Tài liệu lý thuyết Sensor doc

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.

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

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 Ưùng dụng của cảm biến

XVI Trả lời câu hỏi

XVII Câu hỏi thi cuối kì

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 bị 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 vị trí của một hay

nhiều đối tượng được điều khiển Cảm biến

là loại thiết bị 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 nghị từng loại cảm biến

cho từng loại ứng dụng cụ thể

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 3

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 Ưùng 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

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 định các bộ phận

Cảm biến

cảm ứng

Chịu 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

Thắng xe Điều khiển mức

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

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 bị cơ khí mà dùng tiếp điểm vật lý để xác định 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 vị trí bình thường đến vị 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 (Vị trí tự do) là vị trí của bộ truyền động khi không có lực nào tác động vào

Pretravel (Khoảng trước di chuyển) là khoảng cách hay khoảng tam giác thay đổi từ vị trí tự do đến vị trí tác động

Operating position (Vị 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 vị tri tác động và vị trí nhả khớp

Release position (Vị 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 vị trí nhả khớp sang vị 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 vị trí tự do sang vùng quá tầm đến vị 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 vị 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

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 vị 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 vị trí tác động, một tập hợp các chuyển động làm cho tiếp điểm nhanh chóng rời khỏi vị trí của nó đi đến vị trí tích cực

Khi tác động không còn, bộ truyền động trở về vị trí tự do Khi bộ truyền động đạt đến vị trí nhả khớp, cơ cấu lò xo nhanh chóng tác động đến tiếp điểm đưa nó trở về vị 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 định

Double Moving Contact : Cặp tiếp điểm di chuyển

Return Spring : Lò xo hồi phục

Snap Spring : Lò xo chuyển tiếp nhanh

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

Công suất (Electrical Ratings)

Tiếp điểm được đánh giá công suất phụ thuộc vào dòng và áp Công suất đuợc 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

Bộ truyền động (Actuator)

Một vài loại dùng cho chuyển mạch được trình bày ở sau, nói chung hình

dạng của chúng có thể đa dạng phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể

Cần gạt quay (Roller Lever)

Trục lăn chuẩn được dùng cho hầu hết các ứng dụng cần gạt quay Với độ dài có thể thay đổi tuỳ thuộc vào điều chỉnh, công cụ này phù hợp hầu hết cho các ứng dụng

Cần gạt kép (Fork)

Loại bộ truyền động cần gạt kép phải được reset bằng tác động vật lý sau mỗi tác động Nó phù hợp với điều khiển chuyển động ngang

Nguyên cứu lắp đặt

Chuyển mạch phải được lắp đặt vào vị trí mà có thể ngăn ngừa lỗi tác động của việc di chuyển thiết bị và những người điều khiển máy Một khía cạnh quan trọng trong lắp đặt chuyển mạch là thiết kế cam Thiết kế cam không thích hợp có thể gây lỗi chuyển tiếp điểm sớm

Cần gạt phải được gắn vào cam cho thẳng đứng Với những ứng dụng mà cam được di chuyển với tốc độ ít hơn 100 feed/phút thì cần cam có độ vát 300

Overriding và Non-Overriding Cam

Trong ứng dụng Overriding Cam cần tạo một góc vát để lái cam theo thứ tự

để ngăn chặn cần gạt quay trở lại Sự quay trở lại của cần gạt có thể gây sock tải trên chuyển mạch sẽ làm giảm tuổi thọ của chuyển mạch

Non-Overriding cam là cam không di chuyển bộ

truyền động cơ

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 11

Flexible Loop và Spring Rod

Flexible Loop và Spring Rod có thể được tác

động theo nhiều hướng, làm cho chúng phù hợp

với các ứng dụng mà mỗi chiều được thay đổi liên

tục

Dạng pittông (Plunger)

Dạng truyền động pittông là lựa chọn cho những nơi việc điều khiển chuyển động nhỏ hay nơi có không gian hay việc gắn cần gạt không phù hợp Dạng pittong có thể làm cho tích cực theo hướng của pittông tác động hay theo một góc phù hợp với trục của nó

Nghiên cứu lắp đặt

Khi sử dụng mặt và sườn bộ tác động pittông, bộ cam phải

được đạt thẳng hàng với trục nhấn Việc nghiên cứu là cần để

khoảng di chuyển không vượt quá các thông số kỹ thuật Thêm vào

đó, chuyển mạch không nên dùng để làm cho cam dừng Khi sử

dụng pittông có bánh xe, việc lắp đặt giống như bộ truyền động có

cần gạt

IV Các loại kí hiệu công tắc quốc tế

Các loại chuyển mạch quốc tế được sử dụng rộng rãi trên nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm cả Bắc Mỹ Hiệp hội điện-điện tử quốc tế (IEC) và Hiệp

hội các công ty điện tử quốc gia (NEMA) lập ra cho các linh kiện điện tử mà trong đó Siemens là một thành viên Loại chuyển mạch chuẩn quốc tế được chia làm hai phần chính : đầu và thân chuyển mạch

Họ chuyển mạch theo chuẩn quốc tế

Một số lớn các họ chuyển mạch theo

chuẩn quốc tế được sản xuất để phục vụ

cho các ứng dụng cụ thể

Đầu chuyển mạch

Tuỳ thuộc vào chuyển mạch, các loại

chuyển mạch có thể phù hợp với bất kì sự thay

thế đầu chuyển mạch và cần tác động

Đầu cần tác động có thể quay, độ dài của cần có thể thay đổi làm cho cần có thể được tác động từ bất kì hướng nào

Loại chuyển mạch mở (Open-type Limit

Switch)

Loại chuyển mạch mở có dụng ý dùng như

chuyển mạch được đóng gói trong hộp để tránh

bụi và hơi ẩm

Loại chuyển mạch có dạng thu nhỏ (Miniature formed housing limit switches)

Loại chuyển mạch có dạng thu nhỏ được dùng trong những ứng dụng nơi không gian có giới hạn Được bọc ngoài là loại hộp kính không cháy, được gia cố thêm các thớ để thêm phần vững chắc để chống lại các tác động mạnh, sự ăn mòn, ngăn chặn bụi và nước

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 13

Khả năng thay thế hộp tiếp

điểm chuyển mạch

Siemens có hai loại chuyển

mạch có khả năng thay thế hộp tiếp

điểm, một được bao bọc bởi nhựa

và một bởi kim loại Loại có võ nhựa

giống như loại chuyển mạch có

dạng thu nhỏ Loại có võ kim loại

được bao bọc bởi nhôm đúc dùng

để chống lại các va chạm cơ học

Khoá chuyển mạch SIGUARD (SIGUARD Mechanical Interlock Switches)

át các

Các loại kí hiệu công tắc Bắc Mỹ

thiết kế đặc biệt để phục vụ cho khá

Độ nhạy với an toàn là một ưu tiên hàng đầu trong vùng làm việc Hầu hecảm biến không thể được dùng trong mạch an toàn, bao gồm cả cảm biến không tiếp xúc và cảm biến quang Cảm biến được sử dụng trong mạch an toàn phải được thiết kế chính xác và kiểm tra bằng chuẩn đặc biệt DIN và IEC Dòng SIGUARD của chuẩn quốc tế được thiết kế dành cho mạch an toàn Khoá chuyển mạch hoạt động như một khoá Những thiết bị này có thể dùng để điều khiển vị trí của cửa, cổng, Chúng còn có thể dùng để ngắt hoạt động của máy móc cho an toàn của người sử dụng Khoá chuyển mạch SIGUARD có thể được đóng gói trong võ bọc nhựa hoặc kim loại

V

Chuyển mạch theo chuẩn Bắc Mỹ được

ch hàng Bắc Mỹ Những chuyển mạch này bao gồm ba phần có thể thay thế được : thân chuyển mạch, đầu chuyển mạch và đầu cảm biến Chuẩn Bắc Mỹ dùng UL (Underwriters

Laboratory) và CSA

(Canadian Standards

Association)

Cần truyền động

iống như chuẩn chuy

õ hộp cho loại chuyển mạch NEMA type

6P S

oại chuyển mạch quay lớp 54

ược dùng để làm công tắc giới hạn của cửa điện

oại chuyển mạch nhỏ, nối dây trước và được bịt kín

và

Gển mạch quốc tế, chuẩn chuyển mạch Bắc Mỹ cũng có các cở đầu chuyển mạch và cần truyền động có thể thay thế cho nhau được

