Giáo trình kỹ thuật cảm biến - Bài 2 pptx

Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

34
BI 2
CM BIN TIM CN
V CC LOI CM BIN XC NH V TR, KHONG CCH

GII THIU
Cm bin tim cn c s dng nhiu trong cỏc lnh vc t ng
hoỏ quỏ trỡnh sn xut, trong cỏc dõy truyn t ng hoỏ sn xut, trong cỏc ni
lm vic khú khn, c hi, vỡ cm bin tim cn dựng nhn bit cú hoc
khụng cỏc vt th.

MC TIấU BI HC
Sau khi hc xong bi ny hc viờn cú kh nng:
- ỏnh giỏ/xỏc nh c v trớ, nhim v v ng dng ca cỏc b cm bin
tim cn.
- Mụ t c chc nng, nhim v v cỏc iu kin lm vic ca cỏc b cm
bin tim cn.
- Bit c phm vi ng dng, cỏch lp t cỏc b cm bin tim cn .

NI DUNG
* Cm bin tim cn (Proximity Sensor).
* Mt s loi cm bin xỏc nh v trớ, khong cỏch khỏc.
* Cỏc bi thc hnh ng dng cỏc loi cm bin tim cn.

HOT NG I : HC Lí THUYT TRấN LP

1. Cm bin tim cn (Proximity Sensor).
1.1. i cng.
* c im: - Phỏt hin vt khụng cn tip xỳc.

- Tc ỏp ng nhanh.
- u sensor nh, cú th lp c nhiu ni.
- Cú th s dng trong mụi trng khc nghit.
Cm bin tim cn l mt k thut nhn bit s cú mt hay khụng cú
mt ca m
t vt th vi cm bin in t khụng cụng tc (khụng ng chm),
cm bin tim cn cú mt v trớ rt quan trng trong thc t, vớ d phỏt hin vt
trờn dõy chuyn rụbt bt gi ly, phỏt hin chai, lon nhụm trờn dõy chuyn,
bng chuyn vv. Tớn hiu ngừ ra ca cm bin tim cn thng dng logic
cú hoc khụng.
* Mt s nh ngh
a:
- Khong cỏch phỏt hin: L khong cỏch xa nht t u cm bin n v
trớ vt chun m cm bin phỏt hin c.
- Khong cỏch ci t: L khong cỏch cm bin cú th nhn bit vt
mt cỏch n nh (thng bng 70% n 80% khong cỏch phỏt hin).
- Thi gian ỏp ng: t
2
l thi gian t lỳc i tng i vo vựng cm bin
phỏt hin ca cm bin n lỳc cm bin bỏo hiu. t
2
l thi gian t lỳc i
tng i ra khi vựng phỏt hin cho n khi cm bin ht bỏo tớn hiu.
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

35

1.2. Cm bin tim cn in cm (Inductive Proximity Sensor).
Cm bin tim cn in cm cú nhiu kớch thc v hỡnh dng khỏc nhau
tng ng vi cỏc ng dng khỏc nhau. Cm bin tim cn in cm c dựng
phỏt hin cỏc i tng l kim loi (loi cm bin ny khụng phỏt hin cỏc
i tng cú cu to khụng phi l kim loi).

* Cu trỳc ca cm bin tim cn in cm: Gm 4 phn chớnh
- Cun dõy v lừi ferit.
- Mch dao ng.
- Mch phỏt hin.
- Mch u ra.
* Nguyờn lý hot ng ca cm bin tim cn in cm.
Cm bin tim cn in cm c thit k to ra mt vựng
in trng,
khi mt vt bng kim loi tin vo khu vc ny, xut hin dũng in xoỏy (dũng
in cm ng) trong vt th kim loi ny. Dũng in xoỏy gõy nờn s tiờu hao
nng lng (do in tr ca kim loi) lm nh hng n biờn súng dao ng,
n mt tr s no ú tớn hiu ny c ghi nhn. Mch phỏt hin s phỏt hin s
Khoảng cách
phát hiện
OFF ON
Cảm biến tiệm cận
Khoảng cách Reset
H
ình
2
.1
Khoảng cách trớc lợng cài đặt
Sensing object
Khoảng cách cài đặt
Cảm biến tiệm cận
H
ình
2
.
2

Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

36
thay i tớn hiu v tỏc ng mch ra lờn mc ON. Khi i tng ri khi khu
vc t trng, s dao ng c tỏi lp, cm bin tr li trng thỏi bỡnh thng.
* Phõn loi cm bin tim cn in cm.
Cm bin tim cn in cm cú th chia ra lm 2 loi: Loi c bo v
(Shielded) v loi khụng c bo v (Unshielded), lo
i khụng c bo v
cthng cú tm phỏt hin ln hn loi c bo v.
* Nhng yu t nh hng n tm phỏt hin ca cm bin tim cn in
cm:
- Kớch thc, hỡnh dỏng, vt liu lừi v cun dõy.
- Vt liu v kớch thc i tng.
- Nhit mụi trng.
c im ca i tng tiờu chu
n (mc tiờu): Hỡnh vuụng, di cnh
bng d (ng kớnh ca b mt cm bin), dy 1mm v lm bng thộp mm (mild
steel).
Nu i tng cn phỏt hin cú kớch thc nh hn tiờu chun, tm phỏt
hin ca cm bin s gim (do dũng in xoỏy yu). Nhng nu kớch thc ln
hn kớch thc tiờu chun khụng cú ngha l tm phỏt hin tng lờn.
hiu chnh khong cỏch tm c
m bin ph thuc vo vt liu ngi ta
s dng cỏc vt liu v h s nh bng 1 v 2 di õy.

Bng 1
Vt liu
H s 1
Shielded Unshielded

Thộp mm (mild steel) 1.00 1.00
Thộp khụng g (300) 0,70 0,80
ng thau 0,40 0,50
Nhụm 0,35 0,45
ng 0,30 0,40

Bng 2
Kớch thc i tng so
vi kớch thc tiờu
chun
H s 2
Shielded Unshielded
25% 0,56 0,50
50% 0,83 0,73
75% 0,92 0,90
100% 1,00 1,00

+ Snew = Sn* h s
+ Snew: Tm phỏt hin mi ca cm bin tng ng vi kớch thc v vt
liu ca cm bin.
+ Sn: Tm phỏt hin ca cm bin vi i tng tiờu chun.
dy ca i tng cng l mt yu t nh hng n tm phỏt hin
ca cm bin, i vi vt liu khụng mang t tớnh (khụng ch
a cht st) nh
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

37
đồng, nhôm, đồng thau chịu ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt. Tầm phát hiện của
cảm biến tăng lên khi đọ dày đối tượng giảm.
* Ưu nhược điểm của cảm biến tiệm cận điện cảm.

- Ưu điểm:
+ Không chịu ảnh hưởng của độ ẩm.
+ Không có bộ phận chuyển động.
+ Không chịu ảnh hưở
ng của bụi bặm.
+ Không phụ thuộc vào màu sắc.
+ ít phụ thuộc vào bề mặt đối tượng ơn so với các kỹ thuật khác.
+ Không có khu vực mù (blind zone: cảm biến không phát hiện ra đối
tượng mặc dù đối tượng ở gần cảm biến).
- Nhược điểm:
+ Chỉ phát hiện được đối tượng là kim loại.
+ Có thể chịu ảnh hưởng bởi các vùng điện từ mạ
nh.
+ Phạm vi hoạt động ngắn hơn so với các kỹ thuật khác.
* Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện cảm:
1.3. Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensor).
Cảm biến tiệm cận điện dung giống về kích thước, hình dáng, cơ sở hoạt
động so với cảm biến tiệm cận điện cảm. Đi
ểm khác biệt căn bản giữa chúng là
cảm biến tiệm cận điện dung tạo ra vùng điện trường còn cảm biến tiệm cận điện
cảm tạo ra vùng điện từ trường. Cảm biến tiệm cận điện dung có thể phát hiện đối
tượng có chất liệu kim loại cũng như không phải là kim loại.
* Cấu trúc của cảm biến tiệ
m cận điện dung.
Giống như cấu trúc của cảm biến tịêm cận điện cảm, cảm biến tiệm cận
điện dung cũng có 4 phần:
- Bộ phận cảm biến (các bản cực hay điện cực cách điện)
- Mạch dao động.
- Mạch ghi nhận tín hiệu.
- Mạch điện ở ngõ ra.

* Nguyên lý hoạt động của cảm biến ti
ệm cận điện dung.
Tụ điện gồm 2 bản cực và chất điện môi ở giữa, khoảng cách giữa 2 điện
cực ẩnh hưởng đến khả năng tích trữ điện tích của một tụ điện (điện dung là một
đại lượng đặc trưng cho khả năng tích trữ điện tích của một tụ điệ
n)
- Nguyên tắc hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung dựa trên sự thay
đổi điện dung khi vật thể xuất hiện trong vùng điện trường, từ sự thay đổi này
trạng thái On hay Off của tín hiệu ngõ ra được xác định.
- Một bản cực là thành phần của cảm biến, đối tượng cần phát hiện là bản
cực còn lại.
- Mối quan hệ giữa biên độ
sóng dao động và vị trí đối tượng ở cảm biến
tiệm cận điện dung trái ngược so với cảm biến tiệm cận điện cảm.
- Cảm biến tiệm cận điện dung có thể phát hiện bất cứ loại đối tượng nào
có hằng số điện môi lớn hơn không khí, vật liệu nào có hằng số điện môi càng
cao thì càng dễ được cảm bi
ến phát hiện, ví dụ nước và không khí, cảm biến tiệm
cận điện dung rất dễ phát hiện ra nước (vì hằng số điện môi của nước = 80, còn
không khí = 1).
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

38
- Đối với các chất kim loại khác nhau, khả năng phát hiện của cảm biến là
không đổi, còn các chất khác thì phạm vi phát hiện của cảm biến là khác nhau tuỳ
theo từng chất.
Vì vậy cảm biến tiệm cận điện dung có thể dùng để phát hiện các vật liệu
có hằng số điện môi cao như chất lỏng dù nó được chứa trong hộp kín làm bằng
vật liệu có hằng số đ
iện môi thấp như thuỷ tinh, plastic, cần chắc chắn rằng đối

tượng cảm biến phát hiện là chất lỏng chứ không phải là hộp.
* Phân loại cảm biến tiệm cận điện dung: Có hể chia ra làm 2 loại đó là
loại được bảo vệ (Shielded) và loại không được bảo vệ (Unshielded).
Loại được bảo vệ (Shielded) có vòng kim loại bao quanh giúp hướng
vùng điện trường phía trước và có thể đặ
t ngang bằng với bề mặt làm việc.
Loại không được bảo vệ (Unshielded) không có vòng kim loại bao quanh
và không thể đặt ngang bằng với bề mặt làm việc. Xung quanh cảm biến phải có
một vùng trống (giống cảm biến tiệm cận điện cảm loại không có bảo vệ
Unshielded), kích thước vùng trống tuỳ thuộc vào từng loại cảm biến.
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tầm phát hiệ
n của cảm biến tiệm cận điện
dung.
- Kích thước của điện cực cảm biến.
- Vật liệu và kích thước đối tượng.
- Nhiệt độ môi trường.
- Đối tượng tiêu chuẩn và hằng số điện môi: Đối tượng tiêu chuẩn được
chỉ định riện với từng loại cảm biến tiệm cận điện dung, thông thường chất liệ
u
của đối tượng tiêu chuẩn được định nghĩa là kim loại hoặc nước.
* Ưu nhược điểm của cảm biến tiệm cận điện dung:
- Ưu điểm:
+ Có thể cảm nhận vật dẫn điện và không dẫn điện.
+ Tính chất tuyến tính và độ nhạy không tuỳ thuộc vào vật liệu kim
loại.
+ Nó có thể cảm nhận đượ
c vật thể nhỏ, gọn, nhẹ.
+ Vận tốc hoạt động nhanh.
+ Tuổi thọ cao và độ ổn định cũng cao đối với nhiệt độ.
- Nhược điểm:

+ Bị ảnh hưởng bởi độ ẩm.
+ Dây nối với sensor phải ngắn để điện dung dây không ảnh hưởng
đến độ cộng hưởng của bộ dao động.
* Một số ứng d
ụng của cảm biến tiệm cận điện dung:
- Dùng trong công nghiệp thực phẩm.
- Dùng đo mực chất lỏng.
- Dùng trong sản xuất chế biến gỗ.
1.4. Cảm biến tiệm cận siêu âm (Ultrasonic proximity sensor).
Cảm biến tiệm cận siêu âm có thể phát hiện hầu hết các đối tượng như là
kim loại hoặc không phải là kim loại, chất lỏng hay vật rắn, vật trong hay mờ đục
(những v
ật có hệ số phản xạ sóng âm thanh đủ lớn)
* Cấu trúc của cảm biến tiệm cận siêu âm.
Gồm có 4 phần chính:
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

39
- B phn phỏt v nhn súng siờu õm (Transducer/Receiver).
- B phn so sỏnh (Comparator).
- Mch phỏt hin (Detector Circuit), khi cm bin nhn c súng phn
hi, b phn so sỏnh tớnh toỏn khong cỏch bng cỏch so sỏnh thi gian phỏt,
nhn v vn tc õm thanh.
- Mch in ngừ ra (Output), tớn hiu ngừ ra cú th l digital hoc analog,
tớn hiu t cm bin digital bỏo cú hay khụng s xut hin i tng trong vựng
cm nhn ca cm bin, tớn hiu t cm bin analog cha
ng thụng tin khong
cỏch ca i tng n cm bin.
* Nguyờn lý hot ng ca cm bin tim cn siờu õm.
- K thut cm bin siờu õm da trờn c im vn tc õm thanh l hng

s, thi gian súng õm thanh i t cm bin n i tng v quay tr li liờn h
trc tip n di quóng ng, vỡ vy cm bin siờu õm thng c dựng
trong cỏc
ng dng o khong cỏch.
- Tn s hot ng: Nhỡn chung cỏc cm bin cụng nghip hot ng vi
tn s 25 khz n 500 khz, cỏc cm bin trong lnh vc y khoa thỡ hot ng vi
khong tn s t 5 Mkhz tr lờn. Tn s hot ng ca cm bin t l nghch vi
khong cỏch phỏt hin cm bin. Vi tn s 50 khz, phm vi ho
t ng ca cm
bin cú th ti 10m hoc ln hn, vi tn s 200 khz thỡ phm vi hot ng ca
cm bin b gii hn mc 1m.
- Vựng hot ng: L khu vc gia 2 gii hn khong cỏch phỏt hin ln
nht v nh nht. Cm bin tim cn siờu õm cú mt vựng nh khụng th s dng
gn b mt c
m bin gi l khu vc mự (blind zone).
Kớch thc v vt liu ca i tng cn phỏt hin quyt nh khong
cỏch phỏt hin ln nht.
* Cm bin tim cn siờu õm loi cú th iu chnh khong cỏch phỏt hin
(Background Suppression).
Mt s dng cm bin ngừ ra analog cho phộp iu chnh khong cỏch
phỏt hin, chỳng cú th t chi vic phỏt hin cỏc i tng sau mt khong cỏch
xỏc nh, khong cỏch phỏt hin cú th iu chnh bi ngi s dng. Ngoi ra
cm bin khụng phỏt hin i tng dự chỳng di chuyn vo vựng hot ng ca
cm bin, ngi ta cú th to 1 lp v bng cht liu cú kh nng khụng phn x
li súng õm thanh.
* u nhc im ca cm bin tim cn siờu õm.
- u i
m:
+ Khong cỏch m cm bin cú th phỏt hin vt th lờn ti 15m.
+ Súng phn hi ca cm bin khụng ph thuc vo mu sc ca b

mt i tng hay tớnh cht phn x ỏnh sỏng ca i tng vớ d b mt kớnh
trong sut, b mt gm mu nõu, b mt plastic mu trng, hay b mt cht liu
nhụm sỏng, trng l nh nhau.
+ Tớn hiu ỏp ng ca c
m bin tim cn siờu õm analog l t l tuyn
tớnhvi khong cỏch, iu ny c bit lý tng cho cỏc ng dng nh theo dừi
cỏc mc ca vt cht, mc chuyn ng ca i tng.
- Nhc im:
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

40
+ Cảm biến tiệm cận siêu âm yêu cầu đối tượng có một điệntích bề
mặt tối thiểu (giá trị này tuỳ thuộc vào từng loại cảm biến).
+ Sóng phản hồi cảm biến nhận được có thể chịu ảnh hưởng của các
sóng âm thanh tạp âm.
+ Cảm biến tiệm cận siêu âm yêu cầu một khoảng thời gian sau mỗi
lần sóng phát đi để sẵn sàng nhận sóng phả
n hồi, kết quả thời gian đáp ứng của
cảm biến tiệm cận siêu âm nhìn chung chậm hơn các cảm biến khác.
+ Với các đối tượng có mật độ vật chất thấp như bọt hay vải (quần áo)
rất khó phát hiện với khoảng cách lớn.
+ Cảm biến tiệm cận siêu âm bị giới hạn khoảng cách phát hiện nhỏ
nhất.
+ Sự thay đổi của môi trường nh
ư nhiệt độ (vận tốc âm thanh phụ
thuộc vào nhiệt địi), áp suất, sự chuyển động không đồng đều của không khí, bụi
bẩn bay trong không khí gây ảnh hưởng dến kết quả đo của cảm biến.
+ Nhiệt độ bề mặt đối tượng ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động của
cảm biến, hơi nóng toả ra từ đối tượng có nhiệt độ
cao làm méo dạng sóng, làm

cho khoảng cách phát hiện của đối tượng ngắn lại và giá trị khoảng cách không
chính xác.
+ Bề mặt phản hồi năng lượng của sóng âm thanh tốt hơn bề mặt gồ
ghề, tuy nhiên bề mặt trơn phẳng lại có đòi hỏi khắt khe về vị trí góc tạo thành
giữa cảm biến và mặt phẳng đối tượng.
* Một số ứng dụng của cảm bi
ến tiệm cận siêu âm.
- Phát hiện sự hiện diện, không hiện diện của đối tượng trong suốt bằng
thuỷ tinh.
- Dùng trong điều khiển mực chất lỏng.
- Dùng để đo khoảng cách, độ cao, hay vị trí của phiến gỗ trên dây
chuyền.
1.5. Cấu hình ngõ ra của cảm biến tiệm cận.
* Ngõ ra dạng Transittor NPN và Transittor PNP.(hình 2.3 và 2.4)
Với điện áp DC thấp, cảm biến có 2 dạng cấu hình ngõ ra phổ biế
n là kiểu
NPN Transittor và PNP Transittor.

* Ngõ ra dạng Transittor FETS:
Ngâ ra
T¶i
H
×nh 2.3: NPN transito
r
Ngâ ra
T¶i
H
×nh 2.4: PN
P
transito
r
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

41
Ngừ ra dng khỏc l kiu Transittor
FETS cung cp ỏp ng nhanh, dũng
tiờu hao rt nh, dũng iu khin
thay i trng thỏi ch cn c
30(A, xong nhỡn chung giỏ thnh
cao hn so vi 2 loi trờn. Cú th
kt ni song song ngừ ra ca FET
nh tip im c khớ ca rle (c
in ỏp AC hay DC). Dng FET c
ụng sut thỡ tip im ngừ ra cú th
chu c dũng n 500 mA.

* Ngừ ra dng Triac.
Cm bi

n ngừ ra dng triac c thit k cú th s dng nh cụng tc
cho in AC. Cm bin dng ny cung cp ngừ ra cú th chu c dũng ln,
in ỏp ri thp do ú thớch hp vi vic kt ni vi cỏc cụng
tc t ln. Dũng tiờu hao ca nú ln hn so vi FETS, giỏ tr ny vt quỏ 1mA
do ú khụng thớch hp kt ni vi cỏc thit b nh
PLC.















* Ngừ ra dng Analog.
Cm bin cú th cung cp tớn hiu ngừ ra di dng dũng v ỏp tng ng
(hay nghch o s tng ng) vi s phỏt hin. Trng thỏi ngừ ra ca cm bin
cú th l thng úng (NO) hoc thng m (NC). Vớ d cm bin loi PNP,
trng thỏi ngừ ra l Off khi khụng cú i tng xut hin thỡ nú l loi thit b
thng m, ng
c li trng thỏi ngừ ra On khi khụng cú i tng xut hin thỡ
nú l loi thng úng. Ngoi loi 3 dõy, cm bin cũn cú loi 4 dõy v loi 2
dõy, vi loi 4 dõy trong mt cm bin cú 2 loi ngừ ra ú l thng úng v

thng m.
1.6. Cỏch kt ni cỏc cm bin tim cn vi nhau.
Trong mt s ng dng ũi hi phi s dng nhiu hn 1 cm bin, cỏc
cm bin cú th
ni song song hoc mc ni tip, khi mc song song, ngừ ra lờn
H
ình 2.5: transito
r
FET
S
AC
AC
Ngõ ra
H
ình 2.
6
: Triac
I (mA)
4
20
1 2
3
4
5
Khoảng cách (m)
H
ình 2.7: Analo
g

