Chương 6 Cảm biến đo lực thuộc bài giảng Cảm biến công nghiệp, có cấu trúc nội dung cần tìm hiểu được chia làm 4 phần: Phần 1 Nguyên lý đo lực, phần 2 Cảm biến áp điện, phần 3 Load cell, phần 4 Một số loại cảm biến khác.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương 6
- VI. CẢM BIẾN ĐO LỰC
1. Nguyên lý đo lực
2. Cảm biến áp điện
3. Load cell
4. Một số loại cảm biến khác
Monday, March 24, 2014 1
- 1. Nguyên lý đo lực
Định luật cơ bản của động lực họF = ma
c :
M: khối lượng (kg)
F: lực tác động (N)
a : gia tốc (ms-2)
Đo lực bằng cách: Cân bằng lực cần đo với một lực
đối kháng sao cho lực tổng hợp và momen tổng của
chúng bằng không.
Lực cân đo F → tac đông lên vât trung gian → gây ra
̀ ́ ̣ ̣
biên dang và lực đôi khang.
́ ̣ ́ ́
Đo trực tiêp biên dang ⇒ Lực.
́ ́ ̣
Đo gian tiêp thông qua sự thay đôi tinh chât cua vât liêu chế
́ ́ ̉ ́ ́ ̉ ̣ ̣
tao vât trung gian khi bị biên dang.
̣ ̣ ́ ̣
Monday, March 24, 2014 2
- 2. Cảm biến áp điện
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo: Cam biên có dang tâm mong chế tao từ vât
̉ ́ ̣ ́ ̉ ̣ ̣
liêu ap điên (thach anh, gốm PZT…) hai măt có phủ
̣ ́ ̣ ̣ ̣
kim loai → tương tự môt tụ điên.
̣ ̣ ̣
̣ ̣ ́ ̣
Vât liêu ap điên Lớp phủ kim loai
̣
Nguyên lý hoạt động
• Dựa vào hiệu ứng áp điện
Monday, March 24, 2014 3
- 2. Cảm biến áp điện
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động:
• Dưới tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến
dạng, làm xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái
dấu. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực (V) tỉ
lệ với lực tác dụng (F).
F
+Q +
++++++++++ V~ F
- - - - - - - - - -
-Q
−
F
Monday, March 24, 2014 4
- 2. Cảm biến áp điện
Cac dang biên dang cơ ban:
́ ̣ ́ ̣ ̉
F +
+
F F
V~ F V~ F
− −
F b) Theo chiều ngang
a) Theo chiều dọc
F
+ V~ F
F
F V~ F
−
F
c) Cắt theo bề dày d) Cắt theo bề mặt
Monday, March 24, 2014 5
- 2. Cảm biến áp điện
Cách ghép các phần tử áp điện thanh bô:
̀ ̣
+
−
−
+
+
−
+ − −
+
+
−
a) Hai phần tử song song −
+
Cb =2C +
−
−
+
+ +
−
− −
+
− +
+− + −
b) Hai phần tử nối tiếp c) Nhiều phần tử song song
Cb =1/2C, Rb =2R, Vb = 2V
Monday, March 24, 2014 6
- 2. Cảm biến áp điện
Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm
́ ̀
Cac vong đêm: ̣
• Phiên căt từ đơn tinh thể thach anh, nhay với lực nen
́ ́ ̣ ̣ ́
̣ ̀ ̣
doc theo chiêu truc.
2 3
1. Các vòng đệm
1
2. Các tấm đế
3. Đầu nối dây
Đặc điểm:
• Chỉ nhay với lực nen theo chiêu truc → đo lực nen (có
̣ ́ ̀ ̣ ́
thể đo lực keo băng cach nen trước).
́ ̀ ́ ́
• Giới hạn trên của dải đo cỡ từ vài kN (với đường
kính ~ 1 cm) đến 103 kN ( với đường kính ~ 10 cm).
Monday, March 24, 2014 7
- 2. Cảm biến áp điện
CB thạch anh kiểu vòng đệm
Nhiều vong đêm:
̀ ̣
́ ́ ́
a) Cac phiên căt
b) Cảm biến ba
thành phần vuông góc
Monday, March 24, 2014 8
- 2. Cảm biến áp điện
Piezoelectric Sensor Element Designs
Monday, March 24, 2014 9
- 2. Cảm biến áp điện
Sơ đồ tương đương cua cam biên:
̉ ̉ ́
dQ dQ RS CS
Rg Cg
dt dt
a) Trong dải thông có ích b) Nối với mạch ngoài
1 1 1
Rg - Điên trở trong cua cam biên
̣ ̉ ̉ ́ = +
R S R g R1
̣ ̉ ̉ ́
Cg – Điên dung cua cam biên
CS = Cg + C1
R1 và C1: điên trở và tụ tương đương với trở khang cap dân
̣ ́ ́ ̃
Monday, March 24, 2014 10
- 2. Cảm biến áp điện
Sơ đồ khuếch đại điện áp
dQ dQ
Req Ceq Vm
R C Vm Re Ce
dt dt
S S
Cảm biến Sơ đồ tương đương
̉
ZV cua 1 1 1
và cáp nối khuếch đại = +
R eq R S R e
điện aṕ
C eq = C S + C e
Q ReqCeqP
Điên ap ở cửa vao cua bộ khuêch đai:
̣ ́ ̀ ̉ ́ ̣ Vm = .
Cq 1 + ReqCeqP
Monday, March 24, 2014 11
- 2. Cảm biến áp điện
Sơ đồ khuếch đại điện tích
Bộ chuyển đổi Chuẩn độ nhạy và Bộ Bộ khuếch đại
điện tích khuếch đại vi sai lọ c đầu ra
Đầu vào (điện tích) Đầu ra (điện áp)
a) Sơ đồ khối bộ chuyên đôi điên tich – điên ap
̉ ̉ ̣ ́ ̣ ́
Cr
+Q −Q
dQ RS CS Vε V0
dt
b) Sơ đồ ghép nối cảm biến và bộ chuyển đổi điện tích - điện áp
Monday, March 24, 2014 12
- 2. Cảm biến áp điện
Trong mạch khuếch đại điện tích, sự di chuyển
của điện tích ở lối vào sẽ gây nên ở lối ra một
điện áp tỉ lệ với điện tích đầu vào. Bộ khuếch
đại điện tích gồm một bộ biến đổi điện tích -
điện áp đầu vào, một tầng chuẩn độ nhạy, một
bộ lọc trung gian và một số tầng khuếch đại ở
đầu ra để cung cấp tín hiệu ra .
Monday, March 24, 2014 13
- 3. Load cell
Cấu tạo:
Load cell là thiết bị chuyển năng: chuyển đổi lực
hoặc trọng lượng tín hiệu điện
Load cell thường sử dụng 4 cảm biến biến dạng và
kết nối thành mạch cầu Wheatstone.
Monday, March 24, 2014 14
- 3. Load cell
Phân loại:
Loại thanh uốn
Loại đơn điểm
5-500 Kg
1-1000 Kg
Loại nén
Loại S
(Đo lực kéo và nén)
Loại thanh trượt
5,000-60,000 Kg
50 – 5000 Kg
500-5000 Kg
Monday, March 24, 2014 15
- 3. Load cell
Phân loại:
Monday, March 24, 2014 16
- 3. Load cell
Một số ứng dụng
Monday, March 24, 2014 17
- 3. Load cell
Monday, March 24, 2014 18
- 4. Một số cảm biến đo lực khác
a) Cảm biến lực điện dung
Đo được lực dọc và lực cắt
Có độ trễ và không tuyến tính
Monday, March 24, 2014 19
- 4. Một số cảm biến đo lực khác
b) Cảm biến lực áp trở
Lực tác động tăng thì điện trở giảm
Monday, March 24, 2014 20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
