Bài giảng Cảm biến công nghiệp

Ch Ch

ươ ươ

ng IV. C m bi n v trí và d ch chuy n ể ng IV. C m bi n v trí và d ch chuy n ể

ế ị ế ị

ả ả

ị ị

ả

ế

1. C m bi n v trí ti p xúc ế ị ắ

ệ ở Potentiometers)

ế ế ệ 1. C m bi n v trí không ti p xúc

ả

ế

-Đ n ơ gi nả -R ti n ẻ ề

(Magnetic Sensors)

ệ

ả ả ả ả

 Công t c hành trình (Limit Switchs)  Đi n th k đi n tr ( ế ị  C m bi n t ế ừ  C m bi n siêu âm (Ultrasonic Sensors) ế -Làm vi c ệ  C m bi n ti m c n (Promixity Sensors) ậ ế b nề  C m bi n quang đi n (Photoelectric Sensors) ệ ế - Môi tr ng ườ t kh c nghi ệ ắ -Đ t ti n h n ắ ề ơ

Monday, March 24, 2014

1

1.1 Công t c hành trình ắ

c

ạ

ề

ượ ng khác

ườ

ệ

ề

Có nhi u lo i công t c hành trình, có đ ắ dùng trong nhi u đi u ki n môi tr ề nhau

ậ ệ

ể

Gia công v t li u Nhà máy bia Máy đóng gói t b đúc Thi ế ị t b nâng chuy n Thi ế ị …

t b ch p hành nh c n tr

c đ t v i nhi u ề t, c n xoay,

ắ ế ị ấ

ư ầ

ể ượ ặ ớ ượ ầ

Công t c hành trình có th đ thi c n l c, ... ầ ắ Monday, March 24, 2014

2

1.1 Công t c hành trình ắ

Monday, March 24, 2014

3

1.1 Công t c hành trình ắ

Monday, March 24, 2014

4

1.1 Công t c hành trình ắ

Ư ể

ễ ử ụ

c va ch m và d s d ng ở

Nh

u đi m Đáng tin c y, ch u đ ạ ị ượ ậ ng b i nhi u Không b nh h ễ ưở ị ả Ho t đ ng đ n gi n (ON/OFF) ả ượ Tu i th ng n, b hao mòn ổ

ạ ộ c đi m ể ọ ắ ị

Monday, March 24, 2014

5

1.2 Đi n th k đi n tr

ế ế ệ

ệ

ở

C u t o và nguyên lý làm vi c

ấ ạ

ệ

Rx, l

a a

Rm, , Lm

Đo d ch chuy n ể ị th ngẳ Đo d ch chuy n ể ị quay a < 360o Đo d ch chuy n ể ị quay a > 360o

R =

a a

l L

a a

Monday, March 24, 2014

6

1.2 Đi n th k đi n tr

ế ế ệ

ệ

ở

ở ố ị

ộ ạ

ạ ể

ệ c ch t o t ộ ệ ạ ộ đ ượ ợ

ệ ằ

ắ ạ ặ ố ệ

ề ặ ượ ế ạ ằ ở ạ

ệ ặ

C u t o và nguyên lý làm vi c ệ ấ ạ m) và m t ti p xúc đi n G m m t đi n tr c đ nh (R ộ ế ệ ồ ệ ng. Khi đ i t (con ch y) liên k t v i đ i t ng di ố ượ ế ớ ố ượ chuy n, con ch y di chuy n theo, đi n tr đo ph ở ệ ụ ể ở (cid:222) v trí thu c vào v trí con ch y. Đo đi n tr ị ị các h p Đi n tr d ng dây cu n: ế ạ ừ ở ạ kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni - Cr - Fe, Ag - Pd qu n thành ấ vòng xo n d ng lò xo trên lõi cách đi n (b ng thu ỷ tinh, g m ho c nh a), gi a các vòng dây cách đi n ữ ự b ng emay ho c l p oxyt b m t. ặ ớ Đi n tr d ng băng d n: c ch t o b ng ch t ẫ đ ấ d o tr n b t d n đi n là cacbon ho c kim lo i c ạ ỡ h t ~10

ộ ộ ẫ -2 m m. ằ ệ ẻ ạ

Monday, March 24, 2014

7

1.2 Đi n th k đi n tr

ế ế ệ

ệ

ở

ễ ử ụ

ể ớ ả ị

Nh

ẩ

u đi m Ư ể R ti n ẻ ề C u t o đ n gi n, d s d ng ấ ạ ơ ả Đo đ c kho ng d ch chuy n l n ượ c đi m ể ượ ng c a b i và m B nh h ủ ụ ưở ị ả Tu i th kém, mau b hao mòn ị ọ ổ

Monday, March 24, 2014

8

2.1 C m bi n t

ế ừ

ả

ừ

ệ

c dùng đ đo v trí ị ể ng ườ

tr

ủ ừ ườ

ự ấ ng ả

ặ

ầ ử ủ

ị ạ

ừ

c chia ra 2 lo i:

ạ c m bi n t

ế ự

ả

Các đ c tính t có th đ ể ượ ặ thông qua vi c xác đ nh s xu t hi n, c ị ệ ng c a t đ ho c h ộ ặ ướ là nhóm các c m bi n làm vi c C m bi n t ế ừ ả ế ệ d a trên ệ ừ. V t c n nguyên lý c m ng đi n t ự ả ứ ậ ầ c g n vào m t đo v trí ho c d ch chuy n đ ộ ượ ắ ị ể gây nên s bi n thiên t c a m ch t ph n t ừ ự ế thông qua cu n đo. ộ đ C m bi n t ế ừ ượ ả ế ỗ ả c m và c m bi n h c m ả

ả

Monday, March 24, 2014

9

2.1.1 C m bi n t ả

ế

c mự ả

c m đ n có khe t

bi n thiên

ơ

ừ ế

a) C m bi n t ả ấ ạ

ế ự ả C u t o và nguyên lý làm vi c ệ

1. Lõi s t t ắ ừ 2. Cu n dây ộ

3. T m s t t

ắ ừ

ấ

Đo d chị chuy n quay ể Đo d chị chuy n th ng ẳ ể

Monday, March 24, 2014

10

2.1.1 C m bi n t ả

ế

c mự ả

bi n thiên

ừ ế

a) C m bi n t ế ự ả c m

ả H s t ệ ố ự ả

ở

2 sW

d m

c m đ n có khe t ơ W- s vòng dây. ố Rd - t tr c a khe h không khí. ừ ở ủ - chi u dài khe h không khí. ề ở t di n th c c a khe h không khí. s - ti ự ủ

ệ

ế

ở

=

W R

Z, L

L = f(D

)

Z5000Hz = f(D

T ng tr c a c m bi n: ở ủ ả ổ ế d

2 sW

m w

)

Z500Hz = f(D

D d

ổ ặ

(cid:222) Khi d ị ổ v trí ho c đ d ch chuy n ặ ộ ị , s thay đ i, L và Z thay đ i. Đo L ho c Z ể

Monday, March 24, 2014

11

2.1.1 C m bi n t ả

ế

c mự ả

c m kép có khe t

bi n thiên

ừ ế

b) C m bi n t ả ấ ạ

ế ự ả C u t o và nguyên lý làm vi c ệ

Đo d ch ị chuy n th ng ẳ ể Đo d ch ị chuy n quay ể

Monday, March 24, 2014

12

2.1.1 C m bi n t ả

ế

c mự ả

c m kép có khe t

bi n thiên

ừ ế

b) C m bi n t ế ự ả ả c m H s t ệ ố ự ả

L1 = f(d )

L1 - L2 = f(d )

L2 = f(d )

ặ ể • Đ nh y l n. • Đ tuy n tính cao h n. Đ c đi m: ộ ộ ạ ớ ế ơ

Monday, March 24, 2014

13

2.1.1 C m bi n t ả

ế

c mự ả

ế ự ả

di đ ng ộ

c) C m bi n t ả ấ ạ

c m có lõi t ừ C u t o và nguyên lý làm vi c ệ

Đ nơ

Kép

phi tuy n, đ nh y và đ tuy n tính c a ế ủ ế ạ ộ Đ c đi m: ặ ể • L = f(lf) ﬁ

c d ch chuy n l n h n so v i CBTC có khe t ộ CB kép cao h n CB đ n. ơ ể ớ ượ ị ơ ớ ừ

bi n thiên • Đo đ ế

Monday, March 24, 2014

14 2.1.2 C m bi n ả

ế h c mỗ ả

C u t o và nguyên lý làm vi c ệ

ấ ạ

4 a)

ấ

ắ ừ

1. Cu n s c p ộ 2. Gông t

ơ ấ ừ

3. T m s t t 4. Cu n th c p (cu n đo) ứ ấ ộ

di đ ng ộ ộ

Monday, March 24, 2014

15 2.1.2 C m bi n ả

ế h c mỗ ả

w ề

C u t o và nguyên lý làm vi c ệ I

F ﬁ

sin ộ

ứ ấ ế

ấ ạ = i t Khi c p dòng xoay chi u ( ) vào cu n s ộ ơ ấ trong cu n th c p sinh c p, sinh ra bi n thiên ấ ra s c đi n đ ng c m ng: ả ứ

ệ ộ ứ

sWW 01

-=

w w

e

I

cos

t

Giá tr hi u d ng c a su t đi n đ ng ủ ị ệ ụ ệ ấ ộ

sWW

=w I

d d

E = f(s, d )

(cid:222)

Monday, March 24, 2014

16 2.1.2 C m bi n ả

ế h c mỗ ả

ể

Đ c đi m ặ E = f(s, d )ﬁ

tuy n tính theo (s) và phi tuy n theo ( d ) ế ế

=d S

2 0

d D (cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230) d D d D (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) d d (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) d d ł Ł ł Ł

ks 0

S S

E s

V = 0)

E V i (khi X s 0 0

d D ớ d

ﬁ ộ ạ ộ ế CBHC kép l p ắ

Đ tăng đ nh y và đ tuy n tính ể vi sai.

Monday, March 24, 2014

17 2.1.2 C m bi n ả

ế h c mỗ ả

C m bi n h c m kép l p vi sai

ế ỗ ả

ắ

ả

f f

D ch chuy n quay ể ị D ch chuy n th ng ể ẳ ị

Monday, March 24, 2014

18 2.1.3 Bi n áp vi sai bi n đ i tuy n tính (LVDT) ế ổ

ế

ộ ơ ấ ứ ấ ầ ắ

c c p ngu n AC, 2 cu n th c p ứ ấ ố ồ

C u t o ấ ạ G m 1 cu n s c p, 2 cu n th c p và ph n lõi s t ộ ồ từ Cu n s c p đ đ

ộ ơ ấ ượ ấ c nhau c m c ng ắ ượ ượ

Monday, March 24, 2014

19 2.1.3 Bi n áp vi sai bi n đ i tuy n tính (LVDT) ế ổ

ế

ộ ữ ứ ấ

ộ ủ

gi a 2 cu n ệ ị ắ ở ữ

ệ

ể ậ

ố ệ

ứ ấ

ặ ả

Ho t đ ng ạ ộ Ngõ ra là đi n áp gi a 2 đ u cu n th c p ph ầ ụ . thu c vào v trí c a lõi s t t ắ ừ Khi lõi s t ộ th c p, s sinh ra đi n áp ứ ấ ẽ ệ c d u b ng nhau và ng ượ ấ ằ nhau  đi n áp ra b ng 0. ằ Khi v t di chuy n lên hay xu ng thì làm cho đi n áp c a các cu n th c p tăng ộ ủ ho c gi m. Đo đi n áp ngõ ra đ xác ể ệ đ nh đ d ch chuy n

ộ ị ể ị

Monday, March 24, 2014

20 2.1.3 Bi n áp vi sai bi n đ i tuy n tính (LVDT) ế ổ

ế

Ư ể

c c kho ng cách và chi u di chuy n ể ả ề ệ ượ ả

t ườ ng kh c nghi ắ ệ

c trong môi tr ng b i rung đ ng ở ộ

Nh

ớ ợ ả

Ứ

ế

u đi m Phát hi n đ Chính xác Làm vi c đ ệ ượ Ít nh h ưở ả c đi m ượ ể Không phù h p cho vi c đo kho ng cách l n ệ ng d ng ụ Đo d ch chuy n tuy n tính ể ị Đo v trí ị

Monday, March 24, 2014

21

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

Nguyên lý và c u t o ấ ạ ơ ọ ơ ọ

ủ ủ

ấ ấ ạ ả ạ ả âm tr m (vài ầ âm tr m (vài ầ

ế ế ớ ả ầ ố ừ ớ ả ầ ố ừ ầ ấ ầ ấ

ườ ấ ườ ấ ụ ụ ả ả ả ạ ả ạ ử ụ ử ụ

ầ

Siêu âm là sóng c h c có t n s l n h n t n s âm ầ ố ớ ơ ầ ố Siêu âm là sóng c h c có t n s l n h n t n s âm ầ ố ớ ơ ầ ố nghe th y (trên 20kHz). Thính giác c a con thanh nghe th y (trên 20kHz). Thính giác c a con thanh i r t nh y c m v i d i t n s t ng i r t nh y c m v i d i t n s t ng ch c Hz) đ n các âm thanh r t cao (g n 20kHz). ch c Hz) đ n các âm thanh r t cao (g n 20kHz). C m bi n siêu âm s d ng nguyên lý ph n x sóng ế C m bi n siêu âm s d ng nguyên lý ph n x sóng ế siêu âm. siêu âm. C m bi n g m 2 ph n: C m bi n g m 2 ph n: ế ồ ả ả ế ồ ph n thu sóng siêu âm ph n x v ầ ph n thu sóng siêu âm ph n x v ầ ầ ph n phát ra sóng siêu âm và ầ ph n phát ra sóng siêu âm và ầ ả ạ ề ả ạ ề

Monday, March 24, 2014

22

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

Nguyên lý và c u t o ấ ạ ế ẽ ế ẽ

ướ ướ ng đi, sóng siêu âm s ph n x l ng đi, sóng siêu âm s ph n x l ả ả ạ ậ ạ ậ ng ế ng ế i ẽ ả ạ ạ i ẽ ả ạ ạ

ậ ậ

c c ượ ượ ậ ậ

ậ

V: v n tóc sóng siêu âm (343 m/s trong không khí)

t: th i gian t

ờ

ừ

lúc phát đ n lúc thu ế

C m bi n s phát ra 1 sóng siêu âm. N u có ch C m bi n s phát ra 1 sóng siêu âm. N u có ch ng i v t trên đ ườ ng i v t trên đ ườ và tác đ ng lên module nh n sóng. ộ và tác đ ng lên module nh n sóng. ộ Đo th i gian t ờ Đo th i gian t ờ kho ng cách t kho ng cách t lúc phát và nh n sóng ta s tính đ ẽ lúc phát và nh n sóng ta s tính đ ẽ ạ ậ ng ng i v t c m bi n đ n ch ng ng i v t c m bi n đ n ch ạ ậ ừ ừ ừ ả ừ ả ế ế ế ế ướ ướ ả ả

Monday, March 24, 2014

23

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

ả ể

ả

ỏ ở

Nh

ng c a sóng âm thanh t p ưở ủ ạ

ỗ ầ ờ ả

ơ ấ ở

u đi m Ư ể Đo đ c kho ng cách r i r c c a v t di chuy n ờ ạ ủ ậ ượ ng b i v t li u và b m t Ít nh h ề ặ ở ậ ệ ưở ả ng b i màu s c Không nh h ưở ắ ở ả Tín hi u đáp ng tuy n tính v i kho ng cách ứ ệ ớ ế khaongr cách xa Có th phát hi n v t nh ệ ậ ể c đi m ể ượ Sóng ph n h i b nh h ả ồ ị ả âm C n 1 kho ng th i gian sau m i l n sóng phát đi đ ể ầ ả ồ  ch m h n CB khác s n sàng nh n sóng ph n h i ậ ậ ẵ Khó phát hi n v t có m t đ v t ch t th p kho ng ả ấ ậ ộ ậ ệ ậ cách xa

Monday, March 24, 2014

24

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

B trí c m bi n ả

ố

ế

Monday, March 24, 2014

25

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

B trí c m bi n ả

ố

ế

Monday, March 24, 2014

26

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

B trí c m bi n ả

ố

ế

Monday, March 24, 2014

27

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

B trí c m bi n ả

ố

ế

Monday, March 24, 2014

28

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

B trí c m bi n ả

ố

ế

Monday, March 24, 2014

29

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

M t s ng d ng

ộ ố ứ

ụ

Monday, March 24, 2014

30

2.2 C m bi n siêu âm ế

ả

Monday, March 24, 2014

31

2.3 C m bi n ti m c n ế

ệ

ả

ậ

C u t o và nguyên lý:

ộ ầ ố

ế

tính và không

t ừ

• Lo i đi n dung:

ng tĩnh.

ấ ạ C m bi n ti m c n s d ng dao đ ng t n s cao đ ậ ử ụ ể ả ệ ế phát hi n v t khi g n c m bi n ầ ả ệ ậ Có 2 lo i c m bi n ti m c n: ậ ệ ế ạ ả • Lo i c m ng: ạ ả ứ phát hi n kim lo i t ệ ạ ừ tính b ng cách t o ra tr . ng đi n t ệ ừ ạ ằ phát hi n v t kim lo i và không kim ạ ạ ệ ạ ằ

ườ ệ ậ ườ lo i b ng t o ra đi n tr ạ ệ

Monday, March 24, 2014

32

2.3 C m bi n ti m c n ế

ệ

ả

ậ

M t s hình nh th c t

ộ ố

ự ế

ả

Monday, March 24, 2014

33

2.3.1 C m bi n ti m c n lo i c m ng

ạ ả ứ

ệ

ế

ả

ậ

ầ t o ra t ng

C u t o: ấ ạ G m có 4 thành ph n: ồ • Cu n dây: ạ ộ • B dao đ ng:

tr ừ ườ ộ t o dao ạ

Giám sát biên

ộ đ ng t n s cao ầ ố ộ • M ch kích: ạ đ c a b dao đ ng ộ ủ ộ • Ngõ ra: M / t ộ t ở ắ

Monday, March 24, 2014

34

2.3.1 C m bi n ti m c n lo i c m ng

ạ ả ứ

ệ

ế

ả

ậ

ể ế ầ ả ế

ệ ệ ấ

ộ ủ ộ ộ ả

ộ ủ ộ ộ

Ho t đ ng: ạ ộ ng vi chuy n đ n g n c m bi n - đi vào Khi đ i t ố ượ ng, xu t hi n dòng đi n xoáy trên b tr vùng t ề ừ ườ ng, làm gi m biên đ c a b dao đ ng. m t đ i t ặ ố ượ M ch kích giám sát biên đ c a b giao đ ng và kích ạ thích cho ngõ ra c a c m bi n m (t t) ủ ả

ở ắ ế

Monday, March 24, 2014

35

2.3.1 C m bi n ti m c n lo i c m ng

ạ ả ứ

ệ

ế

ả

ậ

Đ u dây:

ấ

Monday, March 24, 2014

36

2.3.1 C m bi n ti m c n lo i c m ng

ạ ả ứ

ế

ệ

ả

ậ

Ư ể

ả ế

t ườ ng kh c nghi ắ ệ

Nh

ệ ố ượ

ng kim lo i ạ i h n

u đi m Chính xác h n so v i các c m bi n khác ớ ơ Có t l chuy n đ i cao ể ổ ỉ ệ Có th làm vi c trong môi tr ể ệ c đi m ể ượ Ch phát hi n đ i t ỉ T m ho t đ ng b gi ạ ộ ầ

ị ớ ạ

Monday, March 24, 2014

37

2.3.2 C m bi n ti m c n lo i đi n dung

ế

ệ

ả

ậ

ạ

C u t o và ho t đ ng

ả ự

ạ ộ ế

ế ầ ả

ổ ệ ắ ộ ộ

ạ ộ

ộ ộ

ổ ạ ộ ế ứ

ấ ạ B m t c a c m bi n đi n dung có 2 b n c c kim ề ặ ủ ả ệ lo i có d ng đ ng tâm. ồ ạ ạ ng đ n g n c m bi n, làm thay đ i đi n Khi đ i t ế ố ượ dung trong m ch dao đ ng và m ch dao đ ng b t ạ ạ đ u ho t đ ng. ầ M ch kích đo biên đ dao đ ng và kích ngõ ra c m ạ ả bi n thay đ i tr ng thái khi biên đ đ n m c ch ế ỉ đ nh. ị

Monday, March 24, 2014

38

2.3.2 C m bi n ti m c n lo i đi n dung

ệ

ế

ệ

ả

ậ

ạ

Ư ể

ệ ượ c m i v t li u ọ ậ ệ

ố ộ t i t ả ố

Nh

t đ và đ m ệ ộ ộ ẩ

t kế ế ế ộ

u đi m Phát hi n đ n đ nh và t c đ cao Ổ ị Đ phân gi ộ Giá th p ấ c đi m ượ ể ng b i nhi nh h ở ưở Ả Khó thi Đ tuy n tính không cao Không chính xác b ng c m bi n lo i c m ng ả

ạ ả ứ ế ằ

Monday, March 24, 2014

39

2.3 C m bi n ti m c n ế

ệ

ả

ậ

Monday, March 24, 2014

40

2.3 C m bi n ti m c n ế

ệ

ả

ậ

M t s ng d ng

ộ ố ứ

ụ

Monday, March 24, 2014

41

2.3 C m bi n ti m c n ế

ệ

ả

ậ

M t s ng d ng

ộ ố ứ

ụ

Monday, March 24, 2014

42

2.4 C m bi n quang đi n

ệ

ế

ả

ng dùng LED: ạ ỏ LED đ , LED h ng ngo i, LED ồ

c phát ra theo xung ượ

ng dùng Phototransistor

ệ ể ổ

t ệ

C u t o ấ ạ B phát sáng: ộ • Th ườ lazer, … • Ánh sáng đ B thu sáng: ộ • Th ườ • C m nh n ánh ánh sáng và chuy n đ i thành tín hi u ả ậ ệ ỉ ệ M ch tín hi u ra: ể ON/OFF đ

đi n t l ệ ạ • Chuy n tín hi u t l b thu sáng thành tín hi u ệ ỉ ệ ừ ộ c khu ch đ i ạ ế ượ

Monday, March 24, 2014

43

2.4 C m bi n quang đi n ế

ệ

ả

M t s hình nh th c t

ộ ố

ự ế

ả

Monday, March 24, 2014

44

2.4 C m bi n quang đi n

ệ

ế

ả

• B thu và phát tách riêng bi • N u có v t ch n ngang ngu n sáng s có tín hi u ra

Ho t đ ng ạ ộ Thu phát: ộ ế

t nhau ệ ồ ẽ ệ ậ ắ

• ả ể ế

ệ

Ư ể kho ng cách phát hi n xa (có th đ n 30 m), đ tin c y và đ chính xác v trí cao, phát hi n đ ượ • Nh ệ ị ố ể m t nhi u th i gian cho vi c l p đ t, u đi m: ộ ộ c m i v t th (tr trong su t). ể ừ ấ ượ ệ ắ ề ặ ờ

ậ ọ ậ c đi m: giá thành cao.