dề thi

ĐỀ THI CUỐI KỲ 1 – 2016/2017 MÔN: ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP
Thời gian: 75 phút SV không sử dụng tài liệu
Hướng dẫn soạn đề thi để thu thập dữ liệu phục vụ đánh giá ABET.
Theo chuẩn đầu ra môn học, phần thi cuối kỳ cần có các câu hỏi phục vụ các chuẩn đầu
ra: CĐR1,3,6.
Cụ thể: CĐR1 (20%) + CĐR3 (10%) + CĐR6 (20%)
Chi tiết:
CĐR1: Phân tích các thành phần trong hệ thống đo lường công nghiệp, các bài toán đo
lường. Đề thi nên có các câu hỏi bao gồm:
 Xác định chức năng các thành phần trong hệ thống đo lường công nghiệp
 Nhận dạng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đo lường
 Thực hiện ước lượng sai số đo lường
CĐR3: Suy nghĩ một cách thấu đáo trong vấn đề chọn lựa phương pháp và cảm biến
đo. Đề thi nên có các câu hỏi bao gồm:
 Xem xét tổng thể các yếu tố ảnh hưởng đến đo lường
 So sánh các phương pháp đo và chọn lựa cảm biến đo phù hợp cho từng ứng
dụng cụ thể
CĐR6: Thiết kế hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu. Đề thi nên có các câu hỏi bao gồm:
 Áp dụng các phương pháp xử lý tín hiệu số và tương tự

Câu 1 (CĐR1) (1đ)
Cho hệ thống đo lường có sơ đồ khối như hình 1. Hãy chỉ ra các khối nào là cảm biến
(sensor), gia công tín hiệu và xử lý tín hiệu (signal conditioning and signal processing)
và hiển thị dữ liệu (data presentation).
Hình 1. Hệ thống đo lường
Câu 2 (CĐR1) (1.5đ)
Cho cảm biến đo nhiệt độ Pt100 có điện trở bằng 100Ω và hệ
số nhiệt 0.00385Ω/Ω/0
C tại 00
C với cấu hình hai dây như hình
2. Cảm biến này được sử dụng để đo nhiệt độ từ 0 đến 2500
C.
Giả sử quan hệ R-T của Pt100 trong tầm đo là tuyến tính.
a. Hãy xác định độ trôi zero (0
C) và độ trôi độ nhạy do điện
trở dây dẫn gây ra . (1.0đ)
b. Tính sai số nhiệt độ khi đo ở 2500
C. (0.5đ)
Giả sử dây dẫn có điện trở bằng 2Ω (RLine = 2Ω) và không thay
đổi theo nhiệt độ.
Câu 3 (CĐR1) (1.5đ)
Một load cell được calib ở môi trường có nhiệt độ 210
C và có đặc trưng sai lệch/tải
(deflection/load) như sau:
Load (kg) 0 50 100 150 200
Deflection(mm) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Khi sử dụng ở môi trường có nhiệt độ 350
C, đặc trưng này thay đổi như sau:
Load (kg) 0 50 100 150 200
Deflection(mm) 0.2 1.3 2.4 3.5 4.6
Xác định độ nhạy ở 210
C và 350
C. Tính độ trôi độ nhạy và độ trôi zero tại 350
C.
Xem tiếp mặt sau 
Hình 2 : Đo nhiệt độ ở xa

Một bồn hình trụ đường kính 1m được sử dụng để chứa axit ăn mòn. Mực chất lỏng axit
trong bồn thay đổi từ 0-3m và mức thay đổi nhỏ nhất có thể phát hiện là 0.1m. Bồn
trống có khối lượng 50kg. Axit có khối lượng riêng 1050kg/m3
.
a. Trong các phương pháp đo mức thì những phương pháp đo nào phù hợp cho hệ
thống này? Giải thích. (1.0đ)
b. Chọn lựa cụ thể 1 cảm biến phù hợp với yêu cầu trên bao gồm tầm đo và độ phân
giải của cảm biến đã chọn. (1.0đ)
Thiết kế một hệ thống thu thập dữ liệu bao gồm 2 cảm biến, mạch xử lý tín hiệu và 1
ADC. Hai cảm biến như sau:
Cảm biến 1: loại biến trở đo lường được sử dụng để đo góc xoay từ 00
– 3000
với yêu
cầu độ phân giải là 0.10
.
Cảm biến 2: loại thermistor được sử dụng để đo nhiệt độ từ 250
C – 800
C với yêu cầu
sai số do sự tự đốt nóng dưới 0.10
C.
Yêu cầu: thiết kế các mạch xử lý tín hiệu cho 2 cảm biến trên với điện áp ra của mạch
xử lý là 0 – 4V tương ứng với tầm đo của từng cảm biến như trên và chọn ADC với tầm
biến đổi và số bit phù hợp. Vẽ sơ đồ khối cho hệ thống thu thập dữ liệu này.
Cho biết: cảm biến biến trở có tầm đo 00
– 3500
tương ứng điện trở thay đổi từ 0-10kΩ
còn cảm biến thermistor có R25 = 12kΩ và R90 = 1.3 kΩ, hệ số tiêu tán nhiệt  =
10mW/0
C. Chỉ được sử dụng nguồn 5V trong thiết kế.
----------------------------------------Hết----------------------------------------
GV ra đề
Nguyễn Đức Hoàng

