Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, trong các hệ thống đo lường điều khiển, mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các biến trạng thái. Các biến trạng thái này thường là các đại lượng không điện như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, tốc độ, độ di chuyển v.v… Để thực hiện các quá trình đo lường và điều khiển cần phải thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của các biến trạng thái của quá trình thực hiện chức năng trên là các thiết bị cảm biến.
Tiểu luận " Cảm biến " MỤC LỤC Lời nói đầu I Cảm biến đo rung Giới thiệu chung cảm biến rung Các loại cảm biến rung Ứng dụng cảm biến rung II Chấn động kế cảm ứng 10 Sơ đồ cấu tạo chấn động kế kiểu cảm ứng 10 Nguyên lí hoạt động 11 Mốt số ứng dụng trấn động kế cảm ứng 12 III Cảm biến áp điện đo gia tốc 12 Sơ đồ cấu tạo nguyên lí hoạt động 15 Đặc trưng cảm biến 15 Một số loại cảm biến áp điện đo gia tốc 17 IV Cảm biến áp trở đo gia tốc 18 Cấu tạo nguyên lí hoạt động 20 Cảm biến áp trở kim loại 21 Cảm biến áp trở bán dẫn 23 Một số đặc điểm cảm biến áp trở 26 Cảm biến áp trở đo gia tốc 27 Một số loại cảm biến áp trở đo gia tốc 28 V Đặc điểm cảm biến đo rung gia tốc 29 * Một số hình ảnh loại cảm biến gia tốc khác tìm 30 **Một số ứng dụng cảm biến đo gia tốc 31 Tài liệu tham khảo 37 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, hệ thống đo lường - điều khiển, trình đặc trưng biến trạng thái Các biến trạng thái thường đại lượng không điện nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, tốc độ, độ di chuyển v.v… Để thực trình đo lường điều khiển cần phải thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi biến thiên biến trạng thái trình thực chức thiết bị cảm biến Cảm biến phần tử nhạy cảm dùng để biến đổi đại lượng đo lường, kiểm tra hay điều khiển từ dạng sang dạng khác thuận tiện cho việc tác động phần tử khác Cảm biến thiết bị chịu tác động đại lượng cần đo m tính chất điện cho đặc trưng mang chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng) kí hiệu s có: s = F(m) Cảm biến thường dùng khâu đo lường kiểm tra Các loại cảm biến sử dụng rộng rãi tự động hóa trình sản xuất điều khiển tự động hệ thống khác Chúng có chức biến đổi thay đổi liên tục đại lượng đầu vào (đại lượng đo lường - kiểm tra, đại lượng không điện thành thay đổi đại lượng đầu đại lượng điện, ví dụ: điện trở, điện dung, điện kháng, dòng điện, tần số, điện áp rơi, góc pha, Căn theo dạng đại lượng đầu vào người ta phân loại cảm biến như: cảm biến chuyển dịch thẳng, chuyển dịch góc quay, tốc độ, gia tốc, momen quay, nhiệt độ, áp suất, quang, xạ v.v Các thiết bị cảm biến dần trở thành phần thiếu đời sống đại Trong tiểu luận này, xét đến hai loại cảm biến phổ biến hệ thống đo lường điều khiển ngày nay, cảm biến gia tốc rung Do kiến thức hạn chế thời gian tìm hiểu chưa nhiều nên tiểu luận nhiều thiếu xót Chúng hi vọng nhận nhiều ý kiến từ thầy hướng dẫn bạn đọc để viết hoàn thiện Chúng xin chân thành cảm ơn! I CẢM BIẾN ĐO RUNG Giới thiệu chung cảm biến rung Đo độ rung công nghiệp có tầm quan trọng đặc biệt rung động gây nên tiếng ồn có hại cho sức khỏe, giảm tuổi thọ suất thiết bị, làm mài mòn gây mỏi cho chi tiết khí Vì quy định người ta giới hạn biên độ rung động cho thiết bị cụ thể theo tiêu chuẩn quốc gia Giám sát độ rung theo thời gian cho phép kỹ sư nhà máy dự đoán vấn đề trước xảy thiệt hại nghiêm trọng Độ rung đặc trưng độ dịch chuyển, tốc độ gia tốc điểm thiết bị Cấu tạo chung: Cảm biến rung bao gồm phần tử nhạy cảm (lò xo, tinh thể áp điện…) nối với khối lượng rung đặt chung vỏ hộp Chuyển động rung khối lượng M tác động lên phần tử nhạy cảm cảm biến chuyển thành tín hiệu đầu Hình 1: Sơ đồ nguyên lý cảm biến đo gia tốc rung 1) Khối rung 2) Vỏ hộp 3) Phần tử nhạy cảm 4) Giảm chấn Gọi ho tung độ điểm a vỏ hộp, h tung độ điểm b khối lượng rung Khi gia tốc tác động lên vỏ hộp, tung độ a b Dịch chuyển tương đối khối lượng M so với vỏ hộp xác định biểu thức: z = h - ho Khi phương trình cân lực có dạng: d 2h dz M F Cz dt dt Cz - Phản lực lò xo F dz dt d 2h M dt - lực ma sát nhớt - Lực đo gia tốc khối M gây nên Hay : d 2h0 d2z dz M M F Cz dt dt dt Từ công thức ta nhận thấy cấu tạo cảm biến để đo đại lượng sơ cấp độ dịch chuyển ho, vận tốc dho/dt ( gia tốc d2ho/dt2 ) phụ thuộc vào đại lượng chọn để làm đại lượng đo thứ cấp m2 ( z, dz/dt d2z/dt2 ) dải tần số làm việc Dải tần số làm việc định số hạng vế phải phương trình chiếm ưu ( Cz, Fdz/dt Md2z/dt2 ) Ở ta xét cảm biến thứ cấp cảm biến đo vị trí tương đối khối lượng rung M so với vỏ hộp Quan hệ tần số cộng hưởng hệ thống giải tần cần đo thường tỷ lệ nghịch với Tần số cảm biến đo độ rung cần thấp số lần giới hạn dải tần cần đo Khi đo gia tốc tần số cảm biến cần lớn số lần giới hạn dải tần cần đo Dải tần đo độ rung nằm khoảng 20 ÷ 3000 Hz hệ thống cần có tần số nằm khoảng ÷ Hz Khi đo gia tốc, tần số nằm khoảng 10 ÷ 15 Hz Tùy theo dải tần, cảm biển rung cấu tạo khác cho phù hợp Hình 2: Cấu trúc chung cảm biến đo rung (a), đo lắc (b) 2.Các loại cảm biến rung Cảm biến rung thị trường có loại: a Cảm biến đo biên độ rung: Loại thường chế tạo để đo độ rung trục máy Nó dựa hiệu dòng điện xoáy phản ứng ngược lại dòng điện Các cảm biến gọn nhẹ, đòi hỏi mạch xử lý tín hiệu phức tạp Chỉ ứng dụng tốt đo độ rung thiết bị lớn, gia công xác, cần có hệ điều kiển thông minh, đắt tiền với phần mềm khủng b Cảm biến đo tốc độ rung: Loại dùng đo tốc độ rung hầu hết thiết bị thông dụng Thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ, độ xác phụ thuộc nhiều vào nam châm vĩnh cửu chất dầu cản dịu bên Loại tương đối bền bỉ Chỉ cần mạch khuếch đại AC đơn giản đo xác Muốn đo biên độ rung, cần mạch khuếch đại tích phân c Cảm biến đo gia tốc rung: Đa số loại cảm biến kiểu áp điện, ứng dụng hiệu ứng áp điện (Piezo electric) Cảm biến cần phải có nguồn cung cấp Trị số điện áp tỷ lệ với gia tốc rung Muốn đo vận tốc rung phải dùng mạch khuếch đại tích phân Muốn đo biên độ rung phải dùng mạch tích phân hai lớp Tuy nhiên, hầu hết mạch đo rung hoạt động điện áp xoay chiều, tần số tối thiểu cỡ 15 Hz, tối đa lên đến chục kHz Nếu máy có phân tích họa tần độ rộng băng cần lớn Những mạch khuếch đại phức tạp Ứng dụng cảm biến rung Cảm biến rung có nhiều ứng dụng lao động đời sống hàng ngày Nó giúp người điều khiển kiểm tra tình trạng hoạt động thiết bị hoạt động Đối với số thiết bị kỹ thuật số đại việc đo cảm biến rung để tìm cách hạn chế ảnh hưởng rung việc quan trọng Ta lấy số ví dụ cảm biến rung sau: Cảm biến rung lắp nước để bảo vệ bơm: Bơm thường có thành phần mà phải mang ổ trục Việc giám sát rung ổ trục cung cấp cho kỹ sư bảo trì thông tin để chẩn đoán cần sửa chữa thay linh kiện Điều làm cho nhà máy hoạt động hiệu hơn, giảm chi phí vận hành chống thời gian chết máy móc Dưới số cảm biến hãng Hansford Sensors hoạt động chúng nhúng hoàn toàn nước, khiến chúng trở nên lí tưởng việc giám sát bơm Hình 3: Cảm biến hãng Hansford Sensors Cảm biến sử dụng điều kiện từ xa giếng bơm, lỗ khoan, khử muốn nhà máy trình công nghiệp - Cảm biến rung dùng mạch chống trộm: Hình 4: Cảm biến chống trộm Khi bị rung đoạn kim loại nảy lên làm hở mạch Kim loại cứng độ nhạy cao EX64xB7x cảm biến 4-20 mA nguồn vòng lặp với NPT 1-inch, hộp dẫn khuỷu tay 90 độ, đáp ứng yêu cầu chứng nhận ATEX CSA sử dụng môi trường khắc nghiệt Hình 5: Cảm biến EX64xB7x Cảm biến hoạt động từ nguồn vòng lặp 24V tiêu chuẩn, giúp chúng trực tiếp tương thích với hệ thống PLCs, SCADA, DCS, Plant Information (PI) nay, phục vụ giám sát độ rung liên tục mức rung máy môi trường ứng dụng khắc nghiệt Cảm biến có đầu gia tốc vận tốc với biên độ thay đổi rộng Đầu độ rung cao RMS lựa chọn, nhiệt độ lựa chọn đầu rung nhỏ Đầu rung nhỏ cung cấp tín hiệu đệm sử dụng với thiết bị thu thập liệu rung để thực phân tích chẩn đoán chi tiết trục trặc phát Đo vị trí thực gối trục máy: Đây cách bố trí cảm biến rung kiểu đo khoảng cách (vị trí) để đo vị trí thực khu vực gối trục hệ Tua bin, máy phát Hình 6: Vị trí cảm biến rung tua bin, máy phát 10