(NB) Giáo trình Thiết bị đo lường (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Hệ đo lường Met (Metric system); Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, mức và lưu lượng (Temperature, Pressure, Level, and Flow); Cảm biến, phần tử đo thứ cấp, bộ biến đổi và bộ truyền tín hiệu; Van điều khiển, cơ cấu chấp hành và bộ định vị van; Công tắc và thiết bị quang điện. Mời các bạn cùng tham khảo!
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HĨA TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số:216/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) 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 Tài liệu thuộc giáo trình biên soạn theo chương trình đào tạo lưu hành trường Cao đẳng Dầu khí; nguồn thơng tin sử dụng để tham khảo biên soạn/hiệu chỉnh giáo trình phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo Giáo trình Thiết bị đo lường dịch biên soạn dành cho học sinh hệ trung cấp cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) Trường Cao Đẳng Dầu Khí thuộc mơn học chun ngành Các học sinh, sinh viên nghề SCTBTĐH trước học môn học cần hồn thành mơn học Điện kỹ thuật Nội dung giáo trình gồm 05 chương: Chương 1: Hệ đo lường Met (Metric system) Chương 2: Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, mức lưu lượng (Temperature, Pressure, Level, and Flow) Chương 3: Cảm biến, phần tử đo thứ cấp, biến đổi truyền tín hiệu Chương 4: Van điều khiển, cấu chấp hành định vị van Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Tác giả chân thành gửi lời cám ơn đến đồng nghiệp khoa Điện – Tự Động Hóa giúp tác giả hồn thiện giáo trình Tuy nỗ lực nhiều, chắn khơng thể tránh khỏi sai sót, mong nhận kiến đóng góp để lần ban hành hoàn thiện Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2022 Tham gia biên soạn Chủ biên ThS Phạm Thị Thu Hường ThS Nguyễn Xuân Thịnh ThS Phan Đúng ThS Đỗ Mạnh Tuân MỤC LỤC CHƯƠNG 1: HỆ ĐO LƯỜNG MET (METRIC SYSTEM) 23 1.1 Các loại đơn vị đo 25 1.2 Chiều dài, diện tích thể tích 28 1.2.1 Chiều dài 28 1.2.2 Diện tích 29 1.2.3 Thể tích 31 1.2.4 Đo thể tích ướt 33 1.3 Chuyển đổi trọng lượng 34 1.4 Áp suất nhiệt độ 35 1.4.1 Áp suất tuyệt đối 36 1.4.2 Áp suất tĩnh 38 1.4.3 Chân không 40 1.4.4 Nhiệt độ 40 1.4.5 Chuyển đổi nhiệt độ 42 CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT, MỨC VÀ LƯU LƯỢNG (TEMPERATURE, PRESSURE, LEVEL, AND FLOW) 46 2.1 Đo nhiệt độ 47 2.1.1 Thang đo nhiệt độ 48 2.1.2 Nhiệt kế lưỡng kim 50 2.1.3 Cặp nhiệt điện (TC) 51 2.1.4 Cảm biến nhiệt kiểu điện trở (RTD) 54 2.1.5 Điện trở nhiệt (thermistor) 55 2.1.6 Thiết bị đo nhiệt hồng ngoại (Infrared Pyrometer) 57 2.2 Đo áp suất 59 2.2.1 Đơn vị đo áp suất 60 2.2.2 Tính tốn áp suất 62 2.2.3 Áp suất chênh lệch 63 2.2.4 Các thiết bị đo áp suất 63 2.2.5 Manometer 63 2.2.6 Cảm biến áp suất kiểu hộp xếp (bellows-type) 66 2.2.7 Ống Bourdon 67 2.2.8 Màng (diaphragm) 68 2.2.9 Các điều kiện gây hỏng thiết bị đo áp suất 69 2.3 Đo mức 72 2.3.1 Đo mức trực tiếp 73 2.3.2 Đo mức gián tiếp 77 2.3.3 Đo mức dựa vào áp suất 83 2.3.4 Thiết bị đo mức dựa vào áp suất 87 2.4 Đo lưu lượng 89 2.4.1 Đơn vị đo lưu lượng 92 2.4.2 Quan hệ lưu lượng áp suất chênh 93 2.4.3 Thiết bị đo lưu lượng kiểu chênh áp 94 2.4.4 Các loại thiết bị đo lưu lượng khác 98 CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN, PHẦN TỬ ĐO THỨ CẤP, BỘ BIẾN ĐỔI VÀ BỘ TRUYỀN TÍN HIỆU 105 3.1 Các thành phần điều khiển trình .107 3.1.1 Các thành phần kênh đo lường điều khiển 108 3.1.2 Ôn tập kỹ thuật đo lường .114 3.1.3 Các tiêu chuẩn phần tử đo lường 120 3.2 Cảm biến 126 3.2.1 Cảm biến nhiệt độ 128 3.2.2 Cảm biến áp suất 136 3.2.3 Cảm biến mức 142 3.2.4 Cảm biến lưu lượng .151 3.3 Bộ biến đổi .167 3.3.1 Bộ biến đổi I/P P/I 167 3.3.2 Cảm biến lực căng kiểu kim loại cảm biến áp suất kiểu lực căng 172 3.3.3 Các loại biến đổi khác 175 3.4 Bộ truyền tín hiệu 176 3.4.1 Bộ truyền tín hiệu khí nén chênh áp cân lực .177 3.4.2 Các ứng dụng truyền tín hiệu cân lực khí nén .182 3.4.3 Bộ truyền tín hiệu điện tử 185 CHƯƠNG 4: VAN ĐIỀU KHIỂN, CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ BỘ ĐỊNH VỊ VAN 190 4.1 Van điều khiển .194 4.1.1 Van cầu (globe valve) 194 4.1.2 Van cổng (gate valve) 198 4.1.3 Van dao (knife valve) 203 4.1.4 Van bi (ball valve) .204 4.1.5 Van nút (plug valve) 206 4.1.6 Van bướm (butterfly valve) 209 4.1.7 Van kim (needle valve) 211 4.2 Cơ cấu chấp hành 212 4.2.1 Mở cấp nguồn (Power-to-Open) 213 4.2.2 Đóng cấp nguồn (Power-to-Close) 214 4.2.3 Đứng yên nguồn (Fail-as-Positioned) 215 4.3 Nguyên lý hoạt động cấu tạo loại định vị .215 4.3.1 Bộ định vị tác động thuận nghịch .216 4.3.2 Bộ định vị kiểu khí nén 217 4.3.3 Bộ định vị kiểu tương tự 218 4.3.4 Bộ định vị số/thông minh 218 4.3.5 Biện pháp phòng ngừa cho định vị 219 4.4 Các yếu tố chọn lựa van 220 4.5 Ký hiệu van thông tin thẻ tên 222 4.5.1 Chỉ dẫn giá trị danh định (Rating Designation) 224 4.5.2 Xác định phận bên van (trim identification) 225 4.5.3 Chỉ dẫn kích thước .225 4.5.4 Ký hiệu kiểu ren 226 4.5.5 Các biểu tượng van sơ đồ nguyên lý 226 CHƯƠNG 5: CÔNG TẮC VÀ THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN 230 5.1 Định nghĩa công tắc .232 5.2 Phân loại công tắc 233 5.2.1 Các tiếp điểm công tắc 233 5.2.2 Đầu cực vị trí cơng tắc 234 5.3 Các ứng dụng công tắc 235 5.3.1 Công tắc kiểu gắn panel .235 5.3.2 Công tắc phao mức 236 5.3.3 Công tắc áp suất 238 5.3.4 Công tắc giới hạn 241 5.3.5 Công tắc điện tử 243 5.4 Các thiết bị quang điện 244 5.4.1 Công tắc tế bào quang điện 244 5.4.2 Pin mặt trời 247 5.5 Các thiết bị hồng ngoại 249 5.5.1 Cảm biến chuyển động 249 5.5.2 Cảm biến hồng ngoại công nghiệp .250 5.6 Sợi quang .251 5.7 Cảm biến tiệm cận 252 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các giá trị đo hệ Anh hệ met phổ biến 25 Hình 1-2: So sánh inch với centimet 28 Hình 1-3: Hình dạng ống 30 Hình 1-4: Chuyển đổi diện tích hình vng từ hệ Anh sang hệ met 30 Hình 1-5: Chuyển đổi diện tích hình chữ nhật từ hệ Anh sang hệ met 30 Hình 1-6: Chuyển đổi diện tích hình tròn thừ hệ met sang hệ Anh 31 Hình 1-7: Chuyển đổi thể tích hối hình hộp chữ nhật 32 Hình 1-8: Tính tốn thể tích bồn chứa hình trụ trịn theo đơn vị đo