Chương 9 mã hóa , cảm biến , cảm biến và nâng cao

Chương - Mã hóa , cảm biến , cảm biến nâng cao 9-1 Mục tiêu Sau hoàn thành chương này, bạn biết " Sự khác biệt cảm biến , chuyển đổi , mã hóa "Các loại khác thiết bị cảm giác đo nhiệt độ, mức chất lỏng , lực lượng áp suất chân không, dòng chảy, độ nghiêng , tăng tốc, vị trí góc , tuyến tính chuyển "Làm để chọn cảm biến cho ứng dụng " Những hạn chế loại cảm biến "Làm kết đầu cảm biến tương tự thu nhỏ 9-2 Giới thiệu Ngoài cảm biến đầu rời rạc đơn giản thảo luận chương trước, nhà thiết kế hệ thống điều khiển có sẵn loạt cảm biến giám sát thơng số nhiệt độ, mức chất lỏng, lực lượng, áp suất chân khơng, dòng chảy, độ nghiêng, tăng tốc, vị trí, mặt khác Các loại cảm biến thường có sẵn với hai kết đầu rời rạc tương tự Nếu đầu rời rạc có sẵn , nhiều trường hợp, cảm biến có điều khiển điểm đặt để nhà thiết kế điều chỉnh đầu riêng biệt để chuyển trạng thái giá trị theo quy định tham số đo Cần lưu ý công nghệ cảm biến lĩnh vực phát triển nhanh chóng Vì vậy, kiểm sốt thiết kế hệ thống nên có nguồn cung cấp liệu nhà sản xuất luôn chế tạo, sản xuất sản phẩm để bám sát phát triển có Chương đề cập tới ba loại thiết bị mã hóa, chuyển đổi, cảm biến Các mã hóa thiết bị cảm nhận tham số vật lý chuyển đến mã số Trong nghĩa hẹp, tương tự để chuyển đổi kỹ thuật số mã hóa kể từ chuyển đổi giá trị mã điện áp để nhị phân Một chuyển đổi chuyển đổi tham số vật lý vào Mức nhiên liệu gửi đơn vị thùng nhiên liệu ô tô chuyển đổi chuyển đổi mức chất lỏng với kháng biến , điện áp , định gage nhiên liệu Như thấy chương trước, cảm biến thiết bị cảm nhận tham số vật lý cung cấp đoạn mã nhị phân rời rạc mà chuyển trạng thái thông số vượt giá trị đặt 9-3 Nhiệt Có lượng lớn phương pháp cảm biến đo nhiệt độ, số đơn giản sưởi ấm / nhiệt điều hòa khơng khí đến u cầu số thiết bị điện tử có tín hiệu phức tạp Văn không đề cập tới tất loại , thay vào tập trung vào phổ biến Hai kim loại chuyển mạch Chuyển đổi hai kim loại cảm biến rời rạc ( on-off ) mà lợi dụng thực tế vật liệu nung nóng , cho thay đổi nhiệt độ , loại nguyên liệu mở rộng khác Như thể hình 9-1 , việc chuyển đổi xây dựng thành dải hai kim loại Dải hai kim loại bao gồm hai kim loại khác liên kết với Các kim loại chọn cho hệ số giãn nở nhiệt độ hoàn toàn khác Khi hai kim loại dải nung nhiệt độ , nhiệt độ tăng , kim loại có hệ số mở rộng lớn mở rộng gây làm cong dải Nếu sử dụng dải dây dẫn xếp với liên hệ thể hình 9-1 có chuyển đổi hai kim loại Do đó, dải hai kim loại hoạt động chuyển tiếp khởi động nhiệt độ thay từ tính Hệ số thấp Hệ số thấp Mở rộng Mở rộng N / O ContactN / O Contact CommonCommon Hai dải kim loại hệ số cao N / C Contact Hệ số cao N / C Contact Mở rộng Mở rộng a) nhiệt độ thấp b ) nhiệt độ cao Hình 9-1 - Hai kim loại Chuyển đổi theo Nhiệt độ Trong hầu hết thiết bị chuyển mạch hai kim loại , chế lò xo thêm vào để cung cấp cho việc chuyển đổi hành động nhanh chóng Điều buộc dải nhanh chóng chạm hai vị trí , giúp ngăn chặn phóng hồ quang điện hai kim loại bắt đầu di chuyển điểm Như minh họa hình 9-2 , tác động lò xo dải hai kim loại , lò xo có xu hướng đẩy áp lực để dải giữ vị trí Điều cho phép dải chuyển đổi trễ ( giữ cố định ) Do , tùy nhiệt độ mà dải hai kim loại chuyển theo hướng khác với nhiệt độ làm cho trở vị trí ban đầu N / O ContactN/O Contact Common Pivot Common N / C ContactN / C Contact Cử động nhả lò xo a) nhiệt độ thấp b ) nhiệt độ cao Hình 9-2 - Hai kim loại cơng tắc nhả cử động N / O N / C Ký hiệu điện cho việc chuyển đổi nhiệt độ thể hình 9-3 Mặc dù dòng kết nối với cánh tay chuyển đổi zig-zag tượng trưng cho dải hai kim loại , biểu tượng sử dụng cho loại chuyển đổi nhiệt độ đầu ra, vấn đề cảm nhận nhiệt độ Nói chung , công tắc nhiệt độ rút tình trạng họ có nhiệt độ phòng Do đó, chuyển đổi nhiệt độ N / O hiển thị bên trái hình 9-3 đóng lại nhiệt độ cao nhiệt độ phòng , N / C chuyển đổi phía bên phải hình 9-3 mở nhiệt độ cao Ngoài ra, việc chuyển đổi khởi động nhiệt độ cố định ( gọi điểm đặt ) , thường viết bên cạnh nhiệt độ việc chuyển đổi hiển thị bên cạnh N / C chuyển đổi hình 9-3 Chuyển đổi mở thang nhiệt 255 độ Hình 9-3 Nhiệt độ đầu riêng biệt Đổi ký hiệu cặp nhiệt điện Cặp nhiệt điện cung cấp thông tin nhiệt độ tương tự Nó đơn giản, mạnh mẽ , lặp lại, xác Hoạt động cặp nhiệt điện dựa chất hai kim loại khác ( không giống ) hợp (thường hàn ) với nhau, chúng tạo điện áp Độ lớn điện áp ( điện áp nguồn ) tỷ lệ thuận với nhiệt độ đường giao Đối với số cặp kim loại khác nhau, mối quan hệ nhiệt độ điện áp tuyến tính phạm vi nhỏ, nhiên, toàn phạm vi cặp nhiệt điện, đòi hỏi tuyến tính đa thức tính tốn phức tạp Phạm vi nhiệt độ cặp nhiệt điện phụ thuộc vào hai loại kim loại khác sử dụng để kết nối cặp nhiệt điện Có sáu loại cặp nhiệt điện sử dụng thương mại , định chữ Được liệt kê bảng Trong số này, loại J, K T phổ biến Type Metals Used Temperature Range E Chromel-Constantan -100 C to +1000 C J Iron-Constantan C to +760 C K Chromel-Alumel C to +1370 C R Platinum-Platinum/13%Rhodium C to +1000 C S Platinum-Platinum/10%Rhodium C to +1750 C T Copper-Constantan -60 C to +400 C Trong bảng , số kim loại hợp kim Ví dụ , chromel hợp kim crôm -niken, alumel hợp kim nhôm -niken, Constantan hợp kim đồng-niken Điều quan trọng phải nhớ lần hai kim loại khác tham gia, điện áp nguồn sản xuất Điều có nghĩa cặp nhiệt điện phải nối sử dụng dây đặc biệt hai loại kim loại giống tiếp điểm cặp nhiệt điện mà kết nối Hệ thống dây điện cặp nhiệt điện nối với kệ dây đồng tạo nút bổ sung kèm điện áp lỗi đo lường nhiệt độ Ví dụ , muốn sử dụng loại J - cặp nhiệt điện, phải mua dây loại - J để sử dụng với , kết nối dây sắt vào bên sắt cặp nhiệt điện dây đồng-niken sang bên đồng -niken cặp nhiệt điện Nó khơng phải kết nối cặp nhiệt điện trực tiếp đến đầu vào tương tự PLC hay điều khiển khác Lý cho điều điện áp nguồn vô nhỏ ( thường 50 mV cho tất loại ) Ngoài ra, kể từ cặp nhiệt điện phi tuyến tính phạm vi đầy đủ họ , thường phải thêm vào số lượng tuyến tính Vì , nhà sản xuất cặp nhiệt thị trường thiết bị điện tử với loại cặp khuếch đại nhiệt điện Như thay , hầu hết nhà sản xuất PLC cung cấp mô-đun đầu vào tương tự thiết kế để kết nối trực tiếp cặp nhiệt điện