Giáo trình điện tử công nghiệp pot

Để dễ hiểu có thể so sánh cảm nhận của cảm biến qua 5 giác quan của người như bảng 1.1 sau: Bảng 1.1: Cảm biến và 5 giác quan con người 5 giác quan Thay đổi môi trường Thiết bị cảm biế

Giáo trình

điện tử công nghiệp

Lời nói đầu

Theo xu hướng phát triển của nền khoa học kỹ thuật hiện đại, nhiều thành tựu mới trong kỹ thuật điện tử, điện tử số… đã được ứng dụng rộng khắp trong các lĩnh vực công nghiệp Nước ta đã và sẽ nhập nhiều các máy móc, thiết bị rất hiện đại nên đòi hỏi người kỹ sư phải có các kiến thức tiên tiến, không ngừng nâng cao trình độ … mới có thể nắm bắt, xử lý được các công nghệ hiện đại trên Do vậy, nếu trước đây môn học Điện tử công nghiệp chỉ là một môn học trong chương trình học của khối kỹ thuật thì nay đã phát triển rất nhanh và trở thành một chuyên ngành trong các trường đại học và trung học chuyên nghiệp Cụ thể tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, môn học này đã trở nên một trong nhiều chuyên ngành mà sinh viên ngành điện tử phải chọn khi thi vào trường

Các môn học tiên quyết của môn học này là: Kỹ thuật điện đại cương, Kỹ thuật điện tử … nói chung là các môn cơ bản của chuyên ngành điện – điện tử Do đây là bài giảng về Điện tử công nghiệp dành riêng cho sinh viên đại học các ngành không chuyên điện nên nội dung biên soạn trong giáo trình chủ yếu mang tính định tính, ít định lượng Mong muốn sao cho các sinh viên không chuyên điện hiểu được các vấn đề cơ bản về Điện tử công nghiệp để sau này ứng dụng vào công việc thực tiễn tại các nhà máy xí nghiệp Nếu muốn tìm hiểu sâu hơn về chuyên ngành này, có thể tham khảo giáo trình Điện tử công nghiệp dành cho sinh viên chuyên ngành Điện tử

sẽ ra mắt bạn đọc sau giáo trình này trong một khoảng thời gian không xa Mặc dù vậy nhưng nội dung vẫn khá đầy đủ các ý chính của môn học Điện tử công nghiệp như với sinh viên chuyên điện (chỉ thiếu phần AVR máy phát điện đồng bộ) Điểm khác cơ bản là nội dung được trình bày trong giáo trình này chỉ mang tính giới thiệu nguyên lý hoạt động, cơ sở lý luận và các ứng dụng thực tiễn không đi vào các thiết kế chuyên sâu Cụ thể bài giảng được phân thành các chương như sau:

- Chương 1: Cảm biến / Công tắc không tiếp điểm

- Chương 2: Gia nhiệt trong công nghiệp, máy hàn điện trở

- Chương 3: Điều khiển theo chương trình - PLC

- Chương 4: Điều khiển tốc độ động cơ điện

Mỗi chương trong tài liệu đều được trình bày từ dễ đến khó, từ thấp đến cao, luôn coi trọng các khái niệm, định nghĩa cùng các ứng dụng thực tiễn, giúp người đọc

dễ dàng tiếp cận với các công nghệ mới ứng dụng điện tử công nghiệp Sau mỗi chương

tài liệu có các câu hỏi và bài tập củng cố kiến thức giúp sinh viên ôn tập lại các kiến thức cốt lõi trong chương

Để nâng cao tính tích cực vận động trong sinh viên, trong bài giảng này người viết đã đưa thêm vào chương 4 việc dạy và học ứng dụng truyền thông đa phương tiện (Multimedia) qua giáo trình điện tử: “Thực hành lập trình vi điều khiển / vi xử lý ứng dụng truyền thông đa phương tiện” của cùng tác giả Có thể nói việc “thầy dạy bằng đa phương tiện, trò học bằng đa giác quan” sẽ làm tăng khối lượng kiến thức truyền đạt trong khi số giờ lên lớp không thay đổi Nghĩa là ngoài bài giảng truyền thống còn có tài liệu điện tử dạng truyền thông đa phương tiện đi kèm giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức theo đúng qui luật nhận thức: “từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng” Sắp tới đây chúng tôi sẽ giới thiệu một tài liệu về Điện tử Công nghiệp dạng truyền thông đa phương tiện dành riêng cho sinh viên chuyên ngành Điện – Điện tử (nội dung sẽ kết hợp với các ví dụ mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng) Với tài liệu tham khảo này, các chuyên đề trong lĩnh vực Điện tử công nghiệp sẽ được trình bày một cách chi tiết hơn

Mặc dù đã làm việc với một tinh thần khẩn trương và trách nhiệm, song do thời gian và trình độ có hạn chắc chắn tập bài giảng điện tử không thể tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ độc giả để có thể hoàn chỉnh tập bài giảng trong lần tái bản sau Mọi đóng góp xin gửi về Bộ môn Điện tử công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố

Hồ Chí Minh

T.p Hồ Chí Minh, tháng 10/2010

Tác giả

MỤC LỤC

Chương 1:

1.1 Khái niệm cơ bản 1.2 Cảm biến quang………

1.2.1 Hiệu ứng quang điện 1.2.2 Các linh kiện quang điện thông dụng

1.2.2.1 Điện trở quang 1.2.2.2 Diode quang 1.2.2.3 Transistor quang 1.2.2.4 Diode phát quang 1.2.2.5 Ghép quang 1.2.2.6 Pin mặt trời 1.2.2.7 Cáp quang (tơ quang dẫn) 1.2.3 Mạch điện điển hình

1.3 Cảm biến nhiệt……….

1.3.1 Các linh kiện nhiệt thông dụng

1.3.1.1 Điện trở nhiệt Nickel, Platin 1.3.1.2 Điện trở nhiệt PTR và NTR 1.3.1.3 Cặp nhiệt điện

1.3.1.4 Vi mạch cảm biến nhiệt (LM 35) 1.3.2 Mạch điện điển hình

1.4 Cảm biến từ………

1.4.1 Khái niệm cơ bản 1.4.2 Cảm biến HALL

1.4.2.1 Hiệu ứng Hall 1.4.2.2 Cấu trúc của cảm biến Hall 1.4.2.3 Ứng dụng của cảm biến Hall 1.5 Một số dạng cảm biến thông dụng………

1.5.1 Mạch nhận biết sự dịch chuyển 1.5.2 Mạch đếm

1.5.3 Mạch dò khuyết tật trong kim loại 1.5.4 Hệ thống dây chuyền sản xuất tự động

1.6 Một số mạch điện cảm biến thông dụng………

1.6.1 Cảm biến từ 1.6.2 Cảm biến mực nước 1.6.3 Cảm biến thu – phát hồng ngoại 1.6.4 Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification)

Chương 2:

GIA NHIỆT TRONG CÔNG NGHIỆP, MÁY HÀN ĐIỆN TRỞ

2.1 Lò điện trở

2.1.1 Khái niệm cơ bản 2.1.2 Sơ đồ khống chế lò 2.2 Lò hồ quang……… ………

2.2.1 Khái niệm cơ bản 2.2.2 Sơ đồ khống chế lò 2.3 Lò cảm ứng……….

2.3.1 Khái niệm cơ bản 2.3.2 Sơ đồ khống chế lò

2.4 Giới thiệu máy hàn tiếp xúc………

2.4.1 Giới thiệu – nguyên lý làm việc 2.4.2 Chu kỳ làm việc của máy hàn điểm 2.4.3 Mạch điện máy hàn tiếp xúc điển hình

Chương 3:

ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH / PLC

3.1 Khái niệm cơ bản

3.1.1 Điều khiển và điều khiển tự động 3.1.2 Giới thiệu các hệ thống điều khiển

3.1.2.1 Hệ thống điều khiển dùng rơ-le, thiết bị cơ khí 3.1.2.2 Hệ thống điều khiển dùng mạch điện tử 3.1.2.3 Hệ thống điều khiển dùng kỹ thuật vi xử lý / vi điều khiển 3.1.2.4 Hệ thống điều khiển dùng máy tính

3.1.3 Giới thiệu thiết bị điều khiển theo chương trình-PLC

3.2 Cấu trúc phần cứng của PLC……….

3.2.1 Bộ xử lý trung tâm 3.2.2 Bộ nhớ

3.2.3 Khối vào / ra 3.2.4 Thiết bị lập trình 3.3 Cơ chế hoạt động PLC………

3.4 Lập trình trên PLC……….

3.4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình

3.4.1.1 Các lệnh cơ bản 3.4.1.2 Các ví dụ minh hoạ 3.4.2 Các bài toán điển hình

3.4.2.1 Điều khiển động cơ có bảo vệ điểm không 3.4.2.2 Điều khiển đảo chiều quay động cơ

3.5 Những ứng dụng của PLC trong công nghiệp………

3.5.1 Điều khiển robot 3.5.2 Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufaturing System-FMS) 3.5.3 Điều khiển quá trình

3.5.4 Truyền dẫn tín hiệu giữa các thiết bị tự động

Chương 4:

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

4.1 Khái niệm cơ bản 4.2 Giới thiệu các động cơ điện thông dụng………

4.2.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập / song song 4.2.2 Động cơ điện vạn năng

4.2.3 Động cơ điện một chiều không chổi than 4.2.4 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha 4.2.5 Động cơ bước

4.3 Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập………

4.3.1 Nguyên tắc điều khiển 4.3.2 Mạch điện điển hình 4.4 Điều khiển tốc độ động cơ điện vạn năng………

4.4.1 Nguyên tắc điều khiển

4.4.2 Mạch điện điển hình 4.5 Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều không chổi than

4.5.1 Nguyên tắc điều khiển 4.5.2 Mạch điện điển hình 4.6 Điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha

4.6.1 Nguyên tắc điều khiển 4.6.2 Phương pháp điều chế theo bề rộng xung 4.6.3 Phương pháp điều khiển sáu bước

4.6.4 Phương pháp điều chế vector không gian 4.7 Điều khiển tốc độ động cơ bước……….

4.7.1 Nguyên tắc điều khiển 4.7.2 Mạch điện điển hình 4.8 Ứng dụng vi xử lý/vi điều khiển trong điều khiển tốc độ động cơ

4.8.1 Kiến thức cơ bản 4.8.2 Giới thiệu cách sử dụng tài liệu điện tử 4.8.3 Các bài toán minh hoạ

4.8.4 Các bài tập củng cố

Chương 1

CẢM BIẾN / CÔNG-TẮC KHÔNG TIẾP ĐIỂM

Chương này giới thiệu về các hệ thống cảm biến sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Ta sẽ

khảo sát bằng cách nào hệ thống máy móc thiết bị trong công nghiệp có thể hiểu và xử lý

được các tín hiệu tự nhiên, đa phần là các tín hiệu không điện

1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Cảm biến – sensor: xuất phát từ chữ “sense” nghĩa là giác quan – do đó nó như các giác quan trong cơ thể con người Nhờ cảm biến mà mạch điện, hệ thống điện có thể thu

nhận thông tin từ bên ngoài Từ đó, hệ thống máy móc, điện tử tự động mới có thể hiển thị

thông tin về đại lượng đang cảm nhận hay điều khiển quá trình hoạt động theo một chương

trình định trước có khả năng thay đổi một cách uyển chuyển theo môi trường hoạt động

Để dễ hiểu có thể so sánh cảm nhận của cảm biến qua 5 giác quan của người như bảng 1.1 sau:

Bảng 1.1: Cảm biến và 5 giác quan con người

5 giác quan Thay đổi môi trường Thiết bị cảm biến Thị giác

Xúc giác

Vị giác Thính giác Khứu giác

Ánh sáng/ hình dạng/ kích thước/

vị trí/xa gần/màu sắc Áp suất/ nhiệt độ/ cơn đau/ tiếp xúc/ tiệm cận/ ẩm/ khô

Ngọt/ nóng/ chua/ cay/ mặn/ béo Aâm trầm/ âm bổng/ sóng âm/ âm lượng

Mùi của các chất khí/ chất lỏng

Camera thu hình Cảm biến quang Nhiệt trở, cảm biến tiệm cận, cảm biến độ rung động

Đo lượng đường trong máu

Mi-crô, cảm biến sóng siêu âm

Đo độ cồn/ thiết bị cảm nhận khí gas

Do cảm biến rất đa dạng nên có thể phân loại cảm biến theo nhiều cách khác nhau như: dạng tín hiệu ngõ vào cảm biến; nguyên lý cảm biến: cảm biến tích cực, cảm biến thụ

động; tính chất cảm biến: cảm biến cơ, cảm biến điện … Thông thường người ta phân chia

cảm biến theo dạng tín hiệu ngõ vào mà bộ cảm biến sẽ chuyển đổi Với cách phân chia này,

có thể phân chia cảm biến theo các dạng như sau: cảm biến quang; cảm biến nhiệt; cảm

biến từ (từ trường); cảm biến âm thanh; cảm biến độ ẩm, cảm biến cơ, cảm biến tốc độ, cảm

biến lưu lượng dòng chảy … Minh hoạ trên hình 1.1

Tín hiệu/ Dữ liệu ngõ ra

Dò tìm/

Chuyển đổi

Thay đổi của môi trường

Hình 1.1: Minh hoạ chức năng của cảm biến

CẢM BIẾN

Khối lượng

Vị trí Ánh sáng

Nhiệt ngẫu

Điện trở gia nhiệt

đây rồi!

À! Cảm biến Phần tử

đĩng cắt

Mạch điều khiển

Hình 1.2: Cấu tạo một lò sấy sử dụng mạch điều khiển nhiệt đo

Có thể minh hoạ hình ảnh của một bộ công tắc không tiếp điểm dùng trong một lò sấy như hình 1.2 Trong lò có điện trở gia nhiệt nhằm cấp nhiệt cho lò, giúp lò luôn có nhiệt độ ổn định trong mức đặt trước Tần suất đóng cắt của điện trở này tuỳ thuộc vào bộ điều khiển nhiệt độ điều tiết phần tử đóng cắt điện cho điện trở Tín hiệu ngõ vào của bộ điều khiển nhiệt độ được lấy ngay trên nhiệt độ lò thông qua nhiệt ngẫu Rõ ràng tại nhiệt ngẫu không hề có một tiếp điểm cơ khí nào nhưng điện trở vẫn được đóng cắt nguồn điện cung cấp để duy trì nhiệt độ lò luôn ở một mức định trước Do vậy, người ta còn gọi hệ này là công tắc không tiếp điểm

Nếu như vài thập niên trước đây, thuật ngữ “ngôi nhà thông minh” chỉ có trong phim viễn tưởng hay trí tưởng tượng của con người thì nay những điều tưởng tượng đó đã trở thành

hiện thực! Đóng góp rất lớn trong việc kiến tạo nên các ngôi nhà thông minh đó phải kể đến

vai trò của các cảm biến

Mặc dù chi phí đầu tư cho thiết kế và chế tạo cảm biến rất cao nhưng do tầm quan trọng của cảm biến trong thực tiễn sinh hoạt, sản xuất … người ta vẫn tiếp tục không ngừng

đầu tư cho lĩnh vực này Do vậy mà chủng loại cũng như chất lượng của cảm biến liên tục

phát triển Sau đây sẽ giới thiệu là một số cảm biến thông dụng

1.2 CẢM BIẾN QUANG

Đây là thiết bị cảm nhận tín hiệu ánh sáng, biến chúng thành tín hiệu điện giúp mạch điện xử lý tốt các tình huống trong thực tế Ánh sáng ở đây phải được hiểu là ánh sáng

với một dãy tần số rất rộng mà trong đó ánh sáng thấy được chỉ nằm trong một dãy tần số

khá hẹp Minh hoạ qua hình 1.3 Phổ ánh sáng thấy được có bước sóng từ 400nm đến

700nm Bước sóng ngắn hơn có tia cực tím (ultra-violet) và tia X, bước sóng dài hơn có hồng

ngoại (infra-red) Trong hình này cũng trình bày chi tiết các phổ màu của các LED đang sử

dụng phổ biến

Hình 1.3: Phổ ánh sáng

X-RAY ULTRA-VIOLET VISIBLE NEAR-INFRARED MID-INFRARED FAR-INFRARED

1nm 400 nm 3 μ m 30 μ m

Visible Blue LEDs Visible Red LEDs InfraRed LEDs

Visible Green LEDs

cảm biến này chủ yếu làm việc theo hiệu ứng quang điện

1.2.1 Hiệu ứng quang điện

Ở đây chỉ trình bày các ý chính trong hiệu ứng quang điện giúp sinh viên dễ dàng nắm bắt nội dung các phần sau Hiệu ứng quang điện có thể chia thành hai loại: hiệu ứng

quang dẫn và hiệu ứng quang nối

1.2.1.1 Hiệu ứng quang dẫn

Khi vật dẫn điện được ánh sáng rọi vào thì độ dẫn điện của nó sẽ thay đổi Hướng thay đổi tuỳ thuộc vào tính chất của vật liệu cấu thành Ví dụ: khi rọi sáng chất bán dẫn sẽ

làm gia tăng các hạt tải điện đa số (lỗ và điện tử), do đó tăng tính dẫn điện cho khối bán

dẫn này, trong khi đó cũng làm như trên cho kim loại hay hợp kim thì lại làm giảm độ dẫn

điện của vật dẫn

1.2.1.1 Hiệu ứng quang nối

Một mối nối P-N khi được rọi sáng sẽ phát ra một sức điện động Sức điện động này

tỉ lệ với cường độ ánh sáng rọi vào mối nối và có giá trị ngưỡng tuỳ thuộc vào vật liệu cấu thành nên mối nối (Silicium hay Germanium)

1.2.2 Các linh kiện quang điện thông dụng

1.2.2.1 Quang trở (Photo Resistor)

Quang trở còn được gọi là điện trở có giá trị tuỳ thuộc vào ánh sáng LDR (Light Dependent Resistor) là linh kiện có điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào Ký hiệu như hình 1.4 Nguyên tắc làm việc dựa trên hiệu ứng quang dẫn: độ dẫn điện trên quang trở tuỳ thuộc vào ánh sáng rọi trên nó Minh hoạ qua đặc tuyến trên hình 1.4:

Ký hiệu

Hình 1.4: Ký hiệu và đặc tuyến quang trở

1.2.2.2 Diode quang (Photo Diode)

Diode quang làm việc dựa trên hiệu ứng quang dẫn Cấu tạo từ một lớp tiếp giáp P-N làm việc

ở chế độ phân cực nghịch, do đó ở điều kiện bình thường linh kiện gần như không dẫn điện Khi ánh sáng rọi vào kích thích các lỗ và điện tử bứt khỏi mạng liên kết, gia tăng hạt tải điện

đa số dẫn đến thay đổi đáng kể giá trị dòng điện ngược chạy qua diode Ký hiệu và đặc tuyến làm việc trên hình 1.5

Hình 1.5: Ký hiệu và đặc tuyến quang diode

1.2.2.3 Transistor quang (Photo Transistor)

Vẫn có 3 lớp bán dẫn như các BJT thông thường nhưng cực B hở mạch Người ta thay đổi dòng I C bằng cách thay đổi cường độ ánh sáng chiếu vào (thay vì điều khiển dòng I B để khống chế I C như các BJT bình thường khác) Ký hiệu và đặc tính volt-amper của một phototransistor điển hình như hình 1.6:

Hình 1.6: Ký hiệu và đặc tuyến quang transistor

Qua đặc tuyến ta nhận thấy vai trò của cường độ ánh sáng rọi vào tương tự như vai trò của I B Do đó độ dẫn điện giữa C và E tuỳ thuộc vào cường độ rọi sáng trên miền B

Cường độ rọi sáng càng lớn thì mật độ bức xạ các hạt điện tử và lỗ trống càng mạnh khiến

cho dòng qua hai cực C và E càng dễ dàng hoặc ngược lại

1.2.2.4 Diode phát quang (Light Emitting Diode: LED)

Hình 1.7 : Ký hiệu LED

Cấu tạo từ một mối nối P-N có cấu tạo đặc biệt sao cho khi có dòng điện phân cực thuận chảy qua, LED sẽ phát

ra ánh sáng Tuỳ vào vật liệu chế tạo mà ánh sáng phát ra có tần số khác nhau Ví dụ LED chế tạo từ GaAs sẽ phát ra ánh sáng hồng ngoại; từ GaAsP (có phosphor) sẽ phát ra ánh sáng đỏ hay vàng …

LED có tần số đóng cắt, hiệu suất phát sáng và tuổi thọ rất cao; màu sắc phát ra rất đa dạng như xanh, lục, vàng, đỏ, phổ tần số phát rộng, giá thành thấp… Chính vì các lý do này LED đã trở thành một linh kiện hiển thị thông dụng nhất hiện nay cho các thiết bị điện - điện tử

1.2.2.5 Ghép quang (Optron/Opto Coupleur)

Ghép quang dạng đơn giản nhất bao gồm một LED và một photo transistor, photo TRIAC … được ghép vào chung một vỏ Môi trường nằm giữa chúng là môi trường truyền ánh

sáng, cấu tạo xem trên hình 1.8 Khi dòng chảy qua LED, photo transistor dẫn dòng nối tắt

hai chân C và E, ngược lại C và E hở mạch

Do môi trường truyền dẫn ánh sáng có khả năng cách điện rất cao nên optron có khả năng cách ly rất tốt về điện giữa mạch điều khiển (điều khiển LED) và mạch động lực (chứa

photo transistor)

Để thuận tiện hơn cho việc điều khiển thiết bị, người ta còn chế tạo các optron SCR, Triac … (thay thế photo transistor bởi SCR, Triac …)

Hình 1.8 : cấu tạo một optron transistor đơn giản

1.2.2.6 Pin quang điện (Photo Cell)

Pin quang điện hay còn gọi là tế bào quang điện ký hiệu trên hình 1.9 a, làm việc dựa trên hiệu ứng quang nối Khi mối nối P-N của pin quang điện được chiếu sáng sẽ xuất hiện trên nó một sức điện động V Ф Sức điện động này có giá trị thay đổi theo cường độ rọi sáng trên nó và có giá trị trung bình tuỳ thuộc vào vật liệu cấu thành nên mối nối (Silicium hay Germanium)

Hình 1.9: Pin mặt trời

a) Ký hiệu b) Ghép nối hỗn hợp Tuỳ vào cấu tạo mà pin quang điện có các tính chất khác nhau Ví dụ khi được chế tạo làm linh kiện thu nhận ánh sáng (cảm biến quang) thì người ta quan tâm đến thông số mức ánh sáng ngưỡng, phổ ánh sáng tác động, trong khi chế tạo làm pin mặt trời người ta lại quan tâm đến sức điện động quang V Ф ; dòng điện cung cấp ra tải I Ф ; hiệu suất của quá trình biến đổi năng lượng từ quang sang điện …

Để có được các bộ nguồn cấp điện từ ánh sáng mặt trời, người ta thường chế tạo nhiều pin quang điện không đóng vỏ thành từng linh kiện rời mà ghép nối hỗn hợp với nhau trên một diện tích rộng để tiện cho việc tiếp nhận ánh sáng, tăng dòng và áp phát ra phù hợp với yêu cầu đặt ra từ phụ tải (hình 1.9b)

1.2.1.6 Cáp quang

Những đòi hỏi ngày càng cao trong mạng thông tin luôn yêu cầu cao về khoảng cách và vận tốc đường truyền; những yêu cầu khắc nghiệt về nhiệt độ làm việc, độ ẩm, môi trường xung quanh là các chất lỏng … đã loại các dây dẫn bằng kim loại ra khỏi một số ứng dụng và được thay thế bởi các dây dẫn quang học: cáp quang Cáp quang được chế tạo từ những sợi tơ quang dẫn

Tơ quang dẫn bằng thuỷ tinh là phương tiện truyền tin tốt nhất, nhưng giá thành quá cao nên vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi Chủ yếu hiện nay sợi quang dẫn chủ yếu vẫn bằng chất dẻo tổng hợp

Các ưu điểm chính của cáp quang :

- Độ suy giảm tín hiệu thấp

- Nội dung tín hiệu truyền bảo đảm tuyệt mật

- Thay thế đồng - một kim loại ngày càng đắt đỏ Cụ thể 10g tơ quang dẫn có độ dẫn tương đương 6 Kg đồng

- Có độ cách điện giữa nơi phát và thu cao (hàng nghìn volts)

- Không có hiệu ứng vòng đất

- Tín hiệu truyền trên tơ quang dẫn thích hợp với các linh kiện IC logic TTL, CMOS …

- Truyền tin bằng tơ quang dẫn không bị nhiễu và không có hiệu ứng « thời gian trễ » như truyền bằng vệ tinh địa tĩnh

- Độ rộng băng thông rất lớn (đến 3000 GHz) Cho đến nay với cách truyền tin AM có độ rộng băng thông chỉ 10 GHz

1.2.2 Mạch điện điển hình

Đây là mạch điện ứng dụng tốt trong việc tự động chiếu sáng cho cầu thang, hành lang … , cụ thể đóng điện khi trời tối và cắt điện khi trời sáng Mạch có độ miễn nhiễu cao, ví

dụ khi trời tối nhưng mạch bị rọi sáng bởi ánh đèn pin cầm tay hoặc đèn xe ô tô quét qua thì

mạch vẫn không đổi trạng thái Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 1.10 Tóm tắt nguyên lý

làm việc như sau:

- Khi môi trường xung quanh quang trở (LDR) còn sáng, điện trở LDR rất bé gần như nối điện thế chân B của Q 1 xuống 0V do đó Q 1 , Q 2 không dẫn Rơ le K mất điện

- Khi môi trường xung quanh quang trở (LDR) tối, điện trở LDR rất lớn, Dòng điện phân cực chảy vào chân B của Q 1 kích dẫn Q 2 Rơ le K có điện Mạch đổi trạng thái

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng

Các linh kiện phụ trợ khác: tụ C giảm nhiễu cho mạch khi độ sáng của môi trường xung quanh có những thay đổi đột biến Biến trở VR chỉnh độ nhạy của mạch cảm biến

Diode D bảo vệ transistor quá dV/dt

1.3 CẢM BIẾN NHIỆT

Đây là thiết bị cảm nhận tín hiệu nhiệt, biến chúng thành tín hiệu điện giúp mạch điện xử lý tốt các tình huống trong thực tế

Cũng như linh kiện quang điện, linh kiện nhiệt rất phong phú và đa dạng Ở đây chỉ nêu một số các linh kiện điện tử thông dụng Tuỳ vào cấu tạo mà mỗi loại có một nguyên lý

làm việc riêng nhưng nói chung chúng đều có khả năng thay đổi tính chất điện khi điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi

1.3.1 Các linh kiện nhiệt

1.3.1.1 Nhiệt điện trở platin và nickel :

Dựa vào tính chất: độ dẫn điện của kim loại thay đổi theo nhiệt độ của môi trường làm việc, người ta chế tạo nên các nhiệt điện trở bằng platin hay nickel Giữa nhiệt độ và điện trở thường không có quan hệ tuyến tính Nó thường được diễn tả bởi một đa thức cấp cao:

R (T) = R 0 (1+ A.T + B.T 2 + C.T 3 + …) (1.1) Trong đó:

R 0 là giá trị của điện trở nhiệt ở nhiệt độ T = 0

T 2 , T 3 , … là các phần tử được quan tâm nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ chính xác của phép đo

