Giáo trình điện tử công nghiệp pot
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.95 MB, 127 trang )
Giáo trình
điện tử công nghiệp
Lời nói đầu
Theo xu hướng phát triển của nền khoa học kỹ thuật hiện đại, nhiều thành tựu
mới trong kỹ thuật điện tử, điện tử số… đã được ứng dụng rộng khắp trong các lĩnh
vực công nghiệp. Nước ta đã và sẽ nhập nhiều các máy móc, thiết bị rất hiện đại nên
đòi hỏi người kỹ sư phải có các kiến thức tiên tiến, không ngừng nâng cao trình độ …
mới có thể nắm bắt, xử lý được các công nghệ hiện đại trên. Do vậy, nếu trước đây
môn học Điện tử công nghiệp chỉ là một môn học trong chương trình học của khối kỹ
thuật thì nay đã phát triển rất nhanh và trở thành một chuyên ngành trong các trường
đại học và trung học chuyên nghiệp. Cụ thể tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật
thành phố Hồ Chí Minh, môn học này đã trở nên một trong nhiều chuyên ngành mà
sinh viên ngành điện tử phải chọn khi thi vào trường.
Các môn học tiên quyết của môn học này là: Kỹ thuật điện đại cương, Kỹ
thuật điện tử … nói chung là các môn cơ bản của chuyên ngành điện – điện tử. Do
đây là bài giảng về Điện tử công nghiệp dành riêng cho sinh viên đại học các ngành
không chuyên điện nên nội dung biên soạn trong giáo trình chủ yếu mang tính định
tính, ít định lượng. Mong muốn sao cho các sinh viên không chuyên điện hiểu được
các vấn đề cơ bản về Điện tử công nghiệp để sau này ứng dụng vào công việc thực tiễn
tại các nhà máy xí nghiệp. Nếu muốn tìm hiểu sâu hơn về chuyên ngành này, có thể
tham khảo giáo trình Điện tử công nghiệp dành cho sinh viên chuyên ngành Điện tử
sẽ ra mắt bạn đọc sau giáo trình này trong một khoảng thời gian không xa. Mặc dù
vậy nhưng nội dung vẫn khá đầy đủ các ý chính của môn học Điện tử công nghiệp như
với sinh viên chuyên điện (chỉ thiếu phần AVR máy phát điện đồng bộ). Điểm
khác cơ bản là nội dung được trình bày trong giáo trình này chỉ mang tính giới thiệu
nguyên lý hoạt động, cơ sở lý luận và các ứng dụng thực tiễn không đi vào các thiết kế
chuyên sâu. Cụ thể bài giảng được phân thành các chương như sau:
- Chương 1: Cảm biến / Công tắc không tiếp điểm.
- Chương 2: Gia nhiệt trong công nghiệp, máy hàn điện trở.
- Chương 3: Điều khiển theo chương trình - PLC.
- Chương 4: Điều khiển tốc độ động cơ điện.
Mỗi chương trong tài liệu đều được trình bày từ dễ đến khó, từ thấp đến cao,
luôn coi trọng các khái niệm, định nghĩa cùng các ứng dụng thực tiễn, giúp người đọc
dễ dàng tiếp cận với các công nghệ mới ứng dụng điện tử công nghiệp. Sau mỗi chương
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
tài liệu có các câu hỏi và bài tập củng cố kiến thức giúp sinh viên ôn tập lại các kiến
thức cốt lõi trong chương.
Để nâng cao tính tích cực vận động trong sinh viên, trong bài giảng này người
viết đã đưa thêm vào chương 4 việc dạy và học ứng dụng truyền thông đa phương tiện
(Multimedia) qua giáo trình điện tử: “Thực hành lập trình vi điều khiển / vi xử lý
ứng dụng truyền thông đa phương tiện” của cùng tác giả. Có thể nói việc “thầy dạy
bằng đa phương tiện, trò học bằng đa giác quan” sẽ làm tăng khối lượng kiến thức
truyền đạt trong khi số giờ lên lớp không thay đổi. Nghĩa là ngoài bài giảng truyền
thống còn có tài liệu điện tử dạng truyền thông đa phương tiện đi kèm giúp sinh viên dễ
dàng tiếp thu kiến thức theo đúng qui luật nhận thức: “từ trực quan sinh động đến tư
duy trừu tượng”. Sắp tới đây chúng tôi sẽ giới thiệu một tài liệu về Điện tử Công
nghiệp dạng truyền thông đa phương tiện dành riêng cho sinh viên chuyên ngành Điện
– Điện tử (nội dung sẽ kết hợp với các ví dụ mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng).
Với tài liệu tham khảo này, các chuyên đề trong lĩnh vực Điện tử công nghiệp sẽ được
trình bày một cách chi tiết hơn.
Mặc dù đã làm việc với một tinh thần khẩn trương và trách nhiệm, song do
thời gian và trình độ có hạn chắc chắn tập bài giảng điện tử không thể tránh khỏi
những sai sót nhất định, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ độc giả để có thể hoàn
chỉnh tập bài giảng trong lần tái bản sau. Mọi đóng góp xin gửi về Bộ môn Điện tử
công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố
Hồ Chí Minh.
T.p Hồ Chí Minh, tháng 10/2010
Tác giả
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp Gvth: GVC. ThS Nguyễn Phương Quang
MỤC LỤC
Chương 1:
CẢM BIẾN / CÔNG TẮC KHÔNG TIẾP ĐIỂM.
1.1 Khái niệm cơ bản
1.2 Cảm biến quang…………………………………………………………………………………………………………………………………………
1.2.1 Hiệu ứng quang điện
1.2.2 Các linh kiện quang điện thông dụng
1.2.2.1 Điện trở quang
1.2.2.2 Diode quang
1.2.2.3 Transistor quang
1.2.2.4 Diode phát quang
1.2.2.5 Ghép quang
1.2.2.6 Pin mặt trời
1.2.2.7 Cáp quang (tơ quang dẫn)
1.2.3 Mạch điện điển hình
1.3 Cảm biến nhiệt…………………………………………………………………………………………………………………………………………….
1.3.1 Các linh kiện nhiệt thông dụng
1.3.1.1 Điện trở nhiệt Nickel, Platin
1.3.1.2 Điện trở nhiệt PTR và NTR
1.3.1.3 Cặp nhiệt điện
1.3.1.4 Vi mạch cảm biến nhiệt (LM 35)
1.3.2 Mạch điện điển hình
1.4 Cảm biến từ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
1.4.1 Khái niệm cơ bản
1.4.2 Cảm biến HALL
1.4.2.1 Hiệu ứng Hall
1.4.2.2 Cấu trúc của cảm biến Hall
1.4.2.3 Ứng dụng của cảm biến Hall
1.5 Một số dạng cảm biến thông dụng……………………………………………………………………………………
1.5.1 Mạch nhận biết sự dòch chuyển
1.5.2 Mạch đếm
1.5.3 Mạch dò khuyết tật trong kim loại
1.5.4 Hệ thống dây chuyền sản xuất tự động
Trang 1
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp Gvth: GVC. ThS Nguyễn Phương Quang
1.6 Một số mạch điện cảm biến thông dụng
…………………………………………………………………
1.6.1 Cảm biến từ
1.6.2 Cảm biến mực nước
1.6.3 Cảm biến thu – phát hồng ngoại
1.6.4 Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification)
Chương 2:
GIA NHIỆT TRONG CÔNG NGHIỆP, MÁY HÀN ĐIỆN TRỞ
2.1 Lò điện trở
2.1.1 Khái niệm cơ bản
2.1.2 Sơ đồ khống chế lò
2.2 Lò hồ quang
…………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………
2.2.1 Khái niệm cơ bản
2.2.2 Sơ đồ khống chế lò
2.3 Lò cảm ứng
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
2.3.1 Khái niệm cơ bản
2.3.2 Sơ đồ khống chế lò
2.4 Giới thiệu máy hàn tiếp xúc………………………………………………………………………………………………………
2.4.1 Giới thiệu – nguyên lý làm việc
2.4.2 Chu kỳ làm việc của máy hàn điểm
2.4.3 Mạch điện máy hàn tiếp xúc điển hình
Chương 3:
ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH / PLC
3.1 Khái niệm cơ bản
3.1.1 Điều khiển và điều khiển tự động
3.1.2 Giới thiệu các hệ thống điều khiển
3.1.2.1 Hệ thống điều khiển dùng rơ-le, thiết bò cơ khí
3.1.2.2 Hệ thống điều khiển dùng mạch điện tử
3.1.2.3 Hệ thống điều khiển dùng kỹ thuật vi xử lý / vi điều khiển
3.1.2.4 Hệ thống điều khiển dùng máy tính
3.1.3 Giới thiệu thiết bò điều khiển theo chương trình-PLC
Trang 2
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp Gvth: GVC. ThS Nguyễn Phương Quang
3.2 Cấu trúc phần cứng của PLC
…………………………………………………………………………………………………….
3.2.1 Bộ xử lý trung tâm
3.2.2 Bộ nhớ
3.2.3 Khối vào / ra
3.2.4 Thiết bò lập trình
3.3 Cơ chế hoạt động PLC………………………………………………………………………………………………………………………
3.4 Lập trình trên PLC………………………………………………………………………………………………………………………………….
3.4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình
3.4.1.1 Các lệnh cơ bản
3.4.1.2 Các ví dụ minh hoạ
3.4.2 Các bài toán điển hình
3.4.2.1 Điều khiển động cơ có bảo vệ điểm không
3.4.2.2 Điều khiển đảo chiều quay động cơ
3.5 Những ứng dụng của PLC trong công nghiệp……………………………………………………
3.5.1 Điều khiển robot
3.5.2 Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufaturing System-FMS)
3.5.3 Điều khiển quá trình
3.5.4 Truyền dẫn tín hiệu giữa các thiết bò tự động
Chương 4:
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
4.1 Khái niệm cơ bản
4.2 Giới thiệu các động cơ điện thông dụng
………………………………………………………………….
4.2.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập / song song
4.2.2 Động cơ điện vạn năng
4.2.3 Động cơ điện một chiều không chổi than
4.2.4 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha
4.2.5 Động cơ bước
4.3 Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập……………
4.3.1 Nguyên tắc điều khiển
4.3.2 Mạch điện điển hình
4.4 Điều khiển tốc độ động cơ điện vạn năng……………………………………………………………
4.4.1 Nguyên tắc điều khiển
Trang 3
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp Gvth: GVC. ThS Nguyễn Phương Quang
4.4.2 Mạch điện điển hình
4.5 Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều không chổi than
4.5.1 Nguyên tắc điều khiển
4.5.2 Mạch điện điển hình
4.6 Điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha
4.6.1 Nguyên tắc điều khiển
4.6.2 Phương pháp điều chế theo bề rộng xung
4.6.3 Phương pháp điều khiển sáu bước
4.6.4 Phương pháp điều chế vector không gian
4.7 Điều khiển tốc độ động cơ bước
………………………………………………………………………………………….
4.7.1 Nguyên tắc điều khiển
4.7.2 Mạch điện điển hình
4.8 Ứng dụng vi xử lý/vi điều khiển trong điều khiển tốc độ động cơ
4.8.1 Kiến thức cơ bản
4.8.2 Giới thiệu cách sử dụng tài liệu điện tử
4.8.3 Các bài toán minh hoạ
4.8.4 Các bài tập củng cố
Trang 4
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
________________________________________________________________________________
Chương 1
CẢM BIẾN / CÔNG-TẮC KHÔNG TIẾP ĐIỂM
Chương này giới thiệu về các hệ thống cảm biến sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ta sẽ
khảo sát bằng cách nào hệ thống máy móc thiết bò trong công nghiệp có thể hiểu và xử lý
được các tín hiệu tự nhiên, đa phần là các tín hiệu không điện.
1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Cảm biến – sensor: xuất phát từ chữ “sense” nghóa là giác quan – do đó nó như các
giác quan trong cơ thể con người. Nhờ cảm biến mà mạch điện, hệ thống điện có thể thu
nhận thông tin từ bên ngoài. Từ đó, hệ thống máy móc, điện tử tự động mới có thể hiển thò
thông tin về đại lượng đang cảm nhận hay điều khiển quá trình hoạt động theo một chương
trình đònh trước có khả năng thay đổi một cách uyển chuyển theo môi trường hoạt động.
Để dễ hiểu có thể so sánh cảm nhận của cảm biến qua 5 giác quan của người như
bảng 1.1 sau:
Bảng 1.1: Cảm biến và 5 giác quan con người
5 giác quan Thay đổi môi trường Thiết bò cảm biến
Thò giác
Xúc giác
Vò giác
Thính giác
Khứu giác
Ánh sáng/ hình dạng/ kích thước/
vò trí/xa gần/màu sắc
Áp suất/ nhiệt độ/ cơn đau/ tiếp
xúc/ tiệm cận/ ẩm/ khô
Ngọt/ nóng/ chua/ cay/ mặn/ béo
m trầm/ âm bổng/ sóng âm/ âm
lượng
Mùi của các chất khí/ chất lỏng
Camera thu hình
Cảm biến quang
Nhiệt trở, cảm biến tiệm cận,
cảm biến độ rung động
Đo lượng đường trong máu
Mi-crô, cảm biến sóng siêu
âm
Đo độ cồn/ thiết bò cảm nhận
khí gas
Do cảm biến rất đa dạng nên có thể phân loại cảm biến theo nhiều cách khác nhau
như: dạng tín hiệu ngõ vào cảm biến; nguyên lý cảm biến: cảm biến tích cực, cảm biến thụ
động; tính chất cảm biến: cảm biến cơ, cảm biến điện … Thông thường người ta phân chia
cảm biến theo dạng tín hiệu ngõ vào mà bộ cảm biến sẽ chuyển đổi. Với cách phân chia này,
có thể phân chia cảm biến theo các dạng như sau: cảm biến quang; cảm biến nhiệt; cảm
biến từ (từ trường); cảm biến âm thanh; cảm biến độ ẩm, cảm biến cơ, cảm biến tốc độ, cảm
biến lưu lượng dòng chảy … Minh hoạ trên hình 1.1.
________________________________________________________________________________________________________
Trang 7
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp
Tín hiệu/ Dữ liệu ngõ ra
Dò tìm/
Chuyển đổi
Thay đổi của môi trường
Hình 1.1: Minh hoạ chức năng của cảm biến
CẢM
BIẾN
Khối lượng
Vò trí
Ánh sáng
Nhiệt
-Điều khiển thiết bò
-Hiển thò dữ liệu
Dựa vào cảm biến, người ta chế tạo nên các bộ công tắc không tiếp điểm. Các bộ
công tắc này chòu được các yêu cầu làm việc khắc nghiệt như làm việc trong môi trường có
chất ăn mòn, rung động liên tục, dễ cháy nổ, yêu cầu về tốc độ và tần số chuyển mạch lớn …
Cấu tạo một công tắc không tiếp điểm bao gồm một bộ cảm biến và khối khuếch đại, xử lý
tín hiệu giúp việc chuyển đổi tín hiệu từ không điện sang tín hiệu điện được chính xác và ổn
đònh. Chính sự chuyển mạch không tiếp xúc này đã thoả mãn các yêu cầu mà hệ thống đòi
hỏi trong khi chuyển mạch có tiếp xúc không thể đáp ứng được.
Nhiệt ngẫu
Điện trở
gia nhiệt
đây rồi!
À! Cảm biến
Phần tử
đóng cắt
Mạch điều
khiển
Hình 1.2: Cấu tạo một lò sấy sử dụng mạch điều khiển nhiệt đo
Có thể minh hoạ hình ảnh của một bộ công tắc không tiếp điểm dùng trong một lò
sấy như hình 1.2. Trong lò có điện trở gia nhiệt nhằm cấp nhiệt cho lò, giúp lò luôn có nhiệt
độ ổn đònh trong mức đặt trước. Tần suất đóng cắt của điện trở này tuỳ thuộc vào bộ điều
khiển nhiệt độ điều tiết phần tử đóng cắt điện cho điện trở. Tín hiệu ngõ vào của bộ điều
khiển nhiệt độ được lấy ngay trên nhiệt độ lò thông qua nhiệt ngẫu. Rõ ràng tại nhiệt ngẫu
không hề có một tiếp điểm cơ khí nào nhưng điện trở vẫn được đóng cắt nguồn điện cung
cấp để duy trì nhiệt độ lò luôn ở một mức đònh trước. Do vậy, người ta còn gọi hệ này là công
tắc không tiếp điểm.
Trang 8
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
Nếu như vài thập niên trước đây, thuật ngữ “ngôi nhà thông minh” chỉ có trong phim
viễn tưởng hay trí tưởng tượng của con người thì nay những điều tưởng tượng đó đã trở thành
hiện thực! Đóng góp rất lớn trong việc kiến tạo nên các ngôi nhà thông minh đó phải kể đến
vai trò của các cảm biến.
Mặc dù chi phí đầu tư cho thiết kế và chế tạo cảm biến rất cao nhưng do tầm quan
trọng của cảm biến trong thực tiễn sinh hoạt, sản xuất … người ta vẫn tiếp tục không ngừng
đầu tư cho lónh vực này. Do vậy mà chủng loại cũng như chất lượng của cảm biến liên tục
phát triển. Sau đây sẽ giới thiệu là một số cảm biến thông dụng.
1.2 CẢM BIẾN QUANG
Đây là thiết bò cảm nhận tín hiệu ánh sáng, biến chúng thành tín hiệu điện giúp
mạch điện xử lý tốt các tình huống trong thực tế. Ánh sáng ở đây phải được hiểu là ánh sáng
với một dãy tần số rất rộng mà trong đó ánh sáng thấy được chỉ nằm trong một dãy tần số
khá hẹp. Minh hoạ qua hình 1.3. Phổ ánh sáng thấy được có bước sóng từ 400nm đến
700nm. Bước sóng ngắn hơn có tia cực tím (ultra-violet) và tia X, bước sóng dài hơn có hồng
ngoại (infra-red). Trong hình này cũng trình bày chi tiết các phổ màu của các LED đang sử
dụng phổ biến.
________________________________________________________________________________________________________
Trang 9
Hình 1.3: Phổ ánh sáng
X-RAY ULTRA-VIOLET VISIBLE NEAR-INFRARED MID-INFRARED FAR-INFRARED
1nm 400 nm 3 μm 30μm
Visible Blue LEDs Visible Red LEDs InfraRed LEDs
Visible Green LEDs
500nm 700nm
600 nm 300 nm
100 nm
900 nm
800 nm 1μm
Linh kiện sử dụng trong cảm biến quang rất phong phú về chủng loại cũng như hình
dạng. Ở đây chỉ giới thiệu về các linh kiện quang điện tử. Các linh kiện điện tử sử dụng trong
cảm biến này chủ yếu làm việc theo hiệu ứng quang điện.
1.2.1 Hiệu ứng quang điện
Ở đây chỉ trình bày các ý chính trong hiệu ứng quang điện giúp sinh viên dễ dàng
nắm bắt nội dung các phần sau. Hiệu ứng quang điện có thể chia thành hai loại: hiệu ứng
quang dẫn và hiệu ứng quang nối.
1.2.1.1 Hiệu ứng quang dẫn
Khi vật dẫn điện được ánh sáng rọi vào thì độ dẫn điện của nó sẽ thay đổi. Hướng
thay đổi tuỳ thuộc vào tính chất của vật liệu cấu thành. Ví dụ: khi rọi sáng chất bán dẫn sẽ
làm gia tăng các hạt tải điện đa số (lỗ và điện tử), do đó tăng tính dẫn điện cho khối bán
dẫn này, trong khi đó cũng làm như trên cho kim loại hay hợp kim thì lại làm giảm độ dẫn
điện của vật dẫn.
1.2.1.1 Hiệu ứng quang nối
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp
Một mối nối P-N khi được rọi sáng sẽ phát ra một sức điện động. Sức điện động này
tỉ lệ với cường độ ánh sáng rọi vào mối nối và có giá trò ngưỡng tuỳ thuộc vào vật liệu cấu
thành nên mối nối (Silicium hay Germanium).
1.2.2 Các linh kiện quang điện thông dụng
1.2.2.1 Quang trở (Photo Resistor)
Quang trở còn được gọi là điện trở có giá trò tuỳ thuộc vào ánh sáng LDR (Light
Dependent Resistor) là linh kiện có điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào. Ký
hiệu như hình 1.4. Nguyên tắc làm việc dựa trên hiệu ứng quang dẫn: độ dẫn điện trên quang
trở tuỳ thuộc vào ánh sáng rọi trên nó. Minh hoạ qua đặc tuyến trên hình 1.4:
Ký hiệu
Hình 1.4: Ký hiệu và đặc tuyến quang trở.
1.2.2.2 Diode quang (Photo Diode)
Diode quang làm việc dựa trên hiệu ứng quang dẫn. Cấu tạo từ một lớp tiếp giáp P-N làm việc
ở chế độ phân cực nghòch, do đó ở điều kiện bình thường linh kiện gần như không dẫn điện.
Khi ánh sáng rọi vào kích thích các lỗ và điện tử bứt khỏi mạng liên kết, gia tăng hạt tải điện
đa số dẫn đến thay đổi đáng kể giá trò dòng điện ngược chạy qua diode. Ký hiệu và đặc tuyến
làm việc trên hình 1.5.
(KΩ)
Ф
0
1500
10
20
1
(lm/m2
)
Ф
1
Ф
3
Ф
2
Ф
4
Ф
1
> Ф
2
> Ф
3
> Ф
4
(volt)
I
D
V
AK
0
(mA)
R
Hình 1.5: Ký hiệu và đặc tuyến quang diode.
1.2.2.3 Transistor quang (Photo Transistor)
Vẫn có 3 lớp bán dẫn như các BJT thông thường nhưng cực B hở mạch. Người ta thay
đổi dòng I
C
bằng cách thay đổi cường độ ánh sáng chiếu vào (thay vì điều khiển dòng I
B
để
khống chế I
C
như các BJT bình thường khác). Ký hiệu và đặc tính volt-amper của một
phototransistor điển hình như hình 1.6:
Trang 10
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
(mA)
I
C
V
CE
(volt)
0
Ф
1
Ф
2
Ф
3
Ф
4
E
Ф
1
> Ф
2
> Ф
3
> Ф
4
C
Hình 1.6: Ký hiệu và đặc tuyến quang transistor.
Qua đặc tuyến ta nhận thấy vai trò của cường độ ánh sáng rọi vào tương tự như vai
trò của I
B
. Do đó độ dẫn điện giữa C và E tuỳ thuộc vào cường độ rọi sáng trên miền B.
Cường độ rọi sáng càng lớn thì mật độ bức xạ các hạt điện tử và lỗ trống càng mạnh khiến
cho dòng qua hai cực C và E càng dễ dàng hoặc ngược lại.
1.2.2.4 Diode phát quang (Light Emitting Diode: LED)
Hình 1.7 : Ký hiệu LED
Cấu tạo từ một mối nối P-N có cấu tạo đặc biệt sao
cho khi có dòng điện phân cực thuận chảy qua, LED sẽ phát
ra ánh sáng. Tuỳ vào vật liệu chế tạo mà ánh sáng phát ra
có tần số khác nhau. Ví dụ LED chế tạo từ GaAs sẽ phát ra
ánh sáng hồng ngoại; từ GaAsP (có phosphor) sẽ phát ra
ánh sáng đỏ hay vàng …
LED có tần số đóng cắt, hiệu suất phát sáng và
tuổi thọ rất cao; màu sắc phát ra rất đa dạng như xanh, lục,
vàng, đỏ, phổ tần số phát rộng, giá thành thấp… Chính vì
các lý do này LED đã trở thành một linh kiện hiển thò thông
dụng nhất hiện nay cho các thiết bò điện - điện tử.
1.2.2.5 Ghép quang (Optron/Opto Coupleur)
Ghép quang dạng đơn giản nhất bao gồm một LED và một photo transistor, photo
TRIAC … được ghép vào chung một vỏ. Môi trường nằm giữa chúng là môi trường truyền ánh
sáng, cấu tạo xem trên hình 1.8. Khi dòng chảy qua LED, photo transistor dẫn dòng nối tắt
hai chân C và E, ngược lại C và E hở mạch.
Do môi trường truyền dẫn ánh sáng có khả năng cách điện rất cao nên optron có khả
năng cách ly rất tốt về điện giữa mạch điều khiển (điều khiển LED) và mạch động lực (chứa
photo transistor).
Để thuận tiện hơn cho việc điều khiển thiết bò, người ta còn chế tạo các optron SCR,
Triac … (thay thế photo transistor bởi SCR, Triac …)
________________________________________________________________________________________________________
Trang 11
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp
Hình 1.8 : cấu tạo một optron transistor đơn giản.
1.2.2.6 Pin quang điện (Photo Cell)
Pin quang điện hay còn gọi là tế bào quang điện ký hiệu trên hình 1.9 a, làm việc
dựa trên hiệu ứng quang nối. Khi mối nối P-N của pin quang điện được chiếu sáng sẽ xuất
hiện trên nó một sức điện động V
Ф
. Sức điện động này có giá trò thay đổi theo cường độ rọi
sáng trên nó và có giá trò trung bình tuỳ thuộc vào vật liệu cấu thành nên mối nối (Silicium
hay Germanium).
Hình 1.9: Pin mặt trời
a) Ký hiệu b) Ghép nối hỗn hợp
Tuỳ vào cấu tạo mà pin quang điện có các tính chất khác nhau. Ví dụ khi được chế
tạo làm linh kiện thu nhận ánh sáng (cảm biến quang) thì người ta quan tâm đến thông số
mức ánh sáng ngưỡng, phổ ánh sáng tác động, trong khi chế tạo làm pin mặt trời người ta lại
quan tâm đến sức điện động quang V
Ф
; dòng điện cung cấp ra tải I
Ф
; hiệu suất của quá trình
biến đổi năng lượng từ quang sang điện …
Để có được các bộ nguồn cấp điện từ ánh sáng mặt trời, người ta thường chế tạo
nhiều pin quang điện không đóng vỏ thành từng linh kiện rời mà ghép nối hỗn hợp với nhau
trên một diện tích rộng để tiện cho việc tiếp nhận ánh sáng, tăng dòng và áp phát ra phù
hợp với yêu cầu đặt ra từ phụ tải (hình 1.9b).
1.2.1.6 Cáp quang
Những đòi hỏi ngày càng cao trong mạng thông tin luôn yêu cầu cao về khoảng cách
và vận tốc đường truyền; những yêu cầu khắc nghiệt về nhiệt độ làm việc, độ ẩm, môi trường
xung quanh là các chất lỏng … đã loại các dây dẫn bằng kim loại ra khỏi một số ứng dụng và
được thay thế bởi các dây dẫn quang học: cáp quang. Cáp quang được chế tạo từ những sợi tơ
quang dẫn.
Tơ quang dẫn bằng thuỷ tinh là phương tiện truyền tin tốt nhất, nhưng giá thành quá
cao nên vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Chủ yếu hiện nay sợi quang dẫn chủ yếu vẫn bằng
chất dẻo tổng hợp.
Trang 12
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
Các ưu điểm chính của cáp quang :
- Độ suy giảm tín hiệu thấp.
- Nội dung tín hiệu truyền bảo đảm tuyệt mật.
- Thay thế đồng - một kim loại ngày càng đắt đỏ. Cụ thể 10g tơ quang dẫn có độ dẫn
tương đương 6 Kg đồng.
- Có độ cách điện giữa nơi phát và thu cao (hàng nghìn volts).
- Không có hiệu ứng vòng đất.
- Tín hiệu truyền trên tơ quang dẫn thích hợp với các linh kiện IC logic TTL, CMOS …
- Truyền tin bằng tơ quang dẫn không bò nhiễu và không có hiệu ứng « thời gian trễ »
như truyền bằng vệ tinh đòa tónh.
- Độ rộng băng thông rất lớn (đến 3000 GHz). Cho đến nay với cách truyền tin AM có
độ rộng băng thông chỉ 10 GHz.
1.2.2 Mạch điện điển hình
Đây là mạch điện ứng dụng tốt trong việc tự động chiếu sáng cho cầu thang, hành
lang … , cụ thể đóng điện khi trời tối và cắt điện khi trời sáng. Mạch có độ miễn nhiễu cao, ví
dụ khi trời tối nhưng mạch bò rọi sáng bởi ánh đèn pin cầm tay hoặc đèn xe ô tô quét qua thì
mạch vẫn không đổi trạng thái. Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 1.10. Tóm tắt nguyên lý
làm việc như sau:
- Khi môi trường xung quanh quang trở (LDR) còn sáng, điện trở LDR rất bé gần như
nối điện thế chân B của Q
1
xuống 0V. do đó Q
1
, Q
2
không dẫn. Rơ le K mất điện.
- Khi môi trường xung quanh quang trở (LDR) tối, điện trở LDR rất lớn, Dòng điện
phân cực chảy vào chân B của Q
1
kích dẫn Q
2
. Rơ le K có điện. Mạch đổi trạng thái.
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng
Các linh kiện phụ trợ khác: tụ C giảm nhiễu cho mạch khi độ sáng của môi trường
xung quanh có những thay đổi đột biến. Biến trở VR chỉnh độ nhạy của mạch cảm biến.
Diode D bảo vệ transistor quá dV/dt.
1.3 CẢM BIẾN NHIỆT
Đây là thiết bò cảm nhận tín hiệu nhiệt, biến chúng thành tín hiệu điện giúp mạch
điện xử lý tốt các tình huống trong thực tế.
Cũng như linh kiện quang điện, linh kiện nhiệt rất phong phú và đa dạng. Ở đây chỉ
nêu một số các linh kiện điện tử thông dụng. Tuỳ vào cấu tạo mà mỗi loại có một nguyên lý
________________________________________________________________________________________________________
Trang 13
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp
làm việc riêng nhưng nói chung chúng đều có khả năng thay đổi tính chất điện khi điều kiện
nhiệt độ môi trường thay đổi.
1.3.1 Các linh kiện nhiệt
1.3.1.1 Nhiệt điện trở platin và nickel :
Dựa vào tính chất: độ dẫn điện của kim loại thay đổi theo nhiệt độ của môi trường
làm việc, người ta chế tạo nên các nhiệt điện trở bằng platin hay nickel. Giữa nhiệt độ và
điện trở thường không có quan hệ tuyến tính. Nó thường được diễn tả bởi một đa thức cấp
cao:
R (T) = R
0
. (1+ A.T + B.T
2
+ C.T
3
+ …) (1.1)
Trong đó:
R
0
là giá trò của điện trở nhiệt ở nhiệt độ T = 0.
T
2
, T
3
, … là các phần tử được quan tâm nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ chính xác
của phép đo.
T là nhiệt độ môi trường.
A, B, C, … là các hệ số tuỳ thuộc vật liệu.
1.3.1.2 Nhiệt điện trở PTR và NTR:Dựa vào hệ số nhiệt điện trở, có thể phân điện trở nhiệt
thành điện trở có hệ số nhiệt điện trở dương PTR (Positive Thermic Resistor) và điện trở có
hệ số nhiệt điện trở âm (Negative Thermic Resisitor).
- Điện trở có hệ số nhiệt điện trở dương (PTR) :
Điện trở này cấu tạo từ hỗn hợp Bariumcarbonat, oxit Stronium và oxit Titan được ép
và nung ở nhiệt độ từ 1000 đến 1400
o
C, hình thành một cấu trúc như gốm, mẫn cảm với
nhiệt độ … Trò số của PTR sẽ tăng khi nhiệt độ tăng: giá trò PTR đồng biến với nhiệt độ.
- Điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm (NTR) :
Điện trở này là một hỗn hợp đa tinh thể của nhiều oxít gốm đã được nung chảy ở
nhiệt độ cao (1000
o
C đến 1400
o
C) như Fe
2
O
3
, Zn
2
TiO
4
, MgCrO
4
, TiO
2
… Trò số của NTR sẽ
giảm khi nhiệt độ tăng: giá trò NTR nghòch biến với nhiệt độ. Một số NTR là bằng chất bán
dẫn.
1.3.1.3 Cặp nhiệt điện (Thermos coupler)
Khi nhiệt độ môi trường cần đo có giá trò quá lớn (trên 1000
o
C), độ bền cơ học của
một số thiết bò cảm biến sẽ bò hỏng. Lúc này người ta thường nghó đến cặp nhiệt điện, còn
gọi là nhiệt ngẫu (Thermos coupler). Trên lý thuyết có rất nhiều dạng cặp nhiệt điện được sử
dụng để đo nhiệt độ. Nhưng trong thực tế một cặp nhiệt điện là hai dây kim loại (hoặc hợp
kim) khác nhau được nối chung với nhau tại một đầu còn đầu kia được nối với máy đo. Chính
sự chênh lệch nhiệt độ giữa điểm cần đo với nhiệt độ của môi trường đặt cơ cấu đo hình
thành một sức điện động (hình 1.11). Đo sức điện động này chính là đo nhiệt độ của điểm
cần đo nhiệt độ.
Trong thực tế cặp nhiệt điện này được ứng dụng rất rộng rãi vì tính đơn giản trong
chế tạo và vận hành. Chỉ cần hàn hai thanh hợp kim như trên dính lại ở một đầu ta đã có
một cặp nhiệt làm việc ổn đònh.
Mặc dù có nhiều bộ cảm biến nhiều thế hệ mới ra đời nhưng để cảm nhận và xử lý
tín hiệu nhiệt độ cao người vẫn sử dụng cặp nhiệt điện này.
Trang 14
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
Hình 1.11: Cấu tạo nhiệt ngẫu
Ngoài các dạng
linh kiện điện tử như trên,
trong công nghiệp người
ta còn sử dụng rất nhiều
dạng tiếp điểm nhiệt khác
như thanh lưỡng kim
(Bimetal Strips) như hình
1.12; dóa lưỡng kim; các
thermostat …
Hình 1.12: Thanh lưỡng kim
Nhiệt được cảm
Nhận qua mối nối
Nhiệt độ mơi trừờng
Sức điện động
Nhiệt độ chênh lệch
Nam châm
Hợp kim
Đồng thau
Thanh lưỡng kim
(Bimetal)
Tiếp điểm
1.3.1.4 Vi mạch cảm biến nhiệt
Trên thò trường đã có những vi mạch đo và cân chỉnh được giai đo rất thuận tiện
trong việc sử dụng. Bên trong các vi mạch này thường có mối nối P-N, khi đo điện áp trên
mối nối này chính là đo nhiệt độ của môi trường. Điển hình một trong các vi mạch đó là LM
35 (hãng National).
Vi mạch LM 35 có điện áp ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với nhiệt độ đo theo thang đo Celcius
(thang đo bách phân), rất thuật lợi để sử dụng làm mạch đo kiểm nhiệt độ ở nước ta (vì một
số IC cảm biến khác đo theo độ Kelvin, phải thiết kế thêm mạch bù trừ). Vi mạch trên hình
1.13 a có điện áp ngõ ra thay đổi 10 mV/
o
C ; điện áp nguồn cung cấp có thể thay đổi từ 4
đến 30 VDC.
Để đo được nhiệt độ âm người ta dùng một điện trở « pull-down » giữa ngõ ra với
điện áp âm như hình 1.13 b. Điện trở này được chọn sao cho dòng điện ngõ ra phải lớn hơn
50 μA. Điện áp âm này phải lớn hơn mức điện thế ra thấp nhất. Nếu chỉ có một nguồn dương
ta phải sử dụng loại vi mạch đo theo thang Kelvin, như LM 335 hay LM 334.
________________________________________________________________________________________________________
Trang 15
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp
Hình 1.13: Vi mạch cảm biến nhiệt LM 35
a) Đo nhiệt độ dương b) Đo nhiệt độ âm lẫn dương
1.3.2 Mạch cảm biến nhiệt
Đây là mạch điện ứng dụng trong việc cảnh báo quá nhiệt hay thiếu nhiệt của môi
trường cần theo dõi. Mạch làm việc theo nguyên lý so sánh cửa sổ, một nguyên lý rất thông
dụng trong các thiết bò công nghiệp (hình 1.14).
Hình 1.14 : Nguyên lý so sánh cửa sổ
Khi muốn khống chế nhiệt độ lò ở
40
o
C, người ta tiến hành như sau: từ nhiệt độ
môi trường đang là 27
o
C, bắt đầu cấp nhiệt
cho lò (điểm A)ø. Nhiệt độ lò tăng dần vượt qua
36
o
C (điểm B), rồi qua 40
o
C mạch vẫn tiếp tục
cấp nhiệt cho đến khi nhiệt độ của lò đến
44
o
C (điểm C), lò mới cắt điện trở gia nhiệt.
Nhiệt độ lò bắt đầu giảm dần từ 44
o
C (điểm
D). Giảm qua 40
o
C vẫn tiếp tục giảm. Cho đến
36
o
C (điểm E) thì lại tiếp tục cấp nhiệt cho lò
(điểm B) nhiệt độ lò tăng dần lên.
Rõ ràng để giữ nhiệt độ lò nằm trong khoảng 40
o
C, người ta cấp nhiệt cho lò theo
chu trình B, C, D, E rồi trở lại B: hình dạng như một cửa sổ nên có tên là mạch so sánh cửa
sổ (window comparator). Nguyên lý so sánh này được ứng dụng rất rộng rãi trong công
nghiệp, dân dụng, quân sự, y tế
t (
o
C)
P
27
40
44 36
0
1
E
CB
Window
D
A
Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 1.15. Tóm tắt nguyên lý làm việc như sau:
Điện trở nhiệt PTR phối hợp với R
1
và R
2
tạo ra V
s
là một hàm biến thiên theo nhiệt
độ môi trường đặt PTR. Cụ thể :
21
)2.(
RPTRR
RPTRV
V
cc
s
++
+
=
(1.2)
Rõ ràng V
s
= f(T
o
) là một hàm của nhiệt độ. Do đó, đo V
s
chính là đo nhiệt độ. Cụ
thể các giá trò điện trở trong mạch được cân chỉnh để 2 OP-AMPS làm việc như sau :
* Khi thiếu nhiệt:
Lúc này V
S
< V
A
< V
B
, đầu vào v
+
của op-amp II nhỏ hơn đầu vào v
_
nên ngõ ra op-
amp II xuống thấp, LED 2 sáng. Trong khi đó đầu vào v
+
của op-amp I lớn hơn đầu vào v
_
nên ngõ ra op-amp I lên cao, LED 1 tắt.
Trang 16
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
* Khi đủ nhiệt:
Lúc này V
A
< V
S
< V
B
, đầu vào v
+
của op-amp II lớn hơn đầu vào v
_
nên ngõ ra op-
amp II lên cao, LED 2 tắt. Trong khi đó đầu vào v
+
của op-amp I lớn hơn đầu vào v
_
nên ngõ
ra op-amp I lên cao, LED 1 tắt.
* Khi quá nhiệt:
Lúc này V
A
< V
B
< V
S
, đầu vào v
+
của op-amps II lớn hơn đầu vào v
_
nên ngõ ra op-
amp II lên cao, LED 2 tắt. Trong khi đó đầu vào v
+
của op-amp I nhỏ hơn đầu vào v
_
nên ngõ
ra op-amp I xuống thấp, LED 1 sáng.
LED báo quá nhiệt
I
LED báo thiếu nhiệt
I
Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến nhiệt
Rõ ràng chỉ cần nhìn vào độ sáng tối của 2 LED, ta có thể nhận biết được nhiệt độ
của môi trường cần cảnh báo nhiệt độ. Để mạch cảnh báo hiệu quả hơn có thể thêm vào một
mạch dao động, mạch này giúp khi có sự cố các LED sẽ không sáng liên tục mà nhấp nháy.
