zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Cảm biến và đo lường - Chương 4: MỘT SỐ CẢM BIẾN THÔNG DỤNG

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Báo xấu

300
lượt xem 91
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cảm biến biến dạng – Điện trở a. Nguyên lý Sử dụng dây dẫn có điện trở biến đổi tương ứng với sự thay đổi hình dạng dây dẫn khi có ngoại lực tác động vào. b. Đặc tính Xét dây dẫn có chiều dài l, tiết diện S. Khi không có lực tác dụng, điện trở dây dẫn:

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Cảm biến và đo lường - Chương 4: MỘT SỐ CẢM BIẾN THÔNG DỤNG

Tài liệu môn Cảm biến và đo lường Chương 4 : MỘT SỐ CẢM B IẾN THÔNG DỤNG I. Cả m biến biến dạ ng – Điện trở a. Nguyên lý Sử d ụng dây d ẫn có đ iện trở b iến đổ i tương ứ ng vớ i sự t ha y đ ổi hình d ạng dây d ẫn khi có ngo ại lực tác độ ng vào. b. Đặc tính Xét d ây dẫn có chiều dài l, tiết d iện S . Khi không có lực tác d ụ ng, điện trở d ây d ẫn: - l R  S Một lưới bằng dây dẫn mảnh được gắn trực tiếp lên b ề mặt cần khảo sát. Sự b iến dạng của cấu trúc kéo theo biến d ạng của cảm biến làm cho điệ n trở của nó thay đổ i. Dây d ẫn có điện trở su ất , tiết diện S, chiều dài nl (n: số đoạn, l: chiều dài một đo ạn). Đối với đầu đo kim loại n = 10 20, đầu đo bán dẫn n = 1. Do ảnh hưở ng củ a biến dạng, đ iện trở cảm b iến t hay đ ổi mộ t lượng R : R l S     R l S  Biến đổ i dạng dọ c củ a d ây dẫn đ ến thay đổ i tiết d iện ngang. Ta có qu an hệ giữa điện trở và độ dài: R l K R l K: hệ số đ ầu đ o Đầu đo kim loại K gần b ằng 2 - Đầu đo b án dẫn K ~ 1 00 200 - Dấu của K p hụ thu ộc vào loại bán d ẫn - Điện trở đầu đo có giá trị chu ẩn từ 100 Ω5000Ω với độ chính xác 0,2 ÷ 10%. c. Ứng dụng Dùng để đ o lự c tác d ụng hay đ ộ b iến d ạng củ a vật thể. II. Cả m biế n dịch chuyển – Cả m k háng a. Nguyên lý: Dựa trên mối qu an hệ cảm kháng củ a các cu ộ n dây khi thay đổ i vị trí thanh ferrit e có độ từ thẩm cao . b. Đặc tính: Trang IV-1
Tài liệu môn Cảm biến và đo lường - Các cuộ n dâ y t hứ cấp được mắc nố i tiếp nhau và bố trí như hình, sao cho: Vout(t) = VS1(t) – VS2(t) - Khi t hanh ferrite ở vị trí trung tâm thì đ iện thế ngõ ra xem như gần bằng không. - Khi thanh ferrite d i chu yển, giá trị các điện áp VS1, VS2 tăng hoặc giảm tương ứng với các hệ số k1, k2. VS1(t) = k1 Vin(t) VS2(t) = k2 Vin(t) c. Ứng dụng: Phát hiện sự di chu yển củ a đố i tượng cần q uan sát. III. Cả m biến siêu âm a. Nguyên lý Thiết bị p hát tín hiệu từ bộ p hận dao đ ộng ở tần số siêu âm. Cấu tạo b ộ phận dao động đư ợc tạo thành từ hai đ ĩa mỏ ng. Những đ ĩa nà y có thể là các p hần tử áp đ iện ho ặc là sự kết nố i giữ a một p hần tử áp đ iện và một đ ĩa kim lo ại. Nhữ ng đ ĩa nà y sẽ d ao động khi có tín hiệu có tần số bằng với tần số cơ bản của các p hần tử áp điện. Năng lượng dao đ ộng sẽ được tru yề n q ua b ề mặt cảm b iến. Cảm b iến đ ược cấu tạo từ các p hần t ử áp điện. Khi mộ t tín hiệu siêu âm tác độ ng vào p hần t ử áp đ iện, phần tử này p hát ra tín hiệu đ iện có tần số tương ứng với t ần số củ a tín hiệu thu được. Dãi t ần ho ạt độ ng của cảm b iến siêu âm từ 38kHz đến 45kHz. b. Đặc tính - Tín hiệu siêu âm khô ng tương tác với những tín hiệu âm thanh khác tro ng dải âm tần từ 