T là nhiệt độ môi trường

A, B, C, … là các hệ số tuỳ thuộc vật liệu

1.3.1.2 Nhiệt điện trở PTR và NTR:Dựa vào hệ số nhiệt điện trở, có thể phân điện trở nhiệt thành điện trở có hệ số nhiệt điện trở dương PTR (Positive Thermic Resistor) và điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm (Negative Thermic Resisitor)

- Điện trở có hệ số nhiệt điện trở dương (PTR) :

Điện trở này cấu tạo từ hỗn hợp Bariumcarbonat, oxit Stronium và oxit Titan được ép và nung ở nhiệt độ từ 1000 đến 1400 o C, hình thành một cấu trúc như gốm, mẫn cảm với nhiệt độ … Trị số của PTR sẽ tăng khi nhiệt độ tăng: giá trị PTR đồng biến với nhiệt độ

- Điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm (NTR) :

Điện trở này là một hỗn hợp đa tinh thể của nhiều oxít gốm đã được nung chảy ở nhiệt độ cao (1000 o C đến 1400 o C) như Fe 2 O 3 , Zn 2 TiO 4 , MgCrO 4 , TiO 2 … Trị số của NTR sẽ giảm khi nhiệt độ tăng: giá trị NTR nghịch biến với nhiệt độ Một số NTR là bằng chất bán dẫn

1.3.1.3 Cặp nhiệt điện (Thermos coupler)

Khi nhiệt độ môi trường cần đo có giá trị quá lớn (trên 1000 o C), độ bền cơ học của một số thiết bị cảm biến sẽ bị hỏng Lúc này người ta thường nghĩ đến cặp nhiệt điện, còn gọi là nhiệt ngẫu (Thermos coupler) Trên lý thuyết có rất nhiều dạng cặp nhiệt điện được sử dụng để đo nhiệt độ Nhưng trong thực tế một cặp nhiệt điện là hai dây kim loại (hoặc hợp kim) khác nhau được nối chung với nhau tại một đầu còn đầu kia được nối với máy đo Chính sự chênh lệch nhiệt độ giữa điểm cần đo với nhiệt độ của môi trường đặt cơ cấu đo hình thành một sức điện động (hình 1.11) Đo sức điện động này chính là đo nhiệt độ của điểm cần đo nhiệt độ

Trong thực tế cặp nhiệt điện này được ứng dụng rất rộng rãi vì tính đơn giản trong chế tạo và vận hành Chỉ cần hàn hai thanh hợp kim như trên dính lại ở một đầu ta đã có một cặp nhiệt làm việc ổn định

Mặc dù có nhiều bộ cảm biến nhiều thế hệ mới ra đời nhưng để cảm nhận và xử lý tín hiệu nhiệt độ cao người vẫn sử dụng cặp nhiệt điện này

Hình 1.11: Cấu tạo nhiệt ngẫu

Ngoài các dạng

linh kiện điện tử như trên,

trong công nghiệp người

ta còn sử dụng rất nhiều

dạng tiếp điểm nhiệt khác

như thanh lưỡng kim

Thanh lưỡng kim (Bimetal)

Tiếp điểm

1.3.1.4 Vi mạch cảm biến nhiệt

Trên thị trường đã có những vi mạch đo và cân chỉnh được giai đo rất thuận tiện trong việc sử dụng Bên trong các vi mạch này thường có mối nối P-N, khi đo điện áp trên

mối nối này chính là đo nhiệt độ của môi trường Điển hình một trong các vi mạch đó là LM

35 (hãng National)

Vi mạch LM 35 có điện áp ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với nhiệt độ đo theo thang đo Celcius (thang đo bách phân), rất thuật lợi để sử dụng làm mạch đo kiểm nhiệt độ ở nước ta (vì một

số IC cảm biến khác đo theo độ Kelvin, phải thiết kế thêm mạch bù trừ) Vi mạch trên hình

1.13 a có điện áp ngõ ra thay đổi 10 mV/ o C ; điện áp nguồn cung cấp có thể thay đổi từ 4

đến 30 VDC

Để đo được nhiệt độ âm người ta dùng một điện trở « pull-down » giữa ngõ ra với điện áp âm như hình 1.13 b Điện trở này được chọn sao cho dòng điện ngõ ra phải lớn hơn

50 μA Điện áp âm này phải lớn hơn mức điện thế ra thấp nhất Nếu chỉ có một nguồn dương

ta phải sử dụng loại vi mạch đo theo thang Kelvin, như LM 335 hay LM 334

Hình 1.13: Vi mạch cảm biến nhiệt LM 35

a) Đo nhiệt độ dương b) Đo nhiệt độ âm lẫn dương

1.3.2 Mạch cảm biến nhiệt

Đây là mạch điện ứng dụng trong việc cảnh báo quá nhiệt hay thiếu nhiệt của môi trường cần theo dõi Mạch làm việc theo nguyên lý so sánh cửa sổ, một nguyên lý rất thông dụng trong các thiết bị công nghiệp (hình 1.14)

Hình 1.14 : Nguyên lý so sánh cửa sổ

Khi muốn khống chế nhiệt độ lò ở

40 o C, người ta tiến hành như sau: từ nhiệt độ môi trường đang là 27 o C, bắt đầu cấp nhiệt cho lò (điểm A)ø Nhiệt độ lò tăng dần vượt qua

36 o C (điểm B), rồi qua 40 o C mạch vẫn tiếp tục cấp nhiệt cho đến khi nhiệt độ của lò đến

44 o C (điểm C), lò mới cắt điện trở gia nhiệt Nhiệt độ lò bắt đầu giảm dần từ 44 o C (điểm D) Giảm qua 40 o C vẫn tiếp tục giảm Cho đến

36 o C (điểm E) thì lại tiếp tục cấp nhiệt cho lò (điểm B) nhiệt độ lò tăng dần lên

Rõ ràng để giữ nhiệt độ lò nằm trong khoảng 40 o C, người ta cấp nhiệt cho lò theo chu trình B, C, D, E rồi trở lại B: hình dạng như một cửa sổ nên có tên là mạch so sánh cửa sổ (window comparator) Nguyên lý so sánh này được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, dân dụng, quân sự, y tế

D

A

Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 1.15 Tóm tắt nguyên lý làm việc như sau:

Điện trở nhiệt PTR phối hợp với R 1 và R 2 tạo ra V s là một hàm biến thiên theo nhiệt độ môi trường đặt PTR Cụ thể :

21

)2.(

R PTR R

R PTR V

++

+

Rõ ràng V s = f(T o ) là một hàm của nhiệt độ Do đó, đo V s chính là đo nhiệt độ Cụ thể các giá trị điện trở trong mạch được cân chỉnh để 2 OP-AMPS làm việc như sau :

* Khi thiếu nhiệt:

Lúc này V S < V A < V B , đầu vào v + của op-amp II nhỏ hơn đầu vào v _ nên ngõ ra amp II xuống thấp, LED 2 sáng Trong khi đó đầu vào v + của op-amp I lớn hơn đầu vào v _

op-nên ngõ ra op-amp I lên cao, LED 1 tắt

* Khi đủ nhiệt:

Lúc này V A < V S < V B , đầu vào v + của op-amp II lớn hơn đầu vào v _ nên ngõ ra amp II lên cao, LED 2 tắt Trong khi đó đầu vào v + của op-amp I lớn hơn đầu vào v _ nên ngõ

op-ra op-amp I lên cao, LED 1 tắt

* Khi quá nhiệt:

Lúc này V A < V B < V S , đầu vào v + của op-amps II lớn hơn đầu vào v _ nên ngõ ra amp II lên cao, LED 2 tắt Trong khi đó đầu vào v + của op-amp I nhỏ hơn đầu vào v _ nên ngõ

op-ra op-amp I xuống thấp, LED 1 sáng

LED báo quá nhiệt

I

LED báo thiếu nhiệt

I

Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến nhiệt

Rõ ràng chỉ cần nhìn vào độ sáng tối của 2 LED, ta có thể nhận biết được nhiệt độ của môi trường cần cảnh báo nhiệt độ Để mạch cảnh báo hiệu quả hơn có thể thêm vào một

mạch dao động, mạch này giúp khi có sự cố các LED sẽ không sáng liên tục mà nhấp nháy

1.4 CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG

1.4.1 Khái niệm cơ bản

Khi cho dòng điện vào một cuộn dây, môi trường đặt cuộn dây hình thành một từ trường Từ trường này có cường độ điện trường:

Trong đó: I cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn

W số vòng dây quấn

l chiều dài tác dụng của cuộn dây

Ta thấy với cùng một cường độ điện trường H nhưng nếu ta đưa vào trong lòng cuộn dây một lõi thép kỹ thuật điện như hình 1.16 thì cuộn dây trên sẽ thể hiện lực hút trên các

vật liệu dẫn từ khác mạnh hơn khi trong lòng cuộn dây chỉ là lõi không khí hay vật liệu

nghịch từ (như Al, Cu …) Nghĩa là khi nói về từ trường ta phải xét đến môi trường dẫn từ

cũng như sự phân bố vị trí các cực từ trong môi trường Cụ thể cần thiết phải quan tâm thêm

các thông số như từ thông Ф và cảm ứng từ B (mật độ từ thông)

