Giáo trình Đo lường cảm biến: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tải

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Đo lường cảm biến: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Đo vận tốc, gia tốc; Đo biến dạng, lực và trọng lượng; Đo lưu lượng, tốc độ và mức chất lưu; Các cảm biến đo lường khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Đo lường cảm biến: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tảiChương 5: Đo vận tốc , gia tốc CHƢƠNG 5Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc là đo tốc độ quay của máy. Độ an toàncũng như chế độ làm việc của máy phụ thuộc rất lớn vào tốc độ quay. Trong trường hợpchuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài cũng thường được chuyển về đo tốc độ quay. Bởi vậy,các cảm biến đo vận tốc góc đóng vai trò quan trọng trong việc đo vận tốc.Để đo vận tốc góc thường ứng dụng các phương pháp sau đây: Sử dụng tốc độ kế vòng kiểu điện từ: nguyên lý hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Cảm biến gồm có hai phần: phần cảm (nguồn từ thông) và phần ứng (phần có từ thông đi qua). Khi có chuyển động tương đối giữa phần cảm và phần ứng, từ thông đi qua phần ứng biến thiên, trong nó xuất hiện suất điện động cảm ứng xác định theo công thức: (5.1)Thông thường từ thông qua phần ứng có dạng: (x)= 0F(x) (5.2)Trong đó x là biến số của vị trí thay đổi theo vị trí góc quay hoặc theo đường thẳng, khi đó suấtđiện động e xuất hiện trong phần ứng có dạng: (5.3)Suất điện động này tỉ lệ với vận tốc cần đo. Sử dụng tốc độ kế vòng loại xung: làm việc theo nguyên tắc đo tần số chuyển động của phần tử chuyển động tuần hoàn, ví dụ chuyển động quay. Cảm biến loại này thường có một đĩa được mã hoá gắn với trục quay, chẳng hạn gồm các phần trong suốt xen kẽ các phần không trong suốt. Cho chùm sáng chiếu qua đĩa đến một đầu thu quang, xung điện lấy từ đầu thu quang có tần số tỉ lệ với vận tốc quay cần đo.5.1 Máy phát tốc.Máy phát tốc là một máy phát điện, gồm rotor và Stator. Trong đó Rotor thường là nam châmKhoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 67Chương 5: Đo vận tốc , gia tốcvĩnh cửu. Máy phát tốc thường được lắp ở trục động cơ, trục máy phát điện. Khi trục động cơhoặc trục máy phát quay thì rotor của máy phát tốc cũng quay, phía Stator của máy phát tốc sẽcó điện áp. Người ta xuất điện áp đó để cung cấp cho mạch kiểm soát tốc độ của trục động cơhoặc trục máy phát. Hình 5.1: Hình ảnh máy phát tốc5.2 Encoder. Cấu tạo: Encoder gồm một đĩa mã có khắc vạch sáng tối, đặt giữa nguồn sáng và transistor quang (phototransistor). Encoder có 2 loại: Encoder tương đối và encoder tuyết đối.  Encoder tương đối: gồm một đĩa mã trên đó có khắc một vòng các vạch tối sáng Hình 5.2: Cấu tạo của encoder tương đốiBộ thu phát hồng ngoại có cấu tạo gồm ba cặp thu phát hồng ngoại bố trí như hình Hình 5.3: Sơ đồ thu phát hồng ngoại và bố trí các cặp thu phát trong encoderHai cặp thu phát A, B được bố trí sao cho trục tia sáng nằm trên đường tròn qua tâm lỗ trốngKhoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 68Chương 5: Đo vận tốc , gia tốcnhưng lệch nhau, khi trục tia sáng của cặp A đi qua tâm của một lỗ trống thì trục tia sáng căp Bsẽ chiếu qua biên của lỗ trống. Cặp Z được bố trí có trục tia sáng đi chỉ đi qua lỗ trống lớn màkhông qua các lỗ trống còn lại.Khi đĩa mã quay, lỗ trống sẽ lần lượt đi qua các trục tia sáng của cặp A và cặp B. Khi trục tiasáng của cặp nào xuyên qualỗ trống thì ở phototransistor sẽ cho ra tín hiệu mức 1, ngược lại thìở phototransistor sẽ cho ra tín hiệu mức 0. Số xung phát ra ở ngõ ra của mỗi phototransistor A,B sẽ bằng số lỗ trống trên đĩa mã. Khi đĩa mã quay được một vòng thì phototransistor Z sẽ phátra một xung. Giản đồ xung của Encoder tương đối như hình Hình 5.4: Giản đồ xung quay thuận – quay ngượcDựa vào thứ tự xuất hiện của các xung ta có thể xác định được chiều quay của encoder. Hình 5.5: Hình ảnh thật của Encoder tương đốiĐộ phân giải của encoder tuỳ thuộc vào số lỗ trống (vạch sáng tối) trên đĩa mã. Thường thì đĩamã có số lỗ trống là: 100, 200, 500, 1000 lỗ. Nếu gọi số lỗ trống trên đĩa mã (số xung phát ra)là n thì độ phân giải của encoder là s: s = 3600 / n (5.4)  Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder): gồm một đĩa mã trên đó có khắc nhiều vòng các vạch tối sáng. Số vòng các lỗ trống trên đĩa mã chính là số bit của encoder.Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 69Chương 5: Đo vận tốc , gia tốc Hình 5.6 Cấu tạo của encoder tuyệt đối 3 bitBộ thu phát hồng ngoại có cấu tạo gồm ba cặp thu phát hồng ngoại bố trí như hình Hình 5.7: Sơ đồ thu phát hồng ngoại trong encoder tuyệt đốiCác cặp thu phát hồng ngoại được bố trí thẳng hàng sao cho trục tia sáng của mỗi cặp thu phátsẽ đi qua tâm của một lỗ trống. Khi đĩa mã quay thì ở ...