Giáo trình kỹ thuật cảm biến và cơ cấu chấp hành

Giáo trình môn học kỹ thuật cảm biến và cơ cấu chấp hành

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Môn học: KỸ THUẬT CẢM BIẾN CƠ CẤU CHẤP HÀNH Giảng viên: VÕ NHƢ TIẾN Giới thiệu • Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lƣợng vật lý, đại lƣợng không điện thành đại lƣợng điện đo đƣợc • Cảm biến đƣợc sử dụng thiết bị đo lƣờng, điều khiển, tự động hóa • Nhờ tiến khoa học công nghệ lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử tin học, cảm biến - đƣợc giảm thiểu kích thƣớc, - cải thiện tính năng, - ngày mở rộng phạm vi ứng dụng • Cảm biến đƣợc sử dụng: - ngƣời máy, - kiểm tra chất lƣợng sản phẩm, - tiết kiệm lƣợng, - chống ô nhiễm môi trƣờng, - giao thông vận tải, - sản xuất hàng tiêu dùng, - bảo quản thực phẩm, - sản xuất tơ • Mơn học Kỹ thuật cảm biến cần thiết sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Điện tử, Cơ điện tử, Tự động hoá trƣờng đại học, cao đẳng kỹ thuật, cơng nghệ • Nội dung mơn học giới thiệu kiến thức cảm biến: cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc trƣng cảm biến quang, nhiệt, vị trí, biến dạng, sợi quang, cảm biến thông minh Chƣơng CÁC KHÁI NiỆM VÀ ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN 1.1 Khái niệm phân loại cảm biến 1.1.1 Khái niệm Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lƣợng vật lý đại lƣợng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lƣợng điện đo lƣờng xử lý đƣợc • Các đại lƣợng cần đo (m) thƣờng khơng có tính chất điện (nhƣ nhiệt độ, áp suất, ánh sáng ) tác động lên cảm biến cho ta đặc trƣng (s) mang tính chất điện (nhƣ điện tích, điện áp, dịng điện trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lƣợng đo Đặc trƣng (s) hàm đại lƣợng cần đo (m): s  Fm  • Ngƣời ta gọi (s) đại lƣợng đầu ra, (m) đại lƣợng đầu vào (cần đo) Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m) 1.1.2 Phân loại cảm biến + Cảm biến nhiệt điện, nhiệt từ + Cảm biến quang điện, quang từ + Cảm biến vị trí, chuyển dịch, lực, áp suất Theo phạm vi sử dụng: công nghiệp, nghiên cứu KH, thông tin, giao thông,quân 1.2 Đường cong chuẩn cảm biến 1.2.1 Khái niệm Đƣờng cong chuẩn cảm biến đƣờng cong biểu diễn phụ thuộc đại lƣợng điện đầu (s) cảm biến vào giá trị đại lƣợng đo đầu vào (m) Đƣờng cong chuẩn biểu diễn biểu thức đại số dƣới dạng s  Fm  • Đƣờng cong chuẩn s s si 0 mi m a) a) Dạng đƣờng cong chuẩn m b) b) Đƣờng cong chuẩn cảm biến tuyến tính Dựa vào đƣờng cong chuẩn cảm biến, ta xác định giá trị mi chƣa biết m thông qua giá trị đo đƣợc si s • Tần số dao động sợi dây xác định theo công thức: N  2l F Sd • l - khoảng cách hai điểm căng dây • F - lực tác dụng • S - tiết diện dây • d - khối lượng riêng vật liệu chế tạodây Dưới tác dụng lực F, độ dài dây biến thiên lượng l xác định từ biểu thức: l F  l Y S • Tần số dao động dây: Y l N 2l d l Chương IX CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG VÀ MỨC CHẤT LƯU 10.1 Cảm biến đo lưu lượng 10.1.1 Lưu lượng đơn vị đo Lưu lượng chất lưu lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang ống đơn vị thời gian Tuỳ theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích khối lượng) người ta phân biệt: - Lưu lượng thể tích (Q) tính m3/s, m3/giờ - Lưu lượng khối (G) tính kg/s, kg/giờ • Lưu lượng trung bình khoảng thời gian (t = t2 - t1 xác định biểu thức: Q = V/t Ġ = m/t (9.1) Trong đó: V, m thể tích khối lượng chất lưu chảy qua ống khoảng thời gian khảo sát » Lưu lượng tức thời xác định theo công thức: dV Q dt dm G dt Để đo lưu lượng người ta dùng lưu lượng kế Tuỳ thuộc vào tính chất chất lưu, yêu cầu công nghệ, người ta sử dụng lưu lượng kế khác Nguyên lý hoạt động lưu lượng kế dựa sở: • Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ khoảng thời gian xác định t • Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ lưu lượng hàm vận tốc • Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp dòng chảy, lưu lượng hàm phụ thuộc độ giảm áp Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện nhờ chuyển đổi điện thích hợp 9.1.2 Cơng tơ thể tích • • Cơng tơ thể tích đo thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ đếm trực tiếp lượng thể tích qua buồng chứa tích xác định cơng tơ Sơ đồ ngun lý cơng tơ thể tích kiểu bánh hình ơvan trình bày hình 9.1 • Cơng tơ thể tích V2 V1 a) b) Hình 9.1 Sơ đồ ngun lý cơng tơ thể tích c) • Cơngtơ gồm hai bánh hình ơvan (1) (2) truyền động ăn khớp với (hình 9.1a) Dưới tác động dòng chất lỏng, bánh (2) quay truyền chuyển động tới bánh (1) (hình 9.1b) lúc bánh (2) vị trí thẳng đứng, bánh (1) nằm ngang Chất lỏng thể tích V1 đẩy sang cửa Sau bánh (1) quay trình tương tự lặp lại, thể tích chất lỏng buồng V2 đẩy sang cửa Trong vịng quay cơngtơ thể tích chất lỏng qua cơngtơ bốn lần thể tích V0 (bằng V1 V2) Trục hai bánh liên kết với cấu đếm đặt côngtơ V  qv N  N1  • Thể tích chất lưu chảy qua cơngtơ thời gian (t = t2 - t1) tỉ lệ với số vịng quay xác định cơng thức: (9.3) V  q N  N  v Trong đó: • qV - thể tích chất lưu chảy qua cơng tơ ứng với vịng quay • N1, N2 - tổng số vịng quay cơng tơ thời điểm t1 t2 • Thơng thường thể tích chất lưu chảy qua công tơ biểu diễn dạng: (9.4) V  qc N c  N c1  • qc - hệ số cơng tơ (thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với đơn vị thị cơng tơ) • Nc1, Nc2 - số thị công tơ thời điểm t1 t2 qc - hệ số cơng tơ (thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với đơn vị thị cơng tơ) • Nc1, Nc2 - số thị công tơ thời điểm t1 t2 ... học Kỹ thuật cảm biến cần thiết sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Điện tử, Cơ điện tử, Tự động hoá trƣờng đại học, cao đẳng kỹ thuật, cơng nghệ • Nội dung mơn học giới thiệu kiến thức cảm biến: cấu. .. cảm biến quang, nhiệt, vị trí, biến dạng, sợi quang, cảm biến thông minh Chƣơng CÁC KHÁI NiỆM VÀ ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN 1.1 Khái niệm phân loại cảm biến 1.1.1 Khái niệm Cảm biến thiết bị dùng để cảm. .. đầu vào, có tính đến yếu tố ảnh hƣởng 1.3 Các đặc trưng 1.3.1 Độ nhạy cảm biến Đối với cảm biến tuyến tính, biến thiên đầu s biến thiên đầu vào m có liên hệ tuyến tính: s  f m Độ nhạy cảm biến: