Đề cương ôn tập môn cảm biến và hệ thống đo

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO
ÔN TẬP CHƯƠNG 1
1. Thế nào là đường cong chuẩn của cảm biến? Trình bày phương pháp chuẩn nhiều lần?
2. Trình bày Độ nhạy trong chế độ tĩnh và chế độ động
3. Em hiểu thế nào về khái niêm đường thẳng tốt nhất của cảm biến?
4. Có bao nhiêu loại sai số của cảm biến? Nguyên nhân gây ra sai số là gì
5. Trình bày các hiệu ứng trong chế tạo cảm biến
6. Mạch cầu wheatstone có cấu tạo thế nào? Hãy cho một ví dụ sử dụng mạch cầu
wheatstone trong cảm biến và đo lường?
7. Hãy phân tích các loại sai số của cảm biến, nguyên nhân sai số, phương pháp hạn chế sai
số? Lấy một ví dụ liên hệ với thực tế?
8. Phân tích độ nhạy của cảm biến ở chế độ tĩnh và chế độ động? Lấy một liên hệ với thực
tiễn?
9. Phân tích độ tuyến tính của cảm biến? Làm rõ khái niệm đường thẳng tốt nhất và độ lệch
tuyến tính?
10. Phân tích các giới hạn sử dụng cảm biến? Lấy ví dụ liên hệ với thực tế sử dụng?
11.Phân tích các phương pháp chuẩn cho cảm biến đo lực, biến dạng và áp suất. Phân tích
sai số và độ chính xác cho các loại cảm biến trên.
12.Phân tích khái niệm hàm truyền của cảm biến, phương pháp đo và độ lớn của tín hiệu
vào? Cho ví dụ thực tế và phân tích ví dụ.
13.Phân tích định nghĩa cảm biến, phép đo, quá trình đo lường? Phân loại cảm biến?
14.Phân tích hiệu ứng vật lý thụ động (biến đổi điện trở) dùng chế tạo cảm biến đo lực và
biến dạng? Lấy các ví dụ ứng dụng và phân tích ví dụ?
15.Phân tích hiệu ứng Hall và cảm ứng điện từ để chế tạo cảm biến đo vị trí và dịch chuyển?
Lấy các ví dụ ứng dụng và phân tích ví dụ?
ƠN TẬP CHƯƠNG 2
1. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của photodiot?
2. Photodiot có bao nhiêu chế độ hoạt động hãy phân tích chế độ quang dẫn?


3. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phototranzito?

4. So sánh photodiot và phototranzito ?
5. Phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo?
6. Có bao nhiêu loại nhiệt kế điện trở? Nêu cấu tạo và hoạt động của nhiệt điện trở kim
loại?
7. So sánh nhiệt kế điện trở kim loại và nhiệt kế điện trở oxit bán dẫn?
8. Phân tích các phương pháp chuẩn cảm biến? Cho một liên hệ thực tế?
9. Từ hiệu ứng nhiệt điện hãy viết phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu?
10.Nêu phương pháp đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu? Cho một ví dụ của một cặp nhiệt
ngẫu được sử dụng trên thực tế?
11. Chứng minh rằng khi thêm 2 thanh C và D sao cho
thì

12. Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí điện thế kế dùng con chạy cơ
học?
13. Hãy trình bày ngun lý hoạt động, cơng thức liên hệ, phạm vi sử dụng của loại cảm
biến có cấu tạo như hình 1? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể?

14. Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí tụ điện đơn?


15. Phân tích tại sao người ta thường sử dụng đĩa mã hóa theo bảng mã Grey (2) thay cho đĩa mã hóa nhị
phân (1) như Hình 2

16. Có bao nhiêu loại encoder? Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng loại?
17.Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc điểm và phạm vi sử dụng của cảm biến
nhiệt ngẫu (Thermocouple) loại J? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể?
18.Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phạm vi sử dụng của cảm biến quang
photodiode? Minh họa bằng hình vẽ và cho ví dụ ứng dụng cụ thể?
19.Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phạm vi sử dụng của cảm biến quang
phototransitor? Minh họa bằng hình vẽ và cho ví dụ ứng dụng cụ thể?

20.Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phạm vi sử dụng và biểu thức liên hệ của cảm
biến nhiệt ô xít bán dẫn nhiệt trở âm (NTC- Negative Temperature Coefficient)? Cho ví
dụ ứng dụng cụ thể?
21.Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phạm vi sử dụng và biểu thức liên hệ của cảm
biến nhiệt trở dương (PTC- Positive Temperature Coefficient)? Cho ví dụ ứng dụng cụ
thể?
22. Cho một cảm biến Loadcell với thông số kỹ thuật như sau:
- Nguồn cấp: Vs = 10 Vdc
- Ðộ nhạy của loadcell: S = 1 mV/V
- Tầm đo của loadcell: 0 tới 20kg
a. Tính điện áp ngõ ra cao nhất và thấp nhất của Loadcell
b. Hãy thiết kế thêm mạch điện để ngõ ra của mạch xuất ra từ 0V tới 5V tương ứng khối
lượng đặt lên loadcell từ 0 – 20 kg.
23.Mạch đo nhiệt độ sử dụng cảm biến LM35 bù nhiệt cho Thermocouple như Hình 1 biết:
- LM35 có độ nhạy S=10mV/°C


- Thermocouple loại J có độ nhạy
α = 50,2µV/V/0C
a. Tính điện áp tại V12, V2, V1 khi T1=500°C, T2=30°C
b. Giải thích vì sao nguời ta chọn R1=100KΩ, R2=505Ω? Ω, R2=505Ω?

Hình 1

24.Một Encoder tương đối đuợc gắn đồng trục với bánh xe dùng để đo khoảng cách như
Hình. Biết bánh xe có bán kính R=20cm. Thơng số kỹ thuật của Encoder như sau:
- Nguồn cấp : 12- 24Vdc
- Ðộ phân giải : 400 xung/vịng
a. Tính góc quay, qng đường đi được của bánh xe khi biết số xung thu về từ Encoder
là 1000 xung.

b. Tính số xung thu về từ Encoder khi biết quãng đuờng đi được của bánh xe là 50m.


25.Một Encoder tương đối đuợc gắn đồng trục với Rulo của băng tải, biết Rulo có bán kính
R=5cm. Thơng số kỹ thuật của Encoder như sau:
- Nguồn cấp : 12- 24Vdc
- Ðộ phân giải : 400 xung/vòng
a. Biết tần số xung nhận được từ encoder f=1000(xung/s). Tính vận tốc quay của Rulo,
vận tốc của băng tải.
b. Tính số xung thu về từ Encoder khi biết quãng đuờng đi được của băng tải là 150cm.
26.Cho một cảm biến dịch chuyển như Hình 1
a. Tính giá trị biến trở R2 để Vi = -10V
b. Viết phương trình liên hệ giữa V 0 và Rx? (V0(V) = a.Rx(KΩ, R2=505Ω? Ω) + b). Tính tầm thay đổi
của V0 khi Rx =0KΩ, R2=505Ω? Ω đến Rx =5KΩ, R2=505Ω? Ω? Biết Vi = -10V; R3 = 10KΩ, R2=505Ω? Ω

27. Cánh tay robot được minh họa trên hình 3 quay giữa 2 điểm dừng là 120o và sử dụng Potentiometer
(biến trở) làm cảm biến vị trí. Bộ điều khiển 8 bít cho biết vị trí thực của cánh tay chính xác đến 0.5°.
Hãy xác định xem cấu hình này có thực hiện được nhiệm vụ khơng? Tính độ phân giải thực của hệ
thống ?

28. So sánh encoder tuyệt đối với encoder tương đối? vẽ hình minh họa?


29. Hãy cho một ví dụ về encoder tương đối, nói rõ làm thế nào để xác định được chiều
quay của nó?
30. Hãy cho một ví dụ về encoder tuyệt đối 16 bít , vẽ cấu tạo, giản đồ xung, bảng mã hóa
nhị phân của encoder đó.
31. Hãy trình bày nguyên lý hoạt động và phạm vi sử dụng của loại cảm biến có cấu tạo
như hình 1? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể?

32. Hãy trình bày nguyên lý hoạt động, công thức liên hệ và phạm vi sử dụng của loại cảm
biến có cấu tạo như hình 1? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể?

33. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đầu đo điện trở kim loại dùng trong đo
biến dạng?
34. Phân tích phương pháp sử dụng hai mắt thu phát như hình 2 để xác định chiều quay của
đĩa (Disk) răng và cơ cấu chấp hành.

35. Một lị nấu được duy trì ở nhiệt độ 1000oF bởi hệ thống điều khiển, nhưng bạn nghi
ngờ nhiệt độ trong lò thấp hơn. Bằng cách sự dụng một cặp nhiệt kiểu J kiểm tra nhiệt


độ trong lò khi áp kế chỉ 17mV. biết đặc tính của cặp nhiệt kiểu J như hình 3 (đo ở nhiệt
độ chuẩn là 32oF).

36. Phân tích vì sao khi dùng Potentiometer (biến trở) đo góc người ta hay dùng kèm bộ
chuyển đổi tỉ số (Gear pass) như hình 2 đo góc quay của Motor.

37. Phân tích các đặc trưng chủ yếu của đầu đo điện trở kim loại dùng trong đo biến dạng?
38. Đây là cảm biến gì? Hãy trình bày hoạt động và cấu tạo của nó

39. Từ các phần tử biến dạng và các bộ chuyển đổi điện đã học hãy xây dựng một cảm biến
đo áp suất? Hãy vẽ hình minh họa?
40. Đây là cảm biến gì ? Hãy nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó?


41. Đây là cảm biến gì? Hãy nêu cấu tạo và ngun lý hoạt động của nó?

42. Hãy trình bày nguyên lý hoạt động và phạm vi sử dụng của loại cảm biến có cấu tạo
như hình 1? Cho ví dụ ứng dụng cụ thể?

1&2. Cuộn dây thứ cấp 3. Cuộn sơ cấp (cuộn dây chính)

4. Lõi thép

43. Đo mức bằng phương pháp bức xạ người ta làm thế nào?
44. Sử dụng cầu với hai phần tử Rgauge để đo biến dạng của dầm như hình 2. Hãy phân
tích và lập công thức liên hệ giữa điện trở và biến dạng của dầm.


45. Phân tích phương pháp đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu có sử dụng cầu bù dùng
thermistor như hình 2?

46. Điện trở của một chiết áp dây quấn được làm từ 10 inch với 100Ω/inch. Dây điện trở
được quấn thành một quận dây 200 vòng. Dải đo của chiết áp là 350o. Độ phân giải của
chiết áp này bằng bao nhiêu?
47. Một chiết áp được cấp nguồn 10 VDC và được đặt ở 820. Dải đo của chiết áp một vịng
là 350o. Hãy tính điện áp ra?
48. Máy phát tốc một chiều với hộp số có tỉ số 100:1 (Trục ra quay chậm 100 lần so với
động cơ) như hình 3. Máy phát tốc là loại CKΩ, R2=505Ω? 20-A với đầu ra 3V/1000 vòng phút. KΩ, R2=505Ω? hối
này sẽ điều khiển máy công cụ với tốc độ quay 60o/ giây. Đầu ra của tốc kế bằng bao
nhiêu? Tìm độ phân giải của hệ nếu tín hiệu ra của tốc kế được chuyển đổi thành tín
hiệu số sử dụng một bộ chuyển đổi tương tự - số 8 bít như đã được minh họa trên hình
3?


49. Một cảm biến biến dạng và mạch cầu được sử dụng để đo lực căng trong một thanh

thép . Thanh thép có diện tích mặt cắt là 13 cm2. Cảm biến biến dạng có điện trở là
120Ω và hệ sổ GF = 2 ( Hệ số cảm biến đo lực, hệ số này là hằng số và được cung cấp bởi

nhà sản xuất. (GF =[( ΔRR /R)/( ΔRL/ L)]). Cầu đo được nuôi mộtnguồn 10V. KΩ, R2=505Ω? hi thanh sắt
không tải, cầu cân bằng, nghĩa là điện áp ra của nó bằng 0V. KΩ, R2=505Ω? hi lực tác dụng lên thanh
thép, điện áp ra của cầu là 0.0005V. hãy tìm lực tác dụng lên thanh thép?

50. Một RTD platinum 100Ω được sử dụng trong một hệ thống.Giá trị điện trở hiện thời đọc được
là 100 Ω.Tìm nhiệt độ đo được?
51. Một chiết áp 10 Ω được sử dụng làm cảm biến vị trí. Giả sử thanh trượt của chiết áp nằm ở
giữa dải của chiết áp. Hãy tìm sai số tải khi:
a. Mạch giao tiếp có điện trở vơ cùng lớn?
b. Mạch giao tiếp có điện trở là 10 Ω?


ÔN TẬP CHƯƠNG 3
1. Phân tích sơ đồ khối của bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC
2. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của bộ đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC là gì?
3. Hãy phân tích các bước chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
4. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự DAC
là gì? Hãy phân tích những chỉ tiêu đó
5. Phân tích bộ DAC dùng điện trở có trọng số nhị phân và bộ khuếch đại cộng?
6. Phân tích bộ DAC R/2R ladder
7. Phân tích bộ DAC với đầu ra dịng
8. Phân tích bộ DAC điện trở hình T
9. Cho mạch chuyển đổi DAC biết N = 4 bit, RN = 20kΩ, Uch = 3v. Hãy xác định bít có nghĩa
nhỏ nhất? tính UA nếu UD = 0010 ?

10. Xác định các giá trị tín hiệu số khi chuyển đổi điện áp sau qua bộ ADC 8bit, Vref =
2.55V?

0.25

1.75

2.55

11. Một ADC 10 bit có kích thước bậc thang = 10mV. Hãy xác định điện thế đầu ra cực đại (
đầy thang ) và tỷ lệ % độ phân giải?
12. Hệ thống quạt tản nhiệt cho tấm pin năng lượng mặt trời được kích hoạt khi nhiệt độ của
tấm pin đạt 100 độ F. Để bật/tắt quạt làm mát người ta sử dụng cảm biến nhiệt độ có đầu
ra là tín hiệu tương tự. Ngưỡng so sánh của mạch xử lý cảm biến là 2,7V. Bộ điều khiển
kỹ thuật số có tín hiệu bật/tắt là 5V.
a) Lựa chọn cảm biến nhiệt độ phù hợp với yêu cầu trên.


b) Thiết kế mạch giao diện kết nối cảm biến nhiệt độ với mạch điều khiển kỹ thuật số.

KΩ, R2=505Ω? ý tên

Bùi Thanh Lâm