›
›

Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 3: Cơ sở kỹ thuật đo lường số

pdf 42 trang phuongnguyen 3130
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 3: Cơ sở kỹ thuật đo lường số", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mon_do_luong_dien_bai_3_co_so_ky_thuat_do_luong_so.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 3: Cơ sở kỹ thuật đo lường số

  1. Môn học: Đo lường điện L Bài 3 Đ Cơ sở kỹ thuật đo lường số LTM- Mai Quốc Khánh Khoa Vô tuyến điện tử Học viện KTQS ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 1/42
  2. Nội dung L Đ 1. Khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường số 2. Sơ đồ chức năng và LTM-các khối chức năng cơ bản của máy đo lường số ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 2/42
  3. Yêu cầu với kỹ thuật đo lường hiện Lđại Đ  Sè ®ại l­îng ®o t¨ng nhanh  CÇn ®o nhiÒu ®¹i l­îng ®ång thêi  Th«ng tin ®o vµ cÇn xö lýLTM- lín  CÇn l­u 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 khôngộ môn đáp ứng được) Ví dụ 1: Một hệB thống thông tin đo lường nhiều kênh (1) – (2) – (3) © Mai Quốc Khánh - 04/2010 3/42
  4. Ưu điểm của kỹ thuật đo lường số L Đ  §CX cao  §é nh¹y lín  Kh«ng cã sai sè do ng­êiLTM- ®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, l­u gi÷, xöộ lý môntiÕp B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 4/42
  5. Phần I Những khái niệm cơ bản trongL kỹ thuật đo lường số Đ 1. Hệ đếm và mã dùng trong kỹ thuật đo lường số 2. Máy đo lường số và quáLTM- trình số hoá 3. Sai số của máy đo lường số ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 5/42
  6. Hệ đếm và mã dùng trong kỹ thuật đo lường Lsố Đ  HÖ ®Õm: tËp hîp c¸c ký hiÖu ë d¹ng ch÷ sè ®Ó biểu diÔn th«ng tin sè l­îng.  Ph©n lo¹i:  HÖ ®Õm kh«ng vị trÝ: trÞ sè cña ký hiÖu kh«ng phụ thuéc vÞ trÝ  HÖ ®Õm vÞ trÝ: trÞ sè cña kýLTM- hiÖu phô thuéc vÞ trÝ cña nã  Các hệ đếm thông dụng:  HÖ ®Õm 1 (1) kh«ng vÞ trÝ  VD: sè 5 N(1) = 11111  HÖ ®Õm ộ2 (0 môn vµ 1) vÞ trÝ  HÖ ®ÕmB 10 (0, 1, 2, ,9) vÞ trÝ © Mai Quốc Khánh - 04/2010 6/42
  7. Hệ đếm và mã dùng trong kỹ thuật đo lường Lsố Đ BiÓu diÔn mét sè Nh bÊt kú trong hÖ ®Õm m mm-1 -2 0 i−1 N= amm h + a-1 h ++ ah1 =∑ ahi i=1 vhíi - hÖ ®Õm LTM- i - thø tù hµng m - thø tù hµng lín nhÊt ah nhËn c¸c gi¸ trÞ tõ 0 ®Õn ( -1) i ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 7/42
  8. Hệ đếm và mã dùng trong kỹ thuật đo lường Lsố Đ  Mã: lượng thông tin được biểu diễn trong một hệ đếm theo 0 1 1 1 một qui luật nhất định 0 1 1 1  Các mã thường dùng trong LTM-0 0 1 1 KTĐLS: 0 1 1 1  Mã 1  Mã 2 0 1 0 0  Mã 10  Mã 2-10 môn Tạo mã Gray từ mã 2  ộ Mã GrayB © Mai Quốc Khánh - 04/2010 8/42
  9. Mã 2, mã 10 và mã Gray L Mã 10 Mã 2 Mã Gray Đ 0 0000 0000 1 0001 0001 2 0010 0011 3 0011 0010 4 0100 0110 LTM- 5 0101 0111 6 0110 0101 7 0111 0100 Đĩa mã dùng để đo góc 8 1000 môn1100 9 1001ộ 1101 B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 9/42