Hình 1.16: Hình ảnh từ trường trong cuộn dây quấn quanh lõi thép kỹ thuật điện

Cảm biến từ có những loại rất đơn giản, ví dụ như bộ cảm biến trên hình 1.17a Bộ cảm biến này có khả năng nhận biết sự thay đổi vị trí của thanh sắt di động 1 Khi không có thanh sắt 1 làm kín mạch từ 2, từ thông trong lõi từ giảm, dẫn đến L giảm và X L cũng giảm theo Do đó dòng qua cuộn dây 3 tăng Lý luận tương tự khi có thanh sắt 1 nối kín mạch từ 2 khiến cho dòng qua cuộn dây cũng giảm theo

Hình 1.17b minh hoạ sự thay đổi của L theo khoảng dịch chuyển d của thanh sắt 1: khi thanh sắt 1 dịch chuyển sẽ làm thay đổi L của cuộn dây 3 Nối bộ cảm biến trên với một rơ-le, ta sẽ có một bộ công tắc không tiếp điểm theo tín hiệu từ trường nhận biết vị trí của thanh sắt 1, minh hoạ qua hình 1.18

Hình 1.17: Cảm biến từ nhận biết vị trí vật chuyển động

a) Cấu tạo b) Quan hệ L = f(d)

Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý bộ công tắc không tiếp điểm dạng từ trường

Khi thanh sắt 1 làm kín mạch từ 2, dòng qua cuộn dây cảm biến (CB) tăng lên làm cho rơ-le K hút tiếp điểm Lý luận tương tự cho trường hợp ngược lại, rơ-le sẽ nhả tiếp điểm khi thanh sắt làm hở mạch từ 2

Tuy nhiên, do làm việc dựa vào các thiết bị sử dụng vật liệu sắt từ nên quán tính của cảm biến dạng này khá lớn Khi cần mạch có độ nhạy cao (tần suất chuyển mạch lớn), người

ta thường sử dụng cảm biến HALL

1.4.2 Cảm biến HALL

1.4.2.1 Hiệu ứng Hall

Khi có một từ trường tác dụng theo hướng thẳng góc lên bề mặt của một phiến vật liệu như hình 1.19 (d << b) Khi một dòng điện chạy dọc theo chiều dài của phiến vật liệu,

người ta đo được một hiệu điện thế từ hai điểm bên hông của nó

Điện thế Hall được tính theo công thức:

B.Id

1e.n

1V

0

Trong đó : I cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn

B cảm ứng từ

d bề dầy của phiến vật liệu

n mật độ dòng điện

e o vận tốc của điện tử

Hình 1.19: Nguyên tắc hiệu ứng Hall

1.4.2.2 Cấu trúc của cảm biến Hall

Người ta chế tạo cảm biến Hall từ những kỹ thuật sau:

- Từ một thỏi bán dẫn, người ta cưa chúng ra thành nhiều phiến nhỏ rồi đánh bóng, ăn mòn

cho bề dầy còn từ 5 đến 100 μm

- Lớp bán dẫn bốc hơi và bám lên vật liệu nền cho bề dầy từ 2 đến 3 μm Với công nghệ này

cảm biến Hall có thể hoạt động ở nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp

Hình 1.20: Cảm biến Hall

a) Ký hiệu b) Điện thế Hall tỉ lệ với góc của từ trường và phiến vật liệu Các phiến bán dẫn trên được chế tạo theo hình chữ thập hoặc hình chữ nhật hoặc hình cánh bướm Ký hiện sensor cảm biến Hall như hình 1.20 a

Dựa vào công thức (1.4), người ta chế tạo các bộ cảm biến Hall nhận biết được sự dịch chuyển vị trí của nguồn từ trường thông qua sự thay đổi góc của từ trường (α) so với phiến vật liệu (hình 1.20 b)

1.4.3 Mạch cảm biến từ

Trên hình 1.21 trình bày một bộ chuyển mạch theo tín hiệu từ trường Nguyên tắc làm việc như sau: cầu phân áp bao gồm R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , VR phối hợp với cảm biến Hall hình thành mạch chuyển đổi tín hiệu từ trường sang tín hiệu điện đặt vào 2 ngõ vào của op-amps Khi không có từ trường tác động vào cảm biến Hall (KSY 10), điện áp ra V Hall = 0 khiến ngõ ra ra của op-amps xuống thấp Khi có nguồn từ trường tiếp cận với cảm biến Hall, V Hall đủ lớn chuyển mạch ngõ ra op-amps lên cao Op-amps mắc dạng trigger schmitt để tránh hiện tượng nhiễu chập chờn (xem mục 1.6.2)

Hình 1.21: Bộ chuyển mạch làm việc theo tín hiệu từ trường

Có thể chỉnh độ nhạy (ngưỡng tác động của mạch) bằng cách cân chỉnh biến trở VR

1.5 CÁC DẠNG CẢM BIẾN THÔNG DỤNG

1.5.1 Mạch nhận biết sự dịch chuyển

Về nguyên tắc, mạch cảm biến dạng này thường được chế tạo theo ba dạng sau (minh hoạ trên hình 1.22 a ; b ; c)

(c)

Hình 1.22: Cách thức cảm biến nhận biết sự dịch chuyển

Dựa vào hai nguyên tắc này, người ta chế tạo ra các thiết bị cảm nhận sự dịch chuyển như sau :

Khi vật cần nhận biết đến gần khu

vực đặt cảm biến, trạng thái của cảm biến sẽ

thay đổi tác động mạch điện điều khiển các

hoạt động tương ứng theo chương trình định

trước Minh hoạ qua hình 1.23

Hình 1.24: Minh hoạ cảm biến

Hình 1.23: Cảm biến tiếp cận

Có thể diễn giải quá trình trên theo cách khác dễ hiểu hơn như sau: Trên hình 1.24, cảm biến (con nhện) thông qua từ trường của cảm biến (lưới nhện) sẽ nhận biết vật mà cảm biến cần nhận biết (con bướm) dễ dàng khi vật đi vào vùng mà cảm biến cảm nhận được (con bướm dính vào lưới nhện)

Cũng lý luận tương tự như trên khi

phân tích hệ thống cửa tự động trong các siêu

thị, nhà hàng Minh hoạ trên hình 1.25 Khi

có người đến gần, cửa sẽ tự động mở, sau

một thời gian cửa sẽ tự động đóng trở lại

Hình 1.25: Tự động mở / đóng cửa 1.5.2 Mạch đếm

Đặt một bộ cảm biến từ trường

dạng tiếp cận gần với bánh răng như hình

1.26 Biết số răng dễ dàng suy ra số vòng

quay trong một đơn vị thời gian nhờ vào

mạch đếm số xung ở tín hiệu ngõ ra

Ưùng dụng tương tự cho các mạch

đếm số lượng sản phẩm, đếm tiền, số người

qua cửa, nhận biết sản phẩm, số vòng quay

của động cơ … Hình 1.26: Cảm biến đếm số vòng quay

1.5.3 Dò khuyết tật trong kim loại

Ngày nay có rất nhiều phương pháp kiểm tra chất lượng sản phẩm mà không cần phải phá bỏ mẫu cần kiểm tra Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng Tuỳ theo yêu cầu của việc kiểm tra và chủng loại sản phẩm mà người ta sử dụng phương pháp thích hợp Có khi phải phối hợp nhiều phương pháp mới thoả mãn được các yêu cầu kiểm tra Có thể liệt kê một số phương pháp như sau:

1.5.3.1 Phương pháp dùng tia X (X quang)

Nguyên tắc dò tìm của phương pháp này là dựa vào sự suy giảm của tia X khi xuyên qua vật thể, minh hoạ qua hình 1.27

Trên hình 1.27 a, người ta rọi tia X qua vật cần kiểm tra khuyết tật Vật này có bề dày theo phương chiếu tia X không đồng nhất: bề dầy ở hai đoạn d 1 và d 3 mỏng hơn đoạn d 2

(minh hoạ trên hình 1.27 b) Kết quả nhận được là hình ảnh của vật cần kiểm tra khuyết tật trong đoạn d 1 và d 3 nhạt màu hơn trong đoạn d 3 (minh hoạ trên hình 1.27 c)

Vật cần kiểm tra Chùm tia X

Hình 1.27: Hình ảnh vật cần kiểm tra qua tia X

a) Tia X chiếu vào vật cần kiểm tra khuyết tật b) Mặt phẳng hình chiếu đứng của vật cần kiểm tra c) Hình ảnh nhận được theo độ suy giảm của tia X Để thấy được cấu trúc bên trong vật cần kiểm tra khuyết tật, người ta rọi tia X qua vật này và đặt một bảng cảm ứng minh hoạ trên hình 1.28 b chỉ nhạy cảm với tia X sau vật cần kiểm tra như hình 1.28 a để nhận dạng khuyết tật Để tăng khả năng xem sâu bên trong vật cần kiểm tra, người ta tăng điện áp trên đầu đèn phát tia X Muốn tăng độ tương phản trên hình ảnh nhận được người ta tăng tích số giữa thời gian và cường độ phát tia X (mA.s: thường đọc là Mas)

Có thể minh hoạ nguyên tắc làm việc của phương pháp này như hình 1.28:

Hình 1.28: Dò tìm khuyết tật trong sản phẩm dùng tia X

a) Kỹ thuật tạo ảnh bằng tia X b) Cấu tạo bảng cảm ứng Chức năng của các khối như sau:

- Nguồn phát tia X lấy từ một đầu đèn phát tia chuyên dụng có điện thế làm việc hàng chục đến trăm ngàn volt và dòng từ vài chục mA đến 1A (khi phát tia X)

- Bảng cảm ứng (Sensor panel) cấu tạo do sự kết hợp của lớp nhấp nháy (Scintillator) gồm các lớp cesium iodide/thallium và tấm phim mỏng transistor (TFT) với silicon vô định hình (amorphous silicon) có độ phân giải cao, mỗi transistor tạo nên một điểm sáng trên bảng cảm ứng giống như màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display:

LCD) của máy tính, điện thoại di động Bảng cảm ứng này thay thế cặp phim/bìa tăng sáng truyền thống Sau khi được phát tia (exposure), nó sẽ chuyển thông số của hình ảnh vừa chụp/rọi và hiển thị trên màn hình máy tính sau 5 giây Hệ thống có thể tiếp tục lấy hình ảnh ngay không cần xoá

- Để triệt tiêu các tia bức xạ thứ cấp (tia nhiễu), người ta dùng lưới lọc Lưới này chỉ cho các tia đồng sắc đi qua

- Vật cần kiểm tra nhất định không phải bằng chì Vì tia X có thể xuyên thấu qua nhiều dạng vật liệu nhưng chỉ cần một lớp chì dầy 2mm thì tia X không thể vượt qua

Ưu điểm của phương pháp này là:

- X quang kỹ thuật số có thể xem trực tiếp trên màn hình monitor và chỉnh sửa, phóng

to vùng cần quan sát v.v…

- Hình X quang kỹ thuật số nhờ có các phần mềm chuyên dùng xử lý nên sẽ cho các hình ảnh chất lượng cao (có thể tái tạo lại cho ra hình ảnh 3 chiều)

- Việc lưu trữ các hình ảnh trở nên dễ dàng trong các đĩa CD-ROM và việc truy lục, sao chép nhanh chóng

Bức xạ thứ cấp

Phân cực ngõ ra Photodiode Chọn hàng

- Do bản chất dữ liệu là số nên có thể chuyển hình ảnh qua mạng Internet một cách dễ dàng

- Ngay cả với X Quang truyền thống (dùng phim và bìa tăng sáng) vẫn có thể thu nhận được các hình ảnh rõ nét nhưng chỉ bất tiện trong việc lưu trữ và xử lý thông tin Bên cạnh những ưu điểm trên, nhược điểm cố hữu của phương pháp này là tia X rất nguy hiểm đối với sức khoẻ con người và thiết bị tạo tia X còn rất đắt tiền, yêu cầu kỹ thuật bảo dưỡng sửa chữa phức tạp nên phương pháp này còn ít phổ biến

1.5.3.2 Phương pháp dùng siêu âm

Dựa vào việc hấp thụ và phản xạ khác nhau sau khi sóng siêu âm lan truyền qua sản phẩm có khuyết tật Người ta đo đạc các thông số đó để kiểm tra khuyết tật sâu bên trong vật thể So với phương pháp dùng tia X, phương pháp này an toàn hơn (tia X rất nguy hiểm với sức khoẻ người) Tuy nhiên với những vật thể có kết cấu về hình dáng khá phức tạp thì kết quả của việc dò tìm còn lệ thuộc vào trình độ của người sử dụng máy Trên thực tế, các máy dò tìm khuyết tật kim loại đều sử dụng phương pháp siêu âm Nguyên lý làm việc minh hoạ trên hình 1.29

Chức năng của các khối như sau:

- Khối phát xung siêu âm: Khối này phát ra điện áp có tần số cao đưa đến đầu dò áp điện Dựa vào hiệu ứng áp điện, xung siêu âm (sóng âm lớn hơn 20KHz) được biến thành sóng siêu âm lan truyền trong sản phẩm để kiểm tra khuyết tật

- Khối đồng bộ: nhiệm vụ tạo và phân phối xung đồng bộ đến từng mạch trong máy dò Điều này giúp cho việc quét trên màn hình được đồng bộ

- Khối khuếch đại cao tần: khối này nhận tín hiệu sóng siêu âm phản hồi trở lại đầu thu khi gặp khuyết tật trong sản phẩm

- Khối tách sóng: nhằm tìm lại tín hiệu đã được điều chế ban đầu

- Khối khuếch đại dọc: khối này có nhiệm vụ làm tăng biên độ theo chiều dọc để đưa

Ưu điểm của phương pháp này là:

- Hình ảnh có thể xem trực tiếp trên màn hình monitor và chỉnh sửa, phóng to vùng cần quan sát v.v…

- Việc lưu trữ các hình ảnh trở nên dễ dàng trong các đĩa CD-ROM và việc truy lục, sao chép nhanh chóng

- An toàn cho người sử dụng

Hiện nay, phương pháp siêu âm chính là phương pháp thông dụng nhất trong việc dò tìm khuyết tật trong kim loại

Hình 1.29: Sơ đồ khối máy dò tìm khuyết tật kim loại

Vật cần kiểm tra Đầu dị thu / phát

Khối đồng bộ

Khối phát xung Siêu âm

Mạch quét xung

cự ly

Mạch trễ

Khuếch đại cao tần Khuếch đạidọc

Mạch quét ngang

Màn hình

Khối Tách sĩng

1.5.4 Hệ thống dây chuyền sản xuất tự động

Trong hệ thống băng chuyền sản xuất tự động, người ta bố trí dọc theo hành trình làm việc của băng chuyền rất nhiều các bộ cảm biến giúp hệ thống điều khiển nhận biết tình

hình của thực tế sản xuất từ đó đưa ra các quyết định thích hợp

Hình 1.30 trình bày một dây chuyền sản xuất với sự tham gia của các cảm biến Đây là một khâu rất quan trọng trong dây chuyền sản xuất

Hình 1.30: Bố trí các cảm biến trong băng chuyền tự động

Hình 1.31: Sự suy giảm của ánh sáng khi truyền qua môi trường sợi thuỷ tinh và sợi nhựa

tổng hợp Tuỳ vào từng loại dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng các loại cảm biến tương thích Ví dụ: nếu sản phẩm là vật liệu phi từ tính ta có thể dùng cảm biến từ để nhận biết sản phẩm; còn sản phẩm cản quang ta có thể dùng cảm biến quang … minh hoạ trên hình 1.31 Ta thấy ánh sáng hồng ngoại phát ra từ LED hồng ngoại xuyên qua sợi thuỷ tinh rất dễ dàng nhưng khó xuyên thấu qua sợi tổng hợp Do đó có thể dùng cảm biến hồng ngoại với bước sóng 900nm để nhận biết các vật liệu cấu thành từ sợi tổng hợp rất dễ dàng (vì với sợi tổng hợp khả năng truyền qua của tia hồng ngoại 900nm chỉ 15% so với sợi thuỷ tinh là 75%)

Trong các dây chuyền sản xuất thực tế, cảm biến được sử dụng rất đa dạng, Trong các hình 1.32.i dưới đây, trình bày hình vẽ của một số dạng cảm biến thông dụng

Hình 1.32.1: Thu/Phát riêng Hình 1.32.2: Thu/Phát chung (ultrasonic)

Hình 1.32.3: Vị trí đặt cảm biến và khu vực dò tìm của cảm biến

Hình 1.32.4: Hiệu chỉnh vị trí đặt đầu dò cảm biến

Hình 1.32.5: Cảm biến bề dầy sản phẩm

quấn trên trục

Hình 1.32.6: Dò mực chất lỏng Hình 1.32.7: Xác định kích thước

Hình 1.32.8: Cảm biến thu/phát độ dầy của sản phẩm

Hình 1.32.9: Cảm biến Hall cảm nhận xung dòng trong động cơ bước

Hình 1.32.10 a và b: Cảm biến thu/phát nhận dạng sản phẩm

Hình 1.32.11: Cảm biến số vòng quay Hình 1.32.12: Công tắc từ trường

Hình 1.32.13: Cảm biến dò mực nước trong bồn chứa bia

Dây dẫn dòng điện qua động cơ bước Lõi Ferrite

Vi mạch cảm biến theo hiệu ứng Hall

Hình a

Hình b Hình 1.32.14 a và b: Cảm biến kiểm tra chất lượng sản phẩm

Hình 1.32.15: Vị trí đặt cảm biến chọn theo hình dạng sản phẩm

Hình 1.32.16: Cảm biến nhận biết vị trí của film trong máy rửa film tự động

Hình 1.32.17: Cảm biến kiểm tra tốc độ giữa hai băng chuyền

Hình 1.32.18: Cảm biến kiểm tra nồng độ pha trộn giữa hai chất

Hình 1.32.19: Cảm biến kiểm tra nồng độ lượng bột đi qua Qua các hình từ 1.13.1 đến 1.13.19, ta nhận thấy không thể có một loại cảm biến nào tỏ ra vạn năng (ứng dụng tốt trong mọi trường hợp), vì vậy cảm biến ngày càng đa dạng nhằm phục vụ tốt các yêu cầu đòi hỏi trong công nghiệp cũng như cuộc sống hiện đại Ngay cả cảm biến tiệm cận sử dụng tín hiệu trên các điện dung có thể nhận biết được bất kỳ đối tượng nào đi ngang qua nó nhưng phạm vi nhận biết cũng chỉ vài chục milimet mà thôi Sau đây chúng ta hãy phân tích chi tiết một số mạch điện cảm biến thông dụng trong thực tế qua đó có thề một lần lần nữa minh chứng nhận định trên

1.6 CÁC MẠCH ĐIỆN CẢM BIẾN THÔNG DỤNG

1.6.1 Mạch cảm biến từ

Đây là một công tắc không tiếp điểm sử dụng trong máy cán tôn của Liên xô khi chạy ở chế độ cán tự động Ngõ vào của bộ công tắc không tiếp điểm này là một cảm biến từ, nó nhận biết vị trí của các tấm tôn thông qua vị trí của dĩa nhôm trong khe từ hở của nó

Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 1.33 Tóm tắt nguyên lý làm việc như sau :

PLC

Đầu nhận Băng chuyền 1

Băng chuyền 2

Hình 1.33: Cấu tạo một bộ công tắc

không tiếp điểm : a) Cấu tạo b) Vị trí tương đối giữa dĩa nhôm và lõi từ

Khe hở

Dĩa nhơm khơng khí

Mạch có khả năng nhận biết sự tồn tại của dĩa nhôm trong lòng khe hở không khí nhờ vào sự thay đổi từ trở của khe hở không khí khi có hay không có dĩa nhôm Như trên hình

1.33 a, ta thấy khi dĩa nhôm được đưa vào khe hở không khí, từ thông Ф sẽ triệt tiêu do từ trở

của nhôm rất lớn, hay nói cách khác năng lượng bị tiêu tán trên dĩa nhôm dưới dạng dòng

xoáy Foucault Ngược lại khi không có dĩa nhôm, từ thông Ф xuất hiện trong lõi thép kỹ thuật

điện, tồn tại sự cảm ứng qua lại giữa các cuộn dây L 1 ; L 2 ; L 3 Hình 1.33 b giới thiệu vị trí

tương đối giữa dĩa nhôm và bộ công tắc không tiếp điểm, qua đó ta thấy có thể nhận biết vị

trí tương đối giữa chúng theo tín hiệu điện trên mạch cảm biến Sơ đồ nguyên lý của mạch

cảm biến trình bày trên hình 1.34:

Cụ thể: khi có dĩa nhôm trong khe hở không khí thì tổn hao do dòng xoáy trên dĩa nhôm làm mất cảm ứng qua lại giữa các cuộn dây (φ=0), L 1 không có điện Ư Q 2 không

dẫn Ư Q 3 không dẫn Ư K mất điện Ư hở mạch tiếp điểm Lý luận ngược lại khi không có

dĩa nhôm trong khe hở không khí, L 1 có điện Ư K sẽ có điện hút kín mạch tiếp điểm

Hình 1.34: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến từ trường 1.6.2 Mạch cảm biến mức nước

Đây là mạch điện ứng dụng tốt trong cảnh báo mức nước, nhiên liệu … Mạch có độ miễn nhiễu cao, ví dụ khi mặt nước đang nhấp nhô (gợn sóng), mạch vẫn giữ nguyên trạng thái cũ Do đó chống được sự chập chờn, mất ổn định trong hệ thống Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 1.35

Hình 1.35: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến mức nước

Tóm tắt nguyên lý làm việc như sau:

- Khi giữa hai đầu dò không có nước, một đầu vào của NAND I ở mức 0 dẫn đến ngõ

ra của NAND I ở mức 1, ngõ ra của NAND II ở mức 0

- Lúc hiện hữu nước giữa hai đầu dò, hai đầu vào của NAND I ở mức 1 dẫn đến ngõ

ra của NAND I ở mức 0, ngõ ra của NAND II ở mức 1

Rõ ràng mạch điện có khả năng nhận biết sự hiện hữu của nước giữa hai đầu dò, cụ thể: khi không hiện hữu nước giữa hai đầu dò, ngõ ra V control sẽ ở mức 0 hoặc ngược lại Ngoài ra,

do thời hằng R.C khá lớn nên mạch có khả năng loại trừ được các nhiễu minh hoạ qua hình 1.36

Hình 1.36: Cách triệt nhiễu trong mạch cảm biến

Tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm, mực nước, áp suất trong môi trường ít khi biến thiên tuyến tính như V IDEAL Thật ra luôn có những tín hiệu nhiễu chồng chập vào, nên thực tế thường giống với dạng V PRA hơn Với tín hiệu này nếu mạch xử lý quá nhạy chưa chắc đã tốt Do đó trong mạch điện ở hình 1.35, người ta mắc thêm mạch R, C nhằm giữ cho V o ở ngõ ra vẫn dứt khoát chỉ

ở hai mức 0 hoặc 1, bất chấp ngõ vào chập chờn như trên hình vẽ 1.36

1.6.3 Mạch điều khiển từ xa dùng hồng ngoại

Trong thực tế sản xuất cũng như trong điện tử dân dụng, các mạch điều khiển từ xa sử dụng tia hồng ngoại được ứng dụng rất phổ biến Dù cấu trúc mạch có phức tạp hay đơn

giản nó cũng bao gồm các khối như hình 1.37 sau

Hình 1.37: Sơ đồ khối hệ thống thu – phát hồng ngoại

Nguyên lý làm việc có thể trình bày vắn tắt như sau Từ nguồn qua mạch ổn áp tạo điều kiện phát ổn định cho khối phát hồng ngoại Nhờ vào khối dao động điều chế sóng dạng

điện áp đặt trên LED phát tia hồng ngoại đến LED thu Tại đầu thu sau khi tín hiệu được

khuếch đại đủ lớn được giải điều chế rồi qua các mạch logic xử lý tín hiệu xuất tín hiệu ra điều

khiển tải Cũng như khối phát, để làm việc ổn định ở đây có thể có thêm mạch ổn định điện

lớn các thẻ một lần Nó có tính bền vững cao, chịu được môi trường khắc nghiệt, không phát

quang, không nhìn thấy, đồng thời có thể đọc và ghi được

RFID triển khai được trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên

do giá thành còn cao và dễ bị nhiễu sóng điện từ (so với dạng mã vạch) nên những lĩnh vực

cần phổ biến thẻ nhận dạng RFID hiện vẫn gần như còn "đóng cửa" Vì thề loại thẻ này mới

chỉ được khuyến khích sử dụng trong nội bộ của cơ quan, doanh nghiệp

Trong tương lai không xa thẻ nhận dạng RFID sẽ tăng cường và củng cố tính cạnh tranh trong các ngành cụ thể khi thẻ này sử dụng UHF thay cho sóng RF thì tính miễn nhiễu

có thể được cải thiện và theo đà phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn giá

thành của thẻ sẽ giảm đi nâng cao hiệu quả việc sử dụng các IC Tags và đem đến nhiều dịch

vụ hơn để tăng cường tính cạnh tranh trên trường quốc tế cho người sử dụng

Trước mắt, các nhà chế tạo thẻ đang cố gắng chuẩn hóa và giảm giá thành Nhiều hội thảo quốc tế đã kiến nghị tổ chức ISO hợp nhất một chuẩn của mã sản phẩm cho thẻ

RFID Bên cạnh đó, giá một chiếc thẻ nhận dạng ở Nhật hiện khoảng 10-100 yen (năm

2005), giá các thiết bị đọc và ghi RFID còn cao hơn rất nhiều Nếu giá thành giảm khoảng 10

lần so với hiện nay (2008), khả năng RFID sẽ thay thế mã vạch trong hầu hết các lĩnh vực

Hàn Quốc xem RFID như là một trong những nhân tố quan trọng hỗ trợ trong ngành điện thoại di động, phương tiện giao thông công cộng, giao dịch tài chính, trường học, công

sở sử dụng băng thông rộng tại đất nước này Gần như tất cả các phương tiện công cộng

đều có sự can thiệp của RFID; Malaysia đã kết hợp vi mạch RFID trong các thẻ căn cước và

hộ chiếu điện tử của công dân; Nhiều nước đang thúc đẩy phát triển RFID trong công nghệ

nhận dạng vả xử lý thông tin Ở Việt Nam, RFID ít được biết đến, song cũng đã có đơn vị

nghiên cứu và ứng dụng hệ phần mềm cho các hệ thống quản lý tự động bằng thẻ RFID để ứng dụng trong hệ thống thu phí cầu đường, quản lý ra vào cửa của cán bộ công nhân viên, quản lý trang thiết bị vật tư

Các dạng RFID được sử dụng trong thực tế được minh họa qua hình 1.38

i j k

Hình 1.38 : Các dạng RFID sử dụng trong thực tế

a- Thẻ nhựa cứng dùng cho thanh tóan điện tử, ra vào cơ quan trường học,

b- RFID dạng miếng nhựa dán trên sản phẩm

c- Thẻ RFID dạng móc khóa d- Miếng dán trên vali, túi xách, bưu kiện,

e- Thẻ RFID dạng nhựa dẻo f- Thẻ treo vali, túi xách, ở sân bay g- Miếng dán trên đồ giặt (là), ủi

h- Thẻ RFID có dùng pin

i – Đồng hồ đeo tay có gắn chip RFID

j - Vòng đeo tay có gắn chip RFID k- Thẻ RFID gắn trên CD-ROM l- Kích thước nhỏù nhất của một thẻ RFID m- Thẻ RFID tích hợp trong điện thọai di động Để nhận biết thẻ RFID phải có các thiết bị đọc, minh họa qua hình 1.39

nhận năng lượng từ các thiết bị chủ (hay còn gọi là thiết bị đọc - card reader) Các thiết bị

