Chương III: Mạch đo lường và gia công thông tin

Mạch đo lường là thiết bị kỹ thuật làmnhiệm vụ biến đổi, gia công thông tin tínhtoán, phối hợp các tin tức với nhau trongmột hệ vật lí thống nhất.Mạch đo là một khâu tính toán, thực hiệncác phép tính đại số trên sơ đồ mạch nhờvào kĩ thuật điện tử.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương III: Mạch đo lường và gia công thông tin Chương III Mạch đo lườngvà gia công thông tin Mạch đo lường và gia công thông tin3.1. Khái niệm chung3.2. Mạch tỷ lệ3.3. Mạch khuếch đại đo lường3.4. Mạch gia công tính toán3.5. Mạch so sánh3.6. Mạch tạo hàm3.7. Các bộ biến đổi tương tự số (ADC)3.8. Các bộ biến đổi số tương tự (DAC) 3.1. Khái niệm chung Mạch đo lường là thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ biến đổi, gia công thông tin tính toán, phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lí thống nhấtMạch đo là một khâu tính toán, thực hiện các phép tính đại số trên sơ đồ mạch nhờ vào kĩ thuật điện tử 3.2. Mạch tỉ lệThực hiện một phép nhân (hoặc chia) với một hệ số k. Đại lượng vào là x thì đại lượng ra là k.xVí dụ: shunt, phân áp, biến dòng, biến áp…- Mạch tỉ lệ về dòng- Mạch tỉ lệ về áp 3.2.1. Mạch tỉ lệ về dònga. Điện trở Shuntlà một điện trở mắc song song với cơ cấu chỉ thị.Trong công nghiệp shunt được làm bằng vật liệu có điện trở không phụ thuộc nhiệt độ như manganin.Thường shunt được chế tạo với dòng từ vài mA 4 đến 10 A; điện áp shunt cỡ 60, 75, 100, 150 và 300mV.Các dòng điện chạy trong mạch gồm:- Dòng chạy trong mạch chính là I CT- Dòng chạy trong mạch chỉ thị là I I = I CT + I S s- Dòng chạy qua shunt là I I I = KI I CTI CT Rs RCT = ⇒ Is = I CT Is RCT Rs  RCT I = I CT + I S = I CT 1 +  = I CT K I ;  Rs  RCT RCTKI = 1 + ⇒ Rs = Rs KI −1Tính điện trở Shunt cho mạch đo dòng trong 1 bể điện phân có dòng I = 10kA.Biết:+ dòng định mức qua cơ cấu là ICT =20mA+ điện trở cơ cấu là RCT = 1ΩCấu tạo của shunt: có cấu tạo như điện trở 4 đầu, bao gồm 2 đầu dòng và 2 đầu áp:- 2 đầu dòng: để đưa dòng IS vào.- 2 đầu áp: lấy điện áp ra để đưa vào cơ cấu chỉ thị.Trên shunt thường có ghi:- Cấp chính xác- Dòng IS có thể đi qua S S S CT S- Điện áp ở đầu ra: U = I .R = (I - I ).RĐể tđiều chthường n trở shunt có thể xẻ rãnhMộ shunt ỉnh điệchỉ làmnhau.với một khác việcchỉ thị nhất định vàphải có dây nối đãxác định trước điệntrở.Dùng shunt có hệ số chia dòng khác nhau: I4KI 4 = I CT RCT⇒ RS 4 = KI 4 −1⇒ RS 4 = R1 + R2 + R3 + R4⇒ K I 1 , K I 2 , K I 3 , Rs1 , Rs 2 , Rs 3 = ....Ví dụCơ cấu đo: RCT =1kΩ; Imax = 50μA.Xác định 4 tầm đo: A (1mA) B (10mA) C(100mA) D(1000mA)Ứng dụng:Shunt được dùng chủ yếu trong mạch một chiều, có thể dùng trong mạch xoay chiều nếu tải thuần trở.b. Biến dòng điện (BI) Biến dòng điện là một biến áp mà thứ cấp ngắn mạch, sơ cấp nối tiếp với mạch có dòng điện chạy qua.BI được sử dụng trong mạch xoay chiều để biến đổi dòng điện trong phạm vi rộng.Nếu biến dòng làm việc lí tưởng (không có tổn hao): I1 W2KI : hệ số biến dòng KI = = : dòng điện sơ cấp vàI1, I2 I 2 W1thứ cấp;W1, W2: số vòng dây quấnDòng sơ cấp định mức từ 0,1÷25000A. Dòng thứ cấp định mức là 1A hoặc 5A.Cấp chính xác của biến dòng thường là:0,05; 0,1; 0,2; 0,5. 3.2.2. Mạch tỉ lệ về áp1. Mạch phân áplà mạch phân điện áp, thường có U2 nhỏ hơn U1 tức là công suất ra nhỏ hơn công suất vào.a. Mạch phân áp điện trở Hệ số phân áp: U1 m= U2Xét hai trường hợp:+ Khi không có tải U1 I ( R1 + R2 ) R1m0 = = = 1+ U2 IR2 R2 + Khi có tải RT R2 IR1 + I U1 RT + R2 R1 ( RT + R2 ) + RT R2m = = = U2 RT R2 RT R2 I RT + R2 R = m0 + 1 RTKhi tải là những cơ cấu chỉ thị có điện trở không đổi:R2 : điện trở của chỉ thịR1 : phân áp (điện trở phụ) : RP = RCT .(m−1)Tỉ số giữa điện áp cần đo và điện áp trên cơ cấu chỉ thị: UX m= U CTNếu một vônmét có nhiều thang đo: U3 m3 = U CTRP3 = RCT .(m3−1) = R1+ R2+R3 ⇒ m1 , m2 , R p1 , R p 2 ⇒ R1 , R2 , R3Phân áp có hệ số phân áp thay đổi tùy ý: thường là một biến trở trượt có gắn thêm một thang chia độ trên có khắc hệ số phân áp tương ứng với vị trí của nó, mạch này có độ chính xác không cao (thường từ 1÷5%).Các phân áp có cấp chính xác cao (0,05÷0,1): được chế tạo theo kiểu nhảy cấp hoặc bố trí thành từng cấp thập phânb. Mạch phân áp điện dungHệ số phân áp là: U1 Z1 + Z 2 m= = U2 Z2 1 1 R1. R2 . jωC1 jωC2 + 1 ...