Loại NEMA 6P võ hộp kín

V

ubmersible là võ hộp kim loại đúc, có thể

dùng cho những ứng dụng dưới nước

L

Loại chuyển mạch quay lớp 54 đ

, dây chuyền, thang máy, và những ứng dụng tương tự Tiếp điểm được tác động khi trục ngoài được quay đủ Chuyển mạch quay dùng một đường ren đơn

giản và bánh răng để cung cấp tỷ lệ từ trục sang cam 16 sang 1, 36 sang 1, 72 sang 1 và 108 sang 1 Thêm vào đó, cam kéo dài đều đặn cho phép tiếp điểm giữ với chu kỳ thời gian dài hơn Điều này có lẽ cần trong thang máy hay những ứng dụng tương tự Cam điều chỉnh được có thể cần để tăng độ chính xác của số vòng quay của trục cần cho tiếp điểm hoạt động

L

Loại chuyển mạch nhỏ, nối dây trước

được bịt kín cho phép thu nhỏ mạch

điều khiển 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

chịu đuợc 7.5A khi tiếp điểm đóng và 5A

khi tiếp điểm hở

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 15

Loại chuyển mạch EX dùng cho những nơi có độ nguy hiểm cao 3SE03

môi trươ

huyển mạch có võ bọc thuờng

g cấp những chuyển mạch thường Những chu

VI Cảm biến BERO

cảm

Loại chuyển mạch EX được thiết kế để phục vụ cho những nơi có øng khắc nghiệt, nơi có sự nguy hiểm như dễ nổ gas, hơi, khí metal hay bụi phóng xạ Chuyển mạch EX được thiết kế theo catalog có số 3SE03-EX

C

Chuyển mạch Bắc Mỹ cũng cun

yển mạch này được thiết kế theo catalog mang số 3SE03-EB Những chuyển mạch thường được tạo võ bọc trước

BER là tên thương ma biến mà vật thể không tác động trực tiếp lên cảm biến Cảm biến BERO thực thi mà không cần tiếp điểm cơ hay hao mòn Trong ứng dụng sau, ví dụ một cảm biến BERO được dùng để xác định thùng có được đặt vào đúng vị trí trên dây chuyền hay không

Các loại cảm biến BERO

O : cảm ứng, điện dung, siêu âm, quang

tra sự tồn

än dung dùng một trường điện tĩnh để phát hiện sự t

u âm dùng sóng âm để phát hiện sự tồn tại của bất

g cảm biến sự thay đổi của ánh sáng truyền để phát hiện sự tồn

II Nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng

không tiếp xúc BERO, và l

uộn từ và vật thể kim loại

từ được dùng để phát hiện sự tồn tại của một vật

Có bốn loại cảm biến BER

Cảm biến không tiếp xúc cảm ứng sử dụng trường điện từ để kiểm

tại của một vật thể kim loại

Cảm biến không tiếp xúc đie

ồn tại của bất kì vật thể nào

Cảm biến không tiếp xúc siê

kì vật thể nào

Cảm biến quan

tại của vật thể Một vài cảm biến quang có thể phát hiện được các màu đặc biệt

V

Trong phần này ta nghiên cứu về cảm biến cảm ứng

àm thế nào chúng phát hiện được sự tồn tại của một vật mà không cần sự tiếp xúc vật lý với vật thể

Cảm biến cảm ứng được

thiết kế dưới nhiều cấu

hình và kích thước để phù

hợp với từng loại ứng

dụng cụ thể Những cảm

biến đặc trưng sẽ được

trình bày cụ thể trong

phần này

C

Cảm biến tích hợp một cuộn

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

ức áp làm việc

g bao gồm các model AC, DC, AC/DC (áp chung) Mức áp c

ảm biến một chiều phổ biến

là loại 3 dây (cũng có loại 2 dây) cần một nguồn

Cảm bi

yên tắc dòng Eddy triệt dao động (ECKO)

Loại cảm biến này chứa bốn thành phần chính :

Cuộn dây, mạch tạo dao động, mạch trigger và

một ngõ ra Mạch tạo dao động là một mạch điều

hưởng gồm tụ và cuộn cảm tạo nên tần số radio

Từ trường được tạo ra bởi bộ tạo dao động được

xuất ra cuộn dây để xuất ra bề mặt của cảm biến

Mạch có cả phần hồi tiếp để giữ cho bộ tạo dao

động hoạt động chuẩn

K

làm xuất hiện tải trên cảm biến, giảm biên độ của từ trường Khi vật thể đến gần cảm biến, dòng Eddy tăng , sự tăng tải trên bộ dao động làm biên độ của từ trường giảm hơn nữa Mạch trigger giám sát biên độ của từ trường và tại một mức định trước, chuyển trạng thái của ngõ ra của cảm biến Khi cảm biến được đưa ra xa khỏi cảm biến, biên độ của bộ tạo dao động tăng Tại một mức định trước, mạch trigger chuyển trạng thái ngõ ra về trạng thái thường

M

Cảm biến cảm ứn

ơ bản hoạt động nằm trong khoảng 10 đến 30 VDC, 15 đến 34 VDC, 10 đến 65 VDC, 20 đến 320 VDC và 20 đến 265 VAC

C

Cảm biến một chiều phổ biến

riêng lẽ Cảm biến được kết nối đầu dương

và đầu âm của nguồn Tải được kết nối giữa

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 ra

có thể là PNP (sourcing) hay NPN (sinking) Điều này

ược kết nối giữa ngõ ra (A) và

ình vẽ sau minh hoạ ngõ ra của một cảm biến loại NPN Tải được kết nối giữa

Loại cảm biến 3 dây, DC

ám chỉ đến loại transistor dùng trong ngõ ra

Hình sau minh hoạ loại cảm biến PNP Tải đ

cực âm của nguồn (L-) Tải được nối với một transistor PNP qua cực C Khi Transistor được tích cực, có dòng từ cực dương (L+) qua transistor qua tải xuống cực âm

H

ngõ ra và cực dương của nguồn (L+) Một đầu tải được nối với một transistor NPN qua cực C Khi

Transistor được tích cực, có

dòng từ cực dương (L+) qua tải

qua transistor xuống cực âm

T

Thường hở (NO)

Ngõ ra là thường

sistor khi không có vật thể Ví dụ, nếu ngõ ra của cảm biến PNP khi không

có vật thể là off thì nó là loại thường hở (NO) Ngược lại, khi không có vật thể mà ngõ ra on thì nó là thường đóng

C

Người ta có thể

g 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

Lắp đặt nối tiếp và song song

lúc ta cần sử dụng nhiều cảm biến để điều khie

ùp đủ cấp cho

ảo vệ đầu dò (Shielding)

hứa những cuộn từ thường được bọc trong lõi của ferri

Trong một vài ứng dụng, nhiều

ån một tác vụ, vì thế ta cần phải kết nối các cảm biến lại với nhau Cảm biến có thể được kết nối nối tiếp hoặc song song Khi cảm biến được mắc nối tiếp,

ngõ ra chỉ on khi tất cả các cảm biến được tích cực Khi cảm biến được mắc song song với nhau, chỉ cần một cảm biến được tích cực thì ngõ ra on

Có một yêu cần quan tâm khi mắc nối tiếp cảm biến, đó là mức a

các cảm biến để nó có thể hoạt động

B

Cảm biến không tiếp xúc c

te Chúng có thể

được bọc võ để bảo bảo

vệ hay không bọc võ

Loại cảm biến không bọc

võ có khả năng cảm

biến xa hơn cảm biến

bọc võ

Cảm biến có bảo vệ bề mặt

ung chùm tia theo hướng sử dụng Loại cảm biến

ảm biến không có bảo vệ bề mặt

kim loại xung quanh để ngăn chặn bức xạ c

ắp đặt nhiều cảm biến

hải cẩn thận khi lắp đặt nhiều cảm biến Khi hai hay nhiều cảm biến được gắn gần kề nhau hay đối diện nhau, tín hiệu của cảm biến này sẽ nhiễu lên cảm biến kia gây nên sai lạc ở ngõ ra Tuân theo những ghi chú sau để hạn chế mức thấp

ái với cảm biến không có bảo vệ bề mặt

Lõi ferrite có nhiệm vụ tập tr

này có các vòng kim loại quanh lõi để giới hạn bức xạ của trường, bề mặt và đặt trên khung bằng kim loại bằng với bề mặt Xung quanh và bề mặt cảm biến là vùng vật thể kim loại không được xâm phạm Nếu có một bề mặt kim loại nằm đối diện với cảm biến,

khoảng cách từ nó đến cảm

biến phải lớn hơn khoảng 3 lần

khoảng cách cảm nhận của

cảm biến từ bề mặt cảm biến

để cảm biến không nhận dạng

lầm Xem thêm catalog cảm

biến về chi tiết kỹ thuật này

C

Loại cảm biến này không có vòng

ủa trường, không thể gắn lên khung bằng kim loại ngang bằng với bề mặt Khoảng cách 3 lần đường kính của bề mặt đầu dò xung quanh đầu dò không được che chắn bởi bất kì vật thể kim loại nào Trong trường hợp phải gắn cảm

biến, bề mặt kim loại của khung gắn phải lớn hơn 2 lần khoảng cách cảm biến từ bề mặt cảm biến Nếu có một bề mặt kim loại nằm đối diện với cảm biến, khoảng cách từ nó đến bề mặt cảm biến phải lớn hơn 3 lần khoảng cách cảm biến

