Download miễn phí Giáo trình Phần tử tự động
Cảm biến điện trở:
- Định nghĩa : cảm biến điện trởlà cảm biến mà đương lượng đầu vào là
các di chuyển cơ(thẳng hay quay) còn đương lượng đầu ra là sựbiến đổi
điện trởtương ứng.
- Phân loại : 3 loại
+ Cảm biến điện trởdây quấn
+ Cảm biến điện trởtiếp xúc
+ Cảm biến điện trởbiến dạng
1.Cảm biến điện trởdây quấn :
- Cấu tạo, nguyên lý làm việc giống nhưmột biến trở điều chỉnh. Đương
lượng đầu vào là đương lượng vào tác động trực tiếp vào tiếp điểm động cảm
biến dẫn đến trịsố đầu ra cảm biến biến đổi tương ứng. Tiếp điểm động cảm
biến có thểchuyển động thẳng hay quay
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
g đổi (tuyến tính) hay thay đổi (phi tuyến)+ Dây điện trở : được sử dụng có điện trở suất lớn, ít bị oxi hóa và hệ số
nhiệt điện trở α thấp. Bên ngoài dây được phủ một lớp sơn cách điện. Độ
lớn điện trở dây phụ thuộc độ chính xác của cảm biến.
d = (0.03 ÷ 0.1)mm : độ chính xác cao
d = (0.1 ÷ 0.5)mm : độ chính xác thấp
+ Tiếp điểm động : được làm bằng vật liệu dẫn điện tốt, chịu mài mòn,
có điện trở bé
x
Uv
Ur
α
Uv Ur
ĐH Bách Khoa Hà Nội
28
- Nguyên lý : Khi x biến đổi dẫn đến điện trở cảm biến biến đổi theo. Điện
áp đầu ra cũng biến đổi theo điện trở cảm biến. Qua Ura đo được ta xác định
được x.
- Phân loại : gồm 2 loại theo kết cấu
+ Cảm biến điện trở dây quấn tuyến tính
+ Cảm biến điện trở dây quấn phi tuyến
1. Cảm biến điện trở tuyến tính :
- Định nghĩa : là loại cảm biến mà quan hệ giữa Ura và x là dạng đường
thẳng.
- Các cách mắc : mắc phân áp và mắc biến trở
Hình 1.1 Hình 1.2
- Khi không tải (Rt = ∞) :
Hình 1.3
x.s
l
xUr.
R
UU 0
0
0
r0 ===
với s là độ nhạy
Uv
Ur
Uv
Ur
U0
Ur x,r
ĐH Bách Khoa Hà Nội
29
r là điện trở tương ứng với dịch chuyển x 0Rl
xr =
- Cảm biến quay : ϕ=ϕ= .s.
l
UU
max
0
r0
Đặc tính cảm biến
Hình 1.4
Nhược điểm : đặc tính vào ra không đổi dấu ( không nhảy cực tính )
- Để khắc phục nhược điểm này dùng cảm biến điện trở dây quấn có cực
tính.
Hình 1.5
α
0 l
U0
U
x
tgx =s
Uv
Ur
x
ĐH Bách Khoa Hà Nội
30
Hình 1.6
Khi đó Ur = f(x) là đường thẳng
Nhược điểm : điện áp ra lớn nhất là U0/2 . Nên giảm độ nhạy của cảm biến.
- Để khắc phục nhược điểm người ta sử dụng cảm biến cực tính kép ( ghép
2 cảm biến đơn giống nhau có 2 tiếp điểm động chuyển động ngược chiều
nhau, nối liên động với nhau).
Hình 1.7
- l/2 l/2
2
1
x
U
U0/2
- U0/2
U0
Ur
R0 R1
ĐH Bách Khoa Hà Nội
31
- Ưu điểm : tăng độ nhạy cảm biến, thay đồi dấu của điện áp ra.
