Cảm biến lực và áp suất docx

1
KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬKHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ
KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNGKỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG
KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬKHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ
KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNGKỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG
Chương 3: CẢM BIẾN QUANGChương 3: CẢM BIẾN QUANG
Biên soạn: ThS. Trần Văn Hùng
03-2012
2:52 p.m.2:52 p.m. 11
NỘI DUNG MÔN HỌCNỘI DUNG MÔN HỌC
• KHÁI NIỆM CHUNG
• CẢM BIẾN TIỆM CẬN
• CẢM BIẾN QUANG
• CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ KHOẢNG CÁCH
• CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SUẤT
• CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ
2:52 p.m.2:52 p.m. 22
NỘI DUNG CHƯƠNG 4NỘI DUNG CHƯƠNG 4
4.1 Khái niệm
4.2 Cảm biến ño khoảng cách ngõ ra analog
4.3 Bộ phân thế (Potentiometer)
4.4 Cảm biến ño vận tốc vòng quay và góc
quay (Tachometter)
4.5 ðo vận tốc vòng quay bằng phương pháp
quang ñiện tử (Encoder)
4.6 ðo vận tốc vòng quay với nguyên tắc ñiện
trở từ
2:52 p.m.2:52 p.m. 33
4.1 KHÁI4.1 KHÁI NIỆMNIỆM
2:52 p.m.2:52 p.m. 44
2

• Cảm biến vị trí ño sự dịch chuyển của vật
theo khoảng cách ñể xác ñịnh chính xác vị
trí của vật
• Yêu cầu ño vị trí và dịch chuyển lớn
• Dùng ñể ño các ñại lượng khác
• Có nhiều loại cảm biến ño vị trí sử dụng
các nguyên lý khác nhau như hầu hết ngõ
ra dạng analog
4.1 KHÁI4.1 KHÁI NIỆMNIỆM
2:52 p.m.2:52 p.m. 55
4.1 KHÁI4.1 KHÁI NIỆMNIỆM
•• Phương pháp ño:Phương pháp ño:
–– Phần tử CB gắn với vật di ñộng, tín hiệu Phần tử CB gắn với vật di ñộng, tín hiệu
ño là một hàm phụ thuộc vị trí trong ño là một hàm phụ thuộc vị trí trong
phần tử CB, thông thường là trở kháng.phần tử CB, thông thường là trở kháng.
–– Không ñòi hỏi liên kết cơ học giữa CB và Không ñòi hỏi liên kết cơ học giữa CB và
vật ño: tín hiệu ño ñược thông qua các vật ño: tín hiệu ño ñược thông qua các
ñại lượng trung gian như ñiện trường.ñại lượng trung gian như ñiện trường.
2:52 p.m.2:52 p.m. 66
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
CẢM BiẾN ĐO KHOẢNG CÁCH
NGÕ RA DẠNG ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 77
 Nguyên lý: dựa trên hiện tượng cảm ứng
ñiện từ
 Thay ñổi hệ số tự cảm L, hệ số hổ cảm M.
 Vật cần ño gắn vào một phần tử mạch từ,
vật dịch chuyển gây nên sự biến thiên từ
thông trong cuộn dây ño dẫn ñến thay ñổi
ñiện áp trên hai ñầu của nó.

 Nguồn cấp là tín hiệu xoay chiều
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 88
3
Mạch từ có khe từ biến thiên
0
0
2
0
l
x2
1
x
.
l
sN2
L
∆
∆∆
∆
+
++
+
∆
∆∆
∆µ
µµ
µ−
−−
−

=
==
=∆
∆∆
∆
• N: số vòng dây
• L
0
: chiều dài khe hở không
khí
• S: tiết diện
•
m/H10.4
7
0
−
−−
−
π
ππ
π=
==
=µ
µµ
µ
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 99
 ðộ nhạy cao hơn loại ñơn mạch từ
 Tuyến tính hơn (kết hợp với mạch cầu ño)
Loại 2 mạch từ

