Bài giảng Kỹ thuật cảm biến

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

62
BI 4 : O VN TC VềNG QUAY V GểC QUAY

GII THIU
Cm bin o vn tc vũng quay v gúc quay rt quan trng trong
quỏ trỡnh m bo an ton nh theo dừi hot ng ca cỏc mỏy múc, thit b.
Trong chuyn ng thng chuyn xang chuyn ng gúc quay v vũng quay.



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 o
vn tc gúc quay v vũng quay.
- Mụ t c chc nng, nhim v v cỏc iu kin lm vic ca cỏc b cm
bin o vn tc quay v vũng quay.
- Bit c phm vi ng dng ca cỏc b cm bin o v
n tc quay v vũng
quay.


NI DUNG
* Mt s phng phỏp o vn tc vũng quay c bn.

* Cm bin o gúc vi t hp cú in tr t.
* Cỏc bi thc hnh ng dng.

HOT NG I : HC Lí THUYT TRấN LP

1. Mt s phng phỏp o vn tc vũng quay c bn.
Trong cụng nghip cú rt nhiu trng hp cn o vn tc quay ca mỏy,
ngi ta thng theo dừi tc quay ca mỏy vỡ lý do an ton hoc khng
ch cỏc iu kin t trc cho hot ng ca mỏy múc, thit b. Trong chuyn
ng thng vic o vn tc di cng thng c chuyn xang
o vn tc quay.
Bi vy cỏc cm bin o vn tc gúc chim v trớ u th trong lnh vc o tc
.
1.1. o vn tc vũng quay bng phng phỏp Analog.
* Tc k mt chiu (mỏy phỏt tc).
Mỏy phỏt tc l mỏy phỏt in mt chiu, cc t l nam chõm vnh cu,
in ỏp trờn cc mỏy phỏt t l vi tc quay c
a nú, mỏy phỏt tc ni
cựng trc vi phanh hóm in t v cựng trc vi ng c do ú tc quay ca
nú chớnh l tc quay ca ng c, tc ny t l vi in ỏp ca mỏy phỏt
tc , dựng Vmột in t hoc ng h o tc ni vi nú cú th o c tc
ca
ng c. Giỏ tr in ỏp õm hay dng ph thuc vo chiu quay.

0
0
2



Nn
n
E
r
==

Trong ú : N l s vũng quay trong mt giõy.


l vn tc gúc ca rụto.
n l tng s dõy chớnh trờn rụto.

0

l t thụng xut phỏt t cc nam chõm.

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

63
Cỏc phn t cu to c bn ca mt tc k dũng mt chiu nh hỡnh 4.1












* Tc k dũng xoay chiu.
Tc k xoay chiu cú u im l khụng cú c gúp in v chi than
nờn cú tui th bn hn, khụng cú tng, gim in ỏp trờn chi than. Xong

nhc im l mch in phc tp hn, ngoi ra xỏc nh biờn cn phi
chnh lu v lc tớn hiu.
- Mỏy phỏt ng b: l mt loi mỏy phỏt i
n xoay chiu c nh (hỡnh
4.2), rụto ca mỏy phỏt c gn ng trc vi thit b cn o tc , rụto l
mt nam chõm hoc nhiu nam chõm nh, stato l phn cm, cú th l 1 pha
hoc 3 pha, l ni cung cp sut in ng hỡnh sin cú biờn t l vi tc
quay ca rụto.
tEe = sin
0
mà

.
10
KE =
;

.
2
K=

Trong ú K1 v K2 l cỏc thụng s c trng cho mỏy phỏt.
u ra in ỏp c chnh lu thnh in ỏp mt chiu, in ỏp ny khụng ph
thuc vo chiu quay v hiu sut lc gim i tn s thp, tc quay cú th xỏc
nh c bng cỏch o tn s ca sc in ng. Phng phỏp ny rt quan
trng khi khong cỏch o ln, tớn hi
u t mỏy phỏt ng b cú th truyn i xa
v suy gim tớn hiu trờn ng i khụng nh hng n chớnh xỏc ca phộp
o (vỡ o tn s).

ơ


- Mỏy phỏt kgụng ng b: Cu to ca mỏy phỏt khụng ng b tng t
nh ng c khụng ng b (hỡnh 4.3). Rụto l 1 hỡnh tr bng kim loi mng
c quay vi vn tc cn o, khi lng v quỏn tớnh khụng ỏng k, rtato lm
bng thộp lỏ k thut in, trờn cú t 2 cun dõy c b trớ nh hỡnh v, cun
Cổ góp
Chổi quét
Stato
Rôto
Dây dẫn
Hình 4.1: Cấu tạo của máy phát dòng 1 chiều
Hình 4.2
e
m
Cuộn kích
Cuộn đo
Rôto
V
Hình 4.3: Cấu tạo của 1 máy phát
khô đồ bộ

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

64
th nht l cun kớch t, c cung cp mt in ỏp nh mc cú biờn v tn
s khụng i.

tCosVv
eee

=

Cun dõy th 2 l cun dõy o, gia 2 u ca cun dõy ny s xut hin
sc in ng cú biờn t l vi vn tc gúc cn o.

() ()

+=+= tVktEe
eeemm
coscos

Do

,
Ư kVkE
em
==
m k l hng s ph thuc vo cu trỳc ca mỏy ;

l lch pha ; khi o Em s xỏc nh c

.
1.2. o vn tc vũng quay bng phng phỏp quang in t.
* Dựng b cm bin quang tc vi a mó húa.
Encoder l thit b cú th phỏt hin s chuyn ng hay v trớ ca vt,
Encoder s dng cỏc cm bin quang snh ra chui xung, t ú chuyn sang
phỏt hin s chuyn ng, v trớ hay hng chuyn ng ca vt th.









Ngun sỏng c lp t sao cho ỏnh sỏng liờn tc c tp trung xuyờn qua
a, b phn thu nhn ỏnh sỏng c lp t mt cũn li ca a sao cho cú th
nhn c ỏnh sỏng, a c lp t n trc ng c hay thit b khỏc cn xỏc
nh v trớ sao cho khi trc quay, khi a quay sao cho l, ngun sỏng, b phn
nhn ỏnh sỏng thng hng thỡ tớn hiu xung vuụng sinh ra.
Khuyt im: c
n nhiu l nõng cao chớnh xỏc nờn d lm h hng a
quay.
* a mó húa tng i.
Encoder vi mt b xung thỡ s khụng th phỏt hin c chiu quay, hu
ht cỏc Encoder mó hoỏ u cú b xung th 2 lch pha 900 so vi b xung th
nht v mt xung xỏc nh thi gian Encoder quay mt vũng.

Nguồn sáng
Đĩa quay Bộ thu
Sóng sin
Sóng vuông
Mạch tạo
xung vuông
Hình 4.4: Sơ đồ hoạt động đĩa quang mã hoá
Hình 4.5: Sơ đồ thu phát Encoder tơng đối
Trục quay
Đĩa quay
Khe hở
pha A
Khe hở
pha B
Bộ phận phát hiện
(nhận ánh sáng)
Bộ phận phát

(nguồn sáng)
Khe hở

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

65
Xung A, xung B v xung iu khin, nu xung A xy ra trc xung B, trc
s quay theo chiu kim ng h, v ngc li. xung Z xỏc nh ó quay xong
mt vũng.
Gi Tn l thi gian m xung, N0 l s xung trong mt vũng ( phõn gii
ca b cm bin tc , ph thuc vo s l), N l s xung trong thi gian Tn.
(vũng/phỳt).














* a mó húa tuyt i.
khc phc nh
c im chớnh ca a mó hoỏ tng i l khi mt
ngun s m s b mt, nh vy khi cỏc c cu ngng hot ng vo bui ti
hay khi bo dng sa cha thỡ khi bt ngun tr li Encoder s khụng th xỏc
nh chớnh xỏc v trớ c cu.

a mó hoỏ tuyt i c thit k luụn xỏc nh c v trớ vt mt
cỏch chớnh xỏc.
a Encoder tuyt i s dng nhiu vũng phõn on theo hỡnh ng tõm
gm cỏc phõn on chn sỏng v khụng chn sỏng.
- Vũng trong cựng xỏc nh a quay ang nm na vũng trũn no.
- Kt hp vũng trong cựng vi vũng tip theo s xỏc nh a quay ang
nm 1/4 vũng trũn no.













Pha A
Pha B
Pha Z
Một chu kỳ
360
0
điện
Khác pha 90
0
Hình 4.6: Dạng sóng ra của Encoder 2 bộ xung

Hình 4.7: Sơ đồ thu phát Encoder tuyệt đối (sử dụng mã Gray)
Trục quay
Đĩa quay
Bộ phận nhận
Bộ phận phát
Khe hở (các đoạn
không chắn sóng)
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

66
- Cỏc rónh tip theo cho ta xỏc nh c v trớ 1/8, 1/16 vv ca vũng
trũn, vũng phõn on ngoi cựng cho ta chớnh xỏc cui cựng.
- Loi Encoder ny cú ngun sỏng v b thu cho mi vũng nu Encoder
cú 10 vũng s cú 10 b ngun sỏng v thu, nu Encoder cú 16 vũng s cú 16 b
ngun sỏng v thu.
- m o vn tc hay v trớ (gúc quay), cú th s dng mó nh phõn
hoc mó Gray. Tuy nhiờn thc t ch cú mó Gray c s dng ph bin.
1.3. o vn tc vũng quay vi nguyờn tc i
n tr t.
* Cỏc n v t trng v nh ngha.
- T trng: L mt dng vt cht tn ti xung quanh dũng, hay núi chớnh
xỏc l xung quanh cỏc ht mang in chuyn ng, tớnh cht c bn ca t
trng l tỏc dng lc lờn dũng in, lờn nam chõm.
- Cm ng t B: V mt gõy ra lc t, t trng c c trng bng vộct
cm
ng t B.
Trong h thng n v SI n v cm ng t B l T (Tesla).
1T = 1Wb/m
2
= 1V.s/m

2
.
- T thụng: T thụng gi qua din tớch dS l i lng v giỏ tr bng: .
Trong úl vộc t cm ng t ti 1 im bt kỡ trờn din tớch y.l vộc t cú
phng ca vộc t phỏp tuynvi din tớch ang xột, chiu l chiu dng ca
phỏp tuyn, ln bng ln din tớch ú.
Trong h thng n v
SI, n v t thụng l Wb (Weber), nu t thụng thay i
1 n v trong thi gian 1 giõy (1s), in ỏp cm ng sinh ra trong cun dõy l 1
vụn: 1Wb = 1Vs.
- Cng t trng: Cng t trng H c c trng cho t
trng do riờng dũng in sinh ra v khụng ph thuc vo tớnh cht mụi trng
trong ú t dũng in.
Trong h thng n v SI n v ca cng t tr
ng l A/m.
* Cm bin in tr t.
Cm bin in tr t l mt linh kin bỏn dn cú 2 cc in, in tr ca
nú gia tng di tỏc ng ca t trng, trong trng hp t trng tỏc dng
thng gúc mt phng ca cm bin ta cú nhy ln nht, chiu ca t trng
khụng
nh hng gỡ n hiu ng in tr t trong trng hp ny.
ln ca tớn hiu ra ca cm bin in tr t khụng ph thuc vo tc
quay, khỏc vi trng hp cm bin in cm, ln tớn hiu ra quan h trc
tip vi tc quay, vỡ vy ũi hi cỏc thit b i
n t phc tp cú th thu
nhn c cỏc tớn hiu trờn 1 di in ỏp rng.
Ngc li vi cm bin in tr t, tớn hiu ra c hỡnh thnh bi s i
hng ca ng cm ng t thay i theo v trớ bỏnh rng (Bending of
magnetic field lines), tớn hiu ra ca cm bin vn c hỡnh thnh dự i tng
khụng di chuyn rt chm.

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

67

- Cm bin in tr t vi vt liu InSb/NiSb.















+ Hiu ng in tr t vi vt liu InSb/NiSb:
Vt liu bỏndn InSb liờn kt III V cú linh ng rt ln. Trong vt liu bỏn
dn, di tỏc dng ca t trng hng dch chuy
n ca cỏc in tớch b lch i
1 gúc ( tag = B).Do s chờnh lch ny on ng dch chuyn ca electron di
hn, kt qu l in t cm bin gia tng di tỏc dng ca t trng, hiu
-Max
Các bánh
Đờng cảm ứng
Nam châm
Hình 4.8: Tín hiệu tạo ra bởi cảm ứng điện
V

+Ma
-Max
0
a b
c
d
t
Hình 4.9
NiSb
InSb
Dòng điện
B
I