MN HC O LNG CNG NGHIP Ging vin

MÔN HỌC ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP Giảng viên: Nguyễn Đức Hoàng Bộ môn Điều Khiển Tự Động Khoa Điện – Điện Tử Đại Học Bách Khoa Tp. HCM Email: ndhoang@hcmut. edu. vn

CHƯƠNG 4 CẢM BIẾN ĐO DỊCH CHUYỂN , VỊ TRÍ 4: 38 AM

Nội dung chương 4 4. 1 4. 2 4. 3 4. 4 4. 5 4: 38 AM Nguyên lý đo Cảm biến điện trở Cảm biến điện dung Cảm biến điện cảm (LVDT) Cảm biến quang (Encoder)

Nguyên lý đo Vị trí là thuật ngữ chỉ tọa độ của một đối tượng với chuẩn chọn trước Dịch chuyển là sự chuyển động của đối tượng từ vị trí này sang vị trí khác với một khoảng cách hoặc một góc nào đó 4: 38 AM

Nguyên lý đo (tt) Có 2 pp để xác định vị trí và dịch chuyển + Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vị trí của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển + Ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí và dịch chuyển được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra 4: 38 AM

Nguyên lý đo (tt) Một số cảm biến không đòi hỏi liên kết cơ học giữa cảm biến và vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển. Mối liên hệ giữa vật dịch chuyển và cảm biến được thực hiện thông qua vai trò trung gian của điện trường, từ trường hoặc điện từ trường, ánh sáng Các loại thông dụng: + Cảm biến điện trở + Cảm biến điện dung + Cảm biến điện cảm + Cảm biến quang 4: 38 AM

Cảm biến điện trở Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Cảm biến gồm một điện trở cố định, trên đó có một tiếp xúc điện có thể di chuyển gọi là con chạy. Con chạy được liên kết cơ học với vật chuyển động cần khảo sát 4: 38 AM

Cảm biến điện trở (tt) Cảm biến điện trở chuyển động thẳng Cảm biến điện trở chuyển động tròn hoặc xoắn 4: 38 AM M < 3600 (tròn) M > 3600 (xoắn)

Cảm biến điện trở Ví dụ: Cảm biến điện trở được sử dụng để đo góc của cánh tay như hình vẽ. Tính góc quay của cánh tay khi áp ra Vout = 2. 34 V. Biết tầm đo của cảm biến là 3500 ứng với 10 V. 4: 38 AM

Cảm biến điện trở Ví dụ: Joystick Tính vx , vy ? 4: 38 AM

Cảm biến điện trở Khi cảm biến điện trở nối vào mạch giao tiếp có trở kháng vào thấp sai số tải Sai số tải = VNL – VL VNL : áp ra khi không có tải VL : áp ra khi có tải VD: Chiết áp 10 K được sử dụng làm cảm biến vị trí. Giả sử con trượt ở giữa tầm. Tính sai số tải khi: a) Mạch giao tiếp có trở kháng ngõ vào vô cùng b) Mạch giao tiếp có trở kháng ngõ vào bằng 100 K 4: 38 AM

Cảm biến điện trở Chiết áp đo dịch chuyển Mạch tương đương Tính sai số tương đối: Tìm vị trí con trượt để lớn nhất. Tính 4: 38 AM

Cảm biến điện dung thực chất là một tụ điện gồm 2 điện cực, giữa chúng chứa chất điện môi Giả sử cảm biến là một tụ phẳng có tiết diện bản cực S, khoảng cách giữa 2 bản cực và chứa chất điện môi . Điện dung của tụ điện là: Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên sự thay đổi của các thông số S, , làm C thay đổi. Cảm biến thực hiện ở dạng đơn hoặc dạng kép (vi sai) 4: 38 AM

Cảm biến điện dung 4: 38 AM

Cảm biến điện dung chia thành 2 nhóm lớn: + Cảm biến máy phát: đại lượng ra là điện áp U, loại này dùng đo các đại lượng cơ + Thông số: có đầu vào là độ dịch chuyển của bản cực, tín hiệu ra là điện dung C 4: 38 AM

Cảm biến điện dung Khi một trong ba thông số S, , thay đổi điện dung của tụ điện C sẽ thay đổi. Với sự thay đổi nhỏ ta có các phương trình: 4: 38 AM

Cảm biến điện dung Độ nhạy của cảm biến: + Khi thay đổi ( , S = const): + Khi S thay đổi ( , = const): + Khi thay đổi ( , S = const): Độ nhạy của cảm biến điện dung là tuyến tính khi điện môi và tiết diện S thay đổi và phi tuyến khi khoảng cách giữa 2 bản cực thay đổi. 4: 39 AM

Cảm biến điện dung Tụ điện kép (vi sai) 4: 39 AM

Cảm biến điện dung Tụ điện kép (vi sai) 4: 39 AM

Cảm biến điện dung Mạch đo thường là các mạch cầu không cân bằng cung cấp bằng nguồn áp xoay chiều với tần số lớn (MHz) 4: 39 AM

Cảm biến điện dung Mạch đo dịch chuyển của cảm biến điện dung Nếu độ dịch chuyển << 0 , ta được: Độ nhạy phức 4: 39 AM Nếu >>1 S S 0

Cảm biến điện dung VD 1: Cho mạch đo như hình vẽ, tụ C được dùng làm cảm biến đo dịch chuyển. Khi khoảng cách khe hở 0 = 10 mm thì tụ C có giá trị 10 F. Nếu điện áp ra đo được có trị hiệu dụng bằng 5 V, hỏi khoảng dịch chuyển là bao nhiêu? Biết áp cung cấp U 0 có trị hiệu dụng bằng 10 V và tần số 1 Mhz, R 1 = 100 K. 4: 39 AM

Cảm biến điện dung VD 2: Sử dụng tụ kép để đo dịch chuyển. Dùng mạch cầu và mạch khuếch đại để đo điện áp đầu ra. Tính độ dịch chuyển khi biết áp ra và áp vào. Bỏ qua ảnh hưởng của các tụ kí sinh. 4: 39 AM

Cảm biến điện dung VD 3: Tìm điều kiện cần thỏa mãn của các R và C để ngõ ra tỉ lệ với dịch chuyển và độc lập với tần số. 4: 39 AM

Cảm biến điện cảm Nguyên lý hoạt động: Cảm biến điện cảm hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Cảm biến điện cảm là một cuộn dây bằng đồng có đường kính từ 0. 02 mm ÷ 0. 1 mm được quấn trên lõi thép có khe hở không khí (mạch từ hở). Dưới tác động của đại lượng đo phần ứng dịch chuyển làm cho khe hở không khí thay đổi kéo theo từ trở của mạch từ thay đổi và điện cảm L cũng thay đổi. 4: 39 AM

Cảm biến điện cảm 4: 39 AM

Cảm biến điện cảm Biến áp vi sai thay đổi tuyến tính (LVDT) LVDT là cảm biến vị trí có độ phân giải cao, ngõ ra là điện áp AC có biên độ tỉ lệ với vị trí tuyến tính, có ưu điểm là không có các tiếp xúc trượt. 4: 39 AM

Cảm biến điện cảm Biến áp vi sai thay đổi tuyến tính (LVDT) 4: 39 AM

Cảm biến điện cảm Mạch đo LVDT 4: 39 AM

Cảm biến quang Encoder quang tạo ra vị trí góc ở dạng số không cần bộ ADC. Có 2 loại Encoder quang: +Encoder tuyệt đối +Encoder loại tăng 4: 39 AM

Cảm biến quang Encoder tuyệt đối: sử dụng mã nhị phân Độ phân giải 3600/16 = 22. 50 ƯĐ: ngõ ra vị trị tuyệt đối NĐ: yêu cầu nhiều tế bào quang được canh chính xác, nếu không sẽ gây ra sai số 4: 39 AM

Cảm biến quang Encoder tuyệt đối : Sai số do canh sai 4: 39 AM

Cảm biến quang Encoder tuyệt đối : sử dụng mã Grey 0000 0001 0010 0111 0100 1101 1110 1011 1000 Sai số không bao giờ lớn hơn giá trị 1 LSB 4: 39 AM

Cảm biến quang Encoder loại tăng Vị trí được xác định bằng cách đếm số rãnh đi qua tế bào quang điện, mỗi rãnh biểu diễn một góc đã biết 4: 39 AM

Cảm biến quang VD: Encoder loại tăng có 360 rãnh. Bắt đầu từ vị trí chuẩn, tế bào quang điện đếm được 100 rãnh theo chiều kim đồng hồ, 30 rãnh ngược chiều kim, sau đó 45 rãnh cùng chiều kim. Hỏi vị trí hiện tại? 4: 40 AM

Cảm biến quang Encoder loại tăng dùng 2 tế bào quang 4: 40 AM

Cảm biến quang Mạch đếm 4: 40 AM

Cảm biến quang VD: Encoder loại tăng có 250 rãnh. Giá trị hiện tại của bộ đếm là 00100110. Hỏi góc quay là bao nhiêu? 4: 40 AM