Giáo trình mô đun Kỹ thuật cảm biến (Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Nghề Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu

xác định được vị trí. Điện áp ngõ ra thay đổi theo tốc độ.  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Hình 10.1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tốc độ kế 1 chiều. - Stato (phần cảm) là một nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. - Roto (phần ứng) là một trục sắt gồm nhiều lớp ghép lại, trên mặt ngoài có sẽ các rãnh song song với trục quay và cách đều nhau. Trong các rãnh đặt các dây dẫn bằng đồng gọi là dây chính, các đây chính được nối với nhau từng đôi một bằng các dây phụ - Cổ góp là một hình trụ trên mặt có gắn các lá đồng cách điện với nhau, mỗi lá nối với một dây chính của roto. Hai chổi quét ép sát vào cổ góp được bố trí sao cho tại một thời điểm chúng luôn tiếp xúc với 2 lá đồng đối diện nhau. - Khi Roto quay, xuất hiện suất điện động trong dây dẫn: 00 2  nNNE   Trong đó:  - Tốc độ góc của trục quay N - Tổng số dây chính trên roto 0 - Từ thông xuất phát từ cực nam châm (nam châm, cuộn kích từ làm ảnh hưởng giá trị từ thông, trong máy phát tốc giữ không đổi). n - Số vòng quay trong 1 giây. Đo suất điện động, ta sẽ tính được tốc độ quay. - Ưu điểm: Tín hiệu đầu ra đổi dấu khi đổi chiều quay. 65  Giới thiệu máy phát tốc DC trong thực tế Hình 10.2: Một số máy phát tốc DC trong thực tế 1.2. Tốc độ kế xoay chiều (Máy phát tốc AC): Máy phát tốc độ dòng xoay chiều không có hệ cổ góp – chổi than, nên không bị sụt áp trên hệ này và bền hơn, tuổn thọ cao hơn. Vì điện áp phát ra là xoay chiều nên việc xác định biên độ cần phải chỉnh lưu và lọc. Máy phát tốc độ dòng xoay chiều có 2 loại: đồng bộ và không đồng bộ. Chủ yếu dùng là máy phát đồng bộ vì chế tạo đơn giản, điện áp ra ổn định 1.2.1. Máy phát tốc độ đồng bộ: Đây chính là máy phát xoay chiều nhỏ. Roto của máy phát đồng bộ được gắn với trục cần đo tốc độ quay. Roto này là một nam châm hoặc một tập hợp của nhiều nam châm nhỏ. Stato được cuốn dây làm phần cảm ứng, có thể là một pha hoặc nhiều pha, là nơi cung cấp suất điện động hình sin có biên độ tỉ lệ với tốc độc quay của roto Hình 10.3: Cấu tạo máy phát tốc độ đồng bộ 1.2.2. Máy phát tốc tốc độ không đồng bộ: Máy có kết cấu như đông cơ không đồng bộ 2 pha: Hình 10.4: Cấu tạo máy phát tốc độ không đồng bộ - Rotor là một trụ kim loại được nối với trục cần đo có tốc độ  66 - Stator được ghép từ các lá thép từ tính, có 2 cuộn dây lệnh nhau 900, cuộn dây kích thích và cuộn dây đo. + Cuộn kích thích được cung cấp điện áp có tầ số kt rất ổn định. ukt = Uktcosktt + Cuộn đo sẽ sinh sức điện động cảm ứng mà biên độ tỷ lệ với tốc độ góc cần đo  . eđo = Eđocos(ktt +) = k Uktcos ( ktt +) : Góc lệch pha. k: Hệ số phụ thuộc kết cấu máy. 2. Đo vận tốc vòng quay bằng phƣơng pháp Digital. 2.1. Đo vận tốc vòng quay bằng phƣơng pháp quang điện tử. 2.1.1. Dùng bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hóa: Trước tiên hãy hãy tìm hiểu thế nào là đĩa mã hóa. Đĩa mã hóa (Encoder) là thiết bị có thể phát hiện sự chuyển động hay vị trí của vật.  Cấu tạo: Nguồn sáng phát ra ánh sáng (thông thường là LED). Đĩa quay đặt giữa nguồn sáng và bộ thu, có các lỗ bố trí cách đều trên một vòng, số lỗ này sẽ quyết định độ chính xác của thiết bị. Bộ thu thường là photodiode hoặc phototransistor. Đĩa quay được gắn trên một cái trục, và trục quay này sẽ được gắn với trục quay của đối tượng cần đo tốc độ.  Nguyên lý hoạt động: Khi đĩa quay, đầu thu chỉ chuyển mạch khi nguồn sáng, lỗ thẳng hàng. Kết quả khi đĩa quay, đầu thu quang nhận được một lượng ánh sáng biến điện và phát tín hiệu (1 chuỗi xung) có tần số tỉ lệ với tốc độ quay nhưng biên độ không phụ thuộc tốc độ quay. Bằng cách đếm số xung, ta sẽ xác định được tốc độ quay của vật cần đo. Hình 10.5: Nguyên lý hoạt động của đĩa mã hóa Khuyết điểm: Cần nhiều lỗ để nâng cao độ chính xác nên d làm hư hỏng đĩa quay. 2.1.2. Đĩa mã hóa tƣơng đối (Increment Encoder)  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động : Trên đĩa mã hóa tương đối có các lỗ khoét theo 2 vòng tròn: Vòng tròn A và vòng tròn B. Các lỗ trên khe A và khe B được khoan lệch vị trí với nhau. Trạng thái pha nhanh hay chậm của 2 pha A và B giúp ta xác định chiều quay của đối tượng, để từ đấy bộ đếm tiến hoặc đếm lùi. 67 Hình 10.6: Cấu tạo đĩa mã hóa tương đối Hình 10.7: Ý nghĩa rãnh A và rãnh B trên đĩa mã hóa tương đối Gọi TN là thời gian đếm xung, N0 là số xung trong một vòng (độ phân giải của bộ cảm biến tốc độ, phụ thuộc vào số lỗ), N là số xung trong thời gian TN: NT0N N =)(vòng/giâyn Ngoài ra trên đĩa người ta còn có thể khoan thêm 1 lỗ (khe Z) để xác định đĩa quay đã quay hết 1 vòng. Hình 10.8: Khe Z trên đĩa mã hóa tương đối Giới thiệu đĩa mã hóa tương đối trong thực tế: Hình 10.9: Một số đĩa mã hóa tương đối trong thực tế 68 Ứng dụng:  Dừng động cơ chính xác: Hình 10.10a: Ứng dụng của đĩa mã hóa tương đối  Kiểm tra vị trí và góc quay của cách tay Robot: Hình 10.10b: Ứng dụng của đĩa mã hóa tương đối  Đo chiều dài của các lát vật liệu (sheet) Hình 10.10c: Ứng dụng của đĩa mã hóa tương đối  Điều khiển vị trí của con trục chuyển động: Hình 10.10d: Ứng dụng của đĩa mã hóa tương đối 69 2.1.3. Đĩa mã hóa tuyệt đối  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Đĩa mã hóa tuyệt đối được thiết kế để luôn xác định vị trí vật một cách chính xác. Đĩa mã hóa tuyệt đối sử dụng nhiều vòng phân đoạn theo hình đồng tâm. Vòng trong cùng xác định đĩa quay đang nằm ở nữa vòng tròn nào. Kết hợp vòng trong cùng với vòng tiếp theo sẽ xác định đĩa quay đang nằm ở 1/4 vòng tròn nào. Hình 10.11: Cấu tạo đĩa mã hóa tuyệt đối Độ phân giải được xác định bằng số lượng các bit ở ngõ ra. Ngõ ra có thể mã hóa dưới dạng mã nhị phân hay mã gray. - Đặc điểm: + Mỗi vị trí xác định trên đĩa quay là duy nhất + Ngõ ra là một số lượng lớn các bit, có thể truyền song song hoặc nối tiếp + Thông tin về vị trí vẫn không thay đổi ngay cả khi tắt và bật nguồn encoder trở lại. - Giới thiệu đĩa mã hóa tuyệt đối trong thực tế: Hình 10.12: Đĩa mã hóa tuyệt đối trong thực tế 70 Ứng dụng:  Điều khiển vị trí khoan của máy NC. Hình 10.13a: Ứng dụng đĩa mã hóa tuyệt đối  Định vị khoan của máy NC Hình 10.13b: Ứng dụng đĩa mã hóa tuyệt đối 2.2. Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ: 2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điện trở từ: Hình 10.14: Cấu tạo điện trở từ 71 Khi đĩa (bánh răng) 4 quay, khe từ 3 thay đổi khoảng cách làm từ trở của mạch từ cuộn dây 2 biến thiên tuần hoàn và sức điện động xuất hiện trong cuôn dây 2 tỷ lệ với tốc độ quay của đĩa, sức điện động này có biên độ E phụ thuộc vào: - Khoảng cách khe từ - Tốc độ quay của đĩa. Biên độ E càng lớn thì  càng lớn. Gọi: p: số răng trên đĩa, N: (vòng/s) Khi đó tần số xung: f= p.N (Hz) Dải tốc độ đo phụ thuộc vào p: - p lớn , tần số biến thiên nhanh, sđđ cảm ứng lớn nên mở rông thang đo min. - p nhỏ thì ngược lại, mở rộng thang đo max 2.2.2. Đo góc quay, vận tốc vòng quay bằng Encoder tuơng đối và tuyệt đối. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Tín hiệu số xuất ra Các bộ nhận quang (photo-transistor) 1 hoặc nhiều bộ phát quang (LED) Track Đĩa code Trục của encoder Hình 10.15: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Encoder Bao gồm một đĩa plastic hoặc thủy tinh quay giữa một/nhiều nguồn phát sáng (LED) và một/ nhiều photo-transistor nhận quang. Đĩa được mã hóa với các phần hình quạt sáng và tối xen kẽ nhau để xung có thể được tạo ra khi đĩa quay. Các loại Encoder. Loại 1: Incremental Encoder: - Xung xuất ra được đếm để cung cấp vị trí quay của encoder. Mỗi incremental step sẽ xuất ra một xung tương ứng. Hình 10.16: Đĩa mã hóa tương đối 72 - Dùng 2 xung A và B để nhận biết chiều quay của encoder. Nếu xung A lên “1” trước xung B, encoder đang quay chiều thuận và ngược lại. - Xung Z lên “1” khi encoder đã quay giáp 1 vòng. Hình 10.17: Nguyên lý hoạt động của Incremental Encoder Loại 2: Absolute Encoder - Absolute encoder (đĩa mã hóa tuyệt đối) gồm nhiều bộ nhận quang (có thể tối đa tới gần 20 track). Ứng với mỗi vị trí của encoder có một tín hiệu ra nhị phân vi sai để xác định chính xác vị trí trục của encoder. - Với absolute encoder, thông tin về vị trí vẫn không thay đổi ngay cả khi tắt và bật nguồn encoder trở lại. Hình 10.18: Đĩa mã hóa tuyệt đối 73 Một số lƣu ý khi chọn Encoder - Loại Encoder cần sử dụng: Hình 10.19: Một số loại encoder - Encoder loại absolute hay incremental: Incremental encoder - Đo vị trí tương đối của encoder so với vị trí cuối cùng - Mất thông tin vị trí khi cúp điện - Ứng dụng điển hình: Điều chỉnh tốc độ, vị trí của băng chuyền Absolute encoder: - Xuất ra một số duy nhất tại mỗi vị trí khi encoder quay - Thông tin về vị trí không mất khi cúp điện. - Ứng dụng điển hình: Điều khiển cánh tay robot - Độ phân giải – Resolution (P/R): 10, 20, 30, 40, 50, 60, 100, 200, 300, 360, 400, 500, 600, 720, 800, 1000, 1024, 1200, 1500, 1800, 2000, 2048, 2500, 3600, 5000, 6000. - Điện áp cấp cho encoder: 5 VDC, 5  12 VDC, 12 VDC, 5  24 VDC, 12  24 VDC - Ngõ ra của encoder: + Incremental Encoder: A, B, Z, A, B, Z + Absolute Encoder: Binary, BCD, hay Gray code - Cấu trúc cơ khí: + Chiều dài, đường kính trục: 25, 40, 50, 55, hoặc 60 + Khoảng cách và lỗ để gá encoder lên + Đường kính và chiều dài tổng thể của encoder - Các yếu tố môi trường ảnh hưởng: + Bụi, độ ẩm + Shock, độ rung + Nhiệt độ hoạt động Một số ứng dụng của encoder: - Đo chiều dài của vải sản xuất ra: Encoder được gắn với một cái cốt, khi cốt quay thì encoder sẽ xuất ra xung tương ứng và ứng với số lượng xung nhận được ta d dàng biết được chiều dài của vật cần đo 74 Hình 10.20a: Ứng dụng của encoder - Kiểm tra tốc độ các máy trộn, máy ly tâm Hình 10.20b: Ứng dụng của encoder Sử dụng kết hợp encoder với một bộ K3MA-F. Encoder gắn với phần quay cơ khí, khi encoder quay sẽ xuất ra tín hiệu xung và được đưa về bộ K3MA-F hiển thị tốc độ quay của máy trộn, máy ly tâm. - Định vị cho máy cắt. Hình 10.20c: Ứng dụng của encoder 75 Encoder cho phép định vị ở một bước cắt nhất định cho dao cắt vật một cách chính xác - Tính và hiển thị thời gian bánh ở trong lò nướng Hình 10.20d: Ứng dụng của encoder Encoder được dùng để giám sát tốc độ của dây chuyền, từ đó sẽ tính được thời gian bánh ở trong lò. Kết hợp một bộ K3 của Omron để hiển thị thời gian bánh ở trong lò. 3. Thực hành với cảm biến đo tốc độ (encoder) 3.1. Thiết bị: Hình 10.21: Module thí nghiệm thực hành cảm biến đo lường tốc độ Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 24VDC 76 - Động cơ: Một chiều công tốc độ max 1800v/p dùng cho thí nghiệm tính năng đo tốc độ, đếm xung - Bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều: Công suất 75W, thay đổi tốc độ bằng chiết áp xoay. - Chế độ hiển thị: cho phép hiển thị đồng thời vận tốc dài và vận tốc góc - Số cổng vào: 01 cổng cho cảm biến tốc độ kiểu phát tốc, 01 đầu cho cảm biến tốc độ kiểu encoder - Kiểu hiển thị: Led 7 thanh - Đèn báo trạng thái quay thuận, quay ngịch - Các đầu ra: Đầu ra xung tốc độ, xung chiều quay, xung vị trí - Thông số kĩ thuật bộ cảm biến tốc độ kiểu Encoder + Số xung trên 1 vòng quay ngõ 1: 360 xung + Kiểu đầu ra: A, B, Z + Số xung trên 1 vòng quay ngõ 2: 18 xung + Kiểu đầu ra: A + Đầu ra điện áp: 01 đầu + Tần số đáp ứng tối đa: 100 kHz + Cấp bảo vệ: IP50 + Tốc độ quay tối đa: 6000 vòng/phút. - Thông số kĩ thuật bộ cảm biến tốc độ kiểu phát tốc + Đầu ra điện áp: 01 đầu + Tốc độ quay tối đa: 6000 vòng/phút. Các đầu vào ra - L1, N: Nguồn cấp cho module - Photo Sensor: + V +, GND: Nguồn cấp cho cảm biến. + A, B: Tín hiệu ra của cảm biến. - Encoder: + V +, GND: Nguồn cấp cho encoder. + A, B: Tín hiệu ra của emcoder. - Đồng hồ MP5W: + 12V, GND: Điện áp ra. + A, B: Tín hiệu vào đồng hồ. - V.adj: điều chỉnh tốc độ động cơ. - SW: Chọn chiều quay động cơ: + FOR: Quay thuận. + REV: Quay nghịch 77 Nguyên lý hoạt động: Cấp nguồn cho module, cài đặt cho đồng hồ MP5W với các thông số theo ý. Cấp ngồn cho Photo Sensor (hoặc Encodder) từ +12V. Điều chỉnh và quan sát kết quả hiển thị trên MP5W. Sử dụng núm điều chỉnh và công tắc để điều chỉnh tốc độ encoder hoặc chiều quay của encoder theo ý muốn. Giới thiệu đồng hồ đo tốc độ phản hồi encoder MP5W Hình 10.22: Đồng hồ đo tốc độ phản hồi encoder MP5W Đồng hồ MP5W có 13 loại chế độ hoạt động: Vòng quay, tốc độ, tần số, tỷ lệ tuyệt đối, thời gian di chuyển, tỷ lệ lỗi, chu kỳ, tỷ trọng, tốc độ di chuyển, Lỗi, độ rộng thời gian, đo chiều dài, khoảng thời gian, quá độ, tính nhân (MP5M Series có 11 chế độ hoạt động). Nhiều chức năng ngõ ra: Ngõ ra Relay, ngõ ra NPN/PNP collector hở, ngõ ra nối tiếp tốc độ thấp, ngõ ra BCD, PV transmission, ngõ ra truyền thông RS485. Có nhiều chức năng: chức năng cài đặt tỷ lệ, kiểm tra dữ liệu, cài đặt độ tr , kiểm tra giá trị Max/Min, chức năng trì hoãn, chức năng cài đặt thời gian tự trở về Zero, chức năng cài đặt khóa, trì hoãn chu kỳ hiển thị. Dải hiển thị Max: -19999~99999 Nhiều đơn vị hiển thị: rpm, rps, Hz, kHz, sec, min, m, mm, mm/s, m/s, m/min, m/h, l/s, l/min, l/h, %, counts Có thể lựa chọn ngõ vào điện áp (PNP) hoặc không có điện áp (NPN). Chức năng đáp ứng tốc độ cao 50 kHz. Đặc tính kỹ thuật - Hiển thị bằng Led 7 thanh - Dải hiển thị lớn nhất: -1999~99999 - Kích thước số hiển thị: rộng 6,8 x cao 13,8mm - Nguồn cung cấp: 100-240VAC, 50/60Hz - Điện áp hoạt động cho phép là 90 ~ 100% - Điện năng tiêu thụ nhỏ nhất khoảng 6VA. 78 - Năng lượng của bộ cảm biến bên ngoài : 12ADC ± 10%, 80mA - Tần số đầu vào: + Đầu vào mức cố định là 50 KHz (độ rộng xung ON/OFF: 10µs) + Đầu vào tiếp điểm Max 45KHz (độ rộng xung ON/OFF: 11ms) - Mức đầu vào: + p đầu vào mức cao từ 4,5 ~24VDC, Mức thấp từ 0 ~1VDC; trở kháng vào là 4,5KΩ. + Khi không có áp đầu vào; trở kháng khi ngắn mạch lớn nhất là 200Ω, trở kháng khi hở mạch nhỏ nhất là 100Ω. - Phạm vi đo: + Chế độ F1, F4, F7, F8, F9, F10 là 0, 0005Hz~50 KHz + Chế độ F3 là 0, 02s~3,200s + Chế độ F2, F3, F6 là 0, 01s~3,200s + Chế độ F11, F12, F13 là 0~4x109giá trị - Chế độ hoạt động: Số của chế độ Vòng quay/Tốc độ/Tần số là F1, Tốc độ di chuyển là F2, Chu kỳ là F3, Thời gian di chuyển là F4, Độ rộng thời gian là F5, Khoảng thời gian là F6, Tỷ lệ tuyệt đối là F7, Tỷ lệ lỗi là F8, Tỷ trọng là F9, Lỗi là F10. Đo chiều dài là F11, Khoảng cách là F12, Tích nhân là 13. Kết nối - Đối với MP5W-4N ( Loại chỉ thị) Hình 10.23: Cách kết nối của đồng hồ MP5W-4N loại chỉ thị Sử dụng cho RESET khi chế độ hoạt động là 13. Sử dụng cho chức năng BANK - Đối với MP5W-4N (5 rơle ra) Hình 10.24: Cách kết nối của đồng hồ MP5W-4N loại 5 rơle ra 79 - Đối với MP5W-41(3 rơle ra) Hình 10.25: Cách kết nối của đồng hồ MP5W-4N loại 5 rơle ra Đặc điểm kỹ thuật đầu vào  Tín hiệu đầu vào + Đầu vào không tiếp xúc: Tần số lớn nhất là 50 KHz (độ rộng của mỗi xung lớn hơn 10µs). Mức điện áp đầu ra khi có xung (ON) là từ 4,5 -24V, khi không có xung (OFF) là tà 0-1,0V. + Đầu vào tiếp xúc: Tần số lớn nhất là 45 KHz (độ rộng của mỗi xung lớn hơn 11ms)  Loại đầu vào: MP5W có đầu vào NPN và đầu vào PNP - Khi loại đầu vào là NPN Hình 10.26: Loại cảm biến đầu ra colector hở NPN - Khi loại đầu vào là PNP Hình 10.27: Loại cảm biến đầu ra colector hở PNP 80 Đặc điểm kỹ thuật đầu ra  Đầu ra BCD - Đầu ra: Hiển thị giá trị - Tín hiệu đầu ra: + Dữ liệu BCD: A, B, C, D, DOT. Trong đó A là bít thấp nhất, DOT là bít cao nhất. + Dữ liệu số: D0, D1, D2, D3, D4. Trong đó D0 là số thấp nhất, D4 là số cao nhất - Loại đầu ra: Đầu ra colector hở NPN (Open collector) - Điện áp trên tải: 12~24VDC. - Dòng trên tải lớn nhất: 20mA.  Đầu ra tốc độ thấp. - Đầu ra: Hiển thị giá trị - Tín hiệu ra: CLK, dữ liệu, chốt (latch) - Vòng CLK: 50Hz - Bít CLK đầu ra: 25 bit - Bít dữ liệu đầu ra: 25 bit - Dạng đầu ra: Đầu ra colector hở NPN - Điện áp trên tải: 12~24VDC - Dòng trên tải lớn nhất: 20mA. Hình 10.28: Biểu đồ thời gian Hình 10.29: Dữ liệu đầu ra tuần tự  Đầu ra truyền tải PV (4-20mADC) - Ứng dụng: Truyền tải giá trị đo được. 81 - Chức năng: Truyền tải 4-20mADC đã được chuyển đổi từ giá trị đầu ra đo được giữa giới hạn cao (FS-H) và giới hạn thấp (FS-L). - Điện trở tải lớn nhất là 600Ω  Giao diện đầu ra RS485 - Địa chỉ: 0~99 (32 kênh) - Tốc độ truyền: 2400/4800/9600 bps - Mã truyền tải: ASCII - Bit dữ liệu: 8 bit - Bit dừng: 1 bit Hình 10.30: Biểu đồ nhóm thông số 82 : Khi chọn chế độ hoạt động, thông số sẽ được hiển thị : Khi chọn chế độ hoạt động, thông số sẽ không được hiển thị : Chỉ có thể hoặc cho cảm biến thực hiện trong F11, F12, F13 của chế độ hoạt động. Thông số  Thông số nhóm 0 Hình 10.31: Biểu đồ nhóm thông số 0 - Nếu ấn phím ở chế độ RUN thông số sẽ được nhập vào thông số nhóm 0. - Đặt giá trị so sánh HH (High High), nhìn vào phạm vi cài đặt trong bảng phạm vi cài đặt của giá trị so sánh .Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt. - Đặt giá trị so sánh H. Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt - Đặt giá trị so sánh L (Low). Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt - Đặt giá trị so sánh LL. Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt - Hiển thị giá trị cao nhất của giá trị đo được. Ấn nút giá trị cao nhất sẽ được đặt lại và dòng đo được sẽ hiển thị. - Hiển thị giá trị thấp nhất của giá trị đo được. Ấn nút giá trị thấp nhất sẽ được đặt lại và dòng đo được sẽ hiển thị. 83 Chú ý: Sau khi đặt giá trị dữ liệu cho mỗi thông số, ấn nút để lưu dữ liệu rồi mới tiếp tục trở lại chế độ RUN. Nếu không lưu dữ liệu sẽ bị mất sau 60s. Bảng10.1: Phạm vi cài đặt của giá trị so sánh Chế độ hoạt động Phạm vi cài đặt F1, F2, F7, F9, F11, F12, F13 0 ~ 99999 F3, F4, F5, F6 0 ~ phạm vi cài đặt thời gian F8, F10 -19999 ~ 99999  Thông số nhóm 1 Hình 10.32: Biểu đồ nhóm thông số 1 - Thông số nhóm 1 hiển thị và di chuyển đến . - Chọn chế độ hoạt động: (Ấn nút để thay đổi chế độ). - Đặt loại cảm biến của đầu vào A (Ấn nút để thay đổi). - Đặt loại cảm biến của đầu vàoB (Ấn nút để thay đổi loại cảm biến). - Đặt chế độ đầu ra: (Ấn nút để thay đổi chế độ) - Đặt tr cho đầu ra. Phạm vi tr : 0 ~ 9999. (Ấn nút để thay đổi giá trị cài đặt) 84 - Chọn thời gian bắt đầu để kết nối chức năng hoặc đầu ra so sánh (L, LL) chức năng giới hạn (Ấn nút để thay đổi giá trị cài đặt) - Thời gian duy trì được đặt ở chức năng timer của : 0,0 ~ 99,9 giây. (Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt). - Đặt thời gian Auto – Zero của đầu vào INB. Phạm vi cài đặt: 0,1 ~ 9999,9 giây. (Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt). - Đặt duy trì nhớ (On: duy trì nhớ, Off không duy trì nhớ), (ấn để thay đổi giá trị cài đặt).  Thông số nhóm 2 Hình 10.33: Biểu đồ nhóm thông số 2 - Hiển thị và di chuyển tới . - Đặt dữ liệu (ấn để thay đổi giá trị cài đặt) - Chọn dữ liệu , nó sẽ được hiển thị trong chế độ họat động F3, F4, F5, F6 và đặt đơn vị thời gian (ấn để thay đổi giá trị cài đặt); nó sẽ được hiển thị trong chế độ họat động F3, F4, 85 F5, F6 và đặt phạm vi thời gian (ấn để thay đổi giá trị cài đặt) - Đặt giá trị so sánh HH (High High), nhìn vào phạm vi cài đặt trong bảng phạm vi cài đặt của giá trị so sánh .Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt. - Đặt giá trị so sánh H .Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt. - Đặt giá trị so sánh L (Low). Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt. - Đặt giá trị so sánh LL. Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt.  Thông số nhóm 3 Hình 10.34: Biểu đồ nhóm thông số 3 - Hiển thị và di chuyển tự động tới thông số . - Đặt giá trị giới hạn cao của đầu ra truyền dẫn PV. Nhìn vào phạm vi cài đặt trong bảng phạm vi cài đặt của giá trị so sánh để cài đặt giới hạn.( Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt). - Đặt giá trị giới hạn thấp của đầu ra truyền dẫn PV. ( Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt). 86 - Đặt địa chỉ giao tiếp. Đặt giới hạn: 00 ~ 99 (32 kênh). ( Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt). - Đặt tốc độ giao tiếp . ( Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt). - Chọn Remote và Local (Off: đang sử dụng, On: đang không sử dụng). - Khóa phím cho mỗi nhóm thông số ( Ấn nút để di chuyển số cài đặt, ấn để thay đổi giá trị cài đặt). Chế độ hoạt động  Chế độ F1: Hiển thị tần số đã được tính toán, số vòng quay hoặc tốc độ tần số ở đầu vào A. Tần số (Hz) = f × α [α = 1s] Số vòng quay (rpm) = f × α [α = 60s] Tốc độ (m/phút) = f × α [α = 60 x L(m)] Trong đó: L - Chiều dài của băng tải trong một vòng xung. Hình 10.35: Biểu đồ thời gian chế độ F1  Chế độ F2: Hiển thị tốc độ di chuyển giữa ON của đầu vào A và ON của đầu vào B. Tốc độ di chuyển (V) = f × α [α = L (m)] Trong đó: F - Số đối ứng của thời gian giữa On của đầu vào A và ON của đầu vào B; L: Khoảng cách giữa đầu vào A và đầu vào B Hình 10.36: Biểu đồ thời gian chế độ F2  Chế độ F3: Hiển thị thời gian từ khi đầu vào A ON đến ON kế tiếp. Chu kỳ (T) = t Trong đó: t - thời gian đo được (s) 87 Hình 10.37: Biểu đồ thời gian chế độ F3  Chế độ F4: Hiển thị thời gian di chuyển một khoảng cách nhất định để đo thời gian giữa ON và ON kế tiếp của đầu vào A. Thời gian di chuyển (s) = t × α ky(m)chu xung1 vipham ngchuyen tro dicach Khoang )(mL  Trong đó: t- thời gian đo được (s) L: khoảng cách nhất định (m) Hình 10.38: Biểu đồ thời gian chế độ F4  Chế độ F5: Hiển thị thời gian ON của đầu vào A. Độ rộng thời gian (T) = t Trong đó: t-thời gian ON của đầu vào A (s) Hình 10.39: Biểu đồ thời gian chế độ F5  Chế độ F6: Hiển thị thời gian từ khi đầu vào A ON đến khi đầu vào B ON. Khoảng thời gian (T) = t (Ta ~ Tb) Trong đó: t (Ta ~ Tb) - thời gian đo được từ khi đầu vào A ON đến khi đầu vào B ON Hình 10.40: Biểu đồ thời gian chế độ F6 88  Chế độ F7: Hiển thị tỉ lệ phần trăm nhanh hay chậm, tốc dộ, giá trị ... của đầu vào B so với đầu vào A là bao nhiêu. Tỷ lệ tuyệt đối = Đầu vào B/Đầu vào A × 100% Tỷ lệ tuyệt đối = (Tần số ngõ vào B [Hz] × Bα)/(Tần số ngõ vào A [Hz] × Aα) × 100% Trong đó: Aα - Giá trị của đầu vào A; Bα: Giá trị của đầu vào B. Hình 10.41: Biểu đồ thời gian chế độ F7  Chế độ F8: Hiển thị tỉ lệ phần trăm nhanh hay chậm của đầu vào B so với đầu vào A là bao nhiêu. Tỷ lệ lỗi = Tỷ lệ lỗi = %100 )AA x vaongo so(Tan )AA x vaongo so(Tan -)B x B vaongo so(Tan    Hình 10.41: Biểu đồ thời gian chế độ F8  Chế độ F9: Hiển thị tỷ lệ của đầu vào B so với tổng cộng của đầu vào A và đầu vào B. Tỷ trọng = [Đầu vào B / (Đầu vào A + Đầu vào B)] x100% Tỷ trọng = %100 )B x B vaongo so(Tan )AA x vaongo so(Tan )B x B vaongo so(Tan     Hình 10.42: Biểu đồ thời gian chế độ F9  Chế độ F10: Hiển thị lỗi giữa đầu vào A chuẩn và đầu vào B so sánh. Lỗi = Đầu vào B – Đầu vào A Lỗi = (Tần số của đầu vào B [Hz] × Bα) - (Tần số của đầu vào A [Hz] × Aα) Hình 10.43: Biểu đồ thời gian chế độ F10  Chế độ F11: Hiển thị số của xung đầu vào A trong khi đầu vào B ON. Đo chiều dài = P × α 89 Trong đó: P - số của xung đầu vào A; α -giá trị tỉ lệ Hình 10.44: Biểu đồ thời gian chế độ F11  Chế độ F12: Hiển thị số của xung đầu vào A từ khi đầu vào B ON đến khi đầu vào B ON kế tiếp. Khoảng cách = P × α Trong đó: P - số của xung đầu vào A; α -giá trị tỉ lệ Hình 10.44: Biểu đồ thời gian chế độ F12  Chế độ F13: Hiển thị giá trị đếm giữa các xung của đầu vào A. Tính nhân = P × α Trong đó: P - số của xung đầu vào A; α -giá trị tỉ lệ Hình 10.44: Biểu đồ thời gian chế độ F13 1.2. Trình tự thực hiện. Bước 1: Cấp nguồn cho mudule Bước 2: Cài đặt số xung/ vòng cho encoder: nhấn OK để chuyển sang chế độ cài đặt. Dùng 2 phím để chỉnh về 360- chỉ thị 360 xung/ vòng. Nhấn ESC đến khi đèn Run báo sáng là đã chuyển sang chế độ hoạt động của bộ hiển thị tốc độ. Bước 3: Thay đổi tốc độ tốc độ bằng biến trở để tìm tốc độ tối đa cho phép của động cơ khi đo số vòng /phút, số vòng/ giây và khi sử dụng thước đo tuyến tính. Quan sát tốc độ quay của motor và hiển thị số vòng quay trên module hiển thị tốc độ. Chú ý khi đó Led Run phải nháy sáng. Bước 4: Đưa ra nhận xét và kết luận. 90 CÂU HỎI BÀI 10 1. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Encoder tương đối? 2. Một encoder quang tương đối có 360 rãnh. Từ vị trí ban đầu ( 0 ), encoder đếm 50 rãnh theo chiều kim đồng hồ, 15 rãnh theo chiều ngược lại, rồi 30 rãnh theo chiều kim đồng hồ. Tìm vị trí hiện tại? 3. Độ phân giải của ENCODER là gì? Nó ảnh hưởng như thế nào tới kết quả đo? 4. Cho biết chọn độ phân giải như thế nào trong trường hợp đo tốc độ thấp và đo tốc độ cao? 5. Để đạt được độ phân giải 512 và 1048 encoder tuyệt đối xử lý bao nhiêu bit? 91 BÀI 11: CẢM BIẾN LỰC, ÁP SUẤT Giới thiệu: Cảm biến lực hay còn gọi là load cell là thiết bị có khả năng chuyển đổi lực thành tín hiệu điện nhờ đó có thể d dàng ghi nhận tín hiệu lực nhờ các bộ thu tín hiệu. Hầu hết các ứng dụng đo lường lực trong thí nghiệm và trong các nghành công nghiệp sử dụng cảm biến lực loại nguyên lý biến dạng. Các cảm biến loại này cho phép đạt đến độ chính xác từ 0.03% đến 0.25% tại giá trị lớn nhất (full scale) phù hợp cho hầu hết các ứng dụng đo lường lực. Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện, thường được dùng để đo áp suất hoặc các ứng dụng có liên quan đến áp suất. Mục tiêu: - Phân tích được khái niệm cảm biến lực, áp suất. - Phân tích được cấu tạo và nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng của cảm biến lực, áp suất. - Lắp đặt mạch điện ứng dụng cảm biến lực, áp suất. - Rèn luyện tinh thần tự giác học tập, thái độ học tập nghiêm túc. Nội dung: 1. Cảm biến lực Load cell: 1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động: Cấu tạo chính của Load cell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân loadcell. Hình 11.1: Cầu điện trở Wheatstone Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góckhác. Thân Load cell là một khối kim loại đàn hồi và tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell, thân Load cell được thiết kế có hình dạng đặc biệt khác nhau và chế tạo bằng vật liệu kim loại khác nhau (nhôm hợp kim, thép không gỉ, thép hợp kim). 92 Hình 11.2: Tải trọng tác động lên Load cell Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân load cell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra. Hình 11.3: Nguyên lý hoạt động Load cell Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân). 1.2. Phân loại Có thể phân loại loadcells như sau: 93 - Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịu nén (compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (TensionLoadcell) - Phân loại theo hình dạng: dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu, dạng chữ S, dạng mỏng - Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn. Hình 11.4: Phân loại Load cell 1.3. Loadcells tƣơng tự và Loadcells số. 1.3.1. Loadcells tƣơng tự (analog loadcell) Với các loại load cell việc chuyển đổi từ tín hiệu analog chuyển thành tín hiệu số (A/D) được thực hiện bởi bộ chỉ thị indicator. Tín hiệu từ loadcell tương tự (analog loadcell) truyền về bộ chỉ thị là dạng điện áp. Hình 11.5:.Load cell Analog và bộ hiển thị Tín hiệu ngõ ra của loadcell phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp cho load cell (chính là điện áp được cung cấp bởi bộ chỉ thị). Ví dụ với loadcell capacity là 10t và thông số ngõ ra là 2mV/V, khi đặt lên loadcell 1 tải trọng là 10t, nếu điện áp cung cấp cho loadcell là 10V thì tín hiệu ngõ ra của 94 loadcell đạt 20 mV (2 mV x 10V) còn nếu điện áp cung cấp cho loadcell là 8V thì tín hiệu ngõ ra của loadcell chỉ đạt 16 mV (2 mV x 8V). Kết nối Loadcel +Excitation (Điện áp kích thích) là đầu vào dương của điện áp cung cấp –Excitation là đầu vào âm của điện áp cung cấp +Output là tín hiệu ra dương của Loadcell –Output là tín hiệu ra âm của Loadcell +sense và –sense là các dây dẫn được nối trực tiếp với Excitation. Có loại Loadcell thì có, có loại thì không. Có thể nối cũng được mà không nối cũng được. Nhưng nhà sản xuất khuyến cáo là nên nối. Ưu điểm: Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực tế, với những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từng ứngdụng của người dùng. Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hình dạngkhác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng Nhược điểm: - Tín hiệu điện áp đầu ra của Loadcell rất nhỏ (thường không quá 30mV). Những tín hiệu nhỏ như vậy d dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhi u trong công nghiệp - Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: do thay đổi thất thường của nhiệt độ môi trường tác động lên dây cáp truyền dẫn 1.3.2 Loadcells số (digital loadcell) Đối với load cell số, quá trình chuyển đổi từ tín hiệu analog chuyển thành tín hiệu số (A/D) được thực hiện trong chính bản thân loadcell. Sau quá trình xử lý và chuyển đổi một cách chính xác, một tín hiệu số (digital signal) sẽ được đưa về bộ chỉ thị cân điện tử số (digital indicator). Hình 11.6: Load cell Analog và bộ hiển thị Với Loadcell số (digital loadcell), tín hiệu ngõ ra của loadcell là dạng số nên không phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp cho loadcell. Ví dụ với loadcell số (digital loadcell) có capacity là 10t, khi đặt lên loadcell 1 tải trọng là 10t, thì tín hiệu ngõ ra luôn là 10.000 cho dù điện áp cung cấp cho loadcell có là 10V hay 8V đi nữa. Ưu điểm - Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hưởng của nhi u điện từ hoặc thay đổi nhiệt độ thất thường trên đường dây cable dẫn. - Khoảng cách dây cáp dẫn có thể kéo dài đến 1200m. - Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thị khi cần. 95 - Loadcell có thể thay thế mà không cần chỉnh định lại; Những ưu điểm của hệ Loadcell số cho phép trong các ứng dụng độ chính xác cao và chống chịu nhi u tốt, đặc biệt ở những ứng dụng yêu cầu các điểm đo nằm phân tán trên phạm vi rộng. 1.4. Ứng dụng  Trong công nghiệp cũng như đời sống thì loadcell được ứng dụng rất rộng từ những cân điện tử dùng gia dụng đến những cân dùng cân trọng lượng ô tô hay là cân nguyên liệu đầu vào và thành phẩm ra ở nhiều nhà máy. Hình 11.7: Sơ đồ hệ thống cân xe dùng Load cell.  Trong ngành công nghệ cao: Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Loại Loadcell này được gắn vào đầu của ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi chúng cầm nắm hoặc nhấc lên.  Ứng dụng trong cầu đường: Các Loadcell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu treo. Loadcell được lắp đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức ép chân cầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau. Các dữ liệu thu được sẽ được gửi đến một hệ thống thu thập và xử lí số liệu, sau đó số liệu sẽ được xuất ra qua thiết bị truy xuất như điện thoại, máy tính, LCD. Từ đó có sự cảnh báo về độ an toàn của cầu. Từ đó tìm ra các biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp thời. Hình 11.8: Ứng dụng load cell cân tải. 96 2. Cảm biến áp suất: Cảm biến áp suất là một dạng thiết bị dùng để đo áp suất hay nói cách cụ thể là chuyển đổi từ đại lượng áp suất sang đại lượng điện. Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất cũng gần giống như các loại cảm biến khác là cần nguồn tác động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị về vi xử lý, vi xử lý tín hiệu rồi đưa tín hiệu ra. 2.1. Khái niệm áp suất: - p suất được định nghĩa là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích P = F/A [N] - p suất tuyệt đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và chân không tuyệt đối (áp suất bằng 0). - p suất dư/tương đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và môi trường xung quanh (khí quyển). - p suất vi sai: là áp suất chênh lệch giữa hai điểm đo, một điểm được chọn làm điểm tham chiếu. - Đơn vị đo + Trong hệ SI: Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar. + Châu u: bar, Bắc Mỹ: psi, Châu : kg/cm2, Mpa Bảng 11.1: Mối quan hệ giữa các đại lượng đo áp suất 2.2. Nguyên lý đo áp suất Cảm biến áp suất là thiết bị cảm nhận áp suất trên đường ống hoặc bồn chứa có áp suất. p suất này được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp hoặc dòng điện. Các tín hiệu này sẽ được truyền về biến tần hoặc PLC để điều khiển động cơ hoạt động. Hình 11.9: Các loại cảm biến áp suất thường dùng 97 Cấu tạo bên ngoài của cảm biến áp suất thường làm bằng Inox 304 không gỉ. Khả năng chống va đập cao. Hình 11.10: Cấu tạo cảm biến áp suất + Electric connection: Kết nối điện + Amplifier: Bộ khuếch đại tín hiệu + Sensor: Màng cảm biến xuất ra tín hiệu + Process Connection: Chuẩn kết ren (Ren kết nối vào hệ thống áp suất) Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất Hình 11.11: Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất Theo sơ đồ trên chúng ta thấy rằng khí áp suất Dương ( + ) đưa vào thì lớp màng sẽ căng lên từ trái sang phải , còn khi đưa vào áp suất âm ( – ) thì lớp màng sẽ căng lên từ phải sang trái. Chính sự dịch chuyển này sẽ đưa tín hiệu về mạch xử lý và đưa ra tín hiệu để biết áp suất đưa vào là bao nhiêu. + Hình đầu tiên bên trái: Khi không có áp suất => Hight = Low = Ov output + Hình ở giữa: Khi có áp suất nén => Hight > Low = + V Output + Hình bên phải: Khi có áp suất hút => Low > Hight = -V Output Dựa vào nguyên lý trên ta lấy ví dụ thực tế như sau: 98 Cảm biến áp suất dãy đo 0-10bar. Tín hiệu ngõ ra: 0-10V. Khi áp suất đạt 0-5bar thì tín hiệu điện áp xuất ra 0-5V. Tương tự khi áp áp đạt giới hạn max 10bar thì tín hiệu điện áp 10V Cảm biến áp suất chân không dãy đo -10bar. Tín hiệu ngõ ra: 4-20mA. Điều này có nghĩa là khi không có sự tác động lực hút thì áp suất 0bar tương ứng với tín hiệu dòng 4mA. Khi lực hút đạt giới hạn max -1bar thì cảm biến sẽ xuất tín hiệu dòng 20mA 2.3. Ứng dụng cảm biến đo áp suất Đối với các trường hợp dùng cảm biến áp suất dùng cho máy nén khí, áp suất nước, dầu thủy lực và các chất lỏng không có tính ăn mòn khác thì dùng loại cảm biến áp suất thường. Các dãy đo áp suất 0-0.1bar; 0-0.16bar; được dùng để đo mức nước tĩnh trong bồn chứa không có áp suất. Mức nước được tính như sau: 1bar = 10mH2O (hoặc 100mbar = 100mmH20) Trường hợp ứng dụng cho các môi trường thực phẩm như: sữa, nước khải khátthì bắt buộc phải dùng cảm biến áp suất màng đảm bảo tiêu chuẩn thực phẩm. Cảm biến áp suất dùng cho xăng, dầu.ngành dầu khí phải đảm bảo tiêu chuẩn chống cháy nổ. Tùy vào nhu cầu sử dụng mà ta chọn loại cảm biến phù hợp Hình 11.12 : Cảm biến áp suất chính xác cao – phòng nổ Atex 3. Thực hành cảm biến lực, áp suất Giới thiệu Module cảm biến áp suất: Thông số kỹ thuật + Kiểu hiển thị giá trị áp suất: Led 7 thanh + Các đơn vị chuyển đổi: kPa, kgf/cm2, Bar, psi + Có chức năng hiệu chỉnh điểm 0 + Chế độ bảo vệ: Ngắn mạch, ngược nguồn + Thể tích bình tạo áp suất có thể điều chỉnh được từ 0~0.754 lít Các đầu vào ra + Nguồn cấp 24VDC. 99 + 3 đầu ra: Đầu ra điện áp tương tự, đầu ra số 1 và đầu ra số 2. Hình 11.13: Module cảm biến áp suất Nguyên lý hoạt động Sau khi cấp nguồn và cài đặt cho cảm biến áp suất. Ta đặt vật lên bề mặt, áp suất thay đổi và được hiển thị trên đồng hồ PSA. Giới thiệu cảm biến PSA-1 - Đơn vị hiển thị: kPa, kgf/cm2, bar, psi - Thay đổi chế độ đầu ra: Có 6 kiểu của chế độ điều khiển đầu ra: + Chế độ tr (F-1): Khi cần thay đổi độ tr nhận biết + Chế độ cảm biến tự động (F-2): Khi cần đặt mức nhận biết một cách tự động ở một mức thích hợp + Chế độ 2 đầu ra độc lập (F-3, F-4, F-5): Khi cần xác định 2 mức áp suất của một môi trường. + Chế độ đầu ra so sánh dạng cửa sổ (F-6): Khi cần xác định áp suất trong một khoảng nào đó. - Thay đổi thời gian tác động (loại trừ nhi u): Để loại trừ nhi u tác động đến đầu ra ta có thể điều chỉnh thời gian tác động, có tất cả 4 mức thời gian khác nhau (2.5ms, 5ms, 100ms, 500ms), và nếu cần thời gian tác động lâu hơn, ta có thể thay đổi cứng bằng cách tăng số lượng của các bộ lọc số. - Thay đổi tỉ lệ đầu ra tương tự: Không thể đặt tỉ lệ đầu ra tương tự (1-5V) tương ứng với áp suất nhưng có một chức năng cho phép thay đổi thích hợp cho người sử dụng trong những ứng dụng cụ thể. Nếu đặt vị trí A1 cho 1VDC đầu ra và A5 cho 5VDC đầu ra thì dải áp suất từ A1 đến A5 tương ứng với mức điện áp đầu ra từ 1-5VDC, tức là với áp suất từ A1 đến A5 sẽ cho ra điện áp từ 1 đến 5VDC. - Chức năng khoá phím: có 2 kiểu khoá phím để chống lại những thao tác sai: 100 + Loc: Tất cả các phím đều được khoá, bởi vậy không thể thay đổi bất kì một tham số nào. + PA.L: Đây là chế độ khoá từng phần, cho nên chỉ không thể thay đổi được các tham số cài đặt mà thôi, một số chức năng khác vẫn có thể thay đổi. + UnL: Mọi chức năng có thể thay đổi, không phím nào bị khoá. - Chức năng điều chỉnh điểm 0: Chức năng này dùng để đặt giá trị hiển thị về không trong trường hợp đầu đo chịu áp lực của áp suất khí quyển. - Chức năng giữ đỉnh và đáy: Chức năng này dùng để chẩn đoán sự cố của hệ thống gây ra bởi áp suất dư hoặc dùng để kiểm tra toàn dải áp suất xảy ra trong hệ thống. - Chế độ hoạt động đầu ra: Có 6 chế độ + Chế độ tr (F1): Có thể được dùng để đặt giá trị xác định của mức áp suất (St1) và độ tr (St2). Hình 11.14 : Biểu đồ thời gian chế độ F1 + Chế độ cài đặt cảm biến tự động (F2): Chức năng này đặt mức báo áp suất ở mức thích hợp một cách tự động Hình 11.15: Biểu đồ thời gian chế độ F2 + Chế độ hai đầu ra độc lập (F3, F4 và F5): Dùng để đặt mức đo áp suất từ hai vị trí (St1, St2). Trong chế độ này, một vị trí dùng cho điều khiển, vị trí còn lại dùng cho cảnh báo hoặc cho điều khiển thêm. Cũng trong chế độ này, độ tr được cố định bằng 1 số (nhưng là 2 số khi sử dụng đơn vị đo áp suất hỗn hợp hoặc PSI). Lược đồ thời gian của chế độ: 101 Hình 11. 16: Biểu đồ thời gian chế độ F3, F4, F5 + Chế độ cửa sổ (F6): Dùng để đặt giới hạn giá trị lớn nhất/nhỏ nhất của đầu đo áp suất. Cũng trong chế độ này, độ tr được cố định bằng 1 số (nhưng là 2 số khi sử dụng đơn vị đo áp suất hỗn hợp hoặc PSI). Hình 11. 17: Biểu đồ thời gian chế độ F3, F4, F5 - Kiểu đầu ra số Cảm biến PSA-1 có hai đầu ra số kiểu NPN (Colector hở) Mạch bảo vệ quá dòng B ả n g m ạ c h c h ín h 1kΏ Mạch bảo vệ quá dòng +V (Xám) Tải Đầu ra điện áp tương tự (Cam) Đầu ra số 1 (Đen) Đầu ra số 2 (Trắng) Tải 12-24VDC 0V (Lam) Hình 11. 18: Sơ đồ ngõ ra điều khiển cảm biến PSA-1 102 - Mặt trƣớc của mặt hiển thị và chức năng Hình 11. 19: Định dạng mặt trước cảm biến PSA-1 1: Led 7 thanh 3 21 số: Hiển thị đầu đo áp suất, các giá trị cài đặt và hiển thị lỗi. 2: Chỉ thị đầu ra 1 (Đỏ): Đầu ra 1 ON thì led ON 3: Chỉ thị đầu ra 2 (Đỏ): Đầu ra 2 ON thì led ON 4: Nút ấn chọn chế độ (MODE): Chế độ cài đặt tham số hoặc chế độ cài đặt lại, lưu giá trị cài đặt 5: Nút ấn tăng (UP): Đặt giá trị cài đặt tăng lên từng bước theo giá trị đặt trước hoặc đơn vị áp suất, chế độ đầu ra, thời gian phản ứng, tỉ lệ đầu ra tương tự, khoá phím, giá trị giữ đỉnh, giữ đáy trong các tham số hiển thị. 6: Nút ấn giảm (DOWN): Đặt giá trị cài đặt giảm từng bước theo giá trị đặt trước hoặc đơn vị áp suất, chế độ đầu ra, thời gian phản ứng, tỉ lệ đầu ra tương tự, khoá phím, giá trị giữ đỉnh, giữ đáy trong các tham số hiển thị. 7: Ngưỡng tăng áp suất: Dùng để thay đổi áp suất của cảm biến. Hãy sử dụng những đơn vị khác nhau trong các ứng dụng của bạn theo nhãn kèm theo. - Bảng lỗi Mã lỗi Kiểu lỗi Cách khắc phục Nếu có thêm áp suất ngoài, hoặc khi điều chỉnh điểm không Khởi động lại sau khi loại bỏ áp suất thêm Khi xảy ra quá tải đầu ra điều khiển Loại bỏ quá tải Giá trị cài đặt không thích hợp Đặt lại thông số thích hợp sau khi kiểm tra kĩ các thông số tiêu chuẩn p suất vào vượt quá dải hiển thị áp suất Hãy để áp suất đo trong dải hiển thị của thiết bị p suất vào dưới dải hiển thị áp suất - Cài đặt 103 C h ế đ ộ h o ạ t đ ộ n g ( R U N m o d e ) Cài đặt tham số Cài đặt đơn vị hiển thị Cài đặt chế độ hoạt động đẩu ra Cài đặt thời gian tác động Cài đặt tỉ lệ đầu ra tương tự (1VDC) Cài đặt tỉ lệ đầu ra tương tự (5VDC) Cài đặt khoá phím Cài đặt giá trị đặt trước Cài đặt đầu đo mức thấp (St1, Lo) Cài đặt đầu đo mức thấp (St1, Lo) Giá trị đỉnh Giá trị đỉnh Giá trị đáy Chỉnh định điểm không Chỉnh định điểm không Nhấn và giữ tối thiểu 3 giây Nhấn và giữ trong 3 giây Nhấn và giữ tối thiểu 3 giây Nhấn giữ đồng thời tối thiểu 1 giây Hình 11.20 : Các chế độ hoạt động Chỉnh định điểm ‘0’: 1. Hãy ấn và giữ đồng thời 2 phím UP và DOWN trong tối thiểu 1 giây. 2. Khi chỉnh định xong, thiết bị sẽ hiển thị và trở về chế độ hoạt động Điều chỉnh tham số: Đơn vị hiển thị áp suất, chế độ điều khiển đầu ra, thời gian phản ứng (chống nhi u) và hệ số tỉ lệ đầu ra tương tự và khoá phím. Hãy chỉnh định các tham số sau khi bỏ chức năng khoá phím nếu có sử dụng chức năng này - Khi nhấn giữ phím quá 3 giây, nó sẽ trở lại chế độ hoạt động bình thường với các giá trị đặt được lưu trong EEPROM. Hơn nữa, nếu không có phím nào được nhấn trong 60 giây, nó sẽ hiển thị giá trị trước đó và bỏ qua giá trị cài đặt hiện thời. - Giữ liệu cài đặt sẽ được lưu trong EEPROM nên không bị mất đi khi tắt điện. Nhưng chú ý là chỉ thay đổi được tối đa 100.000 lần thôi. Giữ đỉnh và đáy 1. Nhấn giữ nút UP tối thiểu trong 3 giây, ở chế độ hoạt động (RUN Mode). 2. và giá trị áp suất lớn nhất sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây, sau đó sẽ hiển thị giá trị đỉnh. 3. và giá trị áp suất nhỏ nhất sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây, sau đó sẽ hiển thị giá trị đáy. 4. Nếu bạn nhấn nhanh phím UP, giá trị đỉnh và đáy được lưu sẽ bị xoá sạch và thiết bị quay trở lại chế độ hoạt động bình thường. Khi giá trị đỉnh và đáy vượt quá giới hạn đo áp suất, màn hình sẽ hiển thị lỗi. Cài đặt giá trị tiền định 1. Đặt mức đầu đo áp suất 104 2. Hãy đặt các giá trị này sau khi bỏ chức năng khóa phím nếu chức năng này được sử dụng. 3. Chắc chắn rằng các phương thức cài đặt phải khác nhau tuỳ thuộc vào các chế độ hoạt động đầu ra Chế độ hoạt động (RUN Mode) Cài đặt đơn vị hiển thị * và đơn vị hiển thị trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Chọn đơn vị bằng các phím UP và DOWN Đơn vị áp suất hiển thị của loại áp suất cụ thẻ Đơn vị hiển thi áp suất của loại áp suất âm và áp suất hỗn hợp (Nhấn phím nhanh, đơn vị lựa chọn sẽ được lưu và tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) * Khi sử dụng đơn vị đo là mmH2O, hãy nhân đơn vị hiển thị với 100 Nhấn giữ tối thiểu 3 giây Thời gian tác động * và thời gian tác động trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Chọn thời gian bằng các phím UP và DOWN (Nhấn phím nhanh, thời gian lựa chọn sẽ được lưu và tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) Nhấn 1 lần Cài đặt hệ số tỉ lệ đầu ra tương tự (1VDC) * và giá trị áp suất trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Chọn giá trị áp suất với 1VDC sẽ được xuất ra bằng các phím UP và DOWN Khoảng giá trị cài đặt: Từ giá trị bé nhất của dải áp suất <= <= 90% dải áp suất đo (Nhấn phím nhanh, giá trị áp suất lựa chọn sẽ được đặt như là 1VDC và tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) Nhấn 1 lần Cài đặt hệ số tỉ lệ đầu ra tương tự (5VDC) * và giá trị áp suất trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Chọn giá trị áp suất với 1VDC sẽ được xuất ra bằng các phím UP và DOWN Khoảng giá trị cài đặt: <= <= áp suất đo lớn nhất (Nhấn phím nhanh, giá trị áp suất lựa chọn sẽ được đặt như là 5VDC và tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) Nhấn 1 lần Cài đặt khoá phím * và kiểu cài đặt phím trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0,5 giây * Khoá phím bằng các phím UP và DOWN Nhấn 1 lần (Nhấn phím nhanh, kiểu khoá phím sẽ được lưu và tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) Trở lại chế độ hoạt động (RUN Mode) Nhấn tối thiểu 3 giây (lưu vào EEPROM) Hình 11.21: Cài đặt các thông số 105 Ở chế độ trễ (F1), và chế độ 2 đầu ra độc lập (F3, F4, F5) Chế độ hoạt động (RUN Mode) Cài đặt đầu đo áp suất mức 1 * và giá trị đầu đo mức 1 trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Thay đổi mức đầu đo áp bằng các phím UP và DOWN Cho phép khoảng cài đặt: Giá trị áp suất nhỏ nhất < St1 <= giá trị áp suất lớn nhất (Nhấn phím nhanh 1 lần, giá trị đầu đo áp mức 1 sẽ được lưu và tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) Nhấn 1 lần Nhấn 1 lần Cài đặt đầu đo áp suất mức 2 * và giá trị đầu đo mức 1 trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Thay đổi mức đầu đo áp bằng các phím UP và DOWN Cho phép khoảng cài đặt: Chế độ trễ -> Giá trị áp suất nhỏ nhất <= St2 < St1 (Nhấn phím nhanh 1 lần, giá trị đầu đo áp mức 2 sẽ được lưu và tự động chuyển đến chế độ tiếp theo) Trở lại chế độ hoạt động (RUN Mode) Nhấn 1 lần (lưu vào EEPROM) Hình 11.22: Lưu đồ cài đặ chế độ F1, F3, F4, F5 Chế độ cảm biến tự động (F2) Chế độ hoạt động (RUN Mode) Cài đặt đầu đo áp suất mức 1 * và giá trị đầu đo mức 1 trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Đặt giá trị áp suất cần thiết (St1) trong dải đo áp. * Nếu nhấn phím UP nhanh một lần, giá trị áp suất hiện thời sẽ được gán cho đầu đo áp mức 1 và đầu đo áp mức 1 sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây Nhấn 1 lần Nhấn 1 lần Cài đặt đầu đo áp suất mức 2 * và giá trị đầu đo mức 1 trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Đặt giá trị áp suất cần thiết (St2) trong dải đo áp. * Nếu nhấn phím UP nhanh một lần, giá trị áp suất hiện thời sẽ được gán cho đầu đo áp mức 2 và đầu đo áp 2 một sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây Cho phép khoảng cài đặt: St1+1% của dải áp suất <= St2 <= giá trị áp suất cài đặt lớn nhất * Nếu sự khác nhau giữa St1 và mức đo áp là không đủ, sẽ nhấp nháy 3 lần và trở về cài đặt St2, hãy cài đặt lại * Có thể cài đặt lại bằng cách nhấn phím UP, nhưng là cài đặt đầu đo áp mức 2 lần cuối Trở lại chế độ hoạt động (RUN Mode) Nhấn 1 lần (lưu vào EEPROM) Nhấn 1 lần Cài đặt cảm biến tự động và tinh chỉnh * và giá trị đầu đo mức (Set) sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Điều chỉnh đầu đo áp bằng các phím UP và DOWN, khi cần thiết tinh chỉnh các giá trị trên (Cho phép khoảng điều chỉnh: giữa St1 và St2) Hình 11.23: Lưu đồ cài đặt chế độ F2 106 - Khi kiểm tra giá trị mức đo áp 1 và 2 (St1, St2) và tự động cài đặt cảm biến, hãy nhấn phím một cách nhanh và tuần tự. - Chế độ cài đặt cảm biến tự động (kiểm tra đúng thiết bị). Trạng thái của đích đã loại bỏ là St1 và trạng thái đúng là St2. Cài đặt chúng bởi phím UP, mức đo áp sẽ tự động nằm trong khoảng giữa St1 và St2. Chế độ cửa số (F-6) Chế độ hoạt động (RUN Mode) Cài đặt đầu đo áp suất mức 1 * và giá trị đầu đo mức 1 trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Đặt đầu đo áp mức 2 bằng cách nhấn phím UP và DOWN Cho phép khoảng cài đặt: Giá trị đặt áp nhỏ nhất <= Lo <= Giá trị đặt áp lớn nhất (Nhấn nhanh phím một lần, đầu đo mức 1 được lưu và sau đó chuyển đến chế độ tiếp) Nhấn 1 lần Trở lại chế độ hoạt động (RUN Mode) Nhấn 1 lần (lưu vào EEPROM) Cài đặt đầu đo áp suất mức 2 * và giá trị đầu đo mức 1 trước sẽ nhấp nháy trong khoảng 0.5 giây * Đặt đầu đo áp mức 2 bằng cách nhấn phím UP và DOWN Cho phép khoảng cài đặt: Lo <= Hi <= Giá trị đặt áp lớn nhất (Nhấn nhanh phím một lần, đầu đo mức 1 được lưu và sau đó chuyển đến chế độ tiếp) Nhấn 1 lần Hình 11.24: Lưu đồ cài đặt chế độ F6 - Hãy kiểm tra giá trị đặt lần nữa khi chế độ hoạt động đầu ra thay đổi. - Khi đơn vị hiển thị thay đổi, giá trị đặt sẽ được tính dựa trên đơn vị hiển thị - Nếu không có phím nào được nhấn trong khoảng 60 giây, thiết bị sẽ tự động chuyển về chế độ hoạt động bình thường (ngoại trừ chế độ cài đặt cảm biến tự động (F-2)) Khi một trong hai phím UP, DOWN được nhấn 1 lần, 1 số (2 số khi sử dụng đơn vị đo PSI của loại hỗn hợp) sẽ tăng lên (giảm) nhưng nó sẽ tiếp tục tăng (giảm) khi giữ nguyên trạng thái tác động vào phím. CÂU HỎI BÀI 11 1. Trình bày khái niệm của cảm biến lực, áp suất? 2. Trình bày nguyên lý hoạt động của Load Cell? 3. Cho những cách phân loại Load Cell? 4. Cho biết ưu và nhược điểm của load cell tương tự và load cell số? 5. Cho biết cách phân loại của cảm biến áp suất? 6. Trình bày nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất điện trở áp điện? 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]-Nguy n Trọng Thuần, Điều khiển logic và ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật 2006. [2]-Nguy n Văn Hòa, Giáo trình đo lường và cảm biến đo lường, NXB Giáo dục 2005. [3]-Lê Văn Doanh- Phạm Thượng Hàn, Các bộ cảm biến trong kĩ thuật đo lường và điều khiển, NXB Khoa học và kỹ thuật 2006. [4]-Lê Văn Doanh, Các bộ cảm biến trong kĩ thuật đo lường và điều khiển, NXB Khoa học và kỹ thuật 2001. [5]-Nguy n Thị Lan Hương, Kỹ thuật cảm biến, NXB Khoa học và kỹ thuật 2008. [6]-Phan Quốc Phô, Nguy n Đức Chiến, Cảm biến, NXB Khoa học và kỹ thuật 2000. [7]-Vũ Quang Hồi, Giáo trình Kỹ thuật Cảm biến, NXB Giáo Dục 2009.