bai tập môn cảm biến

55 2 0
  • Loading ...
1/55 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 15/03/2020, 12:50

CẢM BIẾN NHIỆTDo nhiệt độ có thể có ảnh hưởng đáng kể đến vật liệu và quy trình ở cấp độ phân tử, nó được cảm nhận rộng rãi nhất trong tất cả các loại cảm biến. Nhiệt độ là một mức độ nóng hoặc lạnh cụ thể được tham chiếu đến một thang đo cụ thể. Nó cũng có thể được định nghĩa là lượng năng lượng nhiệt trong một vật thể hoặc hệ thống. Nhiệt năng liên quan trực tiếp đến năng lượng phân tử (rung động, ma sát và dao động của các hạt trong một phân tử): năng lượng nhiệt càng cao thì năng lượng phân tử càng lớn. Cảm biến nhiệt độ phát hiện sự thay đổi các thông số vật lý như điện trở hoặc điện áp đầu ra tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ. Có hai loại cơ bản cảm biến nhiệt độ:■ Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc đòi hỏi cảm biến phải ở trạng thái vật lý trực tiếp tiếp xúc với các phương tiện truyền thông hoặc đối tượng được cảm nhận. Nó có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ của chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí ở phạm vi nhiệt độ cực rộng.■ Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc diễn giải năng lượng bức xạ của nguồn nhiệt trong dạng năng lượng phát ra trong phần hồng ngoại của phổ điện từ. Phương pháp này có thể được sử dụng để theo dõi chất rắn và chất lỏng không phản chiếu nhưng không hiệu quả với khí do tính trong suốt tự nhiên của chúng.I. CÁC LOẠI CẢM BIẾN VÀ CÔNG NGHỆ CẢM BIẾNCảm biến nhiệt độ bao gồm ba họ: cơ điện, điện tử và điện trở.Cơ điệnBộ điều nhiệt lưỡng kim chính xác như tên gọi của nó: hai kim loại khác nhau liên kết với nhau dưới sức nóng và áp suất để tạo thành một dải vật liệu duy nhất. Bằng cách sử dụng tốc độ dãn nở khác nhau của hai vật liệu, năng lượng nhiệt có thể được chuyển đổi thành chuyển động cơ điện.Có hai công nghệ nhiệt kim loại cơ bản: snapaction và. Các thiết bị snapaction sử dụng đĩa lưỡng kim để cung cấp sự thay đổi gần như tức thời của hệ thống (mở để đóng và đóng để mở). Kiểu creeper sử dụng dải lưỡng kim để từ từ mở và đóng các tiếp điểm. Tốc độ mở được xác định bởi lưỡng kim đã chọn và tốc độ thay đổi nhiệt độ của ứng dụng. Bộ điều nhiệt lưỡng kim cũng có sẵn trong các phiên bản điều chỉnh. Bằng cách xoay một ốc vít, một thay đổi hình học bên trong diễn ra làm thay đổi điểm đặt nhiệt độ. Điện tửCảm biến silicon sử dụng các đặc tính điện trở số lượng lớn của vật liệu bán dẫn, hơn là đường giao nhau của hai khu vực pha tạp khác nhau. Đặc biệt ở nhiệt độ thấp, cảm biến silicon cung cấp một sự gia tăng gần như tuyến tính về điện trở so với nhiệt độ hoặc hệ số nhiệt độ dương (PTC). Các thiết bị loại IC có thể cung cấp khả năng đọc nhiệt độ kỹ thuật số trực tiếp, vì vậy không cần bộ chuyển đổi A D. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MƠN CẢM BIẾN TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN ĐO GÓC VÀ VẬN TỐC LỚP : CĐT2-K12 GVHD : Thầy Lâm SVTH: …………………… CẢM BIẾN NHIỆT Do nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến vật liệu quy trình cấp độ phân tử, cảm nhận rộng rãi tất loại cảm biến Nhiệt độ mức độ nóng lạnh cụ thể tham chiếu đến thang đo cụ thể Nó định nghĩa lượng lượng nhiệt vật thể hệ thống Nhiệt liên quan trực tiếp đến lượng phân tử (rung động, ma sát dao động hạt phân tử): lượng nhiệt cao lượng phân tử lớn Cảm biến nhiệt độ phát thay đổi thông số vật lý điện trở điện áp đầu tương ứng với thay đổi nhiệt độ Có hai loại cảm biến nhiệt độ: ■ Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc đòi hỏi cảm biến phải trạng thái vật lý trực tiếp tiếp xúc với phương tiện truyền thông đối tượng cảm nhận Nó sử dụng để theo dõi nhiệt độ chất rắn, chất lỏng chất khí phạm vi nhiệt độ cực rộng ■ Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc diễn giải lượng xạ nguồn nhiệt dạng lượng phát phần hồng ngoại phổ điện từ Phương pháp sử dụng để theo dõi chất rắn chất lỏng không phản chiếu khơng hiệu với khí tính suốt tự nhiên chúng I CÁC LOẠI CẢM BIẾN VÀ CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN Cảm biến nhiệt độ bao gồm ba họ: điện, điện tử điện trở Cơ điện Bộ điều nhiệt lưỡng kim xác tên gọi nó: hai kim loại khác liên kết với sức nóng áp suất để tạo thành dải vật liệu Bằng cách sử dụng tốc độ dãn nở khác hai vật liệu, lượng nhiệt chuyển đổi thành chuyển động điện Có hai cơng nghệ nhiệt kim loại bản: snap-action Các thiết bị snapaction sử dụng đĩa lưỡng kim để cung cấp thay đổi gần tức thời hệ thống (mở để đóng đóng để mở) Kiểu creeper sử dụng dải lưỡng kim để từ từ mở đóng tiếp điểm Tốc độ mở xác định lưỡng kim chọn tốc độ thay đổi nhiệt độ ứng dụng 2 Bộ điều nhiệt lưỡng kim có sẵn phiên điều chỉnh Bằng cách xoay ốc vít, thay đổi hình học bên diễn làm thay đổi điểm đặt nhiệt độ Điện tử Cảm biến silicon sử dụng đặc tính điện trở số lượng lớn vật liệu bán dẫn, đường giao hai khu vực pha tạp khác Đặc biệt nhiệt độ thấp, cảm biến silicon cung cấp gia tăng gần tuyến tính điện trở so với nhiệt độ hệ số nhiệt độ dương (PTC) Các thiết bị loại IC cung cấp khả đọc nhiệt độ kỹ thuật số trực tiếp, khơng cần chuyển đổi A / D Nhiệt kế hồng ngoại (IR): Tất vật thể phát lượng hồng ngoại với nhiệt độ chúng không tuyệt đối (0 Kelvin) Có mối tương quan trực tiếp lượng hồng ngoại vật phát nhiệt độ Cảm biến hồng ngoại đo lượng hồng ngoại phát từ vật thể 42020 micrơ bước sóng chuyển đổi đọc thành điện áp Cơng nghệ IR điển hình sử dụng ống kính để tập trung lượng xạ vào thermopile Đầu điện áp kết khuếch đại điều chỉnh để đọc nhiệt độ Các yếu tố ảnh hưởng đến độ xác cảm biến hồng ngoại độ phản xạ (thước đo vật liệu có khả phản xạ lượng hồng ngoại), độ truyền (thước đo vật liệu có khả truyền truyền lượng hồng ngoại) phát xạ (tỷ lệ lượng xạ vật thể với lượng xạ tản nhiệt hoàn hảo bề mặt đo lường) Một vật có độ phát xạ 0,0 vật phản xạ hồn hảo, vật có độ phát xạ 1.0 phát (hoặc hấp thụ) 100% lượng hồng ngoại áp dụng cho Cặp nhiệt điện hình thành hai dây dẫn điện kim loại khác hợp kim nối đầu mạch Cặp nhiệt điện yếu tố cảm biến, chúng bị giới hạn thiết bị nhiệt độ điện trở (RTD) mặt vật liệu sử dụng xử lý nhiệt độ cao nhiều 3 Thông thường, chúng xây dựng xung quanh dây dẫn trần cách điện bột gốm gốm hình thành Tất cặp nhiệt điện có gọi mối nối (hoặc đo lường) nóng bỏng ngã ba lạnh lùng (hoặc tài liệu tham khảo) Một đầu dây dẫn (đường nối đo) tiếp xúc với nhiệt độ trình, đầu trì mức biết tham khảo nhiệt độ Nút giao lạnh điểm nối tham chiếu trì ° C (32 ° F) mức bù điện tử giao diện mét Hình nhiệt kế hồng ngoại Khi đầu chịu nhiệt độ khác nhau, dòng điện chạy dây tỷ lệ với chênh lệch nhiệt độ chúng Nhiệt độ điểm nối đo xác định cách biết loại cặp nhiệt điện sử dụng, cường độ millivolt nhiệt độ mối nối tham chiếu Cặp nhiệt điện phân loại theo loại hiệu chuẩn điện áp EMF khác chúng (suất điện động) so với đáp ứng nhiệt độ Tiềm millivolt chức thành phần vật liệu cấu trúc luyện kim dẫn Thay gán giá trị nhiệt độ cụ thể, cặp nhiệt điện đưa tiêu chuẩn đặc biệt giới hạn lỗi bao gồm phạm vi nhiệt độ điện trở Nhiệt điện trở (hoặc điện trở nhạy cảm với nhiệt) thiết bị thay đổi điện trở liên quan đến nhiệt độ Chúng thường bao gồm hai ba oxit kim 4 loại pha trộn vật liệu gốm có dây hàn chì vào wafer chip bán dẫn, phủ epoxy thủy tinh Nhiệt điện trở có hai loại khác nhau: hệ số nhiệt độ dương (PTC) hệ số nhiệt độ âm (NTC) Các thiết bị PTC thể tích cực thay đổi tăng điện trở nhiệt độ tăng, thiết bị NTC thể giảm điện trở nhiệt độ tăng Sự thay đổi điện trở thiết bị NTC thường lớn, cung cấp độ nhạy cao Chúng có lợi có sẵn cấu hình nhỏ cho phản ứng nhiệt cực nhanh Ngồi cơng nghệ oxit kim loại, thiết bị PTC sản xuất cách sử dụng polime dẫn điện Các thiết bị sử dụng thay đổi pha vật liệu để cung cấp gia tăng điện trở nhanh chóng Điều cho phép họ sử dụng bảo vệ chống lại dòng điện mức nhiệt độ cao Giống RTD, giá trị điện trở nhiệt điện trở định với dung sai cộng trừ nhiệt độ cụ thể Nhiệt điện thường định 25°C Nhiệt điện trở thực tuyến tính cách sử dụng mạch hỗ trợ cầu Wheatstone Sự kháng cự sau diễn giải cách sử dụng bảng tra cứu để thực chức chuyển mạch lái xe mét Chúng sử dụng dạng chất lỏng ứng dụng cảm biến RTD (thiết bị nhiệt độ điện trở), nhiệt điện trở, sử dụng thay đổi điện trở để đo kiểm soát nhiệt độ RTD bao gồm yếu tố cảm biến, dây kết nối phần tử dụng cụ đo lường, hỗ trợ cho định vị yếu tố trình Phần tử cảm biến kim loại điện trở thay đổi với nhiệt độ Phần tử thường chứa cuộn dây màng dẫn có dây dẫn khắc cắt vào Nó thường đặt gốm phủ gốm xi măng thủy tinh Phần tử cảm biến phải đặt nơi đạt đến nhiệt độ q trình nhanh Các thiết bị quấn dây phải bảo đảm đầy đủ độ rung cao ứng dụng sốc Dây nối dài phần tử dụng cụ cho phép đo điện trở từ khoảng cách lớn 5 Hình.1 Vết cắt dây linh hoạt RTD khắc có sẵn cấu hình tiêu chuẩn khác Điển hình Kapton, cao su silicon, Mylar chất điện môi polyester suốt vật liệu sử dụng để cách điện Chúng gắn cong khơng bề mặt sử dụng chất kết dính nhạy áp lực, keo dẫn nhiệt, băng silicon, kẹp khí Loại cấu hình vượt trội nhiều để theo dõi lớn khu vực đường kính ngồi ống bể Họ tích hợp vào mạch nóng linh hoạt để kiểm sốt tối ưu Chọn định cảm biến nhiệt độ Các phần sau đề cập đến phân biệt cảm biến khác nhau, bao gồm nhiệt độ, độ xác khả thay lẫn Những ưu điểm nhược điểm loại cảm biến xác định Chọn cảm biến nhiệt độ Tổng Quát Làm để chọn cảm biến nhiệt độ tốt nhất? Nói chung, tất loại cảm biến hữu ích tùy chọn đo nhiệt độ, có ưu điểm nhược điểm Ví dụ: ■ Nhiệt điện cung cấp độ phân giải cao, có phạm vi ứng dụng rộng nhất, nhạy cảm nhất, chi phí thấp, phi tuyến có phạm vi nhiệt độ hạn chế 6 ■ Cặp nhiệt điện có vùng nhiệt độ cao bền cho ứng dụng hiệu chỉnh cao sốc cao, yêu cầu dây nối dài đặc biệt ■ RTD gần tuyến tính có độ xác ổn định cao, chúng lớn đắt ■ Các loại silicon có chi phí thấp gần tuyến tính, có phạm vi nhiệt độ hạn chế Một xem xét quan trọng việc lựa chọn cảm biến nhiệt vật liệu sử dụng, có giới hạn nhiệt độ Dung sai, độ xác khả thay lẫn quan trọng Dung sai yêu cầu cụ thể, thường cộng trừ nhiệt độ cụ thể Độ xác khả cảm biến cảm biến để đo giá trị nhiệt độ thật phạm vi nhiệt độ Bất kể công nghệ cảm biến chọn, an tồn người dùng nên mối quan tâm Khơng chọn thiết bị có chi phí thấp Chọn thiết bị cung cấp hiệu suất tốt cho giá ln tuân thủ hướng dẫn khuyến nghị nhà sản xuất Mỗi ứng dụng cảm biến nhiệt độ đưa yêu cầu riêng vấn đề cần đánh giá sở cá nhân Dưới số câu hỏi để xem xét Ứng dụng có u cầu tiếp xúc khơng tiếp xúc? Nếu ứng dụng di chuyển tiếp xúc vật lý không thực tế ô nhiễm vấn đề vật liệu nguy hiểm, hồng ngoại công nghệ lựa chọn Phạm vi nhiệt độ cảm biến cần thiết để kiểm soát giám sát? Cặp nhiệt điện có phạm vi nhiệt độ rộng nhất, từ -200°C đến 2315°C (Một số thiết bị phạm vi khơng có loại hiệu chuẩn ANSI thiết lập.) Tùy thuộc vào thiết kế vật liệu, ổn nhiệt có phạm vi sử dụng từ 100 đến 500°C Bộ điều nhiệt lưỡng kim xử lý nhiệt độ từ -85 đến 371 ° C 7 Đối với nhiệt độ đông lạnh, RTDs số thiết bị dựa silicon có khả đạt tới độ khơng tuyệt đối (0K) Nhiệt độ tối đa từ 150 ° C đến 200 ° C Mạch hỗ trợ phải cách ly nhiệt với cảm biến để không vượt khả Đối với thiết bị không tiếp xúc (hồng ngoại), nhiệt độ mức -18 ° C 538 ° C yêu cầu đơn vị tùy chỉnh Với tất thiết bị này, vượt phạm vi thông qua việc sử dụng nhiệt điện cách đặt thiết bị vị trí tương nguồn nhiệt Tuy nhiên, cách tiếp cận ảnh hưởng đến độ xác phản ứng hệ thống Tốc độ thay đổi nhiệt độ ứng dụng gì? Đối với ứng dụng có tốc độ thay đổi nhiệt độ nhanh (> 1,0 ° C / phút), khối lượng cảm biến trở thành vấn đề Qn tính nhiệt cảm biến dựa khối lượng Để thay đổi nhanh, khối lượng cảm biến phải giữ mức tối thiểu phép theo dõi xác thay đổi ứng dụng Điều bao gồm khối lượng tính dẫn nhiệt thermowell vật liệu bảo vệ khác Đối với ứng dụng mà cảm biến đặt xa môi trường vấn đề khác, kiểm tra xác minh thiết kế nên thực Điều liên quan đến việc sử dụng hai nhiều cảm biến để theo dõi nhiệt độ ứng dụng, cảm biến khác theo dõi nhiệt độ vị trí cảm biến đề xuất Theo cách này, vị trí cảm biến tối ưu hóa Làm chặt chẽ để bạn cần kiểm soát theo dõi nhiệt độ? Đối với ứng dụng quy trình y tế định liên quan đến phản ứng hóa học, dung sai từ ± 0,1 °C trở xuống yêu cầu Đối với ứng dụng yêu cầu dung sai hơn ± 1,7 ° C, hệ thống điện tử yêu cầu Silicon, RTD, cặp nhiệt điện tất hệ thống dựa nhiệt điện trở thiết kế để trì dung sai chặt chẽ Thơng thường RTD cung cấp độ xác tổng thể lớn Hãy nhớ rằng, ứng dụng điều khiển, độ xác thành phần độ xác hệ thống hồn tồn khác Nếu độ xác hệ thống bạn khơng tốt + ° C, khơng tạo 8 cảm giác mua cảm biến đắt Bạn sử dụng điều nhiệt lưỡng kim đạt độ xác hệ thống tương tự với tổng chi phí thấp đáng kể Các phê duyệt quan UL, CSA, FDA, v.v có bắt buộc cấp hệ thống thành phần khơng? Khi cần có chấp thuận quan, việc lựa chọn thành phần giới hạn thiết bị điện Ứng dụng tải điện phải xem xét với nhà sản xuất cho phù hợp với yêu cầu quan Khi tải khơng phù hợp, có thành phần xem xét để phê duyệt ứng dụng cụ thể Trong số ứng dụng y tế ứng dụng khác, hệ thống điều khiển dựa điện tử khơng chấp nhận mà khơng cần sử dụng điều nhiệt snap-action thiết bị an toàn Kể từ chế độ lỗi hệ thống điện tử đảm bảo, điều chỉnh nhiệt thiết kế để ngắt mạch ngăn ngừa tình trạng q nhiệt Tổng chi phí hệ thống quan trọng việc lựa chọn cảm biến? Trong ứng dụng cao cấp có giá hàng ngàn la, chi phí cảm biến nhiệt độ thường khơng đáng kể Vì lý này, lựa chọn dựa hệ thống yêu cầu xác Nếu độ xác ± ° C chấp nhận được, thiết bị điện giá rẻ mạch dựa nhiệt điện trở đủ Độ xác ± 0,1 ° C đòi hỏi thay tinh vi (và đắt tiền) Khi giao dịch với mặt hàng giá rẻ hàng tiêu dùng (máy pha cà phê nhỏ giọt, bỏng ngơ poppers, v.v.), cảm biến trở thành tỷ lệ phần trăm lớn nhiều tổng chi phí Trong ứng dụng này, độ xác cảm biến trở nên quan trọng hơn, chi phí độ tin cậy trở nên quan trọng Với khối lượng lớn, điều nhiệt cấp thương mại thực cơng việc cách đáng tin cậy với tổng chi phí 0,5 la Với chi phí lắp ráp, bảng mạch, linh kiện, hàn sóng, v.v., tổng chi phí cặp nhiệt điện 9 mạch dựa nhiệt điện trở cao hơn, độ tin cậy thực thấp đến số lượng bổ sung thành phần mối hàn Câu hỏi cuối là, bạn cần độ xác bạn có đủ khả chi trả không? Bạn cần xem xét điều kiện môi trường mà cảm biến sử dụng thứ phải thực để đảm bảo tồn Chọn cảm biến điện Lựa chọn thiết bị vô quan trọng sử dụng thiết bị điện Trong mơi trường độ ẩm ăn mòn cao, việc sử dụng thiết bị kín cần trọng Các thiết bị khơng kín sử dụng cho loại ứng dụng dựa đầu vào nhà sản xuất Tuy nhiên, chúng nên niêm phong epoxy số loại overmold Đối với ứng dụng rung sốc cao, thiết kế thiết bị quan trọng Máy điều nhiệt thông thường điển hình dựa vào áp lực lò xo phần ứng để trì tiếp xúc đóng cửa Điều gây khơng ổn định mức độ rung động cao sớm liên lạc Tham khảo ý kiến nhà sản xuất giai đoạn thiết kế loại ứng dụng Các thiết bị chịu nhiệt độ mức -17,8 ° C (0 ° F) nên sử dụng khí khơ trơ bên để giảm thiểu ngưng tụ ẩm đóng băng tiếp xúc bề mặt Ứng dụng tải điện phải tuân thủ nghiêm ngặt thông báo hạn mức nhà sản xuất Sử dụng thiết bị vượt giới hạn định mức dẫn đến hỏng thiết bị ứng dụng sớm Lựa chọn thiết bị nên dựa nhiệt độ tiếp xúc với môi trường, nhiệt độ hoạt động Một thiết bị yêu cầu để hoạt động phạm vi phù hợp với khả chịu đựng nó, gần nhiệt độ cao đáng kể Theo thời gian, điều dẫn đến hư hỏng thiết bị Bộ điều nhiệt lưỡng kim sử dụng năm mươi năm ứng dụng khác máy pha cà phê nhỏ giọt tàu thoi Trong chúng sử dụng biện pháp kiểm sốt chi phí thấp giải 10 10 141 41 Nếu ta quan tâm tới bề mặt xung quanh trục tác dụng momen xoắn, thấy: đường thẳng dọc bề mặt song song với trục trung tâm khơng tải có tải tác động, xoay rõ rệt Lấy vùng nhỏ bề mặt ngoài, độ biến dạng hình nhận thấy trường hợp này, vector biểu diễn lực dọc Điều khơng quan trọng xoay hình 90o ta có trường hợp tương tự Độ biến dạng lớn xảy đường chéo, +45o hay -45o với đường song song với trục Sắp xếp strain gauge Khi trục bị xoắn, biến dạng xoắn lớn xảy +45 o hay -45o với trục Khơng có co dãn nén song song vng góc với trục Vì strain gauge xếp hình để tạo thành cầu đủ cách phù hợp Hoặc ta dùng hai strain gauge để tạo nửa cầu 142 42 CẢM BIẾN ĐỘ DỊCH CHUYỂN Thông tin chung Về dạng hình học thiết bị đo điện, nét đặc trưng phân biệt cấu tạo kỹ thuật đo tương tự số Kỹ thuật tín hiệu tương tự( Analog technique) có phương pháp hiển thị sử dụng để hiển thị giá trị cách liên tục Kỹ thuật tín hiệu số( digital technique) nơi mà biến số đo dò … Cùng với độ phân giải tối thiểu rời rạc Cảm biến độ dịch chuyển cảm biến góc lái cảm biến dùng để đo khoảng cách, chiều dài, vị trí góc quay Tín hiệu tương tự sử dụng nhiều cảm biến với chiết áp hay với cảm đo biến dạng Nó chế tạo cảm biến cảm ứng Trong cơng nghiệp nay, cảm biến độ dịch chuyển hay cảm biến tín hiệu tương tự góc thường sử dụng phát triển xu hướng hướng đến số hóa Đó trường hợp độ phân giải liên tục thực quang trọng hay chuyển tiếp signal cần liên tục thay xuất bước Trong công nghiệp, xu hướng ngày dẫn đến việc xử lý phép đo kỹ thuật số Điều có nghĩa hệ thống thực chất cung cấp tín hiệu số phải sử dụng chuyển đổi tương tự sang số cần thiết để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành dạng kỹ thuật số Nhóm cảm biến tương tự, bao gồm chiết áp sin cos, tiếp tục đóng vai trò qua trọng bên cạnh phương pháp kỹ thuật số túy dễ dàng số hóa tín hiệu từ chúng 143 43 Độ dịch chuyển kỹ thuật số biến đổi góc bao gồm cảm biến gia tăng, chúng chế tạo sở cảm biến điện trở cảm ứng, liên quan đến thiết bị điện quang điện Định lượng cảm biến phương tiện tạo tín hiệu khơng liên tục rời rạc từ tín hiệu tương tự ban đầu Mỗi phần tử, tức đơn vị chuyển vị lượng tử hóa, tạo xung đưa vào đếm Trạng thái đếm đại diện cho dịch chuyển đo Hai bước này, lượng tử hóa hiển thị đếm đặc trưng cho phương pháp tăng dần kỹ thuật cảm biến kỹ thuật số Nhược điểm kỹ thuật đơn giản rõ ràng Vì giá trị riêng lẻ phụ thuộc vào giá trị trước đó, việc đọc bị lỗi có nghĩa tất kết sai Trong trường hợp điện, giá trị đo bị 144 44 hoàn toàn Tuy nhiên, kỹ thuật tương đối loại có lợi điểm dễ dàng đặt điểm Ví dụ, để phát hướng chuyển động phương pháp vị trí, phương pháp tăng dần yêu cầu hai cảm biến cách nửa đơn vị lượng tử hóa, tín hiệu từ đánh giá mạng logic trước đưa vào đếm lên / xuống Cũng không đủ để phát tín hiệu tĩnh từ rãnh mẫu liên kết chúng với nhau, cạnh mà tín hiệu thay đổi (ví dụ: chuyển đổi ánh sáng tối phần tử) phải phát Điều đòi hỏi mạch phức tạp Các tinh chỉnh thêm dấu tham chiếu rãnh thứ ba mẫu lượng tử hóa, cho phép sử dụng đếm xác định rõ sau điện Với lỗi hệ thống quang điện tử đặc biệt chí phát xung nhiễu bên dấu hiệu mẫu định (Kỹ thuật dải Moiré) Các phương pháp điện quang trở nên phổ biến thiếu phận mặc hoàn tồn khơng tiếp xúc chúng khơng dễ bị nhiễu điện Có phiên mà ánh sáng truyền qua thành phần (truyền) phiên khác nơi ánh sáng phản xạ (phản xạ) Điều áp dụng cho cảm biến gia tăng tuyệt đối Cảm biến tuyệt đối Đối với cảm biến phát dịch chuyển tuyệt đối, toàn phạm vi đo cần chia thành vùng riêng biệt, đánh số, lượng tử - tất phương pháp kỹ thuật số Trái ngược với phương pháp gia tăng, vùng lượng tử hóa khơng đơn giản tính tất cung cấp với dấu hiệu nhất, ví dụ: mã số lượng tử riêng biệt theo nguyên tắc riêng biệt Các dấu vị trí tương ứng với giá trị số riêng biệt cố định Hiển thị thực tế số đạt phương pháp mã hóa phù hợp Do đó, cảm biến dịch chuyển góc tuyệt đối gọi cảm biến dịch chuyển dcoding (bộ mã hóa) 145 45 Các ứng dụng điển hình bao gồm độ dịch chuyển kỹ thuật số cảm biến góc sử dụng cho cơng cụ điều khiển số (NC CNC) Các hệ thống gia tăng chiếm khoảng 80% thị trường 146 46 Nguyên lý hoạt động cảm biến dịch chuyển a Thiết kế cảm biến cảm ứng Cảm biến cảm ứng bao gồm hay nhiều cuộn dây lò xo với giá trị độ tự cảm thay đổi Hình ảnh thể cuộn lò xo hình trụ cơng thức xác định giá trị độ tự cảm L : Hình 1: cơng thức tính giá trị độ tự cảm l: chiều dài cuộn dây A: tiết diện dây N: số vòng dây cuộn dây : giá trị phạm vi liên tục : độ từ thẩm liên quan môi trườn bên cuộn dây Nguyên lý hoạt động cảm biến bao gồm ảnh hưởng mà đại lượng đo( khoảng cách hay độ dịch chuyển) vượt giá trị độ tự cảm cuộn dây Sự thay đổi phát cách sử dụng cầu đo phù hợp 147 47 Hình 2: cảm biến độ dịch chuyển với biên độ từ 0-2mm b Chức cuộn dây ( differential inductor) Hình ảnh thể cuộn dây differential inductor thay cho cảm biến độ dịch chuyển làm việc ? Hai cuộn dây giống L1 L2 đặt hộp hình trụ Cái lõi cuộn dây phần ứng mà di chuyển dọc theo trục dò độ dịch chuyển Khi phần ứng di chuyển, độ thẩm từ vật liệu khiến độ tự cảm cuộn dây tăng độ tự cảm cuộn lại giảm với lượng lượng tăng Hình ảnh thể mạch đo sử dụng nào: Mạch cung cấp nguồn xoay chiều U~ Điện trở R R2 tạo thành cầu hoàn chỉnh song song với hai cuộn dây Hiệu điện đo U M sau tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển phần ứng c Cảm biến cảm ứng gần ( inductive proximity sensors) Cảm biến cảm ứng gần dò khoảng cách cảm biến vật thể muốn đo sử dụng cho việc đo hay tìm vật thể kim loại 148 48 Nguyên lý loại cảm biến bao gồm cấp độ rung chấn vật thể dò mơi trường có từ tính tạo mạch dao động Vì vật thể phải làm vật liệu truyền dẫn tầm hoạt động rung động khơng q vài milimet Hình ảnh sau biểu thị nguyên lý cảm biến cảm ứng gần ( inductive proximity sensors) Mơi trường có từ tính tạo mạch dao động trải rộng khu vực xung quanh vỏ lõi mở Nếu vật thể làm từ vật liệu truyền dẫn nằm mơi trường đó, dòng chuyển động xốy tạo mà kết việc giảm rung động môi trường quy tắc cảm ứng, gây giảm cho biên độ điện áp Biên độ điện áp thước đo khoảng cách vật thể cảm biến d Công tắc cảm ứng (inductive proximity switch) Cảm biến cảm ứng gần miêu tả dễ dàng sử dụng công tắc cảm ứng, nơi mà độ lớn điện áp xử lý thông qua trigger Schmitt Nó thiết lập cấu hình để cơng tắc “ on ” “ off ” mà 149 49 khoảng cách cảm biến vật thể dưỡi ngưỡng định, mà điều chỉnh Card cảm biến độ dịch chuyển cảm ứng “SO4203-5U” Card cảm biến độ dịch chuyển cảm ứng UNI-TRAIN bao gồm cảm biến độ dịch chuyển cảm ứng form cuộn dây mạch tương ứng Độ dịch chuyển dò chuyển động phần tử sắt cuộn dây Chuyển động gây thay đổi cho hai cuộn cảm L L2, mà dò gián tiếp thơng qua cầu đo cấp nguồn AC Biểu đồ biểu thị mạch cảm biến độ dịch chuyển cảm ứng Cảm biến bao gồm cuộn dây ( differential inductor) với lõi sắt dịch chuyển Điện áp UD thơng qua cầu đo cấp nguồn điện áp xoay chiều với tần số cao Biên độ pha dòng điện ( 180 degree) phụ thuộc vào vị trí lõi sắt điểm NULL cảu cầu điều chỉnh thông qua chiết áp R2 150 50 Cầu điện áp chuyển đổi khuếch đại (differential amplifier) sang điện áp tham chiếu đầu khuếch đại (differential amplifier) đấu nối rẽ thông qua ổ 2mm Điện áp AC chuyển đổi sang DC thông qua mạch sample-and-hold Mạch xung cung cấp cho mạch mẫu thơng qua máy phát mà có rung động nhỏ hình vng từ nguồn điện áp Pha mạch điều chỉnh chiết áp 90 degree điện áp đầu vào Để đạt hiệu cao nhất, pha nên đặt 90 degree Đầu mạch sample-and-hold điện áp DC Uout tỉ lệ với chuyển động lõi sắt Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung a Về thiết kế Cảm biến điện dung chứa tụ điện với điện dung biến thiên Hình ảnh đưa hình ảnh hai tụ và công thức xác định điện dung C: A : Tiết diện tụ điện d: khoảng cách hai tụ điện : số trường : số điện môi môi trường tụ Nguyên lý cảm biến dựa thay đổi gây phần tử không mang điện mà thu hút Sự thay đổi điện dung tiết diện bề mặt, khoảng cách tụ thay đổi số điện môi b Thay đổi khoảng cách tụ Điện dung tụ điện tỷ lệ nghịch với khoảng cách tụ Vì thế, tác động bên ngồi gây cho khoảng cách tăng điện dung giảm Sự thay đổi khoảng cách sử dụng để đo độ dịch chuyển nhỏ Chính tỷ lệ nghịch khiến cho mối quan hệ hai đại lượng phi tuyến Biểu đồ đặc trưng hyperbola 151 51 c Sự thay đổi diện tích bề mặt tụ Thay đo độ dịch chuyển cách thay đổi khoảng cách hai tụ, di chuyển tụ song song thay đổi gây giảm diện tích bề mặt tụ điện tụ phủ phần, mà làm giảm điện dung Vì điện dung tỷ lệ thuận với tiết diện bề mặt bao phủ, đặc điểm trường hợp tuyến tính d Sự thay đổi số điện mơi Điện dung tụ điện tỷ lệ với số điện môi môi trường hai tụ Sự tăng số điện mơi có mặt phẩn tử chất điện môi tăng Nếu mà chất điện môi thứ hai đặt phần với tụ điện, biểu diễn có mối quan hệ song song tụ điện khác Nếu môi trường gốc khơng khí(=1), điện dung tăng tuyến tính môi trường thứ hai đưa vào 152 52 Ví dụ: Cái ngun tắc miêu tả ứng dụng việc đo bình chứa làm đầy chất lỏng Khi mà bình chứa đổ đầy, chất lỏng thay khơng khí hai tụ làm tăng số điện môi liên quan điện dung tụ điện Nếu phương pháp sử dụng để đo chất lỏng dẫn điện, điện cực phải bị cô lập, nới mà vỏ bình chứa tự hoạt động điện cực thứ hai Theo cách giống vậy, cảm biến điện dung ứng dụng để đo độ ẩm e Thiết kế tụ điện tube (tube capacitor) Thân tụ điện thiết kế thay cho tụ điện gọi tube capacitor Điện cực thứ tạo thân ống, thứ hai chạy xuyên qua tụ điện với thiết kế vậy, khoảng cách tụ đảm bảo chí trục xoay khơng ảnh hưởng đến điện dung Độ dịch chuyển đo trường hợp cách di chuyển tâm điện cực vận động dẫn đến thay đổi tiết diện bề mặt điện dung 153 53 Card cảm biến điện dung độ dịch chuyển SO4203-5W Card UNI-TRAIN chứa cảm biến điện dung độ dịch chuyển hình thức tụ điện với tiết diện làm việc tụ thay đổi phát độ dịch chuyển hoàn thành tụ di chuyển Điều gây thay đổi tiết diện bề mặt làm việc A tụ, mà đo tụ điện phần cầu đo cấp nguồn dòng điện xoay chiều AC Hình ảnh: CARD SO4203-5W Hình ảnh biểu đồ miêu tả mạch cảm biến điện dung độ dịch chuyển 154 54 Tiết diện bề mặt làm việc tụ xác định điện dung Tụ điện phần mạch cộng hưởng hay mạch điều chỉnh (1) Và dùng để xác định tần số cộng hưởng f mạch Bộ chuyển đổi tần số-vôn (f/V) (2) kết nối sau dùng để chuyển đổi tần số sang điện áp đầu tỷ lệ Bộ khuếch đại vi sai với dịch chuyển điều chỉnh làm thay đổi đầu từ chuyển đổi để cung cấp cho đầu cuối cảm biến độ dịch chuyển ổ điện đầu 155 55 ... 10000 xung Những cảm biến sử dụng -Những loại cảm biến sử dụng cho việc đo góc vận tốc khóa học này: +Bộ phân giải , ví dụ cảm biến tín hiệu tương tự +Cảm biến Hall , ví dụ cảm biến kĩ thuật số... quanh.Hình bên cảm biến Hall sử dụng để đo tốc độ quay thiết bị xe cộ 124 24 Hình 9 .Cảm biến Hall thực tế Hình 10.HÌnh dạng bán dẫn cảm biến Hall 3.Ứng dụng cảm biến Hall -Cảm biến Hall thường... thiết phải sử dụng thêm cảm biến Những loại cảm biến phù hợp với chức động ứng dụng chúng thực tế Do có nhiều loại thiết bị cảm biến đo vận tốc thị trường Có hai loại cảm biến chủ yếu việc đo tốc
- Xem thêm -

Xem thêm: bai tập môn cảm biến, bai tập môn cảm biến

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn