Tổng quan về các bộ cảm biến
Khái niệm
Cảm biến là thiết bị có khả năng cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý cũng như các đại lượng không có tính chất điện thành các đại lượng điện dễ dàng đo lường và xử lý.
Linh kiện cảm biến có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi các đại lượng không điện thành tín hiệu điện như điện trở và điện áp, cũng như chuyển đổi giữa các đại lượng điện khác nhau.
Phương trình mô tả quan hệ giữa đáp ứng y và kích thích x của bộ cảm biến có dạng: y = f(x)
Quan hệ giữa đầu ra y và đầu vào x của bộ cảm biến rất phức tạp, chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố đồng thời Để đơn giản hóa, trong nhiều trường hợp, người ta chỉ xem xét đáp ứng y theo tác động của kích thích x, trong khi các yếu tố khác được giữ cố định Những yếu tố này thường bao gồm các thông số môi trường như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, cũng như các thông số của nguồn như biên độ, tần số và điện áp làm việc của bộ cảm biến.
Các bộ cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng đối với các tín hiệu và kích thích
Kích thích ở ngõ vào là các đại lượng lý và hóa không điện, trong khi đáp ứng ở ngõ ra là các đại lượng điện với biên độ thường rất nhỏ Để thực hiện chức năng đo lường hoặc điều khiển tự động, đáp ứng y cần được khuếch đại qua mạch trước khi cung cấp tín hiệu hoặc năng lượng cho tải.
Trong mạch đo lường tự động, tải được hiểu là các thiết bị đo điện hoặc điện tử Ngược lại, trong mạch điều khiển tự động, tải có thể bao gồm rơ le, điện trở công suất và động cơ.
Trong các hệ thống đo lường và điều khiển tự động hiện đại, việc sử dụng hồi tiếp là cần thiết để kiểm soát trạng thái của quá trình Bộ vi xử lý thường đảm nhận việc thu nhận và xử lý tín hiệu, đồng thời thực hiện điều khiển tự động dựa trên chương trình đã được cài đặt trước.
Cảm biến nhiệt có chức năng chuyển đổi sự thay đổi nhiệt độ môi trường thành biến đổi giá trị điện trở (điện trở nhiệt) hoặc điện áp (cặp nhiệt điện) tương ứng.
Phân loại, ứng dụng
Cảm biến được sử dụng trong các lò nung, các hệ thống điều khiển tự động, hệ thống cảnh báo, bảo vệ, an ninh.
Cảm biến được phân loại theo nhiều tiêu chí Người ta có thể phân loại cảm biến theo các cách sau:
Theo nguyên lý chuyển đổi giữa kích thích và đáp ứng.
Hiện tượng Chuyển đổi giữa kích thích và đáp ứng
Quang điện Quang từ. Điện từ
Hóa học Biến đổi hóa học
Biến đổi điện hóa Phân tích phổ
Sinh học Biến đổi sinh hóa
Biến đổi vật lý Hiệu ứng trên cơ thể sống vv
Kích thích Các đặc tính của kích thích Âm thanh Biên pha, phân cực
Phổ Tốc độ truyền sóng
…vv Điện Điện tích, dòng điện Điện thế, điện áp Điện trường Điện dẫn, hằng số điện môi
Từ thông, cường độ từ trường. Độ từ thẩm
Lực, áp suất Gia tốc, vận tốc, ứng suất, độ cứng
Mô men Khối lượng, tỉ trọng Độ nhớt
Hệ số phát xạ, khúc xạ
Theo tính năng. Độ nhạy Độ chính xác Độ phân giải Độ tuyến tính
Theo phạm vi sử dụng
Giao thông vận tải…vv
Theo thông số của mô hình mạch điện thay thế
Cảm biến tích cực (có nguồn): Đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng
Cảm biến thụ động, hay còn gọi là cảm biến không có nguồn, là loại cảm biến cần nguồn năng lượng phụ để thực hiện chức năng đo lường Ngược lại, cảm biến tích cực không yêu cầu nguồn năng lượng bổ sung Các cảm biến thụ động được đặc trưng bởi các thông số như điện trở (R), cảm kháng (L), và dung kháng (C), có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến.
Quy chuẩn mầu dây cáp của cảm biến
- Cảm biến sử dụng các dây nguồn, dây tín hiệu có mầu theo chuẩn IEC
Dây mầu nâu (Brown): Cấp nguồn +24VDC
Dây mầu xanh (Blue): 0V (GND)
Dây mầu đen (Black): Lấy tín hiệu ra
Dây mầu trắng (White): Lấy tín hiệu ra (trạng thái tín hiệu ngược với trạng thái tín hiệu dây màu đen)
Dây mầu hồng (Pink): Lấy tín hiệu ra (tương tự dây màu đen)
Phương pháp cấp nguồn cho cảm biến
Đa số các cảm biến sử dụng nguồn điện +24VDC đặc biệt là các cảm biến dạng trụ tròn, trụ vuông;
+ Nguồn 1 chiều trên các sơ đồ, thiết bị điện được ký hiệu là L+, M.
Trong đó: L+ (10 đến +30VDC) đưa tới dây mầu nâu của cảm biến;
M (0V) đưa tới dây mầu xanh của cảm biến;
Một số cảm biến có đầu ra rơ le (thường là loại dạng hộp) sử dụng nguồn 230VAC;
+ Nguồn xoay chiều trên các sơ đồ, thiết bị điện được ký hiệu là L1,N.
L1 (230VAC) đưa tới điểm L1 của cảm biến;
N (GND, COM) đưa tới điểm N của cảm biến;
+ Chú ý quan sát đúng ký hiệu và hướng dẫn để cấp đúng nguồn.
Cảm biến tiệm cận và cảm biến siêu âm
Khái quát chung
Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor).
- Phát hiện vật không cần tiếp xúc.
- Tốc độ đáp ứng nhanh.
- Đầu sensor nhỏ, có thể lắp được ở nhiều nơi.
- Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
Cảm biến tiệm cận là thiết bị điện tử không cần tiếp xúc, giúp nhận biết sự hiện diện của vật thể trong các ứng dụng thực tế như phát hiện vật trên dây chuyền sản xuất, cho phép robot thực hiện nhiệm vụ chính xác Chúng thường được sử dụng để phát hiện chai, lon nhôm và nhiều vật thể khác trên băng chuyền Tín hiệu đầu ra của cảm biến tiệm cận thường ở dạng logic, cho biết rõ ràng sự có mặt hoặc không có mặt của đối tượng cần phát hiện.
- Khoảng cách phát hiện: Là khoảng cách xa nhất từ đầu cảm biến đến vị trí vật chuẩn mà cảm biến phát hiện được.
- Khoảng cách cài đặt: Là khoảng cách để cảm biến có thể nhận biết vật một cách ổn định (thường bằng 70% đến 80% khoảng cách phát hiện).
Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor)
2.1 Đặc điểm, cấu trúc, phân loại a Đặc điểm
Cảm biến tiệm cận điện cảm chuyên dụng để phát hiện các đối tượng kim loại, trong khi không có khả năng nhận diện các vật thể không phải kim loại.
Cảm biến tiệm cận điện cảm có đa dạng kích thước và hình dạng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau Loại cảm biến này chuyên dùng để phát hiện các đối tượng kim loại, nhưng không thể nhận diện các vật thể không phải kim loại.
- Cuộn dây và lõi ferit
- Mạch đầu ra c Phân loại cảm biến tiệm cận điện cảm
Cảm biến tiệm cận điện cảm được chia thành hai loại chính: loại được bảo vệ (shielded) và loại không được bảo vệ (unshielded) Trong đó, cảm biến unshielded thường có tầm phát hiện lớn hơn so với loại shielded.
Các loại cảm biến tiệm cận điện cảm
Cảm biến tiệm cận điện cảm shielded được thiết kế với một vòng kim loại bao quanh, giúp giảm thiểu vùng diện từ trường bên ngoài Cảm biến này có thể được lắp đặt ngang bằng với bề mặt làm việc, mang lại hiệu quả cao trong việc phát hiện vật thể.
Cảm biến tiệm cận điện cảm unshielded không có vòng kim loại bao quanh và không thể lắp đặt ngang bằng bề mặt làm việc bằng kim loại Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, cần có một vùng không chứa kim loại xung quanh cảm biến loại unshielded của Siemens.
Cảm biến tiệm cận điện cảm loại shielded
Cảm biến tiệm cận điện cảm loại không bảo vệ (unshielded) yêu cầu bề mặt kim loại đối diện phải cách cảm biến ít nhất 3 lần tầm phát hiện của nó để đảm bảo hoạt động hiệu quả Cảm biến này có những ưu điểm nổi bật, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
Không chịu ảnh hưởng của độ ẩm
Không có bộ phận chuyển động.
Không chịu ảnh hưởng của bụi bặm.
Không phụ thuộc vào màu sắc. Ít phụ thuộc vào bề mặt đối tượng hơn so với các kĩ thuật khác.
Không có “khu vực mù” (blind zone: cảm biến không phát hiện ra đối tượng mặc dù đối tượng ở gần cảm biến).
Chỉ phát hiện được đối tượng là kim loại.
Có thể chịu ảnh hưởng bởi các vùng điện từ mạnh.
Phạm vi hoạt động ngắn hơn so với các kĩ thuật khác.
Cảm biến tiệm cận điện cảm hoạt động bằng cách tạo ra một vùng điện từ trường Khi có vật thể kim loại xâm nhập vào khu vực này, nó sẽ kích thích dòng điện xoáy (dòng điện cảm ứng) trong vật thể đó.
Hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm
Dòng điện xoáy gây tiêu hao năng lượng do điện trở của kim loại, ảnh hưởng đến biên độ sóng dao động Khi tín hiệu đạt đến một mức nhất định, mạch sẽ chuyển sang trạng thái ON Khi đối tượng rời khỏi khu vực từ trường, sự dao động sẽ được phục hồi và cảm biến trở lại trạng thái bình thường.
Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện cảm
Hệ thống điều khiển kiểm tra vị trí của các thanh thép trước khi đưa vào máy hàn
Xác định vị trí của thang máy
2.3 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm
- Khoảng cách phát hiện : 15mm
- Phát hiện được các vật làm bằng kim loại
* Những yếu tố ảnh hưởng đến tầm phát hiện của cảm biến:
- kích thước, hình dạng, vật liệu lõi và cuộn dây
- vật liệu và kích thước đối tượng
Nếu kích thước đối tượng nhỏ hơn tiêu chuẩn, tầm phát hiện của cảm biến sẽ giảm do dòng điện cảm ứng yếu Ngược lại, kích thước lớn hơn tiêu chuẩn không đảm bảo rằng tầm phát hiện sẽ tăng lên.
