Cảm biến công nghiệp : Cảm biến vận tốc, gia tốc và rung part 3

Chia sẻ: Shfjjka Jdfksajdkad | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

179
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

ừ công thức (7.9), ta nhận thấy cấu tạo của cảm biến để đo đại lượng sơ cấp m1 (độ dịch chuyển h0, vận tốc dh0/dt hoặc gia tốc d2h0/dt2) phụ thuộc vào đại lượng đ−ợc chọn để làm đại lượng đo thứ cấp m2 (z, dz/dt hoặc d2z/dt2) và dải tần số làm việc. Dải tần số làm việc quyết định số hạng nào trong vế phải phương trình chiếm ưu thế (Cz, Fdz/dt hoặc Md2z/dt2). Trên thực tế cảm biến thứ cấp thường sử dụng là: ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Cảm biến công nghiệp : Cảm biến vận tốc, gia tốc và rung part 3

d2h M - lùc do gia tèc cña khèi M g©y nªn. dt 2 Hay: d2h0 d2z dz −M = M 2 + F + Cz (7.9) 2 dt dt dt Tõ c«ng thøc (7.9), ta nhËn thÊy cÊu t¹o cña c¶m biÕn ®Ó ®o ®¹i l−îng s¬ cÊp m1 (®é dÞch chuyÓn h0, vËn tèc dh0/dt hoÆc gia tèc d2h0/dt2) phô thuéc vµo ®¹i l−îng ®−îc chän ®Ó lµm ®¹i l−îng ®o thø cÊp m2 (z, dz/dt hoÆc d2z/dt2) vµ d¶i tÇn sè lµm viÖc. D¶i tÇn sè lµm viÖc quyÕt ®Þnh sè h¹ng nµo trong vÕ ph¶i ph−¬ng tr×nh chiÕm −u thÕ (Cz, Fdz/dt hoÆc Md2z/dt2). Trªn thùc tÕ c¶m biÕn thø cÊp th−êng sö dông lµ: - C¶m biÕn ®o vÞ trÝ t−¬ng ®èi cña khèi l−îng rung M so víi vá hép. - C¶m biÕn ®o lùc hoÆc c¶m biÕn ®o biÕn d¹ng. - C¶m biÕn ®o tèc ®é t−¬ng ®èi. Dïng to¸n tö laplace (p) cã thÓ m« t¶ ho¹t ®éng cña c¶m biÕn rung b»ng biÓu thøc sau: − Mp 2 h 0 = Mp 2 z + Fpz + Cz HoÆc: − p 2 ω0 2 z = h0 p2 p + 2ξ +1 ω0 ω0 2 Víi: C ω0 = = 2πf0 lµ tÇn sè riªng cña M trªn lß xo cã ®é cøng C. M F ξ= lµ hÖ sè t¾t dÇn. 2 CM §é nh¹y cña c¶m biÕn cã thÓ tÝnh b»ng tØ sè gi÷a ®¹i l−îng ®iÖn ®Çu ra s vµ ®¹i l−îng ®o s¬ cÊp m1. m s s S= = 2. = S 1 .S 2 m1 m1 m 2 Trong ®ã: - 120 -
m2 S1 = lµ ®é nh¹y c¬ cña ®¹i l−îng ®o s¬ cÊp. m1 s S2 = lµ ®é nh¹y cña c¶m biÕn thø cÊp. m2 7.2.2. C¶m biÕn ®o tèc ®é rung S¬ ®å c¶m biÕn ®o tèc ®é rung tr×nh bµy trªn h×nh 7.12. 