  10. Máy đo lường số và quá trình số hoá L Đ  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 thôngLTM- 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 môn theo giá trị  Rời rạc ộhoá theo thời gian B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 10/42
  11. Lượng tử hoá theo giá trị L X(t) Đ X Xt() ®­îc thay b»ng c¸c n gi¸ trÞ c¸ch nhau mét b­íc l­îng tö ∆X LTM- ∆X k Xi k X=∆= nX. (víi n1,2, ) nk X2 X1 t ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 11/42
  12. Rời rạc hoá theo thời gianL X(t) Đ Xt() ®­îc thay b»ng c¸c gi¸ trÞ XX12, , , Xn øng Xn víi c¸c thêi ®iÓm c¸ch nhau mét b­íc gi¸n ®o¹n ∆t LTM-Xi ∆t ∆=tttii −−1 X2 X1 t t t t t ộ môn 1 2 i n B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 12/42
  13. Sai số của máy đo lường sốL  Sai số của MĐLS phụ thuộc: Đ Sai số của các bộ phận Mối liên hệ giữa các bộ phận  Sai số đặc trưng cho máyLTM- 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 lượngmôn tử hoá theo giá trị Sai số ộkhi lượng tử hoá một khoảng thời gian B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 13/42
  14. Sai sè l­îng tö tuyÖt ®èi gÆp ph¶i khi ®o Sai số khi lượng tử ®¹i l­îng X00 : ∆= XXXi − TrÞ sè lín nhÊt cña sai sè l­îng tö: hoá giáL trị ∆=∆XX Đ max k X(t) Sai sè l­îng tö t­¬ng ®èi: ∆X σ = ± .100 % X  Sai sè l­îng tö t­¬ng ®èi cùc ®¹i: ∆X σ = ± max .100 % max X  LTM- X ∆X i = ± k .100 %  X0 ∆Xk NX.∆ k Xi-1 1 = ± .100 % N  t §Ó gi¶m sai sè l­îng tö cÇn cã môn t0 N lín, hay cÇn gi¶mộ ®é lín cña b­íc l­îng tö ∆X Bk © Mai Quốc Khánh - 04/2010 14/42
  15. Sai số khi lượng tử hoá một khoảng thời gian L Đ  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 Xung KĐ Xung Tắt  Để giảm sai số lượng tử khi lượng LTM- tử hoá một khoảng T thời gian, cần tăng X ∆t ∆t số bước lượng tử, 1 2 tức là tăng tần số f0=1/T0 của dãy xung dùng để lượng tử môn T0 hoá ộ TN B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 15/42
  16. Phần II Sơ đồ chức năng và các khối Lchức năng cơ bản của MĐLS Đ 1. Sơ đồ cấu trúc của phương tiện đo số 2. Bộ biến đổi tương tự-tươngLTM- tự 3. Bộ biến đổi tương tự-số 4. Bộ biến đổi số-tương tự 5. Bộ biến đổi mã-mã môn 6. Hiển thị trongộ kỹ thuật đo lường số B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 16/42
  17. Sơ đồ cấu trúc của phương tiện đo số L Đ X Y N Biến đổi Biến đổi Biến đổi Hiển thị TT-TT TT-S Mã số LTM- X ∆X Biến đổi Y Biến đổi N Biến đổi Hiển thị TT-TT TT-S Mã số X’ Biến đổi S-TT môn Sơ đồ biếnộ đổi thẳng và sơ đồ biến đổi cân bằng B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 17/42
  18. Bộ biến đổi tương tự-tươngL tự Đ  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 lượngLTM- tương tự, đầu ra cũng là một đại lượng tương tự khác  BBĐTT-TT rất đa dạng, sau đây xét một ví dụ: Bộ biến đổi điện áp-tần số ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 18/42
