Chương 3: Cảm biến và cơ cấu chấp hành

ệ

ấ ấ

ơ ấ ơ ấ ng g p. ặ

ườ

• 3.1. Gi i thi u v c m bi n và c c u ch p hành. ớ ề ả ế • 3.2. Đ c tính c a c m bi n và c c u ch p hành. ế ủ ả ặ • 3.3. M t s lo i c m bi n th ế ộ ố ạ ả • 3.4. C c u ch p hành ơ ấ

ấ

CHÖÔNG 3: CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH

• 3.1. Gi

ế

i thi u v c m bi n ề ả và c c u ch p hành. ủ ả và c c u ch p hành.

ớ ơ ấ ặ ơ ấ

ệ ấ • 3.2. Đ c tính c a c m bi n ấ • 3.3. M t s lo i c m bi n ộ ố ạ ả

ế

ườ

ng g p. ặ • 3.4. C c u ch p hành ơ ấ

ấ

CHÖÔNG 3: CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH

Xúc giác

Thị giác

V giác

Kh u giác

ị

ứ

Giác quan Thính giác

ả

ộ

C m bi n làm nhi m v gì trong m t ụ ệ ế h th ng c đi n t . ơ ệ ử ệ ố

i thi u v c m bi n và c c u ch p hành.

ơ ấ

ệ

ế

ấ

ề ả

ế

3.1. Gi ớ • Kh i c m bi n. ố ả • Kh i đi u khi n. ể ề ố • Kh i c c u ch p hành. ấ ố ơ ấ

Khoái caûm bieán

BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN

HEÄ THOÁNG ÑÖÔÏC ÑIEÀU KHIEÅN

Khoái cô caáu chaáp haønh

Hình 3.1. H CĐT th

ng g p.

ệ

ườ

ặ

CHÖÔNG 3: GIÔÙI THIEÄU CAÛM BIEÁN VAØ CCCH

• 3.1. Gi

ớ

ế

ơ ấ

ề ả

ấ

i thi u v c m bi n và c c u ch p hành. ế

3.1.1. Gi 3.1.2. Gi

ớ ớ

ấ

ườ

ệ i thi u v c m bi n. ề ả ệ i thi u v c c u ch p hành. ấ ề ơ ấ ệ • 3.2. Đ c tính c a c m bi n và c c u ch p hành. ơ ấ ặ ế ủ ả • 3.3. M t s lo i c m bi n th ng g p. ặ ế ộ ố ạ ả • 3.4. C c u ch p hành ơ ấ

ấ

CHÖÔNG 3: CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH

3.1. Gi

i thi u v c m bi n và c c u ch p hành.

ớ

ệ ề ả

ơ ấ

ế

ấ

3.1.1. Gi

- C m bi n là thi ể ả ậ ự ế

ệ ả ế ng v t lý c n đo thành các đ i l

ổ ứ

ị

- C m bi n đ ự ế ạ

ế ươ ả ầ

v i tham s c n đo và c n s bi n đ i t ố ầ

ể

ể ự ấ ầ ố

i thi u c m bi n. ế ớ t b dùng đ c m nh n s bi n đ i ế ị ả ng đo ch a c a các đ i l ủ ạ ượ ầ ậ ạ ượ ng c n đo. đ ng thông tin cho phép xác đ nh giá tr đ i l ầ ị ạ ượ ự ho c s ng t c phân lo i thành 2 d ng t ặ ố ươ ạ ượ ả cung c p tín d a trên d ng tín hi u đ u ra. C m bi n t ng t ạ ự ấ ự ệ ng t l hi u liên t c t ự ổ ươ ầ ự ế ụ ỷ ệ ớ ệ c khi chuy n cho b đi u khi n s . Trong khi đó, c m thành s tr ả ể ố ộ ề ố ướ bi n s cung c p đ u ra s có th tr c ti p ghép n i v i b đi u ế ố ố ớ ộ ề ế khi n s . ể ố

Phân lo i c m bi n ế ạ ả

ng g p: ặ

ế ể

ườ ẳ

M t s lo i c m bi n th ị

ố

ng.

t ánh sáng, hình nh và nh n

ộ ố ạ ả • C m bi n d ch chuy n th ng và quay. ế ả • C m bi n gia t c. ế ả • C m bi n l c. ế ự ả • C m bi n đo mômen và công su t. ấ ế ả • C m bi n l u l ế ư ượ ả • C m bi n nhi t đ . ệ ộ ế ả • C m bi n đo kho ng cách. ả ế ả • Các c m bi n nh n bi ậ ế

ế

ậ

ả

ả d ng.ạ

3.1.1: GIÔÙI THIEÄU CAÛM BIEÁN

Tiêu chuẩn lựa chọn:  Dải đo.  Độ phân giải.  Độ chính xác.  Tính chính xác.  Độ nhạy.  Thời gian đáp ứng.  Nhiệt độ hoạt động.  Vùng chết.

