Các Câu Hỏi Đề Cương kĩ Thuật Cảm Biến (Có đáp án)

Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Giải Đề Cương Môn Kĩ Thuật Cảm Biến I/ Lý Thuyết: Câu 1: Cảm Biến gì? Tại phải có Cảm Biến?   Cảm Biến thiết bị có chức cảm nhận biến đổi tượng vật lí chuyển hố, biến đổi thành tín hiệu điện Vì: Các cảm biến đóng vai trị quan trọng lĩnh vực đo lường điều khiển Chúng cảm nhận đáp ứng theo kích thích thường đại lượng không điện, chuyển đổi đại lượng thành đại lượng điện truyền thông tin hệ thống đo lường điều khiển, giúp nhận dạng đánh giá điều khiển biến trạng thái đối tượng Câu 2: Trình bày phân loại Cảm Biến?   Cảm biến tích cực : loại cảm biến hoạt động máy phát điện, mặt nguyên lý thường dựa hiệu ứng vật lý biến đổi dang lượng đó(như nhiệt,cơ,quang…) thành lượng điện Cảm biến thụ động: loại cảm biến chế tạo từ vật liệu có thơng số trở kháng nhạy với đại lượng đo Giá trị trở kháng cảm biến phụ thuộc vào hình dạng, kích thước mà cịn phụ thuộc vào tính chất điện vật liệu như: điện trở suất, từ thẩm, số điện mơi… Câu 3: Trình bày khác cảm biến có ngõ dạng NPN & PNP? Vẽ hình minh hoạ?  Sự Khác Nhau: Ngõ Ra NPN Có điện áp ngõ 0V Ngõ Ra PNP Có điện áp 24V Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Hình minh hoạ Câu 4:Trình bày cấu tạo, ngun lí hoạt động Cảm Biến tiệm cận điện cảm? Vì Cảm Biến tiệm cận loại điện cảm phát vật kim loại?  Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện cảm :  Một cảm biến tiệm cận điện cảm gồm có khối chính:  Cuộn dây lõi ferit  Mạch dao động  Mạch phát  Mạch đầu Ản h minh hoạ Nguyên lí hoạt động: Mạch dao động tạo dao động điện từ, từ trường biến thiên từ lõi sắt tác động với vật kim loại đặt trước Khi có đối tượng lại gần, xuất dòng điện cảm ứng chống lại thay đổi dịng điện, giảm biên độ tín hiệu dao động Bộ phát phát thay đổi tín hiệu tác động để mạch lên mức ON  Vì: Vật cấu tạo kim loại có tính từ Mà ngun lí hoạt động cảm biến điện cảm dựa vào thay đổi từ trường, vật có từ tính qua từ trường cuộn dây cảm biến làm cho từ trường cảm biến thay đổi Nên Cảm Biến điện cảm nhận biết vật làm kim loại     Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Câu 5: Trình bày cấu tạo, nguyên lí hoạt động cảm biến tiệm cận điện dung? Vì loại cảm biếm tiệm cận điện dung phát hết tất vật?  Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện dung:  Cảm biến tiệm cận điện dung gồm bốn phận :  Cảm biến(các cực cách điện)  Mạch dao động.`  Bộ phát  Mạch đầu Hình minh hoạ Ngun lí hoạt động: Trong cảm biến tiệm cận điện dung có phận làm thay đổi điện dung C cực Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung dựa việc đánh giá thay đổi điện dung tụ điện.Bất kì vật qua vùng nhạy cảm biến điện dung điện dung tụ điện tăng lên.Sự thay đổi điện dung phụ thuộc vào khoảng cách,kích thước số điện mơi vật liệu Bên có mạch dùng nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến dòng đưa dòng điện tỉ lệ với khoảng cách cực  Vì: Mọi vật có giá trị điện dung riêng(tùy vào vật liệu vật), cảm biến điện dung hoạt động dựa thay đổi giá trị điện dung, vật qua giá trị điện dung vật xẽ làm thây đổi giá trị điện dung cảm biến      Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Câu 6: Vật liệu kích thước vật có ảnh hưởng đến khoảng cách phát cảm biến tiệm cận loại điện cảm? Giải thích?  Ảnh hưởng:  Khoảng cách phát cảm biến điện cảm phụ thuộc nhiều vào vật liệu vật cảm biến Các vật liệu có từ tính kim loại có chứa sắt có khoảng cách phát xa vật liệu không từ tính khơng chứa sắt  Nếu vật cảm biến nhỏ vật thử chuẩn, khoảng cách phát cảm biến giảm  Với vật cảm biến thuộc nhóm kim loại có từ tính (sắt, niken, …), bề dày vật phải lớn 1mm Với vật cảm biến khơng thuộc nhóm kim loại có từ tính, bề dày vật mỏng khoảng cách phát xa Giải thích: Vì: đầu dị cảm biến thường sử dụng mạch từ hở làm lõi sắt Perit Trên mạch từ dây điện từ Nếu vật kim loại dẫn điện nối kín mạch khe từ hở giá trị điện cảm đầu dò điện cảm giảm , dòng điện tiêu thụ tăng cấp đầu dò điện áp xoay chiều   Cậu 7: Vật liệu kích thước vật có ảnh hưởng đến khoảng cách phát cảm biến tiệm cận loại điện dung? Giải thích?     Những yếu tố ảnh hưởng đến tầm phát cảm biến tiệm cận điện dung: Kích thước điện cực cảm biến Vật liệu kích thước đối tượng Nhiệt độ mơi trường • Đối tượng tiêu chuẩn số điện môi Đối tượng tiêu chuẩn định riêng với loại cảm biến tiệm cận điện dung Thông thường chất liệu đối tượng tiêu chuẩn định nghĩa kim loại nước Giải thích: Vì:   Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Câu 8: Trình bày ưu & nhược điểm cảm biến tiệm cận loại điện cảm?  Ưu điểm:  Phát vật không cần phải tiếp xúc  Không gây nhiễu cho sóng điện từ, sóng siêu âm  Tốc độ đáp ứng nhanh  Có thể sử dụng môi trường khắc nghiệt  Đầu cảm biến nhỏ, lắp đặt nhiều nơi  Nhược điểm:  Khoảng phát vật nhỏ  Chỉ phát vật kim loại Câu 9:Trình bày cấu tạo, ngun lí hoạt động cảm biến tiệm cận loại điện quang?  Cấu tạo:  Bộ phát sáng  Bộ thu sáng  Mạch phát  Ngõ Hình minh hoạ Ngun lí hoạt động: Trong vật chất điện tử bao quanh hạt nhân nhờ lực liên kết với hạt nhân We , lực mạnh với điện tử lớp   Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái yếu với điện tử lớp , điện tử lớp ngồi để tách khỏi ngun tử Khi ánh sáng chiếu lên vật chất lượng photo đủ lớn để cấp cho điện tử thắng lực liên kết điện tử vật chất giải phóng để trở thành điện tử tự  Điện tích giải phóng chiếu sáng phụ thuộc vào chất vật bị chiếu sáng  Cảm biến quang hoạt động dựa nguyên lí  Nguồn sáng cảm biến quang thực tế hầu hết dùng ánh sáng hồng ngoại Câu 11: Trình bày phân loại cảm biến tiệm cận loại điện quang? Vẽ hình minh hoạ?  Có loại cảm biến tiệm cận loại điện quang: Loại 1: Cảm biến quang điện loại xạ khuếch đại Chỉ phát vật thể vùng giới hạn , bị ảnh hưởng màu sau vùng cảm biến , lí tưởng cho nhiều ứng dụng cần triệt tiêu   Hình minh hoạ Loại 2: Cảm biến quang điện loại phát thu độc lập Bộ phát thu nằm thiết bị độc lập tạo ánh sáng thu có cường độ lớn , phân biệt sáng tối cao, phát vật thể không phụ thuộc vào màu sắc bề mặt vật thể, giá thành cao   Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Hình minh hoạ Loại 3: Cảm biến quang điện loại phản xạ gương Khoảng cách phát lớn , khả phân biệt cao , phân biệt vật thể suốt , mờ, bóng giá thành rẻ cảm biến thu phát độc lập , độ tin cậy cao    Hình minh hoạ  Loại 4: Cảm biến quang điện loại sợi quang Phát vật có kích thước nhỏ , thời gian đáp ứng nhanh , phát xác điều kiện khơng CB Thu phát lên tới 1100mm, phản xạ khuếch đại lên tới 130mm, phản xạ xác định phát 6mm Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Hinh minh hoạ Câu 12: Trình bày chế độ hoạt động cảm biến quang? Giải thích? Vẽ hình minh hoạ cụ thể? Các chế độ hoạt động cảm biến quang:  Gồm chế độ:  Chế độ thu phát  Chế độ phản xạ (gương)  Chế độ phản xạ khuếch tán  Chế độ chống ảnh hưởng • Chế độ phản xạ (gương): Bộ phát truyền ánh sáng tới gương phản chiếu lăng kính đặc biệt, phản xạ lại tới thu sáng cảm biến Nếu vật thể xen vào luồng sáng, cảm biến phát tín hiệu • Chế độ xạ khuếch đại: Cảm biến dạng truyền ánh sáng từ phát tới vật thể Vật phản xạ lại phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại thu cảm biến, kích hoạt tín hiệu • Chế độ thu phát: Cảm biến dạng thu phát có phát thu sáng tách riêng Bộ phát truyền ánh sáng thu nhận ánh sáng Nếu có vật thể chắn nguồn sáng hai phần có tín hiệu cảm