1. Cảm biến lực Loadcell
1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
Hình 4.1: Cấu tạo và ký hiệu cảm biến tiệm cận điện dung
Cảm biến tiệm cận điện dung gồm bốn bộ phận chính: - Cảm biến (các bản cực cách điện).
- Mạch dao động. - Bộ phát hiện. - Mạch đầu ra.
1.2. Nguyên lý hoạt động:
Trong cảm biến tiệm cận điện dung có bộ phận làm thay đổi điện dung C của các bản cực.
Nguyên lí hoạt động cơ bản của cảm biến điện dung dựa trên việc đánh giá sự thay đổi điện dung của tụ điện. Bất kì vật nào đi qua trong vùng nhạy của cảm biến điện dung thì điện dung của tụ điện tăng lên. Sự thay đổi điện dung này phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước và hằng số điện môi của vật liệu.
Bên trong có mạch dùng nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến dòng sẽ đưa ra một dòng điện tỉ lệ với khoảng cách giữa 2 tấm cực.
37
- Đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim. - Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh
- Có thể phát hiện các đối tượng có kích thước nhỏ. - Phạm vi cảm nhận lớn.
- Đầu cảm biến nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi. - Chịu ảnh hưởng của bụi và độ ẩm.
Giới thiệu các đầu cảm biến tiệm cận điện dung trong thực tế
Hình 4.2: Cảm biến tiệm cận điện dung của hãng Omron
1.3. Ứng dụng của cảm biến điện dung:
Cảm biến tiệm cận loại điện dung được dùng rất nhiều trong các băng tải hàng hóa; chúng có tác dụng đếm sản phẩm đi qua; bằng cách lắp các cảm biến điện dung cách xa vật từ vài milimet đến vài chục milimet.
- Báo mức chất lỏng – chất rắn dạng báo đầy – báo cạn; dùng cảm biến điện dung rất chính xác vì độ nhạy cao
- Dùng để phát hiện sữa trong hộp giấy…
Hình 4.3: Ứng dụng của cảm biến điện dung
2.Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung:2.1. Thiết bị: 2.1. Thiết bị:
38
Hình 4.4: Module thực hành cảm biến điện dung
+ Relay trung gian 24VDC + Nguồn 24VDC
+ Đèn tín hiệu 24VDC + Vật cảm biến
2.2. Ghi các thông số kỹ thuật của cảm biến
Nguồn gốc: ... Công ty sản xuất: ... Mã số sản xuất sản phẩm: ... Điện áp hoạt động: ... Dòng điện: ... Đặc tính hoạt động: ... Khoảng cách tác động: ... Tiêu chuẩn cách điện: ...
2.3. Vẽ sơ đồ kết nối cảm biến. 2.3.1. Các bƣớc thực hành
Bước 1: Tiến hành đấu nối cảm biến theo sơ đồ.
Chú ý: Tùy thuộc vào ngõ ra của cảm biến mà có thể đấu nối theo dạng NPN hoặc PNP.
Bước 2: Lần lượt cho các vật cảm biến khác nhau đi qua giữa bộ phận phát và bộ phận thu để xét xem tác động ở ngõ ra của cảm biến
2.3.2. Những ghi chú khi thực hành và nhận xét :
...
... ...
...
CÂU HỎI BÀI 4:
1. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung?
2. Nêu đặc điểm, ưu nhược điểm và ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện dung?
39
BÀI 5: KHÁI QUÁT VỀ CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN Giới thiệu:
Cảm biến quang (Photoelectric Sensors) là một trong những cảm biến được sử dụng
phổ biến nhất. Hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi thông tin ánh sáng thành tín hiệu điện.
Mục tiêu:
- Phân tích được cấu trúc, nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang.
- Phân tích được các chế độ hoạt động, cấu hình ngõ ra của cảm biến quang. - Rèn luyện tinh thần tự giác học tập, thái độ học tập nghiêm túc.
Nội dung chính:
1. Cấu trúc, nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang: 1.1. Cấu trúc: 1.1. Cấu trúc:
Hình 5.1: Cấu tạo cảm biến quang
Hình 5.2: Sơ đồ cấu trúc và ký hiệu cảm biến quang
Gồm có 4 khối chính:
- Khối phát (transmitter): phát tín hiệu ra
- Khối nhận (receiver): nhận tín hiệu phản xạ từ vật vào hoặc tín hiệu từ đầu phát của sensor.
- Khối chuyển đổi tín hiệu (signal converter): chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện là dòng điện hay điện áp.
- Khối khuyếch đại (Amplifier): khuyếch đại đại tín hiệu lên để xử lý tốt hơn.
40
1.2. Nguyên tắc hoạt động:
Hình 5.4: Nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang điện
Cấp nguồn cho sensor, đầu phát của sensor phát tín hiệu tới đầu thu hoặc vật, ánh sáng phản xạ từ vật đến đầu thu sẽ được chuyển tỉ lệ thành tín hiệu điện áp (hoặc dòng điện) và sau đó được khuếch đại. Nếu mức điện áp (hoặc dòng điện) lớn hơn mức ngưỡng Sensor xuất tín hiệu ra báo có vật.
Vùng phát hiện của cảm biến quang:
- Vùng phát hiện: là vùng ánh sáng phản xạ từ vật vào được đầu thu. Sensor phát hiện được vật
Hình 5.5: Vùng phát hiện của cảm biến quang điện
- Vùng chết (Dead zone) : là vùng không hoạt động, nằm ngoài vùng phát, vùng thu nằm gần thấu kính. Sensor không phát hiện được vật trong vùng này.
Hình 5.6: Vùng chết của cảm biến quang điện
- Thời gian đáp ứng (Response Time) : Là khoảng thời gian trì hoãn từ khi ánh sáng nhận vào đến lúc ngõ ra điều khiển được kích hoạt hoặc reset.
41
Hình 5.7: Biểu đồ thời gian tín hiệu ngõ ra của sensor
2. Phân loại và các chế độ hoạt động của cảm biến quang điện 2.1 Phân loại cảm biến quang 2.1 Phân loại cảm biến quang
2.1.1. Phân loại theo tín hiệu thu phát: - Cảm biến quang thu phát độc lập.
- Cảm biến quang thu phát chung phản xạ gương. - Cảm biến quang phản xạ khuyếch tán.
- Cảm biến quang loại phản xạ giới hạn. - Cảm biến quang đặt khoảng cách.
- Cảm biến quang loại phát hiện Mark, cảm biến màu.
2.2.2 Phân loại theo cấu tạo:
Hình 5.8: Phân loại theo cấu tạo của cảm biến quang
2.2.Các chế độ hoạt động của cảm biến quang điện:
Một tính năng liên quan đến cảm biến quang là phản hồi của cảm biến khi phát hiện hoặc không phát hiện thấy ánh sáng. Tính năng này có tên là chế độ Dark-On hay Light-On.
Đối cới cảm biến quang loại thu phát độc lập nếu cảm biến đặt chế độ Dark-ON: Có vật, đầu thu không nhận được ánh sáng từ đầu phát, cảm biến xuất tín hiệu ra lên mức ON. Không có vật, đầu thu nhận ánh sáng từ đầu phát báo mức OFF. Nếu sensor đặt chế độ Light-ON: Không có vật, đầu thu nhận được ánh sáng từ đầu phát xuất tín hiệu ra lên mức ON. Có vật, đầu thu không nhận được ánh sáng từ đầu phát, sensor chuyển mức OFF.
42
Hình 5.9: Chế độ làm việc của cảm biến quang
Đối cới cảm biến quang loại khuếch tán thì ngược lại. Nếu cảm biến đặt chế độ Dark-ON: Không có vật, đầu thu không nhận được ánh sáng, cảm biến xuất tín hiệu ra lên mức ON. Có vật đầu thu nhận ánh sáng báo mức OFF. Nếu cảm biến đặt chế độ Ligh-ON: Có vật, đầu thu nhận được ánh sáng xuất tín hiệu ra lên mức ON. Không có vật, đầu thu không nhận được ánh sáng, cảm biến chuyển mức OFF.
Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến: Các loại cảm biến quang tiêu chuẩn trên thị trường hiện nay sẽ thường có 2 khả năng chỉnh độ nhạy:
- Điều chỉnh ngƣỡng: người sử dụng có thể điều chỉnh mức ngưỡng hay còn gọi là mức ánh sáng đủ để kích hoạt đầu ra. Khi ánh sáng thu được bằng hoặc lớn hơn ngưỡng, sẽ có tín hiệu xuất ra. Trong thực tế, thay đổi ngưỡng sẽ dẫn đến tăng hoặc giảm khoảng cách phát hiện. Việc chỉnh ngưỡng cũng có thể giúp cảm biến nhạy hơn, phát hiện được vật nhỏ hơn hoặc các vật trong mờ. Một vài nhãn hiệu cảm biến quang có một biến trở vặn vít để điều chỉnh ngưỡng.
- Công tắc chuyển Light-On / Dark-On: công tắc L-On / D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến.
43
3. Yêu cầu khi lắp đặt cảm biến.
- Lắp đặt cảm biến tùy theo hướng di chuyển của vật. Cảm biến nên đặt vuông góc với hướng di chuyển của vật.
Hình 5.11: Cảm biến nên đặt vuông góc với hướng di chuyển của vật
- Ánh sáng phản xạ từ vật nên về thẳng cảm biến, không nên cho phản xạ qua một vật khác.
Hình 5.12: Ánh sáng phản xạ về thẳng cảm biến
- Nếu vật cảm biến là vật đen, di chuyển sensor gần vật hơn và nên đặt sensor
nghiêng 1 góc khoảng 150.
Hình 5.13: Khoảng cách nhận biết của Sensor đối với các màu sắc
4. Cấu hình ngõ ra của cảm biến quang điện:
Cách đấu dây cảm biến quang loại 2-3 dây hoàn toàn giống cảm biến tiệm cận pnp hoặc npn.
Cảm biến quang với ngõ ra 4 dây, dây xanh kết nối nguồn âm, dây nâu kết nối nguồn dương, dây đen là ngõ ra output. Dây trắng là dây Mute có chức năng tạm ngừng hoạt động cho cảm biến khi test, bảo trì, bảo dưỡng, chỉ cần kích dây trắng vào chân âm.
44
Hình 5.14:Sơ đồ nối dây cảm biến quang 4 dây.
CÂU HỎI BÀI 5:
1. Cảm biến quang điện hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
2. Trình bày cấu trúc và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang điện?
3. Nêu cách phân loại cảm biến quang?
4. Trình bày chế độ Dark – ON, Light – ON của cảm biến quang ?
45
BÀI 6: CẢM BIẾN QUANG THU PHÁT ĐỘC LẬP Giới thiệu:
Cảm biến quang thu phát độc lập có khoảng cách phát hiện xa nhất trong các loại cảm biến quang, hoạt động tin cậy rất cần thiết cho việc sử dụng để phát hiện các vật có kích thước lớn.
Mục tiêu:
- Phân tích được cấu trúc của cảm biến quang loại thu phát độc lập.
- Phân tích được nguyên tắc hoạt động, đặc điểm của cảm biến quang loại thu phát độc lập.
- Lắp đặt được các mạch điện ứng dụng của cảm biến quang loại thu phát độc lập đạt các yêu cầu về kỹ thuật.
- Rèn luyện tinh thần tự giác học tập, thái độ học tập nghiêm túc.
Nội dung chính:
1. Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động:
Cảm biến quang thu phát độc lập là cảm biến ánh sáng không phản xạ, để hoạt động được cần một con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng lắp đối diện với nhau.
Hình 6.1: Nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang thu phát độc lập
Cấp nguồn cho đầu phát và đầu thu, qua mạch phát sáng, diode đầu phát phát ra ánh sáng truyền đến đầu thu, nếu không có vật chắn giữa đầu phát và đầu thu thì đầu thu nhận được ánh sáng từ đầu phát tới.
Nếu Sensor đặt chế độ Dark-ON: Không có vật, đầu thu nhận ánh sáng từ đầu phát báo mức OFF. Có vật, đầu thu không nhận được ánh sáng từ đầu phát, sensor xuất tín hiệu ra lên mức ON.
Nếu Sensor đặt chế độ Light-ON: Không có vật, đầu thu Sensor nhận được ánh sáng từ đầu phát xuất tín hiệu ra lên mức ON. Có vật, đầu thu không nhận được ánh sáng từ đầu phát, Sensor chuyển mức OFF.
2. Đặc điểm và ứng dụng của cảm biến quang loại thu phát độc lập. 2.1. Đặc điểm 2.1. Đặc điểm 2.1. Đặc điểm
-Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau
-Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng.
46
-Khoảng cách phát hiện xa: tối đa 30m.
-Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc vật, ...
2.2. Ứng dụng của cảm biến quang thu phát độc lập.
- Xuất tín hiệu báo khi khoan bị gãy mũi: Vì mũi khoan nhỏ nên phải sử dụng sensor phát ra tia nhỏ để phát hiện chính xác. Nếu mũi khoan bị gãy thì ánh sáng từ đầu phát sẽ đến được đầu thu.
Hình 6.2a: Ứng dụng của cảm biến quang
- Đếm số lượng sản phẩm trên băng chuyền: Đối với việc phát hiện các vật nhỏ, sử dụng các sensor phát ra tia nhỏ để phát hiện là chính xác nhất.
Hình 6.2b: Ứng dụng của cảm biến quang
- Để phát hiện sữa / nước quả bên trong hộp màu trắng không trong suốt. Dùng cảm
biến E3Z-T61, với tia sáng mạnh có thể xuyên qua vỏ bọc giấy bên ngoài và vì vậy có thể phát hiện được sữa / nước trái cây tại thời điểm hiện tại cũng như phát hiện được mức của chất lỏng này
- Đếm vật, sản phẩm kích thước lớn trong nhà máy: Trong các ứng dụng dạng như vậy, họ sensor E3JM/ E3JK của Omron phát hiện rất tốt.
Hình 6.2c: Ứng dụng của cảm biến quang điện
- Phát hiện vật di chuyển: Có thể sử dụng họ sensor E3Z-G của Omron trong các ứng dụng như thế này. Sensor có loại có 1 trục hoặc 2 trục quang
47
Hình 6.2d: Ứng dụng của cảm biến quang
3. Thực hành với cảm biến quang loại phát thu độc lập: 3.1. Thiết bị: 3.1. Thiết bị:
+ Cảm biến quang loại phát thu độc lập.
Hình 6.3: Module thực hành cảm biến quang loại thu phát độc lập
+ Relay trung gian 24VDC + Nguồn 24VDC
+ Đèn tín hiệu 24VDC + Vật cảm biến
3.2. Ghi các thông số kỹ thuật của cảm biến
Nguồn gốc: ... Công ty sản xuất: ... ... Mã số sản xuất sản phẩm: ... ... Điện áp hoạt động: ... ... Dòng điện: ... ... Đặc tính hoạt động: ... ... Khoảng cách tác động: ... ... Tiêu chuẩn cách điện: ...
3.3. Vẽ sơ đồ kết nối cảm biến. 3.4. Các bƣớc thực hành
48
Bước 1: Tiến hành đấu nối cảm biến theo sơ đồ.
Chú ý: Tùy thuộc vào ngõ ra của cảm biến mà có thể đấu nối theo dạng NPN hoặc PNP.
Bước 2: Lần lượt cho các vật cảm biến khác nhau đi qua giữa bộ phận phát và bộ phận thu để xét xem tác động ở ngõ ra của cảm biến
3.5. Những ghi chú khi thực hành và nhận xét: ... ... ... ... ... ... ...
CÂU HỎI BÀI 6:
1. Trình bày nguyên lý hoạt động của cảm biến quang thu phát độc lập?
49
BÀI 7: CẢM BIẾN QUANG PHẢN XẠ GƢƠNG Giới thiệu:
Tương tự như cảm biến quang thu phát độc lập, cảm biến quang phản xạ gương cũng có khoảng cách phát hiện xa nhưng tiết kiệm được dây dẫn vì cảm biến có đầu thu và đầu phát chung.
Mục tiêu :
- Trình bày được cấu trúc của cảm biến quang loại phản xạ gương.
- Trình bày được nguyên tắc hoạt động, đặc điểm của cảm biến quang loại phản xạ gương.
- Lắp đặt được các mạch điện ứng dụng của cảm biến quang loại phản xạ gương. - Rèn luyện tinh thần tự giác học tập, thái độ học tập nghiêm túc.
Nội dung:
1. Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động:
Cảm biến quang phản xạ gương (retro reflective) gồm hai thành phần chính đó là bộ phận phát – thu trên cùng một thiết bị và gương phản xạ. Gương phản xạ là loại gương mà khi ánh sáng chiếu đến thì ánh sáng phản xạ trở lại sẽ song song với ánh sáng chiếu tới.
Hình 7.1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang phản xạ gương
Cấp nguồn cho sensor, qua mạch phát sáng, diode đầu phát phát ra ánh sáng truyền đến gương, ánh sáng phản xạ từ gương về đầu thu, đầu thu nhận được ánh sáng phản xạ. cường độ ánh sáng nhận về gần bằng cường độ ánh sáng phát ra thì Sensor xuất tín hiệu ra báo.
2. Đặc điểm và ứng dụng:2.1.Đặc điểm 2.1.Đặc điểm
- Ánh sáng đầu thu nhận được phải gần bằng ánh sáng phát ra.
- Làm việc rất đáng tin cậy, vì ánh sáng của chùm tia luôn luôn có trong suốt quá
trình hoạt động hay không hoạt động của cảm biến.