MÔN: ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN VỊ TRÍTrường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiGVHD: BÙI THỊ THU HÀNHÓM SV: Giáp Thị Thảo Đỗ Thị ThuThân Nhân HưngNguyễn Đức KhôiTrần Đình Tuấn Nguyễn Đức VượngPhạm Thị Quỳnh NhưTrịnh Duy ĐăngNguyễn Kim ChínhPhạm Thị Tuyển LỚP: CĐ ĐH ĐT 1-K5ĐO LƯỜNG CẢM BIẾNNội Dung ChínhKhái niệm về đo khoảng cách và phát hiện vị trí xuất hiện1Phân loại cảm biến vị trí2Công tắc hành trình33Công tắc từ44Cảm biến tiệm cận35Các phương pháp đo khoảng cách khác461. Khái niệm về đo khoảng cách và phát hiện vị trí xuất hiệnKhoảng cách là đại lượng vật lý hay toán học để tính độ lớn của đoạn thẳng nối giữa hai điểm nào đóVị trí là tọa độ của của một điểm được tính toán theo một hệ tọa độ nhất định ABd A[x,y] , B[x,y] A[x,y,z] , B[x,y,z]1.Khái niệm về đo khoảng cách và phát hiện vị trí xuất hiện- Việc xác định vị trí và độ dịch chuyển có vai trò quan trọng trong kỹ thuật. Có 2 phương pháp đo cơ bản:Phương pháp 1: Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử này có liên quan đến vật di động cần xác định vị trí.Phương pháp 2: Khi đối tượng dịch chuyển với một khoảng cách nhất định [đã định trước], cảm biến sẽ phát ra một xung. Việc xác định vị trí và khoảng cách dịch chuyển dựa trên các xung tín hiệu phát ra.Trong thực tế người ta còn xác định vị trí và độ dịch chuyển dựa trên mối quan hệ giữa đối tượng và cảm biến bằng tử trường, điện trường và ánh sáng.1.Khái niệm về đo khoảng cách và phát hiện vị trí xuất hiệnMột số yêu cầu khi thiết kế và lựa chọn cảm biến vị trí:-Khoảng cách dịch chuyển và loại dịch chuyển [thẳng, góc]-Độ chính xác và sai số yêu cầu-Đối tượng đo làm bằng vật liệu gì?-Điều kiện môi trường làm việc [độ ẩm, nhiệt độ, độ rung…]-Khả năng nguồn cung cấp cho cảm biến-Giá thành của cảm biến2. Phân loại cảm biến vị trí1Nguyên lý hoạt động3Phương pháp đo2Tín hiệu đầu ra2. Phân loại cảm biến vị trí+] Theo nguyên lý người ta chia cảm biến làm hai loại: Cảm biến tích cực và cảm biến thụ động.Cảm biến tích cực là các loại cảm biến hoạt động như một máy phát điện, về mặt nguyên lý nó thường dựa trên các hiệu ứng vật lý biến đổi một dạng năng lượng nào đó [như nhiệt, cơ, quang, ] thành năng lượng điện. Hiệu ứng nhiệt điện Hiệu ứng áp điện Hiệu ứng cảm ứng điện từ Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng Hall2. Phân loại cảm biến vị trí Cảm biến thụ động Là các loại cảm biến được chế tạo từ các vật liệu có những thông số trở kháng nhạy với đại lượng đo. Giá trị của trở kháng của cảm biến không những phụ thuộc vào hình dạng, kích thước mà còn phụ thuộc vào tính chất điện của vật liệu như: điện trở suất ρ, từ thẩm µ, hằng số điện môi ξ.Phụ thuộc vào bản chất của các vật liệu khác nhau, tính chất điện của chúng có thể nhạy với nhiều đại lượng vật lý như: nhiệt độ, độ chiếu sáng, áp suất, độ ẩm, 2. Phõn loi cm bin v trớ+] Theo tớn hiu u ra Cú 3 loi tớn hiu u raTớn hiu on - offfTớn hiu tng tTớn hiu sThụứi gian01Nhieọt ủoọ250020 mAGoực quay0000010100112. Phân loại cảm biến vị trí+] Theo phương pháp đo-Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng-Cảm biến vị trí kiểu quang học3.Công tắc hành trình a.Định nghĩa: Công tắc hành trình là một thiết bị cơ khí dùng để đóng ngắt chuyển đổi mạch điện trong dây truyền sản xuất hoặc bàn máy theo tín hiệu hành trình của các cơ cấu truyền động cơ khí nhằm tự động điều khiển hành trình hoặc tự động cắt điện ở cuối hành trình để đảm bảo an toàn3.Công tắc hành trìnhb, cấu tạo và nguyên lý hoạt động-Trục điều khiển-Tiếp điểm thường đóng-Tiếp điểm thường mở-Lò xoNguyên lý hoạt động: khi có lực tác dụng lên trục điều khiển nén lò xo lại cặp tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra còn cặp tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại, khi không còn lực tác dụng lò xo giãn các cặp tiếp điểm sẽ trở lại trạng thái ban đầu3.Công tắc hành trìnhc, Đặc điểm ứng dụngKý hiệu.Đặc điểm.-Là một tiếp điểm cơ khí do đó tuổi thọ không cao, không dùng được trong môi trường dầu, mỡ, hoá chất.Ứng dụng.- Dùng để nhận biết vị trí chuyển động của cơ cấu máy.3.Công tắc hành trìnhMột số hình ảnh trong thực tế4.Công tắc từa, Định nghĩa : Công Tắc Từ là loại linh kiện cơ điện từ chúng đóng hay mở mạch điện dự trên nguyên lý từ trường. Khi từ trường đủ mạnh làm chúng nhiễm từ để mở hay đóng mạch điện4.Công tắc từb, Cấu tạo và nguyên lý hoạt độngCấu tạo gồm có:-Tiếp điểm lưỡi gà-Nam châm vĩnh cửu-Bóng thủy tinh hút chân khôngNguyên lý hoạt động: - Khi tiếp điểm lưỡi gà đặt gần nam châm vĩnh cửu thì lực từ trường do nam châm sinh ra sẽ hút tiếp điểm đóng lại.4.Công tắc từc, đặc điểm ứng dụngĐặc điểm:-Công tắc từ có tiếp điểm đặt trong bóng thuỷ tinh kín nên có thể chịu được môi trường dầu, mỡ, hoá chấtỨng dụng: - Trong thực tế, công tắc từ được ứng dụng nhiều trong công nghiệp như chế tạo cảm biến mức, nhận biết vị trí của các chi tiết máy. Đặc biệt, trong hệ thống điều khiển khí nén công tắc từ được sử dụng rất phổ biến để nhận biết vị trí của piton chuyển động trong xilanh.5.Cảm biến tiệm cậnKhái niệm về cảm biến tiệm cận.- Cảm biến tiệm cận là một dụng cụ kỹ thuật để nhận biết sự có mặt hay không có mặt của một vật thể với cảm biến điện tử không công tắc [không đụng chạm]. Tín hiệu ở ngõ ra của cảm biến thường dạng logic có hoặc không.Đặc điểm - Phát hiện vật không cần tiếp xúc. - Tốc độ đáp ứng nhanh. - Đầu sensor nhỏ, có thể lắp ở nhiều nơi. - Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.5.Cảm biến tiệm cận1Cảm biến tiệm cận điện cảm.3Cảm biến siêu âm.2Cảm biến tiệm cận điện dung.Phân loại cảm biến tiệm cận5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảma, cấu tạo và nguyên lý hoạt động5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảmNguyên lý hoạt động: Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm phát hiện sự suy giảm từ tính do dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài. Trường điện từ xoay chiều sinh ra trên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụ thuộc vào dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể kim loại được phát hiện5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảmb.Phân loạiCảm biến tiệm cận điện cảm có thể phân làm 2 loại: Loại Shielded [được bảo vệ] và unshielded [không được bảo vệ]. Loại unshielded thường có tầm phát hiện lớn hơn loại shielded.5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảmc, Những yếu tố ảnh hưởng đến tầm phát hiện của cảm biến tiệm cận điện cảm : - Vật liệu đối tượngKhoảng cách phát hiện của sensor phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu của vật cảm biến. Các vật liệu có từ tính hoặc kim loại có chứa sắt sẽ có khoảng cách phát hiện xa hơn các vật liệu không từ tính hoặc không chứa sắt. Khoảng cách phát hiệnKim loại không chứa sắt [nhôm, đồng, …]VậtĐầu SensorKim loại có từ tính [sắt, SUS, …]VậtĐầu Sensor5.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm-Kích cỡ của đối tượng: Nếu vật cảm biến nhỏ hơn vật thử chuẩn [test object], khoảng cách phát hiện của sensor sẽ giảm.Khoảng cách phát hiệnKích thước vật lớnVậtĐầu SensorVậtĐầu SensorKích thước vật nhỏ
Cảm biến vị trí là cảm biến được sử dụng trong thiết bị nhằm đo khoảng cách di chuyển của vật thể tới vị trí tham chiếu. Cảm biến xác định vị trí bằng cách đo vị trí tuyến tính hoặc góc trong tham chiếu đến một điểm cố định hoặc tham chiếu tùy ý. Cảm biến cũng có thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diện hay vắng mặt của một vật thể. Nếu thông tin vị trí hoặc khoảng cách được kết hợp với các phép đo thời gian, thì tốc độ, vận tốc và gia tốc có thể được tính cho điều khiển chuyển động.
Nếu thông tin vị trí hoặc khoảng cách được kết hợp với các phép đo thời gian, thì tốc độ, vận tốc và gia tốc có thể được tính cho điều khiển chuyển động.
Các loại cảm biến vị trí
Cảm biến vị trí sử dụng các nguyên tắc cảm biến khác nhau để cảm nhận sự dịch chuyển của cơ thể. Tùy thuộc vào các nguyên tắc cảm biến khác nhau được sử dụng cho cảm biến vị trí, chúng có thể được phân loại như sau:
Cảm biến vị trí đo điện thế
Cảm biến vị trí đo điện thế được vận hành dựa trên nguyên tắc hiệu ứng điện trở. Một rãnh điện trở hoạt động như một yếu tố cảm biến, và một cái gạt nước được gắn vào cơ thể hoặc một phần của cơ thể có độ dịch chuyển cần đo. Cần gạt nước cũng tiếp xúc với đường đua.
Chuyển động của cần gạt làm thay đổi lực cản giữa một đầu của rãnh và gạt nước. Do đó, điện trở trở thành một chức năng của vị trí gạt nước và sự thay đổi điện trở trên mỗi đơn vị thay đổi ở vị trí cần gạt là tuyến tính.
Theo dõi dẫn điện có thể được thực hiện tuyến tính hoặc góc tùy theo yêu cầu. Các bài hát được làm từ carbon, dây điện trở hoặc vật liệu piezoresistive. Ưu điểm chính của cảm biến này là dễ sử dụng.
Cảm biến vị trí điện dung
Cảm biến vị trí điện dung được vận hành theo hai cấu hình sau:
- Bằng cách thay đổi hằng số điện môi – Trong cấu hình này, một vật thể có độ dịch chuyển cần đo được kết nối với vật liệu điện môi giữa các bản. Hằng số điện môi hiệu dụng giữa các bản trong quá trình chuyển động của cơ thể là kết quả của hằng số điện môi do không khí và vật liệu điện môi.
- Bằng cách thay đổi vùng chồng lấp – Trong cấu hình này, một thân được kết nối với một trong các tấm và tấm kia vẫn được cố định. Vùng chồng lấp giữa các bản thay đổi theo chuyển động của cơ thể và khu vực chồng chéo thay đổi dẫn đến thay đổi điện dung giữa các bản.
Cảm biến vị trí từ tính
Cảm biến vị trí từ tính chủ yếu bao gồm các thành phần như nam châm vị trí, cảm biến vị trí từ tính đo khoảng cách giữa đầu đầu của thanh cảm biến và nam châm vị trí, mô-đun điện tử và ống dẫn sóng.
Một xung hiện tại được truyền xuống ống dẫn sóng từ mô-đun điện tử. Từ trường được tạo ra bởi xung hiện tại tương tác với từ trường từ nam châm vị trí do đó tạo ra sóng âm hoặc sóng biến dạng xoắn trong ống dẫn sóng.
Sóng căng truyền đến đầu cuối nơi thiết bị đón nhận cảm nhận được sự xuất hiện của nó. Sự khác biệt về thời gian giữa việc tạo ra xung thẩm vấn và sự xuất hiện của sóng biến dạng cho biết vị trí của nam châm vị trí.
Cảm biến vị trí dựa trên hiện tại
Khi một dòng điện xoay chiều được đặt vào cuộn dây, một từ trường chính được tạo ra dẫn đến sự hình thành dòng điện xoáy trong vật liệu dẫn điện. Ngược lại, dòng điện xoáy tạo ra trường thứ cấp có hiệu ứng trở kháng cuộn dây.
Sự hiện diện hay vắng mặt của vật liệu dẫn điện làm thay đổi trường thứ cấp và trở kháng cuộn dây. Những thay đổi trong trở kháng cuộn dây có thể được sử dụng để đo khoảng cách của thân dẫn điện.
Cảm biến vị trí từ dựa trên hiệu ứng Hall
Trong các cảm biến vị trí hiệu ứng Hall, một bộ phận chuyển động được liên kết với một nam châm được đặt với trục cảm biến do đó hình thành nên một yếu tố Hall. Với sự chuyển động của cơ thể hoặc bộ phận của nó, nam châm cũng chuyển động dẫn đến sự hình thành từ trường và do đó điện áp Hall. Do đó điện áp Hall trở thành một chức năng của vị trí của bộ phận chuyển động.
Cảm biến vị trí quang
Cảm biến quang được vận hành dựa trên một trong hai cơ chế. Trong loại thứ nhất, ánh sáng được truyền từ một đầu và nhận ở đầu kia để theo dõi sự thay đổi của một trong các đặc tính như bước sóng, cường độ, pha hoặc phân cực. Trong loại thứ hai, ánh sáng truyền đi được phản xạ từ vật thể và ánh sáng được trả về phía nguồn được theo dõi.
Các ứng dụng
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
Mời xem thêm Các đơn vị đo điện