Cảm biến và cơ cấu chấp hành

NOÄI DUNG • Chương 1: Tổng quan về cơ điện tử. • Chương 2: Các thành phần cơ bản của HT CĐT • Chương 3: Cảm biến và cơ cấu chấp hành. • Chương 4: Điều khiển logic khả lập trình PLC. • Chương 5: Một số bài tập về HT Cơ điện tử. CHÖÔNG 2: CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH • 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.2. Đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.3. Một số loại cảm biến thường gặp. • 3.4. Cơ cấu chấp hành CHÖÔNG 2: CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH • 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.2. Đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.3. Một số loại cảm biến thường gặp. • 3.4. Cơ cấu chấp hành Giác quan Vị giác Thính giác Khứu giác Thị giácXúc giác Sự nhận thức của con người về vũ trụ bị ngăn cách bởi một bức màn không gian huyền bí. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ bán dẫn và các loại cảm biến, bức màn kia đã được rủ bỏ. Và từ đây con người có thể nhận biết được thế giới xung quanh một cách dễ dàng. Thế giới đã nằm gọn trong lòng bàn tay của chúng ta. Kỷ nguyên chinh phục vũ trụ bắt đầu. Khi công nghệ bán dẫn và các loại cảm biến chưa xuất hiện. Cảm biến làm nhiệm vụ gì trong một hệ thống cơ điện tử. CHÖÔNG 2: GIÔÙI THIEÄU CAÛM BIEÁN VAØ CCCH 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. • Khối cảm biến. • Khối điều khiển. • Khối cơ cấu chấp hành. Khoái caûm bieán Khoái cô caáu chaáp haønh BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN HEÄ THOÁNG ÑÖÔÏC ÑIEÀU KHIEÅN Hình 3.1. Hệ CĐT thường gặp. CHÖÔNG 2: CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH • 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. 3.1.1. Giới thiệu về cảm biến. 3.1.2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành. • 3.2. Đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.3. Một số loại cảm biến thường gặp. • 3.4. Cơ cấu chấp hành 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. 3.1.1. Giới thiệu cảm biến. - Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận sự biến đổi của các đại lượng vật lý cần đo thành các đại lượng đo chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng cần đo. - Cảm biến được phân loại thành 2 dạng tương tự hoặc số dựa trên dạng tín hiệu đầu ra. Cảm biến tương tự cung cấp tín hiệu liên tục tỷ lệ với tham số cần đo và cần sự biến đổi tương tự thành số trước khi chuyển cho bộ điều khiển số. Trong khi đó, cảm biến số cung cấp đầu ra số có thể trực tiếp ghép nối với bộ điều khiển số. Phân loại cảm biến 3.1.1: GIÔÙI THIEÄU CAÛM BIEÁN Một số loại cảm biến thường gặp: • Cảm biến dịch chuyển thẳng và quay. • Cảm biến gia tốc. • Cảm biến lực. • Cảm biến đo mômen và công suất. • Cảm biến lưu lượng. • Cảm biến nhiệt độ. • Cảm biến đo khoảng cách. • Các cảm biến nhận biết ánh sáng, hình ảnh và nhận dạng. Tiêu chuẩn lựa chọn:  Dải đo.  Độ phân giải.  Độ chính xác.  Tính chính xác.  Độ nhạy.  Thời gian đáp ứng.  Nhiệt độ hoạt động.  Vùng chết. S S 0 i S m0 CHÖÔNG 2: CAÛM BIEÁN VAØ CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH • 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. 3.1.1. Giới thiệu về cảm biến. 3.1.2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành. • 3.2. Đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.3. Một số loại cảm biến thường gặp. • 3.4. Cơ cấu chấp hành 3.1.2: CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH Hình 3.2. Thiết bị chấp hành thông thường. Phân loại: - Theo dạng năng lượng: điện, điện cơ, điện từ, thủy lực và khí nén. - Dạng nhị phân và dạng liên tục. 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2.3 ÑOÄ NHAÏY Hình 3.3. Độ nhạy của cảm biến. 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2.4 SAI SOÁ Có 2 dạng sai số: Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Các dạng sai số hệ thống: • Sai số lệch không. • Sai số tải. • Sai số do độ nhạy của cảm biến thay đổi không giống như mong muốn. 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2.6 VUØNG CHEÁT đầu ra đầu vào Vùng chết Tuyến tính thực Hình 3.4. Vùng chết. 3.2.6 VUØNG CHEÁT Hình 3.5. Vùng chết của bộ ổn nhiệt. Vùng chết Điểm đặt Nhiệt độ Đầu ra Bật Tắt 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2.7 TÍNH OÅN ÑÒNH Hình 3.5. Tính ổn định của hệ thống. Không ổn định Ổn định Biên giới ổn định Có ma sát Không ma sát 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.2. ÑAËC TÍNH CUÛA CAÛM BIEÁN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống. 3.3. MOÄT SOÁ LOAÏI CAÛM BIEÁN THÖÔØNG GAËP • 3.3.1. Cảm biến dịch chuyển thẳng và quay. • 3.3.2. Đo lực. • 3.3.3. Cảm biến đo khoảng cách. 3.3. MOÄT SOÁ LOAÏI CAÛM BIEÁN THÖÔØNG GAËP • 3.3.1. Cảm biến dịch chuyển thẳng và quay. • 3.3.2. Đo lực. • 3.3.3. Cảm biến đo khoảng cách. 3.3.1. Caûm bieán dòch chuyeån thaúng vaø quay • 3.3.1.1. Công tắc hành trình. • 3.3.1.2. Tia hồng ngoại. • 3.3.1.3. Các bộ mã hóa quang học. 3.3.1.1. Coâng taéc haønh trình. • Là loại đơn giản nhất của cảm biến dịch chuyển. Hình 3.7. Công tắc hình trình. 3.3.1.2. Tia hoàng ngoaïi • Thiết bị ngắt quang. • Đo khoảng cách. • Thiết bị phản xạ quang. Hình 3.8. Bộ ngắt quang dẫn QVA11234 Hình 3.9. Cảm biến phản xạ quang bán dẫn QRB1114 3.3.1.3. Caùc boä maõ hoùa quang hoïc. Hình 3.10. Bộ mã hóa tương đối. 3.3.2. ÑO LÖÏC. (a) (b) (c) Hình 3.11. Vật bị kéo dọc trục (a), nén dọc trục (b), biến dạng (c). Hình 3.12. Cảm biến tải thủy lực. 3.3.3. CAÛM BIEÁN ÑO KHOAÛNG CAÙCH. Hình 3.13. Sóng được phát và phản xạ lại từ vật 3.3.3. CAÛM BIEÁN ÑO KHOAÛNG CAÙCH. Hình 3.14. Đĩnh nghĩa thời gian truyền sóng. 3.3.3. CAÛM BIEÁN ÑO KHOAÛNG CAÙCH. Hình 3.15. TOF tính theo biên độ lớn nhất của tín hiệu phản xạ 3.3.3. CAÛM BIEÁN ÑO KHOAÛNG CAÙCH. Nguyên nhân sai số của phương pháp thời gian truyền: • Sự thay đổi tốc độ truyền sóng. • Không xác định được chính xác thời gian đến của xung phản xạ. • Sai số của mạch định thời sử dụng để đo thời gian truyền. • Sự tương tác của sóng tới bề mặt đối tượng cần đo khoảng cách. 3.4. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH. • 3.4.1. Các động cơ điện • 3.4.1.1. Động cơ DC • 3.4.1.2. Động cơ AC • 3.4.1.3. Động cơ bước • 3.4.2. Hệ thống điều khiển khí nén • 3.4.2.1. Phần tử xử lý và điều khiển • 3.4.2.2. Cơ cấu chấp hành: 3.4.1.1. ÑOÄNG CÔ DC. Hình 3.16. Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều. 3.4.1.1. ÑOÄNG CÔ DC. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ: • Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng. • Thay đổi điện áp U. • Thay đổi từ thông. n = E uu K IU R 3.4.1.2. ÑOÄNG CÔ AC. • Động cơ không đồng bộ: Tốc độ trượt: n2 = n1 – n Hệ số trượt: • Động cơ đồng bộ 1 1 1 2 n nn n n S     3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC. Giới thiệu: • Động cơ bước là động cơ điện không có bộ phận đảo mạch. Hình 3.17. Phân biệt động cơ bước và động cơ điện thông thường. 3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC. Hình 3.18. Cấu tạo bên trong động cơ bước. Hình 3.19. Hình dáng bên ngoài của động cơ bước. 3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC. Các loại động cơ bước (Dựa vào cấu tạo): • Động cơ bước nam châm vĩnh cửu. • Động cơ bước biến từ trở. • Động cơ bước hỗn hợp. 3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC. Động cơ bước biến từ trở. Hình 3.20. Động cơ biến từ trở. 3.4.1.3. ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC. Động cơ bước hỗn hợp. Hình 3.21. Động cơ bước hỗn hợp. 3.4. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH. • 3.4.1. Các động cơ điện • 3.4.1.1. Động cơ DC • 3.4.1.2. Động cơ AC • 3.4.1.3. Động cơ bước • 3.4.2. Hệ thống điều khiển khí nén • 3.4.2.1. Phần tử xử lý và điều khiển • 3.4.2.2. Cơ cấu chấp hành: 3.4.2. HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN. Phần tử đưa tín hiệu Phần tử xử lý và điều khiển Cơ cấu chấp hành - Công tắc, nút bấm. - Công tắc hành trình. - Cảm biến. - Van đảo chiều. - Van chắn. - Van tiết lưu. - Van áp suất. - Phần tử khuếch đại. - Xilanh. - Động cơ khí nén. Một hệ thống điều khiển khí nén bao gồm: 3.4. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH. • 3.4.1. Các động cơ điện • 3.4.1.1. Động cơ DC • 3.4.1.2. Động cơ AC • 3.4.1.3. Động cơ bước • 3.4.2. Hệ thống điều khiển khí nén • 3.4.2.1. Phần tử xử lý và điều khiển • 3.4.2.2. Cơ cấu chấp hành: 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. 3.4.2.1.2. Van chắn. 3.4.2.1.3. Van tiết lưu: 3.4.2.1.4. Van áp suất. 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. a. Ký hiệu của van đảo chiều. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van đảo chiều 2/2 Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. b. Tín hiệu tác động. Tác động bằng tay. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Kí hiệu nút nhấn tổng quát Nút bấm Tay gạt Bàn đạp 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. b. Tín hiệu tác động. Tác động bằng khí nén. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trực tiếp bằng dòng khí nén vào Trực tiếp bằng dòng khí nén ra Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với đường kính 2 đầu nòng van khác nhau Gián tiếp bằng dòng khí nén vào qua van phụ trợ 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. b. Tín hiệu tác động. Tác động bằng cơ. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Đầu dò Cữ chặn bằng con lăn, tác động 2 chiều Cữ chặn bằng con lăn, tác động 1 chiều Lò xo Nút nhấn có rãnh định vị 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. b. Tín hiệu tác động. Tác động bằng nam châm điện. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trực tiếp Bằng nam châm điện và van phụ trợ Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể * 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. c. Van đảo chiều có vị trí “không”. d. Van đảo chiều không có vị trí “không”. P R Y 1 0 Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện P R Y1 a A Y2 b Van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.2. Van chắn. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van một chiều. Van logic OR. Van logic AND. Van xả khí nhanh. A B A P2P1 A P R P2P1 A 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.3. Van tiết lưu. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van tiết lưu có tiết diện không đổi. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay. Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn. A B A B A B A B 3.4.2.1. PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 3.4.2.1.4. Van áp suất. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van an toàn. Van tràn. P R AP 3.4. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH. • 3.4.1. Các động cơ điện • 3.4.1.1. Động cơ DC • 3.4.1.2. Động cơ AC • 3.4.1.3. Động cơ bước • 3.4.2. Hệ thống điều khiển khí nén • 3.4.2.1. Phần tử xử lý và điều khiển • 3.4.2.2. Cơ cấu chấp hành 3.4.2.2. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH. 3.4.2.2.1. Xi lanh TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một chiều). Xilanh tác dụng 2 chiều (xilanh tác dụng kép). 3.4.2.2. CÔ CAÁU CHAÁP HAØNH. 3.4.2.2.2. Động cơ khí nén. Động cơ quay hai chiều. Động cơ quay một chiều