4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.1.4.3 Cảm biến siêu âm trong công nghiệp IFM UNIT510
Thông số kỹ thuật:
- Khoảng cách phát hiện: 250mm – 3500mm ; (Mục tiêu: 200 x 200 mm) - Điện áp hoạt động: 10-30V DC
- Mức tiêu thụ điện áp: <30Ma - Ngõ ra: DC NPN
- Tín hiệu ngõ ra: 4…20 mA
- Kích thước: M30 x 1.5 / L = 103 mm Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản:
Như ví dụ phía trên, trên các dòng ô tô hiện nay, ở phần đầu xe và đuôi xe đều được trang bị cảm biến siêu âm đo khoảng cách.
Hình 2.18 Cảm biến gắn trên xe
Cảm biến siêu âm trong công nghiệp:
Trong công nghiệp, cảm biến siêu âm được ứng dụng trong những ứng dụng phát hiện dị tật của sản phẩm; phát hiện sản phẩm bị ngã đổ trên băng chuyền, phát hiện sản phẩm bị nứt hoặc bể,….
Cảm biến lưu lượng nước là một loại thiết bị được sử dụng để kiểm tra các thông số lưu lượng của phương tiện như chất lỏng và khí và để thay đổi chúng thành các dạng tín hiệu khác cho đầu ra. Cảm biến lưu lượng nước có lợi thế về kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ âm thanh trực quan và đọc rõ ràng độ tin cậy cao và giảm áp suất bằng không. Do đó, nó đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giám sát môi trường, bảo vệ an toàn, chăm sóc sức khỏe và giải quyết thương mại. Tuy nhiên, nó không thể đo được dòng chảy không phải là môi trường dẫn điện, điều này hạn chế sự phát triển của nó theo một nghĩa nào đó.
2.1.5.2 Phân loại
Để phân loại cảm biến có thể dựa vào nguyên lý của chúng:
Cảm biến áp suất vi sai:
Kiểu cảm biến lưu lượng được sử dụng phổ biến nhất, đặt biệt với chất lỏng. Cảm biến này hoạt động theo nguyên lý rằng độ giảm áp suất trên một mét tỉ lệ bình phương tốc độ dòng chảy. Tốc độ dòng chảy được đo bằng cách đo vi sai áp suất và khai căn bậc hai kết quả đó
Các thiết bị loại này điều có hai thành phần: sơ cấp và thứ cấp. Thành phần sơ cấp làm thay đổi động năng, gây áp suất vi sai trong ống. Thiết bị phải phù hợp với kích cỡ đường ống, điều kiện dòng chảy, và các đặt tính của chất lỏng cần đo. Thành phần thứ cấp đo áp suất vi sai và cho tín hiệu đầu ra, tín hiệu này được chuyển thành giá trị thực tế của dòng chảy.
Các cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý Von Karman. Khi một lưu chất chảy xung quanh một vật cản (một vật có dạng dốc đứng thì các dòng xoáy được tạo ra phía hạ lưu của vật đó ). Tần số tạo dòng xoáy tỷ lệ thuận với vận tốc lưu chất. Cũng như các loại thiết bị đo dòng khác, các ống dẫn loại nhỏ được đo bằng một cảm biến còn các ống lớn được đo bằng một chuỗi các cảm biến. Không nên dùng cảm biến dòng xoáy để đo các dung dịch sệt hoặc có độ nhớt cao. Cảm biến lưu lượng dòng xoáy thường có ba phần:
Thân gián đoạn dòng chảy: có chức năng tạo ra các kiểu xoáy định trước tùy thuộc vào hình dán thân.
Một cảm biến bị làm rung bởi dòng xoáy, chuyển đổi sự rung động này thành các sung điện.
Một bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu đơn (transmitter): có chức năng gởi tín hiệu đã hiệu chuẩn đến các thành phần khác của vòng điều khiển.
Cảm biến lưu lượng kiểu từ trường
Các máy đo lưu lượng kiểu từ trường được sử dụng để đo lưu lượng thể tích của chất lỏng hoặc chất dạng vữa dẫn điện. Khi vật dẫn điện đi qua từ trường, một điện áp sẽ được tạo ra. Khi sử dụng máy đo lưu lượng kiểu từ trường, dòng chảy càng nhanh điện áp tạo ra càng lớn.
Máy đo lưu lượng kiểu từ trường không có bộ phận chuyển động. Hai cuộn dây từ, được đặt đối diện nhau trong một ống cách ly, tạo ra một từ trường qua đường kích ống. Điện áp tạo ra khi vật liệu dẫn điện chạy qua ống được đo bởi các điện cực cảm biến lắp trên thành ống. Các cảm biến chuyển đổi điện áp này thành tín hiệu điện ngõ ra tỉ lệ thuận với lưu lượng thể tích.
Một cảm biến - bộ chuyển đổi để tính toán số chu kỳ thực hiện và gởi tín hiệu đến các phần tử khác trong vòng điều khiển.
Các máy đo lưu lượng kiểu thế chỗ tích cực có thể sử dụng một trong những cơ chế sau đây để cách ly và chuyển động mỗi khi có một lượng chất lỏng đi qua:
Các màng ngăn mềm dẻo.
Pittông chuyển động qua lại.
Pittông chuyển động quay.
Cánh quạt quay.
Bánh công tác và hộp số.
Các cảm biến kiểu thế chỗ tích cực gởi ra một tín hiệu mỗi khi một khoang chứa đầy. Lưu lượng được xác định bằng cách nhân thể tích của khoang chứa (vì thế, là thể tích của chất lỏng nằm trong khoang) với số lượng tín hiệu trên một phút. Các tín hiệu này cũng được sử dụng để tính tổng dòng chảy.
Cảm biến lưu lượng kiểu tuabin
Các cảm biến lưu lượng kiểu tuabin hoạt động theo nguyên lý là khi một chất lỏng chạy qua sẽ làm tuabin xoay với tốc độ tỷ lệ với lưu lượng chất lỏng. Khi chất lỏng đi qua khắp cánh rotor, chúng quay. Một đầu cảm biến được gắn trên thành của tuabin, máy đo sẽ phát hiện được sự hiện diện của từ trường nam châm vĩnh cửu (được gắn trên rotor hoặc trên một trong các cánh của rotor) khi nó đi qua ứng với mỗi vòng quay của tuabin. Cảm biến từ trường sẽ gởi ra một tín hiệu xung ứng với mỗi vòng quay của mỗi
tubin. Số lượng xung trong một khoảng thời gian cho trước có thể được sử dụng để xác định lưu lượng.
Các cảm biến lưu lượng kiểu tuabin có thể được sử dụng với các chất lỏng và khí, nhưng chúng dược thiết kế để hoạt động trong một giới hạn lưu lượng xác định trước. Cho dù dòng chảy quá trình là, nó không được lẫn các hạt có thể làm hỏng các cánh tuabin. Thiết bị nắn thẳng dòng chảy là các phần của đường ống chứa nhiều miếng kim loại mỏng để buộc dòng chảy vào theo dạng thẳng. Để chính xác, điều quan trọng là dòng chảy thẳng ở dạng đồng nhất và sự hỗn loạn là nhỏ nhất khi nó tiếp xúc với tuabin.
Cảm biến lưu lượng khối lượng
Các cảm biến lưu lượng khối lượng đo lưu lượng khối lượng thực. Lưu lượng khối lượng được biểu thị tiêu biểu dưới dạng pounds-khối lượng trên đơn vị thời gian (1b/min) khác với lưu lượng thể tích là thể tích trên đơn vị thời gian (ft3 /min hoặc gal/min). Các cảm biến này sử dụng các thay đổi về lực, phương chiều và có tốc độ của chất lỏng quá trình khi ní d chuyển qua đường ống để xác định lưu lượng khối lượng. Chúng chính xác ngay cả khi thành phần, khối lượng riêng, áp suất, nhiệt độ của dòng chất lỏng quá trình thay đổi.
Loại cảm biến này làm việc tốt nhất với các chất lỏng hoặc chất dạng vữa. Thỉnh thoảng nó cũng được sử dụng với chất khí áp suất cao. Các cảm biến lưu lượng khối lượng thường không đủ độ nhạy để đo lưu lượng của dòng khí áp suất thấp bởi vì khối lượng riêng của nó rất thấp so với các chất lỏng.
Cảm biến dựa vào nhiệt
Cảm biến lưu lượng dựa vào nhiệt hầu hết được sử dụng để đo lưu lượng của các khí sạch và hiếm khi được sử dụng vào chất lỏng. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc đặt một lượng nhiệt nhỏ vào dòng quá trình và sử dụng độ thay đổi nhiệt độ và giá trị nhiệt
dòng chảy điều khiến xung siêu âm này được phản xạ tới phần từ thu. Vì chất lỏng gây ra sự phản xạ này đang chảy, nên tần số sủa sự lệch xung phản hồi sẽ tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chất lỏng.
Ứng dụng
Cảm biến lưu lượng được dùng để đo cả dòng chất khí lẫn chất lỏng trong nhiều ứng dụng giám sát và điều khiển. ... Có thể xác định dòng chảy theo nhiều cách khác nhau (ví dụ, theo khối lượng, thể tích, lớp và sự hỗn loạn).Được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy nước, hóa dầu, ...
Ứng dụng cảm biến lưu lượng được dùng trong công nghiệp và trong nghiên cứu
2.1.5.3 Cảm biến lưu lượng dùng trong nghiên cứu:
Cảm Biến Lưu Lượng Nước Sea YF-S201 DN15 thường dùng trong các máy bơm nước hồ cá, máy bơm mini, máy nước nóng.v.v….
Cảm biến hoạt động dựa tên cánh quạt nước và cảm biến Hall bên trong, khi nước chảy qua làm quạt nước quay ==> cảm biến Hall ==> xung vuông ( từ NPN). Chức năng 3 dây ngõ ra:
Màu đỏ : nguồn : 5 – 24V
Dây đen : GND (mass).
Dây vàng : tín hiệu.
Công thức lưu lượng :
Q = F / 7.5
F : tần số ( Hz)
Q: lưu lượng : (L/min)
7.5 : hằng số
Thông số kỹ thuật Nguồn: 5 – 24V
Dòng tiêu thụ : < 10mA.
Chịu áp lực đến: 1.75Mpa
Lưu lượng đo: 1 – 30 (L/min)
Nhiệt độ hoạt động: < 120 độ C
Độ ẩm: 35% – 90% RH
Hình 2.21 Cảm biến AMF60
Thông số cảm biến lưu lượng chất lỏng AMF60
Kích cỡ đường ống: DN25, 32, 40, 50, 65, 80 và 100mm.
Giới hạn tốc độ dòng chảy: trong dải từ 0.25m/s ~ 12m/s.
Sai số: 0.2 ~ 0.5%
Chất liệu:
Thân cảm biến: Thép 304 ( mặc định )
Lớp lót:
Nhựa PTFE
Cấp độ bảo vệ: phần thân vỏ IP68.
Nhiệt độ làm việc: -40 ~ 150 độ C
Áp suất làm việc: 10 kg/cm2 ( mặc định ); tối đa là 40 kg/cm2 ( tùy chọn )
Kiểu kết nối: ngàm kẹp hoặc bắt vít.
Khả năng phòng nổ (tùy chọn): chuẩn Exd(ib)ibqIIBT5.
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1 Cách thức nghiên cứu
Trong đề tài này người thực hiện đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu: Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử và truy cập từ mạng Internet.
Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện thực tế đang có trên thị trường và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet.
Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức vốn có của mình kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên, người thực hiện đã lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu. Với tích hợp những chức năng được đánh giá cao từ những đòi hỏi của người sử dụng.
2.2.2 Phương pháp thực nghiệm
Với đề tài này, người thực hiện dựa vào tài liệu và những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập cùng với sự trợ giúp của máy tính cùng những thông tin trên mạng. Ngoài ra còn có những thiết bị trợ giúp trong quá trình thiết kế mạch do người thực hiện tự trang bị.
Hình 3.1 S đôầ đâấu dây Arduino v i c m biềấn dòng đi nơ ớ ả ệ
3.1.1.2 Mô hình thực tế
3.1.1.3 Sử dụng cảm biến dòng thực tế trong thiết bị điện
Hình 3.3 Các linh ki n và đâấu nôấi c a m ch.ệ ủ ạ