Đang tải... (xem toàn văn)
Môn học kỹ thuật đo lường và cảm biến trình bày các kiến thức về đo lường và cảm biến dùng trong ngành điện. Giới thiệu những phép đo cơ bản và kỹ thuật cảm biến để ứng dụng cho các ngành sản xuất công nghiệp P1 C1. Giới thiệu chung về đo lường P1 C2. Giới thiệu các thiết bị đo cơ bản P1 C3. Đo dòng điện P1 C4. Đo điện áp P1 C5. Đo điện trở P1 C6. Đồng hồ vạn năng dạng kim, dạng số và ampe kìm P1 C7. Đo lường trung thế P1 C8. Đo công suất và đo điện năng P1. Nghị định quy định về đơn vị đo lường chính thức P2 C1. Công tắc giới hạn P2 C2. Bộ điều khiển nhiệt độ P2 C3. Cảm biến tiệm cận P2 C4. Cảm biến quang P2 C5. Encoder P2 C6. Cảm biến khói Tài liệu tham khảo: Nguyễn Ngọc Tân, Kỹ thuật đo điện, NXB KH và KT, Hà Nội, 1998 Dương Minh Trí, Cảm biến và ứng dụng, NXB KH KT, 2001 Phan Quốc Phô, Giáo trình cảm biến, NXB KH KT, 2000 Nguyễn Ngọc Tân , Kỹ thuật đo, NXB: ĐHBK TP HCM, 1995 Huỳnh Văn Kiểm, Đo lường quá trình, NXB: ĐHBK TP HCM,1996 HS Kalsi, Electronic Entrumentation, NXB: Tata McGrawHill, 1995
Giới thiệu chung đo lường CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG Đònh nghóa Đo lường trình đánh giá, đònh lượng đại lượng cần đo để so sánh với đại lượng chọn làm đại lượng chuẩn nhằm thuận tiện cho việc đánh giá điều khiển Mục đích yêu cầu Mục đích: Để xác đònh giá trò đại lượng cần đo Xem giá trò đo có với yêu cầu hay không để có điều chỉnh xác Yêu cầu: Cần đạt đến độ xác cao, tùy thuộc vào đối tượng, ví dụ đo lường cho công nghiệp cần đồng hồ đo loại công nghiệp, cho mục đích nghiên cứu cần đồng hồ đo xác Các đại lượng đo lường Trong lónh vực đo lường, dựa tính chất đại lượng đo, phân hai lọai Đại lượng điện, I,V, R, L, C, P, … Đại lượng không điện (non electrical) đại lượng vật lý, hóa học, sinh học, y học,… không mang đặc trưng đại lượng điện, nhiệt độ, độ ẩm, lực, moment, ứng suất, … Phân loại cách thức thực phép đo Để đo lường phải sử dụng thiết bò đo, dụng cụ thiết bò giúp cho việc đònh tính đònh lượng cho đại lượng cần đo gọi thiết bò đo Tùy theo cách biến đổi tín hiệu thò, dụng cụ đo chia thành dụng cụ đo tương tự (Analog) dụng cụ đo thò số (Digital) - Dụng cụ đo tương tự dụng cụ đo mà kết đo hàm liên tục trình thay đổi đại lượng đo Các dụng cụ loại loại dụng cụ đo thò kim dụng cụ đo có cấu tự ghi - Dụng cụ đo số dụng cụ đo mà kết đo thể số a) b) c) Hình 1.1: a) Dụng cụ đo thò kim, b) Dụng cụ đo có cấu tự ghi, c) Dụng cụ đo thể số Để thực phép đo người ta sử dụng nhiều cách khác nhau, ta phân biệt cách sau đây: Giới thiệu chung đo lường a- Đo trực tiếp: cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phép đo Cách đo cho kết Dụng cụ đo sử dụng thường tương ứng với đại lượng đo Ví dụ: đo điện áp dùng voltmeter chẳng hạn mặt voltmeter khắc độ sẵn vôn Thực tế đa số phép đo sử dụng cách đo trực tiếp b- Đo gián tiếp: cách đo mà kết suy từ phối hợp kết nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp Ví dụ: Để đo điện trở ta sử dụng đònh luật ohm R = U/I Ta cần đo điện áp dòng điện cách đo trực tiếp sau tính điện trở Cách đo gián tiếp thường mắc phải sai số lớn, tổng sai số phép đo trực tiếp c- Đo thống kê: Để đảm bảo độ xác phép đo nhiều người ta phải sử dụng cách đo thống kê Tức phải đo nhiều lần sau lấy giá trò trung bình Cách đo đặc biệt hữu hiệu tín hiệu đo ngẫu nhiên kiểm tra độ xác dụng cụ đo Đơn vò đo Đơn vò đo giá trò đơn vò tiêu chuẩn đại lượng đo quốc tế quy đònh mà quốc gia phải tuân thủ Trên giới người ta đặt đơn vò tiêu chuẩn như: (tham khảo thêm phần tài liệu giáo viên gởi kèm) Các đại lượng Điện lượng Dòng điện Điện áp Điện dung Điện cảm Điện trở Công suất tác dụng Công suất phản kháng Công suất biểu kiến Năng lượng Thời gian Tốc độ Gia tốc Năng lượng công Tên đơn vò Culông Ampe Vôn Fara Henry Ôm Watt Vôn Ampe r Vôn Ampe Watt giây Giây Mét giây Mét giây bình phương Jun Kí hiệu C A V F H Ω W VAr VA W.s s m/s m/s2 J 1MW = 1.000KW = 1.000.000W hay ghi cách khác 1MW = 103KW = 106W 1W = 1.000mW = 1.000.000µW hay ghi cách khác 1W = 103mW = 106µW 1µW = 0.001mW = 0.000001W hay ghi cách khác 1µW = 10-3mW = 10-6W 1W = 0.001KW = 0.000001 MW hay ghi cách khác 1W = 10-3KW = 10-6MW Giới thiệu chung đo lường Các sai số Bất loại đồng hồ dù chế tạo xác đến đâu có sai số Sai số giá trò chênh lệch giá trò thực giá trò đo Sai số gồm có hai loại: a Sai số bản: sai số vốn có dụng cụ đo trình chế tạo dụng cụ đo đònh, ví dụ ma sát ổ trục, khắc vạch mặt dụng cụ đo không xác,… b Sai số phụ: sai số phương pháp đo không xác, điều kiện môi trường đo khác với điều kiện tiêu chuẩn, sai số cá tính, thói quen người thực công việc đo lường gây nên,… Để biểu thò sai số người ta đưa ra: - Sai số tuyệt đối hiệu số giá trò đo – x’ giá trò thực – x (giá trò x giá trò đại lượng cần đo xác đònh với độ xác cao nhờ dụng cụ đo mẫu chuẩn) ∆x = x − x ' (1.1) - Sai số tương đối phép đo đánh giá phần trăm sai số tuyệt đối giá trò thực: ∆x 100 % (1.2) ∆x % = x - Sai số tương đối đònh mức hay gọi cấp xác giá trò sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải, xác đònh công thức: ∆x ∆x % đm = 100 % = CCX (1.3) xđm Ở đây: - xđm trò số lớn thang đo - CCX cấp xác Trong điều kiện làm việc tiêu chuẩn (nhiệt độ: (20 ± 5)0C, độ ẩm tương đối: (65 ± 15)%, áp suất khí quyển: (750 ± 30)mmHg) với thao tác đo tốt sai số tương đối đònh mức chủ yếu sai số gây nên Vì người ta dùng sai số tương đối đònh mức để biểu thò độ xác đồng hồ Ví dụ: theo tiêu chuẩn việt nam T.C.V.N 1689-T5 có hiệu lực từ 1-1-1977 dụng cụ đo có cấp xác: 0,1; 0.2; 0.5; 1; 1.5; 2.5; Cấp xác ghi mặt dụng cụ đo Ví dụ: Một đồng hồ đo điện áp xoay chiều loại thò kim có giá trò thang đo lớn 500V, cấp xác đồng hồ 2.5 Hãy cho biết kim đồng hồ vạch 480, giá trò khoảng bao nhiêu? Giải: với CCX = 2.5, Xđm = 500V, x’= 480V 2.5× 500 Từ (1.3) ta có ∆x = = 12.5 100 Từ (1.1) ta có ∆x = x − x ' = x − 480 = 12.5 ⇔ x − 480 = ±12.5 ⇔ x = 480 ±12.5 giá trò thực 467.5 (V) ≤ x ≤ 492.5 (V) Giới thiệu chung đo lường Các phận chủ yếu dụng cụ đo Phân loại dụng cụ đo, ký hiệu mặt dụng cụ đo Nói chung tất loại dụng cụ đo thường có hai phận cấu thò mạch đo Mạch đo dùng để biến đổi đại lượng cần đo thành đại lượng điện (điện áp, dòng điện,…) Có trò số phù hợp tác dụng trực tiếp lên cấu thò Cơ cấu thò kiểu kim thò gồm có: phần động phần tónh, làm nhiệm vụ biến đổi điện đưa vào thành tác dụng lên phần động Phần động gắn liền với kim thò, góc quay kim xác đònh trò số đại lượng đưa vào cấu thò Căn vào nguyên lý làm việc người ta phân thành loại cấu thò kiểu kim - Cơ cấu thò kiểu từ điện, ký hiệu: - Cơ cấu thò kiểu điện từ, ký hiệu: - Cơ cấu thò kiểu điện động, ký hiệu: - Cơ cấu thò kiểu cảm ứng, ký hiệu: - Cơ cấu thò kiểu tónh điện, ký hiệu: Trên sở cấu này, số dụng cụ đo cấu thò thêm số chi tiết khác để mở rộng khả sử dụng, lúc ký hiệu phải ghi thêm ký hiệu phụ khác Ví dụ: - Cơ cấu thò kiểu từ điện có chỉnh lưu, ký hiệu: - Cơ cấu thò kiểu sắt điện động, ký hiệu: - Cơ cấu thò kiểu từ nhiệt điện, ký hiệu: - Tỷ số mét (logomét) kiểu từ điện, ký hiệu: - Tỷ số mét (logomét) kiểu điện từ, ký hiệu: - Tỷ số mét điện động, ký hiệu: - Tỷ số mét cảm ứng, ký hiệu: Ngoài mặt dụng cụ đo ghi đại lượng đo: ampe kế (ampe mét) ký hiệu A, vôn kế – V, wát kế – W, ôm kế – Ω, công tơ – Wh, hệ số công suất – cosφ, loại dòng điện mà dụng cụ sử dụng: dòng điện chiều ký hiệu , xoay chiều , chiều xoay chiều , xoay chiều ba pha Giới thiệu chung đo lường Các ký hiệu cách đặt dụng cụ: - Đặt thẳng đứng, ký hiệu: ↑ ┴ - Đặt nằm ngang, ký hiệu:→ - Đặt nghiêng góc φ, ký hiệu: Các ký hiệu thử cách điện dụng cụ: ví dụ dụng cụ thử cách điện điện áp 2kv ký hiệu: 2kv Ký hiệu cấp xác dụng cụ: 0,1; 0.2; 0.5; 1; 1.5; 2.5; Ví dụ mặt dụng cụ đo ghi: 1,5 ┴ Có nghóa dụng cụ đo có cấp xác 1,5 với cấu thò kiểu từ điện, đặt thẳng đứng điện áp thử cách điện 2kv Độ tác động nhanh Độ tác nhanh hay gọi thời gian thò thời gian ngắn để dụng cụ đo xác lập kết đo bề mặt thò Đối với dụng cụ đo tương tự thời gian khoảng giây, dụng cụ hiển thò số thời gian khoảng giây Độ nhạy Độ nhạy dụng cụ đo tính bằng: Y với Y đại lượng ra, X đại lượng vào S= X Nếu dụng cụ đo có nhiều khâu biến đổi bên độ nhạy chung dụng cụ đo tích số độ nhạy thành phần: S = S1 S2 S3 S4 S5 ….Sn Các loại cấu thò CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ ĐO CƠ BẢN Chỉ thò cấu từ điện a Cấu tạo Cấu tạo cấu từ điện Khung quay Nam châm vónh cửu Kim thò Thang chia Lò xo phản kháng Hai dây dẫn, cung cấp điện cho khung dây Lõi sắt Rm Ký hiệu cấu từ điện Hình 2.1: Cấu tạo cấu thò kiểu từ điện, ký hiệu Cơ cấu thò gồm hai thành phần chính: phần tónh nam châm vónh cửu để tạo từ trường, phần quay phần khung nhôm xung quanh quấn dây đồng (Φ = 0.02 ÷ 0.2 mm, bọc lớp cách điện mỏng) gắn với trục, toàn khối lượng khung quay phải nhỏ tốt để cho moment quán tính nhỏ, trục có gắn kim thò (phía sau kim thò đặt đối trọng để cho trọng tâm kim thò nằm trục quay) lò xo phản kháng - lò xo phản kháng có nhiệm vụ kéo kim thò vò trí ban đầu Để giảm khe hở không khí giữ hai cực nam châm làm cho từ trường mạnh hơn, hơn, người ta cho vào khung nhôm lõi thép cố đònh b Nguyên lý làm việc Khi có dòng điện chiều I chạy vào cuộn dây phần động, từ trường nam châm vónh cửu tác dụng lên hai cạnh khung dây trục khung dây nằm thẳng góc với đường sức từ trường lực F (theo quy tắc bàn tay trái), lực từ hai dẫn ngược chiều nhau,và tạo moment quay Mq Hình 2.2: Nguyên tắc hoạt động khung dây đặt từ trường nam châm Các loại cấu thò thức: Dưới tác dụng Mq, khung quay góc α, moment quay tính theo biểu Với B: độ tự cảm nam châm vónh cửu S: tiết diện khung dây W: số vòng dây khung dây I : dòng điện chạy vào khung dây Khi lò xo phản kháng bò xoắn lại sinh monent cản Mc tỷ lệ thuận với góc quay α tính: M C = D.α Trong D số phụ thuộc vào vật liệu kích thước lò xo Kim cấu đứng yên moment cản Mc cân với moment quay Mq Như vậy: góc quay tỷ lệ với dòng điện chiều chạy vào khung Dòng điện lớn góc quay lớn c Đặc điểm phạm vi ứng dụng cấu thò kiểu từ điện Từ trường cấu mạnh nên chòu ảnh hưởng từ trường ngoài, tổn thất điện cấu nên độ xác cao Loại dụng cụ đo kiểu từ điện đo đại lượng chiều, không đo đại lượng xoay chiều, muốn đo dòng điện chạy vào khung quay phải qua cấu chỉnh lưu - Ứng dụng: Cơ cấu từ điện thường dùng dụng cụ đo như: ampe kế, vôn kế, wát kế, đồng hồ vạn (VOM), điện kế Hình ảnh số dụng cụ đo sử dụng cấu từ điện Hình 2.3: Hình ảnh số dụng cụ đo sử dụng cấu từ điện Các loại cấu thò Chỉ thò cấu điện từ a Cấu tạo Hình 2.4: Cơ cấu thò kiểu điện từ với cuộn dây phẳng 1- cuộn dây, 2- lõi thép, 3- lò xo phản kháng, 4- cấu cản dòu, 5- trục quay, 6kim chỉ, 7- đối trọng, 8-thang đo Hình 2.5: Cơ cấu thò kiểu điện từ với cuộn dây tròn 1- cuộn dây, 2- kim loại tónh, 3- kim loại động, 4- trục quay có gắn kim Cơ cấu thò kiểu từ điện có hai loại: loại cuộn dây phẳng loại cuộn dây tròn Hai loại khác cấu tạo, nguyên lý làm việc Đối với loại cuộn dây phẳng, phần tónh cuộn dây quấn thành hình hộp, cuộn dây có rãnh hẹp Phần động phiến thép làm sắt từ mềm gắn lệch tâm với trục Trên trục có lò xo phản kháng 3, kim phận cản dòu không khí Khi có dòng điện chạy vào phần tónh, làm phần tónh sinh từ trường, thép bò hút vào rãnh làm kim quay góc Đối với loại cuộn dây tròn, phần tónh cuộn dây quấn thành hình trụ tròn, phía đặt hai phiến sắt từ mềm Phiến cố đònh, phiến gắn liền với trục, trục có gắn kim lò xo phản kháng phận cản dòu không khí Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây phần tónh, hai phiến thép từ hóa giống nhau, cực tên gần đẩy nhau, làm cho phiến kim quay góc Loại cuộn dây tròn so với cuộn dây phẳng dễ chế tạo hơn, thang đo chia hơn, từ trường yếu hơn, nên phải chế tạo cuộn dây to nhiều vòng Hiện loại cuộn dây phẳng dùng nhiều b Đặc điểm phạm vi ứng dụng cấu thò kiểu điện từ - Ưu điểm: Có thể đo dòng điện chiều dòng điện xoay chiều Cuộn dây phần tónh chế tạo với tiết điện lớn nên có khả tải tốt - Nhược điểm: Mạch từ khép mạch qua không khí nên từ trường yếu chòu ảnh hưởng từ trường Để trừ bỏ ảnh hưởng từ trường ngoài, người ta bọc cấu đo chắn từ kim loại Tổn hao sắt từ cấu lớn nên cấp xác thấp - Ứng dụng: Cơ cấu đo kiểu điện từ chế tạo đơn giản, rẻ, nên sử dụng rộng rãi công nghiệp để làm ampe kế, vôn kế, cosφ kế Các loại cấu thò Chỉ thò cấu điện động a Cấu tạo Cơ cấu điện động bao gồm hai thành phần: phần tónh phần động - Phần tónh bao gồm cuộn dây (được chia thành hai phần nối tiếp nhau) để tạo từ trường có dòng điện chạy qua Trục quay chui qua khe hở hai phần cuộn dây tónh - Phần động gồm khung dây đặt lòng cuộn dây tónh Khung dây gắn với trục quay, trục có lò xo cản, phận cản dòu kim thò Cả phần động phần tónh bọc kín chắn để ngăn ngừa ảnh hưởng từ trường Hình 2.6: Cơ cấu thò kiểu điện động Khi có dòng điện I1 chạy vào cuộn dây (phần tónh) làm xuất từ trường lòng cuộn dây Từ trường tác động lên dòng điện I2 chạy cuộn dây (phần động) tao nên moment quay làm khung dây quay góc α moment quay tính: b Đặc điểm phạm vi ứng dụng cấu thò kiểu điện động - Ưu điểm: có độ xác cao đo mạch điện xoay chiều - Nhược điểm: tiêu thụ công suất lớn nên không thích hợp mạch công suất nhỏ Chòu ảnh hưởng từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải có phận chắn từ - Ứng dụng: chế tạo Ampe kế, vôn kế, wát kế chiều xoay chiều tần số công nghiệp, pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số công suất cos ϕ Chỉ thò cấu cảm ứng a Cấu tạo Cơ cấu cảm ứng bao gồm phần tónh phần động -Phần tónh: cuộn dây