CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BĂNG TẢI
5.2. Lựa chọn cảm biến
Cảm biến tiếp cận (proximity sensor) là loại cảm biến ON/OFF dùng để nhận biết sự hiện diện của đối tượng. Phân loại:
• Cảm biến tiếp xúc;
• Cảm biến không tiếp xúc;
• Cảm biến tiếp cận điện cảm: cảm nhận những đối tượng kim loại;
• Cảm biến tiếp cận điện dung: cảm nhận những đối tượng kim loại / phi kim;
• Cảm biến điện quang: cảm nhận những đối tượng kim loại / phi kim;
• Cảm biến tiếp cận hiệu ứng Hall;
- Cảm biến tiếp cận điện cảm (inductive proximity sensor):
Loại cảm biến này dùng để cảm nhận những đối tượng bằng kim loại.
Thành phần chính: cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt, mạch tạo
dao
động, mạch cảm biến dòng, và công tắc bán dẫn
Hình 5.2: Cấu tạo của cảm biến tiếp cận điện cảm, [13]
Nguyên lý hoạt động: mạch dao động tạo ra một vùng từ trường
ở phía trước cảm
biến. Khi có đối tượng bằng kim loại bước vào vùng từ trường, biên
độ vùng từ trường
suy giảm do sự thất thoát năng lượng (chuyển sang đối tượng). Mạch cảm biến dòng nhận biết sự thay đổi và kích hoạt công tắc.
Phạm vi cảm biến là khoảng cách tính từ bề mặt cảm biến mà đối tượng chuẩn được nhận biết trong phạm vi đó. Phạm vi cảm biến và độ nhạy của cảm biến (tốc độ chuyển mạch) phụ thuộc vào kích thước và vật liệu của đối tượng cảm biến. Xét mẫu thí nghiệm (đối tượng cảm biến) là một tấm thép hình vuông dày 1 (mm), có các cạnh bằng đường kính của bề mặt cơ cấu cảm biến, đặc điểm điển hình của loại cảm biến này như sau:
Bảng 5.2: Đặc điểm của cảm biến tiếp cận điện cảm Phạm vi cảm biến
(mm)
Đường kính (mm) Chiều dài (mm) Tốc độ chuyển đổi (Hz)
1 8 40 5000
2 12 40 1000
5 18 40 400
10 30 50 200
20 47 60 40
Đối với những đối tượng kim loại không sắt (kim loại màu như
nhôm, thau,
đồng và thép không gỉ), phạm vi cảm biến sẽ ngắn hơn.
- Cảm biến tiếp cận điện dung (capacitive proximity sensor):
Loại cảm biến tiếp cận này dùng cảm nhận những đối tượng dựa vào khả năng tích điện của đối tượng. Do đó loại này có thể cảm nhận sự hiện diện của tất cả các loại đối tượng (kim loại cũng như phi kim, e.g. gỗ, giấy, nước, nhựa …). Thành phần chính: mạch tạo dao động, mạch cảm biến dòng, 1 bản cực nội, và công tắc bán dẫn.
Hình 5.3: Cấu tạo của cảm biến tiếp cận điện dung, [13]
Nguyên lý hoạt động: khi có đối tượng xuất hiện phía trước cảm biến, thì đối tượng đóng vai trò như một bản cực ngoại của tụ điện. Bản cực ngoại này kết hợp với bản cực nội hình thành nên một tụ điện và khi đó hiện tượng tích điện trên hai bản cực của tụ điện xảy ra. Điều này tạo nên một dòng điện thay đổi chạy qua bản cực nội.
Mạch cảm biến dòng nhận biết sự thay đổi và kích hoạt công tắc.
Những vật liệu nào có hằng số điện môi từ 1.2 trở lên đều có thể nhận biết bởi loại cảm biến này. Phạm vi cảm biến: < 70 (mm).
• Với hằng số điện môi càng lớn, đối tượng càng dễ được nhận biết;
• Với hằng số điện môi càng lớn, khoảng cách nhận biết càng xa;
• Vật liệu có hằng số điện môi lớn cũng có thể nhận biết được khi chứa trong thùng làm bằng vật liệu có hằng số điện môi thấp hơn;
Bảng 5.3: Hằng số điện môi của một số vật liệu
Vật liệu Gỗ (khô) Xăng Đường Nước
Hằng số điện môi 2 ÷ 6 2.2 3 80
5.2.2. Lựa chọn
Cảm biến tiếp cận điện cảm được lựa chọn từ sản phẩm của công ty Omron (Nhật Bản) với số hiệu E2K-C25ME1 2M.
Hình 5.4: Cảm biến E2K-C (Nguồn: https://www.ia.omron.com/product/item/1696/) Theo catalogue, sản phẩm có thông số kỹ thuật cơ bản như sau:
Bảng 5.4: Thông số kỹ thuật của cảm biến
Kích thước đầu cảm biến d =34mm
Loại Hình trụ, điện dung, không có đồ che
Khoảng cách cảm biến 25mm
Thiết lập khoảng cách 3 25- mm
Chế độ hoạt động NO
Điện áp cung cấp 12 24- VDC
Dòng tiêu thụ 24 :16 max
12 : 10 max
VDC mA
VDC mA