Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 3: Cơ sở kỹ thuật đo lường số
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:
- bai_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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- §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 RC100RC21 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- V CU I C NG L À Ố Ù À L Đ CẢMLTM- ƠN ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 42/42