Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Điện tử công nghiệp - CĐ/TC): Phần 2 - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

Giáo trình Kỹ thuật cảm biến với mục tiêu giúp các bạn có thể phân tích, giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cảm biến thông dụng trong lĩnh vực: điện tử, kỹ thuật điện tử, điện công nghiệp. Phân tích, giải thích nguyên lý của mạch điện cảm biến và bộ điều khiển cho cảm biến. Phân tích, giải thích các thông số kỹ thuật cho các loại cảm biến. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Điện tử công nghiệp - CĐ/TC): Phần 2 - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp 59 Bài 5. CẢM BIẾN TIỆM CẬN – CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH Mã bài: MĐ 15-5 Giới thiệu: Cảm biến tiếp cận điện (proximity sensor) là loại cảm biến dùng để phát hiện sự có mặt của một vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể đó ở khoảng cách gần. Một số loại cảm biến tiệm cận như: cảm biến tiệm cận điện cảm, điện dung, siêu âm, ... Cảm biến tiệm cận có các đặc điểm: (Phát hiện vật không cần tiếp xúc; Tốc độ đáp ứng cao; Đầu sensor nhỏ, có thể lắp đặt nhiều nơi; Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt). Mục tiêu - Kiến thức: + Phân tích, giải thích cấu tạo, Nguyên lý của các cảm biến tiệm cận. + Phân tích, giải thích nguyên lý của mạch điện cảm biến tiệm cận và bộ điều khiển cho cảm biến. + Phân tích, giải thích các thông số kỹ thuật cho các loại cảm biến tiệm cận - Kỹ năng + Lắp, đấu nối và đo các thông số đặc trưng của các cảm biến tiệm cận. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện tính an toàn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh công nghiệp, hình thành tư duy khoa học phát triển năng lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính chính xác khoa học và tác phong công nghiệp Nội dung chính: 1. Cảm biến tiệm cận điện cảm: Xem thêm 1.1. Cấu tạo: - Cấu trúc cảm biến tiệm cận điện cảm: GT-KTCB-MĐ15 60 Vật cảm biến Vỏ bảo vệ Cuộn dây Tín hiệu ra Vùng từ trường Tạo từ trường Biến đổi Hình 7.1. Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện cảm Các bộ phận chính: + Tạo từ trường gồm: bộ tạo dao động và cuộn dây cảm ứng, + Biến đổi gồm: cuộn dây so sánh, bộ so sánh, bộ khuếch đại + Tín hiệu ra: Các loại ngõ ra: 1.2. Nguyên lý hoạt động: Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao và truyền tần số này qua cuộn cảm ứng để tạo ra vùng từ trường ở phía trước. Đồng thời năng lượng từ bộ tạo dao động cũng được gửi qua bộ so sánh để làm mẫu chuẩn. Khi không có vật cảm biến nằm trong vùng từ trường thì năng lượng nhận về từ cuộn dây so sánh sẽ bằng với năng lượng do bộ dao động gửi qua như vậy sẽ không có tác động gì xảy ra. Khi có vật cảm biến bằng kim loại nằm trong vùng từ trường, dưới tác động của vùng từ trường trong kim loại sẽ hình thành dòng điện xoáy. Khi vật cảm biến càng gần vùng từ trường của cuộn cảm ứng thì dòng điện xoáy sẽ tăng lên đồng thời năng lượng phát trên cuộn cảm ứng càng giảm. Qua đó, năng lượng mà cuộn dây so sánh nhận được sẽ nhỏ hơn năng lượng mẫu chuẩn do bộ dao động cung cấp. Sau khi qua bộ so sánh tín hiệu sai lệch sẽ được khuếch đại và dùng làm tín hiệu điều khiển ngõ ra 1.3. Ưu nhược điểm của cảm biến tiệm cận điện cảm < Ưu điểm của cảm biến tiệm cận > • Vì không có lực cơ học nên tuổi thọ của công tắc tiệm cận rất dài. • Khi đối tượng nằm trong phạm vi phát hiện, cảm biến có thể phát hiện không chỉ sự hiện diện, mà còn là đối tượng chuyển động. • Vì không có bộ phận chuyển động, nên rất dễ bịt kín cảm biến, bảo vệ nó khỏi môi trường. • Một số loại công tắc tiệm cận nhất định chỉ đáp ứng với các vật liệu cụ thể. chẳng hạn như: đặc tính có thể được sử dụng trong việc phát hiện các loại vật liệu cụ thể. GT-KTCB-MĐ15 61 < Nhược điểm của cảm biến tiệm cận > • Độ lệch nhiệt độ môi trường xung quanh có thể phát hiện sai lệch. • Dễ bị nhiễu ngoài. • Để điều khiển điện áp lớn hoặc dòng điện cao, cần có bộ đệm, chẳng hạn như rơle. • Yêu cầu nguồn cấp năng lượng cho mạch cảm biến. Độ tin cậy bị giảm do số lượng thành phần tăng lên trong bộ cảm biến. 1.4. Các loại ngõ ra: Loại cảm biến tiếp cận điện cảm có 3 dây đầu ra (sử dụng điện áp DC) có thể có ngõ ra là PNP hoặc là NPN. Hình vẽ dưới đây minh họa cho loại cảm biến có ngõ ra là PNP. Thiết bị tải được mắc giữa ngõ ra (ký hiệu A) và dây (-) của nguồn điện (ký hiệu L-). Một transistor loại PNP được mắc giữa ngõ ra (A) và dây (+) (ký hiệu L+) của nguồn điện. Khi transistor hoạt động ở chế độ ON, có một dòng điện đi từ dây (L+) qua tải đến dây (L-). Trong trường hợp này, dòng điện này được gọi là dòng điện nguồn (dòng điện quy ước), nó đi từ chiều (+) đến chiều (-) của nguồn điện và đi qua tải. Thuật ngữ này gây khó khăn cho những người mới sử dụng cảm biến, vì dòng electron (dòng điện thực) đi từ chiều (-), qua tải và sau đó đến chiều (+) của nguồn khi transistor PNP hoạt động ở chế độ ON. Hình 5.1. Kiểu ngõ ra NPNP Hình vẽ dưới đây minh họa cho loại cảm biến có ngõ ra là loại NPN. Thiết bị tải được mắc giữa ngõ ra (ký hiệu A) và dây (+) của nguồn (ký hiệu L+). Một transistor loại NPN được mắc giữa ngõ ra (A) và dây (+) (ký hiệu L+) của nguồn điện. Khi transistor hoạt động ở chế độ ON, dòng điện di qua tải được gọi là dòng điện mát (dòng điện quy ước). Dòng điện này có chiều ngược lại so với dòng electron (dòng điện thực). Hình 5.2. Kiểu ngõ ra NPN Ngõ ra được gọi là thường mở (NO) hoặc thường đóng (NC) tùy thuộc vào trạng thái của transistor khi chưa phát hiện ra vật thể. Ví dụ, ngõ ra PNP là OFF khi chưa phát hiện ra vật thể, khi đó nó là một thiết bị thường mở. Ngược lại nếu ngõ ra PNP là ON khi chưa phát hiện được vật thể, khi đó nó là một thiết bị thường đóng. GT-KTCB-MĐ15 62 Ngoài ra còn có loại cảm biến có ngõ ra bổ sung (có 4 dây ở ngõ ra). Ngõ ra bổ sung là loại ngõ ra có cả tiếp điểm thường đóng và thường mở trên cùng một cảm biến. ...