Thiết bị lập trình Cảm biến (Sensor)

n so với RTD. Rất thích hợp với những ứng dụng có dải nhiệt độ hẹp. So sánh 2 loại trên: ) RTD: −u điểm: Tuyến tính trong dải nhiệt độ rộng Đo đ−ợc nhiệt độ cao, dải đo lớn ổn định tốt hơn ở nhiệt độ cao nh−ợc điểm: Độ nhậy kém Giá thμnh cao Bị ảnh h−ởng do rung động, do điện trở tiếp xúc Thiết bị lập trình 36 ) Thermistor: −u điểm: Đáp ứng nhanh Đo đ−ợc nhiệt độ ở dải đo hẹp với độ chính xác cao Không bị ảnh h−ởng của điện trở dây nối Có khả năng chống rung Giá thμnh thấp nh−ợc điểm: ) Khả năng tuyến tính thấp ở dải đo lớn ) Phạm vi đo nhiệt độ hẹp ) Cặp nhiệt ngẫu (can nhiệt) ) Đ−ợc cấu tạo từ một cặp kim loại, lμm từ vật liệu khác nhau. 2 đầu nối với nhau vμ đặt ở 2 vùng nhiệt độ, sự chênh lệch nhiệt độ tạo ra sức điện động trên 2 đầu cặp nhiệt ngẫu. Kim loại A Kim loại B Nóng Lạnh T1: là nhiệt độ cần đo T2: là nhiệt độ mẫu e Kim loại B Kim loại A Nóng Lạnh Đến PLC Thiết bị lập trình 37 ) Nhiệt độ mẫu chuẩn (lạnh) lμ 0oC, do vậy trong datasheet của cặp nhiệt ngẫu, điện áp đầu ra dựa trên nhiệt độ mẫu 0oC. ) Tuy nhiên trong công nghiệp việc tạo ra 0oC lμ rất bất tiện, cho nên cần phải tiến hμnh bù nhiệt độ mẫu Xét ví dụ: Dùng cặp nhiệt ngẫu loại E, có tín hiệu điện áp đầu ra lμ 16,42 mV, nhiệt độ T2 lμ 46oF, tìm nhiệt độ cần đo T1 (nhiệt độ đúng) Constantan Crôm Nóng Lạnh e ) Do nhiệt độ T2 không phải nhiệt độ mẫu, nên ta tiến hμnh bù, để bù đ−ợc ta cần dựa vμo đặc tính ra của cặp nhiệt ngẫu (xem hình). ) Ta đ−ợc X = 0,458 mV, do đó nếu ở 0oC hay 32oF thì điện áp đầu ra sẽ lμ: 16,42 + 0,458 = = 16,878 mV ) Từ giá trị tìm đ−ợc ta lại nội suy vμ đ−ợc 474,71oF Thiết bị lập trình 38 ) Một số cảm biến trên thực tế ) Loại thermistor: LM35 ) Loại RTD: Pt - 100 có điện trở ở 00C lμ 100Ω , Pt - 300 có điện trở ở 00C lμ 300Ω, Pt - 500 có điện trở ở 00C lμ 500Ω, Pt - 1000 có điện trở ở 00C lμ 1000Ω, những loại có điện trở lớn có độ nhạy cao hơn. )Cặp nhiệt ngẫu: ?Chuyển đổi lực (Cảm biến lực). ) Cảm biến lực vμ áp suất dùng để đo lực trên một đơn vị diện tích ) Có 3 loại chuyển đổi lực phổ biến lμ: Đo sức căng Dùng ống Bourdon Dùng load cell Đo sức căng (cảm biến áp trở) ) Lμ kiểu chuyển đổi cơ khí dùng để đo biến dạng, sức căng của một vật cứng khi có lực tác động. ) Kiểu chuyển đổi nμy dựa vμo sự thay đổi về trở kháng trong dây quấn khi bị lực tác động. Dây quấn có thể lμm từ kim loại (đồng, sắt, platium) hoặc từ chất bán dẫn (silic, german) Thiết bị lập trình 39 ) Kiểu chuyển đổi nμy có hai hình thức lμ Dán (mμng mỏng) vμ Tự do ) Dán: lμ hình thức gắn trực tiếp bộ chuyển