Tài liệu lý thuyết Sensor doc

Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA ĐIỆN TỬ YZ TÀI LIỆU LÝ THUYẾT : Nội dung :  GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CẢM BIẾN  KÝ HIỆU CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN  NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN  MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN  CÂU HỎI ÔN TẬP THÁNG 03/2005 Kỹ sư Trần văn Thành Trang 1 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC I. Giới thiệu. II. Cảm biến. III. Các loại công tắc. IV. Các loại kí hiệu công tắc quốc tế. V. Các loại kí hiệu công tắc Bắc Mỹ. VI. Cảm biến BERO. VII. Nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng. VIII. Các loại cảm biến cảm ứng. IX. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung. X. Các loại cảm biến điện dung. XI. Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm. XII. Các loại cảm biến siêu âm. XIII. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang. XIV. Các loại cảm biến quang. XV. ng dụng của cảm biến. XVI. Trả lời câu hỏi. XVII. Câu hỏi thi cuối kì. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 2 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC I. Giới thiệu. Sau khi nghiên cứu về bộ môn cảm biến, các bạn có thể : Nắm được ưu, khuyết điểm, ứng dụng của các loại công tắc, cảm biến quang, cảm biến cảm ứng, cảm ứng điện dung và cảm biến siêu âm. Mô tả thiết kế, và nguyên lý hoạt động về cơ khí của các loại công tắc. Nắm được kí hiệu của quốc tế và Bắc Mỹ về các loại công tắc. Nắm được thiết kế và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang, cảm biến cảm ứng, cảm ứng điện dung và cảm biến siêu âm và mô tả được sự giống nhau và khác nhau giữa chúng. Sử dụng đúng những loại cảm biến cho ừng ứng dụng. Nắm được phương pháp thay đổi biến quét của cảm biến quang. Nắm được 10 loại cảm biến cảm ứng và từng cảm biến trong từng loại. Mô tả hiệu ứng của chất cách điện trong cảm biến điện dung. Nắm được ảnh hưởng của môi trường trong cảm biến siêu âm. Nắm được các loại cảm biến siêu âm cần điêu chỉnh bằng tay, có thể được dùng với SONPROG, và cần phải sử dụng với một máy đo. Mô tả sự khác nhau giữa mode sáng và mode tối trong cảm biến quang. Mô tả việc sử dụng sợi quang và công nghệ laser trong cảm biến quang của Siemens. Lựa chọn loại cảm biến phù hợp cho việc cảm biến kim loại, khoảng cách và tải. Trước hết, yêu cầu các bạn phải nắm được cơ bản về điện và các thiết bò điều khiển trước khi tìm hiểu về cảm biến. II. Cảm biến. Một loại hồi tiếp thường cần cho cho hệ thống công nghiệp là vò trí của một hay nhiều đối tượng được điều khiển. Cảm biến là loại thiết bò dùng cung cấp thông tin về sự tồn tại hay không tồn tại của một đối tượng. Một số loại cảm biến thường gặp : Bao gồm các loại công tắc, cảm biến quang, cảm ứng, điện dung và siêu âm. Những sản phẩm này thường được đặt trong nhiều loại cấu hình phục vụ cho hầu như tất cả các loại ứng dụng thực tế và công nghiệp. Mỗi loại cảm biến sẽ được thảo luận trong từng mục. Tại cuối tài liệu, sẽ có đề nghò từng loại cảm biến cho từng loại ứng dụng cụ thể. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 3 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Kỹ thuật : Công tắc dùng bộ truyền động cơ khí ngõ vào, cần cảm biến thay đổi ngõ ra của nó khi một vật thể tác động vật lý vào công tắc. Cảm biến, chẳng hạn như cảm biến quang, cảm ứng, điện dung và siêu âm thì thay đổi ngõ ra khi một vật thể xuất hiện, nhưng không tác động vào cảm biến. Tuỳ thuộc vào ưu và khuyết điểm của một trong những loại cảm biến, sự khác nhau về kỹ thuật cảm biến phù hợp cho từng loại ứng dụng. Bảng sau liệt kê những kỹ thuật cảm biến được giải thích trong tài liệu này. Cảm biến Ưu điểm Khuyết điểm ng dụng Công tắc Dòng lớn Giá rẻ Cảm biến kỹ thuật thấp Yêu cầu có sự tác động của vật thể Thời gian cảm biến rất chậm Rung phím Khoá Cảm biến hành trình Cảm biến quang Cảm biến được các loại vật thể Lâu hỏng Khoảng cảm biến lớn Thời gian cảm biến rất nhanh Bẩn thấu kính Khoảng cảm biến phụ thuộc vào màu và độ phản xạ của vật thể Đóng gói Phát hiên vật liệu Xác đònh các bộ phận Cảm biến cảm ứng Chòu được môi trường khắc nghiệt Dự báo Lâu hỏng Dễ dàng cài đặt. Khoảng cách giới hạn Công nghiệp và máy móc Dụng cụm máy móc Cảm biến các vật thể kim loại Cảm biến điện dung Dò tìm xuyên qua một vài hộp Có thể dò tìm vật thể không kim loại Rất nhạy với sự thay đổi của môi trường Cảm biến mức Cảm biến siêu âm Dò tìm tất cả các loại vật thể Độ phân giải Bò lặp Bò ảnh hưởng bởi nhiệt Chống va chạm Cửa Thắng xe Điều khiển mức Kỹ sư Trần văn Thành Trang 4 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Tiếp điểm : Tiếp điểm gồm tiếp điểm thường đóng (NC) và tiếp điểm thường hở (NO) hay là sự kết hợp giữa các tiếp điểm thường hở và thường đóng. Ký hiệu mạch điện thường dùng để mô tả một đường dẫn có dòng chảy được đóng (có dòng chảy qua ) hay được mở ( không có dòng chảy qua). Để mô tả, người ta quy đònh một tiếp điểm được tô sáng tức là đang ở trạng thái được tác động làm cho chúng không còn ở trạng thái thường có của chúng nữa. Mạch ví dụ : Trong mạch sau, một công tắc cơ khí (LS1) được đặt nối tiếp với một tiếp điểm Run/Stop một cuộn tiếp điểm “M”. Tiếp điểm Run/Stop đang ở trog trạng thái Run và động cơ đang hoạt động. Chú ý rằng tiếp điểm “M” và Run/Stop đang ở trog trạng thái sáng, tức là chúng đang được tác động, nói cách khác chúng là những tiếp điểm thường hở đang ở trạng thái được tác động làm cho đóng lại. LS1 là một công tắc thường đóng. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 5 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Khi một đối tượng làm cho tiếp điểm LS1 thay đổi trạng thái. Tiếp điểm này được tô sáng. Cuộn tiếp điểm M không được cấp điện trở về trạng thái thường hở của nó làm dừng động cơ. III. Các loại công tắc. Một loại công tắc cơ bản gồm : thân và đầu công tắc. Thân công tắc bao gồm những tiếp điểm dùng cung cấp điện hay không cung cấp điện cho mạch. Đầu công tắc là cánh gạt hay pittông hoạt động như bộ truyền động. Một công tắc chuẩn là một thiết bò cơ khí mà dùng tiếp điểm vật lý để xác đònh sự tồn tại của một vật thể. Khi vật thể tác động đến công tắc thông qua bộ truyền động, bộ truyền động chuyển từ vò trí bình thường đến vò trí tác động. Sự hoạt động cơ khí này tích cực tiếp điểm trong thân công tắc. Operating head : Đầu công tắc. Switch body : Thân công tắc. Actuator : Bộ truyền động. Target : Phần tử. Nguyên lý hoạt động : Một số các giới hạn cần phải nắm để để hiểu một công tắc hoạt động như thế nào. Free position (Vò trí tự do) là vò trí của bộ truyền động khi không có lực nào tác động vào. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 6 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Pretravel (Khoảng trước di chuyển) là khoảng cách hay khoảng tam giác thay đổi từ vò trí tự do đến vò trí tác động. Operating position (Vò trí tác động) là nơi mà tiếp điểm trong công tắc chuyển từ trạng thái thường (NO hay NC) sang trạng thái tích cực. Overtravel (Vùng quá tầm) là khoảng cách mà bộ truyền động có thể di chuyển an toàn vượt quá điểm tác động. Differential travel (Khoảng chênh lệch) là khoảng di chuyển giữa vò tri tác động và vò trí nhả khớp. Release position (Vò trí nhả khớp ) là nơi mà tiếp điểm chuyển từ trạng thái tác động của chúng sang trạng thái thường. Release travel (Khoảng nhả khớp) là khoảng di chuyển từ vò trí nhả khớp sang vò trí tự do. Tác động tạm thời Một loại của quá trình truyền động là tạm thời. Khi vật thể tác động đến công tắc thông qua bộ truyền động, nó quay bộ truyền động từ vò trí tự do sang vùng quá tầm đến vò trí tác động. Tại điểm này, tiếp điểm trong thân công tắc chuyển trạng thái. Một lò xo đưa cần gạt truyền động và tiếp điểm đến vò trí tự do khi bộ truyền động khi bộ truyền động không còn tiếp xúc với vật thể. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 7 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Tác động xác lập Trong nhiều ứng dụng, rất cần cần gạt và tiếp điểm giữ nguyên trạng thái tác động sau khi vật thể rời bộ truyền động. Với tác động giữ nguyên cần gạt và tiếp điểm quay trở về vò trí tự do khi lực tác động vào bộ truyền động được tác động theo hướng ngược lại. Một bộ truyền động kép thường được dùng cho ứng dụng này. Tiếp điểm chuyển tiếp nhanh (Snap-Action Contact) Có hai loại tiếp điểm, tiếp điểm chuyển tiếp nhanh và tiếp điểm chuyển tiếp chậm. Tiếp điểm chuyển tiếp nhanh đóng hay mở không phụ thuộc vào tốc độ của bộ truyền động. Khi tác động một lực vào bộ truyền động theo hướng di chuyển, một áp lực được đặt vào lò xo. Khi bộ truyền động đạt đến vò trí tác động, một tập hợp các chuyển động làm cho tiếp điểm nhanh chóng rời khỏi vò trí của nó đi đến vò trí tích cực. Khi tác động không còn, bộ truyền động trở về vò trí tự do. Khi bộ truyền động đạt đến vò trí nhả khớp, cơ cấu lò xo nhanh chóng tác động đến tiếp điểm đưa nó trở về vò trí ban đầu. Từ khi việc đóng, mở tiếp điểm không phụ thuộc vào tốc độ của bộ truyền động, tiếp điểm chuyển tiếp nhanh trở nên phổ biến hơn thay thế cho tiếp điểm chuyển tiếp chậm. Plunger : pit tông Fixed Contact : Tiếp điểm cố đònh. Double Moving Contact : Cặp tiếp điểm di chuyển. Return Spring : Lò xo hồi phục. Snap Spring : Lò xo chuyển tiếp nhanh. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 8 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Tiếp điểm chuyển tiếp chậm (Slow-Break Contact) Chuyển mạch với tiếp điểm chuyển tiếp chậm có sự di chuyển tiếp điểm phụ thuộc vào tốc độ và sự di chuyển của bộ truyền động. Điều này để đảm bảo rằng sự di chuyển của tiếp điểm phụ thuộc vào bộ truyền động. Tiếp điểm chuyển tiếp chậm có thể là một trong hai loại : make-before-break hay break-before- make. Trong tiếp điểm chuyển tiếp chậm với tiếp điểm break-before-make, tiếp điểm thường đóng mở trước khi tiếp điểm thường hở đóng. Điều này cho phép ngắt một chức năng trước khi một chức năng khác tiếp tục trong điêu khiển tuần tự. Trong tiếp điểm chuyển tiếp chậm với tiếp điểm make-before- break, tiếp điểm thường hở được đóng trước khi tiếp điểm thướng đóng được hở. Điều này cho phép bắt đầu một chức năng ngắt một chức năng khác. Chuyển mạch nhiều tiếp điểm (Contact Arrangement) Có hai loại cấu hình tiếp điểm cơ bản sử dụng trong công tắc giới hạn : single-pole, double-throw (SPDT) và double-pole, double-throw (DPDT). Thuật ngữ này có thể gây khó hiểu nếu đem so sánh với thuật ngữ tương tự trong chuyển mạch khác hay tiếp điểm relay. Vì thế, tốt nhất nên nhớ theo các điểm sau : Loại SPDT có một tiếp điểm NO và một tiếp điểm NC. Loại DPDT có hai tiếp điểm NO và hai tiếp điểm NC. Có sự khác nhau giữa ký hiệu về SPDT và DPDT giữa quốc tế và Bắc Mỹ. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 9 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Công suất (Electrical Ratings) Tiếp điểm được đánh giá công suất phụ thuộc vào dòng và áp. Công suất đïc đánh giá chung là công suất cảm ứng. Một loại tải cảm ứng là một relay hay là một cuộn công tắc từ. Có 3 thành phần sinh ra công suất cảm ứng : Công tắc (Make ) : Là công suất sinh ra khi tiếp điểm cơ khí đóng tải. Điều này liên quan đến việc dòng chảy vào và được đặc trưng bởi hai vòng hay ít hơn. Ngắt (Break) : Là công suất sinh ra khi tiếp điểm cơ khí ngắt tải. Đây là dòng chuyển mạch liên tục lớn nhất. Liên tục (Continuous) : Là công suất khi mạch hoạt động bình thường. Những công suất sau là đặc trưng của một số loại công tắc của Siemens. Công suất cảm ứng của tiếp điểm AC Công suất cảm ứng của tiếp điểm DC Kết nối tải Phải cẩn thận khi kết nối nhiều tải vào một chuyển mạch. Cách đúng là kết nối là tải phải được kết nối về phía bên tải của chuyển mạch. Tải không được kết nối về phía nguồn của chuyển mạch. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 10 [...]... thể chuẩn, ta phải nhân thêm một hệ số tuỳ thuộc vào độ dày của vật thể Vật liệu của vật thể Vật liệu của vật thể cũng có tác động lên khoảng cách cảm biến Khi vật liệu khác thép nhẹ, ta phải nhân thêm một hệ số Kỹ sư Trần văn Thành Trang 23 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Khoảng cách ước lượng (Sn) là một giá trò lý thuyết mà không thể đưa vào tính toán như dung sai, nhiệt độ hoạt động, giá trò... thường còn có loại hình khối Kỹ sư Trần văn Thành Trang 27 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Hướng dẫn lựa chọn loại cảm biến phục vụ cho yêu cầu thường hình khối Đánh giá theo phần cứng ngõ vào Loại cảm biến 2 dây được dùng cho PLC, relay timer Chúng thường được sản xuất dưới 2 dạng hình ống và hình khối Kỹ sư Trần văn Thành Trang 28 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Loại công suất cao (Extra Duty)... thường chòu được tải đến 200mA Kỹ sư Trần văn Thành Trang 26 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Hướng dẫn lựa chọn loại cảm biến phục vụ cho yêu cầu thường hình trụ Bảng sau hướng dẫn lựa chọn loại cảm biến phục vụ cho yêu cầu thường hình trụ phù hợp với từng ứng dụng cụ thể Cột Housing Dimension chỉ chu vi của bề mặt cảm biến Cột Material chỉ vật liệu của thân cảm biến Loại phục vụ cho yêu cầu thường... 