BAI GIANG CAM BIEN HIGHT

Slide 1 KỸ THUẬT CẢM BIẾN NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH Chương 1 Những nguyên lý cơ bản và đặc trưng đo Chương 2 Cảm biến quang Chương 3 Cảm biến tiệm cận Chương 4 Cảm biến nhiệt độ Tài liệu cung cấp đầy đủ các kiến thức liên quan đến các loại cảm biến theo chương trình đào tạo.

KỸ THUẬT CẢM BIẾN Thời gian: 60h (10 ca) NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH  Chương 1: Những nguyên lý đặc trưng đo  Chương 2: Cảm biến quang  Chương 3: Cảm biến tiệm cận  Chương 4: Cảm biến nhiệt độ  Chương 5: Cảm biến vị trí dịch chuyển  Chương 6: Cảm biến lực, trọng lượng  Thực hành CHƯƠNG 1: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VÀ ĐẶC TRƯNG ĐO 1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ ĐẶC TRƯNG ĐO Định nghĩa 1.1 Định nghĩa  Cảm biến thiết bị cảm nhận đáp ứng với tín hiệu kích thích  Nguyên lý làm việc: biến đổi tham số vật lý (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…) thành tín hiệu điện Mơ hình mạch cảm biến  Phương trình mơ tả quan hệ đáp ứng y kích thích x cảm biến có dạng sau: y = f(x) Sơ đồ mạch điện vào/ ra: + Cảm biến + Bộ khuếch đại 1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ ĐẶC TRƯNG ĐO Các hiệu ứng vật lý 1.2 PHÂN L0ẠI CÁC BỘ CẢM BIẾN  1.2.1 Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích  1.2.2 Phân loại theo dạng kích thích  1.2.3 Phân loại theo tính  1.2.4 Phân loại theo phạm vi sử dụng  1.2.5 Phân loại theo thơng số mơ hình thay 1.2.1 THEO NGUYÊN LÝ - Cảm biến vị trí bao gồm: chiết áp, encoder quay quang, biến áp vi sai biến đổi tuyến tính Cảm biến tốc độ: tốc kế chiều tốc kế quang - Cảm biến lân cận: gồm chuyển mạch giới hạn, chuyển mạch lân cận quang chuyển mạch tín hiệu Hall Cảm biến đo tốc độ Cảm biến thu phát chung không cần gương phản xạ Chiết áp kiểu dây quấn Cảm biến cáp quang model E2J nhà sản xuất OMRON 1.2.1 THEO NGUYÊN LÝ  Cảm biến trọng lượng: cảm biến dạng dây quấn, cảm biến biến dạng lực bán dẫn, cảm biến biến dạng lực nhỏ  Cảm biến áp suất bao gồm: ống Buốc đông, ống xếp, cảm biến áp suất bán dẫn Cảm biến trọng lượng: a Dạng dây dán b Cảm biến lực 1.2.1 THEO NGUYÊN LÝ  Cảm biến nhiệt độ bao gồm: cảm biến nhiệt độ lưỡng kim, cặp nhiệt, cảm biến nhiệt điện trở dây quấn, nhiệt điện trở, cảm biến nhiệt bán dẫn:  Cảm biến lưu lượng bao gồm: cảm biến lưu lượng kiểu đục lỗ, kiểu ống Pilot, kiểu ống Venturi, cảm biến lưu lượng kiểu tua bin cảm biến lưu lượng kiểu từ: Cảm biến nhiệt độ RTD sienmen IC cảm biến nhiệt độ 1.2.2 THEO DẠNG KÍCH THÍCH  Âm thanh: Biên pha, phân cực, Phổ, Tốc độ truyền sóng  Điện: Điện tích, dịng điện, Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ), Điện dẫn, số điện môi  Từ: Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ), Từ thông, cường độ từ trường, Độ từ thẩm  Quang: Biên, pha, phân cực, phổ, Tốc độ truyền, Hệ số phát xạ, khúc xạ, hệ số hấp thụ, hệ số xạ  Cơ: Vị trí, Lực, áp suất, Gia tốc, vận tốc, Ứng suất, độ cứng, mô men, Khối lượng, tỉ trọng, Vận tốc chất lưu, độ nhớt  Nhiệt: Nhiệt độ, Thông lượng, Nhiệt dung, tỉ nhiệt  Bức xạ: kiểu, lượng, cường độ 1.2 Đo vận tốc vòng quay phương pháp quang điện từ  1.2.2 Encoder quay quang   Encoder quay quang đưa thơng tin vị trí trực tiếp dạng số, cần chuyển đổi tương tự - số Cấu tạo: Encoder quay quang gồm đĩa xẻ rãnh gắn vào trục, nguồn phát sáng tế bào quang điện (photocell) bố trí thẳng hàng cho chùm sáng qua rãnh đĩa quay Góc trục quay suy từ đầu quay tế bào quang điện 1.2 Đo vận tốc vòng quay phương pháp quang điện từ  Encoder tuyệt đối quang:  Sử dụng đĩa mã hóa theo rãnh đồng tâm Mỗi tia sáng riêng biệt chiếu đến rãnh tế bào quang điện Mỗi tế bào quang điện đưa bít cho đầu số Encoder tuyệt đối quang 1.2 Đo vận tốc vòng quay phương pháp quang điện từ  1.2.3 Encoder xung  Encoder xung quang bao gồm đĩa tròn chia rãnh nhau, việc xác định vị trí cách đếm số xung mà qua cảm biến quang, rãnh tương ứng với góc cho trước Encoder tuyệt đối quang sử dụng mã Grey 1.2 Đo vận tốc vòng quay phương pháp quang điện từ  Bài tập: Một cảm biến xung có 360 rãnh, bắt đầu quay từ điểm chuẩn, cảm biến quang đếm 100 rãnh theo chiều kim đồng hồ, 30 rãnh theo chiều ngược kim đồng hồ, sau lại đếm 45 rãnh theo chiều kim đồng hồ Hỏi vị trí bao nhiêu? Encoder xung 1.2 Đo vận tốc vòng quay phương pháp quang điện từ Giải:  Một đĩa có 360 rãnh tương ứng với 3600 → rãnh/ 10  Ban đầu quay theo chiều kim đồng hồ 1000 → quay ngược chiều kim đồng hồ 300 đến 700 sau quay theo chiều kim đồng hồ 450  Như vị trí đĩa: 1000 – 300 + 450 = 1150 1.2 Đo vận tốc vòng quay phương pháp quang điện từ  Tại chu kỳ đầu, V ON, V ON, sau quay khoảng thời gian V chuyển sang OFF, một khoảng thời gian V chuyển sang OFF Khi đĩa quay theo chiều kim đồng hồ, V chuyển OFF, V ON nửa rãnh sau chuyển sang OFF Khi V ON V ON  So sánh hai dạng sóng ta thấy trường hợp quay ngược chiều kim đồng hồ, V vượt trước 900 trường hợp ngược lại V vượt trước V góc 900, sai lệch pha cho phép xác định chiều quay đĩa 1.2 Đo vận tốc vòng quay phương pháp quang điện từ  1.2.4 Máy đo góc tuyệt đối (Resolver)  Cấu tạo: phần động (kết nối với trục quay cần đo góc quay hay tốc độ) có cuộn sơ cấp kích thích sóng mang tần số khoảng (2 – 10) [kHz] qua biến áp quay, phần tĩnh có hai cuộn thứ cấp (cuộn sin cuộn cos) đặt lệch 90 Máy đo góc tuyệt đối resolver: a) Nguyên lý cấu tạo; b) Nguyên lý hoạt động; c) Hai kênh tín hiệu 1.3 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ  Đầu tín hiệu điều biên hai cuộn thứ cấp, chứa thơng tin vị trí tuyệt đối roto máy đo, tương ứng vị trí tuyệt đối roto động cần đo Bằng cách lấy đạo hàm góc quay ta có tốc độ quay động Độ phân giải máy đo phụ thuộc khả phân giải chuyển đổi A/D mắc mạch đo  Nhược điểm phương pháp đo làm hệ truyền động không đồng phải tải thêm phần động cảm biến (mà trường hợp kết nối vào trục quay được) Để khắc phục, người ta ứng dụng phương pháp khơng có cảm biến 1.3 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ  1.3.1 Các đơn vị từ trường định nghĩa  Từ thơng ϕ: Từ thơng tích điện thời gian  Trong hệ thống đơn vị SI, đơn vị đơn vị từ thông Weber (Web) hay Volt.second (Vs)  Nếu từ thông thay đổi đơn vị qua thời gian 1s thiì điện áp cảm ứng sinh cuộn dây 1V  1Wb = 1Vs 1.3 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ  Cảm ứng điện từ (Từ cảm) B  Cảm ứng điện từ B hay mật độ từ thông tỷ số từ thông đơn vị diện tích  Trong hệ thống đơn vị SI, đơn vị từ cảm Tesla (T)  Tesla cảm ứng từ từ thông đồng cắt diện tích 1m2 với cường độ 1Wb 1T = Web/m2 = Vs/m2  Cảm ứng điện từ B biểu diễn ảnh hưởng từ trường dòng điện điện tích di động 1.3 Đo vận tốc vịng quay với nguyên tắc điện trở từ  Cường độ từ trường H  Cường độ từ trường H tỷ số cường độ dòng điện chiều dài  Đơn vị đo: Ampe/ met – A/m  Cường độ từ trường H đặc trưng cho phát sinh từ trường từ dòng điện 1.3 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ  1.3.2 Cảm biến điện trở từ  Cảm biến từ dùng để đo dịch chuyển đo khoảng cách nhỏ  Cấu tạo hoạt động cảm biến điện từ:   Cảm biến điện từ có cấu tạo khung dây Mục tiêu phần đối tượng cần đo dịch chuyển hay khoảng cách nhỏ, mục tiêu di chuyển → khe hở khơng khí δ thay đổi → từ trở mạch từ thay đổi → điện cảm cuộn dây thay đổi Nếu bỏ qua điện trở dây dẫn bỏ qua từ trở lõi sắt từ điện cảm cuộn dây: 1.3 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ L = W 2µ s l l + µ  l0 lf chiều dài trung bình đường sức từ lõi sắt từ khơng khí, l = 2δ = Δx, f f  µ0 đường từ thẩm khơng khí  μf độ từ thẩm lõi sắt từ  s tiết diện khe hở khơng khí  W số vịng dây Mạch điện dùng cảm biến từ 1.3 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ  Mạch xử lý tín hiệu khối rời có cấu thị cho phép cài đặt dạng tín hiệu tuyến tính tín hiệu điều khiển Cảm biến từ xử lý tín hiệu 1.3 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ Ứng dụng: Cảm biến điện từ trường dùng để đo dịch chuyển nhỏ khoảng vài mm, đo độ lệch tâm cấu cam, đo độ dày mỏng kim loại Sau số ví dụ ứng dụng cảm biến từ Dùng cảm biến từ đo độ dày thép Dùng cảm biến từ đo độ lệch tâm cấu cam