CB VẬN TỐC GIA TỐC VÀ RUNG

CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC, GIA TỐC VÀ RUNG

2.6.1 Cam biên đo vân tôc

1. Nguyên lý đo

2. Tốc độ kế điện từ

3. Tốc độ kế xung

2.6.2 Cam biên đo rung và gia tôc

1. Nguyên lý đo

2. Cảm biến đo tốc độ rung

3. Gia tốc kế áp điện

4. Gia tốc kế áp trở

CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC

Vai tro đo vân tôc quay: Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận

tốc là đo tốc độ quay của máy. Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo

vận tốc dài cũng thường được chuyển về đo tốc độ quay.

Chu yêu nghiên cưu cam biên đo tôc đô quay.

1. NGUYÊN LÝ ĐO

Nguyên ly đo vân tôc quay: Phương phap 1 (sư dung tốc độ kế điện từ): Dựa trên hiện

tượng cảm ứng điện từ. Cảm biến gồm có hai phần: phần cảm (nguồn từ thông) và phần ứng (phần có từ thông đi qua). Khi có chuyển động tương đối giữa phần cảm và phần ứng từ thông () đi qua phần ứng biến thiên trong phần ứng xuất hiện suất điện động cảm ứng (e) phu thuộc tốc độ biến thiên () phu thuộc tốc độ dich chuyển. Đo (e) (v). Cac loai: Tốc độ kế một chiều, tốc độ kế xoay chiều…

1. NGUYÊN LÝ ĐO

Sức điện động cảm ứng:

Với là từ thông biến thiên trong thời gian dt Từ thông qua phần ứng:

F(x) là hàm phu thuộc vi tri của phần động.

xFx 0

( )d

e tdt

dt

dx.

dx

)x(dF.

dt

)x(dF.)t(e 00

d

1. NGUYÊN LÝ ĐO

Phương phap 2 (Sư dung tốc độ kế vòng loại xung): làm việc theo nguyên tắc đo tần số chuyển động của phần tư chuyển động quay.

Cảm biến có một đĩa được mã hoá gắn với truc quay, ứng với một chuyển dich cơ bản xung.

Tần số xung ti lệ với tốc độ cần đo. Cac loai: Tốc độ kế từ trở biến thiên, tốc độ kế quang…

Mạch đếm trong tốc độ kế quang (dạng encoder tuyệt đối)

1. NGUYÊN LÝ ĐO

1. NGUYÊN LÝ ĐO

a) Tôc đô kê điên tư môt chiêu: Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

1) Stato 2) Roto 3) Cổ góp 4) Chổi quét

1. NGUYÊN LÝ ĐO

Rôto: loi thép ky thuật điện ghép từ nhiều tấm, măt ngoài xe rãnh và đăt các dây dân chinh.Các dây dân chinh của nối với nhau thành căp băng dây phu và mắc nối tiếp hai cum, hai cum mắc ngược pha nhau.

Stato: nam chân vĩnh cưu hoăc nam châm điện.

2. TỐC ĐỘ KẾ ĐIỆN TỪ

Khi rô to quay, trong dây dân sđđ cảm ứng:

: từ thông mà dây dân cắt qua trong thời gian dt

l : chiều dài dây dân

r : bán kinh quay của dây

: vận tốc góc của dây

. . .ii iN

de r l B

dt

id


Trong nưa số dây ở bên phải đường trung tinh:

Trong nưa số dây ở bên trái đường trung tinh:

Với N : tổng số dây chính trên roto

n : số vòng quay trong 1 giây

: từ thông xuất phat từ cực nam châm

0 0. . . .2pE N n N

00t .N.n.N.2

E

0


b) Tôc đô kê dong xoay chiêu Loai đông bô:

1) Stato 2)Roto


Khi rôto (phần cảm) quay, trong các cuộn dây của stato (phần ứng) xuất hiện s.đ.đ cảm ứng:

E : biên độ s.đ.đ cảm ứng

K1 và K2 là các thông số phu thuộc cấu tạo của máy phát.

Đo E hoăc .

tsin.Ee .KE 1

.K2


Đo E : có sai số do ảnh hưởng của tổng trở cuộn ứng và suy giảm tin hiệu khi truyền đi xa. Điện áp V ở hai đầu cuộn ứng:

Khi điện trở tải (tổng trở của cuộn ứng) .

Đo : có thể truyền tin hiệu đi xa không ảnh hưởng đến độ chinh xác.

2i2

2i

1

2i

2i .LKRR

K.R

.LRR

E.RV

.L.jRZR iii

EV

Phi tuyến


Loai không đông bô:

1

3

2em

1.Cuộn kich2.Rôto3.Cuộn đo

• Rôto làm băng kim loại di từ quay cung truc quay.• Stato: có hai cuộn dây: cuộn kich và cuộn đo • Điện áp kich thich Vc = Ve.coset.

Vc


Khi rô to quay, trong cuộn đo xuất hiện s.đ.đ cảm ứng:

Biên độ s.đ.đ cảm ứng Em = K. (K: hệ số ti lệ). Đo Em .

tcos..Ktcos.Ee eemm

3. TỐC ĐỘ KẾ XUNG

1.3.1 Tôc đô kê tư trở biên thiên

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 3

2

1

Khe từ ()

1.Đĩa quay (bánh răng)2.Cuộn dây3. Nam châm vĩnh cưu

TỐC ĐỘ KẾ TỪ TRỞ BIẾN THIÊN

Khi đĩa quay khe hở biến thiên từ trở mạch từ biến thiên qua cuộn dây biến thiên trong cuộn dây xuất hiện s.đ.đ cảm ứng (e) có tần số (f) ti lệ với tốc độ quay (n):

pnf (p – số răng cua đia)

TỐC ĐỘ KẾ TỪ TRỞ BIẾN THIÊN

b) Đăc điêm: Biên độ (E) của s.đ.đ cảm ứng phu thuộc: khoảng cách

giữa cuộn dây - đĩa quay và tốc độ quay (min, n E). Với nnmin nhất đinh E quá bé không thể đo được vung chết.

Dải đo của cảm biến phu thuộc vào số răng (p) của đĩa: p lớn nmin nho, p nho nmax lớn. Vi du: p = 60 răng dải đo n = 50 500 vg/ph, p = 15 răng dải đo n = 500 10.000 vg/ph.

TỐC ĐỘ KẾ QUANG

a) Dang đĩa

1. Nguồn sáng (led) 2. Thấu kinh hội tu 3. Đĩa quay 4. Đầu thu quang

1

2

3

4

1

2

3

4

Dạng lỗ xuyên thủng Dạng điểm phản xạ


- Nguồn phát tia hồng ngoại là điot phát quang.

- Đầu thu là photodiot hoăc phototranzitor.

- Đĩa quay có lỗ cách đều trên 1 vòng tròn, đăt giữa ngồn sáng với đầu thu khi đĩa dạng lỗ thủng hoăc đăt về một phia so với nguồn phát và đầu thu khi đĩa phản xạ.

- Khi đĩa quay, đầu thu chi chuyển mạch khi nguồn sáng, lỗ và nguồn thu thẳng hàng. Kết quả là khi đĩa quay đầu thu nhận được thông lượng ánh sáng biến thiên và phát tin hiệu có tần số ti lệ với tốc độ quay nhưng biên độ không phu thuộc tốc độ quay.


b) Dang trục


Xác đinh tốc độ truc (vòng/phút).

Mỗi xung được tạo ra sau mỗi vòng quay của truc.

Hệ thống này không cảm nhận được vi tri và hướng.

Để khắc phuc nhược điểm này có thể lắp 2 hệ thống

cảm biến.


c) Đăc điêm: Phạm vi đo phu thuộc:

+ Số lượng lỗ trên đĩa.

+ Dải thông của đầu thu quang và mạch điện tư.

Để đo tốc độ nho (~ 0,1 v/ph) phải dung đĩa có số lượng lỗ lớn (500 1.000 lỗ). với tốc độ lớn (~ 105 - 106 v/ph) phải sư dung đĩa quay chi một lỗ, khi đó tần số ngắt của mạch điện xác đinh tốc độ cực đại có thể đo được.