  19. Bộ biến đổi điện áp-tần số L C Đ R1 UX So U0 K (đầu vào) sánh LTM- R 2 U UPHX Phản hồi RA xung fx (đầu ra)  BBĐ điện áp-tần sốmôn biến đổi điện áp một chiều đầu vào thành dãy xung đầu ra cóộ tần số tỉ lệ với điện áp đó B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 19/42
  20. Bộ biến đổi điện áp-tần số (tiếp theo) L U (t) Đ TP U0 LTM- t UPHX(t) TPH TTP t UPH TX URA(t) môn ộ t B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 20/42
  21. §iÖn ¸p tõ hai lÇn tÝch ph©n cña mét chu kú: TT Bộ biến đổi 1TP PH  11 = − ∫∫Ux dt UPH Ux dt điện áp-tần số RC100RC21 RC (tiếpL theo) Ta cã: Đ TTTP PH TPH UUx =PH − Ux RC12 RC RC 1 1 TPH ()TTP+= TU PH x UPH RC12RC 11 = víi = + LTM- TUx x TPH U PH; T x T TP T PH RC12 RC 1 R2 = U x Tx RT1 PH U PH R f= KU; víi K = 2 xx RT U môn1 PH PH TÇn sè lÆp l¹i cña d·yộ xung ë ®Çu ra tØ lÖ víi ®iÖn ¸p mét chiÒu U ë ®Çu vµo B x © Mai Quốc Khánh - 04/2010 21/42
  22. Bộ biến đổi tương tự-sốL  Biến đổi các đại lượng tương tự thành Đđại lượng số ở đầu ra  Là bộ biến đổi cơ bản nhất trong KTĐLS  Đầu vào là một đại lượng tương tự, đầu ra là một đại lượng số LTM-  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 mônthời gian-mã  ộ Bộ biếnB đổi điện áp-mã © Mai Quốc Khánh - 04/2010 22/42
  23. Bộ biến đổi chiều dài-mã L Đ Mã N Mã ra LTM- HT Thước m· chổi quét  Biến đổi chiều dài về 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 môncủa mã cần lấy ra  Thường sử dụngộ Mã Gray l= Nl. ∆ k B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 23/42
  24. Bộ biến đổi góc-mã Đĩa mã L Đèn chiếu sáng Đ Mã N Thấu kính HT tế bào LTM- 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 môn hệ thống quang học ộ αα=N. ∆ k  Thường sửB dụng Mã Gray © Mai Quốc Khánh - 04/2010 24/42
  25. Bộ biến đổi thời gian-mãL Đ NX TXC K BĐX T0=1/f0 (đầu ra) TX Trigơ LTM- XKĐ TX (đầu vào) Tx Nxx= = fT0. XT T0 ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 25/42
  26. Bộ biến đổi thời gian-mã (tiếp theo) L UĐK Xung KĐ Xung Tắt Đ t TX UTXC T0 LTM- t UTR t T N=x = fT. U xxT 0 BĐX môn 0 ộ t B NX © Mai Quốc Khánh - 04/2010 26/42
  27. Bộ biến đổi điện áp-mãL Đ Ux XKĐ So sánh TXRC (đầu vào) XT TriLTM- gơ TX NX TXC K B§X (đầu ra) ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 27/42
  28. Bộ biến đổi điện áp-mã (tiếp theo) UĐK Xung KĐ Xung Tắt L TX Đ t UTXC T0 t UTXRC U LTM- x UTR t U BĐX môn ộ t B NX © Mai Quốc Khánh - 04/2010 28/42
  29. Bộ biến đổi điện áp-mã (tiếp theo) L Đ §iÖn ¸p r¨ng c­a: URC = at T¹i tT=x , cã U RC = U x 1 Do vËy, U=⇔= at T. U xLTM- xxa M· ®Çu ra: Nxx= fT0. f Do ®ã, N= KU. víi K = 0 xx a ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 29/42
  30. Bộ biến đổi số- tương tựL Đ  Biến đổi ngược đại lượng số thành đại lượng tương tự ở đầu ra  Là bộ biến đổi cơ bản nhất cần thiết trong các sơ đồ biến đổi cân bằng  Đầu vào là đại lượng số, đầuLTM- ra là một đại lượng tương tự  Đa dạng, xét một số ví dụ:  Bộ biến đổi mã-thời gian  Bộ biến đổi mônmã-điện áp  Bộ biếnộ đổi mã-điện trở B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 30/42
  31. Biến đổi mã-thời gian L Đ T0=1/f0 BĐX N K TXC X Thuận-Nghịch (đầu vào) TX LTM-Trigơ (đầu ra) XT XKĐ §¹i l­îng ®Çu vµo lµ m· Nx §¹i l­îng môn®Çu ra lµ kho¶ng thêi gian T cña xung trig¬ x ộ T= TN. B xx0 © Mai Quốc Khánh - 04/2010 31/42
  32. Bộ biến đổi mã-điện áp L R/2 R/2 R/2 R/2Đ R/4 R R R R R 3R/4 Ura E0 LTM- 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 N N môn N 0 1 n ộ NX B (đầu vào) © Mai Quốc Khánh - 04/2010 32/42
  33. Bộ biến đổi mã-điện áp (tiếp theo) L Đ NÕu ®iÖn trë t¶i cña BB§ lµ rÊt lín ()RN = ∞ , ta cã: EEm =00ii−1 ⇔= = URA mm∑ a2. URA KN x , víi K 22i=1 LTM- Điện áp ra tỉ lệ với mã Nx cần biến đổi ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 33/42
  34. Biến đổi mã-điện trở NX L N N (đầu vào) Đ N 0 1 n 20∆R 21∆R LTM- 2n-1∆R RX (đầu ra) m ii−1 §iÖn trë ®Çu ra cña BB§: Rx = ∆ Ra.2∑ môn i=1 Nh­ộ vËy, R= KN. , víi K= ∆ R (h»ng sè) B xx © Mai Quốc Khánh - 04/2010 34/42
  35. Bộ biến đổi mã-mã L  Biến đổi từ mã này sang mã khác. Đ  Đa dạng, xét một ví dụ:  Bộ biến đổi từ mã 2 thành mã 10 (thân thiện với người dùng hơn) §Çu vµo lµ M· 2 (N2 ), ®Çu ra lµ M· 10 (N10 ) Ban ®Çu B§X nghÞch ®­îc n¹p m· 2, LTM-cßn B§X thuËn ®­îc thiÕt lËp vÒ 0 Qu¸ tr×nh ®Õm gi¶m dÇn x¶y ra ë B§X nghÞch m· 2 Qu¸ tr×nh ®Õm t¨ng dÇn x¶y ra ë B§X thuËn m· 10 Khi B§X nghÞch vÒ 0, c¶ hai B§X ngõng ®Õm NN(10)= (2) ra mônvµo Qu¸ tr×nh ®Õm t¨ngộ dÇn x¶y ra ë B§X th B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 35/42
  36. Bộ biến đổi mã-mã (tiếp theo) N2 (đầu vào) L Đ T0=1/f0 BĐX Nghịch K TXC Mã 2 LTM- Trigơ X XT KĐ BĐX Thuận ộMã 10 môn BN10 (đầu ra) © Mai Quốc Khánh - 04/2010 36/42
  37. Hiển thị trong kỹ thuật đo lườngL số Đ  Ba loại hiển thị: Hiển thị 7-8 đoạn bằng LED Hiển thị bằng màn hìnhLTM- tinh thể lỏng LCD Hiển thị bằng đèn sợi đốt hoặc đèn có khí (hiện nay ít dùng) ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 37/42
  38. Hiển thị bằng đèn sợi đốt hoặc đèn có khí L Đ LTM- Đèn có khí Xắp xếp đèn sợi đốtộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 38/42
  39. Hiển thị bằng đèn LED L Đ A B C D E F G DP LTM- Đèn LED ộ môn BCD – 7 segment BDecoder © Mai Quốc Khánh - 04/2010 39/42
  40. Hiển thị bằng LCD (tiếp theo)L Đ LTM-  Ví dụ: Máy hiệu chuẩn mạch vòng (Loop Calibrator môn) của hãng Fluke ộ B Cấu tạo của LCD Cấu tạo của LCD © Mai Quốc Khánh - 04/2010 40/42
  41. Một số thiết bị đo lường số L SoundMagneticWind Level Speed MeterField Đ LightMeterMeter Meter Network Analyzer LTM- môn ộ Handheld Digital B Oscilloscope © Mai Quốc Khánh - 04/2010 41/42
  42. V CU I C NG L À Ố Ù À L Đ CẢMLTM- ƠN  ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 42/42