Bài 03 hồi tiếp âm trong kỹ thuật đo lường

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU
ĐO LƯỜNG
Mai Quốc Khánh
Nguyễn Hùng An
Học viện KTQS
06/2019

*


Tài liệu tham khảo
1. Xử lý tín hiệu đo lường (Tập bài giảng), Mai Quốc Khánh,
Nguyễn Hùng An, Bộ môn LTM-ĐL / Khoa VTĐT, 2019.
2. Kỹ thuật xử lý tín hiệu đo lường, Nguyễn Hùng An, Mai Quốc
Khánh, Dương Đức Hà, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, năm
2019.

2


Bài 3: Hồi tiếp âm trong kỹ thuật đo
lường
1.

Chuyển đổi áp - dòng và chuyển đổi dòng - áp

2.

Hồi tiếp âm và độ chính xác của chuyển đổi

3.

Hồi tiếp âm và độ tuyến tính của chuyển đổi

4.

Hồi tiếp âm và trở kháng của chuyển đổi

5.

Hồi tiếp âm và đặc tính động của chuyển đổi

3


1. Chuyển đổi áp – dòng và chuyển
đổi dòng - áp


Các chuyển đổi áp-dòng và dòng-áp

Chuyển đổi dòng - áp

Uout   RI in

Chuyển đổi dòng - áp
U in
I out 
R

• Trong các chuyển đổi đo lường, hồi tiếp âm giúp cải

thiện độ chính xác của chuyển đổi và cho phép tác động
đến trở kháng vào và trở kháng ra.
5


2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm tới
độ chính xác của chuyển đổi


Có hồi tiếp so với không có hồi tiếp

Không có hồi tiếp
I out
1
K 
 Ku
U in
Ro
• Hệ số CĐ phụ thuộc

tăng ích của BKĐ
(không ổn định)

Với hồi tiếp dòng điện
G
1
K


1  G 1  
G

dK / K K

dG / G G

• Thay đổi tăng ích của BKĐ ít ảnh

hưởng tới ĐCX của chuyển đổi
(với G lớn  K rất nhỏ  có thể
7
bỏ qua).


2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm tới
độ tuyến tính của chuyển đổi


Ảnh hưởng của HTA tới độ tuyến tính của CĐ
• Tín hiệu vào của BKĐ

mà

x  xin   xout

xout  Gx

do đó

xin
x 
1  G

U  U in  I out Rw ; I out

1
U in
 U  K u
 U 
Rw
Ro  Rw
1  Ku
Rw  Ro

• Như vậy, U << Uin (ví dụ, nếu Uin trong phạm vi mV thì

U sẽ ở trong miền V).

9


Ảnh hưởng của HTA tới độ tuyến tính của CĐ

Bộ CĐ điện trở  dòng điện với hồi tiếp âm
• Dòng điện đầu ra qua điện trở hồi tiếp Rw làm tự cân bằng

cầu  khi đó U có độ lệch chuẩn rất nhỏ (hoặc Rx không
cân bằng rất nhỏ)  giảm phạm vi không cân băng của cầu

 giảm sai số phi tuyến của bộ CĐ.
10


Ảnh hưởng của HTA tới độ tuyến tính của CĐ
Bộ CĐ điện trở (từ
trường) dùng trong
cảm biến từ - trở.

Bộ CĐ điện trở (từ trường) - dòng điện với hồi tiếp âm
• Dòng điện đầu ra trong cuộn hồi tiếp tạo ra từ trường hồi

tiếp BFD để cân bằng mạch cầu.
• Cảm biến hoạt động như một bộ phát hiện từ trường bằng
0. Ngay cả khi nó phi tuyến thì toàn bộ chuyển đổi vẫn
tuyến tính (vì chỉ sử dụng một phần tuyến tính nhỏ của đặc
11
tuyến truyền đạt).


2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm tới
trở kháng của chuyển đổi


Ảnh hưởng của HTA tới trở kháng vào của CĐ
• Dòng điện vào của BCĐ
U in  I out Rw
I in 
Rin  Rw  Rs

khi có hồi tiếp I in 

U in
1
Rin  Rw  Rs 1  Ku 

khi không có hồi tiếp

I ino 

U in
Rin  Rs

do vậy, khi có hồi tiếp dòng vào giảm 1+Ku lần
• Hay

Rin  1  G   Rino

13


Ảnh hưởng của HTA tới trở kháng ra của CĐ
• Trở kháng ra của BCĐ với hồi tiếp dòng điện

Rout  Routo  Rw 1  K u 
• Trở kháng ra của BCĐ với hồi tiếp điện áp

Rout

Routo


1  Ku 

• Như vậy, áp dụng hồi tiếp dòng điện  có BCĐ với đầu

ra dòng điện (trở kháng lớn - nguồn dòng); áp dụng hồi
tiếp điện áp  có BCĐ với đầu ra điện áp (trở kháng nhỏ
- nguồn áp).

14


2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm tới
đặc tính động của chuyển đổi


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ
• Hàm truyền của mạch hở (đơn hướng) có quán tính

Ku
G s 
1  sT
• Hàm truyền của mạch có hồi tiếp

G s
Ku
1
K s 

1   G  s  1   Ku 1  s T

1   Ku
• Như vậy, hằng số thời gian T giảm đi 1+Ku  độ nhạy

cũng giảm đi như vậy.
16


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ)
• Hàm truyền của mạch hở (đơn hướng) có quán tính

Ku
G s 
1  sT
• Hàm truyền của mạch có hồi tiếp

G s
Ku
1
K s 

1   G  s  1   Ku 1  s T
1   Ku
• Như vậy, hằng số thời gian T giảm đi 1+Ku  độ nhạy

cũng giảm đi như vậy.
17


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ
 Hàm truyền của BCĐ kiểu dao động khi không có hồi tiếp:

K uo2
G s  2
o  2bo s  s 2
• Hàm truyền của mạch có hồi tiếp

K s 

K uo2



o

1  Ku 



2


b
 2 o 1  Ku  
 1 K 
u







2
 s  s


• Như vậy, khi có hồi tiếp, tần số cộng hưởng tăng 1  Ku 

lần  sự tắt dần cũng giảm với cùng hệ số này.

18


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ

Đặc tính động của bộ chuyển
đổi kiểu quán tính trong
miền thời gian (A - không hồi
tiếp; B - có hồi tiếp)

Đặc tính động của bộ chuyển
đổi kiểu dao động trong
miền tần số (A - không hồi
tiếp; B - có hồi tiếp)
19


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ

Bộ chuyển đổi lực  dòng điện có hồi tiếp

 Lực cần đo Fx  lệch thanh  cảm biến dịch chuyển P1

ra khỏi trạng thái cân bằng, tín hiệu đầu ra được khuếch
đại rồi đưa tới cuộn dây của nam châm điện P2. Lực đẩy
của cuộn dây làm thanh chuyển động trở lại để đạt được
trạng thái cân bằng (và tín hiệu 0 từ cảm biến P1). Do vậy,
cảm biến này còn được gọi là cân dòng điện.

20


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ

Bộ chuyển đổi lực  dòng điện có hồi tiếp
 Dòng điện tạo ra lực đẩy cân bằng

Fz  BzdlI out  k1 I out

• Vì vậy, dòng điện đầu ra tỷ lệ với lực đo được

I out  kFx
21


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ
 Hồi tiếp có thể làm mất ổn định của BCĐ  đôi khi

cần phải có một số hiệu chỉnh đặc biệt.
Không có
hiệu chỉnh

Hiệu chỉnh
không phù
hợp

Hiệu chỉnh
không phù
hợp

Hiệu chỉnh
phù hợp

Kiểm tra đặc tính động của BCĐ lực khi sử dụng các phần tử
hiệu chỉnh khác nhau

22


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ

a)

b)

c)

Bộ chuyển đổi RLC  tần số với hồi tiếp âm
 Mạch cầu có điều kiện cân bằng phụ thuộc vào tần số của
tín hiệu nguồn cung cấp.

23


Ảnh hưởng của HTA tới đặc tính động của CĐ
1
• ĐK cân bằng cho mạch cầu Hình a:  
C2C3  R2 R3  R4 Rx 
• ĐK cân bằng cho mạch cầu Hình b: b 

• ĐK cân bằng cho mạch cầu Hình c: c 

1

Lx 
C2C3  R2 R3  
C4 


1
R2 R3  C2C3  C4C x 

• Nếu sử dụng mạch tạo dao động với điện áp phụ thuộc

vào tần số  a) BCĐ điện trở - tần số; b)điện dung – tần
số; hoặc c) điện cảm – tần số

24


Kết luận

 Hồi tiếp âm cải thiện hầu hết các đặc trưng của bộ

chuyển đổi: độ chính xác, độ tuyến tính, trở kháng vào,
trở kháng ra, và đặc tính động.
 Nhược điểm chính của sử dụng hồi tiếp là gây nên rủi

ro về sự không ổn định của toàn bộ chuyển đổi. Vì vậy,
trong một số trường hợp, cần phải có một số hiệu
chỉnh đặc biệt.

25