Xem mẫu

  1. KHOA CÔNG NGH ðI N T N I DUNG MÔN H C K THU T C M BI N VÀ ðO LƯ NG • KHÁI NI M CHUNG • C M BI N TI M C N Chương 3: C M BI N QUANG • C M BI N QUANG • C M BI N V TRÍ VÀ KHO NG CÁCH Biên so n: ThS. Tr n Văn Hùng • C M BI N L C VÀ ÁP SU T 03-2012 • C M BI N NHI T ð 2:52 p.m. 1 2:52 p.m. 2 N I DUNG CHƯƠNG 4 4.1 KHÁI NI M 4.1 Khái ni m 4.2 C m bi n ño kho ng cách ngõ ra analog 4.3 B phân th (Potentiometer) 4.4 C m bi n ño v n t c vòng quay và góc quay (Tachometter) 4.5 ðo v n t c vòng quay b ng phương pháp quang ñi n t (Encoder) 4.6 ðo v n t c vòng quay v i nguyên t c ñi n tr t 2:52 p.m. 3 2:52 p.m. 4 1
  2. 4.1 KHÁI NI M 4.1 KHÁI NI M • C m bi n v trí ño s d ch chuy n c a v t • Phương pháp ño: theo kho ng cách ñ xác ñ nh chính xác v – Ph n t CB g n v i v t di ñ ng, tín hi u trí c a v t ño là m t hàm ph thu c v trí trong • Yêu c u ño v trí và d ch chuy n l n ph n t CB, thông thư ng là tr kháng. • Dùng ñ ño các ñ i lư ng khác – Không ñòi h i liên k t cơ h c gi a CB và • Có nhi u lo i c m bi n ño v trí s d ng các nguyên lý khác nhau như h u h t ngõ v t ño: tín hi u ño ñư c thông qua các ra d ng analog ñ i lư ng trung gian như ñi n trư ng. 2:52 p.m. 5 2:52 p.m. 6 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG C M Bi N ĐO KHO NG CÁCH Nguyên lý: d a trên hi n tư ng c m ng NGÕ RA D NG ANALOG ñi n t Thay ñ i h s t c m L, h s h c m M. V t c n ño g n vào m t ph n t m ch t , v t d ch chuy n gây nên s bi n thiên t thông trong cu n dây ño d n ñ n thay ñ i ñi n áp trên hai ñ u c a nó. Ngu n c p là tín hi u xoay chi u 2:52 p.m. 7 2:52 p.m. 8 2
  3. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG ; 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG Lo i 2 m ch t − 2µ 0 N 2s ∆x ∆L = . l0 2 ∆x 1+ l0 • N: s vòng dây • L0 : chi u dài khe h không khí • S: ti t di n • ð nh y cao hơn lo i ñơn m ch t µ 0 = 4π.10 −7 H / m Tuy n tính hơn (k t h p v i m ch c u ño) M ch t có khe t bi n thiên L1 = L01 L2 = L02 2:52 p.m. 9 2:52 p.m. [1 + α (d − x)] [1 + α (d + x)] 10 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG C m bi n h c m: C u t o c a c m bi n h C m bi n h c m có khe h không khí c m tương t c m bi n t c m ch khác là có ð nh y c a c m bi n v i s thay ñ i c a chi u thêm m t cu n dây ño dài khe h không khí δ (s=const): ∆E ks E0 Sδ = =− = ∆δ  ∆δ  2  ∆δ  2 δ 1 + 2   δ 0 1 +  0  δ0     δ0   ð nhay khi ti t di n khe h không khí s thay ñ i (δ=const): ∆E k E Ss = = = o 2:52 p.m. 11 2:52 p.m. ∆s δ 0 so 12 3
  4. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG C u t o c a LVDT Bi n ñ i sai phân tuy n tính: LVDT (Linear Variable Differential Transformer) là m t cơ c u cơ - ñi n t o ra ñi n áp t l v i v trí c a l i bi n áp trong lòng cu n dây V thép không r H nh p ðo ñ d ch chuy n: ho t ñ ng d a trên nguyên Vành ch ng nhi u ch ng m lý máy bi n áp. ñi n t và tĩnh ñi n và n ñ nh nhi t C u t o g m cu n dây sơ c p và hai cu n th Cu n dây c p gi ng nhau L p Epoxy ði n áp ngõ ra AC t l v i ñ di chuy n c a lõi. 2:52 p.m. Lõi 13 2:52 p.m. 14 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG Nguyên lý làm vi c c a LVDT Nguyên lý làm vi c c a LVDT ∆x ði n áp AC ñưa vào Là m t bi n áp g m m t cu n ði n áp ra sơ c p và ai cu n th c p cu n sơ c p, t o ra ñi n c m ng trên gi ng nhau. Lõi L1 Vo 2 ñ u cu n th c p. Khi lõi chuy n ði n áp ngõ ra là hi u hai ñi n Vs L2 ñ ng làm cho ñi n áp c m ng trên cu n th c p. áp ñ u ra th c p L3 thay ñ i. ði n áp vào Ngõ ra b ng không khi lõi s t t n m trung tâm thi t b . Primary Secondary Cu n th c p qu n theo hai chi u ngư c nhau, nên ñi n áp ra s thay ñ i c c tính khi lõi d ch chuy n. 2:52 p.m. 15 2:52 p.m. 16 4
