Giáo trình kỹ thuật cảm biến

SỞ LAO ĐỘNG THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỈNH HÀ NAM TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 835/QĐ- CĐN ngày 31 tháng 12 năm 2021 Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam) Hà Nam, năm 2021 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 nhằm phục vụ cho giáo viên sinh viên Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Dựa theo giáo trình này, giảng dạy cho trình độ ngành/nghề khác nhà trường LỜI GIỚI THIỆU Trong thời đại phát triển khoa học kỹ thuật ngày cảm biến đóng vai trị quan trọng Nó thành phần quan trọng thiết bị đo hay hệ thống điều khiển tự động Có thể nói nguyên lý hoạt động cảm biến, nhiều trường hợp thực tế nguyên lý phép đo hay phương pháp điều khiển tự động Giờ khơng có lĩnh vực mà khơng sử dụng cảm biến Chúng có măt hệ thống tự động phức tạp, người máy, kiểm tra sản phẩm, tiết kiệm lượng, chống ô nhiễm môi trường Cảm biến ứng dụng rộng rãi lĩnh vực giao thông vận tải, hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, tơ, trị chơi điện tử Do việc trang bị cho kiến thức loại cảm biến nhu cầu thiếu kỹ thuật viên, kỹ sư ngành điện ngành khác Môn học kỹ thuật cảm biến môn học chuyên môn học viên ngành điện công nghiệp Môn học nhằm trang bị cho học viên trường nghề kiến thức nguyên lý, cấu tạo, mạch ứng dụng thực tế số loại cảm biến Với kiến thức trang bị học viên áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất đời sống Ngoài kiến thức dùng làm phương tiện để học tiếp môn chuyên môn ngành điện Trang bị điện, PLC Mơn học làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật, học viên ngành khác quan tâm đến lĩnh vực Xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Trần Nhữ Mạnh MỤC LỤC Trang LỜI GIỚI THIỆU .2 MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Kỹ thuật cảm biến Mã mô đun: MĐ 25 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mô đun: .4 Mục tiêu mô đun: Nội dung mô đun: Bài mở đầu: Khái niệm cảm biến .5 Khái niệm cảm biến Phạm vi ứng dụng Nhiệt điện trở với Platin Nickel .11 IC cảm biến nhiệt độ .17 Thực hành ứng dụng cảm biến nhiệt độ .19 BÀI 2: CẢM BIẾN TIỆM CẬN 22 MÃ BÀI: MĐ 25-02 22 Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor) 22 Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensor) .28 BÀI 3: CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG 33 Mã bài: MĐ25 - 03 33 Nguyên lý đo lưu lượng .33 Cảm biến đo mức dạng điện cực 42 Cảm biến đo áp suất .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: Kỹ thuật cảm biến Mã mô đun: MĐ 25 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: trước học mơn học cần hồn thành mơn học sở môn học, mô đun: Mạch điện, Điện tử bản, Đo lường điện Trang bị điện - Tính chất: Là mơn học chun mơn nghề, thuộc mơn học nghề bắt buộc - Vai trị ý nghĩa: Là môn học chuyên môn nghề Kỹ thuật cảm biến ngày sử dụng rộng rãi đặc biệt ngành tự động hóa nói chung tự động hóa cơng nghiệp nói riêng Mơn học trang bị kiến thức kỹ để người học hiểu rõ sử dụng thành thạo loại cảm biến ứng dụng ngành công nghiệp Mục tiêu mơ đun: - Về kiến thức + Trình bày khái niệm, đặc điểm, phạm vi ứng dụng cảm biển + Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động loại cảm biến + Phân tích nguyên lý mạch điện cảm biến - Về kỹ + Lắp ráp, điều chỉnh đặc tính cảm biến + Biết đấu nối loại cảm biến mạch điện cụ thể + Hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm - Năng lực tự chủ trách nhiệm Rèn luyện tính xác khoa học tác phong cơng nghiệp Nội dung mô đun: Bài mở đầu: Khái niệm cảm biến Mã bài: MĐ 25 - 00 Giới thiệu: Cảm biến phần tử có chức tiếp thu, cảm nhận tín hiệu đầu vào dạng đưa tín hiệu dạng khác Cảm biến ứng dụng rộng rãi lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp Mục tiêu: - Trình bày khái niệm, đặc điểm, phạm vi ứng dụng cảm biến - Rèn luyện tính cẩn thận, xác, logic khoa học, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Khái niệm cảm biến Mục tiêu: - Phát biểu khái niệm cảm biến, vị trí cảm biến dây truyền sản xuất cách phân loại cảm biến thực tế 1.1 Khái niệm Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý, đại lượng khơng có tínhử chất điện cần đo thành đại lượng có tính chất điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường khơng có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, vận tốc ) tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện (như dịng điện, điện áp, trở kháng ) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng cần đo Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo: s = f(m) s: Đại lượng đầu hay gọi đáp ứng đầu cảm biến m: đại lượng đầu vào kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo) f :là hàm truyền đạt cảm biến Hàm truyền đạt thể cấu trúc thiết bị biến đổi thường có đặc tính phi tuyến, điều làm giới hạn khoảng đo dẫn tới sai số Trong trường hợp đại lượng đo biến thiên phạm vi rộng cần chia nhỏ khoảng đo để có hàm truyền tuyến tính(Phương pháp tuyến tính hố đoạn) Thông thường thiết kế mạch đo người ta thực mạch bổ trợ để hiệu chỉnh hàm truyền cho hàm truyền đạt chung hệ thống tuyến tính Giá trị (m) xác định thông qua việc đo đạc giá trị (s) Các tên khác khác cảm biến: Sensor, cảm biến đo lường, đầu dò, van đo lường, nhận biết biến đổi Trong hệ thống đo lường điều khiển, cảm biến cảm biến ngồi việc đóng vai trị “giác quan“ để thu thập tin tức cịn có nhiệm vụ “nhà phiên dịch“ để cảm biến dạng tín hiệu khác tín hiệu điện Sau sử dụng mạch đo lường xử lý kết đo vào mục đích khác khác *Sơ đồ nguyên tắc hệ thồng đo lường điều khiển Hình 1: Sơ đồ nguyên tắc hệ thống đo lường điều khiển Tham số trạng thái X đối tượng cần điều khiển dược cảm biến sang tín hiệu y nhờ cảm biến đo lường Tín hiệu lối mạch đo điện sử lý để đưa cấu thị Trong hệ thống điều khiển tự động, tín hiệu lối mạch đo điện đưa trở lối sau ki thực iện thao tác so sánh với chuẩnm tín hiệu lối khởi phát thiết bị thừa hành để điều khiển đối tượng * Trong hệ thống đo lường điều khiển đại, q trình thu thập sử lý tín hiệu thường máy tính đảm nhiệm Đối tượng điều khiển Cảm biến đo Vi điều khiển (Microcontroler) lường PC thiết bị thừa hành chương trình điều khiển Hình 2: Hệ thống đo lường điều khiển ghép PC Trong sơ đồ đối tượng điều khiển dặc trưng biến trạng thái cảm biến thu nhận Đầu cảm biến phối ghép với vi điều khiển qua dao diện Vi điều khiển có tể oạt động độc lập theo cương trình cào đặt sẵn phối ghép với máy tính Đầu vi điều kiển phối ghép với cấu cháp hành nhằm tác động lên trình hay đối tượng điều khiển Chương trình cho vi điều khiển cài đặt thông qua máy tính nạp chương trình chun dụng Đây sơ đồ điều khiển tự động trình (đối tượng ), đố cảm buến đóng vai trị phần tử cảm nhận, đo đạc đánh giá thông số hệ thống Bộ vi điều khiển làm nhiệm vụ xử lý thơng tin đưa tín hiệu trình Từ sen-sor từ mượn tiếng la tinh Sensus tiếng Đức tiếng Anh gọi sensor, tiếng Việt thường gọi cảm biến.Trong kỹ thuật hay gọi tuật ngữ đầu đo hay đầu dò Các cảm biến thường định nghĩa theo nghĩa rộng thiết bị cảm nhận đáp ứng tín hiệu kích thích 1.2 Phân loại cảm biến Cảm biến phân loại theo nhiều tiêu chí Người ta phân loại cảm biến theo cách sau: a.Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích Hiện tƣợng Vật lý Hóa học Sinh học Chuyển đổi đáp ứng kích thích Nhiệt điện Quang điện Quang từ Điện từ Từ điện … Biến đổi hóa học Biến đổi điện hóa Phân tích phổ… Biến đổi sinh hóa Biến đổi vật lý Hiệu ứng thể sống… b Theo dạng kích thích Các đặc tính kích thích Kích thích Biên pha, phân cực Phổ Tốc độ truyền sóng …vv Điện tích, dịng điện Điện thế, điện áp Điện trường Điện dẫn, số điện môi Âm Điện Từ Cơ Quang Từ trường Từ thông, cường độ từ trường Độ từ thẩm …vv Vị trí Lực, áp suất Gia tốc, vận tốc, ứng suất, độ cứng Mô men Khối lượng, tỉ trọng Độ nhớt…vv Phổ Tốc độ truyền Hệ số phát xạ, khúc xạ …VV Nhiệt độ Thông lượng Tỷ nhiệt …vv Kiểu Năng lượng Cường độ …vv Nhiệt Bức xạ c.Theo tính - Độ nhạy - Độ xác - Độ phân giải - Độ tuyến tính - Cơng suất tiêu thụ d Theo phạm vi sử dụng - Công nghiệp - Nghiên cứu khoa học - Mơi trường, khí tượng - Thông tin, viễn thông - Nông nghiệp - Dân dụng - Giao thông vận tải…vv e Theo thông số mơ hình mạch điện thay - Cảm biến tích cực (có nguồn): Đầu nguồn áp nguồn dịng - Cảm biến thụ động (khơng có nguồn): Cảm biến gọi thụ động chúng cần có thêm nguồn lượng phụ để hoàn tất nhiệm vụ đo kiểm, cịn loại tích cực khơng cần Được đặc trưng thông số: R, L, C… tuyến tính phi tuyến Phạm vi ứng dụng Các cảm biến sử dụng nhiều lĩnh vực kinh tế kỹ thuật Các cảm biến đặc biệt nhạy cảm sử dụng thí nghiệm lĩnh vực nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực tự động hoá người ta sử dụng loại sensor bình thường đặc biệt CÂU HỎI BÀI TẬP Câu 1: Trình bày khái niệm cảm biến? Câu 2: Phạm vi ứng dụng? Công nghiệp thực phẩm Chế biến gỗ Đo mực chất lỏng Đo mực chất lỏng CÂU HỎI BÀI TẬP Câu 1: Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt loại cảm biến tiệm cận? Câu 2: Nêu ưu, nhược điểm loại cảm biến? Câu 3: Trình bày yếu tố ảnh hưởng tới tầm phát cảm biến? 32 BÀI 3: CẢM BIẾN ĐO LƢU LƢỢNG Mã bài: MĐ25 - 03 Giới thiệu: Cảm biến đo lưu lượng sử dụng môi trường chất lỏng để đo đạc thông số liên quan Mục tiêu: - Trình bày số phương pháp để xác định lưu lượng thường dùng lĩnh vực điện tử đời sống - Ứng dụng kỹ thuật cảm biến để đo lưu lượng - Rèn luyện tính cẩn thận, xác, logic khoa học, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Ngun lý đo lưu lượng 1.1 Nguyên lý đo lưu lượng dựa nguyên tắc chênh lệch áp suất Mục tiêu: Nắm phương pháp đo lưu lượng dựa nguyên tắc chênh lệch áp suất ưu nhược điểm phương pháp Để dùng cảm biến áp suất đo lưu lượng, người ta đo chênh lệch áp suất (hiệu áp) vị trí ống có tiết diện dòng chảy khác Các lưu lượng kế đo dựa hiệu áp (differential pressure flowmeter) sử dụng phổ biến, đặc biệt dùng với chất lỏng Các thiết bị hầu hết lưu lượng kế khác gồm hai thành phần Thành phần 1: nguyên nhân gây nên thay đổi lượng động học, tạo nên thay đổi áp suất ống Thành phần phải phù hợp với kích thước đường ống, điều kiện dịng chảy, tính chất lưu chất Thành phần thứ 2: đo chênh lệch áp tín hiệu đầu chuyển đổi thành giá trị lưu lượng 1.1.1 Định nghĩa áp suất Áp suất lực tác dụng đơn vị diện tích p: áp suất A: diện tích F: lực Để đo áp suất người ta sử dụng nguyên tắc giống nhau, áp suất cho tác dụng lên bề mặt xác định, áp suất biến thành lực Việc đo áp suất đưa đo lực Tất lực tác dụng lên mặt phẳng xác định thước đo áp xuất Đơn vị áp suất Ủy ban quốc tế cho việc đo đạc với luật định chọn Pascal (Pa) = N/m2 đơn vị áp suất (ISO 1000, DIN 1301) Việc phân chia thang đo máy đo áp 33 suất dùng với bội số đơn vị Pa mbar = 102 Pa bar = 105 Pa Những đơn vị cũ dùng phổ biến trước đây: mmHg = 1,0000 Torr atm = 760 Torr (atm đơn vị áp suất khí vật lý) 1Torr =1,333224 10 Pa 1kp/cm2 = 0,980665 105 Pa 1at =1kp/cm2 = 0,980665 105 Pa (at đơn vị áp suất khí kỹ thuật) 1mm nước =9,80665 Pa Ngồi nước Anh, Mỹ người ta dùng đơn vị áp suất sau: pound-force/ square yard (Lb/yd2) = 5,425 10-5 at pound-force/ square foot (Lb/ft2) = 4,883 10-4 at pound-force/ square inch (Lb/in2 = psi) = 7,031 10-2 at ounce/ square foot (oz/ft2) = 3,052 10-5 at ounce/ square inch (oz/in2) = 4,394 10-3 at Ton/ square foot (Ton/ft2) = 2,540 10-3 at inch of water (trong nước) = 2,40 10-3 at inch of mecuri (trong thủy ngân) = 3,455 10-2 at 1.2 Bộ phận tạo nên chênh lệch áp suất Dù có nhiều phương pháp đo lưu lượng phát triển, phương pháp đo lưu lượng ống co ứng dụng rộng rãi công nghiệp lãnh vực khác Ống co dùng để tạo chênh lệch áp suất (giữa vị trí ống chưa co ống co) nên ống co phải linh kiện học bền bỉ, cấu trúc đơn giản khơng có phần tử di động để chịu điều kiện vô khắc nghiệt công nghiệp Phương pháp đo sử dụng Pitot tube dựa chênh lệch áp suất không tạo “co” trực tiếp dỏng chảy 1.1.2 Ống co Venturi *Nguyên tắc Phương pháp đo lưu lượng ống co dựa định luật liên tục phương trình lượng Bernoulli 34 Trong đó: A1: Diện tích trước co A2: Diện tích vị trí co u1: Vận tốc trước vị trí co u2: Vận tốc vị trí co p1: Áp suất tĩnh trước vị trí co p2: Áp suất tĩnh vị trí co  : Khối lượng riêng h 1: Độ cao vị trí vị trí trước co h2: Độ cao vị trí vị trí sau co Hình 3.8 Ở nơi diện tích ống bị thu nhỏ, vận tốc dịng chảy gia tăng Với phương trình lượng Bernoulli, lượng dòng chảy tổng lượng áp suất tĩnh động (vận tốc) số 35 Như lưu lượng tỉ lệ với số bậc hai hiệu áp khối lượng riêng số Hình 3.9 Hình ảnh thực tế loại ống co Venturi H800 hãng Tetratec Instruments sản xuất 1.1.3 Orifice plate Orifice plate cách thức đơn giản (và kinh tế nhất) để tác động đến dịng chảy, để từ tính lưu lượng Hình 3.10: Các dạng ống co Orifice plate Orifice plate dày khoảng 1/16 đến đến ¼ inch Có loại Orifice plate: concentric (đồng tâm), eccentric (lệch tâm), segmental (hình cung) (như hình trên) Trong loại, loại concentric sử dụng nhiều Khi lưu chất qua Orifice plate, dòng chảy “hội tụ”, tốc độ lưu chất tăng lên mức tối đa Tại điểm này, áp suất nhỏ Khi dòng chảy phân kì, tốc độ lưu chất giảm trở lại mức ban đầu *Nguyên tắc hoạt động 36 Hình: 3.11 Dòng chảy qua lỗ thu Nguyên tắc đo lưu lượng sử dụng Orifice plate dựa phương trình Bernoulli Trong thực tế giá trị vận tốc thực nhỏ giá trị vận tốc lý thuyết (do ma sát) Sự khác biệt điều chỉnh với hệ số CV = vận tốc thực tế/ vận tốc lý thuyết Bên cạnh diện tích dịng chảy hội tụ nhỏ diện tích Orifice plate, điều tiếp tục điều chỉnh với hệ số CC CC = diện tích vùng hội tụ / diện tích Orifice plate Hai hệ số CV , CC kết hợp với có hệ số điều chỉnh C Qv: Lưu lượng m3/s A: Hệ số điều chỉnh A: Diện tích Orifice plate h: Sự chênh lệch áp suất (m) g: Gia tốc trường (9,8 m2/s) Hệ số C (được định nghĩa theo tiêu chuẩn ISO 5167 – 2003) tra giá trị dựa vào dựa vào tiêu chuẩn ISO 5167 Hình 3.12: Loại Orifice Plate BLS 100 Tetratec Instruments Hình 3.13: Loại Orifice plate tiêu chuẩn BLB300 Tetratec Instruments 37 * 1.1.4 Pitot tube Hình 3.15: Lược đồ Pitot tube *Nguyên tắc hoạt động p1: Áp suất tĩnh dòng chảy lưu chất ống dẫn p 2: Áp suất tĩnh Pitot tube v1: Vận tốc dòng chảy v2: Vận tốc dịng chảy vị trí ứ đọng (bằng 0)  : Khối lượng riêng lưu chất Trong thực tế, Pitot tube tích hợp khối, phận đo tổng áp suất tĩnh động với bộ phận đo áp suất tĩnh đặt thiết bị Do dạng đơn giản pitot tube đo điểm, mà giá trị vận tốc dịng chảy vị trí khác không giống (trên mặt cắt ngang dịng chảy) Do vị trí đo mang tính chất định 38 Hình 3.16: Dạng đơn giản Pitot tube Để khắc phục đặc điểm vận tốc dòng chảy khác nhau, dạng pitot tube trung bình sử dụng Động dòng chảy đo vị trí khác nhau, kết lấy giá trị trung bình Hình 3.17: Pitot tube trung bình 1.2 Phương pháp đo lưu lượng tần số dịng xốy Mục tiêu: - Nắm phương pháp đo lưu lượng áp suất phương pháp đo tần số dịng điện xốy ưu nhược điểm phương pháp 1.2.1 Nguyên tắc hoạt động Phương pháp đo lưu lượng dịng xốy dựa hiệu ứng phát sinh dịng xốy vật cản nằm lưu chất Các dịng xốy xuất bị dòng chảy Hiện tượng Leonardo da Vinci ghi nhận Strouhal năm 1878 cố gắng giải thích lần Ông nhận thấy sợi dây nằm dịng chảy có rung động dây đàn Sự dao động tỉ lệ thuận với vận tốc dịng chảy tỉ lệ nghịch với đường kính sợi dây Hình 3.22: Cảm biến đo lưu lượng với ngun tắc tần số dịng xốy Theodor von Karman tìm thấy nguyên nhân gây dao động này: 39 sinh biến dịng xốy bên cạnh vật cản Một