Giáo trình PHẦN TỬ TỰ ĐỘNG

Phần tử tự động là những thiết bị dùng để xây dựng nên các thiết bị tự động. Các thiết bị này có thể thực hiện những chức năng nào đó mà không cần sự tham gia trực tiếp của con người.

ĐH Bách Khoa Hà Nội 1Bài Mở Đầu KHÁI NIM CHUNG V PHN T T NG §1. M u Phn t t ng là nhng thit b dùng  xây dng nên các thit b t ng. Các thit b này có th thc hin nhng chc nng nào ó mà không cn s tham gia trc tip ca con ngi. Phn t t ng có nhiu chc nng khác nhau và nguyên lý làm vic khác nhau. Ví d : phn t in c, in t, in nhit, thu lc, khí nén . Xét ví d : cn duy trì nhit  ca mt lò sy vi cp = const 1. Khi không s dng phn t t ng : s  c bn gm nhit k và in tr gia nhit. Hình 1 Mun duy tri nhit  ta phi : - Quan sát tình trng làm vic ca lò thông qua nhit k - So sánh nhit d  ca lò vi nhit  cn duy trì cp = const - Nu thy có s sai khác gia hai nhit  thì cn tin hành hiu chnh +  < cp : cn khoá K cho in tr hot ng  gia nhit làm cho lò tng nhit  cho phép. +  < cp : cn ngt khoá K  vô hiu hoá in tr gia nhit làm nhit  lò gim ti nhit  cho phép. 2. Khi s dng phn t t ng : s  c bn gm nhit k thu ngân có gn tip im và công tc t . ĐH Bách Khoa Hà Nội 2 Hình 2 K – kí hiu ca cun dây nam châm in ca công tc t S  duy trì nhit  ca lò trong mt khong nhit  lân cn nhit  cn duy trì. Khi nhit  ca lò  nh hn khong nhit  cho phép thì tip im m, K không có in. Lúc ó in tr gia nhit R hot ng gia nhit cho lò làm nhit  ca lò tng. Nhit  ca lò tng ti lúc vt mc nhit  cho phép, mc thy ngân trong nhit k dâng cao làm tip im nhit k óng. Cun dây K có in, in tr gia nhit không có in nên lò không c gia nhit. Do ó nhit  lò gim xung ti mc cho phép. Khi nhit  lò gim xung mc cho phép thì quá trình li c lp li. Tóm li quá trình Qua ví d trên, ta thy mt h thng t bao gm nhng khâu nh sau : - Khâu o lng k thut: xác nh các thông s ca i tng iu khin và kim tra tình trng làm vic ca nó. Các i tng o c có th là i lng in hoc không in nhng ch yu là không in. Do ó ngi ta phi bin i các i lng không in v i lng in. Vì vy trong khâu này có s dng các phn t cm bin (sensor). - Tng hp x lý : tính toán, so sánh, ánh giá các i lng t b phn o lng a ti theo mt qui lut nào ó và a ra các tín hiu cn thit cho vic iu khin. Vì vy b phn này phi có kh nng logic cao, thng ngi ta s dng các phn t logic. Tùy theo mc  i tng iu khin Tng hp x lý o lng kim tra Chp hành ĐH Bách Khoa Hà Nội 3phc tp ca quá trình iu khin mà b phn tng hp x lý có th phc tp hoc dn gin. - Chp hành : nhn các tín hiu t khâu tng hp x lý a ti, theo ni dung ca tín hiu ó, thc hin các thao tác cn thit  iu chnh các thông s trng thái ca i tng iu khin theo giá tr ã t. Thng dùng các phn t c in, in t, khí nén hoc thy lc . - i tng iu khin : là nhng i tng có thông s cn phi iu chnh  s làm vic ca nó tha mãn yêu cu ã nh. i tng iu khin có th là mt n v nguyên công hoc mt h thng sn sut. ĐH Bách Khoa Hà Nội 4§2. Phân Loi Phn T T ng Phn t t ng có th c phân loi theo nhiu tiêu chí khác nhau. Di ây là mt vài cách phân loi 1. Theo quan im nng lng : Coi phn t t ng nh mt phn t bin i nng lng chia ra 2 loi : - Loi 1 : Nng lng u ra y ; x ng lng vào y c chuyn i t x Hình 1 Vi phn t t ng, nu công sut nng lng ra nh hn công sut nng lng u vào thì phn t này là phn t t th ng. - Loi 2 : z là ngun ph hay ngun nuôi Hình 2 Nng lng z có tác dng iu ch quá trình bin i nng lng t xy. Phn t này là phn t hot tính (tích cc). Nng lng u ra ln hn nng lng u vào. 2. Theo tính cht ca i tng u ra, vào : gm c – in, in – t 3. Theo chc nng làm vic - Phn t cm bin (sensor) dùng  bin i các i lng t dng này sang dng khác. Thng t i lng không in sang i lng in, thng nm  h thng o lng kim tra. - Các phn t khuch i : tng cng tín hiu, vi mt s bin thiên nh ca tín hiu u vào s dn n s bin thiên ca tín hiu ra. Quan h hai i lng th hin qua c tính vào – ra. - Các phn t rle : là các phn t có mi quan h gia i lng vào – ra theo dng c tính rle. Các phn t rle có th tác ng hoc không tác ng. PTTDx yPTTDx yz ĐH Bách Khoa Hà Nội 5 Hình 3 - Phn t n nh : phn t t ng iu chnh mt thông s nào ó  tr s không i lu ng lng u vào thay i trong phm vi nht nh - Phn t bin i : dùng  bin i các tín hiu t dng này sang dng khác nhm to iu kin thun li và tng  chính xác cho s làm vic khác, cho các phn t khác trong h thng. - Phn t chp hành : là các phn t dùng  tác ng trc tip lên các i tng iu khin  iu chnh các thông s và trng thái ca i tng theo yêu cu ã nh. 4. Theo nguyên lý : chia làm 4 nhóm chính - Các phn t in c - Các phn t nhit - Các phn t st t - Các phn t bán dn và vi mch xnh xtđ ymin ymax y (ra) X (vào) ĐH Bách Khoa Hà Nội 6§3. Các c Tính C Bn Và Các Thông S Ca Phn T T ng 1. H s bin i : - Hệ số biến đổi là t s gia ng lng u ra và ng lng u vào hay là t s gia s bin thiên ng lng u ra y và s bin thiên ng lng u vào x. xyK = hoc dxdyxy'K ≈∆∆= Chú ý : + giá tr K,K’ ph thuc c tính vào ra ca phn t y = f(x) + Vi phn t tuyn tính thì K, K’ là const . Còn vi phn t phi tuyn thì K, K’ là hàm s. + K, K’ là mt i lng vt lý có n v o. Còn  giá tr tng i thì nó không có n v. + Vi các phn t khác nhau thì h s bin i có nhng tên gi khác nhau phù hp vi chc nng ca phn t. 2. Sai s : Sai số là s thay i ca ng lng ra khi ng lng vào không thay i. Sai s có nhiu nguyên nhân : - Ch quan : do t phn t gây nên. - Khách quan : do các i tng bên ngoài tác ng. Có 3 loi sai s : - Sai s tuyt i : y = y’ – y - Sai s tng i : %100.yy%a∆= - Sai s qui i : %100.yy%bmax∆= 3. Ngng  nhy : Ngưỡng nhạy là s thay i giá tr ti thiu ca ng lng u vào mà không gây ra s thay i ca ng lng u ra. xyx1 x2 ĐH Bách Khoa Hà Nội 7 hình1 x1, x2 : ngng  nhy 4. Phn hi : - Tác dng : dùng  tng cng tín hiu (h s khuch i) hoc tng tính n nh. Hình 2 - Có 2 loi phn hi : + phn hi dng là phn hi tín hiu tác dng cùng chiu x + phn hi âm là phn hi tín hiu tác dng ngc chiu x H s phn hi  : nu  = 0 thì y = k.x nu   0 thì β±=→β±=1kk1kxyph HSBD H s phn hi βx yxph ĐH Bách Khoa Hà Nội 8Phần 1 CÁC B CM BIN Chng 1 – KHÁI NIM C BN V CM BIN Trong các h thng iu khin và o lng, mi quá trình du c c trng bi các bin trng thái, thng là các i lng không in.  o c và theo dõi s bin thiên này ta phi dùng các b cm bin. §1 . mh Ngha Và Phân Loi 1. nh ngha : Cảm biến là các thit b cm nhn và áp ng vi các tín hiu và kích thích - Trong mô hình mch : các b cm bin là mô hình mng hai ca Hình 1 x – bin trng thái cn o y – áp ng y = f(x) 2. Phân Loi : a. Theo nguyên lý chuyn i : nhit in, quang in, c in… b. Theo dng kích thích : âm thanh, tn s… c. Theo chc nng :  nhy,  chính xác,  tr… d. Theo phm vi s dng : trong công nghip, nông nghip, nghiên cu e. Theo thông s mô hình mch thay th ( 2 loi) - Cm bin tích cc (b cm bin có ngun) có th coi là ngun dòng hoc ngun áp - Cm bin th ng (không ngun ) c c trng bi các thông s L, R, C, M và s có th tuyn tính và không tuyn tính . §2. Các c Trng C Bn Ca B Cm Bin Quan h gia kích thích và áp ng ca cm bin c c trng bng nhiu i lng c bn. B CB x y ĐH Bách Khoa Hà Nội 91. Hàm truyn : là quan h gia áp ng và kích thích có th c cho di dng bng hoc biu thc toán hc - Tuyn tính : y = a + bx vi b –  nhy ; a – khi x = 0 - Dng ln(a) : y = 1 + b.lnx - Dng m : kxe.ay = vi k = const - Dng ly tha : y = a0 + a1.xk 2.  ln ca tín hiu vào : Độ lớn của tín hiệu vào là giá tr ln nht ca tín hiu vào mà sai s ca cm bin không vt quá ngng cho phép. Thng  ln ca tín hiu vào tính theo dB hoc theo log 3. Sai s : Sai số là s sai khác tín hiu o lng vi giá tr thc ca nó. Sai s có 4 loi : − Sai s tuyt i − Sai s tng i − Sai s qui i − Sai s h thng là sai s không ph thuc vào thi gian và không i hay thay i theo thi gian. Nguyên nhân : + do sai s thit k + do x lý kt qu o + do dc tính phn t − Sai s ngu nhiên là sai s xut hin có  ln và chiu không xác nh do : nhiu và iu kin môi trng. §3. Các B Cm Bin Tích Cc Và Th ng − B cm bin tích cc (có ngun) hot ng nh mt ngun áp hoc ngun dòng và biu din nh mt mng hai ca có ngun. − B cm bin th ng (không ngun) là b cm bin c biu din bng mng hai ca không ngun có tr kháng ph thuc kích thích *) Các hiu ng vt lý dùng trong các b cm bin tích cc: 1. Hiu ng cm ng in t : - Khi mt thanh dn chuyn ng trong t trng s xut hin trên ó mt sc in ng t l vi bin thiên t thông. Ngha là t l tc  chuyn ng ca thanh dn. - ng dng : xác nh vn tc chuyn ng ca vt. Cảm ứng là cơ sở lý luận cho các thiết bị điện từ như động cơ điện, máy phát điện… ĐH Bách Khoa Hà Nội 102. Hiu ng nhit in (cp nhit) : - Hiu ng nhit in là hin tng xy ra khi 2 dây dn có bn cht hóa hc khác nhau c hàn kín, s xut hin mt sc in ng t l vi nhit  mi hàn Hình 2 - Hiu ng này thng c s dng  o nhit . - Ngc li khi cho dòng in chy t cht có bn cht hóa hc khác nhau s to ra nhng chênh lch nhit . 3. Hiu ng ha in : - Mt s tinh th c gi là tinh th hóa in có tính cht phân cc in t phát ph thuc nhit , s lng in tích trái du ph thuc s phân cc in. Hình 3 - Thng dùng  o thông lng bc x quang. 4. Hiu ng áp in : - Khi tác ng ng sut c lên b mt ca vt liu áp in (thch anh, mui xec-nhét) thì làm vt liu ó bin dng và xut hin các in tích bng nhau và trái du. Thông qua in áp ó xác nh c lc F tác dng. φu φ mVT [...]... đợc nối với dụng cụ đo . Khác nhau là nắp mạch từ hoặc cuộn dây đợc gắn vào phần tử cần đo do đó khi phần tử chuyển động U ra biến đổi dựa vào U ra ta có thể xác định đợc vị trí của phần tử . -Phân loại :theo kết cấu chia làm hai loại . +cảm biến nắp chuyển dịch , cuộn dây sơ cấp đứng yên . + Cuộn dây chuyển động . a) Cảm biến điện cảm nắp chuyển dịch , cuộn dây sơ cấp đứng yên . ... Do ó ta dùng s  nh sau : Hình 5 ĐH Bách Khoa Hà Nội 22 - Trng thái làm vic ca m bin ph thuc quang thông èn LED gi ti. ĐH Bách Khoa Hà Nội 41 Phần tử tự động -Đặc tính I t dốc hơn và tuyến tính hơn do