đổi lên bề mặt cần đo (a). ) Tự do: lμ hình thức không gắn trực tiếp bộ chuyển đổi lên bề mặt cần đo (b). Lực tác độngDây quấn Vị trí đỡ Dây quấn Lực tác động ) Đo sức căng dùng kĩ thuật mạch cầu cân bằng, tuy nhiên nhiệt độ lại lμm ảnh h−ởng đến trở kháng, do đó cần thiết kế thêm mạch bù ) Chỉ có dây quấn (R4) có chiều t−ơng ứng với lực tác động , lúc đó chỉ trở kháng R4 mới bị thay đổi. ) Nhiệt độ đ−ợc bù thông qua R3. Dây quấn chính Dây quấn phụ Lực Thiết bị lập trình 40 )Dùng ống Bourdon ) Lμ kiểu chuyển đổi cơ khí (dùng kĩ thuật LVDT) biến áp lực thμnh dịch chuyển theo vị trí. Vị trí dịch chuyển tỉ lệ với áp lực đặt vμo. Tín hiệu vμo Tín hiệu ra ống Bourdon Lõi Đầu gá ống áp lực Lò xo )Dùng Load Cell ) Lμ cảm biến đo trọng l−ợng vμ lực dựa trên nguyên lý chuyển đổi đo sức căng kiểu dán. Lμ loại cảm biến dùng chủ yếu trong cân nặng. ?Chuyển đổi l−u l−ợng (Cảm biến l−u l−ợng). ) Cảm biến l−u l−ợng dùng để đo l−u l−ợng của một vật liệu bất kì, d−ới dạng rắn, lỏng, khí ) Đo l−u l−ợng rắn ) Th−ờng dùng chủ yếu lμ bộ chuyển đổi Load Cell, để đo trọng l−ợng của sản phẩm. Thiết bị lập trình 41 ) Ví dụ: Bμi toán cần giữ ổn định l−u l−ợng của vật liệu trên băng tải. L vPQ .= Trọng l−ợng (P) Chiều dμi (L) Load Cell Tốc độ (v) Van Phễu ) Đo l−u l−ợng lỏng ) Tiến hμnh đo 1 trong 2 yếu tố Độ chênh áp suất Chuyển động của chất lỏng. ) Đo yếu tố thứ nhất ng−ời ta có thể dùng ống Venturi hoặc tấm orifice ) Đo yếu tố thứ hai ng−ời ta dùng đồng hồ đo l−u l−ợng dùng turbine. ống Venturi vμ tấm orifice: đều dựa vμo nguyên lí Bernoulli, thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ vμ độ chênh áp suất giữa 2 điểm đo. ống venturi vμ tấm orifice thích hợp với đo áp suất thấp Thiết bị lập trình 42 Vμo Ra Khe hẹp ống côn áp suất Tốc độ Pkv Δ= v: tốc độ môi chất ΔP = P1 - P2 k: Hằng số Bernoulli PK PkA AvQ Δ= Δ= = . .. . A: Tiết diện mặt cắt ngang của ống ống Venturi áp suất Tấm Orifice Vỏ ống Lỗ Orifice Tấm Orifice Tấm orifice Thiết bị lập trình 43 Đồng hồ đo l−u l−ợng dùng turbine: dựa vμo nguyên lí cảm ứng điện từ. Về cấu tạo, đồng hồ gồm một rôto gắn với nhiều cánh, một stato để tạo ra tín hiệu điện. Khi roto quay d−ới tác động của luồng chất lỏng, sẽ tạo ra từ tr−ờng cảm ứng trong đồng hồ. Từ tr−ờng nμy đ−ợc tạo thμnh những tín hiệu điện áp nhỏ (cỡ 10-20mV). Bộ chuyển đổi điện có thể tạo tín hiệu t−ơng tự hoặc tín hiệu số (xung) tỉ lệ với l−u l−ợng môi chất qua ống Xung ra Bộ chuyển đổi điện ) Lμ loại cảm biến phát hiện vị trí hiện tại của đối t−ợng trong hμnh trình. ) Cảm biến vị trí trục quay: Bao gồm nhiều tiếp điểm đ−ợc sắp xếp theo một quy luật nào đó. ) Cảm biến vị trí dùng photo-điốt: Bao gồm một dãy phát và một dãy thu. Tuy vào vị trí của đối t−ợng mà các điôt t−ơng ứng sẽ tắt Phát ?Chuyển đổi vị trí (Cảm biến vị trí). Thiết bị lập trình 44 ) Cảm biến vị trí dùng bộ phân áp (potentiometer): Sử dụng một bộ phân áp, tuỳ vào điện áp đầu ra mà cho ta vị trí của đối t−ợng cần phát hiện. Điện trở Nguồn DC Đầu tr−ợt Đầu tr−ợt Nguồn DC Điện trở ) Cảm biến vị trí dùng kĩ thuật LVDT: Sử dụng một biến áp LVDT, tuỳ vào vị trí dịch chuyển của đối t−ợng mà cho ta điện áp t−ơng ứng ở đầu ra của biếp áp. ) Cảm biến vị trí dùng encoder quang: Là loại cảm biến chuyển dấu hiệu vị trí theo góc, theo đ−ờng thẳng thành tín hiệu nhị phân t−ơng đ−ơng. Đối với loại cảm biến này th−ờng đ−ợc chia ra làm hai loại: Mã hoá liên tục Mã hoá tuyệt đối Mã hoá liên tục: Bao gồm một nguồn phát quang, một hoặc hai đĩa mã hoá, ba cảm biến quang, và một bộ điều khiển. Trên đĩa mã hoá đ−ợc bố trí các khe hẹp, để nguồn sáng có thể lọt qua Thiết bị lập trình 45 ) Đĩa mã hoá cho encoder trên có thể xác định h−ớng quay của đĩa nhờ vào sự lệch pha 900 của hai chuỗi xung do hai cảm biến A và B tạo ra. A B C A B Ng−ợc Thuận Mã hoá tuyệt đối: Bao gồm một đĩa quay làm từ vật liệu trong suốt. Trên đĩa đ−ợc chia thành các vùng có góc bằng nhau, số l−ợng tuỳ thuộc vào độ phân giải và số l−ợng các vòng cung đồng tâm. Một vòng cung sẽ trong suốt trong một số vùng, các vùng còn lại sẽ bị che khuất 010110 111 011 001 000 101 100 Đĩa mã hoá 8 vòng cung Thiết bị lập trình 46 ) Hình trên ta thấy đĩa mã hoá có 3 vòng cung, tạo thành 8 vùng (23 = 8) với độ phân giải 360/8 = 45o (trên thực tế th−ờng từ 8 → 12 vòng cung). Mỗi vòng cung có một cảm biến quang. Tuỳ vào từng thời điểm mà ta sẽ có một chuỗi các bít t−ơng ứng với vị trí hiện tại của đĩa. ) Ví dụ: Nếu chuỗi bít là 010 thì vị trí t−ơng ứng sẽ là 4h30' đến 6h00'. ) Nh− vậy các chuỗi bít phải đ−ợc mã theo chu kì một vòng tròn, ở 2 vùng liền kề chỉ đ−ợc khác nhau 1 bít. ) Độ phân giải bị giới hạn bởi số l−ợng vòng cung trên đĩa. Ví dụ nếu đĩa có 8 vòng cung thì độ phân giải sẽ là 28 = 256 vùng, hay 360/256 = 1,4o ?Chuyển đổi tốc độ (Cảm biến tốc độ). ?Dùng để xác định tốc độ quay hiện thời của đối t−ợng. ) Cảm biến tốc độ quay tự cảm: Dựa trên sự thay đổi từ thông qua cuộn dây cố định a) b) Thiết bị lập trình 47 ) Cảm biến tốc độ bằng máy phát tốc: Thực chất lμ một máy phát điện một chiều, kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Có đặc điểm điện áp phát ra tỉ lệ với số vòng quay rôto.