Cảm biến công ngiệp-chuong 4

Chương 4 CẢM BIẾN ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN 1. Nguyên lý đo 2. Điện thế kế điện trở 3. Cảm biến điện cảm 4. Cảm biến điện dung 5. Cảm biến quang 6. Cảm biến sóng đàn hồi 1. Nguyên lý đo 1.1. Phương pháp 1: bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử này có liên quan đến vật cần xác định vị trí hoặc dịch chuyển. 2.2. Phương pháp 2: ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí hoặc dịch chuyển được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra. 2. Điện thế kế điện trở 2.1. Điện thế kế dùng con chạy cơ học a) 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 vật khảo sát. Khi vật di chuyển, con chạy di chuyển theo, điện trở đo phụ thuộc vào vị trí con chạy. Đo điện trở ⇒ vị trí. 2.1. Điện thế kế con chạy cơ học 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 2.1. Điện thế kế con chạy cơ học • 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. 2.1. Điện thế kế con chạy cơ học b) Đặc điểm: • Cấu tạo đơn giản. • Đo được dịch chuyển lớn. • Khoảng chạy có ích nhỏ hơn chiều dài điện trở (L m ). • Độ phân giải của điện trở dạng dây ~10µm, dạng băng dẫn ~ 0,1 µm. • Thời gian sống thấp: dạng dây ~10 6 lần, dạng băng dẫn 5.10 7 - 10 8 lần. • Chịu ảnh hưởng lớn của bụi và ẩm. 2.2. Điện thế kế con chạy quang và từ 2.2.1. Điện thế kế con chạy quang a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Điện trở Thời gian 1 2 3 4 1. Điot phát quang 2.Băng đo 3. Băng tiếp xúc 4. Băng quang dẫn 2.2.1. Điện thế kế con chạy quang b) Đặc điểm: • Không có tiếp xúc cơ học tránh mòn, tránh gây tiếng ồn. • Tuổi thọ cao. • Thời gian hồi đáp ngắn (~20µs). 2.2.2. Điện thế kế dùng con trỏ từ a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: R 2 R 1 1 2 3 R 1 , R 2 : điện trở 1, 2, 3: dây nối  Cấu tạo: • R 1 và R 2 : từ điện trở. • NC: nam châm vĩnh cửu. • 1-2-3: dây nối. NC E s V m 2.2.2. Điện thế kế dùng con trỏ từ  Nguyên lý: • Nam châm quay. Chiều dài từ điện trở nằm trong từ trường thay đổi → điện trở thay đổi. • Tín hiệu ra: • Đo V m ⇒ vị trí góc. 30% 50% 70% 0 O 180 O 360 O V m /E S S 1 S 21 1 m E R R E RR R V = + = Thường dùng trong khoảng tuyến tính: góc quay ~ 90 o , dịch chuyển thẳng ~ 1 – 2 mm. [...]...3 Cảm biến điện cảm 3.1 Nguyên lý chế tạo: • • Cảm biến điện cảm 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 điện cảm được chia ra: cảm biến tự cảm và hỗ cảm 3.2 Cảm biến tự cảm (CBTC) 3.2.1 CBTC đơn có khe từ biến thiên:  Cấu tạo và... so với CBTC có khe từ biến thiên 3.3 Cảm biến hỗ cảm (CBHC) 3.3.1 CBHC có khe từ biến thiên a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: ~ 4 1 3 1 2 XV 1 XV 3 3 2 4 4 ~ a) b) 1 Cuộn sơ cấp 2 Gông từ 3 Tấm sắt từ di động 4 Cuộn thứ cấp (cuộn đo) c) 3.3.1 CBHC có khe từ biến thiên • 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=−... chuyển quay Dịch chuyển thẳng 3.3.2 CBHC có lõi từ di động (Biến thế vi sai) a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 2 2 3 1 ~ ~ 1) Cuộn sơ cấp 2) Cuộn thứ cấp 3) Lõi từ 4 Cảm biến điện dung 4. 1 Nguyên lý: dựa trên sự thay đổi điện dung của cảm biến khi phần tử gắn với vật khảo sát di động → thay đổi kích thước hình học của cảm biến (CB thụ động) 4. 2 .Cảm biến tụ điện đơn a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: δ XV... Chống ẩm tốt 5 Cảm biến quang 5.1 Nguyên lý cấu tạo: theo nguyên tắc của cảm biến xung • Gồm 3 bộ phận: + Bộ phát quang + Thước đo + Bộ thu quang 5.2 Cảm biến quang phản xạ a) Cấu tạo và nguyên lý làn việc: 1 3 2 4 5 1 Nguồn phát 2 Thấu kính hội tụ 3 Thước đo 4 Vạch phản quang 5 Đầu thu quang 5.2 Cảm biến quang phản xạ b) Đặc điểm: • • • Nguồn phát, bộ thu bố trí một phía →Dễ bố trí Cự li cảm nhận bé... b) c) 4. 3 Cảm biến tụ kép vi sai b) Đặc điểm: • • • Độ nhạy (S) cao hơn CB đơn Độ tuyến tính cao hơn CB đơn Cấu tạo phức tạp hơn 4. 4 Mạch đo a) Sơ đồ và nguyên lý làm việc: Cx R eS ~ A2 A1 Ura eS ~ A3 C0 Ura R Mạch cầu với tụ kép Mạch cầu với biến áp 4. 4 Mạch đo b) Yêu cầu: • • Tổng trở đầu vào tức là tổng trở của đường chéo cầu phải thật lớn • • Không được mắc các điện trở song song với cảm biến Các... ) 4. 2 .Cảm biến tụ điện đơn Đặc điểm: • Độ nhạy: ε 0s0 ∆C = =− ∆δ ( δ 0 + ∆δ) 2 SCδ SCS = ε ∆C = 0 ∆s δ0 SCε = ∆C s 0 = ∆ε δ 0 S Zε = − S Zs = − S Zδ ⇒ Tuyến tính ⇒ Tuyến tính δ0 ωs 0 ( ε 0 + ∆ε ) ⇒ Phi tuyến ⇒ Phi tuyến 2 δ0 ωε 0 ( s 0 + ∆s ) 1 = ωε 0 s 0 2 ⇒ Phi tuyến ⇒ Tuyến tính 4. 3 Cảm biến tụ kép vi sai a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: XV A2 A1 A3 XV A1 A2 A3 α A1 δ21 δ31 a) A2 XV A3 b) c) 4. 3... trí Cự li cảm nhận bé Chịu ảnh hưởng của nhiễu từ nguồn sáng khác 5.3 Cảm biến quang soi thấu a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Tín Hiệu 3 1 ra 2 Chu kỳ chia Vr1 5 Vr2 4 6 a) 1 Nguồn sáng 2 Thấu kính hội tụ 3 Thước đo Tín hiệu chuẩn b) 4 Lưới chia 5 Tế bào quang điện 6 Mã chuẩn 5.3 Cảm biến quang soi thấu b) Đặc điểm: • • • • Cự ly cảm nhận lớn Có khả năng thu được tín hiệu mạnh và tỉ số độ tương phản... sắt từ Đo dịch chuyển thẳng 3.2.1 CBTC 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 ωW 2 µ 0 s Z = ωL = δ • Tổng trở của cảm biến: • Khi δ, s thay đổi L và Z thay đổi Đo L hoặc Z ⇒ vị trí hoặc độ dịch chuyển 3.2.1 CBTC đơn có khe từ biến thiên Đặc điểm: • L = f(∆δ)→ phi tuyến còn L= f(∆s)→... nhạy khi s thay đổi: 2 3.2.1 CBTC đơn có khe từ biến thiên Z, L • Z phụ thuộc δ, s và ω: s = f(∆δ)→ phi tuyến s = f(∆s)→ tuyến tính L = f(∆δ) Z5000Hz = f(∆δ) s tăng khi ω tăng Z500Hz = f(∆δ) ∆δ 3.2.2 CBTC kép có khe từ biến thiên (CBTC vi sai) a) Cấu tạo: XV XV XV Đo dịch chuyển thẳng Đo dịch Đo dịch chuyển quay chuyển thẳng 3.2.2 CBTC kép có khe từ biến thiên L L1 = f(δ) L1 - L2 = f(δ) δ L2 = f(δ)... E=− ωI = k δ δ ⇒ E = f(s, δ) 3.3.1 CBHC có khe từ biến thiên b) Đặc điểm: • E = f(s, δ)→ tuyến tính theo (s) và phi tuyến theo (δ) ∆E Sδ = =− ∆δ Với ks ∆δ  2  (khi XV = 0) δ 0  1 +  δ0    ∆E k E S = = = ∆s δ s ks 0 E0 = δ0 2 = Để tăng độ nhạy và độ tuyến tính → CBHC kép lắp vi sai 0 S 0 0 E0  ∆δ   δ 0 1 +  δ0    2 3.3.1 CBHC có khe từ biến thiên • CBHC kép lắp vi sai: ~ ~ XV XV XV φ1 . Chương 4 CẢM BIẾN ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN 1. Nguyên lý đo 2. Điện thế kế điện trở 3. Cảm biến điện cảm 4. Cảm biến điện dung 5. Cảm biến quang 6. Cảm biến sóng đàn hồi 1. Nguyên. của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộn đo. • Cảm biến điện cảm được chia ra: cảm biến tự cảm và hỗ cảm. 3.2. Cảm biến tự cảm (CBTC) 3.2.1. CBTC đơn có khe từ biến thiên:  Cấu tạo. 90 o , dịch chuyển thẳng ~ 1 – 2 mm. 3. Cảm biến điện cảm 3.1. Nguyên lý chế tạo: • Cảm biến điện cảm là nhóm các cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Vật cần đo vị trí hoặc