ME3081: Mechatronic System Design Lecturer: PhD. Dang Thai Viet Mechatronics Department, School of Mechanical Engineering, HUST Viet.dangthai@hust.edu.vn 2
Chương 6. Cảm biến ME3081: Mechatronic System Design Mục 1. Khái niệm và phân loại cảm biến Mục 2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cảm biến Mục 3. Một số loại cảm biến cơ bản 3
6.1. Khái niệm và phân loại (1) • Cảm biến là thiết bị cảm nhận sự biến đổi của đại lượng vật lý về trạng thái và giá trị theo thời gian. • Phần lớn các tín hiệu vật lý được cảm biến chuyển đổi thành các tín hiệu điện. • Đo lường là một phần quan trọng của HT CĐT với chức năng thu thập thông tin và cung cấp cho các bộ điều khiển HT. Physical Signal Physical Variable Sensor Variable Process s S=f(s) S Hình 6.1. Quá trình biến đổi tín hiệu đo của cảm biến • Mô hình vi phân bậc 0 (đường tuyến tính): 𝑆 𝑡 = 𝑎 + 𝑏𝑠(𝑡) • Mô hình vi phân bậc 1: 𝑑𝑆(𝑡) 𝑏1 + 𝑏0𝑆 𝑡 = 𝑠(𝑡) 𝑑𝑡 𝑑2𝑆(𝑡) 𝑑𝑆(𝑡) • Mô hình vi phân bậc 2: 𝑏2 + 𝑏1 + 𝑏0𝑆 𝑡 = 𝑠(𝑡) 𝑑2 𝑑𝑡 4
6.1. Khái niệm và phân loại (2) ❑ Phân loại theo đại lượng cần đo Hiện tượng Đại lượng cần đo Cơ học - Vị trí - Lực, áp suất - Gia tốc, vận tốc - Ứng suất, độ cứng, mô men - Khối lượng, tỉ trọng - Vận tốc chất lưu, độ nhớt ... Nhiệt - Nhiệt độ - Nhiệt dung, tỉ nhiệt ... Điện - Điện tích, dòng điện - Điện thế, điện áp - Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Điện dẫn, hằng số điện môi ... Quang - Biên, pha, phân cực, phổ, tốc độ truyền - Hệ số phát xạ, khúc xạ, hấp thụ, hệ số bức xạ ... 5
6.1. Khái niệm và phân loại (3) ❑ Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi giữa kích thích và đáp ứng Hiện tượng Chuyển đổi đáp ứng và kích thích Vật lý - Nhiệt điện - Quang điện - Quang từ - Điện từ - Quang đàn hồi - Từ điện - Nhiệt từ... Hóa học - Biến đổi hoá học - Biến đổi điện hoá - Phân tích phổ ... Sinh học - Biến đổi sinh hoá - Biến đổi vật lý - Hiệu ứng trên cơ thể sống ... 6
6.1. Khái niệm và phân loại (4) ❑ Phân loại theo nguồn năng lượng tiêu thụ Phân loại cảm biến Một hiệu ứng được sử dụng Cảm biến chủ động - Hiệu ứng nhiệt điện: Cặp nhiệt điện, Can nhiệt… - Hiệu ứng cảm ứng điện từ: Cảm biến đo tốc độ… - Hiệu ứng áp điện: Cảm biến lực, áp suất, gia tốc… Cảm biến bị động - Cảm biến biến trở, cảm biến tiệm cận… 7
6.1. Khái niệm và phân loại (5) ❑ Phân loại theo kích thước Cảm biến truyền thống Vi cảm biến Cm Hình 6.2. Cảm biến truyền thống và vi cảm biến 8
6.1. Khái niệm và phân loại (6) ❑ Phân loại theo tính năng Hình 6.3. Cảm biến tương tự và cảm biến thông minh • Cảm biến tương tự chỉ đưa ra các trạng thái và giá trị vật lý, cần có thiết bị chuyển đổi. • Cảm biến thông minh được chuyển đổi sẵn sang tiêu chuẩn về điện áp và dòng điện thống nhất. 9
6.1. Khái niệm và phân loại (7) ❑ Phân loại cảm biến dùng trong đo lường và điều khiển Hình 6.4. Mạng cảm biến công nghiệp • Cảm biến được kết nối cùng chuẩn cho phép cài đặt, nhận và truyền gửi dữ liệu đo đạc thông qua mạng nội bộ / internet, hoặc kết nối không dây. 10
6.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cảm biến (1) ❑ Miền đo ❑ Độ nhạy ❑ Độ phân giải ❑ Độ chính xác – độ chính xác lặp ❑ Độ tuyến tính ❑ Tốc độ tuyến tính 11
