Tài liệu lý thuyết Sensor doc

Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA ĐIỆN TỬ
YZ






TÀI LIỆU LÝ THUYẾT :















Nội dung :


GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CẢM BIẾN


KÝ HIỆU CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN

CÂU HỎI ÔN TẬP


THÁNG 03/2005
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 1
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC















I.
Giới thiệu.

II.
Cảm biến.
III.
Các loại công tắc.
IV.
Các loại kí hiệu công tắc quốc tế.
V.
Các loại kí hiệu công tắc Bắc Mỹ.
VI.
Cảm biến BERO.
VII.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng.
VIII. Các loại cảm biến cảm ứng.
IX.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung.
X. Các loại cảm biến điện dung.
XI.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm.
XII.
Các loại cảm biến siêu âm.
XIII.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang.
XIV.
Các loại cảm biến quang.
XV.
ng dụng của cảm biến.
XVI.
Trả lời câu hỏi.
XVII.
Câu hỏi thi cuối kì.

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 2
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
I. Giới thiệu.
Sau khi nghiên cứu về bộ môn cảm biến, các bạn có thể :
Nắm được ưu, khuyết điểm, ứng dụng của các loại công tắc, cảm biến
quang, cảm biến cảm ứng, cảm ứng điện dung và cảm biến siêu âm.
Mô tả thiết kế, và nguyên lý hoạt động về cơ khí của các loại công tắc.
Nắm được kí hiệu của quốc tế và Bắc Mỹ về các loại công tắc.
Nắm được thiết kế và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang, cảm biến
cảm ứng, cảm ứng điện dung và cảm biến siêu âm và mô tả được sự giống
nhau và khác nhau giữa chúng.
Sử dụng đúng những loại cảm biến cho ừng ứng dụng.
Nắm được phương pháp thay đổi biến quét của cảm biến quang.
Nắm được 10 loại cảm biến cảm ứng và từng cảm biến trong từng loại.
Mô tả hiệu ứng của chất cách điện trong cảm biến điện dung.
Nắm được ảnh hưởng của môi trường trong cảm biến siêu âm.
Nắm được các loại cảm biến siêu âm cần điêu chỉnh bằng tay, có thể được
dùng với SONPROG, và cần phải sử dụng với một máy đo.
Mô tả sự khác nhau giữa mode sáng và mode tối trong cảm biến quang.

Mô tả việc sử dụng sợi quang và công nghệ laser trong cảm biến quang của
Siemens.
Lựa chọn loại cảm biến phù hợp cho việc cảm biến kim loại, khoảng cách
và tải.
Trước hết, yêu cầu các bạn phải nắm được cơ bản về điện và các thiết bò
điều khiển trước khi tìm hiểu về cảm biến.


II. Cảm biến.
Một loại hồi tiếp thường cần cho cho hệ
thống công nghiệp là vò trí của một hay
nhiều đối tượng được điều khiển. Cảm biến
là loại thiết bò dùng cung cấp thông tin về
sự tồn tại hay không tồn tại của một đối
tượng.


Một số loại cảm biến thường gặp : Bao gồm các loại công tắc, cảm biến
quang, cảm ứng, điện dung và siêu âm. Những sản phẩm này thường được đặt
trong nhiều loại cấu hình phục vụ cho hầu như tất cả các loại ứng dụng thực tế
và công nghiệp. Mỗi loại cảm
biến sẽ được thảo luận trong
từng mục. Tại cuối tài liệu, sẽ
có đề nghò từng loại cảm biến
cho từng loại ứng dụng cụ thể.

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 3
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC

Kỹ thuật :

Công tắc dùng bộ truyền động cơ khí ngõ vào, cần cảm biến thay đổi ngõ ra
của nó khi một vật thể tác động vật lý vào công tắc. Cảm biến, chẳng hạn như
cảm biến quang, cảm ứng, điện dung và siêu âm thì thay đổi ngõ ra khi một vật
thể xuất hiện, nhưng không tác động vào cảm biến.
Tuỳ thuộc vào ưu và khuyết điểm của một trong những loại cảm biến, sự
khác nhau về kỹ thuật cảm biến phù hợp cho từng loại ứng dụng. Bảng sau liệt
kê những kỹ thuật cảm biến được giải thích trong tài liệu này.




Cảm biến Ưu điểm Khuyết điểm ng dụng

Công tắc
Dòng lớn
Giá rẻ
Cảm biến kỹ thuật
thấp
Yêu cầu có sự tác động của vật
thể
Thời gian cảm biến rất chậm
Rung phím
Khoá
Cảm biến hành
trình


Cảm biến
quang
Cảm biến được các

loại vật thể
Lâu hỏng
Khoảng cảm biến
lớn
Thời gian cảm biến
rất nhanh

Bẩn thấu kính
Khoảng cảm biến phụ thuộc vào
màu và độ phản xạ của vật thể

Đóng gói
Phát hiên vật
liệu
Xác đònh các bộ
phận


Cảm biến
cảm ứng
Chòu được môi
trường khắc nghiệt
Dự báo
Lâu hỏng
Dễ dàng cài đặt.


Khoảng cách giới hạn
Công nghiệp và
máy móc

Dụng cụm máy
móc
Cảm biến các
vật thể kim loại

Cảm biến
điện dung
Dò tìm xuyên qua
một vài hộp
Có thể dò tìm vật
thể không kim loại

Rất nhạy với sự thay đổi của môi
trường

Cảm biến mức


Cảm biến
siêu âm
Dò tìm tất cả các
loại vật thể

Độ phân giải
Bò lặp
Bò ảnh hưởng bởi nhiệt
Chống va chạm
Cửa
Thắng xe
Điều khiển mức

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 4
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC

Tiếp điểm :
Tiếp điểm gồm tiếp điểm thường đóng (NC) và tiếp điểm thường hở (NO)
hay là sự kết hợp giữa các tiếp điểm thường hở và thường đóng.
Ký hiệu mạch điện thường dùng để mô tả một đường dẫn có dòng chảy
được đóng (có dòng chảy qua ) hay được mở ( không có dòng chảy qua). Để mô
tả, người ta quy đònh một tiếp điểm được tô sáng tức là đang ở trạng thái được
tác động làm cho chúng không còn ở trạng thái thường có của chúng nữa.

Mạch ví dụ :
Trong mạch sau, một công tắc cơ khí (LS1) được đặt nối tiếp với một tiếp
điểm Run/Stop một cuộn tiếp điểm “M”. Tiếp điểm Run/Stop đang ở trog trạng
thái Run và động cơ đang hoạt động. Chú ý rằng tiếp điểm “M” và Run/Stop
đang ở trog trạng thái sáng, tức là chúng đang được tác động, nói cách khác
chúng là những tiếp điểm thường hở đang ở trạng thái được tác động làm cho
đóng lại. LS1 là một công tắc thường đóng.










Kỹ sư Trần văn Thành Trang 5
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Khi một đối tượng làm cho tiếp điểm LS1 thay đổi trạng thái. Tiếp điểm này
được tô sáng. Cuộn tiếp điểm M không được cấp điện trở về trạng thái thường
hở của nó làm dừng động cơ.

III. Các loại công tắc.
Một loại công tắc cơ bản gồm : thân và đầu công tắc. Thân công tắc bao
gồm những tiếp điểm dùng cung cấp điện hay không cung cấp điện cho mạch.
Đầu công tắc là cánh gạt hay pittông hoạt động như bộ truyền động.
Một công tắc chuẩn là một thiết bò cơ khí mà dùng tiếp điểm vật lý để xác
đònh sự tồn tại của một vật thể. Khi vật thể tác động đến công tắc thông qua bộ
truyền động, bộ truyền động chuyển từ vò trí bình thường đến vò trí tác động. Sự
hoạt động cơ khí này tích cực tiếp điểm trong thân công tắc.












Operating head : Đầu công tắc.
Switch body : Thân công tắc.
Actuator : Bộ truyền động.

Target : Phần tử.

Nguyên lý hoạt động :
Một số các giới hạn cần phải nắm để để hiểu một công tắc hoạt động như
thế nào.
Free position (Vò trí tự do) là vò trí của bộ truyền động khi không có lực nào
tác động vào.
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 6
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Pretravel (Khoảng trước di chuyển) là khoảng cách hay khoảng tam giác
thay đổi từ vò trí tự do đến vò trí tác động.
Operating position (Vò trí tác động) là nơi mà tiếp điểm trong công tắc
chuyển từ trạng thái thường (NO hay NC) sang trạng thái tích cực.
Overtravel (Vùng quá tầm) là khoảng cách mà bộ truyền động có thể di
chuyển an toàn vượt quá điểm tác động.
Differential travel (Khoảng chênh lệch) là khoảng di chuyển giữa vò tri tác
động và vò trí nhả khớp.
Release position (Vò trí nhả khớp ) là nơi mà tiếp điểm chuyển từ trạng thái
tác động của chúng sang trạng thái thường.
Release travel (Khoảng nhả khớp) là khoảng di chuyển từ vò trí nhả khớp
sang vò trí tự do.

Tác động tạm thời
Một loại của quá trình truyền động là tạm thời. Khi vật thể tác động đến
công tắc thông qua bộ truyền động, nó quay bộ truyền động từ vò trí tự do sang
vùng quá tầm đến vò trí tác động. Tại điểm này, tiếp điểm trong thân công tắc
chuyển trạng thái. Một lò xo đưa cần gạt truyền động và tiếp điểm đến vò trí tự
do khi bộ truyền động khi bộ truyền động không còn tiếp xúc với vật thể.










Kỹ sư Trần văn Thành Trang 7
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Tác động xác lập
Trong nhiều ứng dụng, rất cần cần gạt và tiếp điểm giữ nguyên trạng thái
tác động sau khi vật thể rời bộ truyền động. Với tác động giữ nguyên cần gạt và
tiếp điểm quay trở về vò trí tự do khi lực tác động vào bộ truyền động được tác
động theo hướng ngược lại. Một bộ truyền động kép thường được dùng cho ứng
dụng này.

Tiếp điểm chuyển tiếp nhanh (Snap-Action Contact)
Có hai loại tiếp điểm, tiếp điểm chuyển tiếp nhanh và tiếp điểm chuyển tiếp
chậm. Tiếp điểm chuyển tiếp nhanh đóng hay mở không phụ thuộc vào tốc độ
của bộ truyền động. Khi tác động một lực vào bộ truyền động theo hướng di
chuyển, một áp lực được đặt vào lò xo. Khi bộ truyền động đạt đến vò trí tác
động, một tập hợp các chuyển động làm cho tiếp điểm nhanh chóng rời khỏi vò
trí của nó đi đến vò trí tích cực.
Khi tác động không còn, bộ
truyền động trở về vò trí tự do. Khi
bộ truyền động đạt đến vò trí nhả
khớp, cơ cấu lò xo nhanh chóng tác
động đến tiếp điểm đưa nó trở về vò
trí ban đầu.
Từ khi việc đóng, mở tiếp điểm
không phụ thuộc vào tốc độ của bộ
truyền động, tiếp điểm chuyển tiếp
nhanh trở nên phổ biến hơn thay

thế cho tiếp điểm chuyển tiếp
chậm.
Plunger : pit tông
Fixed Contact : Tiếp điểm cố đònh.
Double Moving Contact : Cặp tiếp điểm di chuyển.
Return Spring : Lò xo hồi phục.
Snap Spring : Lò xo chuyển tiếp nhanh.
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 8
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Tiếp điểm chuyển tiếp chậm
(Slow-Break Contact)
Chuyển mạch với tiếp điểm
chuyển tiếp chậm có sự di chuyển
tiếp điểm phụ thuộc vào tốc độ và sự
di chuyển của bộ truyền động. Điều
này để đảm bảo rằng sự di chuyển
của tiếp điểm phụ thuộc vào bộ
truyền động. Tiếp điểm chuyển tiếp
chậm có thể là một trong hai loại :
make-before-break hay break-before-
make.

Trong tiếp điểm chuyển tiếp chậm với tiếp điểm break-before-make, tiếp
điểm thường đóng mở trước khi tiếp điểm thường hở đóng. Điều này cho phép
ngắt một chức năng trước khi một chức năng khác tiếp tục trong điêu khiển tuần
tự.
Trong tiếp điểm
chuyển tiếp chậm với
tiếp điểm make-before-
break, tiếp điểm thường

hở được đóng trước khi
tiếp điểm thướng đóng
được hở. Điều này cho
phép bắt đầu một chức
năng ngắt một chức
năng khác.

Chuyển mạch nhiều tiếp điểm (Contact Arrangement)
Có hai loại cấu hình tiếp điểm cơ bản sử dụng trong công tắc giới hạn :
single-pole, double-throw (SPDT) và double-pole, double-throw (DPDT). Thuật
ngữ này có thể gây khó hiểu nếu đem so sánh với thuật ngữ tương tự trong
chuyển mạch khác hay tiếp điểm relay. Vì thế, tốt nhất nên nhớ theo các điểm
sau :
Loại SPDT có
một tiếp điểm NO và
một tiếp điểm NC.
Loại DPDT có
hai tiếp điểm NO và
hai tiếp điểm NC.
Có sự khác nhau
giữa ký hiệu về SPDT
và DPDT giữa quốc tế và Bắc Mỹ.
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 9
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Công suất (Electrical Ratings)
Tiếp điểm được đánh giá công suất phụ thuộc vào dòng và áp. Công suất
đïc đánh giá chung là công suất cảm ứng. Một loại tải cảm ứng là một relay
hay là một cuộn công tắc từ. Có 3 thành phần sinh ra công suất cảm ứng :
Công tắc (Make ) : Là công suất sinh ra khi tiếp điểm cơ khí đóng tải. Điều
này liên quan đến việc dòng chảy vào và được đặc trưng bởi hai vòng hay ít

hơn.
Ngắt (Break) : Là công suất sinh ra khi tiếp điểm cơ khí ngắt tải. Đây là
dòng chuyển mạch liên tục lớn nhất.
Liên tục (Continuous) : Là công suất khi mạch hoạt động bình thường.
Những công suất sau là đặc trưng của một số loại công tắc của Siemens.
Công suất cảm ứng của tiếp điểm AC






Công suất cảm ứng của tiếp điểm DC










Kết nối tải
Phải cẩn thận khi
kết nối nhiều tải vào
một chuyển mạch.
Cách đúng là kết nối
là tải phải được kết
nối về phía bên tải

của chuyển mạch.
Tải không được kết
nối về phía nguồn
của chuyển mạch.



Kỹ sư Trần văn Thành Trang 10
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Bộ truyền động (Actuator)
Một vài loại dùng cho chuyển mạch được trình bày ở sau, nói chung hình
dạng của chúng có thể đa dạng
phụ thuộc vào từng ứng dụng
cụ thể.

Cần gạt quay (Roller
Lever)
Trục lăn chuẩn được dùng
cho hầu hết các ứng dụng cần
gạt quay. Với độ dài có thể thay
đổi tuỳ thuộc vào điều chỉnh,
công cụ này phù hợp hầu hết
cho các ứng dụng.

Cần gạt kép (Fork)
Loại bộ truyền động cần gạt kép phải được reset bằng
tác động vật lý sau mỗi tác động. Nó phù hợp với điều khiển
chuyển động ngang.

Nguyên cứu lắp đặt
Chuyển mạch phải được lắp đặt vào vò trí mà có thể ngăn ngừa lỗi tác động
của việc di chuyển thiết bò và những người điều khiển máy. Một khía cạnh quan
trọng trong lắp đặt chuyển mạch là thiết kế cam. Thiết kế cam không thích hợp
có thể gây lỗi chuyển tiếp điểm sớm.
Cần gạt phải được gắn vào cam cho thẳng đứng. Với những ứng dụng mà
cam được di chuyển với tốc độ ít hơn 100 feed/phút thì cần cam có độ vát 30
0
.

Overriding và Non-Overriding Cam
Trong ứng dụng Overriding Cam cần tạo một góc vát để lái cam theo thứ tự
để ngăn chặn cần
gạt quay trở lại. Sự
quay trở lại của cần
gạt có thể gây sock
tải trên chuyển
mạch sẽ làm giảm
tuổi thọ của chuyển mạch.

Non-Overriding cam là cam không di chuyển bộ
truyền động cơ.
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 11
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Flexible Loop và Spring Rod


Flexible Loop và Spring Rod có thể được tác
động theo nhiều hướng, làm cho chúng phù hợp
với các ứng dụng mà mỗi chiều được thay đổi liên

tục.



Dạng pittông (Plunger)
Dạng truyền động pittông là lựa chọn cho những nơi
việc điều khiển chuyển động nhỏ hay nơi có không gian
hay việc gắn cần gạt không phù hợp. Dạng pittong có thể
làm cho tích cực theo hướng của pittông tác động hay theo
một góc phù hợp với trục của nó.

Nghiên cứu lắp đặt
Khi sử dụng mặt và sườn bộ tác động pittông, bộ cam phải
được đạt thẳng hàng với trục nhấn. Việc nghiên cứu là cần để
khoảng di chuyển không vượt quá các thông số kỹ thuật. Thêm vào
đó, chuyển mạch không nên dùng để làm cho cam dừng. Khi sử
dụng pittông có bánh xe, việc lắp đặt giống như bộ truyền động có
cần gạt.

IV. Các loại kí hiệu công tắc quốc tế.
Các loại chuyển mạch quốc tế được sử dụng rộng rãi trên nhiều quốc gia
trên thế giới, bao gồm cả Bắc Mỹ. Hiệp hội điện-điện tử quốc tế (IEC) và Hiệp
hội các công ty điện tử quốc gia (NEMA)
lập ra cho các linh kiện điện tử mà trong đó
Siemens là một thành viên. Loại chuyển
mạch chuẩn quốc tế được chia làm hai
phần chính : đầu và thân chuyển mạch.


Họ chuyển mạch theo chuẩn quốc tế.

Một số lớn các họ chuyển mạch theo
chuẩn quốc tế được sản xuất để phục vụ
cho các ứng dụng cụ thể.


Kỹ sư Trần văn Thành Trang 12
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Đầu chuyển mạch


Tuỳ thuộc vào chuyển mạch, các loại
chuyển mạch có thể phù hợp với bất kì sự thay
thế đầu chuyển mạch và cần tác động.





Đầu cần tác động có thể quay, độ dài của cần có thể thay đổi làm cho cần
có thể được tác động từ bất kì hướng nào

Loại chuyển mạch mở (Open-type Limit
Switch)
Loại chuyển mạch mở có dụng ý dùng như
chuyển mạch được đóng gói trong hộp để tránh
bụi và hơi ẩm.



Loại chuyển mạch có dạng thu
nhỏ (Miniature formed housing limit
switches)
Loại chuyển mạch có dạng thu
nhỏ được dùng trong những ứng
dụng nơi không gian có giới hạn.
Được bọc ngoài là loại hộp kính
không cháy, được gia cố thêm các
thớ để thêm phần vững chắc để
chống lại các tác động mạnh, sự ăn
mòn, ngăn chặn bụi và nước.


Kỹ sư Trần văn Thành Trang 13
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Khả năng thay thế hộp tiếp
điểm chuyển mạch.
Siemens có hai loại chuyển
mạch có khả năng thay thế hộp tiếp
điểm, một được bao bọc bởi nhựa
và một bởi kim loại. Loại có võ nhựa
giống như loại chuyển mạch có

dạng thu nhỏ. Loại có võ kim loại
được bao bọc bởi nhôm đúc dùng
để chống lại các va chạm cơ học.

Khoá chuyển mạch SIGUARD (SIGUARD Mechanical Interlock Switches)
át
các
. Các loại kí hiệu công tắc Bắc Mỹ.
thiết kế đặc biệt để phục vụ cho
khá
Độ nhạy với an toàn là một ưu tiên hàng đầu trong vùng làm việc. Hầu he
cảm biến không thể được dùng trong mạch an toàn, bao gồm cả cảm biến
không tiếp xúc và cảm biến quang. Cảm biến được sử dụng trong mạch an toàn
phải được thiết kế chính xác và kiểm tra bằng chuẩn đặc biệt DIN và IEC. Dòng
SIGUARD của chuẩn quốc tế được thiết kế dành cho mạch an toàn. Khoá
chuyển mạch hoạt động như một khoá. Những thiết bò này có thể dùng để điều
khiển vò trí của cửa, cổng, Chúng còn có thể dùng để ngắt hoạt động của máy
móc cho an toàn của người sử dụng. Khoá chuyển mạch SIGUARD có thể được
đóng gói trong võ bọc nhựa hoặc kim loại.










V

Chuyển mạch theo chuẩn Bắc Mỹ được
ch hàng Bắc Mỹ. Những chuyển mạch này bao gồm ba phần có thể thay thế
được : thân chuyển mạch, đầu chuyển mạch và đầu cảm biến. Chuẩn Bắc Mỹ
dùng UL (Underwriters
Laboratory) và CSA
(Canadian Standards
Association)




Kỹ sư Trần văn Thành Trang 14
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC

Cần truyền động

iống như chuẩn
chuy
õ hộp cho loại chuyển mạch NEMA type
6P S
oại chuyển mạch quay lớp 54.
ược dùng để làm công tắc giới hạn của cửa
điện

oại chuyển mạch nhỏ, nối dây trước và được bòt kín
và
G
ển mạch quốc tế, chuẩn
chuyển mạch Bắc Mỹ cũng
có các cở đầu chuyển mạch

và cần truyền động có thể
thay thế cho nhau được.



Loại NEMA 6P võ hộp kín


V
ubmersible là võ hộp kim loại đúc, có thể
dùng cho những ứng dụng dưới nước.




L
Loại chuyển mạch quay lớp 54 đ
, dây chuyền, thang máy, và những ứng dụng tương tự. Tiếp điểm được tác
động khi trục ngoài được quay đủ. Chuyển mạch quay dùng một đường ren đơn
giản và bánh răng để cung cấp tỷ lệ từ trục sang cam 16
sang 1, 36 sang 1, 72 sang 1 và 108 sang 1. Thêm vào
đó, cam kéo dài đều đặn cho phép tiếp điểm giữ với chu
kỳ thời gian dài hơn. Điều này có lẽ cần trong thang máy
hay những ứng dụng tương tự. Cam điều chỉnh được có
thể cần để tăng độ chính xác của số vòng quay của trục
cần cho tiếp điểm hoạt động.
L
Loại chuyển mạch nhỏ, nối dây trước
được bòt kín cho phép thu nhỏ mạch
điều khiển. Loại này dùng tiếp điểm SPDT,

tức sử dụng một tiếp điểm NC và một NO.
Tuỳ thuộc vào áp của tải, tiếp điểm có thể
chòu đïc 7.5A khi tiếp điểm đóng và 5A
khi tiếp điểm hở.
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 15
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC

Loại chuyển mạch EX dùng cho những nơi có độ nguy hiểm cao 3SE03.
môi
trươ
huyển mạch có võ bọc thøng.
g cấp những chuyển mạch thường. Những
chu
VI. Cảm biến BERO.
O ïi của dòng
cảm
Loại chuyển mạch EX được thiết kế để phục vụ cho những nơi có
øng khắc nghiệt, nơi có sự nguy hiểm như dễ nổ gas, hơi, khí metal hay bụi
phóng xạ. Chuyển mạch EX được thiết kế theo catalog có số 3SE03-EX.










C

Chuyển mạch Bắc Mỹ cũng cun
yển mạch này được thiết kế theo catalog mang số 3SE03-EB. Những
chuyển mạch thường được tạo võ bọc trước.













BER là tên thương ma
biến mà vật thể không tác động
trực tiếp lên cảm biến. Cảm biến BERO
thực thi mà không cần tiếp điểm cơ hay
hao mòn. Trong ứng dụng sau, ví dụ
một cảm biến BERO được dùng để xác
đònh thùng có được đặt vào đúng vò trí
trên dây chuyền hay không.

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 16
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Các loại cảm biến BERO.
O : cảm ứng, điện dung, siêu âm, quang.
tra sự

tồn
än dung dùng một trường điện tónh để phát hiện
sự t
u âm dùng sóng âm để phát hiện sự tồn tại của
bất
g cảm biến sự thay đổi của ánh sáng truyền để phát hiện sự
tồn
II. Nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng.
không tiếp xúc BERO,
và l
uộn từ và vật thể kim loại.
từ được dùng để phát hiện sự tồn tại của một
vật
Có bốn loại cảm biến BER
Cảm biến không tiếp xúc cảm ứng sử dụng trường điện từ để kiểm
tại của một vật thể kim loại.
Cảm biến không tiếp xúc đie
ồn tại của bất kì vật thể nào.
Cảm biến không tiếp xúc siê
kì vật thể nào.
Cảm biến quan
tại của vật thể. Một vài cảm biến quang có thể phát hiện được các màu đặc
biệt.






V

Trong phần này ta nghiên cứu về cảm biến cảm ứng
àm thế nào chúng phát hiện được sự tồn tại của một vật mà không cần sự
tiếp xúc vật lý với vật thể.
Cảm biến cảm ứng được
thiết kế dưới nhiều cấu
hình và kích thước để phù
hợp với từng loại ứng
dụng cụ thể. Những cảm
biến đặc trưng sẽ được
trình bày cụ thể trong
phần này.


C
Cảm biến tích hợp một cuộn
dẫn kim loại. Cảm biến sẽ không phát hiện được một vật thể nếu nó không
phải là kim loại.







Kỹ sư Trần văn Thành Trang 17
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC

ECKO
ến cảm ứng BERO hoạt động dựa trên
ngu

hi một vật thể đưa vào trường từ, dòng Eddy lưu thông trong vật thể. Điều
này
ức áp làm việc.
g bao gồm các model AC, DC, AC/DC (áp chung). Mức
áp c
ảm biến một chiều phổ biến.
là loại 3
dây (cũng có loại 2 dây) cần một nguồn
Cảm bi
yên tắc dòng Eddy triệt dao động (ECKO).
Loại cảm biến này chứa bốn thành phần chính :
Cuộn dây, mạch tạo dao động, mạch trigger và
một ngõ ra. Mạch tạo dao động là một mạch điều
hưởng gồm tụ và cuộn cảm tạo nên tần số radio.
Từ trường được tạo ra bởi bộ tạo dao động được
xuất ra cuộn dây để xuất ra bề mặt của cảm biến.
Mạch có cả phần hồi tiếp để giữ cho bộ tạo dao
động hoạt động chuẩn.


K
làm xuất hiện tải trên cảm biến, giảm biên độ của từ trường. Khi vật thể đến
gần cảm biến, dòng Eddy tăng , sự tăng tải trên bộ dao động làm biên độ của từ
trường giảm hơn nữa. Mạch trigger giám sát biên độ của từ trường và tại một
mức đònh trước, chuyển trạng thái của ngõ ra của cảm biến. Khi cảm biến được
đưa ra xa khỏi cảm biến, biên độ của bộ tạo dao động tăng. Tại một mức đònh
trước, mạch trigger chuyển trạng thái ngõ ra về trạng thái thường.

M
Cảm biến cảm ứn
ơ bản hoạt động nằm trong khoảng 10 đến 30 VDC, 15 đến 34 VDC, 10
đến 65 VDC, 20 đến 320 VDC và 20 đến 265 VAC.

C
Cảm biến một chiều phổ biến
riêng lẽ. Cảm biến được kết nối đầu dương
và đầu âm của nguồn. Tải được kết nối giữa
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 18
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
cảm biến và một đầu nguồn. Chiều phân cực của việc kết nối phụ thuộc vào loại
cảm biến. Trong ví dụ sau, tải được kết nối giữa đầu âm của nguồn và cảm biến.

Những cấu hình ngõ ra
có thể là PNP (sourcing) hay NPN (sinking). Điều
này
ược kết nối giữa ngõ ra (A) và
ình vẽ sau minh hoạ ngõ ra của một cảm biến loại NPN. Tải được kết nối
giữa
hường đóng (NC)
đóng (NC) hay thường hở (NO) tùy thuộc vào ngõ ra của

Tran
ảm biến bổ sung
bổ
sun
Loại cảm biến 3 dây, DC
ám chỉ đến loại transistor dùng trong ngõ ra.
Hình sau minh hoạ loại cảm biến PNP. Tải đ
cực âm của nguồn (L-). Tải
được nối với một transistor
PNP qua cực C. Khi Transistor
được tích cực, có dòng từ cực
dương (L+) qua transistor qua
tải xuống cực âm.

H
ngõ ra và cực dương của nguồn (L+). Một đầu tải được nối với một
transistor NPN qua cực C. Khi
Transistor được tích cực, có
dòng từ cực dương (L+) qua tải
qua transistor xuống cực âm.



T
Thường hở (NO)
Ngõ ra là thường
sistor khi không có vật thể. Ví dụ, nếu ngõ ra của cảm biến PNP khi không
có vật thể là off thì nó là loại thường hở (NO). Ngược lại, khi không có vật thể
mà ngõ ra on thì nó là thường đóng.

C
Người ta có thể
g thêm Transistor để
tạo nên loại cảm biếm bổ
sung. Loại cảm biến này
có 4 dây, trong đó có một
thường đóng (NC) và một
thường hở (NO).



Kỹ sư Trần văn Thành Trang 19
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC

Lắp đặt nối tiếp và song song.
lúc ta cần sử dụng nhiều cảm biến để điều
khie
ùp đủ cấp
cho
ảo vệ đầu dò (Shielding)
hứa những cuộn từ thường được bọc trong lõi của
ferri
Trong một vài ứng dụng, nhiều
ån một tác vụ, vì thế ta cần phải kết nối các cảm biến lại với nhau. Cảm biến
có thể được kết nối nối tiếp hoặc song song. Khi cảm biến được mắc nối tiếp,
ngõ ra chỉ on khi tất cả các cảm biến được tích cực. Khi cảm biến được mắc
song song với nhau, chỉ cần một cảm biến được tích cực thì ngõ ra on.
Có một yêu cần quan tâm khi mắc nối tiếp cảm biến, đó là mức a
các cảm biến để nó có thể hoạt động

B
Cảm biến không tiếp xúc c
te. Chúng có thể
được bọc võ để bảo bảo
vệ hay không bọc võ.
Loại cảm biến không bọc
võ có khả năng cảm

biến xa hơn cảm biến
bọc võ.

Kỹ sư Trần văn Thành Trang 20
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC

Cảm biến có bảo vệ bề mặt.
ung chùm tia theo hướng sử dụng. Loại cảm
biến
ảm biến không có bảo vệ bề mặt.
kim loại xung quanh để ngăn chặn bức
xạ c

ắp đặt nhiều cảm biến
hải cẩn thận khi lắp đặt nhiều cảm biến. Khi hai hay nhiều cảm biến được
gắn gần kề nhau hay đối diện nhau, tín hiệu của cảm biến này sẽ nhiễu lên cảm
biến kia gây nên sai lạc ở ngõ ra. Tuân theo những ghi chú sau để hạn chế mức
thấp
ái với cảm biến không có bảo vệ bề mặt.
Lõi ferrite có nhiệm vụ tập tr
này có các vòng kim loại quanh lõi để giới hạn bức xạ của trường, bề mặt
và đặt trên khung bằng kim loại bằng với bề mặt. Xung quanh và bề mặt cảm
biến là vùng vật thể kim loại không được xâm phạm. Nếu có một bề mặt kim loại
nằm đối diện với cảm biến,
khoảng cách từ nó đến cảm
biến phải lớn hơn khoảng 3 lần
khoảng cách cảm nhận của
cảm biến từ bề mặt cảm biến
để cảm biến không nhận dạng
lầm. Xem thêm catalog cảm

biến về chi tiết kỹ thuật này.


C
Loại cảm biến này không có vòng
ủa trường, không thể gắn lên khung bằng kim loại ngang bằng với bề mặt.
Khoảng cách 3 lần đường kính của bề mặt đầu dò xung quanh đầu dò không
được che chắn bởi bất kì vật thể kim loại nào. Trong trường hợp phải gắn cảm
biến, bề mặt kim loại của
khung gắn phải lớn hơn 2
lần khoảng cách cảm biến
từ bề mặt cảm biến. Nếu có
một bề mặt kim loại nằm đối
diện với cảm biến, khoảng
cách từ nó đến bề mặt cảm
biến phải lớn hơn 3 lần
khoảng cách cảm biến.



L
P
nhất nhiễu.
• Hai cảm biến mắc đối diện nhau phải có khoảng cách lớn hơn 4 lần
khoảng cách cảm biến đối với cảm biến có bảo vệ bề mặt và lớn hơn 6 khoảng
cách cảm biến đo
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 21
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
• Hai cảm biến mắc kề nhau phải có khoảng cách lớn hơn 2 lần đường
kính bề mặt cảm biến đối với cảm biến có bảo vệ bề mặt và lớn hơn 3 lần đường

kính đối với cảm biến không có bảo vệ bề mặt.

Có một vài nguyên tắc chung. Cảm biển BERO có đặc điểm kỹ thuật riêng
lẽ phải được tuân theo.
















Vật thể chu
ật thể chuẩn có bề mặt phẳng, mòn được làm bằng thép nhẹ có độ dày
1mm. Thép có nhiều loại khác nhau, thép nhẹ chứa nhiều sắt và cácbon. Vật
thể chuẩn được dùng với cảm biến có bảo vệ bề mặt có hình vuông với độ dài
mỗi
ảng cách cảm biến (S
n
) giảm xuống. Vật thể càng nhỏ thì khoảng cách
cảm
ẩn

V
cạnh bằng đường kính của bề mặt cảm biến. Vật thể chuẩn được dùng với
cảm biến có hình vuông với độ dài mỗi cạnh bằng đường kính của bề mặt cảm
biến.
Nếu vật thể cảm cảm biến lớn hơn vật thể chuẩn, khoảng cảm biến không
thay đổi. Tuy nhiên, nếu vật thể nhỏ hơn vật thể chuẩn hay không không chuẩn,
thì kho
biến càng gần hơn.










Kỹ sư Trần văn Thành Trang 22
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Trang 23
ệ số kích thước vật thể.
Hệ số được áp dụng khi vật thể nhỏ
hơn vật thể chuẩn. Để xác đònh khoảng
cách cảm biến (S
new
) cho vật thể nhỏ hơn
vật
Độ dày của vật thể là một hệ số khác cần phải quan tâm. Khoảng cách cảm
biến là một hằng đối với

vật ,
đối
å cũng có tác động lên khoảng cách cảm biến. Khi vật
liệu khác thép nhẹ, ta phải nhân thêm một hệ số.

H

thể chuẩn, ta nhân hệ số với khoảng
cách chuẩn. Ví dụ, cảm biến có đầu bảo vệ
có khoảng cách chuẩn là 1mm đối với vật
thể chuẩn, đối với vật thể có kích thước
bằng ½ vật thể chuẩn, khoảng cách mới
cần xác đònh là :



Độ dày của vật thể.
thể chuẩn. Tuy nhiên
với vật thể không
chứa sắt chẳng hạn đồng
thau, nhôm và đồng đỏ,
một hiện tượng gọi là hiệu
ứng bề mặt (Skin effect)
xảy ra. Khoảng cách cảm
biến giảm khi độ dày của
vật thể tăng. Nếu vật thể
cần cảm biến khác vật
thể chuẩn, ta phải nhân
thêm một hệ số tuỳ thuộc
vào độ dày của vật thể.

Vật liệu của vật thể.
Vật liệu của vật the







Kỹ sư Trần văn Thành
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Khoảng cách ước lượng (S
n
) là một giá trò lý thuyết mà không thể đưa vào
tính toán như dung sai, nhiệt độ hoạt động, giá trò nguồn. Trong một vài ứng
dụng cảm biến có thể nhận diện một vật thể nằm ngoài khoảng cách cảm biến.
Tron
kho
chu
ảm bảo cảm
biến
ến đo
vùng phát hiện được trước cảm biến. Điểm mà tại đó cảm biến phát hiện vật thể
gọi là điểm xuất hiện (operating point). Điểm mà tại đó cảm biến không còn
nhậ
g một số ứng dụng khác, vật thể có thể không nhan diện được khi nó nằm
vào trong khoảng ngắn hơn khoảng cách cảm biến. Vài nhóm cảm biến khác
phải được quan tâm tính toán xây dựng ứng dụng.
Khoảng cách thực (S

r
) được đo tại điện áp danh nghóa và nhiệt độ phòng là
23
0
C ± 0.5
0
C. Khoảng cách thực bằng ±10% của khoảng cách ước lượng. Điều
này có nghóa là vật thể sẽ được cảm biến được trong khoảng từ 0 đến 90% của
ảng cách ước lượng. Tùy thuộc vào loại cảm biến, khoảng cách thực có thể
lớn hơn 110% khoảng cách ước lượng.
Khoảng cách dùng chuyển mạch (S
u
) là khoảng cách chuyển đo được dưới
nhiệt độ và điều kiện điện áp
đặc biệt. Khoảng cách dùng
yển mạch bằng ± 10% của
khoảng cách thực.
Khoảng cách hoạt động
đảm bảo (S
a
) là khoảng cách
mà nhà sản xuất đ
có thể xác đònh chắc chắn
được vật thể. Khoảng cách hoạt
động đảm bảo nằm trong
khoảng từ 0 đến 81% của
khoảng cách ước lượng.

Đáp ứng đặc trưng
Đáp ứng của cảm bi ái với một vật thể chỉ xuất hiện khi nó nằm trong

n dạng được vật thể gọi là điểm mất (release point). Vùng giữa hai điểm trên
gọi là vùng trễ (hysteresis zone).












Kỹ sư Trần văn Thành Trang 24
Sensors Tài liệu giảng dạy Phòng PLC
Kỹ sư Trần văn Thành Trang 25
ường cong đáp ứng
ích thước và hình dạng của đường cong đáp ứng phụ thuộc vào đặc trưng
của cảm biến. Đường cong sau mô tả cho một loại cảm biến.
III.
rong phần này ta tìm hiểu về họ 3RG4 và 3RG04 của loại cảm biến cảm
ứng không tiếp xúc. Họ 3RG4 nói đến phần đầu tiên của phần số dùng để xác
đònh
Đ
K

V Các loại cảm biến cảm ứng.
T
dòng cảm biến này.