1 KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬKHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNGKỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬKHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNGKỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG Chương 2: CẢM BIẾN TIỆM CẬN TỪChương 2: CẢM BIẾN TIỆM CẬN TỪ Biên soạn: ThS. Trần Văn Hùng 03-2012 2:41 PM2:41 PM 11 22 NỘI DUNG MÔN HỌCNỘI DUNG MÔN HỌC • KHÁI NIỆM CHUNG • CẢM BIẾN TIỆM CẬN • CẢM BIẾN QUANG • CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ KHOẢNG CÁCH • CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SUẤT • CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ 33 • Cảm biến tiệm cận • Cảm biến tiệm cận ñiện cảm • Cảm biến tiệm cận từ cảm • Cảm biến tiệm cận ñiện dung • Cảm biến tiệm cận siêu âm NỘI DUNG CHƯƠNG 2NỘI DUNG CHƯƠNG 2 PROXIMITY SENSOR 442:41 PM2:41 PM 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN 2 552:41 PM2:41 PM Đặc điểm: Phát hiện vật không cần tiếp xúc. Tốc độ đáp ứng cao. Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi. Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. Cảm Biến Cảm Biến Vật Cảm Biến Vật Cảm Biến 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN 662:41 PM2:41 PM Loại Cảm ứng từ Loại Điện dung 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN Nguyên Tắc Hoạt Động: Từ trường do cuộn dây của sensor tạo ra sẽ thay đổi khi tương tác với vật thể kim loại (do đó chỉ phát hiện được vật thể kim loại). 772:41 PM2:41 PM Cảm Ứng Từ Mạch Dao Động Vật cảm biến Lõi cảm biến 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN 882:41 PM2:41 PM Hình dạng Cảm Ứng Từ 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN 3 Nguyên lý hoạt động 992:41 PM2:41 PM Cảm Ứng Từ 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN Nguyên lý hoạt động 10102:41 PM2:41 PM Cảm Ứng Từ 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN 1111 2:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Cáp kết nối LED chỉ báo Cuộn cảm Bề mặt tác động Từ trường tần số cao (300-800kHz) LOẠI ĐIỆN CẢM ( Inductive sensor) 12122:41 PM2:41 PM LOẠI ĐIỆN CẢM ( Inductive sensor) 1 - Cuộn dây và lõi ferit. 2 - Mạch dao ñộng. 3 - Mạch phát hiện. 4 - Mạch ñầu ra. 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM 4 Tần số mạch dao động LC thường từ 100Khz đến Mhz. Nguyên lýLOẠI ĐIỆN CẢM 13132:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM • Khi có vật thể bằng kim loại đi vào vùng từ trường. • Từ trường này cảm ứng lên vật thể một dòng điện xoay tròn gọi là dòng điện xoáy. Nguyên lý LOẠI ĐIỆN CẢM 14142:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM • Dòng điện xoáy tạo ra một trường ngược chiều với từ trường ban đầu. • Từ trường này làm giảm biên độ mạch dao động LC bên trong cảm biến. Nguyên lý LOẠI ĐIỆN CẢM 152:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM 162:41 PM • Ảnh hưởng của dòng điện xoáy làm thay đổi biên độ bộ dao động LC. • Mạch phát hiện ngưỡng (trigger) giám sát sự thay đổi biên độ trên và kích mạch ngõ ra (output switch) mỗi khi có sự thay đổi vượt ngưỡng. • Ngõ ra cảm biến là tín hiệu ON/OFF. Nguyên lý LOẠI ĐIỆN CẢM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM 5 17172:41 PM2:41 PM Dòng điện xoáy LOẠI ĐIỆN CẢM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Cuộn dây chưa cấp điện Dòng điện xoay chiều cấp vào cuộn dây Dòng điện xoáy LOẠI ĐIỆN CẢM 18182:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Từ trường tạo ra xung quanh cuộn dây khi có dòng điện xoay chiều chay qua. Khi có vật thể bằng kim loại đưa vào từ trường. Dòng điện xoáy sẽ được cảm ứng vào kim loại. Dòng điện xoáy LOẠI ĐIỆN CẢM 19192:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Dòng điện xoáy trong kim loại tạo ra từ trường thứ hai ngược với từ trường ban đầu. Dòng điện sẽ bị ngắt quảng khi có vết nứt trên vật liệu dẫn điện. LOẠI ĐIỆN CẢM Dòng điện xoáy 20202:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM 6 Cảm biến tiệm cận ñiện cảm ñược thiết kế ñể tạo ra một vùng ñiện từ trường, Khi một vật bằng kim loại tiến vào khu vực này, xuất hiện dòng ñiện xoáy (dòng ñiện cảm ứng) trong vật thể kim loại này LOẠI ĐIỆN CẢM Dòng điện xoáy 21212:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Mạch phát hiện sẽ phát hiện sự thay ñổi tín hiệu và tác ñộng ñể mạch ra lên mức ON (hình vẽ). Khi ñối tượng rời khỏi khu vực ñiện trường, sự dao ñộng ñược tái lập, cảm biến trở lại trạng thái bình thường. LOẠI ĐIỆN CẢM Dòng điện xoáy 22222:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM •• Điện áp nguồn thường từ 10 tới 30VDC.Điện áp nguồn thường từ 10 tới 30VDC. Ngõ ra thường có 3 dây như hình sau:. Ngõ ra transitor loại PNP LOẠI ĐIỆN CẢM Kết nối tải 23232:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Ngõ ra transitor loại NPN Kết nối tải LOẠI ĐIỆN CẢM 24242:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM 7 Thông số kỹ thuật Loại được bọc kim loại xung quanh – chóng nhiễu. LOẠI ĐIỆN CẢM 25252:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Loại không được bọc kim loại xung quanh –từ trường không tập trung – không chính xác. Thông số kỹ thuật LOẠI ĐIỆN CẢM 26262:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor ON OFF Vật cản Hoạt động LOẠI ĐIỆN CẢM 27272:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor Vật cản Hoạt độngLOẠI ĐIỆN CẢM 28282:41 PM2:41 PM ON OFF 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM 8 Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor Vật cản Hoạt động LOẠI ĐIỆN CẢM 2929 2:41 PM2:41 PM ON OFF 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor Vật cản Hoạt động LOẠI ĐIỆN CẢM 30302:41 PM2:41 PM ON OFF 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor Vật cản Hoạt động LOẠI ĐIỆN CẢM 3131 2:41 PM2:41 PM ON OFF 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor Vật cản Hoạt động LOẠI ĐIỆN CẢM 3232 2:41 PM2:41 PM ON OFF 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM 9 Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor Vật cản Hoạt động LOẠI ĐIỆN CẢM 3333 2:41 PM2:41 PM ON OFF 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor Vật cản Hoạt động LOẠI ĐIỆN CẢM 34342:41 PM2:41 PM ON OFF 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Sensor Biên độ tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor Vật cản Hoạt động LOẠI ĐIỆN CẢM 3535 2:41 PM2:41 PM ON OFF 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM LOẠI ĐIỆN CẢM Ưu ñiểm: • Không chịu ảnh hưởng của ñộ ẩm • Không có bộ phận chuyển ñộng. • Không chịu ảnh hưởng của bụi bặm. • Không phụ thuộc vào màu sắc. • Ít phụ thuộc vào bề mặt ñối tượng hơn so với các kĩ thuật khác. • Không có “khu vực mù” (blind zone: cảm biến không phát hiện ra ñối tượng mặc dù ñối tượng ở gần cảm biến). 36362:41 PM2:41 PM Ưu nhược ñiểm của cảm biến ñiện cảm: 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM 10 LOẠI ĐIỆN CẢM Nhược ñiểm: • Chỉ phát hiện ñược ñối tượng là kim loại. • Có thể chịu ảnh hưởng bởi các vùng ñiện từ mạnh. • Phạm vi hoạt ñộng ngắn hơn so với các kĩ thuật khác. 37372:41 PM2:41 PM Ưu nhược ñiểm của cảm biến ñiện cảm: 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢM Hình dạng LOẠI TỪ CẢM 38382:41 PM2:41 PM 2.3 CẢM2.3 CẢM BIẾN TIỆM CẬN TỪBIẾN TIỆM CẬN TỪ Tác động bằng tiếp điểm LOẠI TỪ CẢM (Inductive Magnectic sensor) 39392:41 PM2:41 PM Cảm biến loại này phát hiện được tất cả các loại vật liệu dẫn điện trong khoảng cách cho phép Cảm biến bị ảnh hưởng bởi 3 yếu tố: • Nhiệt độ • Vật cản bằng kim loại • Khoảng cách vật cản 2.3 CẢM2.3 CẢM BIẾN TIỆM CẬN TỪBIẾN TIỆM CẬN TỪ Tác động bằng tiếp điểm LOẠI TỪ CẢM (Inductive Magnectic sensor) 40402:41 PM2:41 PM 2.3 CẢM2.3 CẢM BIẾN TIỆM CẬN TỪBIẾN TIỆM CẬN TỪ . KHOẢNG CÁCH • CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SUẤT • CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ 33 • Cảm biến tiệm cận • Cảm biến tiệm cận ñiện cảm • Cảm biến tiệm cận từ cảm • Cảm biến tiệm cận ñiện dung • Cảm biến tiệm cận siêu âm NỘI. nghiệt. Cảm Biến Cảm Biến Vật Cảm Biến Vật Cảm Biến 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN 662:41 PM2:41 PM Loại Cảm ứng từ Loại Điện dung 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN Nguyên. CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN Nguyên lý hoạt động 10102:41 PM2:41 PM Cảm Ứng Từ 2.1 2.1 CẢMCẢM BIẾN TIỆM CẬNBIẾN TIỆM CẬN 1111 2:41 PM2:41 PM 2.2 CẢM2.2 CẢM BIẾN TIỆM CẬN ðIỆN CẢMBIẾN TIỆM CẬN