Baocao Khicudien - Lecture notes 1 PDF

Preview

Summary

TR NG Đ I H C KỸỸ THU T CÔNG NGH CẦẦN THƯỜ Ạ Ọ Ậ Ệ ƠKHOA: KỸỸ THU T C KHÍẬ ƠĐỒ ÁN MÔN HỌCĐỀ TÀITÌM HIỂU CẢM BIẾN THUỘC NHÓM KHÍ CỤ ĐIỆN THEO DÕI,GIÁM SÁTGI NG VIÊN H NG DẦỸNẢ ƯỚ ThS. Tô Ái NhânSINH VIÊN TH C HI NỰ ỆHuỳnh Thanh Đâầy 1700081 Ngành: Công ngh kyỹ thu t ệ ậ Điềầu khi n và T đ ng hóa ể ự ...

Description

TR

ƯỜ NG Đ I Ạ H CỌKỸỸ THU Ậ T CÔNG NGH ỆCẦẦN THƠ KHOA: KỸỸ THUẬT CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI TÌM HIỂU CẢM BIẾN THUỘC NHÓM KHÍ CỤ ĐIỆN THEO DÕI, GIÁM SÁT GI Ả NG VIÊN H ƯỚ NG DẦỸN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

ThS. Tô Ái Nhân

Huỳnh Thanh Đâầy 1700081 Ngành: Công nghệ kyỹ thuật Điềầu khiể n và Tự động hóa

Cầần Thơ - 2020

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cảm biến trong nhà máy luyện thép...........................................................3 Hình 1.2 Hệ thống cảm biến tích hợp trên xe............................................................4 Hình 1.3 Hệ thống nhận diện EyeQ...........................................................................5 Hình 2.1 Cảm biến dòng điện....................................................................................7 Hình 2.2 Cảm biến dòng điện T201...........................................................................8 Hình 2.3 Cảm biến dòng điện T201DC.....................................................................8 Hình 2.4 Cảm biến dòng điện T201 AC/DC..............................................................9 Hình 2.5 Cảm biến dòng điện 30A ACS712-30A.....................................................10 Hình 2.6 Cảm biến hồng ngoại................................................................................11 Hình 2.7 Cảm biến hồng ngoại trong công nghiệp.................................................13 Hình 2.8 cấu tạo cảm biến áp suất..........................................................................14 Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động.................................................................................14 Hình 2.10 Cảm biến áp suất hãng Georgin của Pháp.............................................15 Hình 2.11 Cảm biến áp suất dùng cho thuỷ lực và các loại chất lỏng....................18 Hình 2.12 Bộ hiển thị...............................................................................................19 Hình 2.13 Sơ đồ đấu nối..........................................................................................20 Hình 2.14 Kết nối với bộ hiển thị............................................................................20 Hình 2.15 Kết nối với PLC......................................................................................20 Hình 2.16 Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm..................................................23 Hình 2.17 Cảm biến siêu âm với arduino................................................................24 Hình 2.18 Cảm biến gắn trên xe..............................................................................25 Hình 2.19 Cảm biến siêu âm trong công nghiệp.....................................................25 Hình 2.20 Cảm biến Sea YF-s201 DN15.................................................................30 Hình 2.21 Cảm biến AMF60...................................................................................32 Hình 3.1 Sơ đồ đấu dây Arduino với cảm biến dòng điện.......................................34 Hình 3.2 Mô hình cảm biến dòng............................................................................34 Hình 3.3 Các linh kiện và đấu nối của mạch..........................................................35

MỤC LỤC

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH..........................................................................................i MỤC LỤC.................................................................................................................ii MỞ ĐẦU...................................................................................................................1 1.

Đặt vấn đề......................................................................................................1

2.

Lý do chọn đề tài...........................................................................................1

3.

Mục tiêu, phạm vi nghiên cứu.......................................................................1

4.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.......................................................................2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................3 1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT THIẾT BỊ................3 1.1.1 Một số hệ thống cảm biến nước ngoài.....................................................3 1.1.2 Một số hệ thống cảm biến trong nước......................................................4 CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................6 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.........................................................................6 2.1.1 Tổng quan về cảm biến dòng điện............................................................6 2.1.2.1 Một số phương pháp đo dòng điện....................................................7 2.1.2.2 Cảm biến dòng điện T201.................................................................7 2.1.2.3 Cảm biến dòng điện AC 5A, ZMCT103C.........................................9 2.1.2 Tổng quan về cảm biến hồng ngoại........................................................11 2.1.2.1 Cảm biến hồng ngoại LM393..........................................................11 2.1.2.2 Cảm biến Tiệm cận hồng ngoại E3F-DS30C4 30cm NPN.............12 2.1.3 Tổng quan về cảm biến áp suất..............................................................13 2.1.3.1 Cảm biến áp suất.............................................................................13 2.1.3.2 Nguyên lý hoạt động.......................................................................14 2.1.3.3 Ứng dụng của cảm biến...................................................................16 2.1.3.4 Cảm biến dùng trong công nghiệp...................................................17 2.1.3.5 Cảm biến áp suất thuỷ lực Model D2415........................................17

MỤC LỤC 2.1.3.6 Cảm biến dùng trong thí nghiệm.....................................................20 Cảm biến áp suất MAC...............................................................................20 2.1.4 Tổng quan về cảm biến siêu âm.............................................................23 2.1.4.1 Nguyên lý hoạt động:......................................................................23 2.1.4.2 Cảm biến siêu âm HC-SRF04.........................................................23 2.1.4.3 Cảm biến siêu âm trong công nghiệp IFM UNIT510.....................24 2.1.5 Tổng quan về cảm biến lưu lượng..........................................................26 2.1.5.1 Khái niệm........................................................................................26 2.1.5.2 Phân loại..........................................................................................26 2.1.5.3 Cảm biến lưu lượng dùng trong nghiên cứu:...................................30 2.1.5.4 Cảm biến lưu lượng dùng trong công nghiệp..................................31 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................33 2.2.1 Cách thức nghiên cứu.............................................................................33 2.2.2 Phương pháp thực nghiệm......................................................................33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..........................................................34 3.1 KẾT QUẢ......................................................................................................34 3.1.1 Ứng dụng cảm biến dòng điện................................................................34 3.1.1.1 Sơ đồ đấu dây..................................................................................34 3.1.1.2 Mô hình thực tế...............................................................................34 3.1.1.3 Sử dụng cảm biến dòng thực tế trong thiết bị điện..........................35 3.2 THẢO LUẬN................................................................................................35 KẾT LUẬN.............................................................................................................36 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................37

MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Đất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá, nền kinh tế đang trên đà phát triển, việc sử dụng các thiết bị điện, khí cụ điện vào trong xây lắp các khu công nghiệp, khu chế xuất – liên doanh, khu nhà cao tầng ngày càng nhiều. Vì vậy việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán lựa chọn sử dụng rất cần thiết cho sinh viên học ngành Điện. Với một chức năng không thể thay thế, từ lâu khí cụ điện đã đóng vai trò quan trọng với đa chức năng, chủng loại và nguyên lí làm việc. Trong đó không thể không nói đến việc kiểm tra giám sát đảm bảo sự an toàn trong suốt quá trình hoạt động của thiết bị.

2. Lý do chọn đề tài Nhằm tìm hiểu rõ hơn về chức năng kiểm tra, theo dõi, giám sát của khí cụ điện đối với các thiết bị đang hoặc không hoạt động. Hiểu rõ nguyên lí làm việc của các cảm biến từ đó áp dụng chúng vào thực tiễn cuộc sống. Chính vì thế nhóm thực hiện đề tài “Tìm hiểu cảm biến thuộc nhóm khí cụ điện theo dõi, giám sát”.

3. Mục tiêu, phạm vi nghiên cứu  Mục tiêu: -

Nắm được chức năng của nhóm khí cụ điện kiểm tra, theo dõi.

-

Tìm hiểu các cảm biến điển hình được sử dụng rộng rãi trong đời sống.

 Phạ m vi nghiên cứu: -

Thông qua tài liệu chuyên ngành tìm hiểu rõ khí cụ điện có chức năng theo dõi, giám sát.

-

Tìm hiểu các loại cảm biến bằng sách báo hoặc thông qua internet.

1

MỞ ĐẦU -

Bằng kiến thức đã học kiểm tra độ chính xác các thong số cơ bản của cảm biến. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

 Ý nghĩa khoa học -

Ứng dụng được khí cụ điện kiểm tra, giám sát vào đời sống.

-

Đổi mới công nghệ và phương pháp quản lý để nâng cao hiệu quả làm việc của thiết bị điện.

 Ý nghĩa thực tiêễn -

Vận dụng được mô hình vào nhiều môi trường thực tế.

-

Tiết kiệm thời gian và công sức theo dõi, kiểm tra, sửa chữa.

2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT THIẾT BỊ 1.1.1 Một số hệ thống cảm biến nước ngoài Trên thế giới hiện nay việc sử dụng cảm biến trong đời sống đã không còn mới mẽ. Xu hướng hiện nay là giảm thiểu nhiều nhất tác động thủ công tiến hành tự động hóa, cho nên sử dụng các loại cảm biến là một yếu tố vô cùng quan trọng. Hãy tìm hiểu một ví dụ cụ thể về sử dụng cảm biến trong nhà máy luyện thép.

Hình 1.1 Cảm biến trong nhà máy luyện thép Các nhà máy sản xuất mới và các nhà máy trang bị trong công nghiệp sản xuất thép đang phát triển cho thấy những cơ hội cho các nhà cung cấp cảm biến. Chiếm khoảng 1,5% của thị trường cảm biến toàn cầu (tổng trị giá 65 tỉ Đô la), ngành công nghiệp thép thoạt nhìn có vẻ không có cơ hội tăng trưởng cao hoặc là ngành mở rộng ứng dụng cảm biến trong sản xuất. Đối với một ngành công nghiệp được thiết lập theo cách riêng và đang ứng dụng công nghệ có khi tuổi đời hơn một trăm năm tuổi, thì lĩnh vực sản xuất cơ bản này đã chín muồi để thay đổi. Tăng tự động hóa, tuân thủ các tiêu chuẩn và các quy định mới, cũng như hiệu quả tốt hơn và công suất sử dụng là những lý do thuyết phục các nhà cung cấp cảm biến để ý, ghi nhớ và tận dụng những cơ hội này. Sự kết hợp của độ cứng, tính linh hoạt và độ bền làm cho thép trở thành một trong những trụ

3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN cột của cuộc cách mạng công nghiệp. Trong chính các nước sản xuất thép, ngành thép góp phần lớn GDP và dự kiến sẽ vẫn như vậy trong tương lai gần. Đối với giao thông Camera được lắp đặt xung quanh xe hơi, phát hiện vật thể xung quanh xe, khoảng cách tới xe, và tốc độ mà vật thể đang tiến tới. Camera cũng được lắp đặt bên trong xe để xác định người ngồi trong xe để điểu khiển xe một cách tương ứng như chọn nhạc, đặt nhiệt độ, định vị dây an toàn… Những cảm biến nhỏ gọn tích hợp sẽ giúp người lái kiểm soát giao thông tốt hơn. Hệ thống cảm biến tích hợp với hạ tầng giao thông và ở mỗi điểm giao cắt sẽ cho người lái xe biết chính xác số lượng phương tiện tham gia giao thông, phân loại, định vị, cảnh báo và lựa chọn tốc độ cũng như lộ trình phù hợp. Dữ liệu từ xe, thông qua hệ thống cảm biến sẽ được gửi về trung tâm phân tích và rõ ràng việc điều khiển, phân luồng giao thông tự động là hoàn toàn có thể, nhờ đó giao thông được thông suốt.

Hình 1.2 Hệ thống cảm biến tích hợp trên xe 1.1.2 Một số hệ thống cảm biến trong nước Việt Nam là một nước có nguồn tri thức trẻ xong không vì thế mà chúng ta lại cách quá xa xu hướng của thế giới. Thị trường cảm biến ở Việt Nam được nhận định là thị trường lớn và có nhiều tiềm năng để phát triển. Rất nhiều dự án rất nhiều sản phẩm mang thương hiệu Việt với tính năng và công dụng không thua gì các nước phát triển trên thế giới. Dễ thấy nhất là hệ thống sử dụng cảm biến nhận diện khuôn mặt EyeQ.

4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Hình 1.3 Hệ thống nhận diện EyeQ EyeQ Tech áp dụng phương pháp Deep Learning trong Thuật toán Theo dõi và Nhận dạng khuôn mặt trong sản phẩm, từ đó cho phép hệ thống trở nên thông minh hơn, nhanh hơn và chính xác hơn thông qua quá trình tích lũy dữ liệu và training (tương tự DeepMind của Google). Hơn nữa, EyeQ Tech đã thực hiện một bài kiểm tra độ chính xác trên một bộ dữ liệu bao gồm 10.000 khuôn mặt. Tỷ lệ chính xác đạt được là 95% khuôn mặt được nhận diện chính xác.

5

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Các đối tượng nghiên cứu:

-

Tổng quan về cảm biến dòng điện. Tổng quan về cảm biến hồng ngoại. Tổng quan về cảm biến áp suất. Tổng quan cảm biến siêu âm

2.1.1 Tổng quan về cảm biến dòng điện Cảm biến dòng điện là một thiết bị phát hiện dòng điện trong dây và tạo ra tín hiệu tỷ lệ với dòng điện đó. Tín hiệu dược tạo ra có thể là điện áp hoặc dòng điện hoặc là đầu ra kỹ thuật số. Tín hiệu được tạo ra sau đó có thể được sử dụng để hiển thị dòng điện đo được trong ampe kế hoặc có thể được lưu trữ để phân tích thêm trong hệ thống thu thập dữ liệu và có thể sử dụng cho mục đích điều khiển. Có hai phương pháp dùng cảm biến dòng điện hiện nay: Cảm biến dòng điện trực tiếp phụ thuộc vào định luật Omh. Bằng cách đặt một điện trở shunt tỷ lệ thuận với dòng tải hệ thống. Điện trở trên shunt có thể đo được bằng các bộ khuếch đại vi sai, ví dụ như các bộ khuếch đại dòng shunt. Nó thường được thực hiện cho dòng tải Hight = Low = Ov output

-

Hình ở giữa : Khi có áp suất nén => Hight > Low = + V Output

-

Hình bên phải : Khi có áp suất hút => Low > Hight = -V Output

 Dựa vào nguyên lý -

Cảm biến áp suất dãy đo 0-10bar. Tín hiệu ngõ ra : 0-10V. Khi áp suất đạt 0-5bar thì tín hiệu điện áp xuất ra 0-5V. Tương tự khi áp áp đạt giới hạn max 10bar thì tín hiệu điện áp 10V

-

Cảm biến áp suất chân không dãy đo -1…0bar. Tín hiệu ngõ ra : 4-20mA. Điều này có nghĩa là khi không có sự tác động lực hút thì áp suất 0bar tương ứng với tín hiệu dòng 4mA. Khi lực hút đạt giới hạn max -1bar thì cảm biến sẽ xuất tín hiệu dòng 20mA

 Dãy đo cảm biến áp suất

15

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đơn vị đo áp suất tiêu chuẩn châu Âu là : bar hoặc psi (1bar = 14.5psi) Ở Việt Nam thường dùng nhất là : kg/cm2 thường gọi là áp suất bao nhiêu ” kg ” (tương đương 1bar) hoặc Mpa đơn vị có nguồn gốc từ Nhật Bản. Tất cả các máy móc nhập từ Nhật Bản thì điều dùng đơn vị là MPa (megapascal).

Hình 2.10 Cảm biến áp suất hãng Georgin của Pháp. Áp suất chịu quá áp vượt ngưỡng thường 100% áp suất max của dãy đo max. Ví dụ cảm biến áp suất dãy đo : 0-25bar. Áp suất quá áp chịu được max 50bar

 Phân loại: -

Cảm biến áp suất dạng điện trở

-

Cảm biến áp suất dạng màng

-

Cảm biến áp suất nước

-

Cảm biến áp suất hơi

-

Cảm biến áp suất khí nén

-

Cảm biến áp suất â, chân không

-

Cảm biến áp suất dầu thủy lực

16

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Tiêu chuẩn lựa chọn cảm biến: -

Chọn cảm biến phù hợp với môi chất làm việc của nó, nếu chọn sai sẽ làm hỏng cảm biến hoặc không sử dụng được

-

Nhiệt độ tiếp môi chất tiếp xúc với chân kết cảm biến

-

Thang đo áp suất, giới hạn áp suất của môi trường cần đo để lựa chọn phù hợp tránh sai số lớn

-

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến: tín hiệu dòng ( 0mA đến 20 mA) , tín hiệu điện áp ( từ 0V đến 10 V hoặc từ 0V đến 5V)

-

Lưu ý kiểu kết nối của cảm biến áp suất để chọn loại phù hợp với điều kiện, phần cơ khí, điều khiển hiện có

-

Giá thành sản phẩm, ưu điểm và độ vượt trội của các loại cùng thông số với nhau

2.1.3.3 Ứng dụng của cảm biến Đối với các trường hợp dùng cảm biến áp suất dùng cho máy nén khí, áp suất nước, dầu thủy lực và các chất lỏng không có tính ăn mòn khác thì dùng loại cảm biến áp suất thường. Các dãy đo áp suất 0-0.1bar; 0-0.16bar;…được dùng để đo mức nước tĩnh trong bồn chứa không có áp suất. Mức nước được tính như sau : 1bar = 10mH2O (hoặc 100mbar = 100mmH20) Trường hợp ứng dụng cho các môi trường thực phẩm như : sữa, nước khải khát, …thì bắt buộc phải dùng cảm biến áp suất màng đảm bảo tiêu chuẩn thực phẩm. Cảm biến áp suất dùng cho xăng, dầu,….ngành dầu khí phải đảm bảo tiêu chuẩn chống cháy nổ. Tùy vào nhu cầu sử dụng mà ta chọn loại cảm biến phù hợp 2.1.3.4 Cảm biến dùng trong công nghiệp Trong công nghiệp chế biến sản xuất luôn cần các thiết bị để hổ trợ qua trình sản suất cảm biến đo áp suất là dòng thiết bị quan trọng nhất hiện nay. là thiết bị chuyên dùng

17

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU để đo áp lực( áp suất) của lưu chất tác dụng lên một diện tích. Trong đó, cảm biến áp suất thường được dùng để đo áp suất của nước, khí, dầu, hơi nóng, gas,… Cảm biến áp suất thường được dùng để đo áp suất bên trong một hệ thống máy móc công nghiệp, nhằm, thông báo, cảnh báo người dùng về mọi sự cố, để khác phục kịp thời trước khi thảm hoạ xảy ra hoặc đo lường phục vụ quá trình sản xuất, nâng cao năng suất lao động. 2.1.3.5 Cảm biến áp suất thuỷ lực Model D2415 Thủy lực Là sự chuyển động và vận chuyển lực của chất lỏng trong môi trường giới hạn, năng lượng sẽ được tạo ra bằng lực đẩy cuả chất lỏng. Dựa theo nguyên lý vật lý này, thuỷ lực được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Cảm biến áp suất thủy lực được tao ra, để đo lượng áp suất của chất lỏng bị nén trong một môi trường giới hạn.Chuyên dùng để đo áp suất cực lớn lên đến hàng trăm kg/cm2. Áp suất thuỷ lực dùng trong kết cấu các xe nâng, cần cẩu, hệ thống thuỷ lực nhà máy,… Cảm biến thuỷ lực có đa dạng dãy đo, từ 0-60bar, 0-100bar, 0-250bar, 0-400bar, 0-600bar.  Thông số:

Hình 2.11 Cảm biến áp suất dùng cho thuỷ lực và các loại chất lỏng.

18

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -

Dãy đo của cảm biến : 0-16bar, 0-25bar, 0-40bar, 0-100bar, 0-250bar, 0-600bar

-

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến : 4-20mA

-

Sai số của cảm biến : 0.5% dãy đo.

-

Cảm biến D2415 hoạt động trong dãy nhiệt từ : -20..85 C

-

Cảm biến có độ trễ tín hiệu chỉ : 10ms

-

Kiểu nối ren của cảm biến là : G1/4 ( 13mm) hoặc G1/2 (21mm)

-

Vật liệu màng bằng Inox

-

Thân cảm biến được làm bằng Inox

-

Phần đấu điên của D2415 Theo chuẩn ISO4400

-

Cảm biến chịu quá áp lên đến 150% dãy đo. Ví dụ dùng dãy đo 0-40bar có thể chịu quá áp lên đến 60bar

-

Xuất...