Giáo trình Nhập môn cơ điện tử (Nghề: Cơ điện tử - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Nhập môn cơ điện tử (Nghề: Cơ điện tử - Trình độ: Cao đẳng)" được biên soạn với mục tiêu giúp sinh viên giải thích được Cơ điện tử là gì; giải thích được các yếu tố thành phần trong hệ thống và sản phẩm cơ điện tử; nhận biết các loại hình thông tin trong hệ thống cơ điện tử;...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Nhập môn cơ điện tử (Nghề: Cơ điện tử - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Nhập môn cơ điện tử là một trong những môn học cơ sở của nghề Cơ điện tử được biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Cơ điện tử hệ Cao đẳng. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu, trong mỗi chương đều có thí dụ và câu hỏi/bài tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phần lý thuyết. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và cập nhật những kiến thức mới có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung giáo trình được biên soạn với lượng thời gian đào tạo 30 giờ gồm có: Chương 01 MH18-01: Tổng quan về cơ điện tử Chương 02 MH18-02: Kỹ thuật cảm biến trong hệ thống cơ điện tử Chương 03 MH18-03: Xử lý thông tin trong hệ thống cơ điện tử Chương 04 MH18-04: Cơ cấu chấp hành Chương 05 MH18-05: Các ví dụ điển hình Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ điều chỉnh hoàn thiện hơn. Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Bùi Chí Thanh 2. Đỗ Hữu Hậu 2
MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN...........................................................................................1 LỜI GIỚI THIỆU..........................................................................................................2 MỤC LỤC.....................................................................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ............................................................6 1. Lịch sử hình thành và phát triển.................................................................................6 2. Các khái niệm cơ bản.................................................................................................8 2.1. Cơ điện tử là gì.......................................................................................................8 2.2 Hệ thống cơ điện tử..................................................................................................8 2.3 Điều khiển và điều chỉnh.........................................................................................9 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ............13 1. Khái niệm cảm biến.................................................................................................13 2. Các thông số đặc trưng của cảm biến.......................................................................13 2.1. Độ nhạy của cảm biến...........................................................................................13 2.2. Độ tuyến tính........................................................................................................14 2.3. Sai số và độ chính xác...........................................................................................14 2.4. Độ nhanh và thời gian hồi đáp..............................................................................15 2.5. Giới hạn sử dụng của cảm biến.............................................................................15 3. Một số loại cảm biến thông dụng.............................................................................16 3.1. Nguyên lý chung chế tạo cảm biến.......................................................................16 3.2. Nguyên lý chế tạo các cảm biến tích cực..............................................................16 3.3. Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ động...................................................................17 3.4. Một số loại cảm biến thường gặp..........................................................................18 CHƯƠNG 3: XỬ LÝ THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.................20 1. Một số hệ đếm điển hình..........................................................................................20 1.1. Hệ thống số thập phân (Decimal)..........................................................................20 1.2. Hệ thống số nhị phân (Binary)..............................................................................20 1.3. Hệ thống số bát phân (Octal)................................................................................20 1.4. Hệ thống số thập lục phân (Hex)...........................................................................21 1.5. Chuyển đổi cơ số..................................................................................................21 1.6. Mã số....................................................................................................................21 2. Mã hóa và giải mã....................................................................................................23 2.1 Mã hóa................................................................................................................... 23 2.2. Giải mã.................................................................................................................23 3. Một số ví dụ.............................................................................................................24 CHƯƠNG 4: CƠ CẤU CHẤP HÀNH........................................................................27 1. Khái niệm CCCH.....................................................................................................27 2. Kết cấu và phương thức làm việc của CCCH..........................................................27 3. Phân loại CCCH......................................................................................................27 3.1. Cơ cấu chấp hành điện từ......................................................................................27 3.2. Cơ cấu chấp hành thủy khí....................................................................................30 3.3. Cơ cấu chấp hành đặc biệt – động cơ Servo..........................................................32 CHƯƠNG 5: CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH......................................................................33 1. Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.............................................................................33 2. Ngôi nhà thông minh...............................................................................................34 3. Robot dò đường.......................................................................................................34 4. Máy điều khiển theo chương trình số CNC..............................................................35 5. Bài tập:..................................................................................................................... 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................39 3
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Mã môn học: MH18 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Trước khi bắt đầu học môn học này học sinh phải học các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở. - Tính chất: Là môn học bắt buộc. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Cung cấp cho sinh viên kiến thức tổng quát nhất về nghề cơ điện tử, để tạo sự thích thú và nghiên cứu trong quá trình học tập. Mục tiêu môn học: - Kiến thức: + Giải thích được Cơ điện tử là gì. + Giải thích được các yếu tố thành phần trong hệ thống và sản phẩm cơ điện tử. - Kỹ năng: + Nhận biết các loại hình thông tin trong hệ thống cơ điện tử. + Phân biệt các dạng sản phẩm cơ điện tử trong công nghiệp. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ. + Có khả năng đưa ra được kết luận về các vấn đề chuyên môn, nghiệp vụ thông thường và một số vấn đề phức tạp về mặt kỹ thuật. + Có năng lực lập kế hoạch, điều phối, phát huy trí tuệ tập thể. + Có năng lực đánh giá và cải tiến các hoạt động chuyên môn ở quy mô trung bình. Nội dung môn học: Thời gian (giờ) Thực hành, thí Số Tên các bài trong môn học Tổng Lý nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo tra luận, bài tập 1 Chương1: Tổng quan về cơ điện tử 4 4 0 1. Lịch sử hình thành và phát triển 2 2. Các khái niệm cơ bản 2 2.1. Cơ điện tử là gì ? 2.2. Hệ thống cơ điện tử 2.3. Điều khiển và điều chỉnh 2 Chương 2: Kỹ thuật cảm biến trong 5 5 0 hệ thống cơ điện tử 1. Khái niệm cảm biến 1 2. Các thông số đặc trưng của cảm 2 biến 2.1. Độ nhạy của cảm biến 2.2. Độ tuyến tính 2.3.Sai số và độ chính xác 2.4. Độ nhanh và thời gian hồi đáp 4
2.5. Giới hạn sử dụng của cảm biến 3. Một số loại cảm biến thông dụng 2 3.1. Nguyên lý chung chế tạo cảm biến 3.2. Nguyên lý chế tạo các cảm biến tích cực 3.3. Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ động 3.4. Một số loại cảm biến thường gặp 3 Chương 3: Xử lý thông tin trong hệ 8 5 2 1 thống cơ điện tử 1. Một số hệ đếm điển hình 2 0.5 1.1. Hệ thống số thập phân 1.2. Hệ thống số nhị phân 1.3. Hệ thống số bát phân 1.4. Hệ thống số thập lục phân 1.5. Chuyển đổi cơ số 2. Mã hóa và giải mã 1 0.5 2.1. Mã hóa 2.2. Giải mã 3. Một số ví dụ 2 1 Kiểm tra 1 4 Chương 4: Cơ cấu chấp hành 6 6 0 1. Khái niệm cơ cấu chấp hành 1 2. Kết cấu và phương thức làm việc 3 của cơ cấu chấp hành 3. Phân loại cơ cấu chấp hành 2 3.1. Cơ cấu chấp hành điện từ 3.2. Cơ cấu chấp hành thủy khí 3.3. Cơ cấu chấp hành đặc biệt – động cơ Servo 5 Chương 5: Các ví dụ điển hình 7 5 1 1 1. Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS 1 2. Ngôi nhà thông minh 1 3. Robot dò đường 1 4. Máy điều khiển theo chương trình 2 số CNC 5. Bài tập 1 Kiểm tra 1 Cộng 30 25 3 2 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ Mã chương MH18-01 Giới thiệu: Cơ điện tử là một hệ thống cơ cấu máy có thiết bị điều khiển đã được lập trình và có khả năng hoạt động một cách linh hoạt. Ứng dụng trong sinh hoạt, trong công nghiệp trong lĩnh vực nghiên cứu… Mục tiêu: - Trình bày được lịch sử hình thành và phát triển của ngành cơ điện tử. - Trình bày đúng các khái niệm cơ bản về cơ điện tử. - Tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập. Nội dung chính: 1. Lịch sử hình thành và phát triển 6
Thuật ngữ Cơ điện tử (Mechatronics) được giới thiệu đầu tiên bởi tập đoàn Yaskawa Elektric của Nhật (Tập đoàn này được thành lập năm 1915), đến năm 1971 tập đoàn này đăng ký Mechatronics là bản quyền của họ. Cơ điện tử lúc này được định nghĩa Mechatronics = mechanics + electronics nghĩa là chỉ đơn thuần là ứng dụng các bộ điều khiển được xây dựng bằng kỹ thuật điện tử số để điều khiển cơ khí chính xác. Hình 1.1: Ví dụ cơ điện tử về điều khiển từ xa Năm 1982 Yaskawa Elektric đã chấp thuận để Mechatronics là một từ của công chúng, nghĩa là mọi người đều có thể sử dụng Mechatronics, chính vì vậy Mechatronics được biết đến như một từ Tiếng Anh và là một thuật ngữ để chỉ một ngành riêng biệt đó là "Cơ điện tử". Từ đó đến nay đã hơn 30 năm, Cơ điện tử phát triển nhanh chóng ở tất cả các quốc gia, châu lục... nó trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn ở từng đất nước. Chính vì sự phát triển nhanh chóng mà qua từng thời kỳ Cơ điện tử có nhiều định nghĩa khác nhau, định nghĩa sau luôn bổ xung thêm cho định nghĩa trước. Một số định nghĩa điển hình về cơ điện tử được phát biểu như sau: - Cơ điện tử là hệ thống thiết kế và chế tạo sản phẩm mà hệ thống đó có cả chức năng cơ khí và chức năng điều khiển thuật toán tích hợp. - Hệ thống cơ điện tử là máy được tích hợp với các hệ thống được lập trình hoặc khả trình với nhận thức, hoạt động và truyền thông (Royal institute of technology của Thụy điển). - Cơ điện tử là sự tích hợp của 3 công nghệ then chốt: Cơ khí, điện và điều khiển (Louisian State University USA). - Cơ điện tử là sự kết hợp giữa 4 mảng kiến thức: Cơ khí, điện tử, điều khiển và máy tính (Theo giáo sư Kevin Craig USA). 7
- Cơ điện tử là kỹ thuật liên quan đến việc nghiên cứu, thiết kế, thực hiện và bảo trì các sản phẩm thiết kế thông minh và được tích hợp của công nghệ cơ khí, điện tử, máy tính và công nghệ phần mềm (Theo engineersaustralia.org của Úc). Hình 1.2: Sơ đồ khái niệm “cơ điện tử” Cơ điện tử cho đến nay vẫn chưa có một định nghĩa cuối cùng và nó không có giới hạn về các định nghĩa bởi lẽ Cơ điện tử không phải là một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật mà là ngành ứng dụng kỹ thuật mới nhất của khoa học cơ khí chính xác, lí thuyết điều khiển, khoa học máy tính, điện và điện tử trong quá trình thiết kế để tạo nên sản phẩm có khả năng tương thích cao, độ tin cậy với nhiều chức năng. 2. Các khái niệm cơ bản 2.1. Cơ điện tử là gì Định nghĩa ban đầu của công ty Yasakawa Electric Thuật ngữ mechatronics được tạo thành bởi “mecha” trong mechanics và “tronics” trong electronics. Nói cách khác, các công nghệ và sản phẩm được phát triển sẽ ngày càng được kết hợp chặt chẽ và hữu cơ thành phần điện tử vào trong các cơ cấu và rất khó có thể chỉ ra ranh giới giữa chúng. Harashima, Tomizuko và Fukada đưa ra năm 1996 “Cơ điện tử là sự kết hợp chặt chẽ của kỹ thuật cơ khí với điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm và quy trình công nghiệp.” Năm 1997, Shetty và Kolk quan niệm “Cơ điện tử là một phương pháp luận được dùng để thiết kế tối ưu các sản phẩm cơ điện.” Gần đây, Bolton đề xuất định nghĩa “Một hệ cơ điện tử không chỉ là sự kết hợp chặt chẽ các hệ cơ khí, điện và nó cũng không chỉ đơn thuần là một hệ điều khiển. Nó là sự tích hợp đầy đủ các hệ trên.” 2.2. Hệ thống cơ điện tử Cũng giống như cơ điện tử, có khá nhiều khái niệm khác nhau về hệ thống cơ điện tử. Chúng ta hãy khảo sát một số quan điểm sau của Bradley, Okyay Kaynak, Bolton, Shetty. Sự thành công của các ngành công nghiệp trong sản xuất và bán hàng trên thị trường thế giới phụ thuộc rất nhiều vào khả năng kết hợp của Điện- Điện Tử và công nghệ tin học vào trong các sản phNm cơ khí và các phương thức sản xuất cơ khí. Đặc tính làm việc của nhiều sản phẩm hiện tại như xe ô tô, máy giặt, robot, máy công cụ… cũng như việc sản xuất chúng phụ thuộc rất nhiều khả năng của ngành công nghiệp về ứng dụng những kỹ thuật mới vào trong việc sản xuất sản phẩm 8
và các qui trình sản xuất. Kết quả đã tạo ra một hệ thống rẻ hơn, đơn giản hơn, đáng tin cậy hơn và linh hoạt hơn so với các hệ thống trước đây. Ranh gới giữa điện và điện tử, máy tính vá cơ khí đã dần dần bị thay thế bởi sự kết hợp giữa chúng. Sự kết hợp này đang tiến tới một hệ thống mới đó là: Hệ thống cơ điện tử. Trên thực tế hệ thống cơ điện tử không có một định nghĩa rõ ràng. Nó được tách biệt hoàn toàn ở các phần riêng biệt nhưng được kết hợp trong quá trình thực hiện. Sự kết hợp này được trình bày ở hình 5, bao gồm các phần riêng biệt Điện-điện tử, cơ khí và máy tính liên kết chúng lại trong các lĩnh vực giáo dục và đào tạo, công việc thực tế, các ngành công nghiệp sản xuất thị trường. 2.3. Điều khiển và điều chỉnh 2.3.1. Điều khiển Điều khiển là sự tổ chức một quá trình nào đó tiến triển theo một quy luật nào đó nhằm thực hiện một mục đích nhất định. Hệ thống điều khiển: là tập hợp các linh kiện, máy móc theo một trình tự cần thiết để thực hiện nhiệm vụ điều khiển được gọi là hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển có thể là hệ thống điều khiển trực tiếp hay không trực tiếp. - Hệ thống điều khiển trực tiếp là hệ thống điều khiển không có quá trình khuếch đại tín hiệu (ở đây cần hiểu là tín hiệu từ cơ cấu đo lường). Tín hiệu từ cơ cấu đo lường trực tiếp tác động lên cơ cấu chấp hành. - Hệ thống điều khiển không trực tiếp (gián tiếp) là hệ thống điều khiển trong đó tín hiệu từ cơ cấu đo lường được khuếch đại nhờ nguồn năng lượng bên ngoài đưa đến để cho cơ cấu chấp hành hoạt động. Trong đó, hệ thống điều khiển tự động là hệ thống mà quá trình điều khiển được thực hiện mà không có sự tham gia trực tiếp của con. Điều khiển theo nguyên lý mạch hở là điều khiển theo tác động đặt trước (hay điều khiển theo chương trình), tức là nhiệm vụ điều khiển đặc trưng bởi lượng vào x(t) đã được định sẵn trước bằng cơ cấu đặt hoặc cơ cấu chương trình, kết quả điều khiển chỉ phụ thuộc vào nhiệm vụ điều khiển. Ví dụ về điều khiển hở: * Một hệ thống thủy lợi, được lập trình để được bật tại khoảng thời gian đặt trước có lẽ là một ví dụ của hệ thống vòng hở nếu nó không đo lường độ ẩm của đất để phản hồi trở lại. Ngay cả nếu mưa xuống, hệ thống thủy lợi vẫn làm việc theo lịch, làm lãng phí nước * Việc xác định điện áp để cung cấp cho một động cơ điện mà chỉ mang một tải cố định, để đạt được tốc độ mong muốn có lẽ là một ứng dụng tốt của điều khiển vòng hở. Nếu tải không đoán trước được, mặt khác, tốc độ động cơ có thể biến đổi như một hàm số của tải cũng giống như điện áp, một bộ điều khiển vòng hở do đó không đủ khả năng để đảm bảo điều khiển vận tốc lặp đi lặp lại nữa. Một ví dụ của điều này là một hệ thống băng chuyền, yêu cầu di chuyển với vận tốc không đổi. Với một điện áp không đổi, băng chuyền sẽ di chuyển với vận tốc khác nhau phụ thuộc vào tải trọng đặt vào động cơ (ở đây là trọng lượng của các vật đặt trên băng chuyền). Để băng chuyền chạy với tốc độ không đổi, điện áp đưa vào động cơ phải được điều chỉnh theo tải. Trong trường hợp này, một hệ thống điều khiển vòng kín cần được sử dụng. Điều khiển theo nguyên lý mạch kín hay điều khiển có phản hồi là quá trình điểu khiển sử dụng thông tin qua mạch phản hồi tạo thành mạch vòng kín trong hệ thống Quá trình điều khiển có sử dụng thông tin về kết quả điều khiển thông qua mạch phản hồi để tạo tín hiệu (tác động điều khiển) của cơ cấu điều khiển, do đó tạo thành 9
một mạch vòng kín trong hệ thống điều khiển, được gọi là hệ thống điều khiển theo mạch kín hay điều khiển có phản hồi. Ví dụ về điều khiển kín: * Máy nướng bánh: Giả sử bộ nung cấp nhiệt đều các phía của bánh và chất lượng của bánh có thể xác định bằng màu sắc của nó. Một sơ đồ được đơn giản hoá áp dụng nguyên tắc hồi tiếp cho máy nướng bánh tự động. Hình 1.3: Sơ đồ máy nướng bánh tự động Ban đầu, máy nướng được qui chuẩn với chất lượng bánh, bằng cách đặt nút chỉnh màu. Không cần phải chỉnh lại nếu như không muốn thay đổi tiêu chuẩn nướng. Khi SW đóng, bánh sẽ được nướng, cho đến khi bộ phân tích màu "thấy" được màu mong muốn. Khi đó SW tự động mở, do tác động của đường hồi tiếp (mạch điện tử điều khiển relay hay đơn giản là một bộ phận cơ khí). Hình 1.4: Sơ đồ mạch điều khiển máy nướng bánh tự động 10
* Hệ thống điều khiển máy đánh chữ điện tử (Electronic Typewriter): Hình 1.5: Hệ thống điều khiển máy đánh chữ điện tử. Bánh xe in có khoảng 96 hay 100 ký tự, được động cơ quay, đặt vị trí của ký tự mong muốn đến trước búa gõ để in. Sự chọn lựa ký tự do người sử dụng gõ lên bàn phím. Khi một phím nào đó được gõ, một lệnh cho bánh xe in quay từ vị trí hiện hành đến vị trí kế tiếp được bắt đầu. Bộ vi xử lý tính chiều và khoảng cách phải vượt qua của bánh xe, và gửi một tín hiệu điều khiển đến mạch khuếch đại công suất. Mạch này điều khiển động cơ quay để thúc bánh xe in. Vị trí bánh xe in được phân tích bởi một bộ cảm biến vị trí. Tín hiệu ra được mã hóa của nó được so sánh với vị trí mong muốn trong bộ vi xử lý. Như vậy động cơ được điều khiển sao cho thúc bánh xe in quay đến đúng vị trí mong muốn. Trong thực tế, những tín hiệu điều khiển phát ra bởi vi xử lý sẽ có thể thúc bánh xe in từ một vị trí này đến vị trí khác đủ nhanh để có thể in một cách chính xác và đúng thời gian. 2.3.2. Điều chỉnh Điều chỉnh là quá trình điều khiển, khi nhiệm vụ của điều khiển là bảo đảm duy trì một hoặc một vài đại lượng vật lý cụ thể nào đó không thay đổi hoặc biến đổi theo một quy luật nhất định. Các đại lượng của quá trình điều chỉnh: có thể là đại lượng có điện hoặc không điện. Ví dụ trong quá trình điều chỉnh âm thanh, ta thường tác động vào biến trở volume tức tác động vào đại lượng không điện là điện trở dẫn đến thay đổi độ lợi cảu mạch khuếch đại dẫn đến âm thanh sẽ thay đổi theo. Phạm vi điều chỉnh: tùy thuộc vào vị trí điều chỉnh, thông thường chúng ta chỉ điều chỉnh ngõ vào mạch khiển sẽ nhận tín hiệu đó mà thay đổi đáp ứng ngõ ra. Ví dụ quá trình điều khiển đèn đường chúng ta chỉ tác đông vào bảng điều khiển, tín hiệu này sẽ được đưa đến board khiển và board khiển sẽ xuất tín hiệu ra các ngõ ra là các đèn. Câu hỏi: Câu hỏi 1: Trình bày lịch sử hình thành và phát triển của cơ điện tử. Câu hỏi 2: Trình bày các khái niệm cơ bản sau: cơ điện tử, hệ thống cơ điện tử, điều khiển, điều chỉnh. Những trọng tâm cần chú ý trong chương - Lịch sử hình thành và phát triển của ngành cơ điện tử - Các khái niệm về cơ điện tử qua từng thời kỳ - Sự phát triển của ngành cơ điện tử - Sự giống nhau và khác nhau giữa điều khiển và điều chỉnh - Sự khác nhau giữa hệ thống điều khiển hở và điều khiển kín Bài tập mở rộng và nâng cao 11
1. Cho ví dụ về một hệ thống điều khiển vòng hở và một hệ thống điều khiển vòng kín trong thực tế. Phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống đó. 2. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch điều chỉnh dùng trong điều khiển đèn đường. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập chương 1 Nội dung: - Về kiến thức: Trình bày được lịch sử hình thành và phát triển của ngành cơ điện tử; Trình bày đúng các khái niệm cơ bản về cơ điện tử; - Về kỹ năng: Hệ thống được sự phát triển của ngành cơ điện tử - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập cũng như phối hợp làm việc nhóm trong quá trình thực tập. Phương pháp: - Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Về kỹ năng: Hệ thống được sự phát triển của ngành cơ điện tử - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập 12
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã chương: MH18-02 Giới thiệu: Trong thời đại phát triển của khoa học và kỹ thuật ngày nay con người không chỉ dựa vào các cơ quan xúc giác của cơ thể. Các chức năng xúc giác để nhận biết các vật thể, hiện tượng trong thế giới bao quanh được tăng cường nhờ phát triển các dụng cụ dùng để đo lường và phân tích mà ta gọi là cảm biến. Mục tiêu: - Trình bày đúng khái niệm và các thông số đặc trưng của cảm biến; - Nhận biết đúng các loại cảm biến; - Tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập. Nội dung chính: 1. Khái niệm cảm biến Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được. Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo... 2. Các thông số đặc trưng của cảm biến 2.1. Độ nhạy của cảm biến 2.1.1. Khái niệm Đối với cảm biến tuyến tính, giữa biến thiên đầu ra s và biến thiên đầu vào m có sự liên hệ tuyến tính: Đại lượng S xác định bởi biểu thức được gọi là độ nhạy của cảm biến. Trường hợp tổng quát, biểu thức xác định độ nhạy S của cảm biến xung quanh giá trị mi của đại lượng đo xác định bởi tỷ số giữa biến thiên s của đại lượng đầu ra và biến thiên m tương ứng của đại lượng đo ở đầu vào quanh giá trị đó. Để phép đo đạt độ chính xác cao, khi thiết kế và sử dụng cảm biến cần làm sao cho độ nhạy S của nó không đổi, nghĩa là ít phụ thuộc nhất vào các yếu tố sau: - Giá trị của đại lượng cần đo m và tần số thay đổi của nó. - Thời gian sử dụng. - Ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác (không phải là đại lượng đo) của môi trường xung quanh. Thông thường nhà sản xuất cung cấp giá trị của độ nhạy S tương ứng với những điều kiện làm việc nhất định của cảm biến. 2.1.2. Độ nhạy trong chế độ tĩnh và tỷ số chuyển đổi tĩnh Đường chuẩn cảm biến, xây dựng trên cơ sở đo các giá trị si ở đầu ra tương ứng với các giá trị không đổi mi của đại lượng đo khi đại lượng này đạt đến chế độ làm việc danh định được gọi là đặc trưng tĩnh của cảm biến. Một điểm Qi(mi,si) trên đặc trưng tĩnh xác định một điểm làm việc của cảm biến ở chế độ tĩnh. 2.1.3. Độ nhạy trong chế độ động Độ nhạy trong chế độ động được xác định khi đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian. - S0 là giá trị không đổi tương ứng với m0 xác định điểm làm việc Q0 trên đường cong chuẩn ở chế độ tĩnh. - S1 là biên độ biến thiên ở đầu ra do thành phần biến thiên của đại lượng đo gây nên. 13
- Là độ lệch pha giữa đại lượng đầu vào và đại lượng đầu ra. Trong chế độ động, độ nhạy S của cảm biến được xác định bởi tỉ số giữa biên độ của biến thiên đầu ra S1 và biên độ của biến thiên đầu vào m1 ứng với điểm làm việc được xét Q0. Độ nhạy trong chế độ động phụ thuộc vào tần số đại lượng đo. Sự biến thiên của độ nhạy theo tần số có nguồn gốc là do quán tính cơ, nhiệt hoặc điện của đầu đo, tức là của cảm biến và các thiết bị phụ trợ, chúng không thể cung cấp tức thời tín hiệu điện theo kịp biến thiên của đại lượng đo. Bởi vậy khi xét sự hồi đáp có phụ thuộc vào tần số cần phải xem xét sơ đồ mạch đo của cảm biến một cách tổng thể. 2.2. Độ tuyến tính 2.2.1. Khái niệm Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải chế độ đó, độ nhạy không phụ thuộc vào đại lượng đo. Trong chế độ tĩnh, độ tuyến tính chính là sự không phụ thuộc của độ nhạy của cảm biến vào giá trị của đại lượng đo, thể hiện bởi các đoạn thẳng trên đặc trưng tĩnh của cảm biến và hoạt động của cảm biến là tuyến tính chừng nào đại lượng đo còn nằm trong vùng này. Trong chế độ động, độ tuyến tính bao gồm sự không phụ thuộc của độ nhạy ở chế độ tĩnh s0 vào đại lượng đo, đồng thời các thông số quyết định sự hồi đáp (như tần số riêng f0 của dao động không tắt, hệ số tắt dần cũng không phụ thuộc vào đại lượng đo. Nếu cảm biến không tuyến tính, người ta đưa vào mạch đo các thiết bị hiệu chỉnh sao cho tín hiệu điện nhận được ở đầu ra tỉ lệ với sự thay đổi của đại lượng đo ở đầu vào. Sự hiệu chỉnh đó được gọi là sự tuyến tính hoá. 2.2.2. Đường thẳng tốt nhất Khi chuẩn cảm biến, từ kết quả thực nghiệm ta nhận được một loạt điểm tương ứng (si, mi) của đại lượng đầu ra và đại lượng đầu vào. Về mặt lý thuyết, đối với các cảm biến tuyến tính, đường cong chuẩn là một đường thẳng. Tuy nhiên, do sai số khi đo, các điểm chuẩn (mi, si) nhận được bằng thực nghiệm thường không nằm trên cùng một đường thẳng. Đường thẳng được xây dựng trên cơ sở các số liệu thực nghiệm sao cho sai số là bé nhất, biểu diễn sự tuyến tính của cảm biến được gọi là đường thẳng tốt nhất. Phương trình biểu diễn đường thẳng tốt nhất được lập bằng phương pháp bình phương bé nhất. 2.2.3. Độ lệch tuyến tính Đối với các cảm biến không hoàn toàn tuyến tính, người ta đưa ra khái niệm độ lệch tuyến tính, xác định bởi độ lệch cực đại giữa đường cong chuẩn và đường thẳng tốt nhất, tính bằng % trong dải đo. 2.3. Sai số và độ chính xác Các bộ cảm biến cũng như các dụng cụ đo lường khác, ngoài đại lượng cần đo (cảm nhận) còn chịu tác động của nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị đo được và giá trị thực của đại lượng cần đo. Gọi x là độ lệch tuyệt đối giữa giá trị đo và giá trị thực x (sai số tuyệt đối), sai số tương đối của bộ cảm biến được tính bằng: [%]. Sai số của bộ cảm biến mang tính chất ước tính bởi vì không thể biết chính xác giá trị thực của đại lượng cần đo. Khi đánh giá sai số của cảm biến, người ta thường phân chúng thành hai loại: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. 14
- Sai số hệ thống: là sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi hoặc thay đổi chậm theo thời gian đo và thêm vào một độ lệch không đổi giữa giá trị thực và giá trị đo được. Sai số hệ thống thường do sự thiếu hiểu biết về hệ đo, do điều kiện sử dụng không tốt gây ra. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống có thể là: Do nguyên lý của cảm biến. + Do giá trị của đại lượng chuẩn không đúng. + Do đặc tính của bộ cảm biến. + Do điều kiện và chế độ sử dụng. +Do xử lý kết quả đo. - Sai số ngẫu nhiên: là sai số xuất hiện có độ lớn và chiều không xác định. Ta có thể dự đoán được một số nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên nhưng không thể dự đoán được độ lớn và dấu của nó. Những nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên có thể là: + Do sự thay đổi đặc tính của thiết bị. + Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên. + Do các đại lượng ảnh hưởng không được tính đến khi chuẩn cảm biến. Chúng ta có thể giảm thiểu sai số ngẫu nhiên bằng một số biện pháp thực nghiệm thích hợp như bảo vệ các mạch đo tránh ảnh hưởng của nhiễu, tự động điều chỉnh điện áp nguồn nuôi, bù các ảnh hưởng nhiệt độ, tần số, vận hành đúng chế độ hoặc thực hiện phép đo lường thống kê. 2.4. Độ nhanh và thời gian hồi đáp Độ nhanh là đặc trưng của cảm biến cho phép đánh giá khả năng theo kịp về thời gian của đại lượng đầu ra khi đại lượng đầu vào biến thiên. Thời gian hồi đáp là đại lượng được sử dụng để xác định giá trị số của độ nhanh. Độ nhanh tr là khoảng thời gian từ khi đại lượng đo thay đổi đột ngột đến khi biến thiên của đại lượng đầu ra chỉ còn khác giá trị cuối cùng một lượng giới hạn tính bằng %. Thời gian hồi đáp tương ứng với % xác định khoảng thời gian cần thiết phải chờ đợi sau khi có sự biến thiên của đại lượng đo để lấy giá trị của đầu ra với độ chính xác định trước. Thời gian hồi đáp đặc trưng cho chế độ quá độ của cảm biến và là hàm của các thông số thời gian xác định chế độ này. Trong trường hợp sự thay đổi của đại lượng đo có dạng bậc thang, các thông số thời gian gồm thời gian trễ khi tăng (tdm) và thời gian tăng (tm) ứng với sự tăng đột ngột của đại lượng đo hoặc thời gian trễ khi giảm (tdc) và thời gian giảm (tc) ứng với sự giảm đột ngột của đại lượng đo. Khoảng thời gian trễ khi tăng tdm là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ giá trị ban đầu của nó đến 10% của biến thiên tổng cộng của đại lượng này và khoảng thời gian tăng tm là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ 10% đến 90% biến thiên biến thiên tổng cộng của nó.ơng tự, khi đại lượng đo giảm, thời gian trể khi giảm tdc là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ giá trị ban đầu của nó đến 10% biến thiên tổng cộng của đại lượng này và khoảng thời gian giảm tc là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ 10% đến 90% biến thiên biến thiên tổng cổng của nó. Các thông số về thời gian tr, tdm, tm, tdc, tc của cảm biến cho phép ta đánh giá về thời gian hồi đáp của nó. 2.5. Giới hạn sử dụng của cảm biến Trong quá trình sử dụng, các cảm biến luôn chịu tác động của ứng lực cơ học, tác động nhiệt... Khi các tác động này vượt quá ngưỡng cho phép, chúng sẽ làm thay đổi đặc trưng làm việc của cảm biến. Bởi vậy khi sử dụng cảm biến, người sử dụng cần phải biết rõ các giới hạn này. 15
2.5.1. Vùng làm việc danh định Vùng làm việc danh định tương ứng với những điều kiện sử dụng bình thường của cảm biến. Giới hạn của vùng là các giá trị ngưỡng mà các đại lượng đo, các đại lượng vật lý có liên quan đến đại lượng đo hoặc các đại lượng ảnh hưởng có thể thường xuyên đạt tới mà không làm thay đổi các đặc trưng làm việc danh định của cảm biến. 2.5.2. Vùng không gây nên hư hỏng Vùng không gây nên hư hỏng là vùng mà khi mà các đại lượng đo hoặc các đại lượng vật lý có liên quan và các đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng của vùng làm việc danh định nhưng vẫn còn nằm trong phạm vi không gây nên hư hỏng, các đặc trưng của cảm biến có thể bị thay đổi nhưng những thay đổi này mang tính thuận nghịch, tức là khi trở về vùng làm việc danh định các đặc trưng của cảm biến lấy lại giá trị ban đầu của chúng. 2.5.3. Vùng không phá huỷ Vùng không phá hủy là vùng mà khi mà các đại lượng đo hoặc các đại lượng vật lý có liên quan và các đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng của vùng không gây nên hư hỏng nhưng vẫn còn nằm trong phạm vi không bị phá hủy, các đặc trưng của cảm biến bị thay đổi và những thay đổi này mang tính không thuận nghịch, tức là khi trở về vùng làm việc danh định các đặc trưng của cảm biến không thể lấy lại giá trị ban đầu của chúng. Trong trường hợp này cảm biến vẫn còn sử dụng được, nhưng phải tiến hành chuẩn lại cảm biến. 3. Một số loại cảm biến thông dụng 3.1. Nguyên lý chung chế tạo cảm biến Các cảm biến được chế tạo dựa trên cơ sở các hiện tượng vật lý và được phân làm hai loại: - Cảm biến tích cực: là các cảm biến hoạt động như một máy phát, đáp ứng (s) là điện tích, điện áp hay dòng. - Cảm biến thụ động: là các cảm biến hoạt động như một trở kháng trong đó đáp ứng (s) là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung. 3.2. Nguyên lý chế tạo các cảm biến tích cực Các cảm biến tích cực được chế tạo dựa trên cơ sở ứng dụng các hiệu ứng vật lý biến đổi một dạng năng lượng nào đó (nhiệt, cơ hoặc bức xạ) thành năng lượng điện. Dưới đây mô tả một cách khái quát ứng dụng một số hiệu ứng vật lý khi chế tạo cảm biến. 3.2.1. Hiệu ứng nhiệt điện Hai dây dẫn (M1) và (M2) có bản chất hoá học khác nhau được hàn lại với nhau thành một mạch điện kín, nếu nhiệt độ ở hai mối hàn là T1 và T2 khác nhau, khi đó trong mạch xuất hiện một suất điện động e (T1, T2) mà độ lớn của nó phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ giữa T1 và T2. Hiệu ứng nhiệt điện được ứng dụng để đo nhiệt độ T1 khi biết trước nhiệt độ T2, thường chọn T2 = 0oC. 3.2.2. Hiệu ứng hoả điện Một số tinh thể gọi là tinh thể hoả điện (ví dụ tinh thể sulfate triglycine) có tính phân cực điện tự phát với độ phân cực phụ thuộc vào nhiệt độ, làm xuất hiện trên các mặt đối diện của chúng những điện tích trái dấu. Độ lớn của điện áp giữa hai mặt phụ thuộc vào độ phân cực của tinh thể hoả điện. Hiệu ứng hoả điện được ứng dụng để đo thông lượng của bức xạ ánh sáng. Khi ta chiếu một chùm ánh sáng vào tinh thể hoả điện, tinh thể hấp thụ ánh sáng và nhiệt độ 16
của nó tăng lên, làm thay đổi sự phân cực điện của tinh thể. Đo điện áp V ta có thể xác định được thông lượng ánh sáng. 3.2.3. Hiệu ứng áp điện Một số vật liệu gọi chung là vật liệu áp điện (như thạch anh chẳng hạn) khi bị biến dạng dước tác động của lực cơ học, trên các mặt đối diện của tấm vật liệu xuất hiện những lượng điện tích bằng nhau nhưng trái dấu, được gọi là hiệu ứng áp điện. Đo V ta có thể xác định được cường độ của lực tác dụng F. 3.2.4. Hiệu ứng cảm ứng điện từ Khi một dây dẫn chuyển động trong từ trường không đổi, trong dây dẫn xuất hiện một suất điện động tỷ lệ với từ thông cắt ngang dây trong một đơn vị thời gian, nghĩa là tỷ lệ với tốc độ dịch chuyển của dây. Tương tự như vậy, trong một khung dây đặt trong từ trường có từ thông biến thiên cũng xuất hiện một suất điện động tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua khung dây. Hiệu ứng cảm ứng điện từ được ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của vật thông qua việc đo suất điện động cảm ứng. 3.2.5. Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang dẫn: (hay còn gọi là hiệu ứng quang điện nội) là hiện tượng giải phóng ra các hạt dẫn tự do trong vật liệu (thường là bán dẫn) khi chiếu vào chúng một bức xạ ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ nói chung) có bước sóng nhỏ hơn một ngưỡng nhất định. Hiệu ứng quang phát xạ điện tử: (hay còn gọi là hiệu ứng quang điện ngoài) là hiện tượng các điện tử được giải phóng và thoát khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng có thể thu lại nhờ tác dụng của điện trường. 3.2.6. Hiệu ứng quang - điện - từ Khi tác dụng một từ trường B vuông góc với bức xạ ánh sáng, trong vật liệu bán dẫn được chiếu sáng sẽ xuất hiện một hiệu điện thế theo hướng vuông góc với từ trường B và hướng bức xạ ánh sáng. 3.2.7. Hiệu ứng Hall Khi đặt một tấm mỏng vật liệu mỏng (thường là bán dẫn), trong đó có dòng điện chạy qua, vào trong một từ trường B có phương tạo với dòng điện I trong tấm một góc, sẽ xuất hiện một hiệu điện thế VH theo hướng vuông góc với B và I. 3.3. Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ động Cảm biến thụ động thường được chế tạo từ một trở kháng có các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo. Giá trị của trở kháng phụ thuộc kích thước hình học, tính chất điện của vật liệu chế tạo (như điện trở suất, độ từ thẩm, hằng số điện môi). Vì vậy tác động của đại lượng đo có thể ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước hình học, tính chất điện hoặc đồng thời cả hai. Sự thay đổi thông số hình học của trở kháng gây ra do chuyển động của phần tử chuyển động hoặc phần tử biến dạng của cảm biến. Trong các cảm biến có phần tử chuyển động, mỗi vị trí của phần tử động sẽ ứng với một giá trị xác định của trở kháng, cho nên đo trở kháng có thể xác định được vị trí của đối tượng. Trong cảm biến có phần tử biến dạng, sự biến dạng của phần tử biến dạng dưới tác động của đại lượng đo (lực hoặc các đại lượng gây ra lực) gây ra sự thay đổi của trở kháng của cảm biến. Sự thay đổi trở kháng do biến dạng liên quan đến lực tác động, do đó liên quan đến đại lượng cần đo. Xác định trở kháng ta có thể xác định được đại lượng cần đo. Sự thay đổi tính chất điện của cảm biến phụ thuộc vào bản chất vật liệu chế tạo trở kháng và yếu tố tác động (nhiệt độ, độ chiếu sáng, áp suất, độ ẩm ...). Để chế tạo cảm biến, người ta chọn sao cho tính chất điện của nó chỉ nhạy với một trong các đại lượng 17
vật lý trên, ảnh hưởng của các đại lượng khác là không đáng kể. Khi đó có thể thiết lập được sự phụ thuộc đơn trị giữa giá trị đại lượng cần đo và giá trị trở kháng của cảm biến. 3.4. Một số loại cảm biến thường gặp • Cảm biến dịch chuyển thẳng và quay. • Cảm biến gia tốc. • Cảm biến lực. • Cảm biến đo mômen và công suất. • Cảm biến lưu lượng. • Cảm biến nhiệt độ. • Cảm biến đo khoảng cách. • Các cảm biến nhận biết ánh sáng, hình ảnh và nhận dạng Hình 2.1: Cảm biến tiệm cận từ Hình 2.2: Cảm biến đo lực Hình 2.1: Cảm biến quang Câu hỏi: Câu hỏi 1: Cảm biến là gì? Câu hỏi 2: Trình bày các thông số đặc trưng của cảm biến? Câu hỏi 3: Nêu ví dụ và phân tích nguyên lý, ứng dụng của một số cảm biến thông dụng? Những trọng tâm cần chú ý trong chương 2 - Khái niệm và các thông số đặc trưng của cảm biến - Các loại cảm biến - Giới hạn sử dụng của cảm biến - Các nguyên lý chế tạo cảm biến Bài tập mở rộng và nâng cao 1. So sánh và trình bày ưu, nhược điểm của 3 loại cảm biến quang (cảm biến quang thu phát, cảm biến quang phản xạ gương và cảm biến quang khuếch tán). 18
2. Cảm biến tiệm cận là gì? Tại sao trong một số trường hợp người ta dùng cảm biến tiệm cận mà không dùng cảm biến quang? Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập chương 2 Nội dung: - Về kiến thức: Trình bày đúng khái niệm và các thông số đặc trưng của cảm biến. - Về kỹ năng: Nhận biết đúng các loại cảm biến. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc độc lập cũng như phối hợp làm việc nhóm trong quá trình thực tập. Phương pháp: - Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm . - Về kỹ năng: Nhận biết đúng các loại cảm biến. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập. 19
CHƯƠNG 3: XỬ LÝ THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã chương: MH18-03 Giới thiệu: Trong lý thuyết thông tin, một chuyên ngành của toán học ứng dụng và kỹ thuật điện/điện tử, tín hiệu là một đại lượng vật lý chứa đựng thông tin hay dữ liệu có thể truyền đi xa và tách thông tin ra được. Hầu hết các tín hiệu đáng quan tâm đều ở dạng các hàm số, các phân bố hay các quá trình thay đổi ngẫu nhiên của thời gian hoặc vị trí. Để có được tín hiệu mong muốn, thông tin cần được xử lý theo một nguyên tắc nhất định. Mục tiêu: - Trình bày và chuyển đổi đúng các hệ thống số đếm điển hình. - Phân tích đúng quá trình mã hóa và giải mã. - Phân tích đúng các ví dụ về xử lý thông tin trong hệ thống cơ điện tử. - Tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập. Nội dung chính: 1. Một số hệ đếm điển hình 1.1. Hệ thống số thập phân (Decimal) Trong hệ thập phân người ta sử dụng gồm 10 ký tự các số tự nhiên từ 0 đến 9 kết hợp với các dấu chấm, dấu phẩy để chỉ về lượng. Trong dãy số thập phân có n chữ số: dn-1…d2d1d0 theo qui ước từ trái sang phải vị trí của chúng thể hiện hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn… với phần nguyên và ngược lại từ trái qua phải là phần chục, phần trăm, phần nghìn… với phần lẻ sau dấu phẩy. Ví dụ: Cho số 267,81 là số thập phân với phần nguyên là 267 và phần lẻ là 0,81 được biểu diễn như sau. 267,81(10) = 2.102 + 6.101 + 7.100 + 8.10-1 + 1.10-2 Nói chung bất kỳ số nào cũng chỉ là tổng các tích giữa giá trị của mỗi chữ số với giá trị vị trí (gọi là trọng số) của nó. 1.2. Hệ thống số nhị phân (Binary) Hệ thống số nhị phân sử dụng 2 số tự nhiên 0 và 1 để diễn tả về lượng của một đại lượng nào đó. Một dãy số nhị phân được biểu diễn như sau b n-1 bn-2…b1b0, b*1b... bm. Nếu chỉ tính phần nguyên ta có dãy số nhị phân n số hạng như sau: bn-1bn-2…b1b0 theo qui ước mỗi số hạng được gọi là 1 bit. Bit tận cùng bên trái gọi là MSB (bit có giá trị cao nhất), bit tận cùng bên phải gọi là LSB (bit có giá trị thấp nhất). Nhận xét rằng trong dãy số nhị phân có n số hạng có 2 n giá trị khác nhau với giá trị thấp nhất là 0...000 còn giá trị cao nhất là 1111...111. Trọng số các bit từ thấp đên cao lần lượt là 1, 2, 4, 8…như vậy trọng số hai số hạng kề cận nhau chênh lệch 2 lần. Một nhóm các bit còn được gọi theo tên riêng. Crum: 2bit Nibble: 4bit Nickle: 5bit Byte: 8bit Deckte: 10bit Playte: 16bit Dynner: 32bit 1.3. Hệ thống số bát phân (Octal) Hệ OCTAL sử dụng 8 chữ số tự nhiên đầu tiên: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 và cũng theo luật vị trí xác định trọng số thập phân 8k (k = …-2, -1, 0, 1, 2…). 20