• 3.1. Gi

ớ

ế

ơ ấ

ề ả

ấ

i thi u v c m bi n và c c u ch p hành. ế

3.1.1. Gi 3.1.2. Gi

ớ ớ

ấ

ườ

ệ i thi u v c m bi n. ề ả ệ i thi u v c c u ch p hành. ấ ề ơ ấ ệ • 3.2. Đ c tính c a c m bi n và c c u ch p hành. ơ ấ ế ủ ả ặ • 3.3. M t s lo i c m bi n th ng g p. ặ ế ộ ố ạ ả • 3.4. C c u ch p hành ơ ấ

ấ

CHÖÔNG 3: CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH

3.1.2: CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH

Hình 3.2. Thi t b ch p hành thông th ng. ế ị ấ ườ

Phân lo i:ạ

ng: đi n, đi n c , đi n t , th y l c và khí ượ ệ ơ ệ ừ ủ ự ệ

- Theo d ng năng l ạ nén.

- D ng nh phân và d ng liên t c. ụ ạ ạ ị

ả

ặ ạ

• 3.2.1. D i đo. ả • 3.2.2. Đ phân gi ộ • 3.2.3. Đ nh y. ạ ộ • 3.2.4. Sai s .ố • 3.2.5. Kh năng l p l ả • 3.2.6. Vùng ch t.ế • 3.2.7. Tính n đ nh. ị ổ • 3.2.8. Th i gian đáp ng. ứ ờ • 3.2.9. Nhi t đ h th ng. ệ ộ ệ ố

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

3.2.3 ÑOÄ NHAÏY

ạ ủ ả ộ

Hình 3.3. Đ nh y c a c m bi n.ế

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

3.2.4 SAI SOÁ

Có 2 d ng sai s : Sai s h th ng và sai s ng u

ố ệ ố

ẫ

ố

ạ nhiên. ạ

ố ệ ố

Các d ng sai s h th ng: • Sai s l ch không. ố ệ • Sai s t ố ả • Sai s do đ nh y c a c m bi n thay đ i không ố

ế

ổ

ộ gi ng nh mong mu n.

ạ ủ ả ố

ố

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

3.2.6 VUØNG CHEÁT

đ u raầ

Tuy n tính ế

Vùng ch tế

th cự

đ u vào ầ

Hình 3.4. Vùng ch t.ế

3.2.6 VUØNG CHEÁT

Đ u raầ

Vùng ch tế

B tậ

T tắ

Nhi

t đệ ộ

Đi m đ t ặ

ể

Hình 3.5. Vùng ch t c a b n nhi t. ế ủ ộ ổ ệ

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

3.2.7 TÍNH OÅN ÑÒNH

Có ma sát

Không ma sát

n đ nh

Biên gi

i n đ nh

Không n đ nh ổ

ị

Ổ ị

ớ ổ

ị

Hình 3.5. Tính n đ nh c a h th ng. ị ủ ệ ố ổ

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

ả

ặ ạ

3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN

ị

ả

ế

ể

ẳ

• 3.3.1. C m bi n d ch chuy n th ng và quay. • 3.3.2. Đo l c.ự • 3.3.3. C m bi n đo kho ng cách. ế

ả

3.3. MOÄT SOÁ LOAÏI CAÛM BIEÁN THÖÔØNG GAËP

ị

ả

ế

ể

ẳ

• 3.3.1. C m bi n d ch chuy n th ng và quay. • 3.3.2. Đo l c.ự • 3.3.3. C m bi n đo kho ng cách. ế

ả

3.3. MOÄT SOÁ LOAÏI CAÛM BIEÁN THÖÔØNG GAËP

ắ

• 3.3.1.1. Công t c hành trình. • 3.3.1.2. Tia h ng ngo i. ồ ạ • 3.3.1.3. Các b mã hóa quang h c. ộ

ọ

3.3.1. Caûm bieán dòch chuyeån thaúng vaø quay

3.3.1.1. Coâng taéc haønh trình.

Hình 3.7. Công t c hình trình.

ắ

• Là lo i đ n gi n nh t c a c m bi n d ch chuy n. ấ ủ ả ạ ơ ế ị ể ả

3.3.1.2. Tia hoàng ngoaïi

t b ng t quang. ắ

t b ph n x quang. • Thi ế ị • Đo kho ng cách. ả • Thi ạ ế ị ả

ế ả ẫ

Hình 3.8. B ng t quang d n ộ ắ QVA11234

Hình 3.9. C m bi n ph n ả x ạ quang bán d n QRB1114 ẫ

3.3.1.3. Caùc boä maõ hoùa quang hoïc.

Hình 3.10. B mã hóa t ng đ i. ộ ươ ố

(a)

(b)

(c)

3.3.2. ÑO LÖÏC.

ụ

Hình 3.11. V t b kéo d c tr c (a), nén d c tr c (b), bi n d ng (c). ọ ế ạ ậ ị ụ ọ

Hình 3.12. C m bi n t ế ả ả ủ ự . i th y l c

3.3.3. CAÛM BIEÁN ÑO KHOAÛNG CAÙCH.

Hình 3.13. Sóng đ c phát và ph n x l i t ượ v t ả ạ ạ ừ ậ

3.3.3. CAÛM BIEÁN ÑO KHOAÛNG CAÙCH.

Hình 3.14. Đĩnh nghĩa th i gian truy n sóng. ề ờ

3.3.3. CAÛM BIEÁN ÑO KHOAÛNG CAÙCH.

Hình 3.15. TOF tính theo biên đ l n nh t c a tín hi u ph n x ấ ủ ả ạ ộ ớ ệ

ng pháp th i gian

ố ủ

ươ

ờ

3.3.3. CAÛM BIEÁN ÑO KHOAÛNG CAÙCH.

Nguyên nhân sai s c a ph

truy n:ề

ề

ự

ượ

c chính xác th i gian đ n c a ờ

ủ

ế

• Sai s c a m ch đ nh th i s d ng đ đo th i gian

• S thay đ i t c đ truy n sóng. ổ ố ộ • Không xác đ nh đ ị xung ph n x . ạ ả ạ ố ủ

ị

ờ ử ụ

ể

ờ

ng tác c a sóng t ủ

i b m t đ i t ớ ề ặ ố ượ

ng c n đo ầ

kho ng cách.

truy n.ề • S t ự ươ ả

C M BI N

Ả

Ế

V TRÍ, V N T C, GIA T C

NG

KHÁC

Ậ Ố

Ố

Ị

NHI T ĐỆ Ộ KH I L

Ố ƯỢ

+ LVDT

+ Pt 100

+ LVDT

+ Dòng, áp

+ Encoder

+ Thermal couple

+ Camera

+ Load cell (strain gauge)

+ Tachometer(gia toc)

+ Ir

+ Quang h cọ

+ Piezo component

+ T tr

ng

ừ ườ

+ Potentionmeter(đo đi n th ) ế

ệ

+ Đ mộ ẩ

+ Ion

+ Gyroscope meter(con quyay)

+ Đi n d n ệ

ẫ

+ Sonar

+ Laser

+ Tilt sensor(nghiêng

+

V TRÍ, V N T C, GIA T C

Ậ Ố

Ố

Ị

LVDT (Linear Variable Differential Transformer )

ENCODER

1. Incremental

2. Absolute(tuy t đ i) ệ ố

3. K t h p ế ợ

INCREMENTAL

ABSOLUTE

LINEAR ENCODER

GYRO & TILT SENSOR

TILT SENSOR

SONAR

NHI T ĐỆ Ộ

KH I L

NG

Ố ƯỢ

3.4. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH.

ộ ộ ộ

• 3.4.2. H th ng đi u khi n khí nén

x lý và đi u khi n ể

• 3.4.1. Các đ ng c đi n ơ ệ ộ • 3.4.1.1. Đ ng c DC ơ • 3.4.1.2. Đ ng c AC ơ • 3.4.1.3. Đ ng c b c ơ ướ ể ề ệ ố • 3.4.2.1. Ph n t ầ ử ử ề • 3.4.2.2. C c u ch p hành: ấ ơ ấ

3.4.1.1. ÑOÄNG CÔ DC.

Hình 3.16. Nguyên lý làm vi c c a đ ng c m t chi u. ệ ủ ộ ơ ộ ề

I uu

n =

U R- q K

3.4.1.1. ÑOÄNG CÔ DC.

Ề

ắ ầ ứ ạ

thông. ĐI U CH NH T C Đ : Ỉ Ố Ộ • M c đi n tr đi u ch nh vào m ch ph n ng. ỉ ở ề ệ • Thay đ i đi n áp U. ổ ệ • Thay đ i t ổ ừ

3.4.1.2. ÑOÄNG CÔ AC.

• Đ ng c không đ ng b : ộ ộ ồ ơ

T c đ tr t: n ố ộ ượ

2 = n1 – n  n  n 1

H s tr t: ệ ố ượ

• Đ ng c đ ng b ơ ồ ộ ộ

3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC.

ớ

c là đ ng c đi n không có b ph n đ o m ch. i thi u: Gi ệ • Đ ng c b ộ ơ ướ ơ ệ ả ạ ậ ộ ộ

Hình 3.17. Phân bi t đ ng c b ng. ệ ộ ơ ướ c và đ ng c đi n thông th ơ ệ ộ ườ

3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC.

Hình 3.19. Hình dáng bên ngoài c a đ ng c b ủ ộ

ơ ướ

ấ ạ bên trong đ ng c b c. Hình 3.18. C u t o ơ ướ ộ

3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC.

c (D a vào c u t o):

ấ ạ ử

Các lo i đ ng c b ạ ộ • Đ ng c b • Đ ng c b • Đ ng c b

ơ ướ ơ ướ ơ ướ ỗ

ự ơ ướ c nam châm vĩnh c u. c bi n t tr . ế ừ ở c h n h p. ợ

ộ ộ ộ

3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC.

Đ ng c b

c bi n t

ơ ướ

ộ

tr . ế ừ ở

Hình 3.20. Đ ng c bi n t ộ tr . ơ ế ừ ở

3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC.

Đ ng c b

c h n h p.

ơ ướ ỗ

ộ

ợ

Hình 3.21. Đ ng c b c h n h p. ơ ướ ỗ ợ ộ

3.4. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH.

ộ ộ ộ

• 3.4.2. H th ng đi u khi n khí nén

x lý và đi u khi n ể

3.4.2. HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN.

M t h th ng đi u khi n khí nén bao g m: ộ ệ ố ề ể ồ

đ a tín Ph n t C c u ch p hành ơ ấ ấ

x lý Ph n t ầ ử ử và đi u khi n ể ề

ầ ử ư hi uệ

ấ ề

- Xilanh. - Đ ng c khí nén. ơ ộ

- Công t c, nút b m. ắ - Công t c hành trình. ắ - C m bi n. ế ả

khu ch ế

- Van đ o chi u. ả - Van ch n.ắ t l u. - Van ti ế ư - Van áp su t.ấ - Ph n t ầ ử đ i.ạ

3.4. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH.

ộ ộ ộ

• 3.4.2. H th ng đi u khi n khí nén

x lý và đi u khi n ể

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN

3.4.2.1.1. Van đ o chi u. ề ả

3.4.2.1.2. Van ch n.ắ

3.4.2.1.3. Van ti t l u: ế ư

3.4.2.1.4. Van áp su t.ấ

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN

3.4.2.1.1. Van đ o chi u. ề ả

a. Ký hi u c a van đ o chi u. ệ ủ ề ả

TÊN THI T BẾ Ị

KÍ HI UỆ

Van đ o chi u 2/2

ề

ả

Van đ o chi u 4/2

ề

ả

Van đ o chi u 5/2

ề

ả

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN

3.4.2.1.1. Van đ o chi u. ề ả

ằ

b. Tín hi u tác đ ng ộ . ệ Tác đ ng b ng tay. ộ

TÊN THI T BẾ

Ị

KÍ HI UỆ

Kí hi u nút nh n t ng quát

ấ ổ

ệ

Nút b mấ

Tay g tạ

Bàn đ pạ

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đ o chi u.

ề

ả

Tác đ ng b ng khí nén. ằ

b. Tín hi u tác đ ng ộ . ệ ộ

TÊN THI T BẾ

Ị

KÍ HI UỆ

Tr c ti p b ng dòng khí nén vào

ự ế

ằ

Tr c ti p b ng dòng khí nén ra

ự ế

ằ

ế

ớ

Tr c ti p b ng dòng khí nén vào v i ự đ ng kính 2 đ u nòng van khác ầ ườ nhau

ế

ằ

Gián ti p b ng dòng khí nén vào qua van ph trụ ợ

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đ o chi u.

ề

ả

ằ

b. Tín hi u tác đ ng ộ . ệ Tác đ ng b ng c . ơ ộ

TÊN THI T BẾ

Ị

KÍ HI UỆ

Đ u dò

ầ

C ch n b ng con lăn, tác đ ng 2 chi u ề

ữ ặ

ằ

ộ

C ch n b ng con lăn, tác đ ng 1 chi u ề

ữ ặ

ằ

ộ

Lò xo

Nút nh n có rãnh đ nh v

ấ

ị

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đ o chi u.

ề

ả

Tác đ ng b ng nam châm đi n.

ệ

ằ

b. Tín hi u tác đ ng ộ . ệ ộ

TÊN THI T BẾ Ị

KÍ HI UỆ

Tr c ti p ự ế

ằ

ệ

B ng nam châm đi n và van ph trụ ợ

ướ

*

Tác đ ng theo cách h ộ d n c th ẫ ụ ể

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đ o chi u.

ề

ả

ề

Van đ o chi u 2/2 ệ tác đ ng b ng nam châm đi n ộ

ả ằ

c. Van đ o chi u có v trí “không” . ề ả ị

ề

ả

Van đ o chi u 3/2 ệ tác đ ng b ng nam châm đi n ộ

ằ

d. Van đ o chi u không có v trí “không” . ề ả ị

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.2. Van ch n.ắ

TÊN THI T BẾ

Ị

KÍ HI UỆ

Van m t chi u. ộ

ề

Van logic OR.

Van logic AND.

Van x khí nhanh.

ả

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN

3.4.2.1.3. Van ti

t l u.

ế ư

TÊN THI T BẾ

Ị

KÍ HI UỆ

t l u có ti

ế ư

ế

t di n ệ

Van ti không đ i.ổ

t l u có ti

ế ư

ế

t di n ệ

Van ti thay đ i.ổ

Van ti

ề

t l u m t chi u ộ đi u ch nh b ng tay.

ế ư ằ

ề

ỉ

Van ti

ề

ế ư đi u ch nh b ng c ch n. ằ

t l u m t chi u ộ ữ ặ

ề

ỉ

3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.4. Van áp su t.ấ

TÊN THI T BẾ Ị

KÍ HI UỆ

Van an toàn.

Van tràn.

3.4. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH.

ộ ộ ộ

• 3.4.2. H th ng đi u khi n khí nén

x lý và đi u khi n ể ề

• 3.4.1. Các đ ng c đi n ơ ệ ộ • 3.4.1.1. Đ ng c DC ơ • 3.4.1.2. Đ ng c AC ơ • 3.4.1.3. Đ ng c b c ơ ướ ể ề ệ ố • 3.4.2.1. Ph n t ầ ử ử • 3.4.2.2. C c u ch p hành ấ ơ ấ

3.4.2.2. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH. 3.4.2.2.1. Xi lanh

TÊN THI T BẾ Ị

KÍ HI UỆ

tác d ng đ n tác d ng m t

ơ ộ

ụ ụ

Xilanh (xilanh chi u).ề

ề

Xilanh tác d ng 2 chi u ụ (xilanh tác d ng kép). ụ

3.4.2.2. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH. 3.4.2.2.2. Đ ng c khí nén.

ơ ộ

ộ ộ

Đ ng c ơ quay hai chi u.ề Đ ng c ơ quay m t chi u ề ộ

• Cô caáu taùc ñoäng ñieän töø (nhö caùc moâtô ñieän AC, DC,

2.2.5 Sensor Vaø Cô Caáu Taùc Ñoäng(tt) b. Cô Caáu Taùc Ñoäng : Cô caáu taùc ñoäng laø thaønh phaàn quan troïng khaùc trong heä thoáng cô ñieän töû. Caùc cô caáu taùc ñoäng ñöôïc söû duïng phoå bieán laø caùc cô caáu taùc ñoäng ñieän, cô, thuyû löïc vaø khí neùn. Chuùng chuyeån ñoåi tín hieäu vaøo daïng ñieän thaønh caùc ñaùp öùng ngoõ ra daïng cô hoïc nhö löïc, goùc hay vò trí. Ngöôøi ta phaân loaïi cô caáu taùc ñoäng theo 3 nhoùm nhö sau: