Giáo trình Điện tử công nghiệp

Giáo trình điện tử công nghiệp Lời nói đầu Theo xu hướng phát triển của nền khoa học kỹ thuật hiện đại, nhiều thành tựu mới trong kỹ thuật điện tử, điện tử số… đã được ứng dụng rộng khắp trong các lĩnh vực công nghiệp. Nước ta đã và sẽ nhập nhiều các máy móc, thiết bị rất hiện đại nên đòi hỏi người kỹ sư phải có các kiến thức tiên tiến, không ngừng nâng cao trình độ … mới có thể nắm bắt, xử lý được các công nghệ hiện đại trên. Do vậy, nếu trước đây môn học Điện tử công nghiệp chỉ là một môn học trong chương trình học của khối kỹ thuật thì nay đã phát triển rất nhanh và trở thành một chuyên ngành trong các trường đại học và trung học chuyên nghiệp. Cụ thể tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, môn học này đã trở nên một trong nhiều chuyên ngành mà sinh viên ngành điện tử phải chọn khi thi vào trường. Các môn học tiên quyết của môn học này là: Kỹ thuật điện đại cương, Kỹ thuật điện tử … nói chung là các môn cơ bản của chuyên ngành điện – điện tử. Do đây là bài giảng về Điện tử công nghiệp dành riêng cho sinh viên đại học các ngành không chuyên điện nên nội dung biên soạn trong giáo trình chủ yếu mang tính định tính, ít định lượng. Mong muốn sao cho các sinh viên không chuyên điện hiểu được các vấn đề cơ bản về Điện tử công nghiệp để sau này ứng dụng vào công việc thực tiễn tại các nhà máy xí nghiệp. Nếu muốn tìm hiểu sâu hơn về chuyên ngành này, có thể tham khảo giáo trình Điện tử công nghiệp dành cho sinh viên chuyên ngành Điện tử sẽ ra mắt bạn đọc sau giáo trình này trong một khoảng thời gian không xa. Mặc dù vậy nhưng nội dung vẫn khá đầy đủ các ý chính của môn học Điện tử công nghiệp như với sinh viên chuyên điện (chỉ thiếu phần AVR máy phát điện đồng bộ). Điểm khác cơ bản là nội dung được trình bày trong giáo trình này chỉ mang tính giới thiệu nguyên lý hoạt động, cơ sở lý luận và các ứng dụng thực tiễn không đi vào các thiết kế chuyên sâu. Cụ thể bài giảng được phân thành các chương như sau: - Chương 1: Cảm biến / Công tắc không tiếp điểm. - Chương 2: Gia nhiệt trong công nghiệp, máy hàn điện trở. - Chương 3: Điều khiển theo chương trình - PLC. - Chương 4: Điều khiển tốc độ động cơ điện. Mỗi chương trong tài liệu đều được trình bày từ dễ đến khó, từ thấp đến cao, luôn coi trọng các khái niệm, định nghĩa cùng các ứng dụng thực tiễn, giúp người đọc dễ dàng tiếp cận với các công nghệ mới ứng dụng điện tử công nghiệp. Sau mỗi chương Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - tài liệu có các câu hỏi và bài tập củng cố kiến thức giúp sinh viên ôn tập lại các kiến thức cốt lõi trong chương. Để nâng cao tính tích cực vận động trong sinh viên, trong bài giảng này người viết đã đưa thêm vào chương 4 việc dạy và học ứng dụng truyền thông đa phương tiện (Multimedia) qua giáo trình điện tử: “Thực hành lập trình vi điều khiển / vi xử lý ứng dụng truyền thông đa phương tiện” của cùng tác giả. Có thể nói việc “thầy dạy bằng đa phương tiện, trò học bằng đa giác quan” sẽ làm tăng khối lượng kiến thức truyền đạt trong khi số giờ lên lớp không thay đổi. Nghĩa là ngoài bài giảng truyền thống còn có tài liệu điện tử dạng truyền thông đa phương tiện đi kèm giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức theo đúng qui luật nhận thức: “từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng”. Sắp tới đây chúng tôi sẽ giới thiệu một tài liệu về Điện tử Công nghiệp dạng truyền thông đa phương tiện dành riêng cho sinh viên chuyên ngành Điện – Điện tử (nội dung sẽ kết hợp với các ví dụ mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng). Với tài liệu tham khảo này, các chuyên đề trong lĩnh vực Điện tử công nghiệp sẽ được trình bày một cách chi tiết hơn. Mặc dù đã làm việc với một tinh thần khẩn trương và trách nhiệm, song do thời gian và trình độ có hạn chắc chắn tập bài giảng điện tử không thể tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ độc giả để có thể hoàn chỉnh tập bài giảng trong lần tái bản sau. Mọi đóng góp xin gửi về Bộ môn Điện tử công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. T.p Hồ Chí Minh, tháng 10/2010 Tác giả Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Gvth: GVC. ThS Nguyeãn Phöông Quang MUÏC LUÏC Chöông 1: CAÛM BIEÁN / COÂNG TAÉC KHOÂNG TIEÁP ÑIEÅM. 1.1 Khaùi nieäm cô baûn 1.2 Caûm bieán quang………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1.2.1 Hieäu öùng quang ñieän 1.2.2 Caùc linh kieän quang ñieän thoâng duïng 1.2.2.1 Ñieän trôû quang 1.2.2.2 Diode quang 1.2.2.3 Transistor quang 1.2.2.4 Diode phaùt quang 1.2.2.5 Gheùp quang 1.2.2.6 Pin maët trôøi 1.2.2.7 Caùp quang (tô quang daãn) 1.2.3 Maïch ñieän ñieån hình 1.3 Caûm bieán nhieät……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 1.3.1 Caùc linh kieän nhieät thoâng duïng 1.3.1.1 Ñieän trôû nhieät Nickel, Platin 1.3.1.2 Ñieän trôû nhieät PTR vaø NTR 1.3.1.3 Caëp nhieät ñieän 1.3.1.4 Vi maïch caûm bieán nhieät (LM 35) 1.3.2 Maïch ñieän ñieån hình 1.4 Caûm bieán töø…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1.4.1 Khaùi nieäm cô baûn 1.4.2 Caûm bieán HALL 1.4.2.1 Hieäu öùng Hall 1.4.2.2 Caáu truùc cuûa caûm bieán Hall 1.4.2.3 ÖÙng duïng cuûa caûm bieán Hall 1.5 Moät soá daïng caûm bieán thoâng duïng…………………………………………………………………………………… 1.5.1 Maïch nhaän bieát söï dòch chuyeån 1.5.2 Maïch ñeám 1.5.3 Maïch doø khuyeát taät trong kim loaïi 1.5.4 Heä thoáng daây chuyeàn saûn xuaát töï ñoäng Trang 1 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Gvth: GVC. ThS Nguyeãn Phöông Quang 1.6 Moät soá maïch ñieän caûm bieán thoâng duïng………………………………………………………………….. 1.6.1 Caûm bieán töø 1.6.2 Caûm bieán möïc nöôùc 1.6.3 Caûm bieán thu – phaùt hoàng ngoaïi 1.6.4 Coâng ngheä RFID (Radio Frequency Identification) Chöông 2: GIA NHIEÄT TRONG COÂNG NGHIEÄP, MAÙY HAØN ÑIEÄN TRÔÛ 2.1 Loø ñieän trôû 2.1.1 Khaùi nieäm cô baûn 2.1.2 Sô ñoà khoáng cheá loø 2.2 Loø hoà quang……………………………………………………………………………………………..……………………………………………………… 2.2.1 Khaùi nieäm cô baûn 2.2.2 Sô ñoà khoáng cheá loø 2.3 Loø caûm öùng………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2.3.1 Khaùi nieäm cô baûn 2.3.2 Sô ñoà khoáng cheá loø 2.4 Giôùi thieäu maùy haøn tieáp xuùc……………………………………………………………………………………………………… 2.4.1 Giôùi thieäu – nguyeân lyù laøm vieäc 2.4.2 Chu kyø laøm vieäc cuûa maùy haøn ñieåm 2.4.3 Maïch ñieän maùy haøn tieáp xuùc ñieån hình Chöông 3: ÑIEÀU KHIEÅN THEO CHÖÔNG TRÌNH / PLC 3.1 Khaùi nieäm cô baûn 3.1.1 Ñieàu khieån vaø ñieàu khieån töï ñoäng 3.1.2 Giôùi thieäu caùc heä thoáng ñieàu khieån 3.1.2.1 Heä thoáng ñieàu khieån duøng rô-le, thieát bò cô khí 3.1.2.2 Heä thoáng ñieàu khieån duøng maïch ñieän töû 3.1.2.3 Heä thoáng ñieàu khieån duøng kyõ thuaät vi xöû lyù / vi ñieàu khieån 3.1.2.4 Heä thoáng ñieàu khieån duøng maùy tính 3.1.3 Giôùi thieäu thieát bò ñieàu khieån theo chöông trình-PLC Trang 2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Gvth: GVC. ThS Nguyeãn Phöông Quang 3.2 Caáu truùc phaàn cöùng cuûa PLC……………………………………………………………………………………………………. 3.2.1 Boä xöû lyù trung taâm 3.2.2 Boä nhôù 3.2.3 Khoái vaøo / ra 3.2.4 Thieát bò laäp trình 3.3 Cô cheá hoaït ñoäng PLC……………………………………………………………………………………………………………………… 3.4 Laäp trình treân PLC…………………………………………………………………………………………………………………………………. 3.4.1 Giôùi thieäu ngoân ngöõ laäp trình 3.4.1.1 Caùc leänh cô baûn 3.4.1.2 Caùc ví duï minh hoaï 3.4.2 Caùc baøi toaùn ñieån hình 3.4.2.1 Ñieàu khieån ñoäng cô coù baûo veä ñieåm khoâng 3.4.2.2 Ñieàu khieån ñaûo chieàu quay ñoäng cô 3.5 Nhöõng öùng duïng cuûa PLC trong coâng nghieäp…………………………………………………… 3.5.1 Ñieàu khieån robot 3.5.2 Heä thoáng saûn xuaát linh hoaït (Flexible Manufaturing System-FMS) 3.5.3 Ñieàu khieån quaù trình 3.5.4 Truyeàn daãn tín hieäu giöõa caùc thieát bò töï ñoäng Chöông 4: ÑIEÀU KHIEÅN TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN 4.1 Khaùi nieäm cô baûn 4.2 Giôùi thieäu caùc ñoäng cô ñieän thoâng duïng…………………………………………………………………. 4.2.1 Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp / song song 4.2.2 Ñoäng cô ñieän vaïn naêng 4.2.3 Ñoäng cô ñieän moät chieàu khoâng choåi than 4.2.4 Ñoäng cô ñieän xoay chieàu khoâng ñoàng boä 3 pha 4.2.5 Ñoäng cô böôùc 4.3 Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp…………… 4.3.1 Nguyeân taéc ñieàu khieån 4.3.2 Maïch ñieän ñieån hình 4.4 Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän vaïn naêng…………………………………………………………… 4.4.1 Nguyeân taéc ñieàu khieån Trang 3 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Gvth: GVC. ThS Nguyeãn Phöông Quang 4.4.2 Maïch ñieän ñieån hình 4.5 Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän moät chieàu khoâng choåi than 4.5.1 Nguyeân taéc ñieàu khieån 4.5.2 Maïch ñieän ñieån hình 4.6 Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô ñieän xoay chieàu khoâng ñoàng boä 3 pha 4.6.1 Nguyeân taéc ñieàu khieån 4.6.2 Phöông phaùp ñieàu cheá theo beà roäng xung 4.6.3 Phöông phaùp ñieàu khieån saùu böôùc 4.6.4 Phöông phaùp ñieàu cheá vector khoâng gian 4.7 Ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô böôùc…………………………………………………………………………………………. 4.7.1 Nguyeân taéc ñieàu khieån 4.7.2 Maïch ñieän ñieån hình 4.8 ÖÙng duïng vi xöû lyù/vi ñieàu khieån trong ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô 4.8.1 Kieán thöùc cô baûn 4.8.2 Giôùi thieäu caùch söû duïng taøi lieäu ñieän töû 4.8.3 Caùc baøi toaùn minh hoaï 4.8.4 Caùc baøi taäp cuûng coá Trang 4 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang ________________________________________________________________________________Chöông 1 CAÛM BIEÁN / COÂNG-TAÉC KHOÂNG TIEÁP ÑIEÅM Chöông naøy giôùi thieäu veà caùc heä thoáng caûm bieán söû duïng roäng raõi trong coâng nghieäp. Ta seõ khaûo saùt baèng caùch naøo heä thoáng maùy moùc thieát bò trong coâng nghieäp coù theå hieåu vaø xöû lyù ñöôïc caùc tín hieäu töï nhieân, ña phaàn laø caùc tín hieäu khoâng ñieän. 1.1 KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Caûm bieán – sensor: xuaát phaùt töø chöõ “sense” nghóa laø giaùc quan – do ñoù noù nhö caùc giaùc quan trong cô theå con ngöôøi. Nhôø caûm bieán maø maïch ñieän, heä thoáng ñieän coù theå thu nhaän thoâng tin töø beân ngoaøi. Töø ñoù, heä thoáng maùy moùc, ñieän töû töï ñoäng môùi coù theå hieån thò thoâng tin veà ñaïi löôïng ñang caûm nhaän hay ñieàu khieån quaù trình hoaït ñoäng theo moät chöông trình ñònh tröôùc coù khaû naêng thay ñoåi moät caùch uyeån chuyeån theo moâi tröôøng hoaït ñoäng. Ñeå deã hieåu coù theå so saùnh caûm nhaän cuûa caûm bieán qua 5 giaùc quan cuûa ngöôøi nhö baûng 1.1 sau: Baûng 1.1: Caûm bieán vaø 5 giaùc quan con ngöôøi 5 giaùc quan Thay ñoåi moâi tröôøng Thieát bò caûm bieán Thò giaùc Xuùc giaùc Vò giaùc Thính giaùc Khöùu giaùc AÙnh saùng/ hình daïng/ kích thöôùc/ vò trí/xa gaàn/maøu saéc AÙp suaát/ nhieät ñoä/ côn ñau/ tieáp xuùc/ tieäm caän/ aåm/ khoâ Ngoït/ noùng/ chua/ cay/ maën/ beùo Aâm traàm/ aâm boång/ soùng aâm/ aâm löôïng Muøi cuûa caùc chaát khí/ chaát loûng Camera thu hình Caûm bieán quang Nhieät trôû, caûm bieán tieäm caän, caûm bieán ñoä rung ñoäng Ño löôïng ñöôøng trong maùu Mi-croâ, caûm bieán soùng sieâu aâm Ño ñoä coàn/ thieát bò caûm nhaän khí gas Do caûm bieán raát ña daïng neân coù theå phaân loaïi caûm bieán theo nhieàu caùch khaùc nhau nhö: daïng tín hieäu ngoõ vaøo caûm bieán; nguyeân lyù caûm bieán: caûm bieán tích cöïc, caûm bieán thuï ñoäng; tính chaát caûm bieán: caûm bieán cô, caûm bieán ñieän … Thoâng thöôøng ngöôøi ta phaân chia caûm bieán theo daïng tín hieäu ngoõ vaøo maø boä caûm bieán seõ chuyeån ñoåi. Vôùi caùch phaân chia naøy, coù theå phaân chia caûm bieán theo caùc daïng nhö sau: caûm bieán quang; caûm bieán nhieät; caûm bieán töø (töø tröôøng); caûm bieán aâm thanh; caûm bieán ñoä aåm, caûm bieán cô, caûm bieán toác ñoä, caûm bieán löu löôïng doøng chaûy … Minh hoaï treân hình 1.1. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 7 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Tín hieäu/ Döõ lieäu ngoõ ra Doø tìm/ Chuyeån ñoåi Thay ñoåi cuûa moâi tröôøng Hình 1.1: Minh hoaï chöùc naêng cuûa caûm bieán CAÛM BIEÁN Khoái löôïng Vò trí AÙnh saùng Nhieät -Ñieàu khieån thieát bò -Hieån thò döõ lieäu Döïa vaøo caûm bieán, ngöôøi ta cheá taïo neân caùc boä coâng taéc khoâng tieáp ñieåm. Caùc boä coâng taéc naøy chòu ñöôïc caùc yeâu caàu laøm vieäc khaéc nghieät nhö laøm vieäc trong moâi tröôøng coù chaát aên moøn, rung ñoäng lieân tuïc, deã chaùy noå, yeâu caàu veà toác ñoä vaø taàn soá chuyeån maïch lôùn … Caáu taïo moät coâng taéc khoâng tieáp ñieåm bao goàm moät boä caûm bieán vaø khoái khueách ñaïi, xöû lyù tín hieäu giuùp vieäc chuyeån ñoåi tín hieäu töø khoâng ñieän sang tín hieäu ñieän ñöôïc chính xaùc vaø oån ñònh. Chính söï chuyeån maïch khoâng tieáp xuùc naøy ñaõ thoaû maõn caùc yeâu caàu maø heä thoáng ñoøi hoûi trong khi chuyeån maïch coù tieáp xuùc khoâng theå ñaùp öùng ñöôïc. Nhiệt ngẫu Điện trở gia nhiệt đây rồi! À! Cảm biến Phần tử đóng cắt Mạch điều khiển Hình 1.2: Caáu taïo moät loø saáy söû duïng maïch ñieàu khieån nhieät ño Coù theå minh hoaï hình aûnh cuûa moät boä coâng taéc khoâng tieáp ñieåm duøng trong moät loø saáy nhö hình 1.2. Trong loø coù ñieän trôû gia nhieät nhaèm caáp nhieät cho loø, giuùp loø luoân coù nhieät ñoä oån ñònh trong möùc ñaët tröôùc. Taàn suaát ñoùng caét cuûa ñieän trôû naøy tuyø thuoäc vaøo boä ñieàu khieån nhieät ñoä ñieàu tieát phaàn töû ñoùng caét ñieän cho ñieän trôû. Tín hieäu ngoõ vaøo cuûa boä ñieàu khieån nhieät ñoä ñöôïc laáy ngay treân nhieät ñoä loø thoâng qua nhieät ngaãu. Roõ raøng taïi nhieät ngaãu khoâng heà coù moät tieáp ñieåm cô khí naøo nhöng ñieän trôû vaãn ñöôïc ñoùng caét nguoàn ñieän cung caáp ñeå duy trì nhieät ñoä loø luoân ôû moät möùc ñònh tröôùc. Do vaäy, ngöôøi ta coøn goïi heä naøy laø coâng taéc khoâng tieáp ñieåm. Trang 8 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Neáu nhö vaøi thaäp nieân tröôùc ñaây, thuaät ngöõ “ngoâi nhaø thoâng minh” chæ coù trong phim vieãn töôûng hay trí töôûng töôïng cuûa con ngöôøi thì nay nhöõng ñieàu töôûng töôïng ñoù ñaõ trôû thaønh hieän thöïc! Ñoùng goùp raát lôùn trong vieäc kieán taïo neân caùc ngoâi nhaø thoâng minh ñoù phaûi keå ñeán vai troø cuûa caùc caûm bieán. Maëc duø chi phí ñaàu tö cho thieát keá vaø cheá taïo caûm bieán raát cao nhöng do taàm quan troïng cuûa caûm bieán trong thöïc tieãn sinh hoaït, saûn xuaát … ngöôøi ta vaãn tieáp tuïc khoâng ngöøng ñaàu tö cho lónh vöïc naøy. Do vaäy maø chuûng loaïi cuõng nhö chaát löôïng cuûa caûm bieán lieân tuïc phaùt trieån. Sau ñaây seõ giôùi thieäu laø moät soá caûm bieán thoâng duïng. 1.2 CAÛM BIEÁN QUANG Ñaây laø thieát bò caûm nhaän tín hieäu aùnh saùng, bieán chuùng thaønh tín hieäu ñieän giuùp maïch ñieän xöû lyù toát caùc tình huoáng trong thöïc teá. AÙnh saùng ôû ñaây phaûi ñöôïc hieåu laø aùnh saùng vôùi moät daõy taàn soá raát roäng maø trong ñoù aùnh saùng thaáy ñöôïc chæ naèm trong moät daõy taàn soá khaù heïp. Minh hoaï qua hình 1.3. Phoå aùnh saùng thaáy ñöôïc coù böôùc soùng töø 400nm ñeán 700nm. Böôùc soùng ngaén hôn coù tia cöïc tím (ultra-violet) vaø tia X, böôùc soùng daøi hôn coù hoàng ngoaïi (infra-red). Trong hình naøy cuõng trình baøy chi tieát caùc phoå maøu cuûa caùc LED ñang söû duïng phoå bieán. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 9 Hình 1.3: Phoå aùnh saùng X-RAY ULTRA-VIOLET VISIBLE NEAR-INFRARED MID-INFRARED FAR-INFRARED 1nm 400 nm 3 μm 30μm Visible Blue LEDs Visible Red LEDs InfraRed LEDs Visible Green LEDs 500nm 700nm 600 nm 300 nm 100 nm 900 nm 800 nm 1μm Linh kieän söû duïng trong caûm bieán quang raát phong phuù veà chuûng loaïi cuõng nhö hình daïng. ÔÛ ñaây chæ giôùi thieäu veà caùc linh kieän quang ñieän töû. Caùc linh kieän ñieän töû söû duïng trong caûm bieán naøy chuû yeáu laøm vieäc theo hieäu öùng quang ñieän. 1.2.1 Hieäu öùng quang ñieän ÔÛ ñaây chæ trình baøy caùc yù chính trong hieäu öùng quang ñieän giuùp sinh vieân deã daøng naém baét noäi dung caùc phaàn sau. Hieäu öùng quang ñieän coù theå chia thaønh hai loaïi: hieäu öùng quang daãn vaø hieäu öùng quang noái. 1.2.1.1 Hieäu öùng quang daãn Khi vaät daãn ñieän ñöôïc aùnh saùng roïi vaøo thì ñoä daãn ñieän cuûa noù seõ thay ñoåi. Höôùng thay ñoåi tuyø thuoäc vaøo tính chaát cuûa vaät lieäu caáu thaønh. Ví duï: khi roïi saùng chaát baùn daãn seõ laøm gia taêng caùc haït taûi ñieän ña soá (loã vaø ñieän töû), do ñoù taêng tính daãn ñieän cho khoái baùn daãn naøy, trong khi ñoù cuõng laøm nhö treân cho kim loaïi hay hôïp kim thì laïi laøm giaûm ñoä daãn ñieän cuûa vaät daãn. 1.2.1.1 Hieäu öùng quang noái Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Moät moái noái P-N khi ñöôïc roïi saùng seõ phaùt ra moät söùc ñieän ñoäng. Söùc ñieän ñoäng naøy tæ leä vôùi cöôøng ñoä aùnh saùng roïi vaøo moái noái vaø coù giaù trò ngöôõng tuyø thuoäc vaøo vaät lieäu caáu thaønh neân moái noái (Silicium hay Germanium). 1.2.2 Caùc linh kieän quang ñieän thoâng duïng 1.2.2.1 Quang trôû (Photo Resistor) Quang trôû coøn ñöôïc goïi laø ñieän trôû coù giaù trò tuyø thuoäc vaøo aùnh saùng LDR (Light Dependent Resistor) laø linh kieän coù ñieän trôû thay ñoåi theo cöôøng ñoä aùnh saùng chieáu vaøo. Kyù hieäu nhö hình 1.4. Nguyeân taéc laøm vieäc döïa treân hieäu öùng quang daãn: ñoä daãn ñieän treân quang trôû tuyø thuoäc vaøo aùnh saùng roïi treân noù. Minh hoaï qua ñaëc tuyeán treân hình 1.4: Kyù hieäu Hình 1.4: Kyù hieäu vaø ñaëc tuyeán quang trôû. 1.2.2.2 Diode quang (Photo Diode) Diode quang laøm vieäc döïa treân hieäu öùng quang daãn. Caáu taïo töø moät lôùp tieáp giaùp P-N laøm vieäc ôû cheá ñoä phaân cöïc nghòch, do ñoù ôû ñieàu kieän bình thöôøng linh kieän gaàn nhö khoâng daãn ñieän. Khi aùnh saùng roïi vaøo kích thích caùc loã vaø ñieän töû böùt khoûi maïng lieân keát, gia taêng haït taûi ñieän ña soá daãn ñeán thay ñoåi ñaùng keå giaù trò doøng ñieän ngöôïc chaïy qua diode. Kyù hieäu vaø ñaëc tuyeán laøm vieäc treân hình 1.5. (KΩ) Ф 0 1500 10 20 1 (lm/m2) Ф1 Ф3 Ф2 Ф4 Ф1> Ф2 > Ф3 > Ф4 (volt) ID VAK 0 (mA) R Hình 1.5: Kyù hieäu vaø ñaëc tuyeán quang diode. 1.2.2.3 Transistor quang (Photo Transistor) Vaãn coù 3 lôùp baùn daãn nhö caùc BJT thoâng thöôøng nhöng cöïc B hôû maïch. Ngöôøi ta thay ñoåi doøng IC baèng caùch thay ñoåi cöôøng ñoä aùnh saùng chieáu vaøo (thay vì ñieàu khieån doøng IB ñeå khoáng cheá IC nhö caùc BJT bình thöôøng khaùc). Kyù hieäu vaø ñaëc tính volt-amper cuûa moät phototransistor ñieån hình nhö hình 1.6: Trang 10 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang (mA) I C VCE (volt) 0 Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 E Ф1> Ф2 > Ф3 > Ф4 C Hình 1.6: Kyù hieäu vaø ñaëc tuyeán quang transistor. Qua ñaëc tuyeán ta nhaän thaáy vai troø cuûa cöôøng ñoä aùnh saùng roïi vaøo töông töï nhö vai troø cuûa IB. Do ñoù ñoä daãn ñieän giöõa C vaø E tuyø thuoäc vaøo cöôøng ñoä roïi saùng treân mieàn B. Cöôøng ñoä roïi saùng caøng lôùn thì maät ñoä böùc xaï caùc haït ñieän töû vaø loã troáng caøng maïnh khieán cho doøng qua hai cöïc C vaø E caøng deã daøng hoaëc ngöôïc laïi. 1.2.2.4 Diode phaùt quang (Light Emitting Diode: LED) Hình 1.7 : Kyù hieäu LED Caáu taïo töø moät moái noái P-N coù caáu taïo ñaëc bieät sao cho khi coù doøng ñieän phaân cöïc thuaän chaûy qua, LED seõ phaùt ra aùnh saùng. Tuyø vaøo vaät lieäu cheá taïo maø aùnh saùng phaùt ra coù taàn soá khaùc nhau. Ví duï LED cheá taïo töø GaAs seõ phaùt ra aùnh saùng hoàng ngoaïi; töø GaAsP (coù phosphor) seõ phaùt ra aùnh saùng ñoû hay vaøng … LED coù taàn soá ñoùng caét, hieäu suaát phaùt saùng vaø tuoåi thoï raát cao; maøu saéc phaùt ra raát ña daïng nhö xanh, luïc, vaøng, ñoû, phoå taàn soá phaùt roäng, giaù thaønh thaáp… Chính vì caùc lyù do naøy LED ñaõ trôû thaønh moät linh kieän hieån thò thoâng duïng nhaát hieän nay cho caùc thieát bò ñieän - ñieän töû. 1.2.2.5 Gheùp quang (Optron/Opto Coupleur) Gheùp quang daïng ñôn giaûn nhaát bao goàm moät LED vaø moät photo transistor, photo TRIAC … ñöôïc gheùp vaøo chung moät voû. Moâi tröôøng naèm giöõa chuùng laø moâi tröôøng truyeàn aùnh saùng, caáu taïo xem treân hình 1.8. Khi doøng chaûy qua LED, photo transistor daãn doøng noái taét hai chaân C vaø E, ngöôïc laïi C vaø E hôû maïch. Do moâi tröôøng truyeàn daãn aùnh saùng coù khaû naêng caùch ñieän raát cao neân optron coù khaû naêng caùch ly raát toát veà ñieän giöõa maïch ñieàu khieån (ñieàu khieån LED) vaø maïch ñoäng löïc (chöùa photo transistor). Ñeå thuaän tieän hôn cho vieäc ñieàu khieån thieát bò, ngöôøi ta coøn cheá taïo caùc optron SCR, Triac … (thay theá photo transistor bôûi SCR, Triac …) ________________________________________________________________________________________________________ Trang 11 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Hình 1.8 : caáu taïo moät optron transistor ñôn giaûn. 1.2.2.6 Pin quang ñieän (Photo Cell) Pin quang ñieän hay coøn goïi laø teá baøo quang ñieän kyù hieäu treân hình 1.9 a, laøm vieäc döïa treân hieäu öùng quang noái. Khi moái noái P-N cuûa pin quang ñieän ñöôïc chieáu saùng seõ xuaát hieän treân noù moät söùc ñieän ñoäng VФ. Söùc ñieän ñoäng naøy coù giaù trò thay ñoåi theo cöôøng ñoä roïi saùng treân noù vaø coù giaù trò trung bình tuyø thuoäc vaøo vaät lieäu caáu thaønh neân moái noái (Silicium hay Germanium). Hình 1.9: Pin maët trôøi a) Kyù hieäu b) Gheùp noái hoãn hôïp Tuyø vaøo caáu taïo maø pin quang ñieän coù caùc tính chaát khaùc nhau. Ví duï khi ñöôïc cheá taïo laøm linh kieän thu nhaän aùnh saùng (caûm bieán quang) thì ngöôøi ta quan taâm ñeán thoâng soá möùc aùnh saùng ngöôõng, phoå aùnh saùng taùc ñoäng, trong khi cheá taïo laøm pin maët trôøi ngöôøi ta laïi quan taâm ñeán söùc ñieän ñoäng quang VФ ; doøng ñieän cung caáp ra taûi IФ ; hieäu suaát cuûa quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng töø quang sang ñieän … Ñeå coù ñöôïc caùc boä nguoàn caáp ñieän töø aùnh saùng maët trôøi, ngöôøi ta thöôøng cheá taïo nhieàu pin quang ñieän khoâng ñoùng voû thaønh töøng linh kieän rôøi maø gheùp noái hoãn hôïp vôùi nhau treân moät dieän tích roäng ñeå tieän cho vieäc tieáp nhaän aùnh saùng, taêng doøng vaø aùp phaùt ra phuø hôïp vôùi yeâu caàu ñaët ra töø phuï taûi (hình 1.9b). 1.2.1.6 Caùp quang Nhöõng ñoøi hoûi ngaøy caøng cao trong maïng thoâng tin luoân yeâu caàu cao veà khoaûng caùch vaø vaän toác ñöôøng truyeàn; nhöõng yeâu caàu khaéc nghieät veà nhieät ñoä laøm vieäc, ñoä aåm, moâi tröôøng xung quanh laø caùc chaát loûng … ñaõ loaïi caùc daây daãn baèng kim loaïi ra khoûi moät soá öùng duïng vaø ñöôïc thay theá bôûi caùc daây daãn quang hoïc: caùp quang. Caùp quang ñöôïc cheá taïo töø nhöõng sôïi tô quang daãn. Tô quang daãn baèng thuyû tinh laø phöông tieän truyeàn tin toát nhaát, nhöng giaù thaønh quaù cao neân vaãn chöa ñöôïc öùng duïng roäng raõi. Chuû yeáu hieän nay sôïi quang daãn chuû yeáu vaãn baèng chaát deûo toång hôïp. Trang 12 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Caùc öu ñieåm chính cuûa caùp quang : - Ñoä suy giaûm tín hieäu thaáp. - Noäi dung tín hieäu truyeàn baûo ñaûm tuyeät maät. - Thay theá ñoàng - moät kim loaïi ngaøy caøng ñaét ñoû. Cuï theå 10g tô quang daãn coù ñoä daãn töông ñöông 6 Kg ñoàng. - Coù ñoä caùch ñieän giöõa nôi phaùt vaø thu cao (haøng nghìn volts). - Khoâng coù hieäu öùng voøng ñaát. - Tín hieäu truyeàn treân tô quang daãn thích hôïp vôùi caùc linh kieän IC logic TTL, CMOS … - Truyeàn tin baèng tô quang daãn khoâng bò nhieãu vaø khoâng coù hieäu öùng « thôøi gian treã » nhö truyeàn baèng veä tinh ñòa tónh. - Ñoä roäng baêng thoâng raát lôùn (ñeán 3000 GHz). Cho ñeán nay vôùi caùch truyeàn tin AM coù ñoä roäng baêng thoâng chæ 10 GHz. 1.2.2 Maïch ñieän ñieån hình Ñaây laø maïch ñieän öùng duïng toát trong vieäc töï ñoäng chieáu saùng cho caàu thang, haønh lang … , cuï theå ñoùng ñieän khi trôøi toái vaø caét ñieän khi trôøi saùng. Maïch coù ñoä mieãn nhieãu cao, ví duï khi trôøi toái nhöng maïch bò roïi saùng bôûi aùnh ñeøn pin caàm tay hoaëc ñeøn xe oâ toâ queùt qua thì maïch vaãn khoâng ñoåi traïng thaùi. Sô ñoà nguyeân lyù trình baøy treân hình 1.10. Toùm taét nguyeân lyù laøm vieäc nhö sau: - Khi moâi tröôøng xung quanh quang trôû (LDR) coøn saùng, ñieän trôû LDR raát beù gaàn nhö noái ñieän theá chaân B cuûa Q1 xuoáng 0V. do ñoù Q1 , Q2 khoâng daãn. Rô le K maát ñieän. - Khi moâi tröôøng xung quanh quang trôû (LDR) toái, ñieän trôû LDR raát lôùn, Doøng ñieän phaân cöïc chaûy vaøo chaân B cuûa Q1 kích daãn Q2. Rô le K coù ñieän. Maïch ñoåi traïng thaùi. Hình 1.10: Sô ñoà nguyeân lyù maïch caûm bieán aùnh saùng Caùc linh kieän phuï trôï khaùc: tuï C giaûm nhieãu cho maïch khi ñoä saùng cuûa moâi tröôøng xung quanh coù nhöõng thay ñoåi ñoät bieán. Bieán trôû VR chænh ñoä nhaïy cuûa maïch caûm bieán. Diode D baûo veä transistor quaù dV/dt. 1.3 CAÛM BIEÁN NHIEÄT Ñaây laø thieát bò caûm nhaän tín hieäu nhieät, bieán chuùng thaønh tín hieäu ñieän giuùp maïch ñieän xöû lyù toát caùc tình huoáng trong thöïc teá. Cuõng nhö linh kieän quang ñieän, linh kieän nhieät raát phong phuù vaø ña daïng. ÔÛ ñaây chæ neâu moät soá caùc linh kieän ñieän töû thoâng duïng. Tuyø vaøo caáu taïo maø moãi loaïi coù moät nguyeân lyù ________________________________________________________________________________________________________ Trang 13 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp laøm vieäc rieâng nhöng noùi chung chuùng ñeàu coù khaû naêng thay ñoåi tính chaát ñieän khi ñieàu kieän nhieät ñoä moâi tröôøng thay ñoåi. 1.3.1 Caùc linh kieän nhieät 1.3.1.1 Nhieät ñieän trôû platin vaø nickel : Döïa vaøo tính chaát: ñoä daãn ñieän cuûa kim loaïi thay ñoåi theo nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng laøm vieäc, ngöôøi ta cheá taïo neân caùc nhieät ñieän trôû baèng platin hay nickel. Giöõa nhieät ñoä vaø ñieän trôû thöôøng khoâng coù quan heä tuyeán tính. Noù thöôøng ñöôïc dieãn taû bôûi moät ña thöùc caáp cao: R (T) = R0. (1+ A.T + B.T2 + C.T3 + …) (1.1) Trong ñoù: R0 laø giaù trò cuûa ñieän trôû nhieät ôû nhieät ñoä T = 0. T2, T3, … laø caùc phaàn töû ñöôïc quan taâm nhieàu hay ít tuyø thuoäc vaøo möùc ñoä chính xaùc cuûa pheùp ño. T laø nhieät ñoä moâi tröôøng. A, B, C, … laø caùc heä soá tuyø thuoäc vaät lieäu. 1.3.1.2 Nhieät ñieän trôû PTR vaø NTR:Döïa vaøo heä soá nhieät ñieän trôû, coù theå phaân ñieän trôû nhieät thaønh ñieän trôû coù heä soá nhieät ñieän trôû döông PTR (Positive Thermic Resistor) vaø ñieän trôû coù heä soá nhieät ñieän trôû aâm (Negative Thermic Resisitor). - Ñieän trôû coù heä soá nhieät ñieän trôû döông (PTR) : Ñieän trôû naøy caáu taïo töø hoãn hôïp Bariumcarbonat, oxit Stronium vaø oxit Titan ñöôïc eùp vaø nung ôû nhieät ñoä töø 1000 ñeán 1400o C, hình thaønh moät caáu truùc nhö goám, maãn caûm vôùi nhieät ñoä … Trò soá cuûa PTR seõ taêng khi nhieät ñoä taêng: giaù trò PTR ñoàng bieán vôùi nhieät ñoä. - Ñieän trôû coù heä soá nhieät ñieän trôû aâm (NTR) : Ñieän trôû naøy laø moät hoãn hôïp ña tinh theå cuûa nhieàu oxít goám ñaõ ñöôïc nung chaûy ôû nhieät ñoä cao (1000o C ñeán 1400o C) nhö Fe2O3, Zn2TiO4, MgCrO4, TiO2 … Trò soá cuûa NTR seõ giaûm khi nhieät ñoä taêng: giaù trò NTR nghòch bieán vôùi nhieät ñoä. Moät soá NTR laø baèng chaát baùn daãn. 1.3.1.3 Caëp nhieät ñieän (Thermos coupler) Khi nhieät ñoä moâi tröôøng caàn ño coù giaù trò quaù lôùn (treân 1000oC), ñoä beàn cô hoïc cuûa moät soá thieát bò caûm bieán seõ bò hoûng. Luùc naøy ngöôøi ta thöôøng nghó ñeán caëp nhieät ñieän, coøn goïi laø nhieät ngaãu (Thermos coupler). Treân lyù thuyeát coù raát nhieàu daïng caëp nhieät ñieän ñöôïc söû duïng ñeå ño nhieät ñoä. Nhöng trong thöïc teá moät caëp nhieät ñieän laø hai daây kim loaïi (hoaëc hôïp kim) khaùc nhau ñöôïc noái chung vôùi nhau taïi moät ñaàu coøn ñaàu kia ñöôïc noái vôùi maùy ño. Chính söï cheânh leäch nhieät ñoä giöõa ñieåm caàn ño vôùi nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng ñaët cô caáu ño hình thaønh moät söùc ñieän ñoäng (hình 1.11). Ño söùc ñieän ñoäng naøy chính laø ño nhieät ñoä cuûa ñieåm caàn ño nhieät ñoä. Trong thöïc teá caëp nhieät ñieän naøy ñöôïc öùng duïng raát roäng raõi vì tính ñôn giaûn trong cheá taïo vaø vaän haønh. Chæ caàn haøn hai thanh hôïp kim nhö treân dính laïi ôû moät ñaàu ta ñaõ coù moät caëp nhieät laøm vieäc oån ñònh. Maëc duø coù nhieàu boä caûm bieán nhieàu theá heä môùi ra ñôøi nhöng ñeå caûm nhaän vaø xöû lyù tín hieäu nhieät ñoä cao ngöôøi vaãn söû duïng caëp nhieät ñieän naøy. Trang 14 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Hình 1.11: Caáu taïo nhieät ngaãu Ngoaøi caùc daïng linh kieän ñieän töû nhö treân, trong coâng nghieäp ngöôøi ta coøn söû duïng raát nhieàu daïng tieáp ñieåm nhieät khaùc nhö thanh löôõng kim (Bimetal Strips) nhö hình 1.12; dóa löôõng kim; caùc thermostat … Hình 1.12: Thanh löôõng kim Nhiệt được cảm Nhận qua mối nối Nhiệt độ môi trừờng Sức điện động Nhiệt độ chênh lệch Nam châm Hợp kim Đồng thau Thanh lưỡng kim (Bimetal) Tiếp điểm 1.3.1.4 Vi maïch caûm bieán nhieät Treân thò tröôøng ñaõ coù nhöõng vi maïch ño vaø caân chænh ñöôïc giai ño raát thuaän tieän trong vieäc söû duïng. Beân trong caùc vi maïch naøy thöôøng coù moái noái P-N, khi ño ñieän aùp treân moái noái naøy chính laø ño nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng. Ñieån hình moät trong caùc vi maïch ñoù laø LM 35 (haõng National). Vi maïch LM 35 coù ñieän aùp ngoõ ra tæ leä tröïc tieáp vôùi nhieät ñoä ño theo thang ño Celcius (thang ño baùch phaân), raát thuaät lôïi ñeå söû duïng laøm maïch ño kieåm nhieät ñoä ôû nöôùc ta (vì moät soá IC caûm bieán khaùc ño theo ñoä Kelvin, phaûi thieát keá theâm maïch buø tröø). Vi maïch treân hình 1.13 a coù ñieän aùp ngoõ ra thay ñoåi 10 mV/oC ; ñieän aùp nguoàn cung caáp coù theå thay ñoåi töø 4 ñeán 30 VDC. Ñeå ño ñöôïc nhieät ñoä aâm ngöôøi ta duøng moät ñieän trôû « pull-down » giöõa ngoõ ra vôùi ñieän aùp aâm nhö hình 1.13 b. Ñieän trôû naøy ñöôïc choïn sao cho doøng ñieän ngoõ ra phaûi lôùn hôn 50 μA. Ñieän aùp aâm naøy phaûi lôùn hôn möùc ñieän theá ra thaáp nhaát. Neáu chæ coù moät nguoàn döông ta phaûi söû duïng loaïi vi maïch ño theo thang Kelvin, nhö LM 335 hay LM 334. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 15 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Hình 1.13: Vi maïch caûm bieán nhieät LM 35 a) Ño nhieät ñoä döông b) Ño nhieät ñoä aâm laãn döông 1.3.2 Maïch caûm bieán nhieät Ñaây laø maïch ñieän öùng duïng trong vieäc caûnh baùo quaù nhieät hay thieáu nhieät cuûa moâi tröôøng caàn theo doõi. Maïch laøm vieäc theo nguyeân lyù so saùnh cöûa soå, moät nguyeân lyù raát thoâng duïng trong caùc thieát bò coâng nghieäp (hình 1.14). Hình 1.14 : Nguyeân lyù so saùnh cöûa soå Khi muoán khoáng cheá nhieät ñoä loø ôû 40oC, ngöôøi ta tieán haønh nhö sau: töø nhieät ñoä moâi tröôøng ñang laø 27oC, baét ñaàu caáp nhieät cho loø (ñieåm A)ø. Nhieät ñoä loø taêng daàn vöôït qua 36oC (ñieåm B), roài qua 40oC maïch vaãn tieáp tuïc caáp nhieät cho ñeán khi nhieät ñoä cuûa loø ñeán 44oC (ñieåm C), loø môùi caét ñieän trôû gia nhieät. Nhieät ñoä loø baét ñaàu giaûm daàn töø 44oC (ñieåm D). Giaûm qua 40oC vaãn tieáp tuïc giaûm. Cho ñeán 36oC (ñieåm E) thì laïi tieáp tuïc caáp nhieät cho loø (ñieåm B) nhieät ñoä loø taêng daàn leân. Roõ raøng ñeå giöõ nhieät ñoä loø naèm trong khoaûng 40oC, ngöôøi ta caáp nhieät cho loø theo chu trình B, C, D, E roài trôû laïi B: hình daïng nhö moät cöûa soå neân coù teân laø maïch so saùnh cöûa soå (window comparator). Nguyeân lyù so saùnh naøy ñöôïc öùng duïng raát roäng raõi trong coâng nghieäp, daân duïng, quaân söï, y teá... t (oC) P 27 40 44 36 0 1 E CB Window D A Sô ñoà nguyeân lyù trình baøy treân hình 1.15. Toùm taét nguyeân lyù laøm vieäc nhö sau: Ñieän trôû nhieät PTR phoái hôïp vôùi R1 vaø R2 taïo ra Vs laø moät haøm bieán thieân theo nhieät ñoä moâi tröôøng ñaët PTR. Cuï theå : 21 )2.( RPTRR RPTRVV ccs ++ += (1.2) Roõ raøng Vs = f(To) laø moät haøm cuûa nhieät ñoä. Do ñoù, ño Vs chính laø ño nhieät ñoä. Cuï theå caùc giaù trò ñieän trôû trong maïch ñöôïc caân chænh ñeå 2 OP-AMPS laøm vieäc nhö sau : * Khi thieáu nhieät: Luùc naøy VS < VA < VB, ñaàu vaøo v+ cuûa op-amp II nhoû hôn ñaàu vaøo v_ neân ngoõ ra op- amp II xuoáng thaáp, LED 2 saùng. Trong khi ñoù ñaàu vaøo v+ cuûa op-amp I lôùn hôn ñaàu vaøo v_ neân ngoõ ra op-amp I leân cao, LED 1 taét. Trang 16 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang * Khi ñuû nhieät: Luùc naøy VA < VS < VB, ñaàu vaøo v+ cuûa op-amp II lôùn hôn ñaàu vaøo v_ neân ngoõ ra op- amp II leân cao, LED 2 taét. Trong khi ñoù ñaàu vaøo v+ cuûa op-amp I lôùn hôn ñaàu vaøo v_ neân ngoõ ra op-amp I leân cao, LED 1 taét. * Khi quaù nhieät: Luùc naøy VA < VB < VS, ñaàu vaøo v+ cuûa op-amps II lôùn hôn ñaàu vaøo v_ neân ngoõ ra op- amp II leân cao, LED 2 taét. Trong khi ñoù ñaàu vaøo v+ cuûa op-amp I nhoû hôn ñaàu vaøo v_ neân ngoõ ra op-amp I xuoáng thaáp, LED 1 saùng. LED baùo quaù nhieät I LED baùo thieáu nhieät I Hình 1.15: Sô ñoà nguyeân lyù maïch caûm bieán nhieät Roõ raøng chæ caàn nhìn vaøo ñoä saùng toái cuûa 2 LED, ta coù theå nhaän bieát ñöôïc nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng caàn caûnh baùo nhieät ñoä. Ñeå maïch caûnh baùo hieäu quaû hôn coù theå theâm vaøo moät maïch dao ñoäng, maïch naøy giuùp khi coù söï coá caùc LED seõ khoâng saùng lieân tuïc maø nhaáp nhaùy. 1.4 CAÛM BIEÁN TÖØ TRÖÔØNG 1.4.1 Khaùi nieäm cô baûn Khi cho doøng ñieän vaøo moät cuoän daây, moâi tröôøng ñaët cuoän daây hình thaønh moät töø tröôøng. Töø tröôøng naøy coù cöôøng ñoä ñieän tröôøng: H = I . W . l (1.3) Trong ñoù: I cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy trong daây daãn. W soá voøng daây quaán l chieàu daøi taùc duïng cuûa cuoän daây Ta thaáy vôùi cuøng moät cöôøng ñoä ñieän tröôøng H nhöng neáu ta ñöa vaøo trong loøng cuoän daây moät loõi theùp kyõ thuaät ñieän nhö hình 1.16 thì cuoän daây treân seõ theå hieän löïc huùt treân caùc vaät lieäu daãn töø khaùc maïnh hôn khi trong loøng cuoän daây chæ laø loõi khoâng khí hay vaät lieäu nghòch töø (nhö Al, Cu …). Nghóa laø khi noùi veà töø tröôøng ta phaûi xeùt ñeán moâi tröôøng daãn töø cuõng nhö söï phaân boá vò trí caùc cöïc töø trong moâi tröôøng. Cuï theå caàn thieát phaûi quan taâm theâm caùc thoâng soá nhö töø thoâng Ф vaø caûm öùng töø B (maät ñoä töø thoâng). ________________________________________________________________________________________________________ Trang 17 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Hình 1.16: Hình aûnh töø tröôøng trong cuoän daây quaán quanh loõi theùp kyõ thuaät ñieän Caûm bieán töø coù nhöõng loaïi raát ñôn giaûn, ví duï nhö boä caûm bieán treân hình 1.17a. Boä caûm bieán naøy coù khaû naêng nhaän bieát söï thay ñoåi vò trí cuûa thanh saét di ñoäng 1. Khi khoâng coù thanh saét 1 laøm kín maïch töø 2, töø thoâng trong loõi töø giaûm, daãn ñeán L giaûm vaø XL cuõng giaûm theo. Do ñoù doøng qua cuoän daây 3 taêng. Lyù luaän töông töï khi coù thanh saét 1 noái kín maïch töø 2 khieán cho doøng qua cuoän daây cuõng giaûm theo. Hình 1.17b minh hoaï söï thay ñoåi cuûa L theo khoaûng dòch chuyeån d cuûa thanh saét 1: khi thanh saét 1 dòch chuyeån seõ laøm thay ñoåi L cuûa cuoän daây 3. Noái boä caûm bieán treân vôùi moät rô-le, ta seõ coù moät boä coâng taéc khoâng tieáp ñieåm theo tín hieäu töø tröôøng nhaän bieát vò trí cuûa thanh saét 1, minh hoaï qua hình 1.18. Hình 1.17: Caûm bieán töø nhaän bieát vò trí vaät chuyeån ñoäng a) Caáu taïo b) Quan heä L = f(d) Hình 1.18: Sô ñoà nguyeân lyù boä coâng taéc khoâng tieáp ñieåm daïng töø tröôøng Khi thanh saét 1 laøm kín maïch töø 2, doøng qua cuoän daây caûm bieán (CB) taêng leân laøm cho rô-le K huùt tieáp ñieåm. Lyù luaän töông töï cho tröôøng hôïp ngöôïc laïi, rô-le seõ nhaû tieáp ñieåm khi thanh saét laøm hôû maïch töø 2. Trang 18 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Tuy nhieân, do laøm vieäc döïa vaøo caùc thieát bò söû duïng vaät lieäu saét töø neân quaùn tính cuûa caûm bieán daïng naøy khaù lôùn. Khi caàn maïch coù ñoä nhaïy cao (taàn suaát chuyeån maïch lôùn), ngöôøi ta thöôøng söû duïng caûm bieán HALL. 1.4.2 Caûm bieán HALL 1.4.2.1 Hieäu öùng Hall Khi coù moät töø tröôøng taùc duïng theo höôùng thaúng goùc leân beà maët cuûa moät phieán vaät lieäu nhö hình 1.19 (d << b). Khi moät doøng ñieän chaïy doïc theo chieàu daøi cuûa phieán vaät lieäu, ngöôøi ta ño ñöôïc moät hieäu ñieän theá töø hai ñieåm beân hoâng cuûa noù. Ñieän theá Hall ñöôïc tính theo coâng thöùc: B.I d 1 e.n 1V 0 Hall ⋅⋅= (1.4) Trong ñoù : I cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy trong daây daãn. B caûm öùng töø d beà daày cuûa phieán vaät lieäu n maät ñoä doøng ñieän eo vaän toác cuûa ñieän töû Hình 1.19: Nguyeân taéc hieäu öùng Hall 1.4.2.2 Caáu truùc cuûa caûm bieán Hall Ngöôøi ta cheá taïo caûm bieán Hall töø nhöõng kyõ thuaät sau: - Töø moät thoûi baùn daãn, ngöôøi ta cöa chuùng ra thaønh nhieàu phieán nhoû roài ñaùnh boùng, aên moøn cho beà daày coøn töø 5 ñeán 100 μm. - Lôùp baùn daãn boác hôi vaø baùm leân vaät lieäu neàn cho beà daày töø 2 ñeán 3 μm. Vôùi coâng ngheä naøy caûm bieán Hall coù theå hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä raát cao hoaëc raát thaáp. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 19 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Hình 1.20: Caûm bieán Hall a) Kyù hieäu b) Ñieän theá Hall tæ leä vôùi goùc cuûa töø tröôøng vaø phieán vaät lieäu Caùc phieán baùn daãn treân ñöôïc cheá taïo theo hình chöõ thaäp hoaëc hình chöõ nhaät hoaëc hình caùnh böôùm. Kyù hieän sensor caûm bieán Hall nhö hình 1.20 a. Döïa vaøo coâng thöùc (1.4), ngöôøi ta cheá taïo caùc boä caûm bieán Hall nhaän bieát ñöôïc söï dòch chuyeån vò trí cuûa nguoàn töø tröôøng thoâng qua söï thay ñoåi goùc cuûa töø tröôøng (α) so vôùi phieán vaät lieäu (hình 1.20 b). 1.4.3 Maïch caûm bieán töø Treân hình 1.21 trình baøy moät boä chuyeån maïch theo tín hieäu töø tröôøng. Nguyeân taéc laøm vieäc nhö sau: caàu phaân aùp bao goàm R1, R2, R3, R4, VR phoái hôïp vôùi caûm bieán Hall hình thaønh maïch chuyeån ñoåi tín hieäu töø tröôøng sang tín hieäu ñieän ñaët vaøo 2 ngoõ vaøo cuûa op-amps. Khi khoâng coù töø tröôøng taùc ñoäng vaøo caûm bieán Hall (KSY 10), ñieän aùp ra VHall = 0 khieán ngoõ ra ra cuûa op-amps xuoáng thaáp. Khi coù nguoàn töø tröôøng tieáp caän vôùi caûm bieán Hall, VHall ñuû lôùn chuyeån maïch ngoõ ra op-amps leân cao. Op-amps maéc daïng trigger schmitt ñeå traùnh hieän töôïng nhieãu chaäp chôøn (xem muïc 1.6.2). Hình 1.21: Boä chuyeån maïch laøm vieäc theo tín hieäu töø tröôøng Coù theå chænh ñoä nhaïy (ngöôõng taùc ñoäng cuûa maïch) baèng caùch caân chænh bieán trôû VR. 1.5 CAÙC DAÏNG CAÛM BIEÁN THOÂNG DUÏNG 1.5.1 Maïch nhaän bieát söï dòch chuyeån Veà nguyeân taéc, maïch caûm bieán daïng naøy thöôøng ñöôïc cheá taïo theo ba daïng sau (minh hoaï treân hình 1.22 a ; b ; c). (a) (b) Trang 20 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang (c) Hình 1.22: Caùch thöùc caûm bieán nhaän bieát söï dòch chuyeån Döïa vaøo hai nguyeân taéc naøy, ngöôøi ta cheá taïo ra caùc thieát bò caûm nhaän söï dòch chuyeån nhö sau : Khi vaät caàn nhaän bieát ñeán gaàn khu vöïc ñaët caûm bieán, traïng thaùi cuûa caûm bieán seõ thay ñoåi taùc ñoäng maïch ñieän ñieàu khieån caùc hoaït ñoäng töông öùng theo chöông trình ñònh tröôùc. Minh hoaï qua hình 1.23. Hình 1.24: Minh hoaï caûm bieán Hình 1.23: Caûm bieán tieáp caän Coù theå dieãn giaûi quaù trình treân theo caùch khaùc deã hieåu hôn nhö sau: Treân hình 1.24, caûm bieán (con nheän) thoâng qua töø tröôøng cuûa caûm bieán (löôùi nheän) seõ nhaän bieát vaät maø caûm bieán caàn nhaän bieát (con böôùm) deã daøng khi vaät ñi vaøo vuøng maø caûm bieán caûm nhaän ñöôïc (con böôùm dính vaøo löôùi nheän). Cuõng lyù luaän töông töï nhö treân khi phaân tích heä thoáng cöûa töï ñoäng trong caùc sieâu thò, nhaø haøng... Minh hoaï treân hình 1.25. Khi coù ngöôøi ñeán gaàn, cöûa seõ töï ñoäng môû, sau moät thôøi gian cöûa seõ töï ñoäng ñoùng trôû laïi. Hình 1.25: Töï ñoäng môû / ñoùng cöûa 1.5.2 Maïch ñeám ________________________________________________________________________________________________________ Trang 21 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Ñaët moät boä caûm bieán töø tröôøng daïng tieáp caän gaàn vôùi baùnh raêng nhö hình 1.26. Bieát soá raêng deã daøng suy ra soá voøng quay trong moät ñôn vò thôøi gian nhôø vaøo maïch ñeám soá xung ôû tín hieäu ngoõ ra. Öùng duïng töông töï cho caùc maïch ñeám soá löôïng saûn phaåm, ñeám tieàn, soá ngöôøi qua cöûa, nhaän bieát saûn phaåm, soá voøng quay cuûa ñoäng cô … Hình 1.26: Caûm bieán ñeám soá voøng quay 1.5.3 Doø khuyeát taät trong kim loaïi Ngaøy nay coù raát nhieàu phöông phaùp kieåm tra chaát löôïng saûn phaåm maø khoâng caàn phaûi phaù boû maãu caàn kieåm tra. Moãi phöông phaùp ñeàu coù öu, nhöôïc ñieåm rieâng. Tuyø theo yeâu caàu cuûa vieäc kieåm tra vaø chuûng loaïi saûn phaåm maø ngöôøi ta söû duïng phöông phaùp thích hôïp. Coù khi phaûi phoái hôïp nhieàu phöông phaùp môùi thoaû maõn ñöôïc caùc yeâu caàu kieåm tra. Coù theå lieät keâ moät soá phöông phaùp nhö sau: 1.5.3.1 Phöông phaùp duøng tia X (X quang) Nguyeân taéc doø tìm cuûa phöông phaùp naøy laø döïa vaøo söï suy giaûm cuûa tia X khi xuyeân qua vaät theå, minh hoaï qua hình 1.27. Treân hình 1.27 a, ngöôøi ta roïi tia X qua vaät caàn kieåm tra khuyeát taät. Vaät naøy coù beà daøy theo phöông chieáu tia X khoâng ñoàng nhaát: beà daày ôû hai ñoaïn d1 vaø d3 moûng hôn ñoaïn d2 (minh hoaï treân hình 1.27 b). Keát quaû nhaän ñöôïc laø hình aûnh cuûa vaät caàn kieåm tra khuyeát taät trong ñoaïn d1 vaø d3 nhaït maøu hôn trong ñoaïn d3 (minh hoaï treân hình 1.27 c). Vật cần kiểm tra Chùm tia X Hình 1.27: Hình aûnh vaät caàn kieåm tra qua tia X a) Tia X chieáu vaøo vaät caàn kieåm tra khuyeát taät b) Maët phaúng hình chieáu ñöùng cuûa vaät caàn kieåm tra c) Hình aûnh nhaän ñöôïc theo ñoä suy giaûm cuûa tia X Ñeå thaáy ñöôïc caáu truùc beân trong vaät caàn kieåm tra khuyeát taät, ngöôøi ta roïi tia X qua vaät naøy vaø ñaët moät baûng caûm öùng minh hoaï treân hình 1.28 b chæ nhaïy caûm vôùi tia X sau vaät caàn kieåm tra nhö hình 1.28 a ñeå nhaän daïng khuyeát taät. Ñeå taêng khaû naêng xem saâu beân trong vaät caàn kieåm tra, ngöôøi ta taêng ñieän aùp treân ñaàu ñeøn phaùt tia X. Muoán taêng ñoä töông phaûn treân hình aûnh nhaän ñöôïc ngöôøi ta taêng tích soá giöõa thôøi gian vaø cöôøng ñoä phaùt tia X (mA.s: thöôøng ñoïc laø Mas). Trang 22 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Coù theå minh hoaï nguyeân taéc laøm vieäc cuûa phöông phaùp naøy nhö hình 1.28: ________________________________________________________________________________________________________ Trang 23 Hình 1.28: Doø tìm khuyeát taät trong saûn phaåm duøng tia X a) Kyõ thuaät taïo aûnh baèng tia X b) Caáu taïo baûng caûm öùng Chöùc naêng cuûa caùc khoái nhö sau: - Nguoàn phaùt tia X laáy töø moät ñaàu ñeøn phaùt tia chuyeân duïng coù ñieän theá laøm vieäc haøng chuïc ñeán traêm ngaøn volt vaø doøng töø vaøi chuïc mA ñeán 1A (khi phaùt tia X). - Baûng caûm öùng (Sensor panel) caáu taïo do söï keát hôïp cuûa lôùp nhaáp nhaùy (Scintillator) goàm caùc lôùp cesium iodide/thallium vaø taám phim moûng transistor (TFT) vôùi silicon voâ ñònh hình (amorphous silicon) coù ñoä phaân giaûi cao, moãi transistor taïo neân moät ñieåm saùng treân baûng caûm öùng gioáng nhö maøn hình tinh theå loûng (Liquid Crystal Display: LCD) cuûa maùy tính, ñieän thoaïi di ñoäng... Baûng caûm öùng naøy thay theá caëp phim/bìa taêng saùng truyeàn thoáng. Sau khi ñöôïc phaùt tia (exposure), noù seõ chuyeån thoâng soá cuûa hình aûnh vöøa chuïp/roïi vaø hieån thò treân maøn hình maùy tính sau 5 giaây. Heä thoáng coù theå tieáp tuïc laáy hình aûnh ngay khoâng caàn xoaù. - Ñeå trieät tieâu caùc tia böùc xaï thöù caáp (tia nhieãu), ngöôøi ta duøng löôùi loïc. Löôùi naøy chæ cho caùc tia ñoàng saéc ñi qua. - Vaät caàn kieåm tra nhaát ñònh khoâng phaûi baèng chì. Vì tia X coù theå xuyeân thaáu qua nhieàu daïng vaät lieäu nhöng chæ caàn moät lôùp chì daày 2mm thì tia X khoâng theå vöôït qua. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø: - X quang kyõ thuaät soá coù theå xem tröïc tieáp treân maøn hình monitor vaø chænh söûa, phoùng to vuøng caàn quan saùt v.v… - Hình X quang kyõ thuaät soá nhôø coù caùc phaàn meàm chuyeân duøng xöû lyù neân seõ cho caùc hình aûnh chaát löôïng cao (coù theå taùi taïo laïi cho ra hình aûnh 3 chieàu). - Vieäc löu tröõ caùc hình aûnh trôû neân deã daøng trong caùc ñóa CD-ROM vaø vieäc truy luïc, sao cheùp nhanh choùng. S (nguồn phát tia X) Bảng cảm ứng (Sensor panel) Vật cần kiểm tra Lưới lọc Tia X Phosphor Bức xạ thứ cấp Phân cực ngõ ra Photodiode Chọn hàng a) b) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp - Do baûn chaát döõ lieäu laø soá neân coù theå chuyeån hình aûnh qua maïng Internet moät caùch deã daøng. - Ngay caû vôùi X Quang truyeàn thoáng (duøng phim vaø bìa taêng saùng) vaãn coù theå thu nhaän ñöôïc caùc hình aûnh roõ neùt nhöng chæ baát tieän trong vieäc löu tröõ vaø xöû lyù thoâng tin. Beân caïnh nhöõng öu ñieåm treân, nhöôïc ñieåm coá höõu cuûa phöông phaùp naøy laø tia X raát nguy hieåm ñoái vôùi söùc khoeû con ngöôøi vaø thieát bò taïo tia X coøn raát ñaét tieàn, yeâu caàu kyõ thuaät baûo döôõng söûa chöõa phöùc taïp neân phöông phaùp naøy coøn ít phoå bieán. 1.5.3.2 Phöông phaùp duøng sieâu aâm Döïa vaøo vieäc haáp thuï vaø phaûn xaï khaùc nhau sau khi soùng sieâu aâm lan truyeàn qua saûn phaåm coù khuyeát taät. Ngöôøi ta ño ñaïc caùc thoâng soá ñoù ñeå kieåm tra khuyeát taät saâu beân trong vaät theå. So vôùi phöông phaùp duøng tia X, phöông phaùp naøy an toaøn hôn (tia X raát nguy hieåm vôùi söùc khoeû ngöôøi). Tuy nhieân vôùi nhöõng vaät theå coù keát caáu veà hình daùng khaù phöùc taïp thì keát quaû cuûa vieäc doø tìm coøn leä thuoäc vaøo trình ñoä cuûa ngöôøi söû duïng maùy. Treân thöïc teá, caùc maùy doø tìm khuyeát taät kim loaïi ñeàu söû duïng phöông phaùp sieâu aâm. Nguyeân lyù laøm vieäc minh hoaï treân hình 1.29. Chöùc naêng cuûa caùc khoái nhö sau: - Khoái phaùt xung sieâu aâm: Khoái naøy phaùt ra ñieän aùp coù taàn soá cao ñöa ñeán ñaàu doø aùp ñieän. Döïa vaøo hieäu öùng aùp ñieän, xung sieâu aâm (soùng aâm lôùn hôn 20KHz) ñöôïc bieán thaønh soùng sieâu aâm lan truyeàn trong saûn phaåm ñeå kieåm tra khuyeát taät. - Khoái ñoàng boä: nhieäm vuï taïo vaø phaân phoái xung ñoàng boä ñeán töøng maïch trong maùy doø. Ñieàu naøy giuùp cho vieäc queùt treân maøn hình ñöôïc ñoàng boä. - Khoái khueách ñaïi cao taàn: khoái naøy nhaän tín hieäu soùng sieâu aâm phaûn hoài trôû laïi ñaàu thu khi gaëp khuyeát taät trong saûn phaåm. - Khoái taùch soùng: nhaèm tìm laïi tín hieäu ñaõ ñöôïc ñieàu cheá ban ñaàu. - Khoái khueách ñaïi doïc: khoái naøy coù nhieäm vuï laøm taêng bieân ñoä theo chieàu doïc ñeå ñöa ra maøn hình. - Maïch treã: maïch naøy giöõ nhieäm vuï laøm treã tín hieäu giöõa khoái xung ñoàng boä vaø khoái queùt ngang ñeå ñöa ñeán caëp laùi tia theo truïc X maøn hình. - Maïch queùt ngang nhaèm ñieàu khieån tia ñieän töû queùt ngang maøn hình, tuyø theo cöï ly caàn thaêm doø maø ta coù toác ñoä queùt töông öùng. - Maïch queùt xung cöï ly. Maïch naøy coù nhieäm vuï taïo moät loaïi xung coù ñaùnh daáu, coù khoaûng caùch theo thôøi gian nhö nhau, nhôø ñoù coù theå xaùc ñònh chieàu saâu cuûa khuyeát taät. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø: - Hình aûnh coù theå xem tröïc tieáp treân maøn hình monitor vaø chænh söûa, phoùng to vuøng caàn quan saùt v.v… - Vieäc löu tröõ caùc hình aûnh trôû neân deã daøng trong caùc ñóa CD-ROM vaø vieäc truy luïc, sao cheùp nhanh choùng. - An toaøn cho ngöôøi söû duïng. Hieän nay, phöông phaùp sieâu aâm chính laø phöông phaùp thoâng duïng nhaát trong vieäc doø tìm khuyeát taät trong kim loaïi. Trang 24 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang ________________________________________________________________________________________________________ Trang 25 Hình 1.29: Sô ñoà khoái maùy doø tìm khuyeát taät kim loaïi Vật cần kiểm tra Đầu dò thu / phát Khối đồng bộ Khối phát xung Siêu âm Mạch quét xung cự ly Mạch trễ Khuếch đại cao tần Khuếch đại dọc Mạch quét ngang Màn hình Khối Tách sóng 1.5.4 Heä thoáng daây chuyeàn saûn xuaát töï ñoäng Trong heä thoáng baêng chuyeàn saûn xuaát töï ñoäng, ngöôøi ta boá trí doïc theo haønh trình laøm vieäc cuûa baêng chuyeàn raát nhieàu caùc boä caûm bieán giuùp heä thoáng ñieàu khieån nhaän bieát tình hình cuûa thöïc teá saûn xuaát töø ñoù ñöa ra caùc quyeát ñònh thích hôïp. Hình 1.30 trình baøy moät daây chuyeàn saûn xuaát vôùi söï tham gia cuûa caùc caûm bieán. Ñaây laø moät khaâu raát quan troïng trong daây chuyeàn saûn xuaát. Hình 1.30: Boá trí caùc caûm bieán trong baêng chuyeàn töï ñoäng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Hình 1.31: Söï suy giaûm cuûa aùnh saùng khi truyeàn qua moâi tröôøng sôïi thuyû tinh vaø sôïi nhöïa toång hôïp Tuyø vaøo töøng loaïi daây chuyeàn saûn xuaát, ngöôøi ta söû duïng caùc loaïi caûm bieán töông thích. Ví duï: neáu saûn phaåm laø vaät lieäu phi töø tính ta coù theå duøng caûm bieán töø ñeå nhaän bieát saûn phaåm; coøn saûn phaåm caûn quang ta coù theå duøng caûm bieán quang … minh hoaï treân hình 1.31. Ta thaáy aùnh saùng hoàng ngoaïi phaùt ra töø LED hoàng ngoaïi xuyeân qua sôïi thuyû tinh raát deã daøng nhöng khoù xuyeân thaáu qua sôïi toång hôïp. Do ñoù coù theå duøng caûm bieán hoàng ngoaïi vôùi böôùc soùng 900nm ñeå nhaän bieát caùc vaät lieäu caáu thaønh töø sôïi toång hôïp raát deã daøng (vì vôùi sôïi toång hôïp khaû naêng truyeàn qua cuûa tia hoàng ngoaïi 900nm chæ 15% so vôùi sôïi thuyû tinh laø 75%). Trong caùc daây chuyeàn saûn xuaát thöïc teá, caûm bieán ñöôïc söû duïng raát ña daïng, Trong caùc hình 1.32.i döôùi ñaây, trình baøy hình veõ cuûa moät soá daïng caûm bieán thoâng duïng. Hình 1.32.1: Thu/Phaùt rieâng Hình 1.32.2: Thu/Phaùt chung (ultrasonic) Hình 1.32.3: Vò trí ñaët caûm bieán vaø khu vöïc doø tìm cuûa caûm bieán Trang 26 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Hình 1.32.4: Hieäu chænh vò trí ñaët ñaàu doø caûm bieán Hình 1.32.5: Caûm bieán beà daày saûn phaåm quaán treân truïc Hình 1.32.6: Doø möïc chaát loûng Hình 1.32.7: Xaùc ñònh kích thöôùc Hình 1.32.8: Caûm bieán thu/phaùt ñoä daày cuûa saûn phaåm ________________________________________________________________________________________________________ Trang 27 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Trang 28 Hình 1.32.9: Caûm bieán Hall caûm nhaän xung doøng trong ñoäng cô böôùc a) b) Hình 1.32.10 a vaø b: Caûm bieán thu/phaùt nhaän daïng saûn phaåm Hình 1.32.11: Caûm bieán soá voøng quay Hình 1.32.12: Coâng taéc töø tröôøng Hình 1.32.13: Caûm bieán doø möïc nöôùc trong boàn chöùa bia Daây daãn doøng ñieän qua ñoäng cô böôùc Loõi Ferrite Vi maïch caûm bieán theo hieäu öùng Hall Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Hình a Hình b Hình 1.32.14 a vaø b: Caûm bieán kieåm tra chaát löôïng saûn phaåm Hình 1.32.15: Vò trí ñaët caûm bieán choïn theo hình daïng saûn phaåm Hình 1.32.16: Caûm bieán nhaän bieát vò trí cuûa film trong maùy röûa film töï ñoäng ________________________________________________________________________________________________________ Trang 29 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Trang 30 Hình 1.32.17: Caûm bieán kieåm tra toác ñoä giöõa hai baêng chuyeàn Hình 1.32.18: Caûm bieán kieåm tra noàng ñoä pha troän giöõa hai chaát Hình 1.32.19: Caûm bieán kieåm tra noàng ñoä löôïng boät ñi qua Qua caùc hình töø 1.13.1 ñeán 1.13.19, ta nhaän thaáy khoâng theå coù moät loaïi caûm bieán naøo toû ra vaïn naêng (öùng duïng toát trong moïi tröôøng hôïp), vì vaäy caûm bieán ngaøy caøng ña daïng nhaèm phuïc vuï toát caùc yeâu caàu ñoøi hoûi trong coâng nghieäp cuõng nhö cuoäc soáng hieän ñaïi. Ngay caû caûm bieán tieäm caän söû duïng tín hieäu treân caùc ñieän dung coù theå nhaän bieát ñöôïc baát kyø ñoái töôïng naøo ñi ngang qua noù nhöng phaïm vi nhaän bieát cuõng chæ vaøi chuïc milimet maø thoâi. Sau ñaây chuùng ta haõy phaân tích chi tieát moät soá maïch ñieän caûm bieán thoâng duïng trong thöïc teá qua ñoù coù theà moät laàn laàn nöõa minh chöùng nhaän ñònh treân. 1.6 CAÙC MAÏCH ÑIEÄN CAÛM BIEÁN THOÂNG DUÏNG 1.6.1 Maïch caûm bieán töø Ñaây laø moät coâng taéc khoâng tieáp ñieåm söû duïng trong maùy caùn toân cuûa Lieân xoâ khi chaïy ôû cheá ñoä caùn töï ñoäng. Ngoõ vaøo cuûa boä coâng taéc khoâng tieáp ñieåm naøy laø moät caûm bieán töø, noù nhaän bieát vò trí cuûa caùc taám toân thoâng qua vò trí cuûa dóa nhoâm trong khe töø hôû cuûa noù. Sô ñoà nguyeân lyù trình baøy treân hình 1.33. Toùm taét nguyeân lyù laøm vieäc nhö sau : PLC Ñaàu nhaän Baêng chuyeàn 1 Baêng chuyeàn 2 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Hình 1.33: Caáu taïo moät boä coâng taéc khoâng tieáp ñieåm : a) Caáu taïo b) Vò trí töông ñoái giöõa dóa nhoâm vaø loõi töø Khe hở Dĩa nhôm không khí ________________________________________________________________________________________________________ Trang 31 Maïch coù khaû naêng nhaän bieát söï toàn taïi cuûa dóa nhoâm trong loøng khe hôû khoâng khí nhôø vaøo söï thay ñoåi töø trôû cuûa khe hôû khoâng khí khi coù hay khoâng coù dóa nhoâm. Nhö treân hình 1.33 a, ta thaáy khi dóa nhoâm ñöôïc ñöa vaøo khe hôû khoâng khí, töø thoâng Ф seõ trieät tieâu do töø trôû cuûa nhoâm raát lôùn, hay noùi caùch khaùc naêng löôïng bò tieâu taùn treân dóa nhoâm döôùi daïng doøng xoaùy Foucault. Ngöôïc laïi khi khoâng coù dóa nhoâm, töø thoâng Ф xuaát hieän trong loõi theùp kyõ thuaät ñieän, toàn taïi söï caûm öùng qua laïi giöõa caùc cuoän daây L1 ; L2 ; L3. Hình 1.33 b giôùi thieäu vò trí töông ñoái giöõa dóa nhoâm vaø boä coâng taéc khoâng tieáp ñieåm, qua ñoù ta thaáy coù theå nhaän bieát vò trí töông ñoái giöõa chuùng theo tín hieäu ñieän treân maïch caûm bieán. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa maïch caûm bieán trình baøy treân hình 1.34: Cuï theå: khi coù dóa nhoâm trong khe hôû khoâng khí thì toån hao do doøng xoaùy treân dóa nhoâm laøm maát caûm öùng qua laïi giöõa caùc cuoän daây ( 0=φ ), L1 khoâng coù ñieän Ö Q2 khoâng daãn Ö Q3 khoâng daãn Ö K maát ñieän Ö hôû maïch tieáp ñieåm. Lyù luaän ngöôïc laïi khi khoâng coù dóa nhoâm trong khe hôû khoâng khí, L1 coù ñieän Ö K seõ coù ñieän huùt kín maïch tieáp ñieåm. Hình 1.34: Sô ñoà nguyeân lyù maïch caûm bieán töø tröôøng 1.6.2 Maïch caûm bieán möùc nöôùc L L1 L2 Vỏ Epoxy Ф Loõi töø Lõi thép kỹ thuật điện Từ thông b) a) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Ñaây laø maïch ñieän öùng duïng toát trong caûnh baùo möùc nöôùc, nhieân lieäu … Maïch coù ñoä mieãn nhieãu cao, ví duï khi maët nöôùc ñang nhaáp nhoâ (gôïn soùng), maïch vaãn giöõ nguyeân traïng thaùi cuõ. Do ñoù choáng ñöôïc söï chaäp chôøn, maát oån ñònh trong heä thoáng. Sô ñoà nguyeân lyù trình baøy treân hình 1.35. Hình 1.35: Sô ñoà nguyeân lyù maïch caûm bieán möùc nöôùc Toùm taét nguyeân lyù laøm vieäc nhö sau: - Khi giöõa hai ñaàu doø khoâng coù nöôùc, moät ñaàu vaøo cuûa NAND I ôû möùc 0 daãn ñeán ngoõ ra cuûa NAND I ôû möùc 1, ngoõ ra cuûa NAND II ôû möùc 0. - Luùc hieän höõu nöôùc giöõa hai ñaàu doø, hai ñaàu vaøo cuûa NAND I ôû möùc 1 daãn ñeán ngoõ ra cuûa NAND I ôû möùc 0, ngoõ ra cuûa NAND II ôû möùc 1. Roõ raøng maïch ñieän coù khaû naêng nhaän bieát söï hieän höõu cuûa nöôùc giöõa hai ñaàu doø, cuï theå: khi khoâng hieän höõu nöôùc giöõa hai ñaàu doø, ngoõ ra Vcontrol seõ ôû möùc 0 hoaëc ngöôïc laïi. Ngoaøi ra, do thôøi haèng R.C khaù lôùn neân maïch coù khaû naêng loaïi tröø ñöôïc caùc nhieãu minh hoaï qua hình 1.36. Hình 1.36: Caùch trieät nhieãu trong maïch caûm bieán Tín hieäu nhieät ñoä, ñoä aåm, möïc nöôùc, aùp suaát trong moâi tröôøng ít khi bieán thieân tuyeán tính nhö VIDEAL. Thaät ra luoân coù nhöõng tín hieäu nhieãu choàng chaäp vaøo, neân thöïc teá thöôøng gioáng vôùi daïng VPRA hôn. Vôùi tín hieäu naøy neáu maïch xöû lyù quaù nhaïy chöa chaéc ñaõ toát. Do ñoù trong maïch ñieän ôû hình 1.35, ngöôøi ta maéc theâm maïch R, C nhaèm giöõ cho Vo ôû ngoõ ra vaãn döùt khoaùt chæ ôû hai möùc 0 hoaëc 1, baát chaáp ngoõ vaøo chaäp chôøn nhö treân hình veõ 1.36. 1.6.3 Maïch ñieàu khieån töø xa duøng hoàng ngoaïi Trang 32 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Trong thöïc teá saûn xuaát cuõng nhö trong ñieän töû daân duïng, caùc maïch ñieàu khieån töø xa söû duïng tia hoàng ngoaïi ñöôïc öùng duïng raát phoå bieán. Duø caáu truùc maïch coù phöùc taïp hay ñôn giaûn noù cuõng bao goàm caùc khoái nhö hình 1.37 sau. Hình 1.37: Sô ñoà khoái heä thoáng thu – phaùt hoàng ngoaïi Nguyeân lyù laøm vieäc coù theå trình baøy vaén taét nhö sau. Töø nguoàn qua maïch oån aùp taïo ñieàu kieän phaùt oån ñònh cho khoái phaùt hoàng ngoaïi. Nhôø vaøo khoái dao ñoäng ñieàu cheá soùng daïng ñieän aùp ñaët treân LED phaùt tia hoàng ngoaïi ñeán LED thu. Taïi ñaàu thu sau khi tín hieäu ñöôïc khueách ñaïi ñuû lôùn ñöôïc giaûi ñieàu cheá roài qua caùc maïch logic xöû lyù tín hieäu xuaát tín hieäu ra ñieàu khieån taûi. Cuõng nhö khoái phaùt, ñeå laøm vieäc oån ñònh ôû ñaây coù theå coù theâm maïch oån ñònh ñieän aùp nguoàn. 1.6.4 RFID (Radio Frequency Identification) 1.6.4.1. Giôùi thieäu Ñaây laø coâng ngheä nhaän daïng khoâng tieáp xuùc, söû duïng taàn soá radio. Ñaëc ñieåm cuûa theû RFID (IC Tags) laø coù theå thu tín hieäu ôû khoaûng caùch xa vaø ngöôøi kieåm soaùt nhaän ra soá löôïng lôùn caùc theû moät laàn. Noù coù tính beàn vöõng cao, chòu ñöôïc moâi tröôøng khaéc nghieät, khoâng phaùt quang, khoâng nhìn thaáy, ñoàng thôøi coù theå ñoïc vaø ghi ñöôïc. RFID trieån khai ñöôïc trong nhieàu ngaønh coâng nghieäp vaø lónh vöïc khaùc nhau. Tuy nhieân do giaù thaønh coøn cao vaø deã bò nhieãu soùng ñieän töø (so vôùi daïng maõ vaïch) neân nhöõng lónh vöïc caàn phoå bieán theû nhaän daïng RFID hieän vaãn gaàn nhö coøn "ñoùng cöûa". Vì theà loaïi theû naøy môùi chæ ñöôïc khuyeán khích söû duïng trong noäi boä cuûa cô quan, doanh nghieäp. Trong töông lai khoâng xa theû nhaän daïng RFID seõ taêng cöôøng vaø cuûng coá tính caïnh tranh trong caùc ngaønh cuï theå khi theû naøy söû duïng UHF thay cho soùng RF thì tính mieãn nhieãu coù theå ñöôïc caûi thieän vaø theo ñaø phaùt trieån cuûa coâng ngheä cheá taïo linh kieän baùn daãn giaù thaønh cuûa theû seõ giaûm ñi naâng cao hieäu quaû vieäc söû duïng caùc IC Tags vaø ñem ñeán nhieàu dòch vuï hôn ñeå taêng cöôøng tính caïnh tranh treân tröôøng quoác teá cho ngöôøi söû duïng. Tröôùc maét, caùc nhaø cheá taïo theû ñang coá gaéng chuaån hoùa vaø giaûm giaù thaønh. Nhieàu hoäi thaûo quoác teá ñaõ kieán nghò toå chöùc ISO hôïp nhaát moät chuaån cuûa maõ saûn phaåm cho theû RFID. Beân caïnh ñoù, giaù moät chieác theû nhaän daïng ôû Nhaät hieän khoaûng 10-100 yen (naêm 2005), giaù caùc thieát bò ñoïc vaø ghi RFID coøn cao hôn raát nhieàu. Neáu giaù thaønh giaûm khoaûng 10 laàn so vôùi hieän nay (2008), khaû naêng RFID seõ thay theá maõ vaïch trong haàu heát caùc lónh vöïc. Haøn Quoác xem RFID nhö laø moät trong nhöõng nhaân toá quan troïng hoã trôï trong ngaønh ñieän thoaïi di ñoäng, phöông tieän giao thoâng coâng coäng, giao dòch taøi chính, tröôøng hoïc, coâng sôû... söû duïng baêng thoâng roäng taïi ñaát nöôùc naøy. Gaàn nhö taát caû caùc phöông tieän coâng coäng ñeàu coù söï can thieäp cuûa RFID; Malaysia ñaõ keát hôïp vi maïch RFID trong caùc theû caên cöôùc vaø hoä chieáu ñieän töû cuûa coâng daân; Nhieàu nöôùc ñang thuùc ñaåy phaùt trieån RFID trong coâng ngheä nhaän daïng vaû xöû lyù thoâng tin. ÔÛ Vieät Nam, RFID ít ñöôïc bieát ñeán, song cuõng ñaõ coù ñôn vò ________________________________________________________________________________________________________ Trang 33 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp nghieân cöùu vaø öùng duïng heä phaàn meàm cho caùc heä thoáng quaûn lyù töï ñoäng baèng theû RFID ñeå öùng duïng trong heä thoáng thu phí caàu ñöôøng, quaûn lyù ra vaøo cöûa cuûa caùn boä coâng nhaân vieân, quaûn lyù trang thieát bò vaät tö... Caùc daïng RFID ñöôïc söû duïng trong thöïc teá ñöôïc minh hoïa qua hình 1.38 a b c d e f g h i j k l m Hình 1.38 : Caùc daïng RFID söû duïng trong thöïc teá a- Theû nhöïa cöùng duøng cho thanh toùan ñieän töû, ra vaøo cô quan tröôøng hoïc,... b- RFID daïng mieáng nhöïa daùn treân saûn phaåm. c- Theû RFID daïng moùc khoùa d- Mieáng daùn treân vali, tuùi xaùch, böu kieän,... e- Theû RFID daïng nhöïa deûo f- Theû treo vali, tuùi xaùch,... ôû saân bay g- Mieáng daùn treân ñoà giaët (laø), uûi. Trang 34 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang h- Theû RFID coù duøng pin i – Ñoàng hoà ñeo tay coù gaén chip RFID j - Voøng ñeo tay coù gaén chip RFID k- Theû RFID gaén treân CD-ROM l- Kích thöôùc nhoûù nhaát cuûa moät theû RFID m- Theû RFID tích hôïp trong ñieän thoïai di ñoäng Ñeå nhaän bieát theû RFID phaûi coù caùc thieát bò ñoïc, minh hoïa qua hình 1.39 Hình 1.39 : Caùc thieát bò ñoïc theû RFID 1.6.4.2. Nguyeân lyù laøm vieäc RFID laøm vieäc döïa treân coâng ngheä nhaän daïng baèng thieát bò thu phaùt soùng voâ tuyeán, bao goàm moät aêng-ten vaø chip silicon (goàm caû boä nhôù) ñöôïc ñoùng goùi chung. Thieát bò naøy thu nhaän naêng löôïng töø caùc thieát bò chuû (hay coøn goïi laø thieát bò ñoïc - card reader). Caùc thieát bò ñoïc naøy luoân phaùt naêng löôïng böùc xaï quanh noù, theû RFID haáp thuï naêng löôïng naøy vaø trao ñoåi thoâng tin vôùi thieát bò ñoïc. Ñaëc bieät hôn, boä ñoïc naøy coøn coù theå löu thoâng tin leân chieác theû kia. Ñaây laø moät cô cheá heát söùc ñaëc bieät, noù ñaët ra raát nhieàu vaán ñeà veà baûo maät ñoái vôùi theû RFID. Khoâng chæ khai thaùc thoâng tin, caùc thieát bò ñoïc coøn coù cô cheá ghi vaø theo doõi thoâng tin ñaõ ghi treân theû - khaû naêng kieåm soaùt. Döïa treân ñoù ta coù theå theo doõi ñöôïc loä trình cuûa moät chuyeán haøng (xuaát xöù haøng hoùa, ñieåm xuaát phaùt, qua caùc traïm haûi quan naøo, thôøi gian baét ñaàu vaän chuyeån...), soá tieàn hieän coøn trong taøi khoaûn, soá moân hoïc chöa ñaêng kyù... 1.6.4.3. Caùc öùng duïng cuûa RFID Nhö ñaõ neâu ôû treân RFID raát maïnh trong khaâu nhaän daïng ñeå xöû lyù thoâng tin neân ñöôïc öùng duïng raát nhieàu trong caùc lónh vöïc : 1.6.4.1. Thoâng tin caù nhaân Do caáu taïo nhö treân, deã daøng nhaän daïng ngöôøi ñang söû duïng theû moät caùch chính xaùc töø ñoù hoã trôï cho chuû theû raát nhieàu dòch vuï nhö söû duïng phöông tieän giao thoâng coâng coäng, mua saém, möôïn saùch thö vieän,... Noùi chung RFID coù theå söû duïng nhö theû caên cöôùc hay hoä chieáu ñieän töû cuûa coâng daân. 1.6.4.2. Kinh doanh baùn leû ________________________________________________________________________________________________________ Trang 35 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Baøi giaûng Ñieän töû coâng nghieäp Trong kinh doanh ñieän töû, ñeå maùy moùc coù theå hieåu ñöôïc caùc moùn haøng caàn vaän chuyeån ñeán khaùch haøng, ngöôøi ta söû duïng theû RFID. Qua ñoù vieäc giao haøng seõ thuaän lôïi hôn raát nhieàu vaø giaûm thieåu khaû naêng thaát laïc. 1.6.4.3. Baûo maät, choáng troäm Theû RFID raát linh ñoäng, Chuùng coù theå ñöôïc caøi ñaët trong voøng ñeo tay, theû khaùch tham quan, theû nhaân vieân vaø raát nhieàu nhöõng dòch vuï veà an ninh khaùc. Noù baûo ñaûm an toaøn cho nhaân vieân cuõng nhö taøi saûn cuûa coâng ty vì chæ coù nhöõng ngöôøi coù thaåm quyeàn vôùi ñöôïc vaøo. Heä thoáng naøy coù theå öùng duïng trong raát nhieàu lónh vöïc nhö heä thoáng maùy tính, caùc file löu tröõ, haøng hoùa taïi saân bay, böu kieän, heä thoáng baùn leû vaø caùc vaät duïng quí giaù khaùc khoûi troäm caép. 1.6.4.4. Dòch vuï giao thoâng vaän taûi Theû RFID vaø veù giaáy laø coâng cuï khoâng theå thieáu khi söû duïng phöông tieän giao thoâng coâng coäng taïi caùc nöôùc tieân tieán. Ngaøy caøng nhieàu ngöôøi löïa choïn theû thoâng minh thay cho caùc veù giaáy trong vieäc ñi laïi, ñaäu xe, caùc dòch vuï coâng coäng,... vì tính ñôn giaûn, goïn nheï cuûa caùc theû RFID. 1.6.4.5. Choáng ñoät nhaäp Töông töï nhö baûo maät theû RFID coù theå kieåm soùat löôïng ngöôøi ra vaøo coâng sôû, beänh vieän, tröôøng hoïc raát deã daøng. Töø ñoù coù theå choáng ngöôøi laï ñoät nhaäp vaøo cô quan vôùi duïng yù xaáu. 1.6.4.6. Thanh toùan ñieän töû So vôùi tieàn maët, vieäc thanh toùan baèng theû RFID coù khaû naêng tieát kieäm hôn moät nöûa thôøi gian do khi thanh toaùn baèng phöông thöùc naøy vieäc traû tieàn khoâng caàn tieáp xuùc giöõa ngöôøi mua vaø ngöôøi baùn, Thanh toùan ñieän töû caøng thuaän lôïi khi caùc traïm thanh toùan ñieän töû ñöôïc gaàn caùc trung taâm thöông maïi. 1.6.4.7. Quaûn lyù thieát bò, taøi saûn Khi gaén leân caùc thieát bò caàn quaûn lyù nhöõng theû RFID, thoâng qua thieát bò ñoïc ngöôøi quaûn lyù deã daïng theo doõi tình traïng cuûa caùc thieát bò caàn quaûn lyù. Nhöõng thoâng soá nhö vò trí, ngaøy giôø chuyeån giao, tình traïng thieát bò,... deã daøng ñöôïc caäp nhaät ngay caû trong quaù trình dòch chuyeån thieát bò. Coù theå caøi theâm caùc thieát bò baùo ñoäng giuùp caûnh baùo thieát bò bò dò chuyeån ngoøai yù muoán hay ngoøai giôø laøm vieäc, ... nhaèm giaûm nguy cô maát troäm taøi saûn, thieát bò caàn quaûn lyù. 1.6.4.8. Quaûn lyù thoâng tin trong cô quan, tröôøng hoïc Taïi moät soá tröôøng hoïc, cô quan coù öùng duïng coâng ngheä ubiquitous, taát caû moïi hoïat ñoäng : ñieåm danh sinh vieân, cho möôïn/ traû saùch trong thö vieän, trao ñoåi rieâng vôùi giaùo sö, ñoùng/ môû cöûa caùc phoøng chuyeân moân, ... ñeàu öùng duïng theû RFID. Khi coù nhu caàu ngöôøi söû duïng theû chæ caàn ñöa theû vaøo ñaàu ñoïc, laäp töùc thoâng tin seõ ñöôïc xöû lyù vaø thoûa maõn ngay laäp töùc nhu caàu cuûa hoï. 1.6.4.9. Thieát bò chaêm soùc söùc khoûe (Y, Nha & Döôïc) Trong nhöõng ngoâi nhaø thoâng minh, ngöôøi ta coù laép caùc thieát bò ñoïc nhaèm theo doõi tình traïng söùc khoûe cuûa ngöôøi ñeo theû. Khi xaûy ra söï coá cho ngöôøi ñeo theû, caùc thieát bò ñoïc naøy seõ laäp töùc phaùt tín hieäu caáp cöùu cho caùc trung taâm y teá kòp thôøi caáp cöùu cho beänh nhaân treân. Taïi beänh vieän vieäc quaûn lyù hoà sô beänh aùn cuûa beänh nhaân, toái öu vieäc söû duïng caùc thieát bò ñieàu trò maéùc tieàn,... cuõng coù theå duøng RFID. 1.6.4.10. Giaùm saùt vaät nuoâi caây troàng Trang 36 Simpo PDF Merge and Split U re istered Version - Chöông 1: Caûm bieán - coâng -taéc khoâng tieáp ñieåm Gv: Nguyeãn Phöông Quang Vôùi ñaø gia taêng beänh taät treân vaät nuoâi caây troàng nhö hieän nay, theû RFID giuùp caùc nhaø chöùc traùch nhanh choùøng xaùc ñònh nguoàn goác cuûa dòch beänh ñeå coâ laäp nguoàn gaây beänh. RFID cuõng ñöôïc duøng trong caùc beänh vieän thuù y ñeå xaùc ñònh tuoåi, nguoàn goác, gioáng, hoà sô beänh aùn,... cuûa con vaät ñang ñieàu trò. CAÂU HOÛI OÂN TAÄP CHÖÔNG 1 1. Taïi sao phaûi söû duïng caûm bieán? 2. Caûm bieán coù ñoä nhaäy caøng cao caøng toát coù ñuùng khoâng? Taïi sao? 3. Coù khaû naêng hieän höõu moät loaïi caûm bieán ña naêng (laøm vieäc toát trong nhieàu moâi tröôøng khaùc nhau) hay khoâng? Taïi sao? 4. Caùc cô sôû ñeå löïa choïn, laép ñaët caûm bieán. Neâu ví duï minh hoaï (ví duï khi vaät theå caàn nhaät bieát trong suoát ngöôøi ta söû duïng loaïi caûm bieán gì? …) 5. Phaân bieät söï khaùc nhau veà khaû naêng öùng duïng cuûa phöông phaùp doø tìm khuyeát taät trong kim loaïi baèng sieâu aâm vaø tia X. 6. Taïi sao caûm bieán hoàng ngoaïi ñöôïc söû duïng raát roäng raõi trong caùc maïch ñieän töû daân duïng. Haõy neâu nhöôïc ñieåm cuûa loaïi caûm bieán naøy. 7. RFID laø gì? Khi naøo thì theû RFID coù theå thay theá cho maõ vaïch? ________________________________________________________________________________________________________ Trang 37 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp ________________________________________________________________________________________________________ Trang 36 _________________________________________________________________________________Chöông 2 GIA NHIEÄT TRONG COÂNG NGHIEÄP Chöông naøy trình baøy veà caùc phöông thöùc gia nhieät thoâng duïng trong coâng nghieäp söû duïng naêng löôïng ñieän cuøng caùc maïch ñieän ñieån hình. Qua ñoù, khaûo saùt moät loaïi maùy haøn raát thoâng duïng trong coâng nghieäp hieän nay: haøn tieáp xuùc (haøn ñieän trôû). Moät loaïi maùy haøn maø caùc moái haøn cuûa noù baûo ñaûm caùc yeáu toá reû, beàn, ñeïp … Trong coâng nghieäp, nhu caàu veà söû duïng nhieät naêng laø raát lôùn. Tuyø vaøo yeâu caàu töøng ngaønh, nhieät naêng duøng cho nhieàu muïc ñích khaùc nhau ví duï nhö nung; saáy khoâ; nhieät luyeän (toâi, toâi cao taàn, uû theùp …); naáu chaûy caùc chaát (naáu chaûy kim loaïi, saûn xuaát ñaát ñeøn …); … Nguoàn nhieät naøy coù theå laáy töø nhieàu daïng naêng löôïng khaùc nhau nhöng phoå bieán vaø thuaän tieän nhaát vaãn laø caùc loø ñieän vì nung noùng baèng ñieän nhanh, ít oâ nhieãm moâi tröôøng vaø coù theå ñieàu khieån theo chöông trình chính xaùc hôn so vôùi vieäc nung noùng baèng caùc nguoàn naêng löôïng khaùc. Töø naêng löôïng ñieän, coù theå thu ñöôïc nhieät naêng töø nhieàu caùch: nhôø hieäu öùng Joule (loø ñieän trôû), nhôø vieäc phoùng ñieän hoà quang (loø hoà quang), nhôø vaøo taùc duïng nhieät cuûa doøng xoaùy Foucault thoâng qua hieän töôïng caûm öùng ñieän töø (loø caûm öùng) … Trong chöông naøy, caùc hình thöùc gia nhieät baèng loø ñieän seõ ñöôïc giôùi thieäu vaø phaân tích veà quaù trình coâng ngheä cuøng sô ñoà nguyeân lyù ñieån hình. 2.1 LOØ ÑIEÄN TRÔÛ 2.1.1 Khaùi nieäm cô baûn Loø ñieän trôû laø thieát bò bieán ñoåi nhieät naêng thaønh ñieän naêng söû duïng daây ñieän trôû. Löôïng nhieät naøy coù theå tính qua coâng thöùc: Q = R. I2 . t (2.1) Trong ñoù: Q nhieät löôïng toaû ra töø daây ñieän trôû gia nhieät. R giaù trò cuûa ñieän trôû. I doøng ñieän qua ñieän trôû. t thôøi gian gia nhieät. Töø coâng thöùc (2.1), coù theå ñieàu khieån nhieät ñoä loø theo hai höôùng: - Ñieàu khieån doøng ñieän qua ñieän trôû gia nhieät. - Ñieàu khieån thôøi gian phaùt nhieät. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp Keát hôïp vôùi phöông thöùc khoáng cheá nhieät ñoä lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn (khoâng lieân tuïc), ta coù theå ñieàu khieån nhieät ñoä loø theo moät chöông trình ñaët tröôùc. 1 t (s) t (s) 0 0 a) b) ton toff P P 1 Hình 2.1: Caùc phöông phaùp ñieàu khieån nhieät ñoä a) Ñieàu khieån lieân tuïc b) Ñieàu khieån khoâng lieân tuïc Trong thöïc teá, loø ñieän trôû thöôøng ñöôïc duøng döôùi daïng: loø toâi, loø uû, loø ram, loø nung, loø naáu chaûy … 2.1.2 Sô ñoà khoáng cheá loø ñieän trôû 2.1.2.1 Giôùi thieäu Treân hình 2.2 trình baøy moät maïch ñieän ñôn giaûn oån ñònh nhieät ñoä cho loø söôûi, vôùi loaïi loø naøy ñoä yeâu caàu chính xaùc veà nhieät ñoä khoâng cao. Nguyeân taéc laøm vieäc nhö sau: choïn nhieät ñoä cuûa loø baèng boä chuyeån maïch SW, öùng vôùi moãõi moät ñieän trôû nhieät PTR ta seõ coù moät cheá ñoä ñoùng caét ñieän trôû gia nhieät (do moãi PTR coù ñoä bieán thieân giaù trò ñieän trôû theo nhieät ñoä khaùc nhau: hình 2.3), töø ñoù giöõ nhieät ñoä cuûa loø ñöôïc coá ñònh ôû moät möùc ñaët tröôùc. 2.1.2.2 Nguyeân lyù laøm vieäc Hình 2.2: Maïch ñieàu khieån nhieät ñoä loø söôûi Hình 2.3: Bieán thieân PTR theo nhieät ________________________________________________________________________________________________________ Trang 37 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp Hieän nay chöa coù caùc TRIAC coâng suaát cöïc lôùn neân vôùi caùc taûi yeâu caàu coâng suaát lôùn maïch ñieän treân hình 2.2 khoâng ñaùp öùng ñöôïc. Coù theå thay theá baèng maïch ñieän treân hình 2.4. Trong maïch naøy hai SCR maéc song song nhau giöõ nhieäm vuï caáp doøng ra taûi. ÔÛ ñaây vieäc ñoùng caét SCR laáy ngay töø ñieän aùp rôi treân noù. Coâng suaát toån hao trong maïch khoâng lôùn vì khi SCR ñoùng thì doøng ñieàu khieån khoâng toàn taïi. Gioáng nhö ôû maïch treân, nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng caàn khoáng cheá leä thuoäc vaøo tính chaát cuûa linh kieän PTR1. Hình 2.4: Ñieàu khieån nhieät ñoä duøng SCR thay TRIAC 2.2 LOØ HOÀ QUANG 2.2.1 Khaùi nieäm cô baûn Điện áp 3 pha Điện cực hồ quang Kim loại nóng chảy Mass Vỏ lò Vỏ loø a) b) Nắp lò HỒ QUANG Hình 2.5: Loø hoà quang nung noùng tröïc tieáp (a) vaø hoà quang nung noùng giaùn tieáp (b) Loø hoà quang lôïi duïng nhieät cuûa ngoïn löûa hoà quang giöõa caùc ñieän cöïc (graphite, than): hoà quang nung noùng giaùn tieáp (hình b) hoaëc giöõa ñieän cöïc vôùi vaät lieäu caàn gia nhieät (thoâng qua ñieän cöïc khaùc laø voû loø): hoà quang nung noùng tröïc tieáp (hình a). Hoà quang coù theå taïo ra töø nguoàn ñieän moät chieàu hay xoay chieàu laáy töø löôùi. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 38 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp ________________________________________________________________________________________________________ Trang 39 Loø hoà quang thöôøng duøng ñeå naáu theùp hôïp kim chaát löôïng cao, saûn xuaát ñaát ñeøn … Trong loø coù theå trang bò theâm caùc thieát bò khuaáy troän ñeå naâng cao chaát löôïng cuûa kim loaïi naáu. Caùc thoâng soá quan troïng cuûa loø hoà quang laø: - Dung löôïng ñònh möùc cuûa loø: troïng löôïng saûn phaåm toái ña trong moät meû naáu. - Coâng suaát ñònh möùc cuûa bieán aùp loø: aûnh höôûng quyeát ñònh ñeán thôøi gian naáu luyeän vaø khaû naêng thöïc thi theo caùc qui trình coâng ngheä cuûa loø. Chu trình laøm vieäc cuûa loø hoà quang goàm 3 giai ñoaïn: - Giai ñoaïn khôûi ñoäng (moài loø). Trong giai ñoaïn naøy loø caàn moät coâng suaát nhieät lôùn nhaát, naêng löôïng söû duïng trong giai ñoaïn naøy chieám khoaûng 60 ñeán 80% naêng löôïng cuûa toaøn boä quaù trình gia nhieät. Ñeå duy trì hoà quang, ñieän cöïc phaûi ñöôïc ñaët gaàn vaät lieäu caàn naáu vaø caáu truùc caùc vaät lieäu trong loø chöa oån ñònh do ñoù thöôøng xuyeân xaûy ra ngaén maïch. Ñaây laø giai ñoaïn maø hoà quang chaùy keùm oån ñònh nhaát. - Giai ñoaïn oån ñònh: trong giai ñoaïn naøy coâng suaát nhieät yeâu caàu chuû yeáu laø ñeå buø laïi caùc toån hao nhieät vaø chæ khoaûng 60% naêng löôïng cuûa giai ñoaïn khôûi ñoäng. Hoà quang giai ñoaïn naøy oån ñònh vaøo ñöôïc hieäu chænh theo qui trình coâng ngheä cuûa quaù trình gia nhieät. - Giai ñoaïn keát thuùc: Ñaây laø giai ñoaïn laáy saûn phaåm ñaõ naáu luyeän, tu söûa vaø laøm veä sinh loø. Ngoaøi loaïi loø hoà quang chaùy trong moâi tröôøng khoâng khí, ngöôøi ta coøn söû duïng caùc loø hoà quang chaân khoâng vaø loø hoà quang plasma tuyø thuoäc yeâu caàu cuûa coâng ngheä. - Khi naáu kim loaïi trong loø hoà quang chaân khoâng ta seõ traùnh ñöôïc söï töông taùc cuûa kim loaïi vôùi caùc chaát khí coù trong khí quyeån. Luùc naøy haàu nhö kim loaïi chæ coøn taùc duïng vôùi caùc ñieän cöïc. Do vaäy loaïi loø naøy thöôøng ñöôïc duøng trong caùc meû naáu coù yeâu caàu chaát löôïng cao. - Loø hoà quang plasma coù öu ñieåm laø taäp trung moät löôïng naêng löôïng nhieät lôùn trong moät vuøng khoâng gian heïp do ñoù coù khaû naêng taïo ra moät möùc nhieät ñoä trong loø cöïc cao. Vì theá taêng ñöôïc khaû naêng vaø toác ñoä phaûn öùng taïo nhöõng lieân keát maø ôû nhieät ñoä thoâng thöôøng khoâng theå taïo ñöôïc. 2.2.2 Sô ñoà khoáng cheá loø hoà quang 2.2.2.1. Giôùi thieäu Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp Hình 2.6 laø moät sô ñoà ñieàu khieån loø hoà quang öùng duïng trong thöïc teá töï ñoäng ñieàu chænh hoà quang ñieän giöõ nhieät ñoä loø ôû moät möùc ñaët tröôùc. ÔÛ ñaây chæ laø sô ñoà mang tính giôùi thieäu nguyeân lyù laøm vieäc, muoán thi coâng thöïc teá caàn boå sung caùc maïch oån ñònh vaø thöïc hieän treân caû 3 pha. Maïch ñieän goàm caùc phaàn chính nhö: - Bieán doøng cuøng chænh löu CL1 ñeå phaûn hoài doøng hoà quang cho heä thoáng xöû lyù. - Chænh löu CL2 ñeå phaûn hoài ñieän aùp cuûa hoà quang cho heä thoáng xöû lyù. - Hai chænh löu CL1 vaø CL2 taïo thaønh maïch phaûn hoài döông doøng – aâm aùp giuùp heä thoáng ñieàu khieån ñieän cöïc hoà quang. - Maïch khueách ñaïi sai leäch ñeå khueách ñaïi tín hieäu ñuû lôùn ñieàu khieån ñoäng cô chaáp haønh naâng/haï ñieän cöïc hoà quang. Trong moät soá heä thoáng ôû ñaây söû duïng maùy khueách ñaïi töø tröôøng ngang. - Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp ñieàu khieån naâng/haï ñieän cöïc hoà quang. 2.2.2.2. Nguyeân lyù laøm vieäc Vôùi heä thoáng nhö treân sau khi ñaët cheá ñoä laøm vieäc cuûa loø thoâng qua chænh ñònh hai bieán trôû VR1 vaø VR2, heä thoáng seõ töï ñoäng oån ñònh doøng hoà quang theo daïng phaûn hoài döông - doøng aâm aùp giöõ nhieät ñoä loø trong möùc dung sai cho pheùp. Hình 2.6: Sô ñoà khoái nguyeân lyù khoáng cheá loø hoà quang 2.3. LOØ CAÛM ÖÙNG ________________________________________________________________________________________________________ Trang 40 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp 2.3.1. Khaùi nieäm cô baûn Hình 2.7: Nguyeân lyù gia nhieät trong loø caûm öùng Loø caûm öùng laøm vieäc döïa vaøo hieän töôïng caûm öùng ñieän töø. Khi ñaët moät khoái kim loaïi vaøo trong moät töø tröôøng bieán thieân thì trong khoái kim loaïi seõ caûm öùng neân caùc doøng ñieän xoaùy (doøng foucault). Nhieät naêng maø doøng ñieän xoaùy sinh ra seõ laøm noùng khoái kim loaïi. Cuoän laøm vieäc xem nhö cuoän sô caáp maùy bieán aùp, trong khi vaät daãn ñieän caàn gia nhieät gioáng nhö cuoän thöù caáp bò ngaén maïch. Ñeå an toaøn cho cuoän laøm vieäc, thöôøng noù ñöôïc cheá taïo daïng oáng ñoàng coù nöôùc laøm maùt chaïy beân trong. Tuyø vaøo yeâu caàu coâng ngheä, coù theå ñieàu chænh taàn soá doøng ñieän cuoän laøm vieäc cho töông thích. Thoâng thöôøng thay ñoåi töø vaøi traêm Hz ñeán vaøi chuïc KHz. Ví duï ñeå toâi beà maët cuûa chi tieát caàn coù beà maët chòu löïc cao, ngöôøi ta naâng cao taàn soá ñeå doøng ñieän caûm öùng chuû yeáu chaïy beân ngoaøi vaät theå. Luùc naøy nhieät chuû yeáu chæ sinh ra treân beà maët cuûa chi tieát caàn toâi. Nhöng do kim loaïi daãn nhieät toát neân ta chæ ñöa beà maët leân nhieät ñoä cao trong vaøi giaây roài laøm nguoäi nhanh tröôùc khi phaàn lôùn nhieät truyeàn vaøo beân trong chi tieát. Naêng löôïng nhieät truyeàn vaøo kim loaïi phuï thuoäc chuû yeáu vaøo caùc yeáu toá sau: - Ñieän trôû suaát ρ vaø heä soá töø thaåm μ cuûa kim loaïi. Chính nhôø yeáu toá naøy maø caùc beáp ñieän caûm öùng (induction cooking) hay beáp ñieän töø raát an toaøn vôùi ngöôøi söû duïng: naáu, ñun thöïc phaåm raát toát nhöng khoâng gaây phoûng ngöôøi söû duïng maëc duø beáp ñaõ ñöôïc caáp ñieän vì ρ vaø μ cuûa ngöôøi khaùc raát xa cuûa theùp khoâng ræ hoaëc gang. - Cöôøng ñoä töø tröôøng H. Ñöôïc tính theo coâng thöùc: Wnhieät ≈ H2 ≈ I2. Nhöng treân thöïc teá khoâng theå taêng cöôøng ñoä doøng ñieän leân quaù cao vì nhö theå seõ laøm daây bò noùng chaûy (maëc duø ñaõ coù nöôùc laøm maùt). ________________________________________________________________________________________________________ Trang 41 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp - Taàn soá doøng ñieän caûm öùng : Ñöôïc tính theo coâng thöùc: Wnhieät ≈ f . Trong thöïc teá caùc loø caûm öùng thöôøng duøng phöông phaùp naøy. Vì vaäy, noù coøn coù moät teân khaùc laø loø taàn soá. Öu ñieåm cuûa loø caûm öùng: - Coù theå truyeàn nhieät sang vaät caàn gia nhieät tröïc tieáp khoâng qua khaâu trung gian neân hieäu suaát raát cao, truyeàn nhieät nhanh choùng, coù theå töï ñoäng hoaù deã daøng vaø ñaëc bieät coù theå tieán haønh gia nhieät trong moâi tröôøng chaân khoâng. - Coù theå toâi beà maët chi tieát moät caùch deã daøng nhôø hieäu öùng maët ngoaøi cuûa doøng cao taàn. Vaät caàn toâi coù theå mang hình daïng baát kyø. - Do deã töï ñoäng hoaù neân taêng ñöôïc naêng suaát lao ñoäng. Do caùc öu ñieåm nhö treân, loø caûm öùng coù raát nhieàu öùng duïng trong coâng nghieäp: - Naáu chaûy kim loaïi trong khoâng khí, khí trô, chaân khoâng. - Nung phoâi ñeå reøn, daäp, eùp. - Toâi, ram uû caùc chi tieát cô khí. - Gia coâng hoaù nhieät. - Saáy, nung, haøn, ñònh hình chaát ñieän moâi nhö goã, khuoân ñuùc, söù, thoùc luùa, khöû truøng ñoà hoäp … 2.3.2 Sô ñoà khoáng cheá loø caûm öùng 2.3.2.1 Giôùi thieäu Hình 2.8 laø moät sô ñoà ñieàu khieån loø caûm öùng duïng trong thöïc teá töï ñoäng ñieàu chænh nhieät ñoä loø ôû moät möùc ñaët tröôùc. ÔÛ ñaây chæ laø sô ñoà maïch ñoäng löïc, muoán thi coâng thöïc teá caàn boå sung maïch ñieàu khieån. Maïch ñieàu khieån coù theå ñôn giaûn chæ laø moät maïch dao ñoäng ña haøi hay cao caáp laø caùc maïch ñieàu khieån daïng SVPWM (söû duïng giaûn ñoà vector quay) Maïch ñieän goàm caùc phaàn chính nhö: - Caùc voøng daây caûm öùng Ci coù doøng ñieän haøng ngaøn amper ñònh möùc. Ñaây laø nguoàn phaùt sinh nhieät khi ñaët vaät caàn gia nhieät vaøo voøng daây naøy. - Bieán aùp löïc laøm vieäc vôùi taàn soá töông öùng vôùi taàn soá laøm vieäc cuûa loø. - Tuï C nhaèm phaân ly doøng ñieän moät chieàu vaø buø heä soá coâng suaát. - Hai SCR T1 vaø T2 giöõ chöùc naêng ñoùng ngaét taïo doøng taàn soá cao cung caáp cho maùy bieán aùp BA. Coâng suaát boä nghòch löu naøy coù theå ñeán 12.000KW; hieäu suaát coù theå ñeán 0,95; ñieän aùp laøm vieäc 1000V vaø taàn soá ñònh möùc 10 KHz. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 42 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp - Cuoän khaùng K baûo veä quaù dI/dt cho SCR. - Maïch ñieàu cheá xung taïo doøng kích daãn hai SCR. - Daây daãn cao taàn: ñaëc tröng cuûa daây daãn doøng cao taàn laø coù caûm khaùng ñaëc bieät lôùn so vôùi hieäu öùng beà maët, hoå caûm vaø chuùng phuï thuoäc nhieàu vaøo taàn soá. Thoâng thöôøng trong thöïc teá daây naøy chính laø caùc thanh caùi roãng ruoät coù nöôùc laøm maùt chaïy beân trong. Hieän nay ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ñöôïc caùp cao taàn coù doøng 500A, taàn soá ñònh möùc 10 KHz vaø ñieän aùp ñeán 2 KV. 2.3.2.2 Nguyeân lyù laøm vieäc Ñeå coù ñöôïc ñieän aùp DC soùng daïng töông ñoái phaúng, ngöôøi ta phaûi söû duïng chænh löu nhieàu pha (vì duøng boä loïc khoâng thích hôïp ñoái vôùi caùc heä thoáng coâng suaát cöïc lôùn). Sau ñoù ñieän aùp naøy ñöôïc nghòch löu bôûi hai SCR T1 vaø T2 thoâng qua maïch ñieàu khieån laø khoái ñieàu cheá xung. Qua bieán aùp ñieän aùp ñöôïc naâng leân töông öùng vôùi yeâu caàu cuûa loø. Hình 2.8: Maïch ñoäng löïc trong loø caûm öùng 2.3.3 Nung noùng ñieän moâi Ñaây coù theå xem nhö moät öùng duïng môû roäng cuûa nung noùng caûm öùng. Ñeå coù theå nung noùng vaät lieäu khoâng daãn ñieän, taàn soá nguoàn luùc naøy ít nhaát phaûi vaøi MHz trôû leân. Naêng löôïng coù taàn soá cao naøy truyeàn vaøo vaät caàn gia nhieät khieán cho caùc löôõng cöïc ñieän trong vaät naøy xoay quanh vò trí oån ñònh cuûa noù cöïc nhanh, ma saùt vôùi caùc phaàn töû khaùc sinh nhieät. Do caùc phaàn töû löôõng cöïc ñieän naèm beân trong vaät caàn gia nhieät neân nhieät löôïng sinh ra trong phöông phaùp gia nhieät naøy toaû raát ñeàu treân vaät theå. Ví duï nhö öùng duïng gia nhieät trong hình döôùi ñaây. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 43 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp Hình 2.9: Gia nhieät theo nguyeân taéc caûm öùng Caùc mieáng vaùn ñöôïc goït thaät moûng theo caùc kích thöôùc ñònh saün ñaët giöõa hai ñieän cöïc. Khi aùp vaø 2 ñieän cöïc naøy moät ñieän aùp cao vôùi taàn soá cao, söï ma saùt cuûa caùc löôõng cöïc ñieän trong töøng mieáng vaùn moûng laøm taám vaùn eùp khoâ nhanh vaø ñeàu. Nhieàu chi tieát caàn laøm noùng tröôùc khi ñem gia coâng cuõng duøng phöông phaùp naøy ví duï: laøm meàm caùc chaát deûo (plastic) tröôùc khi ñònh hình (vì trong ñieàu kieän nhieät ñoä thöôøng chuùng raát cöùng); Raõ ñoâng (defrost) cho thöïc phaåm ñoâng laïnh; khöû truøng ñoà hoäp; trong y khoa ñeå taïo moät côn soát nhaân taïo duøng cho vaät lyù trò lieäu … Ngoaøi ra trong gia duïng ngöôøi ta ñaõ cheá taïo raát nhieàu loø daïng naøy, ñoù laø loø vi soùng (Microwave Oven). Loø naøy ñaëc bieät thoâng duïng ôû caùc xöù laïnh do chöùc naêng raõ ñoâng cuûa noù. Tuy nhieân do tính chaát nhö ñaõ neâu ôû treân, thöïc phaåm nöôùng trong loø naøy bò maát nöôùc. Do ñoù ñeå naâng cao chaát löôïng khi nöôùng thöïc phaåm, ngöôøi ta thöôøng keát hôïp theâm caùc ñieän trôû gia nhieät trong loø. Maïch ñieän cuûa loø vi ba coù theå deã daøng tìm thaáy trong caùc taïp chí ñieän töû daân duïng. Trong coâng nghieäp caùc loø daïng naøy chuû yeáu duøng ñeøn ñieän töû: ñeøn magneùtron (do yeâu caàu veà coâng suaát, ñieän aùp vaø taàn soá cao) trong khi caùc sinh vieân ngoaøi ngaønh chöa ñöôïc trang bò kieán thöùc veà daïng linh kieän naøy neân giaùo trình khoâng trình baøy. Neáu baïn coù nhu caàu haõy tham khaûo taøi lieäu veà Ñieän töû coâng nghieäp daønh cho sinh vieân chuyeân ñieän. 2.4 GIÔÙI THIEÄU MAÙY HAØN TIEÁP XUÙC 2.4.1 Khaùi nieäm cô baûn Haøn tieáp xuùc laø phöông phaùp haøn lôïi duïng hieäu öùng nhieät cuûa doøng ñieän coù trò soá lôùn chaûy qua ñieän trôû tieáp xuùc giöõa hai taám kim loaïi ñeå taïo nhieät löôïng keát dính hai taám kim loaïi laïi vôùi nhau taïi ñieåm tieáp xuùc. Chính vì theá coù khi ngöôøi ta coøn goïi laø haøn ñieän trôû. Tuy nhieân maùy haøn tieáp xuùc khoâng chæ haøn ñöôïc theo töøng ñieåm maø thöôøng ñöôïc cheá taïo theo ba daïng: - Haøn noái: Duøng ñeå noái caùc oáng, caùc thanh kim loaïi laïi vôùi nhau ví duï haøn löôõi cöa maùy … Minh hoạ qua hình 2.10 a. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 44 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp - Haøn ñieåm: Ñeå haøn caùc taám moûng. Moái haøn coù hình daïng laø moät ñieåm coù kích thöôùc baèng ñuùng tieát dieän beà maët tieáp xuùc cuûa ñieän cöïc haøn. Minh hoạ qua hình 2.10 b. - Haøn laên (haøn ñöôøng): haøn gheùp mí theo ñöôøng thaúng hoaëc cong giöõa hai taám kim loaïi. Ví duï haøn thuøng chöùa daàu taûn nhieät trong maùy bieán aùp löïc, phao … Luùc naøy ñieän cöïc laø caùc con laên, coù theå taïo ñöôïc caùc moái haøn lieân tuïc hay thaønh maûng baèng caùc veát haøn choàng laép. Minh hoạ qua hình 2.10 c. Hình 2.10: Caùc daïng haøn ñieän trôû 1- Ñieän cöïc haøn 2- Vaät caàn haøn 3- Moái haøn 4- Maùy bieán aùp haøn a) Haøn noái b) Haøn ñieåm c) Haøn laên Gioáng nhö trong loø ñieän trôû, nhieät löôïng sinh ra treân moái haøn ñöôïc tính theo coâng thöùc: Q = R . I2 . t (2.2) Töø ñaây, muoán ñieàu khieån nhieät ñoä treân moái haøn ta coù theå ñieàu khieån R, I hay t. Caên cöù vaøo nhieät ñoä noùng chaûy cuûa taám kim loaïi caàn haøn, seõ ñieàu chænh nhieät löôïng töông thích ñeå moái haøn keát dính toát. Thoâng thöôøng ñeå cho deã ñieàu khieån, ngöôøi ta seõ giöõ nguyeân giaù trò doøng haøn vaø ñieàu chænh thôøi gian haøn. Vôùi cuøng moät vaät lieäu haøn coù theå xem nhö ñieän trôû moái haøn R = const nhöng roõ raøng ñieän trôû naøy phuï thuoäc vaøo kim loaïi haøn: theùp coù ñieän trôû lôùn neân haøn raát deã vôùi doøng ñieän nhoû trong khi nhoâm coù ñieän trôû nhoû vaø lôùp oxyt beà maët beàn vöõng ñoøi hoûi giaù trò cuûa doøng haøn phaûi raát lôùn. 2.4.2 Chu kyø laøm vieäc cuûa maùy haøn ñieåm (spot welding) Ñeå ñieàu khieån maùy haøn ñieåm theo moät chöông trình töï ñoäng, baét buoäc chöông trình haøn cho töøng moái haøn phaûi ñöôïc thieát keá chính xaùc. Moãi chu kyø haøn trong maùy haøn ñieåm bao goàm 4 böôùc minh hoaï treân hình 2.11 nhö sau: ________________________________________________________________________________________________________ Trang 45 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp Hình a Hình b Hình c Hình d Hình 2.11: Trình töï caùc böôùc trong maùy haøn ñieåm 1/ Thôøi gian neùn (hình a): Trong khoaûng thôøi gian naøy, hai ñieän cöïc eùp chaët vaøo hai taám kim loaïi caàn haøn, taïo moät aùp suaát thích hôïp leân moái haøn. 2/ Thôøi gian haøn (hình b): laø thôøi gian doøng ñieän ñi qua vaät caàn haøn taïi ñieåm tieáp xuùc vôùi ñieän cöïc. Doøng ñieän naøy ñuû lôùn ñeå noùng chaûy vaø keát dính hai taám kim loaïi taïi ñieåm tieáp xuùc. 3/ Thôøi gian giöõ (hình c): trong thôøi gian naøy caùc ñieän cöïc vaãn coøn eùp chaët vaøo moái haøn vaø chôø cho moái haøn raén trôû laïi. 4/ Thôøi gian ngaét (hình d): ñaây laø thôøi gian ñeå tieáp tuïc ñöa ñieåm caàn haøn keá tieáp vaøo giöõa hai ñieän cöïc. 2.4.3 Giôùi thieäu maïch ñieän maùy haøn tieáp xuùc 2.4.3.1. Giôùi thieäu Hình 2.12 trình baøy maïch ñieän cuûa moät maùy haøn ñieåm (spot welding) xaùch tay cuûa Myõ. Caáu taïo goàm: - Bieán aùp BA1 cung caáp ñieän naïp tuï C taïo doøng IG kích daãn SCR T. Bieán aùp naøy coù coâng suaát raát beù, naèm trong maïch ñieàu khieån. - Bieán aùp BA2 chính laø bieán aùp haøn. Coâng suaát ñöôïc choïn tuyø thuoäc vaøo loaïi vaät lieäu caàn haøn coù loõi theùp kyõ thuaät ñieän laø loaïi daøi (khoâng choïn daïng gaàn khoái vuoâng ñeå naâng cao töø thoâng taûn traùnh chaùy daây quaán maùy bieán aùp haøn khi laøm vieäc ôû cheá ñoä ngaén maïch). - Boä coâng taéc khoâng tieáp ñieåm goàm D1; D2; D3; D4 vaø SCR T. Boán diode giöõ chöùc naêng töông töï nhö moät caàu chænh löu giuùp SCR ñoùng caét doøng xoay chieàu (minh hoaï treân hình 2.13). - Maïch naïp xaû R, C giöõ chöùc naêng ñònh thôøi gian haøn. - Ñieän cöïc söû duïng loaïi ñoàng caùn nguoäi. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 46 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Giaùo trình Ñieän töû coâng nghieäp Điện cực Hình 2.12: Sô ñoà nguyeân lyù maïch ñieän maùy haøn ñieåm xaùch tay 2.4.3.2. Nguyeân lyù laøm vieäc Nhö ñaõ noùi ôû treân, nhieät löôïng sinh ra taïi moái haøn ñöôïc tính theo coâng thöùc (2.1): Q = R. I2. t. Cuï theå vôùi maïch ñieän treân hình 2.12 ngöôøi ta ñieàu tieát nhieät ñoä treân moái haøn thoâng qua vieäc ñieàu khieån thôøi gian haøn. Khi vöøa caáp ñieän cho maïch, tuï ñieän C seõ nhanh choùng naïp ñaày, luùc naøy vaãn chöa coù doøng ñieän haøn vì SCR T chöa daãn. Sau khi ñaõ chuaån bò ñaày ñuû caùc ñieàu kieän haøn nhö : laøm saïch nôi döï ñònh seõ haøn ; eùp chaët hai taám theùp caàn haøn (do coâng suaát maùy haøn xaùch tay raát beù neân khoâng theå haøn caùc kim loaïi coù ñoä daãn ñieän toát nhö Al, Cu …) … Ta nhaán nuùt SW. Coâng taéc naøy chuyeån maïch sang beân phaûi vaø xaû ñieän treân tuï vaøo chaân G (Gate) cuûa SCR T, laøm cho T daãn caáp doøng ñieän haøn (T vaø caùc diode D1, D2, D3, D4 hoaït ñoäng nhö moät coâng taéc daãn doøng xoay chieàu minh hoaï treân hình 2.13, traïng thaùi cuûa coâng taéc naøy chính laø traïng thaùi cuûa T). Hình 2.13: Coâng taéc daãn doøng xoay chieàu duøng SCR Thôøi gian haøn ñöôïc ñieàu chænh tuyø thuoäc vaøo giaù trò cuûa bieán trôû VR vì khi VR caøng lôùn thì thôøi gian xaû tuï caøng laâu, doøng IG toàn taïi caøng laâu khieán cho doøng ñieän haøn caøng laâu (töông öùng vôùi nhieät ñoä caøng cao) hoaëc ngöôïc laïi. Nhö vaäy tuyø vaøo chuûng loaïi theùp haøn, beà daøy hai taám theùp haøn maø ta choïn thôøi gian haøn sao cho hôïp lyù. Ñeå caùc moái haøn ñöôïc chaéc, beàn vaø ñeïp, neân xöû lyù beà maët cuûa vaät caàn haøn thaät saïch tröôùc khi haøn. ________________________________________________________________________________________________________ Trang 47 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình _______________________________________________________________________Chöông 3 ÑIEÀU KHIEÅN THEO CHÖÔNG TRÌNH Chöông naøy giôùi thieäu caùc vaán ñeà cô baûn veà boä ñieàu khieån laäp trình (PLC: Programmable-Logic-Controller) vaø caùc öùng duïng cuûa noù trong coâng nghieäp nhö ñieàu khieån robot, ñieàu khieån quaù trình, ñieàu khieån giaùm saùt ... 3.1 KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN 3.1.1 Ñieàu khieån vaø ñieàu khieån töï ñoäng 3.1 Giôùi thieäu caùc phöông thöùc ñieàu khieån thoâng duïng Moät heä thoáng ñieàu khieån baát kyø ñeàu ñöôïc caáu taïo goàm 3 phaàn: khoái vaøo, khoái ñieàu khieån vaø khoái ra (hình 3.1) KHỐI VÀO KHỐI RA KHỐI ĐIỀU KHIỂN Tín hiệu vào Tín hiệu ra Cơ cấu chấp hành Cảm biến hay các bộ chuyển đổi Khâu xử lý / điều khiển Hình 3.1: Caùc khoái chính trong heä thoáng ñieàu khieån. ÔÛ ñaây maïch ñieàu khieån seõ chòu söï taùc ñoäng cuûa ngöôøi ñieàu khieån giaùm saùt söï thay ñoåi ôû ngoõ ra theo ngoõ vaøo sao cho heä thoáng laøm vieäc theo ñuùng yeâu caàu maø ngöôøi ñieàu khieån mong muoán. Thoâng thöôøng ngöôøiø ta ñieàu khieån heä thoáng theo hai phöông phaùp: phöông phaùp ñieàu khieån theo voøng hôû (open-loop control) vaø phöông phaùp ñieàu khieån theo voøng kín (close-loop control): - Ñieàu khieån theo voøng hôû (open-loop control), minh hoaï treân hình 3.2: Chương trình điều khiển Yêu cầu điều khiển Tác động Đối tượng Điều khiển Kết quả điều khiển NHIỄU Hình 3.2: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng hôû Trang 47 Simpo PDF Merge and Split Unr gistered Version - Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Ñaây laø daïng ñieàu khieån ñôn giaûn: maïch ñieàu khieån taùc ñoäng leân ñoái töôïng caàn ñieàu khieån vaø khoâng bieát ñöôïc keát quaû coù ñaït yeâu caàu ñaët ra hay khoâng. Ví duï khi ta baät coâng taéc ñeøn trong phoøng hoïc ñeøn saùng hay khoâng saùng maïch ñieän cuõng khoâng heà bieát ñöôïc keát quaû; nhaán chuoâng coù theå chuoâng khoâng keâu … Trong maùy CNC (Computer Numerical Control) thöôøng duøng heä naøy trong ñieàu khieån baøn maùy baèng ñoäng cô böôùc, minh hoaï qua hình 3.3: Hình 3.3: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng hôû duøng ñoäng cô böôùc Nhö vaäy vôùi heä thoáng naøy khi coù söï can thieäp cuûa caùc tín hieäu nhieãu (tín hieäu ngoaøi yù muoán) töø beân ngoaøi taêng cao, vieäc ñieàu khieån quaù trình seõ khoâng chính xaùc. Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm naøy ngöôøi ta söû duïng heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín (ñieàu khieån coù phaûn hoài). - Ñieàu khieån theo voøng kín (feedback control hay close-loop control), minh hoaï qua hình 3.4: Chương trình điều khiển Yêu cầu điều khiển Tác động Đối tượng Điều khiển Kết quả điều khiển NHIỄU Đường phản hồi So sánh Hình 3.4: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín Phöông phaùp naøy coù khaû naêng giaûm thieåu söï taùc ñoäng cuûa nhieãu baèng caùch lieân tuïc giaùm saùt söï thay ñoåi tín hieäu ôû ngoõ ra khi nhaän thaáy coù söï sai leäch laäp töùc hieäu chænh ñeå giaûm thieåu sai soá naøy. Nhö vaäy trong heä thoáng luoân luoân coù söï phaûn hoài töø ngoõ ra trôû veà giuùp heä thoáng taùc ñoäng leân ñoái töôïng caàn ñieàu khieån, Trang 48 Simpo PDF Merge and Split Unr gistered Version - Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình coá gaéng khoâng ñeå xaûy ra hieän töôïng maát kieåm soaùt, taêng tính oån ñònh cho heä thoáng. Nhö vaäy ñeå ñieàu khieån ñöôïc heä thoáng moät caùch töï ñoäng (giaûm thieåu söï giaùm saùt vaø taùc ñoäng bôûi ngöôøi ñieàu khieån) baét buoäc ñoù phaûi laø moät heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín. Minh hoaï moät heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín töï ñoäng ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô DC nhö hình 3.5. Tín hiệu yêu cầu Khuếch đại Động cơ + + _ _ Tải cơ Phản hồi tốc độ Phản hồi vị trí Khuếch đại Hình 3.5: Heä thoáng töï ñoäng ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô DC Trong heä thoáng treân hình 3.5, ñeå töï ñoäng ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô DC, ngöôøi ta thöïc hieän phaûn hoài toác ñoä vaø vò trí. So saùnh hai tín hieäu phaûn hoài naøy vôùi tín hieäu yeâu caàu ñaët tröôùc töø beân ngoaøi, heä thoáng seõ laøm vieäc oån ñònh theo cheá ñoä ñaët tröôùc naøy. 3.2. Heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng: Moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng bao goàm 3 phaàn chuû yeáu: Thieát bò ñieàu khieån (TBÑK). Ñoái töôïng ñieàu khieån (ÑTÑK). Thieát bò ño löôøng (TBÑL). N C Trang 49 Hình 3.6: Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng. Trong ñoù: C: tín hieäu caàn ñieàu khieån, thöôøng goïi laø tín hieäu ra (output). U: tín hieäu ñieàu khieån. TBÑK ÑTÑ TBÑL F R Simpo PDF Me