Giáo trình Kỹ thuật cảm biến với mục tiêu giúp các bạn có thể phân tích, giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cảm biến thông dụng trong lĩnh vực: điện tử, kỹ thuật điện tử, điện công nghiệp. Phân tích, giải thích nguyên lý của mạch điện cảm biến và bộ điều khiển cho cảm biến. Phân tích, giải thích các thông số kỹ thuật cho các loại cảm biến. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình!
59 Bài CẢM BIẾN TIỆM CẬN – CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH Mã bài: MĐ 15-5 Giới thiệu: Cảm biến tiếp cận điện (proximity sensor) loại cảm biến dùng để phát có mặt vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể khoảng cách gần Một số loại cảm biến tiệm cận như: cảm biến tiệm cận điện cảm, điện dung, siêu âm, Cảm biến tiệm cận có đặc điểm: (Phát vật không cần tiếp xúc; Tốc độ đáp ứng cao; Đầu sensor nhỏ, lắp đặt nhiều nơi; Có thể sử dụng mơi trường khắc nghiệt) Mục tiêu - Kiến thức: + Phân tích, giải thích cấu tạo, Nguyên lý cảm biến tiệm cận + Phân tích, giải thích nguyên lý mạch điện cảm biến tiệm cận điều khiển cho cảm biến + Phân tích, giải thích thông số kỹ thuật cho loại cảm biến tiệm cận - Kỹ + Lắp, đấu nối đo thông số đặc trưng cảm biến tiệm cận - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính an tồn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh cơng nghiệp, hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Cảm biến tiệm cận điện cảm: Xem thêm 1.1 Cấu tạo: - Cấu trúc cảm biến tiệm cận điện cảm: GT-KTCB-MĐ15 60 Vật cảm biến Cuộn dây Vỏ bảo vệ Tín hiệu Vùng từ trường Tạo từ trường Hình 7.1 Biến đổi Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện cảm Các phận chính: + Tạo từ trường gồm: tạo dao động cuộn dây cảm ứng, + Biến đổi gồm: cuộn dây so sánh, so sánh, khuếch đại + Tín hiệu ra: Các loại ngõ ra: 1.2 Nguyên lý hoạt động: Bộ tạo dao động phát tần số cao truyền tần số qua cuộn cảm ứng để tạo vùng từ trường phía trước Đồng thời lượng từ tạo dao động gửi qua so sánh để làm mẫu chuẩn Khi khơng có vật cảm biến nằm vùng từ trường lượng nhận từ cuộn dây so sánh với lượng dao động gửi qua khơng có tác động xảy Khi có vật cảm biến kim loại nằm vùng từ trường, tác động vùng từ trường kim loại hình thành dịng điện xốy Khi vật cảm biến gần vùng từ trường cuộn cảm ứng dịng điện xoáy tăng lên đồng thời lượng phát cuộn cảm ứng giảm Qua đó, lượng mà cuộn dây so sánh nhận nhỏ lượng mẫu chuẩn dao động cung cấp Sau qua so sánh tín hiệu sai lệch khuếch đại dùng làm tín hiệu điều khiển ngõ 1.3 Ưu nhược điểm cảm biến tiệm cận điện cảm < Ưu điểm cảm biến tiệm cận > • Vì khơng có lực học nên tuổi thọ cơng tắc tiệm cận dài • Khi đối tượng nằm phạm vi phát hiện, cảm biến phát khơng diện, mà cịn đối tượng chuyển động • Vì khơng có phận chuyển động, nên dễ bịt kín cảm biến, bảo vệ khỏi mơi trường • Một số loại công tắc tiệm cận định đáp ứng với vật liệu cụ thể chẳng hạn như: đặc tính sử dụng việc phát loại vật liệu cụ thể GT-KTCB-MĐ15 61 < Nhược điểm cảm biến tiệm cận > • Độ lệch nhiệt độ mơi trường xung quanh phát sai lệch • Dễ bị nhiễu ngồi • Để điều khiển điện áp lớn dòng điện cao, cần có đệm, chẳng hạn rơle • u cầu nguồn cấp lượng cho mạch cảm biến Độ tin cậy bị giảm số lượng thành phần tăng lên cảm biến 1.4 Các loại ngõ ra: Loại cảm biến tiếp cận điện cảm có dây đầu (sử dụng điện áp DC) có ngõ PNP NPN Hình vẽ minh họa cho loại cảm biến có ngõ PNP Thiết bị tải mắc ngõ (ký hiệu A) dây (-) nguồn điện (ký hiệu L-) Một transistor loại PNP mắc ngõ (A) dây (+) (ký hiệu L+) nguồn điện Khi transistor hoạt động chế độ ON, có dòng điện từ dây (L+) qua tải đến dây (L-) Trong trường hợp này, dòng điện gọi dịng điện nguồn (dịng điện quy ước), từ chiều (+) đến chiều (-) nguồn điện qua tải Thuật ngữ gây khó khăn cho người sử dụng cảm biến, dịng electron (dòng điện thực) từ chiều (-), qua tải sau đến chiều (+) nguồn transistor PNP hoạt động chế độ ON Hình 5.1 Kiểu ngõ NPNP Hình vẽ minh họa cho loại cảm biến có ngõ loại NPN Thiết bị tải mắc ngõ (ký hiệu A) dây (+) nguồn (ký hiệu L+) Một transistor loại NPN mắc ngõ (A) dây (+) (ký hiệu L+) nguồn điện Khi transistor hoạt động chế độ ON, dòng điện di qua tải gọi dòng điện mát (dòng điện quy ước) Dòng điện có chiều ngược lại so với dịng electron (dịng điện thực) Hình 5.2 Kiểu ngõ NPN Ngõ gọi thường mở (NO) thường đóng (NC) tùy thuộc vào trạng thái transistor chưa phát vật thể Ví dụ, ngõ PNP OFF chưa phát vật thể, thiết bị thường mở Ngược lại ngõ PNP ON chưa phát vật thể, thiết bị thường đóng GT-KTCB-MĐ15 62 Ngồi cịn có loại cảm biến có ngõ bổ sung (có dây ngõ ra) Ngõ bổ sung loại ngõ có tiếp điểm thường đóng thường mở cảm biến Hình 5.3 Cảm biến có ngõ 2-dây, 3-dây, 4-dây Cảm biến tiệm cận điện dung Khái quát: Cảm biến kiểu tụ không tiếp xúc đo thay đổi tính chất điện tương ứng thường gọi cảm biến điện dung Các cảm biến kiểu tụ (hay điện dung) sử dụng điện xoay chiều tạo điện tích trái dấu phía cực Sự dịch chuyển điện tích tạo dòng xoay chiều cảm biến phát Bất kì vật qua vùng nhạy cảm biến điện dung điện dung tụ điện tăng lên Sự thay đổi điện dung phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước số điện mơi vật liệu Bên có mạch dùng nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến dòng đưa dòng điện tỉ lệ với khoảng cách cực Dải đo cảm biến điện dung: Cảm biến điện dung thơng thường có dải đo từ 2mm đến 50mm Cảm biến điện dung 2mm, Cảm biến điện dung 4mm, Cảm biến điện dung 8mm, Cảm biến điện dung 12mm, Cảm biến điện dung 16mm,Cảm biến điện dung 25mm, Cảm biến điện dung ON-OFF, Hình 5.4 Hình dạng thực tế cảm biến điện dung – E2K-C (Nguyên lý: xem thêm ) Cấu tạo cảm biến điện dung: GT-KTCB-MĐ15 63 Hình 5.5 Cấu tạo cảm biến điện dung (cuộn dây điện từ, dao động, mạch Trigger, khối Output) Kiểu ngõ cảm biến điện dung (a) (a) Hình 5.6 Sơ đồ mạch ngõ cảm biến tiệm cận điện dung Omron E2K Các thực hành ứng dụng loại cảm biến tiệm cận 3.1 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm NỘI DUNG THỰC NGHIỆM GT-KTCB-MĐ15 (b) (b) 64 Không cấp nguồn, nối dây sơ đồ hình 3-39 (i) Sơ đồ kết mơ hình thực nghiệm cảm biến tiệm cận điện cảm o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+(Brown) (cảm biến) -24V (Control unit) chân (relay) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến)(Blue) - 0V (Control unit) - chân – đèn - Chân A2 (Relay) o Nối ngõ (cảm biến)(Black) - chân A1 (relay) o Nối chân + tải đèn - chân (Relay) (ii) (iii) (iv) 3.2 Đặt tốc độ motor vị trí (0) Cấp nguồn, tăng dần tốc độ động quan sát LED đối tượng qua biến tiệm cận Loại đối tượng LED on? Dừng động LED cảm biến on Tăng khoảng cách đối tượng cảm biến để tìm khoảng cách lớn Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung NỘI DUNG THỰC NGHIỆM (i) Không cấp nguồn, nối dây sơ đồ hình GT-KTCB-MĐ15 65 Sơ đồ kết mơ hình thực nghiệm cảm biến tiệm cận điện dung Hình 5.7 o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+(Brown) (cảm biến) -24V (Control unit) chân A1,9 (relay) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến) (Blue) - 0V (Control unit) chân – đèn o Nối ngõ (cảm biến) (Black) - chân A2 (relay) o Nối chân + tải đèn - chân (Relay) (ii) Đặt tốc độ motor vị trí (0) (iii) Cấp nguồn, tăng dần tốc độ động quan sát LED đối tượng qua biến tiệm cận Loại đối tượng LED on? (iv) Dừng động LED cảm biến on Tăng khoảng cách đối tượng cảm biến để tìm khoảng cách lớn 3.3 Thực hành với cảm biến siêu âm - Cấu tạo, Nguyên lý, đặc điểm sử dụng cảm biến siêu âm Mạch tương đương đặc tuyến điện kháng đầu dò siêu âm biểu diễn hình C C' L R (a) GT-KTCB-MĐ15 Điện cảm fa Điện fa Tần số fr : Cộng hưởng nối tiếp R,L,C fa : Cộng hưởng song song (b) L,C,C Độ nhạy (dB) Mức áp suất(dB) 66 Đặc tuyến MA40A3S 120 110 Đặc tuyến MA40A3R -60 -70 -80 100 Điện áp ngõ vào 10VRMS Khoảng cách 30cm 35 40 (c) RL = 3.9kΩ Khoảng cách 30cm 35 45 Tần số (kHz) Hình 5.8 40 (d) 45 Tần số (kHz) Đặc tuyến cảm biến siêu âm (a) Mạch tương đương ; (b) Đặc tuyến điện kháng (c) Đặc tuyến cảm biến truyền; (d) Đặc tuyến cảm biến nhận Ngõ máy phát cảm biến (SU-6806B): Ngõ phát sử dụng làm ngõ vào cho chuyển đổi (bộ phát sóng siêu âm) dạng sóng vng Tuy nhiên dạng sóng ngõ sóng âm dạng sin Thiết bị yêu cầu cho nhóm thực hành Bộ thực hành cảm biến SU-6809: đơn vị SU-6806B: đơn vị Bộ cấp nguồn thay đổi đến 20V: đơn vị Dao động ký kênh; đơn vị Máy phát chức năng: đơn vị Bộ đếm tần số: đơn vị NỘI DUNG (i) (ii) (iii) Khơng cấp nguồn, nối (lắp) theo sơ đồ hình sau Đặt Osc 40kHz, 0.1V/Div Đặt máy (bộ) phát 40kHz, chuyển công tắc mạch khuếch đại cảm biến vị trí on Mở nguồn, đưa module phát (siêu âm) che vào cảm biến thu siêu âm, kiểm tra Osc tín hiệu nhận Thay đổi khoảng cách phát thu quan sát đo điện áp đỉnh – đỉnh Ghi giá trị vào cột 40kHz Giải thích mối quan hệ độ lớn tín hiệu khoảng cách Bảng 5-1 Tần số k.cách cm GT-KTCB-MĐ15 20kHz 25kHz 30kHz 40kHz 50kHz 60kHz 70kHz 80kHz 67 cm cm (iv) Cố định khoảng cách phát thu Thay đổi tần số phát theo bảng 3-2, đo điện áp đỉnh – đỉnh Ghi giá trị vào bảng GT-KTCB-MĐ15 68 Bài Cảm Biến Áp Suất Và Cảm Biến Khối Lượng Mã bài: MĐ 15-6 GIỚI THIỆU Cảm biến đo áp suất, khối lượng sử dụng nhiều lĩnh vực cân, đo chất lỏng, chất khí, chất rắn, dùng mơi trường có tính chất lý hố cao, độc hại, ngồi cịn làm nhiệm vụ giám sát điều khiển tự động trình sản xuất Mục tiêu - Kiến thức: + Phân tích, giải thích cấu tạo, Nguyên lý cảm biến áp suất khối lượng + Phân tích, giải thích nguyên lý mạch điện cảm biến điều khiển cho cảm biến áp suất khối lượng + Phân tích, giải thích thơng số kỹ thuật cho loại cảm biến áp suất khối lượng - Kỹ + Lắp, đấu nối đo thông số đặc trưng cảm biến áp suất khối lượng + Cài đặt thông số đặc trưng cho cảm biến áp suất khối lượng - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính an tồn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh cơng nghiệp, hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong công nghiệp NỘI DUNG Giới thiệu: Tại thời điểm có loại cảm biến áp suất: Loại thứ Load Cell thường sử dụng cân điện tử hình 6.1 (a) (b) Hình 6.1 (a) Load Cell; (b) Cầu điện trở Wheatstone Load Cell Một loại khác cảm biến dựa sở công nghệ trạng thái rắn sử dụng đo áp suât chất khí lỏng Cảm biến áp suất Cảm biến áp suất bán dẫn sử dụng hiệu ứng điện trở Piezo vật liệu bán dẫn mà thay đổi áp suất ngõ vào dẫn đến điện trở vật liệu thay đổi hình 4-2 mô tả cảm biến áp suất bán dẫn GT-KTCB-MĐ15 78 o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+(Brown) (cảm biến) - chân (relay 1) - chân (relay 2) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến)(Blue) - chân - (A2 relay 1) - chân (A2 relay 2) - Chân – đèn - Chân – đèn o Nối ngõ OUT1 (cảm biến)(Black) - chân + ( A1 relay1) o Nối ngõ OUT2 (cảm biến)(White) - chân + ( A1 relay2) o Nối chân (Relay1) - Chân + đèn o Nối chân (Relay2) - Chân + đèn (ii) Bật công tắc nguồn, cài đặt áp suất giá trị mặc định, đóng van xả, nhấn xylanh khí quan sát, đồng hồ đo áp suất đồng hồ đo Volt Ghi lại thông số trren đồng hồ (iii) Vặn van xả quan sát đồng hồ đo áp suất đồng hồ đo Volt Ghi lại thông số trren đồng hồ (2) Thực nghiệm cảm biến áp suất DP 100 MPa (i) Khơng cấp nguồn, kết nối theo sơ đồ sau: Hình 6.14 Sơ đồ kết nối Thực nghiệmcảm biến áp suất DP-100 MPa o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+(Brown) (cảm biến) - chân 14 (relay) - Chân 9(Relay) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến)(Blue) - chân 0V(đèn) o Nối ngõ (cảm biến)(Black) - chân 13 (relay) GT-KTCB-MĐ15 79 o Nối chân +24VDC tải đèn - chân (Relay) (ii) Bật công tắc nguồn, cài đặt áp suất giá trị mặc định, đóng van xả, nhấn xylanh khí quan sát, đồng hồ đo áp suất đồng hồ đo Volt Ghi lại thông số đồng hồ (iii) Vặn van xả quan sát đồng hồ đo áp suất đồng hồ đo Volt Ghi lại thông số trren đồng hồ GT-KTCB-MĐ15 80 Bài CẢM BIẾN ĐỘ ẨM VÀ CẢM BIẾN TỪ Mã bài: MĐ 15-7 GIỚI THIỆU: Cảm biến đo độ ẩm dòng cảm biến dùng để đo độ ẩm khơng khí đo độ ẩm đất Cảm biến đo độ ẩm ứng dụng nhiều ngành cảm biến đo độ ẩm thường tìm thấy nơi cần kiểm sốt độ ẩm Ví dụ, Trong ngơi nhà sử dụng chúng hệ thống kiểm soát độ ẩm, giám sát khu vực khác nhà để ngăn ngừa nấm mốc phát triển; nhà kính, phịng tắm hơi, bảo tàng máy ấp trứng sử dụng máy đo độ ẩm để đảm bảo lượng ẩm khơng khí mức thích hợp cho cây, người… Trong trường hợp sử dụng phức tạp là: kết hợp cảm biến đo độ ẩm với cảm biến nhiệt độ cảm biến áp suất để sử dụng hệ thống sưởi ấm, thơng gió điều hồ khơng khí để giữ cho tòa nhà nhiệt độ thoải mái chất lượng khơng khí tốt Tương tự loại cảm biến khác cảm biến từ sử dụng