241
  43. Mạch tỷ lệ áp ◼ Mạch phân áp: là mạch phân điện áp, thường có U2 nhỏ hơn U1 tức là công suất ra nhỏ hơn công suất vào. ◼ Các mạch phân áp thường dùng Mạch phân áp điện trở Mạch phân áp điện dung Mạch phân áp điện cảm Mạch biến áp đo lường 1/14/202242
  44. Mạch phân áp điện trở U1 m = ◼ Gọi hệ số phân áp là U 2 U1 I(R1+ R2) R1 m = = = 1+ U 2 I.R2 R2 ◼ Khi tải là những cơ cấu chỉ thị có điện trở không đổi, người ta dùng R2 là điện trở của ngay bản thân chỉ thị. R1 gọi là điện trở phụ. R1 = R2.(m −1) Rp = Rct.(m −1) 1/14/202243
  45. Mạch phân áp điện trở ◼ Để tăng thêm độ chính xác người ta sử dụng biến trở trượt được gắn thang chia độ, trên ấy có khắc hệ số phân áp tương ứng hoặc các hệ số phân áp nhảy cấp. ◼ Khi muốn có nhiều hệ số chia áp khác nhau người ta có thể mắc điện trở phụ như sau: U3 U1 Rp1= R 1 = Rct ( m 1 − 1) m1 = R3 Uct U2 U2 Rp2= R 1 + R 2 = Rct ( m 2 − 1) m2 = R2 Uct U1 U3 Rp3= R 1 + R 2 + R 3 = Rct ( m 3 − 1) m3 = R1 Uct Rct Uct 1/14/202244
  46. Mạch phân áp điện trở ◼ Mạch phân áp điện trở thường được sử dụng trong các mạch vào của các dụng cụ đo, ví dụ như hình bên nó được sử dụng trong vôn kế xoay chiều 1/14/202245
  47. Mạch phân áp điện dung ◼ Mạch này được sử dụng trong mạch xoay chiều. ◼ Có thể tính m như sau: UZ11 C1 R1 m = =1 + UZ22 U1 1 R2 voi Z1== R1//C1 C2 1/R1+ j C1 U2 1 Z2== R2//C2 1/R2+ j C2 1 C2 + 1/R 2+ j C 2 jR 2 Tần số khá lớn thì m =11 + = + 1 C2 1/R 1+ j C 1 C1+ m = 1+ jR 1 C1 Mạch phân áp điện dung thường được sử dụng trong mạch có tần số cao. Phân áp chỉ phụ thuộc 46 vào tụ điện. 1/14/2022
  48. Mạch phân áp điện cảm ◼ Có thể coi mạch như một biến áp tự ngẫu, đầu vào và đầu ra được nối với nhau cả về phần điện lẫn phần từ. U1 W1 L ◼ Khi đó hệ số phân áp là: W2 U2 U1 W1 m = = U 2 W 2 ◼ Để đảm bảo điều kiện biến áp lý tưởng lõi thép phải chế tạo kiểu mạch từ kín, từ thông móc vòng đều trên toàn cuộn phân áp, từ thông tản vừa nhỏ vừa đều. 1/14/202247
  49. Mạch biến áp đo lường ◼ Đầu vào / ra có thể liên hệ với U~ nhau bằng điện và từ (trong W1 trường hợp biến áp tự ngẫu) hoặc chỉ bằng từ và cách điện với nhau W2 ◼ Giống với phân áp điện cảm nhưng khác nhau hệ số có thể lớn hoặc nhỏ hơn 1. ◼ Hệ số phân áp U1 W1 m = = U 2 W 2 ◼ Mạch biến áp này dùng để đo điện áp xoay chiều có điện áp rất cao ở cuộn sơ cấp bằng một Vôn kế có khả năng đo điện áp nhỏ hơn rất nhiều mắc ở cuộn thứ cấp 1/14/202248
  50. Mạch biến áp đo lường ◼ Ví dụ một mạch đo nguồn xoay chiều có dòng và áp rất lớn bằng cách sử dụng biến dòng và biến áp 1/14/202249
  51. Mạch khuếch đại ◼ Mạch khuếch đại cho tín hiệu ra có công suất lớn hơn rất nhiều so với đầu vào. Ở phương tiện gia công tin tức thì Xr = K.Xv ◼ Mạch khuếch đại đo lường còn có khả năng mở rộng đặc tính tần của thiết bị đo và đặc biệt là tăng độ nhạy lên nhiều lần cũng như tăng trở kháng đầu vào của thiết bị. ◼ Mạch khuếch đại có thể được thực hiện bởi đèn điện tử, đèn bán dẫn và vi mạch. Mạch khuếch đại dòng (lặp điện áp) Mạch khuếch đại công suất Mạch khuếch đại điều chế Khuếch đại đo lường Mạch khuếch đại cách ly 1/14/202250
  52. Mạch khuếch đại dòng (lặp điện áp) ◼ Mạch này có nhiệm vụ khuếch đại dòng điện lên giá trị lớn hơn còn điện áp có lặp lại như đầu vào hoặc suy giảm chút ít. ◼ Ví dụ một số sơ đồ lặp điện áp như hình dưới đây: +Ec +Ec Uv Q1 Uv U1 NPN Q2 OPAMP5 NJFET Uv Ur Ur Ur + R R 1/14/202251
  53. Mạch khuếch công suất ◼ Đây là mạch kết hợp cả khuếch đại dòng và khuếch đại áp để có công suất lớn.+15V Rc R1 C3 C1 Ur Uv Rt R2 Re C2 1/14/202252
  54. Khuếch đại đo lường ◼ Trong các mạch đo lường thường sử dụng bộ KĐ đo lường, là mạch kết hợp các bộ lặp lại và các bộ khuếch đại điện áp. ◼ Mạch khuếch đại đo lường gồm có hai tầng: ◼ Tầng 1: hai bộ lặp dùng khuếch đại thuật toán ◼ Tầng 2: ◼ Hệ số khuếch đại cả mạch 1/14/202253
  55. Mạch khuếch đại điều chế ◼ Để tránh hiện tượng trôi điểm không và sự lệch điện áp ra do sự tăng giảm của nguồn cung cấp ở KĐ một chiều, người ta dùng biện pháp biến tín hiệu một chiều đầu vào thành xoay chiều, sau đó cho qua bộ KĐ xoay chiều và cuối cùng biến đổi lại thành điện áp một chiều ở đầu ra, mạch như vậy gọi là mạch khuếch đại điều chế. 1/14/202254
  56. Mạch khuếch đại cách ly ◼ Trong kỹ thuật đo cần phải đo những điện áp lớn có khi đến vài kilôvôn, tức là cao hơn nhiều so với điện áp cho phép. Để giải quyết vấn đề này cần phải tách mạch đo thành hai phần cách ly nhau về điện: Phần phát: làm việc dưới điện áp cần đo. Phần thu: làm việc dưới điện áp đủ thấp cho phép. 1/14/202255
  57. Mạch gia công tính toán ◼ Mạch cộng không đảo ◼ Mạch cộng đảo ◼ Mạch trừ ◼ Mạch nhân ◼ Mạch chia ◼ Mạch tích phân ◼ Mạch vi phân 1/14/202256
  58. Mạch cộng đảo ◼ Tín hiệu ra Ura tỉ lệ với tổng đại số của các tín hiệu vào n RRRRf f f f UUUUUra= −12 − − − n = − i RRRR12 nii=1 ◼ Nếu Rf = R1 = R2 = = Ri = Rn thì: n UUra=− i i=1 1/14/202257
  59. Mạch cộng không đảo ◼ Tín hiệu ra Ura tỉ lệ với tổng đại số của các tín hiệu vào 11 RR n UUUUU=11 +ff + + + = + ra ( 12 n)  i n Rnn n R i=1 ◼ Nếu Rf n =+ 1 Rn ◼ Thì n UUra=  i i=1 1/14/202258
  60. Mạch trừ ◼ Tín hiệu ra Ura tỉ lệ với tổng đại số của các tín hiệu vào ◼ Trường hợp đặt biệt thì 1/14/202259
  61. Mạch nhân ◼ Có nhiều trường hợp phải sử dụng mạch nhân như khi đo công suất P=U.I.cosφ hoặc khi cần nhân hai điện áp vì thế mạch nhân rất quan trọng trong đo lường. ◼ Các phần tử nhân thường dùng trong đo lường là: Phần tử điện động, phần tử sắt điện động: được dùng để chế tạo các wátmét đo công suất. Chuyển đổi Hôn (Hall): sử dụng để đo công suất. Các bộ nhân điện tử: phép nhân tín hiệu tương tự có thể thực hiện bằng nhiều cách, ở đây chỉ xét hai cách phổ biến nhất là nhân bằng các phần tử lôgarit và nhân bằng phương pháp điều khiển độ dẫn của tranzito. 1/14/202260