Các phân hệ nội cung cấp tín hiệu điều cần thiết cho loại cặp nhiệt điện sử dụng Với tất đầu vào tương tự , đầu vào cặp nhiệt điện nhạy cảm với nhiễu điện từ, đặc biệt kể từ điện áp dòng thấp Vì , nhà thiết kế hệ thống điều khiển phải cẩn thận không để dây cặp nhiệt điện gần tuyến đường với dây dẫn điện Nếu không làm gây đo nhiệt độ khơng xác thất thường Ngồi ra, Mỗi cặp dây ln ln chuyển tất cách để mô-đun đầu vào tương tự mà không cần kết nối trung gian khác Khả chịu nhiệt thiết bị ( RTD ) Điện trở tất kim loại có xu hướng tăng lên so với nhiệt độ với hệ số định, có nghĩa , nhiệt độ kim loại tăng , điện trở R tăng lên Thiết bị điện trở nhiệt( RTD ) lợi dụng đặc tính Các kim loại phổ biến sử dụng RTD đĩa bạch kim có hệ số nhiệt độ tốt ổn định so với kim loại khác cho trường hợp Bạch kim có hệ số nhiệt độ = 0,00385 Vì , giả sử trở kháng thông thường RTD 100 ohms 00C ( giá trị tiêu biểu cho RTD ) , trở kháng thay đổi với tỉ lệ 0,385 ohms / 0C tất định danh điện trở RTD quy định 00 C , định danh điện trở phổ biến 100 ohms Đặt vấn đề : Bạch kim 100 ohms RTD trở kháng 123,0 ohms Nhiệt độ ? Giải pháp : Vì tất định danh điện trở RTD quy định số 00 C , định danh trở kháng cho RTD 100 ohms số 00C , thay đổi điện kháng nhiệt độ 23 ohms Do chúng tơi chia 23 ohms 0,385 ohms / 0C để có giải pháp , 59,70 C Có hai phương pháp để đo điện trở RTD Đầu tiên , cầu Wheatstone sử dụng Tuy nhiên , nhớ kể từ thay đổi điện trở RTD thường lớn so với định danh kháng trở RTD , điện áp đầu cầu đo Wheatstone đại diện tuyến tính kháng trở RTD Vì , phương trình cầu đo Wheatstone đầy đủ phải sử dụng để tính tốn trở kháng RTD ( nhiệt độ tương ứng ) Những phương trình có sẵn mạch DC văn Phương pháp thứ hai để đo điện trở RTD ohms đo lường dây Điều thực cách kết nối RTD xuống mức thấp không đổi mã nguồn với cặp dây , đo lường sụt giảm điện áp thiết bị đầu cuối RTD với đôi dây Trong trường hợp tính tốn ohms đơn giản mang lại kháng trở RTD Với công nghệ mạch tích hợp hơn, liên tục mạch tích hợp xác khơng tốn điều có sẵn cho ứng dụng Với cặp nhiệt điện , nhà sản xuất RTD đồng với thị trường tín hiệu mạch RTD điều giải phóng công việc thiết kế hệ thống làm cho việc thiết kế hệ thống đo lường dễ dàng nhiều Tích hợp đầu dò nhiệt độ mạch Đầu dò nhiệt độ có sẵn mà có tích hợp biến nhiệt mạch Các que thường chứa tất thiết bị điện tử cần thiết để chuyển đổi nhiệt độ cuối tàu thăm dò vào điện áp DC thường 10 volt DC Những yêu cầu có nguồn cung cấp lượng đầu vào DC Nó xác, đáng tin cậy , đơn giản để áp dụng , kết nối trực tiếp đến đầu vào tương tự PLC 9-4 Cấp chất lỏng Chuyển Các phao mức chất lỏng thiết bị đơn giản mà cung cấp đầu Như minh họa hình 9-4 , bao gồm chuyển đổi nhanh dùng cánh tay đòn bẩy dài với phao gắn vào cánh tay Như mức độ tăng chất lỏng, ép cánh tay đòn bẩy vào nút thiết bị truyền động chuyển đổi Điều chỉnh thô đơn vị thực cách di chuyển vị trí lắp đặt theo chiều dọc chuyển đổi Mỹ điều chỉnh thực cách nới lỏng vít nghiêng chuyển đổi chút ( lỗ gắn chuyển đổi kéo dài cho mục đích ) , cách uốn cong cánh tay đòn bẩy kéo dài điều chỉnh chất