chương 4 cảm biến vị trí và dịch chuyển

Friday, May 23, 2014 1 Chương IV. Cảm biến vị trí và dịch chuyển Chương IV. Cảm biến vị trí và dịch chuyển 1. Cảm biến vị trí tiếp xúc  Công tắc hành trình (Limit Switchs)  Điện thế kế điện trở (Potentiometers) 1. Cảm biến vị trí không tiếp xúc  Cảm biến từ (Magnetic Sensors)  Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensors)  Cảm biến tiệm cận (Promixity Sensors)  Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensors) - Đơn giản - Rẻ tiền - Làm việc bền - Môi trường khắc nghiệt - Đắt tiền hơn Friday, May 23, 2014 2 1.1 Công tắc hành trình Có nhiều loại công tắc hành trình, có được dùng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau Gia công vật liệu Nhà máy bia Máy đóng gói Thiết bị đúc Thiết bị nâng chuyển … Công tắc hành trình có thể được đặt với nhiều thiết bị chấp hành như cần trượt, cần xoay, cần lắc, Friday, May 23, 2014 3 1.1 Công tắc hành trình Friday, May 23, 2014 4 1.1 Công tắc hành trình Friday, May 23, 2014 5 1.1 Công tắc hành trình Ưu điểm Đáng tin cậy, chịu được va chạm và dễ sử dụng Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu Hoạt động đơn giản (ON/OFF) Nhược điểm Tuổi thọ ngắn, bị hao mòn Friday, May 23, 2014 6 1.2 Điện thế kế điện trở Cấu tạo và nguyên lý làm việc R m, , L m R x , l Đo dịch chuyển thẳng 12 R m R α Đo dịch chuyển quay α > 360 o 1 2 mx R L l R = m m RR α α = α m m RR α α = α α M R α R m Đo dịch chuyển quay α < 360 o 1 2 α α m Friday, May 23, 2014 7 1.2 Điện thế kế điện trở Cấu tạo và nguyên lý làm việc Gồm một điện trở cố định (R m ) và một tiếp xúc điện (con chạy) liên kết với đối tượng. Khi đối tượng di chuyển, con chạy di chuyển theo, điện trở đo phụ thuộc vào vị trí con chạy. Đo điện trở ⇒ vị trí Điện trở dạng dây cuộn: được chế tạo từ các hợp kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni - Cr - Fe, Ag - Pd quấn thành vòng xoắn dạng lò xo trên lõi cách điện (bằng thuỷ tinh, gốm hoặc nhựa), giữa các vòng dây cách điện bằng emay hoặc lớp oxyt bề mặt. Điện trở dạng băng dẫn: được chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10 -2 µm. Friday, May 23, 2014 8 1.2 Điện thế kế điện trở Ưu điểm Rẻ tiền Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng Đo được khoảng dịch chuyển lớn Nhược điểm Bị ảnh hưởng của bụi và ẩm Tuổi thọ kém, mau bị hao mòn Friday, May 23, 2014 9 2.1 Cảm biến từ Các đặc tính từ có thể được dùng để đo vị trí thông qua việc xác định sự xuất hiện, cường độ hoặc hướng của từ trường Cảm biến từ là nhóm các cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển được gắn vào một phần tử của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộn đo. Cảm biến từ được chia ra 2 loại: cảm biến tự cảm và cảm biến hỗ cảm Friday, May 23, 2014 10 2.1.1 Cảm biến tự cảm a) Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên Cấu tạo và nguyên lý làm việc 2 1. Lõi sắt từ 2. Cuộn dây 3. Tấm sắt từ X V Đo dịch chuyển thẳng 1 2 3 1 3 δ Đo dịch chuyển quay [...]... May 23, 20 14 24 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, May 23, 20 14 25 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, May 23, 20 14 26 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, May 23, 20 14 27 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, May 23, 20 14 28 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, May 23, 20 14 29 2.2 Cảm biến siêu âm Một số ứng dụng Friday, May 23, 20 14 30 2.2 Cảm biến siêu âm... Cảm biến tự cảm b) Cảm biến tự cảm kép có khe từ biến thiên Cấu tạo và nguyên lý làm việc XV XV Đo dịch chuyển thẳng Friday, May 23, 20 14 Đo dịch chuyển quay 12 2.1.1 Cảm biến tự cảm b) Cảm biến tự cảm kép có khe từ biến thiên Hệ số tự cảm L L1 = f(δ) L1 - L2 = f(δ) δ L2 = f(δ) Đặc điểm: • Độ nhạy lớn • Độ tuyến tính cao hơn Friday, May 23, 20 14 13 2.1.1 Cảm biến tự cảm c) Cảm biến tự cảm có lõi từ... nhạy và độ tuyến tính → CBHC kép lắp vi sai Friday, May 23, 20 14 17 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Cảm biến hỗ cảm kép lắp vi sai ~ ~ XV φ1 XV φ2 ~ Dịch chuyển thẳng Friday, May 23, 20 14 Dịch chuyển quay 18 2.1.3 Biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Cấu tạo Gồm 1 cuộn sơ cấp, 2 cuộn thứ cấp và phần lõi sắt từ Cuộn sơ cấp được cấp nguồn AC, 2 cuốn thứ cấp được mắc ngược nhau Friday, May 23, 20 14 19 2.1.3 Biến. ..2.1.1 Cảm biến tự cảm a) Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên Hệ số tự cảm W- số vòng dây Rδ - từ trở của khe hở không khí δ - chiều dài khe hở không khí s - tiết diện thực của khe hở không khí Z, L L = f(∆δ) Tổng trở của cảm biến: ωW 2 µ 0 s Z = ωL = δ Z5000Hz = f(∆δ) Z500Hz = f(∆δ) Khi δ, s thay đổi, L và Z thay đổi Đo L hoặc Z ⇒ vị trí hoặc độ dịch chuyển Friday, May 23, 20 14 ∆δ 11 2.1.1 Cảm biến. .. Friday, May 23, 20 14 31 2.3 Cảm biến tiệm cận Cấu tạo và nguyên lý: Cảm biến tiệm cận sử dụng dao động tần số cao để phát hiện vật khi gần cảm biến Có 2 loại cảm biến tiệm cận: • Loại cảm ứng: phát hiện kim loại từ tính và không từ tính bằng cách tạo ra trường điện từ • Loại điện dung: phát hiện vật kim loại và không kim loại bằng tạo ra điện trường tĩnh Friday, May 23, 20 14 32 2.3 Cảm biến tiệm cận Một... di động Cấu tạo và nguyên lý làm việc 1 2 l0 XV 1 1 XV lf l Đơn Kép Đặc điểm: • L = f(lf) → phi tuyến, độ nhạy và độ tuyến tính của CB kép cao hơn CB đơn • Đo được dịch chuyển lớn hơn so với CBTC có khe từ biến thiên Friday, May 23, 20 14 14 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Cấu tạo và nguyên lý làm việc ~ 1 1 3 2 XV 3 4 2 4 a) 1 Cuộn sơ cấp 2 Gông từ Friday, May 23, 20 14 b) 3 Tấm sắt từ di động 4 Cuộn thứ cấp (cuộn... số hình ảnh thực tế Friday, May 23, 20 14 33 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Cấu tạo: Gồm có 4 thành phần: • Cuộn dây: tạo ra từ trường • Bộ dao động: tạo dao động tần số cao • Mạch kích: Giám sát biên độ của bộ dao động • Ngõ ra: Mở / tắt Friday, May 23, 20 14 34 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Hoạt động: Khi đối tượng vi chuyển đến gần cảm biến - đi vào vùng từ trường, xuất hiện dòng điện... dải tần số từ âm trầm (vài chục Hz) đến các âm thanh rất cao (gần 20kHz) Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm Cảm biến gồm 2 phần: phần phát ra sóng siêu âm và phần thu sóng siêu âm phản xạ về Friday, May 23, 20 14 22 2.2 Cảm biến siêu âm Nguyên lý và cấu tạo Cảm biến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại và tác động lên module... cấp (cuộn đo) 15 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Cấu tạo và nguyên lý làm việc Khi cấp dòng xoay chiều ( ) vào cuộn sơ cấp, sinh ra Φ biến thiên → trong cuộn thứ cấp sinh ra sức điện động cảm ứng: W2 W1µ 0 s e=− ωI m cos ωt δ Giá trị hiệu dụng của suất điện động W2 W1µ0 s s E =− ω =k I δ δ ⇒ E = f(s, δ) Friday, May 23, 20 14 16 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Đặc điểm E = f(s, δ)→ tuyến tính theo (s) và phi tuyến theo (δ)... sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Hoạt động Ngõ ra là điện áp giữa 2 đầu cuộn thứ cấp phụ thuộc vào vị trí của lõi sắt từ Khi lõi sắt ở giữa 2 cuộn thứ cấp, sẽ sinh ra điện áp bằng nhau và ngược dấu nhau  điện áp ra bằng 0 Khi vật di chuyển lên hay xuống thì làm cho điện áp của các cuộn thứ cấp tăng hoặc giảm Đo điện áp ngõ ra để xác định độ dịch chuyển Friday, May 23, 20 14 20 2.1.3 Biến áp vi sai biến . Friday, May 23, 20 14 1 Chương IV. Cảm biến vị trí và dịch chuyển Chương IV. Cảm biến vị trí và dịch chuyển 1. Cảm biến vị trí tiếp xúc  Công tắc hành trình (Limit Switchs)  Điện. 20 14 12 2.1.1 Cảm biến tự cảm b) Cảm biến tự cảm kép có khe từ biến thiên Cấu tạo và nguyên lý làm việc X V X V Đo dịch chuyển thẳng Đo dịch chuyển quay Friday, May 23, 20 14 13 2.1.1 Cảm biến. từ X V Đo dịch chuyển thẳng 1 2 3 1 3 δ Đo dịch chuyển quay Friday, May 23, 20 14 11 2.1.1 Cảm biến tự cảm a) Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên Hệ số tự cảm Tổng trở của cảm biến: Khi δ,