điện 2,3 có cấu tạo để có dòng điện chạy cuộn dây sinh từ trường móc vòng qua mạch từ qua phần động -Phần động: đóa kim loại (thường nhôm) gắn vào trục quay trụ Hình 2.7: Cơ cấu thò cảm ứng Các loại cấu thò Nguyên lý làm việc cấu cảm ứng dựa tác động tương hỗ từ trường xoay chiều (được tạo dòng điện phần tónh) dòng điện xoáy tạo đóa phần động, cấu làm việc với mạch điện xoay chiều: Khi dòng điện I1, I2 vào cuộn dây phần tónh làm sinh từ thông Ф1, Ф2 (các từ thông lệch pha góc ψ góc lệch pha dòng điện tương ứng), từ thông Ф1, Ф2 cắt đóa nhôm (phần động) làm xuất đóa nhôm sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π /2) dẫn đến xuất dòng điện xoáy Ix1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1, α2) Các từ thông Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với dòng điện Ix1, Ix2 làm sinh lực F1, F2 mômen quay tương ứng làm quay đóa nhôm (phần động) Mômen quay tính: với: C số f tần số dòng điện I1, I2 ψ góc lệch pha I1, I2 b Đặc điểm phạm vi ứng dụng cấu thò kiểu cảm ứng - Điều kiện để có mômen quay phải có hai từ trường - Nhược điểm: mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn đònh tần số - Ứng dụng: chủ yếu để chế tạo côngtơ đo lượng điện tiêu thụ; đo tần số… Chỉ thò số Các số, chữ số dấu hiệu tạo thành nhiều đèn ghép lại với nhau, cách sử dụng đèn diode phát quang (LED), đèn tinh thể lỏng (LCD) 5.1 DIODE PHÁT QUANG: a Cấu Tạo: Diode phát quang gọi tắt Led (Light Emitting Diode) làm từ chất Ga-As, Ga-P GaAs-P Loại Led phát sáng dùng làm tín hiệu báo nguồn, báo trạng thái hoạt động mạch, loại Led hồng ngoại dùng để truyền tín hiệu ghép quang Led có ký hiệu hình dáng sau: Hình 2.8: Ký hiệu hình dạng Led 10 Chương VI: Encoder – Thiết bò mã hóa vòng – xung V Các kiểu encoder loại đầu kết nối encoder Hình 6.28: Các kiểu encoder loại đầu kết nối encoder 116 Chương VI: Encoder – Thiết bò mã hóa vòng – xung VI Ứng dụng a Encoder gắn vào trục vít – me để xác đònh vò trí bàn trượt Hình 6.29: Encoder gắn vào trục vít – me để xác đònh vò trí bàn trượt b Encoder tích hợp vào động servo để xác đònh số vòng vận tốc trục động Hình 6.30: Encoder tích hợp vào động servo để xác đònh số vòng vận tốc trục động 117 Chương VI: Encoder – Thiết bò mã hóa vòng – xung Hình 6.31: Encoder tích hợp vào động servo để xác đònh số vòng vận tốc trục động Bài tập 1: Hãy trình bày cách thức để đo chiều dài sợi (hiển thò giá trò chiều dài sợi lên hình LCD) cách sử dụng encoder phối hợp với số thiết bò khác hình vẽ Sợi vào Rulơ motor Sợi vào Màn hình LCD 0000 Vi x lý Encoder 100 xung d = cm 0101010 Hình 6.32: Đo chiều dài sợi cách dùng encoder phối hợp với thiết bò khác 118 Chương VI: Encoder – Thiết bò mã hóa vòng – xung Bài tập 2: Hãy tính vận tốc băng tải, đo 200 xung thời gian 5s Hình 6.33: Tính vận tốc băng tải cách dùng encoder phối hợp với thiết bò khác VII Bộ phát xung tay Cấu tạo nguyên lý hoạt động Hình bên trình bày phát xung tay, với đóa mã hóa có vòng rãnh sử dụng cảm biến phát – thu mạch điện kèm để phục vụ cho việc chuyển đổi từ vòng quay sang tín hiệu xung Ánh sáng từ phận phát truyền qua không khí, sau truyền qua rãnh bò khoét, tiếp tục qua không khí đến phận thu tương ứng (bộ phát đến thu 1, không đến thu đến thu lại) Nếu phận thu nhận ánh sáng từ phận phát ngõ thu lên mức Còn phận thu không nhận ánh sáng từ phận phát ngõ thu mức phận phát phận