Báo cáo môn học cảm biến & xử lý tín hiệu Đo Đề tài capactive proximity sensor( rockwell)

4 Tổng quan về Capactive Proximity Sensor Cảm biến tiệm cận điện dung capacitive proximity sensor là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các vật thể mà không cầ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trương Thu Hiền

2

Mục lục

Phụ lục hình ảnh 3

Tổng quan về Capactive Proximity Sensor 4

1.Nguyên lý hoạt động: 4

2 Cấu trúc: 5

3 Ưu điểm: 6

4 Nhược điểm: 6

5 Ứng dụng: 7

Tổng quan về Capactive Proximity Sensor của Rockwell 8

1 Nguyên lý hoạt động 8

2 Ứng dụng 8

3 Đặc điểm nổi bật 9

4 Cấu trúc và tính năng 9

5 Lợi ích 9

Phần 1 Tìm 2 loại cảm biến khác nhau cụ thể của Rockwell 10

1 Cảm biến capactive proximity sensor 875L-F16B30-A2 10

1.2 Ví dụ 3 ứng dụng thực tế 12

1.3 Thông số kỹ thuật: 15

2 Cảm biến capactive proximity sensor 875L-N25NP30-D4 17

2.1 Nguyên lý hoạt động: 18

2.2 Ví dụ 3 ứng dụng thực tế: 19

2.3 Thông số kỹ thuật: 21

Tài liệu tham khảo 24

3

Phụ lục hình ảnh

Hình 1: Sự Thay Đổi Điện Dung 5

Hình 2: Cấu Tạo Cảm Biến 6

Hình 3: Ứng Dụng Cảm Biến Trong Công Nghiệp 8

Hình 4: Ứng Dụng Cảm Biến 9

Hình 5: Danh Sách Cảm Biến AC 10

Hình 6: Capactive Proximity Sensor 875L-F16B30-A2 10

Hình 7: Cảm Biến Kiếm Soát Chất Lỏng Trong Thực Tế 12

Hình 8: Cảm Biến Phát Hiện Sản Phẩm Trong Thực Tế 13

Hình 9: Cảm Biến Theo Dõi Tình Trạng Mũi Khoan Trong Thực Tế 14

Hình 10: Thông Số Kỹ Thuật Trên Datasheet 15

Hình 11: Kích Thước Cảm Biến 875L-F16B30-A2 16

Hình 12: Đấu Nối Chân Trên Datasheet 17

Hình 13: Danh Sách Cảm Biến DC 17

Hình 14: Capactive Proximity Sensor 875L-N25NP30-D4 18

Hình 15: Ứng Dụng Cảm Biến Trong Phát Hiện Rò Rỉ 19

Hình 16: Ứng Dụng Cảm Biến Trong Phát Hiện Vật Cản 20

Hình 17: Ứng Dụng Cảm Biến Trong Kiểm Soát Hóa Chất 21

Hình 18: Thông Số Ỹ Thuật Trên Datasheet 22

Hình 19: Kích Thước Cảm Biến 875L-N25NP30-D4 23

Hình 20: Đấu Nối Theo Datasheet 23

4

Tổng quan về Capactive Proximity Sensor

Cảm biến tiệm cận điện dung (capacitive proximity sensor) là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp Dưới đây là một số điểm chính về loại cảm biến này:

1.Nguyên lý hoạt động:

 Nguyên lý: Cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung giữa cảm biến

và vật thể được phát hiện Khi một vật thể (có thể là kim loại hoặc phi kim loại) tiếp cận gần cảm biến, điện dung sẽ thay đổi và cảm biến sẽ phát hiện được sự

có mặt của vật thể (trong phạm vi cảm biến), dẫn đến tín hiệu đầu ra

 Cảm biến điện dung bao gồm hai điện cực dẫn điện được tách biệt bởi một lớp chất điện môi Khi đặt vào mạch điện, tụ điện được tạo thành bởi hai điện cực

và chất điện môi sẽ tích trữ năng lượng điện Dung kháng (C) của tụ điện được

tính bằng công thức: C = Q / V

Trong đó:

C: Dung kháng (F) Q: Điện tích (C)

V: Hiệu điện thế (V)

5

hình 1: Sự thay đổi điện dung

 Khi môi trường xung quanh thay đổi, chẳng hạn như khi có vật thể xuất hiện hoặc độ ẩm thay đổi, hằng số điện môi (ε) của chất điện môi cũng thay đổi Điều này làm thay đổi điện dung của tụ điện, dẫn đến sự biến đổi trong tín hiệu điện áp đầu ra Mạch dao động LC sẽ khuếch đại và xử lý tín hiệu điện áp này, cung cấp thông tin về sự thay đổi của môi trường

2 Cấu trúc:

 Tổ hợp điện tử: Cảm biến thường bao gồm một mạch điện và một điện cực, có

thể là tấm kim loại hoặc một lớp vật liệu dẫn điện

 Kết cấu vỏ bọc: Một số cảm biến có vỏ bọc để bảo vệ, giúp cảm biến hoạt

động trong môi trường khắc nghiệt

CẤU TẠO:

Cấu tạo của cảm biến điện dung khá đơn giản, bao gồm các thành phần sau:

6

1 Đầu dò cảm biến có thể thay đổi độ dài khi tiếp xúc với môi trường môi chất

Tùy vào loại môi chất dẫn điện hay không dẫn điện mà đầu dò sẽ có chất liệu khác nhau

2 Vỏ bảo vệ cảm biến bên ngoài giúp bảo vệ đầu dò khỏi nguy cơ ăn mòn, hư

hại từ môi trường tác động lên

3 Bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện dung sang tín hiệu analog 4-20 mA hoặc

sang rơ le báo mức Bộ phận này được coi là bộ não của cảm biến, phân tích tín hiệu và chuyển đổi thông tin đo được

 Chống nước và bụi: Nhiều cảm biến được thiết kế để chống nước và bụi, phù

hợp cho môi trường công nghiệp

4 Nhược điểm:

7

 Khoảng cách phát hiện hạn chế: Thông thường, khoảng cách phát hiện ngắn

hơn so với các loại cảm biến khác như cảm biến siêu âm

 Nhạy cảm với môi trường: Thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và các yếu tố khác có thể

 Thiết bị gia dụng: Có thể được sử dụng trong các thiết bị như đèn tự động bật

tắt khi có người lại gần

 Đo mức độ lấp đầy: Được sử dụng trong các bồn chứa để đo mức độ lấp đầy

của chất lỏng, bột, hoặc hạt

 Kiểm tra chất lượng: sử dụng trong các quy trình kiểm tra chất lượng để phát

hiện các khuyết tật hoặc sự không đồng đều trên bề mặt sản phẩm

 Ứng dụng trong công nghiệp:

-Giám sát tự động các khâu sản xuất, đảm bảo độ chính xác và nhất

quán

-Phát hiện lỗi sản phẩm, giảm thiểu phế phẩm

-Thu thập dữ liệu thời gian thực tế để tối ưu hóa quy trình

-Ngăn ngừa tai nạn do kẹt vật thể, đảm bảo an toàn cho công nhân

-Phát hiện sự cố máy móc sớm, giảm thiểu thời gian ngưng trệ

-Tự động ngắt máy khi có nguy hiểm, bảo vệ tài sản

8

hình 3: ứng dụng cảm biến trong công nghiệp

Cảm biến tiệm cận điện dung là một giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau, nhờ vào tính linh hoạt và khả năng phát hiện chính xác của nó

Tổng quan về Capactive Proximity Sensor của

Rockwell

Cảm biến tiệm cận điện dung (capacitive proximity sensor) của Rockwell Automation là thiết bị được thiết kế để phát hiện sự hiện diện của các vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp Dưới đây là một số thông tin tổng quan về loại cảm biến này:

1 Nguyên lý hoạt động

 Cảm biến điện dung hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung giữa

cảm biến và vật thể khi vật thể tiến lại gần Khi một vật thể (chẳng hạn như kim loại, nhựa, hoặc chất lỏng) nằm trong vùng phát hiện, nó làm thay đổi điện dung và cảm biến sẽ phát hiện điều này

2 Ứng dụng

 Kích thước nhỏ gọn: Dễ dàng lắp đặt trong các không gian hạn chế

 Khả năng chống nhiễu tốt: Có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có

nhiều nhiễu điện từ

 Khả năng điều chỉnh: Một số model cho phép điều chỉnh khoảng cách phát

hiện để phù hợp với nhu cầu cụ thể

10

 Tăng cường độ tin cậy trong việc phát hiện vật thể

Phần 1 Tìm 2 loại cảm biến khác nhau cụ thể của Rockwell

1 Cảm biến capactive proximity sensor 875L-F16B30-A2

hình 5: danh sách cảm biến AC

hình 6: Capactive proximity sensor 875L-F16B30-A2

11

Nguyên lý hoạt động:

 Hoạt động: dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung giữa cảm biến và vật thể khi

vật thể tiến lại gần Khi một vật thể (chẳng hạn như kim loại, nhựa, hoặc chất lỏng) nằm trong vùng phát hiện, nó làm thay đổi điện dung và cảm biến sẽ phát hiện điều này

 Đại lượng đo: Sự hiện diện hoặc khoảng cách của vật thể Cảm biến này có thể

phát hiện nhiều loại vật liệu, bao gồm kim loại, nhựa, gỗ, và chất lỏng

 Đơn vị đo: Khoảng cách, thường được đo bằng mm (milimét) hoặc cm

(centimét) Tuy nhiên, cảm biến điện dung không đo khoảng cách một cách chính xác như cảm biến khoảng cách thông thường; nó chỉ xác định xem một vật thể có nằm trong khoảng phát hiện hay không

 Cơ cấu đo:

-Chuyển đổi đại lượng vật lý: Cảm biến điện dung chuyển đổi sự thay

đổi điện dung do sự hiện diện của vật thể thành tín hiệu điện

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến có một mạch điện tạo ra một trường

điện từ (hoặc điện trường) xung quanh cảm biến Khi một vật thể tiến lại gần, điện dung giữa cảm biến và vật thể thay đổi Cảm biến sau đó phát hiện sự thay đổi này và chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra (thường là tín hiệu số hoặc analog)

để truyền đến hệ thống điều khiển

12

1.2 Ví dụ 3 ứng dụng thực tế

1.2.1 Phát hiện và kiểm soát mức chất lỏng

hình 7: cảm biến kiếm soát chất lỏng trong thực tế

-Ứng dụng: Cảm biến điện dung được sử dụng để đo mức chất lỏng

trong bồn chứa hoặc thùng Khi mức chất lỏng thay đổi, điện dung giữa cảm biến và chất lỏng cũng thay đổi, giúp xác định mức chất lỏng

-Lợi ích: Không cần tiếp xúc với chất lỏng, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm

và hư hỏng

13

-Hoạt động: Cảm biến điện dung được lắp đặt bên ngoài bồn chứa hoặc

thùng chứa chất lỏng Khi chất lỏng ở mức thấp, điện dung giữa cảm biến và bề mặt chất lỏng thấp Khi mức chất lỏng tăng, điện dung giữa cảm biến và chất lỏng tăng theo Cảm biến liên tục đo điện dung và khi đạt đến ngưỡng nhất định (ví dụ, mức chất lỏng tối thiểu hoặc tối đa), nó sẽ gửi tín hiệu điện đến hệ thống điều khiển để thực hiện hành động thích hợp (như bơm chất lỏng vào hoặc ngắt bơm)

1.2.2 Phát hiện sản phẩm trong dây chuyền sản xuất

hình 8: cảm biến phát hiện sản phẩm trong thực tế

-Ứng dụng: Trong các dây chuyền lắp ráp và sản xuất, cảm biến điện

dung được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của sản phẩm hoặc vật liệu Khi sản phẩm đi qua, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển để kích hoạt các quy trình tiếp theo

-Lợi ích: Tăng cường hiệu suất và độ chính xác trong quy trình sản xuất

tự động

14

-Hoạt động: Cảm biến điện dung được đặt trong hoặc gần dây chuyền

sản xuất, có thể bên cạnh băng tải Khi sản phẩm (như hộp hoặc linh kiện) đi qua vùng cảm biến, nó sẽ làm thay đổi điện dung giữa cảm biến và sản phẩm Cảm biến nhận diện sự thay đổi này và gửi tín hiệu đến bộ điều khiển để kích hoạt các hành động tiếp theo, chẳng hạn như dừng băng tải, khởi động một máy móc khác hoặc thực hiện kiểm tra chất lượng

1.2.3 Phát hiện lưỡi dao hoặc mũi khoan gãy

hình 9: cảm biến theo dõi tình trạng mũi khoan trong thực tế

-Ứng dụng: Cảm biến thường sẽ được bật để luôn cảm nhận hiện diện

của lưỡi dao hoặc mũi khoan

-Cách hoạt động: Khi có sự cố xảy ra làm gãy mũi khoan; hoặc lưỡi

dao thì cảm biến không còn cảm nhận hiện diện tại vị trí mũi khoan nữa; sẽ xuất

15

tín hiệu lên hệ thống điều khiển và ngắt motor, dừng máy Báo lỗi trên bảng điều khiển hoặc đèn báo; để chúng ta kịp thời thay mũi khoan hoặc lưỡi dao mới

1.3 Thông số kỹ thuật:

hình 10: thông số kỹ thuật trên datasheet

-IO-Link: NO

-Phạm vi cảm biến: có thể điều chỉnh (M18: 3-12mm M30: 4-25mm)

-Khả năng chống nước, bụi: IP67

-Điện áp hoạt động: AC

-Điện áp định mức:20-250V (bao gồm gợn sóng)

hình 11: kích thước cảm biến 875L-F16B30-A2

-Đấu nối datasheet:

17

hình 12: đấu nối chân trên datasheet

2 Cảm biến capactive proximity sensor 875L-N25NP30-D4

hình 13: danh sách cảm biến DC

18

hình 14: Capactive proximity sensor 875L-N25NP30-D4

2.1 Nguyên lý hoạt động:

 Hoạt động: dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung giữa cảm biến và vật thể khi

vật thể tiến lại gần Khi một vật thể (chẳng hạn như kim loại, nhựa, hoặc chất lỏng) nằm trong vùng phát hiện, nó làm thay đổi điện dung và cảm biến sẽ phát hiện điều này

 Đại lượng đo: Sự hiện diện hoặc khoảng cách của vật thể Cảm biến này có thể

phát hiện nhiều loại vật liệu, bao gồm kim loại, nhựa, gỗ, và chất lỏng

 Đơn vị đo: Khoảng cách, thường được đo bằng mm (milimét) hoặc cm

(centimét) Tuy nhiên, cảm biến điện dung không đo khoảng cách một cách chính xác như cảm biến khoảng cách thông thường; nó chỉ xác định xem một vật thể có nằm trong khoảng phát hiện hay không

19

 Cơ cấu đo:

-Chuyển đổi đại lượng vật lý: Cảm biến điện dung chuyển đổi sự thay

đổi điện dung do sự hiện diện của vật thể thành tín hiệu điện

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến có một mạch điện tạo ra một trường

điện từ (hoặc điện trường) xung quanh cảm biến Khi một vật thể tiến lại gần, điện dung giữa cảm biến và vật thể thay đổi Cảm biến sau đó phát hiện sự thay đổi này và chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra (thường là tín hiệu số hoặc analog)

để truyền đến hệ thống điều khiển

2.2 Ví dụ 3 ứng dụng thực tế:

2.2.1 Phát hiện rò rỉ trong hệ thống ống dẫn

hình 15: ứng dụng cảm biến trong phát hiện rò rỉ

20

-Ứng dụng: Cảm biến điện dung có thể được sử dụng để phát hiện sự rò

rỉ trong các ống dẫn nước hoặc hóa chất

-Cách hoạt động: Nếu có chất lỏng rò rỉ ra ngoài ống dẫn, cảm biến sẽ

phát hiện sự thay đổi điện dung và kích hoạt báo động để ngăn ngừa tổn thất

2.2.2 Phát hiện vật cản

hình 16: ứng dụng cảm biến trong phát hiện vật cản

-Ứng dụng: Trong ngành tự động hóa, khi hệ thống, phương tiện được

tự động hóa gặp vật cản Cảm biến có thể phát hiện vật cản để xử lý tình huống

-Cách hoạt động: Khi cảm biến phát hiện vật cản, cảm biến có thể xác

định được và tín hiệu và hành động như đã được lập trình

2.2.3 Kiểm soát mức độ hóa chất trong ngành hóa học

21

hình 17: ứng dụng cảm biến trong kiểm soát hóa chất

-Ứng dụng: Trong ngành hóa học, cảm biến điện dung có thể được sử

dụng để theo dõi mức độ hóa chất trong bồn chứa

-Cách hoạt động: Cảm biến theo dõi sự thay đổi điện dung để xác định

mức độ hóa chất, từ đó đảm bảo quy trình sản xuất diễn ra an toàn và hiệu quả

2.3 Thông số kỹ thuật:

-Dòng điện hoạt động định mức (Ie) 200 mA (liên tục)

-Dòng cung cấp không tải (Io) 20 mA

-Điện áp cách điện định mức (UI) 50V DC

-Độ trễ khi bật nguồn (tv) 300 ms

-Dòng điện hoạt động (Im), min >0,5 mA

-Sụt áp (Ud) 1.0V DC @ 200 mA DC

-Đấu nối datasheet:

hình 20: đấu nối theo datasheet

https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/875-um001_-en-p.pdf

https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/875-td001_-en-p.pdf

https://kimthienphu.com/cam-bien-dien-dung-la-gi#:~:text=C%E1%BA%A3m%20bi%E1%BA%BFn%20%C4%91i%E1%BB%87n%20dung%20c%C6%A1%20b%E1%BA%A3n%20bao%20g%E1%BB%93m,c%E1%BB%A7a%20c%E1%BA%A3m%20bi%E1%BA%BFn%20kh%E1%BB%8Fi%20m%C3%B4i%20tr%C6%B0%E1%BB%9Dng%20xung%20quanh