Giáo trình mđ 20 kỹ thuật cảm biến đcn 2022

UBND TỈNH BẮC NINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP BẮC NINH GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: MĐ 20- KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGÀNH: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số 433a/QĐ-CĐCN ngày 12 tháng 10 năm 2022 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh Bắc Ninh, năm 2022 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 Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề điện cơng nghiệp trình độ cao đẳng, giáo trình Kỹ thuật cảm biến giáo trình mơn học đào tạo chun ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Lao động thương binh & xã hội, Tổng cục dạy nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 90 gồm có: Bài 1: Tổng quan cảm biến Bài 2: Cảm biến tiệm cận cảm biến siêu âm Bài 3: Cảm biến quang điện Bài 4: Cảm biến đo vận tốc vòng quay Bài 5: Cảm biến nhiệt độ Bài 6: Đấu nối cảm biến với điều khiển lập trình cơng nghiệp Trong q trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường sử dụng cho phù hợp Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Bắc Ninh Bắc Ninh, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn Nguyễn Thị Quyên Nguyễn Thị Thu MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mô đun: KỸ THUẬT CẢM BIẾN Mã mô đun: MĐ 20 Thời gian thực mô đun: 90 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 56 giờ; Kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun : - Vị trí: Mơ đun học sau môn học, mô đun: Mạch điện, Khí cụ điện, Đo lường điện - điện tử Có thể học song song với mơ đun, mơn học khác như: Máy điện, Trang bị điện - Tính chất: Là mô đun kĩ thuật chuyên môn, thuộc danh mục mô đun đào tạo bắt buộc II Mục tiêu mơ đun: - Kiến thức: + Trình bày cấu trúc, nguyên lý làm việc, ứng dụng loại cảm biến cơng nghiệp; + Trình bày phương pháp sử dụng, kiểm tra với loại cảm biến chương trình - Kỹ năng: + Thực hành cấp nguồn, lấy tín hiệu đầu ra, kiểm tra, thay cảm biến công nghiệp thông dụng; + Thực hành lắp đặt, kiểm tra, khảo sát số mạch điện sử dụng cảm biến công nghiệp; - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Đảm bảo an tồn cho người thiết bị q trình làm việc với cảm biến; + Phát huy tính chủ động, sáng tạo, nghiêm túc công việc III Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) Thực Tên Số TT hành, thí mơ Tổng Lý đun số thuyết nghiệm, thảo luận, Kiểm tra tập Bài 1: Tổng quan cảm 4 24 15 biến Bài 2: Cảm biến tiệm cận cảm biến siêu âm Bài 3: Cảm biến quang điện 24 15 Bài 4: Cảm biến đo vận tốc vòng 4 quay Bài 5: Cảm biến nhiệt độ 16 12 Bài 6: Đấu nối cảm biến với 10 90 30 56 điều khiển lập trình cơng nghiệp Cộng: Nội dung chi tiết: Bài 1: Tổng quan cảm biến Thời gian: Mục tiêu bài: - Trình bày khái niệm, phân loại, ứng dụng cảm biến; quy chuẩn mầu dây cáp, phương pháp cấp nguồn, lấy hiệu đầu cảm biến - Cấp nguồn xác, lấy tín hiệu loại đầu cảm biến - Rèn luyện tính cần cù, xác, tác phong công nghiệp làm việc với cảm biến Mục tiêu bài: - Phát biểu khái niệm cảm biến - Trình bày phương pháp phân loại cảm biến ứng dụng cảm biến thực tế Nội dung bài: Thời gian (giờ) Thực Số Nội dung chi tiết TT Lý thuyết hành, thí nghiệm, thảo luận, Kiểm tra tập 1 Khái niệm 0.5 2 Phân loại, ứng dụng 0.5 3 Quy chuẩn mầu dây cáp cảm biến 0.5 4 Phương pháp cấp nguồn cho cảm biến 0.5 5 Phương pháp lấy tín hiệu đầu cảm 2 4 biến Tổng số: Bài 2: Cảm biến tiệm cận cảm biến siêu âm Thời gian: 24 Mục tiêu bài: - Trình bày cấu trúc, nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng loại cảm biến tiệm cận, cảm biến siêu âm - Lắp đặt, khảo sát mạch điện sử dụng cảm biến tiệm cận cảm biến siêu âm - Rèn luyện tính chính xác, chủ đợng, nghiêm túc công việc Nội dung bài: Thời gian (giờ) Số Nội dung chi TT tiết Thực hành, Lý thí nghiệm, Kiểm thuyết thảo luận, tra tập 1 Khái quát chung 2 Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm 2.1 Đặc điểm, cấu trúc, phân loại 2.2 Nguyên lý làm việc 2.3 Thực hành 3 Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung 3.1 Đặc điểm, cấu trúc 3.2 Nguyên lý làm việc 3.3 Thực hành 4 Cảm biến siêu âm 4.1 Đặc điểm, cấu trúc, phân loại 4.2 Nguyên lý làm việc 4.3 Thực hành sử dụng cảm biến siêu âm 5 Bài kiểm tra số 1 Tổng số: Bài 3: Cảm biến quang điện Thời gian: 24 15 1 Mục tiêu bài: - Trình bày cơng dụng, đặc điểm cách sử dụng loại cảm biến quang điện - Lắp ráp khảo sát mạch điện sử dụng cảm biến quang điện - Rèn luyện tính chính xác, chủ động, sang tạo, nghiêm túc công việc Nội dung bài: Thời gian (giờ) Số Nội dung chi TT tiết Thực hành, Lý thí nghiệm, Kiểm thuyết thảo luận, tra tập 1 Nguyên lý làm việc, phân loại, ứng dụng 2 Cảm biến quang phản xạ khuếch tán 3 2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 2.2 Thực hành 3 Cảm biến quang phản xạ gương 3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 3.2 Thực hành 4 Cảm biến quang thu phát 4.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 4.2 Thực hành 5 Cảm biến quang màu 5.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 5.2 Thực hành 10 Bài kiểm tra số Ngõ vào biến dòng Yes Ngõ vào điều khiển từ xa 10V, 20mA DC, 5V, 5V, 20mA DC Số ngõ phụ 3, Loại ngõ phụ Relay output Ngõ chuyển tiếp 5V DC, 20mA DC Chức Ngõ tay, Điều khiển sưởi / làm mát, Báo cháy vòng lặp, Đường dốc SP, Các chức cảnh báo khác, Báo cháy sưởi (HB) (bao gồm cảnh báo lỗi SSR (HS)), 40% AT, 100% AT, Bộ giới hạn MV, Bộ lọc kỹ thuật số đầu vào, Tự điều chỉnh, Điều chỉnh mạnh mẽ, Thay đổi đầu vào PV, Chạy / dừng, Chức bảo vệ, Khai thác bậc hai, Giới hạn tốc độ thay đổi MV, Hoạt động logic, Hiển thị trạng thái nhiệt độ, Lập trình đơn giản, Trung bình động giá trị đầu vào, Cài đặt độ sáng hình Truyền thông No, RS-485 Phương pháp lắp đặt Flush Mounting Kiểu kết nối Screw terminals Nhiệt độ môi trường (không đóng băng) -10 55°C Độ ẩm mơi trường (khơng 25 85% RH ngưng tụ) Khối lượng 120 g Chiều rộng 48 mm Chiều cao 48 mm Chiều sâu 77.1 mm Cấp độ bảo vệ IP66, IP00, IP20 Tiêu chuẩn CE, UL Phụ kiện tiêu chuẩn Flush mounting bracket, Waterproof packing - Sơ đồ chân điều khiển nhiệt độ E5CC-RX3D5M-000: 66 + Chân 1,2: Ngõ dạng Rơle + Chân 3: Không sử dụng + Chân 4,5: Ngõ vào dạng dòng + Chân 5,6: Ngõ vào dạng áp + Chân 7,8: Ngõ cảnh báo Alam + Chân 9,10: Ngõ cảnh báo Alam + Chân 11,12: Nguồn đầu vào 2.2 Điện trở nhiệt PT Nhiệt điện trở PTC: ( Positive Temperature Coeficient – Hệ số nhiệt dương) Cấu tạo: Vật liệu chế tạo PTC gồm hỗn hợp barium carbonate vài ôxit kim loại khác ép nung, nhiều tính chất điện khác đạt cách gia giảm hợp chất trộn khác nguyên vật liệu cách gia nhiệt theo nhiều phương pháp khác nhau, sau gia nhiệt nung kết mối nối hình thành thermistors sau q trình sản xuất dây nối dẫn thêm vào, nhiệt điện trở PTC thông thường phủ bên ngồi lớp vỏ có cấu tạo vecni để chống lại ảnh hưởng mơi trường khơng khí - Đặc điểm: Điện trở tỷ lệ thuận với nhiệt độ, nhiệt điện trở kim loại dùng nhiệt độ từ -50ºC 1500ºC Thực tế thường gặp điện trở nhiệt PTC: PT100 (platin 100Ω 0ºC) 67 Cu100 (đồng 100Ω 0ºC) Ni100 (Ni 100Ω 0ºC) Đặc tính cảm biến nhiệt PTC * Đường đặc tính điện trở nhiệt độ PTC chia làm vùng: - Vùng nhiệt độ thấp: Giống nhiệt điện trở NTC có hệ số nhiệt độ âm - Vùng hệ số nhiệt độ tăng chậm (TA; TN): sau vài khoảng nhiệt độ đạt bắt đầu nhiệt điện trở biến đổi xang tính chất dương điểm TA, giá trị nhiệt điện trở PTC điểm TA xem điện trở khởi điểm, RA giá trị điện trở thấp mà PTC thể - Vùng làm việc (T < T < T ): Sau đạt giá trị nhiệt độ danh N UPPER định T , giá trị điện trở nhiệt điện trở PTC nhiên gia tăng theo độ dốc N thẳng đứng, thực tế gấp vài chục lần so sánh độ dốc đoạn với đoạn trước, vùng dốc đứng dải điện trở làm việc nhiệt điện trở PTC Hướng đường đặc tuyến điểm nhiệt độ dần cao hơn, vùng làm việc nhiệt điện trở PTC bị giới hạn vùng nhiệt độ Tupper với điện trở vùng Rupper, Tupper bị vượt qua, gia tăng điện trở đạt giá trị điện trở tự đặt Và sau đường đặc tính vùng điểm có tính chất điện trở âm, vùng thường khơng có đặc tính nằm ngồi vùng làm việc nhiệt điện trở PTC 68 Ứng dụng Nhiệt điện trở PTC làm việc cảm biến có độ nhạy cao ứng dụng tính chất giá trị điện trở tăng: Khởi động bóng đèn huỳnh quang, mạch bảo vệ tải vv Cấu tạo cách sử dụng PT100 - Cảm biến nhiệt độ E52MY-PT10C D6.3MM SUS316 +) Giới thiệu chung:Là nhiệt điện trở RTD hay gọi cảm biến nhiệt độ thiết bị dùng để đo nhiệt độ ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp sản xuất xi măng, cán thép, ngành nhựa, phân đạm, hóa chất…Do nhiệt độ định tác động làm thay đổi đại lượng liên quan đến ảnh hưởng sâu sắc đến chất lượng sản phẩm, tuổi thọ máy móc người ta phải điều chỉnh nhiệt độ xác +) Cấu tạo: bao gồm đầu cảm biến phủ lớp bạch kim (platin) dây nối tới đầu dò đặt ống sứ, cách nhiệt Toàn đầu dò, dây dẫn, ống sứ đặt vỏ thép bảo vệ Khi sử dụng PT100 gắn vào thành lị bồn gia nhiệt +) Thơng số kĩ thuật Dải đo: - 400 độ C 69 Loại can: DIN PT 100W Chiều dài can: 10 cm Cấp xác: B Cách điện cho dây dẫn bên trong: ceramic Vật liệu đầu bao dây: Khuôn nhôm đúc màu xanh Vật liệu ống bảo vệ: SUS 316 ống đúc Nhiệt độ môi trường cho đầu đấu dây: - 80 độ C Loại dây dẫn: Hệ thống dây dẫn Tiếp xúc nhiệt: loại không nối đất Cách sử dụng ( hình vẽ) + Nâu, xanh : lấy tín hiệu + Đen : nối tới hệ thống nối đất, chống nhiễu Thực hành sử dụng điều khiển theo nhiệt độ * Bộ điều khiển theo nhiệt độ XMTA: 70 + Chức chân : dây đỏ : dây xanh : dùng với PT100 (3dây) 11, 12 : nối với nguồn 220VAC 7,8 : cặp tiếp điểm thường đóng 8,9 : cặp tiếp điểm thường mở + Nguyên lý hoạt động: Cấp nguồn cho điều khiển, cặp tiếp điểm 7,8 mở ra, đồng thời 8,9 đóng lại Khi nhiệt độ mơi trường ≥ nhiệt độ đặt, lúc 7,8 đóng lại 8,9 mở + Trình tự thực hiện: 1, Đấu dây cấp nguồn cho điều khiển (11, 12) 2, Đấu đầu dò với chân 1,2 3, Đấu tải với chân 7,8 4, Đặt nhiệt độ tác động 5, Kiểm tra lại mạch 6, Cấp nguồn cho điều khiển 71 7, Cấp nguồn cho tải * Câu hỏi ôn tập Độ thay đổi điện áp đầu LM35 Vôn/1 độ C? Điện trở nhiệt LM35 khác điểm nào? Khi dùng điện trở nhiệt, dùng LM35? Nhiệt điện trở PTC khác với điện trở nhiệt NTC điểm nào? Vẽ sơ đồ chân LM35 ? Điện trở PTC khác với cặp nhiệt điện điểm nào? Bộ điều khiển XMTA có cặp tiếp điểm báo động hay không? Sự khác điều khiển nhiệt E5CSZ với điều khiển nhiệt độ E5CZ- C2ML Giải thích ý nghĩa MODEL E5CZ- C2ML 72 Bài 6: Đấu nối cảm biến với điều khiển lập trình cơng nghiệp Đấu nối cảm biến có đầu transistor 1.1 Nguyên tắc đấu nối Cảm biến digital (quang ,tiệm cận …) Với loại cảm biến nguồn cảm biến đấu bình thường, quan tâm ngõ cảm biến input PLC Loại PNP (nâu : V+, xanh: 0V, đen: out V+) - Tùy thuộc vào điện áp nguồn cảm biến điện áp đầu vào PLC mà ta đấu - Nếu nguồn DC AC (nguồn cảm biến = nguồn input PLC) đấu trực tiếp, có nghĩa nối chân đen (out) trực tiếp vào ngõ vào - Nếu cảm biến nguồn DC, PLC input AC (nguồn cảm biến # input PLC) ngược lại phải qua Relay trung gian (Relay có nguồn cảm biến), lấy cuộn dây Rơ le đấu vào đầu cảm biến, ngõ lại cuộn dây nối mass Lấy tiếp điểm thường hở Relay đưa vào PLC Loại NPN (nâu : V+ , xanh: mass, đen: out 0V) - Phải dùng Rơ le trung gian (Relay có nguồn cảm biến), lấy đầu cảm biến đấu vào cuộn dây Rơ le, ngõ lại cuộn dây nối V+ Lấy tiếp điểm thường hở Relay đưa vào PLC 73 1.2 Thực hành Đấu nối cảm biến có đầu relay 2.1 Nguyên tắc đấu nối 2.2 Thực hành Đấu nối cảm biến có đầu analog 3.1 Nguyên tắc đấu nối Bước 1: Gắn module analog vào PLC (có thể sử dụng chân analog có sẵn PLC, chân hỗ trợ điện áp 0-10V mà không hỗ trợ 4-20mA) 74 Bước 2: Đấu dây cảm biến vào PLC, cảm biến thường có loại, loại dây, dây dây, cách đấu nối vào modul analog PLC sau Bước 3: Vào phần mềm tia portal phần cứng PLC, kéo thả modul analog vào phía bên phải PLC 75 Bước 4: Cấu hình chân modula analog chân đọc tín hiệu analog về, trường hợp chân cấu hình dạng điện áp 0-10V (tùy vào cám biến bạn sử dụng để cấu hình, bạn dùng cảm biến analog 4-20mA chọn mục current (dịng điện) 76 Bước 5: Đặt địa cho module analog, đặt IW70, nhập vào số 70 cho module (module có chân thứ tự địa chân IW70, IW72, IW74, IW78, IW80, IW82, IW84, IW86) Bước 6: Vào mục tag PLC tạo tag, tag IW70 địa input module analog, tag MD200 tag trung gian, tag MD204 tag đọc giá trị analog thực tế, định nghĩa chân analog đọc nhiệt độ 77 Bước 7: Lập trình hàm morm scale để chuyển đổi tín hiệu cảm biến thành giá trị thực tế (nhiệt độ) nhiệt độ cài tứ 0-100 độ Bước 8: Down chương trình xuống PLC, dùng máy mơ để tạo tín hiệu điện áp 0-10V, kết thu đấu nối đọc tín hiệu thành cơng 78 3.2 Thực hành 79 Tài liệu tham khảo: [1] Dương Minh Trí, Cảm biến ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2001 [2] Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến, Giáo trình cảm biến, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2001 [3] Lê văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Đào Văn Tân, Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2001 80