Mạch đo là gì ? Qua bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào phân tích mạch đo, để hiểu thêm các bạn vui lòng theo dõi nội dung bên dưới nhe.
Sơ đồ mạch đo – Mạch đo là gì
Mạch đo bao gồm toàn bộ thiết bị đo ( trong đó có cảm biến) cho phép xác định chính xác giá trị của đại lượng cần đo trong những điều kiện tốt nhất có thể.
Ở đầu vào của mạch, cảm biến chịu tác động của đại lượng cần đo gây nên tín hiệu điện mang theo thông tin về đại cần đo.
Ở đầu ra của mạch, tín hiệu điện đã qua xử lý được chuyển đổi sang dạng có thể đọc được trực tiếp giá trị cần tìm của đại lượng đo.
Ở đầu ra của mạch, tín hiệu hiện đã qua xử lý được chuyển đổi sang dạng có thể đọc được trực tiếp giá trị cần tìm của đại lượng đo. Việc chuẩn hệ đo đảm bảo cho mỗi giá trị của chỉ thị đầu ta tương ứng với một giá trị của đại lượng đo tác đọng ở đầu vào của mạch.
Dạng đơn giản của mạch đo gồm một cảm biến, bộ phận đổi tín hiệu và thiết bị chỉ thị, ví dụ mạch đo nhiệt độ một một cặp nhiệt ghéo nối trực tiếp với một milivon kế.
- Máy phát chức năng
- Cảm biến điện tích
- Truyền khuếch đại
- So pha lọc nhiễu
- Khuếch đại
- Chuyển đổi tương tự số
- Máy tính
Trên thực tế, do các yêu cầu khác nhau khi đo, mạch đo thường gồm nhiều thành phần trong đó có các khối để tối ưu hóa việc thu thập và xử lý dữ liệu, chẳng hạn mạch tuyến tính hóa tín hiệu nhận từ cảm biến, mạch khử điện dung ký sinh, các bộ chuyển đổi nhiều kênh, bộ khuếch đại, bộ so pha lọc nhiễu, bộ chuyển đổi tương tự – số, bộ vi xử lý, các thiết bị hỗ trợ… Như hình biểu diễn sơ đồ khối một mạch điện đo điện thế trên bề mặt màng nhạy quang được lắp ráp từ nhiều phần tử.
Một số phần tư cơ bản của mạch đo
-
Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT)- Mạch đo là gì
Bộ khuếch đại thuật toán mạch tích hợp là bộ khuếch đại dòng một chiều có hai đầu vào và một đầu ra chung, thường gồm hàng trăm tranzito và các điện trở, tụ điện ghép nối với nhau. Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán biểu diễn trên hình.
Các đặc tính cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán:
- Bộ khuếch đại có hai đầu vào: một đầu đảo(-), một đầu không đảo(+).
- Điện trở vào rất lớn, cỡ hàng trăm MΩ đến GΩ.
- Điện trở ra rất nhỏ, cỡ phần chục Ω.
- Điện áp lệch đầu vào rất nhỏ, cỡ vài nV.
- Hệ số khuếch đại hở mạch rất lớn, cỡ 100.000.
- Dải tần làm việc rộng.
- Hệ số suy giảm theo cách nối chung CMRR là tỷ số hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán đối với các tín hiệu sai lệch và hệ số khuếch đại theo cách nối chung của cùng bộ khuếch đại thuật toán. Thông thường CMRR vào khoảng 90 dB.
- Tốc độ tăng hạn chế sự biến thiên cực đại của điện áp tính bằng V/μs.
2. Bộ khuếch đại đo lường IA- Mạch đo là gì
Bộ khuếch đâị đo lường IA có hai đầu vào và một đầu ra. Tín hiệu đầu ra tỷ lệ với hiệu của hai điện áp đầu vào:
Đầu vào vi sai đóng vai trò rất quan trọng trong việc khử nhiễu ở chế độ chung và tăng điện trở vào của KĐTT. Điện áp trên R(a) phải bằng điện áp vi sai đầu vào ΔU và tạo nên dòng điện i =ΔU/R(a). Các điện áp ra từ KĐTT U1 và U2 phải bằng nhau về biên độ nhưng ngược pha. Điện áp U3 của tầng thứ hai biến đổi đầu ra vi sai thành đầu ra đơn cực. Hệ số khuêch đại tổng của IA bằng:
3.Khử điện áp lệch – Mạch đo là gì
Đối với một bộ khuếch KĐTT lý tưởng khi hở mạch phải có điện áp ra bằng không khi hai đầu vào nối mát. Thực tế vì các điện áp bên trong nên tạo ra một điện áp nhỏ( điện áp phân cực) ở đầu vào KĐTT cỡ vài mV, nhưng khi sử dụng mạch kín điện áp này được khuếch đại và tạo nên điện áp khá lớn ỏ đầu ra. Để khử điện áp lệch có thể sử dụng sơ đồ như hình, bằng cách điều chỉnh biến trở R3.
4.Mạch lặp lại điện áp – Mạch đo là gì
Để lặp lại điện áp chính xác, người ta sử dụng bộ KĐTT làm việc ở chế độ không đảo với hệ số khuếch đại bằng 1 sơ đồ như hình.
Trong bộ lặp điện áp, cực dương của KĐTT được nối trực tiếp với tín hiệu vào, còn cực âm được nối trực tiếp với đầu ra, tạo nên điện áp phản hồi 100% do đó hệ số khuếch đại bằng 1. Mạch lặp điện áp có chức năng tăng điện trở đầu vào, do vậy thường dùng để nối giữa hai khâu trong mạch đo.
5.Mạch cầu – Mạch đo là gì
Cầu Wheatstone thường được sử dụng trong các mạch đo nhiệt độ, lực, áp suất, từ trường… Cầu gốm bốn điện trở R1, R2, R3 cố định và R4 thay đổi (mắc như hình) hoạt động như cầu không cân bằng dựa trên việc phát hiện điện áp qua đường chéo của cầu.
Trong mạch cầu, điện áp ra là hàm phi tuyến nhưng đối với biến đổi nhỏ(Δ<0.05) có thể coi là tuyến tính. Khi R1=R2 và R3=R4 độ nhạy của cầu là cực đại. Trường hợp R1>>R2 hoặc R2>>R1 điện áp ra của cầu giảm. Đặt K=R1/R2 độ nhạy của cầu là:
Bài viết mang tính chất chia sẽ, hi vọng giúp ích được các bạn có thêm kiến thức trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Xem thêm: Sai số cảm biến
Xem thêm: Nguyên lý chế tạo cảm biến
Xem thêm: Bộ cách ly tín hiệu
