85

V.
CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN
:
V.1
Cảm Biến Biến Trở
:
a. Cấu tạo của cảm biến biến trở
:
Cảm biến biến trở có cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ. Cảm biến bao gồm dây quấn
thường được làm bằng hợp kim có khả năng chòu mài mòn tốt như: Ni-Cr, Ni-Cu, Ni-Cu-Fe,
Ag-Pd …, có đường kính từ 0,02 đến 0,1 mm, được quấn được quấn trên một lõi làm bằng vật
liệu cách điện như : gốm, sứ, bakelit …. Dây quấn thường có điện trở từ vài chục ohm tới vài
nghìn ohm, được tráng một lớp cách điện để có thể quấn sát nhau. Trên lõi và dây quấn có
một con trượt được làm bằng hợp kim có lực đàn hồi và tiếp xúc tốt.
Hình 5.1 Cảm biến dòch chuyển biến trở và quan hệ giữa biến trở và di chuyển của con trượt
b. Hoạt động và phương trình chuyển đổi của cảm biến biên trở
:
Con trượt được liên kết cơ khí với đối tượng cần đo đòch chuyển. Khi đối tượng di
chuyển sẽ làm cho con trượt di chuyển làm cho điện trở Rx thay đổi.

Trong hệ thức (5.3) thì ∆R là điện trở của một vòng dây.
c. Mạch đo dùng cảm biến biến trở
:
Để chuyển sự thay đổi điện trở của cảm biến theo dòch chuyển thành sự thay đổi điện
áp, ta kết nối cảm biến với mạch đo như hình 5.2.
Rx

x

0

Rx

Lõi cách điện

Con trượt

R86
Hình 5.2: Mạch đo dùng cảm biến biến trở.
)4.5(11
1





+=

Từ hệ thức (5.4) ta thấy điện áp ra của mạch đo tuyến tính theo dòch chuyển.
V.2
Cảm Biến Từ
:
Cảm biến từ dùng để đo dòch chuyển hoặc khoảng cách nhỏ.
a. Cấu tạo và hoạt động của cảm biến điện từ
:
Cảm biến điện từ có cấu tạo là một khung dây hởn như hình 5.3
Mục tiêu là một phần của đối tượng cần đo dòch chuyển hay khoảng cách nhỏ, khi
mục tiêu di chuyển là cho khe hở không khí δ thay đổi là cho từ trở của mạch từ thay đổi làm
cho điện cảm của cuộn dây thay đổi. Nếu bỏ qua điện trở của dây dẫn và bỏ qua từ trở của
lõi sắt từ thì điện cảm của cuộn dây:
)5.5(
1
0
0
2
f

1010 ÷=
f
µ
, s là tiết diện của khe hở không khí, W là số vòng dây,
- Mạch đo:
Mạch đo là một cầu xoay chiều như hình 5.4
Vcc
Vo
13
2
+
-
U2
3
2
6
7
1
4
8
R1 R2
Rx
Mục tiêu

Lõi sắt từ

Cuộn dây

Lx



Hình 5.5 Cảmbiến từ và bộ xử lý tín hiệu.
b. Ứng dụng của cảm biến đện từ
:
Cảm biến điện từ thường được dùng để đo dòch chuyển nhỏ khoảng vài mm, đo độ lệch
tâm của các cơ cấu cam, đo độ dày mỏng của kim loại. Sau đây là một số ví dụ ứng dụng
của cảm biến từ.
Ví dụ 1
: Đo độ dày mỏng của kim loại.

Hình 5.6 Dùng cảm biến từ đo độ dày của tấm thép
Bộ xử lý
tín hie
ä
u
Cảm biến từ

Bộ xử lý

Cảm biến

Băng tải

Tấm thép88
Ví dụ 2: Dùng cảm biến từ đo độ cao của đinh ốc

Hình 5.7 Dùng cảm biến từ đo độ cao của đinh ốc


Bộ xử lý

Cảm biến

Đinh ốc

Bộ xử lý

V
i
V
o
Lõi sắt từ

x

x
V
o
= e
1
–
e
2
e
1
e
2
V

Hình 5.12 Mạch điện ngõ ra và đặc tuyến ngõ ra của cảm biến biến áp vi sai

b. Ứng dụng của cảm biến biến áp vi sai
:
Cảm biến biến áp vi sai được dùng để đo dòch chuyển, đo độ dày của vật liệu, đo
khoảng cách, đo độ phẳng của bề mặt … Sau đây là một số ví dụ ứng dụng của cảm biến biến
áp vi sai.
Ví dụ 1
: Dùng biến áp vi sai đo độ nhẵn của bề mặt chi tiết cơ khí.

Hình 5.13 Đo độ nhẵn của bế mặt chi tiết cơ khí
Vòi phun
dầu bôi trơn

Cảm biến

Chi tiết 90
Ví dụ 2: Đo độ dày mỏng dùng biến áp vi sai.

Hình 5.14 Đo độ dày mỏng dùng biến áp vi sai
V.3
Encoder:
a. Cấu tạo và nguyên lý làm viện của Encoder
:
Encoder có cấu tạo gồm môt đóa mã có khắc vạch sáng tối, đặt giữa nguồn sáng và
transistor quang (phototransistor). Encoder có 2 loại: Encoder tương đối và encoder tuyết đối.
- Encoder tương đối:

Đóa mã

Bộ thu phát
hồng ngoại
Ổ bi
Vỏ

Trục quay
Led hồng ngoại

Phototransistor
Hình 5.15 Cấu tạo của encoder tương đối

Dây dẫn
Led A

Led B

Led Z

Phototransistor A
Phototransistor B

Phototransistor Z

Vcc Vcc
Out
1
3


như hình 5.15. Số vòng các lỗ trống trên đóa mã chính là số bit của encoder.

A

B

Z

Quay ngược

A

B
Z

Quay thuận

Hình 5.17 Giản đồ xung của encoder tương đối

Trục tia
Đóa mã

Bộ thu phát
hồng ngoạiHình 5.20 Sơ đồ thu phát hồng ngoại trong emcoder tuyệt đối
Các cặp thu phát hồng ngoại được bố trí thẳng hàng sao cho trục tia sáng của mỗi cặp
thu phát sẽ đi qua tâm của một lỗ trống. Khi đóa mã quay thì ở ngõ ra sẽ tạo ra một số nhò
phân, mã BCD hoặc mã Gray tuỳ vào cách đục lỗ trên đóa mã. Nếu gọi số bit ngõ ra của
encoder tuyệt đối là n thì khi encoder quay một vòng sẽ cho ra 2
n
giá trò, gọi độ phân giải
của encoder là s:
)7.5(
2
360
0
n
s =

Hình 5.21 Hình dạng của encoder tuyệt đối
Mạch ngõ ra của encoder:

Hình 5.22 Mạch ngõ ra của encoder
b. Ứng dụng của encoder
:
Encoder được dùng để đo tốc độ, đo chiều dài, đo dòch chuyển, đo vò trí, đo góc quay
….


Encoder

Vcc
Vcc
D
CK
Q
QN
RS
CLK
D/U
QA
QB
QC
QD
1
2
3
LT
BI
LE
A
B
C
D
E
F
G
7
1
2
6
3
4
5
13
12
11
10
9
15
14
A
B
C
D
LT
BI