Bài giảng Cảm biến và thiết bị chấp hành

t ngÉu, ®iÖn ¸p ®Çu ra dùa trªn nhiÖt ®é mÉu 0oC. ) Tuy nhiªn trong c«ng nghiÖp viÖc t¹o ra 0oC lμ rÊt bÊt tiÖn, cho nªn cÇn ph¶i tiÕn hμnh bï nhiÖt ®é mÉu XÐt vÝ dô: Dïng cÆp nhiÖt ngÉu lo¹i E, cã tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Çu ra lμ 16,42 mV, nhiÖt ®é T2 lμ 46oF, t×m nhiÖt ®é cÇn ®o T1 (nhiÖt ®é ®óng) Constantan Cr«m Nãng L¹nh e ) Do nhiÖt ®é T2 kh«ng ph¶i nhiÖt ®é mÉu, nªn ta tiÕn hμnh bï, ®Ó bï ®−îc ta cÇn dùa vμo ®Æc tÝnh ra cña cÆp nhiÖt ngÉu (xem h×nh). ) Ta ®−îc X = 0,458 mV, do ®ã nÕu ë 0oC hay 32oF th× ®iÖn ¸p ®Çu ra sÏ lμ: 16,42 + 0,458 = = 16,878 mV ) Tõ gi¸ trÞ t×m ®−îc ta l¹i néi suy vμ ®−îc 474,71oF ) §èi víi PLC, ng−êi ta thiÕt kÕ riªng module lμm viÖc víi cÆp nhiÖt ngÉu, trong module nμy tÝn hiÖu sai lÖch ®· ®−îc bï. ) §èi víi d©y dÉn cña cÆp nhiÖt ngÉu th−êng ®−îc bäc líp vá ®Æc biÖt ®Ó duy tr× nhiÖt ®é cña d©y dÉn kh«ng ®æi tíi ®Çu vμo PLC D©y dÉn §Çu vμo module nhiÖt ?ChuyÓn ®æi lùc (C¶m biÕn lùc). ) C¶m biÕn lùc vμ ¸p suÊt dïng ®Ó ®o lùc trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ) Cã 3 lo¹i chuyÓn ®æi lùc phæ biÕn lμ: §o søc c¨ng Dïng èng Bourdon Dïng load cell §o søc c¨ng (c¶m biÕn ¸p trë) ) Lμ kiÓu chuyÓn ®æi c¬ khÝ dïng ®Ó ®o biÕn d¹ng, søc c¨ng cña mét vËt cøng khi cã lùc t¸c ®éng. ) KiÓu chuyÓn ®æi nμy dùa vμo sù thay ®æi vÒ trë kh¸ng trong d©y quÊn khi bÞ lùc t¸c ®éng. D©y quÊn cã thÓ lμm tõ kim lo¹i (®ång, s¾t, platium) hoÆc tõ chÊt b¸n dÉn (silic, german) ) KiÓu chuyÓn ®æi nμy cã hai h×nh thøc lμ D¸n (mμng máng) vμ Tù do ) D¸n: lμ h×nh thøc g¾n trùc tiÕp bé chuyÓn ®æi lªn bÒ mÆt cÇn ®o (a). ) Tù do: lμ h×nh thøc kh«ng g¾n trùc tiÕp bé chuyÓn ®æi lªn bÒ mÆt cÇn ®o (b). Lùc t¸c ®éngD©y quÊn VÞ trÝ ®ì D©y quÊn Lùc t¸c ®éng ) §o søc c¨ng dïng kÜ thuËt m¹ch cÇu c©n b»ng, tuy nhiªn nhiÖt ®é l¹i lμm ¶nh h−ëng ®Õn trë kh¸ng, do ®ã cÇn thiÕt kÕ thªm m¹ch bï ) ChØ cã d©y quÊn (R4) cã chiÒu t−¬ng øng víi lùc t¸c ®éng , lóc ®ã chØ trë kh¸ng R4 míi bÞ thay ®æi. ) NhiÖt ®é ®−îc bï th«ng qua R3. D©y quÊn chÝnh D©y quÊn phô Lùc )Dïng èng Bourdon ) Lμ kiÓu chuyÓn ®æi c¬ khÝ (dïng kÜ thuËt LVDT) biÕn ¸p lùc thμnh dÞch chuyÓn theo vÞ trÝ. VÞ trÝ dÞch chuyÓn tØ lÖ víi ¸p lùc ®Æt vμo. TÝn hiÖu vμo TÝn hiÖu ra èng Bourdon Lâi §Çu g¸ èng ¸p lùc Lß xo )Dïng Load Cell ) Lμ c¶m biÕn ®o träng l−îng vμ lùc dùa trªn nguyªn lý chuyÓn ®æi ®o søc c¨ng kiÓu d¸n. Lμ lo¹i c¶m biÕn dïng chñ yÕu trong c©n nÆng. ?ChuyÓn ®æi l−u l−îng (C¶m biÕn l−u l−îng). ) C¶m biÕn l−u l−îng dïng ®Ó ®o l−u l−îng cña mét vËt liÖu bÊt k×, d−íi d¹ng r¾n, láng, khÝ ) §o l−u l−îng r¾n ) Th−êng dïng chñ yÕu lμ bé chuyÓn ®æi Load Cell, ®Ó ®o träng l−îng cña s¶n phÈm. ) VÝ dô: Bμi to¸n cÇn gi÷ æn ®Þnh l−u l−îng cña vËt liÖu trªn b¨ng t¶i. L vPQ .= Träng l−îng (P) ChiÒu dμi (L) Load Cell Tèc ®é (v) Van PhÔu ) §o l−u l−îng láng ) TiÕn hμnh ®o 1 trong 2 yÕu tè §é chªnh ¸p suÊt ChuyÓn ®éng cña chÊt láng. ) §o yÕu tè thø nhÊt ng−êi ta cã thÓ dïng èng Venturi hoÆc tÊm orifice ) §o yÕu tè thø hai ng−êi ta dïng ®ång hå ®o l−u l−îng dïng turbine. èng Venturi vμ tÊm orifice: ®Òu dùa vμo nguyªn lÝ Bernoulli, thÓ hiÖn mèi quan hÖ gi÷a tèc ®é vμ ®é chªnh ¸p suÊt gi÷a 2 ®iÓm ®o. èng venturi vμ tÊm orifice thÝch hîp víi ®o ¸p suÊt thÊp Vμo Ra Khe hÑp èng c«n ¸p suÊt Tèc ®é Pkv Δ= v: tèc ®é m«i chÊt ΔP = P1 - P2 k: H»ng sè Bernoulli PK PkA AvQ Δ= Δ= = . .. . A: TiÕt diÖn mÆt c¾t ngang cña èng èng Venturi ¸p suÊt TÊm Orifice Vá èng Lç Orifice TÊm Orifice TÊm orifice §ång hå ®o l−u l−îng dïng turbine: dùa vμo nguyªn lÝ c¶m øng ®iÖn tõ. VÒ cÊu t¹o, ®ång hå gåm mét r«to g¾n víi nhiÒu c¸nh, mét stato ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu ®iÖn. Khi roto quay d−íi t¸c ®éng cña luång chÊt láng, sÏ t¹o ra tõ tr−êng c¶m øng trong ®ång hå. Tõ tr−êng nμy ®−îc t¹o thμnh nh÷ng tÝn hiÖu ®iÖn ¸p nhá (cì 10-20mV). Bé chuyÓn ®æi ®iÖn cã thÓ t¹o tÝn hiÖu t−¬ng tù hoÆc tÝn hiÖu sè (xung) tØ lÖ víi l−u l−îng m«i chÊt qua èng Xung ra Bé chuyÓn ®æi ®iÖn ) Lμ lo¹i c¶m biÕn ph¸t hiÖn vÞ trÝ hiÖn t¹i cña ®èi t−îng trong hμnh tr×nh. ) C¶m biÕn vÞ trÝ trôc quay: Bao gåm nhiÒu tiÕp ®iÓm ®−îc s¾p xÕp theo mét quy luËt nµo ®ã. ) C¶m biÕn vÞ trÝ dïng photo-®ièt: Bao gåm mét d·y ph¸t vµ mét d·y thu. Tuy vµo vÞ trÝ cña ®èi t−îng mµ c¸c ®i«t t−¬ng øng sÏ t¾t Ph¸t ?ChuyÓn ®æi vÞ trÝ (C¶m biÕn vÞ trÝ). ) C¶m biÕn vÞ trÝ dïng bé ph©n ¸p (potentiometer): Sö dông mét bé ph©n ¸p, tuú vµo ®iÖn ¸p ®Çu ra mµ cho ta vÞ trÝ cña ®èi t−îng cÇn ph¸t hiÖn. §iÖn trë Nguån DC §Çu tr−ît §Çu tr−ît Nguån DC §iÖn trë ) C¶m biÕn vÞ trÝ dïng kÜ thuËt LVDT: Sö dông mét biÕn ¸p LVDT, tuú vµo vÞ trÝ dÞch chuyÓn cña ®èi t−îng mµ cho ta ®iÖn ¸p t−¬ng øng ë ®Çu ra cña biÕp ¸p. ) C¶m biÕn vÞ trÝ dïng encoder quang: Lµ lo¹i c¶m biÕn chuyÓn dÊu hiÖu vÞ trÝ theo gãc, theo ®−êng th¼ng thµnh tÝn hiÖu nhÞ ph©n t−¬ng ®−¬ng. §èi víi lo¹i c¶m biÕn nµy th−êng ®−îc chia ra lµm hai lo¹i: M· ho¸ liªn tôc M· ho¸ tuyÖt ®èi M· ho¸ liªn tôc: Bao gåm mét nguån ph¸t quang, mét hoÆc hai ®Üa m· ho¸, ba c¶m biÕn quang, vµ mét bé ®iÒu khiÓn. Trªn ®Üa m· ho¸ ®−îc bè trÝ c¸c khe hÑp, ®Ó nguån s¸ng cã thÓ lät qua ) §Üa m· ho¸ cho encoder trªn cã thÓ x¸c ®Þnh h−íng quay cña ®Üa nhê vµo sù lÖch pha 900 cña hai chuçi xung do hai c¶m biÕn A vµ B t¹o ra. A B C A B Ng−îc ThuËn M· ho¸ tuyÖt ®èi: Bao gåm mét ®Üa quay lµm tõ vËt liÖu trong suèt. Trªn ®Üa ®−îc chia thµnh c¸c vïng cã gãc b»ng nhau, sè l−îng tuú thuéc vµo ®é ph©n gi¶i vµ sè l−îng c¸c vßng cung ®ång t©m. Mét vßng cung sÏ trong suèt trong mét sè vïng, c¸c vïng cßn l¹i sÏ bÞ che khuÊt 010110 111 011 001 000 101 100 §Üa m· ho¸ 8 vßng cung ) H×nh trªn ta thÊy ®Üa m· ho¸ cã 3 vßng cung, t¹o thµnh 8 vïng (23 = 8) víi ®é ph©n gi¶i 360/8 = 45o (trªn thùc tÕ th−êng tõ 8 → 12 vßng cung). Mçi vßng cung cã mét c¶m biÕn quang. Tuú vµo tõng thêi ®iÓm mµ ta sÏ cã mét chuçi c¸c bÝt t−¬ng øng víi vÞ trÝ hiÖn t¹i cña ®Üa. ) VÝ dô: NÕu chuçi bÝt lµ 010 th× vÞ trÝ t−¬ng øng sÏ lµ 4h30' ®Õn 6h00'. ) Nh− vËy c¸c chuçi bÝt ph¶i ®−îc m· theo chu k× mét vßng trßn, ë 2 vïng liÒn kÒ chØ ®−îc kh¸c nhau 1 bÝt. ) §é ph©n gi¶i bÞ giíi h¹n bëi sè l−îng vßng cung trªn ®Üa. VÝ dô nÕu ®Üa cã 8 vßng cung th× ®é ph©n gi¶i sÏ lµ 28 = 256 vïng, hay 360/256 = 1,4o Ch−¬ng II: van khÝ nÐn 1. Nguån cÊp khÝ nÐn 2. C¸c kÝ hiÖu dïng trong van khÝ nÐn 3. Nguyªn lý lµm viÖc 4. Kh¶o s¸t mét sè m¹ch dïng khÝ nÐn ) Mét hÖ thèng van khÝ nÐn th−êng bao gåm nh÷ng thiÕt bÞ sau: M¸y nÐn khÝ, m¹ch ®iÒu khiÓn van khÝ, c¶m biÕn van khÝ, c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh. 1. Nguån cÊp khÝ nÐn ) Bao gåm mét m¸y nÐn khÝ, mét van ¸p suÊt, mét b×nh chøa 2. C¸c kÝ hiÖu dïng trong van khÝ nÐn ) Trong phÇn nµy ta kh¶o s¸t van ®iÒu khiÓn trùc tiÕp (directional control valves), chóng thuéc lo¹i van ®iÒu khiÓn on-off (®ãng më hoµn toµn). ) PhÇn lín c¸c van ®iÒu khiÓn trùc tiÕp ®Òu cã 2 hoÆc 3 vÞ trÝ ®éc lËp H×nh (a): KiÓu van 3/2 (3 cæng, 2 vÞ trÝ) H×nh (b): KiÓu van 5/2 (5 cæng, 2 vÞ trÝ) ) KÝ hiÖu c¸c c¬ cÊu ®iÒu khiÓn. Lß xo Nót nhÊn Bμn ®¹pMøc Chèt Ên Xoay Van ®iÖn tõ (*) ¸p lùc khÝ (*) ¸p lùc khÝ ®−îc khuÕch ®¹i (*) (*): Cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn tõ xa a) b) c) d) Cã lß xo tù tr¶ vÒ. Kh«ng cã lß xo tr¶ vÒ 3. nguyªn lÝ lμm viÖc ) Khi nhÊn nót, khÝ theo ®−êng A vµo xi lanh, ®Èy pist«ng vÒ bªn ph¶i A B A B ) Khi nh¶ tay, lß xo ®Èy pist«ng vÒ bªn tr¸i, khÝ theo ®−êng B ®−a ra ngoµi (®−êng x¶) ) Khi nhÊn nót, khÝ theo ®−êng B vµo xi lanh, ®Èy pist«ng vÒ bªn ph¶i, khÝ ra x¶ theo ®−êng C. C A B C A B ) Khi nhÊn nót, khÝ theo ®−êng B vµo xi lanh, ®Èy pist«ng vÒ bªn tr¸i, khÝ ra x¶ theo ®−êng A. A C ) Khi nhÊn nót, khÝ theo ®−êng B vμo xi lanh, sau mét thêi gian trÔ do vÝt chØnh ®Þnh, ®Èy pist«ng vÒ bªn ph¶i, Ðp lß xo l¹i A B A B ) Khi nh¶ nót, lß xo ®Èy nhanh pist«ng vÒ bªn tr¸i, khÝ x¶ theo ®−êng A, do hßn bi ®−îc gi¶i phãng. A 3. kh¶o s¸t mét sè m¹ch dïng khÝ nÐn )Ên nót, khÝ vµo ng¨n kÐo VA theo ®−êng A+, ®Èy ng¨n kÐo sang ph¶i, pist«ng chuyÓn dÞch ngay sang ph¶i (+). Cuèi hµnh tr×nh pist«ng sÏ ch¹m vµo tay quay cña ng¨n kÐo a2. KhÝ vµo ng¨n kÐo VA theo ®−êng A-, ®Èy ng¨n kÐo sang tr¸i, pist«ng chuyÓn ®éng vÒ bªn tr¸i, nhanh hay chËm tuú vµo van chØnh ®Þnh Dõng Ch¹y