thu phận phát phận thu trục xoay rãnh bò khoét đóa Hình 6.32: Cấu tạo đơn giản phát xung tay 119 Chương VI: Encoder – Thiết bò mã hóa vòng – xung Khi cho trục quay đóa quay theo, làm cho ánh sáng nhận hai thu dạng sóng vuông 900 T = 3600 CB1 CB2 CB1 CB2 H L H L H L H L channel A (signal A) channel B (signal B) channel A (signal A) channel B (signal B) Hình 6.33: Dạng sóng ngõ phát xung tay Ta dễ dàng thấy rằng, encoder tăng dần với hai kênh A B Nhưng tùy vào loại phát xung mà có kênh, kênh có kênh A, B A đảo B đảo Vậy tức ngõ cách kết nối tương tự encoder tăng dần Ứng dụng phát xung tay Trong máy phay, máy CNC… phát xung tay bố trí bảng điều khiển, với mục đích dùng để điều chỉnh vò trí ban đầu trục (chẳng hạn trục X, trục Y, trục Z) máy bảng điều khiển có phát xung tay 120 Chương VI: Encoder – Thiết bò mã hóa vòng – xung Máy phay với bảng điều khiển có phát xung tay bảng điều khiển có phát xung tay đa Hình 6.34: Máy phay với với bảng điều khiển có phát xung tay Hình 6.35: Các phát xung tay 121 CHƯƠNG VII CẢM BIẾN KHÓI I Tác dụng cảm biến khói Nhận biết có khói (do cháy) khu vực gần cảm biến với mục đích: - Cảnh báo cho người, để họ nhanh chóng thoát khỏi khu vực bò cháy - Cảnh báo sớm cho người để họ nhanh chóng dập tắt nguồn phát lửa II Các vấn đề liên quan đến khói Để hiểu tính chất khói, cần khảo sát sơ lược vần đề sau: Kích thước phân tử khói Các phân tử khói thấy (kích thước nhỏ 1µm) tạo từ hầu hết lửa lớn (tóc người có đường kính khoảng 90 µm) Các phân tử khói mà có kích thước lớn hầu hết xuất lửa nhỏ Sự kết dính xảy có nhiều phân tử khói nhỏ bám lại với để tạo thành phân tử khói lớn Sự kết dính xảy cao trung tâm vùng cháy Mật độ khói nhỏ chúng xa trung tâm cháy, trình kết dính xảy Màu sắc khói Các vật liệu cháy mà cho khói có màu tối có màu đen loại xăng, dầu, nhựa, chất dẻo Các vật liệu cháy mà cho khói có màu sáng có màu xám loại giấy, gỗ, vải Hình 7.1: Dãy màu sắc khói II Cấu tạo nguyên lý hoạt động Về thiết bò báo khói bao gồm: Hình 7.2: Sơ đồ khối cảm biến khói Từ sơ đồ khối, thấy thành phần quan trọng cảm biến khói phần tử phát khói 121 Khi chế tạo phần tử phát khói, người ta thường dùng hai cấu để phát khói cấu buồng ion hóa cấu phát thu quang điện Tuy nhiên, để phát cháy người ta sử dụng kiểu cảm biến khác như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến phát mức carbon không khí Cảm biến khói sử dụng cấu buồng Ion hóa Buồng ion hóa (buồng phát hiện) thiết bò mà thành phần lượng nhỏ vật liệu phóng xạ loại Americium 214, với mục đích làm ion hóa vùng không khí bên buồng phát hiện, làm cho vùng không khí bên buồng phát dẫn điện Americium 214 vật liệu phóng xạ nhân tạo, có khoảng 0.9 micro–curie loại Americium 214 buồng ion hóa Curie đơn vò để đo lường vật liệu nguyên tử Khi khói bên buồng phát hiện, tức có không khí phân tử không khí bò biến thành ion lượng xạ từ vật liệu phóng xạ phát Khi chuyển thành ion phân tử không khí bắt đầu dẫn điện (dòng điện qua nhỏ) Khi có khói vào buồng phát hiện, phân tử khói bám chặt vào ion không khí, làm cho dòng điện giảm xuống (do điện trở ion không khí tăng lên) Mạch điện tử phát thay đổi dòng điện mạch, có dòng điện lớn báo động xảy Nếu dòng điện mạch nhỏ dòng điện chọn làm mẫu chuẩn, sau qua so sánh, khuếch đại, có tín hiệu báo động Hình 7.3: Nguyên lý hoạt động buồng Ion hóa Hình 7.4: Hình dạng thực