CẢM BIẾN tốc độ – Tài liệu text

CẢM BIẾN tốc độ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (330.57 KB, 21 trang )

BÁO CÁO
CẢM BIẾN TỐC ĐỘ
Nhóm 2:
Thành viên: Nguyễn Đăng Sơn
Trần Văn Tiến
Đầu Văn Chiến
Nguyễn Hoàng Trường

Cảm biến tốc độ là gì?

Định nghĩa?
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động.
Các loại cảm biến.

Các ứng dụng của nó trong thực tế

Để biết rõ về cảm biến tốc độ,trước hết chúng ta tìm hiểu cảm
biến la gì?

Cảm biến trong tiếng Anh gọi là “sensor”, xuất phát từ chữ
“sense” theo nghĩa la tinh là cảm nhận. Cảm biến được định
nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng với các

tín hiệu và kích thích.

Trong mô hình mạch điện, ta có thể coi cảm biến như một mạch
hai cửa. Trong đó cửa vào là biến trạng thái cần đo x và cửa ra
là đáp ứng y của bộ cảm biến với kích thích đầu vào x.


Phương trình quan hệ: y = f(x) thường rất phức tạp.

Sơ đồ điều khiển tự động quá trình:

Bộ cảm biến đóng vai trò cảm nhận, đo đạc và đánh giá các
thông số hệ thống.

Bộ xử lý làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu điều
khiển quá trình.

Sơ đồ điều khiển tự động quá trình:

• Bộ cảm biến đóng vai trò cảm nhận, đo đạc và đánh
giá các thông số hệ thống.
• Bộ xử lý làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đưa ra tín
hiệu điều khiển quá trình.

• Giờ ta phân biệt cảm biến tôc độ là :
• một loại cảm biến để đo tốc độ và chiều quay
của máy, động cơ ,máy điện, và nó hiện thị kết
quả cho người điều khiển biết ,đồng thời làm
tín hiệu phản hồi trong điều chỉnh
• nó có vai trò quan trọng trong việc đo lường
như đo tốc độ oto và moto ,bộ đồng hồ tính
tiền trong taxi,đo và hiển thị tốc độ trong máy
phát ,hiện nay được ứng dụng rộng rãi

-Hiện nay sử dụng chủ yếu 3 loại Cảm Biến Tốc Độ

+ Loại cơ học (có thể là con văng, có thể là
thủy lực…), EG. Tín hiệu ra thường là áp lực dầu
để đưa đi điều khiển, hoặc điều khiểm trực tiếp
luôn (đối với các máy diesel xưa).

+ Sử dụng máy phát tốc: Tín hiệu ra có điện áp
hoặc tần số tỷ lệ với tốc độ.

+ Cảm bến điện từ và bánh răng: tín hiệu ra là
xung. Thường người ta thiết kế bánh răng có 60
răng luôn, nên tần số xung tương đương với tốc
độ quay vòng / phút.

• -Cụ thể các loại đó là:
• I-Tìm hiểu về cấu tạo của Encoder:
• là một loại cảm biến tốc độ để đo số vòng quay của động

* Cấu tạo của encoder

• Nhìn trên hình ta thấy encoder gồm: 1 tấm tròn có khắc lỗ,
1 Hệ thông LED phát và thu.

• * Nguyên tắc hoạt động cơ bản:

Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay,
quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng
một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không
có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có
lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên
kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu
có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận

được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm
được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt!

Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông và
các tín hiệu xung vuông này được cắt từ ánh sáng xuyên
qua lỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc
độ quay của tấm tròn đó. Đối với encoder mình đang dùng
thì nó có 2 tín hiệu ra lệch pha nhau 90. Hai tín hiệu này có
thể xác định được chiều quay của động cơ.

Đây là sơ đồ cấu tạo cơ bản bên trong của nó để tạo được xung vuông

• * Sơ đồ nguyên lý của mạch đo


-Sơ đồ mạch nguyên lý đo tốc độ động cơ khá là đơn giản.
Chỉ cần ta lấy tín hiệu từ encoder của động cơ vào là
được!
-Nên nhớ trên mạch nguyên lý encoder được tích hợp sẵn
và được gắn trực tiếp vào động cơ nên ta chỉ cần cấp điện
vào cho bộ encoder và lấy 1 dấy tín hiệu ra khi động cơ

quay là có xung ra tại chân của encoder và điện áp cấp cho
encoder là 5V
+ Chú ý: encoder gắn trực tiếp trên động cơ gồm 4 dây
(Không kể hai dây nguồn cho điện áp 12V vào động cơ
quay). Trong đó dây đỏ là dây 5V, dây xanh là dây GND,
Dây vàng và dây trắng là hai dây tín hiệu lệch pha nhau 90.





II-CONQUEROR 208
Model: CONQUEROR 208
Thiết bị cảm biến tốc độ
Made in Taiwan
Các chức năng sau đây có thể lựa chọn phụ thuộc vào môi trường lái xe của bạn.
Auto Mute nút ON OFF /
Đường cao tốc Thành phố và nút On / OFF
Ánh sáng và Dim lựa chọn
Cảnh báo đầy đủ điều chỉnh theo thể tích điều khiển
Do nguồn nhiễu đến từ cửa trung tâm vi mô tự động, cắt giảm tiếng ồn xung khi lái xe
trong thành phố, bạn có thể sử dụng chế độ chỉ thành phố.
Model này Conqueror 208 cho phép bạn cắt giảm độ nhạy cảm của hướng dẫn sử dụng
điều chỉnh.

Với Indictor để cho biết các phát hiện cho Band Radar khác nhau (ví dụ như X Band; K
Band, Ka Band và Laser Alarm)
Điều này Conqueror siêu máy dò radar sẽ tự động “Remember” cài đặt của bạn khi đơn
vị bị tắt
hoặc gỡ bỏ khỏi quyền lực. Tất cả các tính năng lựa chọn được giữ lại trong bộ nhớ.
Bạn có thể chọn để cảnh báo bằng tin nhắn bằng giọng nói hay không.

III- Cảm biến tốc độ bánhxe.
* Nhiệm vụ:
Cảm biến tốc độ bánh xe được gắn ở gần bánh xe, có nhiệm vụ nhận biết về tốc
độ góc của bánh xe trong quá trình ôtô hoạt động và báo về cho b ộ x ử lý trung tâm
ABS ECU. Có nhiều loại cảm biến tốc độ bánh xe khác nhau, ở đây ch ỉ tìm hi ểu v ề
loại cảm biến điện từ, vì hiện nay loại này đang được sử dụng ph ổ biến.

Hình .1.6. Cảm biến và roto cảm biến

• * Cấu tạo:

-Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cửu,

một cuộn dây và lõi từ.
Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay roto cảm biến, số lượng răng của roto cảm biến
phụ thuộc vào từng loại xe và đời xe.
Thông thường cảm biến tốc độ bánh trước được lắp vào cam quay và cảm
biến tốc độ bánh sau được bắt vào mâm cầu sau.
Roto cảm biến được lắp trên trục trước chủ động và trục bánh xe sau, cùng
quay với bánh xe.
* Nguyên lý làm việc:
Phía ngoài của roto có các răng, nên khi roto quay từ thông trong cuộn dây
biến thiên nó sinh ra một điện áp xoay chiều. Điện áp xoay chiều này có tần số
tỷ lệ với tốc độ quay của roto và trong quá trình hoạt động nó báo cho ABS
ECU biết tốc độ quay của bánh xe.


IV-Cảm biến tốc độ động cơ


Hình 1 : Sơ đồ bố trí cảm biến NE và G của TOYOTA
Trên hình 1.13 trình bày sơ đồ bố trí của cảm biến vị trí piston và tốc độ động
cơ dạng điện từ trên xe Toyota loại nam châm đứng yên. Mỗi cảm biến gồm có
roto để khép mạch từ và cuộn dây cảm ứng mà lõi gắn với một nam châm vĩnh
cửu đứng yên. Số răng trên roto và số cuộn dây cảm ứng thay đổi tùy thuộc
vào loại động cơ. Phần tử phát xung G có thể có 1, 2, 4 hoặc 6 răng, còn phần
tử phát xung NE có thể có 4, 24 hoặc sử dụng số răng của bánh đà. Ở đây ta
xem xét cấu tạo và hoạt động của bộ tạo tín hiệu G và NE loại một cuộn cảm

ứng – một roto 4 răng cho tín hiệu G và một cuộn cảm ứng – một roto 24 răng
cho tín hiệu NE. Hai roto này lắp đồng trục với bộ chia điện, bánh răng tín hiệu
G nằm trên, còn bánh răng tín hiệu NE phía dưới.

Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; crankshaft angle sensor hay còn gọi
là tín hiệu NE) dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa
tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng được
dùng để điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng
cưỡng bức.

• Hình 2 : Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện từ
• Nguyên lý hoạt động: Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng,
một nam châm vĩnh cửu và một roto dùng để khép mạch từ có số răng
tùy loại động cơ. Khi răng của roto không nằm đối diện cực từ, thì từ
thông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp và khe hở không khí
lớn nên có từ trở cao. Khi một răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở
không khí giảm dần khiến từ thông tăng nhanh. Như vậy, nhờ sự biến
thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng.
Khi răng roto đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực
đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi răng roto di
chuyển ra khỏi cực từ, khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh
ra một sức điện động theo chiều ngược lại.

V – Đếm Xung Đo Tốc Độ Động Cơ Dùng Psoc

• Phương pháp đo tốc độ động cơ thông dụng nhất hiện nay

dùng cảm biến quang hay còn gọi là encoder. Tín hiệu từ
encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đôi vào
tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vào
bộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thời gian cho
phép từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của động cơ.
Đây cũng là phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định
tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm….

• Yêu cầu:
• + Động cơ DC 12V có bộ Encoder (khoảng 140k có luôn
encoder)
+ LCD để hiện thị giá trị mà đo được (65K)
+ 1 Chíp Psoc







VI – Tốc kế quang
Tốc kế quang là cảm biến đo vận tốc đơn giản nhất gồm một nguồn
sáng và một đầu thu quang (photodiode hoặc phototransistor)
Vật quay được gắn đồng trục với đĩa tròn có các vùng phản xạ hoặc

các vùng trong suốt bố trí xen kẽ các phần chắn sáng đặt giữa nguồn
sáng và đầu thu quang.

Đầu thu quang nhận thông lượng biến điệu và phát tín hiệu có tần số tỉ
lệ với vận tốc quay nhưng biên độ không đổi.
Phạm vi tốc độ đo phụ thuộc vào 2 yếu tố chính:
Số lượng lỗ trên đĩa quay.
Dãi thông của đầu thu quang và mạch điện.
Để đo vận tốc thấp ~ 0,1 vòng/phút dùng đĩa có số lượng lỗ rất lớn
(500 ÷ 1000). Đo tốc độ cao 105 ÷ 106 vòng/phút dùng loại đĩa chỉ có
một lỗ.