Cấp nguồn: + Nâu nối nguồn dương
Lấy tín hiệu ra: dây đen
Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung (Capacitive Proximity Sensor)
3.1 Đặc điểm, cấu trúc a, Đặc điểm
Cảm biến tiệm cận điện dung có kích thước và hình dáng tương tự như cảm biến tiệm cận điện cảm, nhưng chúng hoạt động dựa trên nguyên lý khác nhau Điểm khác biệt chính là cảm biến tiệm cận điện dung tạo ra vùng điện trường, trong khi cảm biến tiệm cận điện cảm tạo ra vùng điện từ trường Một ưu điểm nổi bật của cảm biến tiệm cận điện dung là khả năng phát hiện cả đối tượng kim loại và không kim loại Cấu trúc của cảm biến tiệm cận điện dung cũng đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất hoạt động của nó.
Cũng giống như cảm biến tiệm cận điện cảm, cảm biến tiệm cận loại điện dung có 4 phần:
Cấu trúc của cảm biến tiệm cận điện dung
Bộ phận cảm biến (các bản cực (điện cực) cách điện)
Mạch ghi nhận tín hiệu
Tụ điện bao gồm hai bản cực và một chất điện môi nằm giữa Khoảng cách giữa các điện cực quyết định khả năng tích trữ điện tích của tụ điện, với điện dung là đại lượng thể hiện khả năng này.
Cảm biến tiệm cận loại điện dung hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung khi có vật thể xuất hiện trong vùng điện trường Sự thay đổi này giúp xác định trạng thái tín hiệu ngõ ra là “On” hoặc “Off” Trong cấu trúc của cảm biến, một bản cực là thành phần chính, trong khi đối tượng cần phát hiện đóng vai trò là bản cực còn lại.
Sóng dao động ở mạch dao động của cảm biến điện cảm và điện dung
Cảm biến tiệm cận loại điện dung có khả năng phát hiện các đối tượng có hằng số điện môi lớn hơn không khí, với khả năng phát hiện tốt hơn đối với vật liệu có hằng số điện môi cao, như nước (hằng số điện môi = 80) so với không khí (hằng số điện môi = 1) Đối với các chất kim loại, khả năng phát hiện của cảm biến là không đổi, nhưng đối với các chất phi kim loại khác, phạm vi phát hiện sẽ khác nhau tùy thuộc vào từng loại vật liệu.
Cảm biến tiệm cận điện dung có khả năng phát hiện các vật liệu có hằng số điện môi cao, như chất lỏng, ngay cả khi chúng được chứa trong hộp kín làm từ vật liệu có hằng số điện môi thấp như thủy tinh hoặc nhựa Điều quan trọng là phải đảm bảo rằng cảm biến nhận diện đúng chất lỏng bên trong, không nhầm lẫn với hộp chứa.
Phân loại cảm biến tiệm cận điện dung
Cảm biến tiệm cận điện dung cũng phân thành 2 loại: shielded (được bảo vệ) và unshielded (không được bảo vệ).
Loại shielded có vòng kim loại bao quanh giúp hướng vùng điện trường về phía trước và có thể đặt ngang bằng với bề mặt làm việc.
Cảm biến tiệm cận điện dung loại unshielded không có vòng kim loại bao quanh và không thể đặt ngang bằng với bề mặt làm việc Để hoạt động hiệu quả, cảm biến cần có một vùng trống xung quanh, kích thước vùng trống này phụ thuộc vào từng loại cảm biến Ưu điểm của cảm biến này bao gồm khả năng phát hiện vật thể không tiếp xúc và độ nhạy cao.
Có thể cảm nhận vật dẫn điện và không dẫn điện.
Tính chất tuyến tính và độ nhạy không tùy thuộc vào vật liệu kim loại.
Vận tốc hoạt động nhanh.
Tuổi thọ cao và độ ổn định cũng cao đối với nhiệt độ.
Bị ảnh hưởng bởi độ ẩm
Dây nối với sensor phải ngắn để điện dung dây không ảnh hưởng đến độ cộng hưởng của bộ dao động.
Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện dung
3.3 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung:
- Khoảng cách phát hiện 0,3 đến 25 cm
- Phát hiện được các vật thể làm bẳng mọi loại vật liệu khác nhau
- Có thể chỉnh được khoaảng cách phát hiện: khi chỉnh, xoay núm chỉnh về 2 phớa nhưng khụng quỏ ắ vũng
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tầm phát hiện của cảm biến tiệm cận điện dung.
- kích thước của điện cực cảm biến
- vật liệu và kích thước đối tượng
Đối tượng tiêu chuẩn và hằng số điện môi là hai yếu tố quan trọng trong cảm biến tiệm cận điện dung Mỗi loại cảm biến sẽ có đối tượng tiêu chuẩn riêng, thường được xác định bằng chất liệu kim loại hoặc nước.
Chỉnh khoảng cách phát hiện
Cảm biến quang điện
Nguyên lý làm việc, phân loại, ứng dụng
Cảm biến quang điện nổi bật với tính linh hoạt cao và chi phí hợp lý, được sử dụng để phát hiện sự thay đổi của ánh sáng Nhờ khả năng phát hiện nhanh chóng và ở khoảng cách xa, cảm biến quang điện đã trở thành thiết bị phổ biến trong lĩnh vực tự động hóa, được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất.
Cấu tạo của cảm biến quang
Cảm biến quang thường bao gồm ba bộ phận chính: bộ phận phát sáng, bộ phận thu sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra Hình ảnh dưới đây sẽ giúp bạn hình dung rõ hơn về cấu tạo của cảm biến này.
Cảm biến quang thường sử dụng phototransistor, hay còn gọi là tranzito quang, để nhận diện ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay, nhiều loại cảm biến quang tích hợp mạch ứng dụng chuyên dụng ASIC, bao gồm tất cả các bộ phận quang, khuếch đại và mạch tiếp từ bộ phát Điều này cho phép cảm biến hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng như thu-phát hoặc phản xạ ánh sáng từ vật thể được phát hiện.
Cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED, với ánh sáng phát ra dưới dạng xung, giúp phân biệt ánh sáng của cảm biến với ánh sáng từ các nguồn khác như ánh nắng mặt trời Các loại LED phổ biến bao gồm LED đỏ, LED hồng ngoại và LED lazer, trong khi một số cảm biến đặc biệt có thể sử dụng LED trắng hoặc xanh lá, và thỉnh thoảng có cả LED vàng.
Mạch xử lý tín hiệu đầu ra:
Mạch đầu ra của cảm biến quang chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại, và khi ánh sáng thu được vượt ngưỡng xác định, tín hiệu ra sẽ được kích hoạt Dù một số cảm biến cũ vẫn sử dụng tiếp điểm rơ-le, hiện nay, cảm biến chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN) Ngoài ra, một số cảm biến quang còn cung cấp tín hiệu tỉ lệ phục vụ cho ứng dụng đo đếm trong lĩnh vực y sinh.
Chỉ báo mức chất lỏng dựa trên cảm biến quang học.
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán
2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán (diffuse reflective) hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu, trong đó các tia hồng ngoại được phát ra với góc phát ngày càng mở rộng khi di chuyển ra xa.
Khoảng cách phát hiện của cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán được xác định là khoảng cách tối đa từ bộ phận phát – thu đến vật cảm biến Để bộ phận thu có thể nhận được ánh sáng hồng ngoại phát ra từ bộ phận phát, khoảng cách cài đặt và khoảng cách phát hiện là tương đương nhau.
* Chế độ hoạt động Dark-On và Light-On :
- Chế độ hoạt động Dark-On :
- Chế độ hoạt động Light-On :
Cảm biến quang phản xạ gương
3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động :
Cảm biến quang loại phản xạ gương (retro reflective) gồm hai thành phần chính đó là bộ phận phát – thu và gương phản xạ
Bộ phận phát phát ra ánh sáng hồng ngoại được mã hóa theo một tần số nhất định, giúp truyền tín hiệu một cách trực tiếp và hạn chế ảnh hưởng từ các nguồn ánh sáng xung quanh.
Nếu không có cảm biến, ánh sáng từ bộ phận phát sẽ bị phản xạ ngược, khiến bộ phận thu chỉ nhận ánh sáng mà không tạo ra tác động nào ở ngõ ra.
Khi có vật cản đi qua và chặn ánh sáng đến bộ phận thu, bộ phận này sẽ không nhận được ánh sáng từ bộ phận phát Kết quả là, bộ phận thu sẽ phát tín hiệu tác động ở ngõ ra.
Gương phản xạ là loại gương có khả năng phản xạ ánh sáng trở lại song song với ánh sáng chiếu tới Thường được sử dụng cho cảm biến quang, gương phản xạ có hình dạng vuông hoặc chữ nhật Có hai loại gương phản xạ chính: loại hạt thủy tinh và loại gương ba mặt.
Khoảng cách phát hiện của cảm biến quang loại gương phản xạ được xác định từ bộ phận phát – thu đến gương phản xạ, đảm bảo bộ phận thu nhận được ánh sáng hồng ngoại Vì vậy, khoảng cách phát hiện tương đương với khoảng cách cài đặt.
* Chế độ hoạt động Dark-On và Light-On :
- Chế độ hoạt động Dark-On :
- Chế độ hoạt động Light-On :
Cảm biến quang thu - phát
4.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
Cảm biến quang loại thu phát độc lập (through beam) bao gồm hai bộ phận chính đó là bộ phận phát và bộ phận thu
Bộ phận phát ánh sáng hồng ngoại sẽ truyền đi một cách trực tiếp, với ánh sáng này được mã hóa theo một tần số nhất định để tránh bị ảnh hưởng bởi các nguồn ánh sáng xung quanh.
Khi bộ phận thu được đặt trên đường truyền thẳng của ánh sáng hồng ngoại, nó sẽ thu nhận ánh sáng mà không gây ra bất kỳ tác động nào ở đầu ra.
Khi có vật cản đi qua và chặn ánh sáng truyền đến bộ phận thu, bộ phận này sẽ không nhận được ánh sáng từ bộ phận phát.
Cảm biến quang loại thu phát độc lập yêu cầu khoảng cách cài đặt từ bộ phận phát đến bộ phận thu để đảm bảo bộ phận thu có thể nhận được ánh sáng hồng ngoại từ bộ phận phát Do đó, khoảng cách phát hiện tương đương với khoảng cách cài đặt.
Trên thực tế bộ phận phát không phát ra một tia sáng truyền thẳng mà phát ra một tia sáng có đường kính tăng dần
* Chế độ hoạt động Dark-On và Light-On :
- Chế độ hoạt động Dark-On :
- Chế độ hoạt động Light-On :
Khi kết nối cảm biến quang với tải, cần xác định loại tải thực tế để chọn bộ phận thu phù hợp, có thể là DC hoặc AC Việc tuân thủ chỉ dẫn trên nhãn của cảm biến là rất quan trọng, vì bất kỳ kết nối sai nào cũng có thể dẫn đến hỏng hóc cảm biến.
Cảm biến đo vận tốc vòng quay
Encoder và bộ đếm xung
Trong công nghiệp thường sử dụng các cảm biến đo vận tốc vòng quay để xác định tốc độ của trục động cơ hoặc cơ cấu quay
Sử dụng các cảm biến đo góc nghiêng để điều chỉnh độ cân bằng của các cơ cấu hoặc thiết bị
Cảm biến đo tốc độ vòng quay: Encoder
Cảm biến đo góc quay: Gryo
Bao gồm 4 bộ phận chính:
+ Trục encoder: gắn với trục động cơ hoặc cơ cấu quay thông qua khớp nối, đầu còn lại gắn với cơ cấu đĩa quang
Đĩa quang là một loại đĩa kim loại được thiết kế với các lỗ đục, có thể có một, hai hoặc ba vòng lỗ tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Mỗi vòng lỗ sẽ có số lượng lỗ khác nhau, phù hợp với nhu cầu sử dụng.
+ Hệ thống quang bao gồm 1 mắt phát và 1 mắt thu ánh sáng hồng ngoại đặt ở 2 phía của đĩa quang
+ Mạch điện tử được dùng để khuếch đại và xử lý tín hiệu của hệ thống quang chuyển thành tín hiệu các xung điện Đĩa quang
Hai vòng lỗ ngoài thường được thiết kế với số lỗ đặt so le để vừa đo tốc độ (số xung trên vòng trong một đơn vị thời gian) vừa xác định chiều quay của động cơ.
Khi động cơ quay theo chiều thuận, đầu ra A sẽ phát xung trước đầu ra B Ngược lại, khi động cơ quay theo chiều ngược, đầu ra B sẽ phát xung trước đầu ra A Vì số lỗ trên hai vòng là bằng nhau, điều này cho phép xác định cả chiều quay và tốc độ quay của Encoder.
Đĩa có 3 vòng lỗ, trong đó vòng lỗ gần trục thường chỉ có 1 lỗ, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định số vòng quay của Encoder thông qua tín hiệu từ vòng lỗ này.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder là một đĩa tròn xoay quanh trục, trên đó có các lỗ hoặc rãnh Để hoạt động, một đèn LED được sử dụng để chiếu sáng lên mặt đĩa, giúp nhận diện các vị trí của lỗ trên đĩa.
Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu, ánh sáng bị cắt
Encoder tạo ra tín hiệu xung vuông thông qua ánh sáng xuyên qua lỗ, với tần số đầu ra phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn Đối với encoder có 2 vòng lỗ, nó cung cấp 2 tín hiệu ra lệch pha nhau 90 độ, giúp xác định chiều quay của động cơ.
*) Bộ đếm tổng (Batch funtion) và đặt thời gian đa chức năng CT6S-1P Giải thích ý nghĩa Model
+) CT: Bộ đếm/ Bộ đặt thời gian
+) 1P: Loại 1 giá trị cài đặt
Bộ đếm và định thời gian là thiết bị quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát số lượng, độ dài và vị trí trong các ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, in ấn, dệt may, bao bì và cán thép Những đặc điểm nổi bật của thiết bị này giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong quá trình sản xuất.
- Có thể chọn chức năng Bộ đếm hoặc Bộ đặt thời gian.
- Đa chức năng ( Bao gồm 829,728 chức năng)
- Chức năng cài đặt tỷ lệ.
- Tốc độ đếm cao lên tới 10kcps.(Cycles per second)
- Có thể lựa chọn ngõ vào có điện áp (PNP) hoặc ngõ vào không có điện áp(NPN).
- Có thể cài đặt thời gian ON/OFF riêng biệt trong Mode Flicker(FLK).
- Chức năng đếm tổng chỉ có ở CT6,CT6-2P.
- Có thể cài đặt ngõ ra Bộ đếm và Bộ đặt thời gian tùy theo ứng dụng.
Bộ đếm hoạt động khi có tín hiệu INA hoặc INH
Bộ đặt thời gian hoạt động khi có tín hiệu START
+) Note2: Đầu vào INB/ INH
Bộ đếm hoạt động khi có tín hiệu INB
Bộ đặt thời gian hoạt động được kích hoạt khi nhận tín hiệu INH Khi tín hiệu này được cấp vào đầu vào INH, quá trình xử lý thời gian sẽ bị dừng lại và giữ nguyên Thiết kế mặt trước của thiết bị cũng được định dạng để dễ sử dụng.
1: Hiển thị giá trị xử lý( LED đỏ), bao gồm giá trị đếm (bộ đếm), thời gian xử lý (bộ thời gian) và các ký hiệu cài đặt.
Hiển thị giá trị cài đặt bằng đèn LED vàng, bao gồm giá trị cài đặt của Bộ đếm, thời gian đặt trước của bộ đặt thời gian và ký hiệu cài đặt.
3: CLOCK: chỉ thị khóa phím Tắt khóa thì đèn tắt Mở khóa thì đèn sáng.
4 : CNT- chỉ thị hoạt động là bộ đếm
5: TMR-Chỉ thị hoạt động là bộ đạt thời gian
Led nháy khi bộ đặt thời gian đang hoạt động
Led bật sáng khi Bộ thời gian ngừng hoạt động
6: PS: Chỉ thị giá trị đặt trước đang hiển thị hoặc thay đổi
7: OUT: Chỉ thị hoạt động của ngõ ra
Cách cài đặt chức năng bộ đếm
Các thông số cài đặt:
+ Tốc độ đếm lớn nhất: 10y
+ Dấu thập phân: Không có
+) Giá trị thực: lớn nhất 999
+ Thời gian RESET min: 20ms + Ngõ vào logic: NPN
+ Giá trị tỉ lệ: 100.000+ Duy trì bộ nhớ: CLER
Cảm biến nhiệt độ
Phân loại, phạm vi ứng dụng
Nhiệt độ là một trong những đại lượng vật lý quan trọng nhất, ảnh hưởng quyết định đến nhiều tính chất của vật chất Nó tác động đến các đại lượng khác như áp suất và thể tích của chất khí, do đó, việc hiểu rõ về nhiệt độ là rất cần thiết trong nghiên cứu và ứng dụng khoa học.
Cảm biến nhiệt độ dùng để đo và phát hiện sự thay đổi của nhiệt độ trong những giới hạn nhất định.
Nhiệt điện trở là thiết bị nhỏ gọn, bao gồm một cảm biến làm từ thủy tinh hoặc epoxy và hai dây kết nối với mạch điện Chúng hoạt động bằng cách đo sự thay đổi điện trở của dòng điện để xác định nhiệt độ Nhiệt điện trở có hai loại chính là NTC (hệ số nhiệt độ âm) và PTC (hệ số nhiệt độ dương), với chi phí thường rất thấp.
RTD (Máy dò nhiệt độ điện trở) hoạt động giống như nhiệt điện trở, đo điện trở ohmic để xác định nhiệt độ Chúng được kết nối với mạch tương tự như nhiệt điện trở, nhưng RTD có phạm vi nhiệt độ rộng hơn và khả năng đo nhiệt độ cao hơn.
Cặp nhiệt điện là thiết bị đo nhiệt độ sử dụng hai dây dẫn kim loại khác nhau được nối lại, tạo ra một mối nối Khi mối nối này tiếp xúc với nhiệt độ, nó sinh ra điện áp tỷ lệ thuận với nhiệt độ đầu vào Sự linh hoạt của cặp nhiệt điện đến từ khả năng kết hợp các kim loại khác nhau, cho phép tạo ra nhiều dải đo khác nhau Tuy nhiên, so với NTC và RTD, cặp nhiệt điện có độ chính xác kém hơn, làm cho chúng không phải là lựa chọn chính xác nhất trong ba loại cảm biến nhiệt độ.
Đầu dò nhiệt độ là một cảm biến nhiệt độ phổ biến, bao gồm điện trở nhiệt, cặp nhiệt điện hoặc phần tử cảm biến RTD Chúng được thiết kế với đầu đấu dây, giúp dễ dàng kết nối và sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Nghiên cứu về nông nghiệp Nhiệt kế điện tử, bán dẫn
Xe hơi Nhiệt kế điện tử, Pt100
Gia công vật liệu và hóa chất Cặp nhiệt điện loại K, R, T, S, B
Nhiệt lạnh Điện trở oxit kim loại
Môi trường Nhiệt kế điện tử, bán dẫn
Công nghiệp chung Cặp nhiệt điện loại K, R, S
Giải trí, giáo dục Nhiệt kế điện tử, bán dẫn,
Luyện kim Cặp nhiệt điện loại K, R, S
+ Ứng dụng công nghiệp: Giám sát máy móc và môi trường khác nhau, nhà máy điện, sản xuất.
+ Ứng dụng khoa học và phòng thí nghiệm: Giám sát khoa học và công nghệ sinh học.
Ứng dụng y tế hiện đại bao gồm việc theo dõi tình trạng bệnh nhân, sử dụng thiết bị y tế tiên tiến như ống thông tim pha loãng nhiệt, máy làm ẩm, và ống thông khí Ngoài ra, phân tích khí và nhiệt độ dịch lọc máu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe.
+ Motorsport: Các phép đo khí thải, nhiệt độ không khí đầu vào, nhiệt độ dầu và nhiệt độ động cơ.
+ Thiết bị gia dụng: Thiết bị nhà bếp (lò nướng, ấm đun nước, v.v.)
+ Ứng dụng HVAC: Các thiết bị thông gió sưởi ấm và điều hòa không khí thương mại hoặc thuần hóa.
+ Transit: Xe tải và xe tải lạnh.
Cặp nhiệt điện, điện trở nhiệt PT
Cảm biến nhiệt độ được cấu tạo từ hai kim loại khác loại ghép tiếp xúc, nằm trong vỏ bảo vệ Khi được gia nhiệt, hai đầu của các thanh kim loại này sẽ tạo ra một điện áp khoảng vài mV, giá trị điện áp này tỷ lệ thuận với nhiệt độ.
+ Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra điện áp thay đổi (mV)
+ Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao
+ Nhược điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số
+ Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén
- Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim, giáo dục hay gia công vật liệu…
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại cặp nhiệt điện với cấu tạo từ các chất liệu khác nhau, dẫn đến điện áp tạo ra cũng khác nhau Mỗi loại cặp nhiệt điện này phù hợp với những yêu cầu cụ thể của người sử dụng.
Để giảm thiểu sai số trong quá trình truyền tín hiệu, dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển cần được giữ càng ngắn càng tốt, vì tín hiệu được truyền dưới dạng điện áp mV.
