CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP - CHƯƠNG 4 CẢM BIẾN ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN

Nguyên lý đo 1.1. 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 cần xác định vị trí hoặc dịch chuyển. 2.2. Phương pháp 2: ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí hoặc dịch chuyển được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra. .2. Điện thế kế điện trở 2.1. Điện thế kế dùng con chạy cơ học a) Cấu tạo và nguyên lý...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP - CHƯƠNG 4 CẢM BIẾN ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN Chương 4 CẢM BIẾN ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN 1. Nguyên lý đo 2. Điện thế kế điện trở 3. Cảm biến điện cảm 4. Cảm biến điện dung 5. Cảm biến quang 6. Cảm biến sóng đàn hồi 1. Nguyên lý đo 1.1. 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 cần xác định vị trí hoặc dịch chuyển. 2.2. Phương pháp 2: ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí hoặc dịch chuyển được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra. 2. Điện thế kế điện trở 2.1. Điện thế kế dùng con chạy cơ học a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: gồm một điện trở cố định (Rm) và một tiếp xúc điện (con chạy) liên kết với vật khảo sát. Khi vật di chuyển, con chạy di chuyển theo, điện trở đo phụ thuộc vào vị trí con chạy. Đo điện trở ⇒ vị trí. 2.1. Điện thế kế con chạy cơ học Đo dịch chuyển quay α > 360o α α Rα = Rα = Rm l Rm Rx = Rm αm αm L 2.1. Điện thế kế con chạy cơ học • Điện trở dạng dây cuộn: được chế tạo từ các hợp kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni - Cr - Fe, Ag - Pd quấn thành vòng xoắn dạng lò xo trên lõi cách điện (bằng thuỷ tinh, gốm hoặc nhựa), giữa các vòng dây cách điện bằng emay hoặc lớp oxyt bề mặt. • Điện trở dạng băng dẫn: được chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10-2µm. 2.1. Điện thế kế con chạy cơ học b) Đặc điểm: • Cấu tạo đơn giản. • Đo được dịch chuyển lớn. • Khoảng chạy có ích nhỏ hơn chiều dài điện trở (Lm). • Độ phân giải của điện trở dạng dây ~10µm, dạng băng dẫn ~ 0,1 µm. • Thời gian sống thấp: dạng dây ~106 lần, dạng băng dẫn 5.107 - 108 lần. • Chịu ảnh hưởng lớn của bụi và ẩm. 2.2. Điện thế kế con chạy quang và từ 2.2.1. Điện thế kế con chạy quang a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 2.2.1. Điện thế kế con chạy quang b) Đặc điểm: • Không có tiếp xúc cơ học tránh mòn, tránh gây tiếng ồn. • Tuổi thọ cao. • Thời gian hồi đáp ngắn (~20µs). 2.2.2. Điện thế kế dùng con trỏ từ a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Cấu tạo: NC • R1 và R2: từ điện trở. V m • NC: nam châm vĩnh cửu. • Es R1, R2: điện trở 2.2.2. Điện thế kế dùng con trỏ từ Nguyên lý: v Nam châm quay. Chiều dài từ điện trở nằm trong từ trường thay đổi → điện trở thay đổi. v Tín hiệu ra: R1 R1 = ES = Vm ES R1 + R 2 R v Đo Vm⇒ vị trí góc. Thường dùng trong khoảng tuyến tính: góc quay ~ 90o, dịch chuyển thẳng ~ 1 – 2 mm. 3. Cảm biến điện cảm 3.1. Nguyên lý chế tạo: • Cảm biến điện cảm là nhóm các cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển được gắn vào một phần tử của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộn đo. • Cảm biến điện cảm được chia ra: cảm biến tự cảm và hỗ cảm. 3.2. Cảm biến tự cảm (CBTC) 3.2.1. CBTC đơn có khe từ biến thiên: Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 3.2.1. CBTC đơn có khe từ biến thiên • W- số vòng dây. W µ 0s 2 2 Rδ - từ trở của khe hở không khí. W L= = δ - chiều dài khe hở không khí. δ Rδ s - tiết diện thực của khe hở không khí. ωW 2 µ 0 s Z = ωL = • δ • 3.2.1. CBTC đơn có khe từ biến thiên Đặc điểm: L = f(∆δ)→ phi tuyến còn L= f(∆s)→ tuyến tính • W 2µ 0 W 2µ 0s0 ∂L ∂L dδ ⇒ ∆L = ∆s − ∆δ dL = ds + (δ0 + ∆δ) δ0 ∂s ∂δ 2 ∆L L0 Độ nhạy khi δ thay đổi: Sδ = =− ∆δ 2   ∆δ  δ 0 1 +   δ    0  ∆L W µ 0 L 02 Ss = = = ∆s δ0 s0 • Z phụ thuộc δ, s và ω: s = f(∆δ)→ phi tuyến s = f(∆s)→ tuyến tính s tăng khi ω tăng. a) Cấu tạo: 3.2.2. CBTC kép có khe từ biến thiên b) Đặc điểm: - Độ nhạy lớn. - Độ tuyến tính cao hơn. 3.2.3. CBTC có lõi từ di động a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc Đơn Kép (lắp vi sai) 3.2.3. CBTC có lõi từ di động b) Đặc điểm: • L = f(lf) → phi tuyến, độ nhạy và độ tuyến tính của CB kép cao hơn CB đơn. • Đo được dịch chuyển lớn hơn so với CBTC có khe từ biến thiên. 3.3. Cảm biến hỗ cảm (CBHC) 3.3.1. CBHC có khe từ biến thiên a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 1. 3. Tấm sắt 2. 4. ...