cảm biến công nghiệp

cảm biến công nghiệp, thông số cách sử dụng,

Câu 1 cảm biến đo vị trí và dịch

chuyển

Phương pháp 1: bộ cảm biến cung cấp

tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của

một trong các phần tử của cảm biến,

đồng thời phần tử này có liên quan đến

vật cần xác định vị trí hoặc dịch

chuyển

Phương pháp 2: ứng với một dịch

chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một

xung Việc xác định vị trí hoặc dịch

chuyển được tiến hành bằng cách đếm

số xung phát ra

điện thế kế điện trở:

1 dùng con chạy cơ học:gồm một điện

trở cố định (Rm) và một tiếp xúc điện

(con chạy) liên kết với vật khảo sát

Khi vật di chuyển, con chạy di chuyển

theo, điện trở đo phụ thuộc vào vị trí

con chạy Đo điện trở  vị trí

Điện trở dạng dây cuộn: được chế tạo

từ các hợp kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni -

Cr - Fe, Ag - Pd quấn thành vòng xoắn

dạng lò xo trên lõi cách điện (bằng thuỷ

tinh, gốm hoặc nhựa), giữa các vòng

dây cách điện bằng emay hoặc lớp oxyt

bề mặt

Điện trở dạng băng dẫn: được chế tạo

bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là

cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10-2m

Đặc điểm:Cấu tạo đơn giản

Đo được dịch chuyển lớn

Khoảng chạy có ích nhỏ hơn chiều dài

điện trở (Lm)

Độ phân giải của điện trở dạng dây

~10m, dạng băng dẫn ~ 0,1 m

Thời gian sống thấp: dạng dây ~106

lần, dạng băng dẫn 5.107 - 108 lần

Chịu ảnh hưởng lớn của bụi và ẩm

Câu 3:Cảm biến điện cảm đo vị trí

Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên

phụ thuộc , s và :

s = f() phi tuyến

s = f(s) tuyến tính

s tăng khi  tăng

cảm biến kép có khe từ biến thiên

Quay thẳng Đặc điểm: độ nhạy lớn độ tuyến tính

cao hơn

Cảm biến tự cảm có lõi từ di động

Dưới tác động của đại lượng đo Xv, lõi

từ dịch chuyển làm cho độ dài lf trong ống thay đổi> thay đổi hệ số tự cảm của cuộn dâycó sự phụ thuộc giữa L

với lf -> đo L tính ra lf-> dịch chuyển

b) Đặc điểm:

L = f(lf)  phi tuyến, độ nhạy và độ tuyến tính của CB kép cao hơn CB đơn

Đo được dịch chuyển lớn hơn so với CBTC có khe từ biến thiên

cảm biến hỗ cảm

Khi cấp dòng xoay chiều ( ) vào cuộn sơ cấp, sinh ra  biến thiên

 trong cuộn thứ cấp sinh ra sức điện động cảm ứng:

cảm biến hỗ cảm có lõi từ di động

m

L

l

m

R R









t I s W W





cos

0 1 2





CÂU 4

cảm biến tụ điện đơn

Nguyên lý: dựa trên sự thay đổi điện

dung của cảm biến khi phần tử gắn với

vật khảo sát di động  thay đổi kích

thước hình học của cảm biến (CB thụ

động)

đặc điểm

độ nhạy

cảm biến vi sai

gồm 3 bản cực một bản cực động A1

dịch chuyển còn 2 bản A2 A3 cố định

tạo thành 2 tụ C21 và C31

đặc điểm

*Độ nhạy (S) cao hơn CB đơn

*Độ tuyến tính cao hơn CB đơn

*Cấu tạo phức tạp hơn

CÂU 5

cảm biến quang phản xạ

đầu thu quang đặt cùng phía với nguồn

phát.tia sáng từ nguồn phát qua thấu

kính hội tụ đập tới 1 thước đo chuyển

động cùng vật khảo sát,trên thước có

những vạch chia phản quang và không

phản quang kế tiếp nhau.khi tia sáng

gặp vạch chia phản quang sẽ bị phản xạ

lại đầu thu quang

Nguồn phát, bộ thu bố trí một phía

Dễ bố trí

Cự li cảm nhận bé

Chịu ảnh hưởng của nhiễu từ nguồn sáng khác

cảm biến soi thâu

khi thước đo(gắn với đối tượng khảo sát,chạy giữa thấu kính hội tụ và lưới chia) có chuyển động tương đối so với nguồn sáng sẽ làm xuất hiện một tín hiệu ánh sáng hình sin.tín hiệu này sẽ

dc thu bởi tế bào quang điện đặt sau lưới chia.các tín hiệu đầu ra được khuếch đại trong một bộ tạo xung điện

tử tạo thành tín hiệu xung chử nhật

b) Đặc điểm:

Cự ly cảm nhận lớn

Có khả năng thu được tín hiệu mạnh và

tỉ số độ tương phản sáng tối lớn

Ít ảnh hưởng nhiễu của nguồn sáng khác

Khó bố trí và chỉnh thẳng hàng nguồn phát và đầu thu

CÂU 6 Cảm biến điện trở: dựa vào sự thay

đổi điện trở của vật liệu khi có biến

dạng Kích thước cảm biến nhỏ từ vài

mm đến vài cm, khi đo chúng được dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng

 dùng phổ biến

Cảm biến dạng dây rung: dựa vào sự

thay đổi tần số rung của sợi kim loại khi sức căng cơ học thay đổi (khi khoảng cách hai điểm nối thay đổi)  dùng trong các kết cấu ngành xây dựng

CÂU 7 phương pháp đo biến dạng

Cảm biến điện trở: dựa vào sự thay đổi điện trở của vật liệu khi có biến dạng Kích thước cảm biến nhỏ từ vài

mm đến vài cm, khi đo chúng được dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng

 dùng phổ biến

Cảm biến dạng dây rung: dựa vào sự thay đổi tần số rung của sợi kim loại khi sức căng cơ học thay đổi (khi khoảng cách hai điểm nối thay đổi)  dùng trong các kết cấu ngành xây dựng

Cảm biến điện trở kim loại

Dây điện trở tiết diện tròn d20m hoặc chữ nhật

Số nhánh n = 10 20 nhánh

Đế cách điện: giấy (~ 0,1 mm), chất dẻo (~ 0,03 mm)

CÂU 8: cảm biến áp trở silic

loại dùng mẫu căt

Điện trở: các mẫu cắt từ đơn tinh thể

silic pha tạp P hoặc N, kích thước: dài

~ 0,1 2 mm và chiều dày ~ 0,01mm

Đế cách điện: nhựa

Để tăng tín hiệu có thể ghép nối tiếp,

song song nhiều mảnh cắt

loaị khuếch tán

Điện trở: silic pha tạp loại P (hoặc N)

Đế: silic pha tạp loại N (hoặc P)

Lớp tiếp giáp P – N phân cực ngược

CÂU 9 Nguyên tắc đo lực: làm cân bằng lực

cần đo với một lực đối kháng sao cho

bằng không

 gian 

CÂU 10

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

:

, gố

:

: Dưới tác dụng của lực

cơ học, tấm áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực (V) tỉ lệ với lực tác dụng (F)

Các dạng biến dạng cơ bản:

Có các loại cảm biến theo chiều dọc, theo chiều ngang, theo bề dày, theo bề mặt

Cách ghép các phần tử áp điện thành bộ: hai phần tử song song(điện dung tăng gấp đôi),hai phần tử nối tiếp(điện

áp hở mạch,trở kháng tăng gấp 2 nhưng điện dung giảm 1 nửa) ,nhiều phần tử song song

Câu 11

Dưới tác động của từ trường, một số vật liệu sắt từ thay đổ ất hình học hoặc tính chất cơ học (mô đun Young)  hiệu ứng từ giảo

: Khi có tác dụng của lực cơ học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ đường cong từ hoá củ

 hiệu ứng từ giảo nghịch.khi đó dựa vào sự thay đổi của lượng từ thẩm hoặc từ dư có thể xác định được độ lớn của lực tác dụng

Từ hóa lần đầu Chu kỳ từ trễ

• Khi trong vật liệu sắt từ có ứng lực, kích thước mạng tinh thể thay đổi, các hướng dễ từ hoá thay đổi dẫn đến làm thay đổi định hướng của các domen 

 hiệu ứng từ giảo nghịch

Trên hình biểu diễn ảnh hưởng của

ứng lực đến đường cong từ hoá của

permalloy 68

Câu 12

Cảm biến đo lực dựa trên phép đo dịch

chuyển:

Lực cần đo tác dụng lên vật trung gian

và gây nên sự thay đổi kích thước l

.Trong cảm biến loại này, lực cần đo

tác dụng lên vật trung của nó Sự thay

đổi kích thước được đo bằng một cảm

biến dịch chuyển Khi đó tín hiệu ra Vm

và lực tác dụng được biểu diễn bằng

biểu thức:

Vm/l: tỉ số truyền đạt của cảm

biến._; l/F : độ mềm của vật trung

gian

Câu 13:nguyên lý chế tạo cảm biến

đo vận tốc

:

): Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện

từ Cảm biến gồm có hai phần: phần

cảm (nguồn từ thông) và phần ứng

(phần có từ thông đi qua) Khi có

chuyển động tương đối giữa phần cảm

và phần ứng  từ thông () đi qua

phần ứng biến thiên  trong phần ứng

xuất hiện suất điện động cảm ứng (e) 

()   Đo (e)  (v)

: Tốc độ kế một chiề

:

dt

d t

e() 

:

dt

d t



 )



2 (Sử dụng tốc độ kế

vòng loại xung): làm việc theo nguyên tắc đo tần số chuyển động của phần tử chuyển động quay Cảm biến có một đĩa được mã hoá gắn với trụ

 : Tốc độ kế từ trở biến thiên, tốc độ kế quang…

Câu 14 cấu tạo nguyên lý hđ đặc điểm của gia tốc kế

1 chiều

1) Stato 2) Rôto 3) Cổ góp 4) Chổi quét

iN i

dt

d

e    Trong nửa số dây ở bên phải đường trung tính:

0



E p





Trong nửa số dây ở ờng trung tính:

0

E t





xoay chiều

:

t E



.

1

K

K1 và K2 là các thông số

Đo E  

Đo  

Xoay chiều đồng bộ

quay

c = Ve.coset

Khi rô to :

           

em m cos e cos e

Đo Em  

Đo vận tốc dài

trong trường hợp đo vận tốc nhỏ thì có thể dung cảm biến đo vận tốc dài.có 2 phần; phần thứ nhất cố định phần thứ gắn với vật chuyển động,chuyển động tương đối giữa cuộn dây và nam châm làm xuất hiện trong cuộn dây 1 sức điện động tỷ lệ với vận tốc cần đo

e = 2pi*rNBv

Câu 15 tốc độ kế xung

***tốc độ kê từ trở biến thiên

  thiên 

(n):

:

-quay (min, n  E nmin

Dải đo của cảm biến phụ thuộc vào số răng

: p = 60 răng  dải đo n = 50  500 vg/ph,

p = 15 răng  dải đo n = 500  10.000 vg/ph

F

l l

V

F





dt

dx dx ) x ( dF dt ) x ( dF )

e 0 0

***tốc độ kế quang

1.Nguồn sáng 2 Thấu kính hội tụ 3 Đĩa quay

;4 Đầu thu quang

nguồn sang là 1 diot phát quang,đầu thu quang

là 1 photodiod hoặc phototranzitor có 2 trường

hợp cần xét đến như trên hình vẽ.khi đĩa quay

thì đầu thu nhận được t1 thông lượng ánh sáng

biến điệu và phát tín hiệu có tần số tỉ lệ với tốc

độ quay,nhưng biên độ k phụ thuộc vào tốc

độ.=>

: + Số lượng lỗ trên đĩa

+ Dải thông của đầu thu quang và mạch điện tử

Để đo tốc độ nhỏ (~ 0,1 v/ph) phải dùng đĩa có

số lượng lỗ lớn (500  1.000 lỗ ốc độ lớn

(~ 105 - 106 v/ph) phải sử dụng đĩa quay chỉ một

lỗ, khi đó tần số ngắt của mạch điện xác định

tốc độ cực đại có thể đo được

Câu 16.nguyên lý chế tạo cảm biến đo gia tốc

Gia tốc là đại lượng vật lý thể hiện mối quan hệ

giữa lực và khối lượng Phép đo gia tốc có thể

thực hiện qua việc đo lực (cảm biến áp điện,

cảm biến cân bằng ngẫu lực) hoặc đo gián tiếp

thông qua sự biến dạng hay di chuyển của vật

trung gian

ển độ tâm tần số thấp (f = 0  ~20 Hz) 

 hàng trăm Hz (của các cấu

trúc cứ )  CB từ trở biến thiên,

CB đo biến dạng (kim loại hoặc áp điện trở)

(f) trung bình và tương đối cao

(f~10kHz) (vật có khối lượng nhỏ)  CB gia

tốc áp trở hoặc áp điện

Gia tốc khi va đập, gia tố ạng xung 

CB gia tốc có dải thông rộng về cả hai phía f

thấp và cao

Đặc trưng cảm biến đo rung

Câu 17

cấu tạo nguyên lý làm việc của cảm biến đo

rung

Đại lượng đo sơ cấp m1 là tốc độ rung dh0/dt

Đại lượng đo thứ cấp m2 là dịch chuyển tương đối z

/dt

để chuyển đổi vận tốc tương đối của khối lượng rung so với võ hộp thành tín hiệu điện thực hiện bởi 1 cảm biến đo vị trí tương đôi kiểu điện từ gồm 1 cuộn dây và một lõi nam châm.cuộn dây nối với khối rung lõi nam châm đặt bên trong cuộn dây và gắn với võ cảm biến.bằng cách đo suất điện động của cuộn dây có thể đánh giá được tốc độ rung

Câu18 gia tốc áp kế điện

cấu tạo chung gồm 1 khối rung M và 1 phần tử

áp điện dặt trên giá đở cứng,và toàn bộ dc dặt trong võ hộp kín

KIỂU NÉN KIỂU UỐN CONG

:

Có tần số cộng hưởng cao

Kết cấu chắc chắn

Nhạy với ứng lực của đế

Độ nhạy rất cao Tần số và gia tốc rung đo được bị hạn chế

gia tốc áp trở

1.khối rung;2.tấm đàn hồi;3.áp trở;4.đế

một đầu gắn với giá đỡ,một đầu gắn với khối lượng rung,trên đó có gắn từ 2 đến 4 áp trở mắc trong 1 mạch cầu wheatstone.dưới tác dụng của gia tốc, tấm đàn hồi bị uốn cong,gây nên biến dạng trong đầu đo một cách trực tiếp hay gián tiếp qua bộ khuếch đại cơ

CÂU 19

vi áp kế kiểu phao

gồm 2 bình thông nhau ,bình (1) có tiết diện lớn (F) bình 2 có tiết diện nhỏ (f).chất lõng làm việc

là thủy ngân hay dầu biến áp,khi đo áp suất lớn (p1) được đưa vào bình lớn,áp suất bé được đưa vào bình nhỏ,để tránh chất long phun ra ngoài khi cho áp suất động về 1 phía,người ta mở van

5 và khi áp suất hai bên cân bằng,van 5 được khóa lại

1>p2

:



*Cấp chính xác cao (1; 1,5),

* ất lỏng độc hại

 Đo áp suất tĩnh không lớn hơn 25MPa cấp chính xác của áp kế này cao nhưng chứa chất long độc hại mà khi áp suất thay đổi đột ngột có thể tràn ra ngoài ảnh hưởng đến đối tượng đo và môi trường

câu 20.áp kế vành khuyên

gồm vành khuyên có tiết diện hình chữ S,trong

 1 2

1

1

p p g f

F h

m





















đó chứa chất lỏng,trên vành khuyên có treo đối

trọng, vành khuyên có thể quay quanh tâm

O.ban đầu đối trọng nằm ở giửa do p1=p2.giả sử

p1 tăng lên,deltap>0,mực nước bên trái giảm

xuống,bên phải tăng lên mô men quay

Mq=RSdeltap làm quay vành khuyên theo

chiều kim đồng hồ đối trọng được nâng lên làm

quay kim chỉ thị

*Giới hạn đo khi dịch thể là nước: 25 - 160

mmH2O, thủy ngân: 400-2.500mmH2O,

*Cấp chính xác 1; 1,5

CÂU 21 áp kế đàn hồi

lò xo

có dạng lò xo,là 1 ống kim loại uốn cong,một

đầu giữ cố định còn 1 đầu giữ tự do.khi đưa chất

lưu vào trong ống làm ống bị biến dạng và đầu

tự do dịch chuyển

đặc điểm

-

+Đồng thau: < 5 MPa,

+ Hợp kim nhẹ hoặc thép <1.000 Mpa

>1.000 Mpa

áp kế màng

Phần tử biến dạng có dạng màng mỏng được

chia làm 2 loại màng đàn hồi và màng dẽo

màng đàn hồi có dạng tròn phẳng hoặc uốn nếp

được làm bằng thép.khi áp suất tác dụng lên bề

mặt màng làm cho nó biến dạng.biến dạng của

màng là hàm phi tuyến của áp suất

câu 22

áp kế áp trở

sử dụng bộ chuyển đổi điện kiểu áp trở,phần tử nhạy cảm dc chế tạo từ vật liệu có điện trở nhạy cảm với tác dụng của lực do áp suất

phần tử áp trở gồm đế silic loại N trên đó có khuếch tán tạp chất tạo thành lớp bán dẫn loại p.mặt trên dc bọc cách điện.và có hai tiếp xúc

kim loại để nối dây

đặc điểm kích thước nhỏ,dễ lắp đặt, khoảng nhiệt độ làm việc -400 1250

áp kế áp điện

sử dụng bộ chuyển đổi điện kiểu áp điện làm việc theo nguyên tắc hiệu ứng áp điện

Hồi đáp tần số tố ất thay đổi nhanh)

Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ Giới hạ ất đo 2,5  100 Mpa

áp kế điện dung

sử dụng bộ chuyển đổi điện dung

bản cực động là màng kim loại và bản cực tỉnh gắn với đế cách điện thạch anh.dưới tác dụng của áp suát cân đo làm dịch chuyển bản cực động  khoảng cách giữa 2 bản cực thay đổi,và điện dung giữa 2 bản cực thay đổi theo

: < 120 MPa, Sai số  (0,2 - 5)%

áp kế điện cảm

**áp kế điện cảm có khe từ biến thiên

sử dụng bộ chuyển đổi điện cảm làm việc theo hiện tượng cảm ứng điện từ kiểu khe từ biến thiên

**áp kế kiểu vi sai

hai cuộn dây 5 và 6 giống nhau nhưng đấu

ngược pha

CÂU 23

cảm biến đo lưu lượng theo thể tích

kiểu bánh răng

làm việc theo nguyên tắc đếm trực tiếp lượng

thể tích chất lưu đi qua buồng chứa có thể tích

xác định của cảm biến



đặc điểm

*Giới hạn đo từ 0,01 - 250 m3/giờ,

*Cấp chính xác 0,5; 1,

*Tổn thất áp suất nhỏ,

* ất lỏng đo phải được lọc tốt,

*Gây ồn khi làm việc

lưu lượng kế kiểu cánh

khi cánh (2) như ở vị trí như hình vẽ,áp suất

chất khí tác động lên cánh làm tang quay.trong

quá trình quay các cánh luôn tiêp xúc với cam

nhờ các con lăn  điều chỉnh cánh luôn ở vi trí

thích hợp

(qv



:

Đo lưu lượng đến 100 - 300 m3/giờ Cấp chính xác 0,25; 0,5

Cảm biến đo lưu lượng kế theo tốc độ

**lưu lượng kế tuabin hướng trục

bộ phận chính của lưu lượng kế là 1 tuabin hướng trucjnhor đặt theo chiều chuyển động của dòng chảy trước tuabin có bộ điều chỉnh dòng chảy,để san phẳng dòng chảy rối và loại bỏ dòng chảy xoáy.chuyển động quay của tuabin qua bộ truyền bánh răng trục vít dc truyền thiết

bị đếm

đo lưu lượng băng tuabin tiếp tuyến

tua bin của lưu lượng kế đặt vuông góc với dòng chảy.chất lưu qua màng lọc qua ống dẫn vào lưu lượng kế theo hướng tiếp tuyến với tuabin làm tuabin quay.cơ cấu đếm được liên keert với truc tuabin để đưa tín hiệu đến mạch đo

* Đường kính tuabin từ 15 - 40 mm;

* Phạm vi đo từ 3 - 20 m3/giờ

CÂU 25 nguyên lý đo



)

Phân bố vận tốc của một dòng chảy lý tưởng

bị



v1 (A-A)



Phân bố

1’ (A-A) p1

2’ (B-B)  p3’ (C-C)