Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Điện tử công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:104

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Điện tử công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng)" được biên soạn với mục tiêu giúp sinh viên trình bày đúng cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến; phân tích đúng các phương pháp kết nối mạch điện;...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Điện tử công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Kỹ thuật cảm biến là một trong những mô đun cơ sở của nghề Điện tử công nghiệp được biên soạn dựa theo chương trình đào tạo đã xây dựng và ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện tử công nghiệp hệ Cao đẳng. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu, trong mỗi bài học đều có thí dụ và bài tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phần lý thuyết. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm thực tế giảng dạy, thiết bị thực hành của trường, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và cập nhật những kiến thức mới có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có: Bài 1 MĐ14-01: Các loại cảm biến Bài 2 MĐ14-02: Cảm biến quang Bài 3 MĐ14-03: Cảm biến hồng ngoại PIR Bài 4 MĐ14-04: Cảm biến từ Bài 5 MĐ14-05: Cảm biến điện dung Bài 6 MĐ14-06: Cảm biến áp suất Bài 7 MĐ14-07: Cảm biến trọng lượng Bài 8 MĐ14-08: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các nghề điện tử dân dụng, cơ điện tử, điện công nghiệp và điện dân dụng. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ điều chỉnh hoàn thiện hơn. Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Nguyễn Thanh Nhàn 2
MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN..............................................................................................................1 LỜI GIỚI THIỆU.............................................................................................................................2 MỤC LỤC........................................................................................................................................3 BÀI 1: CÁC LOẠI CẢM BIẾN.......................................................................................................8 1. Khái niệm cơ bản về các bộ cảm.................................................................................................8 2. Phạm vi ứng dụng........................................................................................................................9 3. Phân loại các loại cảm biến.......................................................................................................20 4. Thực hành..................................................................................................................................21 4.1. Các bước khảo sát các loại cảm biến.......................................................................................21 4.2. Khảo sát hộp hiển thị...............................................................................................................22 BÀI 2: CẢM BIẾN QUANG.........................................................................................................24 1. Tổng quan về cảm biến quang...................................................................................................24 2. Thông số kỹ thuật......................................................................................................................25 2.1. Cảm biến quang thu phát.........................................................................................................25 2.2. Cảm biến quang phản xạ gương..............................................................................................26 2.3. Cảm biến quang loại phản xạ - khuếch tán.............................................................................26 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị...................................................................................................27 3.1. Cảm biến quang thu phát.........................................................................................................27 3.2. Cảm biến quang phản xạ gương..............................................................................................29 3.3. Cảm biến quang loại phản xạ - khuếch tán.............................................................................31 4. Các chức năng của thiết bị.........................................................................................................32 4.1. Cảm biến quang thu phát.........................................................................................................32 4.2. Cảm biến quang phản xạ gương..............................................................................................32 4.3. Cảm biến quang loại phản xạ - khuếch tán.............................................................................32 5. Cách sử dụng thiết bị.................................................................................................................32 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại cảm biến quang..........................................................................37 7. Thực hành..................................................................................................................................37 BÀI 3: CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI PIR.......................................................................................39 1. Tổng quan về cảm biến hồng ngoại...........................................................................................39 2. Thông số kỹ thuật......................................................................................................................40 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị...................................................................................................40 4. Các chức năng của thiết bị.........................................................................................................41 5. Cách sử dụng thiết bị.................................................................................................................41 6. Vận hành và bảo dưỡng cảm biến hồng ngoại PIR...................................................................41 7. Bảo trì và bảo dưỡng các loại cảm biến hồng ngoại..................................................................47 8. Thực hành..................................................................................................................................47 BÀI 4: CẢM BIẾN TỪ..................................................................................................................49 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến từ......................................................................49 2. Thông số kỹ thuật......................................................................................................................50 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị...................................................................................................51 4. Các chức năng của thiết bị.........................................................................................................51 5. Cách sử dụng thiết bị.................................................................................................................51 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại cảm biến từ................................................................................58 7. Thực hành..................................................................................................................................58 BÀI 5: CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG..................................................................................................60 3
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung.........................................................60 2. Thông số kỹ thuật......................................................................................................................61 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị...................................................................................................62 4. Các chức năng của thiết bị.........................................................................................................62 5. Cách sử dụng thiết bị.................................................................................................................63 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại cảm biến điện dung....................................................................69 7. Thực hành..................................................................................................................................69 BÀI 6: CẢM BIẾN ÁP SUẤT.......................................................................................................71 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất..............................................................71 2. Thông số kỹ thuật......................................................................................................................72 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị...................................................................................................73 4. Các chức năng của thiết bị.........................................................................................................74 5. Cách sử dụng thiết bị.................................................................................................................74 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại cảm biến áp suất........................................................................80 7. Thực hành..................................................................................................................................81 BÀI 7: CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG...........................................................................................82 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến trọng lượng.......................................................82 2. Thông số kỹ thuật......................................................................................................................83 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị...................................................................................................83 4. Các chức năng của thiết bị.........................................................................................................83 5. Cách sử dụng thiết bị.................................................................................................................84 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại cảm biến trọng lượng.................................................................86 7. Thực hành..................................................................................................................................87 BÀI 8: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ - ĐỘ ẨM....................................................................................88 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm................................................88 2. Thông số kỹ thuật......................................................................................................................89 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị...................................................................................................90 4. Các chức năng của thiết bị.........................................................................................................91 5. Cách sử dụng thiết bị.................................................................................................................91 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.........................................................100 7. Thực hành................................................................................................................................101 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................102 4
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: KỸ THUẬT CẢM BIẾN Mã mô đun: MĐ 14 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun - Vị trí: Mô đun được bố trí dạy sau hoặc song song với môn học, mô đun cơ sở như: Điện kỹ thuật, An toàn lao động, Đo lường điện-điện tử, Linh kiện điện tử và học trước các môn học, mô đun chuyên môn nghề như Điều khiển điện khí nén, Vi điều khiển cơ bản, PLC cơ bản, Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS, Rô bốt công nghiệp... - Tính chất: Là mô đun bắt buộc trong chương trình đào tạo cao đẳng Điện tử công nghiệp. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Cảm biến có vai trò quan trọng trong các bài toán điều khiển quá trình nói riêng và trong các hệ thống điều khiển tự động nói chung. Là thiết bị có khả năng cảm nhận các tín hiệu điều khiển vào, ra. Đo đạc các giá trị. Giới hạn cảm nhận với đại lượng vật lý cần đo... Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Trình bày đúng cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến + Phân tích đúng các phương pháp kết nối mạch điện - Kỹ năng: + Thiết kế các mạch cảm biến đơn giản đúng yêu cầu kỹ thuật + Thực hành lắp ráp một số mạch điều khiển thiết bị cảm biến đúng yêu cầu + Kiểm tra, vận hành và sửa chữa được mạch ứng dụng các loại cảm biến đúng yêu cầu kỹ thuật - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Có sáng kiến, tìm tòi, khám phá trong quá trình học tập và công việc + Có khả năng tự định hướng, chọn lựa phương pháp tiếp cận thích nghi với các bài học + Có năng lực đánh giá kết quả học tập và nghiên cứu của mình + Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chuyên môn Nội dung mô đun: Thời gian (giờ) Thực Số hành, thí Tên các bài trong mô đun Lý Kiểm TT Tổng số nghiệm, thuyết tra thảo luận, bài tập 1 Bài 1: Các loại cảm biến 4 2 2 1. Khái niệm cơ bản về các bộ cảm 0.5 0.5 biến 2. Phạm vi ứng dụng 0.5 0.5 3. Phân loại các loại cảm biến 1 1 4. Thực hành 2 2 4.1. Các bước khảo sát các loại cảm biến 5
4.2. Khảo sát hộp hiển thị 2 Bài 2: Cảm biến quang 12 6 5 1 1. Tổng quan về cảm biến quang 1 1 2. Thông số kỹ thuật 1 1 2.1 Cảm biến quang thu phát 2.2 Cảm biến quang phản xạ gương 2.3 Cảm biến quang loại phản xạ - khuếch tán 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị 1 1 3.1 Cảm biến quang thu phát 3.2 Cảm biến quang phản xạ gương 3.3 Cảm biến quang loại phản xạ - khuếch tán 4. Các chức năng của thiết bị 1 1 4.1 Cảm biến quang thu phát 4.2 Cảm biến quang phản xạ gương 4.3 Cảm biến quang loại phản xạ - khuếch tán 5. Cách sử dụng thiết bị 1 1 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại 1 1 cảm biến quang 7.Thực hành 5 5 Kiểm tra 1 1 3 Bài 3: Cảm biến hồng ngoại PIR 4 2 2 1. Tổng quan về cảm biến hồng 0.25 0.25 ngoại PIR 2. Thông số kỹ thuật 0.25 0.25 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị 0.25 0.25 4. Các chức năng của thiết bị 0.25 0.25 5. Cách sử dụng thiết bị 0.5 0.5 6. Vận hành và bảo dưỡng cảm biến 0.5 0.5 hồng ngoại PIR 7. Bảo trì và bảo dưỡng các loại cảm biến hồng ngoại 8.Thực hành 2 2 4 Bài 4: Cảm biến từ 4 2 2 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 0.25 0.25 của cảm biến từ 2. Thông số kỹ thuật 0.25 0.25 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị 0.25 0.25 4. Các chức năng của thiết bị 0.25 0.25 5. Cách sử dụng thiết bị 0.5 0.5 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại 0.5 0.5 cảm biến từ 6
7.Thực hành 2 2 5 Bài 5: Cảm biến điện dung 4 2 2 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 0.25 0.25 của cảm biến điện dung 2. Thông số kỹ thuật 0.25 0.25 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị 0.25 0.25 4. Các chức năng của thiết bị 0.25 0.25 5. Cách sử dụng thiết bị 0.5 0.5 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại 0.5 0.5 cảm biến điện dung 7.Thực hành 2 2 6 Bài 6: Cảm biến áp suất 8 4 4 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 0.5 0.5 của cảm biến áp suất 2. Thông số kỹ thuật 0.5 0.5 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị 0.5 0.5 4. Các chức năng của thiết bị 0.5 0.5 5. Cách sử dụng thiết bị 1 1 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại 1 1 cảm biến áp suất 7.Thực hành 4 4 7 Bài 7: Cảm biến trọng lượng 16 8 7 1 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 1 1 của cảm biến trọng lượng 2. Thông số kỹ thuật 1 1 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị 1 1 4. Các chức năng của thiết bị 1 1 5. Cách sử dụng thiết bị 2 2 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại 2 2 cảm biến trọng lượng 7.Thực hành 7 7 Kiểm tra 1 1 8 Bài 8: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 8 4 3 1 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 0.5 0.5 của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 2. Thông số kỹ thuật 0.5 0.5 3. Giao diện sử dụng trên thiết bị 1 1 4. Các chức năng của thiết bị 0.5 0.5 5. Cách sử dụng thiết bị 0.5 0.5 6. Bảo trì và bảo dưỡng các loại 1 1 cảm nhiệt độ, độ ẩm 7.Thực hành 3 3 Kiểm tra 1 1 Cộng 60 30 27 03 7
BÀI 1: CÁC LOẠI CẢM BIẾN Mã Bài: MĐ14- 01 Giới thiệu: Chúng ta sống trong một thế giới của cảm biến, chúng ta có thể tìm thấy các loại cảm biến khác nhau trong nhà, văn phòng, ô tô, nhà máy, xí nghiệp sản xuất, v.v … để làm cho cuộc sống của chúng ta dễ dàng hơn bằng cách bật đèn bằng cách phát hiện sự hiện diện của chúng tôi, điều chỉnh nhiệt độ phòng, phát hiện khói hoặc lửa, pha cà phê ngon, mở cửa nhà để xe ngay khi xe của chúng tôi ở gần cửa và nhiều nhiệm vụ khác. Tất cả những điều này và nhiều nhiệm vụ tự động hóa khác đều có thể vì chúng ta sử dụng các loại cảm biến. Mục tiêu: - Trình bày đúng khái niệm về cảm biến - Trình bày đúng các loại cảm biến theo phạm vi ứng dụng - Nhận dạng đúng các loại cảm biến được sử dụng trong từng lĩnh vực cụ thể - Chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập Nội dung chính: 1. Khái niệm cơ bản về các bộ cảm Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được. Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m): s = F(m) Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m). Cảm biến đóng vai trò như các thiết bị cung cấp thông tin cho các bộ điều khiển. Có thể so sánh như giác quan của con người trong quá trình hoạt động Hình 1.1. Các loại cảm biến được sử dụng phổ biến hiện hay 8
2. Phạm vi ứng dụng Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại được ứng dụng trong các ngành công nghiệp và trong đời sống hằng ngày, là một loại cảm biến ứng dụng mang lại hiệu quả cao. Gồm một số những ứng dụng tiêu biểu đó là: Hình 1.2. Cảm biến hồng ngoại Hình 1.3. Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại Có thể nói đây là một ứng dụng vô cùng hiệu quả của cảm biến hồng ngoại. Chúng góp phần tích cực vào việc ngăn kẻ gian đột nhập vào nhà. Những cảm biến này nên được gắn tại các vị trí quan trọng như: cửa sổ, cửa ra vào, … Với tầm hoạt động 3 – 5m và vùng quét 360 o thì khi có kẻ trộm xâm nhập, ngay lập tức thiết bị sẽ nhận được tín hiệu nhiệt và chuyển động của con người và phát ra những cảnh báo để chủ nhà biết. Thậm chí khi cần thiết ta có thể kích hoạt các tính năng khác, bất cứ ai tiếp cận ngôi nhà đều sẽ bị phát hiện nhanh chóng. - Cảm biến hồng ngoại và đo nhiệt độ Ngoài những khả năng nhận biết chuyên biệt, những cảm biến hồng ngoại này có khả năng đo và nhận tín hiệu nhiệt độ của môi trường xung quanh. - Việc bật tắt đèn trở nên đơn giản Với những cảm biến này thì việc bật tắt đèn không hề tốn chút sức lực hay sự di chuyển nào. Chúng có thể được thiết kế như công tắc cảm ứng. Khi có sự xuất hiện của con người di chuyển vào vùng nhận dạng của thiết bị thì hệ thống đèn sẽ được tự động kích hoạt và hoạt động. 9
Thông minh hơn thế, những thiết bị này còn có thể tự động hẹn giờ và cảm biến được ánh sáng của môi trường để điều khiển hệ thống đèn cho hợp lí. Có lẽ đây chính là một ứng dụng tiện ích và phù hợp cho những hệ thống smarthome hiện nay. - Cảm biến hồng ngoài trong sản xuất Với các hệ thống sản xuất hay bán hàng thì cảm biến này cũng chứng tỏ những vai trò quan trọng của mình, chúng giúp cho việc bán hàng, quản lí hàng hóa trong kho, hạn chế sai sót của nhân viên trở nên dễ dàng. Bộ phận giao nhận hàng có thể tiết kiệm được nhiều thời gian và hạn chế thất thoát hàng hóa. - Sử dụng trong quân sự, quốc phòng Kỹ thuật hồng ngoại rất quan trọng với ngành quốc phòng. Những tên lửa không đối không cự ly gần mà máy bay chiến đấu sử dụng đều có dùng tia hồng ngoại dẫn đường. Như vậy cảm biến hồng ngoại sẽ là rất hữu ích và được sử dụng phổ biến. Không dừng lại ở đó, cảm biến hồng ngoại ngày càng được sử dụng rộng hơn trong các ứng dụng gắn liền với cuộc sống con người như: dùng cho đồ dùng nhà bếp, áp dụng trong truyền thông, phụ kiện vi tính, nhận diện tiền, … Ứng dụng của cảm biến nhiệt Hình 1.4. Cảm biến nhiệt - Đo nhiệt độ nước Đối với khu vực bể chứa cần giám sát nhiệt hoặc các dây chuyền gia công sản xuất, các thiết bị sắt thép đều được gắn các loại bộ cảm biến nhiệt độ. Đo nhiệt độ trên đường ống nước nóng trực tiếp bằng cảm biến. - Giám sát nhiệt độ lò hơi Hình 1.5. Cảm biến đo nhiệt độ lò hơi 10
Lò hơi là một thiết bị có giá trị rất cao và đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền cấp hơi phục vụ cho sản xuất. Do vậy việc kiểm soát nhiệt độ – áp suất tại các lò hơi rất quan trọng. Nếu giám sát không tốt có thể gây ra nổ lò hơi hoặc làm hỏng lò. - Kiểm soát nhiệt độ lò sấy, lò đốt Dây cảm biến nhiệt độ rất quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ giúp các lò sấy nhiên liệu nên được ứng dụng nhiều trong công tác kiểm soát nhiệt độ lò sấy và các loại lò đốt. - Duy trì nhiệt độ lò ấp trứng Tại các lò ấp trứng thường xuyên sử dụng các loại dây dò nhiệt nhằm tiết kiệm chi phí. Vì các khu vực này không cân nhiệt độ cao nhưng yêu cầu nhiệt độ phải chuẩn. - Đo nhiệt độ muối – axit – hóa chất Đây là một trong những môi trường cần giám sát nhiệt rất khắc nghiệt. Vì bản thân các dòng lưu chất này đều có độ bào mòn thiết bị theo thời gian rất cao. Ứng dụng của cảm biến tiệm cận Hình 1.6. Cảm biến tiệm cận - Tính lon bia được sản xuất trong ngày Tín hiệu từ sensor sẽ được xuất ra khi phát hiện lon bia được đưa về bộ đếm counter, bộ đếm counter hiển thị chính xác số lon bia được sản xuất trong từng ca làm việc của công nhân. - Giám sát hoạt động của khuôn dập Hình 1.7. Cảm biến giám sát hoạt động khuôn dập 11
Cảm biến tiệm cận có nhiệm vụ là phát hiện và đếm số lần khuôn dập được dập trong 1 ngày chính xác là bao nhiêu. - Phát hiện các lon nhôm trong dây chuyền Loại những lon không phải lon nhôm như lon thép ra khỏi dây chuyền sản xuất. Và chúng được sử dụng trong một số ứng dụng cần đến sự phân loại giữa nhôm và nhiều kim loại khác, cảm biến sẽ phát hiện nhôm hoặc đồng đó là sự lựa chọn tinh tế. - Phát hiện nắp bằng kim loại trong môi trường nước Phát hiện những chai có nắp kim loại, trong môi trường ẩm ướt và có nhiều hơi nước. Chính vì thế trong một vài ứng dụng sẽ đòi hỏi sensor phải chịu độ ẩm cao hoặc là tiếp xúc trực tiếp với nước. - Kiểm tra xem gãy mũi khoan Cảm biến tiệm cận có nhiệm vụ là xuất tín hiệu và báo khi máy khoan bị gãy mũi. Nếu trong trường hợp này thì do mũi khoan khá là nhỏ nên việc sử dụng cảm biến có bộ khuếch đại rời sẽ là thích hợp nhất. - Phát hiện vật có kích thước nhỏ và vật kim loại rơi Khi vật kim loại rơi vào trong lòng của cảm biến thì cảm biến sẽ phát hiện chúng và xuất tín hiệu mong muốn. Cảm biến tiệm cận được sử dụng trong các ứng dụng chỉ cần phát hiện có hoặc không có vật kim loại mà không cần thiết phải phân biệt vật đó là kim loại nào. - Phát hiện mực chất lỏng ở trong những bồn có bọt Phát hiện mực nước ở trong bồn có bọt mà không bị ảnh hưởng bởi bọt thì người t thường sử dụng cảm biến điện dung, sử dụng cảm biến này với nút điều chỉnh của độ nhạy giúp tránh được ảnh hưởng của bọt khí. - Phát hiện sữa hoặc là nước trái cây ở bên trong hộp Người ta thường sử dụng cảm biến tiệm cận điện dung để phát hiện lượng sữa hoặc là nước trái cây đựng bên trong hộp giấy, đây là loại cảm biến có công suất lớn để có thể giúp phát hiện được lượng chất lỏng có bên trong hộp giấy. - Phát hiện kiếng trên băng chuyền sản xuất Vì cảm biến kiểu điện dung có thể giúp chúng ta phát hiện được tất cả các vật nên nó được sử dụng rất tốt trong những ứng dụng tương tự như thế này. - Ứng dụng của cảm biến quang Hình 1.8. Hình ảnh cảm biến quang Phát hiện sự thay đổi màu sắc, độ tương phản và độ phát quang của đối tượng 12
Hình 1.9. Ứng dụng màu tương phản Phát hiện các mục tiêu có lỗ rỗng và các dấu hiệu không nhìn thấy được trên sản phẩm Phát hiện sự hiện diện hoặc chuyển động của một vật trong khu vực hoặc vùng cảm ứng xác định Phát hiện mức độ chứa trong một phễu Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình rửa Định vị vị trí của hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động Phát hiện sự có mặt / không có nội dung trong thùng / chai sữa Kiểm tra đường đi của xe ô tô trên băng tải Kiểm tra chỗ ngồi của các phôi cho một bộ xử lý NC Kiểm tra vị trí của ô tô trong dây chuyền lắp ráp cuối cùng Kiểm tra khối động cơ Xác minh mức độ đầy của cà phê trong lon Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai Hình 1.10. Ứng dụng kiểm tra nhãn của cảm biến quang Đảm bảo kiểm soát an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe Bật bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay Kiểm soát thang máy, và mở cửa ra vào cửa hàng tạp hóa 13
Phát hiện chiếc xe chiến thắng tại các sự kiện đua xe. Phát hiện vật liệu khác trong dây chuyền Hình 1.11. Ứng dụng phát hiện chai nhựa trong dây chuyền Tuy nhiên, cảm biến quang điện vẫn còn bị hạn chế ở một số lĩnh vực bởi độ cảm ứng của dải ánh sáng bị ảnh hưởng bởi màu sắc và độ phản chiếu của mục tiêu. Ứng dụng của cảm biến siêu âm Hình 1.12. Cảm biến siêu âm - Cảm biến siêu âm dùng để cảnh báo Do độ bám dính bên trong của Label với vật liệu lót thể hiện mối nối không có lớp không khí tách biệt. Cảm biến phải được hiệu chuẩn với label và vật liệu lót. Nếu nhiệm vụ là phát hiện sự hiện diện của người. Chúng ta nên chọn cảm biến siêu âm có phạm vi hoạt động tốt vượt quá khoảng cách quét yêu cầu. Phạm vi hoạt động của cảm biến càng lớn, tần số siêu âm của nó càng thấp. Và tần số siêu âm càng thấp, càng dễ phát hiện các chất liệu quần áo thấm nước như len. Khi quét các tấm kính hoặc bề mặt phẳng, nhẵn khác, … Cần chú ý để đảm bảo cảm biến siêu âm quét vuông gốc với bề mặt. 14
Hình 1.13. Ứng dụng của cảm biến siêu âm trong cảnh báo - Cảm biến siêu âm kiểm soát chất lượng (phát hiện ngã đổ) Kiểm soát chất lượng trên máy đóng gói, phổ rộng của cảm biến siêu âm có sẵn để phát hiện vật thể trong quá trình nhanh. Tất cả các dạng cảm biến siêu âm dùng để cảnh báo đều cho ngõ ra dạng PNP hoặc NPN. Ở trạng thái bình thường thì cảm biến luôn OFF. Khi có sự thay đổi của vật cản thì tín hiệu có trạng thái ON để cảnh báo. - Cảm biến siêu âm dùng để giám sát liên tục Kiểm soát mức độ liên tục cho ra tín hiệu 4 – 20mA hoặc 0 – 10V. Tín hiệu này được đưa về PLC, biến tần để điều khiển để ổn định mức trong các bồn chứa. Độ chính xác của cảm biến siêu âm phụ thuộc vào người lắp đặt và cài đặt. Bởi vì khoảng cách càng lớn thì sai số càng lớn. Do đó, cần phải xác định được khoảng cách cần đo để lắp cảm biến chính xác. Giám sát mức trong các thùng chứa nhỏ, ngay cả trong các thùng chứa có đường kính dưới 5mm. - Cảm biến siêu âm phát hiện mối nối Phát hiện mối nối và cả label Ngoài ra, cảm biến siêu âm dùng để ứng dụng trong một số lĩnh vực khác như: Trong khu vực biển; thì cảm biến siêu âm dùng để rò sét kiểm tra dưới đáy biển có đá ngầm hay tàu ngầm hay không. Cảm biến siêu âm ứng dụng trong công nghiệp để đo và kiểm soát lưu lượng chất lỏng trong các thùng chứa chất lỏng, bể chứa chất lỏng, hoặc kiểm tra dây chuyền sản xuất. Trong bệnh viện các y bác sĩ dùng các loại cảm biến siêu âm bằng rada để siêu âm trong bụng bà bầu xem thai nhi là gái hay trai; kiểm tra xem trong cơ thể có các khối u, các khối ung thư, … Ứng dụng của cảm biến lực 15
Hình 1.14. Cảm biến lực - Sử dụng trong các loại cân điện tử Từ ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật đòi hỏi độ chính xác cao cho tới những chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải. Hình 1.15. Ứng dụng của cảm biến lực trong cân ô tô - Trong ngành công nghệ cao Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Loại Loadcell này được gắn vào đầu của ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi chúng cầm nắm hoặc nhấc lên. Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp Các load cell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa trong công nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm. Loadcell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa, giám sát việc phân phối khối lượng vào từng bao bì một cách chính xác. Ứng dụng trong cầu đường Các Loadcell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu treo. Loadcell được lắp đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức ép chân cầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau. Các dữ liệu thu được sẽ được gửi đến một hệ thống thu thập và xử lí số liệu. sau đó số liệu sẽ được xuất ra qua thiết bị truy xuất như điện thoại, máy tính, LCD. Từ đó có sự 16
cảnh báo về độ an toàn của cầu. Từ đó tìm ra các biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp thời. Ứng dụng của cảm biến áp suất Hình 1.16. Ứng dụng của cảm biến áp suất trong nước Cảm biến áp suất dùng để đo trong hệ thống lò hơi, thường được đo trực tiếp trên lò hơi. Khu vực này cần đo chính xác khá cao & phải chịu nhiệt độ cao. Các máy nên khí cũng cần phải đo áp suất để giới hạn áp suất đầu ra, tránh trường hợp quá áp dẩn đến hư hỏng & cháy nổ. Trên các trạm bơm nước cũng cần cảm biến áp suất để giám sát áp suất đưa về PLC hoặc biến tần để điều khiển bơm nước. Để điều áp hoặc điều khiển áp suất sau van điều khiển thì cảm biến áp suất đóng vai trò rất quan trọng vì sẽ ảnh hưởng trực tiếp áp suất đầu ra sau van điều khiển. Trên các xe cẩu thường có các ben thuỷ lực, yêu cầu giám sát các ben thuỷ lực này rất quan trọng vì sẽ ảnh hưởng đến lực kéo của ben. Vì thế họ luôn lắp cảm biến áp suất để giám sát áp suất trên các ben thuỷ lực này. Các tank chứa nước hoặc nguyên vật liệu thường dùng cảm biến áp suất để đo mức các tank này. Ứng dụng của cảm biến gia tốc Hình 1.17. Cảm biến gia tốc - Trong kỹ thuật Gia tốc kế được dùng để đo lường khả năng tăng tốc của xe. Có thể sử dụng để đo 17
độ rung trên máy móc, nhà xưởng, hệ thống điều khiển hoặc thiết lập an toàn. Chúng cũng được dùng để đo đạc các hoạt động địa chấn, độ nghiêng, độ rung của máy, khoảng cách động hoặc tốc độ có hoặc không ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Dùng gia tốc kế để tạo máy đo trọng lực cũng là một trong những ứng dụng phổ biến trong kỹ thuật. - Trong sinh học Gia tốc kế được sử dụng nhiều trong lĩnh vực nghiên cứu sinh học. Tín hiệu thu từ gia tốc kế có dãy tần cao 2 trục, 3 trục có thể mô tả lại hành vi của động vật khi chúng ra khỏi tầm nhìn. Phương pháp sử dụng gia tốc kế trên động vật để nghiên cứu hiện đang được các nhà sinh vật học sử dụng ngày càng nhiều. - Trong công nghiệp Gia tốc kế được sử dụng để giám sát tình trạng của máy móc bằng cách theo dõi sự rung động và những thay đổi trong thời gian hoạt động của trục trên ổ bi của các thiết bị quay như tua bin, máy bơm, quạt, con lăn, máy nén,…nếu không kịp thời khắc phục sẽ dễ dẫn đến hư hỏng và gây tốn rất nhiều chi phí khi sửa chữa. Dữ liệu thu thập từ cảm biến đo rung chính là giá trị để phân tích nhằm phát hiện hỏng hóc đang diễn ra trên thiết bị trước khi nó bị hư hỏng hoàn toàn. - Giám sát công trình xây dựng Cảm biến gia tốc được sử dụng để đo các chuyển động và rung động của một công trình được gắn tải trọng động, tải động có thể từ nhiều nguồn khác nhau như: - Các hoạt động của con người: Chạy bộ, đi bộ, nhảy múa, … - Máy móc làm việc trong một toàn nhà hoặc trong khu vực xung quanh - Công trình xây dựng: ép cọc, khoan, khai quật,… - Xe cộ, tải chuyển động trên công trình cầu - Va chạm xe cơ giới - Các tải tác động - Sự gãy vỡ của các cấu trúc - Tải gây ra bởi gió - Áp suất khí - Động đất, dư chấn,… - Ở các ứng dụng công trình xây dựng, việc đo và ghi lại tổng quát một cấu trúc có đáp ứng được hay không các yêu cầu là rất quan trọng để đánh giá sự an toàn và khả năng tồn tại của cấu trúc đó. - Trong Y khoa Trong y khoa nhờ vào các cảm biến này mà đồng hồ có thể đếm được số bước chân, giúp cho người dùng có thể thiết lập chế độ vận động như đi bộ vài ngàn bước mỗi ngày. Gia tốc kế được đề xuất sử dụng trong mũ bảo hiểm để đo đạc vận động và va chạm, và nhiều ứng dụng y khoa khác đang dùng loại cảm biến này. Và rất nhiều những lĩnh vực khác như: Vận tải, điện tử gia dụng, chuyển động, chụp ảnh,… Ứng dụng của cảm biến vị trí 18
Hình 1.18. Cảm biến vị trí Một số ứng dụng chính của cảm biến vị trí bao gồm: - Thiết bị y tế - Máy đóng gói - Máy ép phun - Tàu cao tốc lấy những đường cong tròn - Xe ô tô - Hệ thống máy bay fly-by-wire Ứng dụng của cảm biến thông minh Hình 1.19. Ứng dụng của cảm biến thông minh - Cảm biến màu Cảm biến màu phân tách ánh sáng phản xạ từ một đối tượng thành các thành phần đỏ, xanh lá cây và xanh da trời. Mỗi thành phần được đánh giá và xác định xem có thuộc phạm vi cảm nhận được thiết lập trước đó cho mỗi màu riêng biệt. Tiếp cận này rất hiệu 19
quả khi giám sát các màu có độ đồng đều trong những ứng dụng như dệt may, công nghiệp nhựa và các quá trình cho màu đồng đều khác. - Cảm biến tương phản Cảm biến tương phản phát hiện sự khác nhau trong độ tương phản khi đối tượng /dấu hiện hữu hoặc trống trong khoảng 25 mm và được sử dụng nhiều trong sản xuất. Cảm biến thông minh được sử dụng rất nhiều trên smartphone hoặc tablet để tự động hóa cho các sản phẩm này. Một số ứng dụng của cảm biến từ Hình 1.20. Cảm biến từ Một ứng dụng khá rộng rãi tại các các cơ sở sản xuất, người ta sử dụng cảm biến từ để đo độ dày các tạp chất bám vào thành ống sắt từ. Hay cảm biến từ còn được ứng dụng lắp đặt tại một số vị trí trên xe oto với chức năng cảnh báo cho người lái xe về sự xuất hiện của các vật thể kim loại tại những nơi tài xế khó quan sát. Bên cạnh đó nhiều nơi người ta sử dụng cảm biến từ để đo thể tích chất lỏng trong bình kín bằng việc thả một tấm xốp có gắn kim loại vào miệng thùng sau đó sử dụng cảm biến từ để đo. Dùng để phát hiện kim loại (các vật mang từ tính) Được dùng trong dây chuyền sản xuất nước giải khát, đóng hộp, thực phẩm, linh kiện điện tử, đếm sản phẩm, sản xuất linh kiện. 3. Phân loại các loại cảm biến Tùy theo các đặc trưng phân loại, cảm biến có thể được chia thành nhiều loại khác nhau. Bảng 1.1: Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích Hiện tượng Chuyển đổi giữa đáp ứng-kích thích Nhiệt điện Quang điện Quang từ Hiện tượng vật lý Điện từ Quang đàn hồi Từ điện Nhiệt từ Hoá học Biến đổi hoá học Biến đổi điện hoá 20