Đang tải... (xem toàn văn)
Tiểu luận cơ điện tử ứng dụng
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CƠ KHÍ KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC CẢM BIẾN ĐO RUNG VÀ GIA TỐC Khái niệm • Cảm biến là bộ phận dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý cần đo (có tính chất điện hoặc không) thành các đại lượng đo (thường mang tính chất điện) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng cần đo. . Phân loại cảm biến 1.1. Nguyên lý đo vận tốc Vai trò đo vận tốc quay: • Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc là đo tốc độ quay của máy. • Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài cũng thường được chuyển về đo tốc độ quay. ⇒ Chủ yếu nghiên cứu cảm biến đo tốc độ quay. 1.1. Nguyên lý đo vận tốc Nguyên lý đo vận tốc quay: • Phương pháp 1 (sử dụng tốc độ kế điện từ): 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 (Φ) đi qua phần ứng biến thiên → trong phần ứng xuất hiện suất điện động cảm ứng (e) ∈ tốc độ biến thiên (Φ) → ∈ tốc độ dịch chuyển. Đo (e) → (v). • Các loại: Tốc độ kế một chiều, tốc độ kế xoay chiều… 1.1. Nguyên lý đo vận tốc • Sức điện động cảm ứng: • Từ thông qua phần ứng: F(x) là hàm phụ thuộc vị trí của phần động. ⇒ dt d )t(e Φ −= dt dx . dx )x(dF . dt )x(dF .)t(e 00 Φ−=Φ−= 1.1. Nguyên lý đo vận tốc • Phương pháp 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 trục quay, ứng với một chuyển dịch cơ bản → xung. Tần số xung tỉ lệ với tốc độ cần đo. • Các loại: Tốc độ kế từ trở biến thiên, tốc độ kế quang… 1.2. Tốc độ kế điện từ a) Tốc độ kế điện từ một chiều: Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 1 N S 2 3 4 1) Stato 2) Rôto 3) Cổ góp 4) Chổi quét 1.2. Tốc độ kế điện từ • Rôto: lõi thép kỹ thuật điện ghép từ nhiều tấm, mặt ngoài xẻ rãnh và đặt các dây dẫn chính.Các dây dẫn chính của nối với nhau thành cặp bằng dây phụ và mắc nối tiếp hai cụm, hai cụm mắc ngược pha nhau. • Stato: nam chân vĩnh cửu hoặc nam châm điện. [...]... gia tốc rung đo được bị hạn chế 2.3 Gia tốc kế áp điện c) Độ nhạy: Q S = = S1.S2 a a - gia tốc Q - điện tích S1 - độ nhạy cơ S2 - độ nhạy điện • Độ nhạy của CB sơ cấp: z S1 = = a 1 2 ω0 ω2 1 − + 2ξ ω ω2 ω 0 0 • Độ nhạy của CB thứ cấp: S2 = Q = dC z 1 2 ω 1 + 0 ω 2 d - hằng số điện môi c - độ cứng của p .tử nhạy cảm ω=1/τ - tần số tắt dưới của hệ thống... số thấp 2.3 Gia tốc kế áp điện a) Cấu tạo và nguyê lý làm việc: Kiểu nén: 5 3 1 2 4 5 3 5 1 1 2 3 4 4 1 Khối lượng rung 3 Đai ốc 2 Phiến áp điện 4 Đế 2 5 Vỏ hộp 2.3 Gia tốc kế áp điện Kiểu uốn cong: 3 2 1 M 1 Khối lượng rung 2 Phiến áp điện 3 Vỏ hộp 2.3 Gia tốc kế áp điện b) Đặc điểm: Kiểu nén: • Có tần số cộng hưởng cao • Kết cấu chắc chắn • Nhạy với ứng lực của đế Kiểu uốn... quang b) Đặc điểm: • Phạm vi đo phụ thuộc: + 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) với tốc độ lớn (~ 105 106 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 2 Cảm biến đo rung và gia tốc 2.1 Nguyên lý và phương pháp đo:...1.2 Tốc độ kế điện từ • Khi rô to quay, trong dây dẫn → sđđ cảm ứng: dΦ i ei = − = −ω.r.l.BiN dt • Trong nửa số dây ở bên phải đường trung tính: ω E p = − N.Φ 0 = −n.N.Φ 0 2π • Trong nửa số dây ở bên trái đường trung tính: ω Et = N.Φ 0 = n.N.Φ 0 2π 1.2 Tốc độ kế điện từ b) Tốc độ kế dòng xoay chiều Loại đồng bộ: N 1 2 N N S 1) Stato 2) Rôto S S 1.2 Tốc độ kế điện từ • Khi rôto (phần... và CB gia tốc đo biến dạng • Gia tốc rung có f ≈ hàng trăm Hz (của các cấu trúc cứng,có M lớn…) → CB từ trở biến thiên, CB đo biến dạng (kim loại hoặc áp điện trở) 2.1 Nguyên lý & phương pháp đo • Gia tốc rung có (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 tốc tốc có dạng xung → CB gia tốc có dải thông rộng về... truyền tín hiệu đi xa không ảnh hưởng đến độ chính xác 1.2 Tốc độ kế điện từ Loại không đồng bộ: 1 Vc 1 Cuộn kích 2 Rôto 3 Cuộn đo 3 ω em 2 • Rôto làm bằng kim loại dị từ quay cùng trục quay • Stato: có hai cuộn dây: cuộn kích và cuộn đo • Điện áp kích thích Vc = Ve.cosωet 1.2 Tốc độ kế điện từ • Khi rô to quay, trong cuộn đo xuất hiện s.đ.đ cảm ứng: e m = E m... rung: CB đo dịch chuyển, CB đo tốc độ hoặc cảm biến đo gia tốc 2.1 Nguyên lý & phương pháp đo c) Sơ đồ nguyên lý cảm biến đo gia tốc và rung: z 4 2 M b’ b a 3 1 1 2 Khối rung Vỏ hộp h h0 3 4 Phần tử nhạy cảm Giảm chấn 2.1 Nguyên lý & phương pháp đo • Phương trình cân bằng lực: d 2h dz M 2 = −F − Cz Với dt dt 2 d h0 d 2z dz − M 2 = M 2 + F + Cz dt dt dt ⇒ Mô tả bằng toán tử laplace: 2... dh0/dt hoặc gia tốc d2h0/dt2) phụ thuộc vào đại lượng được chọn để làm đại lượng đo thứ cấp m2 (z, dz/dt hoặc d2z/dt2) và dải tần số làm việc 2.1 Nguyên lý & phương pháp đo • Cảm biến thứ cấp thường sử dụng: + Cảm biến đo vị trí tương đối của khối lượng rung M so với vỏ hộp + Cảm biến đo lực hoặc cảm biến đo biến dạng + Cảm biến đo tốc độ tương đối s m2 s • Hệ số khuếch đại: S = = = s1.s 2 m1 m1... rung và gia tốc 2.1 Nguyên lý và phương pháp đo: a) 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 Phương pháp đo gia tốc phụ thuộc dải gia tốc 2.1 Nguyên lý & phương pháp đo Dải... trong các cuộn dây của stato (phần ứng) xuất hiện s.đ.đ cảm ứng: e = E sin Ωt E = K1.ω Ω = K 2 ω K1 và K2 là các thông số phụ thuộc cấu tạo của máy phát ⇒ Đo E hoặc Ω→ ω 1.2 Tốc độ kế điện từ • Đo E ⇒ ω: có sai số do ảnh hưởng của tổng trở cuộn ứng và suy giảm tín hiệu khi truyền đi xa Điện áp V ở hai đầu cuộn ứng: V= R.E (R + Ri ) 2 + ( L i Ω ) 2 = R.K1ω ( R + Ri . 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 (Φ) đi qua phần ứng. giữa phần cảm và phần ứng → từ thông (Φ) đi qua phần ứng biến thiên → trong phần ứng xuất hiện suất điện động cảm ứng (e) ∈ tốc độ biến thiên (Φ) → ∈ tốc độ dịch chuyển. Đo (e) → (v). • Các. cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý cần đo (có tính chất điện hoặc không) thành các đại lượng đo (thường mang tính chất điện) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng