›
›

Điện - Điện tử - Chương 3: Cảm biến và cơ cấu chấp hành

pdf 67 trang vanle 3560
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Điện - Điện tử - Chương 3: Cảm biến và cơ cấu chấp hành", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdien_dien_tu_chuong_3_cam_bien_va_co_cau_chap_hanh.pdf

Nội dung text: Điện - Điện tử - Chương 3: Cảm biến và cơ cấu chấp hành

  1. NỘI DUNG • Chương 1: Tổng quan về cơ điện tử. • Chương 2: Các thành phần cơ bản của HT CĐT • Chương 3: Cảm biến và cơ cấu chấp hành. • Chương 4: Điều khiển logic khả lập trình PLC. • Chương 5: Một số bài tập về HT Cơ điện tử.
  2. CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH • 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.2. Đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.3. Một số loại cảm biến thường gặp. • 3.4. Cơ cấu chấp hành
  3. CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH • 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.2. Đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.3. Một số loại cảm biến thường gặp. • 3.4. Cơ cấu chấp hành
  4. Xúc giác Giác Th ị gi á c quan Vị giác Khứu giác Thính giác
  5. Khi cơng nghệ bán Thế giới đã nằm gọn trong lịng dẫn và các loại cảm bàn tay của chúng ta. biến chưa xuất hiện. Với sự phát triển khơng ngừng của cơng nghệ bán dẫn và các loại cảm biến, bức màn kia đã được rủ bỏ. Sự nhận thức của Và từ đây con người cĩ thể nhận Kỷconnguyên người về chinhvũ trụ phục biết được thế giới xung quanh bị ngăn cách bởi một một cách dễ dàng. vũbứtrc ụmàbnắ khơngt đầ ugian. huyền bí.
  6. Cảm biến làm nhiệm vụ gì trong một hệ thống cơ điện tử.
  7. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN VÀ CCCH 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. • Khối cảm biến. • Khối điều khiển. Khối cảm • Khối cơ cấu chấp hành. biến HỆ THỐNG ĐƯỢC BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN Khối cơ cấu chấp hành Hình 3.1. Hệ CĐT thường gặp.
  8. CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH • 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. 3.1.1. Giới thiệu về cảm biến. 3.1.2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành. • 3.2. Đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.3. Một số loại cảm biến thường gặp. • 3.4. Cơ cấu chấp hành
  9. 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. 3.1.1. Giới thiệu cảm biến. - Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận sự biến đổi của các đại lượng vật lý cần đo thành các đại lượng đo chứa đựng thơng tin cho phép xác định giá trị đại lượng cần đo. - Cảm biến được phân loại thành 2 dạng tương tự hoặc số dựa trên dạng tín hiệu đầu ra. Cảm biến tương tự cung cấp tín hiệu liên tục tỷ lệ với tham số cần đo và cần sự biến đổi tương tự thành số trước khi chuyển cho bộ điều khiển số. Trong khi đĩ, cảm biến số cung cấp đầu ra số cĩ thể trực tiếp ghép nối với bộ điều khiển số.
  10. Phân loại cảm biến
  11. 3.1.1: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN Một số loại cảm biến thường gặp: • Cảm biến dịch chuyển thẳng và quay. • Cảm biến gia tốc. • Cảm biến lực. • Cảm biến đo mơmen và cơng suất. • Cảm biến lưu lượng. • Cảm biến nhiệt độ. • Cảm biến đo khoảng cách. • Các cảm biến nhận biết ánh sáng, hình ảnh và nhận dạng.
  12. S Tiêu chuẩn lựa chọn:  Dải đo. Si  Độ phân giải.  Độ chính xác. 0  Tính chính xác. S  Độ nhạy.  Thời gian đáp ứng.  Nhiệt độ hoạt động.  Vùng chết. 0 m
  13. CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH • 3.1. Giới thiệu về cảm biến và cơ cấu chấp hành. 3.1.1. Giới thiệu về cảm biến. 3.1.2. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành. • 3.2. Đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành. • 3.3. Một số loại cảm biến thường gặp. • 3.4. Cơ cấu chấp hành
  14. 3.1.2: CƠ CẤU CHẤP HÀNH Hình 3.2. Thiết bị chấp hành thơng thường. Phân loại: - Theo dạng năng lượng: điện, điện cơ, điện từ, thủy lực và khí nén. - Dạng nhị phân và dạng liên tục.
  15. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  16. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  17. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  18. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  19. 3.2.3 ĐỘ NHẠY Hình 3.3. Độ nhạy của cảm biến.
  20. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  21. 3.2.4 SAI SỐ Cĩ 2 dạng sai số: Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Các dạng sai số hệ thống: • Sai số lệch khơng. • Sai số tải. • Sai số do độ nhạy của cảm biến thay đổi khơng giống như mong muốn.
  22. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  23. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  24. 3.2.6 VÙNG CHẾT đầu ra Tuyến tính Vùng chết thực đầu vào Hình 3.4. Vùng chết.
  25. 3.2.6 VÙNG CHẾT Đầu ra Vùng chết Bật Tắt Điểm đặt Nhiệt độ Hình 3.5. Vùng chết của bộ ổn nhiệt.
  26. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  27. 3.2.7 TÍNH ỔN ĐỊNH Cĩ ma sát Khơng ma sát Khơng ổn định Ổn định Biên giới ổn định Hình 3.5. Tính ổn định của hệ thống.
  28. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  29. 3.2. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN • 3.2.1. Dải đo. • 3.2.2. Độ phân giải. • 3.2.3. Độ nhạy. • 3.2.4. Sai số. • 3.2.5. Khả năng lặp lại. • 3.2.6. Vùng chết. • 3.2.7. Tính ổn định. • 3.2.8. Thời gian đáp ứng. • 3.2.9. Nhiệt độ hệ thống.
  30. 3.3. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN THƯỜNG GẶP • 3.3.1. Cảm biến dịch chuyển thẳng và quay. • 3.3.2. Đo lực. • 3.3.3. Cảm biến đo khoảng cách.
  31. 3.3. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN THƯỜNG GẶP • 3.3.1. Cảm biến dịch chuyển thẳng và quay. • 3.3.2. Đo lực. • 3.3.3. Cảm biến đo khoảng cách.
  32. 3.3.1. Cảm biến dịch chuyển thẳng và quay • 3.3.1.1. Cơng tắc hành trình. • 3.3.1.2. Tia hồng ngoại. • 3.3.1.3. Các bộ mã hĩa quang học.
  33. 3.3.1.1. Công tắc hành trình. • Là loại đơn giản nhất của cảm biến dịch chuyển. Hình 3.7. Cơng tắc hình trình.
  34. 3.3.1.2. Tia hồng ngoại • Thiết bị ngắt quang. • Đo khoảng cách. • Thiết bị phản xạ quang. Hình 3.8. Bộ ngắt quang dẫn Hình 3.9. Cảm biến phản xạ QVA11234 quang bán dẫn QRB1114
  35. 3.3.1.3. Các bộ mã hóa quang học. Hình 3.10. Bộ mã hĩa tương đối.
  36. 3.3.2. ĐO LỰC. (a) (b) (c) Hình 3.11. Vật bị kéo dọc trục (a), nén dọc trục (b), biến dạng (c). Hình 3.12. Cảm biến tải thủy lực.
  37. 3.3.3. CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH. Hình 3.13. Sĩng được phát và phản xạ lại từ vật
  38. 3.3.3. CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH. Hình 3.14. Đĩnh nghĩa thời gian truyền sĩng.
  39. 3.3.3. CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH. Hình 3.15. TOF tính theo biên độ lớn nhất của tín hiệu phản xạ
  40. 3.3.3. CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH. Nguyên nhân sai số của phương pháp thời gian truyền: • Sự thay đổi tốc độ truyền sĩng. • Khơng xác định được chính xác thời gian đến của xung phản xạ. • Sai số của mạch định thời sử dụng để đo thời gian truyền. • Sự tương tác của sĩng tới bề mặt đối tượng cần đo khoảng cách.
  41. 3.4. CƠ CẤU CHẤP HÀNH. • 3.4.1. Các động cơ điện • 3.4.1.1. Động cơ DC • 3.4.1.2. Động cơ AC • 3.4.1.3. Động cơ bước • 3.4.2. Hệ thống điều khiển khí nén • 3.4.2.1. Phần tử xử lý và điều khiển • 3.4.2.2. Cơ cấu chấp hành:
  42. 3.4.1.1. ĐỘNG CƠ DC. Hình 3.16. Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều.
  43. 3.4.1.1. ĐỘNG CƠ DC. U R I n = u u K E ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ: • Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng. • Thay đổi điện áp U. • Thay đổi từ thơng.
  44. 3.4.1.2. ĐỘNG CƠ AC. • Động cơ khơng đồng bộ: Tốc độ trượt: n2 = n1 – n n n n 2 1 Hệ số trượt: S n n 1 1 • Động cơ đồng bộ
  45. 3.4.1.3. ĐỘNG CƠ BƯỚC. Giới thiệu: • Động cơ bước là động cơ điện khơng cĩ bộ phận đảo mạch. Hình 3.17. Phân biệt động cơ bước và động cơ điện thơng thường.
  46. 3.4.1.3. ĐỘNG CƠ BƯỚC. Hình 3.18. Cấu tạo bên trong động cơ bước. Hình 3.19. Hình dáng bên ngồi của động cơ bước.
  47. 3.4.1.3. ĐỘNG CƠ BƯỚC. Các loại động cơ bước (Dựa vào cấu tạo): • Động cơ bước nam châm vĩnh cửu. • Động cơ bước biến từ trở. • Động cơ bước hỗn hợp.
  48. 3.4.1.3. ĐỘNG CƠ BƯỚC. Động cơ bước biến từ trở. Hình 3.20. Động cơ biến từ trở.
  49. 3.4.1.3. ĐỘNG CƠ BƯỚC. Động cơ bước hỗn hợp. Hình 3.21. Động cơ bước hỗn hợp.
  50. 3.4. CƠ CẤU CHẤP HÀNH. • 3.4.1. Các động cơ điện • 3.4.1.1. Động cơ DC • 3.4.1.2. Động cơ AC • 3.4.1.3. Động cơ bước • 3.4.2. Hệ thống điều khiển khí nén • 3.4.2.1. Phần tử xử lý và điều khiển • 3.4.2.2. Cơ cấu chấp hành:
  51. 3.4.2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN. Một hệ thống điều khiển khí nén bao gồm: Phần tử đưa tín Phần tử xử lý Cơ cấu chấp hành hiệu và điều khiển - Cơng tắc, nút bấm. - Van đảo chiều. - Xilanh. - Cơng tắc hành trình. - Van chắn. - Động cơ khí nén. - Cảm biến. - Van tiết lưu. - Van áp suất. - Phần tử khuếch đại.
  52. 3.4. CƠ CẤU CHẤP HÀNH. • 3.4.1. Các động cơ điện • 3.4.1.1. Động cơ DC • 3.4.1.2. Động cơ AC • 3.4.1.3. Động cơ bước • 3.4.2. Hệ thống điều khiển khí nén • 3.4.2.1. Phần tử xử lý và điều khiển • 3.4.2.2. Cơ cấu chấp hành:
  53. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. 3.4.2.1.2. Van chắn. 3.4.2.1.3. Van tiết lưu: 3.4.2.1.4. Van áp suất.
  54. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. a. Ký hiệu của van đảo chiều. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van đảo chiều 2/2 Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2
  55. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. b. Tín hiệu tác động. Tác động bằng tay. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Kí hiệu nút nhấn tổng quát Nút bấm Tay gạt Bàn đạp
  56. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. b. Tín hiệu tác động. Tác động bằng khí nén. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trực tiếp bằng dịng khí nén vào Trực tiếp bằng dịng khí nén ra Trực tiếp bằng dịng khí nén vào với đường kính 2 đầu nịng van khác nhau Gián tiếp bằng dịng khí nén vào qua van phụ trợ
  57. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. b. Tín hiệu tác động. Tác động bằng cơ. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Đầu dị Cữ chặn bằng con lăn, tác động 2 chiều Cữ chặn bằng con lăn, tác động 1 chiều Lị xo Nút nhấn cĩ rãnh định vị
  58. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. b. Tín hiệu tác động. Tác động bằng nam châm điện. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trực tiếp Bằng nam châm điện và van phụ trợ Tác động theo cách hướng * dẫn cụ thể
  59. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.1. Van đảo chiều. c. Van đảo chiều cĩ vị trí “khơng”. 1 0 R Van đảo chiều 2/2 Y tác động bằng nam châm điện P d. Van đảo chiều khơng cĩ vị trí “khơng”. a A b Van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện Y1 Y2 P R
  60. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.2. Van chắn. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van một chiều. A B A P1 Van logic OR. P2 A Van logic AND. P1 P2 A Van xả khí nhanh. P R
  61. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.3. Van tiết lưu. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van tiết lưu cĩ tiết diện A B khơng đổi. Van tiết lưu cĩ tiết diện A B thay đổi. Van tiết lưu một chiều A B điều chỉnh bằng tay. A Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ chặn. B
  62. 3.4.2.1. PHẦN TỬ XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.2.1.4. Van áp suất. TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Van an tồn. P R Van tràn. P A
  63. 3.4. CƠ CẤU CHẤP HÀNH. • 3.4.1. Các động cơ điện • 3.4.1.1. Động cơ DC • 3.4.1.2. Động cơ AC • 3.4.1.3. Động cơ bước • 3.4.2. Hệ thống điều khiển khí nén • 3.4.2.1. Phần tử xử lý và điều khiển • 3.4.2.2. Cơ cấu chấp hành
  64. 3.4.2.2. CƠ CẤU CHẤP HÀNH. 3.4.2.2.1. Xi lanh TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một chiều). Xilanh tác dụng 2 chiều (xilanh tác dụng kép).
  65. 3.4.2.2. CƠ CẤU CHẤP HÀNH. 3.4.2.2.2. Động cơ khí nén. Động cơ Động cơ quay một chiều quay hai chiều.