Gợi ý đáp án
Câu 1.
Câu 2.
 Độ trôi độ nhạy:
Pt mô tả quan hệ R-T của cảm biến Pt100: 𝑅 𝑇 = 𝑅0(1 + 𝛼𝑇)
Do đó, ta có độ nhạy: 𝑆 = 𝑅0 𝛼 = 0.385Ω/𝐶
Điện trở 2 đầu đo thực tế là: 𝑅 𝑇
′
= 𝑅0(1 + 𝛼𝑇) + 2𝑅 𝐿𝑖𝑛𝑒
Trong trường hợp này, ta có độ nhạy: 𝑆 = 𝑅0 𝛼 = 0.385Ω/𝐶
Nghĩa là độ trôi độ nhạy bằng 0.
 Độ trôi zero: tại 00
C cảm biến có điện trở 100Ω nhưng thực tế khi đo là
104Ω do điện trở dây. Vì vậy, ngõ ra bị lệch (trôi) 4Ω, tương ứng :
4/0.385 = 10.40
C
 Sai số nhiệt độ khi đo là do độ trôi zero, vì vậy khi đo 2500
C ta sẽ bị sai
số là 10.40
C.
Câu 3.
Độ nhạy: 𝑆21 =
1
50
= 0.02𝑚𝑚/𝑘𝑔 , 𝑆35 =
1.1
50
= 0.022𝑚𝑚/𝑘𝑔
Độ trôi độ nhạy: 0.002mm/kg
Độ trôi zero : 0.2mm
Câu 4.
a. Vì chất lỏng ăn mòn nên phương pháp đo mức phải là loại không tiếp xúc, có thể
dùng radar, loại phóng xạ hay cân khối lượng.
b. Tùy theo cách chọn cảm biến nào mà trình bày theo cảm biến đó. Trong gợi ý
này, chọn loại cân khối lượng (loadcell).
Theo đề bài, khối lượng cần phải cân là:
50 + 3.14 ∗ (
1
2
)
2
∗ 3 ∗ 1050 = 2522.75𝑘𝑔
Với mỗi chiều cao thay đổi 0.1m sẽ tương ứng khối lượng thay đổi:
3.14 ∗ (
1
2
)
2
∗ 0.1 ∗ 1050 = 82.425𝑘𝑔

Từ các kết quả trên có thể chọn loadcell có tầm đo khoảng 3000kg với độ phân giải
100kg.
Trong trường hợp bố trí hệ thống cân gồm 3 loadcell (kiềng 3 chân) thì mỗi loadcell có
tầm đo khoảng 1000kg với độ phân giải 30kg.
Câu 5.
Đối với 2 cảm biến loại điện trở này ta sử dụng mạch đo loại chia áp (xem hình dưới).
Thiết kế mạch xử lý biến trở:
𝐺 =
4
2.308
= 1.733 →
𝑅2
𝑅1
= 0.733
Thiết kế mạch xử lý nhiệt độ:
𝛽 =
𝑙𝑛 (
𝑅90
𝑅25
)
1
273 + 90
−
1
273 + 25
= 3699
𝑅80 = 𝑅25 𝑒 𝛽(
1
273+80
−
1
273+25
)
= 1.74𝑘Ω
Chọn điện trở nối tiếp thermistor trong mạch chia áp:
Theo yêu cầu sai số tự đốt nóng dưới 0.10
C nên ta có dòng qua thermistor thỏa:
𝐼 < √
0.1 ∗ 𝛿
𝑅 𝑚𝑎𝑥
= 0.288𝑚𝐴
Do đó, điện trở này phải thỏa: 𝑅 >
5𝑉
0.288𝑚𝐴
− 𝑅 𝑚𝑎𝑥 = 5.36𝑘Ω
Chọn 10kΩ.
Potention
meter
Voltage
divider
Amplifier00
300
0
0Ω
8.57kΩ
0V
2.308V
0V
4V

𝐺 =
4
4.259 − 2.2727
= 2.01 →
𝑅4
𝑅3
= 2.01
Chọn ADC loại 12bit sẽ thỏa mãn yêu cầu độ phân giải góc 0.10
.
R4
201
0
R3
100
R2
73.3
R3
100
0
5V
-
+
R1
100
0
0
5V
2.2727V10k
4.096V
R4
201
0
-
+
10k
-
+
5V
Thermistor
-
+
5V
Potentionmeter
0
10k
ADC
IN0
IN1
D11
D10
D9
D8
REF+
REF-
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
VCCGND
0
Thermistor Voltage
divider
Differential
Amplifier
250
C
80
0
C
12kΩ
1.74kΩ
2.2727V
4.259V
0V
4V

dề thi

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Similar to dề thi

Similar to dề thi (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (13)

dề thi