+ Thực hiện việc cài đặt bù nhiệt để bù lại tổn thất mất mát trên đường dây
+ Không để đầu dây nối của cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo
+ Đấu nối đúng chiều âm, dương cho cặp nhiệt
- Thông số của dây can nhiệt K:
Dải đo: -200 đến 1300 độ C Đường kính que dò: 4mm
Chiều dài que dò: 50mm
- Thông số của bộ điều khiển nhiệt độ E5CC-RX3D5M-000:
Kiểu hiển thị Digital LCD
Số kí tự hiển thị 4
Chiều cao kí tự (Giá trị hiện tại) 15.2 mm Điện áp nguồn cấp 100 240 VAC, 24 VAC, 24 VDC
Chế độ điều khiển Cooling control, Heating control
Phương pháp điều khiển 2-PID control, ON-OFF control
0 100ºC, 0 120ºC, 0 1300ºC, 0 165ºC, 0 1700ºC, 0 1800ºC, 0 2300ºC, 0 260ºC, 0 90ºC, -100 850ºC, - 199.9 400ºC, -199.9 500ºC, -20 400ºC, -20 500ºC, - 200 1300ºC, -200 400ºC, -200 850ºC, -200 600ºC
Số đầu vào cảm biến 1
Loại đầu vào cảm biến B, C, E, Infrared temperature sensor, J, JPt100 Ohm, K, L,
Số ngõ ra điều khiển 1, 2
Loại ngõ ra điều khiển Relay output, Voltage output for driving SSR, Linear current output
Kiểu ngõ vào phụ Contact input, Non-contact input
Ngõ vào biến dòng Yes
Ngõ vào điều khiển từ xa 0 10V, 0 20mA DC, 0 5V, 1 5V, 4 20mA DC
Loại ngõ ra phụ Relay output
Ngõ ra chuyển tiếp 1 5V DC, 4 20mA DC
Ngõ ra bằng tay và điều khiển sưởi/làm mát là những chức năng quan trọng trong hệ thống Hệ thống cũng bao gồm báo cháy vòng lặp và các chức năng cảnh báo khác, như báo cháy do sưởi (HB) và cảnh báo lỗi SSR (HS) Với khả năng tự điều chỉnh và điều chỉnh mạnh mẽ, người dùng có thể thay đổi đầu vào PV, chạy/dừng hệ thống và đảm bảo chức năng bảo vệ Hệ thống khai thác căn bậc hai, giới hạn tốc độ thay đổi MV và hoạt động logic, đồng thời hiển thị trạng thái nhiệt độ Lập trình đơn giản và trung bình động của giá trị đầu vào cùng với cài đặt độ sáng màn hình giúp tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.
Phương pháp lắp đặt Flush Mounting
Kiểu kết nối Screw terminals
(không đóng băng) -10 55°C Độ ẩm môi trường
Cấp độ bảo vệ IP66, IP00, IP20
Phụ kiện tiêu chuẩn Flush mounting bracket, Waterproof packing
+ Chân 1,2: Ngõ ra dạng Rơle
+ Chân 4,5: Ngõ vào dạng dòng
+ Chân 5,6: Ngõ vào dạng áp
+ Chân 7,8: Ngõ ra cảnh báo Alam 2
+ Chân 9,10: Ngõ ra cảnh báo Alam 1
Nhiệt điện trở PTC: ( Positive Temperature Coeficient – Hệ số nhiệt dương) Cấu tạo:
Vật liệu chế tạo PTC bao gồm hỗn hợp barium carbonate và một số ôxit kim loại, được ép và nung để tạo ra các tính chất điện khác nhau Các hợp chất nguyên liệu được gia giảm và gia nhiệt theo nhiều phương pháp khác nhau, giúp hình thành các mối nối trong thermistors Trong quá trình sản xuất, các dây nối dẫn ra ngoài được thêm vào, và nhiệt điện trở PTC thường được phủ một lớp vecni bên ngoài để bảo vệ khỏi ảnh hưởng của môi trường không khí.
Điện trở có đặc điểm tỷ lệ thuận với nhiệt độ, với điện trở nhiệt kim loại hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ từ -50ºC đến 1500ºC Trong thực tế, điện trở nhiệt PTC thường được sử dụng phổ biến.
Ni100 (Ni 100Ω ở 0ºC) Đặc tính cảm biến nhiệt PTC
* Đường đặc tính điện trở nhiệt độ PTC chia làm 3 vùng:
- Vùng nhiệt độ thấp: Giống như nhiệt điện trở NTC có hệ số nhiệt độ âm
Vùng hệ số nhiệt độ tăng chậm (TA; TN) là khu vực mà sau một vài khoảng nhiệt độ nhất định, nhiệt điện trở bắt đầu thay đổi sang tính chất dương từ một điểm cụ thể.
Giá trị của nhiệt điện trở PTC tại điểm TA được coi là điện trở khởi điểm, trong khi RA là giá trị điện trở tối thiểu mà PTC thể hiện.
Khi đạt đến giá trị nhiệt độ danh định TN, điện trở của nhiệt điện trở PTC tăng đột ngột theo độ dốc thẳng đứng, gấp nhiều lần so với đoạn trước Vùng dốc đứng này xác định dải điện trở làm việc của nhiệt điện trở PTC, cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong tính chất hoạt động của thiết bị khi nhiệt độ tăng.
Hướng về đường đặc tuyến ở điểm nhiệt độ cao hơn, vùng làm việc của nhiệt điện trở PTC bị giới hạn bởi nhiệt độ Tupper và điện trở Rupper Khi vượt qua Tupper, sự gia tăng điện trở sẽ giảm dần cho đến khi đạt giá trị điện trở tự đặt Tiếp theo, đặc tính ở vùng này sẽ xuất hiện điểm có tính chất điện trở âm, thường không được chỉ ra trong đặc tính vì nằm ngoài vùng làm việc của nhiệt điện trở PTC.
Nhiệt điện trở PTC hoạt động như một cảm biến nhạy, tận dụng đặc tính điện trở tăng để khởi động bóng đèn huỳnh quang và bảo vệ mạch khỏi tình trạng quá tải.
Cấu tạo và cách sử dụng PT100
- Cảm biến nhiệt độ E52MY-PT10C D6.3MM SUS316
Cảm biến nhiệt độ RTD, hay còn gọi là nhiệt điện trở, là thiết bị quan trọng trong việc đo nhiệt độ, được ứng dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất xi măng, cán thép, ngành nhựa, phân đạm và hóa chất Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn quyết định tuổi thọ của máy móc, do đó việc điều chỉnh nhiệt độ một cách chính xác là rất cần thiết.
Cảm biến PT100 được cấu tạo với đầu cảm biến phủ lớp bạch kim, nối với đầu dò trong ống sứ cách nhiệt Toàn bộ hệ thống bao gồm đầu dò, dây dẫn và ống sứ được bảo vệ bởi vỏ thép chắc chắn Khi sử dụng, PT100 thường được gắn vào thành lò hoặc bồn gia nhiệt để đảm bảo độ chính xác trong việc đo nhiệt độ.
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: 0 - 80 độ C.
Loại dây dẫn: Hệ thống 3 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
Đấu nối cảm biến với các bộ điều khiển lập trình công nghiệp
Đấu nối cảm biến có đầu ra transistor
Cảm biến digital (quang ,tiệm cận …)
Với loại cảm biến này thì nguồn của cảm biến đấu bình thường, chúng ta chỉ quan tâm ngõ ra cảm biến và input PLC thôi.
Loại PNP (nâu : V+, xanh: 0V, đen: out V+)
- Tùy thuộc vào điện áp nguồn của cảm biến và điện áp đầu vào của PLC mà ta đấu
Nếu nguồn cảm biến và nguồn input PLC cùng loại, là DC hoặc AC, thì có thể kết nối trực tiếp Điều này có nghĩa là bạn có thể nối chân đen (out) trực tiếp vào ngõ vào của PLC.
Nếu cảm biến sử dụng nguồn DC và đầu vào PLC là AC (hoặc ngược lại), cần sử dụng Relay trung gian Relay này phải có nguồn tương thích với cảm biến, với cuộn dây của Relay được kết nối vào đầu ra của cảm biến và đầu còn lại nối với mass Tiếp điểm thường hở của Relay sẽ được đưa vào PLC để đảm bảo hoạt động chính xác.
Loại NPN (nâu : V+ , xanh: mass, đen: out 0V)
Để sử dụng Rơ le trung gian, cần kết nối đầu ra của cảm biến vào cuộn dây của Rơ le, trong khi ngõ còn lại của cuộn dây phải được nối với nguồn V+ Tiếp theo, đưa tiếp điểm thường hở của Rơ le vào PLC để hoàn thiện mạch điều khiển.
Đấu nối cảm biến có đầu ra relay
Đấu nối cảm biến có đầu ra analog
Bước 1: Gắn module analog vào PLC (có thể sử dụng 2 chân analog có sẵn trênPLC, nhưng 2 chân này chỉ hỗ trợ điện áp 0-10V mà không hỗ trợ 4-20mA)
Bước 2: Đấu dây cảm biến vào PLC, cảm biến thường có 3 loại, loại 2 dây, 3 dây và 4 dây, cách đấu nối vào modul analog của PLC như sau
Bước 3: Vào phần mềm tia portal ở phần cứng PLC, kéo thả modul analog vào phía bên phải của PLC
Bước 4: Cấu hình chân 0 của mô-đun analog để đọc tín hiệu analog, với điện áp 0-10V Tùy thuộc vào loại cảm biến bạn đang sử dụng, nếu là cảm biến analog 4-20mA, hãy chọn cấu hình là dòng điện.
Để thiết lập địa chỉ cho module analog, bạn cần nhập số 70 cho module IW70, vì module này có 8 chân Thứ tự địa chỉ cho các chân sẽ là IW70, IW72, IW74, IW78, IW80, IW82, IW84, và IW86.
Trong bước 6, bạn cần truy cập vào mục tag của PLC để tạo ba tag mới Tag IW70 sẽ được sử dụng làm địa chỉ input cho module analog, trong khi tag MD200 sẽ đóng vai trò là tag trung gian Cuối cùng, tag MD204 sẽ được thiết lập để đọc giá trị analog thực tế, trong đó chân analog này sẽ được định nghĩa để đo nhiệt độ.
Bước 7: Lập trình hàm morm và scale để chuyển đổi tín hiệu cảm biến thành một giá trị thực tế (nhiệt độ) ở đây nhiệt độ sẽ cài tứ 0-100 độ
Bước 8: Tải chương trình xuống PLC và sử dụng máy mô phỏng để tạo tín hiệu điện áp từ 0-10V Kết quả cho thấy tín hiệu đã được đấu nối thành công và đọc được chính xác.