  62. Mạch nhân Bộ nhân sử dụng nguyên lí lấy lôgarit và đối lôgarit: Các mạch (IC1, T1) và (IC2, T2) làm nhiệm vụ tạo hàm lôgarit U x UUra1 =− T .ln IRES 1 U y UUra2 =− T .ln IRES 2 - UT là thế nhiệt của tranzito - IES là dòng điện ngược bão hòa của tiếp giáp EC, hệ số phụ thuộc nhiệt độ. 1/14/202261
  63. Mạch nhân ◼ IC3 là mạch cộng UUUra3= − ( ra 1 + ra 2 ) U U = − U lnx + ln y T IRIRES12 ES ◼ Mạch IC4 tại hàm mũ  U x U y UUUra43=exp( ra) = exp  T ln + ln IRIR  ES12 ES chọn α = UT = CU U ◼ Ngày nay cácxy mạch nhân được tích hợp trong một IC, các mạch nhân sử dụng nguyên lý này là: 755N (hãng Analog Devices), 433 (hãng Analog Devices), 4301 (hãng Burr Brown) 1/14/202262
  64. Mạch chia ◼ Mạch chia được sử dụng rộng rãi trong các phép đo gián tiếp. Kết quả phép đo có thể là một đại lượng hoặc là một giá trị không có thứ nguyên ( thường đặc trưng cho phẩm chất). ◼ Thông dụng nhất là cá phương pháp: lôgômét, mạch cầu, mạch chia điện tử Mạch chia bằng cơ cấu chỉ thị lôgômét: có góc quay của kim chỉ thị tỉ lệ với tỉ số của hai dòng điện Mạch chia dựa trên mạch cầu cân bằng: mạch lấy tỉ số giữa hai điện trở của hai nhánh của cầu R3 là biến trở phụ thuộc góc quay 1/14/202263
  65. Mạch chia ◼ Mạch chia điện tử I I x x UK= UKra = 2 t 1 I I y y 1/14/202264
  66. Mạch tích phân ◼ Trong kỹ thuật đo lường thường sử dụng các khâu tích phân. Ví dụ việc biến đổi các tín hiệu rời rạc (discrete) thành tín hiệu liên tục (analog) để đưa tín hiệu vào dụng cụ đo tương tự hay trong mạch đo tần số 1/14/202265
  67. Mạch vi phân di ◼ Mạch vi phân RL uL= L L dt ◼ Mạch vi phân RC du ic= c C dt 1/14/202266
  68. Mạch so sánh ◼ Mạch so sánh được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật đo lường, mạch có tác dụng phát hiện thời điểm bằng nhau của hai đại lượng vật lý nào đó (thường là giá trị điện áp). Trong phương pháp đo kiểu so sánh thường sử dụng mạch so sánh để phát hiện thời điểm không của điện kế. ◼ Các mạch so sánh phổ biến là các mạch sử dụng KĐTT mắc theo kiểu một đầu vào hay hai đầu vào, hoặc có thêm phản hồi dương nhỏ để tạo ra đặc tính trễ của bộ so sánh. Cũng có thể sử dụng các điện trở mẫu như: mạch cầu, mạch điện thế kế với thiết bị chỉ thị lệch không với điện thế kế. 1/14/202267
  69. Bộ so sánh các tín hiệu khác dấu bằng KĐTT mắc theo mạch một đầu vào ◼ Bộ so sánh này được sử dụng để so sánh hai điện áp vào khác dấu, KĐTT hoạt động ở chế độ khuếch đại vòng hở theo nguyên tắc u = up − u n =00 → u ra = + u = up − u n 0 → u ra = E K − u = up − u n 0 → u ra = E K 1/14/202268
  70. Bộ so sánh các tín hiệu khác dấu bằng KĐTT mắc theo mạch hai đầu vào ◼ Mạch này được sử dụng để so sánh hai tín hiệu cùng dấu. u = up − u n =00 → u ra = + u = up − u n 0 → u ra = E K − u = up − u n 0 → u ra = E K 1/14/202269
  71. Mạch cầu đo ◼ Cầu cân bằng RRRR1 4= 2 3 Thay một điện trở của cầu (ví dụ R1) bằng điện trở cần đo Rx, ở trạng thái cầu cân bằng có: R 3 RRx = 2 R 4 Nếu chọn R3 = R4 thì Rx = R2 với R2 là điện trở đã biết từ đó biết được giá trị của Rx. Đây là phép đo điện trở với độ chính xác cao dựa trên nguyên lý so sánh cân bằng 1/14/202270
  72. Mạch tạo hàm Mạch tạo hàm bằng biến trở Biến trở của mạch tạo hàm có thiết diện được chế tạo theo hàm số mong muốn Di chuyển của con chạy tỉ lệ với đại lượng vào: l =k X Gọi điện trở toàn bộ biến trở là Rbt, điện áp toàn bộ đặt lên nó là Ubt, điện áp ra sẽ là Ubt Ura== R x k. R x Rbt Nếu Rx = f( l) thì Ura = k f( l) 1/14/202271
  73. Mạch tạo hàm bằng điốt bán dẫn ◼ Điện áp vào là Ux. Nhờ bộ phân áp AB trên dãy đặt điện áp nền U0 , ở các catốt của điốt có điện áp U01, U02 ◼ Khi 0 < Ux < Ux1: Các diode khóa RN UUNX= RR+ N ◼ Khi Ux1 < Ux < Ux2 : D1 mở RR IUR=+/ 1 N X 1 RR1 N RR1+ N RE = RR1+ N RU X UNXX= U − IR = U − RR+ E Để hiệu chỉnh độ cong có thể thay đổi các giá trị điện trở R1, R2, R3, R4 cho phù hợp. 1/14/202272
  74. Các bộ biến đổi tương tự - số, số - tương tự Các bộ biến đổi A/D ◼ Có 3 phương pháp khác nhau Phương pháp song song Phương pháp trọng số Phương pháp số Các bộ biến đổi D/A ◼ Có 2 phương pháp cơ bản để biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự như sau: Phương pháp lấy tổng các dòng trọng số Phương pháp dùng khoá đổi chiều 1/14/202273
  75. ADC (analog-digital converter) ◼ Qui trình Bước thứ nhất để chuyển đổi một tín hiệu analog liên tục thành dạng digital là đổi tín hiệu thành một dãy các số theo quy ước = “lấy mẫu hàm thời gian” Mỗi dãy số biểu diễn cho 1 giá trị liên tục: Để làm việc đó cần làm tròn mỗi số trong dãy. VD: Nếu các mẫu nằm trong khoảng từ 0 đến 10V, mỗi mẫu sẽ được làm tròn đến số nguyên gần nhất. Chẳng hạn các từ mã (code words) sẽ rút ra từ 11 số nguyên (từ 0 đến 10) Trong đa số các hệ thống số, dạng thực tế được chọn cho các từ mã là một số nhị phân 0 và 1 cho truyền thông thuận tiện hơn Trở lại thí dụ trên, converter sẽ hoạt dộng trên nhưng mẫu từ 0 đến 10V bằng cách làm tròn những trị mẫu đến giá trị điện áp (Volt) gần nhất, rồi đổi số nguyên đó thành số nhị phân 4 bit (mã BCD). Sự chuyển đổi A/ D được xem như là sự lượng tử hoá ( quantizing ). Trong sự lượng tử hoá đều đặn, các trị liên tục của hàm thời gian được chia thành những vùng đều đặn, và một mã số nguyên được kết hợp cho mỗi vùng. Như vậy, tất cả các trị của hàm trong một vùng nào đó đều được mã hoá thành một số nhị phân giống nhau. 74
  76. ADC (analog-digital converter) ◼ Qui trình Hình dưới chỉ nguyên lý lượng tử hoá 3 bit theo hai cách khác nhau. Hình trái chỉ khoảng các trị của hàm được chia làm 8 vùng eău nhau. Mỗi vùng kết hợp với một số nhị phân 3 bit. Chọn 8 vùng vì 8 là luỹ thừa của 2 ( = 23 ). Tất cả tổ hợp 3 bit đều được dùng, làm hiệu quả lớn hơn. Hình phải chỉ sự lượng tử hoá bằng cách dùng sự liên hệ của input và output. Trong khi input thì liên tục, output chỉ lấy những trị rời rạc. Bề rộng của mỗi bậc không đổi. Vì sự lượng tử hoá thì đều đặn. 75
  77. ADC (analog-digital converter) ◼ Qui trình Hình dưới chỉ một tín hiệu liên tục s(t) và dạng tín hiệu số của nó cho bộ đổi ADC 2 bit và 3 bit. 76
  78. ADC (analog-digital converter) ◼ Phân loại mạch lượng tử hóa Lượng tử hoá đếm, đếm lần lượt ứng với s thođng qua mỗi mức lượng tử. Lượng tử hoá nối tiếp, tạo ra một từ mã, từng bit một. Đó là, chúng bắt đầu với bit có tróng soâ lớn nhất ( MSB ) và làm việc đến bit co tróng soâ nhỏ nhất ( LSB ). Lượng tử hoá song song, tạo ra cùng lúc tất cả các bit của một từ mã hoàn chỉnh. 77
  79. ADC ◼ Lượng tử hóa đếm Ramp generator (mạch tạo đường dốc) bắt đầu tại mỗi điểm lấy mẫu. Mạch đếm cũng bắt đầu cùng lúc. Ngõ ra của mạch S/H là một tín hiệu bậc thang xấp xỉ với tín hiệu gốc. (Những bậc sẽ giữ trị mẫu trước đó trong suốt mỗi khoảng lấy mẫu). Mạch đếm sẽ stop khi đường dốc đạt đến trị mẫu. 78
  80. ADC ◼ Lượng tử hóa đếm Thời gian đếm Ts tỷ lệ với trị mẫu( vì độ dốc được giữ không đổi ). Tần số clock chọn sao cho mách eâm có đủ thời gian để đếm đến số đếm cao nhất của nó đối với một khoảng thời gian (duration) của đường dốc tương ứng với mẫu lớn nhất. Số đếm cuối trên bộ đếm tương ứng với mức lượng tử hoá. VD: Thiết kế một khối lượng tử hoá đếm cho một tín hiệu tiếng nói có tần số tối đa 3 kHz. Độ dốc của đường dốc 106 V/sec. Biên độ tín hiệu nằm trong khoảng 0 đến 10 V. Tìm tần số Clock cần thiết nếu dùng một counter 4 bit. ❑ Giải : Lý do duy nhất để xét tần số max của tín hiệu là xem độ dốc có đủ để đạt đến trị max của mẫu hay không ( trong một chu kỳ lấy mẫu ). Với tần số max của tần số tín hiệu là 3 kHz, nhịp lấy mẫu tối thiểu là 6 kHz. Vậy chu kỳ lấy mẫu max là1/6msec. Vì đường dốc có thể đạt đến tối đa 10V trong 0,01 msec, nó đủ nhanh để tránh được quá tải. ❑ Counter phải có thể đếm từ 0000 đến 1111 trong 0,01 msec. Tần số Clock phải là 1,6 MHz, vì cần trên 16 lần đếm trong một chu kỳ lấy mẫu. 79
  81. ADC ◼ Lượng tử hóa nối tiếp: Hình dưới chỉ sơ đồ khối của lượng tử hoá nối tiếp 3 bit, các input nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Các hộp hình thoi là các bộ so sánh. Chúng ta so sánh input với một giá trị cố định và cho một output nếu input vượt quá một giá trị cố định đó và một đầu ra khác nếu ngược lại. Sơ đồ khối chỉ hai đường output có thể, được đặt tên là YES và NO. Nếu khoảng của input của các giá trị mẫu không là 0 đến 1V, tín hiệu sẽ được chuẩn hóa ( được dời rồi khuếch đại hoặc giảm ) để được những giá trị nằm trong khoảng đó. Nếu cần số bit nhiều hơn ( hoặc ít hơn ) các khối so sánh được thêm vào ( hay bớt ra ). Số khối so sánh bằng số bit mã hoá. b2 là bit thứ nhất của trị mẫu được mã hoá. Bit có trọng số lớn nhất (MSB). b0 là bit thứ ba, cũng là bit cuối, bit có trọng số nhỏ nhất (LSB). 80
