Bài giảng đo lường cảm biến chương 2

Trang 1Chương 2: CẢM BIẾN & ĐO LƯỜNG VỊ TRÍ, SỰ DỊCH CHUYỂN -Kiểm tra vị trí và sự dịch chuyển đóng vai trò quan trọng đối với hoạt động của nhiều máy mọc, công cụ.. -Một số đại lượng

Trang 1

Chương 2: CẢM BIẾN & ĐO

LƯỜNG VỊ TRÍ, SỰ DỊCH

CHUYỂN

-Kiểm tra vị trí và sự dịch chuyển đóng vai trò quan

trọng đối với hoạt động của nhiều máy mọc, công cụ.

-Một số đại lượng vật lý có thể đo được thông qua việc

xác định sự dịch chuyển của một vật chịu tác động của

đại lượng vật lý đó.

Trang 2

I Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện trở

Gồm một điện trở cố định Rn và một tiếp xúc điểm có thể di

chuyển gắn với chuyển động cần đo Vi trí con chạy tỷ lệ với giá

trị điện trở tại đầu ra của tiếp xúc điểm

+ Dịch chuyển thẳng

L

l R l

R ( ) = n

+ Dịch chuyển quay

( )

o n

R

R

α α

Trang 3

Đặc tính:

+ Giá trị điện trở từ 1kΩ  100kΩ, đôi khi lên đến MΩ

+ Độ phân giải : thông thường đạt cỡ 10 µm

+ Tuổi thọ của con chạy : 106 lần

với dạng xoay và 107 – 108 với

dạng dịch chuyển

+ Độ tuyến tính : ở đầu đường chạy

hoặc cuối đường chạy : độ tuyến

tính kém

ng 4

Trang 5

Trang 6

II Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện dung

Nguyên lý làm việc : thay đổi giá trị điện dung dưới tác động dịch

chuyển làm thay đổi vị trí của 2 bản cực

ng 7

ng 8

Cảm biến được đặc trưng bởi độ nhạy:

+ độ nhạy điện dung: Sc = ΔC / Δx

+ độ nhạy điện kháng: Sz = ΔZ / Δx

Điện dung sẽ phụ thuộc vào tiết diện, khoảng cách 2 bản cực và

điện môi giữa 2 bản cực C(x) = f (A,x, ε)

x

A x

C ( ) = ε . ε0.

Trang 9

Ax

x

A x

C( ) = ε.ε0.

Sự thay đổi điện dung:

C(x) : không tuyến tính theo độ dịch chuyển

Độ nhạy :

2 0

)

(

x

A dx

x

A dx

x

.)

C

x dC

−

=

)(

)(

Độ biến thiên điện dung bằng với độ biến thiên của sự

dịch chuyển nhưng ngược chiều

Ví dụ : dịch chuyển theo chiều dọc

ε0 = 8,85.10-12 F/m : hằng số điện môi

x i

i

x A

e

C C

e C

x

x f

0εε

f

i x

C

e

e C

e

e

/1/

1

−

=

−

Qua mạch điện thì ngõ ra eo tuyến tính với sự dịch chuyển x

Tụ có khoảng cách biến thiên có thể đo được dịch chuyển nhỏ,

trong khi đó tụ có diện tích biến thiên chỉ đo được dịch chuyển lớn hơn 1cm

d

C(x) : tuyến tính theo độ dịch chuyển

Ví dụ : thay đổi điện môi

Trang 13

III Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện cảm

1 Lõi sắt, 2 Cuộn dây, 3 Phần ứng di chuyển được, 4 Khe hở không khí

Xv tác động làm phần ứng 3 dịch chuyển  khe hở không khí δ thay đổi  thay đổi từ trở của lõi thép  điện cảm và tổng trở của cảm biến cũng thay đổi theo

Điện cảm sẽ phụ thuộc vào khoảng cách khe hở

không khí.

c c

0

µ µ

L R

A

A A

0

µ µ

=

A

L a

L a

x R

A

A c

c

0 0

0

2

µ µ

µ µ

=

Trang 16

A

L a

L R

A

A c

c

0 0

0 = µ µ + µ µ

Đặt R0 là từ trở mạch khi khe hở x bằng 0

x K R

R K R

n Kx

R

n R

n L

α

+

= +

= +

=

=

1

1

0 0

0 2

0

2 2

L phi tuyến theo x

δ

R

n L

2

=

Trang 17

Ví dụ 2:

l-xl+x

)(

1

01

1 l x

L L

++

=

α

RA

Rci

2l

L1

L2

)(

1

02

2 l x

L L

−+

=

α

Với cách đo này thì độ nhạy tăng lên so với cách đo trước 2 lần

và giảm đáng kể sự không tuyến tính

Trang 18

IV LVDT sensor

Trang 19

V Encoder thẳng

Trang 20

VI Đo bằng sóng siêu âm

d = v.t/2

+ Đầu cảm biến nhỏ, tiện lợi khi sử dụng

+ Sử dụng được trong những môi trường khắc nghiệtMột số định nghĩa:

t1 : Thời gian từ lúc đối tượng đi vào

vùng phát hiện của cảm biến đến

lúc cảm biến báo tín hiệu

t2 : Thời gian từ lúc đối tượng

chuẩn đi ra khỏi vùng phát hiện cho

đến khi cảm biến hết báo tín hiệu

Trang 23

+ Tần số đáp ứng: số lần lặp lại trong 1 giây khi vật cảm biến đi qua vùng phát hiện

Trang 24

1 Cảm biến tiệm cận điện cảm.

Bao gồm : + Cuộn dây và lõi ferit

+ Mạch dao động+ Mạch phát hiện+ Mạch đầu ra

Trang 25

Nguyên lý họat động:

Mạch dao động tạo dao động điện từ Từ trường

biến thiên từ lõi sắt sẽ tác động với vật kim lọai đặt trước nó

Khi có đối tượng lại gần  xuất hiện dòng điện cảm ứng chống lại sự thay đổi dòng điện  giảm biên

độ tín hiêu dao động.

Bộ phát hiện sẽ phát hiện sự thay đổi tín hiệu và tác động để mạch ra lên mức ON

Những yếu tố ảnh hưởng đến tầm của cảm biến:

+ Kích thứơc, hình dáng, vật liệu lõi và cuộn dây

+ Vật liệu và kích thước đối tượng

+ Nhiệt độ môi trường

Trang 27

2 Cảm biến tiệm cận điện dung.

Bao gồm 4 bộ phận chính: + Cảm biến (các bản cực cách điện)

+ Mạch dao động+ Mạch phát hiện+ Mạch đầu ra

Trang 28

Trong lọai cảm ứng này, sự có mặt của đối tượng làm thay đổi điện dung của các bản cực

Đối tượng không nhất thiết phải là kim lọai, có thể là chất

lỏng, vật liệu phi kim: nhựa, thủy tinh,… Tốc độ phát hiện

nhanh, có thể phát hiện đối tượng kích thước nhỏ

Nguyên lý họat động: