Giúp ôn tập kiến thức môn Vi xử lý trong Đo Lường và Cảm Biến; ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN Câu1: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tính năng cơ bản, ứng dụng của công tơ đo điện năng cơ điện , điện tử: 1. Cấu tạo: • Công tơ cơ điện: 2. Nguyên lý hoạt động: 3. Tính năng cơ bản: • Công tơ cơ điện: 4. Ứng dụng: Câu 2: Cảm biến quang Câu hỏi : Cảm biến quang điện là gì ? Trả lời : Cảm biến quang điện là thiết bị phát ra chùm tia ánh sáng dạng tần số chiếu vào vật thể cần phát hiện hoặc gương. Khi vật thể đi qua sẽ ảnh hưởng đến tần số của bộ thu sáng. Sự thay đổi này được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.
ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN Câu1: Tìm hiểu cấu tạo, ngun lý hoạt động, tính bản, ứng dụng công tơ đo điện điện , điện tử: Cấu tạo: Công tơ điện: Nguyên lý hoạt động: Tính bản: Công tơ điện: Ứng dụng: Câu 2: Cảm biến quang Câu hỏi : Cảm biến quang điện ? Trả lời : Cảm biến quang điện thiết bị phát chùm tia ánh sáng dạng tần số chiếu vào vật thể cần phát gương Khi vật thể qua ảnh hưởng đến tần số thu sáng Sự thay đổi biến đổi thành tín hiệu điện nhờ tượng phát xạ điện tử cực catot (Cathode) có lượng ánh sáng chiếu vào Hình : Nguyên lý cảm biến quang Cảm biến quang điện hoạt động nào? Cấu tạo cảm biến quang gồm có phần : Bộ phát ánh sáng Bộ thu ánh sáng Bo mạch xử lý tín hiệu điện Chức phần sau : Bộ phát ánh sáng : Có nhiệm vụ phát ánh sáng dạng xung (tần số) Tần số ánh sáng hãng sản xuất thiết kế đặc biệt để thu ánh sáng phân biệt ánh sáng từ cảm biến ánh sáng từ nguồn khác bên : ánh sáng tự nhiên (ban ngày), bóng đèn,… Bộ thu ánh sáng : Có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ phát sáng, gọi phototransistor (tranzito quang) Mạch xử lý tín hiệu điện : Khi tiếp nhận tín hiệu từ thu ánh sáng Mạch điện tử chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF khuếch đại Tín hiệu ngõ thường dùng NPN, PNP, … Cảm biến quang điện có loại ? Cảm biến quang điện có khoảng loại khác tùy vào ứng dụng Tuy nhiên nguyên lý làm việc chung giống Nhưng chi tiết loại lại khác đôi chút Chúng ta khám phá loại Cảm biến quang điện thu phát độc lập Loại cảm biến quang thu phát độc lập cảm biến ánh sáng không phản xạ, để hoạt động cần phát ánh sáng thu ánh sáng lắp đối diện với Đặc điểm : Không bị ảnh hưởng bề mặt, màu sắc, khoảng cách phát đến 60m Nguyên lý hoạt động sau : + Trạng thái khơng có vật cản : Cảm biến phát ánh sáng cảm biến thu ánh sáng Phát thu ánh sáng liên tục với + Trạng thái có vật cản : Cảm biến phát phát ánh sáng Nhưng cảm biến thu ánh sáng không thu ánh sáng (bị vật cản che chắn) Hình : Nguyên lý hoạt động cảm biến quang thu phát độc lập Ứng dụng cảm biến quang điện thu phát độc lập : Việc cho đời cảm biến quang thu phát độc lập nhằm đáp ứng cho mơi trường có tính chất phản xạ ánh sáng cao, bề mặt hấp thụ ánh sáng,…không dùng cảm biến thu phát chung Hình : Ứng dụng cảm biến quang thu phát độc lập Cảm biến quang phản xạ gương Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương cảm biến có phát ánh sáng thu ánh sáng thiết bị Gương phạn xạ lăng kính đặc biệt Đi kèm với cảm biến quang bạn Đặc điểm : Lắp đặc thuận tiện, tiết kiệm dây dẫn, phát vật suốt, mờ,… khoảng cách tồi đa 15m Hình : Nguyên lý hoạt động cảm biến quang phản xạ gương Nguyên lý hoạt động : Khi cảm biến hoạt động phát ánh sáng phát ánh sáng đến gương Khi khơng có vật cản gương phản xạ lại thu ánh sáng Khi có vật cản qua làm thay đổi tần số ánh sáng phản xạ bị ánh sáng thu => Cảm biến xuất tín hiệu điện PNP, NPN,… Hình : Ứng dụng cảm biến quang phản xạ gương Cảm biến quang phản xạ khuếch tán Thiết bị cảm biến quang phản xạ khuếch tán loại cảm biến có thu phát chung Thường dùng để phát vật thể hệ thống máy móc tự động Giám sát thiết bị lắp vị trí hay chưa Đặc điểm : Bị ảnh hưởng bề mặt, màu sắc, khoảng cách tối đa 2m Hình : Nguyên lý cảm biến quang phản xạ khuếch tán Nguyên lý hoạt động sau : + Trạng thái báo phát vật cản : Cảm biến phát ánh liên tục từ phát đến bề mặt vật cản Ánh sáng phản xạ ngược vị trí thu sáng + Trạng thái khơng vật cản : Khi khơng có vật cản vào, ánh sáng không phản xạ vị trí thu bề mặt vật khơng phản xạ ánh sáng vị trí thu Hình : Ứng dụng cảm biến quang phản xạ khuếch tán Cảm biến quang phát màu (cảm biến màu sắc) Cảm biến biến nhận dạng màu sắc Để nhận dạng màu sắc bắt buộc phải ” dạy ” cảm biến nhận biết màu sắc cần nhận biết Thuật ngữ dạy cảm biến nghe có vẽ khó hiểu Nhưng thực chất đơn giản, nhà sản xuất lập trình sẵn Khi sử dụng việc cài đặt cho cảm biến nhận dạng màu trước hoạt động Nguyên lý hoạt động : Cảm biến quang phát màu loại cảm biến thu phát chung Nó hoạt động tương tự cảm biến quang phản xạ khuếch tán Nhưng cảm biến nhận màu học phát tín hiệu điện NPN, PNP,… Hình : Ứng dụng cảm biến phát màu sản xuất Cảm biến sợi quang *Khái niệm: - Là cảm biến có cấu tạo gồm khuếch đại sợi quang Sợi quang chon khác tùy theo ứng dụng cụ thể khác Có hai oại cảm biến quang chính: Cảm biến thu phát Cảm biến phản xạ *Cấu tạo Gồm phận chính: Bộ khuếch đại Sợi quang Đầu sơi quang +Bộ khuếch đại: Gồm nguồn sáng, xử lý ánh sáng hắt lại, có giao diện vận hành, mục đích thiết lập hoạt động cảm biến có tín hiệu đầu dẫn đến thiết bị khác +Sợi quang: Có vai trị dẫn hướng ánh sáng từ khuếch đại đến vật thể dẫn hướng ánh sáng phản hồi lại khuếch xử lý +Đầu sợi quang: Có tác dụng dẫn hướng đảm bảo sợi quang lắp chắn học Tùy theo tình hình cụ thể đầu sợi quang lắp thêm thấu kính để định hình tia sáng khỏi sợi quang thay đổi góc nhận ánh sáng phản hồi *Nguyên lý hoạt dộng : - Hoạt động dựa nguyên lý hoạt động phản xạ toàn phần Với mục đích để dẫn hướng ánh sáng từ sợi quang đến vật thể giúp phát vật thể Ánh sáng dòng nước di chuyển từ đầu sang đầu phản xạ với thành phần bên giúp phát vật chắn Việc di chuyển độ sáng => Độ xác cao *Ứng dụng: + Kiểm tra sản phẩm qua trình rửa + Kiểm tra đường xe ô to băng tải +Xác minh mức độ đầy dung dịch vỏ đựng kim loại + Đếm sản phẩm băng tải + Phát nhãn thiếu treen chai +Kiểm tra an tồn đóng mở nhà xe +Phát người vật thể qua cửa + Phát xe bãi giữ xe Vì khoảng cách đến vật thể xác định cách đo thời gian phát nhận tiếng vang cường độ âm thanh, cảm biến siêu âm tuyệt vời việc triệt tiêu nhiễu sóng Hầu tất vật liệu phản ánh âm phát hiện, màu sắc chúng Ngay vật liệu suốt mỏng khơng vấn đề cảm biến siêu âm Cảm biến siêu âm nhìn xun qua khơng khí đầy bụi sương mù Có thể đo mức độ đầy giếng ống nghiệm, phát chai nhỏ ngành đóng gói thực dễ dàng Kể loại dây mỏng phát cách xác Cơ Chế Hoạt Động: Các chế độ hoạt động cấu hình thiết bị khác cho phép sử dụng cảm biến siêu âm tất tự động hóa hiểu ứng dụng Một “vùng mù” cảm biến Xác định phạm vi phát nhỏ cho phép Chú ý, không đặt vật thể gương phản xạ gây nhiễu vùng mù điều dẫn đến phép đo khơng xác Cảm biến siêu âm thiết bị đo lường sử dụng để đo chất lỏng, chất rắn, Vậy ứng dụng cảm biến công nghiệp cụ thể nào? Các ứng dụng cảm biến siêu âm thực tế Cảm biến siêu âm dùng để cảnh báo: Do độ bám dính bên Label với vật liệu lót thể mối nối khơng có lớp khơng khí tách biệt Cảm biến phải hiệu chuẩn với label vật liệu lót Cảm biến siêu âm phát người Nếu nhiệm vụ phát diện người Chúng ta nên chọn cảm biến siêu âm có phạm vi hoạt động tốt vượt khoảng cách quét yêu cầu Phạm vi hoạt động cảm biến lớn, tần số siêu âm thấp Và tần số siêu âm thấp, dễ phát chất liệu quần áo thấm nước len Cảm biến siêu âm định vị Khi quét kính bề mặt phẳng, nhẵn khác,… Cần ý để đảm bảo cảm biến siêu âm quét vuông gốc với bề mặt Cảm biến siêu âm kiểm soát chất lượng (phát ngã đổ) Kiểm soát chất lượng máy đóng gói, phổ rộng cảm biến siêu âm có sẵn để phát vật thể trình nhanh Tất dạng cảm biến siêu âm dùng để cảnh báo cho ngõ dạng PNP NPN Ở trạng thái bình thường cảm biến ln OFF Khi có thay đổi vật cản tín hiệu có trạng thái ON để cảnh báo Cảm biến siêu âm dùng để giám sát liên tục Cảm biến kiểm soát mức nhiên liệu Kiểm sốt mức độ liên tục cho tín hiệu 4-20mA 0-10V Tín hiệu đưa PLC, biến tần để điều khiển để ổn định mức bồn chứa Độ xác cảm biến siêu âm phụ thuộc vào người lắp đặt cài đặt Bởi khoảng cách lớn sai số lớn Do đó, cần phải xác định khoảng cách cần đo để lắp cảm biến xác Cảm biến siêu âm giám sát mức ống nghiệm Giám sát mức thùng chứa nhỏ, thùng chứa có đường kính 5mm Cảm biến siêu âm phát mối nối : Phát mối nối label Sai số giá trị chênh lệch giá trị đo tính giá trị thực hay giá trị xác đại lượng Khi đo đạc nhiều lần đại lượng đó, thơng thường dù cẩn thận đến mấy, thấy kết lần đo khác Điều chứng tỏ kết đo ln ln có sai số kết nhận giá trị gần mà thơi Ta ký hiệu: ∆i = X – Li gọi sai số thực Vi = x – Li gọi sai số gần Trong đó: X trị thực x trị gần (trị xác suất) Li trị đo lần thứ i Do điều kiện đo khác nhau, dẫn đến ∆i Vi khác lần đo Nguyên nhân Có nhiều nguyên nhân gây nên sai số, chủ yếu nguyên nhân sau: Do máy móc dụng cụ đo thiếu xác, thiếu tinh vi Do người đo với trình độ tay nghề chưa cao, khả giác quan bị hạn chế Do điều kiện ngoại cảnh bên tác động tới, thời tiết thay đổi, mưa gió, nóng lạnh bất thường,… Phân loại Theo quy luật xuất sai số, người ta chia sai số thành loại sau: Sai số hệ thống Giả sử dùng thước 20m để đo đoạn thẳng đó, chiều dài thật thước lúc lại 20,001m Như kết lần kéo thước có chứa 1mm, sai số gọi sai số hệ thống Sai số hệ thống có hai loại: Sai số hệ thống cố định sai số hệ thống thay đổi Sai số hệ thống sai số thường có trị số dấu không đổi, lặp đi, lặp lại tất lần đo Nguyên nhân gây sai số hệ thống máy móc, dụng cụ chế tạo chưa chuẩn, tật người đo Sai số xuất có quy luật, dễ tính toán hiệu chỉnh Sai số ngẫu nhiên Giả sử thước có vạch chia nhỏ đến 1mm, sai số đọc thước phần ước lượng nhỏ mm sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên sai số mà trị số đặc điểm ảnh hưởng đến kết đo đạc khơng rõ ràng, xuất này, xuất kia, ta khơng thể biết trước trị số dấu Vì sai số ngẫu nhiên xuất ý muốn chủ quan người, chủ yếu điều kiện bên ngoài, ta khó khắc phục mà tìm cách hạn chế ảnh hưởng Sai số ngẫu nhiên có đặc tính sau Sai số ngẫu nhiên có trị số dấu xuất không theo quy luật, điều kiện đo định, sai số ngẫu nhiên xuất theo quy luật Đặc tính giới hạn: Trong điều kiện đo đạc cụ thể, trị tuyệt đối sai số ngẫu nhiên không vượt giới hạn định Đặc tính tập trung: Sai số ngẫu nhiên có trị tuyệt đối nhỏ, có khả xuất nhiều Đặc tính đối xứng: Sai số ngẫu nhiên dương âm với trị số tuyệt đối bé có số lần xuất gần Đặc tính bù trừ: Khi số lần đo tiến tới vơ cùng,thì số trung bình cộng sai số đo đạc ngẫu nhiên đại lượng tiến tới không ... phép đo khơng xác Cảm biến siêu âm thiết bị đo lường sử dụng để đo chất lỏng, chất rắn, Vậy ứng dụng cảm biến công nghiệp cụ thể nào? Các ứng dụng cảm biến siêu âm thực tế Cảm biến siêu âm dùng... cản vào, ánh sáng không phản xạ vị trí thu bề mặt vật khơng phản xạ ánh sáng vị trí thu Hình : Ứng dụng cảm biến quang phản xạ khuếch tán Cảm biến quang phát màu (cảm biến màu sắc) Cảm biến biến... hấp thụ ánh sáng,…không dùng cảm biến thu phát chung Hình : Ứng dụng cảm biến quang thu phát độc lập Cảm biến quang phản xạ gương Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương cảm biến có phát ánh sáng