  82. ADC ◼ Lượng tử hóa nối tiếp: VD: Giải thích hoạt động của hình trên, ứng với 2 trị mẫu của input: 0,2 và 0,8 V. Giải : ❑ Với 0,2 V Sự so sánh thứ nhất với 1/4 có đáp số là No. Vậy b2 = 0 so sánh thứ 2 với 1/4 cũng có lời đáp là No.Vậy b1 = 0. So sánh thứ ba, Yes.Vậy b0 = 1. Do đó, mã nhị phân cho 0,2V là 001. ❑ Với 0,8V. So sánh thứ nhất với 1/2 Yes => b2= 1 ta trừ với1/2được 0,3. So sánh thứ hai với,1/4 Yes => b1 = 1 và ta trừ với 1/4 được 0,05. So sánh thứ ba vớ 1/8, No => b0 = 0. Vậy mã cho 0,8V là 110. ❑ Một hệ thống đơn giản hoá có thể thực hiện được như hình 7.5, ở ngõ ra của khối (-1/2) đặt một khối X2 rồi hồi tiếp kết quả về khối so sánh thứ nhất. Tín hiệu mẫu có thể qua sơ đồ nhiều lần để đạt được số bit của chiều dài của từ mã hóa. 81
  83. ADC ◼ Lượng tử hóa song song: Điện áp vào được so sánh đồng thời với n điện áp chuẩn và xác định chính xác xem nó đang ở giữa 2 mức nào. Kết quả là ta có 1 bậc của tín hiệu xấp xỉ. Phương pháp này có tốc độ cao nhưng do phải sử dụng nhiều bộ so sánh nên giá thành rất cao Hình dưới trình bày một mạch biến đổi song song 3 bit, mỗi bậc của tiến trình là 1V. Cầu chia điện thế lập ra các mức điện thế tham khảo cho mỗi mạch so sánh. Ta thấy có 7 mức mà các trị giá là 1, 2, 3, 4, 5,6,7V. Điện thế tương tự vào VA được đưa vào mỗi ngõ vào của các mạch so sánh. ICL7126 82
  84. ADC ◼ Lượng tử hóa song song: Bảng sự thật Nếu VA 1v, có ít nhất một ngõ ra các mạch so sánh xuống thấp. Các ngõ ra được đưa vào mạch mã hoá ưu tiên tác động thấp, tạo một số nhị phân tương ứng với chân ra mạch so sánh có hiệu lực. Chân ra mạch so sánh có hịêu lực là chân có chỉ số cao nhất (nếu đồng thời có nhiều chân ra cùng xuống thấp). ❑ VD: Khi VA nằm giữa 3 và 4v. Các chân ra C1, C2 và C3 đều thấp. Tất cả các chân khác cao. Mạch mã hoá ưu tiên chỉ thực hiện với trị giá thấp của C3, và cho ra ngõ CBA=011 (biễu diễn cho số nhị phân tương đương của VA với độ phân giải 1v). ❑ Khi VA cao hơn 7V, C1-C7 đều thấp. Ngõ ra mạch mã hoá CBA=111. ❑ Mạch ADC song song không cần xung đồng hồ, vì nó không có mạch đếm đồng bộ hoặc những thao tác tiến trình tuần tự. Tiến trình đổi gần như tức thời, ngay khi đặt VA vào. Thời gian chuyển đổi tuỳ thuộc duy nhất sự trễ của các mạch so sánh và mạch mã hoá. ❑ Mã hoá PCM thực tế :Khối mã hoá PCM ( Pulse Code Modulation.- Biến điệu mã xung ) được đặt trong IC. ❑ Bộ lượng tử hoá đếm được xem là bộ chuyển đổi A/D hai đường dốc. Mẫu được đặt ra một mạch tích phân trong một khoảng thời gian cố định. Output thì tỷ lệ với trị mẫu. Sau đó input được chuyển đến một trị điện thế tham khảo ( ngược dấu với mẫu ), counter bắt đầu và output của mạch tích phân được so sánh với zero. Counter sẽ stop khi đường dốc output của mạch tích phân đạt đến zero. 83
  85. ADC - Phương pháp trọng số ◼ Việc so sánh diễn ra cho từng bit của số nhị phân. ◼ Cách thực hiện: .Xác định điện áp vào có vượt điện áp chuẩn của bit già nhất hay không. Nếu nhỏ hơn mang giá trị 0 và giữ nguyên giá trị, nếu vượt mang giá trị “1” và lấy điện áp vào trừ điện áp chuẩn tương ứng. Phần dư được đem so sánh với bit trẻ lân cận và lại thực hiện như trên. Tiếp tục tiến hành tới bit trẻ nhất. Như vậy, trong số nhị phân có bao nhiêu bit thì có bấy nhiêu bước so sánh và điện áp chuẩn. 1/14/202284
  86. ADC - Phương pháp số ◼ Tiến hành so sánh lần lượt với từng đơn vị của bit trẻ nhất. Phương pháp này rất đơn giản nhưng mất nhiều thời gian hơn phương pháp song song 1/14/202285
  87. ADC tích phân 2 sườn xung ◼ Đặc điểm: Thời gian biến đổi chậm, hàng chục hàng trăm ms Loại bỏ được nhiễu lưới công nghiệp (50/60 Hz) Rẻ, độ phân li cao, độ chính xác cao, nếu Internal Ref và clock thì đắt hơn Dùng để đo lường, thu thập số liệu trong công nghiệp VD: ❑ ICL 7107, 15 17kđ, • In: -2V 2V, Out: -1999 => 1999, 4.000 counts 12 bit, • LED 7 Seg drive directly w current soursers for display • Converssion time: 20 40ms ❑ ICL 7135, 25 30kđ, • Inp: -2V +2V, Out: -19999 =>+19999, 40.000 count > • 15bit, 400 ms converssion time • De-Multiplexed Out BCD for 5 digits of 7 Seg, scanned ❑ ICL 7109, 120kđ, w REF & Clock • Inp: -2V +2V, Out: 12 bin + pole, 8/16 bit interface to CS 86
  88. ADC tích phân 2 sườn xung ◼ Nguyên lý ◼ Hoạt động 87
  89. ADC tích phân 2 sườn xung ◼ Hoạt động 88
  90. Mạch đo sử dụng vi xử lý (μP-MicroProcessor) ◼ Trong các dụng cụ sử dụng μP thì mọi công việc thu nhận, gia công xử lý và cho ra kết quả đo đều do μP đảm nhận theo một thuật toán đã định sẵn. 1/14/202289
  91. A. Biến đổi áp- áp 90
  92. Biến đổi áp- áp (2) 91
  93. Biến đổi dòng- dòng 92
  94. Biến đổi dòng áp 93
  95. Biến đổi áp dòng 94
  96. Biến đổi điện trở áp/dòng 95
  97. BiÕn ®æi R thµnh ¸p 96
  98. Phép biến đổi dạng tín hiệu n Xrr( t) =− X tk ( t kT ) k =1 ◼ Phép rời rạc hóa: Một tín hiệu bất kỳ có thể biến thành một dãy các xung hẹp có giá trị bằng giá trị tức thời tại thời điểm xét ◼  (toán tử Dirac) có thể viết: 1 j( t− kT) d 1 t= kT  (t− kT) = e = 2 − 0 t kT ◼ Đặt * =(t)   ( t− kT ) =Xrr ( t) X( t) . *(t) k =− 97
  99. Sai số rời rạc hóa ◼ Giá trị tín hiệu trong thời gian (t = TK, t = TK+1) nằm trong khoảng (XK, XK+1) lệch nhau X = Xk+1 - Xk, XX+ ◼ Giá trị trung bình X = KK+1 tb 2 2 XX− ◼ Sai số: X ( KK+1 )  rr == XXXtb K+ K +1 Chu kỳ rời rạc hóa của tín hiệu tuyến tính được tính  X V là tốc độ biến thiênT của= rrtín khiệu (Slew rate) tại điểm k V XX+ V = KK+1 T 98
  100. Trường hợp không tuyến tính ◼ Trong trường hợp tín hiệu biến thiên bất kỳ 2 X m Trr = gm Trr = Chu kỳ rời rạc hoá.  = sai số yêu cầu của phép rời rạc hoá. Xm = giá trị cực đại của tín hiệu gm = giá trị cực đại của gia tốc tín hiệu; d2 X( t) g = m dt 2 99
  101. Ví dụ ◼ Ta muốn rời rạc một tín hiệu hình sin với sai số  =1%. 2( 0.01) X m Trr = 2 Xtmsin 2 ❑ g cực đại lúc sin t = 1; gm=Xm. ◼ Thay vào 2( 0.01) Tsin TTTrr= sin → rr = (2 )2 44 ◼ Chu kỳ rời rạc bằng 1/44 chu kỳ của tín hiệu hình sin. ◼ Kết quả này lớn hơn rất nhiều so với định lý lấy mẫu Shannon Thực hiện việc lấy mẫu như thế nào? 100
  102. Bộ lấy mẫu và ghim giữ S & H (Sample and Hold). ◼ Bộ này thực hiện phép lấy mẫu khi có lệnh, sau đó giữ nguyên giá trị cho đến lần lấy mẫu sau Tín hiệu Tín hiệu ra Điều khiển Lấy mẫu Tín hiệu điều khiển Ghim giữ ❑ Nó gồm một tụ điện C và một khoá điện tử K. ❑ Điện trở khi đóng của khoá điện tử rất nhỏ để cho hằng số thời gian nạp tụ điện rất ngắn. nạp = RC rất nhỏ, tụ điện nạp luôn điện áp đầu vào tại ngay thời điểm công tắc đóng. Giải thích❑ Sau khi đóng xong công tắc có thể nhả ra, nhưng điện áp trên tụ điện C vẫn được duy trì tại giá trị UK khi đóng mạch, lý do là điện trở đầu ra (vào dụng cụ phía sau) rất lớn phóng = CR' rất lớn. 101
  103. Khôi phục tín hiệu ◼ Sau khi rời rạc hóa kết quả là số liệu tại các thời điểm rời rạc khác nhau ◼ Chuyển các tín hiệu rời rạc đó thành tín hiệu liên tục được gọi là phục hồi tín hiệu rời rạc. ◼ Thực hiện kỹ thuật: sử dụng mạch là bằng, phối hợp các R và C nối tiếp, song song như ở các mạch lọc với các tần số lọc khác nhau. Đơn giản nhất là nối các điểm rời rạc bằng cách nối chúng bằng các đoạn thẳng. 102
  104. Phép lượng tử hóa ◼ Phép lượng tử hóa là quá trình làm tương ứng tín hiệu đo lường thành một số nguyên những lượng tử của đại lượng mang thông tin của tín hiệu XNXtx=  0 ✓ Xt là giá trị của tín hiệu đo tại thời điểm đo t. ✓ NX là số lượng tử của đại lượng tín hiệu. ✓ X0 là lượng tử đại lượng tín hiệu, nghĩa là giá trị bé nhất có nghĩa dùng để đo tín Lượnghiệu tử của đại lượng đo (LSB -Lowest Significatif Bit) ◼ Mô tả bằng phương trình X X= N X .1 → N = Ent ti lt()( tii i0 t − t) i X 0 103
  105. Kỹ thuật lượng tử hóa- ADC ◼ Trong thực tế, đại lượng đo thường biến thiên. Để có thể giám sát một đại lượng biến thiên, thì khi lượng tử hoá (mã hoá), ta phải rời rạc hóa tín hiệu và ghim giữ giá trị của đại lượng trong một khoảng thời gian thích hợp để quá trình lượng tử và mã hoá kịp tiến hành. 104
  106. Ví dụ một số loại ADC của Burr Brown Sai số phi Tốc độ biến Ra nối tiếp Ký hiệu Số bit tuyến Điện áp vào Ghi chú đổi song song % ADS 930 8 0,097 FF,GG 30MHz P (song song) chuẩn ngoài ADS 900 10 CC 20MHz P Công suất thấp chuẩn trong ADC 85H 12 0,012 D,E,N,R,S 100kHz S,P,S (nối tiếp) Tốc độ trung bình ADC 800 12 0,024 Z 40MHz P lấy mẫu, chuẩn trong ADS7800 12 0,012 R,S, 330kHz P Lấy mẫu, giao diện ADS7820 12 0,01 D 100kHz P tương thích với 7821 ADC700 16 0,003 D,E,F,N,R,S 58kHz P song song ADS7805 16 0,0045 S 100kHz P chân tương thích với 7808 ADS7809 16 0,006 C,D,E,P,R,S 100kHz P Lấy 4 kênh vào MUX ADS7825 16 0,002 S 40kHz S, P ADC101 20 2,5ppm Dòng 15kHz S(nối tiếp) chính xác cao Lập trình công suất thấp 4 kênh,lấy ADS1213 20 0,0015 D,S S được trong  ADS101 20 0,003 O 200KHz S Dùng cho DSP , Lập trình ADS1210 24 0,0015 D,S S 1 kênh, 4 kênh,MUX,  được ADS1211 24 0,0015 D,S Lập trình S 105
  107. Một số phép biến đổi tín hiệu khác ◼ Biến đối tuyến tính ◼ Biến đổi các tín hiệu chu kỳ ◼ Xử lý tín hiệu ngẫu nhiên ◼ Phép điều chế 106