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 21

• Hai cảm biến mắc kề nhau phải có khoảng cách lớn hơn 2 lần đường kính bề mặt cảm biến đối với cảm biến có bảo vệ bề mặt và lớn hơn 3 lần đường kính đối với cảm biến không có bảo vệ bề mặt

Có một vài nguyên tắc chung Cảm biển BERO có đặc điểm kỹ thuật riêng lẽ phải được tuân theo

Vật thể chu

ật thể chuẩn có bề mặt phẳng, mịn được làm bằng thép nhẹ có độ dày 1mm Thép có nhiều loại khác nhau, thép nhẹ chứa nhiều sắt và cácbon Vật thể chuẩn được dùng với cảm biến có bảo vệ bề mặt có hình vuông với độ dài mỗi

ảng cách cảm biến (Sn) giảm xuống Vật thể càng nhỏ thì khoảng cách cảm

ẩn

V

cạnh bằng đường kính của bề mặt cảm biến Vật thể chuẩn được dùng với cảm biến có hình vuông với độ dài mỗi cạnh bằng đường kính của bề mặt cảm biến

Nếu vật thể cảm cảm biến lớn hơn vật thể chuẩn, khoảng cảm biến không thay đổi Tuy nhiên, nếu vật thể nhỏ hơn vật thể chuẩn hay không không chuẩn, thì kho

biến càng gần hơn

Trang 23

ệ số kích thước vật thể

Hệ số được áp dụng khi vật thể nhỏ hơn vật thể chuẩn Để xác định khoảng cách cảm biến (Snew) cho vật thể nhỏ hơn vật

Độ dày của vật thể là một hệ số khác cần phải quan tâm Khoảng cách cảm biến là một hằng đối với

Độ dày của vật thể

thể chuẩn Tuy nhiên

với vật thể không

chứa sắt chẳng hạn đồng

thau, nhôm và đồng đỏ,

một hiện tượng gọi là hiệu

ứng bề mặt (Skin effect)

xảy ra Khoảng cách cảm

biến giảm khi độ dày của

vật thể tăng Nếu vật thể

cần cảm biến khác vật

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 the

Kỹ sư Trần văn Thành

Khoảng cách ước lượng (Sn) là một giá trị lý thuyết mà không thể đưa vào tính toán như dung sai, nhiệt độ hoạt động, giá trị nguồn Trong một vài ứng dụng cảm biến có thể nhận diện một vật thể nằm ngoài khoảng cách cảm biến Tron

g một số ứng dụng khác, vật thể có thể không nhan diện được khi nó nằm vào trong khoảng ngắn hơn khoảng cách cảm biến Vài nhóm cảm biến khác phải được quan tâm tính toán xây dựng ứng dụng

Khoảng cách thực (Sr) được đo tại điện áp danh nghĩa và nhiệt độ phòng là

230C ± 0.50C Khoảng cách thực bằng ±10% của khoảng cách ước lượng Điều này có nghĩa là vật thể sẽ được cảm biến được trong khoảng từ 0 đến 90% của ảng cách ước lượng Tùy thuộc vào loại cảm biến, khoảng cách thực có thể lớn hơn 110% khoảng cách ước lượng

Khoảng cách dùng chuyển mạch (Su) là khoảng cách chuyển đo được dưới nhiệt độ và điều kiện điện áp

đặc biệt Khoảng cách dùng

yển mạch bằng ± 10% của

khoảng cách thực

Khoảng cách hoạt động

đảm bảo (Sa) là khoảng cách

mà nhà sản xuất đ

có thể xác định chắc chắn

được vật thể Khoảng cách hoạt

động đảm bảo nằm trong

khoảng từ 0 đến 81% của

khoảng cách ước lượng

Đáp ứng đặc trưng

Đáp ứng của cảm bi ái với một vật thể chỉ xuất hiện khi nó nằm trong

n dạng được vật thể gọi là điểm mất (release point) Vùng giữa hai điểm trên gọi là vùng trễ (hysteresis zone)

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 25

ường cong đáp ứng

ích thước và hình dạng của đường cong đáp ứng phụ thuộc vào đặc trưng của cảm biến Đường cong sau mô tả cho một loại cảm biến

III

rong phần này ta tìm hiểu về họ 3RG4 và 3RG04 của loại cảm biến cảm ứng không tiếp xúc Họ 3RG4 nói đến phần đầu tiên của phần số dùng để xác định

Phân loại

ảm biến cảm ứng không tiếp xúc có 10 loại Mỗi loại được mô tả tóm tắt như sau :

oại phục vụ cho yêu cầu thường hình trụ

òng cảm biến được thiết kế cho yêu cầu thường là dòng chuẩn Những loại cảm biến này phục vụ cho những ứng dụng chuẩn hay bình thường Dòng

cở c

C

L

D

biến chuẩn dùng cho yêu cầu bình thường

hung, bao gồm cả loại ngắn được lắp đặt ở nơi không gian giới hạn Chu vi mặt cảm biến nằm trong khoảng từ 3mm đến 34mm Thêm vào đó, cảm biến chuẩn dùng loại ngõ ra NPN hoặc PNP với 2, 3 hoặc 4 dây ngõ ra Dòng cảm biến chuẩn thường chịu được tải đến 200mA

Hướng dẫn lựa chọn loại

cảm biến phục vụ cho yêu

cầu thường hình trụ

ình trụ

oại phục vụ cho yêu cầu

ể phục vụ cho yêu cầu thường còn có loại hình khối

Bảng sau hướng dẫn

lựa chọn loại cảm biến phục

vụ cho yêu cầu thường h

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

Hướng dẫn lựa chọn loại cảm biến phục vụ cho yêu cầu thường hình khối

Loại công suất cao (Extra Duty)

ột vài ứng dụng cần một điện áp hoạt động

cao hay một cảm biến có đáp ứng nhanh hơn loại

chuẩn Loại Extra Duty có khoảng hoạt động cao

hơn

ướng dẫn lựa chọn

loại Extra Duty

M

và có thể hoạt động với tải 300mA Loại này

có các loại 2 dây, 3 dây trong cả hai loại cấu hình

thường đóng (NC) và thường hở (NO) Chúng có

cả hai dạng hình ống và hình khối

H

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 29

Loại hoạt động trong môi trường vô cùng khắc nghiệt IP68

là hệ thống phân loại Châu Aâu xác định mức độ chống chọi của thiết bị đối với bụi, chất lỏng, vật thể rắn và tương tác

với

Cha

hỉ dẫn về loại hoạt

cùng khắc nghiệt IP68

IP

con người Hệ thống phân loại IP68 của

âu Aâu được chấp nhận trên toàn thế giới

Luật phân loại chuyển mạch không tiếp xúc

IP68 qui định sự bảo vệ đối với sự thâm nhập

của bụi, shock điện, nước trong môi trường

ngập nước Những loại này có 3 hoặc 4 dây

trong cấu hình ngõ ra NPN hoặc NPN với hai

loại NO và NC

C

Loại có khoảng cách cảm biến lớn hơn khoảng cách chuẩn

oại này gồm 2 loại :

oại có cấu hình 3 dây NPN hoặc PNP được thiết kế là thường đóng và thường hở sử dụng điện áp DC

ờng hở sử dụng điện

hỉ dẫn về loại có

khoảng cách cảm biến lớn

hơn khoảng cách chuẩn

Là chuẩn được đưa ra bởi Uûy ban đo lường và điều khiển Châu Aâu Deutsche Industrie Normenausschuss (DIN) dựa vào đây xây dựng thành chuẩn của Đức mà ngày nay được nhiều quốc gia sử dụng Giống như NAMUR, DIN 192

nguồn sử dụng/các thiết bị ngõ ra chuẩn và cáp chuẩn

hông có đủ thời gian để nói sâu về chủ đề này Bạn nên ngh

øng nguy hiểm

hương để xác định môi trường nơi thiết bị làm việc thuộc Division I hay Division II từ đó đối chiếu và thực hiện đùng các qui định của nó

thường

hu vực II là nơi có thể xảy ra một điều kiện bất thường nào đó làm cho môi trường không ổn định Ví dụ, một thùng hóa chất bị rò,…

ùp hoặc từng nhóm Lớp

I, Nhóm A, mục D là khí gas hay chất lỏng Lớp II, Nhóm E, F và G bao gồm chất dễ cháy Lớp III không được chia thành ừng nhóm, nó bao gồm tất cả sợi,

xơ d

34 là nhóm các chuẩn thiết bị sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

Bản chất an toàn

Cảm biến NAMUR chỉ có bản chất an toàn khi sử dụng cách ly giữa

Trong tài liệu này k

iên cứu thêm từ mục 500 đến 504 của sách National Electrical Code® đề cập đến việc sử dụng linh kiện điện trong môi trươ

Môi trường nguy hiểm

Nhiệm vụ của người sử dụng là liên hệ với nhà quản lý địa p

Những khu vực (Divisions)

Khu vực I là nơi điều kiện môi trường bình

K

Những lớp và nhóm

Vị trí nguy hiểm có thể được định nghĩa dưới từng lơ

ễ bắt lửa chẳng hạn như sợi vải trong xưởng may

Trang 33

Chỉ dẫn chọn lựa

NAMUR :

ảm biến áp suất

ảm biến áp suất dùng cảm biến áp lực áp đặt nên một nơi nào

đóchẳng hạn như giám sát piston hay vị trí giới hạn của van, giám

sát tốc đọ hoặc đo motor thủy lực và các ứng dụng chân không

Điện

BERO

huẩn cảm biến BERO cần

một hệ số suy giảm cho những

vật loại không phải là

kim

C

C

áp làm việc trong khỏang từ 10 đên 30 VDC với dòng tải lên

đến 200mA Khoảng cách làm việc của những cảm biến cao hơn

7253 psi là 3mm Cảm biến loại này có cấu hình 3 dây PNP và

NPN với thường đóng (NC) và thường mở (NO)

Hướng dẫn chọn lựa cảm biến áp suất

U

C

thể kim

loại chuẩn Sản phẩm

UBERO có thể cảm biến tất cả

các loại kim loại mà không cần

nhân hệ số suy giảm Chúng có

thể được sử dụng trong những

ứng dụng gần trường điện từ

Kỹ sư Trần văn Thành

ó thể kết nối đúng

Cảm biến cảm ứng mở rộng để sử dụng trên AS-I có tích hợp chíp AS-I bên tron

ướng dẫn chọn lựa AS-i

gõ ra tương tự

iến này đươ

ướng dẫn lựa chọn cảm biến tương tự

g

H

N

Những cảm b

ïc sử dụng khi ta cần một

giá trị tương tự Trong một vài

ứng dụng nó dùng để nhận

biết khoảng cách từ vật đến

cảm biến Khoảng tỷ 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

H

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 35

IX Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung

Sự khác nhau chính giữa

ề mặt cảm biến của n dung được cấu tạo bởi 2 điện cực kim loại

ật thể chuẩn và hằng số điện môi

cảm biến điện dung Một vật thể chuẩn thươ

Cảm biến điện dung giống như cảm biến điện cảm

hai loại là cảm biến điện dung tạo ra một trường tĩnh thay vì một trường điện từ Cảm biến điện dung cảm biến được các loại vật thể kim loại và không kim loại như giấy, kính, chất lỏng và vải

đồng tâm của một tụ điện Khi một vật thể đến gần bề mặt cảm biến, nó rơi vào trường điện tĩnh của điện cực và làm cho thay đổi giá trị điện dung trong mạch tạo dao động Điều này làm cho mạch tạo dao động tạo ra tín hiệu Mạch

trigger đọc tín hiệu dao động khuyếch đại và khi nó đạt đến một mức đặc biệt thì làm cho trạng thái ngõ ra của cảm biến thay đổi Khi vật thể rời

xa cảm biến, biên độ của giao động giảm làm cho ngõ ra của cảm biến trở về trạng thái ban đầu của nó

V

Vật thể chuẩn được định rõ cho mỗi

øng được xác định là kim loại và/hoặc nước Aûcm biến điện dung phụ thộc vào hằng số điện môi của vật thể Hằng số

điện môi của vật thể càng lớn thì chúng

càng dễ được phát hiện Hình vẽ sau mô tả

mối quan hệ của hằng số điện môi của một

vật thể và khả năng của cảm biến để xác

định vật liệu trên khoảng cách cảm biến tỷ

lệ (Sr)