  5. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG Nguyên lý làm vi c c a LVDT Nguyên lý làm vi c c a LVDT Khi lõi ñư c d ch v phía Lõi s t t có ñ t th m cao cu n th c p th nh t Khi lõi t i v trí trung tâm thì E1 tăng lên, E2 gi m do L1=L2, m ch c u cân b ng nên Vout = 0. lư ng t thông ñư c t p trung nhi u v phía cu n dây th nh t. ði n áp ngõ ra so v i 2:52 p.m. ñi n áp trên cu n sơ17 p c 2:52 p.m. 18 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG Nguyên lý làm vi c c a LVDT Ngõ ra vi sai c a LVDT Khi lõi s t t di Chúng ta có th dùng chuy n kh i v trí m ch m ch khu ch trung tâm thì ñi n áp ñ i vi sai ñ tính ñi n m t trong hai cu n áp ngõ ra. th c p s tăng, cu n Tuy nhiên, chúng ta có th còn l i gi m tương n i hai cu n sơ c p ngư c ng. pha nhau như trong hình bên ñ tìm Vo. 2:52 p.m. 19 2:52 p.m. 20 5
  6. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG Vùng ho t ñ ng c a LVDT ði n áp ra ð c tính c a LVDT Ph m vi tuy n tính LVDT t + 1mm V trí lõi (%) so v trí 0 ñ n + 50cm (sai s tuy n tính Vùng Vùng phi phi +0.25%) tuy n Vùng tuy n tính tuy n V trí 100% V trí 0% V trí 100% ðơn v thư ng ñư c s d ng là mV/V/mm hay mV/V/in. 2:52 p.m. 21 2:52 p.m. 22 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG ð c tính c a LVDT Biên ñ sóng ra c a LVDT LVDT cung c p tín hi u sin cho cu n sơ c p v i Khi lõi t i v trí trung tâm, áp ngõ t n s t 50hz ñ n 25khz. T n s này chính là ra b ng không. t n s sóng mang và ph i l n hơn t n s chuy n ñ ng c a lõi ít nh t 10 l n. Khi di chuy n l ch v trí trung tâm, ñi n áp c m ng hai cu n th c p khác nhau. Tín hi u ñi n áp ngõ ra chính là tín hi u ñư c Biên ñ t l chi u dài d ch chuy n c a lõi và ñi u ch t chuy n ñ ng c a lõi. 2:52 p.m. 23 phap.m. a nó th hi n hư ng d ch chuy n. 2:52 c 24 6
  7. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG M ch giao ti p c a LVDT Ch nh lưu ngõ ra cho LVDT 2:52 p.m. 25 2:52 p.m. 26 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG Ch nh lưu ngõ ra cho LVDT Ch nh lưu ngõ ra cho LVDT Hi n nay các máy bi n áp LVDT thư ng k t h p thêm v i m ch ch nh lưu ñ t o ra ñi n áp DC M ch ch nh lưu c u diode Hư ng chuy n ñ ng ði n áp ra 2:52 p.m. 27 2:52 p.m. 28 7
  8. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG Ch nh lưu ngõ ra cho LVDT Ch nh lưu ngõ ra cho LVDT D ng sóng ngõ ra m ch ch nh lưu M ch ch nh lưu c u ñôi 2:52 p.m. 29 2:52 p.m. 30 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG LVDT dùng ng Bourdon Là ki u chuy n ñ i Ch n l a LVDT Tín ng Bourdon hi u ra khí (dùng k • ðo v trí không t n hao do ma sát. thu t LVDT) ð u gá bi n áp l c • ð phân gi i không xác ñ nh. thành d ch • R t b n. ng chuy n theo • Kh năng l p l i cao. áp l c v trí, v trí d ch chuy n • Ngõ vào và ra cách ly. t l v i áp Tín hi u Lò xo l c ñ t vào 2:52 p.m. vào 31 2:52 p.m. 32 8
  9. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG ðánh giá LVDT Không có s ti p xúc nào c a lõi v i các b ph n C m bi n ñi n dung ño kho ng cách v c u t o khác nên phương pháp này không t o ra s hao cũng gi ng c m bi n ñi n dung ti m c n nhưng mòn trên thi t b . D n ñ n thi t b này có ñ b n ngõ ra là analog. C m bi n ñi n dung ñư c s cao hơn các phương pháp khác. d ng r t ph bi n trong công nghi p và trong Không có gi i h n cho ñ phân gi i cho phương các lĩnh v c khoa h c. Nguyên lý c a chúng là pháp này do s d ng t trư ng làm trung gian d a trên s thay ñ i c a ñi n dung khi có s => ñ phân gi i ch ph thu c vào ñ phân gi i d ch chuy n. c a d ng c ño ñi n áp. 2:52 p.m. 33 2:52 p.m. 34 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG C m bi n ñi n dung có ñ tuy n tính l n và ph m vi r ng. Ph n t c m ng cơ b n c a c m bi n ñi n dung bao g m 2 c c c a m t t ñi n có ñi n dung C. ði n dung là m t hàm c a kho ng cách d gi a 2 c c c a t ñi n, di n tích b n c c A và Lo i c m bi n này t o ra t 2 b n c c ph ng cách nhau m t kho ng cách x có th thay ñ i ñư c. Do h ng s ñi n môi. ñó, ñi n dung c a t ñi n là: C = f (d , A, ε ) εA ε ε A C ( x) = = r 0 x x 2:52 p.m. 35 2:52 p.m. 36 9
  10. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG ði n dung c a lo i c m bi n này bi n C m bi n quang ñieän goàm boä phaùt vaø boä thu aùnh saùng, nguoàn saùng söû duïng laø thiên phi tuy n theo ñ d ch chuy n x. diode phaùt quang hay diode lazer,aùnh dC ε ε0 A saùng duøng loaïi hoàng ngoaïi hay maøu ð nh y: =− r 2 dx x ñoû,xanh Ki u c m bi n này thư ng s d ng ñ ño Tuyø theo caùch boá trí boä thu vaø boä phaùt, ta seõ chia caûm bieán quang ñieän thaønh caùc d ch chuy n có ñ tăng nh mà không c n loaïi sau: ti p xúc v i ñ i tư ng c n ño. 2:52 p.m. 37 2:52 p.m. 38 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG PHÁT: Transmitter T B M T THU: Receiver R PH N X PHÁT: Transmitter T R THU: Receiver 2:52 p.m. 39 2:52 p.m. 40 10
  11. 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG • C m bi n lazer dùng ñ ño ñ d ch chuy n không c n ti p xúc, kho ng cách t v t ñ n c m bi n tương ñ i l n thư ng kho ng 4 – 10cm. • C m bi n lazer ho t ñ ng theo nguyên t c: m t tia lazer chi u lên v t và ñư c ph n x l i và sau khi qua h th ng th u kính s tác ñ ng lên c m bi n v trí. • Tín hi u xu t ra là dòng hay áp theo t l kho ng cách. 2:52 p.m. 41 2:52 p.m. 42 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG 4.2 C M BI N NGÕ RA ANALOG C m bi n siêu âm ño kho ng cách d a trên th i gian T t khi phát ra chùm sóng siêu âm ñ n khi nh n ñư c chùm sóng ph n x 2d T= v d: kho ng cách t v t ñ n c m bi n. v: V n t c âm thanh ð phân gi i c a c m bi n siêu âm kho ng 0,2nn nên kém chính xác hơn so c m bi n lazer Sai s ño c a c m bi n này còn ph thu c vào hư ng c a m t tia ph n x . 2:52 p.m. 43 2:52 p.m. 44 11
  12. 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP 2:52 p.m. 45 2:52 p.m. 46 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP • ð chuy n ñ i g c quay hoăc kho ng • Kh o sát chi t áp như m t c m bi n v trí. cách tuy n tính thành ñi n áp. • Kh o sát nh hư ng c a t i lên chi t áp. • Chi t áp có ñi n tr thay ñ i tuy n tính so v i tr c quay. • Chi t áp khác v i bi n tr volume thay ñ i theo hàm log. 2:52 p.m. 47 2:52 p.m. 48 12
  13. 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP ði n tr c ñ nh Rn, con ch y. Giá tr R là hàm ph thu c v trí con ch y (ñi n tr thay ñ i ph thu c v trí con ch y) 2:52 p.m. 49 2:52 p.m. 50 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP is Rp(1-x) (1- R iL VS Σ p d Rp x VL ix RL ðo theo c u hình m ch phân áp l α R (l ) = R n Rα = Rn 2:52 p.m. 51 2:52 p.m. L α0 52 13
  14. 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP Pot chính xác có th d ng quay, d ng di Pot có nhi u d ng, tùy theo t ng ng d ng chuy n tuy n tính và d ng chu i. c th mà chúng có nh ng thi t k khác Pot chu i dùng ñ ño chi u dài m r ng c a cáp nhau. ñư c ch u t i b ng lò xo. Pot s d ng ño lư ng v trí yêu c u có ch t Pot quay có th d ng quay 1 vòng hay nhi u lư ng cao, có nhi u ch c năng m r ng. vòng, ph bi n là 3, 5 hay 10 vòng. 2:52 p.m. 53 2:52 p.m. 54 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP Pot di chuy n tuy n tính ho t ñ ng trong ph m vi • ð phân gi i: thông thư ng ñ t c 10 µm. t 5mm ñ n hơn 4m. • Tu i th c a con ch y: 106 l n v i d ng Pot chu i có th ño ñ d ch chuy n t i ña là 50m. xoay và 107 – 108 v i d ng d ch chuy n. Nhà ch t o thư ng cung c p các thông tin v • ð tuy n tính: giá tr c a t s R(x)/Rn ki u pot, ch t li u ph n t ñi n tr , các tham s hai ñ u c a ñi n tr không n ñ nh, do ñó ñi n và cơ khí và các phương pháp l p ñ t. ñ u ñư ng ch y ho c cu i ñư ng ch y thì ñ tuy n tính kém. 2:52 p.m. 55 2:52 p.m. 56 14
  15. 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP ði n áp ngõ ra t i v trí 82o là: 10 Vout = x82 = 2.34V 350 Sai s t i: Sai s t i = ñi n áp không t i – ñi n áp có t i Chi t áp dùng ñ phát hi n góc quay c a tay máy như hình trên. Tìm ñi n áp ngõ ra t i v trí el = V NL − VL 82o? 2:52 p.m. 57 2:52 p.m. 58 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP Chi t áp 10Kohm như hình dư i, s d ng như m t bi n 10Kohm tr . Gi s con trư t ñang v trí trung tâm bi n tr . 5 KΩ Tìm sai s t i? Khi: Khi: V pot = 10V = 5V 5 KΩ + 5 KΩ a. M ch giao ti p có ñi n tr vô cùng l n. n. b. M ch giao ti p có ñi n tr 100KΩ. 100K a/ Do m ch giao ti p có ñi n tr vô l n nên coi như không nh hư ng t i chi t áp nên: Không có sai s t i 2:52 p.m. 59 2:52 p.m. 60 15
  16. 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP b/ Do m ch giao ti p có ñi n tr 100KΩ nên ñi n a. Tìm sai s t i khi Pot t i v trí 2/3 và ¾ tr th c c a m ch là: 5 x100 chi t áp? R pot = = 4.76 KΩ 5 + 100 b. K t lu n? 4.76 ði n áp t i ngõ ra bi n tr : V pot = 10 = 4.88V 5 + 4.76 Tương t Sai s t i là t i v trí pot (con trư t) trung tâm ví d 2 bi n tr là: eL = VNL − VL = 5 − 4.88 = 0.12V 2:52 p.m. 61 2:52 p.m. 62 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP Sai s tuy n tính là sai s t i l n nh t so v i giá tr ði n tr s d ng như c m bi n v trí nên ñi n áp t ng ñi n tr c a chi t áp. ngõ ra t l v i v trí góc c a tr c quay. Do ñó sai s tuy n tính có th bi u di n theo góc quay: ∆Rx100 ett = R pot ∆θx100 ∆R :Sai s t i l n nh t ett = R pot :T ng ñi n tr c a chi t áp θ 2:52 p.m. 63 2:52 p.m. 64 16
  17. 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP Chi t áp quay m t vòng 350 ñ có sai s ð phân gi i c a chi t áp là s thay ñ i tuy n tính là 0.1% và n i v i ngu n 5V. Tìm nh nh t mà thi t b có th ghi nh n. sai s góc l n nh t? Gi i ett xθ 0.1x350 Sai s ∆θ = = = 0.35 góc: 100 100 2:52 p.m. 65 2:52 p.m. 66 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP Chi t áp lo i dây qu n (wire-wound ði n tr dây qu n có c u t o g m 10 b , m i b potentiometer) có ñi n tr 100Ω. T ng s vòng dây ñư c qu n 200 vòng, góc quay cho phép t i ña là 350o. Tìm ñ phân gi i c a bi n tr . Gi i ði n tr t ng c ng: Rtot = 10 x100 = 1kΩ 1kΩ ði n tr 1 vòng: R1vong = = 5Ω / vong ð phân gi i chính là ñi n tr c a m t 200vong 2:52 p.m. vòng dây 67 2:52 p.m. 68 17
  18. 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP ∆Rx100 5Ωx100 Ưu ñi m: ð phân gi i = = = 0.5% Rtot 1kΩ Giá r N u như ñi n tr này ñư c s d ng như c m D s d ng bi n v trí, nó c n ph i tính ñư c ñ phân gi i theo ñ . S thay ñ i ñi n tr nh nh t tương Tín hi u ño l n ng ñi n tr m t vòng và ñi n tr này ñư c chia Khuy t ñi m: 350o t 200 vòng. Khi ñó ñ phân gi i ñư c tính: Mài mòn do ma sát 350o ð phân gi i= = 1.75o nh hư ng môi trư ng 200vong 2:52 p.m. 69 2:52 p.m. Không b n 70 4.3 CHI T ÁP 4.3 CHI T ÁP ð u cu i k t n i ð tuy n tính T i ñi n ð phân gi i Công su t ñ nh m c H s nhi t Ngoài các ñ c tính v ñi n, c n ph i lưu ý m t s ñ c tính v ði n tr cơ khí như: t i cơ khí, ñư ng ch y cơ khí, nhi t ñ làm vi c, ch n ñ ng, t c ñ di chuy n, tu i th làm vi c… Ngu n ñi n áp s d ng 2:52 p.m. 71 2:52 p.m. 72 18
  19. 4.3 CHI T ÁP 4.4 C M BI N ðO V N T C VÒNG QUAY • Chi t áp dây kim lo i • Chi t áp v i l p polymer • Chi t áp v i oxit kim lo i – th y tinh (cermet) • Chi t áp v i màng m ng kim lo i 2:52 p.m. 73 2:52 p.m. 74 4.4 C M BI N ðO V N T C VÒNG QUAY 4.4 C M BI N ðO V N T C VÒNG QUAY C m bi n v n t c góc quay cung c p tín hi u ño là t n s . Thông thư ng trên tr c quay ñư c ñánh m t hay nhi u d u, m t c m bi n ph n không chuy n ñ ng s ghi nh n s chuy n ñ ng c a các d u. T n s ño ñư c t l v i vòng quay n và s d u k: f = n.k 2:52 p.m. 75 2:52 p.m. 76 19
  20. 4.4 C M BI N ðO V N T C VÒNG QUAY 4.4 C M BI N ðO V N T C VÒNG QUAY ð ño t c ñ quay c a rotor ta có th s d ng các Máy phát t c ñ là máy phát ñi n m t chi u, phương pháp sau: c c t là nam châm vĩnh c u: S d ng máy phát t c ñ m t chi u ho c xoay ði n áp trên c c máy phát t l v i t c ñ chi u. S d ng b c m bi n quang t c ñ v i b mã hóa. quay c a nó. Máy phát t c ñ n i cùng tr c S d ng máy ño góc tuy t ñ i. v i phanh hãm ñi n t và cùng tr c v i ñ ng Xác ñ nh t c ñ gián ti p qua phép ño dòng và áp cơ do ñó t c ñ quay c a nó chính là t c ñ trên stator mà không c n dùng b c m bi n t c ñ . quay c a ñ ng cơ. 2:52 p.m. 77 2:52 p.m. 78 4.4 C M BI N ðO V N T C VÒNG QUAY 4.4 C M BI N ðO V N T C VÒNG QUAY T cñ ñ ng cơ này t l v i ñi n áp c a máy phát Stator (ph n c m) là m t nam châm ñi n ho c m t t cñ , dùng V mét ñi n t ho c ñ ng h ño t c ñ nam châm vĩnh c u có hai c c nam và b c n m n iv i nó có th ño ñư c t c ñ c a ñ ng cơ. Giá ngoài cùng. Rotor (ph n ng) g m có lõi thép ph n tr ñi n áp âm hay dương ph thu c vào chi u quay. ng, trên có x rãnh, trong rãnh có ñ t dây qu n. Er = −( ω.n.Φ0 )/2π = −NnΦ0 N: s vòng quay trong 1s. Ω: vân t c góc c a rotor. n: là t ng s dây chính trên rotor. Φ0: là t thông xu t phát t c c nam châm 2:52 p.m. 79 2:52 p.m. 80 20
nguon tai.lieu . vn