ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA: cảm biến vị trí và dịch chuyển

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TS LÊ NGỌC TRÂN Email: lengoctranbvu@gmail.com Cảm biến vị trí dịch chuyển Cảm biến vị trí tiếp xúc -Đơn giản  Cơng tắc hành trình (Limit Switchs) -Rẻ tiền  Điện kế điện trở (Potentiometers) -Làm việc bền - Môi trường khắc nghiệt -Đắt tiền Cảm biến vị trí khơng tiếp xúc  Cảm biến từ (Magnetic Sensors)  Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensors)  Cảm biến tiệm cận (Promixity Sensors)  Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensors) Cơng tắc hành trình Có nhiều loại cơng tắc hành trình, có dùng nhiều điều kiện môi trường khác Gia công vật liệu Nhà máy bia Máy đóng gói Thiết bị đúc Thiết bị nâng chuyển … Cơng tắc hành trình đặt với nhiều thiết bị chấp hành cần trượt, cần xoay, cần lắc, Cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình Ưu điểm Đáng tin cậy, chịu va chạm dễ sử dụng Không bị ảnh hưởng nhiễu Hoạt động đơn giản (ON/OFF) Nhược điểm Tuổi thọ ngắn, bị hao mòn Điện kế điện trở Cấu tạo nguyên lý làm việc Rx, l 2  m M  Rm, , Lm Rm Đo dịch chuyển thẳng l Rx  Rm L Rm R R Đo dịch chuyển quay  < 360o R   Rm m Đo dịch chuyển quay  > 360o R   Rm m Điện kế điện trở Cấu tạo nguyên lý làm việc Gồm điện trở cố định (Rm) tiếp xúc điện (con chạy) liên kết với đối tượng Khi đối tượng di chuyển, chạy di chuyển theo, điện trở đo phụ thuộc vào vị trí chạy Đo điện trở  vị trí Điện trở dạng dây cuộn: chế tạo từ hợp kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni - Cr - Fe, Ag - Pd quấn thành vòng xoắn dạng lò xo lõi cách điện (bằng thuỷ tinh, gốm nhựa), vòng dây cách điện emay lớp oxyt bề mặt Điện trở dạng băng dẫn: chế tạo chất dẻo trộn bột dẫn điện cacbon kim loại cỡ hạt ~10-2 m Điện kế điện trở Ưu điểm Rẻ tiền Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng Đo khoảng dịch chuyển lớn Nhược điểm Bị ảnh hưởng bụi ẩm Tuổi thọ kém, mau bị hao mòn Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Ưu điểm Chính xác so với cảm biến khác Có tỉ lệ chuyển đổi cao Có thể làm việc môi trường khắc nghiệt Nhược điểm Chỉ phát đối tượng kim loại Tầm hoạt động bị giới hạn Cảm biến tiệm cận loại điện dung Cấu tạo hoạt động Bề mặt cảm biến điện dung có cực kim loại có dạng đồng tâm Khi đối tượng đến gần cảm biến, làm thay đổi điện dung mạch dao động mạch dao động bắt đầu hoạt động Mạch kích đo biên độ dao động kích ngõ cảm biến thay đổi trạng thái biên độ đến mức định Cảm biến tiệm cận loại điện dung Ưu điểm Phát vật liệu Ổn định tốc độ cao Độ phân giải tốt Giá thấp Nhược điểm Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm Khó thiết kế Độ tuyến tính khơng cao Khơng xác cảm biến loại cảm ứng Cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận Một số ứng dụng Cảm biến tiệm cận  Một số ứng dụng Cảm biến quang điện Cấu tạo Bộ phát sáng: • Thường dùng LED: LED đỏ, LED hồng ngoại, LED lazer, … • Ánh sáng phát theo xung Bộ thu sáng: • Thường dùng Phototransistor • Cảm nhận ánh ánh sáng chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Mạch tín hiệu ra: • Chuyển tín hiệu tỉ lệ từ thu sáng thành tín hiệu ON/OFF khuếch đại Cảm biến quang điện Một số hình ảnh thực tế Cảm biến quang điện Hoạt động Thu phát: • Bộ thu phát tách riêng biệt • Nếu có vật chắn ngang nguồn sáng có tín hiệu • Ưu điểm: khoảng cách phát xa (có thể đến 30 m), độ tin cậy độ xác vị trí cao, phát vật thể (trừ suốt) • Nhược điểm: nhiều thời gian cho việc lắp đặt, giá thành cao Cảm biến quang điện Hoạt động Phản xạ gương: • Nguồn sáng phát tới gương phản xạ lại thu • Nếu có vật chắn ngang nguồn sáng có tín hiệu • Ưu điểm: giá thành thấp loại thu phát, dễ lắp đặt hiệu chỉnh, tin cậy • Nhược điểm: khoảng cách phát ngắn, cần điểm lắp đặt cảm biến gương Cảm biến quang điện Hoạt động Phản xạ khuếch tán: • Bộ phát sáng phát nguồn sáng tới đối tượng • Đối tượng phản xạ phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược lại thu sáng, kích hoạt tín hiệu • Ưu điểm: giá thành thấp, dễ lắp đặt (chỉ cần điểm lắp đặt nhất) • Nhược điểm: khoảng cách phát ngắn phụ thuộc vào kích thước, bề mặt hình dáng đối tượng Cảm biến quang điện Ưu điểm Phát vật liệu Ổn định tốc độ cao Độ phân giải tốt Giá thấp Nhược điểm Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm Khó thiết kế Độ tuyến tính khơng cao Khơng xác cảm biến loại cảm ứng Cảm biến quang điện Cảm biến quang điện Một số ứng dụng Cảm biến quang điện Một số ứng dụng ... khoảng cách xa Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến ... biến tự cảm cảm biến hỗ cảm Cảm biến tự cảm a) Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên Cấu tạo nguyên lý làm việc 1 Lõi sắt từ Cuộn dây XV  Đo dịch chuyển thẳng Đo dịch chuyển quay Tấm sắt từ Cảm. .. biến thiên Cấu tạo nguyên lý làm việc XV XV Đo dịch chuyển thẳng Đo dịch chuyển quay Cảm biến tự cảm b) Cảm biến tự cảm kép có khe từ biến thiên Hệ số tự cảm L L1 = f() L1 - L2 = f()  L2 = f()