Cảm biến tiệm cận được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng (NC) mô tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc không phát hiện được vật.
- Thường mở: Tín hiệu điện áp cao khi phát hiện ra vật; tín hiệu điện áp thấp khi không có vật
- Thường đóng: Tín hiệu cao khi không có vật; tín hiệu thấp khi phát hiện ra vật.
- Di chuyển chuột (=vật) của bạn qua cảm biến để làm bóng đèn sáng, hãy xem ví dụ minh họa tương tự với đầu ra thường đóng (NC). Bóng đèn tắt ngay khi vật (chuột) di chuyển đến gần cảm biến.
Ví dụ minh họa ở bên trái trình bày cảm biến tiệm cận DC-2 dây có đầu ra thường mở (NO). Đầu ra hoạt động khi vật di chuyển gần cảm biến.
Cảm biến tiệm cận có cả hai đầu ra NO và NC được gọi là kiểu đối lập. - Lưu ý: Kiểu NO/NC dùng cho cả cảm biến điện cảm và cảm biến điện dung. Hình này trình bày cảm biến điện dung.
- Cảm biến Cảm ứng Được bảo vệ / Flush /Shielded
- Cảm biến tiệm cận được bảo vệ có cấu tạo gồm một tấm chắn quanh lõi từ. Tấm này có tác dụng dẫn trường điện từ đến trước phần đầu.
Hình 2. 8 Cảm biến từ đầu ra NO 2 dây
- Cảm biến tiệm cận được bảo vệ có thể được lắp chìm bằng mặt trên bề mặt kim loại, nếu không gian chật hẹp. Điều này cũng có lợi là có thể bảo vệ cảm biến về mặt cơ học.
- Tuy nhiên, phạm vi phát hiện bị hạn chế, nhưng có thể lắp cảm biến dễ dàng với các kim loại xung quanh mà không gây ra ảnh hưởng nào.
- Cảm biến Cảm ứng Không được bảo vệ / Non-Flush / UnShielded
- Cảm biến không được bảo vệ, không có lớp bảo vệ quanh lõi từ. Sự khác biệt giữa cảm biến được bảo vệ và không được bảo vệ có thể quan sát được một cách dễ dàng.
Thiết kế này cho khoảng cách phát hiện lớn hơn cảm biến tiệm cận được bảo vệ. Cảm biến không được bảo vệ có khoảng cách phát hiện gần gấp đôi so với loại được bảo vệ có cùng kích thước đường kính.
Không thể lắp Cảm biến tiệm cận không được bảo vệ chìm bằng mặt với bề mặt kim loại Do đó, khả năng bảo vệ về mặt cơ học thấp hơn. Vì từ trường mở rộng ra tới cạnh của cảm biến, nên có thể bị ảnh hưởng của những kim
loại trong khu vực này. Cảm biến tiệm cận không được bảo vệ cũng nhạy cảm hơn với giao thoa hỗ tương.
Hình 2. 9 Cảm biến từ loại có bảo vệ đầu dò
Hình 2. 10 Cảm biến từ loại không có bảo vệ đầu dò
Cảm biến tiệm cận Loại Cảm Ứng Điện Dung
Nguyên Tắc Hoạt Động:
Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor), có thể phát hiện tất cả vật thể.
Ứng dụng của cảm biến tiệm cận
- Kiểm tra gãy mũi khoan: Xuất tín hiệu báo khi khoan bị gãy mũi. Trong trường hợp này vì mũi khoan khá nhỏ nên việc sử dụng sensor có bộ khuếch đại rời là thích hợp nhất.
- Phát hiện Palette đi ngang qua: Phát hiện sản phẩm để trong palette sắt. Trong các ứng dụng phát hiện có/ không có vật kim loại sắt từ, cảm biến tiệm cận E2E, E2B của Omron là sự lựa chọn tốt nhất.
- Phát hiện lon nhôm: Loại các lon không phải lon nhôm ra khỏi băng chuyền. Trong một số ứng dụng cần phân loại giữa nhôm và các kim loại khác, cảm biến chỉ phát hiện nhôm/đồng là sự lựa chọn tinh tế
- Đếm lon bia sản xuất trong ngày: Sử dụng sensor tiệm cận loại cảm ứng từ E2E, E2B của Omron để phát hiện lon bia nhôm. Tín hiệu từ sensor xuất ra khi phát hiện lon nhôm được đưa về bộ đếm counter, counter sẽ hiển thị chính xác số lượng lon bia sản xuất trong từng ca.
- Phát hiện/ hoặc đếm vật kim loại: Cảm biến E2EV được dùng trong các ứng dụng chỉ cần phát hiện có/ không có vật kim loại mà không cần phân biệt kim loại nào.
- Giám sát hoạt động của khuôn dập: Phát hiện và đếm số lần khuôn dập được trong ngày. Sử dụng sensor tiệm cận loại cảm ứng từ E2E, E2B của Omron để phát hiện và đếm số lần khuôn dập trong ngày một cách chính xác.
Một số dạng cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận với thân thiết kế dạng trụ M4, M5, M8.Với kích thước siêu nhỏ, có thể phát hiện những vật kim loại nhỏ, đáp ứng cho những ứng dụng cần cảm biến có kích thước nhỏ.
- Kích thước thân: M4, M5, M8, M12, M18, M30. - Vật liệu thân bên ngoài: inox, nickel-plated brass.
- Kiểu điện áp: 2 hoặc 3 dây DC và 2 dây AC (20-250VAC). - Phạm vi: 0.8~22mm
- Kết nối cáp có sẵn hoặc jack cắm M8, M12. - Tần số hoạt động: 1khz đến 2 kHz.
Hình 2. 11 Cảm biến tiệm cận M5 - phi 5 mm
Cảm biến tiệm cận với thiết kế dạng thân vuông được thiết kế dưới dạng kích thước nhỏ gọn (compact size). Thân được thiết kế bằng kim loại hoặc bằng nhựa, mặt cảm biến dạng rồi, hoặc dạng phẳng.
Hình 2. 12 Các loại cảm biến than vuông
- Sử dụng điện áp DC 2 dây 20-250VAC/DC, 3 hay 4 dây. - Khoảng cách hoạt động: 30mm.
- Tần số hoạt động từ 25 – 40 Hz.
Cảm biến tiệm cận với thiết kế chịu nhiệt cao được thiết kế có khả năng làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao, với kích thước nhỏ gọn, hoạt động với tần số cao có thể đáp ứng các yêu cầu khắc nghiệt của môi trường cũng như các ứng dụng. - Tần số hoạt động: 3000 Hz. - Nhiệt độ hoạt động: -25 – 120 độ C. - IP: 67 - Điện áp: 10 – 30 VDC. - Cáp kết nối: Silicon 2 mét. - Ngõ ra: NPN hoặc PNP
Cảm biến tiệm cận với ngõ ra analog 4-20mA hoặc 0-10VDC
Hình 2. 13 Cảm biến tiệm cận ngõ ra analog 0-10VDC, phi 18, phi 30mm
Cảm biến tiệm cận được thiết kế sử dụng trong việc đo khoảng cách tiếp xúc các cơ cấu máy móc với khoảng cách gần và tần số thay đổi khoảng cách cao.
- Nguồn cấp: 12-24VDC.
- Kích thước đường kính: M18, M30. - Ngõ ra: 0-10mA, 4-20mA, 0-10VDC.
- Khoảng cách hoạt động: 0.8-8mm đối với M18, 1.5-15mm đối với M30. Một số lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận
- Ta phải xác định mình đang đo cái gì? - Tốc độ xử lý của cảm biến nhanh hay chậm
- Độ chính xác khu vực đo có cần chính xác cao không?
- Kiểm tra sức ảnh hưởng của môi trường xung quanh khu vực đo xem có lượng từ trường lớn như nam châm không; để tìm biện pháp xử lý vì đây là một trong những nguyên nhân gây sai số trong khi đo của cảm biến
- Khu vực đo rung hay không? - Nhiệt độ môi trường cao không?
- Khoảng cách cảm biến đo tới vật cần đo là bao nhiêu?
- Tuy vào nhu cầu của các nhà máy khác nhau mà chúng ta nên kiểm tra kỹ và chọn mua những loại cảm biến thích hợp đáp ứng tốt nhu cầu cần đo
Chọn Cảm biến tiệm cận
Nếu muốn chọn đúng cảm biến tiệm cận cho một ứng dụng, cần phải lưu ý đến một số điều sau:
- Nguồn cấp
- Kích thước, đường kính cảm biến - Tín hiệu ra (PNP, NPN, NC, NO)
- Dạng được bảo vệ (flush) hay không có bảo vệ đầu dò (Non-flush) - Kết nối dạng dây hay plug M12
- Hiện tại trên thị trường có nhiều hãng cung cấp dạng cảm biến tiệm cận như Omron, Autonics, Keyence, Astech, Steute, Rechner, Xecro, …[5]
3.4Nút nhấn
Nút ấn là một loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt động của máy hoặc một số loại quá trình. Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại. Hình dạng của nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng. Tất cả phụ thuộc vào thiết kế cá nhân. Nút ấn có 2 loại chính là nút nhấn thường mở hoặc nút nhấn thường đóng.[3]
Hình 2.14: Nút nhấn
Nguyên lí làm việc của nút nhấn
Nút nhấn có ba phần: Bộ truyền động, các tiếp điểm cố định và các rãnh. Bộ truyền động sẽ đi qua toàn bộ công tắc và vào một xy lanh mỏng ở phía dưới. Bên trong là một tiếp điểm động và lò xo. Khi nhấn nút, nó chạm vào các tiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm. Trong một số trường hợp, người dùng cần giữ nút hoặc nhấn liên tục để thiết bị hoạt động. Với các nút nhấn khác, chốt sẽ giữ nút bật cho đến khi người dùng nhấn nút lần nữa.
Ứng dụng
Công tắc nút nhấn sử dụng nhiều trong các ứng dụng khác nhau như máy tính, điện thoại nút nhấn và nhiều thiết bị gia dụng. Bạn có thể nhìn thấy chúng trong nhà, văn phòng và trong các ứng dụng công nghiệp ngày nay. Chúng có thể bật, tắt máy hoặc làm cho thiết bị thực hiện các hoạt động cụ thể, như trường hợp với máy tính. Trong một số trường hợp, các nút nhấn có thể kết nối thông qua liên kết cơ học, điều khiển một nút nhấn khác hoạt động
Đa số, các nút sẽ có màu sắc cụ thể để biểu thị mục đích của chúng. Ví dụ như nút nhất màu xanh thường được sử dụng để bật thiết bị hay nút nhấn màu đỏ để tắt thiết bị. Điều này tránh gây nên một sô nhầm lẫn. Nút dừng khẩn cấp
thường là các nút ấn lớn, thường có màu đỏ và có đầu lớn hơn để sử dụng dễ dàng hơn.
Là linh kiện thụ động. Trong mạch, nó được dùng để điều khiển các chức năng được lập trình trong VĐK. Trong đồ án này, nút nhấn thực hiện các thao tác để cài đặt, thiết lập hệ thống.[3]
3.5Tụ hóa
Hình 2.15: Tụ hóa
Tụ hoá hay Tụ điện điện phân là loại tụ điện có phân cực. Các điện cực làm bằng nhôm tinh khiết, độ dày của điện cực khoảng 0.075-0.13mm, để tăng diện tích hiệu dụng có thể dùng hóa chất ăn mòn để có thể thay đổi độ dày hai bản cực. Lớp điện môi Al2O3 bám trên cực dương dày khoảng vài um, có khả năng chịu được điện áp cao khoảng 800KV/mm. [3]
Cấu tạo và tính chất của tụ hóa
Tụ nhôm được làm bằng hai lá nhôm và một miếng đệm giấy ngâm trong chất điện phân. Một trong hai lá nhôm được phủ một lớp oxit, và lá đó hoạt động như một cực dương, trong khi lá không phủ lớp oxit đóng vai trò là cực âm. Trong quá trình hoạt động, cực dương gắn điện áp dương so với cực âm, đó là lý do tại sao cực âm thường được đánh dấu bằng dấu trừ dọc theo thân của tụ điện. Cực dương, giấy ngâm chất điện phân và cực âm được xếp chồng lên nhau. Tất cả được cho vào một lớp vỏ hình trụ và nối với mạch điện bằng chân. Có hai hình dạng phổ biến là: tụ dạng trục và dạng xuyên tâm. Tụ hình trục có một chốt trên mỗi đầu hình trụ, trong khi ở dạng xuyên tâm, cả hai chân đều nằm trên cùng một đầu của hình trụ.
Tụ hóa có điện dung lớn hơn hầu hết các loại tụ điện khác, thường là 1µF đến 47mF. Ngoài ra còn có một loại tụ điện đặc biệt, được gọi là tụ điện hai lớp hoặc siêu tụ điện, có điện dung có thể đạt tới hàng ngàn farad. Điện dung của tụ nhôm được quyết định bởi một số yếu tố, chẳng hạn như độ dày của chất điện phân. Điều này có nghĩa là tụ có kích thước lớn thì điện dung lớn.
Đáng nói hơn, các tụ hóa sử dụng công nghệ cũ sẽ có thời hạn sử dụng ngắn, thường chỉ là một vài tháng. Nếu không sử dụng, lớp oxit sẽ bị hỏng và phải làm lại. Để làm lại lớp oxit, có thể nối tụ điện với một nguồn điện áp thông qua một điện trở và từ từ tăng điện áp cho đến khi lớp oxit được xây dựng lại hoàn toàn. Tụ hóa hiện đại có thời hạn sử dụng từ 2 năm trở lên. Sau thời gian đó phải làm lại bằng cách trên để tiếp tục sử dụng.
Ứng dụng của tụ hóa
Có một số ứng dụng không quan tâm nhiều đến dung sai và phân cực xoay chiều, nhưng yêu cầu giá trị điện dung lớn. Vì thế tụ hóa thường được sử dụng như thiết bị lọc trong các nguồn cung cấp năng lượng để giảm nhiễu điện áp (voltage ripple). Khi được sử dụng trong việc chuyển đổi nguồn điện, tụ hóa thường là thành phần quan trọng đối với tuổi thọ của nguồn điện, vì vậy người ta thường sử dụng các tụ điện chất lượng cao.
Tụ hóa cũng có thể được sử dụng trong việc làm mịn tín hiệu đầu vào và đầu ra, sử dụng như một bộ lọc thông thấp nếu tín hiệu là tín hiệu một chiều. Tuy nhiên, tụ hóa không hoạt động tốt với các biên độ lớn và tín hiệu tần số cao. Trong các ứng dụng như vậy, các tụ điện ESR thấp phải được sử dụng để giảm tiêu hao và tránh quá nhiệt.
Một ví dụ thực tế là sử dụng tụ hóa làm bộ lọc trong các bộ khuếch đại âm thanh mà mục tiêu chính của nó là làm giảm tiếng ồn, vì tiếng ồn ở tần số
50Hz hoặc 60Hz gây ra từ nguồn điện có thể nghe được nếu khuếch đại lên.[3]
3.6Điện trở
Hình 2.16: Điện trở
“Điện trở là một đại lượng vật lý biểu thị đặc tính cản trở dòng điện của một vật có khả năng cho dòng điện chạy qua” [3].
3.7Biến trở
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.
Biến trở có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:
- Cuộn dây làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn
- Con chạy/chân chạy có khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng của biến trở
- Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực): Trong số 3 cực này, sẽ có 2 cực được cố định ở 2 đầu của điện trở. Cực còn lại sẽ di chuyển và được gọi là cần gạt. Vị trí của cần gạt trên dải điện trở sẽ quyết định hoàn toàn giá trị của biến trở.
Hình 2.17: Biến trở
Nguyên lý hoạt động của biến trở
Nguyên lý hoạt động của biến trở khá đơn giản, dựa trên sự thay đổi dài ngắn khác nhau của dây dẫn khi được tách rời. Trên các thiết bị điện thường có các vi mạch điều khiển hoặc các núm văn. Khi người điều khiển thực hiện điều chỉnh các núm văn thì các mạch kín sẽ thay đổi chiều dài dây dẫn, từ đó làm cho điện trở trong mạch thay đổi.
Trên thực tế thì việc thiết kế mạch điện tử luôn có một khoảng sai số nhất định, do đó khi thực hiện điều chỉnh mạch điện, người ta sẽ phải dùng biến trở. Lúc này biến trở có nhiệm vụ phân dòng, phân áp trong mạch.
Ví dụ: Biến trở được sử dụng bên trong máy tăng âm để thay đổi, điều chỉnh âm lượng hoặc trong chiếu sáng thì biến trở dùng để thay đổi mức độ sáng của đèn.
Ứng dụng của biến trở
Là thiết bị điện hữu dụng trong cuộc sống, biến trở được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực:
- Biến trở làm chiết áp để thay đổi mức độ sáng của đèn LED hoặc đèn 220V - Trong công nghiệp, biến trở đóng vai trò quan trọng khi một thiết bị truyền