đó ®é nhËy cao h¬n . I 1 I s 0 s /2 I t  U v S 1 S 2 I 1 I 2 ĐH Bách Khoa Hà Nội 32 Khi có ti R t ta có s  nh hình v... mt phng (B, I). U H = k.B.I.sin θ k - h s ph thuc vt liu và kích thc mu Hình 7 I U t + - B B I R a φ U t ĐH Bách Khoa Hà Nội 42 -lùc hót ®iƯn tõ tự động lên phần động chuyển biến bằng nhau về trị số nhng ngợc dấu triệt tiêu nhau. -tại s= 2 s thì I t =0. - DÊu cđa I t phơ thc chiỊu chun ®éng của nắp so với vị trí trung gian . -Độ lớn của I t thể... điện dung kiĨu vi sai . PhÇn hai : rơle tơng tự Đ 1: khái niệm chung . 1) Định nghĩa : là thiết bị tơng tự động mà tín hiệu đầu ra biến đổi nhảy cấp khi biến đổi đầu vào đạt những giá trị xác định . 2) cÊu t¹o : gåm ba bé phËn chÝnh . + Cơ cấu thu: tiếp nhận tín hiệu vào và biến đổi nó thành các đại lợng vật lý cần thiết để rơle tác động (Rơle điện từ là cuộn d©y ) r R H Bỏch Khoa H... biến điện cảm kiểu đàn hồi từ . Dựa vào tính chất của vật liệu sắt từ khi bị một lực cơ học bên ngoài tác động thì độ từ thẩm à biến thiên . Đó là hiện tợng h đàn hồi từ , ngời ta sử dụng hiện tợng này để chế tạo cảm biến điện cảm đàn hồi từ . - loại này đợc sử dụng để đo các tải trọng động hoặc tĩnh hoặc đo áp lực . + Loại 1 : khi F biến thiên thì à cũng biến thiên khi đó X 2 cũng biến...H Bỏch Khoa H Ni 44 Nhợc điểm : -do ảnh hởng F đt tác động lên nắp gây ra sai sè . -I o # 0 - D Êu . 1 U kh«ng thay đổi . để khác phục nhợc điểm này ngời ta sử dụng cảm biến điện cảm biến áp kiểu vi sai : Để . 1 U là hiệu điện áp thì 2 cuộn W 1 ... in áp U r tu ý - c tính tng i n nh dùng cho c ngun 1 chiu và xoay chiu Nhc im : - Do có tip xúc nên tui th b nh hng -  nhy khơng cao - Tn hao nhit trong q trình làm vic 2.Cm bin in tr tip xúc - Cm bin in tr tip xúc là cm bin mà ng lng u vào là lc tác ng, còn ng lng u ra là s bin i giá tr ca in tr tip xúc - ... - hƯ số điều khiển (hệ số khuyếch đại ): là tỉ số giữa công suất điều khiển với công suất tác dụng . dk dk td p k p = p dk công suất định mức trên tiếp điểm rơle . p td công suất để cho rơle tác động . thời gian tiếp điểm rơle : là khoảng thời gian kể từ khi cấp tín hiệu vào ®Õn khi tÝn hiƯu ra ®¹t cùc ®¹i . t t® =t 1 + t 2 t 2 : thêi gian chun ®éng khi ®ãng . t 1 : thêi gian khëi ®éng... rộng rÃi nhất . - Cấu tạo : gồm 1 NCĐ + thống tiếp điểm +hệ thống phản lực . -Nguyên lý : cho dòng điện vào cuộn dây (w) sinh ra một từ thông ( ) sinh ra một lực điện từ F đt > F ph nên R L tác động . -K nh = nh nh nh nh td td td td x IU F x IU F == = I nh ,U nh ứng nắp bắt đầu më . ĐH Bách Khoa Hà Nội 30 Hình 1.6 Khi ó U r = f(x) là ng thng Nhc im : in áp... in ng t l vi bin thiên t thông. Ngha là t l tc  chuyn ng ca thanh dn. - ng dng : xác nh vn tc chuyn ng ca vt. Cảm ứng là cơ sở lý luận cho các thiết bị điện từ như động cơ điện, máy phát điện… ĐH Bách Khoa Hà Nội 37 Hình 1 - c tính vào ra: R tx = f(F) 0tx m tx R F K R += k là h s ph thuc vt liu a than m là h s ph thuc dng tip . cho phép. Khi nhit  lò gim xung mc cho phép thì quá trình li c lp li. Tóm li quá trình Qua ví d trên, ta thy mt h thng t bao gm nhng. Hà Nội 8Phần 1 CÁC B CM BIN Chng 1 – KHÁI NIM C BN V CM BIN Trong các h thng iu khin và o lng, mi quá trình du c c