biến • Chế độ chống ảnh hưởng nền:     Kĩ Thuật Cảm Biến Định  Nguyễn Thái Đây cảm biến phản xạ khuếch tán đặc biệt Trong loại thường phát tổng lượng ánh sáng nhận được, loại BGS phát góc ánh sáng phản xạ.Cơng nghệ có tên triangulation (phép đạc tam giác) Bởi vậy, độ nhạy cảm biến không phụ thuộc vào màu sắc vật hay sau vật Câu 13: Trình bày cấu tạo, nguyên lí hoạt động cảm biến tiệm cận siêu âm? Cấu tạo: Mạch tạo dao động Mạch phát Mạch so sánh Ngõ      Ngun lí hoạt động: Khi có lệnh u cầu đo điều khiển phát lệnh phát chu kì sóng âm xạ bên ngồi gặp vật chắn phản xạ trở lại thu Dựa vào vận tốc từ sóng quãng thời gian từ phát sóng siêu âm tới nhận lại để suy khoảng cách từ vật tới vị trí đặt cảm biến   Câu 14: Encoder gì? Trình bày ngun lí hoạt động? Phân loại? Encoder: Là thiết bị đo tốc độ động coe thông dụng nhất, hay cịn gọi mã hố quang học  Nguyên lí hoạt động: Cấu tạo gồm đĩa mã hoá chẻ rãnh Kết hợp với cảm biến quang (có phận thu & phận phát độc lập) Từ sinh chuỗi xung vng encoder quay  Phân loại: Gồm loại:  Đĩa mã hoá tương đối     Kĩ Thuật Cảm Biến Định  Nguyễn Thái + Rãnh đơn + Rãnh đơi Đãi mã hố tuyệt đối Câu 15:Trình bày cấu tạo, nguyên lí hoạt động, phân loại cảm biến nhiệt độ? Vẽ hinh minh hoạ?  Cấu tạo: Hình minh hoạ Phân loại: • Có loại: Là cảm biến thụ động NTC viết tắt chữ Negative Temperature Coficient có nghĩa điện trở có hệ số nhiệt độ âm Bản chất điện trở bán dẫn có điệ trở giảm nhiệt độ tăng Cảm biến thụ động   10 Kĩ Thuật Cảm Biến Định    Nguyễn Thái PTC viết tắt Positive Tenperature Coficient nghĩa điện trở có hệ số nhiệt dương Bản chất điện trở bán dẫn có điện trở tăng nhiệt độ tăng  Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ cảm biến nhỏ nhiệt độ cài đặt tiếp điểm & đóng cấp nguồn cho Relay K(điểm 13, 14) làm cho tiếp điểm 9,5 & 8,12 đóng cung ccaps nguồn cho điện trở sấy làm cho nhiệt đọ lò sấy tăng Khi nhiệt độ cảm biến lớn nhiệt độ cài đặt tiếp điểm & đóng dẫn đến cắt điện Relay K làm cho tiếp điểm 9,5 & 8,12 mở cắt điện điện trở sấy dẫn đến nhiệt đọ lò sấy giảm II/ Bài Tập:  Dạng 1: Tính tốn khoảng cách làm việc Cảm Biến? Vd: Cho cảm biến tiệm cận loại PNP Điện áp hoạt động 24VDC loại không vỏ bọc khoảng cách phát 50mm? a/ Vẽ sơ đồ kết nối ngõ cho bóng đèn ( có vật đèn sáng) b/ Xác định khoảng cách cài đặt Khi có vật phát là: Nhơm, Đồng, Đồng Thau Kích thước vật 75% & 50% Giải Bảng hệ số K Vật Liệu Thép mềm Thép không gỉ Đồng thau Nhôm Đồng Shielded 1.0 0.7 0.4 0.35 0.3 Unshielded 1.0 0.8 0.5 0.45 0.4 11 Kĩ Thuật Cảm Biến Định Kích Thước Nguyễn Thái 100% 75% 50% 25% 1.0 0.92 0.83 0.56 1.0 0.9 0.73 0.5 a/ Vẽ sơ đồ kết nối mạch: Hình minh hoạ b/ Xác định khoảng cách:  Ta có cơng thức: Sa= Sn.K Khi vật phát Nhơm: Sa= 50 x 0,45 = 22,5 mm • Khi vật phát Đồng: Sa= 50 x 0,4 = 20 mm • Khi vật phát Đồng Thau: Sa= 50 x 0,5 = 25 mm Kích thước: • Đồng: Sa= 50 x 0,9 = 45 mm • Nhơm: Sa= 50 x 0,73 = 36,5 mm Dạng 2: Thiết kế mạch chọn cảm biến theo yêu cầu thực tế? •   Vd: 12 Kĩ Thuật Cảm Biến Định  Nguyễn Thái Dạng 3: Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ theo yêu cầu thực tế? Vd: 13 ...Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Hình minh hoạ Câu 4:Trình bày cấu tạo, ngun lí hoạt động Cảm Biến tiệm cận điện cảm? Vì Cảm Biến tiệm cận loại... đổi Nên Cảm Biến điện cảm nhận biết vật làm kim loại     Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Câu 5: Trình bày cấu tạo, nguyên lí hoạt động cảm biến tiệm cận điện dung? Vì loại cảm biếm tiệm... dung vật xẽ làm thây đổi giá trị điện dung cảm biến      Kĩ Thuật Cảm Biến Định Nguyễn Thái Câu 6: Vật liệu kích thước vật có ảnh hưởng đến khoảng cách phát cảm biến tiệm cận loại điện cảm?