Bài giảng Kỹ thuật cảm biến - Chương 6: Cảm biến tiệm cận. Cảm biến quang điện. Cảm biến áp suất

Bài 6 
CẢM BIẾN TIỆM CẬN. CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN. CẢM BIẾN ÁP SUẤT 
1 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
1 
4. Cảm biến tiệm cận, quang điện, áp suất, độ ẩm, lưu lượng, mức 
4.1. Cảm biến tiệm cận: 
4.1.1. Khái niệm, ứng dụng 
Khái niệm: Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến không tiếp xúc, dùng để phát hiện vật thể dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. 
Cảm biến tiệm cận thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu đầu vào là sự chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể cần phát hiện thành tín hiệu điện. 
	Ứng dụng:	 
	- Giới hạn hành trình hoạt động của các chi tiết máy, 
	- Phát hiện và phân loại sản phẩm, 
	- Đo mức, vị trí, khoảng cách... 
2 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
2 
Cảm biến tiệm cận loại điện cảm (Inductive Proximity Sensors) phát hiện các vật liệu kim loại có từ tính (sắt, thép). 
3 
  4.1.2. Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
3 
Cấu trúc 
- Máy phát với cuộn cảm tạo r a trường điện từ biến thiên, cảm ứng với đối tượng cần phát hiện; 
- Giải điều chế biến tín hiệu xoay chiều thành một chiều 
Trigơ chuyển mức tín hiệu khi tiệm cận đến vị trí đối tượng cần phát hiện; 
- Khuếch đại dùng để khuếch đại đến mức cần thiết; 
- Hiển thị bằng phôtô điốt, chỉ thị trạng thái làm việc, kiểm tra khả năng làm việc 
4 
  4.1.2. Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm (tt) 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
4 
b. Nguyên tắc hoạt động 
5 
  4.1.2. Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm (tt) 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
5 
c. Ưu, nhược điểm của cảm biến tiệm cận điện cảm: 
	Ưu điểm: 
- Phát hiện đối tượng không tiếp xúc (khoảng cách phát hiện đến 30mm) 
- Tần số chuyển mạch cao; 
- Làm việc tin cậy, chính xác; 
- Làm việc tốt trong điều kiện rung xóc, bụi bẩn. 
	Nhược điểm: 
- Không phát hiện được vật thể phi kim loại. 
6 
  4.1.2. Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm (tt) 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
6 
Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensors) phát hiện được cả các vật liệu kim loại có từ tính, kim loại không từ tính (nhôm, đồng ...) và các vật liệu phi kim loại hoặc chất lỏng. 
Omron E2K-C Long-distance Capacitive Sensor Eaton's E53 Tubular capacitive sensors 
7 
  4.1.3. Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
7 
Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động 
8 
  4.1.3. Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung (tt) 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
8 
4.2.1. Khái niệm, ứng dụng: 
Khái niệm: Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensors) là loại cảm biến không tiếp xúc, sử dụng tia sáng để phát hiện sự có mặt, chuyển động của vật thể. 
Ứng dụng: 
- Trong kỹ thuật, cảm biến quang điện là phần tử chính trong thiết bị đo tốc độ vòng quay (encoder) hoặc trong các thiết bị đo tốc độ cầm tay. 
- Để kiểm soát an ninh, kiểm soát lưu lượng người vào ra hoặc ứng dụng trong việc thiết kế các tòa nhà thông minh (smart home), hệ thống máy in, máy đếm tiền, máy đếm sản phẩm 
9 
  4.2. Cảm biến quang điện 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
9 
Gồm hai bộ phận: 
Nguồn phát: Tạo ra nguồn sáng và thực hiện phát xạ. 
	+ Máy phát: tạo ra tín hiệu dạng liên tục hoặc dạng dãy xung đưa đến phần tử phát xạ. 
	+ Phần tử phát xạ: thường ở dạng điot quang, phát ra ánh sáng dải tần ánh sáng trắng hoặc hồng ngoại. 
	Thiết bị thu : thu nhận ánh sáng, khuếch đại và chỉ thị. 
	 + Phần tử thu nhận ánh sáng: thường là photođiot hoặc phototransistor thu nhận ánh sáng và biến ánh sáng thành tín hiệu điện ; 
	+ Trigơ 
	+ Khuếch đại 
	+ Chỉ thị: thường dùng đèn led màu, chỉ thị sự có mặt của vật thể được phát hiện 
10 
  4.2.2. Cấu trúc cảm biến quang điện 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
10 
a. Dạng một khối chung phản xạ từ vật thể 
Khoảng cách hoạt động bị ảnh hưởng đáng kể bởi các yếu tố như là bụi, khói, sương mù 
Khoảng cách phát hiện thường không quá 1m. 
11 
  4.2.3. Nguyên tắc hoạt động 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
11 
b. Dạng một khối chung phản xạ qua gương 
Khoảng cách phát hiện 1-2m. 
12 
  4.2.3. Nguyên tắc hoạt động (tt) 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
12 
c. Dạng hai khối độc lập 
Khoảng cách phát hiện tới 10m 
13 
  4.2.3. Nguyên tắc hoạt động (tt) 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
13 
4.3.1. Áp suất và nguyên tắc đo áp suất 
a. Áp suất 
Đơn vị: 
- Pascal (Pa): 1Pa=1N/m 2 , 
- bar (1 bar = 10 5 Pa), 
- kg/cm 2 , 
- atmotsphe (atm), 
- milimet thủy ngân (mmHg) 
14 
  4.3. Cảm biến áp suất chất lưu 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
14 
b. Nguyên tắc đo áp suất: 
* Áp suất tĩnh (p t ): khi chất lưu (lỏng, khí, hơi) không chuyển động 
Đối với chất lưu không chuyển động chứa trong một ống hở đặt thẳng đứng, áp suất tĩnh tại một điểm cách đáy ống h: 
p 0 – áp suất khí quyển tại vị trí đặt ống; 
ρ - khối lượng riêng chất lưu; 
g - gia tốc trọng trường. 
Phương pháp đo áp suất tĩnh: 
- Đo áp suất chất lưu lấy qua một khe hở được khoan trên thành vật chứa nhờ cảm biến thích hợp; 
	 - Đo trực tiếp biến dạng của thành bình do áp suất gây nên. 
15 
  4.3.1. Áp suất và nguyên tắc đo áp suất 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
15 
Áp suất động (p d ): khi chất lưu (lỏng, khí, hơi) chuyển động 
V – vận tốc chất lưu 
Áp suất tổng: p = p t +p d 
Áp suất động được đo thông qua đo chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh: p d = p - p t 
16 
  4.3.1. Áp suất và nguyên tắc đo áp suất (tt) 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
16 
Hình 6-8. Đo áp suất động bằng màng 
1. Màng đo; 2. Phần tử áp điện. 
Nguyên lý chung: dựa trên nguyên tắc cân bằng áp suất chất lưu với áp suất thuỷ tĩnh của chất lỏng làm việc trong áp kế. 
Áp kế vi sai kiểu phao: 
Khi đạt cân bằng áp suất: 
ρ - khối lượng riêng chất lưu cần đo 
ρ m - khối lượng riêng chất lỏng làm việc; 
Vì S 1 h 1 =S 2 h 2 (S 1 ,S 2 – tiết diện bình lớn, nhỏ) 
Đây là phương trình đặc tính tĩnh của áp kế vi sai kiểu phao. 
Áp kế vi sai kiểu phao dùng để đo áp suất tĩnh không lớn hơn 25MPa. 
Độ chính xác cao (sai số tương đối 1-1,5%) 	 
17 
  4.3.2. Áp kế vi sai dựa trên nguyên tắc cân bằng thủy tĩnh 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
17 
b. Áp kế vi sai kiểu chuông: 
Khi đạt cân bằng áp suất: 
S 1 - tiết diện trong của chuông; 
S 2 - tiết diện thành chuông; 
Áp kế vi sai kiểu chuông có độ chính xác cao , đo được áp suất thấp 	 
18 
  4.3.2. Áp kế vi sai dựa trên nguyên tắc cân bằng thủy tĩnh 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
18 
1. Chuông; 2. Bình chứa; 3. Chỉ thị 
HẾT BÀI 6 
19 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức