CHƯƠNG III: TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH
3.3 C ẢM BIẾN TIỆM CẬN ĐIỆN CẢM CẢM ỨNG (I NDUCTIVITY P ROXIMITY S ENSOR )
Cảm biến tiệm cận điện cảm có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tương ứng với các ứng dụng khác nhau. Cảm biến tiệm cậnđiện cảm được dùng để phát hiện các đối tượng là kim loại (loại cảmbiến này không phát hiện các đối tượng có cấu tạo không phải là kimloại).
3.3.1 Cấu tạo
Cấu tạo gồm: 4 phần chính
Hình 3.5: Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện cảm -Cuộn dây điện từ (Electrical Coil)
-Bộ dao động (Oscillator) gồm: một tụ điện và một cuộn dây -Trigger Circuit: Mạch ghi nhận tín hiệu
-Output Circuit: Mạch điện ngõ ra 3.3.2 Nguyên lý hoạt động
Khi một vật thể kim loại tiến vào vùng từ trường (sinh ra bởi bề mặt xuyên qua cuộn dây đến bề mặt của cảm biến, khoảng cách từ 0: 20cm); từ trường này phản hồi lại giữ cho mạch dao động tiếp tục hoạt động. Khi một vật thể kim loại tiến vào vùng từ trường một dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt vật thể kim loại. Dòng điện xoáy này tạo lên tải của cảm biến, làm giảm biên độ của vùng điện từ.Khi vật thể càng đến gần cảm biến thì dòng điện xoáy càng tăng lên làm tăng tải của mạch dao động và hơn nữa làm giảm biên độ của từ trường. Đến một trị số nào đó sẽ không tăng nữa, tín hiệu này sẽ được ghi nhận (bởi mạch Trigger), xử lý và đưa ra ngõ ra.
Khi vật thể đi ra khỏi vùng cảm biến, biên độ tần số của mạch dao động tăng lên đến một giá trị định trước thì mạch Trigger thay đổi trạng thái ngõ ra của cảm biến và trạng thái ban đầu của nó.
3.3.3 Phân loại cảm biến tiệm cận điện cảm
Cảm biến tiệm cận điện cảm có thể chia ra làm 2 loại:
-Cảm ứng từ có bảo vệ (Shielded): Từ trường được tập trung trước mặt sensor nên ít bị nhiễu bởi kim loại xung quanh, tuy nhiên khoảng cách đo ngắn đi.
-Cảm ứng từ không có bảo vệ (Un-Shielded): Không có bảo vệ từ trường xung quanh mặt sensor nên khoảng cách đo dài hơn, tuy nhiên dễ bị nhiễu của kim loại xung quanh.
3.3.4 Ưu điểm, nhược điểm của cảm biến tiềm cận điện cảm Ưu điểm:
-Phát hiện được khoảng cách nhỏ
-Phát hiện được những kim loại có tính chất sắt từ hay không sắt từ, cấu trúc bé, không ảnh hưởng bởi bụi bẩn, dầu, độ ẩm …
-Độ chính xác cao
-Điện áp đầu vào 10÷30 VDC -Tuổi thọ cao 100.000h
-Dễ lắp đặt
-Chịu nhiệt độ từ 40ͦC->85ͦC
Nhược điểm:
-Biên độ tín hiệu và sự tuyến tính bị ảnh hưởng bởi tính chất diện từ của vật liệu cần đo.
-Chiều dài dây nối sensor bị hạn chế khoảng 12÷18mm vì tần số dao động cao.
3.3.5Đầu ra của Cảm biến cảm ứng – proximity sensor
-Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng – proximity sensor đều có đặc điểm đầu ra tranzito có logic NPN hoặc PNP.Hay còn được gọi là kiểu DC-3 dây.
Hình 3.6: Đầu ra của cảm biến tiệm cận kiểm DC-3 dây.
-Trong một số trường hợp cài đặt, người ta sử dụng cảm biến tiệm cận có 2 kết nối (âm và dương). Chúng được gọi là kiểu DC-2 dây. Trong mô hình, cảm biến loại 2 dây được sử dụng:
Hình 3.7: Đầu ra cảm biến tiệm cận kiểu DC-2 dây.
3.3.6 Khoảng cách Phát hiện – Tỷ lệ Tiêu chuẩn
Hình 3.7: Khoảng cách phát hiện-Tỉ lệ chuẩn
Khoảng cách phát hiện là một thông số kỹ thuật quan trọng khi thiết kế PROX trong máy.
Có ba loại là cảm biến tiệm cận cảm ứng khoảng cách phát hiện ngắn, trung và dài.
-Khoảng cách phát hiện được nếu trong thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận cảm ứng dựa trên mục tiêu chuẩn di chuyển hướng trục của cảm biến. Mục tiêu chuẩn này là một bản thép mềm hình vuông dày 1 mm, vật có thành phần chính là sắt (được xác định theo EN 60947-5-2).
-Đối với các vật di chuyển hướng tâm về phía bề mặt cảm ứng, khoảng cách phát hiện sẽ khác.
3.3.7 Hệ số giảm khoảng cách phát hiện
Hình 3.9: Hệ số Giảm Khoảng cách Phát hiện với một số vật liệu.
-Tùy thuộc vào loại kim loại được sử dụng, phạm vi phát hiện có thể nhỏ hơn khoảng cách phát hiện định mức. Bảng trên cung cấp mức giảm khoảng cách phát hiện gần đúng của một PROX tiêu chuẩn đối với các vật liệu kim loại khác nhau.
Thông tin chi tiết về sự lệ thuộc vào các loại kim loại có trong thông tin kỹ thuật của tài liệu mỗi cảm biến cảm ứng – proximity sensor.
-Các cảm biến cảm ứng – proximity sensor đặc biệt có khoảng cách không phụ thuộc vào khoảng cách của loại kim loại sử dụng. Chúng còn được gọi là cảm biến tiệm cận “Hệ số 1”.
3.3.8 Khoảng cách Phát hiện – Độ trễ
Độ trễ của cảm biến – sensor mô tả sự chênh lệch giữa khoảng cách mà cảm biến hoạt động và khoảng cách mà cảm biến – sensor trở lại trạng thái ban đầu.
Độ trễ nhỏ cho phép định vị chính xác vật.
Giá trị của độ trễ thường nằm trong khoảng 5-10%.