tế cảm biến sử dụng cấu buồng Ion hóa 122 Cảm biến khói sử dụng cấu buồng ion hóa có ưu điểm như: - Phát nhanh đám cháy lớn, đám cháy xăng dầu Có thể phát phân tử khói có kích thước từ 0.01 đến µm - Rất nhạy với loại khói có màu sẫm tối màu đen - Nhạy với nước báo sai lắp đặt chúng nhà bếp nhà tắm Hình 7.5: Hình ảnh bên cảm biến khói sử dụng buồng ion hóa Cảm biến khói sử dụng cấu phát thu quang điện Buồng phát thu quang điện bao gồm phát ánh sáng thu ánh sáng biểu diễn hình vẽ bên Khi khói nằm vùng phát ánh sáng từ phát đến với thu, ánh sáng bò hấp thu hoàn toàn vào chắn màu đen Lúc thu không nhận tín hiệu, báo động Nếu có khói nằm buồng phát hiện, ánh sáng từ phát bò phản xạ từ phân tử khói chiếu vào phận thu Lúc thu nhận tín hiệu, báo động Trên thực tế, có hai kiểu phát ánh sáng từ phát là: - Phát ánh sáng kiểu tập trung (minh họa hình 7.6) - Phát ánh sáng kiểu phân tán (minh họa hình 7.7) Hình 7.6: Nguyên lý hoạt động buồng phát thu quang điện với ánh sáng phát kiểu tập trung Hình 7.7: Nguyên lý hoạt động buồng phát thu quang điện 123 với ánh sáng phát kiểu phân tán Cảm biến khói sử dụng cấu phát thu quang điện có ưu điểm như: - Phát nhanh đám cháy nhỏ, cháy thiết bò sinh hoạt gia đình - Có thể phát phân tử khói có kích thước từ 0.3 đến 10 microns - Nhạy loại khói có ánh sáng màu xám So sánh đặc tính hai loại cấu buồng ion hóa phát thu quang điện a So sánh đặc tính độ nhạy màu sắc khói Hình 7.8: Đặc tuyến quan hệ độ nhạy hai loại cấu cảm biến màu sắc khói Từ đặc tuyến ta thấy rằng, với buồng ion hóa có độ nhạy nhiều vùng khói không nhìn thấy Điều tạo nhầm lẫn cho cảm biến chúng dùng nhà bếp, nơi thường xuyên có luồng khói không nhìn thấy trình chiên, xào thức ăn tạo nên độ nhạy b So sánh độ nhạy xét kích thước phân tử khói Hình 7.9: Đặc tuyến quan hệ độ nhạy hai loại cấu cảm biến 124 kích thước phân tử khói khói Từ đặc tuyến thấy rằng, kích thước phân tử khói phạm vi từ 0.4µm trở xuống cảm biến khói sử dụng cấu phát buồng ion hóa loại có độ nhạy cao (tức có khả phát nhanh đám cháy lớn) Nhưng đám cháy mà kích thước phân tử từ 0.4 µm trở lên cảm biến khói sử dụng cấu phát phát thu quang điện loại có độ nhạy cao (tức có khả phát nhanh đám cháy nhỏ) đó, loại ánh sáng chiếu phân tán nhạy loại ánh sáng chiếu tập trung c So sánh thời gian phát Khi đặt hai cảm biến sử dụng cấu buồng ion hóa cấu phát thu quang điện xát bên phòng bò cháy Ở vò trí thứ nhất, hai loại cảm biến đặt cách trung tâm cháy 1,8m Ở vò trí thứ hai, hai loại cảm biến đặt cách trung tâm cháy 3,6m Vò trí phát cách trung tâm cháy 1,8m cách trung tâm cháy 3,6m Vò trí phát cách trung tâm cháy 1,8m cách trung tâm cháy 3,6m Đám cháy nhỏ cấu phát thu quang điện cấu buồng ion hóa 2,500 - 3,000 (giây) 5,000 - 5,500 (giây) 7,000 - 8,000 (giây) không tác động Đám cháy lớn cấu phát thu quang điện cấu buồng ion hóa 60 - 100 (giây) 30 - 60 (giây) 170 - 210 (giây) 220 - 240 (giây) III Các dạng cảm cảm biến khói cách kết nối Cảm biến khói thường có hai dạng chính, dạng kết nối trực tiếp dạng kết nối không dây Đối với hai kiểu cảm biến này, sử dụng độc lập cách kết nối cảm biến với thiết bò báo động riệng biệt Với phương án này, người ta thường dùng cho hộ gia đình, nơi mà phạm vi báo cháy không lớn Cảm biến khói loại kết nối trực tiếp Kết nối trực tiếp tức kết nối ngõ cảm biến trực tiếp với nguồn ngõ thông qua đầu kết nối cảm biến Lấy ví dụ sử dụng cảm biến hãng System Sensor với model No 1400 có ba đầu kết nối Hình 7.10: Cảm biến hãng System Sensor với model no 1400 có ba đầu kết nối trực tiếp 125 Hình 7.11: Kết nối cho cảm biến khói loại trực tiếp Cảm biến khói loại kết nối không dây Đối với loại kết nối không dây, thiết bò cảm biến khói bao gồm hai phần: phận phát phận thu a Bộ phận phát Bộ phận phát bao gồm mạch phát khói, mạch xử lý, mạch phát tín hiệu sóng radio Đối với cảm biến khói loại kết nối không dây, nguồn cung cấp thường pin 9V Hình 7.12: Sơ đồ khối phận phát thiết bò báo khói không dây Hình 7.13: Bộ phận phát thiết bò báo khói không dây 126 b Bộ phận thu Bộ phận thu bao gồm mạch thu sóng radio, mạch xử lý mạch khuếch đại ngõ Đối với phận thu, tùy thuộc vào kiểu cảm biến mà sử dụng nguồn DC hay nguồn AC Hình 7.14: Sơ đồ khối phận thu thiết bò báo khói không dây, loại sử dụng nguồn DC Hình 7.15: Bộ phận thu thiết bò báo khói không dây, sử dụng adapter để cung cấp nguồn DC Kết nối ngõ với hệ thống điều khiển trung tâm Đối với tòa nhà thương mại, khu vực công cộng công ty… người ta không dùng phương pháp báo cháy độc lập mà dùng hệ thống báo cháy qua tủ điều khiển trung tâm Theo hai phương thức sau: a Cảm biến khói kết nối trực tiếp tủ điều khiển đường dây hữu Hình 7.16: Cảm biến khói kết nối trực tiếp tủ điều khiển đường dây hữu 127 b Cảm biến khói kết nối không dây kết nối với tủ điều khiển Hình 7.17: Cảm biến khói kết nối không dây kết nối với tủ điều khiển Hình 7.18: Một số loại tủ điều khiển trung tâm dùng cho báo cháy IV Ứng dụng hình dạng thực tế Thiết bò báo cháy sử dụng nhà máy công nghiệp, kho chứa hàng hóa, văn phòng làm việc, cửa hàng, nhà riêng, nơi cần báo cháy Hình 7.19: Một số hình ảnh thực tế cảm biến khói 128 V Bảo trì cảm biến khói Khi sử dụng cảm biến khói phải thường xuyên kiểm tra, bảo trì nhằm đảm bảo cảm biến khói tình trạng tốt Phải kiểm tra bảo trì phần sau: - Kiểm tra nguồn cung cấp cho cảm biến khói cách thường xuyên - Làm phần tử phát khói - Kiểm tra lại khả tác động cảm biến cách cho khói bay vào cảm biến - Thay cảm biến khói hỏng không nhạy tốt Chú ý: Khi lắp đặt, kiểm tra, bảo trì phải ý cẩn thận sử dụng cảm biến khói loại buồng ion hóa, loại cảm biến sử dụng vật liệu phóng xạ nguy hiểm đến sức khỏe người Thường có dấu hiệu cảm biến dạng VI Thiết kế hệ thống báo cháy Hãy thiết kế hệ thống báo cháy cho hộ gia đình với yêu cầu sau: có cháy báo động còi, đèn xã nước (nước lấy từ hệ thống nước máy) Cảm biến sử dụng điện áp từ 12 – 24 VDC, ngõ loại PNP STOP 24VDC K1 220VAC K NO K1 K1 K1 C (µF) K (càng lớn tốt) 63V c NC NO c NC CB out đèn EXIT còi valve K2 K1 12VDC 12VDC Kwh cầu dao K2 N 220VAC L 129 ... số thang đo Ampe với thang đo chọn trước Ampe kìm Dây dẫn mang dòng điện 27 Đo lường trung CHƯƠNG ĐO LƯỜNG TRUNG THẾ BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG TRUNG THẾ I TÁC DỤNG Máy biến áp đo lường trung máy biến áp... chung đo lường Các phận chủ yếu dụng cụ đo Phân loại dụng cụ đo, ký hiệu mặt dụng cụ đo Nói chung tất loại dụng cụ đo thường có hai phận cấu thò mạch đo Mạch đo dùng để biến đổi đại lượng cần đo. ..Giới thiệu chung đo lường a- Đo trực tiếp: cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phép đo Cách đo cho kết Dụng cụ đo sử dụng thường tương ứng với đại lượng đo Ví dụ: đo điện áp dùng voltmeter