Đo lường công nghiệp

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.47 MB, 39 trang )

Trao đổi trực tuyến tại:
/>Giảng viên: Nguyễn Đức Hoàng
Bộ môn Điều Khiển Tự Động
Khoa Điện – Điện Tử
Đại Học Bách Khoa Tp.HCM
Email:
MÔN HỌC
CẢM BIẾN ĐO
DỊCH CHUYỂN ,VỊ TRÍ
CHƯƠNG 4
6:11 PM
Nội dung chương 4
4.1 Nguyên lý đo
4.2 Cảm biến điện trở
4.3 Cảm biến điện dung
4.4 Cảm biến điện cảm (LVDT)
4.5 Cảm biến quang (Encoder)
6:11 PM
Nguyên lý đo
Vị trí là thuật ngữ chỉ tọa độ của một đối tượng với chuẩn
chọn trước
Dịch chuyển là sự chuyển động của đối tượng từ vị trí
này sang vị trí khác với một khoảng cách hoặc một góc
nào đó
6:11 PM
Nguyên lý đo (tt)
Có 2 pp để xác định vị trí và dịch chuyển
+ Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vị trí
của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần
tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển
+ Ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một

xung. Việc xác định vị trí và dịch chuyển được tiến hành
bằng cách đếm số xung phát ra
6:11 PM
Nguyên lý đo (tt)
Một số cảm biến không đòi hỏi liên kết cơ học giữa cảm
biến và vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển.
Mối liên hệ giữa vật dịch chuyển và cảm biến được thực
hiện thông qua vai trò trung gian của điện trường, từ
trường hoặc điện từ trường, ánh sáng
Các loại thông dụng:
+ Cảm biến điện trở
+ Cảm biến điện dung
+ Cảm biến điện cảm
+ Cảm biến quang
6:11 PM
Cảm biến điện trở
Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Cảm biến gồm một điện trở cố định, trên đó có một tiếp
xúc điện có thể di chuyển gọi là con chạy. Con chạy được
liên kết cơ học với vật chuyển động cần khảo sát
6:11 PM
Cảm biến điện trở (tt)
Cảm biến điện trở chuyển động thẳng
xn
l
RR
L

Cảm biến điện trở chuyển động tròn hoặc xoắn
n

n
RR





M
< 360
0
(tròn)

M
> 360
0
(xoắn)
6:11 PM
Cảm biến điện trở
Ví dụ:
Cảm biến điện trở được sử dụng để đo góc của cánh tay
như hình vẽ. Tính góc quay của cánh tay khi áp ra Vout =
2.34V. Biết tầm đo của cảm biến là 350
0
ứng với 10V.
6:11 PM
Cảm biến điện trở
Ví dụ: Joystick
Tính v
x
, v

y
?
6:11 PM
Cảm biến điện trở
Khi cảm biến điện trở nối vào mạch giao tiếp có trở kháng
vào thấp  sai số tải
Sai số tải = V
NL
– V
L
V
NL
: áp ra khi không có tải
V
L
: áp ra khi có tải
VD:
Chiết áp 10K được sử dụng làm cảm biến vị trí. Giả sử
con trượt ở giữa tầm. Tính sai số tải khi:
a) Mạch giao tiếp có trở kháng ngõ vào vô cùng
b) Mạch giao tiếp có trở kháng ngõ vào bằng 100K
6:11 PM
Cảm biến điện trở
Tính sai số tương đối:
6:11 PM
Chiết áp đo dịch chuyển Mạch tương đương
0
0
m
vv

v



Tìm vị trí con trượt để  lớn nhất. Tính 
max
Cảm biến điện dung
Cảm biến điện dung thực chất là một tụ điện gồm 2 điện
cực, giữa chúng chứa chất điện môi
Giả sử cảm biến là một tụ phẳng có tiết diện bản cực S,
khoảng cách giữa 2 bản cực  và chứa chất điện môi .
Điện dung của tụ điện là:
Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên sự thay đổi của
các thông số S, ,  làm C thay đổi.
Cảm biến thực hiện ở dạng đơn hoặc dạng kép (vi sai)
S
C



6:11 PM
Cảm biến điện dung
6:11 PM
Cảm biến điện dung
Cảm biến điện dung chia thành 2 nhóm lớn:
+ Cảm biến máy phát: đại lượng ra là điện áp U, loại này
dùng đo các đại lượng cơ
+ Thông số: có đầu vào là độ dịch chuyển của bản cực, tín
hiệu ra là điện dung C
6:11 PM

Cảm biến điện dung
Khi một trong ba thông số S, ,  thay đổi điện dung của tụ
điện C sẽ thay đổi.
Với sự thay đổi nhỏ ta có các phương trình:
 
0 0 0 0
2
00
0
SS
CS




      

2
0 0 0 0
0
1
1
CS
CS




   
   






00
0
0
S
C



6:11 PM
Cảm biến điện dung
Độ nhạy của cảm biến:
+ Khi  thay đổi (,S = const):
+ Khi S thay đổi (,  = const):
+ Khi  thay đổi (,S = const):
 Độ nhạy của cảm biến điện dung là tuyến tính khi điện
môi  và tiết diện S thay đổi và phi tuyến khi khoảng cách
giữa 2 bản cực  thay đổi.
0
0
/
1
/
S
CC
S

SS



0
0
2
0
0
1
1
CC
S




  






0
0
/
1
/
S

CC
S




6:11 PM
Cảm biến điện dung
Tụ điện kép (vi sai)
0 0 0 0
12
,
SS
CC
xx




2
1
1 1 2
12
1
*
11
C
U
UU
j C C C

j C j C





1
2
2 1 2
12
1
*
11
C
U
UU
j C C C
j C j C





6:11 PM
Cảm biến điện dung
Tụ điện kép (vi sai)
00
1
0 0 0 0
2

S
x
x
U U U
SS
xx











00
2
0 0 0 0
2
S
x
x
U U U
SS
xx












12
22
x x x
U U U U U

  

   
6:11 PM
Cảm biến điện dung
Mạch đo thường là các mạch cầu không cân bằng cung cấp
bằng nguồn áp xoay chiều với tần số lớn (MHz)
6:11 PM
Cảm biến điện dung
Mạch đo dịch chuyển của cảm biến điện dung
Nếu độ dịch chuyển  << 
0
, ta được:
0
0
1
ra

U
j
U
j

 


Độ nhạy phức
0
0
1
ra
UU
j
S
j

  


   
0
0
22
0
11
U
SS
 


 
  

Nếu  >>1
 S  S
0
6:11 PM
Cảm biến điện dung
VD1: Cho mạch đo như hình vẽ, tụ C được dùng làm cảm
biến đo dịch chuyển. Khi khoảng cách khe hở 
0
= 10mm
thì tụ C có giá trị 10F. Nếu điện áp ra đo được có trị hiệu
dụng bằng 5V, hỏi khoảng dịch chuyển là bao nhiêu? Biết
áp cung cấp U
0
có trị hiệu dụng bằng 10V và tần số 1Mhz,
R
1
= 100K.
6:11 PM
Cảm biến điện dung
VD2: Sử dụng tụ kép để đo dịch chuyển. Dùng mạch cầu
và mạch khuếch đại để đo điện áp đầu ra. Tính độ dịch
chuyển khi biết áp ra và áp vào. Bỏ qua ảnh hưởng của các
tụ kí sinh.
6:11 PM
Cảm biến điện dung
VD3: Tìm điều kiện cần thỏa mãn của các R và C để ngõ ra

tỉ lệ với dịch chuyển và độc lập với tần số.
6:11 PM

Đo lường công nghiệp

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về