đọc này luôn phát năng lượng bức xạ quanh nó, thẻ RFID hấp thụ năng lượng này và trao đổi

thông tin với thiết bị đọc Đặc biệt hơn, bộ đọc này còn có thể lưu thông tin lên chiếc thẻ kia

Đây là một cơ chế hết sức đặc biệt, nó đặt ra rất nhiều vấn đề về bảo mật đối với thẻ RFID

Không chỉ khai thác thông tin, các thiết bị đọc còn có cơ chế ghi và theo dõi thông tin đã ghi trên thẻ - khả năng kiểm soát Dựa trên đó ta có thể theo dõi được lộ trình của một

chuyến hàng (xuất xứ hàng hóa, điểm xuất phát, qua các trạm hải quan nào, thời gian bắt đầu

vận chuyển ), số tiền hiện còn trong tài khoản, số môn học chưa đăng ký

1.6.4.3 Các ứng dụng của RFID

Như đã nêu ở trên RFID rất mạnh trong khâu nhận dạng để xử lý thông tin nên được ứng

dụng rất nhiều trong các lĩnh vực :

1.6.4.1 Thông tin cá nhân

Do cấu tạo như trên, dễ dàng nhận dạng người đang sử dụng thẻ một cách chính xác từ đó

hỗ trợ cho chủ thẻ rất nhiều dịch vụ như sử dụng phương tiện giao thông công cộng, mua

sắm, mượn sách thư viện, Nói chung RFID có thể sử dụng như thẻ căn cước hay hộ chiếu

điện tử của công dân

1.6.4.2 Kinh doanh bán lẻ

Trong kinh doanh điện tử, để máy móc có thể hiểu được các món hàng cần vận chuyển đến khách hàng, người ta sử dụng thẻ RFID Qua đó việc giao hàng sẽ thuận lợi hơn rất nhiều và giảm thiểu khả năng thất lạc

1.6.4.3 Bảo mật, chống trộm

Thẻ RFID rất linh động, Chúng có thể được cài đặt trong vòng đeo tay, thẻ khách tham quan, thẻ nhân viên và rất nhiều những dịch vụ về an ninh khác Nó bảo đảm an toàn cho nhân viên cũng như tài sản của công ty vì chỉ có những người có thẩm quyền với được vào Hệ thống này có thể ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như hệ thống máy tính, các file lưu trữ, hàng hóa tại sân bay, bưu kiện, hệ thống bán lẻ và các vật dụng quí giá khác khỏi trộm cắp 1.6.4.4 Dịch vụ giao thông vận tải

Thẻ RFID và vé giấy là công cụ không thể thiếu khi sử dụng phương tiện giao thông công cộng tại các nước tiên tiến Ngày càng nhiều người lựa chọn thẻ thông minh thay cho các vé giấy trong việc đi lại, đậu xe, các dịch vụ công cộng, vì tính đơn giản, gọn nhẹ của các thẻ RFID

1.6.4.5 Chống đột nhập

Tương tự như bảo mật thẻ RFID có thể kiểm sóat lượng người ra vào công sở, bệnh viện, trường học rất dễ dàng Từ đó có thể chống người lạ đột nhập vào cơ quan với dụng ý xấu 1.6.4.6 Thanh tóan điện tử

So với tiền mặt, việc thanh tóan bằng thẻ RFID có khả năng tiết kiệm hơn một nửa thời gian

do khi thanh toán bằng phương thức này việc trả tiền không cần tiếp xúc giữa người mua và người bán, Thanh tóan điện tử càng thuận lợi khi các trạm thanh tóan điện tử được gần các trung tâm thương mại

1.6.4.7 Quản lý thiết bị, tài sản

Khi gắn lên các thiết bị cần quản lý những thẻ RFID, thông qua thiết bị đọc người quản lý dễ dạng theo dõi tình trạng của các thiết bị cần quản lý Những thông số như vị trí, ngày giờ chuyển giao, tình trạng thiết bị, dễ dàng được cập nhật ngay cả trong quá trình dịch chuyển thiết bị Có thể cài thêm các thiết bị báo động giúp cảnh báo thiết bị bị dị chuyển ngòai ý muốn hay ngòai giờ làm việc, nhằm giảm nguy cơ mất trộm tài sản, thiết bị cần quản lý 1.6.4.8 Quản lý thông tin trong cơ quan, trường học

Tại một số trường học, cơ quan có ứng dụng công nghệ ubiquitous, tất cả mọi họat động : điểm danh sinh viên, cho mượn/ trả sách trong thư viện, trao đổi riêng với giáo sư, đóng/ mở cửa các phòng chuyên môn, đều ứng dụng thẻ RFID Khi có nhu cầu người sử dụng thẻ chỉ cần đưa thẻ vào đầu đọc, lập tức thông tin sẽ được xử lý và thỏa mãn ngay lập tức nhu cầu của họ

1.6.4.9 Thiết bị chăm sóc sức khỏe (Y, Nha & Dược)

Trong những ngôi nhà thông minh, người ta có lắp các thiết bị đọc nhằm theo dõi tình trạng sức khỏe của người đeo thẻ Khi xảy ra sự cố cho người đeo thẻ, các thiết bị đọc này sẽ lập tức phát tín hiệu cấp cứu cho các trung tâm y tế kịp thời cấp cứu cho bệnh nhân trên Tại bệnh viện việc quản lý hồ sơ bệnh án của bệnh nhân, tối ưu việc sử dụng các thiết bị điều trị mắùc tiền, cũng có thể dùng RFID

1.6.4.10 Giám sát vật nuôi cây trồng

Với đà gia tăng bệnh tật trên vật nuôi cây trồng như hiện nay, thẻ RFID giúp các nhà chức

trách nhanh chóøng xác định nguồn gốc của dịch bệnh để cô lập nguồn gây bệnh RFID cũng

được dùng trong các bệnh viện thú y để xác định tuổi, nguồn gốc, giống, hồ sơ bệnh án,

của con vật đang điều trị

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 Tại sao phải sử dụng cảm biến?

2 Cảm biến có độ nhậy càng cao càng tốt có đúng không? Tại sao?

3 Có khả năng hiện hữu một loại cảm biến đa năng (làm việc tốt trong nhiều môi trường khác nhau) hay không? Tại sao?

4 Các cơ sở để lựa chọn, lắp đặt cảm biến Nêu ví dụ minh hoạ (ví dụ khi vật thể cần nhật biết trong suốt người ta sử dụng loại cảm biến gì? …)

5 Phân biệt sự khác nhau về khả năng ứng dụng của phương pháp dò tìm khuyết tật trong kim loại bằng siêu âm và tia X

6 Tại sao cảm biến hồng ngoại được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử dân dụng Hãy nêu nhược điểm của loại cảm biến này

7 RFID là gì? Khi nào thì thẻ RFID có thể thay thế cho mã vạch?

_Chương 2

GIA NHIỆT TRONG CÔNG NGHIỆP

Chương này trình bày về các phương thức gia nhiệt thông dụng trong công nghiệp sử dụng năng lượng điện cùng các mạch điện điển hình Qua đó, khảo sát một loại máy hàn rất thông dụng trong công nghiệp hiện nay: hàn tiếp xúc (hàn điện trở) Một loại máy hàn mà các mối hàn của nó bảo đảm các yếu tố rẻ, bền, đẹp …

Trong công nghiệp, nhu cầu về sử dụng nhiệt năng là rất lớn Tuỳ vào yêu cầu từng ngành, nhiệt năng dùng cho nhiều mục đích khác nhau ví dụ như nung; sấy khô; nhiệt luyện (tôi, tôi cao tần, ủ thép …); nấu chảy các chất (nấu chảy kim loại, sản xuất đất đèn …); … Nguồn nhiệt này có thể lấy từ nhiều dạng năng lượng khác nhau nhưng phổ biến và thuận tiện nhất vẫn là các lò điện vì nung nóng bằng điện nhanh, ít ô nhiễm môi trường và có thể điều khiển theo chương trình chính xác hơn

so với việc nung nóng bằng các nguồn năng lượng khác

Từ năng lượng điện, có thể thu được nhiệt năng từ nhiều cách: nhờ hiệu ứng Joule (lò điện trở), nhờ việc phóng điện hồ quang (lò hồ quang), nhờ vào tác dụng nhiệt của dòng xoáy Foucault thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ (lò cảm ứng) …

Trong chương này, các hình thức gia nhiệt bằng lò điện sẽ được giới thiệu và phân tích về quá trình công nghệ cùng sơ đồ nguyên lý điển hình

2.1 LÒ ĐIỆN TRỞ

2.1.1 Khái niệm cơ bản

Lò điện trở là thiết bị biến đổi nhiệt năng thành điện năng sử dụng dây điện trở Lượng nhiệt này có thể tính qua công thức:

Trong đó:

Q nhiệt lượng toả ra từ dây điện trở gia nhiệt

R giá trị của điện trở

I dòng điện qua điện trở

t thời gian gia nhiệt

Từ công thức (2.1), có thể điều khiển nhiệt độ lò theo hai hướng:

- Điều khiển dòng điện qua điện trở gia nhiệt

- Điều khiển thời gian phát nhiệt