Tự động điều khiển thiết bị điện P3

Thiết bị lập trình
1
Cảm biến (Sensor)
1. Khái niệm chung
2. Một số tiêu chí đánh giá cảm biến
3. Nguyên lý làm việc của một số cảm biến
1.
Khái niệm chung
)Là những thiết bị có khả năng cảm nhận những
đại lợng điện và không điện, chuyển đổi
chúng trở thành những tín hiệu điện phù hợp
với thiết bị thu nhận tín hiệu.
)Là những thiết bị không thể thiếu trong các hệ
thống tự động hoá và sản xuất công nghiệp.
Thiết bị lập trình
2
2.1 Phạm vi cảm nhận hoặc khoảng cách cảm nhận.
2.2 Sai số.
) Sai số do mắt trễ
) Saisốvềđộphângiải
) Sai số do tuyến tính hoá
2.
Một số tiêu chí đánh giá cảm biến
2.1.
Phạm vi cảm nhận
) Là giới hạn cảm nhận của cảm biến đối với đại lợng vật lý cần
đo.
) Ví dụ:
)Cảm biến nhiệt có tín hiệu ra bằng điện tỉ lệ với
nhiệt độ cần đo. Do đó trong khoảng giới hạn
nhiệt độ trên v dới, mối quan hệ ny cần phải

tuyến tính. Vùng tuyến tính đó đợc gọi l phạm
vi cảm nhận.
)Đốivớicảmbiếntiệmcậnl khoảng giới hạn
trên v dới m cảm biến có thể phát hiện ra đối
tợng, lm cho đầu ra chuyển tín hiệu một cách
chắc chắn.
Thiết bị lập trình
3
t
U
Cao
Thấp
Đặc tính ra của một điện trở nhiệt (RTD)
Đối tợng
Cảm biến
S
n
: Khoảng cách cảm nhận
của cảm biến tiệm cận
? Sai số do mắt trễ tín hiệu
) Sự khác biệt lớn nhất giữa giá trị đầu ra đo đợc với giá trị
đầu ra lý thuyết khi tín hiệu đầu votănghoặcgiảm.
2.2.
Sai số
t
V
Mắt trễ của điện trở nhiệt (RTD)
Dải nhiệt độ ứng với điện áp V
1
Dải điện áp ứng với t

1
t
1
Thiết bị lập trình
4
? Sai số do độ phân giải
) Độ phân giải: L sự thay đổi lớn nhất của đại lợng vật lý
cần đo m không gây ra sự thay đổi về tín hiệu đầu ra của
cảm biến.
Độ phân giải của điện trở nhiệt
(RTD) với đầu ra số
t
Độ phân giải
+/- 0.25
o
C
? Sai số do tuyến tính hoá
) Với một sensor lí tởngthìtínhiệuđầuvoluôntỉlệtuyến
tính với tín hiệu đầu ra. Nhng trên thực tế để có tín hiệu đo
tuyến tính, ngời ta luôn phải tiến hnhtuyếntínhhoá.
Điều nysẽtạo rasaisốcủatínhiệu
p
V
Tuyến tính hoá trong cảm biến áp suất
caothấp
thấp
cao
dải đo
đờng cong thực tế
đờng cong lí tởng

sai số lớn nhất
Thiết bị lập trình
5
3.
Nguyên lý lm việc của một số cảm biến
3.1 Các loại cảm biến đóng cắt (dạng ON-OFF).
) Công tắc giới hạn hnh trình.
) Cảmbiếntiệmcận.
3.2 Các cảm biến sử dụng bộ chuyển đổi (transducer)
3.3 Một số cảm biến ví trí
? Công tắc giới hạn hành trình.
) Các kí hiệu điện
) Nguyênlýlmviệc
) Kiểu tác động tức thời
) Kiểu tác động có trễ
) Bố trí tiếp điểm
) Các kí hiệu điện
Tiếp điểm thờng hở (NO)
Khi mở
Khi đóng
Tiếp điểm thờng kín (NC)
Khi đóng
Khi mở
3.1.
Các cảm biến đóng cắt dạng ON - off
Thiết bị lập trình
6
ĐT
) Nguyên lí làm việc
Hnh trình nhả

Độ sai lệch giữa hai vị trí
Vị trí nhả
Quãng
đờng
chuyển
động
Vị trí đóng
Quãng đờng dự trữ
phần chấp hnh
phần đầu
phần thân
) Kiểu tác động tức thời
Tiếp điểm thờng đóng
Tiếp điểm thờng hở
Trục động
Tiếp điểm tĩnh
Tiếp điểm động
Lò xo phản hồi
Lò xo chốt
Đặc điểm
) Khi phần chấp
hnh bị tác
động, lò xo
chốt sẽ trữ
năng lợng,
đến vị trí đóng
lò xo chốt giải
phóng năng
lợng
Thiết bị lập trình

7
) Kiểu tác động có trễ
Đặc điểm
) Tiếp điểm NO
đóng trớc,
tiếp điểm NC
bị ngắt sau
Đóng trớc khi ngắt Ngắt trớc khi đóng
Đặc điểm
) Tiếp điểm NC
bị ngắt trớc,
tiếp điểm NO
đóng sau
Đặc điểm chung
) Tạo ra một khoảng thời gian trễ đủ nhỏ giữa hai loại tiếp
điểm
Trục động
Tiếp điểm động
Lò xo phản hồi
Tiếp điểm tĩnh
) Bố trí tiếp
điểm
(SPDT)
(DPDT)
Thiết bị lập trình
8
? Cảmbiếntiệmcận.
)Tiệm cận điện cảm (Inductive proximity)
)Tiệm cận điện dung (Capacitive proximity)
)Tiệm cận siêu âm (Ultrasonic proximity)

)Tiệm cận quang học (Photoelectric proximity)
) Tiệm cận điện cảm (Inductive proximity)
& L loại cảm biến sử dụng trờng điện-từ để phát hiện
đối tợng bằng kim loại.
& Điện áp lm việc DC, AC hoặc AC/DC
Phân loại:
& Theo chức năng đợc chia ra lm hai loại: PNP (sourcing)
v NPN (sinking)
)
Nguyên lí hoạt động:
Trờng điện từ
Cuộn dây tạo từ trờng
Bộ dao động
Bộ điều chỉnh điện áp
Đầu ra tải
ThiÕt bÞ lËp tr×nh
9
&Nèi d©y cho lo¹i PNP (sourcing):
T
¶i
PNP transistor
&Nèi d©y cho lo¹i NPN (sinking):
NPN transistor
T
¶i
ThiÕt bÞ lËp tr×nh
10
T¶i
T¶i
T¶i

Lo¹i 2 d©y PNP
Lo¹i 3 d©y PNP
Lo¹i 4 d©y PNP
CÊu h×nh c¶m biÕn lo¹i transistor PNP
2 d©y song song 3 d©y
2 d©y nèi tiÕp 3 d©y
Thiết bị lập trình
11
& Theo khoảng cách đợc chia ra lm hai loại: có bảo vệ
(shielded) v không bảo vệ (unshielded)
Bề mặt sensor
Có bảo vệ Không bảo vệ
Nhận xét:
) Khoảng cách cảm nhận từ 0.6 - 20 (mm)
) Tiệm cận điện cảm phụ thuộc vomộtsốyếutố
sau của đối tợng:
& Hình dáng đối tợng
& Độ dầy của đối tợng
& Vật liệu của đối tợng
) Tiệm cận điện dung (Capacitive proximity)
& L loại cảm biến sử dụng trờng tĩnh điện để phát hiện
đối tợng bằng kim loại v phi kim loại.
& Điện áp lm việc DC, AC hoặc AC/DC
Phân loại:
& Theo chức năng đợc chia ra lm hai loại: PNP (sourcing)
v NPN (sinking)
& Tất cả cảm biến điện dung của siemens đều có bảo vệ
(shielded)
Bề mặt sensor
Đối tợng

Thiết bị lập trình
12
)
Nguyên lí hoạt động:
Nhận xét:
) Khoảng cách cảm nhận từ 5 - 20 (mm)
) Có khả năng phát hiện mức chất lỏng xuyên qua thùng
trong suốt (Chất lỏng phải có hằng số điện môi cao hơn
vỏ thùng)
)
Môi trờng lm việc phải khô, bởi vì khi có chất lỏng
trên bề mặt của cảm biến, cảm biến có thể tác động
nhầm.
Thiết bị lập trình
13
Hằng số điện môi của một số vật liệu
) Tiệm cận siêu âm (Ultrasonic proximity)
& L loại cảm biến sử dụng bộ thu phát tín hiệu siêu âm,
tần số cao.
a/ Nguyên lí lm việc
b/ Đặc điểm
c/ Các chế độ hoạt động
d/
ả
nh hởng của môi trờng
Thiết bị lập trình
14
Nguyên lí lm việc
Vùng mù:
&

V
ùng này tồn tại ngay phía trớc cảm biến, tuỳ theo loại cảm biến mà
vùng mù này có khoảng cách chừng 6 - 80 cm. Nếu đối tợng đợc đặt
trong vùng này sẽ khiến cho trạng thái đầu ra không ổn định.
Đặc điểm
Thiết bị lập trình
15
Các cảm biến đặt song song
:
& Giả thiết 2 cảm biến có cùng khoảng cách cảm nhận đợc đặt song
song với nhau. Đối tợng đặt vuông góc với nguồn âm. Vậy khoảng
cách giữa các cảm biến đợc xác định thông qua khoảng cách cảm
nhận.
& Ví dụ nếu khoảng cách cảm nhận là 6 cm, thì khoảng cách giữa các
cảm biến là 15 cm
.
Khoảng cách X (cm)
cảm nhận
(cm)
6-30 > 15
20-130 > 60
40-300 > 150
60-600 > 250
80-1000 > 350
Nhiễu giao nhau giữa các cảm biến
& Nhiễu xảy ra khi các cảm biến đợc đặt gần nhau, chùm phản xạ của
cảm biến này lại tác động đến cảm biến khác
& Trong trờng hợp này khoảng cách X cần đợc xác định thông qua thử
nghiệm.
Thiết bị lập trình

16
Khoảng cách tối thiểu cho hai cảm biến đặt đối
nhau
& Giả thiết 2 cảm biến có cùng khoảng cách cảm nhận đợc đặt đối diện
nhau. Khoảng cách X đợc xác định sao cho 2 cảm biến không gây
nhiễu cho nhau.
Khoảng cách X (cm)
cảm nhận
(cm)
6-30 > 120
20-130 > 400
40-300 > 1200
60-600 > 2500
80-1000 > 4000
Góc nghiêng:
& Góc nghiêng giữa đối tợng với phơng truyền sóng phải đợc cân
nhắc khi lắp đặt. Nếu góc nghiêng quá lớn sóng phản xạ có thể không
đến đợc cảm biến.
Thiết bị lập trình
17
Đối với chất lỏng v vật liệu dới dạng hạt:
& Đối với chất lỏng (ví dụ nớc) giới hạn góc nghiêng ở 3
o
& Đối với vật liệu dới dạng hạt thì góc nghiêng có thể lớn tới 45
o
.
Loại bỏ đối tợng nhiễu:
& Một đối tợng nhiễu bất kì có thể nằm trong phạm vi cảm nhận của
cảm biến. Điều này sẽ gây ra tác động nhầm của cảm biến. Để loại bỏ
đối tợng nhiễu ngời ta dùng một loại vật liệu có khả năng hấp thụ

âm, chỉ để lại một khe hở khiến cho nguồn âm không thể tới đối tợng
nhiễu đợc.
Đối tợng nhiễu
Khe hở
Vậtliệuhấpthụâm
Thiết bị lập trình
18
Các chế độ hoạt động:
& Khuếch tán
& Phản xạ
& Xuyên suốt
Khuếch tán:
& Đây là chế độ làm việc phổ biến của cảm biến siêu âm. Khi đối tợng
bị phát hiện trong phạm vi cảm nhận thì cảm biến sẽ chuyển trạng thái
đầu ra, chế độ này hoạt động nh một cảm biến tiệm cận.
Ph
ạm vi
cảm nhận
Phản xạ:
& Trong chế độ này có dùng thêm một bộ phản xạ đợc đặt trong vùng
làm việc. Bộ phản xạ đợc điều chỉnh sao cho các sóng âm sau khi
đập vào bộ phản xạ sẽ quay trở về cảm biến. Khi đối tợng cần phát
hiện cản trở sóng phản xạ thì cảm biến sẽ tác động.
& Bộ phản xạ thờng đợc dùng khi đối tợng có hình dạng đặc biệt,
hoặc hấp thụ âm thanh.