2016 01 bai 3 co so ky thuat do luong so DLD

Môn học: Đo lường điện

Bài 3

Cơ sở kỹ thuật đo lường số

1/41


Nội dung
1. Khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo
lường số
2. Sơ đồ chức năng và các khối chức năng
cơ bản của máy đo lường số

2/41


Yêu cầu
với kỹ thuật đo lường hiện đại
Sè ®ại lưîng ®o t¨ng nhanh
CÇn ®o nhiÒu ®¹i lưîng ®ång thêi

Th«ng tin ®o vµ cÇn xö lý lín
CÇn lưu giữ vµ truyÒn ®i xa
Kỹ thuật đo lường số có thể đáp ứng những
yêu cầu trên (trong khi kỹ thuật đo lường
tương tự không đáp ứng được)

3/41

Ưu điểm của kỹ thuật đo lường số
§CX cao

§é nh¹y lín
Kh«ng cã sai sè do ngưêi ®o

Tèc ®é ®o cao
Tù ®éng ho¸ hoµn toµn qu¸ tr×nh ®o
KÕt qu¶ ®o d¹ng sè phï hîp víi truyÒn ®i xa,
lưu gi÷, xö lý tiÕp

4/41


Phần I

Những khái niệm cơ bản trong
kỹ thuật đo lường số
1. Hệ đếm và mã dùng trong kỹ thuật đo lường số

2. Máy đo lường số và quá trình số hoá
3. Sai số của máy đo lường số

5/41


H m v mó
dựng trong k thut o lng s
Hệ đếm: tập hợp các ký hiệu ở dạng chữ số để biu diễn

thông tin số lợng.
Phân loại:
Hệ đếm không v trí: trị số của ký hiệu không ph
thuộc vị trí
Hệ đếm vị trí: trị số của ký hiệu phụ thuộc vị trí của nó
Cỏc h m thụng dng:
Hệ đếm 1 (1)
không vị trí
VD: số 5 N(1) = 11111
Hệ đếm 2 (0 và 1)
vị trí
Hệ đếm 10 (0, 1, 2,....,9) vị trí
6/41


H m v mó
dựng trong k thut o lng s
Biểu diễn một số N bất kỳ trong hệ đếm h
m

N am h m-1 am-1h m-2 ... a1h 0 ai h i 1
i 1

với h - hệ đếm
i - thứ tự hàng
m - thứ tự hàng lớn nhất
ai nhận các giá trị từ 0 đến (h -1)

7/41

Hệ đếm và mã
dùng trong kỹ thuật đo lường số
Mã: lượng thông tin được biểu
diễn trong một hệ đếm theo
một qui luật nhất định
Các mã thường dùng trong
KTĐLS:
 Mã 1
 Mã 2
 Mã 10
 Mã 2-10
 Mã Gray

0

1
0

1 1
1 1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

0

1

Tạo mã Gray từ mã 2

8/41


Mã 2, mã 10 và mã Gray
Mã 10

Mã 2

Mã Gray

0

0000

0000

1

0001

0001

2

0010

0011

3

0011

0010

4

0100

0110

5

0101

0111

6

0110

0101

7

0111

0100

8

1000

1100

9

1001

1101

Đĩa mã dùng để đo góc

9/41


Máy đo lường số
và quá trình số hoá
Máy đo lường số: máy đo tự động đưa ra các tín hiệu
rời rạc về thông tin đo lường và giá trị của thông tin đo
lường được biểu diễn dưới dạng số
Quá trình số hoá thông tin đo lường bao gồm:
 Rời rạc hoá: biến đổi thông tin liên tục thành đại
lượng rời rạc
 Mã hoá: biểu diễn đại lượng rời rạc dưới dạng mã
Quá trình rời rạc hoá có thể là:
 Lượng tử hoá theo giá trị
 Rời rạc hoá theo thời gian
10/41


Lượng tử hoá theo giá trị
X(t)

X (t ) ®­îc thay b»ng c¸c

Xn

gi¸ trÞ c¸ch nhau mét
b­íc l­îng tö X k
X n  n.X k (víi n  1, 2,....)

Xi

∆Xk

X2
X1
t

11/41


Rời rạc hoá theo thời gian
X(t)

X (t ) ®­îc thay b»ng c¸c
gi¸ trÞ X 1 , X 2 , ..., X n øng

Xn

víi c¸c thêi ®iÓm c¸ch nhau
mét b­íc gi¸n ®o¹n t
t  ti  ti 1

Xi

∆t

X2
X1

t

t1 t2

ti

tn

12/41


Sai số của máy đo lường số
Sai số của MĐLS phụ thuộc:
 Sai số của các bộ phận
 Mối liên hệ giữa các bộ phận

Sai số đặc trưng cho máy đo lường số là sai
số lượng tử gây ra do quá trình rời rạc hoá
làm mất thông tin
Sai số lượng tử bao gồm:
 Sai số khi lượng tử hoá theo giá trị

 Sai số khi lượng tử hoá một khoảng thời gian
13/41


Sai s khi lng t
hoỏ giỏ tr

Sai số l-ợng tử tuyệt đối gặp phải khi đo
đại l-ợng X 0 : X X i X 0
Trị số lớn nhất của sai số l-ợng tử:
X max X k

X(t)

Sai số l-ợng tử t-ơng đối:
X
.100 %
X
Sai số l-ợng tử t-ơng đối cực đại:



X max
.100 %
X
X k

.100 %
N .X k

max

1
.100 %
N
Để giảm sai số l-ợng tử cần có

Xi
X0
Xi-1

Xk



N lớn, hay cần giảm độ lớn của

t
t0

b-ớc l-ợng tử X k
14/41


Sai số khi lượng tử hoá
một khoảng thời gian
Thông thường, lượng tử hoá một khoảng thời gian Tx
là làm đầy khoảng thời gian đó bằng dãy xung có chu
kỳ biết trước T0
Để giảm sai số
lượng tử khi lượng
tử hoá một khoảng
thời gian, cần tăng
số bước lượng tử,
tức là tăng tần số
f0=1/T0 của dãy xung
dùng để lượng tử

hoá

Xung Tắt

Xung KĐ

TX

∆t1

T0

∆t2

TN

15/41


Phần II

Sơ đồ chức năng và các khối chức
năng cơ bản của MĐLS
1. Sơ đồ cấu trúc của phương tiện đo số

2. Bộ biến đổi tương tự-tương tự
3. Bộ biến đổi tương tự-số

4. Bộ biến đổi số-tương tự
5. Bộ biến đổi mã-mã

6. Hiển thị trong kỹ thuật đo lường số
16/41


Sơ đồ cấu trúc
của phương tiện đo số
X

Y

Biến đổi

Biến đổi

TT-TT

X

∆X

TT-S

Biến đổi
TT-TT

X’

N

Y

Biến đổi
TT-S

N

Biến đổi

Hiển thị

Mã

số

Biến đổi

Hiển thị

Mã

số

Biến đổi
S-TT

Sơ đồ biến đổi thẳng và sơ đồ biến đổi cân bằng
17/41


Bộ biến đổi tương tự-tương tự

Biến đổi các đại lượng tương tự (khó xử lý số
trực tiếp) về các đại lượng tương tự khác
(thuận tiện cho quá trình xử lý số tiếp theo)
Đầu vào là một đại lượng tương tự, đầu ra
cũng là một đại lượng tương tự khác

BBĐ TT-TT rất đa dạng, sau đây xét một ví dụ:
Bộ biến đổi điện áp-tần số

18/41


Bộ biến đổi điện áp-tần số
C

UX

R1

U0

So

K

sánh
Tích phân
R2

UPH

Phản hồi

URA

fx

xung

BBĐ điện áp-tần số biến đổi điện áp một chiều (UX) thành dãy

xung có tần số lặp lại (fx) tỉ lệ với UX
19/41


Bộ biến đổi điện áp-tần số
(tiếp theo)
UTP(t)
U0

UPHX(t)

TPH

t

TTP

t

UPH
URA(t)

TX = 1/ fX
t

20/41


Điện áp từ hai lần tích phân của một chu kỳ:
1
R1C

TTP

TPH

0

0

U x dt



1

1
U

U

PH
x dt
R1C
R2C

Ta có:

B bin i
in ỏp-tn s
(tip theo)

TTP
T
T
U x PH U PH PH U x
R1C
R2C
R1C
TPH
1
T

T
U

U PH
TP PH x
R1C

R2C
1
1
TxU x
TPH U PH ; với Tx TTP TPH
R1C
R2C
R2
1

Ux
Tx R1TPH U PH
f x KU x ; với K

R2
R1TPH U PH

Tần số lặp lại của dãy xung ở đầu ra tỉ lệ với
điện áp một chiều U x ở đầu vào
21/41


Bộ biến đổi tương tự-số
Bộ biến đổi cơ bản nhất trong KTĐLS
Biến đổi các đại lượng tương tự thành đại lượng số
ở đầu ra

Đầu vào là một đại lượng tương tự, đầu ra là một
đại lượng số
Rất đa dạng, xét một số ví dụ:

Các bộ biến đổi tương tự-số không gian (BBĐ
chiều dài-mã và BBĐ góc-mã)
Bộ biến đổi thời gian-mã

Bộ biến đổi điện áp-mã
22/41


Bộ biến đổi chiều dài-mã

Mã N

Mã ra

HT
chổi quét

Thước m·

Biến đổi chiều dài thành mã
Tấm cách điện có phủ một lớp dẫn điện theo một
mã nào đó
Lấy thông tin ra bằng hệ thống chổi quét, số chổi
quét bằng số hàng của mã cần lấy ra
Thường sử dụng Mã Gray

l  N .lk
23/41

Bộ biến đổi góc-mã
Đèn chiếu sáng

Đĩa mã

Mã N

Thấu kính

HT tế bào
quang điện

Đĩa mã

Biến đổi góc quay thành mã
Đĩa mã phủ lớp sơn đặc biệt theo một mã
nào dó
Lấy thông tin ra bằng hệ thống quang học
Thường sử dụng Mã Gray

  N . k
24/41


Bộ biến đổi thời gian-mã
TXC

K

BĐX

NX
(đầu ra)

T0=1/f0

TX
Trigơ

XKĐ
TX (đầu vào)
XT

Tx
N x   f 0 .Tx
T0

25/41