Ch 05 co cau cam bien

Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.01 Chương 05 Cơ cấu cảm biến HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.02 Chương GIỚI THIỆU • Những thiết bị mà cung cấp thông tin cho điều khiển thực xảy gọi cảm biến (sensor / transducer) • Hầu hết cảm biến thực biến đổi đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất …) thành tín hiệu điện HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Chương 5.03 GIỚI THIỆU  HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering  Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.04 Chương 5.1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ LƯỢNG DỊCH CHUYỂN Biến trở (potentiometer) HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.05 Chương 5.1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ LƯỢNG DỊCH CHUYỂN Ví dụ: biến trở cấp nguồn 10 Vdc, đặt vị trí 82o Dãy tối đa biến trở 350o Xác định giá trị điện áp biến trở Giải HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.06 Chương 5.1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ LƯỢNG DỊCH CHUYỂN Độ phân giải Nếu biến trở có dạng dây quấn với N vịng, độ phân giải biến trở buớc điện áp vòng liền kề xác định là: HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Chương 5.07 5.1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ LƯỢNG DỊCH CHUYỂN Sai số: Sai số phụ tải (loading error) xảy trượt biến trở nối với tải có trở kháng lớn không đáng kể so với giá trị biến trở với HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.08 Chương 5.1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ LƯỢNG DỊCH CHUYỂN Ví dụ: biến trở 10 k có cấu tạo 1000 vịng Xác định độ phân giải biến trở sai số phụ tải điện trở tải 10 k trượt nằm vị trí điểm biến trở Giải HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.09 Chương 5.1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ LƯỢNG DỊCH CHUYỂN Biến vi sai tuyến tính (LVDT – Linear Variable Differential Transformer) LVDT cảm biến vị trí có độ phân giải lớn dựa vào tượng cảm ứng điện từ Ngõ LVDT có dạng điện áp xoay chiều – biên độ tỉ lệ tuyến tính với lượng dịch chuyển Thành phần chính: cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp, lõi từ HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Chương 5.10 5.1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ LƯỢNG DỊCH CHUYỂN Với tín hiệu điện áp xoay chiều: • Biên độ phụ thuộc vào lượng dịch chuyển (so với vị trí điểm giữa) • Góc pha phụ thuộc vào chiều dịch chuyển – dịch chuyển sang phải tạo góc pha 0o, dịch chuyển sang trái tạo góc pha 180o HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Chương 5.53 5.5 ĐO NHIỆT ĐỘ Cảm biến cặp nhiệt điện (thermocouple) Cặp nhiệt điện gồm hai dây kim loại khác nối chung hai đầu Một đầu coi điểm lạnh (điểm tham chiếu) đầu coi điểm nóng (điểm đo) Khi hai đầu có nhiệt độ khác nhau, điện áp (được gọi điện động) hình thành mạch hai dây kim loại tạo nên - điện hiệu ứng Seebeck Điện hiệu ứng tỉ lệ với khoảng chênh lệch nhiệt độ hai điểm nối Hệ số nhiệt là: 35 V/0F HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.54 Chương HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong 5.5 ĐO NHIỆT ĐỘ Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.55 Chương 5.5 ĐO NHIỆT ĐỘ IC cảm biến nhiệt Loại cảm biến thiết bị bán dẫn có độ xác cao với ngõ tín hiệu điện áp tỷ lệ tuyến tính với giá trị nhiệt độ Thí dụ: họ LM35 đo nhiệt độ phạm vi (-55 0C  +155 0C) với tín hiệu là: vout = 0.01T (V) Thí dụ: Thiết kế mạch cảm biến nhiệt dùng LM35 với đặc tính sau: • Phạm vi nhiệt độ đo: (5  100 0C) • Điện áp nguồn cấp LM35: V • Điện áp ngõ ra: vout = 0.1 V/ 0C HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.56 Chương 5.6 ĐO LƯU LƯỢNG Lưu lượng kế hiệu áp Loại cảm biến hoạt động dựa nguyên tắc tiết lưu đặt dòng chảy tạo nên sụt áp tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc dịng chảy Với : khối lượng riêng lưu chất (kg/m3) A: tiết diện chảy (m2) : hệ số chảy (phu thuộc vào dạng tiết lưu) g: gia tốc trọng trường HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.57 Chương 5.6 ĐO LƯU LƯỢNG A venturi flow sensor A pitot tube HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Chương 5.58 5.6 ĐO LƯU LƯỢNG Lưu lượng kế turbin Loại cảm biến tạo nên tín hiệu số, tỉ lệ với lưu lượng dòng chảy HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Chương 5.59 5.6 ĐO LƯU LƯỢNG Lưu lượng kế từ trường Loại cảm biến làm việc dựa nguyên tắc điện áp cảm ứng dây dẫn di động vùng từ trường Do tính chất dẫn điện lưu chất, chuyển động dòng chảy giống chuyển động dẫn Dưới ảnh hưởng vùng từ trường, điện áp cảm ứng xuất hai điện cực đặt bên thành ống HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Chương 5.60 5.7 ĐO ÁP SUẤT Áp suất xác định lực chất lỏng chất khí tạo nên đơn vị bề mặt Cảm biến áp suất điện trở Loại cảm biến hoạt động dựa đặc tính điện trở - giá trị điện trở thay đổi tác dụng sức căng Tấm điện trở loại cảm biến loại không kết dính HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Chương 5.61 5.7 ĐO ÁP SUẤT Cảm biến áp suất đàn hồi Trong loại cảm biến này, phần tử đàn hồi (sơ cấp) bị biến dạng tác động áp suất Sau đó, phần tử thứ cấp biến đổi lượng biến dạng thành đại lượng điện Bourdon tube Bellows HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Diaphragm Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.62 Chương 5.8 ĐO MỨC Đo mực nước trọng lượng vật liệu bồn chứa vấn đề thường gặp q trình cơng nghiệp • Phương pháp đo trực tiếp: theo dõi bề mặt chất lỏng – dùng cấu phao nối liền với phận hiển thị Phương pháp đơn giản tin cậy, khơng tạo nên tín hiệu điều khiển dễ dàng • Phương pháp đo gián tiếp: đo biến khác mà có liên quan đến mực nước – đo áp suất tĩnh điểm vùng thể tích Phương pháp dựa sở áp suất tĩnh tỉ lệ thuận với khối lượng riêng chiều cao khối chất lỏng phía điểm đo Các loại cảm biến đo mức phân thành hai loại • Rời rạc: cảm nhận mực nước giá trị định • Liên tục: cho tín hiệu tương tự tỉ lệ với mực chất lỏng HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.63 Chương HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong 5.8 ĐO MỨC Cảm biến mức rời rạc Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.64 Chương HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong 5.8 ĐO MỨC Cảm biến mức liên tục Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.65 Chương HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong 5.8 ĐO MỨC Cảm biến mức liên tục Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.66 Chương 5.8 ĐO MỨC Ví dụ: Một hệ thống đo mức sử dụng theo nguyên lý hình bên Xác định phạm vi lực tác dụng lên cánh tay đòn Cho biết: HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động 5.67 Chương 5.8 ĐO MỨC • Khối lượng phao, M = kg • Diện tích mặt cắt ngang phao, A = 20 cm2 • Chiều dài phao, L = 2.5 m • Lưu chất sử dụng: kerosene ( = 800 kg/m3) Giải: Lực tác dụng lên cánh tay đòn nhỏ h = L Lực tác dụng lên cánh tay đòn lớn h = HCM City Univ of Technology, Faculty of Mechanical Engineering Phung Tri Cong