6.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cảm biến (2) ❑ Miền đo • Giới hạn bởi miền giá trị cực đại và giá trị cực tiểu của đại lượng cần đo mà cảm biến có thể phân biệt được. Hình 6.5. Đồ thị biểu diễn miền đo cảm biến 12
6.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cảm biến (3) ❑ Độ nhạy • Tỷ số giữa sự thay đổi của đầu ra và đầu vào của cảm biến. ∆𝑌 𝑆 = ∆𝑋 Hình 6.6. Đồ thị biểu diễn các vùng độ nhạy cảm biến 13
6.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cảm biến (4) ❑ Độ phân giải • Sự thay đổi lớn nhất của các giá trị đo mà không làm thay đổi giá trị đầu ra của cảm biến. 1 𝑟𝑒𝑣 360 a) Encoder số sử dụng IC AS5045 b) Độ phân giải × = 0.0879° 212 1 𝑟𝑒𝑣 Hình 6.7. Đồ thị biểu diễn độ phân giải của cảm biến 14
6.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cảm biến (5) ❑ Độ chính xác • Được đánh giá bằng sự sai khác lớn nhất của giá trị đo được và giá trị thực của đại lượng cần đo. ❑ Độ chính xác lặp • Mức độ mà cảm biến cho ra cùng giá trị đo với cùng điều kiện đo. ∆ 𝛿𝑟 = × 100% 𝐹𝑆 Hình 6.8. Đồ thị biểu diễn độ chính xác của cảm biến 15
6.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cảm biến (6) ❑ Độ tuyến tính 𝑆 𝑡 = 𝑎 + 𝑏𝑠(𝑡) • Độ sai lệch của đường đặc tính đo với đường thẳng lý thuyết quan hệ giá trị đo của cảm biến. Hình 6.9. Đồ thị biểu diễn độ tuyến tính của cảm biến σ𝑆 σ𝑆2 −σ𝑠 σ𝑠𝑆 𝑛σ𝑠𝑆 − σ 𝑠σ 𝑆 𝑎 = 𝑏 = 𝑠 σ𝑠2 − (σ𝑠)2 𝑛σ𝑠2 − (σ𝑠)2 16
6.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cảm biến (7) ❑ Tốc độ đáp ứng • Biểu diễn thông qua lượng thời gian xác lập quan hệ giữa kích thích vào và đáp ứng đầu ra của cảm biến khi đo. Hz= RPM/60 a). Trong miền thời gian b). Trong miền tần số Hình 6.10. Đồ thị biểu diễn tốc độ đáp ứng cảm biến 17
6.3. Một số loại cảm biến cơ bản (1) ❑ Cảm biến đo độ dịch chuyển ❑ Cảm biến vận tốc, gia tốc và độ rung ❑ Cảm biến nhiệt độ ❑ Cảm biến lực và lưu lượng 18
6.4. Một số loại cảm biến cơ bản (2) ❑ Cảm biến đo vị trí dịch chuyển • Định vị vị trí của vật thể trong không gian, cũng như sự dịch chuyển của nó là một trong các nhiệm vụ của kỹ thuật đo lường và điều khiển. Thiết bị thực hiện nhiệm vụ đó là các cảm biến chuyển vị. • Phương pháp thứ nhất, 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 dịch chuyển. • Trong phương pháp thứ hai, ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí và dịch chuyển được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra. • Một số cảm biến không đòi hỏi liên kết cơ học giữa cảm biến và vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển mà thực hiện thông qua vai trò trung gian của điện trường, từ trường hoặc điện từ trường, ánh sáng. 19
6.4. Một số loại cảm biến cơ bản (2) ▪ Công tắc giới hạn • Bao gồm một hoặc nhiều cặp tiếp điểm được điều khiển đóng/mở dưới tác động cơ học. Dưới tác động của ngoại lực (tín hiệu kích thích), cặp tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái. Hình 6.11. Cấu tạo công tắc giới hạn 20
Showing the first 20 pages. Download the document to see it all.
No comments yet. Be the first!
Comments (0)
No comments yet. Be the first!