Cảm biến vị trí - Kỹ thuật cảm biến

Nội dung thực hiện: Khái niệm về đo khoảng cách và phát hiện vị trí xuất hiện Phân loại cảm biến vị trí (theo nguyên lý hoạt động, theo phương pháp đo, theo tín hiệu đầu ra). Công tắc hành trình Cấu tạo, nguyên lý Đặc điểm, ứng dụng. Công tắc từ Cấu tạo, nguyên lý Đặc điểm, ứng dụng. Cảm biến tiệm cận Khái niệm về cảm biến tiệm cận (đến gần) Cảm biến tiệm cận điện cảm. Cảm biến tiệm cận điện dung. Cảm biến siêu âm (Nêu cấu tạo, nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng mỗi loại. cần đề cập rõ sự phụ thuộc vào vật thể phát hiện có ảnh hưởng như thế nào đến đo khoảng cách dịch chuyển; Giới thiệu các sản phẩm cảm biến từ các datasheet) Nêu các phương pháp đo khoảng cách khác Biến trở Đo khoảng cách bằng phương pháp thay đổi hệ số tự cảm Đo khoảng cách bằng phương pháp thay đổi dung kháng Có thể đưa các hình ảnh thực tế của các cảm biến (catalog); đưa các hình ảnh ứng dụng của cảm biến vào các dây chuyền sản xuất.

Chủ đề thuyết trình

CẢM BIẾN VỊ TRÍ

Nhóm 11

Thành viên: 1 Trần Thị Thùy Minh

2 Nguyễn Minh Tân

3 Nguyễn Xuân Trường

4 Nguyễn Tri Tùng Lớp: DHDTTT03- K14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘISáng tạo – Chất lượng – Phát triển – Hiệu quả

Phân loại cảm biến vị trí

Công tắc hành trình

Công tắc từ

Cảm biến tiệm cận

Các phương pháp đo khoảng cách khác

1 Khái niệm về đo khoảng cách và phát hiện vị trí

1.1

Nội dung

1.2

Nội dung

Khái niệm chung

Phân loại phép đo khoảng cách và vị trí

Đại lượng vật lý hay toán học để

tính độ lớn của đoạn thẳng nối

giữa hai điểm nào đó

Vị trí:

Tọa độ của 1 điểm được tính

toán theo một hệ tọa độ nhất

định

- Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu

là hàm phụ thuộc vào vị trí của

- Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu

là hàm phụ thuộc vào vị trí của

Phương pháp 2.

- Khi đối tượng dịch chuyển với một khoảng cách nhất định (đã định trước), cảm biến sẽ phát ra một xung Việc xác định vị trí và khoảng cách dịch chuyển dựa trên các xung tín hiệu phát ra

1 Khái niệm về đo khoảng cách và phát hiện vị trí

1.2 Phân loại phép đo khoảng cách và vị trí

2 Phân loại cảm biến vị trí

Theo nguyên lí hoạt động

Theo phương pháp đo

Theo tín hiệu đầu ra

2 Phân loại cảm biến vị trí

2.1 Phân loại theo nguyên lí hoạt động

• Theo nguyên lý người ta chia cảm biến làm hai loại: Cảm biến tích cực và cảm biến thụ động

Cảm biến tích cực

• Là các loại cảm biến hoạt động như

một máy phát điện, về mặt nguyên lý

nó thường dựa trên các hiệu ứng vật

lý biến đổi một dạng năng lượng nào

đó (như nhiệt, cơ, quang) thành

năng lượng điện

• Hiệu ứng nhiệt điện

2 Phân loại cảm biến vị trí

2.2 Phân loại theo phương pháp đo

Có 2 loại:

1 Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng:

Cảm biến điện từ là nhóm các cảm biến hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng

điện từ

• Cảm biến có khe hở từ biến thiên

• Cảm biến có lõi từ dịch chuyển

2 Cảm biến vị trí kiểu quang học

2 Phân loại cảm biến vị trí

2.3 Phân loại theo tín hiệu đầu ra

3 Công tắc hành trình

3.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

Kí hiệu công tắc hành trình

Cấu tạo

a Cấu tạo

• Công tắc hành trình hay còn gọi công tắc giới hạn hành trình là dạng công

tắc dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động nào đó trong

một cơ cấu hay một hệ thống

3 Công tắc hành trình

3.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

b Nguyên lí làm việc

• Khi có lực tác động lên đòn bẩy (hoặc vấu cam) sẽ làm trục cơ khí bị đẩy xuống, trạng

thái các tiếp điểm bị thay đổi (COM – NC bị mở ra và COM – NO bị đóng lại) Khi ngừng

tác động lên đòn bẩy (hoặc vấu cam) thì nhờ lực đàn hồi của lò xo trục cơ khí bị đẩy lên,

trạng thái tiếp điểm trở lại ban đầu (COM - NC bị đóng lại và COM - NO bị mở ra)

3 Công tắc hành trình

3.2 Đặc điểm và ứng dụng

- Công tắc hành trình dùng để nhận biết vị trí chuyển động của cơ cấu máy Công

tắc hành trình là một tiếp điểm cơ khí do đó tuổi thọ không cao, không dùng được

trong môi trường dầu, mỡ, hoá chất.

a Đặc điểm:

b Ứng dụng:

- Chúng ta có thể bắt gặp các công tắc hành trình trong ứng

dụng công nghiệp cần sự an toàn hoặc phát hiện

+ Phát hiện sự tiếp xúc của đối tượng

4 Công tắc từ

4.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

a Cấu tạo

• Công tắc từ là loại linh kiện cơ điện từ: Chúng đóng

hay mở mạch điện dựa trên nguyên lý từ trường

Khi từ trường đủ mạnh làm chúng nhiễm từ để mở

hay đóng mạch điện

• Cấu tạo của công tắc từ gồm có một tiếp điểm lưỡi

gà được đặt trong một bóng thuỷ tinh rút chân

không và một nam châm vĩnh cửu

b Nguyên lí

• Khi tiếp điểm lưỡi gà đặt gần nam châm

vĩnh cửu thì lực từ trường do Nam châm

vĩnh cửu sinh ra sẽ hút tiếp điểm đóng

4 Công tắc từ

4.1.Đặc điểm và ứng dụng

a Đặc điểm:

b Ứng dụng:

- Công tắc từ có tiếp điểm đặt trong bóng thuỷ tinh kín nên có thể

chịu được môi trường dầu, mỡ, hoá chất

- Trong thực tế, công tắc từ được ứng dụng nhiều

trong công nghiệp như chế tạo cảm biến mức,

nhận biết vị trí của các chi tiết máy

- Ngoài ra trong đời sống, công tắc hành trình

còn được ứng dụng:

+ Làm công tắc đóng mở thiết bị

+ Làm cảm biến cửa

Cảm biến tiệm cận điện cảm

Cảm biến tiệm cận điện dung

Cảm biến siêu âm

5 Cảm biến tiệm cận

Khái niệm cảm biến tiệm cận

a Khái niệm:

- Dùng để nhận biết sự có mặt hay

không có mặt của một vật thể với cảm

biến điện tử không công tắc ( Không

đụng chạm )

- Cảm biến tiệm cận có một vị trí rất

quan trọng trong thực tế

3. Hoạt động ổn định, chống rung động và chống shock tốt

4. Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao

5. Đầu sensor nhỏ, có thể lắp ở nhiều nơi

6. Đặc biệt có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

Cấu tạo của các dạng cảm biến tự cảm đơn

1 Lõi sắt từ 2 Cuộn dây 3 Phần động

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm có khe từ biến thiên

a Cảm biến tự đơn cảm đơn

5 Cảm biến tiệm cận

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm có khe từ biến thiên

b Cảm biến tự đơn cảm kép

5 Cảm biến tiệm cận

5 Cảm biến tiệm cận

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.2 Cảm biến tiệm cận điện cảm dựa trên ng.lí mạch dao động

a Cấu trúc

Mạc

h dao độn g

Chỉn

h lưu

Đón

g cắt

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.2 Cảm biến tiệm cận điện cảm dựa trên ng.lí mạch dao động

b Nguyên lí

5 Cảm biến tiệm cận

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.2 Cảm biến tiệm cận điện cảm dựa trên ng.lí mạch dao động

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.2 Cảm biến tiệm cận điện cảm dựa trên ng.lí mạch dao động

c Phân loại

5 Cảm biến tiệm cận

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.2 Cảm biến tiệm cận điện cảm dựa trên ng.lí mạch dao động

c Phân loại

Vùng điện

từ trườngBề mặt cảm

biến

Lõi Ferit Vòng kim loại

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.2 Cảm biến tiệm cận điện cảm dựa trên ng.lí mạch dao động

c Phân loại

Loại 2: Unshielded

d 1 3d1  

• Không có vòng kim loại bao quanh

• Không thể lắp đặt cảm biến có thể đặt

ngang bằng với bề mặt làm việc ( bằng

kim loại )

• Xung quanh cảm biến phải có một vùng

không chứa kim loại

• Có tầm phát hiện lớn hơn loại Shielded

5 Cảm biến tiệm cận

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.2 Cảm biến tiệm cận điện cảm dựa trên ng.lí mạch dao động

d Kĩ thuật nối dây

d 1

Mạc

h dao độn g

Chỉn

h lưu

Đón

g cắt

Khối đầu ra

+

-OU T

+

-Kỹ thuật nối dây đối với loại đầu ra NPN

5 Cảm biến tiệm cận

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.2 Cảm biến tiệm cận điện cảm dựa trên ng.lí mạch dao động

d Kĩ thuật nối dây

Kỹ thuật nối dây đối với loại đầu ra PNP

d 1

Mạc

h dao độn g

Chỉn

h lưu

Đón

g cắt

Khối đầu ra

+

-OU T

+

-5 Cảm biến tiệm cận

5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

5.1.3 Ưu và nhược điểm của cảm biến tiệm cận điện cảm

• 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 kỹ thuật khác

5.2 Cảm biến tiệm cận điện dung

5.2.1 Cấu tạo

Gồm 4 phần chính:

 Cuộn dây điện từ

 Bộ tạo dao động: tạo dao động tần số cao

 Mạch kích hoạt: giám sát biên độ của bộ dao động

 Khối đầu ra: mở/tắt

=> Bề mặt cảm biến điện dung có cấu tạo bởi ba vòng kim loại đồng tâm:

- Hai vòng kim loại ở trong cùng là hai điện cực tạo thành tụ điện

- Vòng tròn thứ ba ngoài cùng gọi là điện cực bù Điện cực bù có tác dụng giảm độ nhạy

của cảm biến với bụi bẩn, dầu mỡ… giúp cho cảm biến hoạt động chính xác hơn

5 Cảm biến tiệm cận

tiến gần tới cảm biến

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung

5 Cảm biến tiệm cận

5.2 Cảm biến tiệm cận điện dung

5.2.2 Nguyên lí hoạt động

5 Cảm biến tiệm cận

5.2 Cảm biến tiệm cận điện dung

5.2.3 Phân loại

• Không có vòng kim loại bao quanh

• Không thể đặt ngang bằng với bề mặt làm việc

Cảm biến tiệm cận điện dung được chia thành 2 loại chính

Loại 1:

Shielded

• Gồm một vòng kim loại bao quanh giúp hướng

vùng điện trường về phía trước

• Có thể đặt ngang bằng với bề mặt làm việc

Loại 2:

Unshield

ed

5 Cảm biến tiệm cận

5.2 Cảm biến tiệm cận điện dung

5.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới tầm phát hiện

1 Kích thước của điện cực của cảm biến

2 Vật liệu và kích thước đối tượng

3 Nhiệt độ môi trường

Quan hệ giữa điện môi và khoảng cách

5 Cảm biến tiệm cận

5.2 Cảm biến tiệm cận điện dung

5.2.5 Ứng dụng

5 Cảm biến tiệm cận

5.3 Cảm biến siêu âm

5.3.1 Khái niệm

5 Cảm biến tiệm cận

• Sóng siêu âm là các tín hiệu âm thanh ở tần số cao, ngoài vùng nghe được của con

người

• Cảm biến siêu âm là thiết bị dùng để xác định vị trí của các vật

thông qua thu phát sóng siêu âm Thực chất của cảm biến siêu âm

là một máy phát và một thiết bị thu sóng siêu âm được chế tạo bằng

gốm áp điện hoặc máy phát sóng điện tử

5.3 Cảm biến siêu âm

5.3.2 Cấu tạo

5 Cảm biến tiệm cận

Cảm biến siêu âm gồm có 4 phần chính:

1 Bộ phận phát và nhận sóng siêu âm (Trasducer/Receiver)

2 Bộ phận so sánh (Comparator)

3 Mạch phát hiện (Detector Circuit)

4 Mạch điện ngõ ra (Output)

Trasducer Receiver Comparator

Detector Circuit Output

5.3 Cảm biến siêu âm

• Kích thước và vật liệu của

đối tượng cần phát hiện

quyết định tới khoảng cách

phát hiện

5.3 Cảm biến siêu âm

• Kích thước và vật liệu của

đối tượng cần phát hiện

quyết định tới khoảng cách

phát hiện

5.3 Cảm biến siêu âm

5.3.4 Ưu và nhược điểm của cảm biến siêu âm

5 Cảm biến tiệm cận

Ưu điểm

1 Khoảng cách có thể lên tới 15m

2 Sóng phản hồi của cảm biến không phụ thuộc vào màu sắc của bề mặt

đối tượng hay tính chất phản xạ ánh sáng của đối tượng

3 Tín hiệu đáp ứng của cảm biến tiệm cận siêu âm Analog tỉ lệ tuyến tính

với khoảng cách

5.3 Cảm biến siêu âm

5.3.4 Ưu và nhược điểm của cảm biến siêu âm

5 Cảm biến tiệm cận

Nhược điểm

1 Yêu cầu đối tượng có một diện tích bề mặt tối thiểu

2 Sóng phản xạ hồi tiếp có thể chịu ảnh hưởng của các tạp âm khác

3 Yêu cầu một khoảng thời gian để phát sóng nhận sóng, do vậy đáp ứng

chậm hơn cảm biến khác 0.1s

4 Khó phát hiện ở khoảng cách lớn với đối tượng có mật độ vật chất nhỏ

5 Giới hạn khoảng cách phát hiện nhỏ nhất

6 Sự thay đổii của môi trường ảnh hưởng tới kết quả đo

7 Nhiệt độ bề mặt của đối tượng ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động của

cảm biến

5.3 Cảm biến siêu âm

5.3.5 Một số ứng dụng của cảm biến siêu âm

5.3 Cảm biến siêu âm

5.3.5 Một số ứng dụng của cảm biến siêu âm

5 Cảm biến tiệm cận

5.3 Cảm biến siêu âm

5.3.7 Một số sản phẩm của cảm biến siêu âm

5 Cảm biến tiệm cận

5.3 Cảm biến siêu âm

5.3.7 Một số sản phẩm của cảm biến siêu âm

Phương pháp thay đổi hệ số tự cảm

Phương pháp thay đổi dung kháng

6 Các phương pháp đo khoảng cách

khác

6.1 Đo khoảng cách sử dụng biến trở

 Ưu điểm :

• Rẻ tiền.

• Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.

• Đo được khoảng dịch chuyển lớn.

 Nhược điểm :

• Bị ảnh hưởng của bụi và ẩm

• Tuổi thọ kém, mau bị hao mòn.

6 Các phương pháp đo khoảng cách

khác

6.1 Đo khoảng cách sử dụng biến trở

Sơ đồ đo:

Phương pháp xác định trị số điện trở chính xác nhất là sử dụng sơ đồ cầu

đo (hình 2.23) khi đó sơ đồ được chỉnh định sao cho điện áp đường chéo

cầu =0 V, Tức là dùng điện kế galvanometer chỉ thị “0” Khi cầu cân bằng

có thể xác định trị số điện trở chưa biết theo giá trị biết trước của các điện

trở khác:

  

6 Các phương pháp đo khoảng cách khác

6.2 Đo khoảng cách sử dụng thay đổi hệ số tự cảm

6 Các phương pháp đo khoảng cách khác

6.2 Đo khoảng cách sử dụng thay đổi hệ số tự cảm

Trong đó:

W- số vòng dây

R - từ trở của khe hở không khí

 - chiều dài khe hở không khí

s - tiết diện thực của khe hở không khí

6 Các phương pháp đo khoảng cách

khác

6.3 Đo khoảng cách sử dụng thay đổi dung cảm

 Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung:

- Cảm biến điện dung hoạt động dựa trên nguyên

lý thay đổi điện dung của cảm biến phát ra; khi có

sự tác động của môi chất Tín hiệu ngõ ra có thể

là tín hiệu relay : NPN, PNP hoặc tín hiệu Analog

4-20mA dùng cho cảm biến đo mức liên tục

Nguyên lý báo mức dạng điện dung

6 Các phương pháp đo khoảng cách khác

6.3 Đo khoảng cách sử dụng thay đổi dung cảm

 Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung:

• Xung quanh cảm biến luôn có một lượng rất nhiều điện

cực mắc nối tiếp giữa cảm biến với thành bồn Khi mức

chất lỏng hoặc chất rắn tiếp xúc với điện cực của cảm

biến thì lượng điện cực này lại tăng lên Thông qua các

thuật toán của các vi xử lý chúng ta có thể xác định được

mức của nhiên liệu tiếp xúc với cảm biến

• Mỗi một nguyên liệu khác nhau lại có một mức độ dẫn

điện khác nhau nên chúng ta cần sử dụng cảm biến cho

6 Các phương pháp đo khoảng cách

khác

6.3 Đo khoảng cách sử dụng thay đổi dung cảm

 Cảm biến điện dung được sử dụng để đo mức dầu

Mặc dù dầu là một môi chất không dẩn điện nhưng

cảm biến điện dung vẫn đo được các loại dầu DO –

FO và cả dầu ăn

 Đối với các chất rắn như xi măng, bột, lúa, gạo, bột

sắn, bột sữa … thì cảm biến điện dung dể dàng đo

được do có sự biến đổi dung kháng lớn khi tiếp xúc

với cảm biến Khoảng cách tối đa cảm biến điện

dung có thể đo được là 20m

 Ứng dụng

Cảm ơn thầy cô đã lắng nghe