Cơ điện tử ô tô cơ bản (part 2)

Chng 2
CMBINVÀMCH O
CM

BIN

VÀ

MCH

O

DÙNGTRÊN Ô TÔ
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
KHÁI NIM CM BIN
CONTROLLED
SYSTEM
(Thitbc
khí)
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
PHÂN LOI CM BIN
Cm bin đc phân bit thành hai loi: cm bin tích cc và cm bin
th đng. Cm bin tích cc là cm bin t phát ra tín hiu tng ng vi
g
i
á

t
r


đ
i l

n
g
v
t
l
ý

c
n
đo
.
C
m
b
i

n
t
h


đ
n
g
kh
ô
n

g

t
n
ó

p
h
át
r
a

t
ín
gát đ  g týc đoC b 
t  đ gôg
t óp át at
hiu, nó cn ngun nng lng khác t bên ngoài đ chuyn đi thành tín
hiu.
Ví d đin hình v loi cm bin th đng là cm bin nhit kiu nhit
đin, cm bin piezo… li thuc loi cm bin tích cc. Thí d v cm
bin
th đng
là cmbin nhit đintr cmbinv
trí
kiu đintr
bin

th

đng

là

cm

bin

nhit

đin

tr
,
cm

bin

v

trí

kiu

đin

tr
…
C bi ò đ hâ l i th ê lý hì h thà h ê  bi
C

m
bi
n c
ò
n
đ
c p
hâ
n
l
o
i

th
eo nguy
ê
n
lý

hì
n
h

thà
n
h
n
ê
n c


m
bi
n
thành cm bin đin tr, cm bin đin dung, cm bin đin cm, cm
bin quang đin…
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
Tín hiucóth phi chuyn đi nhiuln trong cmbinnhng ta ch
Tín

hiu

có

th

phi

chuyn

đi

nhiu

ln

trong

cm

bin

nhng

ta

ch

quan tâm đn các đc tính th hin quan h gia đi lng kích thích vào
và tín hiu ra khi cm bin.
Hàm truyn ca cm bin (Transfer function): th hin quan h ca tín
hiu ra theo đi lng kích thích vào cm bin trong điu kin lý tng
 
(không có sai s

). Quan h này còn đc gi là đc tính chu

n ca cm
bin

c tính tu
y
n tính: S =a +bm,
 y
c tính lô-ga-rít: S =a +b ln m.
c tính m: S =ae
km
.
c tính lytha:
S

=
a
0
+
a
1
m
k
,
c

tính

ly

tha:
S

a
0
a
1
m
,
Cm bin phi tuyn thng đc tuyn tính hóa quanh mt giá tr m
0
nht
đnh:
đnh:
b= dS(m

0
)/dm
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 
Hàm truy

n ca cm bi

n (đc tính):
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 nhy :
 nhy ca cm bin
 nhy ca cm bin: b = hoc b =

 


phép đo đt đ chính xác cao cm bi

n c

n cso đ nhy không đ

i (ít
ph thuc nht vào các yu t:
-Giá tr

ca đ


i l

n
g
cn đo m
 
 g
-Tn s bin thiên ca m.
-Thi gian s dng.
-
C
ác đil

ng vt lý khác (không phil
à
đil

ng
cn
đo) ca
môi
C
ác

đi

l

ng

vt

lý

khác

(không

phi

l
à
đi

l

ng

cn

đo)

ca
môi

trng xung quanh.
Th

ng giá tr ca đ nhy

b đccho
t

ng ng vi
điukinl
à
mvic
Th

ng

giá

tr

ca

đ

nhy

b

đc

cho
t

ng

ng

vi
điu

kin

l
à
m

vic

c th ca cm bin.
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 nh tnh cacmbin


nh
y
tnh

ca

cm

bin
 nhy tnh ca cm bin chính là đ đc ca đc tính tnh  đim đo.
 nhy đng ca cm bin

Khi đi lng đo bin thiên tun hoàn: m(t) = m0 + m1 cos(t)
Giá tr tín hiura ca cm bincó dng: s(t) = s0 + s1 cos( t +)
Tr
o
n
g

đó
:
ogđó
- s0 là giá tr không đi tng ng vi m0 xác đnh đim làm vic Q0 trên
đng đc tính tnh.
-
s1 l
à
biên đ bin thiên  đuradoth
à
nh phnbin thiên ca đil

ng
-
s1

l
à
biên

đ

bin

thiên



đu

ra

do

th
à
nh

phn

bin

thiên

ca

đi

l

ng

đo gây nên.

-  là đ lch pha gia đi lng đu vào và đu ra.

 nhy
đng
cacmbin đ

cxácđnh bit s giabiên
đ cabin



nhy

đng
ca

cm

bin

đ

c

xác

đnh

bi

t

s

gia

biên
đ

ca

bin

thiên đu ra s1 và biên đ ca bin thiên đu vào m1 ng vi đim làm
vic Q0
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 nhy đng ca cm bin

 nhy trong ch đ đng ph thuc vào tn s đi lng đo, S = S(f) .


nh
y
đ

n
g
tha
y

đi theo tn s do
q
uán tính
(
c
,
nhi

t ho

c đi

n
)
ca
 y
 gy
q
(
,   
)
cm bin và các thit b ph tr.
K
hi
tín hiu đobin thiên nhanh
cnphi
chú ý s chm pha ca tín hiu
K
hi

tín

hiu

đo

bin

thiên

nhanh

cn

phi

chú

ý

s

chm

pha

ca

tín

hiu

ra so vi tín hiu vào.
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 tuyn tính ca cm bin
Cm bin tuyn tính trong mt di đo xác đnh nu trong di đó, đ nhy
không ph thuc vào giá tr đi lng đo.
Tuyn tính hóa là s hiu chnh (bng cách lp thêm vào mch đo các
thit b hiu chnh) đ tín hiu ra nhn đc t l vi giá tr đi lng đo.
Di đo đc (Span hay Full-scale input): là phm vi thay đi giá tr ca
đi lng cn đo mà cm bin có th cm nhn đc. Nó th hin khong
đo ln nht mà cm bin có th đo đ

c vi sai s ch
p
nh

n đ

c.
 p  
Di tín hiu ra (full-scale output): là đ chênh đi s ca giá tín tr hiu ra
khi đogiátr đocc đivàcctiucadi đo
khi

đo

giá

tr

đo

cc

đi

và

cc

tiu

ca

di

đo
.
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 chính xác (accuracy): th hin sai s ln nht ca kt qu đo.
Sai s cab cmbin
đc phân bit thành
sai s h thng
v
à
sai s
Sai

s

ca

b

cm

bin

đc

phân

bit

thành
sai

s

h

thng

v
à
sai

s

ngu nhiên.
Sai
s h thng
l
à
sai s không ph th c
à
o
s ln đocógiátr không
Sai

s

h

thng
:
l
à
sai

s

không

ph

th

u
c
v
à
o

s

ln

đo
,
có

giá

tr

không

đihoc thay đi chm theo thi gian đo và thêm vào mt đ lch không
đi gia giá tr thc và giá tr đo đc. Sai s h thng thng do s thiu
  

 

hi

u bi


t v

h đo, do đi

u kin s

dng không t

t gây ra, c th

là:
+ Do nguyên lý ca cm bin.
+ Do giá tr ca đi lng chun không đúng.
+ Do đc tính ca b cm bin.
+ D
o

đ
i
u
ki

n v


c
h


đ

s

d
n
g
.
o đ u 

c  đ s d g
+Do x lý kt qu đo.
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 chính xác (accuracy): th hin sai s ln nht ca kt qu đo.
Sai
s ngu nhiên:
l
à
sai s xuthincóđ ln
v
à
chiu không xác đnh
Sai

s

ngu

nhiên:

l
à
sai

s

xut

hin

có

đ

ln

v
à
chiu

không

xác

đnh
.
Ngi ta có th d đoán đc mt s nguyên nhân gây ra sai s ngu
nhiên nhng không th d đoán đc đ ln và du ca nó.
Các nguyên nhân gây sai s ngu nhiên:
+ Do s thay đi đc tính ca thit b.

 
+ Do tín hiu nhi

u ng

u nhiên.
+ Do sai s khi chun cm bin.
….
Hin nay ngi ta thng dùng khái nim giá tr không chc chn đ thay
c
h
o

đ

c
hính x
ác,
vì
đ
kh
ô
n
g

c
h
c

c

h

n
bao

g
m
c

sa
i
s
h


t
h

n
g
v
à

cođ các,đ ôgccc  bao g c sa s  t  g
à
sai s ngu nhiên (th hin đ chính xác).
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 chính ác
(acc rac

)


chính
x
ác

(acc
u
rac
y
)
:
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
nh chun (calibration)
nh chun cm bin là vic xác đnh các giá tr đnh lng ca đc tính
cm bin (xác lp mi quan h gia giá tr cúa tín hiu ra và giá tr ca đi
l

ng đo có tính đncác
yut nh h

ng
)
l

ng

đo

có

tính

đn

các
yu

t

nh

h

ng
)
Phng pháp đnh chun cm bin: thc hin các phép đo nhm xác đnh
giá tr tín hiuratng ng vi các giá tr đãbit chính xác ca đilng
giá

tr

tín

hiu

ra

tng

ng

vi

các

giá

tr

đã

bit

chính

xác

ca

đi

lng

cn đo.
Hai ph ng pháp đnh ch n đnh ch n đnginàđnh ch n nhi
Hai

ph

ng

pháp

đnh

ch
u
n
:
đnh

ch
u
n

đn

gin
v
à

đnh

ch
u
n

nhi
u
ln.
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
nh
chun
(calibration
)
nh

chun

(calibration
)
Phng pháp chun đn gin: đc thc hin trong trng hp ch duy
nht đil

ng
cn đocó
tác đng
lên
tín hiuraca cám binvà
cm
nht

đi

l


ng

cn

đo

có

tác

đng
lên

tín

hiu

ra

ca

cám

bin

và
cm

bin không nhy vi tác đng ca các đi lng nh hng.
Th cchtca

ph ng pháp nà là
đo các giá tr ca
tín hi
ra ng i
Th

c

cht

ca
ph

ng

pháp

nà
y
là
đo

các

giá

tr

ca

tín

hi
u
ra

ng
v
i

các giá xác đnh không đi ca đi lng đo  đu vào và đc thc hin
theo 2 cách:
-Chun trc tip: các giá tr khác nhau ca đi lng đo ly t các mu
chun hoc các phn t so sánh có giá tr bit trc vi đ chính xác cao.
-Chun gián tip: kt hp cm bin cn chun vi mt cm bin so sánh
đã
có

s
n
đ


n
g

đc

t
ính

,

c
h
a
i
đ

c

đt

t
r
o
n
g

cù
n
g

đ
i
u
ki

n l
à
m vi

c
đã
có s đ

 g
đct
,c a đ

c đtto gcù gđ u 
à
c
đ cùng chu tác đng ca cùng mt giá tr ca đi lng và xác đnh giá
tr tín hiu ra nh giá tr tín hiu ra ca cm bin đã có sn đc tính.
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
 h
h 
( lib ti
)

n
h
c
h
u

n
(
ca
lib

ra
ti
on
)
Phng pháp chun nhiu ln: đc thc hin trong trng hp giá tr tín
hiêu ra không ch ph thuc vào giá tr tc thi ca đi lng đo mà còn
ph thuc vào giá tr trc đó ca đi lng đo (do s tr).
Cách thc hin:
-
tli đim0cacmbin: đil

ng cn đov
à
đi
tín hiu
ra có giá tr
t

li

đim

0

ca

cm

bin:

đi

l

ng

cn

đo

v
à
đi

tín

hiu
ra

có

giá

tr
tng ng vi đim gc, m=0 và s=0.
- o giá tr đu ra theo mt lot giá tr tng dn đn giá tr cc đi ca đi
l

ng
cn

đo
l

ng

cn

đo
.
-Lp li quá trình đo vi các giá tr gim dn t giá tr cc đi.
Khi h  hi l
h  
á đ h
đ
đ

đ tí h
th  hi
Khi
c
h
u

n n
hi
u
l
n n
h
 v


y s

x
á
c
đ
n
h

đ
c
đ


ng
đ
c
tí
n
h

th
eo c


h
a
i

hng đotng dn và đo gim dn.
2.1. CM BIN VÀ C TÍNH CM BIN
THÔNG S C TRNG CA CM BIN
Thi gian đáp ng (response time)
Là thông s đc trng cho kh nng theo kp ca tín hiu ra theo tín hiu
vào v mt thi gian. ó là khong thi gian t khi đi lng đo thay đi
đtngt đnkhi
bin thiên ca đil

ng đurach còn khác giá tr cui
đt

ngt

đn

khi
bin

thiên

ca

đi

l

ng

đu

ra

ch

còn

khác

giá

tr

cui

cùng mt lng gii hn  (tính bng %)
2.2. CM BIN CHUYN MCH
Công tc
Công tc dùng đ to ra mt bit thông tin:
chm/không chm (công tc hành trình),
có/
kh
ô
n
g

(
h
ot

đ
n
g

ca
m
t

t
r

n
g

t
h
á
i
),
…
có/ ô g ( ot đ gca tt gt á
),
?? Cuhìnhmch đins dng cmbin
??

Cu

hình

mch

đin

s

dng

cm

bin

chuyn mch
2.2. CM BIN CHUYN MCH
Công tc
?? So sánh các loi công tc
Ex: Thitk mch đincathit
Ex:

Thit

k

mch

đin

ca

thit

b đánh du quãng đng phanh

2.3. CM BIN CHUYN V
Cm bin chuy

n v tr
í
Có nhiu lo

i theo các n
g
u
y
ên tc khác nhau: cm bin
 gy
đin tr thay đi (bin tr), cm bin đin dung, cm
bin đin cm, cm bin quang đin…
Bin tr
?? Cu hình mch đin s dng cm bin chuyn v
bin tr
2.3. CM BIN CHUYN V
Cm bin chu
y
n v

tr
í
y 
Bin tr
2.3. CM BIN CHUYN V

Cm bin chuyn v trí
Bintr
Bin

tr
2.3. CM BIN CHUYN V
Cm bin chuyn v trí
Bin tr
?? unhc đimcacmbin
??

u
,
nhc

đim

ca

cm

bin

chuyn v bin tr
2.3. CM BIN CHUYN V
Cm bin chuyn v trí
Cmbin đin dung: có th dùng đ đo các chuyn đng tnh tin theo
Cm

bin

đin

dung:

có

th

dùng

đ

đo

các

chuyn

đng

tnh

tin

theo

hng tim cn hay song song gia các bn cc. Di đo đc c mm
2.3. CM BIN CHUYN V
Cm bin chuyn v trí

Cmbincm ng oa chi
Cm

bin

cm

ng
x
oa
y
chi
u
(Linear Variable Differential Transformers – LVDT)
2.3. CM BIN CHUYN V
Cm bin Hall:
Có 2 lo

i: cm bin tu
y
n tính và cm bin xun
g

(
chu
y
n m

ch
),

đ

c
 y g( y  ), 
s dng ph bin đ phát hin t trng, v trí và chuyn v ca vt rn.
2.4. CM BIN VN TC
V

n tc có th đ

c xác đ

nh bn
g
cách vi
p
hân chu
y
n v

theo thi
g
ian.
   gpy g
??
Có

t
h


đo
v

n
tc

góc

b
n
g
m
áy

p
h
át
D
C

s

d
n
g
n
a
m
c

h
â
m vnh
cu
.
Có t  đo
 tc góc
b gáy
pát Cs d ga câ cu
?? u nhc đim ca cách đo này.
?? Các cách đo vn tc góc khác.
2.4. CM BIN VN TC
2.4. CM BIN VN TC
Encorder:
Encorder
tng đi
và encorder
tuyt
đi(đo
chuynv quay
và vntc
Encorder

tng

đi

và

encorder

tuyt

đi

(đo

chuyn

v

quay

và

vn

tc

quay ca trc).
??  phân giica encorder tng đi
??



phân

gii

ca

encorder

tng

đi
?? Làm th nào đ phân bit chiu quay ca trc
??  phân gii ca encorder tuyt đi
2.4. CM BIN VN TC
Cm bin quang đin
2.5. CM BIN GIA TC
2.6. CM BIN LC
Cm bin đo lc kiu tenzo
R – in tr ca vt dn

–
đin tr sut ca vt dn
V, I – đin áp và dòng đin trên vt dn
2.6. CM BIN LC
Khi chulcF xuthin ng sut

và bindng

kích thchìnhhc
Khi

chu

lc

F
,
xut

hin

ng

sut


và

bin

dng


,
kích

thc

hình

hc

b thay đi và đin tr thay cng thay đi theo
2.6. CM BIN LC
B trí cm bin đo lc kiu tenzo

Cm bin đo lc kiu tenzo (load
cell) không đt nhng có th đo
đclc trong phmvirng vi
đc

lc

trong

phm

vi

rng

vi

sai s di 1%.
Ld llth  hi h 
L
oa
d
ce
ll
s
th


ng c


n
hi
u c
h
u

n
(calibration) trc khi s dng.
2.6. CM BIN LC
Cm bin đo lc kiu piezoelectric
Hiu ng piezoelectric: Thch anh
Hiu

ng

piezoelectric:

Thch

anh

chu ngoi lc, b bin dng và thay
đi din dung
2.6. CM BIN LC
Các loi cm bin đo lc khác
2.6. CM BIN LC
Cm bin gõ (Knock Sensor): khi
xyrahintng gõ trong xi lanh
xy

ra

hin

tng

gõ

trong

xi

lanh
,
thành xi lanh b rung đng làm phn
t piezoelectric bin dng và to ra
 đi đ
s

c
đi
n
đ
ng
2.7. CM BIN ÁP SUT
Cm bin đo á
p
sut
p
2.7. CM BIN ÁP SUT

Cm bin á
p
sut
(
s d

n
g

p
iezo
)
p (  gp )
2.7. CM BIN ÁP SUT
Cm bin áp sut trên đng ng np (s dng đin tr piezo)
2.8. CM BIN LU LNG
Cm bin đo lu lng
2.9. CM BIN NHIT 
Cmbin đo nhit đ có th theo ng ên lý nhit đintr
Thermistors
Cm

bin

đo

nhit

đ

có

th

theo

ng
uy
ên

lý

nhit

đin

tr

Thermistors

(Negative or Positive Temperature Coefficient)
hoc theo nguyên lý sc nhit đin đng (Thermocouples)
2.9. CM BIN NHIT 
Thermistors: Thermocouples:
R
t
=R
0
(1 +


T)
R
t
=

R
0
(1

+


T)
2.9. CM BIN NHIT 
Thermistors đc ng dng trên ô tô đ đo nhit đ nc làm mát, nhit
đ d hit đ khí l l khí
đ

d
u, n
hit

đ

khí
np,
l
u
l
ng

khí
np…
?? Cu hình mch đo nhit đ dùng nhit đin tr
2.9. CM BIN NHIT 
ECT – Engine Coolant Temperature
2.9. CM BIN NHIT 
IAT – Intake Air Temperature
2.9. CM BIN NHIT 
EGR – Exhaust Gases Recirculation
2.9. CM BIN NHIT 
2.10. CM BIN MÔ MEN
o mô men và công sut có ý ngha ln trong xác đnh hiu sut và điu
  
khi

n quá trình làm vic ca c c

u máy hay thi

t b.
2.10. CM BIN MÔ MEN
2.11. MCH O
Mch đo bao gm toàn b thitbđo (trong đócócmbin) cho phép
á
đ h
hí h
á
iá
t 


đ i
l

đ
t
h
đi
ki
x
á
c
đ
n
h
c
hí
n
h
x
á
cg
iá
t
r

c

a
đ


i
l
ng c

n
đ
o
t
rong n
h
ng
đi
u
ki
n
ttnhtcóth.
đuvàocamch, cmbinchutácđng ca đilng cn đo gây
nên tín hiu đin mang theo thông tin vđicn đo.
đuracamch, tín hiu đin đã qua x lý đc chuyn đisang
dng có thđc đctrctipgiátr cn tìm ca đilng đo.