1.4 CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG
1.4.1 Khái niệm cơ bản
Khi cho dòng điện vào một cuộn dây, môi trường đặt cuộn dây hình thành một từ
trường. Từ trường này có cường độ điện trường:
H = I . W . l (1.3)
Trong đó: I cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn.
W số vòng dây quấn
l chiều dài tác dụng của cuộn dây
Ta thấy với cùng một cường độ điện trường H nhưng nếu ta đưa vào trong lòng cuộn
dây một lõi thép kỹ thuật điện như hình 1.16 thì cuộn dây trên sẽ thể hiện lực hút trên các
vật liệu dẫn từ khác mạnh hơn khi trong lòng cuộn dây chỉ là lõi không khí hay vật liệu
nghòch từ (như Al, Cu …). Nghóa là khi nói về từ trường ta phải xét đến môi trường dẫn từ
cũng như sự phân bố vò trí các cực từ trong môi trường. Cụ thể cần thiết phải quan tâm thêm
các thông số như từ thông Ф và cảm ứng từ B (mật độ từ thông).
________________________________________________________________________________________________________
Trang 17
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp
Hình 1.16: Hình ảnh từ trường trong cuộn dây quấn quanh lõi thép kỹ thuật điện
Cảm biến từ có những loại rất đơn giản, ví dụ như bộ cảm biến trên hình 1.17a. Bộ
cảm biến này có khả năng nhận biết sự thay đổi vò trí của thanh sắt di động 1. Khi không có
thanh sắt 1 làm kín mạch từ 2, từ thông trong lõi từ giảm, dẫn đến L giảm và X
L
cũng giảm
theo. Do đó dòng qua cuộn dây 3 tăng. Lý luận tương tự khi có thanh sắt 1 nối kín mạch từ 2
khiến cho dòng qua cuộn dây cũng giảm theo.
Hình 1.17b minh hoạ sự thay đổi của L theo khoảng dòch chuyển d của thanh sắt 1:
khi thanh sắt 1 dòch chuyển sẽ làm thay đổi L của cuộn dây 3. Nối bộ cảm biến trên với một
rơ-le, ta sẽ có một bộ công tắc không tiếp điểm theo tín hiệu từ trường nhận biết vò trí của
thanh sắt 1, minh hoạ qua hình 1.18.
Hình 1.17: Cảm biến từ nhận biết vò trí vật chuyển động
a) Cấu tạo b) Quan hệ L = f(d)
Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý bộ công tắc không tiếp điểm dạng từ trường
Khi thanh sắt 1 làm kín mạch từ 2, dòng qua cuộn dây cảm biến (CB) tăng lên làm
cho rơ-le K hút tiếp điểm. Lý luận tương tự cho trường hợp ngược lại, rơ-le sẽ nhả tiếp điểm
khi thanh sắt làm hở mạch từ 2.
Trang 18
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
Tuy nhiên, do làm việc dựa vào các thiết bò sử dụng vật liệu sắt từ nên quán tính của
cảm biến dạng này khá lớn. Khi cần mạch có độ nhạy cao (tần suất chuyển mạch lớn), người
ta thường sử dụng cảm biến HALL.
1.4.2 Cảm biến HALL
1.4.2.1 Hiệu ứng Hall
Khi có một từ trường tác dụng theo hướng thẳng góc lên bề mặt của một phiến vật
liệu như hình 1.19 (d << b). Khi một dòng điện chạy dọc theo chiều dài của phiến vật liệu,
người ta đo được một hiệu điện thế từ hai điểm bên hông của nó.
Điện thế Hall được tính theo công thức:
B.I
d
1
e.n
1
V
0
Hall
⋅⋅= (1.4)
Trong đó : I cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn.
B cảm ứng từ
d bề dầy của phiến vật liệu
n mật độ dòng điện
e
o
vận tốc của điện tử
Hình 1.19: Nguyên tắc hiệu ứng Hall
1.4.2.2 Cấu trúc của cảm biến Hall
Người ta chế tạo cảm biến Hall từ những kỹ thuật sau:
- Từ một thỏi bán dẫn, người ta cưa chúng ra thành nhiều phiến nhỏ rồi đánh bóng, ăn mòn
cho bề dầy còn từ 5 đến 100 μm.
- Lớp bán dẫn bốc hơi và bám lên vật liệu nền cho bề dầy từ 2 đến 3 μm. Với công nghệ này
cảm biến Hall có thể hoạt động ở nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp.
________________________________________________________________________________________________________
Trang 19
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp
Hình 1.20: Cảm biến Hall
a) Ký hiệu b) Điện thế Hall tỉ lệ với góc của từ trường và phiến vật liệu
Các phiến bán dẫn trên được chế tạo theo hình chữ thập hoặc hình chữ nhật hoặc
hình cánh bướm. Ký hiện sensor cảm biến Hall như hình 1.20 a.
Dựa vào công thức (1.4), người ta chế tạo các bộ cảm biến Hall nhận biết được sự
dòch chuyển vò trí của nguồn từ trường thông qua sự thay đổi góc của từ trường (α) so với
phiến vật liệu (hình 1.20 b).
1.4.3 Mạch cảm biến từ
Trên hình 1.21 trình bày một bộ chuyển mạch theo tín hiệu từ trường. Nguyên tắc làm
việc như sau: cầu phân áp bao gồm R
1
, R
2
, R
3
, R
4
, VR phối hợp với cảm biến Hall hình thành
mạch chuyển đổi tín hiệu từ trường sang tín hiệu điện đặt vào 2 ngõ vào của op-amps. Khi
không có từ trường tác động vào cảm biến Hall (KSY 10), điện áp ra V
Hall
= 0 khiến ngõ ra ra
của op-amps xuống thấp. Khi có nguồn từ trường tiếp cận với cảm biến Hall, V
Hall
đủ lớn
chuyển mạch ngõ ra op-amps lên cao. Op-amps mắc dạng trigger schmitt để tránh hiện
tượng nhiễu chập chờn (xem mục 1.6.2).
Hình 1.21: Bộ chuyển mạch làm việc theo tín hiệu từ trường
Có thể chỉnh độ nhạy (ngưỡng tác động của mạch) bằng cách cân chỉnh biến trở VR.
1.5 CÁC DẠNG CẢM BIẾN THÔNG DỤNG
1.5.1 Mạch nhận biết sự dòch chuyển
Về nguyên tắc, mạch cảm biến dạng này thường được chế tạo theo ba dạng sau
(minh hoạ trên hình 1.22 a ; b ; c).
(a) (b)
Trang 20
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
(c)
Hình 1.22: Cách thức cảm biến nhận biết sự dòch chuyển
Dựa vào hai nguyên tắc này, người ta chế tạo ra các thiết bò cảm nhận sự dòch
chuyển như sau :
Khi vật cần nhận biết đến gần khu
vực đặt cảm biến, trạng thái của cảm biến sẽ
thay đổi tác động mạch điện điều khiển các
hoạt động tương ứng theo chương trình đònh
trước. Minh hoạ qua hình 1.23.
Hình 1.24: Minh hoạ cảm biến
Hình 1.23: Cảm biến tiếp cận
Có thể diễn giải quá trình trên theo
cách khác dễ hiểu hơn như sau: Trên hình
1.24, cảm biến (con nhện) thông qua từ
trường của cảm biến (lưới nhện) sẽ nhận biết
vật mà cảm biến cần nhận biết (con bướm)
dễ dàng khi vật đi vào vùng mà cảm biến
cảm nhận được (con bướm dính vào lưới
nhện).
Cũng lý luận tương tự như trên khi
phân tích hệ thống cửa tự động trong các siêu
thò, nhà hàng Minh hoạ trên hình 1.25. Khi
có người đến gần, cửa sẽ tự động mở, sau
một thời gian cửa sẽ tự động đóng trở lại.
Hình 1.25: Tự động mở / đóng cửa
1.5.2 Mạch đếm
________________________________________________________________________________________________________
Trang 21
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Bài giảng Điện tử công nghiệp
Đặt một bộ cảm biến từ trường
dạng tiếp cận gần với bánh răng như hình
1.26. Biết số răng dễ dàng suy ra số vòng
quay trong một đơn vò thời gian nhờ vào
mạch đếm số xung ở tín hiệu ngõ ra.
ng dụng tương tự cho các mạch
đếm số lượng sản phẩm, đếm tiền, số người
qua cửa, nhận biết sản phẩm, số vòng quay
của động cơ …
Hình 1.26: Cảm biến đếm số vòng quay
1.5.3 Dò khuyết tật trong kim loại
Ngày nay có rất nhiều phương pháp kiểm tra chất lượng sản phẩm mà không cần
phải phá bỏ mẫu cần kiểm tra. Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng. Tuỳ theo yêu
cầu của việc kiểm tra và chủng loại sản phẩm mà người ta sử dụng phương pháp thích hợp.
Có khi phải phối hợp nhiều phương pháp mới thoả mãn được các yêu cầu kiểm tra. Có thể liệt
kê một số phương pháp như sau:
1.5.3.1 Phương pháp dùng tia X (X quang)
Nguyên tắc dò tìm của phương pháp này là dựa vào sự suy giảm của tia X khi xuyên
qua vật thể, minh hoạ qua hình 1.27.
Trên hình 1.27 a, người ta rọi tia X qua vật cần kiểm tra khuyết tật. Vật này có bề
dày theo phương chiếu tia X không đồng nhất: bề dầy ở hai đoạn d
1
và d
3
mỏng hơn đoạn d
2
(minh hoạ trên hình 1.27 b). Kết quả nhận được là hình ảnh của vật cần kiểm tra khuyết tật
trong đoạn d
1
và d
3
nhạt màu hơn trong đoạn d
3
(minh hoạ trên hình 1.27 c).
V
ậ
t cần kiểm tra
Chùm tia X
Hình 1.27: Hình ảnh vật cần kiểm tra qua tia X
a) Tia X chiếu vào vật cần kiểm tra khuyết tật
b) Mặt phẳng hình chiếu đứng của vật cần kiểm tra
c) Hình ảnh nhận được theo độ suy giảm của tia X
Để thấy được cấu trúc bên trong vật cần kiểm tra khuyết tật, người ta rọi tia X qua vật
này và đặt một bảng cảm ứng minh hoạ trên hình 1.28 b chỉ nhạy cảm với tia X sau vật cần
kiểm tra như hình 1.28 a để nhận dạng khuyết tật. Để tăng khả năng xem sâu bên trong vật
cần kiểm tra, người ta tăng điện áp trên đầu đèn phát tia X. Muốn tăng độ tương phản trên
hình ảnh nhận được người ta tăng tích số giữa thời gian và cường độ phát tia X (mA.s: thường
đọc là Mas).
Trang 22
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 1: Cảm biến - công -tắc không tiếp điểm Gv: Nguyễn Phương Quang
Có thể minh hoạ nguyên tắc làm việc của phương pháp này như hình 1.28:
________________________________________________________________________________________________________
Trang 23
Hình 1.28: Dò tìm khuyết tật trong sản phẩm dùng tia X
a) Kỹ thuật tạo ảnh bằng tia X b) Cấu tạo bảng cảm ứng
Chức năng của các khối như sau:
- Nguồn phát tia X lấy từ một đầu đèn phát tia chuyên dụng có điện thế làm việc hàng
chục đến trăm ngàn volt và dòng từ vài chục mA đến 1A (khi phát tia X).
- Bảng cảm ứng (Sensor panel) cấu tạo do sự kết hợp của lớp nhấp nháy (Scintillator)
gồm các lớp cesium iodide/thallium và tấm phim mỏng transistor (TFT) với silicon vô
đònh hình (amorphous silicon) có độ phân giải cao, mỗi transistor tạo nên một điểm
sáng trên bảng cảm ứng giống như màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display:
LCD) của máy tính, điện thoại di động Bảng cảm ứng này thay thế cặp phim/bìa
tăng sáng truyền thống. Sau khi được phát tia (exposure), nó sẽ chuyển thông số của
hình ảnh vừa chụp/rọi và hiển thò trên màn hình máy tính sau 5 giây. Hệ thống có
thể tiếp tục lấy hình ảnh ngay không cần xoá.
- Để triệt tiêu các tia bức xạ thứ cấp (tia nhiễu), người ta dùng lưới lọc. Lưới này chỉ cho
các tia đồng sắc đi qua.
- Vật cần kiểm tra nhất đònh không phải bằng chì. Vì tia X có thể xuyên thấu qua nhiều
dạng vật liệu nhưng chỉ cần một lớp chì dầy 2mm thì tia X không thể vượt qua.
Ưu điểm của phương pháp này là:
- X quang kỹ thuật số có thể xem trực tiếp trên màn hình monitor và chỉnh sửa, phóng
to vùng cần quan sát v.v…
- Hình X quang kỹ thuật số nhờ có các phần mềm chuyên dùng xử lý nên sẽ cho các
hình ảnh chất lượng cao (có thể tái tạo lại cho ra hình ảnh 3 chiều).
- Việc lưu trữ các hình ảnh trở nên dễ dàng trong các đóa CD-ROM và việc truy lục, sao
chép nhanh chóng.
S (nguồn phát tia X)
Bảng cảm ứng (Sensor panel)
Vật cần kiểm tra
Lưới lọc
Tia X
Phosphor
Bức xạ thứ cấp
Phân cực
ngõ ra
Photodiode
Chọn hàng
a)
b)
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