1 2 M b 3 b 4 6 5 H×nh 7.12 S¬ ®å nguyªn lý c¶m biÕn ®o vËn tèc rung 1) Vá hép 2) Khèi rung 3) Lâi nam ch©m 4) Cuén d©y 5) Lß xo 6) Gi¶m chÊn Trong c¶m biÕn lo¹i nµy, ®¹i l−îng ®o s¬ cÊp m1 lµ tèc ®é rung dh0/dt, ®¹i l−îng ®o thø cÊp m2 lµ dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi z. §é nh¹y s¬ cÊp S1 x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc: − p / ω0 2 m2 z S1 = = =2 m1 ph 0 p p + 2ξ +1 ω0 ω02 §Ó tiÖn lîi trong sö dông, ng−êi ta còng sö dông ®¹i l−îng ®o thø cÊp m2 lµ tèc ®é dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi dz/dt. ViÖc chuyÓn ®æi tèc ®é t−¬ng ®èi cña khèi l−îng rung so víi vá hép thµnh tÝn hiÖu ®iÖn thùc hiÖn bëi mét c¶m biÕn vÞ trÝ t−¬ng ®èi kiÓu ®iÖn tõ gåm mét cuén d©y vµ mét lâi nam ch©m. Cuén d©y g¾n víi khèi l−îng rung, lâi nam ch©m ®Æt bªn trong cuén d©y vµ g¾n víi vá c¶m biÕn. B»ng c¸ch ®o suÊt ®iÖn ®éng cña cuén d©y cã thÕ ®¸nh gi¸ ®−îc tèc ®é rung cÇn ®o. Mét ®iÒu cÇn quan t©m khi sö dông c¶m biÕn lo¹i nµy ®ã lµ ph¶n øng cña c¶m biÕn thø cÊp ®èi víi chuyÓn ®éng cña khèi l−îng rung thÓ hiÖn th«ng qua ph¶n lùc f = B.l.i t¸c ®éng lªn cuén d©y khi cuén d©y chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng c¶m øng - 121 -
B. Gi¶ thiÕt bá qua trë kh¸ng cña cuén d©y Lω, khi ®ã ph¶n lùc f tØ lÖ víi tèc ®é t−¬ng ®èi: f = (Bl ) 1 dz 2 R dt Lùc nµy chèng l¹i chuyÓn ®éng cña khèi l−îng rung, lµm thay ®æi hÖ sè t¾t dÇn cña chuyÓn ®éng. 7.2.3. Gia tèc kÕ ¸p ®iÖn a) CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng CÊu t¹o chung cña gia tèc kÕ ¸p ®iÖn gåm mét khèi l−îng rung M vµ mét phÇn tö ¸p ®iÖn ®Æt trªn gi¸ ®ì cøng, vµ toµn bé ®−îc ®Æt trong mét vá hép kÝn. Th«ng th−êng cÇn ph¶i ®o gia tèc theo hai h−íng däc theo trôc nh¹y c¶m. Tuú thuéc vµo b¶n chÊt lùc t¸c dông (nÐn, kÐo hoÆc c¾t) trong bé c¶m biÕn ph¶i cã bé phËn c¬ khÝ t¹o øng lùc c¬ häc ®Æt tr−íc lªn phÇn tö ¸p ®iÖn ®Ó më réng d¶i ®o gia tèc theo hai chiÒu. Trªn h×nh 7.13 tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o cña c¸c gia tèc kÕ ¸p ®iÖn kiÓu nÐn. 5 3 1 2 4 H×nh 7.13 S¬ ®å cÊu t¹o gia tèc kÕ ¸p ®iÖn kiÓu nÐn 1) Khèi l−îng rung 2) PhiÕn ¸p ®iÖn 3) §ai èc 4) §Õ 5) Vá hép C¶m biÕn lo¹i nµy cã tÇn sè céng h−ëng cao, kÕt cÊu ch¾c ch¾n, nh¹y víi øng lùc cña ®Õ. S¬ ®å cÊu t¹o cña gia tèc kÕ kiÓu uèn cong tr×nh bµy trªn h×nh 7.14. PhÇn tö ¸p ®iÖn cña c¶m biÕn gåm hai phiÕn ¸p ®iÖn máng d¸n víi nhau, mét ®Çu g¾n cè ®Þnh lªn vá hép c¶m biÕn, mét ®Çu g¾n víi khèi l−îng rung. C¶m biÕn lo¹i nµy cho ®é nh¹y rÊt cao nh−ng tÇn sè vµ gia tèc rung ®o ®−îc bÞ h¹n chÕ. - 122 -
3 2 1 M H×nh 7.14 S¬ ®å cÊu t¹o gia tèc kÕ ¸p ®iÖn kiÓu uèn cong 1) Khèi l−îng rung 2) PhiÕn ¸p ®iÖn 3) Vá hép b) §Æc tr−ng cña c¶m biÕn §é nh¹y ®−îc biÓu diÔn bëi biÓu thøc: Q S= = S 1S 2 a Trong ®ã: a - gia tèc cña c¶m biÕn. Q - ®iÖn tÝch ®−îc t¹o ra khi c¶m biÕn rung víi gia tèc a. S1 - ®é nh¹y c¬ cña hÖ thèng khèi l−îng rung. S2 - ®é nh¹y ®iÖn cña c¶m biÕn. Gi¸ trÞ cña S1 vµ S2 x¸c ®Þnh nh− sau: z 1 S1 = = a 2 ⎛ ω2 ⎞ ⎛ ⎞ ⎟ + ⎜ 2ξ ω ⎟ ⎜1 − ω0 2 2⎟ ⎜ ω0 ⎟ ⎜ω 0⎠ ⎝ ⎠ ⎝ Q 1 S2 = = dC z 2 ⎛ω ⎞ 1+ ⎜ 0 ⎟ ⎝ω⎠ Trong ®ã: d - h»ng sè ®iÖn m«i. c - ®é cøng cña phÇn tö nh¹y c¶m. 1 ω= - tÇn sè t¾t d−íi cña hÖ thèng c¶m biÕn - m¹ch ®o. τ 7.2.4. Gia tèc kÕ ¸p trë CÊu t¹o chung cña mét gia tèc kÕ ¸p trë gåm mét tÊm máng ®µn håi mét ®Çu g¾n víi gi¸ ®ì, mét ®Çu g¾n víi khèi l−îng rung, trªn ®ã cã g¾n tõ 2 ®Õn 4 ¸p trë - 123 -
m¾c trong mét m¹ch cÇu Wheatstone. D−íi t¸c dông cña gia tèc, tÊm ®µn håi bÞ uèn cong, g©y nªn biÕn d¹ng trong ®Çu ®o mét c¸ch trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp qua bé khuÕch ®¹i c¬. Trªn h×nh 7.15 giíi thiÖu s¬ ®å nguyªn lý cña mét c¶m biÕn gia tèc ¸p trë. 3 2 4 e M b G L 1 F H×nh 7.15 S¬ ®å nguyªn lý cña c¶m biÕn gia tèc ¸p trë 1) Khèi rung 2) TÊm ®µn håi 3) ¸p trë 4) §Õ §é nh¹y cña c¶m biÕn ®−îc biÓu diÔn b»ng biÓu thøc: εV S = S 1S 2 = . m aε - §é nh¹y ®iÖn cña cÇu Wheatstone S1: v× 4 ®Çu ®o ®Òu cã cïng mét biÕn d¹ng ε nªn ®iÖn ¸p ra Vm cña ®Çu ®o b»ng: ∆R Vm = e s = e s Kε R Suy ra: S 2 = Ke s Trong ®ã: es - ®iÖn ¸p nu«i cÇu (10 - 15 V). K - hÖ sè ®Çu ®o ¸p trë. R - ®iÖn trë mét ®Çu ®o. - §é nh¹y c¬ S1 cña hÖ thèng c¬ khÝ x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: A 1 S1 = ω0 2 2 ⎛ ω2 ⎞ ⎛ ⎞ ⎟ + ⎜ 2ξ ω ⎟ ⎜1 − ⎜ ω⎟ ⎜ω 2⎟ ⎝ 0⎠ ⎝ 0⎠ Gi¸ trÞ cña A vµ ω0 phô thuéc vµo kÕt cÊu cña hÖ chÞu uèn, vÝ dô víi c¶m biÕn cho ë h×nh 7.15: - 124 -
Yle 3 ω0 = 4 L3 M be A = 1,5 L3 Trong ®ã Y lµ m«®un Young. - 125 -