chuong 6 do luong

CHƯƠNG 6: MẠCH ĐO
LƯỜNG VÀ XỬ LÝ KẾT
QUẢ ĐO


Nội dung







Khái niệm chung
Khuếch đại thuật tốn (OA)
Mạch gia cơng tính tốn trên OA
Ứng dụng OA trong mạch đo
Ứng dụng kĩ thuật sớ trong mạch đo
Vi xử lí trong kĩ thuật đo lường


Khái niệm chung
Cảm biến



Mạch đo

Kết quả

Chức năng cơ bản của mạch đo

Khuếch đại tín hiệu từ cảm biến
Tạo hàm biến đổi bù đặc tính
Bù ảnh hưởng của nhiễu và các tác động ngẫu nhiên khác
Chuyển đổi ADC


Khái niệm chung


Phân loại
Mạch tỉ lê: shunt, phân áp, biến áp, biến dịng…
Mạch khuếch đại: cơng suất ra lớn hơn cơng suất vào
Mạch gia cơng tính tốn: mạch cộng, trừ, nhân, chia…
Mạch so sánh:
Mạch tạo hàm
Mạch biến đổi A/D, D/A
Mạch đo dùng vi xử lý



Sai số của mạch đo
Sai số của chính bản thân mạch đo
Sai sớ do sự kết hợp các đại lượng đầu vào


Khái niệm chung


Công suất tiêu thụ trên mạch đo
Sai số do công suất tiêu thụ gây ra khi mắc vào khâu trước

P
P 
Pmax
Sai số ở đầu ra

 ra

Pra  Pt

Pra


Mạch tỉ lệ


Mạch tỉ lệ về dòng

Điện trở sun : Rs 

Rg
n 1


Bài tập




Một ampe-kế dùng cơ cấu đo từ điện có điện trở cơ cấu
đo Rm = 99 Ω và dòng làm lệch tối đa Imax=0.1mA.

Điện trở Shunt Rs=1 Ω.
Tính dịng điện tổng cộng đi qua ampe kế trong các
trường hợp
Kim lệch tối da
0,5Dm


Bài tập


Một cơ cấu từ điện có I=0.1mA, điện trở nội khung
quay R=1KΩ. Tính điện trở Shunt mắc vào cơ cấu
đo để trở thành một ampe kế tương ứng
Dm=100mA = tầm đo 1
Dm=1A = tầm đo 2
Tính các điện trở shunt mắc song song để tạo ampe kế
có đồng thời 2 thang đo trên.
Tính các điện trở shunt mắc nối tiếp để tạo ampe kế có
đồng thời 2 thang đo trên.


Mạch tỉ lệ


Mạch tỉ lệ về áp
mạch phân áp, và mạch biến áp

Mạch phân áp điện trở
Hệ số phân áp
=

=1+

Mạch phân áp điện dung
Hệ số phân áp


1

C 2 1 
JC 2 R2 
U1

m
 1
U2

1 

C1 1 
 JC1 R1 


Mạch tỉ lệ


Mạch tỉ lệ về áp
mạch phân áp, và mạch biến áp

Mạch phân áp điện cảm

Hệ số phân áp
Ku 

U 1 W1

U 2 W2


Khuếch đại thuật toán – OA
(Operational Amplifier)
+Vc

Vi

iVi

Vi+

V0

i+

-Vc



Rv = ; Rr = 0; i- = i+ = 0; Kh = ; V0 = KhVi
Do OA thực tế khơng thể có Kh =  mà chỉ 104 -:-106 nên
tồn tại Vi cỡ vài mV được khuếch đại tuyến tính

Đặc tính vào ra của OA
Vi-

Vo
+Vc

Vi+

Vi

Vi

-Vc




Khi Vi+ > Vi- : V0 = + Vc
Khi Vi+ < Vi- : V0 = - Vc
Thực tế, ít dùng khuếch đại khơng có hồi tiếp âm tần
về đầu vào không đảo


Các chế đợ làm việc của OA
Chế đợ tuyến tính (khuếch đại): cần có phản hồi âm sâu
để giảm hệ số khuếch đại. Nối mạch phản hồi đầu ra về
chân đảo
Ln có:
Vi+ = Vii+ = i- = 0







Chế đợ xung (on – off) (Khơng có phản hồi)
Vi+ > Vi-  Vo = +Vc
Vi+ < Vi-  Vo = -Vc
Chế độ tự dao động : sóng sin, tam giác, răng cưa, chữ
nhật… cần có phản hồi dương. Nối mạch phản hồi từ
đầu ra về chân không đảo.


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
I2
I1
U1



R1
Vi

i-

Vi+

i+

Mạch khuếch đại đảo
Vi+ = Vi- = 0
Ur = -(R2/R1)U1

R2

Ur


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
I2
I1

R1
Vi

i-

R2

+
+
Vi
i
U1



Mạch khuếch đại khơng đảo
Vi+ = Vi- = U1

Ur = (1+R2/R1)U1

Ur


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
I2

R1

U2
R2
U1

Vi

I1



i-

Vi+

Rf

-

i+

Mạch cộng đảo
Vi+ = Vi- = 0
=

∑

Nếu Rf=R1=R2  Ur = - (U1 + U2)

Ur


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
Rf
Rn
Vi
U1

I1

R

U2

i-

-

i+
Vi+

Ur

I2
R


Mạch cộng khơng đảo
Vi+ = Vi- = Ur Rn / (Rn + Rf) = Ur / 2 nếu Rn=Rf
=
+
Tổng quát:

= (1 +

)∑


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
I3

U1

I1

R
Vi

R

U2

-

i-

Vi+

i+

R



Mạch trừ
Vi+ = Vi- = U2 / 2
=

R

Ur


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
C
I
U1

Vi

-

Vi+



ii+

Mạch vi phân đảo
Vi+ = Vi- = 0
=

R

I2

Ur


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
C
I

R

U1

Vi
Vi+



-

ii+

Mạch tích phân đảo
Vi+ = Vi- = 0
=

∫

Ur


Mạch gia cơng tính tốn trên OA

Vi

-

i-

+
+
Vi
i
U1



Mạch lặp điện áp
=
 Dùng tạo trở kháng nguồn thấp

Ur


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
R
R
Vi
R

i+

I1

-

i-

Vi+
I3

U1

R
C
I2



Ur

Mạch tích phân khơng đảo
V+ = V- = Ur / 2
=

∫


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
R2
R1
U1

iVi

C

Ur

+
Vi+ i



Mạch PI (Proportional Integrated)
V+ = V- = 0
=

Tỉ lệ

∫
Tích phân


Mạch gia cơng tính tốn trên OA
C1
R2

I2
R1
U1

I3

i-

-

Vi
i+

I1
Vi+



C2

Ur

Mạch PID (Proportional Integrated Derivative)
V+ = V- = 0
=
Tỉ lệ

+

∫
Vi phân

Tích phân


Ứng dụng OA trong mạch đo


Quan hệ I và U trong tiếp giáp p-n
trong vùng điện áp thấp và dòng nhỏ
Trong Diode
= .
 UAK = ln(IA) với k =1
Trong Tranzitor
= .
 UCE = ln(IC) với k=1