lỏng Hình 9-4 - Chuyển chất lỏng Những biểu tượng điện cho phao thể hình 9-5 N / O chuyển đổi bên trái đóng cửa mức tăng chất lỏng , N / C chuyển đổi bên phải mở mức tăng chất lỏng Hình 9-5 – đầu rời ký hiệu công tắc phao Mức công tắc Một biến thể khác phao cách chắn ( có phận chuyển động ) việc chuyển đổi mức độ Mặc dù thương mại có sẵn đơn vị, dễ dàng xây dựng Như thể hình 9-6 , phao gắn vào phần nhỏ ống nhựa PVC Một viên bi thép bị rơi vào đường ống cảm biến khoảng cách quy nạp luồn đóng dấu vào đường ống Phần khác ống luồn vào phía sau cảm biến trụ đính kèm Điểm mà ống cảm biến đóng, nhiên, điều khơng cần thiết cảm biến có sẵn với dây cảm biến Khi bị dừng điểm trụ thùng rỗng , kết thúc thấp điểm trụ bi thép có số khoảng cách tới cảm biến Tuy nhiên, mức chất lỏng tăng phao cao trụ , bi thép lăn phía cảm biến gây cảm biến để vận chuyển Ngoài ra, kể từ bóng thép có khối lượng đáng kể so sánh với tồn đơn vị , bóng lăn với cảm biến trung tâm trọng lực chuyển sang bên trái gây tăng nhẹ Điều có xu hướng giữ bóng bên trái , có gợn sóng nhỏ bề mặt chất lỏng Nó có nghĩa mức chất lỏng cần thiết để chuyển đổi đơn vị cao chút để tắt máy Hiệu ứng gọi tượng trễ dãy chết quy nạp Gần thép Ball cảm biến ống nhựa PVC Hình 9-6 - Float Level Switch Điện dung Cảm biến khoảng cách điện dung sử dụng cảm biến mức chất lỏng thảo luận chương trước cung cấp cảm biến mức chất lỏng với đầu Tuy nhiên , có loại cảm biến điện dung cung cấp đầu tương tự tỷ lệ thuận với mức chất lỏng Đây loại cảm biến yêu cầu chất lỏng không dẫn điện ( xăng , dầu , rượu , vv.) Đối với loại cảm biến , hai điện cực dẫn điện bố trí theo chiều dọc xe tăng để gần nó, song song , khoảng cách cố định Khi xe tăng trống rỗng, điện dung điện cực nhỏ lại điện mơi chúng khơng khí Tuy nhiên, xe tăng làm đầy, chất lỏng thay điện mơi khơng khí đầu dò điện dung tăng lên Giá trị điện dung tỷ lệ thuận với chiều cao chất lỏng hồ Điện dung điện cực thường đo cách sử dụng cầu đo AC Wheatstone Sự khác biệt điện áp đầu từ cầu đo chỉnh lưu lọc để tạo điện áp DC mà tỷ lệ thuận với mức chất lỏng Bất kỳ thay đổi thất thường đầu cảm biến chất lỏng bể loại bỏ cách sử dụng hai ống , qua lọc tín hiệu điện 9-5 Buôc Khi lực lượng áp dụng cho đơn vị diện tích ( gọi sức căng ) , vật liệu trải qua biến dạng tạm thời gọi sức căng Sự căng tích cực ( căng kéo ) tiêu cực (dòng nén ) Đối với diện tích mặt cắt sứa căng , hầu hết tài liệu có dòng dự đốn lặp lại Khi biết đặc điểm , đo lường sức căng tính tốn số lượng sức căng ( có hiệu lực) áp dụng cho vật liệu Các dụng cụ đo sức căng khối xây dựng nhiều cảm biến Vì có khả gián tiếp có hiệu lực đo lường, sử dụng để đo đơn vị lực lượng liên quan trọng lượng , áp lực ( chân khơng) , hấp dẫn, dòng chảy, độ nghiêng gia tốc Vì , quan trọng để hiểu lý thuyết liên quan đến sức căng thiết bị đo sức căng Toán học , sức căng định nghĩa thay đổi chiều dài tài liệu liên quan đến chiều dài tổng thể với trước căng thẳng, ) L / L Từ tử số mẫu số biểu thức đơn vị (chiều dài ) , căng thẳng thứ nguyên số lượng Trường hợp thấp epsilon , , , dùng để dòng biểu thức tốn học