Dạng 1

Dạng 2
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

42
On khi tất cả các cảm biến đều lên On, còn khi mắc nối tiếp, chỉ cần trong số các
cảm biến lên On thì ngõ ra lên On.
2. Một số loại cảm biến xác định vị trí, khoảng cách khác.
2.1. Xác định vị trí và khoảng cách bằng biến trở.
* Cấu trúc:
Gồm một điện trở cố định Rn và một tiếp xúc điện có thể di chuyển gắn
với chuyển động cần đ
o gọi là con chạy, vị trí con chạy tỉ lệ với giá trị điện trở tại
đầu ra của tiếp xúc điểm.
Căn cứ vào hình dạng của Rn và dạng chuyển động của con chạy người ta
chia ra làm 2 loại đó là loại dịch chuyển thẳng và dịch chuyển quay.
* Đặc tính:
- Độ phân giải: Thông thường đặt cỡ 10 μm.
- Tuổi thọ của con chạy: 106 lần vớ
i dạng xoay và 107 đến 108 lần với
dạng dịch chuyển.
- Độ tuyến tính: Giá trị của tỉ số R(x)/Rn ở 2 đầu của điện trở không ổn
định, do đó ở đầu đường chạy hoặc cuối đường chạy thì độ tuyến tính kém.
* Các loại biến trở:
Giá trị điện trở Rn từ 1kΩ đến 100 kΩ, đôi khi lên tới hàng MΩ, tuỳ từng
trường hợp cụ thể độ chính xác của điện trở là 20%, 10% và đôi khi đạt tới 5%.
Trên thực tế không cần đòi hỏi độ chính xác cao và tín hiệu đo chỉ phụ thuộc vào
tỉ số R(x)/Rn, có nhiều loại biến trở, tuỳ theo từng ứng dụng mà người ta chọn
loại biến trở thích hợp.
- Biến trở dây kim loại: Loại biến trở này dùng với dòng điện khá cao,
nó có hệ số nhiệt độ thấp, ít tiếng ồn cho mạch điện tử và trị số điện trở không bị

trôi theo thời gian và do ảnh hưởng của khí hậu, nhược điểm là độ phân giải thấp.
- Biến trở với lớp Polymer: Lớp điện trở được cấu tạo bởi một loại sơn
hữu cơ trộn với muội than và bộ
t graphit, lớp điện tử loại này rất trơn phẳng, khó
bị mài mòn, tuy nhiên nó có hệ số nhiệt độ khá lớn (300 đến 1.000ppm/K), do độ
ổn định của nó so với biến trở dây kim loại ở nhiệt độ cao kém.
- Biến trở với ỗit kim loại – thuỷ tinh (cermet).
Loại điện trở này được tôi ở nhiệt độ khá cao khoảng 8000C đến
9000C, cho nên rất cứng, tuy nhiên bề mặt nhám, không thích hợp cho sự d
ịch
chuyển con chạy nhiều lần, biến trở này chỉ thích hợp cho việc điều chỉnh điện áp
trong các mạch điện.
- Biến trở với màng mỏng kim loại.
Với phương pháp phun phủ hay phun bụi catot, người ta có thể tạo một
lớp kim loại thực phẳng trên một nền thuỷ tinh, vật liệu có thể là hợp kim Ni/Cr
hay ỗit kim loại Ta2o5. Màng mỏng kim loại có bề dày khoả
ng 1 (m.
Trong các loại biến trở trên chỉ có loại biến trở với lớp polyme là thích
hợp hơn cho cả công việc định vị và tính khoảng cách.
2.2. Xác định vị trí và khoảng cách bằng tự cảm.
* Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của cảm biến tự cảm.
- Cấu trúc đơn giản của một cảm biến tự cảm dùng để đo khoảng cách, đo
góc gồm một cuộn dây và một lõi s
ắt dịch chuyển.
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

43
- Nguyờn lý hot ng: i lng vo lm thay i t cm v tng tr
ca cm bin cng thay i theo. ng sc i qua 3 vựng, trong st (lFe, AFe)
trong khụng khớ bờn trong cun dõy (l, A) v trong vựng bờn ngoi cun dõy (Sa,

la).

m
R
N
L
2
=
Trong ú: N l s vũng dõy ca cun dõy; Rm l in tr t ca cun dõy.
in tr t ca cun dõy vi lừi st:
Trong ú: ( ca st rt ln (khong 103 n 104) cho nờn coi s thay i
ca phn in tr t trong st khi lừi st di chuyn coi nh khụng ỏng k.
Din tớch Aa trong khụng khớ bờn ngoi cun dõy rt ln hoc cú
th b
c cun dõy bng v st mm v hu nh tt c cỏc ng sc u chy vo
õy vi in tr t coi nh rt nh.
Do ú t v b qua R0.

A
l
R
m
0

= ;
l
k
l
AN
R

N
L
m
===
0
2
2


Nh th t cm cng ln khi lừi st cng nm sõu bờn trong cun dõy.
Khi lừi st dch chuyn t v trớ I0 ra bờn ngoi cun dõy 1 on (l, t cm
gim i t
l
k
L =
1
thành
ll
k
L
+
=
2

Vy L phi tuyn theo I, tớnh c nh hng s thay i ca t tr qua lừi st v
gim bt mc phi tuyn, ngi ta dựng cu trỳc cm bin lừi chỡm vi sai.
* Cm bin t cm vi lừi chỡm vi sai.
- Cu trỳc: Gm 2 cun dõy cỏch bit, mt lừi st c t bờn trong 2
cun dõy, khi lừi st c dch chuyn, t cm ca 1 cun dõy gim v cun khỏc
tng lờn. Vi c

u trỳc i xng ng trc, cm bin ny cú th dựng o
khong cỏch, vi cu trỳc vnh khn v xoay, nú c dựng o gúc.
o khong cỏch, c 2 cun dõy c t trong na cu o.
2.3. Xỏc nh v trớ v khong cỏch bng cm bin in dung.
* Nguyờn lý hot ng: Cm bin in dung da trờn tỏc ng tng h
gia 2 in c
c to thnh t in, in dung ca nú thay i di tỏc ng ca
i lng vo. in dung s ph thuc vo tit din, khong cỏch 2 bn cc v
in mụi gia 2 bn cc C(x) = f(A,d,().
Vi trng hp n gin t in phng ta cú: trong ú A l din tớch bn
cc; a l khong cỏch gia 2 bn cc; (0 l hng s
in mụi trong chõn khụng
((0 = 8,85.10-12 F/m); (r l hng s in mụi.
Cm bin c c trng bi nhy:
+ nhy in dung: SC = (C/(x
+ nhy in khỏng: Sz = (z/(x
* S thay i khong cỏch ca 2 bn cc.
in dung ca t in t l nghch vi khong cỏch bn cc, khi khong
cỏch bộ i in dung ln hn v ng
c li.
Xột t in phng: nhy (
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

44
Như vậy sự thay đổi tương đối của điện dung tỉ lệ với sự thay đổi tương
đối của khoảng cách.
Khi a tăng 1 khoảngĠ, điện dung giảm từĠ đếnĠ
Khi tụ điện nằm ở 1/4 cầu:Ġ; Ġ
Điện thế cầu chỉ tỉ lệ tuyến tính gần đúng với sự thay đổi khoả
ng cách bản

cực:

a
a
U
aa
a
U
U
C
Δ≈
Δ+
Δ
=
.
42
.
2
0
0
0
0

Sự không tuyến tính mất đi trong trường hợp với tụ vi sai (2 tụ điện với
bản cực chung nằm ở giữa)
3. Các bài thực hành ứng dụng các loại cảm biến tiệm cận.
3.1. Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm.
a/ Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm 1
* Mục đích - yêu cầu
Khả

o sát cảm biến tiệm cận điện cảm IW-2008-BRKG/IW5039
* Thiết bị: + cảm biến tiệm cận điện cảm IW-2008-BRKG/IW5039
+ Tải: Relay sử dụng điện áp một chiều.
* Thực hiện
* Ghi các thông số kỹ thuật
Nguồn gốc:
Công ty sản xuất:
Mã số sản xuất sản phẩm:
Điện áp hoạt động:
Dòng điện:
Đặc tính hoạt động:
Khoảng cách tác động:
Tiêu chuẩn cách điện:
* Sơ đồ nối cảm biến:



* Những ghi chú khi thực hành:









b/ Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm 2
* Mục đích - yêu cầu
Khảo sát cảm biến tiệm cận điện cảm IW-5020-IVE3020-BPKG

* Thiết bị: + cảm biến tiệm cận điện cảm IW-5020-IVE3020-BPKG
+ Tải: Relay sử dụng điện áp một chiều.
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

45
* Thực hiện
* Ghi các thông số kỹ thuật
Nguồn gốc:
Công ty sản xuất:
Mã số sản xuất sản phẩm:
Điện áp hoạt động:
Dòng điện:
Đặc tính hoạt động:
Khoảng cách tác động:
Tiêu chuẩn cách điện:
* Sơ đồ nối cảm biến:



* Những ghi chú khi thực hành:








c/ Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm 3
* Mục đích - yêu cầu

Khảo sát cảm biến tiệm cận đ
iện cảm IYB3000-8BNOG/IY5015
* Thiết bị: + cảm biến tiệm cận điện cảm IYB3000-8BNOG/IY5015
+ Tải: Relay sử dụng điện áp một chiều.
* Thực hiện
* Ghi các thông số kỹ thuật
Nguồn gốc:
Công ty sản xuất:
Mã số sản xuất sản phẩm:
Điện áp hoạt động:
Dòng điện:
Đặc tính hoạt động:
Khoảng cách tác động:
Tiêu chuẩn cách điện:
* Sơ đồ nối cảm biến:



* Những ghi chú khi thực hành:


Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

46

d/ Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm 4
* Mục đích - yêu cầu
Khảo sát cảm biến tiệm cận điện cảm IF5639/IFK3002/MS
* Thiết bị: + cảm biến tiệm cận điệ
n cảm IF5639/IFK3002/MS
+ Tải: Relay sử dụng điện áp một chiều.
* Thực hiện
* Ghi các thông số kỹ thuật
Nguồn gốc:
Công ty sản xuất:
Mã số sản xuất sản phẩm:
Điện áp hoạt động:
Dòng điện:
Đặc tính hoạt động:
Khoảng cách tác động:
Tiêu chuẩn cách
điện:
* Sơ đồ nối cảm biến:



* Những ghi chú khi thực hành:

3.2. Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung.
a/ Thực hành v
ới cảm biến tiệm cận điện dung1
* Mục đích - yêu cầu
Khảo sát cảm biến tiệm cận điện dung KIE3015-FPKG
* Thiết bị: + cảm biến tiệm cận điện dung KIE3015-FPKG
+ Tải: Relay sử dụng điện áp một chiều.
* Thực hiện
* Ghi các thông số kỹ thuật
Nguồn gốc:
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

47
Công ty sản xuất:
Mã số sản xuất sản phẩm:
Điện áp hoạt động:
Dòng điện:
Đặc tính hoạt động:
Khoảng cách tác động:
Tiêu chuẩn cách điện:
* Sơ đồ nối cảm biến:



* Những ghi chú khi thực hành:

b/ Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung2
* Mục đích - yêu cầu
Khảo sát cảm biến tiệm cận điện dung KD-2050-BB0A
* Thiết bị: + cảm biến tiệm cận điện dung KD-2050-BB0A
+ Tả
i: Relay sử dụng điện áp một chiều.
* Thực hiện
* Ghi các thông số kỹ thuật
Nguồn gốc:
Công ty sản xuất:
Mã số sản xuất sản phẩm:
Điện áp hoạt động:
Dòng điện:
Đặc tính hoạt động:
Khoảng cách tác động:
Tiêu chuẩn cách điện:
* Sơ đồ nối cảm biến:



* Những ghi chú khi thực hành:

Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

48





HOT NG II: HC VIấN T NGHIấN CU TI LIU
Hc viờn tham kho cỏc ti liu di õy:
1. Cỏc b cm bin trong k thut o lng v iu khin.
Lờ Vn Doanh, Phm Thng Hn, Nguyn Vn Ho, o Vn Tõn
Nh xut bn Khoa hc v k thut H Ni.
2. Cm bin ng dng Dng Minh Trớ - Nh xut bn Khoa hc v k
thut H Ni.
3. Giỏo trỡnh cm bin - Phm Quc Phụ, Nguyn c Chin - Nh xut
bn Khoa hc v k thut H Ni.
4. Giỏo trỡnh cm bin Trung tõm Vit - c phỏt hnh

HOT NG III: HC TP, THC TP TI XNG TRNG

* Ni dung:
- Nghiờn cu ng dng ca tng loi cm bin tim cn.
- Tỡm hiu cỏch phõn loi, ng dng ca cỏc loi cm bin tim cn.
1/ Hỡnh thc t chc:
Chia thnh cỏc nhúm nh t 2 n 3 hc sinh di s hng dn ca giỏo viờn.
2/ Dng c, thit b: Cỏc loi cm bin tim cn, cỏc mụ hỡnh lp t, kim tra,
3/ Quy trỡnh thc hi
n:

- Giỏo viờn tp trung c lp hc viờn, s lc v cỏch nhn bit, ng dng ca
cỏc cm bin tim cn.
- Giỏo viờn hng dn lm mu cỏch cỏch kho sỏt, lp t cỏc b cm bin tim
cn nh cm bin tim cn xỏc nh v trớ, cm bin tim cn xỏc nh khong
cỏch.
- Cui bi, giỏo viờn kim tra, ỏnh giỏ v nhn xột ti tng hc viờn trong quỏ
trỡnh th
c hnh thc tp.