Trong quá trình làm việc cảm biến có sai số do nhiều nguyên nhân : chủ quan,
khách quan
+ Do vùng không nhạy : Do cấu tạo cảm biến gồm nhiều vòng dây quấn
liên tiếp nhau cho nên khi tiếp điểm động chuyển động từ vòng dây này sang
vòng dây khác thì điện áp Ura cảm biến biến đổi nhày cấp với ∆Ura là điện áp
trên 1 vòng dây của cảm biến.
w
UU 0ra =∆ với w là số vòng dây của cảm biến
Hình 1.8
Đường kính dây càng nhỏ thì độ chính xác càng cao. Do đó để giảm sai số
cảm biến ta phải giảm đường kính dây quấn và tăng số vòng dây quấn.
b. Sai số do tải :
Hình 1.9 Hình 1.10
x
U0
Ur Rt
R0
r
U0
Ur Rt
R0- r
r
ĐH Bách Khoa Hà Nội
32
Khi có tải Rt ta có sơ đồ như hình vẽ
Hình 1.11
ta có
t
t
td Rr
R.rR +=
Rr
R.rIR.IU ttdr +==
2
0t0
t
0r
td0
0
rr.RRR
R.rUU
RrR
UI −+=⇒+−=
Ta thấy điện áp Ura phụ thuộc Rt
+ Khi Rt >> R0 : không tải
0r
0
0r UR
rUU ==
Đặc tính Ur0 = f(x) là đường thẳng
+ Khi Rt ≈ R0 có sai số
2
0t
0
2
0
2
0t0
t
0
0
0
r0r R.R
)rR(rU
rrRRR
R.rUr
R
UUUU −≈−+−=−=∆
Sai số tương đối : (*)
R.R
)rR(r
U
Ua 2
0t
0
2
0
−=∆=
Ta nhận thấy a phụ thuộc r do đó để tìm amax ta xét
l
3
2x
aa
R
3
2r
0
dr
da
max
0 =⇔
⎪⎩
⎪⎨
⎧
=
=⇔=
Thay giá trị a vào (*) ta có η== 27
4
R27
R4a
t
0
max với
0
t
R
R=η gọi là hệ số tải
Rtđ
R0- r
r
Ur
Uo
ĐH Bách Khoa Hà Nội
33
Nhận xét : amax phụ thuộc Rt suy ra nếu Rt tăng thì a giảm và ngược lại. Do
đó để giảm sai số phải tăng Rt .
Hình 1.12
Như vậy do ảnh hưởng của Rt nên đặc tính Ur = f(x) không phải là đường
thẳng mà là các đường cong có hình dạng phụ thuộc giá trị của tải. Do ảnh
hưởng Rt cảm biến có sai số ∆U. Sai số càng lớn khi Rt càng nhỏ và ngược
lại.
Hình 1.13
Ngoài 2 nguyên nhân trên còn có nhiều nguyên nhân khác gây sai số cho cảm
biến VD : nhiệt độ, ma sát, điện áp tiếp xúc…
2. Cảm biến điện trở phi tuyến :
Rt=∞
2/3l
Ur
η1
η2
η3
η1>η2>η3
x
∆Umax
η3
η2
η1
2/3 l l x
a
ĐH Bách Khoa Hà Nội
34
- Đặc tính Ur = f(x) là phi tuyến
- Các biện pháp chế tạo cảm biến phi tuyến:
+ Thay đổi đường kính dây quấn
+ Thay đổi bước dây quấn
+ Thay đổi tiết diện ngang của khung dây
+ Mắc điện trở vào các phân đoạn khác nhau của cảm biến tuyến tính
2 phương pháp đầu không dùng vì lí do công nghệ, chủ yếu là dùng 2 phương
pháp sau.
a. Thay đổi tiết diện ngang khung dây :
- d = const
- bước dây quấn không đổi
- giữ nguyên bề rộng khung dây (b)
- thay đổi chiều cao khung dây (h) : tìm h(x) phù hợp với Ur = f(x) đã cho
Ví dụ : Tìm h(x) của cảm biến khi biết Ur = f(x)
b - bề rộng khung
l - chiều dài cảm biến
w - số vòng dây
R0 - điện trở cảm biến
S - tiết diện dây quấn
rx - điện trở dây quấn ứng với x
Hình 1
Khi tiếp điểm động cảm biến chuyển dịch 1 đoạn là dx thì điện trở cảm biến
thay đổi một lượng tương ứng là drx
dx.
l
w).hb(2
s
dr xx +ρ=
Do b << hx nên b + hx ≈ hx dxl
wh2
s
dr xx
ρ=⇒
Đồng thời điện áp Ur biến đổi một lượng tương ứng dUr
dx x
b
l
hx
ĐH Bách Khoa Hà Nội
35
dx
lsR
wh.U2dr
R
UdU
0
x0
x
0
0
r
ρ==
dx
dU.Kh
dx
dU.K
dx
dU.
w..U2
lsRh rxrr
0
0
x =⇒=ρ=⇒
b. Mắc điện trở vào các phân đoạn khác nhau của cảm biến tuyến tính
- Sử dụng 1 cảm biến điện trở tuyến tính và chia nó ra làm nhiều đoạn
bằng nhau. Tại mỗi đoạn ta mắc song song với nó 1 điện trở Rsi có trị số phù
hợp sao cho điện áp rơi trên đoạn bằng điện áp đã chọn
tdR
UI = với ∑ += si
si
td Rr
R.rR
- Khi tiếp điểm động ở vị trí i thì (*)r.IUU
1i
1k
ixikri ∑−
=
+=
rR
r.I
R
1.
rR
r.R.I
R
UI
III
sisisi
si
si
i
si
sii
+=+==
−=
Vậy )
rR
r1(II
si
i +−=
Thay Ii vào phương trình (*) :
r Rs1
r Rs2
r Rsn
U
ĐH Bách Khoa Hà Nội
36
iiiii
1i
1k
k
1i
1k
ix
si
kri x.BAxK.K.IUr).rR
r1(IUU +=+=+−+= ∑∑
−
=
−
=
Ta nhận thấy trong 1 phân đoạn thứ i : Usi =f(xi) có dạng đường thẳng và
nghiêng với trục x góc αi với tgαi = Bi . Giá trị của αi tuỳ từng trường hợp vào Rsi. Do đó
Usi =f(xi) là một đường gãy khúc gồm nhiều đoạn thẳng với các góc nghiêng
khác nhau được nối với nhau. Nếu phi tuyến hoá ta sẽ được 1 đường cong liên
tục, sai số càng giảm khi phân đoạn càng nhiều.
Hình 3
Ưu điểm :
- Kết cấu đơn giản, độ chính xác cao, trọng lượng và khối lượng nhỏ
- Có thể tạo được dạng điện áp Ur tuỳ ý
- Đặc tính tương đối ổn định dùng cho cả nguồn 1 chiều và xoay chiều
Nhược điểm :
- Do có tiếp xúc nên tuổi thọ bị ảnh hưởng
- Độ nhạy không cao
- Tổn hao nhiệt trong quá trình làm việc
2.Cảm biến điện trở tiếp xúc
- Cảm biến điện trở tiếp xúc là cảm biến mà đương lượng đầu vào là lực
tác động, còn đương lượng đầu ra là sự biến đổi giá trị của điện trở tiếp xúc
- Cấu tạo : gồm nhiều đĩa than được xếp chồng lên nhau. Mỗi đĩa có chiều
dày từ 1-2 mm , đường kính d = 3÷5 mm. Một cảm biến thường có 10÷15 đĩa
than
x xi
0
αUri
Ur
ĐH Bách Khoa Hà Nội
37
Hình 1
- Đặc tính vào ra: Rtx = f(F)
0txmtx RF
KR +=
k là hệ số phụ thuộc vật liệu đĩa than
m là hệ số phụ thuộc...