Bởi sức căng hầu hết vật liệu rắn nhỏ, thường yếu tố từ 10-6 giá trị sức căng sau xác định sức căng nhỏ , : xích , : Đặt vấn đề : Một kim loại chân kéo dài theo chiều dọc lực lượng định Bị sức căng thấy chiều dài tăng 0.1mm Sực căng gì? Giải pháp : Trước tiên, chắn tất giá trị chiều dài đơn vị đo lường Chúng chuyển đổi chân để mm foot = 12 / ft x 25.4mm/in = 304.8mm/ft Sức căng , = ) L / L = 0.1mm / 304.8mm = 0,000328 , microstrain : , = 328 Kể từ kéo dài , ) L tích cực căng thẳng tích cực Phương pháp phổ biến sử dụng cho dòng đo đo sức căng Như thể hình 9-7 , dụng cụ đo sức căng mạch in chất mỏng, dẻo ( gọi tàu sân bay ) Đa số chiều dài dây dẫn mạch in định hướng theo hướng ( hình, định hướng trái bên phải) , đạo chủng dụng cụ đo sức căng thiết kế để đo Các dụng cụ đo sức căng gắn với vật liệu đo chất kết dính đặc biệt mà truyền tải xác ứng suất học từ tài liệu để dụng cụ đo sức căng Khi đo gắn vật liệu đo lường chất liệu nhấn mạnh , chủng dụng cụ đo sức căng ( kéo dài nén) với vật liệu thử nghiệm Điều gây thay đổi chiều dài dây dẫn dụng cụ đo sức căng gây thay đổi tương ứng kháng trở Lưu ý cách làm việc dụng cụ đo sức căng thiết kế , nhạy cảm với sức căng hướng Trong hình , dụng cụ nhấn mạnh theo hướng thẳng đứng , trải qua thay đổi kháng chiến Nếu nhấn mạnh góc xiên , đo thành phần sức căng hướng Nếu mong muốn đo sức căng nhiều trục , dụng cụ cần thiết cho trục , với gắn kết theo hướng thích hợp tương ứng với trục đặc biệt Nếu hai thiết bị đo dòng kẹp đầu trang vng góc với , sau đo dòng xiên phép tính vectơ kết hợp đọc sức căng từ hai thiết bị đo Thiết bị đo sức căng với dây dẫn mỏng nhạy cảm với sức căng so với người có dây dẫn ngắn dày Bằng cách kiểm soát đặc điểm , nhà sản xuất cung cấp thiết bị đo sức căng nhạy cảm ( gọi yếu tố đo ) Trong phương trình sức căng , yếu tố đo định k biến Toán học dụng cụ đo sức căng yếu tố k thay đổi kháng chia cho danh đích kháng trở chia cho sức căng Yếu tố đo điển hình vào thứ tự 1-4 Hình 9-7 - Single Axis Strain Gage , Khoảng 10 lần Kích thước Thực (Đo Group, Inc ) Thiết bị đo căng thẳng thường có sẵn giá trị danh nghĩa kháng cự 120, 350 , 600 , 700 , 1k ohms , 1.5k , 3k Do thay đổi kháng chiến nhỏ kháng chiến với danh nghĩa , căng thẳng đo kháng gage thường thực cách sử dụng cầu Wheatstone cân thể hình 9-8 Các điện trở R1, R2, R3 cố định , xác , nhiệt độ thấp hệ số điện trở Điện trở Rstrain giữ căng thẳng Đầu vào cho cầu , Vin, nguồn DC cố định thường 2,5-10 volt Lượng Vout điện áp đầu từ cầu điện áp  .. .Chương đề cập tới ba loại thiết bị mã hóa, chuyển đổi, cảm biến Các mã hóa thiết bị cảm nhận tham số vật lý chuyển đến mã số Trong nghĩa hẹp, tương tự để chuyển đổi kỹ thuật số mã hóa. .. ống cảm biến đóng, nhiên, điều khơng cần thiết cảm biến có sẵn với dây cảm biến Khi bị dừng điểm trụ thùng rỗng , kết thúc thấp điểm trụ bi thép có số khoảng cách tới cảm biến Tuy nhiên, mức... Hình 9- 6 - Float Level Switch Điện dung Cảm biến khoảng cách điện dung sử dụng cảm biến mức chất lỏng thảo luận chương trước cung cấp cảm biến mức chất lỏng với đầu Tuy nhiên , có loại cảm biến