CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG - PHẦN 5

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

456
lượt xem 178
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

V. CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN: V.1 Cảm Biến Biến Trở: a. Cấu tạo của cảm biến biến trở: Cảm biến biến trở có cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ. Cảm biến bao gồm dây quấn thường được làm bằng hợp kim có khả năng chịu mài mòn tốt như: Ni-Cr, Ni-Cu, Ni-Cu-Fe, Ag-Pd …, có đường kính từ 0,02 đến 0,1 mm, được quấn được quấn trên một lõi làm bằng vật liệu cách điện như : gốm, sứ, bakelit …. Dây quấn thường có điện trở từ vài chục ohm tới vài nghìn ohm,...

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG - PHẦN 5

V. CAÛM BIEÁN VÒ TRÍ VAØ DÒCH CHUYEÅN: V.1 Caûm Bieán Bieán Trôû: a. Caáu taïo cuûa caûm bieán bieán trôû: Caûm bieán bieán trôû coù caáu taïo ñôn giaûn vaø giaù thaønh reû. Caûm bieán bao goàm daây quaán thöôøng ñöôïc laøm baèng hôïp kim coù khaû naêng chòu maøi moøn toát nhö: Ni-Cr, Ni-Cu, Ni-Cu-Fe, Ag-Pd …, coù ñöôøng kính töø 0,02 ñeán 0,1 mm, ñöôïc quaán ñöôïc quaán treân moät loõi laøm baèng vaät lieäu caùch ñieän nhö : goám, söù, bakelit …. Daây quaán thöôøng coù ñieän trôû töø vaøi chuïc ohm tôùi vaøi nghìn ohm, ñöôïc traùng moät lôùp caùch ñieän ñeå coù theå quaán saùt nhau. Treân loõi vaø daây quaán coù moät con tröôït ñöôïc laøm baèng hôïp kim coù löïc ñaøn hoài vaø tieáp xuùc toát. Rx Loõi caùch ñieän R Con tröôït Rx 0 x Hình 5.1 Caûm bieán dòch chuyeån bieán trôû vaø quan heä giöõa bieán trôû vaø di chuyeån cuûa con tröôït b. Hoaït ñoäng vaø phöông trình chuyeån ñoåi cuûa caûm bieán bieân trôû: Con tröôït ñöôïc lieân keát cô khí vôùi ñoái töôïng caàn ño ñòch chuyeån. Khi ñoái töôïng di chuyeån seõ laøm cho con tröôït di chuyeån laøm cho ñieän trôû Rx thay ñoåi. R Rx = x (5.1) L Trong (5.1) L laø chieàu daøi cuûa caûm bieán, x laø dòch chuyeån cuûa con chaïy. Caûm bieán bieán trôû chæ cho pheùp phaùt hieän bieán thieân cuûa di chuyeån baèng khoaûng caùch giöõa 2 voøng daây. Neáu goïi khoaûng caùch giöõa 2 voøng daây laø lo, soá voøng daây cuûa caûm bieán laø W L thì caûm bieán bieán trôû chæ phaùt hieän ñöôïc bieán thieân di chuyeån laø: l o = (5.2) W L∆R lo L Nhö vaäy sai soá cuûa caûm bieán laø: ε =± =± =± (5.3) 2 2W R Trong heä thöùc (5.3) thì ∆R laø ñieän trôû cuûa moät voøng daây. c. Maïch ño duøng caûm bieán bieán trôû: Ñeå chuyeån söï thay ñoåi ñieän trôû cuûa caûm bieán theo dòch chuyeån thaønh söï thay ñoåi ñieän aùp, ta keát noái caûm bieán vôùi maïch ño nhö hình 5.2. 85
Vcc 1 U2 7 1 2 3 + 6 2 Vo Rx - 3 4 8 R1 R2 Hình 5.2: Maïch ño duøng caûm bieán bieán trôû.  R R  R R Vo = 1 + 2  x Vcc = 1 + 2  Vcc x (5.4)  R1  R  R1  L     Töø heä thöùc (5.4) ta thaáy ñieän aùp ra cuûa maïch ño tuyeán tính theo dòch chuyeån. V.2 Caûm Bieán Töø: Caûm bieán töø duøng ñeå ño dòch chuyeån hoaëc khoaûng caùch nhoû. a. Caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuûa caûm bieán ñieän töø: Caûm bieán ñieän töø coù caáu taïo laø moät khung daây hôûn nhö hình 5.3 ∆x Muïc tieâu δ Loõi saét töø Lx Cuoän daây Hình 5.3 Caáu taïo cuûa caûm bieán töø Muïc tieâu laø moät phaàn cuûa ñoái töôïng caàn ño dòch chuyeån hay khoaûng caùch nhoû, khi muïc tieâu di chuyeån laø cho khe hôû khoâng khí δ thay ñoåi laø cho töø trôû cuûa maïch töø thay ñoåi laøm cho ñieän caûm cuûa cuoän daây thay ñoåi. Neáu boû qua ñieän trôû cuûa daây daãn vaø boû qua töø trôû cuûa loõi saét töø thì ñieän caûm cuûa cuoän daây: 1 L = W 2 µ0 s (5.5) lf l0 + µf Trong (5.5): l0 vaø lf laø chieàu daøi trung bình cuûa ñöôøng söùc töø trong loõi saét töø vaø trong khoâng khí, l0 = 2δ = ∆x, µ0 laø ñoä töø thaåm cuûa khoâng khí µ 0 = 4π 10 −7 , µf laø ñoä töø thaåm cuûa loõi saét töø µ f = 10 3 ÷ 10 4 , s laø tieát dieän cuûa khe hôû khoâng khí, W laø soá voøng daây, - Maïch ño: Maïch ño laø moät caàu xoay chieàu nhö hình 5.4 86
Lo 3 1 1 1 5 2- +4 2 2 V~ 4 8 Tôùi maïch xöû lyù 1 Lx 3 3 . Hình 5.4 Maïch ño duøng caûm bieàn töø - Maïch xöû lyù tín hieäu ño: Maïch xöû lyù tín hieäu ño laø moät khoái rôøi coù cô caáu chæ thò vaø cho pheùp caøi ñaët daïng tín hieäu ngoõ ra laø tuyeán tính hay laø tín hieäu ñieàu khieån nhö hình 5.5 Boä xöû lyù Caûm bieán töø tín hieäu Hình 5.5 Caûmbieán töø vaø boä xöû lyù tín hieäu. b. ÖÙng duïng cuûa caûm bieán ñeän töø: Caûm bieán ñieän töø thöôøng ñöôïc duøng ñeå ño dòch chuyeån nhoû khoaûng vaøi mm, ño ñoä leäch taâm cuûa caùc cô caáu cam, ño ñoä daøy moûng cuûa kim loaïi. Sau ñaây laø moät soá ví duï öùng duïng cuûa caûm bieán töø. Ví duï 1: Ño ñoä daøy moûng cuûa kim loaïi. Caûm bieán Baêng taûi Taám theùp Boä xöû lyù Hình 5.6 Duøng caûm bieán töø ño ñoä daøy cuûa taám theùp 87
Ví duï 2: Duøng caûm bieán töø ño ñoä cao cuûa ñinh oác Caûm bieán Ñinh oác Boä xöû lyù Hình 5.7 Duøng caûm bieán töø ño ñoä cao cuûa ñinh oác Ví duï 3: Duøng caûm bieán töø ño ñoä leäch taâm cuûa cô caáu cam Caûm bieán Boä xöû lyù Cô caáu cam Hình 5.8 Duøng caûm bieán töø ño ñoä leäch taâm cuûa cô caáu cam V.2 Caûm Bieán Bieán AÙp Vi Sai: a. Caáu taïo vaø nguyeân lyù cuûa bieán aùp vi sai: Caûm bieán bieán aùp vi sai goàm coù moät cuoän sô caáp vaø hai cuoän thöù caáp quaán treân moät oáng hình truï, trong oáng coù moät loõi ferite di chueån töï do. Hai cuoän thöù caáp ñöôïc maéc ñoái xöùng so vôùi cuoän sô caáp sao cho söùc ñieän doäng caûm öùng sinh ra treân hai cuoän daây naøy ngöôïc pha vôùi nhau. Cuoän daây sô caáp ñöôïc nuoâi baèng nguoàn xoay chieàu Vi. Vo x Loõi saét töø Vi Hình 5.9 Caáu taïo cuûa bieán aùp vi sai Sô ñoà nguyeân lyù cuûa bieán aùp vi sai nhö hình 5.10 e1 Vo = e1 – e2 Vi e2 x Hình 5.10 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa bieán aùp vi sai. 88
Loõi ferite ñöôïc lieân keát cô khí vôùi ñoái töôïng caàn ño vò trí. Khi loõi ferite naèm ôû vò trí caùch ñeàu giöõa 2 cuoän daây thöù caáp (x=0), söùc ñieän e1 = e2 neân Vo = 0. Khi ñoái töôïng di chuyeån laøm loõi ferite di chuyeån vaø naèm leäch so vôùi 2 cuoän daây thöù caáp, khi ñoù söùc ñieän ñoäng sinh ea treân 2 cuoän thöù caáp khoâng baèng nhau laøm xuaát hieän ñieän aùp ra Vo = e1 – e2 = α.x.Vi tyû leä vôùi dòch chuyeån x cuûa loõi ferite. Hình 5.11 Caûm bieán bieán aùp vi sai Hình 5.12 Maïch ñieän ngoõ ra vaø ñaëc tuyeán ngoõ ra cuûa caûm bieán bieán aùp vi sai b. ÖÙng duïng cuûa caûm bieán bieán aùp vi sai: Caûm bieán bieán aùp vi sai ñöôïc duøng ñeå ño dòch chuyeån, ño ñoä daøy cuûa vaät lieäu, ño khoaûng caùch, ño ñoä phaúng cuûa beà maët … Sau ñaây laø moät soá ví duï öùng duïng cuûa caûm bieán bieán aùp vi sai. Ví duï 1: Duøng bieán aùp vi sai ño ñoä nhaün cuûa beà maët chi tieát cô khí. Caûm bieán Voøi phun Chi tieát daàu boâi trôn Hình 5.13 Ño ñoä nhaün cuûa beá maët chi tieát cô khí 89
Ví duï 2: Ño ñoä daøy moûng duøng bieán aùp vi sai. Caûm bieán Chi tieát Hình 5.14 Ño ñoä daøy moûng duøng bieán aùp vi sai V.3 Encoder: a. Caáu taïo vaø nguyeân lyù laøm vieän cuûa Encoder: Encoder coù caáu taïo goàm moât ñóa maõ coù khaéc vaïch saùng toái, ñaët giöõa nguoàn saùng vaø transistor quang (phototransistor). Encoder coù 2 loaïi: Encoder töông ñoái vaø encoder tuyeát ñoái. - Encoder töông ñoái: Encoder töông ñoái coù caáu taïo goàm moät ñóa maõ treân ñoù coù khaéc moät voøng caùc vaïch toái saùng nhö hình 5.15 Voû Ñóa maõ Ñóa maõ Truïc quay Boä thu phaùt hoàng ngoaïi Loã troáng Phototransistor Truïc tia saùng OÅ bi Led hoàng ngoaïi Daây daãn Hình 5.15 Caáu taïo cuûa encoder töông ñoái Boä thu phaùt hoàng ngoaïi coù caáu taïo goàm ba caëp thu phaùt hoàng ngoaïi boá trí nhö hình 5.16 Phototransistor B Led B Vcc Vcc 3 Phototransistor A Led A 1 Out Phototransistor Z Led Z Hình 5.16 Sô ñoà thu phaùt hoàng ngoaïi vaø boá trí caùc caëp thu phaùt trong encoder Hai caëp thu phaùt A, B ñöôïc boá trí sao cho truïc tia saùng naèm treân ñöôøng troøn qua taâm loã troáng nhöng leäch nhau, khi truïc tia saùng cuûa caëp A ñi qua taâm cuûa moät loã troáng thì truïc tia saùng caêp B seõ chieáu qua bieân cuûa loã troáng. Caëp Z ñöôïc boá trí coù truïc tia saùng ñi chæ ñi qua loã troáng lôùn maø khoâng qua caùc loã troáng coøn laïi. 90
Khi ñóa maõ quay, loã troáng seõ laàn löôït ñi qua caùc truïc tia saùng cuûa caëp A vaø caëp B. Khi truïc tia saùng cuûa caëp naøo xuyeân qua loã troáng thì ôû phototransistor seõ cho ra tín hieäu möùc 1, ngöôïc laïi thì ôû phototransistor seõ cho ra tín hieäu möùc 0. Soá xung phaùt ra ôû ngoõ ra cuûa moãi phototransistor A, B seõ baèng soá loã troáng treân ñóa maõ. Khi ñóa maõ quay ñöôïc moät voøng thì phototransistor Z seõ phaùt ra moät xung. Giaûn ñoà xung cuûa Encoder töông ñoái nhö hình 5.17. A A B B Z Z Quay thuaän Quay ngöôïc Hình 5.17 Giaûn ñoà xung cuûa encoder töông ñoái Döïa vaøo thöù töï xuaát hieän cuûa caùc xung ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc chieàu quay cuûa encoder. Hình 5.18 hình daïng cuûa encoder töông ñoái Ñoä phaân giaûi cuûa encoder tuyø thuoäc vaøo soá loã troáng (vaïch saùng toái) treân ñóa maõ. Thöôøng thì ñóa maõ coù soá loã troáng laø: 100, 200, 500, 1000 loã. Neáu goïi soá loã troáng treân ñóa maõ 360 o (soá xung phaùt ra) laø n thí ñoä phaân giaûi cuûa encoder laø s: s= (5.6) n - Encoder tuyeät ñoái (Absolute Encoder): Encoder tuyeät ñoái coù caáu taïo goàm moät ñóa maõ treân ñoù coù khaéc nhieàu voøng caùc vaïch toái saùng nhö hình 5.15. Soá voøng caùc loã troáng treân ñóa maõ chính laø soá bit cuûa encoder. Voû 110 111 Ñóa maõ Ñóa maõ Truïc Boä thu phaùt 101 000 hoàng ngoaïi Loã troáng Phototransisto 001 100 010 011 Truïc tia OÅ bi Led hoàng ngoaïi Daây daãn Hình 5.19 Caáu taïo cuûa encoder tuyeät ñoái 3 bit 91
Boä thu phaùt hoàng ngoaïi coù caáu taïo goàm ba caëp thu phaùt hoàng ngoaïi boá trí nhö hình 5.16 D0 (LSB) D1 D2 Hình 5.20 Sô ñoà thu phaùt hoàng ngoaïi trong emcoder tuyeät ñoái Caùc caëp thu phaùt hoàng ngoaïi ñöôïc boá trí thaúng haøng sao cho truïc tia saùng cuûa moãi caëp thu phaùt seõ ñi qua taâm cuûa moät loã troáng. Khi ñóa maõ quay thì ôû ngoõ ra seõ taïo ra moät soá nhò phaân, maõ BCD hoaëc maõ Gray tuyø vaøo caùch ñuïc loã treân ñóa maõ. Neáu goïi soá bit ngoõ ra cuûa encoder tuyeät ñoái laø n thì khi encoder quay moät voøng seõ cho ra 2n giaù trò, goïi ñoä phaân giaûi cuûa encoder laø s: 360 0 s= (5.7) 2n Hình 5.21 Hình daïng cuûa encoder tuyeät ñoái Maïch ngoõ ra cuûa encoder: Hình 5.22 Maïch ngoõ ra cuûa encoder b. ÖÙng duïng cuûa encoder: Encoder ñöôïc duøng ñeå ño toác ñoä, ño chieàu daøi, ño dòch chuyeån, ño vò trí, ño goùc quay …. 92
Ví duï 1: Duøng encoder ñeå ño toác ñoä baêng taûi trong maùy roùt nöôùc chai. Encoder Hình 5.23 Duøng encoder ño toác ñoä baêng taûi Ví duï 2: Duøng encoder ñeå ño chieáu daøi trong maùy caét kim loaïi. Encoder Hình 5.24 duøng encoder ño chieàu daøi Maïch ño töø 0 ÷99 duøng encoder töông ñoái: U5 R1 7 13 1 16 QA A A B 1 12 2 15 D Q D/U QB B B 2 11 3 14 CLK QC C C A 6 10 4 13 CK RS QD D D A 9 5 12 E 3 15 6 11 QN LT F 4 14 7 10 BI G 5 8 9 LE Vcc R2 1 7 13 1 16 QA A A 3 1 12 2 15 D/U QB B B 2 2 11 3 14 CLK QC C C 6 10 4 13 RS QD D D 9 5 12 E 1 3 15 6 11 LT F 3 4 14 7 10 BI G 2 5 8 9 LE Vcc Hình 5.25 Maïch ño 2 digit duøng IC ñeám leân/xuoáng Hex 93