rộng rãi lĩnh vực công nghiệp truyền thông, tiêu dùng Nó đóng vai trị quang trọng thiết bị IoT Mục tiêu: - Kiến thức: + Phân tích, giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động cảm biến độ ẩm cảm biến từ + Phân tích, giải thích nguyên lý mạch điện cảm biến độ ẩm cảm biến từ điều khiển cho cảm biến + Phân tích, giải thích thơng số kỹ thuật cho loại cảm biến độ ẩm cảm biến từ - Kỹ + Lắp, đấu nối đo thông số đặc trưng cảm biến độ ẩm cảm biến từ + Cài đặt thông số đặc trưng cho cảm biến độ ẩm cảm biến từ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính an tồn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh cơng nghiệp, hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong công nghiệp Nôi dung: Cảm biến độ ẩm Xem 1, mục Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors) Khái qt: Hơi nước có khơng khí hay chất khí gọi độ ẩm (Water vapor in the air or any other gas is generally called humidity; in liquids and solids, it is usually designated as moisture) GT-KTCB-MĐ15 81 Trong khơng khí: áp suất khí P gồm: Độ ẩm tương đối (RH - relative humidity): tỷ số áp suất riêng pv nước với áp suất bão hòa p s (giá trị áp suất lớn pv đạt tới áp suất xảy ngưng tụ) nhiệt độ T ( độ ẩm phụ thuộc vào nhiệt độ) RH (%) pv 100 ps Nhiệt độ sương Tp (dp - dewpoint temperature hay frost-point): nhiệt độ cần phải làm lạnh khơng khí ẩm xuống tới để đạt trạng thái bão hồ Thí nghiệm cảm biến độ ẩm Module cảm biến độ ẩm Hình 7.1 Mô đun thực hành cảm biến độ ẩm Khối cảm biến độ ẩm: ngừ Relay, với ngừ vào cỏc dõy Black: + nguồn cấp dương (+) cảm biến Yellow: - nguồn cấp âm (-) cảm biến White: nguồn vào cảm biến Hình 7.2 GT-KTCB-MĐ15 Sơ đồ ngõ cảm biến độ ẩm 82 Nội dung thí nghiệm Thí nghiệm cảm biến độ ẩm Hình 7.3 Sơ đồ kết nối thí nghiệm cảm biến độ ẩm Nối pha U, N (bộ nguồn pha) - Chân L, N (cấp nguồn Bộ điều khiển cảm biến) Nối 24V (bộ nguồn) - Chõn Com (ngừ điều khiển cảm biến) Chõn NO (ngừ điều khiển cảm biến) - Chân + đèn 24V Nối 0V (bộ nguồn) - chân – đèn Nối nguồn cảm biến (+,-, Out) - nguồn vào cảm biến điều khiển(+,-,In) Bật cụng tắc nguồn, thay đổi độ ẩm khơng khí (khà hơi) quan sát điều khiển Tài liệu thông số kỹ thuật xem thêm phần đính kèm sản phẩm cảm biến từ Xem 1, mục 10 Cảm biến HALL (Hall Sensors) Thực hành với cảm biến Hall GT-KTCB-MĐ15 83 Mục tiêu: Hiểu nguyên tắc làm việc ứng dụng cảm biến Hall (1) Nguyên tắc hoạt động cảm biến Hall (xem mục: Hall Sensors ) (2) Đầu cảm biến Hall xử lý để diện hay vắng mặt từ trường, để biểu thị độ lớn từ trường (3) Thông số kỹ thuật cảm biến loại THS119 - Vật liệu: GaAs - Hiệu điện Hall: 50 – 140Mv (5mA, 1000Gauss) - Điện trở ngõ vào: 450 – 900 Ohm - Độ tuyến tính: 2% max - Hệ số nhiệt độ điện áp Hall: -0.06%oC max - Dòng điện lơn nhất: 10mA (4) Sơ đồ bên cảm biến Hall SU-6809 mô tả hình sau Hình 7.4 Sơ đồ mạch thực hành cảm biến Hall Nguồn cấp ±12V kết nối đến cảm biến qua điên trở tương ứng 2kΩ, điện trở cảm biến 750Ω, dòng điện cấp cảm biến mA U1 chức đệm cảm biến khuếch đại bước U2A khuếch đại điện áp Hall với độ lợi điên áp A v = 500, U2B chức đệm ngõ U3 chức so sánh để điều khiển LEDs