›
›

Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương IV: Cảm biến vị trí và dịch chuyển

ppt 51 trang ngocly 1200
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương IV: Cảm biến vị trí và dịch chuyển", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_cam_bien_cong_nghiep_chuong_iv_cam_bien_vi_tri_va.ppt

Nội dung text: Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương IV: Cảm biến vị trí và dịch chuyển

  1. 1. Cảm biến vị trí tiếp xúc Chương IV. Cảm biến vị trí và dịch Ø Công tắc hành trình (Limit Switchs) -Đơn giản chuyển Ø Điện thế kế điện trở (Potentiometers) -Rẻ tiền 2. Cảm biến vị trí không tiếp xúc Ø Cảm biến từ (Magnetic Sensors) Ø Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensors) -Làm việc bền Ø Cảm biến tiệm cận (Promixity Sensors) - Môi trường Ø Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensors) khắc nghiệt -Đắt tiền hơn Friday, June 18, 2021 1
  2. 1.1 Công tắc hành trình Có nhiều loại công tắc hành trình, có được dùng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau Gia công vật liệu Nhà máy bia Máy đóng gói Thiết bị đúc Thiết bị nâng chuyển Công tắc hành trình có thể được đặt với nhiều thiết bị chấp hành như cần trượt, cần xoay, cần lắc, Friday, June 18, 2021 2
  3. 1.1 Công tắc hành trình Friday, June 18, 2021 3
  4. 1.1 Công tắc hành trình Friday, June 18, 2021 4
  5. 1.1 Công tắc hành trình Ưu điểm Đáng tin cậy, chịu được va chạm và dễ sử dụng Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu Hoạt động đơn giản (ON/OFF) Nhược điểm Tuổi thọ ngắn, bị hao mòn Friday, June 18, 2021 5
  6. 1.2 Điện thế kế điện trở Cấu tạo và nguyên lý làm việc R , l x 2 1 1 m 2 1 M Rm 2 Rm, , Lm R R Rm Đo dịch chuyển Đo dịch chuyển Đo dịch chuyển thẳng quay 360o Friday, June 18, 2021 6
  7. 1.2 Điện thế kế điện trở Cấu tạo và nguyên lý làm việc Gồm một điện trở cố định (Rm) và một tiếp xúc điện (con chạy) liên kết với đối tượng. Khi đối tượng di chuyển, con chạy di chuyển theo, điện trở đo phụ thuộc vào vị trí con chạy. Đo điện trở vị trí Điện trở dạng dây cuộn: được chế tạo từ các hợp kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni - Cr - Fe, Ag - Pd quấn thành vòng xoắn dạng lò xo trên lõi cách điện (bằng thuỷ tinh, gốm hoặc nhựa), giữa các vòng dây cách điện bằng emay hoặc lớp oxyt bề mặt. Điện trở dạng băng dẫn: được chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10-2 m. Friday, June 18, 2021 7
  8. 1.2 Điện thế kế điện trở Ưu điểm Rẻ tiền Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng Đo được khoảng dịch chuyển lớn Nhược điểm Bị ảnh hưởng của bụi và ẩm Tuổi thọ kém, mau bị hao mòn Friday, June 18, 2021 8
  9. 2.1 Cảm biến từ Các đặc tính từ có thể được dùng để đo vị trí thông qua việc xác định sự xuất hiện, cường độ hoặc hướng của từ trường Cảm biến từ là nhóm các cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển được gắn vào một phần tử của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộn đo. Cảm biến từ được chia ra 2 loại: cảm biến tự cảm và cảm biến hỗ cảm Friday, June 18, 2021 9
  10. 2.1.1 Cảm biến tự cảm a) Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên Cấu tạo và nguyên lý làm việc 2 1 3 1 1. Lõi sắt từ XV 2. Cuộn dây 2 3  3. Tấm sắt từ Đo dịch Đo dịch chuyển thẳng chuyển quay Friday, June 18, 2021 10
  11. 2.1.1 Cảm biến tự cảm a) Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên Hệ số tự cảm W- số vòng dây. R - từ trở của khe hở không khí.  - chiều dài khe hở không khí. s - tiết diện thực của khe hở không khí. Z, L L = f( ) Tổng trở của cảm biến: Z5000Hz = f( ) Z500Hz = f( ) Khi , s thay đổi, L và Z thay đổi. Đo L hoặc Z  vị trí hoặc độ dịch chuyển Friday, June 18, 2021 11
  12. 2.1.1 Cảm biến tự cảm b) Cảm biến tự cảm kép có khe từ biến thiên Cấu tạo và nguyên lý làm việc XV XV Đo dịch Đo dịch chuyển thẳng chuyển quay Friday, June 18, 2021 12
  13. 2.1.1 Cảm biến tự cảm b) Cảm biến tự cảm kép có khe từ biến thiên Hệ số tự cảm L L1 = f() L1 - L2 = f()  L2 = f() Đặc điểm: • Độ nhạy lớn. • Độ tuyến tính cao hơn. Friday, June 18, 2021 13
  14. 2.1.1 Cảm biến tự cảm c) Cảm biến tự cảm có lõi từ di động Cấu tạo và nguyên lý làm việc 1 1 2 1 XV XV l0 lf l Đơn Kép Đặc điểm: • L = f(lf) phi tuyến, độ nhạy và độ tuyến tính của CB kép cao hơn CB đơn. • Đo được dịch chuyển lớn hơn so với CBTC có khe từ biến thiên Friday, June 18, 2021 14
  15. 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Cấu tạo và nguyên lý làm việc ~ 1 3 1 2 XV 3 2 4 4 a) b) 1. Cuộn sơ cấp 3. Tấm sắt từ di động 2. Gông từ 4. Cuộn thứ cấp (cuộn đo) Friday, June 18, 2021 15
  16. 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Cấu tạo và nguyên lý làm việc Khi cấp dòng xoay chiều ( ) vào cuộn sơ cấp, sinh ra  biến thiên trong cuộn thứ cấp sinh ra sức điện động cảm ứng: Giá trị hiệu dụng của suất điện động E = f(s, ) Friday, June 18, 2021 16
  17. 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Đặc điểm E = f(s, ) tuyến tính theo (s) và phi tuyến theo () Với (khi XV = 0) Để tăng độ nhạy và độ tuyến tính CBHC kép lắp vi sai. Friday, June 18, 2021 17
  18. 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Cảm biến hỗ cảm kép lắp vi sai ~ ~ XV XV 1 2 ~ Dịch chuyển thẳng Dịch chuyển quay Friday, June 18, 2021 18
  19. 2.1.3 Biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Cấu tạo Gồm 1 cuộn sơ cấp, 2 cuộn thứ cấp và phần lõi sắt từ Cuộn sơ cấp được cấp nguồn AC, 2 cuốn thứ cấp được mắc ngược nhau Friday, June 18, 2021 19
  20. 2.1.3 Biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Hoạt động Ngõ ra là điện áp giữa 2 đầu cuộn thứ cấp phụ thuộc vào vị trí của lõi sắt từ. Khi lõi sắt ở giữa 2 cuộn thứ cấp, sẽ sinh ra điện áp bằng nhau và ngược dấu nhau điện áp ra bằng 0. Khi vật di chuyển lên hay xuống thì làm cho điện áp của các cuộn thứ cấp tăng hoặc giảm. Đo điện áp ngõ ra để xác định độ dịch chuyển Friday, June 18, 2021 20
  21. 2.1.3 Biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Ưu điểm Phát hiện được cả khoảng cách và chiều di chuyển Chính xác Làm việc được trong môi trường khắc nghiệt Ít ảnh hưởng bởi rung động Nhược điểm Không phù hợp cho việc đo khoảng cách lớn Ứng dụng Đo dịch chuyển tuyến tính Đo vị trí Friday, June 18, 2021 21
  22. 2.2 Cảm biến siêu âm Nguyên lý và cấu tạo Siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn tần số âm thanh nghe thấy (trên 20kHz). Thính giác của con người rất nhạy cảm với dải tần số từ âm trầm (vài chục Hz) đến các âm thanh rất cao (gần 20kHz). Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm. Cảm biến gồm 2 phần: phần phát ra sóng siêu âm và phần thu sóng siêu âm phản xạ về Friday, June 18, 2021 22
  23. 2.2 Cảm biến siêu âm Nguyên lý và cấu tạo Cảm biến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm. Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại và tác động lên module nhận sóng. Đo thời gian từ lúc phát và nhận sóng ta sẽ tính được khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật V: vận tóc sóng siêu âm (343 m/s trong không khí) t: thời gian từ lúc phát đến lúc thu Friday, June 18, 2021 23
  24. 2.2 Cảm biến siêu âm Ưu điểm Đo được khoảng cách rời rạc của vật di chuyển Ít ảnh hưởng bởi vật liệu và bề mặt Không ảnh hưởng bởi màu sắc Tín hiệu đáp ứng tuyến tính với khoảng cách Có thể phát hiện vật nhỏ ở khaongr cách xa Nhược điểm Sóng phản hồi bị ảnh hưởng của sóng âm thanh tạp âm Cần 1 khoảng thời gian sau mỗi lần sóng phát đi để sẵn sàng nhận sóng phản hồi chậm hơn CB khác Khó phát hiện vật có mật độ vật chất thấp ở khoảng cách xa Friday, June 18, 2021 24
  25. 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, June 18, 2021 25
  26. 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, June 18, 2021 26
  27. 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, June 18, 2021 27
  28. 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, June 18, 2021 28
  29. 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến Friday, June 18, 2021 29
  30. 2.2 Cảm biến siêu âm Một số ứng dụng Friday, June 18, 2021 30
  31. 2.2 Cảm biến siêu âm Friday, June 18, 2021 31
  32. 2.3 Cảm biến tiệm cận Cấu tạo và nguyên lý: Cảm biến tiệm cận sử dụng dao động tần số cao để phát hiện vật khi gần cảm biến Có 2 loại cảm biến tiệm cận: • Loại cảm ứng: phát hiện kim loại từ tính và không từ tính bằng cách tạo ra trường điện từ. • Loại điện dung: phát hiện vật kim loại và không kim loại bằng tạo ra điện trường tĩnh. Friday, June 18, 2021 32
  33. 2.3 Cảm biến tiệm cận Một số hình ảnh thực tế Friday, June 18, 2021 33
  34. 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Cấu tạo: Gồm có 4 thành phần: • Cuộn dây: tạo ra từ trường • Bộ dao động: tạo dao động tần số cao • Mạch kích: Giám sát biên độ của bộ dao động • Ngõ ra: Mở / tắt Friday, June 18, 2021 34
  35. 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Hoạt động: Khi đối tượng vi chuyển đến gần cảm biến - đi vào vùng từ trường, xuất hiện dòng điện xoáy trên bề mặt đối tượng, làm giảm biên độ của bộ dao động. Mạch kích giám sát biên độ của bộ giao động và kích thích cho ngõ ra của cảm biến mở (tắt) Friday, June 18, 2021 35
  36. 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Đấu dây: Friday, June 18, 2021 36
  37. 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Ưu điểm Chính xác hơn so với các cảm biến khác Có tỉ lệ chuyển đổi cao Có thể làm việc trong môi trường khắc nghiệt Nhược điểm Chỉ phát hiện đối tượng kim loại Tầm hoạt động bị giới hạn Friday, June 18, 2021 37
  38. 2.3.2 Cảm biến tiệm cận loại điện dung Cấu tạo và hoạt động Bề mặt của cảm biến điện dung có 2 bản cực kim loại có dạng đồng tâm. Khi đối tượng đến gần cảm biến, làm thay đổi điện dung trong mạch dao động và mạch dao động bắt đầu hoạt động. Mạch kích đo biên độ dao động và kích ngõ ra cảm biến thay đổi trạng thái khi biên độ đến mức chỉ định. Friday, June 18, 2021 38
  39. 2.3.2 Cảm biến tiệm cận loại điện dung Ưu điểm Phát hiện được mọi vật liệu Ổn định và tốc độ cao Độ phân giải tốt Giá thấp Nhược điểm Ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm Khó thiết kế Độ tuyến tính không cao Không chính xác bằng cảm biến loại cảm ứng Friday, June 18, 2021 39
  40. 2.3 Cảm biến tiệm cận Friday, June 18, 2021 40
  41. 2.3 Cảm biến tiệm cận Một số ứng dụng Friday, June 18, 2021 41
  42. 2.3 Cảm biến tiệm cận Một số ứng dụng Friday, June 18, 2021 42
  43. 2.4 Cảm biến quang điện Cấu tạo Bộ phát sáng: • Thường dùng LED: LED đỏ, LED hồng ngoại, LED lazer, • Ánh sáng được phát ra theo xung Bộ thu sáng: • Thường dùng Phototransistor • Cảm nhận ánh ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Mạch tín hiệu ra: • Chuyển tín hiệu tỉ lệ từ bộ thu sáng thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại Friday, June 18, 2021 43
  44. 2.4 Cảm biến quang điện Một số hình ảnh thực tế Friday, June 18, 2021 44
  45. 2.4 Cảm biến quang điện Hoạt động Thu phát: • Bộ thu và phát tách riêng biệt nhau • Nếu có vật chắn ngang nguồn sáng sẽ có tín hiệu ra • Ưu điểm: khoảng cách phát hiện xa (có thể đến 30 m), độ tin cậy và độ chính xác vị trí cao, phát hiện được mọi vật thể (trừ trong suốt). • Nhược điểm: mất nhiều thời gian cho việc lắp đặt, giá thành cao. Friday, June 18, 2021 45
  46. 2.4 Cảm biến quang điện Hoạt động Phản xạ gương: • Nguồn sáng phát ra tới gương và phản xạ lại bộ thu • Nếu có vật chắn ngang nguồn sáng sẽ có tín hiệu ra • Ưu điểm: giá thành thấp hơn loại thu phát, dễ lắp đặt và hiệu chỉnh, tin cậy. • Nhược điểm: khoảng cách phát hiện ngắn, vẫn cần 2 điểm lắp đặt cảm biến và gương Friday, June 18, 2021 46
  47. 2.4 Cảm biến quang điện Hoạt động Phản xạ khuếch tán: • Bộ phát sáng phát nguồn sáng tới đối tượng • Đối tượng này sẽ phản xạ một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược lại bộ thu sáng, kích hoạt tín hiệu ra • Ưu điểm: giá thành thấp, dễ lắp đặt (chỉ cần 1 điểm lắp đặt duy nhất) • Nhược điểm: khoảng cách phát hiện ngắn và phụ thuộc vào kích thước, bề mặt và hình dáng của đối tượng. Friday, June 18, 2021 47
  48. 2.4 Cảm biến quang điện Ưu điểm Phát hiện được mọi vật liệu Ổn định và tốc độ cao Độ phân giải tốt Giá thấp Nhược điểm Ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm Khó thiết kế Độ tuyến tính không cao Không chính xác bằng cảm biến loại cảm ứng Friday, June 18, 2021 48
  49. 2.4 Cảm biến quang điện Friday, June 18, 2021 49
  50. 2.4 Cảm biến quang điện Một số ứng dụng Friday, June 18, 2021 50
  51. 2.4 Cảm biến quang điện Một số ứng dụng Friday, June 18, 2021 51