4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
[ ]
)(1
01
1
xd
L
L
−+
=
α
[ ]
)(1
02
2
xd
L
L
++
=
α
;
2:52 p.m.2:52 p.m. 1010
Cảm biến hổ cảm: Cấu tạo của cảm biến hổ
cảm tương tự cảm biến tự cảm chỉ khác là có
thêm một cuộn dây ño
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 1111
Cảm biến hổ cảm có khe hở không khí
ðộ nhạy của cảm biến với sự thay ñổi của chiều

dài khe hở không khí δ (s=const):
ðộ nhay khi tiết diện khe hở không khí s thay
ñổi (δ=const):
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2
0
0
0
2
0
2
0
11








∆
+
=









∆
+
−=
∆
∆
=
δ
δ
δ
δ
δ
δ
δ
δ
E
ksE
S
o
o
s
s
E
k
s
E
S ==
∆
∆

=
0
δ
2:52 p.m.2:52 p.m. 1212
4
Biến ñổi sai phân tuyến tính: LVDT (Linear
Variable Differential Transformer)
là một cơ cấu cơ
- ñiện tạo ra ñiện áp tỉ lệ với vị trí của lỏi biến
áp trong lòng cuộn dây
Vỏ thép không rỉ
Vành chống nhiễu
ñiện từ và tĩnh ñiện
Cuộn dây
Lớp Epoxy
Lõi
Hỗn hợp
chống ẩm
và ổn ñịnh
nhiệt
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 1313
 ðo ñộ dịch chuyển: hoạt ñộng dựa trên nguyên
lý máy biến áp.
 Cấu tạo gồm cuộn dây sơ cấp và hai cuộn thứ
cấp giống nhau
 ðiện áp ngõ ra AC tỉ lệ với ñộ di chuyển của lõi.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Cấu tạo của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 1414

ðiện áp AC ñưa vào
cuộn sơ cấp, tạo ra
ñiện cảm ứng trên
2 ñầu cuộn thứ
cấp. Khi lõi chuyển
ñộng làm cho ñiện
áp ñầu ra thứ cấp
thay ñổi.
Lõi
ðiện áp vào
ðiện áp ra
Cuộn thứ cấp quấn theo hai chiếu ngược nhau, nên
ñiện áp ra sẽ thay ñổi cực tính khi lõi dịch chuyển.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Nguyên lý làm việc của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 1515
Là một biến áp gồm một cuộn
sơ cấp và ai cuộn thứ cấp
giống nhau.
ðiện áp ngõ ra là hiệu hai ñiện
áp cảm ứng trên cuộn thứ cấp.
Ngõ ra bằng không khi lõi sắt
từ nằm trung tâm thiết bị.
Secondary
V
s
V
o
Primary
∆

∆∆
∆∆
∆∆
∆xx
LL
11
LL
33
LL
22
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Nguyên lý làm việc của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 1616
5
 Khi lõi ñược dịch về phía
cuộn thứ cấp thứ nhất
E1 tăng lên, E2 giảm do
lượng từ thông ñược tập
trung nhiều về phía cuộn
dây thứ nhất.
 ðiện áp ngõ ra so với
ñiện áp trên cuộn sơ cấp
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Nguyên lý làm việc của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 1717
Lõi sắt từ có ñộ từ thẩm cao
Khi lõi tại vị trí trung tâm thì
L1=L2, mạch cầu cân bằng nên
V
out

= 0.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Nguyên lý làm việc của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 1818
Khi lõi sắt từ di
chuyển khỏi vị trí
trung tâm thì ñiện áp
một trong hai cuộn
thứ cấp sẽ tăng, cuộn
còn lại giảm tương
ứng.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Nguyên lý làm việc của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 1919
Chúng ta có thể dùng
mạch mạch khuếch
ñại vi sai ñể tính ñiện
áp ngõ ra.
Tuy nhiên, chúng ta có thể
nối hai cuộn sơ cấp ngược
pha nhau như trong hình
bên ñể tìm V
o
.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Ngõ ra vi sai của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2020
6
ðiện áp ra
Vị trí lõi (%) so vị trí 0

Vùng
phi
tuyến
Vùng
phi
tuyến
Vùng tuyến tính
Vị trí 100%
Vị trí 100%
Vị trí 0%
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Vùng hoạt ñộng của
LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2121
 Phạm vi tuyến tính LVDT từ + 1mm
ñến +
50cm (sai số tuyến tính
+
0.25%)
 ðơn vị thường ñược sử dụng là
mV/V/mm hay mV/V/in.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
ðặc tính của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2222
 LVDT cung cấp tín hiệu sin cho cuộn sơ cấp với
tần số từ 50hz ñến 25khz. Tần số này chính là
tần số sóng mang và phải lớn hơn tần số chuyển
ñộng của lõi ít nhất 10 lần.
 Tín hiệu ñiện áp ngõ ra chính là tín hiệu ñược
ñiều chế từ chuyển ñộng của lõi.

4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
ðặc tính của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2323
Khi lõi tại vị trí
trung tâm, áp ngõ
ra bằng không.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Biên ñộ sóng ra của LVDT
Khi di chuyển lệch vị trí trung tâm, ñiện áp
cảm ứng ở hai cuộn thứ cấp khác nhau.
Biên ñộ tỷ lệ chiều dài dịch chuyển của lõi và
pha của nó thể hiện hướng dịch chuyển.
2:52 p.m.2:52 p.m. 2424
7
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Mạch giao tiếp của LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2525
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Chỉnh lưu ngõ ra cho LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2626
Hiện nay các máy biến áp LVDT thường kết hợp
thêm với mạch chỉnh lưu ñể tạo ra ñiện áp DC
ðiện
áp
ra
Hướng chuyển ñộng
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Chỉnh lưu ngõ ra cho LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2727
Mạch chỉnh lưu cầu diode

4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Chỉnh lưu ngõ ra cho LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2828
8
Mạch chỉnh lưu cầu ñôi
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Chỉnh lưu ngõ ra cho LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 2929
Dạng sóng ngõ ra mạch chỉnh lưu
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
Chỉnh lưu ngõ ra cho LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 3030
Là kiểu
chuyển ñổi
khí (dùng kỹ
thuật LVDT)
biến áp lực
thành dịch
chuyển theo
vị trí, vị trí
dịch chuyển
tỉ lệ với áp
lực ñặt vào
ống Bourdon
ðầu gá
Ống
áp lực
Lò xo
Tín hiệu
vào

Tín
hiệu ra
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
LVDT dùng ống Bourdon
2:52 p.m.2:52 p.m. 3131
Chọn lựa LVDT
•
ðo vị trí không tổn hao do ma sát.
• ðộ phân giải không xác ñịnh.
• Rất bền.
• Khả năng lập lại cao.
• Ngõ vào và ra cách ly.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 3232
9
 Không có sự tiếp xúc nào của lõi với các bộ phận
khác nên phương pháp này không tạo ra sự hao
mòn trên thiết bị. Dẫn ñến thiết bị này có ñộ bền
cao hơn các phương pháp khác.
 Không có giới hạn cho ñộ phân giải cho phương
pháp này do sử dụng từ trường làm trung gian
=> ñộ phân giải chỉ phụ thuộc vào ñộ phân giải
của dụng cụ ño ñiện áp.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
ðánh giá LVDT
2:52 p.m.2:52 p.m. 3333
 Cảm biến ñiện dung ño khoảng cách về cấu tạo
cũng giống cảm biến ñiện dung tiệm cận nhưng
ngõ ra là analog. Cảm biến ñiện dung ñược sử
dụng rất phổ biến trong công nghiệp và trong

các lĩnh vực khoa học. Nguyên lý của chúng là
dựa trên sự thay ñổi của ñiện dung khi có sự
dịch chuyển.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 3434
 Cảm biến ñiện dung có ñộ tuyến tính lớn và phạm
vi rộng. Phần tử cảm ứng cơ bản của cảm biến
ñiện dung bao gồm 2 cực của một tụ ñiện có ñiện
dung C. ðiện dung là một hàm của khoảng cách d
giữa 2 cực của tụ ñiện, diện tích bản cực A và
hằng số ñiện môi.
),,(
ε
AdfC
=
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 3535
Loại cảm biến này tạo ra từ 2 bản cực phẳng cách
nhau một khoảng cách x có thể thay ñổi ñược. Do
ñó, ñiện dung của tụ ñiện là:
x
A
x
A
xC
r 0
)(
εε
ε
==

4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 3636
10
 ðiện dung của loại cảm biến này biến
thiên phi tuyến theo độ dịch chuyển x.
 ðộ nhạy:
 Kiểu cảm biến này thường sử dụng để đo
dịch chuyển có độ tăng nhỏ mà khơng cần
tiếp xúc với đối tượng cần đo.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2
0
x
A
dx
dC
r
ε
ε
−=
2:52 p.m.2:52 p.m. 3737
 Cảm biến quang điện gồm bộ phát và bộ
thu ánh sáng, nguồn sáng sử dụng là
diode phát quang hay diode lazer,ánh
sáng dùng loại hồng ngoại hay màu
đỏ,xanh
 Tuỳ theo cách bố trí bộ thu và bộ phát, ta
sẽ chia cảm biến quang điện thành các
loại sau:
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG

2:52 p.m.2:52 p.m. 3838
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 3939
T
R
BỀ MẶT
PHẢN XẠ
PHÁT: Transmitter
THU: Receiver
T
R
PHÁT: Transmitter
THU: Receiver
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 4040
11
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 4141
• Cảm biến lazer dùng ñể ño ñộ dịch chuyển không
cần tiếp xúc, khoảng cách từ vật ñến cảm biến
tương ñối lớn thường khoảng 4 – 10cm.
• Cảm biến lazer hoạt ñộng theo nguyên tắc: một
tia lazer chiếu lên vật và ñược phản xạ lại và sau khi
qua hệ thống thấu kính sẽ tác ñộng lên cảm biến vị
trí.
• Tín hiệu xuất ra là dòng hay áp theo tỷ lệ khoảng
cách.
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 4242
Cảm biến siêu âm ño khoảng cách dựa trên thời

gian T từ khi phát ra chùm sóng siêu âm ñến khi
nhận ñược chùm sóng phản xạ
d: khoảng cách từ vật ñến cảm biến.
v: Vận tốc âm thanh
 ðộ phân giải của cảm biến siêu âm khoảng
0,2nn nên kém chính xác hơn so cảm biến lazer
 Sai số ño của cảm biến này còn phụ thuộc vào
hướng của mặt tia phản xạ.
v
d
T
2
=
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 4343
4.2 CẢM BIẾN NGÕ RA ANALOG
2:52 p.m.2:52 p.m. 4444
12
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 4545
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 4646
• ðể chuyển ñổi gốc quay hoăc khoảng
cách tuyến tính thành ñiện áp.
• Chiết áp có ñiện trở thay ñổi tuyến
tính so với trục quay.
• Chiết áp khác với biến trở volume
thay ñỏi theo hàm log.
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 4747

• Khảo sát chiết áp như một cảm biến vị trí.
• Khảo sát ảnh hưởng của tải lên chiết áp.
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 4848
13
 ðiện trở cố ñịnh R
n
, con chạy.
 Giá trị R là hàm phụ thuộc vị trí con chạy
(ñiện trở thay ñổi phụ thuộc vị trí con chạy)
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 4949
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5050
RR
pp
(1(1 x)x)
RR
LL
V
S
V
L
dd
Σ
ΣΣ
ΣΣ
ΣΣ
Σ
RR

pp
xx
RR
pp
ii
ss
ii
LL
ii
xx
ðo theo cấu hình mạch phân áp
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5151
L
l
RlR
n
=)(
0
α
α
α
n
RR =
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5252
14
 Pot có nhiều dạng, tùy theo từng ứng dụng
cụ thể mà chúng có những thiết kế khác
nhau.

 Pot sử dụng ño lường vị trí yêu cầu có chất
lượng cao, có nhiều chức năng mở rộng.
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5353
 Pot chính xác có thể ở dạng quay, dạng di
chuyển tuyến tính và dạng chuỗi.
 Pot chuỗi dùng ñể ño chiều dài mở rộng của cáp
ñược chịu tải bằng lò xo.
 Pot quay có thể ở dạng quay 1 vòng hay nhiều
vòng, phổ biến là 3, 5 hay 10 vòng.
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5454
 Pot di chuyển tuyến tính hoạt ñộng trong phạm vi
từ 5mm ñến hơn 4m.
 Pot chuỗi có thể ño ñộ dịch chuyển tối ña là 50m.
 Nhà chế tạo thường cung cấp các thông tin về
kiểu pot, chất liệu phần tử ñiện trở, các tham số
ñiện và cơ khí và các phương pháp lắp ñặt.
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5555
• ðộ phân giải: thông thường ñạt cỡ 10 µm.
• Tuổi thọ của con chạy: 10
6
lần với dạng
xoay và 10
7
– 10
8
với dạng dịch chuyển.
• ðộ tuyến tính: giá trị của tỉ số R(x)/Rn ở

hai ñầu của ñiện trở không ổn ñịnh, do ñó ở
ñầu ñường chạy hoặc cuối ñường chạy thì
ñộ tuyến tính kém.
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5656
15
Chiết áp dùng ñể phát hiện góc quay của tay
máy như hình trên. Tìm ñiện áp ngõ ra tại vị trí
82
o
?
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5757
VxV
out
34.282
350
10
==
ðiện áp ngõ ra tại vị trí 82
o
là:
Sai số tải:
Sai số tải = ñiện áp không tải – ñiện áp có tải
LNLl
VVe
−
=
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5858

ChiếtChiết ápáp 1010KohmKohm nhưnhư hìnhhình dưới,dưới, sửsử dụngdụng nhưnhư mộtmột biếnbiến
trởtrở GiảGiả sửsử concon trượttrượt ñangñang ởở vịvị trítrí trungtrung tâmtâm biếnbiến trởtrở
TìmTìm saisai sốsố tải?tải? KhiKhi::
aa MạchMạch giaogiao tiếptiếp cócó ñiệnñiện trởtrở vôvô cùngcùng lớnlớn
bb MạchMạch giaogiao tiếptiếp cócó ñiệnñiện trởtrở 100100KKΩΩ
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 5959
a/ Do mạch giao tiếp có ñiện trở vô lớn nên coi
như không ảnh hưởng tới chiết áp nên:
V
K
K
K
VV
pot
5
5
5
5
10 =
Ω+Ω
Ω
=
Không có sai số tải
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6060
16
b/ Do mạch giao tiếp có ñiện trở 100KΩ nên ñiện
trở thực của mạch là:
Ω=

+
= K
x
R
pot
76.4
100
5
1005
VV
pot
88.4
76
.
4
5
76.4
10 =
+
=
VVVe
LNLL
12.088.45
=
−
=
−
=
ðiện áp tại ngõ ra biến trở:
Sai số tải là tại vị trí pot (con trượt) ở trung tâm

biến trở là:
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6161
a. Tìm sai số tải khi Pot tại vị trí 2/3 và ¾
chiết áp?
b. Kết luận?
Tương tự
ví dụ 2
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6262
Sai số tuyến tính là sai số tải lớn nhất so với giá trị Sai số tuyến tính là sai số tải lớn nhất so với giá trị
tổng ñiện trở của chiết áp.tổng ñiện trở của chiết áp.
pot
tt
R
Rx
e
100
∆
=
R
∆
:Sai số tải lớn nhất
:Tổng ñiện trở của chiết áp
pot
R
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6363
ðiện trở sử dụng như cảm biến vị trí nên ñiện áp
ngõ ra tỷ lệ với vị trí góc của trục quay. Do ñó sai

số tuyến tính có thể biểu diễn theo góc quay:
θ
θ
100x
e
tt
∆
=
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6464
17
Chiết áp quay một vòng 350 ñộ có sai số
tuyến tính là 0.1% và nối với nguồn 5V. Tìm
sai số góc lớn nhất?
35.0
100
3501.0
100
===∆
x
xe
tt
θ
θ
Sai số
góc:
Giải
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6565
ðộ phân giải của chiết áp là sự thay ñổi

nhỏ nhất mà thiết bị có thể ghi nhận.
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6666
ðộ phân giải chính là ñiện trở của một
vòng dây
Chiết áp loại dây quấn (wire-wound
potentiometer)
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6767
Giải
ðiện trở dây quấn có cấu tạo gồm 10 bộ, mỗi bộ
có ñiện trở 100Ω. Tổng số vòng dây ñược quấn
200 vòng, góc quay cho phép tối ña là 350
o
. Tìm
ñộ phân giải của biến trở.
Ω
=
=
kxR
tot
110010
vong
vong
k
R
vong
/5
200
1

1
Ω=
Ω
=
ðiện trở tổng cộng:
ðiện trở 1 vòng:
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6868
18
%5.0
1
1005100
=
Ω
Ω
=
∆
k
x
R
Rx
tot
ðộ phân giải =
Nếu như ñiện trở này ñược sử dụng như cảm
biến vị trí, nó cần phải tính ñược ñộ phân giải
theo ñộ. Sự thay ñổi ñiện trở nhỏ nhất tương
ứng ñiện trở một vòng và ñiện trở này ñược chia
350
o
từ 200 vòng. Khi ñó ñộ phân giải ñược tính:

o
o
vong
75.1
200
350
=
ðộ phân giải=
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 6969
 Ưu ñiểm:
 Giá rẻ
 Dể sử dụng
 Tín hiệu ño lớn
 Khuyết ñiểm:
 Mài mòn do ma sát
 Ảnh hưởng môi trường
 Không bền
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 7070
 ðầu cuối kết nối
 ðộ tuyến tính
 Tải ñiện
 ðộ phân giải
 Công suất ñịnh mức
 Hệ số nhiệt
 ðiện trở
 Nguồn ñiện áp sử dụng
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 7171

Ngoài các ñặc tính về ñiện, cần phải lưu ý một số ñặc tính về
cơ khí như: tải cơ khí, ñường chạy cơ khí, nhiệt ñộ làm việc,
chấn ñộng, tốc ñộ di chuyển, tuổi thọ làm việc…
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 7272
19
• Chiết áp dây kim loại
• Chiết áp với lớp polymer
• Chiết áp với oxit kim loại – thủy tinh
(cermet)
• Chiết áp với màng mỏng kim loại
4.3 CHIẾT ÁP
2:52 p.m.2:52 p.m. 7373
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 7474
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 7575
 Cảm biến vận tốc góc quay cung cấp tín hiệu ño
là tần số.
 Thông thường trên trục quay ñược ñánh một hay
nhiều dấu, một cảm biến ở phần không chuyển
ñộng sẽ ghi nhận sự chuyển ñộng của các dấu.
 Tần số ño ñược tỉ lệ với vòng quay n và số dấu k:
f = n.k
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 7676
20
ðể ño tốc ñộ quay của rotor ta có thể sử dụng các
phương pháp sau:
 Sử dụng máy phát tốc ñộ một chiều hoặc xoay

