Đang tải... (xem toàn văn)
cảm biến công nghiệp, thông số cách sử dụng,
Câu 1 cảm biến đo vị trí và dịch chuyển 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. 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. điện thế kế điện trở: 1 dùng con chạy cơ học: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. 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 m. 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 ~10m, dạng băng dẫn ~ 0,1 m. 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. Câu 3:Cảm biến điện cảm đo vị trí Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên + Z phụ thuộc , s và : s = f() phi tuyến s = f(s) tuyến tính s tăng khi tăng. cảm biến kép có khe từ biến thiên Quay thẳng Đặc điểm: độ nhạy lớn độ tuyến tính cao hơn. Cảm biến tự cảm có lõi từ di động Dưới tác động của đại lượng đo Xv, lõi từ dịch chuyển làm cho độ dài lf trong ống thay đổi> thay đổi hệ số tự cảm của cuộn dâycó sự phụ thuộc giữa L với lf -> đo L tính ra lf-> dịch chuyển b) Đặc điểm: L = f(l f ) phi tuyến, độ nhạy và độ tuyến tính của CB kép cao hơn CB đơn. Đo được dịch chuyển lớn hơn so với CBTC có khe từ biến thiên. cảm biến hỗ cảm Khi cấp dòng xoay chiều ( ) vào cuộn sơ cấp, sinh ra biến thiên trong cuộn thứ cấp sinh ra sức điện động cảm ứng: cảm biến hỗ cảm có lõi từ di động mx R L l R m m RR tI sWW e m cos 012 CÂU 4 cảm biến tụ điện đơn. 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). đặc điểm độ nhạy cảm biến vi sai gồm 3 bản cực một bản cực động A1 dịch chuyển còn 2 bản A2 A3 cố định tạo thành 2 tụ C21 và C31. đặc điểm *Độ nhạy (S) cao hơn CB đơn *Độ tuyến tính cao hơn CB đơn *Cấu tạo phức tạp hơn CÂU 5 cảm biến quang phản xạ. đầu thu quang đặt cùng phía với nguồn phát.tia sáng từ nguồn phát qua thấu kính hội tụ đập tới 1 thước đo chuyển động cùng vật khảo sát,trên thước có những vạch chia phản quang và không phản quang kế tiếp nhau.khi tia sáng gặp vạch chia phản quang sẽ bị phản xạ lại đầu thu quang. Nguồn phát, bộ thu bố trí một phía Dễ bố trí. Cự li cảm nhận bé. Chịu ảnh hưởng của nhiễu từ nguồn sáng khác. cảm biến soi thâu khi thước đo(gắn với đối tượng khảo sát,chạy giữa thấu kính hội tụ và lưới chia) có chuyển động tương đối so với nguồn sáng sẽ làm xuất hiện một tín hiệu ánh sáng hình sin.tín hiệu này sẽ dc thu bởi tế bào quang điện đặt sau lưới chia.các tín hiệu đầu ra được khuếch đại trong một bộ tạo xung điện tử tạo thành tín hiệu xung chử nhật. 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. CÂU 6 Cảm biến điện trở: dựa vào sự thay đổi điện trở của vật liệu khi có biến dạng. Kích thước cảm biến nhỏ từ vài mm đến vài cm, khi đo chúng được dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng dùng phổ biến. Cảm biến dạng dây rung: dựa vào sự thay đổi tần số rung của sợi kim loại khi sức căng cơ học thay đổi (khi khoảng cách hai điểm nối thay đổi) dùng trong các kết cấu ngành xây dựng. CÂU 7 phương pháp đo biến dạng Cảm biến điện trở: dựa vào sự thay đổi điện trở của vật liệu khi có biến dạng. Kích thước cảm biến nhỏ từ vài mm đến vài cm, khi đo chúng được dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng dùng phổ biến. Cảm biến dạng dây rung: dựa vào sự thay đổi tần số rung của sợi kim loại khi sức căng cơ học thay đổi (khi khoảng cách hai điểm nối thay đổi) dùng trong các kết cấu ngành xây dựng. Cảm biến điện trở kim loại Dây điện trở tiết diện tròn d20m hoặc chữ nhật. Số nhánh n = 10 20 nhánh. Đế cách điện: giấy (~ 0,1 mm), chất dẻo (~ 0,03 mm). CÂU 8: cảm biến áp trở silic loại dùng mẫu căt Điện trở: các mẫu cắt từ đơn tinh thể silic pha tạp P hoặc N, kích thước: dài ~ 0,1 2 mm và chiều dày ~ 0,01mm. Đế cách điện: nhựa. Để tăng tín hiệu có thể ghép nối tiếp, song song nhiều mảnh cắt. loaị khuếch tán Điện trở: silic pha tạp loại P (hoặc N). Đế: silic pha tạp loại N (hoặc P). Lớp tiếp giáp P – N phân cực ngược. CÂU 9 Nguyên tắc đo lực: làm cân bằng lực cần đo với một lực đối kháng sao cho lực tổ ổng của chúng bằng không. gian . . . CÂU 10 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động : , gố tươ . : : Dưới tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực (V) tỉ lệ với lực tác dụng (F). Các dạng biến dạng cơ bản: Có các loại cảm biến theo chiều dọc, theo chiều ngang, theo bề dày, theo bề mặt. Cách ghép các phần tử áp điện thành bộ: hai phần tử song song(điện dung tăng gấp đôi),hai phần tử nối tiếp(điện áp hở mạch,trở kháng tăng gấp 2 nhưng điện dung giảm 1 nửa) ,nhiều phần tử song song. Câu 11 Dưới tác động của từ trường, một số vật liệu sắt từ thay đổ ất hình học hoặc tính chất cơ học (mô đun Young) hiệu ứng từ giảo. : Khi có tác dụng của lực cơ học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ đường cong từ hoá củ hiệu ứng từ giảo nghịch.khi đó dựa vào sự thay đổi của lượng từ thẩm hoặc từ dư có thể xác định được độ lớn của lực tác dụng. Từ hóa lần đầu Chu kỳ từ trễ. • Khi trong vật liệu sắt từ có ứng lực, kích thước mạng tinh thể thay đổi, các hướng dễ từ hoá thay đổi dẫn đến làm thay đổi định hướng của các domen hiệu ứng từ giảo nghịch. Trên hình biểu diễn ảnh hưởng của ứng lực đến đường cong từ hoá của permalloy 68. Câu 12 Cảm biến đo lực dựa trên phép đo dịch chuyển: Lực cần đo tác dụng lên vật trung gian và gây nên sự thay đổi kích thước l .Trong cảm biến loại này, lực cần đo tác dụng lên vật trung của nó. Sự thay đổi kích thước được đo bằng một cảm biến dịch chuyển. Khi đó tín hiệu ra V m và lực tác dụng được biểu diễn bằng biểu thức: Vm/l: tỉ số truyền đạt của cảm biến._; l/F : độ mềm của vật trung gian. Câu 13:nguyên lý chế tạo cảm biến đo vận tốc : ): 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 phần ứng xuất hiện suất điện động cảm ứng (e) () . Đo (e) (v). : Tốc độ kế một chiề : dt d te )( : dt d te )( . 2 (Sử dụng tốc độ kế vòng loại xung): làm việc theo nguyên tắc đo tần số chuyển động của phần tử chuyển động quay. Cảm biến có một đĩa được mã hoá gắn với trụ . : Tốc độ kế từ trở biến thiên, tốc độ kế quang… Câu 14 cấu tạo nguyên lý hđ đặc điểm của gia tốc kế 1 chiều 1) Stato 2) Rôto 3) Cổ góp 4) Chổi quét . . : iN i i Blr dt d e Trong nửa số dây ở bên phải đường trung tính: 00 2 NnNE p Trong nửa số dây ở ờng trung tính: 00 2 NnNE t xoay chiều 1)stato 2)roto : tEe sin. . 1 KE ; . 2 K K 1 và K 2 là các thông số . . Đo E . Đo . Xoay chiều đồng bộ quay. c = V e .cos e t. Khi rô to : tKtEe eemm cos cos. m = K. ). Đo E m . Đo vận tốc dài trong trường hợp đo vận tốc nhỏ thì có thể dung cảm biến đo vận tốc dài.có 2 phần; phần thứ nhất cố định phần thứ gắn với vật chuyển động,chuyển động tương đối giữa cuộn dây và nam châm làm xuất hiện trong cuộn dây 1 sức điện động tỷ lệ với vận tốc cần đo. e = 2pi*rNBv Câu 15 tốc độ kế xung ***tốc độ kê từ trở biến thiên thiên (n): : - quay ( min , n E n min . Dải đo của cảm biến phụ thuộc vào số răng (p) củ n min n max : p = 60 răng dải đo n = 50 500 vg/ph, p = 15 răng dải đo n = 500 10.000 vg/ph. F l . l V F V mm dt dx . dx )x(dF . dt )x(dF .)t(e 00 ***tốc độ kế quang 1.Nguồn sáng 2. Thấu kính hội tụ 3. Đĩa quay ;4. Đầu thu quang nguồn sang là 1 diot phát quang,đầu thu quang là 1 photodiod hoặc phototranzitor .có 2 trường hợp cần xét đến như trên hình vẽ.khi đĩa quay thì đầu thu nhận được t1 thông lượng ánh sáng biến điệu và phát tín hiệu có tần số tỉ lệ với tốc độ quay,nhưng biên độ k phụ thuộc vào tốc độ.=> : + Số lượng lỗ trên đĩa. + Dải thông của đầu thu quang và mạch điện tử. Để đo tốc độ nhỏ (~ 0,1 v/ph) phải dùng đĩa có số lượng lỗ lớn (500 1.000 lỗ ốc độ lớn (~ 10 5 - 10 6 v/ph) phải sử dụng đĩa quay chỉ một lỗ, khi đó tần số ngắt của mạch điện xác định tốc độ cực đại có thể đo được Câu 16.nguyên lý chế tạo cảm biến đo gia tốc Gia tốc là đại lượng vật lý thể hiện mối quan hệ giữa lực và khối lượng. Phép đo gia tốc có thể thực hiện qua việc đo lực (cảm biến áp điện, cảm biến cân bằng ngẫu lực) hoặc đo gián tiếp thông qua sự biến dạng hay di chuyển của vật trung gian. ển độ tâm tần số thấp (f = 0 ~20 Hz) đo dịch chuyể ến dạng. hàng trăm Hz (của các cấu trúc cứ ) CB từ trở biến thiên, CB đo biến dạng (kim loại hoặc áp điện trở). (f) trung bình và tương đối cao (f~10kHz) (vật có khối lượng nhỏ) CB gia tốc áp trở hoặc áp điện. Gia tốc khi va đập, gia tố ạng xung CB gia tốc có dải thông rộng về cả hai phía f thấp và cao. Đặc trưng cảm biến đo rung * . * . * . * . Câu 17 cấu tạo nguyên lý làm việc của cảm biến đo rung. Đại lượng đo sơ cấp m 1 là tốc độ rung dh 0 /dt. Đại lượng đo thứ cấp m 2 là dịch chuyển tương đối z /dt. để chuyển đổi vận tốc tương đối của khối lượng rung so với võ hộp thành tín hiệu điện thực hiện bởi 1 cảm biến đo vị trí tương đôi kiểu điện từ gồm 1 cuộn dây và một lõi nam châm.cuộn dây nối với khối rung lõi nam châm đặt bên trong cuộn dây và gắn với võ cảm biến.bằng cách đo suất điện động của cuộn dây có thể đánh giá được tốc độ rung. Câu18 gia tốc áp kế điện cấu tạo chung gồm 1 khối rung M và 1 phần tử áp điện dặt trên giá đở cứng,và toàn bộ dc dặt trong võ hộp kín. KIỂU NÉN KIỂU UỐN CONG : ** : Có tần số cộng hưởng cao. Kết cấu chắc chắn. Nhạy với ứng lực của đế. ** : Độ nhạy rất cao Tần số và gia tốc rung đo được bị hạn chế. gia tốc áp trở. 1.khối rung;2.tấm đàn hồi;3.áp trở;4.đế một đầu gắn với giá đỡ,một đầu gắn với khối lượng rung,trên đó có gắn từ 2 đến 4 áp trở mắc trong 1 mạch cầu wheatstone.dưới tác dụng của gia tốc, tấm đàn hồi bị uốn cong,gây nên biến dạng trong đầu đo một cách trực tiếp hay gián tiếp qua bộ khuếch đại cơ. CÂU 19 vi áp kế kiểu phao. gồm 2 bình thông nhau ,bình (1) có tiết diện lớn (F) bình 2 có tiết diện nhỏ (f).chất lõng làm việc là thủy ngân hay dầu biến áp,khi đo áp suất lớn (p1) được đưa vào bình lớn,áp suất bé được đưa vào bình nhỏ,để tránh chất long phun ra ngoài khi cho áp suất động về 1 phía,người ta mở van 5 và khi áp suất hai bên cân bằng,van 5 được khóa lại. 1 >p 2 : . * , *Cấp chính xác cao (1; 1,5), * ất lỏng độc hại. Đo áp suất tĩnh không lớn hơn 25MPa cấp chính xác của áp kế này cao nhưng chứa chất long độc hại mà khi áp suất thay đổi đột ngột có thể tràn ra ngoài ảnh hưởng đến đối tượng đo và môi trường. câu 20.áp kế vành khuyên. gồm vành khuyên có tiết diện hình chữ S,trong 211 . 1 1 pp g f F h m đó chứa chất lỏng,trên vành khuyên có treo đối trọng, vành khuyên có thể quay quanh tâm O.ban đầu đối trọng nằm ở giửa do p1=p2.giả sử p1 tăng lên,deltap>0,mực nước bên trái giảm xuống,bên phải tăng lên mô men quay. Mq=RSdeltap làm quay vành khuyên theo chiều kim đồng hồ đối trọng được nâng lên làm quay kim chỉ thị. *Giới hạn đo khi dịch thể là nước: 25 - 160 mmH 2 O, thủy ngân: 400-2.500mmH 2 O, *Cấp chính xác 1; 1,5. CÂU 21 áp kế đàn hồi lò xo. có dạng lò xo,là 1 ống kim loại uốn cong,một đầu giữ cố định còn 1 đầu giữ tự do.khi đưa chất lưu vào trong ống làm ống bị biến dạng và đầu tự do dịch chuyển. đặc điểm - , - . - : +Đồng thau: < 5 MPa, + Hợp kim nhẹ hoặc thép <1.000 Mpa >1.000 Mpa. áp kế màng Phần tử biến dạng có dạng màng mỏng được chia làm 2 loại màng đàn hồi và màng dẽo. màng đàn hồi có dạng tròn phẳng hoặc uốn nếp được làm bằng thép.khi áp suất tác dụng lên bề mặt màng làm cho nó biến dạng.biến dạng của màng là hàm phi tuyến của áp suất. câu 22 áp kế áp trở sử dụng bộ chuyển đổi điện kiểu áp trở,phần tử nhạy cảm dc chế tạo từ vật liệu có điện trở nhạy cảm với tác dụng của lực do áp suất. phần tử áp trở gồm đế silic loại N trên đó có khuếch tán tạp chất tạo thành lớp bán dẫn loại p.mặt trên dc bọc cách điện.và có hai tiếp xúc kim loại để nối dây. đặc điểm kích thước nhỏ,dễ lắp đặt, khoảng nhiệt độ làm việc -40 0 125 0 áp kế áp điện sử dụng bộ chuyển đổi điện kiểu áp điện làm việc theo nguyên tắc hiệu ứng áp điện. Hồi đáp tần số tố ất thay đổi nhanh) Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ Giới hạ ất đo 2,5 100 Mpa Cấ 1,5; 2 áp kế điện dung sử dụng bộ chuyển đổi điện dung. bản cực động là màng kim loại và bản cực tỉnh gắn với đế cách điện thạch anh.dưới tác dụng của áp suát cân đo làm dịch chuyển bản cực động khoảng cách giữa 2 bản cực thay đổi,và điện dung giữa 2 bản cực thay đổi theo. : < 120 MPa, Sai số (0,2 - 5)%. áp kế điện cảm. **áp kế điện cảm có khe từ biến thiên. sử dụng bộ chuyển đổi điện cảm làm việc theo hiện tượng cảm ứng điện từ kiểu khe từ biến thiên. **áp kế kiểu vi sai hai cuộn dây 5 và 6 giống nhau nhưng đấu ngược pha. CÂU 23 cảm biến đo lưu lượng theo thể tích kiểu bánh răng làm việc theo nguyên tắc đếm trực tiếp lượng thể tích chất lưu đi qua buồng chứa có thể tích xác định của cảm biến. . đặc điểm *Giới hạn đo từ 0,01 - 250 m 3 /giờ, *Cấp chính xác 0,5; 1, *Tổn thất áp suất nhỏ, * ất lỏng đo phải được lọc tốt, *Gây ồn khi làm việc. lưu lượng kế kiểu cánh khi cánh (2) như ở vị trí như hình vẽ,áp suất chất khí tác động lên cánh làm tang quay.trong quá trình quay các cánh luôn tiêp xúc với cam nhờ các con lăn. điều chỉnh cánh luôn ở vi trí thích hợp. (q v . . : Đo . Đo lưu lượng đến 100 - 300 m 3 /giờ Cấp chính xác 0,25; 0,5. Cảm biến đo lưu lượng kế theo tốc độ **lưu lượng kế tuabin hướng trục bộ phận chính của lưu lượng kế là 1 tuabin hướng trucjnhor đặt theo chiều chuyển động của dòng chảy. trước tuabin có bộ điều chỉnh dòng chảy,để san phẳng dòng chảy rối và loại bỏ dòng chảy xoáy.chuyển động quay của tuabin qua bộ truyền bánh răng trục vít dc truyền thiết bị đếm. đo lưu lượng băng tuabin tiếp tuyến. tua bin của lưu lượng kế đặt vuông góc với dòng chảy.chất lưu qua màng lọc qua ống dẫn vào lưu lượng kế theo hướng tiếp tuyến với tuabin làm tuabin quay.cơ cấu đếm được liên keert với truc tuabin để đưa tín hiệu đến mạch đo. * Đường kính tuabin từ 15 - 40 mm; * Phạm vi đo từ 3 - 20 m 3 /giờ * Cấ 2; 3 CÂU 25 nguyên lý đo . ). Phân bố vận tốc của một dòng chảy lý tưởng qua thiết bị v 1 (A-A) max (B-B) 3 ’(C- C). Phân bố 1 ’ (A-A) p 1 2 ) 2 ’ (B-B) p 3 ’ (C-C).