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 (R m ) 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 > 360 o mx R L l R = m m RR α α = α m m RR α α = α 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 -2 µm. 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 (L m ). • Độ phân giải của điện trở dạng dây ~10µm, dạng băng dẫn ~ 0,1 µm. • Thời gian sống thấp: dạng dây ~10 6 lần, dạng băng dẫn 5.10 7 - 10 8 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: R 1 , R 2 : điện trở Cấu tạo: • R 1 và R 2 : từ điện trở. • NC: nam châm vĩnh cửu. • NC E s V m 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: v Đo V m ⇒ vị trí góc. S 1 S 21 1 m E R R E RR R V = + = Thường dùng trong khoảng tuyến tính: góc quay ~ 90 o , 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... + ∆ s) 1 = ωε 0 s 0 2 ⇒ Phi tuyến ⇒ Tuyến tính 4. 3 Cảm biến tụ kép vi sai a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 4. 3 Cảm biến tụ kép vi sai b) Đặc điểm: • Độ nhạy (S) cao hơn CB đơn • Độ tuyến tính cao hơn CB đơn • Cấu tạo phức tạp hơn 4. 4 Mạch đo a) Sơ đồ và nguyên lý làm việc: Mạch cầu với tụ kép Mạch cầu với biến áp 4. 4 Mạch đo b) Yêu cầu: • Tổng trở đầu vào tức là tổng trở của đường chéo cầu phải thật... mắc các điện trở song song với cảm biến • Chống ẩm tốt 5 Cảm biến quang 5.1 Nguyên lý cấu tạo: theo nguyên tắc của cảm biến xung • Gồm 3 bộ phận: + Bộ phát quang + Thước đo + Bộ thu quang 5.2 Cảm biến quang phản xạ a) Cấu tạo và nguyên lý làn việc: 1 2 3 4 Vạch phản quang 5 5.2 Cảm biến quang phản xạ b) Đặc điểm: • Nguồn phát, bộ thu bố trí một phía →Dễ bố trí • Cự li cảm nhận bé • Chịu ảnh hưởng... và nguyên lý làm việc: 4 Cảm biến điện dung 4. 1 Nguyên lý: dựa trên sự thay đổi điện dung của cảm biến khi phần tử gắn với vật khảo sát di động → thay đổi kích thước hình học của cảm biến (CB thụ động) 4. 2 .Cảm biến tụ điện đơn a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Bản tĩnh Bản động Bản tĩnh Bản động Bản tĩnh Bản động εε 0s C= δ ε 0 πr 2 C= α 360δ C= 2πε 0 l log(r2 / r1 ) 4. 2 .Cảm biến tụ điện đơn Đặc điểm:... 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 2 3 Tấm sắt 4 3.3.1 CBHC có khe từ biến thiên • Khi cấp dòng xoay chiều ( i = I m sin ωt) vào cuộn sơ cấp, sinh ra Φ biến thiên → trong cuộn thứ cấp sinh ra sức điện động cảm ứng: W2 W1µ 0s e= − ωI m cosωt δ Giá trị hiệu dụng của suất... nhận bé • Chịu ảnh hưởng của nhiễu từ nguồn sáng khác 5.3 Cảm biến quang soi thấu a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 2 T 3 4 5 6 5.3 Cảm biến quang soi thấu b) Đặc điểm: • Cự ly cảm nhận lớn • Có khả năng thu được tín hiệu mạnh và tỉ số độ tương phản sáng tối lớn • Ít ảnh hưởng nhiễu của nguồn sáng khác • Khó bố trí và chỉnh thẳng hàng nguồn phát và đầu thu ... 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... (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 µ 0s W L= = Rδ δ 2 • • 2 W- số vòng dây Rδ - từ trở của khe hở không khí δ - chiều dài khe hở không khí 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 ∆s − ∆δ... khe từ biến thiên b) Đặc điểm: • E = f(s, δ)→ tuyến tính theo (s) và phi tuyến theo (δ) E ∆E ks Sδ = ∆δ =− ∆δ  2  δ 0 1 +  δ0    2 = 0  ∆δ   δ 0 1 +  δ0    2 ∆E k E0 SS = = = ∆s δ 0 s0 ks0 Với E0 = (khi X V = 0) δ0 Để tăng độ nhạy và độ tuyến tính → CBHC kép lắp vi sai 3.3.1 CBHC có khe từ biến thiên • CBHC kép lắp vi sai: 3.3.2 CBHC có lõi từ di động (Biến thế vi sai) a) Cấu tạo và nguyên . 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. 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 90 o , 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