THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐiỆN TỬ

• Cảm biến cặp nhiệt ngẫu Thermocouple • Cảm biến dựa trên lớp chuyển tiếp bán dẫn.. hỏa kế- Pyrometer 5 Phân loại cảm biến nhiệt độ • Cảm biến nhiệt ñiện trở RTDs • Thermistor.. • Cảm

Trang 1

NHIỆT ðỘ KHỐI LƯỢNG KHÁC

+ Pt 100 + Thermal couple + Ir

+ LVDT + Load cell (strain gauge) + Piezo component

+ Dòng, áp + Camera + Quang học + Từ trường + ðộ ẩm + Ion + ðiện dẫn

CẢM BIẾN

VỊ TRÍ, VẬN TỐC, GIA TỐC

+ LVDT + Encoder + Tachometer + Potentionmeter + Gyroscope meter + Sonar + Laser + Tilt sensor +

+ Pt 100 + Thermal couple + Ir

Cảm biến nhiệt ñộ

ðo nhiệt ñộ

Trang 2

Phân loại cảm biến nhiệt độ

• Cảm biến nhiệt ñiện trở ( RTDs)

• Thermistor

• Cảm biến cặp nhiệt ngẫu ( Thermocouple)

• Cảm biến dựa trên lớp chuyển tiếp bán dẫn.

( Semiconductor temperature sensor )

• Cảm biến dựa trên bức xạ quang học

(hỏa kế- Pyrometer)

5

• Thermistor

• Cảm biến dựa trên lớp chuyển tiếp bán dẫn ( Semiconductor temperature sensor )

• Cảm biến dựa trên bức xạ quang học (hỏa kế- Pyrometer)

6

Thermistor

Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại:

mangan, nickel, cobalt,…

Nguyên lý: Thay ñổi ñiện trở khi nhiệt ñộ thay

ñổi.

Ưu ñiểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo.

Khuyết ñiểm: Dãy tuyến tính hẹp.

Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép

vào cuộn dây ñộng cơ, mạch ñiện tử.

Tầm ño: 50 <150 0C.

Phân loại

Có hai loại thermistor:

Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ.

Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt

độ

Thường dùng nhất là loại NTC.

Trang 3

Các loại cảm biến Themistor

•Có thể test dễ dàng với ñồng hồ VOM.

•Nên ép chặt vào bề mặt cần ño.

•Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ.

•Vì biến thiên ñiện trở nên không quan tâm chiều ñấu dây.

10

• Cảm biến nhiệt ñiện trở ( RTDs)

• Thermistor

Nhiệt điện trở ( RTDs)

• Nguyên tắc hoạt ñộng:

Trang 4

Các loại RTDs

• Phổ biến nhất vẫn là loại cảm biến Pt ñược làm

từ Platium

• Platium có ñiện trở suất cao, chống oxy hóa,

ñộ nhạy cao, dải nhiệt ño ñược dài .

• Thường có loại 100, 200, 1000 ohm tạo 00C.

• RTD thường có loại 2,3,4 dây

14

Ưu ñiểm:

•Chính xác và ổn ñịnh

•Dãi nhiệt ñộ rộng : -200 ñến +650 0C tùy theo từng loại

•Cực kỳ ổn ñịnh theo thời gian: sai lệch > 0.10C / năm

•ðiện áp ra lớn hơn Thermocouple.

Trang 5

Phân loại cảm biến nhiệt độ

• Thermistor

• Cảm biến cặp nhiệt ñiện ( Thermocouple)

17

Cảm biến cặp nhiệt ñiện (Thermocouple)

+ Nguyên lý hoạt ñộng: Cặp nhiệt ñiện gồm hai dây kim loại khác nhau ñược nối chung ở hai ñầu Một ñầu ñược coi là ñiểm lạnh ( ñiểm tham chiếu) Và một ñầu ñược coi là ñiểm nóng ñiểm ño.

Khi hai ñầu có nhiệt ñộ khác nhau – một ñiện áp ñược gọi là (thế ñiện ñộng) ñược hình thành trong mạch ño hai dây kim loại tạo nên - ñiện thế hiệu ứng Seebeck ðiện thế hiệu ứng này tỉ lệ với khoảng chênh lệch nhiệt ñộ giữa hai ñiểm nối

18

Cấu tạo của cặp nhiệt điện

1) Vỏ bảo vệ 2) Mối hàn 3) Dây ñiện cực 4) Sứ

cách ñiện 5) Bộ phận lắp ñặt 6)Vít nối dây 7) Dây nối 8) ðầu

Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số.

ðộ nhạy không cao.

Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, ño nhiệt nhớt máy nén,…

Tầm ño: -100 D.C <1400 D.C

Trang 6

Các loại cặp nhiệt điện

Trang 7

- Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng talưu ý là không nên nối thêm dây ( vì tín hiệu cho ra là mV nối

sẽ suy hao rất nhiều ) Cọng dây của cảm biến nên ñể thôngthoáng ( ñừng cho cọng dây này dính vào môi trường ño )

Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị

• Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là ñiện áp ( có cực âm và dương )

do vậy cần chú ý kí hiệu ñể lắp ñặt vào bộ khuếch ñại choñúng

25

LƯU Ý KHI SỬ DỤNG

26

Why choose RTDs over Thermocouple?

Better Accuracy & Repeatability

– RTD signal less susceptible to noise

– Special extension wires not needed

– Don’t need to be careful with cold junctions

Why choose Thermocouple over RTDs?

• Applications for Higher Temperatures

• Above 1100°F

• Lower Element Cost

• Cost is the same when considering temperature point performance requirements

• Faster response time

• Insignificant compared to response time for T-Well and process

Trang 8

Special Thermocouple

R, S or B

29

• Thermistor

• Cảm biến dựa trên lớp chuyển tiếp bán dẫn.

( Semiconductor temperature sensor )

• Cảm biến dựa trên bức xạ quang học

(hỏa quang kế- Pyrometer)

30

Hỏa quang kế

ðo nhiệt ñộ không tiếp xúc ở dải nhiệt ñộ cao

> 16000C Mật ñộ phổ năng lượng phát xạ theo bước sóng ngắn của vật ñen lý tưởng khi bị ñốt nóng

3 phương pháp :

Hỏa quang kế bức xạ Hỏa quang kế cường ñộ ánh sáng Hỏa quang kế màu sắc

Hỏa quang kế bức xạ:

Trang 9

Đo nhiệt độ bằng phương pháp quang học:

hồng ngoại IR

33

Hỏa quang kế màu sắc

• Dựa trên ñặc tính phổ của vật ñốt nóng ( nhiệt

ñộ thấp ñối tượng phát ra ánh sáng ñỏ, nhiệt ñộ cao phát ra ánh sáng xanh ñến tím)

34

Phân loại cảm biến nhiệt độ

• Thermistor

• Cảm biến dựa trên lớp chuyển tiếp bán dẫn.

( Semiconductor temperature sensor )

• Cảm biến dựa trên bức xạ quang học

(hỏa kế- Pyrometer)

Cảm biến bán dẫn (semi-conductor

Temperature sensor)

• Cấu tạo : làm từ các loại chất bán dẫn

• Nguyên lý : Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ.

• Ưu ñiểm : Rẻ tiền, dễ chế tạo, ñộ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý ñơn giản

• Khuyết ñiểm : Không chịu nhiệt ñộ cao, kém bền

Trang 10

Lưu ý khi sử dụng:

- Vì ñược chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn kém bền, không chịu nhiệt ñộ cao Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến

- Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào ñó, ngoài dải này cảm biến sẽ mất tác dụng Hết sức quan tâm ñến tầm ño của loại cảm biến này ñể ñạt ñược sự chính xác

- Loại cảm biến này kém chịu ñựng trong môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh

CẢM BIẾN

VỊ TRÍ, VẬN TỐC, GIA TỐC

+ LVDT + Encoder + Tachometer + Potentionmeter + Gyroscope meter + Sonar + Laser + Tilt sensor +

CONTACT.

LIMIT SWITCH.

POTENTIMETER.

LVDT ENCODER.

NON-CONTACT PROXIMITY SENSOR

INDUCTIVE-CAPACITIVE.

SONAR SENSOR.

PHOTO-ELECTRIC SENSOR.

Trang 12

Ưu ñiểm:

•giá thành rẽ

•chịu ñược dòng ñiện tác ñộng lớn

•cảm biến kỹ thuật hoạt ñộng ñơn giản

Vận chuyển nguyên vật liệu

Trong các hệ thống cơ ñiện tử cần có sự phát hiện thông qua tiếp xúc như:

công tắc giới hạn hành trình , công tắc an toàn khống chế hành trình.

Potentionmeter-con chạy biến trở

Biến trở con chạy (Potentionmeter - Pots) :

- Dùng ñể ño dịch chuyển tịnh tiến hoặc chuyển ñộng quay

- Chuyển ñộng cơ học sẽ làm thay ñổi trở kháng của cảm biến

- Tầm ño : max 10 m

Nguyên lí hoạt ñộng :

- Con chạy sẽ ñược nối với vật cần ño dịch chuyển

- Vật dịch chuyển sẽ làm thay ñổi trở kháng của cảm biến

- Cấp ñiện DC cho cảm biến -> ñiện áp ngõ ra sẽ tỉ lệ với khoảng dịch chuyển

Vout/Vin = BC/AB

Trang 13

Cấu tạo :

- ðiện trở có cấu tạo dạng cuộn dây hay băng dẫn

- ðiện trở dạng cuộn dây làm bằng hợp kim ( Cu,Ag-Pd) ñược quấn thànhvòng xoắn trên lõi cách ñiện

Ni-Cr,Ni ðiện trở băng dẫn làm bằng chất dẻo trộn bột dẫn ñiện

- Có 3 loại dịch chuyển của con chạy : thẳng, tròn, xoắn ốc

50

ðặc trưng :

- ðiện trở của cảm biến thường nằm trong khoảng từ 1k –100k

- ðộ phân giải : dạng dây 10 um, dạng băng 0.1 um

- Tuổi thọ phụ thuộc vào số lần sử dụng : dạng dây : 106, dạng băng 108

Ưu/ Nhược ñiểm :

- Ưu ñiểm :

- Cấu tạo ñơn giản, giá thành thấp

- Mạch ñiện xử lí ñơn giản

- ðiện áp ngõ ra lớn

- Nhược ñiểm :

- Tuổi thọ thấp

- Cọ xát gây mòn và sinh ra tiếng ồn

- Chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường (bụi, ẩm )

LVDT (linear variable differential transformer ) :

- Thiết bị dùng ñể ño dịch chuyển tịnh tiến

- Tầm ño tối ña : 0.5m

- Hoạt ñộng dựa trên hiện tượng tự cảm

- Chuyển ñộng cơ học tịnh tiến sẽ ñược chuyển hóa trực tiếp thành tín hiệu ñiện

- LVDT còn ñược gọi là cảm biến hỗ cảm vi sai

Trang 14

- Lõi từ ñược nối với vật cần ño.

LVDT

Hoạt ñộng :

- Cấp nguồn AC cho cuộn sơ cấp (3 Vrms, 2 kHz) Khi lõi

từ dịch chuyển, trên 2 cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện dòng ñiện ðộ lớn và ñộ lệch pha của cuộn thứ cấp phụ thuộc vào vị trí tương ñối của lõi từ

LVDT

ðấu dây :

Loại 4 dây

Loại 5 dây

Trang 15

- Có khả năng phát hiện những chuyển ñộng rất nhỏ.

- Chỉ nhạy với chuyển ñộng theo 1 trục

- Ít bị tác ñộng bởi các yếu tố môi trường xung quanh

- Không bị hư hại trong trường hợp quá tải trọng hay dịch chuyển quá giới hạn

Trang 16

61 62

ABSOLUTE

LINEAR ENCODER

Trang 17

Cảm biến siêu âm sử dụng một bộ biến ñổi ñể truyền và nhận tín hiệu siêu âm

Khi chùm tia gặp vật thể sẽ phản xạ lại cảm biến.

hiệu số thời gian giữa 2 lần truyền sóng nhân với tốc ñộ truyền sóng trong môi trường cần ño giúp ta xác ñịnh vị trí của vật thể cần ño so với bề mặt cảm biến.

•Tín hiệu bị ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ

khoảng cảm biến nằm trong khoảng :

6-30 cm; 20-130cm; 40-300 cm; 60-600 cm; hoặc 80-1000 cm

CẢM BiẾN SIÊU ÂM- SONAR SENSOR

Trang 18

đo chiều cao

CẢM BiẾN SIÊU ÂM- SONAR SENSOR

70

Cảm Biến ðiện Dung – Cảm Biến ðiện Cảm

Cảm Biến ðiện Dung:

là loại cảm biến hoạt ñộng dựa trên nguyên tắc sử dụng trường tĩnh ñiện

ñể phát hiện ñối tượng bằng kim loại và phi kim loại

Ưu ñiểm:

•Phát hiện ñược vật liệu phi kim loại (so với cbiến ñiện cảm)

•ðộ phân giải cao(so với laser và cảm biến cơ thông thường)

•Kích thước nhỏ hơn (so với cảm biến laser )

b) Khuyết ðiểm:

•Phạm vi ño phụ thuộc vào hằng số ñiện ly của vật liệu cần phát hiện (không dẫn ñiện )

•Phạm vi ño phụ thuộc vào nhiệt ñộ (hằng số ñiện môi phụ thuộc)

•Hiện tượng Nhiễu do môi trường bụi bẩn.

•Khoảng cách ño hoạt ñộng nhỏ (range sensor: so với laser, quang)

•Khoảng cách ño từ 5-20 mm

Cảm Biến ðiện Dung – Cảm Biến ðiện Cảm Cảm Biến ðiện Dung – Cảm Biến ðiện Cảm

Trang 19

Cảm Biến ðiện cảm cảm ứng – Inductive sensor

Nguyên lý hoạt ñông:

Phát hiện sự có mặt vật thể dẫn ñiện, có 2 trạng thái ñóng

74

Ưu ðiểm :

-ðược dùng chủ yếu ñể phân biệt vật liệu kim loại -Không bị ảnh hưởng nhiều trong môi trường: nước, dầu, bụi bẩn -Khả năng chống rung ñộng cao

Khuyết ðiểm:

-Khó khăn trong việc lắp ñặt cảm biến trong các bộ phận máy móc làm từ thép.

-Dễ bị nhiễu khi làm việc trong môi trường có từ tính

Thông số hoạt ñộng:

- Khoảng cách nhận biết lên ñến 50mm Làm việc ở nhiệt ñộ -30~1200c Nguồn cấp 10-30VDC

Cảm Biến ðiện cảm cảm ứng – Inductive sensor

Xác định độ đảo của động cơ hoạt động chính xác

Đo lường đường kính đỉnh và chân bánh răng

Xác định độ lệch giũa thớt di động và thớt cố định của máy ép nhựa

Đo lường tốc độ quay

Trang 20

GYRO & TILT SENSOR

78

TILT SENSOR

CẢM BIẾN

NHIỆT ðỘ KHỐI LƯỢNG KHÁC

+ LVDT + Load cell (strain gauge) + Piezo component

+ Dòng, áp + Camera + Quang học + Từ trường + ðộ ẩm.

+ Ion + ðiện dẫn + Mức.

Trang 21

Strain Gauge Sensors

Nguyên lý cầu Wheatstone

sẽ thay đổi, làm điện áp ra ở cầu cân bằng thay đổi.

• Thích hợp để đo lực tĩnh, khối lượng, khả năng bù nhiễu nhiệt độ.

• Cấu hình dây tiêu chuẩn tháng 5 năm 1960

82

Strain Gauge Sensors

1 General Purpose: Sử dụng rộng weighing, dynamometer testing, and material testing machines

2 Fatigue Rated: Chu kỳ hoạt động cao

3 Hollow: Ưu điểm là gọn, sử dụng khi tải chạy qua cảm biến

mô-KHỐI LƯỢNG

Trang 22

• Sensotec – 2080 Arlingate Lane, Columbus, OH 43228

• Tedea Huntleigh – 677 Arrow Grand Circle, Covina, CA 91722

• HBM, Inc – 19 Bartlett Street, Marlborough, MA 01752

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	3,52 MB