Cho mạch cầu một nhánh và các giá trị điện trở như hình vẽ: Cáp đôi dây xoắn nối cảm biến đo biến dạng “strain gage” với mạch cầu là 30 m và điện trở của mỗi đường dây tương ứng là 10.5 Ω tại nhiệt độ môi trường 20^oC. Tuy nhiên điện trở của mỗi đường dây (10.5 Ω) này bị tăng lên khi nhiệt độ môi trường tăng theo sự liên hệ: 0.01Ω/^oC. Với giả thiết tất cả các điện trở (R1,R2, R3 và strain gage) trong mạch không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường. Nguồn cấp 10 VDC.

1. Hãy tính giá trị điện áp lỗi offset của mạch cầu khi nhiệt độ môi trường là 32 ^oC. 

2. Tại nhiệt độ môi trường là 32 oC, hãy chọn mạch chuẩn hoá tín hiệu và tính toán các giá trị điện trở của mạch để đưa tín hiệu đo từ mạch cầu vào ADC 10 bit có giãi điện áp vào 0 → 4 VDC

3. Giả sử ứng dụng cảm biến trên đo biến dạng của một thanh dầm, hãy nêu phương pháp bù sai số offset cho mạch trong trường hợp này?
 

**1. Tính điện áp lỗi offset:** * **Tính độ tăng điện trở do nhiệt độ:** * Độ tăng nhiệt độ: ΔT = 32°C - 20°C = 12°C * Độ tăng điện trở mỗi dây: ΔR = 0.01 Ω/°C * 12°C = 0.12 Ω * Điện trở mỗi dây ở 32°C: R_wire = 10.5 Ω + 0.12 Ω = 10.62 Ω * **Phân tích mạch cầu:** * Điện trở nhánh 1: R1' = R1 + R_wire * Điện trở nhánh 2: R2' = R2 + R_wire * Điện trở nhánh 3: R3' = R3 + R_wire * Điện trở nhánh 4 (Strain Gauge): Rg' = Rg + R_wire * Giả sử ban đầu mạch cầu cân bằng khi không có tác động (Rg = R1 = R2 = R3 = R), khi đó điện áp ra Vout = 0. * Khi nhiệt độ tăng, điện trở các nhánh tăng lên R_wire. Điện áp offset được tính bằng hiệu điện thế giữa hai điểm giữa của hai nhánh cầu. Công thức tính điện áp đầu ra của mạch cầu: Vout = Vsupply * [(R2'/(R1'+R2')) - (R4'/(R3'+R4'))] Vout = Vsupply * [ (R+R_wire)/(R+R_wire + R+R_wire) - (R+R_wire)/(R+R_wire+R+R_wire)] = 0 Như vậy điện áp offset do nhiệt độ trong trường hợp này là 0. **2. Chuẩn hóa tín hiệu và tính toán điện trở:** * **Chọn mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier - Op-Amp) không đảo:** * Mạch này đơn giản, dễ thiết kế và phù hợp để khuếch đại tín hiệu nhỏ từ mạch cầu. * **Tính toán hệ số khuếch đại:** * Điện áp đầu ra mong muốn: 0 → 4 VDC * Giả sử điện áp đầu ra lớn nhất của mạch cầu là Vmax (khi strain gauge đạt giá trị lớn nhất). * Hệ số khuếch đại: Gain = 4 / Vmax * **Tính toán giá trị điện trở cho mạch khuếch đại không đảo:** * Sử dụng công thức: Gain = 1 + (Rf / Rin), trong đó Rf là điện trở hồi tiếp và Rin là điện trở đầu vào. * Chọn một giá trị Rin phù hợp (ví dụ: 10 kΩ) và tính Rf: Rf = (Gain - 1) * Rin **3. Phương pháp bù sai số offset cho thanh dầm:** * **Sử dụng mạch bù offset:** * Mạch này tạo ra một điện áp bù ngược pha với điện áp offset của mạch cầu. * Điều chỉnh biến trở trong mạch bù offset cho đến khi điện áp đầu ra của mạch bằng 0 khi không có tải trọng tác dụng lên thanh dầm. * **Sử dụng phương pháp phần mềm (Software Compensation):** * Đo điện áp offset khi không có tải trọng. * Lưu giá trị offset này vào bộ nhớ của vi điều khiển. * Khi đo biến dạng, trừ giá trị offset này khỏi kết quả đo để loại bỏ sai số.