Bài giảng Phần tử tự động: Chương 1 - GV. Vũ Xuân Đức

Chia sẻ: Quý Quý | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

161
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 1 "Cảm biến biến trở. Cảm biến điện cảm" thuộc bài giảng Phần tử tự động trang bị cho các bạn những kiến thức cơ bản như cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, phạm vi ứng dụng, các ưu nhược điểm cũng như các đặc tính của các phần tử cảm biến biến trở, cảm biến điện cảm. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phần tử tự động: Chương 1 - GV. Vũ Xuân Đức

Chương 1 (tiếp theo) CẢM BIẾN BIẾN TRỞ. CẢM BIẾN ĐIỆN CẢM. Môn học: PTTĐ 1 GV: Vũ Xuân Đức
Mục đích: Trang bị cho SV những kiến thức cơ bản như cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, phạm vi ứng dụng, các ưu nhược điểm cũng như các đặc tính của các phần tử cảm biến biến trở, điện cảm Nội dung: 2.1. Cảm biến biến trở 2.2. Cảm biến điện cảm, Thời gian: 02 tiết lý thuyết Phương pháp: Giảng giải lý thuyết kết hợp với lấy ví dụ thực tế. Học viên quan sát, lắng nghe, ghi các ý chính kết hợp với đọc tài liệu tham khảo. Môn học: PTTĐ 2 GV: Vũ Xuân Đức
2.1. Cảm biến biến trở 2.1.1. Khái niệm, công dụng: Khái niệm: Cảm biến biến trở là phần tử cảm biến được thực hiện dưới dạng biến trở với con chạy dịch chuyển theo tác động của đại lượng cần đo đầu vào. Công dụng: dùng để biến đổi độ dịch chuyển tuyến tính (thẳng) hoặc độ dịch chuyển góc thành giá trị điện trở, dòng điện hoặc điện áp tương ứng. Ứng dụng: + Đo góc: + Đo tốc độ góc: + Đo gia tốc dài: + Đo gia tốc góc: + Đo áp suất: …. Môn học: PTTĐ 3 GV: Vũ Xuân Đức
Căn cứ vào vật liệu của phần tử nhạy, cảm biến biến trở được chia ra thành 2 loại: + CBBT dạng dây quấn + CBBT dạng không dây quấn. Căn cứ vào kết cấu, cảm biến biến trở được chia ra: + CBBT với con chạy dịch chuyển thẳng (hình a) + CBBT với con chạy dịch chuyển quay (hình b). a b Môn học: PTTĐ 4 GV: Vũ Xuân Đức
a. Cấu tạo: 1 Lõi: 2 Dây quấn: Constan, Mn, hợp kim NiCr, hợp kim Pt 3 Con ch ạy (thanh quét): Pt Môn học: PTTĐ 5 GV: Vũ Xuân Đức
b. Nguyên tắc hoạt động Cơ sở hoạt động: Dựa vào biểu thức điện trở (đối với dây dẫn) l R S R điện trở dây. l chiều dài dây. ρ điện trở suất. S tiết diện dây. Với ρ và S không thay đổi, điện trở của cảm biến tỷ lệ với độ dài l: R~l Môn học: PTTĐ 6 GV: Vũ Xuân Đức
Nguyên tắc hoạt động: Trường hợp con chạy dịch chuyển Trường hợp con chạy dịch chuyển quay: thẳng: R ̴ 0, r ̴ ̴ l, r ̴ X R 0 – Góc toàn phần điện trở xoay. R điện trở toàn phần của cảm biến, – Góc dịch chuyển ứng với vị trí tiếp l chiều dài biến trở điểm trượt. r điện trở của một phần cuộn dây, Điện áp đầu ra cảm biến: trên đó con chạy dịch đi một khoảng . U U ĐiUện áp đ U U ảm bi ầu ra c .r U ến: .X K .X U ra = U ra 0 = .r = .ϕ = K ' .ϕ ra ra 0 R l R ϕ0 Môn học: PTTĐ 7 GV: Vũ Xuân Đức
a. Đặc tính tĩnh Tổng quát phương trình tĩnh có dạng sau: URa = K . x x – Tín hiệu vào là độ dài hay góc. URa – Tín hiệu ra là điện trở hay điện áp. Môn học: PTTĐ 8 GV: Vũ Xuân Đức
Cảm biến biến trở thay đổi với hướng dịch chuyển tín hiệu đầu vào: a b c a. Đầu ra so với điểm giữa cảm biến b. Đầu ra lấy trên con chạy hai cảm biến c. Đặc tính tĩnh đối với hai trường hợp Môn học: PTTĐ 9 GV: Vũ Xuân Đức
b. Đặc tính động và hàm truyền Phương trình động học: URa(t) = K . X(t) X(t) – Tín hiệu vào là độ dài hay góc biến đổi theo thời gian. URa(t) – Tín hiệu ra là điện trở hay điện áp biến đổi theo thời gian. Phương trình toán tử: URa(S) = K . X(S) Hàm truyền: U Ra ( s ) W (s) = =K X ( s) Nhận xét: Cảm biến biến trở có dạng là 1 khâu khuếch đại. Môn học: PTTĐ 10 GV: Vũ Xuân Đức
Nguyên nhân gây sai số: Do sự không đồng nhất giữa đường kính của dây cuốn biến trở với điện trở riêng của dây cuốn, Do sự thay đổi nhiệt độ của cảm biến trong quá trình làm việc dẫn đến sự thay đổi giá trị điện trở của biến trở, Do có điện trở tiếp xúc con chạy – dây cuốn, Do ảnh hưởng của trở kháng tải Môn học: PTTĐ 11 GV: Vũ Xuân Đức
Đặc tính tĩnh khi tính đến sự thay đổi rời rạc của giá trị điện trở: R VR = w R U Sai số tuyệt đối: ∆R = , ∆U = 2w 2w l Vùng không nhạy: X 2w 1 Sai số tương đối: δ R = δU = 2w Trong thực tế, w=2002000, sai số tương đối khoảng 0,020,03% Sai số tổng cộng do sự không ổn định các tham số: 0,031% Môn học: PTTĐ 12 GV: Vũ Xuân Đức
Khi có tải: RH αH = R U .RH .r U .r U ra = = R.RH + R.r − r 2 �R � r 2 R+� � .r − � H � RH R U� � Khi RH >> R : U ra = � �.r = U ra 0 R � � r2 ( R − r ) r2 ( R − r) Sai số tuyệt đối: ∆U = U ra 0 − U ra = U U R 2 .RH + ( R 2 .r − R.r 2 ) R 2 .RH r 2 .( R − r ) Sai số tương đối: δ = 2 R .RH Môn học: PTTĐ 13 GV: Vũ Xuân Đức
Ưu điểm: + Rẻ tiền. + Hoạt động đơn giản, phù hợp cho các ứng dụng không đòi hỏi phức tạp. + Thích hợp đối với các phép đo có biên độ dịch chuyển lớn. + Cung cấp đầu ra đủ lớn để thực hiện điều khiển. Nhược điểm: + Cần có lực lớn để dịch chuyển tiếp điểm trượt. + Tiếp điểm trượt dễ bị mòn gây sai số. Môn học: PTTĐ 14 GV: Vũ Xuân Đức
2.2.1. Khái niệm, ứng dụng Khái niệm: Cảm biến điện cảm là những cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đổi giá trị điện cảm của cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt từ do sự thay đổi trở kháng trong mạch từ của cảm biến. Ứng dụng: + kiểm tra giám sát được sự dịch chuyển cơ học, lực, nhiệt độ, tính chất của vật liệu từ; + xác định được lỗi của chi tiết, độ dày của lớp phủ không nhiễm từ trên vật liệu thép Môn học: PTTĐ 15 GV: Vũ Xuân Đức
a. Cấu tạo 1Lõi sắt từ 2Cuộn dây 3Nắp sắt từ (phần ứng di chuyển được) Môn học: PTTĐ 16 GV: Vũ Xuân Đức
b. Nguyên tắc hoạt động Điện cảm của cuộn dây : w2 L= rm + rδ w – số vòng dây rm từ trở của mạch từ rδ từ trở của khe hở không khí δ rδ = µ0 S δ độ rộng của khe hở không khí S tiết diện thực của khe hở không khí µ Đ 0 ộ từ thẩm của không khí Vì: rm = rδ w2 w2 µ0 .S .w2 1 L= = rδ ( δ / µ0 .S ) = δ : δ Môn học: PTTĐ 17 GV: Vũ Xuân Đức
Giá trị hiệu dụng của dòng điện trong mạch bộ cảm biến: U U I= = R2 + X L2 ( RH + R0 ) + ( ωL) 2 2 Trong điều kiện thực tế thì XL >> R nên ta có: U .RH U .RH .δ U ra = I .RH = = = K .δ ω L ω.µ0 .S .w 2 U .R H K là m ột hằng số . 0 .S .w 2 Môn học: PTTĐ 18 GV: Vũ Xuân Đức
a. Đặc tính tĩnh: Phương trình tĩnh: U ra = K .δ Đặc tính tĩnh là một đường thẳng đi qua gốc toạ độ với độ dốαc = arctgK 1 Đặc tính tĩnh thực tế 2 Đặc tính tĩnh lý tưởng Đặc tính thực tế của cảm biến điện cảm sẽ không hoàn toàn giống như đặc tính lý tưởng do khi δ lớn sẽ làm sụt giảm giá trị điện cảm L và R L ̴ . Điều này sẽ gây ra sự méo của đặc tính thực tế so với đặc tính lý tưởng Môn học: PTTĐ 19 GV: Vũ Xuân Đức
* b. Đặc tính động và hàm truyền Phương trình động học: Ura(t) = K . δ(t) Phương trình toán tử: Ura(S) = K . δ(S) U ra ( s ) W (s) = =K Hàm truyền: X (s) Nhận xét: Cảm biến điện cảm có dạng là 1 khâu khuếch đại. Môn học: PTTĐ 20 GV: Vũ Xuân Đức