hệ met 33 Hình 1-9: Chuyển đổi thể tích trụ trịn từ hệ met sang hệ Anh 33 Hình 1-10: Các tiếp đầu ngữ hệ met phổ biến dùng cho thể tích ướt 34 Hình 1-11: Nhãn áp suất lốp tơ 36 Hình 1-12: Đồng hồ áp suất có đơn vị đo hệ Anh hệ met 36 Hình 1-13: So sánh thang đo nhiệt độ 41 Hình 1-14: Ví dụ chuyển đổi đơn vị đo nhiệt độ 43 Hình 2-1: Các thang đo nhiệt độ 49 Hình 2-2: Nhiệt kế lưỡng kim 51 Hình 2-3: Cặp nhiệt điện 52 Hình 2-4: Giếng nhiệt (thermowell) 53 Hình 2-5: TC lắp vào giếng nhiệt 54 Hình 2-6: RTD 55 Hình 2-7: Các loại điện trở nhiệt 56 Hình 2-8: Đồ thị quan hệ điện trở - nhiệt độ điện trở nhiệt 57 Hình 2-9: Súng IR 58 Hình 2-10: Dùng súng IR để xác định vị trí bị nứt rị rỉ đường ống 58 Hình 2-11: Minh họa tỷ số D:S 59 Hình 2-12: Quan hệ diện tích, áp suất lực 60 Hình 2-13: Áp suất chênh 63 Hình 2-14: Manometer kiểu ống chữ U (U-tube manometer) 64 Hình 2-15: Manometer kiểu giếng (Well manometer) 65 Hình 2-16: Manometer kiểu giếng nghiêng (Inclined-well manometer) 66 Hình 2-17: Bộ thị áp suất kiểu hộp xếp (Bellows-type) 67 Hình 2-18: Các kiểu ống Bourdon 68 Hình 2-19: Van có cấu chấp hành kiểu màng 69 Hình 2-20: Đồng hồ áp suất loại điền chất lỏng 71 Hình 2-21: Bộ cách ly đồng hồ áp suất 71 Hình 2-22: Bộ giảm sốc 72 Hình 2-23: Đo mức dùng que thăm 74 Hình 2-24: Kính ngắm đo mức 75 Hình 2-25: Hệ thống đo mức phao – cáp 75 Hình 2-26: Bộ chỗ ống momen xoắn để đo mức bồn hở 76 Hình 2-27: Hệ thống đo mức kiểu phao từ 78 Hình 2-28: Đo mức đầu dị dẫn điện 78 Hình 2-29: Đo mức đầu dị điện dung 79 Hình 2-30: Đo mức đầu dò điện dung 80 Hình 2-31: Đo mức đầu dị điện dung loại có vỏ bọc 81 Hình 2-32: Đo mức sóng siêu âm 82 Hình 2-33: Cảm biến mức radar loại GWR loại không tiếp xúc 83 Hình 2-34: Hệ thống đo mức kiểu bọt khí 89 Hình 2-35: Dịng chất lưu, mũi tên ngắn thị vận tốc nhỏ 91 Hình 2-36: Straightening vanes 92 Hình 2-37: Áp suất chất lưu tác dụng lên ống 94 Hình 2-38: Tấm đục lỗ 96 Hình 2-39: Ống nozzle 97 Hình 2-40: Ống venturi 97 Hình 2-41: Ống pitot 98 Hình 2-42: Lưu lượng kế va chạm khí nén (pneumatic target flowmeter) 99 Hình 2-43: Lưu lượng kế điện từ 100 Hình 2-44: Lưu lượng kế tuabin 101 Hình 2-45: Lưu lượng kế xốy cuộn 101 Hình 2-46: Lưu lượng kế rotameter 102 Hình 2-47: Lưu lượng kế coriolis 103 Hình 3-1: Thiết bị kênh điều khiển trình .109 Hình 3-2: Cảm biến nhiệt độ loại nhúng .110 Hình 3-3: Bộ biến đổi áp suất 112 Hình 3-4: Bộ điều chế tín hiệu 113 Hình 3-5: Bộ truyền tín hiệu áp suất 114 Hình 3-6: Biểu diễn độ xác theo đơn vị đo hệ Mỹ đơn vị đo hệ met 115 Hình 3-7: Sai số mắt .118 Hình 3-8: Vịng hồi trễ điển hình 119 Hình 3-9: Đồ thị vòng hồi trễ đặc trưng 119 Hình 3-10: Các phần tử cảm biến lưỡng kim 128 Hình 3-11: Cơng tắc nhiệt tĩnh 129 Hình 3-12: Nhiệt kế lưỡng kim công nghiệp sử dụng phần tử xoắn ốc 129 Hình 3-13: Mạch điện TC Seebeck .130 Hình 3-14: Các loại mối nối TC khác 132 Hình 3-15: TC có vỏ bọc .133 Hình 3-16: Đặc tuyến quan hệ điện áp - nhiệt độ loại TC 135 Hình 3-17: Ống Bourdon kiểu C 136 Hình 3-18: Đồng hồ áp suất .137 Hình 3-19: Ống Bourdon kiểu xoắn ốc .138 Hình 3-20: Ống Bourdon kiểu lò xo xoắn 138 Hình 3-21: Đồng hồ áp suất loại màng 139 Hình 3-22: Đồng hồ hộp áp suất xếp chồng 140 Hình 3-23: Hộp xếp 141 Hình 3-24: Cảm biến áp suất điện dung 142 Hình 3-25: Tụ điện 143 Hình 5-13: Ứng dụng cơng tắc áp suất chênh 5.3.4 Công tắc giới hạn Công tắc giới hạn phản ứng theo thay đổi vật lý Có nhiều loại công tắc giới hạn Một loại bao gồm phần tử kim loại phản ứng học theo thay đổi nhiệt độ Nó hở mạch điện nhiệt độ vượt giới hạn thiết lập Loại công tắc giới hạn phổ biến khác chứa cấu truyền động khí mà kích hoạt cơng tắc chạm phải giới hạn thiết lập Một loại khác, tương tự với công tắc giới hạn dùng để dừng cửa gara cuối hành trình nó, kích hoạt cấu truyền động chạm với thiết bị khí, gọi chó, gắn khung đỡ Thông thường, hoạt động công tắc giới hạn bắt đầu máy phận chuyển động tác động vào tay gạt, kích hoạt cơng tắc giới hạn Hình 5-14 trình bày cơng tắc giới hạn với tay gạt Cơng tắc giới hạn sử dụng thiết bị điều khiển cho hoạt động thường xuyên công tắc khẩn cấp để ngăn ngừa hoạt động sai chức thiết bị Các tiếp điểm thường mở thường đóng, chúng loại tiếp điểm thời trì Việc lắp đặt công tắc giới hạn bao gồm việc lựa chọn cấu truyền động, tay gạt tốt nhất, sau việc gắn cơng tắc giới hạn vào vị trí liên quan tới phận chuyển động Điều quan trọng công tắc giới hạn không hoạt động vượt q đặc tính hành trình khuyến nghị nhà sản xuất Nếu di chuyển mức phận chuyển động ảnh hưởng đến công tắc khiến cho công tắc hoạt động vượt q phạm vi hành trình nó, chế dừng phù hợp, hình 5-15, nên sử dụng để ngăn ngừa hỏng hóc cho cơng tắc Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 241 Hình 5-14: Cơng tắc giới hạn với biểu tượng ngun lý Hình 5-15: Bảo vệ cơng tắc giới hạn Nhiều loại vi cơng tắc khác (hình 5-16) sử dụng công tắc giới hạn Chúng sử dụng làm khóa liên động an toàn cho thiết bị bảng điều khiển Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 242 Hình 5-16: Các vi cơng tắc điển hình 5.3.5 Cơng tắc điện tử Các chỉnh lưu có điều khiển silicon, SCR, thiết bị điện tử mà bình thường hoạt động chế độ đóng (ON) ngắt (OFF), giống với công tắt SCR sử dụng rộng rãi điều khiển động nguồn (hình 5-17) Hình 5-17: Bộ chỉnh lưu có điều khiển silicon (SCR) Chương 5: Cơng tắc thiết bị quang điện Trang 243 Mục đích SCR để đóng ngắt mạch cơng suất lớn Nó thực chức mà khơng có phận chuyển động làm hao mịn khơng có tiếp điểm cần thay bảo trì SCR có sử dụng mạch AC DC, cho dòng điện chạy qua theo chiều thuận (từ anode sang cathode) Nó có cực anode (dương), cực cathode (âm), cực cổng (gate) Khơng có dịng điện chạy qua SCR cực cổng nhận tín hiệu điện Một cực cổng nhận tín hiệu, SCR giống cơng tắc đóng, dễ dàng cho dịng điện chạy qua theo chiều thuận Lúc tín hiệu cực cổng loại bỏ, SCR tiếp tục dẫn điện dòng điện đổi hướng rơi gần không Một ngưng dẫn, SCR giống công tắc hở mạch, khơng có dịng điện chạy qua Một tín hiệu đưa vào cực cổng để SCR dẫn điện trở lại SCR tương tự diode dẫn điện theo chiều thuận không dẫn điện theo chiều nghịch (cathode sang anode) Tuy nhiên, diode khơng phải cơng tắc, khơng có cực cổng, hoạt động giống van chiều cho dòng điện chạy liên tục theo chiều thuận TRIAC thiết bị điện tử giống với SCR Sự khác nó dẫn điện theo hai chiều cực cổng kích hoạt 5.4 Các thiết bị quang điện Các thiết bị cảm biến ánh sáng, gọi biến đổi quang điện, thay đổi đặc tính điện chúng tiếp xúc với ánh sáng nhìn thấy xạ hồng ngoại (IR) Các thiết bị cảm biến ánh sáng bao gồm tế bào quang điện, pin mặt trời, cảm biến chuyển động, bóng bán dẫn (transistor) quang Các thiết bị cảm biến ánh sáng kích hoạt nhiều loại mạch khác để điều khiển báo động, đèn, động cơ, rơle, cấu truyền động khác Một số thiết bị loại thiết bị quang điện phổ biến nguyên lý hoạt động chúng thảo luận phần 5.4.1 Công tắc tế bào quang điện Các tế bào quang điện thường gọi tên gọi khác, bao gồm tế bào quang dẫn, điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR), quang trở Về bản, tế bào quang điện biến trở có điện trở phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu lên Điện trở vật liệu quang dẫn trình bày hình 5-18 thay đổi nghịch đảo với lượng ánh sáng chiếu lên Nói cách khác, ánh sáng chiếu lên tế bào quang điện nhiều, điện trở giảm Vật liệu quang dẫn thường chế tạo cadmium sulfide (CdS) cadmium selenide (CdSe) đặt trực tiếp hai đầu tế bào quang điện Loại chế tạo cadmium thường gọi tế bào cad Trong Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 244 ánh sáng, điện trở cực thấp đến 50Ω; bóng tối, cao đến 5MΩ Hình 5-18: Góc nhìn mặt cắt tế bào quang điện LDR Có lẽ, ứng dụng phổ biến tế bào quang điện công tắc tế bào quang điện sử dụng điều khiển đèn lúc hồng bình minh Cơng tắc tế bào quang điện chủ yếu hoạt động công tắc cực đơn, vị trí (SPST) mà đóng trời tối mở trời sáng Không giống công tắc lật SPST phổ biến thảo luận trước đây, tế bào quang điện phải nhận lượng để hoạt động, có nghĩa cần có mạch điện Cơng tắc tế bào quang điện giống hình 5-19 có cơng suất định mức lên tới 300W Hình 5-19: Cơng tắc tế quang điện ứng dụng điển hình Chương 5: Cơng tắc thiết bị quang điện Trang 245 Các công tắc tế bào quang điện sử dụng mạch điều khiển Một nguồn sáng tạo thành chùm sáng, nhận quang quét qua khu vực để phát có mặt đối tượng Khi chùm sáng bị che khuất, tế bào quang điện nhận quang phản ứng cách gửi tín hiệu DC tới mạch điều khiển Hình 5-20 trình bày phương pháp phát quang điện quét trực tiếp Nguồn sáng nhận quang đặt đối diện trực tiếp nhau, ánh sáng từ nguồn chiếu trực tiếp vào nhận Trong hình 5-20A, tế bào quang điện sử dụng để đếm sản phẩm băng chuyền Trong hình 5-20B, cuộn giấy đủ lớn để che khuất chùm sáng, nhận quang gửi tín hiệu đến điều khiển để điều khiển dừng cuộn mõi tải lên trục cuộn giấy Một ứng dụng phổ biến khác tế bào quang điện mạch điều khiển đầu đốt dầu Nhiều đầu đốt sử dụng tế bào quang điện để kiểm chứng có mặt lửa sau đánh lửa Ánh sáng lửa tạo điện áp đủ để chứng tỏ lửa thiết lập Nếu điện áp từ tế bào quang điện thấp không tồn tại, đầu đốt tắt vấn đề giải Hình 5-20: Phương pháp quét trực tiếp Các cảm biến quang điển hình tự động hóa sử dụng để quét trực tiếp trình bày hình 5-21 Hầu hết cảm biến sử dụng IR chùm ánh sáng đỏ nhìn thấy để tránh nhiễu loạn từ ánh ánh sáng môi trường Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 246 Hình 5-21: Cảm biến quang điển hình tự động hóa sử dụng để quét trực tiếp Quét phản xạ phương pháp quét phổ biến khác sử dụng để phát đối tượng chuyển động Trong phương pháp quét phản xạ, nguồn sáng nhận quang gắn vỏ phía với đối tượng phát Phương pháp sử dụng không gian bị giới hạn giới hạn việc lắp đặt ngăn chặn chùm sáng chiếu trực tiếp vào nhận quang Như trình bày hình 5-22, ánh sáng phản chiếu từ dải băng sáng bóng phát nhận Khi chai sản phẩm qua che khuất chùm sáng, khơng có ánh sáng phản xạ cảm biến quang gửi tín hiệu để hệ thống điều khiển đóng nắp vào chai Hình 5-22: Phương pháp quét phản xạ sử dụng để đếm đóng nắp chai 5.4.2 Pin mặt trời Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 247 Năng lượng mặt trời nguồn lượng tái tạo quan trọng Năng lượng mặt trời – xạ ánh sáng nhiệt từ mặt trời – sạch, vơ tận, dễ dàng tiếp cận nhiều địa điểm Là nguồn lượng bền vững, khơng miễn phí mà cịn khơng tạo khí nhà kính nhiễm Để chuyển đổi lượng mặt trời sang dạng lượng điện sử dụng được, người ta sử dụng pin mặt trời chế tạo từ số loại vật liệu bán dẫn Pin mặt trời, gọi cảm biến quang điện (PV – Photovoltaic), tạo điện áp dòng điện DC tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng mà hấp thụ Một pin mặt trời điển hình tạo khoảng 0,5 VDC dòng điện nhỏ Vì vậy, pin thường lắp ghép nối tiếp song song để có mức điện áp dòng điện mong muốn Các pin ghép với theo cách tạo bảng (panel) cụm (module) pin mặt trời Hình 5-23 trình bày lắp đặt pin mặt trời mặt đất điển hình Hình 5-23: Lắp đặt bảng pin mặt trời Một nhóm bảng (panel) pin mặt trời kết nối điện với gọi mảng (array) pin mặt trời Dòng điện DC tạo mảng pin mặt trời sử dụng để nạp dãy bình điện, chuyển đổi sang nguồn AC sử dụng để cấp nguồn cho thiết bị điện Việc chuyển đổi DC sang AC địi hỏi phải sử dụng nghịch lưu (xem hình 5-24) Bất kỳ nguồn AC mà không sử dụng cho thiết bị đưa ngược lưới điện để tiết kiệm Một khía cạnh tích cực khác lượng mặt trời thiết bị cần thiết lắp mái nhà khu vực trống bãi đỗ xe – nơi có sẵn khơng gian tiếp xúc trực tiếp với mặt trời Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 248 Hình 5-24: Lắp đặt điện hệ thống lượng pin mặt trời 5.5 Các thiết bị hồng ngoại Bất kỳ đối tượng không nhiệt độ không tuyệt đối (0K, -273oC, – 460oF) phát lượng điện từ khơng nhìn thấy dạng IR Một cảm biến bắt lượng tạo tín hiệu điện tỷ lệ thuận với lượng IR mà cảm biến Tín hiệu sau sử dụng để điều khiển thiết bị Các cảm biến IR thường sử dụng cho cảm biến chuyển động/cảm biến người, cảm biến điều khiển từ xa TV, máy quét IR để phát điểm nóng thiết bị điện Ứng dụng phổ biến cảm biến chuyển động 5.5.1 Cảm biến chuyển động Cảm biến chuyển động thường sử dụng hệ thống bảo vệ Hệ thống bảo vệ hệ thống kiểm soát khu vực nghiêm ngặt mà kết hợp cảm biến chuyển động, cơng tắc cửa, cảm biến khói, cảm biến độ ẩm, đơn giản đèn pha cảm biến chuyển động gắn bên ngồi tịa nhà Hoạt động cảm biến giống tất trường hợp Hình 5-25 trình bày đèn pha điều khiển công tắc cảm biến chuyển động IR Nhiều khi, công tắc tế bào quang điện thêm vào điều khiển đèn, Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 249 tự động tắt đèn vào ban ngày Ngoài ra, điều khiển đèn thường trang bị phương thức điều khiển thủ cơng dùng để bật đèn lúc Khi điều khiển đèn có cơng tắc tế bào quang điện công tắc cảm biến chuyển động IR, hoạt động thể bao gồm ba cơng tắc loại SPST (hình 3-26) Cơng tắc tế bào quang điện công tắc cảm biến chuyển động mắc nối tiếp, hai phải đóng (phải có chuyển động, trời phải tối) để bật đèn Công tắc thứ ba công tắc nối tắt tay, nối song song với hai cơng tắc Hình 5-25: Đèn pha cảm biến chuyển động Hình 5-26: Sơ đồ sợi điều khiển đèn với cảm biến chuyển động với cảm biến tế bào quang điện 5.5.2 Cảm biến hồng ngoại công nghiệp Cảm biến IR sử dụng để điều khiển trình công nhiệp nhạy với nhiệt độ, bao gồm sản xuất giấy theo dõi nhiệt độ ngăn nhà máy xi măng hóa dầu Chúng đặc biệt hữu ích khơng thể sử dụng đầu dị nhiệt Hình 5-27 trình bày hệ thống theo dõi nhiệt độ dựa vào IR bao gồm điều khiển sử dụng cho Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 250 q trình cơng nghiệp Nó trình bày nhiệt kế IR cầm tay sử dụng để đo nhiệt độ trường cần Một chùm tia laser nhìn thấy giúp xác định khu vực đo Hình 5-27: Các thiết bị dựa vào IR điển hình 5.6 Sợi quang Sợi quang truyền dẫn ánh sáng sử dụng tất loại thiết bị quang điện Trong ứng dụng, cảm biến sợi quang sử dụng phát để gửi ánh sáng; thu để phát ánh sáng; bó cáp linh hoạt với sợi nhỏ để truyền ánh sáng Có thể sợi cáp riêng biệt cho phát nhận, tùy thuộc vào cảm biến, cáp đơn với hai sợi cáp bên Khi sử dụng cáp đơn, phát nhận sử dụng phương pháp khác để phân chia sợi phát sợi thu cáp Các sợi thủy tinh sử dụng nguồn phát ánh sáng hồng ngoại, sợi nhựa sử dụng nguồn phát ánh sáng nhìn thấy Hình 5-28 minh họa ba phương pháp sử dụng khác sợi quang để cảm biến quang điện Hình 5-28A trình bày phương pháp chùm tia qua, ánh sáng phát nhận sợi cáp riêng Mục tiêu phát chặn ánh sáng cho phép ánh sáng qua từ phát đến thu Hình 5-28B 5-28C trình bày phương pháp phản xạ ngược tán xạ mà ánh sáng phát nhận sợi cáp Trong phương pháp phản xạ ngược, vật phản xạ lắp đặt để dội ánh sáng phát ngược thu Phương pháp tán xạ sử dụng mục tiêu để tán xạ phản xạ ánh sáng phát từ cáp Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 251 Hình 5-28: Các ứng dụng sợi quang 5.7 Cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận sử dụng để phát có khơng có mặt vật mà khơng phải chạm vào Chúng trở nên ngày cảng phổ biến ứng dụng công nghiệp chúng đa năng, an tồn, tin cậy, sử dụng thay cho công tắc giới hạn Một cảm biến tiệm cận điển hình trình bày hình 5-29 Hình 5-29: Cảm biến tiệm cận Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 252 Loại cảm biến tiệm cận phổ biến loại cảm ứng đường dây điện (hình 5-30), hoạt động dựa ngun lý dịng điện xốy triệt tiêu dao động (ECKO) Bộ dao động bao gồm mạch cộng hưởng LC, tạo từ trường AC dao động phát từ trường từ bề mặt công tắc Khi vật kim loại đặt gần đường sức từ, bên xuất dịng điện xốy, dịng điện làm rối loạn hoạt động mạch cộng hưởng LC Sự dao động khơng cịn Khi dao động đi, thiết bị phát tín hiệu kích hoạt để chuyển mạch ngõ cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát đối tượng kim loại Loại cảm biến khác, gọi cảm biến tiệm cận điện dung, làm việc với đối tượng phi kim loại Hoạt động giống cảm biến mức kiểu điện dung Hình 5-30: Cảm biến tiệm cận cảm ứng đường dây điện TÓM TẮT CHƯƠNG Trong chương này, số nội dung giới thiệu: 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Định nghĩa phân loại công tắc Ứng dụng công tắc Thiết bị quang điện Thiết bị hồng ngoại Cảm biến sợi quang Cảm biến tiệm cận CÂU HỎI CỦNG CỐ CHƯƠNG 5: Câu Các thiết bị nên sử dụng để ngắt mạch điện bị ngắn mạch tải A) Cơng tắc cầu chì tiêu chuẩn B) SCR máy cắt có vùng chết C) Cầu chì máy cắt D) Công tắc máy cắt tiêu chuẩn Câu Bộ phận công tắc gắn với tiếp điểm động gọi A) Cực (pole) B) Cơ cấu chấp hành Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 253 C) Cực dương (anode) D) Đầu nối Câu Loại công tắc thường kích hoạt máy phần chuyển động chạm vào tay gạt? A) Công tắc điện tử B) Công tắc áp suất C) Công tắc phao D) Công tắc giới hạn Câu Khi nhiều ánh sáng chiếu lên vật liệu quang dẫn công tắc tế bào quang điện, A) Điện trở vật liệu giảm B) Lượng xạ hồng ngoại tăng C) Các đầu vật liệu cadmium selenide bắt đầu đóng lại D) Hằng số điện mơi cơng tắc giảm Câu Trong ứng dụng theo dõi nhiệt độ ngăn xếp, nơi sử dụng đầu dò nhiệt không thể, giải pháp thay sử dụng A) Các tế bào quang điện B) Các cảm biến hồng ngoại C) Các công tắc phao D) Các dao động Câu Trong phương pháp cảm biến quang điện kiểu tán xạ, ánh sáng từ cáp sợi quang tán xạ phản xạ A) Bộ nhận B) Bộ tích hợp C) Bộ phát D) Đối tượng phát Câu Một cách phổ biến để phát tồn không đối tượng mà khơng phải chạm vào sử dụng A) Cảm biến sức căng B) Cảm biến áp suất C) Cảm biến tiệm cận D) Công tắc giới hạn Chương 5: Công tắc thiết bị quang điện Trang 254 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Instrumentation Level 1, level 2, third edition, NCCER, 2015 [2] Instrumentation Level 3, third edition, NCCER, 2016 [3] Tổ mơn Tự động Hóa, Giáo trình “Thiết bị đo lường – Lưu hành nội bộ”, 2017, Trường Cao Đẳng Dầu Khí [4] TS Nguyễn Vũ Quỳnh, KS Phạm Quang Huy, Giáo Trình Đo Lường Cảm Biến (Lý Thuyết-Thực Hành), 2017, Nhà xuất Thanh Niên Tài liệu tham khảo Trang 255 ... cho mục đích đào tạo Giáo trình Thiết bị đo lường dịch biên soạn dành cho học sinh hệ trung cấp cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) Trường Cao Đẳng Dầu Khí thuộc mơn học chun... tham quan thiết bị đo lường phòng c? ?-? ?iện tử, phòng thiết bị đo lường, phòng DCS 6.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, thiết bị đo lường phòng thiết bị đo lường, mơ hình... hoạt động ứng dụng loại thiết bị đo lường tự động hố Mơn học sở để học sinh học môn chuyên ngành hiệu chuẩn, lắp đặt bảo dưỡng thiết bị đo lường tự động hoá 3.3 Ý nghĩa vai trị mơn học: Đo lường,