proximituy sensor (cảm biến tiêm cận)

proximituy sensor (cảm biến tiêm cận)

Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - PROXIMITY SENSOR (CẢM BIẾN TIỆM CẬN)  INDUCTIVE PROXIMITY SENSOR:  Cảm biến tiệm cận điện cảm (inductive proximity sensor) loại cảm biến dùng để phát có mặt vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể đó, cảm biến tiệm cận đa dạng kích cỡ hình dáng, ứng dụng nhiều mục đích lĩnh vực khác  Loại cảm biến gồm có cuộn dây điện từ sử dụng để phát có mặt vật thể kim loại, phát vật thể phi kim 1.Cấu tạo nguyên lý hoạt động Inductive Pro Sensor: a Cấu tạo:gồm có thành phần chính:  Coil: Cuộn dây cảm biến  Oscillator: Bộ tạo dao động gồm tụ điện cuộn dây mắc song song  Trigger Circuit: Mạch ghi nhận tín hiệu  Output Circuit: Mạch điện ngõ b Nguyên lý hoạt động: GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 1 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm  - Khi vật thể kim loại tiến vào vùng từ trường ( sinh bề mặt xuyên qua cuộn dây dến bề mặt cảm biến) (khoảng cách từ 0÷20 cm), từ trường phản hồi lại giữ cho mạch dao động tiếp tục hoạt động Khi vật thể kim loại tiến vào vùng từ trường, dòng điện xoáy sinh bề mặt vật thể kim loại Dòng điện xoáy tạo nên tải cảm biến, làm giảm biên độ vùng điện từ Khi vật thể đến gần cảm biến dòng điện xoáy tăng lên làm tăng tải mạch dao động làm giảm biên độ từ trường (từ trở tăng lên) Đến trị số không tăng tạo dao động không dao động nữa, tín hiệu ghi nhận (bởi mạch Trigger), xử lý đưa ngõ  Khi vật thể khỏi vùng cảm biến, biên độ tần số mạch dao động tăng lên đến giá trị định trước mạch Trigger thay đổi trạng thái ngõ cảm biến trạng thái ban đầu Phân loại : Gồm loại  Cylindrical : Loại hình trụ  Rectangular: Loại hình chữ nhật  Miniature : Loại dẹt – mỏng GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 2 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm -  Harsh enviroment : Loại dùng môi trường khắc nghiệt  Special purpose: Loại dùng cho mục đích đặc biệt Đặc tính kĩ thuật: Ưu điểm:  Phát khoảng cách nhỏ (≤1 inch)  Phát kim loại có tính chất sắt từ hay không sắt từ, cấu trúc bé, không ảnh hưởng bụi bẩn, dầu, độ ẩm…  Độ xác cao  Điện áp đầu vào 10 ÷ 30 VDC (cho loại)  Tuổi thọ cao 100.000 hours  Dễ lắp đặt  Chịu nhiệt độ từ 400C -> 850C Nhược điểm:  Biên độ tín hiệu tuyến tính bị ảnh hưởng tính chất điện từ vật liệu cần đo  Chiều dài dây nối sensor bị hạn chế khoảng 12÷18mm tần số dao động cao b Target (đối tượng cảm biến): GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 3 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm  - Target tiêu chuẩn thường thép, có bề dày 1mm, chiều dài chiều rộng đường kính đầu cảm biến sensor (Active Face), hướng vuông góc với cảm biến  Đối với cảm biến có vòng chắn Target chuẩn có kích thước với đường kính bề mặt tác động cảm biến Target chuẩn cảm biến vòng chắn vật có bề mặt với đường kính bề mặt tác động cảm biến lần vùng tác động cảm biến lớn  Để khoảng cách cảm biến với Target đạt chuẩn theo quy định nhà sản xuất Target ≥ d Tuy nhiên, Target < Standard Target có hình dạng không khoảng tác động cảm biến (Sn) giảm xuống Do phải đạt gần cảm biến nhận thấy c Hệ số chỉnh sửa kích thước vật thể:  Một hệ số chỉnh sửa chấp nhận vật thể nhỏ vật chuẩn Để xác định vùng cảm ứng cho vật thể nhỏ vật chuẩn (Snew), ta nhân khoảng cách vùng tác động cảm biến (Srated) với hệ số chỉnh sửa (T) Ví dụ: Như cảm biến có vòng chắn có khoảng cách vùng tác động 1mm vật thể cần phát có kích thước nửa vật chuẩn, ta tính khoảng cách tác động 0.83 mm (1mm x 0.83)  Snew = Srated x T GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 4 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm  Snew = 1mm x 0.83  Snew = 0.83 mm - d Bảng thông số độ xác cho loại Target: e Độ dày vật thể:  Độ dày vật thể hệ số khác cần xem xét Khoảng cách vùng tác động không đổi vật chuẩn Tuy nhiên vật thể sắt thành phần đồng thau (brass), nhôm (aluminum), đồng đỏ(copper) xảy tượng “hiệu ứng bề mặt” (skin effect) Khoảng cách vùng cảm ứng giảm độ dày vật thể tăng lên Nếu độ dày vật thể khác so với vật chuẩn hệ số chỉnh sửa dung để điều chỉnh lại GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 5 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - f Kim loại vật thể:  Kim loại cấu tạo nên vật thể củng ảnh hưởng đến khoảng cách vùng tác động Khi kim loại khác thép hệ số chỉnh sửa sử dụng để hiệu chỉnh Vùng tác động cảm biến:  Khoảng cách tác động (Sn) (the rated sensing distance) giá trị lý thuyết mà không phụ thuộc vào tính toán sai số trình sản xuất, nhiệt độ hoạt động điện áp cung cấp Trong vài trường hợp cảm biến phát vật thể nằm GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 6 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - khoảng cách tác động Hoặc có trường hợp vật thể không phát đến gần khoảng cách tác động Có vài giới hạn phải xem xét ước lượng khoảng cách tác động trường hợp cụ thể  Khoảng cách hoạt động hiệu (Sr) (the effective operating distance) điều kiện nguồn điện cung cấp ổn định với nhiệt độ dao động khoảng từ 230C ± 0.50C Nó dựa vào việc tính toán sai số trình sản xuất Khoảng cách hoạt động hiệu khoảng ± 100C khoảng cách tác động (Sn) Điều có nghĩa vật thể phát khoảng từ đến 90% khoảng cách tác động Tùy thuộc vào thiết bị, nhiên, khoảng cách tác động hiệu (Sr) xa 110% khoảng cách tác động (Sn)  Khoảng cách chuyển mạch hữu ích (Su) (the useful switching distance) khoảng cách chuyển mạch tính toán theo điều kiện điện áp nhiệt độ lý thuyết Khoảng cách chuyển mạch hữu ích (Su) khoảng 10% khoảng cách hoạt động hiệu (Sr)  Khoảng cách hoạt động chắn (Sa) (the guaranteed operating distance) khoảng cách chuyển mạch cho hoạt động cảm biến tiệm cận phạm vi điều kiện hoạt động cụ chấp nhận đảm bảo Khoảng cách hoạt động chắn (Sa) nằm khoảng ÷ 81% khoảng cách hoạt động (Sn) GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 7 Ti ểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm  - Các chuyển mạch cảm biến tiệm cận đáp ứng lại với vật thể vật thể nằm khu vực xác định đằng trước bề mặt cảm biến Điểm mà cảm biến tiệm cận nhận vật thể mang đến gọi điểm tác động (operating point) Và điểm mà vật thể làm thiết bị chuyển lại trạng thái ban đầu gọi điểm thoát (release point) Khoảng cách điểm gọi vùng trễ (hysteretis zone) GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm  - Kích thước hình dạng đường cong đáp ứng tùy thuộc vào loại cảm biến cụ thể Đáp ứng miêu tả cụ thể loại cảm biến tiếp cận cụ thể  Hysteresis khoảng cách điểm hoạt động khoảng hoạt động sensor Biên độ dao động phải bé dải Hysteresis để tránh tạo xung chuyển mạch sensor ON/OFF  Tốc độ lớn mà sensor đọc riêng lẻ tín hiệu xung (đối với Target quay) vật hay vùng cảm biếnvật Giá trị phụ thuộc vào kích thước vật cảm biến (mXm), khoảng cách từ bề mặt cảm biến đến bề mặt đối tượng Sn/2, tốc độ chuyển động Target Các yếu tố cho ta biết khả lớn hoạt động cảm biến đơn vị thời gian GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm  d:đường kính Active Face  Sn: khoảng cách tối thiểu cảm - Vòng chắn( Sheilding)  Shielded Inductive Pro Sensor: Cấu tạo tương tự IPS có thêm miếng kim loại mỏng bao quanh lõi ferrit cuộn dây, lõi ferrit tập trung từ trường phân tán vào hướng sử dụng (hướng mà vật thể cần phát qua) Cảm biến tiếp cận có vòng chắn gồm có vòng kim loại bao quang lõi để giới hạn từ trường tỏa phần bên Loại cảm biến đặt lên giá kim loại, có khoảng trống không cảm ứng được, kim loại trước bề mặt tác động cảm biến Mỗi cảm biến có hướng dẫn kèm theo cho ứng dụng Nếu có bề mặt kim loại đặt đối diện với cảm biến phải đặt xa tối thiểu lần khoảng tác động cảm biến GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 10 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 14 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - Khoảng cách cảm biến:  Cần phải ý sử dụng nhiều cảm, có hai hay nhiều cảm biến đặt kế hay đối diện xảy nhiễu ảnh hưởng lẫn chúng dẫn đến sai tín hiệu đầu Những nguyên tắc nhìn chung làm thấp tác động lẫn cảm biến:  Các loại cảm biến có vòng chắn đặt đối diện phải cách lần vùng tác động cảm biến  Các loại cảm biến vòng chắn đặt đối diện phải cách lần vùng tác động cảm biến  Các loại cảm biến có vòng chắn đặt cạnh phải cách lần đường kính bề mặt tác động cảm biến  Các loại cảm biến vòng chắn đặt cạnh phải cách lần đường kính bề mặt tác động cảm biến GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 15 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - Các loại ngõ ra:  Loại cảm biến tiệm cận điện cảm có dây đầu (sử dụng điện áp DC) có ngõ PNP NPN Điều phụ thuộc vào loại transistor sử dụng chuyển mạch ngõ cảm biến  Hình vẽ minh họa cho loại cảm biến có ngõ PNP Thiết bị tải mắc ngõ (ký hiệu A) dây(-) nguồn điện (ký hiệu L-) Một transistor loại PNP mắc ngõ (A) dây (+) (ký hiệu L+) nguồn điện Khi transistor hoạt động chế độ ON,có dòng điện từ dây (L+) qua tải đến dây (L-) Trong trường hợp này, dòng điện gọi dòng điện nguồn(dòng điện quy ước), từ chiều(+) đến chiều(-) nguồn điện qua tải Thuật ngữ gây khó khăn cho người sử dụng cảm biến, dong electron(dòng điện thực) từ chiều(-), qua tải sau đến chiều (+) nguồn transistor PNP hoạt động chế độ ON  Hình vẽ minh họa cho loại cảm biến có ngõ loại NPN Thiết bị tải mắc ngõ ra(ký hiệu A) dây (+) nguồn(kí hiệu L+) Một loại transistor loại NPN mắc ngõ ra(A) dây (+) (kí hiệu L+) nguồn điện Khi transistor hoạt động chế độ ON, dòng điện qua tải gọi dòng điện mát GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 16 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - (dòng điện quy ước) Dòng điện có chiều ngược lại so với dòng electron (dòng điện thực)  Ngõ gọi thường mở (NO) thường đóng (NC) tùy thuộc vào trạng thái transistor chưa phát vật thể Ví dụ, ngõ PNP OFF chưa phát vật thể, thiết bị thường mở Ngược lại ngõ PNP ON chưa phát vật thể, thiết bị thường đóng  Ngoài có loại cảm biến có ngõ bổ sung (có dây ngõ ra) Ngõ bổ sung loại ngõ có tiếp điểm thường đóng thường mở cảm biến Các dạng kết nối cảm biến với tải: GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 17 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - Trong vài ưng dụng phải sử dụng nhiều cảm biến  để điều khiển trình công tác.những cảm biến kết nối với theo kiểu song song nối tiếp Đối với kiểu kết nối nối tiếp tất cảm biến ON ngõ ON Còn kiểu kết nối song song cảm biến ON ngõ ON Có vấn đề phải xem xét kết nối cảm biến  theo kiểu kết nối song song Chẳng hạn vấn đề sụt áp cảm biến có nhiều cảm biến mắc nối tiếp với a Nối nối tiếp: Ở trường hợp cảm biến hoạt động bình thường điện áp rơi tải phải bé điện áp nguồn trừ điện áp rơi cảm biến Vload ≤ Vsoure -Vsensor GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 18 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - b Kết nối song song: Điều khiển tổng dòng rò cảm biến phải bé dòng điện tĩnh lớn tải: Iroø ≤ Istatic load *Chú ý: Khi kết nối song song dòng rò chạy qua tải lớn công tắc bán dẫn thay đổi trạng thái GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 19 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 20 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm - *Điện trở R* để ổn định điện áp bé cảm biến hoạt động Ứng dụng công nghiệp sản xuất:  Điều khiển lưu lượng phao  Điều khiển máy tiện, máy cắt  Điều khiển quy trình nấu chảy chất dẻo máy đúc chất dẻo (giữ cho nhiệt độ ổn định) GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 21 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 22 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 23 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 24 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 25 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 26 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 27 Tiểu luận môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 28 [...]... vùng tác động của cảm biến  Các loại cảm biến không có vòng chắn đặt đối diện nhau phải cách ít nhất 6 lần vùng tác động của cảm biến  Các loại cảm biến có vòng chắn đặt cạnh nhau phải cách ít nhất 2 lần đường kính bề mặt tác động của cảm biến  Các loại cảm biến không có vòng chắn đặt cạnh nhau phải cách ít nhất 3 lần đường kính bề mặt tác động của cảm biến GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 15 Tiểu luận... với kiểu kết nối nối tiếp tất cả cảm biến đều ON thì ngõ ra mới ON Còn đối với kiểu kết nối song song thì một trong các cảm biến ON thì ngõ ra sẽ ON Có một vấn đề phải được xem xét khi kết nối các cảm biến  theo kiểu kết nối song song Chẳng hạn vấn đề sụt áp trên mỗi cảm biến khi có nhiều cảm biến mắc nối tiếp với nhau a Nối nối tiếp: Ở trường hợp này để cho cảm biến hoạt động bình thường thì điện... Ngoài ra còn có loại cảm biến có ngõ ra bổ sung (có 4 dây ở ngõ ra) Ngõ ra bổ sung là loại ngõ ra có cả tiếp điểm thường đóng và thường mở trên cùng một cảm biến 8 Các dạng kết nối cảm biến với tải: GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 17 Tiểu luận bộ môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm 8 - Trong một vài ưng dụng có thể phải sử dụng nhiều cảm biến  để điều khiển một quá trình công tác.những cảm biến này có thể được... các cảm biến:  Cần phải chú ý khi sử dụng nhiều cảm, khi có hai hay nhiều hơn cảm biến đặt kế nhau hay đối diện nhau có thể xảy ra nhiễu hoặc sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa chúng dẫn đến sai tín hiệu đầu ra Những nguyên dưới đây tắc nhìn chung có thể làm thấp nhất sự tác động lẫn nhau của các cảm biến:  Các loại cảm biến có vòng chắn đặt đối diện nhau phải cách ít nhất 4 lần vùng tác động của cảm biến ... Trang 15 Tiểu luận bộ môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm 8 - 7 Các loại ngõ ra:  Loại cảm biến tiệm cận điện cảm có 3 dây đầu ra (sử dụng điện áp DC) có thể có ngõ ra là PNP hoặc là NPN Điều này phụ thuộc vào loại transistor được sử dụng trong chuyển mạch ngõ ra của cảm biến  Hình vẽ dưới đây minh họa cho loại cảm biến có ngõ ra là PNP Thiết bị tải được mắc giữa ngõ ra (ký hiệu A) và dây(-) của nguồn... biến hoạt động bình thường thì điện áp rơi trên tải phải bé hơn hoặc bằng điện áp nguồn trừ đi điện áp rơi trên các cảm biến Vload ≤ Vsoure -Vsensor GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 18 Tiểu luận bộ môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm 8 - b Kết nối song song: Điều khiển tổng các dòng rò trên cảm biến phải bé hơn dòng điện tĩnh lớn nhất của tải: Iroø ≤ Istatic load *Chú ý: Khi kết nối song song nếu dòng rò chạy qua... từ chiều(+) đến chiều(-) của nguồn điện và đi qua tải Thuật ngữ này gây khó khăn cho những người mới sử dụng cảm biến, vì dong electron(dòng điện thực) đi từ chiều(-), qua tải và sau đó đến chiều (+) của nguồn khi transistor PNP hoạt động ở chế độ ON  Hình vẽ dưới đây minh họa cho loại cảm biến có ngõ ra là loại NPN Thiết bị tải được mắc giữa ngõ ra(ký hiệu A) và dây (+) của nguồn(kí hiệu L+) Một loại...Tiểu luận bộ môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm 8 GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 11 Tiểu luận bộ môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm 8  - Unshielded Inductive Pro Sensor (không có màng chắn): Có thị trường tác động rộng hơn loại có màn chắn Lõi ferrit tập trung từ trường phân tán vào hướng sử dụng (hướng mà vật thể cần phát hiện sẽ đi qua) GVHD: TS.Đào Thế Diệu... GVHD: TS.Đào Thế Diệu Trang 19 Tiểu luận bộ môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm 8 GVHD: TS.Đào Thế Diệu - Trang 20 Tiểu luận bộ môn : Cơ Điện Tử Ứng Dụng Nhóm 8 - *Điện trở R* để ổn định điện áp bé nhất khi cảm biến đang hoạt động 9 Ứng dụng trong công nghiệp và sản xuất:  Điều khiển lưu lượng bằng phao  Điều khiển máy tiện, máy cắt  Điều khiển quy trình nấu chảy chất dẻo của máy đúc chất dẻo (giữ cho nhiệt ... kính đầu cảm biến sensor (Active Face), hướng vuông góc với cảm biến  Đối với cảm biến có vòng chắn Target chuẩn có kích thước với đường kính bề mặt tác động cảm biến Target chuẩn cảm biến vòng... cảm biến:  Các loại cảm biến có vòng chắn đặt đối diện phải cách lần vùng tác động cảm biến  Các loại cảm biến vòng chắn đặt đối diện phải cách lần vùng tác động cảm biến  Các loại cảm biến. .. sensor ON/OFF  Tốc độ lớn mà sensor đọc riêng lẻ tín hiệu xung (đối với Target quay) vật hay vùng cảm biếnvật Giá trị phụ thuộc vào kích thước vật cảm biến (mXm), khoảng cách từ bề mặt cảm biến