Bài giảng Đo lường cảm biến: Chương 2

Bài giảng Đo lường cảm biến: Chương 2 - Cảm biến & đo lường vị trí, sự dịch chuyển có nội dung trình bày cảm biến sự dịch chuyển dùng điện trở, cảm biến sự dịch chuyển dùng điện dung, cảm biến sự dịch chuyển dùng điện cảm, đo bằng sóng siêu âm và các nội dung khác. Tham khảo nội dung bài giảng để hiểu rõ hơn về các nội dung trên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Đo lường cảm biến: Chương 2 Chương 2: CẢM BIẾN & ĐO LƯỜNG VỊ TRÍ, SỰ DỊCH CHUYỂN -Kiểm tra vị trí và sự dịch chuyển đóng vai trò quan trọng đối với hoạt động của nhiều máy mọc, công cụ. -Một số đại lượng vật lý có thể đo được thông qua việc xác định sự dịch chuyển của một vật chịu tác động của đại lượng vật lý đó. Trang 1 I. Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện trở Gồm một điện trở cố định Rn và một tiếp xúc điểm có thể di chuyển gắn với chuyển động cần đo. Vi trí con chạy tỷ lệ với giá trị điện trở tại đầu ra của tiếp xúc điểm + Dịch chuyển thẳng l R(l ) = Rn L + Dịch chuyển quay α R ( α ) = Rn αo Trang 2 Đặc tính: + Giá trị điện trở từ 1kΩ  100kΩ, đôi khi lên đến MΩ + Độ phân giải : thông thường đạt cỡ 10 µm + Tuổi thọ của con chạy : 106 lần với dạng xoay và 107 – 108 với dạng dịch chuyển + Độ tuyến tính : ở đầu đường chạy hoặc cuối đường chạy : độ tuyến tính kém. Trang 3 Tra ng 4 Trang 5 II. Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện dung Nguyên lý làm việc : thay đổi giá trị điện dung dưới tác động dịch chuyển làm thay đổi vị trí của 2 bản cực. Trang 6 Tra ng 7 Cảm biến được đặc trưng bởi độ nhạy: + độ nhạy điện dung: Sc = ΔC / Δx + độ nhạy điện kháng: Sz = ΔZ / Δx Điện dung sẽ phụ thuộc vào tiết diện, khoảng cách 2 bản cực và điện môi giữa 2 bản cực C(x) = f (A,x, ε) ε .ε 0 . A C ( x) = x Tra ng 8 Ví dụ : dịch chuyển theo chiều dọc A Sự thay đổi điện dung: ε .ε 0 .A C( x ) = x x ε0 = 8,85.10-12 F/m : hằng số điện môi C(x) : không tuyến tính theo độ dịch chuyển Độ nhạy : dC ( x ) Aεε = − 20 dx x dC ( x ) Aεε 0 1 C( x ) =− . =− dx x x x dC ( x ) dx =− C( x ) x Độ biến thiên điện dung bằng với độ biến thiên của sự dịch chuyển nhưng ngược chiều. Trang 9 Để tuyến tính hóa, người ta có thể dùng mạch điện sau cho trường hợp trên: Cx i x + if = 0 Cf - ex − ei eo − ei eo = ex ~ + 1/ Cf 1/ C x Cf ex Cf ex eo = − =− .x Cx ε 0εA Qua mạch điện thì ngõ ra eo tuyến tính với sự dịch chuyển x Tụ có khoảng cách biến thiên có thể đo được dịch chuyển nhỏ, trong khi đó tụ có diện tích biến thiên chỉ đo được dịch chuyển lớn hơn 1cm Trang 10 Ví dụ : dịch chuyển theo chiều ngang v A A ε .ε 0 .( A − vx ) C( x ) = d d C(x) : tuyến tính theo độ dịch chuyển Ví dụ : thay đổi điện môi. x v ε0 C( x ) = .( ε 1.vx + ε 2 ( A − vx )) A ε1 ε2 d ε0 C ( x ) = .( ε 2 A + (ε1 − ε 2 ).vx ) x d C(x) : tuyến tính theo độ dịch chuyển Trang 11 Chuyển đổi điện dung vi sai • C1-C2 = εε0 A/(d-x) - εε0 A/(d+x) = 2εε0 Ax/(d2-x2) • C1+C2 = εε0 A/(d-x) + εε0 A/(d+x) = 2εε0 Ad/(d2-x2) Trang 12 III. Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện cảm 1. Lõi sắt, 2. Cuộn dây, 3. Phần ứng di chuyển được, 4. Khe h ở không khí Xv tác động làm phần ứng 3 dịch chuyển  khe hở không khí δ thay đổi  thay đổi từ trở của lõi thép  điện cảm và tổng trở của cảm biến cũng thay đổi theo. Trang 13 n n .µ .µ 0 .s 2 2 L= = Điện cảm: Rδ δ Với : δ Rδ : từ trở của khe hở không Rδ = khí. µ.µ0 .s s: tiết diện thực của khe hở không khí μ0 = 4π. 10-7 H/m: hằng số từ thẩm Điện cảm sẽ phụ thuộc vào khoảng cách khe hở không khí. Trang 14 Ví dụ 1: RA RG x Từ trở của tổng mạch từ: Rc R = R A + RC + RG i Trong đó : RA từ trở trong lõi di chuyển ...