30 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Loại có khoảng cách cảm biến lớn hơn khoảng cách chuẩn Loại này gồm 2 loại : Loại có cấu hình 3 dây NPN hoặc PNP được thiết kế là thường đóng và thường hở sử dụng điện áp DC Loại có cấu hình 3 dây được thiết kế là thương đóng và thường hở sử dụng điện áp AC Chỉ dẫn về loại có khoảng cách cảm biến lớn hơn khoảng cách chuẩn NAMUR Kỹ sư Trần văn Thành Trang 31 Sensors... lệ cảm biến từ 0 đến 6mm Ngx ra của cảm biến từ 1 đến 5VDC hay từ 0 đến 5mA khi vật thể được đưa ra xa cảm biến Hướng dẫn lựa chọn cảm biến tương tự Kỹ sư Trần văn Thành Trang 35 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC IX Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung Cảm biến điện dung giống như cảm biến điện cảm Sự khác nhau chính giữa hai loại là cảm biến điện dung tạo ra một trường tónh thay vì một trường... Loại này dùng tiếp điểm SPDT, tức sử dụng một tiếp điểm NC và một NO Tuỳ thuộc vào áp của tải, tiếp điểm có thể chòu đïc 7.5A khi tiếp điểm đóng và 5A khi tiếp điểm hở Kỹ sư Trần văn Thành Trang 15 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Loại chuyển mạch EX dùng cho những nơi có độ nguy hiểm cao 3SE03 Loại chuyển mạch EX được thiết kế để phục vụ cho những nơi có môi trường khắc nghiệt, nơi có sự nguy hiểm... mà không cần tiếp điểm cơ hay hao mòn Trong ứng dụng sau, ví dụ một cảm biến BERO được dùng để xác đònh thùng có được đặt vào đúng vò trí trên dây chuyền hay không Kỹ sư Trần văn Thành Trang 16 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Các loại cảm biến BERO Có bốn loại cảm biến BERO : cảm ứng, điện dung, siêu âm, quang Cảm biến không tiếp xúc cảm ứng sử dụng trường điện từ để kiểm tra sự tồn tại của một... Cảm biến tích hợp một cuộn từ được dùng để phát hiện sự tồn tại của một vật dẫn kim loại Cảm biến sẽ không phát hiện được một vật thể nếu nó không phải là kim loại Kỹ sư Trần văn Thành Trang 17 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC ECKO Cảm biến cảm ứng BERO hoạt động dựa trên nguyên tắc dòng Eddy triệt dao động (ECKO) Loại cảm biến này chứa bốn thành phần chính : Cuộn dây, mạch tạo dao động, mạch trigger... biến Cảm biến một chiều phổ biến là loại 3 dây (cũng có loại 2 dây) cần một nguồn riêng lẽ Cảm biến được kết nối đầu dương và đầu âm của nguồn Tải được kết nối giữa Kỹ sư Trần văn Thành Trang 18 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC cảm biến và một đầu nguồn Chiều phân cực của việc kết nối phụ thuộc vào loại cảm biến Trong ví dụ sau, tải được kết nối giữa đầu âm của nguồn và cảm biến Những cấu hình ngõ... bổ sung Người ta có thể bổ sung thêm Transistor để tạo nên loại cảm biếm bổ sung Loại cảm biến này có 4 dây, trong đó có một thường đóng (NC) và một thường hở (NO) Kỹ sư Trần văn Thành Trang 19 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Lắp đặt nối tiếp và song song Trong một vài ứng dụng, nhiều lúc ta cần sử dụng nhiều cảm biến để điều khiển một tác vụ, vì thế ta cần phải kết nối các cảm biến lại với nhau . Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA ĐIỆN TỬ YZ TÀI LIỆU LÝ THUYẾT : Nội. thảo luận trong từng mục. Tại cuối tài liệu, sẽ có đề nghò từng loại cảm biến cho từng loại ứng dụng cụ thể. Kỹ sư Trần văn Thành Trang 3 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC Kỹ thuật. BIẾN  NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN  MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN  CÂU HỎI ÔN TẬP THÁNG 03/2005 Kỹ sư Trần văn Thành Trang 1 Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng