Giáo trình mô đun Kỹ thuật cảm biến (Nghề Điện tử công nghiệp - Trình độ cao đẳng) – CĐ Kỹ thuật Công nghệ BR–VT

Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các bộ cảm biến được ứng dụng rất nhiều trong trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp và trong đời sống. Các bộ cảm biến ngày càng được hoàn thiện với các nguyên lý mới, các vật liệu mới cũng như kỹ thuật chế tạo gọn, nhỏ, mỏng. Vì vậy, tìm hiểu về cảm biến là môn học bắt buộc trong nhiều trường đào tạo khối kỹ thuật, đặc biệt là đào tạo các ngành thuộc ngành điện như: Điện công nghiệp, điện tử và nhất là tự động hóa. Cuốn giáo trình “Kỹ thuật cảm biến” được biên soạn cho sinh viên trình độ trung cấp nghề. Mời các bạn cùng tham khảo.

BM/QT10/P.ĐTSV/04/04 Ban hành lần: UBND TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRƢỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀ RỊA VŨNG TÀU GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCN ngày…….tháng….năm Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT) BÀ RỊA-VŨNG TÀU, NĂM 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập nghiên cứu cho giảng viên sinh viên nghề Điện tử công nghiệp trường Cao đẳng kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu, thực biên soạn tài liệu Kỹ thuật cảm biến Tài liệu biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy học tập, lưu hành nội nhà trường nên nguồn thông tin phép dùng ngun bản, trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Cùng với phát triển không ngừng lĩnh vực tự động hóa, ngày cảm biến ứng dụng nhiều trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp đời sống Các cảm biến ngày hoàn thiện với nguyên lý mới, vật liệu kỹ thuật chế tạo gọn, nhỏ, mỏng Vì vậy, tìm hiểu cảm biến môn học bắt buộc nhiều trường đào tạo khối kỹ thuật, đặc biệt đào tạo ngành thuộc ngành điện như: Điện công nghiệp, điện tử tự động hóa Cuốn giáo trình “Kỹ thuật cảm biến” biên soạn cho sinh viên trình độ trung cấp nghề Nên đưa loại cảm biến thông dụng Mỗi cảm biến đề cập đến nét khái quát chung, nguyên lý cấu tạo, nguyên lý làm việc đặt trưng Mặc dù có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong muốn độc giả góp ý trao đổi, để bổ sung cho giáo trình sau hồn thiện Bà Ria – Vũng Tàu, ngày 28 tháng 07 năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: Bùi Nha Trang MỤC LỤC Lời giới thiệu BÀI 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ BỘ CẢM BIẾN Khái niệm cảm biến Phạm vi ứng dụng Phân loại cảm biến .8 BÀI 2: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 11 Thang đo nhiệt độ 11 Nhiệt độ cần đo nhiệt độ đo 11 Các phương pháp đo điện trở 11 Cảm biến nhiệt điện trở 13 4.1 Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ (Nhiệt trở PTR NTR) 13 4.2 Nhiệt điện trở với platin nickel (Điện trở nhiệt kim loại RTD) 13 4.3 Cảm biến nhiệt điện trở oxit kim loại (NTC, PTC): .17 4.4 Cảm biến nhiệt bán dẫn với vật liệu Silic (Si) .17 Thực hành cảm biến nhiệt độ 20 BÀI 3: CẢM BIẾN TIỆM CẬN ĐIỆN CẢM 27 Đại cương cảm biến tiệm cận .27 1.1 Đặc điểm 27 1.2 Đặc điểm 27 1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến tầm phát cảm biến 29 1.4 Cách đấu dây cảm biến tiệm cận 30 Cảm biến tiệm cận điện cảm (Proximity sensor) 32 2.1 Cấu trúc 32 2.2 Nguyên lý hoạt động 33 2.3 Ứng dụng cảm biến điện cảm 33 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm 34 BÀI 4: CẢM BIẾN TIỆM CẬN ĐIỆN DUNG 36 Cảm biến tiệm cận điện dung 36 1 Cấu trúc 36 1.2 Nguyên lý hoạt động 36 1.3 Ứng dụng cảm biến điện dung 37 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung 37 BÀI 5: KHÁI QUÁT VỀ CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN 39 Cấu trúc, nguyên tắc hoạt động cảm biến quang .39 1.1 Cấu trúc, nguyên tắc hoạt động cảm biến quang 39 1.2 Nguyên tắc hoạt động 40 Phân loại chế độ hoạt động cảm biến quang điện 41 2.1 Phân loại cảm biến quang .41 2.2 Các chế độ hoạt động cảm biến quang điện: 41 Yêu cầu lắp đặt cảm biến .43 Cấu hỉnh ngõ cảm biến quang điện 43 BÀI 6: CẢM BIẾN QUANG THU PHÁT ĐỘC LẬP 45 Cấu trúc nguyên tắc hoạt động: 45 Đặc điểm ứng dụng cảm biến quang loại thu phát độc lập .45 2.1 Đặc điểm 45 2.2 Ứng dụng cảm biến quang thu phát độc lập .46 Thực hành với cảm biến quang loại phát thu độc lập 47 BÀI 7: CẢM BIẾN QUANG PHẢN XẠ GƢƠNG 49 Cấu trúc nguyên tắc hoạt động: 49 Đặc điểm ứng dụng: 49 2.1 Đặc điểm 49 2.2 Ứng dụng cảm biến quang loại phản xạ gương 50 Thực hành với cảm biến quang loại phản xạ gương 52 BÀI 8: CẢM BIẾN QUANG LOẠI KHUẾCH TÁN 54 Cấu trúc nguyên tắc hoạt động: 54 Đặc điểm ứng dụng 54 2.1 Đặc điểm 54 2.2 Ứng dụng 54 2.3 Một số loại cảm biến quang phản xạ khuyếch tán: 55 Thực hành với cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán .59 BÀI 9: CẢM BIẾN MÀU 61 Cấu trúc nguyên lý hoạt động cảm biến màu 61 Đặc điểm ứng dụng cảm biến màu 61 2.1 Đặc điểm 61 2.2 Ứng dụng 62 Thực hành với cảm biến phân loại màu .63 BÀI 10: ĐO VẬN TỐC VÕNG QUAY VÀ GÓC QUAY 63 Đo vận tốc vòng quay phương pháp analog 63 1.1 Tốc độ kế chiều (Máy phát tốc DC) 63 1.2 Tốc độ kế xoay chiều (Máy phát tốc AC) 63 Đo vận tốc vòng quay phương pháp Digital 63 2.1 Đo vận tốc vòng quay phương pháp quang điện tử 63 2.2 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ 70 Thực hành với cảm biến đo tốc độ (encoder) 75 BÀI 11: CẢM BIẾN LỰC, ÁP SUẤT 91 Cảm biến lực Load cell 91 1.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động 91 1.2 Phân loại 92 1.3 Loadcells tương tự Loadcells số 93 1.4 Ứng dụng 95 Cảm biến áp suất .96 2.1 Khái niệm áp suất 96 2.2 Nguyên lý đo áp suất 96 2.3 Ứng dụng cảm biến đo áp suất .98 Thực hành cảm biến lực, áp suất .98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Kỹ thuật cảm biến Mã mơ đun: MĐ15 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy sau mơn học linh kiện điện tử, đo lường điện tử, kỹ thuật xung - số, học song song với môn khác máy điện, điện tử cơng suất, vi mạch tương tự - Tính chất: Là mô đun dạy nghề bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Mơ đun Kỹ thuật cảm biến trang bị cho học viên kiến thức nguyên lý, cấu tạo, mạch ứng dụng thực tế loại cảm biến…với kiến thức học viên áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất đời sống Ngoài kiến thức dùng làm phương tiện để học tiếp môn học khác PLC, Điều khiển điện – khí nén … Mục tiêu mơn học/mơ đun: Sau hồn tất mơ-đun này, người học có khả sau: Sau hồn tất mơ-đun này, người học có khả sau: - Về kiến thức: + Phân tích khái niệm cảm biến + Phân tích ứng dụng phương pháp phân loại cảm biến + Phân tích thang độ nhiệt độ phương pháp đo nhiệt độ thường dùng + Phân tích cấu tạo, đặc tính loại cảm biến nhiệt độ + Phân tích đặc tính cảm biến tiệm cận điện cảm + Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng cảm biến điện cảm + Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng cảm biến điện dung + Phân tích cấu trúc, nguyên tắc hoạt động cảm biến quang + Phân tích chế độ hoạt động, cấu hình ngõ cảm biến quang + Phân tích cấu trúc cảm biến quang loại thu phát độc lập + Phân tích nguyên tắc hoạt động, đặc điểm cảm biến quang loại thu phát độc lập + Phân tích cấu trúc, nguyên tắc hoạt động đặc điểm cảm biến quang loại phản xạ gương + Phân tích cấu trúc, nguyên tắc hoạt động đặc điểm cảm biến quang loại khuếch tán + Phân tích cấu trúc, nguyên tắc hoạt động đặc điểm cảm biến màu + Phân tích phương pháp đo vịng quay góc quay + Giải thích khác loại thiết bị đo góc + Phân tích khái niệm cảm biến lực, áp suất + Phân tích cấu tạo nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng cảm biến lực, áp suất - Về kỹ năng: + Lắp đặt mạch điện ứng dụng cảm biến quang loại phản xạ gương + Lắp đặt mạch điện ứng dụng cảm biến quang loại khuếch tán + Lắp đặt mạch điện ứng dụng cảm biến quang loại thu phát độc lập + Lắp đặt mạch điện ứng dụng cảm biến màu + Thực mạch cảm biến điện cảm đạt yêu cầu kỹ thuật + Thực mạch cảm biến điện dung đạt yêu cầu kỹ thuật + Thực mạch cảm biến yêu cầu kỹ thuật + Thực phương pháp đo góc đạt yêu cầu kỹ thuật + Lắp đặt mạch điện ứng dụng cảm biến lực, áp suất - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Người học có khả làm việc độc lập làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn học tập rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm công việc Nội dung mô đun: BÀI 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ BỘ CẢM BIẾN Giới thiệu: Các cảm biến sử dụng nhiều lĩnh vực kinh tế kỹ thuật, cảm biến đặc biệt nhạy cảm sử dụng thí nghiệm, lĩnh vực nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực tự động hoá người ta sử dụng sensor bình thường đặc biệt Cảm biến có nhiều loại, đa dạng phong phú, nhiều hãng sản xuất, giúp người nhận biết trình làm việc tự động máy móc tự động hố cơng nghiệp Cảm biến làm nên cách mạng cho thông minh thiết bị máy móc Mục tiêu: - Phân tích khái niệm cảm biến - Phân tích ứng dụng phương pháp phân loại cảm biến - Rèn luyện tính cẩn thận, kỹ làm việc nhóm Nội dung chính: Khái niệm cảm biến: Cảm biến – sensor: xuất phát từ chữ “ sense” nghĩa giác quan – giác quan thể người Nhờ cảm biến mà mạch điện, hệ thống điện thu nhân thơng tin từ bên ngồi Từ đó, hệ thống máy móc, điện tử tự động tự động hiển thị thơng tin đại lượng cảm nhận hay điều khiển trình định trước có khả thay đổi cách uyển chuyển theo mơi trường hoạt động Để d hiểu so sánh cảm nhận cảm biến qua giác quan người sau: giác quan Thay đổi môi trường Thiết bị cảm biến Thị giác nh sáng, hình dạng, kích Cảm biến thu hình, cảm biến thước, vị trí xa gần, màu sắc quang Xúc giác p suất, nhiệt độ, đau, Nhiệt trở, cảm biến tiệm tiếp xúc, tiệm cận, ẩm, khô cận, cảm biến độ rung động Vị giác Ngọt, mặn, chua cay, béo Đo lượng đường máu Thính giác m rầm bổng, sóng âm, âm Cảm biến sóng siêu âm, lượng mi-cro Khứu giác Mùi chất khí, chất Đo độ cồn, thiết bị cảm nhận lỏng khí ga Bảng 1.1: So sánh cảm nhận cảm biến qua giác quan Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường khơng có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ) tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dịng điện trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng đo Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m): s = F(m) Phạm vi ứng dụng: - Công nghiệp - Nghiên cứu khoa học - Mơi trường, khí tượng - Thông tin vi n thông - Nông nghiệp - Dân dụng - Giao thông - Vũ trụ - Quân Phân loại cảm biến: Các cảm biến phân loại theo đặc trưng sau đây: - Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích: Hiện tượng Chuyển đổi đáp ứng kích thích Vật lý - Nhiệt điện - Quang điện - Quang từ - Điện từ - Quang đàn hồi - Từ điện - Nhiệt từ Hoá học - Biến đổi hoá học - Biến đổi điện hoá - Phân tích phổ Sinh học - Biến đổi sinh hoá - Biến đổi vật lý - Hiệu ứng thể sống Bảng 1.2: Các nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích - Phân loại theo dạng kích thích: Dạng kích thích Phân loại Âm - Biên pha, phân cực - Phổ - Tốc độ truyền sóng Điện - Điện tích, dịng điện - Điện thế, điện áp - Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Điện dẫn, số điện môi Từ - Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Từ thông, cường độ từ trường - Độ từ thẩm Quang - Biên, pha, phân cực, phổ - Tốc độ truyền - Hệ số phát xạ, khúc xạ - Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịu nén (compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (TensionLoadcell) - Phân loại theo hình dạng: dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu, dạng chữ S, dạng mỏng - Phân loại theo kích thước khả chịu tải: loại bé, vừa, lớn Hình 11.4: Phân loại Load cell 1.3 Loadcells tƣơng tự Loadcells số 1.3.1 Loadcells tƣơng tự (analog loadcell) Với loại load cell việc chuyển đổi từ tín hiệu analog chuyển thành tín hiệu số (A/D) thực thị indicator Tín hiệu từ loadcell tương tự (analog loadcell) truyền thị dạng điện áp Hình 11.5:.Load cell Analog hiển thị Tín hiệu ngõ loadcell phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp cho load cell (chính điện áp cung cấp thị) Ví dụ với loadcell capacity 10t thông số ngõ 2mV/V, đặt lên loadcell tải trọng 10t, điện áp cung cấp cho loadcell 10V tín hiệu ngõ 93 loadcell đạt 20 mV (2 mV x 10V) điện áp cung cấp cho loadcell 8V tín hiệu ngõ loadcell đạt 16 mV (2 mV x 8V) Kết nối Loadcel +Excitation (Điện áp kích thích) đầu vào dương điện áp cung cấp –Excitation đầu vào âm điện áp cung cấp +Output tín hiệu dương Loadcell –Output tín hiệu âm Loadcell +sense –sense dây dẫn nối trực tiếp với Excitation Có loại Loadcell có, có loại khơng Có thể nối mà không nối Nhưng nhà sản xuất khuyến cáo nên nối Ưu điểm: Ưu điểm cơng nghệ xuất phát từ yêu cầu thực tế, với tham số xác định trước, có sản phẩm thiết kế phù hợp cho ứngdụng người dùng Ở phần tử cảm ứng có kích thước hình dạngkhác phù hợp với yêu cầu ứng dụng Nhược điểm: - Tín hiệu điện áp đầu Loadcell nhỏ (thường khơng q 30mV) Những tín hiệu nhỏ d dàng bị ảnh hưởng nhiều loại nhi u công nghiệp - Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: thay đổi thất thường nhiệt độ môi trường tác động lên dây cáp truyền dẫn … 1.3.2 Loadcells số (digital loadcell) Đối với load cell số, q trình chuyển đổi từ tín hiệu analog chuyển thành tín hiệu số (A/D) thực thân loadcell Sau q trình xử lý chuyển đổi cách xác, tín hiệu số (digital signal) đưa thị cân điện tử số (digital indicator) Hình 11.6: Load cell Analog hiển thị Với Loadcell số (digital loadcell), tín hiệu ngõ loadcell dạng số nên không phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp cho loadcell Ví dụ với loadcell số (digital loadcell) có capacity 10t, đặt lên loadcell tải trọng 10t, tín hiệu ngõ ln 10.000 cho dù điện áp cung cấp cho loadcell có 10V hay 8V Ưu điểm - Tín hiệu số “khỏe”, bị ảnh hưởng nhi u điện từ thay đổi nhiệt độ thất thường đường dây cable dẫn - Khoảng cách dây cáp dẫn kéo dài đến 1200m - Dữ liệu số xử lý trực tiếp máy tính, PLC hiển thị cần 94 - Loadcell thay mà khơng cần chỉnh định lại; … Những ưu điểm hệ Loadcell số cho phép ứng dụng độ xác cao chống chịu nhi u tốt, đặc biệt ứng dụng yêu cầu điểm đo nằm phân tán phạm vi rộng 1.4 Ứng dụng  Trong công nghiệp đời sống loadcell ứng dụng rộng từ cân điện tử dùng gia dụng đến cân dùng cân trọng lượng ô tô cân nguyên liệu đầu vào thành phẩm nhiều nhà máy Hình 11.7: Sơ đồ hệ thống cân xe dùng Load cell  Trong ngành công nghệ cao: Với khoa học kĩ thuật tiên tiến loại Loadcell cỡ nhỏ cải tiến công nghệ tính ứng dụng cao Loại Loadcell gắn vào đầu ngón tay robot để xác định độ bền kéo lực nén tác động vào vật chúng cầm nắm nhấc lên  Ứng dụng cầu đường: Các Loadcell sử dụng việc cảnh báo độ an toàn cầu treo Loadcell lắp đặt dây cáp để đo sức căng cáp treo sức ép chân cầu điều kiện giao thông thời tiết khác Các liệu thu gửi đến hệ thống thu thập xử lí số liệu, sau số liệu xuất qua thiết bị truy xuất điện thoại, máy tính, LCD Từ có cảnh báo độ an toàn cầu Từ tìm biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp thời Hình 11.8: Ứng dụng load cell cân tải 95 Cảm biến áp suất: Cảm biến áp suất dạng thiết bị dùng để đo áp suất hay nói cách cụ thể chuyển đổi từ đại lượng áp suất sang đại lượng điện Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất gần giống loại cảm biến khác cần nguồn tác động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị vi xử lý, vi xử lý tín hiệu đưa tín hiệu 2.1 Khái niệm áp suất: - p suất định nghĩa lực tác dụng đơn vị diện tích P = F/A [N] - p suất tuyệt đối: áp suất chênh lệch điểm đo chân không tuyệt đối (áp suất 0) - p suất dư/tương đối: áp suất chênh lệch điểm đo mơi trường xung quanh (khí quyển) - p suất vi sai: áp suất chênh lệch hai điểm đo, điểm chọn làm điểm tham chiếu - Đơn vị đo + Trong hệ SI: Pascal (Pa), Pa = N/m2 = 10-5 bar + Châu u: bar, Bắc Mỹ: psi, Châu : kg/cm2, Mpa Bảng 11.1: Mối quan hệ đại lượng đo áp suất 2.2 Nguyên lý đo áp suất Cảm biến áp suất thiết bị cảm nhận áp suất đường ống bồn chứa có áp suất… p suất chuyển đổi thành tín hiệu điện áp dịng điện Các tín hiệu truyền biến tần PLC để điều khiển động hoạt động Hình 11.9: Các loại cảm biến áp suất thường dùng 96 Cấu tạo bên cảm biến áp suất thường làm Inox 304 không gỉ Khả chống va đập cao Hình 11.10: Cấu tạo cảm biến áp suất + Electric connection: Kết nối điện + Amplifier: Bộ khuếch đại tín hiệu + Sensor: Màng cảm biến xuất tín hiệu + Process Connection: Chuẩn kết ren (Ren kết nối vào hệ thống áp suất) Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất Hình 11.11: Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất Theo sơ đồ thấy khí áp suất Dương ( + ) đưa vào lớp màng căng lên từ trái sang phải , đưa vào áp suất âm ( – ) lớp màng căng lên từ phải sang trái Chính dịch chuyển đưa tín hiệu mạch xử lý đưa tín hiệu để biết áp suất đưa vào + Hình bên trái: Khi khơng có áp suất => Hight = Low = Ov output + Hình giữa: Khi có áp suất nén => Hight > Low = + V Output + Hình bên phải: Khi có áp suất hút => Low > Hight = -V Output Dựa vào nguyên lý ta lấy ví dụ thực tế sau: 97 Cảm biến áp suất dãy đo 0-10bar Tín hiệu ngõ ra: 0-10V Khi áp suất đạt 0-5bar tín hiệu điện áp xuất 0-5V Tương tự áp áp đạt giới hạn max 10bar tín hiệu điện áp 10V Cảm biến áp suất chân khơng dãy đo -1…0bar Tín hiệu ngõ ra: 4-20mA Điều có nghĩa khơng có tác động lực hút áp suất 0bar tương ứng với tín hiệu dịng 4mA Khi lực hút đạt giới hạn max -1bar cảm biến xuất tín hiệu dòng 20mA 2.3 Ứng dụng cảm biến đo áp suất Đối với trường hợp dùng cảm biến áp suất dùng cho máy nén khí, áp suất nước, dầu thủy lực chất lỏng khơng có tính ăn mịn khác dùng loại cảm biến áp suất thường Các dãy đo áp suất 0-0.1bar; 0-0.16bar; dùng để đo mức nước tĩnh bồn chứa khơng có áp suất Mức nước tính sau: 1bar = 10mH2O (hoặc 100mbar = 100mmH20) Trường hợp ứng dụng cho mơi trường thực phẩm như: sữa, nước khải khát…thì bắt buộc phải dùng cảm biến áp suất màng đảm bảo tiêu chuẩn thực phẩm Cảm biến áp suất dùng cho xăng, dầu….ngành dầu khí phải đảm bảo tiêu chuẩn chống cháy nổ Tùy vào nhu cầu sử dụng mà ta chọn loại cảm biến phù hợp Hình 11.12 : Cảm biến áp suất xác cao – phịng nổ Atex Thực hành cảm biến lực, áp suất Giới thiệu Module cảm biến áp suất: Thông số kỹ thuật + Kiểu hiển thị giá trị áp suất: Led + Các đơn vị chuyển đổi: kPa, kgf/cm2, Bar, psi + Có chức hiệu chỉnh điểm + Chế độ bảo vệ: Ngắn mạch, ngược nguồn + Thể tích bình tạo áp suất điều chỉnh từ 0~0.754 lít Các đầu vào + Nguồn cấp 24VDC 98 + đầu ra: Đầu điện áp tương tự, đầu số đầu số Hình 11.13: Module cảm biến áp suất Nguyên lý hoạt động Sau cấp nguồn cài đặt cho cảm biến áp suất Ta đặt vật lên bề mặt, áp suất thay đổi hiển thị đồng hồ PSA Giới thiệu cảm biến PSA-1 - Đơn vị hiển thị: kPa, kgf/cm2, bar, psi - Thay đổi chế độ đầu ra: Có kiểu chế độ điều khiển đầu ra: + Chế độ tr (F-1): Khi cần thay đổi độ tr nhận biết + Chế độ cảm biến tự động (F-2): Khi cần đặt mức nhận biết cách tự động mức thích hợp + Chế độ đầu độc lập (F-3, F-4, F-5): Khi cần xác định mức áp suất môi trường + Chế độ đầu so sánh dạng cửa sổ (F-6): Khi cần xác định áp suất khoảng - Thay đổi thời gian tác động (loại trừ nhi u): Để loại trừ nhi u tác động đến đầu ta điều chỉnh thời gian tác động, có tất mức thời gian khác (2.5ms, 5ms, 100ms, 500ms), cần thời gian tác động lâu hơn, ta thay đổi cứng cách tăng số lượng lọc số - Thay đổi tỉ lệ đầu tương tự: Không thể đặt tỉ lệ đầu tương tự (1-5V) tương ứng với áp suất có chức cho phép thay đổi thích hợp cho người sử dụng ứng dụng cụ thể Nếu đặt vị trí A1 cho 1VDC đầu A5 cho 5VDC đầu dải áp suất từ A1 đến A5 tương ứng với mức điện áp đầu từ 1-5VDC, tức với áp suất từ A1 đến A5 cho điện áp từ đến 5VDC - Chức khố phím: có kiểu khố phím để chống lại thao tác sai: 99 + Loc: Tất phím khố, khơng thể thay đổi tham số + PA.L: Đây chế độ khố phần, khơng thể thay đổi tham số cài đặt mà thôi, số chức khác thay đổi + UnL: Mọi chức thay đổi, khơng phím bị khố - Chức điều chỉnh điểm 0: Chức dùng để đặt giá trị hiển thị không trường hợp đầu đo chịu áp lực áp suất khí - Chức giữ đỉnh đáy: Chức dùng để chẩn đoán cố hệ thống gây áp suất dư dùng để kiểm tra toàn dải áp suất xảy hệ thống - Chế độ hoạt động đầu ra: Có chế độ + Chế độ tr (F1): Có thể dùng để đặt giá trị xác định mức áp suất (St1) độ tr (St2) Hình 11.14 : Biểu đồ thời gian chế độ F1 + Chế độ cài đặt cảm biến tự động (F2): Chức đặt mức báo áp suất mức thích hợp cách tự động Hình 11.15: Biểu đồ thời gian chế độ F2 + Chế độ hai đầu độc lập (F3, F4 F5): Dùng để đặt mức đo áp suất từ hai vị trí (St1, St2) Trong chế độ này, vị trí dùng cho điều khiển, vị trí cịn lại dùng cho cảnh báo cho điều khiển thêm Cũng chế độ này, độ tr cố định số (nhưng số sử dụng đơn vị đo áp suất hỗn hợp PSI) Lược đồ thời gian chế độ: 100 Hình 11 16: Biểu đồ thời gian chế độ F3, F4, F5 + Chế độ cửa sổ (F6): Dùng để đặt giới hạn giá trị lớn nhất/nhỏ đầu đo áp suất Cũng chế độ này, độ tr cố định số (nhưng số sử dụng đơn vị đo áp suất hỗn hợp PSI) Hình 11 17: Biểu đồ thời gian chế độ F3, F4, F5 - Kiểu đầu số Cảm biến PSA-1 có hai đầu số kiểu NPN (Colector hở) +V (Xám) Đầu điện áp tương tự (Cam) Bảng mạch 1kΏ Đầu số (Đen) Tải Tải Đầu số (Trắng) Mạch bảo vệ dòng 12-24VDC Mạch bảo vệ dòng 0V (Lam) Hình 11 18: Sơ đồ ngõ điều khiển cảm biến PSA-1 101 - Mặt trƣớc mặt hiển thị chức Hình 11 19: Định dạng mặt trước cảm biến PSA-1 1: Led số: Hiển thị đầu đo áp suất, giá trị cài đặt hiển thị lỗi 2: Chỉ thị đầu (Đỏ): Đầu ON led ON 3: Chỉ thị đầu (Đỏ): Đầu ON led ON 4: Nút ấn chọn chế độ (MODE): Chế độ cài đặt tham số chế độ cài đặt lại, lưu giá trị cài đặt 5: Nút ấn tăng (UP): Đặt giá trị cài đặt tăng lên bước theo giá trị đặt trước đơn vị áp suất, chế độ đầu ra, thời gian phản ứng, tỉ lệ đầu tương tự, khố phím, giá trị giữ đỉnh, giữ đáy tham số hiển thị 6: Nút ấn giảm (DOWN): Đặt giá trị cài đặt giảm bước theo giá trị đặt trước đơn vị áp suất, chế độ đầu ra, thời gian phản ứng, tỉ lệ đầu tương tự, khố phím, giá trị giữ đỉnh, giữ đáy tham số hiển thị 7: Ngưỡng tăng áp suất: Dùng để thay đổi áp suất cảm biến Hãy sử dụng đơn vị khác ứng dụng bạn theo nhãn kèm theo - Bảng lỗi Mã lỗi Kiểu lỗi Cách khắc phục Nếu có thêm áp suất Khởi động lại sau loại bỏ áp ngoài, điều suất thêm chỉnh điểm không Khi xảy tải Loại bỏ tải đầu điều khiển Giá trị cài đặt khơng Đặt lại thơng số thích hợp sau thích hợp kiểm tra kĩ thơng số tiêu chuẩn p suất vào vượt Hãy để áp suất đo dải hiển dải hiển thị áp suất thị thiết bị p suất vào dải hiển thị áp suất - Cài đặt 102 Chế độ hoạt động (RUN mode) Nhấn giữ tối thiểu giây Cài đặt tham số Nhấn giữ giây Cài đặt giá trị đặt trước Cài đặt đầu đo mức thấp (St1, Lo) Cài đặt đầu đo mức thấp (St1, Lo) Giá trị đỉnh Giá trị đỉnh Giá trị đáy Nhấn giữ tối thiểu giây Nhấn giữ đồng thời tối thiểu giây Chỉnh định điểm không Cài đặt đơn vị hiển thị Cài đặt chế độ hoạt động đẩu Cài đặt thời gian tác động Cài đặt tỉ lệ đầu tương tự (1VDC) Cài đặt tỉ lệ đầu tương tự (5VDC) Cài đặt khoá phím Chỉnh định điểm khơng Hình 11.20 : Các chế độ hoạt động Chỉnh định điểm ‘0’: Hãy ấn giữ đồng thời phím UP DOWN tối thiểu giây Khi chỉnh định xong, thiết bị hiển thị trở chế độ hoạt động Điều chỉnh tham số: Đơn vị hiển thị áp suất, chế độ điều khiển đầu ra, thời gian phản ứng (chống nhi u) hệ số tỉ lệ đầu tương tự khố phím Hãy chỉnh định tham số sau bỏ chức khố phím có sử dụng chức - Khi nhấn giữ phím q giây, trở lại chế độ hoạt động bình thường với giá trị đặt lưu EEPROM Hơn nữa, khơng có phím nhấn 60 giây, hiển thị giá trị trước bỏ qua giá trị cài đặt thời - Giữ liệu cài đặt lưu EEPROM nên không bị tắt điện Nhưng ý thay đổi tối đa 100.000 lần Giữ đỉnh đáy Nhấn giữ nút UP tối thiểu giây, chế độ hoạt động (RUN Mode) giá trị áp suất lớn nhấp nháy khoảng 0.5 giây, sau hiển thị giá trị đỉnh giá trị áp suất nhỏ nhấp nháy khoảng 0.5 giây, sau hiển thị giá trị đáy Nếu bạn nhấn nhanh phím UP, giá trị đỉnh đáy lưu bị xoá thiết bị quay trở lại chế độ hoạt động bình thường Khi giá trị đỉnh đáy vượt giới hạn đo áp suất, hình hiển thị lỗi Cài đặt giá trị tiền định Đặt mức đầu đo áp suất 103 Hãy đặt giá trị sau bỏ chức khóa phím chức sử dụng Chắc chắn phương thức cài đặt phải khác tuỳ thuộc vào chế độ hoạt động đầu Chế độ hoạt động (RUN Mode) Nhấn giữ tối thiểu giây Cài đặt đơn vị hiển thị * đơn vị hiển thị trước nhấp nháy khoảng 0.5 giây * Chọn đơn vị phím UP DOWN Đơn vị áp suất hiển thị loại áp suất cụ thẻ Đơn vị hiển thi áp suất loại áp suất âm áp suất hỗn hợp (Nhấn phím nhanh, đơn vị lựa chọn lưu tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) * Khi sử dụng đơn vị đo mmH2O, nhân đơn vị hiển thị với 100 Nhấn lần Thời gian tác động * thời gian tác động trước nhấp nháy khoảng 0.5 giây * Chọn thời gian phím UP DOWN (Nhấn phím nhanh, thời gian lựa chọn lưu tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) Nhấn lần Cài đặt hệ số tỉ lệ đầu tương tự (1VDC) * giá trị áp suất trước nhấp nháy khoảng 0.5 giây * Chọn giá trị áp suất với 1VDC xuất phím UP DOWN Khoảng giá trị cài đặt: Từ giá trị bé dải áp suất