Sáng tạo – Chất lượng – Phát triển – Hiệu quả Chủ đề thuyết trình CẢM BIẾN TỐC ĐỘ Nhóm 11. Trần Thị Thùy Minh 2. Nguyễn Minh Tân 3. Nguyễn Xuân Trường 4.
Nguyễn Tri Tùng Lớp: DHDTTT03- K14 BỘ MÔN KỸ THUẬT CẢM BIẾN Hà Nội, tháng 10 năm 20211 Nội dung • Khái niệm về đo tốc độ • Encoder 1 5 2 • Các phương pháp đo tốc độ 6 • Súng bắn tốc độ • Máy phát tốc độ 1 chiều • Các cách thức đo tốc độ khác 3 7 • Cảm biến tốc độ kiểu từ trở • Thiết kế mạch đếm xung 4 biến thiên 8 2 1. Khái niệm về đo tốc độ 1. Khái niệm về tốc độ và đo tốc độ - Vận tốc, gia tốc là những thông số chuyển động. Quan hệ giữa chúng là những phép tính vi tích phân đơn giản.
Nếu ta gọi giá trị tức thời của khoảng dịch chuyển là x thì giá trị tức thời của tốc độ là: 𝑑𝑥 𝑑2 𝑥 ẋ = và gia tốc là ẍ= 2 𝑑𝑡 𝑑𝑡 - Vì vậy, muốn tìm được tốc độ ta chỉ cần tích phân gia tốc hoặc tính khoảng rời rạc bằng tích phân tốc độ theo thời gian. Khái niệm về đo tốc độ 1. Khái niệm về tốc độ và đo tốc độ Trong công nghiệp, việc đo vận tốc thông thường được đưa về đo tốc độ quay. Vì vậy các cảm biến đo vận tốc góc giữ vai trò quan trọng trong lĩnh vực đo tốc độ.
Có thể sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau để xác định vận tốc, gia tốc như cảm biến điện từ, cảm biến điện dung, cảm biến quang,.Việc sử dụng loại cảm biến nào tùy thuộc yêu cầu của phép đo như độ chính xác, tần số biến thiên, biên độ tín hiệu và các điều kiện liên quan khác. Khái niệm về đo tốc độ 1. Phân loại phép đo • Cảm biến vận tốc góc quay cung cấp cho ta tín hiệu đo là tần số. • Thông thường trên trục quay được đánh một hay nhiều dấu và một cảm biến ở phần không chuyển động sẽ ghi nhận sự chuyển động của các dấu này.
• Tần số đo được tỉ lệ với vòng quay n và số dấu k: f=n. Khái niệm về đo tốc độ 1. Phân loại phép đo ❖ Để đo tốc độ quay của rotor ta có thể sử dụng các phương pháp sau: - Sử dụng máy phát tốc độ một chiều hoặc xoay chiều, thực chất là các máy phát điện công suất nhỏ có sức điện động tỉ lệ với tốc độ cần đo. Được sử dụng rộng rãi trong các hệ chuyển động kinh điển.
- Sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ với bộ mã hóa. - Sử dụng máy đo góc tuyệt đối. - Xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stator mà không cần dùng bộ cảm biến tốc độ. Các phương pháp đo tốc độ 2.
Phương pháp đo tiếp xúc • Tốc độ vòng quay của vật cần đo sẽ được cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu này sẽ được thiết bị phân tích và hiển thị. Phương pháp đo này vẫn được sử dụng thường xuyên nhưng chủ yếu dùng cho những vật có vận tốc quay thấp từ 20 rpm đến 20. • Sự bất lợi của phương pháp đo này là tốc độ quay của tải phụ thuộc rất nhiều vào lực tiếp xúc. Ngoài ra, phương pháp đo này không thể đo cho những vật có kích thước nhỏ.
Các phương pháp đo tốc độ 2. Phương pháp đo rpm sử dụng tần số chớp ❖ Dựa vào nguyên lý của tần số chớp, các vật thể sẽ đứng yên trong mắt người quan sát khi tần số chớp tốc độ cao đồng bộ với sự di chuyển của vật. Phương pháp đo này có những đặc tính nổi bật hơn các phương pháp đo khác là: - Phương pháp đo có thể đo được cho những vật rất nhỏ hoặc đo được ở những nơi ta không chạm đến được. - Dải đo: 30 rpm đến 20.
- Ngoài ra, phương pháp đo này không chỉ đo được rpm mà nó còn có thể đo rung và theo dõi chuyển động ví dụ như: các màng rung, màng loa. Các phương pháp đo tốc độ 2. Phương pháp đo không tiếp xúc • Tốc độ vòng quay sẽ được đo bằng cách đo thời gian của chùm tia phản xạ tại vật cần đo. Thiết bị sẽ phát ra 1 chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng này sẽ bị phản xạ lại tại vật cần đo bởi tấm phản quang được dán trên vật cần đo.
Chú ý rằng khoảng cách lớn nhất giữa tấm phản quang và thiết bị đo không vượt quá 350 mm). • Phương pháp đo này sẽ cao cấp hơn phương pháp đo tiếp xúc. Tuy nhiên, không phải lúc nào ta cũng có thể dán được tấm phản quang lên trên vật cần đo. • Dải đo: 20 rpm đến 100.
Máy phát tốc độ một chiều 3. Cấu tạo ❖ Máy phát tốc độ một chiều có cấu tạo giống như một máy phát điện một chiều công suất bé được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. ❖ Gồm có: stator, rotor, cổ góp và chổi điện. • Stator (phần cảm) thường là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện.
| Rotor (phần ứng) gồm lõi thép hình trụ làm bằng Cấu tạo của máy phát tốc độ một chiều 10 3. Máy phát tốc độ một chiều 3. Nguyên lý hoạt động • Người ta gắn trục của máy phát tốc vào cơ cấu quay (hoặc trục của động cơ điện) cần xác định vận tốc. Khi cơ cấu quay thì cuộn dây phản ứng sẽ cảm ứng một sức điện động: E = ke.
• Sức điện động này được lấy ra các chổi than tiếp xúc với vành góp. • Nhìn vào biểu thức ta thấy sức điện động E tỷ lệ với tốc độ quay n của cơ cấu, như vậy bằng cách xác định E ta sẽ suy ra tốc độ quay n. Máy phát tốc độ một chiều 3. Ưu, nhược điểm Ưu điểm: + Ứng dụng đa dạng, có thể làm việc trong nhiều hoàn cảnh, điều kiện môi trường khác nhau.
+ Dễ dàng điều chỉnh tốc độ và khả năng tải. + Có thể điều chỉnh rộng và chính xác, cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản và có chất lượng cao mà không cần các thiết bị biến đổi đi kèm do đó sẽ tiết kiệm được chi phí mua thiết bị. Nhược điểm + Trong cấu tạo của động cơ điện một chiều có hệ thống cổ góp – chổi than nên vận hành kém và không đảm bảo an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ. Máy phát tốc độ một chiều 3.
Cấu tạo • Rotor (phần ứng) gồm lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện ghép lại với nhau và cuộn dây quấn được nối với nguồn điện một chiều. • Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục rotor, các đầu dây của phần tử nối với phiên góp. Cấu tạo của máy phát tốc độ một chiều 13 3. Máy phát tốc độ một chiều 3.
Đặc điểm và ứng dụng • Máy phát tốc một chiều có tín hiệu đầu ra là tín hiệu điện áp một chiều, tín hiệu này là tín hiệu tương tự và tỷ lệ với tốc độ quay. Ứng dụng đo tốc độ quay của động cơ, máy phát điện có dải đo từ vài trăm đến 3000 vòng/phút. Máy phát tốc độ một chiều 3. Đặc điểm và ứng dụng • Hiện nay, trong thực tế người ta hay sử dụng máy phát tốc một chiều để chỉ thị tốc độ chuyển động của máy vận chuyển như ô tô, tàu,.
Máy phát tốc một chiều có tín hiệu đầu ra không hoàn toàn tuyến tính, vì nó phụ thuộc vào đặc tính từ hoá của vật liệu từ. Ở dải tốc độ rất thấp điện áp đầu ra của cảm biến hầu như không có, ở dải tốc độ cao quá định mức thì điện áp đầu ra bị bão hoà. Do nhược điểm này mà hiện nay người ta ít dùng máy phát tốc trong công nghiệp 15 3. Máy phát tốc độ một chiều 3.
Đặc điểm và ứng dụng 16 4. Cảm biến tốc độ kiểu từ trở biến thiên 4. Cấu tạo Cấu tạo: o Một nam châm vĩnh cửu o Một cuộn dây quấn trên gông từ o Một bánh răng làm bằng sắt từ gắn trên trục của cơ cấu cần đo tốc độ Nguyên lý hoạt động: o Cuộn dây quấn chịu tác động của từ trường nam châm o Bánh răng quay khoảng cách S thay đổi làm từ thông xuyên qua cuộn dây bị biến thiên tuần hoàn xuất hiện một sức điện động cảm ứng có tần số tỷ Cấu tạo và nguyên lý lệ với tốc độ quay 17 4. Cảm biến tốc độ kiểu từ trở biến thiên 4.
Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động: o Đo tần số của sức điện động ta có thể xác định được tốc độ quay của cơ cấu. o Suất điện động cảm ứng: d∅ e = −W × dt o Tần số của các xung tạo thành: Trong đó: số lượng răng không nhỏ hơn 𝑝×𝑛𝑚𝑎𝑥 600 𝑓𝑚𝑎𝑥 = 𝑝= 60 𝑛𝑚𝑖𝑛 nmax : tốc độ quay lớn nhất nmin : tốc độ quay nhỏ nhất W : số vòng dây ∅ : từ thông của cuộn dây 18 4. Cảm biến tốc độ kiểu từ trở biến thiên 4. Nguyên lý hoạt động 19 4.
Cảm biến tốc độ kiểu từ trở biến thiên 4. Ưu, nhược điểm ❑ Ưu điểm: ❑ Nhược điểm: ✓ Phòng chống sự hãm cững phanh của ✓ Không thể phát hiện được các bánh xe ô tô trong trường hợp cần chuyển động có tốc độ nhỏ,… giảm tốc độ đột ngột. ✓ Cảm biến tốc độ bánh xe ở ô tô ✓ Hạn chế tối đa khả năng văng trượt. dễ bẩn ✓ Đo được tốc độ của các chuyển động quay có vận tốc lớn,… 20 4.
Cảm biến tốc độ kiểu từ trở biến thiên 4. Đặc điểm và ứng dụng ❑ Thường được ứng dụng để đo tốc độ của các chuyển động quay có vận tốc lớn. Còn các chuyển động có tốc độ nhỏ sẽ làm cho biên độ của suất điện động quá bé không thể phát hiện được. ❑ Dải đo của cảm biến phụ thuộc vào số răng của bánh răng, muốn đo được tốc độ lớn thì số răng phải ít, còn muốn đo được tốc độ bé thì số răng phải nhiều.
Ví dụ: − Bánh răng có 𝑝 = 60 răng cho dải đo từ 50 → 500 v/p − Đĩa có 𝑝 = 15 răng thì dải đo 500 → 10000 v/p 21 4. Cảm biến tốc độ kiểu từ trở biến thiên 4. Đặc điểm và ứng dụng 22 4. Cảm biến tốc độ kiểu từ trở biến thiên 4.
Đặc điểm và ứng dụng Hình ảnh ứng dụng: 23 4. Cảm biến tốc độ kiểu từ trở biến thiên 4.