Đo lường công nghiệp

Nguyên lý đo tt+ Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vị trí của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển + Ứng v

Trao đổi trực tuyến tại: http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

Giảng viên: Nguyễn Đức Hoàng

Bộ môn Điều Khiển Tự Động

Khoa Điện – Điện Tử

Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Email: ndhoang@hcmut.edu.vn

MÔN HỌC

C ẢM BIẾN ĐO

CHƯƠNG 4

N ội dung chương 4

Nguyên lý đo

Vị trí là thuật ngữ chỉ tọa độ của một đối tượng với chuẩn

chọn trước

Dịch chuyển là sự chuyển động của đối tượng từ vị trí

Nguyên lý đo (tt)

+ Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vị trí

của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần

tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển

+ Ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một

xung Việc xác định vị trí và dịch chuyển được tiến hành

bằng cách đếm số xung phát ra

Nguyên lý đo (tt)

Một số cảm biến không đòi hỏi liên kết cơ học giữa cảm

biến và vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển.

Mối liên hệ giữa vật dịch chuyển và cảm biến được thực

hiện thông qua vai trò trung gian của điện trường, từ

trường hoặc điện từ trường, ánh sáng

C ảm biến điện trở

Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Cảm biến gồm một điện trở cố định, trên đó có một tiếp

xúc điện có thể di chuyển gọi là con chạy Con chạy được

C ảm biến điện trở

Ví dụ:

Cảm biến điện trở được sử dụng để đo góc của cánh tay

như hình vẽ Tính góc quay của cánh tay khi áp ra Vout =

2.34V Biết tầm đo của cảm biến là 3500 ứng với 10V.

C ảm biến điện trở

Ví dụ: Joystick

Tính vx , vy ?

C ảm biến điện trở

vào thấp  sai số tải

Sai số tải = VNL – VL

VNL : áp ra khi không có tải

VL : áp ra khi có tải

VD:

Chiết áp 10K được sử dụng làm cảm biến vị trí Giả sử

con trượt ở giữa tầm Tính sai số tải khi:

a) Mạch giao tiếp có trở kháng ngõ vào vô cùng

b) Mạch giao tiếp có trở kháng ngõ vào bằng 100K

C ảm biến điện trở

Tính sai số tương đối:

Chiết áp đo dịch chuyển Mạch tương đương

0 0

m

v v v

  

Tìm vị trí con trượt để  lớn nhất Tính max

C ảm biến điện dung

Cảm biến điện dung thực chất là một tụ điện gồm 2 điện

cực, giữa chúng chứa chất điện môi

Giả sử cảm biến là một tụ phẳng có tiết diện bản cực S,

khoảng cách giữa 2 bản cực  và chứa chất điện môi 

Điện dung của tụ điện là:

các thông số S, ,  làm C thay đổi.

Cảm biến thực hiện ở dạng đơn hoặc dạng kép (vi sai)

S





C ảm biến điện dung

C ảm biến điện dung

Cảm biến điện dung chia thành 2 nhóm lớn:

+ Cảm biến máy phát: đại lượng ra là điện áp U, loại này

dùng đo các đại lượng cơ

hiệu ra là điện dung C

C ảm biến điện dung

điện C sẽ thay đổi.

Với sự thay đổi nhỏ ta có các phương trình:

S

C 





C ảm biến điện dung

Độ nhạy của cảm biến:

+ Khi  thay đổi (,S = const):

+ Khi S thay đổi (,  = const):

+ Khi  thay đổi (,S = const):

 Độ nhạy của cảm biến điện dung là tuyến tính khi điện

giữa 2 bản cực  thay đổi.

0 0

/

1 /

S

C C S

/

1 /

S

C C S

 



 



C ảm biến điện dung

Tụ điện kép (vi sai)

C ảm biến điện dung

Tụ điện kép (vi sai)

C ảm biến điện dung

Mạch đo thường là các mạch cầu không cân bằng cung cấp

bằng nguồn áp xoay chiều với tần số lớn (MHz)

C ảm biến điện dung

Mạch đo dịch chuyển của cảm biến điện dung

Nếu độ dịch chuyển  << 0 , ta được: 0

0 1

ra

U j U

C ảm biến điện dung

VD1: Cho mạch đo như hình vẽ, tụ C được dùng làm cảm

biến đo dịch chuyển Khi khoảng cách khe hở 0 = 10mmthì tụ C có giá trị 10F Nếu điện áp ra đo được có trị hiệu

dụng bằng 5V, hỏi khoảng dịch chuyển là bao nhiêu? Biết

áp cung cấp U0 có trị hiệu dụng bằng 10V và tần số 1Mhz,

R1 = 100K

C ảm biến điện dung

VD2: Sử dụng tụ kép để đo dịch chuyển Dùng mạch cầu

và mạch khuếch đại để đo điện áp đầu ra Tính độ dịch

chuyển khi biết áp ra và áp vào Bỏ qua ảnh hưởng của các

tụ kí sinh.

C ảm biến điện dung

VD3: Tìm điều kiện cần thỏa mãn của các R và C để ngõ ra

tỉ lệ với dịch chuyển và độc lập với tần số.

C ảm biến điện cảm

Cảm biến điện cảm hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ

Cảm biến điện cảm là một cuộn dây bằng đồng có đường

hở không khí (mạch từ hở).

Dưới tác động của đại lượng đo phần ứng dịch chuyển làm

thay đổi và điện cảm L cũng thay đổi.

C ảm biến điện cảm

C ảm biến điện cảm

Biến áp vi sai thay đổi tuyến tính (LVDT)

không có các tiếp xúc trượt.

C ảm biến điện cảm

Biến áp vi sai thay đổi tuyến tính (LVDT)

C ảm biến điện cảm

Mạch đo LVDT

C ảm biến quang

ADC

C ảm biến quang

Độ phân giải 3600/16 = 22.50

ƯĐ: ngõ ra vị trị tuyệt đối

NĐ: yêu cầu nhiều tế bào

nếu không sẽ gây ra sai số

C ảm biến quang

Encoder tuyệt đối : Sai số do canh sai

C ảm biến quang

Vị trí được xác định bằng cách đếm số rãnh đi qua tế bào

C ảm biến quang

tế bào quang điện đếm được 100 rãnh theo chiều kim đồng

hồ, 30 rãnh ngược chiều kim, sau đó 45 rãnh cùng chiều

kim Hỏi vị trí hiện tại?

C ảm biến quang

C ảm biến quang

Mạch đếm

C ảm biến quang

đếm là 00100110 Hỏi góc quay là bao nhiêu?