Tham chiếu điện áp ngõ vào A B đặt ±2V Bởi độ lợi mạch khuếch đại điện áp 500, LED sáng điện áp Hall VH , lớn 2/500 = 4mV Nếu đầu cảu cảm biến Hall 100mV/kG, từ trường phát mà từ trường mở LED 2/100kg = 20 Gauss Thiết bị yêu cầu cho nhóm thực hành Bộ thực hành cảm biến SU-6809: OU-6801: GT-KTCB-MĐ15 84 Bộ cấp nguồn thay đổi đến 20V: Thanh nam châm: đơn vị NỘI DUNG (i) Khơng cấp nguồn cho mơ đun, nối dây sơ đồ hình 3-47, đặt đồng hồ số mức DC 20V, giữ công tắc: công tắt mô tơ công tắc cảm biến vị tró OFF OU-6801 Đồ hồ số Hình 7.5 Sơ đồ kết nối mô đun thực hành cảm biến Hall (ii) Cấp nguồn mở nguồn cho mô đun OU-6801 (iii) Đặt tốc độ động nhỏ (0), mở công tắc nguồn cảm biến Hall (iv) Đặt đối tượng phát vào cạnh đĩa quay bật động Xoay núm điều chỉnh tốc độ động theo chiều kim đồng hồ quan sát trạng thái LED sáng Giải thích loại vật liệu làm LED sáng? (v) Dừng đĩa LED sáng đo điện áp ngõ (vi) Đặt thẳng hàng nam châm với cảm biến Hall Thay đổi khoảng cách nam châm cảm biến, đo điện áp ngõ khoảng cách xác định bảng sau Nếu cần thiết, tách nam châm khỏi đĩa để giữ khoảng cách Khoảng cách (mm) 12 15 Output (V) (vii) Lặp lại bước (vi) vơi nam châm Đảo cực nam châm tác động tới cảm biến, quan sát thay đổi trạng thái ngõ GT-KTCB-MĐ15 85 Bài CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC VỊNG QUAY VÀ GĨC QUAY Mã bài: MĐ 15-8 GIỚI THIỆU: Cảm biến đo vận tốc vòng quay góc quay quan trọng q trình đảm bảo an toàn theo dõi hoạt động máy móc, thiết bị Trong chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài thường chuyển đo tốc độ quay Bởi cảm biến đo vận tốc góc đóng vai trị quan trọng việc đo vận tốc Mục tiêu - Kiến thức: + Phân tích, giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay + Phân tích, giải thích nguyên lý mạch điện cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay + Phân tích, giải thích thơng số kỹ thuật cho loại cảm biến đo vận tốc vòng quay góc quay - Kỹ + Lắp, đấu nối đo thông số đặc trưng cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay + Cài đặt thông số đặc trưng cho cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính an tồn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh cơng nghiệp, hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Đo tốc độ vịng quay xác định hướng Giới thiệu: Một số phương pháp đo vận tốc vòng quay bản: Đo vận tốc vòng quay phương pháp Analog; phương pháp quang điện tử; nguyên tắc điện trở từ; phương pháp Analog; tốc độ kế chiều (máy phát tốc); Ví dụ: Máy phát tốc độ máy phát điện chiều, cực từ nam châm vĩnh cửu, điện áp cực máy phát tỉ lệ với tốc độ quay Hình 8.1 GT-KTCB-MĐ15 Cấu tạo máy phát tốc chiều 86 Điện áp ngõ xác định theo cơng thức: Trong đó: N - số vịng quay giây - vận tốc góc rơto n - tổng số dây rơto - từ thông xuất phát từ cực nam châm Do đo xác định Xem them mục: (Cảm biến góc quay Rotary sensors) Xác định vị trí góc số vịng quay phút (RPM) Ví dụ: Phương pháp quang điện tử để xác định tốc độ quay Hình 8.2 Sơ đồ thu phát Encoder tương đối Tốc độ quay n tính theo cơng thức : (vịng/phút) Tn: Thời gian đếm xung, N0: Số xung vòng (độ phân giải cảm biến tốc độ, phụ thuộc vào số lỗ), N: Số xung thời gian Tn Xem them mục: (Cảm biến góc quay Rotary sensors) Ví dụ loại cảm biến xác định góc quay hãng Philips Semiconductor : Loại cảm biến KM110BH/21 có dạng : o KMB110BH/2130 chế tạo với thang đo nhỏ để có độ khuyếch đại lớn hơn, 0 đo từ -15 đến +15 Tín hiệu tuyến tính (độ phi tuyển 1%) 0 o KMB110BH/2190 đo từ -45 đến +45 , tín hiệu hình sin Cả có tín hiệu dạng Analog GT-KTCB-MĐ15 87 Hình 8.3 Sơ đồ khối loại cảm biến KM110BH/21, KM110BH/24 KM110BH/2390 Bảng 8-1 Các dạng cảm biến KM110BH KM110BH 2130 2190 2270 2390 2430 2470 Đơn vị Thang đo 30 90 70 90 30 70 Độ Điện áp 0,5÷4,5 0,5÷4,5 - 0,5÷4,5 0,5÷4,5 0,5÷4,5 V Dịng điện - - 4÷20 - - - mA Đặc tuyến ngõ Tuyến tính Hình sin Hình sin Tuyến tính Tuyến tính Hình sin Điện áp hoạt động 5 8,5 5 Nhiệt độ hoạt động - 40÷ + 125 - 40 ÷ + 125 - 40 ÷ +125 - 40 ÷ + 125 - 40 ÷ + 125 - 40 ÷ + 125 Độ phân giải 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Thông số V Độ THỰC HÀNH BỘ MÃ HĨA QUAY ĐO SỐ VỊNG QUAY, GĨC QUAY VÀ VỊ TRÍ QUAY (1) Thực nghiệm mã hóa vịng xung E6B2 Ngun tăc hoạt động Mục Đặc trưng Phân loại Kết cấu Dạng sóng đầu Bộ mã Loại mã hóa xuất hóa tăng chuỗi xung để đáp ứng với lượng dần dịch chuyển quay trục E6J-C E6A2-C E6B2-C E6C2-C E6C3-C Một đếm riêng biệt đếm số lượng xung đầu để xác định số Khi đĩa có quang * Ngay độ phân lượng vịng quay dựa số đếm hình quay với giải thay đổi, số pha Để phát lượng quay từ vị trục, ánh sáng truyền không thay đổi trí trục đầu vào định, số đếm qua GT-KTCB-MĐ15 88 E6D-C E6F-C E6H-C đếm đặt lại vị trí tham chiếu số lượng xung từ vị trí đếm thêm vào tích lũy Vì lý này, vị trí tham chiếu chọn mong muốn số lượng vòng quay khơng giới hạn Một tính quan trọng khác mạch thêm vào để tạo gấp đôi bốn lần số lượng xung cho chu kỳ tín hiệu, để tăng độ phân giải điện *Ngồi ra, tín hiệu pha-Z, tạo sau cách mạng, sử dụng làm nguồn gốc cách mạng * Khi cần độ phân giải cao, thường sử dụng mạch nhân (Đầu 4x thu cách phân biệt dạng sóng tăng giảm pha A pha B, dẫn đến độ phân giải gấp bốn lần.) hai khe bị truyền bị cản lại tương ứng Ánh sáng chuyển đổi thành dòng điện phần tử máy dò, tương ứng với khe xuất dạng hai sóng vng Hai khe bố trí cho độ lệch pha đầu sóng vng ¼ tung độ Loại mã hóa xuất song song góc quay dạng Giá trị tuyệt đối mã 2n Do đó, có đầu cho bit mã đầu độ phân giải tăng lên, giá trị đầu tăng lên Việc phát vị trí xoay thực Bộ mã cách đọc trực tiếp mã đầu Khi đĩa có vân hóa tuyệt Khi Bộ mã hóa kết hợp vào quay, ánh sáng qua đối máy, vị trí trục quay đầu khe bị truyền vào cố định góc quay ln bị chặn lại theo E6J-A vân Các ánh sáng E6CP-A xuất dạng giá trị số nhận chuyển E6C3-A với vị trí gốc tọa độ thành dịng điện E6F-A Dữ liệu không bị nhiễu yếu tố dò, lấy nhiễu việc quay trở lại vị trí hình thức sóng, khởi động khơng cần thiết trở thành tín hiệu kỹ Hơn nữa, đọc thuật số mã quay tốc độ cao, liệu xác đọc tốc độ quay chậm lại chí đọc liệu xoay nguồn GT-KTCB-MĐ15 89 điện khôi phục sau điện gián đoạn khác nguồn điện NỘI DUNG Thực nghiệm đo vận tốc vòng quay mã hóa vịng xung E6B2 (i) Không cấp nguồn, kết nối theo sơ đồ hình 5-13 Hình 8.4 Sơ đồ kết nối thực nghiệm mã hóa vịng xung E6B2 o Nối 24V (bộ nguồn) - 24V (Control unit) - Chân V+ (Encoder) - Chân 24V(Digital speed meter) o Nối 0V (bộ nguồn) - 0V (Control unit) - 0V chân (Encoder) - Chân 0V(Digital speed meter) o Nối chân L (bộ nguồn 220VAC) - chân L module đồng hồ đo o Nối chân N (bộ nguồn 220VAC) - chân N module đồng hồ đo GT-KTCB-MĐ15 90 o Nối ngõ +, - phát tốc module cảm biến vận tốc với ngõ vào 3,5 đồng hồ đo Volt o Nối ngõ A (Encoder) - chân Pulse (Digital speed meter) (ii) Bật công tắc nguồn chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động quan sát đo tốc độ đồng hồ đo volt Ghi lại thông số tốc độ, điện áp (iii) Kiểm tra xung B, nối chân Pulse với ngõ B Vẽ xung ngõ chân B, xác định tần số, chu kỳ (iv) Kiểm tra xung Z , nối chân Pulse với ngõ Z Vẽ xung ngõ chân B, xác định tần số, chu kỳ (2) Thực nghiệm mã hóa vịng xung S48 (a) (b) Hình 8.5 (a) Bộ mã hóa vịng xung s48; (b) Mạch ngõ s48 (xem hướng dẫn chi tiết kèm theo sảm phẩm) NỘI DUNG (i) Khơng cấp nguồn, kết nối theo sơ đồ hình 5-15 GT-KTCB-MĐ15 91 Hình 8.6 Sơ đồ kết nối thực nghiệm mã hóa vịng xung E6B2 o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+(Red) (cảm biến encoder) -24V (Control unit) chân 24V (đồng hồ đo vận tốc) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến)(Black) - 0V (Control unit) - chân 0V (đồng hồ đo vận tốc) o Nối Pulse (bộ hiển thị tốc độ) - chân A (ngõ kết nối encoder) (ii) Bật công tắc nguồn chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động quan sát đo tốc độ đồng hồ đo volt Ghi lại thông số tốc độ, điện áp (iii) Kiểm tra xung B, nối chân Pulse với ngõ B Ghi lại ghi lại tốc độ động Vẽ xung ngõ chân B, xác định tần số, chu kỳ (iv) Kiểm tra xung Z , nối chân Pulse với ngõ Z Ghi lại ghi lại tốc độ động Vẽ xung ngõ chân B, xác định tần số, chu kỳ GT-KTCB-MĐ15 92 Tài liệu cần tham khảo [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2] Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển Lê văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Đào Văn Tân NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 [3] Cảm biến ứng dụng Dương Minh Trí NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 [4] Giáo trình cảm biến Phan Quốc Phơ, Nguyễn Đức Chiến NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 [5] Giáo trình Kỹ thuật cảm biến TS Lê Văn Hiền, KS Lê Phước Tuy Tổng Cục Dạy Nghề, 2013 [6] Cảm biến Omron [7] Sensor Application Trainer ED Co., Ltd GT-KTCB-MĐ15 ... dung 4mm, Cảm biến điện dung 8mm, Cảm biến điện dung 12mm, Cảm biến điện dung 16mm ,Cảm biến điện dung 25 mm, Cảm biến điện dung ON-OFF, Hình 5.4 Hình dạng thực tế cảm biến điện dung – E2K-C (Nguyên... cho cảm biến dòng, cảm biến dòng đưa dòng điện tỉ lệ với khoảng cách cực Dải đo cảm biến điện dung: Cảm biến điện dung thơng thường có dải đo từ 2mm đến 50mm Cảm biến điện dung 2mm, Cảm biến điện. .. HÀNH CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT Cảm biến áp suất PSA-1P Mpa DP-100-MPa GT-KTCB-MĐ15 77 (a) Hình 6.11 (b) (a) Cảm biến áp suất PSA -1 P MPA; (b) Mạch cảm biến PSA-1P MPA (a) (b) Hình 6. 12 (a) Cảm biến