chiều.
 Sử dụng bộ cảm biến quang tốc ñộ với bộ mã hóa.
 Sử dụng máy ño góc tuyệt ñối.
 Xác ñịnh tốc ñộ gián tiếp qua phép ño dòng và áp
trên stator mà không cần dùng bộ cảm biến tốc ñộ.
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 7777
Máy phát tốc ñộ là máy phát ñiện một chiều,
cực từ là nam châm vĩnh cửu:
 ðiện áp trên cực máy phát tỉ lệ với tốc ñộ
quay của nó. Máy phát tốc ñộ nối cùng trục
với phanh hãm ñiện từ và cùng trục với ñộng
cơ do ñó tốc ñộ quay của nó chính là tốc ñộ
quay của ñộng cơ.
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 7878
Tốc ñộ ñộng cơ này tỉ lệ với ñiện áp của máy phát
tốc ñộ, dùng V mét ñiện từ hoặc ñồng hồ ño tốc ñộ
nối với nó có thể ño ñược tốc ñộ của ñộng cơ. Giá
trị ñiện áp âm hay dương phụ thuộc vào chiều quay.
E
r
= −( ω.n.Φ
0
)/2π = −NnΦ
0
N: số vòng quay trong 1s.
Ω: vân tốc góc của rotor.
n: là tổng số dây chính trên rotor.
Φ

0
: là từ thông xuất phát từ cực nam châm
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 7979
Stator (phần cảm) là một nam châm ñiện hoặc một
nam châm vĩnh cửu có hai cực nam và bắc nằm
ngoài cùng. Rotor (phần ứng) gồm có lõi thép phần
ứng, trên có xẻ rãnh, trong rãnh có ñặt dây quấn.
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8080
21
Tốc ñộ kế dòng xoay chiều có ưu ñiểm là
không có cổ góp ñiện và chổi than nên có
tuổi thọ, không có tăng, giảm ñiện áp trên
chổi than. Nhược ñiểm là mạch ñiện phức
tạp hơn, ngoài ra ñể xác ñịnh biên ñộ cần
phải chỉnh lưu và lọc tín hiệu.
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8181
Là một loại máy phát ñiện xoay chiều loại
nhỏ. Rotor của máy phát ñược gắn ñồng
trục với thiết bị cần ño tốc ñộ. Rotor là một
nam châm hoặc nhiều nam châm nhỏ hình.
Stator là phần cảm, có thể 1 pha hoặc ba
pha, là nơi cung cấp suất ñiện ñộng hình
sin có biên ñộ tỷ lệ với tốc ñộ quay của
rotor.
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8282
Ở ñầu ra ñiện áp ñược chỉnh lưu thành ñiện áp

một chiều. ðiện áp này không phụ thuộc vào
chiều quay và hiệu suất lọc giảm ñi khi tần số
thấp. Tốc ñộ quay có thể xác ñịnh ñược bằng
cách ño tần số của sức ñiện ñộng.
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8383
Rotor là một hình trụ kim loại mỏng ñược quay
với vận tốc cần ño, khối lượng và quán tính của
nó không ñáng kể.
Stator làm bằng thép lá kỹ thuật ñiện, trên có ñặt
hai cuộn dây ñược bố trí như hình vẽ.
Cuộn thứ nhất là cuộn kích từ ñược cung cấp một
ñiện áp ñịnh mức có biên ñộ và tần số không ñổi
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8484
22
Cuộn thứ nhất là cuộn kích từ ñược cung
cấp một ñiện áp ñịnh mức có biên ñộ và
tần số không ñổi
ω
e
v
e
=V
e
cos ω
e
t
4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8585

Cuộn dây thứ hai là cuộn dây ño, giữa hai ñầu
của cuộn này sẽ suất hiện sức ñiện ñộng có biên
ñộ tỉ lệ với vận tốc góc cần ño
e
m
=
E
m
cos(ω
e
t
+ Φ) =
k
ω
V
e
cos(ω
e
t
+ Φ)
Với :E
m
= k ω V
e
= k’ω
k là hằng số phụ thuộc vào cấu trúc của máy.
Φ: ñộ lệch pha.
Khi ño E
m
sẽ xác ñịnh ñược ω

4.4 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC VÒNG QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8686
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8787
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8888
23
Tín hiệu số xuất
ra
Các bộ nhận quang
(photo-transistor)
1 hoặc nhiều bộ phát quang
(LED)
Track
Đĩa code
Trục của
encoder
Bao gồm một đĩa plastic hoặc thủy tinh quay giữa một/nhiều nguồn
phát sáng (LED) và một/ nhiều photo-transistor nhận quang.
Đĩa được mã hóa với các phần hình quạt sáng và tối xen kẽ nhau
để xung có thể được tạo ra khi đĩa quay.
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 8989
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 9090
•ðộ chính xác cao
•ðộ tin cậy cao
•Giá thành thấp
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 9191

•• Thiết bị máy và RobotThiết bị máy và Robot
•• Giám sát thiết bịGiám sát thiết bị
•• Chế tạo máy bay và tàu vũ trụChế tạo máy bay và tàu vũ trụ
•• Chụp ảnh y khoa (MRI, xChụp ảnh y khoa (MRI, x ray imaging)ray imaging)
•• ðo ñạt trong công nghệ bán dẫnðo ñạt trong công nghệ bán dẫn
•• ðo ñạt trong thiên vănðo ñạt trong thiên văn
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 9292
24
• Nguồn phát sáng.
• ðĩa có vạch chia.
• Tế bào quang
ñiện có lớp chặn
• Thấu kính hội tụ
• Bộ chia mắt lưới
Cấu tạo
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 9393
•• Encoder loại quay ( MultiEncoder loại quay ( Multi turn )turn )
•• Encoder loại góc ( SingleEncoder loại góc ( Single turn )turn )
•• Encoder loại dịch thẳngEncoder loại dịch thẳng
Các loại encoder
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 9494
•• Encoder tương ñối (Incremental, Quadrature)Encoder tương ñối (Incremental, Quadrature)
•• Encoder tuyệt ñối (Absolute)Encoder tuyệt ñối (Absolute)
Các loại encoder quay
4.5 CẢM BIẾN ðO VẬN TỐC GÓC QUAY
2:52 p.m.2:52 p.m. 9595
•• Gồm:Gồm:

–– Một bộ thu phát Một bộ thu phát
quang.quang.
–– Một ñĩa với các rãnh.Một ñĩa với các rãnh.
–– Một trục quay.Một trục quay.
–– Cáp nguồn và tín Cáp nguồn và tín
hiệu.hiệu.
Cấu tạo
ENCODER TƯƠNG ðỐI
2:52 p.m.2:52 p.m. 9696
25
 Xung xuất ra được đếm để cung cấp vị trí quay của encoder.
Mỗi incremental step sẽ xuất ra một xung tương ứng.
LED phát
Phototransistor
thu
Trục
Đĩa quay
Code
track
Kênh A
Kênh B
A
B
Z
 Dùng 2 xung A và B để nhận biết chiều quay của encoder. Nếu xung A
lên “1” trước xung B, encoder đang quay chiều thuận và ngược lại.
 Xung Z lên “1” khi encoder đã quay giáp 1 vòng.
ENCODER TƯƠNG ðỐI
2:52 p.m.2:52 p.m. 9797
Loại 1 kênh

ENCODER TƯƠNG ðỐI
2:52 p.m.2:52 p.m. 9898
• Vị trí ñược xác ñịnh dựa vào số xung ñến ñược.
• Số rãnh trên mỗi vòng xác ñịnh số góc ứng với
từng ñới rãnh.
Loại 1 kênh
ENCODER TƯƠNG ðỐI
2:52 p.m.2:52 p.m. 9999
• Encoder quang loại một kênh không cho
thông tin về chiều quay.
Loại 1 kênh
ENCODER TƯƠNG ðỐI
2:52 p.m.2:52 p.m. 100100