đường Dịng xốy hình thành phía sau vật cản vật đặt dịng chảy Các dịng xốy rời bỏ vật cản trôi theo dịng chảy Phía sau vật cản hình thành đường dịng xốy đặt tên đường xốy Karman Các dịng xốy hai bên cạnh vật cản, có chiều xốy ngược nhau.Tần số biến (và xuất hiện) hiệu ứng dùng để đo lưu lượng thể tích Hình 3.23: Hình ảnh dịng xốy Lord Rayleigh tìm thấy liên hệ kích thước hình học vật cản, vận tốc lưu chất v tần số biến dòng xoáy f Sự liên hệ dược diễn tả với trị số Strouhal a: đường kính vật cản f: tần số dịng xốy v: vận tốc dịng xốy Trị số Strouhal hàm trị số Reynold (Reynold: tỷ lệ lực quán tính lực nhớt lưu chất, biểu thị ma sát dịng chảy Re= uD / µ  : khối lượng riêng lưu chất, u: vận tốc lưu chất, D: đường kính bên ống dẫn, µ :độ nhớt Hình dáng vật cản phải cấu tạo cho khoảng trị số Renoyld rộng mà trị số Strouhal số Hình 3.24 phía cho ta liên hệ trị số Strouhal trị số Renoyld với hai vật cản khác Với vật cản hình lăng kính trị số S ổn định suốt dải trị số Re rộng 40 Hình 3.24: Sự liên hệ trị số Strouhal trị số Renoyld Hình 3.25: Hình ảnh dịng xốy với trị số Reynold khác Với điều kiện số Strouhal S không tùy thuộc vào trị số Reynold ta tính lưu lượng thể tích đơn vị thời gian theo cơng thức sau: A: Diện tích cắt ngang dòng chảy Nguyên tắc đo tần số dịng xốy Với biến xuất dịng xốy, vận tốc dịng chảy hai bên vật cản đường dịng xốy thay đổi cách cục Tần số dao động vận tốc đo với phương pháp khác Các nhà sản xuất lưu lượng kế sử dụng nguyên tắc tần số dịng xốy dùng kỹ thuật khác để ghi nhận tần số Hình 3.26: Kỹ thuật đo với cảm biến áp điện Một số sử dụng “vây cá” khí để ghi nhận rung động dòng 41 chảy Số khác sử dụng kỹ thuật cảm biến áp điện sóng siêu âm để cảm nhận thay đổi áp suất Ngồi cịn có số phương pháp khác để ghi nhận số liệu như: Đo dao động áp suất với màng sọc co dãn Hình 3.27: Kỹ thuật đo dùng Sóng siêu âm Kỹ thuật số mở kỉ nguyên cho lưu lượng kế sử dụng nguyên tắc tần số dịng xốy, kỹ thuật số cho phép phân tích tín hiệu nhận được, điều mà trước thực Trong báo cáo nghiên cứu gần cho thấy nhà sản xuất đạt tiến đáng kể cho mục tiêu bản: Đo tần số dịng xốy Vấn đề ln xác định tín hiệu từ dịng xốy, đặc biệt tần số dịng xốy mức thấp Với tín hiệu dịng xốy tần số thấp, có chia dải tần với rung động hạ tần khác công nghiệp Các nhà sản xuất sử dụng lọc để tăng tỷ lệ tín hiệu tạp âm Tuy nhiên tần số dịng xốy thay đổi, thiết bị phải tự động điều chỉnh lại dải thơng lọc Tình trạng so sánh với radio, người sử dụng dò tần số đài phát thanh, tìm thấy giữ cố định Vấn đề tần số dịng xốy khó khăn hơn, có nhiều tín hiệu khác dải tần mà thiết bị tìm kiếm Thậm chí tìm tần số rồi, thay đổi chốc lát Cảm biến đo mức dạng điện cực 2.1 Khái quát Cảm biến đo mức nước điện cực, điều khiển mức mức điện cực, cảm biến đo mức nước mức, mức, đo mức nước dạng điện cưc, điều khiển bơm đầy nước, xả cạn, cảm biến đo mức nước Bộ điều khiển báo mức chất lỏng với phạm vi độ nhạy rộng, có khả điều chỉnh độ nhạy tương ứng cho loại chất lỏng (nước muối, hóa chất, nước thải…), ứng dụng hệ thống cấp thoát nước, báo mức Thiết bị có nhiều chế độ hoạt động, đáp ứng nhiều tình thông dụng việc điều 42 khiển mực chất lỏng việc bơm đầy hút cạn Với hai ngỏ relay, cho việc báo động sử dụng cho báo mức cao thấp (đối với loại điện cực) cho điều khiển, tùy vào ứng dụng chọn chế độ Các điện cức hoạt động theo nguyên tắc so sánh điện trở với que chuẩn, điện áp loại khác, phịng chống cháy nổ tốt 2.2 Thơng số báo mức nước điện cực – Nguồn cấp: 195 to 265 VAC, 98 to 132 VAC, 19.2 to 28.8 VAC/DC – Ngõ ra: relay relay (alarm) – Thời gian đáp ứng: ON-OFF giây – Tần số ngõ ra: 0,5Hz – Nhiệt độ hoạt động: -20~50 độ C – Điều khiển: Cấp nước xả nước 2.3 Bộ giữ điện cực Gồm loại cực loại cực IP: 65 Vật liệu: Nhựa PP Nhiệt độ: -20~90 độ C Hình 3.28: Đầu đo nước điện cực 2.4 Sơ đồ kết nối Hình 3.29: Sơ đồ kết nối điện cực 43 Cảm biến đo áp suất 3.1 Khái niệm cảm biến áp suất Cảm biến áp suất thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện Thiết bị thường dùng để đo áp suất dùng ứng dụng có liên quan đến áp suất 3.2 Cấu tạo cảm biến áp suất Cấu tạo cảm biến áp suất màng Dựa vào hình trên, dễ dàng hình dung cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất Dễ hiểu loại cảm biến áp suất màng hình Cấu tạo loại cảm biến nói chung, thơng thường phần đầu tiếp xúc làm thép không gỉ, bên màng cảm biến khuếch đại tín hiệu điện 3.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất? 44 Theo hình trên, giả sử áp suất dương (+) đưa vào lớp màng căng lên từ trái sang phải, đưa vào áp suất âm (-) lớp màng căng ngược lại Tùy theo độ biến dạng lớp màng mà xử lý bên biết giá trị áp suất Chính nhờ thay đổi tín hiệu xử lý đưa tín hiệu để biết áp suất Lớp màng cảm biến chứa cảm biến nhỏ để phát thay đổi Khi có lực tác động vào lớp màng bị thay đổi theo chiều tương ứng với chiều lực tác động Sau cảm biến so sánh thay đổi với lúc ban đầu để biết biến dạng % Từ đó, xuất tín hiệu ngõ tương ứng Các tín hiệu ngõ 420ma 0-10V tương ứng với áp suất ngõ vào 3.4 Các lưu ý chọn mua cảm biến áp suất Dãy đo áp suất bao nhiêu? Nguồn cảm biến gì? 4-20mA hay 0-10V… Mơi trường cần đo gì? nước hay dầu, mơi trường có khả ăn mịn cao khơng? Khả chịu q áp cảm biến áp suất tương dãy đo áp suất dùng Sai số cảm biến áp suất Nhiệt độ làm việc: làm việc tốt 80oC Khi áp suất đo có nhiệt độ cao 80oC; nên dùng ống si phon để giảm nhiệt bảo vệ cho cảm biến CÂU HỎI BÀI TẬP Câu 1: Nêu phận đo chênh lệch áp suất? Câu 2: Phương pháp đo lưu lượng tần số dịng xốy? Câu 3: Trình bày khái niệm cảm biến đo áp suất? Câu 4: Trìnhbayf khái quát cảm biến đo mức dạng điện cực? 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật 2006 [2] Nguyễn Văn Hịa, Giáo trình đo lường cảm biến đo lường, NXB Giáo dục 2005 [3] Lê Văn Doanh- Phạm Thượng Hàn, Các cảm biến kĩ thuật đo lường điều khiển, NXB Khoa học kỹ thuật 2006 [4] Lê Văn Doanh, Các cảm biến kĩ thuật đo lường điều khiển, NXB Khoa học kỹ thuật 2001 [5] Nguyễn Thị Lan Hương, Kỹ thuật cảm biến, NXB Khoa học kỹ thuật 2008 [6] Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến, Cảm biến, NXB Khoa học kỹ thuật 2000 46