4.3.2. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến lực
4.3.3. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến đo áp suất CÂU HỎI ÔN TẬP CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu hỏi 1: Kể tên một số phương pháp cơ bản để đo tốc độ quay của rotor ? Câu hỏi 2: Trình bày kiến thức cơ bản về tốc độ kế một chiều ?
Câu hỏi 3: Trình bày kiến thức cơ bản về tốc độ kế xoay chiều? Câu hỏi 4: Kể tên và trình bày các đơn vị đo từ trường ?
Câu hỏi 5: Trình bày cấu tạo, nguyên lý đo, nguyên tắc hoạt động máy đo góc
72
Phần 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
a. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến đo tốc độ động cơ
PHIẾU HƯ ỚNG DẪN THỰC HÀNH
CÔNG VTÊC: Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến đo
tốc độ động cơ 1/B4/MĐ20
Bước
công việc Nội dung
Yêu cầu kỹ thuật
Dụng cụ, trang thiết
bị Ghi chú
Bước 1 - Lựa chọn dụng cụ, thiết
bị, vật tư - Lựa chọn đúng đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến lực
- Đồng hồ hiển thị tốc độ
Bước 2 - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị,
vật tư - Lựa chọn phù hợp - Thao tác đúng, chuẩn xác
- Nguồn điện xoay chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM
- Cảm biến đo tốc độ động cơ - Đồng hồ hiển thị tốc độ
Bước 3 * Kết nối dây
- Nối dây từ Out (đỏ) với Pulse in (đỏ)
- Nối dây từ GND (đen) sang Pulse in (đen)
- Dây kết nối hợp lý, chắc chắn, gọn gàng
- Nguồn điện xoay chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM
- Cảm biến đo tốc độ động cơ
Bước 4 * Kiểm tra, cấp nguồn, khảo sát mạch điện
- Dây cắm cấp nguồn cho panel (220 VAC IN)
- Bật công tắc cấp nguồn cho panel (POWER ON) - Điều chỉnh nút chỉnh tốc độ motor
- Quan sát đồng hồ đo tốc độ tương ứng với điều chỉnh nút chỉnh tốc độ motor - Dây kết nối hợp lý, chắc chắn, gọn gàng - Mạch điện hoạt động theo đúng nguyên lý
- Nguồn điện xoay chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM
- Cảm biến đo tốc độ động cơ - Đồng hồ hiển thị tốc độ
73
b. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến lực
PHIẾU HƯ ỚNG DẪN THỰC HÀNH
CÔNG VTÊC: Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm biến lực 2/B4/MĐ
20
Bước công việc
Nội dung Yêu cầu kỹ
thuật
Dụng cụ, trang thiết
bị Ghi chú
Bước 1 - Lựa chọn dụng cụ, thiết
bị, vật tư - Lựa chọn đúng đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến lực - Đồng hồ hiển thị
Bước 2 - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị, vật tư
- Lựa chọn phù hợp
- Thao tác đúng, chuẩn xác
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến lực
Bước 3 * Kết nối dây + Vàng - vàng + Xanh - xanh + Đỏ - đỏ + Đen - đen. + V0 nối với IN+
- Dây kết nối hợp lý, chắc chắn, gọn gàng
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến lực
- Đồng hồ hiển thị tốc độ
Bước 4 * Kiểm tra, cấp nguồn, khảo sát mạch điện
- Khi ko có trọng lực quan sát ĐH: điện áp nhỏ khoảng 0,..V
- Khi có trọng lực quan sát ĐH: điện áp thay đổi theo lực tác động - Dây kết nối hợp lý, chắc chắn, gọn gàng - Mạch điện hoạt động theo đúng nguyên lý
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến lực
74
c. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất
PHIẾU HƯ ỚNG DẪN THỰC HÀNH
CÔNG VTÊC: Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm biến áp suất
3/B4/MĐ
20
Bước công việc
Nội dung Yêu cầu kỹ
thuật
Dụng cụ, trang thiết
bị Ghi chú
Bước 1 - Lựa chọn dụng cụ, thiết
bị, vật tư - Lựa chọn đúng đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến áp suất - Đồng hồ hiển thị
Bước 2 - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị, vật tư
- Lựa chọn phù hợp
- Thao tác đúng, chuẩn xác
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến áp suất
Bước 3 * Kết nối dây + V0 nối với IN+ + Từ 0V nối với IN-
- Dây kết nối hợp lý, chắc chắn, gọn gàng
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến áp suất
Bước 4 * Kiểm tra, cấp nguồn, khảo sát mạch điện - Dây kết nối hợp lý, chắc chắn, gọn gàng - Mạch điện hoạt động theo đúng nguyên lý
- Nguồn điện 1 chiều - Dây kết nối
- Đồng hồ VOM - Cảm biến áp suất - Đồng hồ hiển thị
75
Bài 5: KẾT NỐI, KHẢO SÁT CẢM BIẾN QUANG HỌC * Giới thiệu:
Ánh sáng có một vai trò quan trọng và không thể thiếu được trong cuộc sống hiện đại.
Cảm biến quang được sử dụng để chuyển thông tin từ ánh sáng nhìn thấy hoặc tia hồng ngoại (IR) và tia tử ngoại (UV) thành tín hiệu điện.
Hiện nay các nhà sản xuất đã chế tạo ra các loại cảm biến quang học và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống. Để hiểu rõ hơn và có thêm một số kiến thức cơ bản chúng ta tìm hiểu bài học này.
* Mục tiêu:
- Trình bày được tính chất của ánh sáng, đơn vị đo quang, nguồn sáng thông dụng.
- Lắp ráp và khảo sát được một số mạch ứng dụng dùng các loại cảm biến thu phát quang, hồng ngoại, quang trở, khói.
- Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận trong công việc.
* Nội dung chính: - Ánh sáng và phép đo quang - Nguồn sáng - Điện trở quang - Cảm biến quang - Các bài thực hành ứng dụng Phần 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 5.1. Ánh sáng và phép đo quang 5.1.1. Tính chất của ánh sáng
- Hai tính chất cơ bản của ánh sáng đó là tính chất sóng và tính chất hạt
- Dạng sóng của ánh sáng là sóng điện từ phát ra khi có sự chuyển điện tử giữa các mức năng lượng của nguyên tử của nguồn sáng. Các sóng này truyền đi trong chân không với vận tốc c ≈ 3.108m/s
- Trong vật chất ánh sáng có vận tốc v = c/n(n là chiêt suất của môi trường) - Tần số f và bước sóng ánh sáng của ánh sáng trong chân không
(5.1) - Trong môi trường vật chất có chiết suất n
(5.2) c v λ
76
- Tính chất hạt của ánh sáng thể hiện qua sự tương tác với vật chất, ánh sáng gồm các hạt nhỏ gọi là các photon có năng lượng phụ thuộc duy nhất vào tần số của sóng ánh sáng qua biểu thức
E = hf = h.c/ (5.3) h = 6,625.10-34J.s – hằng số plank
- Trong vật chất, các điện tử e- liên kết trong nguyên tử có xu hướng muốn được giải phóng khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự do
- Để giải phóng điện tử khỏi nguyên tử cần phải cung cấp cho nó một năng lượng bằng năng lượng mà nó liên kết trong nguyên tử. Khi một photon được hấp thụ sẽ có một điện tử e- được giải phóng.
- Hiện tượng giải phóng các hạt điện tử dưới tác dụng của ánh sáng bằng hiệu ứng gọi là hiệu ứng quang điện, đã gây nên sự thay đổi tính chất điện của vật liệu. Đây là nguyên lý cơ bản của các cảm biến quang
5.1.2. Các đơn vị đo quang
- Năng lượng bức xạ (Q): Là năng lượng phát xạ, lan truyền hoặc hấp thụ dưới dạng bức xạ được đo bằng Jun (J)
- Thông lượng ánh sáng (Φ): Là công suất phát xạ, lan truyền hoặc hấp thụ, được đo bằng oát (w)
(5.4)
- Cường độ sáng (I): Là luồng năng lượng phát ra theo một hướng cho trước dưới 1 đơn vị góc khối, được đo bằng oat/steradian
(5.5)
- Độ chói năng lương (L): Là tỷ số giữa cường độ ánh sáng phát ra bởi một phần tử bề mặt dA theo hướng xác định và diện tích hình chiếu của phần tử này trên mặt phẳng P vuông góc với hướng đó, dAn = dA.cosθ (θ là góc giữa P và mặt phẳng chứa dA) Ta có: dAn = dA.cosθ dAn dI I (5.6) - Đơn vị độ chói năng lượng được đo bằng
oát/stersdian.m2 dt dQ d d I
77
- Độ rọi năng lượng (E): Là tỷ số giữa nguồn năng lượng thu được bởi một phần tử bề mặt và diện tích của phần tử đó. Độ rọi năng lượng được đo bằng oát/m2
(5.7)
5.2. Nguồn sáng
- Việc sử dụng một cảm biến quang chỉ có hiệu quả khi nó phù hợp với bức xạ ánh sáng (phổ, thông lượng, tần số).
- Nguồn sáng sẽ quyết định mọi đặc tính quan trọng của bức xạ. Vì vậy ở đây chúng ta chỉ xét các đặc tính quan trọng của những nguồn sáng thường sử dụng
5.2.1. Đèn sợi đốt a. Cấu tạo a. Cấu tạo
Gồm sợi đốt, bóng thủy tinh và đuôi đèn
+ Sợi đốt làm bằng Vonfram, chịu được nhiệt độ cao, có chức năng biến đổi điện năng thành quang năng.
+ Bóng đèn được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt, chịu được nhiệt độ cao, bảo vệ sợi đốt đã rút chân không
+ Đuôi đèn (đuôi xoáy E27 hoặc E14 và đuôi ngạnh B22) được làm bằng đồng hoặc sắt tráng kẽm gắn chặt với bóng thủy tinh, có chức năng nối với mạng điện cung cấp cho đèn
b. Nguyên lý
- Khi có dòng điện chạy qua dây tóc sẽ làm dây tóc nóng lên và phát ra ánh sáng (vonfram và môi trường chân không).
c. Đặc điểm
+ Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, sáng nhanh, có thể bật tắt liên tục không nhanh hỏng như các loại đèn phát sáng trong chất khí.
+ Thông lượng lớn, dải phổ rộng, có thể giảm bằng các tấm lọc
+ Quán tính nhiệt lớn nên không thể thay đổi bức xạ một cách nhanh chóng + Tuổi thọ không cao (1000h), dễ vỡ.
+ Hiệu suất phát quang thấp nên tốn điện
Hình 5.1 Quan hệ dAn = dA.cosθ
dA d
78
+ Phần chuyển thành nhiệt rất nhiều gây nóng
+ Điện áp sử dụng: theo điện lưới 110V, 127V, 220V....
+ Công suất 10W, 25W, 40W, 60W, 75W, 100W, 200W, 300W ...
5.2.2. Diode phát quang a. Cấu tạo a. Cấu tạo
- LED, viết tắt của Light-Emitting-Diode có nghĩa là “Diode phát quang”, là một nguồn sáng phát sáng khi có dòng điện tác động lên n
- Giống như những điốt thông thường, LED bao gồm hai lớp bán dẫn loại P và N ghép vào nhau. Khối bán dẫn loại p(anốt) chứa nhiều lỗ trống có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối bán dẫn loại n(catốt), cùng lúc khối bán dẫn loại p lại nhận các electron từ khối bán dẫn loại n chuyển sang. Kết quả là hình thành ở khối p điện tích âm và khối n điện tích dương.
b. Nguyên lý
- Ở bề mặt tiếp giáp giữa hai khối bán dẫn, các electron bị các lỗ trống thu hút và có xu hướng tiến lại gần nhau, kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hoà. Quá trình này giải phóng năng lượng dưới dạng các photon ánh sáng. Bước sóng của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào cấu trúc của các phân tử làm chất bán dẫn. Nếu bước sóng này nằm trong dải bước sóng từ vùng hồng ngoại đến vùng tử ngoại, mắt chúng ta có thể cảm nhận được màu sắc của ánh sáng đó.
- Thông thường LED được tạo ra từ những hợp chất bán dẫn vô cơ, những hợp chất bán dẫn này rất đa dạng, dưới đây là bảng chỉ rõ màu sắc của LED phụ thuộc vào khoảng bước sóng, điện áp rơi và chất bán dẫn tạo ra LED.
- LED trắng: Có hai cách để tạo ra ánh sáng trắng bằng LED. Một là sử dụng những LED riêng biệt của ba màu cơ bản(đỏ, xanh lục, xanh lam), sau đó kết hợp ba màu lại với nhau để tạo ra ánh sáng trắng. Cách thứ hai là dùng bột huỳnh quang phủ lên bề mặt bóng LED của LED xanh lam hoặc UV LED, gần giống với cách phát sáng của đèn huỳnh quang.
c. Đặc điểm:
+ LED có hiệu suất phát sáng cao hơn bóng sợi đốt.
+ Màu sắc: LED có thể phát ra màu sắc như ý muốn mà không cần bộ lọc màu theo phương pháp truyền thống.
+ Phổ ánh sáng hoàn toàn xác định, độ tin cậy cao và độ bền tốt
+ Kích thước: Kích thước của bóng LED rất nhỏ(có thể nhỏ hơn 2 mm2) vì vậy có thể bố trí dễ dàng trên mạch in.
+ Thời gian bật tắt nhanh: Led có thời gian bật và tắt rất nhanh kể từ lúc có tác động (micro giây). Điều này rất quan trọng trong thông tin liêc lạc, lĩnh vực yêu cầu có thời gian đáp ứng nhanh.
+ Kích thước: Kích thước của bóng LED rất nhỏ (có thể nhỏ hơn 2 mm2) vì vậy có thể bố trí dễ dàng trên mạch in.
79
+ Độ sáng tối: LED có thể dễ dàng điều khiển độ sáng tối bằng phương pháp điều chế độ rộng xung hoặc tăng giảm dòng điện tác động.
+ Tuổi thọ đèn cao: Đây là ưu điểm lớn nhất của đèn LED, tuổi thọ của đèn LED vào khoảng 35000 đến 50000 giờ, lớn hơn nhiều lần so với bóng huỳnh quang và sợi đốt.
+ Độ bền cao: LED được làm từ vật liệu bán dẫn, nên rất khó bị phá huỷ bởi sự va đập...
+ An toàn: LED không gây độc hại, thân thiện với môi trường.
d. Ký hiệu
5.2.3. Laser a. Cấu tạo a. Cấu tạo
- Một máy laser gồm có: Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất laser là bộ phận chủ yếu.
- Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser. Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới. Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.
b. Nguyên lý hoạt động
- Dưới sự tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của thạch anh di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy của electron.
- Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.
- Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng.
- Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để