Cảm biến công nghiệp : Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển part 3

Chia sẻ: Shfjjka Jdfksajdkad | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

108
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các cảm biến tụ điện đơn là một tụ điện phẳng hoặc hình trụ có một bản cực gắn cố định (bản cực tĩnh) và một bản cực di chuyển (bản cực động) liên kết với vật cần đo. Khi bản cực động di chuyển sẽ kéo theo sự thay đổi điện dung của tụ điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Cảm biến công nghiệp : Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển part 3

cuén thø cÊp. Khi ®iÖn trë cña thiÕt bÞ ®o ®ñ lín, ®iÖn ¸p ®o Vm gÇn nh− tuyÕn tÝnh víi hiÖu sè c¸c hÖ sè hç c¶m cña hai cuén thø cÊp. 4.4. C¶m biÕn ®iÖn dung 4.4.1. C¶m biÕn tô ®iÖn ®¬n C¸c c¶m biÕn tô ®iÖn ®¬n lµ mét tô ®iÖn ph¼ng hoÆc h×nh trô cã mét b¶n cùc g¾n cè ®Þnh (b¶n cùc tÜnh) vµ mét b¶n cùc di chuyÓn (b¶n cùc ®éng) liªn kÕt víi vËt cÇn ®o. Khi b¶n cùc ®éng di chuyÓn sÏ kÐo theo sù thay ®æi ®iÖn dung cña tô ®iÖn. - §èi víi c¶m biÕn h×nh 4.13a: d−íi t¸c ®éng cña ®¹i l−îng ®o XV, b¶n cùc ®éng di chuyÓn, kho¶ng c¸c gi÷a c¸c b¶n cùc thay ®æi, kÐo theo ®iÖn dung tô ®iÖn biÕn thiªn. εε 0 s C= δ ε - h»ng sè ®iÖn m«i cña m«i tr−êng. ε0 - h»ng sè ®iÖn m«i cña ch©n kh«ng. s - diÖn tÝch n»m gi÷a hai ®iÖn cùc. δ - kho¶ng c¸ch gi÷a hai b¶n cùc. δ XV α XV XV c) b) a) H×nh 4.13 C¶m biÕn tô ®iÖn ®¬n - §èi víi c¶m biÕn h×nh 4.13b: d−íi t¸c ®éng cña ®¹i l−îng ®o XV, b¶n cùc ®éng di chuyÓn quay, diÖn tÝch gi÷a c¸c b¶n cùc thay ®æi, kÐo theo sù thay ®æi cña ®iÖn dung tô ®iÖn. ε 0 s ε 0 πr 2 C= = .α (4.11) δ 360δ α - gãc øng víi phÇn hai b¶n cùc ®èi diÖn nhau. - 81 -
§èi víi c¶m biÕn h×nh 4.13c: d−íi t¸c ®éng cña ®¹i l−îng ®o XV, b¶n cùc ®éng di chuyÓn th¼ng däc trôc, diÖn tÝch gi÷a c¸c b¶n cùc thay ®æi, kÐo theo sù thay ®æi cña ®iÖn dung. 2 πε 0 C= .l (4.12) log( r2 / r1 ) XÐt tr−êng hîp tô ®iÖn ph¼ng, ta cã: εs C= δ ∂C ∂C ∂C dC = dε + ds + dδ ∂ε ∂s ∂δ §−a vÒ d¹ng sai ph©n ta cã: ε ε 0s0 s0 ∆C = ∆ε + 0 ∆s − ∆δ (4.13) (δ 0 + ∆δ )2 δ0 δ0 Khi kho¶ng c¸ch gi÷a hai b¶n cùc thay ®æi ( ε = const vµ s=const), ®é nh¹y cña c¶m biÕn: ε0s0 ∆C SCδ = =− (4.14) (δ 0 + ∆δ )2 ∆δ Khi diÖn tÝch cña b¶n cùc thay ®æi ( ε = const vµ δ = const), ®é nh¹y cña c¶m biÕn: ∆C ε 0 SCS = = (4.15) ∆s δ 0 Khi h»ng sè ®iÖn m«i thay ®æi ( s = const vµ δ = const), ®é nh¹y cña c¶m biÕn: ∆C s 0 SCε = = (4.16) ∆ε δ 0 NÕu xÐt ®Õn dung kh¸ng: δ 1 Z= = ωC ωεs ∂Z ∂Z ∂Z dZ = dε + ds + dδ ∂ε ∂s ∂δ §−a vÒ d¹ng sai ph©n: δ0 δ0 1 ∆Z = − ∆ε − ∆s + ∆δ ωs 0 (ε 0 + ∆ε ) ωε 0 (s 0 + ∆s ) ωε 0 s 0 2 2 T−¬ng tù trªn ta cã ®é nh¹y cña c¶m biÕn theo dung kh¸ng: - 82 -
δ0 S Zε = − (4.17) ωs 0 (ε 0 + ∆ε ) 2 δ0 S Zs = − (4.18) ωε 0 (s 0 + ∆s ) 2 1 S Zδ = (4.19) ωε 0 s 0 Tõ c¸c biÓu thøc trªn cã thÓ rót ra: - BiÕn thiªn ®iÖn dung cña c¶m biÕn tô ®iÖn lµ hµm tuyÕn tÝnh khi diÖn tÝch b¶n cùc vµ h»ng sè ®iÖn m«i thay ®æi nh−ng phi tuyÕn khi kho¶ng c¸ch gi÷a hai b¶n cùc thay ®æi. - BiÕn thiªn dung kh¸ng cña c¶m biÕn tô ®iÖn lµ hµm tuyÕn tÝnh khi kho¶ng c¸ch gi÷a hai b¶n cùc thay ®æi nh−ng phi tuyÕn khi diÖn tÝch b¶n cùc vµ h»ng sè ®iÖn m«i thay ®æi. Ngoµi ra gi÷a hai b¶n cùc khi cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo sÏ ph¸t sinh lùc hót, lùc nµy cÇn ph¶i nhá h¬n ®¹i l−îng ®o. 4.4.2. C¶m biÕn tô kÐp vi sai XV A2 A 1 A3 XV A1 A2 A3 α A1 XV A2 A3 δ c) a) b) H×nh 4.14 C¶m biÕn tô kÐp vi sai Tô kÐp vi sai cã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c b¶n cùc biÕn thiªn dÞch chuyÓn th¼ng (h×nh 4.14a) hoÆc cã diÖn tÝch b¶n cùc biÕn thiªn dÞch chuyÓn quay (h×nh 4.14b) vµ dÞch chuyÓn th¼ng (h×nh 4.14c) gåm ba b¶n cùc. B¶n cùc ®éng A1 dÞch chuyÓn gi÷a hai b¶n cùc cè ®Þnh A2 vµ A3 t¹o thµnh cïng víi hai b¶n cùc nµy hai tô ®iÖn cã ®iÖn dung C21 vµ C31 biÕn thiªn ng−îc chiÒu nhau. §é nh¹y vµ ®é tuyÕn tÝnh cña tô kÐp vi sai cao h¬n tô ®¬n vµ lùc t−¬ng hç gi÷a c¸c b¶n cùc triÖt tiªu lÉn nhau do ng−îc chiÒu nhau. - 83 -
4.4.3. M¹ch ®o Th«ng th−êng m¹ch ®o dïng víi c¶m biÕn ®iÖn dung lµ c¸c m¹ch cÇu kh«ng c©n b»ng cung cÊp b»ng dßng xoay chiÒu. M¹ch ®o cÇn tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau: - Tæng trë ®Çu vµo tøc lµ tæng trë cña ®−êng chÐo cÇu ph¶i thËt lín. - C¸c d©y dÉn ph¶i ®−îc bäc kim lo¹i ®Ó tr¸nh ¶nh h−ëng cña ®iÖn tr−êng ngoµi. - Kh«ng ®−îc m¾c c¸c ®iÖn trë song song víi c¶m biÕn. - Chèng Èm tèt. H×nh 4.15a lµ s¬ ®å m¹ch cÇu dïng cho c¶m biÕn tô kÐp vi sai víi hai ®iÖn trë. Cung cÊp cho m¹ch cÇu lµ mét m¸y ph¸t tÇn sè cao. H×nh 4.15b lµ s¬ ®å m¹ch mÆch cÇu biÕn ¸p víi hai nh¸nh tô ®iÖn. Cx R A2 C0 Ura eS ~ A1 eS ~ Ura A3 R b) a) H×nh 4.15 M¹ch ®o th−êng dïng víi c¶m biÕn tô ®iÖn 4.5. C¶m biÕn quang C¸c c¶m biÕn ®o vÞ trÝ vµ dÞch chuyÓn theo ph−¬ng ph¸p quang häc gåm nguån ph¸t ¸nh s¸ng kÕt hîp víi mét ®Çu thu quang (th−êng lµ tÕ bµo quang ®iÖn). Tuú theo c¸ch bè trÝ ®Çu thu quang, nguån ph¸t vµ th−íc ®o (hoÆc ®èi t−îng ®o), c¸c c¶m biÕn ®−îc chia ra: - C¶m biÕn quang ph¶n x¹. - C¶m biÕn quang soi thÊu. 4.5.1. C¶m biÕn quang ph¶n x¹ C¶m biÕn quang ph¶n x¹ (h×nh 4.16) ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c däi ph¶n quang: ®Çu thu quang ®Æt cïng phÝa víi nguån ph¸t. Tia s¸ng tõ nguån ph¸t qua thÊu kÝnh héi tô ®Ëp tíi mét th−íc ®o chuyÓn ®éng cïng vËt kh¶o s¸t, trªn th−íc cã nh÷ng v¹ch chia ph¶n quang vµ kh«ng ph¶n quang kÕ tiÕp nhau, khi tia s¸ng gÆp ph¶i v¹ch chia ph¶n quang sÏ bÞ ph¶n x¹ trë l¹i ®Çu thu quang. - 84 -
1 2 3 H×nh 4.16 C¶m biÕn quang ph¶n x¹ 1) Nguån ph¸t 2) Th−íc ®o 3) §Çu thu quang C¶m biÕn lo¹i däi ph¶n quang, kh«ng cÇn d©y nèi qua vïng c¶m nhËn nh−ng cù ly c¶m nhËn thÊp vµ chÞu ¶nh h−ëng cña ¸nh s¸ng tõ nguån s¸ng kh¸c. 4.5.2. C¶m biÕn quang soi thÊu S¬ ®å cÊu tróc cña mét c¶m biÕn ®o vÞ trÝ vµ dÞch chuyÓn theo nguyªn t¾c soi thÊu tr×nh bµy trªn h×nh 4.17a. C¶m biÕn gåm mét nguån ph¸t ¸nh s¸ng, mét thÊu kÝnh héi tô, mét l−íi chia kÝch quang vµ c¸c phÇn tö thu quang (th−êng lµ tÕ bµo quang ®iÖn). TÝn hiÖu ra Chu kú chia Vr1 3 2 Vr2 1 5 TÝn hiÖu chuÈn 4 6 a) b) H×nh 4.17 a) S¬ ®å cÊu t¹o c¶m biÕn quang soi thÊu b) TÝn hiÖu ra 1) Nguån s¸ng 2) ThÊu kÝnh héi tô 3) Th−íc ®o 4) L−íi chia 5) TÕ bµo quang ®iÖn 6) M· chuÈn Khi th−íc ®o (g¾n víi ®èi t−îng kh¶o s¸t, ch¹y gi÷a thÊu kÝnh héi tô vµ l−íi chia) cã chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi so víi nguån s¸ng sÏ lµm xuÊt hiÖn mét tÝn hiÖu ¸nh s¸ng h×nh sin. TÝn hiÖu nµy ®−îc thu bëi c¸c tÕ bµo quang ®iÖn ®Æt sau l−íi chia. C¸c tÝn hiÖu ®Çu ra cña c¶m biÕn ®−îc khuÕch ®¹i trong mét bé t¹o xung ®iÖn tö t¹o thµnh tÝn hiÖu xung d¹ng ch÷ nhËt. - 85 -