MÁY ĐO TỐC ĐỘ HIỆN THỜI

- Bản chất là một máy phát điện DC chổi than có điện áp tỷ lệ thuận với vận tốc truc.

- Cấu tao : phần tĩnh là nam châm vĩnh cưu, phần động là các cuộn dây.

- Được gắn vào động cơ nhăm phản hồi trực tiếp về tốc độ động cơ. Tin hiệu ra là volt/1000rpm.

MÁY ĐO TỐC ĐỘ HIỆN THỜI

Máy đo tốc độ 3V/1000rpm

2.6.2. CẢM BIẾN ĐO RUNG VÀ GIA TỐC

2.1. Nguyên ly và phương phap đo:

a) Gia tôc: Gia tốc là đại lượng vật lý thể hiện mối quan hệ giữa

lực và khối lượng. Phép đo gia tốc có thể thực hiện qua việc đo lực (cảm biến áp điện, cảm biến cân băng ngâu lực) hoăc đo gián tiếp thông qua sự biến dạng hay di chuyển của vật trung gian.

Phương pháp đo gia tốc phu thuộc dải gia tốc.

1. NGUYÊN LÝ & PHƯƠNG PHÁP ĐO

Dai gia tôc và phương phap đo: Gia tốc nho của chuyển động có dao động trong tâm tần

số thấp (f = 0 ~20 Hz) CB gia tốc đo dich chuyển và CB gia tốc đo biến dạng.

Gia tốc rung có f hàng trăm Hz (của các cấu trúc cứng,có M lớn…) CB từ trở biến thiên, CB đo biến dạng (kim loại hoăc áp điện trở).


Gia tốc rung có (f) trung bình và tương đối cao (f~10kHz) (vật có khối lượng nho) CB gia tốc áp trở hoăc áp điện.

Gia tốc khi va đập, gia tốc tốc có dạng xung CB gia tốc có dải thông rộng về cả hai phia f thấp và cao.


b) Rung động (Rung):

Một vật thể được xem là rung động khi nó thực hiện một dao động xung quanh một điểm cân băng

Rung động là hiện tượng thường găp trong ky thuật,ảnh hưởng rất lớn đến tinh năng làm việc, độ an toàn và tuổi tho của máy móc, thiết bi.

Độ rung được đăc trưng bởi độ dich chuyển (z), tốc độ (v) hoăc gia tốc (a) ở các điểm trên vật rung.

Đo rung: đo một trong những đăc trưng trên.Þ CB đo rung: CB đo dich chuyển, CB đo tốc độ

hoăc cảm biến đo gia tốc.


c) Sơ đô nguyên ly cam biên đo gia tôc và rung:

bb’

h

h0

M

a

1

2

3

4

z

1. Khôi rung2. Vỏ hôp

3. Phần tử nhay cam 4. Giam chấn


Phương trình cân băng lực:

Với M là khối lượng cua khối nặng

là lực do gia tốc cua khối M gây nên

là phản lực cua lò xo, C là độ cứng cua lò xo

Czdt

dzF

dt

zdM

dt

hdM

2

2

20

2

0hhz 2

2

d h dzM F Cz

dt dt Vơi

(*)

2

2

d hM

dtdz

Fdt

Cz

là lực ma sat nhớt


Mô tả băng toán tư laplace:

Đô nhay của cảm biến tinh băng ti số giữa đại lượng điện đầu ra s và đại lượng đo sơ cấp m

trong đó:

1p

2p

phz

020

2

202

0

0f2

M

C Tần số riêng.

CM2

F HS tắt dần

21 2

1 1 2

. .ms s

s s sm m m

21

1

ms

m Là độ nhạy cơ của đại

lượng đo sơ cấp

22

ss

m Là độ nhạy của

cảm biến thứ cấp


Từ công thức (*) cấu tạo của cảm biến để đo đại lượng sơ cấp m1 (độ dich chuyển h0, vận tốc dh0/dt hoăc gia tốc d2h0/dt2) phu thuộc vào đại lượng được chon để làm đại lượng đo thứ cấp m2 (z, dz/dt hoăc d2z/dt2) và dải tần số làm việc.


Cảm biến thứ cấp thường sư dung:

+ Cảm biến đo vi tri tương đối của khối lượng rung M so với vo hộp.

+ Cảm biến đo lực hoăc cảm biến đo biến dạng.

+ Cảm biến đo tốc độ tương đối.

2. CẢM BIẾN ĐO TỐC ĐỘ RUNG

a) Cấu tao & nguyên ly làm viêc:

bbM

2

1

3

4

5

6

1.Vo hộp 2.Khối rung 3.Loi nam châm 4.Cuộn dây5.Lò xo 6.Giảm chấn

• Đại lượng đo sơ cấp m1 là tốc độ rung dh0/dt.

• Đại lượng đo thứ cấp m2 là dich chuyển tương đối zhoăc tốc độ dich chuyển tương đối dz/dt.

2. CẢM BIẾN ĐO TỐC ĐỘ RUNG

b) Đăc điêm: Kết cấu đơn giản. Sai số do lực cản của cuộn dây CB thứ cấp. Tin hiệu ra là điện áp. Đo rung tần số thấp.

3. GIA TỐC KẾ ÁP ĐIỆN

Gia tốc kế áp điện loại lơn

Gia tốc kế áp điện mini


a) Cấu tao và nguyên ly làm viêc: Kiểu nén:

1

2

3

4

5

1

3

4

5

2

1

2

4

5

3

1.Khối lượng rung 2. Phiến áp điện

5. Vo hộp 3. Đai ốc4. Đế


Kiêu uốn cong:

M

123

1.Khối lượng rung 2. Phiến áp điện3.Vo hộp


b) Đăc điêm: Kiêu nen: Có tần số cộng hưởng cao. Kết cấu chắc chắn. Nhạy với ứng lực của đế. Kiêu uôn cong: Độ nhạy rất cao Tần số và gia tốc rung đo được bi hạn chế.


c) Đô nhay:

Độ nhạy của CB sơ cấp:

Độ nhạy của CB thứ cấp:

21 S.Sa

QS

2

020

220

1

21

1az

S

20

2

1

1dC

zQ

S

a - gia tốc Q - điện tich S1 - độ nhạy cơ.S2 - độ nhạy điện

d - hăng số điện môi.c - độ cứng của p.tư nhạy cảm. =1/ - tần số tắt dưới của hệ thống cảm biến - mạch đo.


d)Gia tôc kê IEPE:


Cảm biến gia tốc Áp Điện Điện Tư Nội kiểu điện - thế (voltage - mode Internal Electronic Piezoelectric).

Về cơ bản, một cảm biến gia tốc IEPE có một bộ khuyếch đại tĩnh điện gắn bên trong nên nó không cần một thiết bi khuyếch đại tĩnh điện ngoài.

4. GIA TỐC KẾ ÁP TRỞ


a) Cấu tao và nguyên ly làm viêc: Cấu tạo chung của một gia tốc kế áp trở gồm một tấm

mong đàn hồi một đầu gắn với giá đỡ, một đầu gắn với khối lượng rung, trên đó có gắn từ 2 đến 4 áp trở mắc trong một mạch cầu Wheatstone.

Dưới tác dung của gia tốc, tấm đàn hồi bi uốn cong, gây nên biến dạng trong đầu đo một cách trực tiếp hoăc gián tiếp qua bộ khuếch đại cơ.


b) Độ nhạy: Độ nhạy cơ:

Độ nhạy điện của cầu Wheatstone:

21mm S.S

V.

aa

VS

0

2

20

221

.21

1.

A

aS

3L

be5,1A

ssm

2 e.K.e.KV

S

K – hệ số đâu đo

es – điện áp nuôi câu

ML4

Yle3

3

0

Y - môddun Joung

4. GIA TỐC KẾ BIẾN DUNG

Hoạt động tương tự như gia tốc kế biến trở, thay vì đo sự biến thiên trở kháng thì nó đo sự thay đổi của điện dung.

CB VẬN TỐC GIA TỐC VÀ RUNG

Documents

Transcript of CB VẬN TỐC GIA TỐC VÀ RUNG