Cảm biến và thiết bị chấp hành
Cảm biến là những thiết bị có khả năng cảm nhận những đại lượng điện và không điện , chuyển đổi chúng thành những tín hiệu điện phù hợp với thiết bị thu nhận tín hiệu. Là những thiết bị có khả năng cảm nhận những đại lượng điện và không điện, chuyển đổi chúng trở thành những tín hiệu điện phù hợp với thiết bị thu nhận tín hiệu. Là những thiết...
Cảm biến và thiết bị chấp hành
Ch−¬ng I: C¶m biÕn (Sensor)
1. Kh¸i niÖm chung
2. Mét sè tiªu chÝ ®¸nh gi¸ c¶m biÕn
3. Nguyªn lý lµm viÖc cña mét sè c¶m biÕn
1. Kh¸i niÖm chung
Lµ nh÷ng thiÕt bÞ cã kh¶ n¨ng c¶m nhËn nh÷ng
®¹i l−îng ®iÖn vµ kh«ng ®iÖn, chuyÓn ®æi
chóng trë thµnh nh÷ng tÝn hiÖu ®iÖn phï hîp
víi thiÕt bÞ thu nhËn tÝn hiÖu.
Lµ nh÷ng thiÕt bÞ kh«ng thÓ thiÕu trong c¸c hÖ
thèng tù ®éng ho¸ vµ s¶n xuÊt c«ng nghiÖp.
2. Mét sè tiªu chÝ ®¸nh gi¸ c¶m biÕn
2.1 Ph¹m vi c¶m nhËn hoÆc kho¶ng c¸ch c¶m nhËn.
2.2 Sai sè.
Sai sè do m¾t trÔ
Sai sè vÒ ®é ph©n gi¶i
Sai sè do tuyÕn tÝnh ho¸
2.1. Ph¹m vi c¶m nhËn
Lµ giíi h¹n c¶m nhËn cña c¶m biÕn ®èi víi ®¹i l−îng vËt lý cÇn
®o.
VÝ dô:
C¶m biÕn nhiÖt cã tÝn hiÖu ra b»ng ®iÖn tØ lÖ víi
nhiÖt ®é cÇn ®o. Do ®ã trong kho¶ng giíi h¹n
nhiÖt ®é trªn vμ d−íi, mèi quan hÖ nμy cßn ®−îc
coi lμ tuyÕn tÝnh. Vïng tuyÕn tÝnh ®ã ®−îc gäi lμ
ph¹m vi c¶m nhËn.
§èi víi c¶m biÕn tiÖm cËn lμ kho¶ng giíi h¹n
trªn vμ d−íi mμ c¶m biÕn cã thÓ ph¸t hiÖn ra ®èi
t−îng, lμm cho ®Çu ra chuyÓn tÝn hiÖu mét c¸ch
ch¾c ch¾n.
U
Cao
ThÊp
t
§Æc tÝnh ra cña mét ®iÖn trë nhiÖt (RTD)
Sn: Kho¶ng c¸ch c¶m nhËn §èi t−îng
cña c¶m biÕn tiÖm cËn
C¶m biÕn
2.2. Sai sè
Sai sè do m¾t trÔ tÝn hiÖu
Sù kh¸c biÖt lín nhÊt gi÷a gi¸ trÞ ®Çu ra ®o ®−îc víi gi¸ trÞ
®Çu ra lý thuyÕt khi tÝn hiÖu ®Çu vμo t¨ng hoÆc gi¶m.
V D¶i nhiÖt ®é øng víi ®iÖn ¸p V1
D¶i ®iÖn ¸p øng víi t1
t1
t
M¾t trÔ cña ®iÖn trë nhiÖt (RTD)
Sai sè do ®é ph©n gi¶i
§é ph©n gi¶i: Lμ sù thay ®æi lín nhÊt cña ®¹i l−îng vËt lý
cÇn ®o mμ kh«ng g©y ra sù thay ®æi vÒ tÝn hiÖu ®Çu ra cña
c¶m biÕn.
§é ph©n gi¶i
+/- 0.25oC
t
§é ph©n gi¶i cña ®iÖn trë nhiÖt
(RTD) víi ®Çu ra sè
Sai sè do tuyÕn tÝnh ho¸
Víi mét sensor lÝ t−ëng th× tÝn hiÖu ®Çu vμo lu«n tØ lÖ tuyÕn
tÝnh víi tÝn hiÖu ®Çu ra. Nh−ng trªn thùc tÕ ®Ó cã tÝn hiÖu ®o
tuyÕn tÝnh, ng−êi ta lu«n ph¶i tiÕn hμnh tuyÕn tÝnh ho¸.
§iÒu nμy sÏ t¹o ra sai sè cña tÝn hiÖu
cao d¶i ®o
V
sai sè lín nhÊt
®−êng cong lÝ t−ëng
®−êng cong thùc tÕ
thÊp
thÊp p cao
TuyÕn tÝnh ho¸ trong c¶m biÕn ¸p suÊt
3. Nguyªn lý lμm viÖc cña mét sè c¶m biÕn
3.1 C¸c lo¹i c¶m biÕn ®ãng c¾t (d¹ng ON-OFF).
C«ng t¾c giíi h¹n hμnh tr×nh.
C¶m biÕn tiÖm cËn.
3.2 C¸c c¶m biÕn sö dông bé chuyÓn ®æi (transducer)
3.3 Mét sè c¶m biÕn vÝ trÝ
3.1. C¸c c¶m biÕn ®ãng c¾t d¹ng ON - off
C«ng t¾c giíi h¹n hµnh tr×nh.
C¸c kÝ hiÖu ®iÖn
Nguyªn lý lμm viÖc
KiÓu t¸c ®éng tøc thêi
KiÓu t¸c ®éng cã trÔ
Bè trÝ tiÕp ®iÓm
C¸c kÝ hiÖu ®iÖn Khi më
TiÕp ®iÓm th−êng hë (NO)
Khi ®ãng
Khi ®ãng
TiÕp ®iÓm th−êng kÝn (NC)
Khi më
Nguyªn lÝ lµm viÖc Qu·ng
®−êng
chuyÓn
VÞ trÝ ®ãng ®éng
VÞ trÝ nh¶
Qu·ng ®−êng dù tr÷
phÇn chÊp hμnh
§é sai lÖch gi÷a hai vÞ trÝ
phÇn ®Çu
Hμnh tr×nh nh¶
§T
phÇn th©n
KiÓu t¸c ®éng tøc thêi
TiÕp ®iÓm th−êng ®ãng
TiÕp ®iÓm th−êng hë
Trôc ®éng
§Æc ®iÓm
Khi phÇn chÊp
hμnh bÞ t¸c
TiÕp ®iÓm tÜnh
®éng, lß xo
chèt sÏ tr÷ TiÕp ®iÓm ®éng
n¨ng l−îng,
®Õn vÞ trÝ ®ãng
lß xo chèt gi¶i
phãng n¨ng
l−îng Lß xo ph¶n håi
Lß xo chèt
KiÓu t¸c ®éng cã trÔ
§ãng tr−íc khi ng¾t Ng¾t tr−íc khi ®ãng
§Æc ®iÓm §Æc ®iÓm
TiÕp ®iÓm NO TiÕp ®iÓm NC
®ãng tr−íc, bÞ ng¾t tr−íc,
tiÕp ®iÓm NC tiÕp ®iÓm NO
bÞ ng¾t sau ®ãng sau
§Æc ®iÓm chung
T¹o ra mét kho¶ng thêi gian trÔ ®ñ nhá gi÷a hai lo¹i tiÕp
®iÓm
Bè trÝ tiÕp Trôc ®éng
®iÓm
TiÕp ®iÓm tÜnh
TiÕp ®iÓm ®éng
(SPDT)
Lß xo ph¶n håi
(DPDT)
C¶m biÕn tiÖm cËn.
TiÖm cËn ®iÖn c¶m (Inductive proximity)
TiÖm cËn ®iÖn dung (Capacitive proximity)
TiÖm cËn siªu ©m (Ultrasonic proximity)
TiÖm cËn quang häc (Photoelectric proximity)
TiÖm cËn ®iÖn c¶m (Inductive proximity)
Lμ lo¹i c¶m biÕn sö dông tr−êng ®iÖn-tõ ®Ó ph¸t hiÖn
®èi t−îng b»ng kim lo¹i.
§iÖn ¸p lμm viÖc DC, AC hoÆc AC/DC
Ph©n lo¹i:
Theo chøc n¨ng ®−îc chia ra lμm hai lo¹i: PNP (sourcing)
vμ NPN (sinking)
Nèi d©y cho lo¹i PNP (sourcing):
PNP transistor
T¶i
Nèi d©y cho lo¹i NPN (sinking):
T¶i
NPN transistor
Theo kho¶ng c¸ch ®−îc chia ra lμm hai lo¹i: cã b¶o vÖ
(shielded) vμ kh«ng b¶o vÖ (unshielded)
BÒ mÆt sensor
Cã b¶o vÖ Kh«ng b¶o vÖ
NhËn xÐt:
Kho¶ng c¸ch c¶m nhËn tõ 0.6 - 20 (mm)
TiÖm cËn ®iÖn c¶m phô thuéc vμo mét sè yÕu tè
sau cña ®èi t−îng:
H×nh d¸ng ®èi t−îng
§é dÇy cña ®èi t−îng
VËt liÖu cña ®èi t−îng
TiÖm cËn ®iÖn dung (Capacitive proximity)
Lμ lo¹i c¶m biÕn sö dông tr−êng tÜnh ®iÖn ®Ó ph¸t hiÖn
®èi t−îng b»ng kim lo¹i vμ phi kim lo¹i.
§iÖn ¸p lμm viÖc DC, AC hoÆc AC/DC
Ph©n lo¹i:
Theo chøc n¨ng ®−îc chia ra lμm hai lo¹i: PNP (sourcing)
vμ NPN (sinking)
TÊt c¶ c¶m biÕn ®iÖn dung cña siemens ®Òu cã b¶o vÖ
(shielded)
BÒ mÆt sensor
§èi t−îng