50Hz đến 1 5kHz. - Tín hiệu siêu âm ít b ị ảnh hưởng b ởi các tín hiệu có tần số dưới 20kHz. - Tín hiệu siêu âm phản xạ rất tố t và nhạy cảm với b ụi bẩn. c. Ứng dụng Cảm b iến siêu âm d ùng để nhận b iết sự hiện d iện củ a vật thể và sử dụ ng trong các thiết b ị đ o kho ảng cách, các thiết bị điều khiển từ xa và một số t hiết b ị y khoa. IV. Cả m biế n g as Có nhiều dạng cảm b iến gas khác nhau. Đố i vớ i cảm b iến gas cấu tạo từ chất b án dẫn thườ ng dùng đ ể p hát hiện khí metan. a. Nguyên lý Nguyên lý ho ạt độ ng cảm cảm b iến gas b án dẫn d ựa trên thuộ c tính củ a phân tử Ir (Irid iu m) và Pd (Palladium). Cuộ n dâ y làm nóng đ ược chế tạo từ Ir và Pd. Cho dòng điện qua cuộ n dây, cu ộn d ây phát sinh nhiệt. Đến nhiệt đ ộ xác đ ịnh, khí oxy sẽ tập trung các điện tử vùng cho đ ến b ề mặt chất bán dẫn, tạo ra rào thế năng. Rào điện thế nà y cản trở sự d i chu yển củ a các hạt d ẫn, làm cho trở kháng của lớp bán d ẫn tăng lên. Trang IV-2
Tài liệu môn Cảm biến và đo lường Nồ ng độ khí oxy trong không khí thay đ ổi làm cho đ iện trở chất bán d ẫn tha y đ ổ i theo. b. Đặc tính Độ nhạ y củ a cảm biến bị ảnh hưở ng bở i nhiệt đ ộ và độ ẩm môi trườ ng. - - Trước khi sử d ụng cần p hải có thờ i gian làm nóng (từ 2 đến 3 p hút) đ ể tăng đ ộ chính xác. Điện trở cảm biến tăng lên 20% sau khi làm nóng. - c. Ứng dụng Phát hiện khí metan, CO2, H2 … Chất b án dẫn hoạt độ ng như mộ t biến trở (điện trở p hụ thuộc vào nồ ng độ gas), khi gas đi qua bề mặt cảm biến điện trở chất bán dẫn giảm xu ống. Dòng kích SCR tăng lên, kích SCR d ẫn. LED D1 sáng, đồng thời IC555 được reset, phát ra âm thanh b áo động. V. Bộ đọc mã vạch Mã vạch là những vạch đậm ho ặc mảnh dùng để mã hóa số hay chữ cái. Có nhiều lo ại m ã vạch khác nhau, p hổ b iến nh ất là mã sản p hẩm thô ng d ụ ng (Universal Product Code – UPC) và mã nhận dạng ký tự bằng q uang học (Optica l Character Reco gnition – OCR). Có hai lo ại mã vạch thường gặp nhất là: Vạch đ en là 1, vạch trắng là 0 . - Mã vạch n từ m p hần tử: vạch đen/trắng rộ ng là 1 , vạch đ en/trắng hẹp là 0 . - Má y q uét mã vạch p hát tia laser cô ng su ất thấp . Tia sáng gặp mã vạch phản xạ lại một cảm b iến quang. Cảm biến này chuyển tín hiệu qu ang mang thông tin mã vạch thành tín hiệu điện. Nguồ n sáng chu yển đ ộng nhờ gương đ a giác quay, m ã cố đ ịnh. - Ngu ồn sáng cố định, mã chu yển độ ng. - Trang IV-3
Tài liệu môn Cảm biến và đo lường  Bút quang: Tia laser đ ược led phát ra hội tụ qu a thấu kính hình cầu lên mã vạch. Tia phản xạ đ ược hộ i tụ q ua thấu kính về cảm biến. Cảm biến cho tín hiệu khoảng 1,1V khi gặp phần trắng và 0 V khi gặp p hần đen. Vận tố c q uét tố i đa 1m/s. Mã vạch được giải mã thành ký tự ASCII. Bộ giải mã là vi điều khiển chuyên d ùng, mã ASCII được tru yền đến m áy tính thông q ua giao tiếp RS232. Bộ giải mã đ ược nố i với loa nhỏ, phát âm thanh báo hiệu khi qu ét xong. Trở ngại chính là không thể đọ c chính xác nếu các vạch bị bẩn hoặc in nhòe. VI. Cảm biến đo mức chấ t lưu Các cảm biến này chu yển đ ổi mức chất lỏ ng thành tín hiệu điện. a. Cảm biến độ dẫn Chỉ d ùng cho các chất lưu dẫn đ iện (5 0Scm- 1), không ăn mòn kim lo ại. Cấu tạo gồm hai đ iện cực hình trụ , nếu bình chứa b ằng kim lo ại thì bình chứ a là mộ t điện cực. Đầu đo được nuôi b ằng đ iện áp xoay chiều 10V đ ể tránh hiệ n tượng p hâ n cự c. Có hai chế độ đo:  Đo liên tục Đầu đ o đ ược đ ặt theo vị trí thẳng đứng, chiều dài đầu đo b ằng chiều cao củ a mứ c chất lỏng cần đ o. Dòng đ iện giữa các điện cực t ỷ lệ với chiều dài đ iện cực ngập trong chất lưu. Độ lớn tín hiệu điện p hụ t hu ộc vào độ dẫn củ a chất lưu.  Phát hiện theo ngưỡng: Điện cực được đặt theo p hương nằm ngang, vị trí mỗi đ iện cự c t ương ứ ng một mức chất lưu. Khi chất lỏ ng đ ạt đ ến mứ c đ iện cực, xu ất hiện dòng điện có biên độ khô ng đ ổi. b. Cảm biến tụ điện Được sử dụng khi chất lỏ ng là chất cách đ iện, hằng số điện mô i của chất lưu p hả i lớn hơn hằng số đ iện môi không khí, thường là gấp đ ôi. Có thể tạo thành tụ điện bằng hai điện cực (thành bình chứa kim loại và mộ t điện cự c). Chất đ iện môi gữa hai điện cự c là p hần ngập chất lỏ ng và p hần không khí. Mức chất lưu được chu yển thành đ iện dung tụ đ iện. Điện dung này tha y đổ i theo mứ c chất lưu. Trang IV-4
Tài liệu môn Cảm biến và đo lường Nếu chất lưu d ẫn điện, sử d ụng một điện cự c có phủ chất cách đ iện, lớp cách điện đóng vai trò là đ iện môi, chất lỏ ng là đ iện cự c thứ hai. VII. Cảm biế n vị trí - Điện tr ở a. Cấu tạo Gồm mộ t điện trở cố định R, trên có mộ t tiếp xúc điện có t hể di chu yển gọ i là co n chạ y. Giá trị của điện trở đ o được giữa con chạ y và mộ t đ ầu của đ iện trở R là hàm p hụ thuộc vị trí con chạy và b ản thân đ iện trở R. Nếu đ iện trở được chế tạo đ ồng đ ều thì R sẽ tỉ lệ tu yến tính với vị trí co n chạ y. Có hai d ạng cảm b iến vị trí điện trở: l - Điện trở d ịch chuyển thẳng: R(l)  R L  - Điện trở dịch chuyển tròn: R( )  R   m Đối với điện trở trò n: αM < 360  Đối với điện trở xo ắn: αM > 360  Hợp kim thườ ng d ùng làm đ iện trở là Ni – Cr, Ni – Cu , Ni – G – Fe, Ag – Pd. Dây đ iện trở đượ c cu ốn trên lõi cách đ iện còn dây được cách đ iện b ằng emay. Trang IV-5
Tài liệu môn Cảm biến và đo lường R nằm trong kho ảng từ 1 K – 1 00 KΩ, có thể đạt đ ến vài MΩ. Con chạy p hải tiếp xú c tố t, không tạo ra su ất điện đ ộng tiếp xúc, điện trở tiếp xúc nhỏ và ổ n đ ịnh. Các tiêu chu ẩn nà y p hải đ ảm b ảo trong đ iều kiện dao độ ng và tốc độ dịch chu yển lớ n. b. Đặc điểm Khoảng cách có ích củ a co n chạ y - Giá trị R(x)/R thườ ng không ổn đ ịnh ở cu ối đ ường chạy củ a con trỏ ho ặc ở các chỗ nối mạch đ iện. Khoảng cách có ích là kho ảng m à trong đó R(x) là hàm tuyế n tính của d ịch chu yển. Độ phân g iải - Điện trở của n vòng d ây, có thể p hân b iệt thành 2 n – 1 vị trí củ a con chạ y: n vị trí con chạy tiếp xú c mộ t vòng d ây n – 1 vị trí co n chạ y tiếp xúc đ ồng thời 2 vòng d ây. Điện trở thay đ ổi khi d i chu yể n từ vị trí này sang vị trí khác. c. Thời gian sống Thờ i gian sử dụ ng củ a điện trở bị hạn chế do sự cọ sát giữa co n chạ y và dây d ẫn làm m ài mòn co n chạy và đ iện trở. Số lần sử d ụng của đ iện trở khoảng 1 06 lần. VIII. Tốc kế quang Tố c kế q uang là cảm biến đo vận tốc đơn giản nhất gồ m một nguồ n sáng và mộ t đầu thu quang (photod io de ho ặc p ho totransistor) Vật q uay đ ược gắn đ ồng trụ c với đ ĩa tròn có các vù ng p hản xạ hoặc các vùng trong su ốt bố trí xen kẽ các p hần chắn sáng đ ặt giữa ngu ồ n sáng và đầu thu qu ang. Đầu thu quang nhận thông lượng b iến đ iệu và p hát tín hiệu có tần số tỉ lệ với vận tốc qua y như ng b iên độ không đổ i. Phạm vi tốc độ đ o p hụ thuộc vào 2 yếu tố chính: Số lượng lỗ trên đ ĩa q uay. - Dãi thô ng củ a đ ầu thu quang và mạch đ iện. - Để đo vận tốc thấp ~ 0,1 vòng/phút d ùng đ ĩa có số lư ợng lỗ rất lớn (50 0 1 00 0). Đo tố c độ cao 10 5 10 6 vòng/phút dùng lo ại đ ĩa chỉ có một lỗ. IX. Cảm biến công tắc (switch sensor) Cảm b iến cô ng tắc được dùng nhiều trong các ứng dụ ng robot. Cảm b iến công Trang IV-6
Tài liệu môn Cảm biến và đo lường tắc đ ược sử dụ ng vớ i nhiều mụ c đích, chẳng hạn: - Cảm b iến va chạm (tiếp xúc): cảm biến công tắc được dùng để phát hiện khi có va chạm cơ học vớ i mộ t vật nào đ ó. Thí dụ , cảm b iến công tắc tạo ra mộ t sự chu yển mạch khi thân robot chạ y vào tường ho ặc chạm giới hạn đườ ng chạ y củ a robo t. - Cảm biến giới hạn: t ương tự như cảm b iến tiếp xúc, cảm b iến giới hạn p hát hiện mộ t vật đã d i chu yể n đ ến cuố i hành trình của nó, khi đ ó tín hiệu điều khiển motor sẽ tắt. - Mã hóa trục quay (shaft): một trụ c q uay kết hợp với mộ t cô ng tắc chạm sẽ đ ược ấn một lần ở một vòng quay. Phần mềm đ ếm số lần ấn để xác đ ịnh số vòng và tốc độ q uay củ a trục. Lo ại cảm biến này không cần nguồ n cung cấp và chịu được dòng lớn. Nó có thể phát hiện sự tiếp xúc của b ất kỳ vật thể nào từ b ất kỳ góc độ nào. Do đó chúng rất thuận lợi cho việc thiết kế robot đặc biệt được ứng dụ ng trong giới hạn hành trình của robot. Activation force Switch nub Cảm biến giớ i hạn Có hai dạng công tắc cơ b ản, b ao gồm: Công tắc nhỏ (m icroswitch), có d ạng hình chữ nhật và t hườ ng ở một trạng thái - xác định. Công tắc nhỏ thư ờng có ba chân: NO – normally op en (thường hở), NC – no rmally closed (thườ ng đóng), C – common (chung). Chân chu ng có thể đ ược nố i vớ i mộ t tro ng hai chân kia tùy thuộ c vào cô ng tắc có được ấn hay không. Ở trạng thái không ấn, chân chu ng đ ược nố i với tiếp điểm thường đóng, khi ấn, chân chung đ ược nố i với trạng thái t hườ ng hở. Công tắc nút ấn (pushbutton) đ ơn giản hơn. Khi được ấn, hai tiếp đ iểm đ ược nố i - với nhau. Cũ ng có một số cô ng t ắc thường đóng nhưng ít p hổ b iến. Trang IV-7
Tài liệu môn Cảm biến và đo lường X. Cả m biến điện từ a. Cảm biến Hall Cảm biến Hall là một mảnh bán d ẫn mỏ ng có kết cấu đ ặc biệt. Khi có dòng điện I chạ y d ọc theo tấm bán d ẫn, đ ồng thời có từ cảm B tác đ ộng lên tấm này thì trên hai cự c ngan g củ a nó xu ất hiện su ất đ iện độ ng Hall. EH = kH.I.B.sin I: dòng đ iện dọ c theo cảm biến B: từ cảm xuyên q ua cảm b iến  góc lệch giữa I và B kH: hệ số Hall Cảm biến Hall đ ược d ùng rộng rãi trong các thiết bị đo từ, cảm biến tiếp cận, có dải đ o từ 1 106 Gauss. b. Cảm biến từ trở MR ( magnetoresistive) Sử dụ ng hiệu ứng đ iện trở củ a lớp bán d ẫn phụ thuộ c vào độ lớn và phương củ a từ trường đặt vảo. Sự qu ay củ a vectơ từ hóa gây ra sự tha y đ ổ i đ iện trở. Vật liệu thường dùng làm cảm biến là pecmalo i, hợp kim của thép và Niken. Các cảm biến MR s ử dụng trong công nghiệp có mỏng dả y kho ảng 5 0nm p ecmaloi đặt trên đ ế cách đ iện vớ i điện trở thay đ ổi vài p hần trăm. Trang IV-8

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.