Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Công nghệ kỹ thuật Điện-Điện tử - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp

Giáo trình Kỹ thuật cảm biến cung cấp cho người học những kiến thức như: Đặc tính của cảm biến; Mạch xử lý ngõ ra cảm biến; Cảm biến nhiệt; Cảm biến quang; Cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách; Cảm biến áp suất và khối lượng; Cảm biến độ ẩm và cảm biến từ; Cảm biến đo vận tốc vòng quay và góc quay. Mời các bạn cùng tham khảo!

1 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGÀNH, NGHỀ: CNKT ĐI N, ĐI N T TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: /QĐ-CĐNĐT ngày… tháng…năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giảng đào tạo nghề Điện tử công nghiệp, công nghệ kỹ thuật điện tử trình độ Cao Đẳng Nghề Trung Cấp Nghề, giảng “kỹ thuật cảm biến” mô đun đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Khi biên soạn, tác giả cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo Nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn liền nguyên lý sở với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao Nội dung giảng biên soạn với thời gian đào tạo ba tín gồm: tám Bài 1: Đặc tính cảm biến Bài 2: Mạch xử lý ngõ cảm biến Bài 3: Cảm biến nhiệt Bài 4: Cảm biến quang Bài 5: Cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách Bài 6: Cảm biến áp suất khối lượng Bài 7: Cảm biến độ ẩm cảm biến từ Bài 8: Cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay Chân thành cảm ơn! Tất thành viên hội đồng thẩm định phản biện, đóng góp điều chỉnh nội dung GIÁO TRÌNH hồn chỉnh Mặc dù cố gắng biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để gia hoàn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trường Cao đẳng cộng đồng Đồng Tháp, sở 1, số 2, Trần Phú, P.3, TP Sa Đéc, Đồng Tháp Sa đéc, ngày tháng năm 2018 Biên soạn Nguyễn Thành Nhơn GT-KTCB-MĐ16 MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THI U MỤC LỤC GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT CẢM BIẾN Error! Bookmark not defined Bài Đặc tính cảm biến Cảm biến nhiệt 1.1 Cặp nhiệt 1.2 Nhiệt điện trở (thermistors) 1.3 Cảm biến nhiệt bán dẫn (Tiếp giáp bán dẫn P-N) Cảm biến quang (photosensors) 2.1 LED (Light Emitting Diode) Phototransistors 2.2 Quang trở (CdS) Solar cells (pin mặt trời) 10 Cảm biến vòng quay (Rotary sensors) 11 3.1 Bộ mã hóa vịng quay (rotary encoder) loại từ 11 3.2 Bộ mã hóa vịng quay loại quang 12 Cảm biến rung (Vibration sensors) 13 4.1 Cảm biến siêu âm (ultrasonic sensors) 13 4.2 Cảm biến rung (Vibration sensors) 14 Cảm biến khí (Gas sensors) 15 Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors) 16 Cảm biến áp suât (Pressure Sensors) 16 Cảm biến trọng lượng (Weight sensors) 17 Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensors) 19 10 Cảm biến HALL (Hall Sensors) 22 11 Cảm biến công tắc 23 Bài Mạch xử lý ngõ cảm biến 26 Mạch thuật toán OP-AM 26 1.1 Mạch khuếch đại Op-Amp 26 1.2 Bù ngõ DC 26 1.3 Khuếch đại vi sai (mạch trừ) 27 GT-KTCB-MĐ16 1.4 Mạch so sánh điện áp 27 1.5 Mạch lặp lại điện áp 27 Mạch cầu 28 Bộ chuyển đổi A/D D/A 28 3.1 Bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D) 28 3.2 Bộ chuyển đổi số sang tương tự (D/A) 29 Bài cảm biến nhiệt 31 Thực hành cảm biến nhiệt trở RTD 31 1.1 Thực nghiệm với cảm biến nhiệt Pt 100 31 1.2 Thực nghiệm với cảm biến nhiệt điện trở NTC 33 1.3 Thực nghiệm với cảm biến nhiệt điện trở PTC (positive temperature coefficient) 34 Thực hành cảm biến cặp nhiệt (TC) 34 Thực hành cảm biến nhiệt độ với vật liệu silic 36 Cài đặt điều khiển nhiệt độ 39 Bài cảm biến quang 49 Cảm biến quang 49 Thực hành cảm biến quang 55 Một số ứng dụng cảm biến quang điện 58 Cài đặt cảm biến quang 59 Bài cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách 63 Cảm biến tiệm cận điện cảm: 63 Cảm biến tiệm cận điện dung 66 Các thực hành ứng dụng loại cảm biến tiệm cận 67 3.1 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm 67 3.2 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung 68 3.3 Thực hành với cảm biến siêu âm 69 Bài Cảm Biến Áp Suất Và Cảm Biến Khối Lượng 72 Cảm biến áp suất 72 Cảm biến khối lượng: 73 Bài Cảm biến độ ẩm cảm biến từ 84 GT-KTCB-MĐ16 Cảm biến độ ẩm 84 cảm biến từ 86 Bài Cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay 89 Đo tốc độ vòng quay xác định hướng 89 Xác định vị trí góc số vòng quay phút (RPM) 90 Tài liệu cần tham khảo 96 GT-KTCB-MĐ16 Bài ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN M m un: MĐ 16-1 Giới thiệu Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường khơng có tính chất điện nhiệt độ, áp suất, … tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện điện áp, điện tích, dịng điện trở kháng chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng đo Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m): s = f(m) (1) Người ta gọi (s) đại lượng đầu phản ứng cảm biến, (m) đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m) Các đặc trưng cảm biến: - Độ nhạy cảm biến - Sai số độ xác - Độ nhanh thời gian hồi đáp Một số loại cảm biến sử dụng công nghiệp: Cảm biến nhiệt; cảm biến quang; Cảm biến quay; Cảm biến rung; Cảm biến khí gas; Cảm biến độ ẩm; Cảm biến áp suât; Cảm biến trọng lượng; Cảm biến tiệm cận; cảm biến HALL; Cảm biến công tắc, Mục tiêu: - Kiến thức: + Phân tích, giải thích đặc tính kỹ thuật cho loại cảm biến - Kỹ + Nhận dạng loại cảm biến công nghiệp + Xác định thông số đặc trưng cho cảm biến công nghiệp - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính an tồn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh công 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: Cảm biến nhiệt 1.1 Cặp nhiệt < Cơ sở lý thuyết> Cặp nhiệt điện cặp dây dẫn không giống nối với hai điểm Khi nhiệt độ hai mối nối thay đổi giá trị điện áp thay đổi đươc tính theo đơn vị (mV), sức điện động sinh mối nối hiệu ứng nhiệt điện GT-KTCB-MĐ16 Cấu trúc điển hình khái niệm tác động nhiệt cặp nhiệt điện thể hình 1.1 Hình 1.1 Cấu trúc cặp nhiệt Kích cỡ nhỏ; Tầm đo: -100oC Nhiệt điện trở (hay Thermistor) loại điện trở có trở kháng thay đổi cách rõ rệt tác dụng nhiệt, hẳn so với loại điện trở thông thường Từ thermistor kết hợp từ thermal (nhiệt) resistor (điện trở) Có hai loại thermistors tùy thuộc vào hướng thay đổi điện trở suất là: NTC PTC NTC ( negative temperature coefficient): Loại nhiệt độ tăng trở kháng lại giảm, gọi loại nhiệt điện trở âm PTC (positive temperature coefficient): Loại nhiệt độ tăng trở kháng tăng, gọi nhiệt điện trở dương Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở phần tử thermistor NTC biểu diễn theo công thức: : Điện trở phần tử thermistor NTC nhiệt độ T R0: Điện trở thermistor NTC nhiệt độ dẫn xuất T0 B: Hằng số nhiệt điện trở T: Nhiệt độ thermistor (K) T0 : Nhiệt độ ban đầu thermistor (K) Từ phương trình trên, hệ số nhiệt độ điện trở định nghĩa là: GT-KTCB-MĐ16 Cần lưu ý điện trở tỷ lệ nghịch với bình phương nhiệt độ Các đường cong đặc tính thermistor NTC PTC thể hình 1.2 a,b hình 1.3 (a) Hình 1.2 Hình 1.3 (b) Đặc tuyến thermistor NTC PTC Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ ZNI 1000 Bảng Các giá trị tính Ω để đo điện trở Pt 100 theo DIN / IEC 751 C -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 Ω 18,49 22,80 27,08 31,32 35,53 39,71 43,87 48,00 °C 10 20 30 40 50 60 70 GT-KTCB-MĐ16 Ω 100,00 103,90 107,79 111,67 115,54 119,40 123,24 127,07 °C 200 210 220 230 240 250 260 270 Ω 175,84 179,51 183,17 186,82 190,45 194,07 197,69 201,29 °C 400 410 420 430 440 450 460 470 Ω 247,04 250,48 253,90 257,32 260,72 264,11 267,49 270,86 °C 600 610 620 630 640 650 660 670 Ω 313,59 316,80 319,99 323,18 326,35 329,51 332,66 335,79 °C Ω 800 810 820 830 840 850 375,51 378,48 381,45 384,40 387,34 390,26 -120 -110 -100 - 90 - 80 - 70 - 60 - 50 - 40 - 30 - 20 - 10 52,11 56,19 60,25 64,30 68,33 72,33 76,33 80,31 84,27 88,22 92,16 96,09 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 130,89 134,70 138,50 142,29 146,06 149,82 153,58 157,31 161,04 164,76 168,46 172,16 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 204,88 208,45 212,02 215,57 219,12 222,65 226,17 229,67 233,17 236,65 240,13 243,59 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 274,22 277,56 280,90 284,22 287,53 290,83 294,11 297,39 300,65 303,91 307,15 310,38 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 338,92 342,03 345,13 348,22 351,30 354,37 357,42 360,47 363,50 366,52 369,53 372,52 Ưu điểm: Rất nhạy thay đổi nhỏ nhiệt độ Độ xác cao (±0.020C); Ổn định; tin cậy Nhược điểm: Tầm hoạt động bị giới hạn; Quan hệ R-T phi tuyến Trong gia đình: tủ lạnh, máy rửa chén, nồi cơm điện, máy sấy tóc, … Trong xe hơi: đo nhiệt độ nước làm lạnh hay dầu, theo dõi nhiệt độ khí thải, đầu xilanh hay hệ thống thắng, … Hệ thống điều hòa sưởi: theo dõi nhiệt độ phịng, nhiệt độ khí thải hay lị đốt, … Trong công nghiệp: ổn định nhiệt cho diode laser hay phần tử quang, bù nhiệt cho cuộn dây đồng, … Trong viễn thông: đo bù nhiệt cho điện thoại di động 1.3 Cảm biến nhiệt bán dẫn (Tiếp giáp bán dẫn P-N) < Cơ sở lý thuyết> Đặc tính linh kiện tiếp giáp P-N thay đổi hàm nhiệt độ Ví dụ, dịng điện IE transistor thể sau IS: Dòng bảo hòa q = 1,6x10-19C K: số Boltzmann (1,38x10-23J/K) VBE: Điện áp cực phát T: Nhiệt độ nối P-N (K) Phương trình mối quan hệ phi tuyến độ dẫn nhiệt độ transistor Hình 1.4 mơ tả cấu trúc bên cảm biến nhiệt bán dẫn GT-KTCB-MĐ16 82 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-MĐ16 83 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-MĐ16 84 Bài CẢM BIẾN ĐỘ ẨM VÀ CẢM BIẾN TỪ M m un: MĐ 16-7 GIỚI THI U: 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, phòng 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 tịa 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 cơng nghiệp truyền thơng, tiêu dùng Nó đóng vai trò 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 công 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 ộ ẩm Xem 1, mục Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors) Khái quát: 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-MĐ16 85 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 ps (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 không khí ẩm xuống tới để đạt trạng thái bão hồ Thí nghiệm cảm biến ộ ẩm Module cảm biến ộ ẩm Hình 7.1 Mơ 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-MĐ16 Sơ đồ ngõ cảm biến độ ẩm 86 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-MĐ16 87 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 mơ 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 ƣợc yêu cầu cho nhóm thực hành  Bộ thực hành cảm biến SU-6809:  OU-6801: GT-KTCB-MĐ16 88 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 mơ 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-MĐ16 89 Bài CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC VỊNG QUAY VÀ GĨC QUAY M m un: MĐ 16-8 GIỚI THI U: Cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay quan trọng q trình đảm bảo an tồn 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 thông số kỹ thuật cho loại cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay - Kỹ + Lắp, đấu nối đo thông số đặc trưng cảm biến đo vận tốc vòng quay góc quay + Cài đặt thơng 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 công 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: Đo tốc ộ vòng quay xác ịnh hƣớng 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-MĐ16 Cấu tạo máy phát tốc chiều 90 Điện áp ngõ xác định theo cơng thức: Trong đó: N - số vòng quay giây - vận tốc góc rơto n - tổng số dây rơto - từ thơng xuất phát từ cực nam châm Do đo xác định Xem them mục: (Cảm biến góc quay Rotary sensors) Xác ịnh 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 ịnh 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-MĐ16 91 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 Thơng 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 Nguyên tăc hoạt động Mục Đặc trƣng Phân loại Kết cấu Dạng sóng ầu 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 vòng quay dựa số đếm hình quay với giải thay đổi, số pha Để phát lượng quay từ vị trục, ánh sáng truyền khơng thay đổi trí trục đầu vào định, số đếm qua GT-KTCB-MĐ16 92 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 vịng 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 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 dòng điện E6F-A Dữ liệu khơng bị nhiễu yếu tố dị, 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-MĐ16 93 điện khôi phục sau điện gián đoạn khác nguồn điện NỘI DUNG Thực nghiệm đo vận tốc vịng quay mã hóa vịng xung E6B2 (i) Khơng 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-MĐ16 94 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) Không cấp nguồn, kết nối theo sơ đồ hình 5-15 GT-KTCB-MĐ16 95 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-MĐ16 96 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 Phô, 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-MĐ16 ... loại cảm biến sử dụng công nghiệp: Cảm biến nhiệt; cảm biến quang; Cảm biến quay; Cảm biến rung; Cảm biến khí gas; Cảm biến độ ẩm; Cảm biến áp suât; Cảm biến trọng lượng; Cảm biến tiệm cận; cảm biến. .. đào tạo nghề Điện tử công nghiệp, công nghệ kỹ thuật điện tử trình độ Cao Đẳng Nghề Trung Cấp Nghề, giảng ? ?kỹ thuật cảm biến? ?? mô đun đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung... tính cảm biến Bài 2: Mạch xử lý ngõ cảm biến Bài 3: Cảm biến nhiệt Bài 4: Cảm biến quang Bài 5: Cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách Bài 6: Cảm biến áp suất khối lượng Bài 7: Cảm biến