_____________

THE END_____________

tín hiệu và kích thích.Trong mô hình mạch điện, ta có thể coi cảm biến như một mạchhai cửa. Trong đó cửa vào là biến trạng thái cần đo x và cửa ralà đáp ứng y của bộ cảm biến với kích thích đầu vào x.Phương trình quan hệ: y = f(x) thường rất phức tạp.Sơ đồ điều khiển tự động quá trình:Bộ cảm biến đóng vai trò cảm nhận, đo đạc và đánh giá cácthông số hệ thống.Bộ xử lý làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu điềukhiển quá trình.Sơ đồ điều khiển tự động quá trình:• Bộ cảm biến đóng vai trò cảm nhận, đo đạc và đánhgiá các thông số hệ thống.• Bộ xử lý làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đưa ra tínhiệu điều khiển quá trình.• Giờ ta phân biệt cảm biến tôc độ là :• một loại cảm biến để đo tốc độ và chiều quaycủa máy, động cơ ,máy điện, và nó hiện thị kếtquả cho người điều khiển biết ,đồng thời làmtín hiệu phản hồi trong điều chỉnh• nó có vai trò quan trọng trong việc đo lườngnhư đo tốc độ oto và moto ,bộ đồng hồ tínhtiền trong taxi,đo và hiển thị tốc độ trong máyphát ,hiện nay được ứng dụng rộng rãi-Hiện nay sử dụng chủ yếu 3 loại Cảm Biến Tốc Độ+ Loại cơ học (có thể là con văng, có thể làthủy lực…), EG. Tín hiệu ra thường là áp lực dầuđể đưa đi điều khiển, hoặc điều khiểm trực tiếpluôn (đối với các máy diesel xưa).+ Sử dụng máy phát tốc: Tín hiệu ra có điện áphoặc tần số tỷ lệ với tốc độ.+ Cảm bến điện từ và bánh răng: tín hiệu ra làxung. Thường người ta thiết kế bánh răng có 60răng luôn, nên tần số xung tương đương với tốcđộ quay vòng / phút.• -Cụ thể các loại đó là:• I-Tìm hiểu về cấu tạo của Encoder:• là một loại cảm biến tốc độ để đo số vòng quay của độngcơ* Cấu tạo của encoder• Nhìn trên hình ta thấy encoder gồm: 1 tấm tròn có khắc lỗ,1 Hệ thông LED phát và thu.• * Nguyên tắc hoạt động cơ bản:Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay,quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùngmột đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ khôngcó lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ cólỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bênkia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệucó, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhậnđược đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếmđược và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt!Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông vàcác tín hiệu xung vuông này được cắt từ ánh sáng xuyênqua lỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốcđộ quay của tấm tròn đó. Đối với encoder mình đang dùngthì nó có 2 tín hiệu ra lệch pha nhau 90. Hai tín hiệu này cóthể xác định được chiều quay của động cơ.Đây là sơ đồ cấu tạo cơ bản bên trong của nó để tạo được xung vuông• * Sơ đồ nguyên lý của mạch đo-Sơ đồ mạch nguyên lý đo tốc độ động cơ khá là đơn giản.Chỉ cần ta lấy tín hiệu từ encoder của động cơ vào làđược!-Nên nhớ trên mạch nguyên lý encoder được tích hợp sẵnvà được gắn trực tiếp vào động cơ nên ta chỉ cần cấp điệnvào cho bộ encoder và lấy 1 dấy tín hiệu ra khi động cơquay là có xung ra tại chân của encoder và điện áp cấp choencoder là 5V+ Chú ý: encoder gắn trực tiếp trên động cơ gồm 4 dây(Không kể hai dây nguồn cho điện áp 12V vào động cơquay). Trong đó dây đỏ là dây 5V, dây xanh là dây GND,Dây vàng và dây trắng là hai dây tín hiệu lệch pha nhau 90.II-CONQUEROR 208Model: CONQUEROR 208Thiết bị cảm biến tốc độMade in TaiwanCác chức năng sau đây có thể lựa chọn phụ thuộc vào môi trường lái xe của bạn.Auto Mute nút ON OFF /Đường cao tốc Thành phố và nút On / OFFÁnh sáng và Dim lựa chọnCảnh báo đầy đủ điều chỉnh theo thể tích điều khiểnDo nguồn nhiễu đến từ cửa trung tâm vi mô tự động, cắt giảm tiếng ồn xung khi lái xetrong thành phố, bạn có thể sử dụng chế độ chỉ thành phố.Model này Conqueror 208 cho phép bạn cắt giảm độ nhạy cảm của hướng dẫn sử dụngđiều chỉnh.Với Indictor để cho biết các phát hiện cho Band Radar khác nhau (ví dụ như X Band; KBand, Ka Band và Laser Alarm)Điều này Conqueror siêu máy dò radar sẽ tự động “Remember” cài đặt của bạn khi đơnvị bị tắthoặc gỡ bỏ khỏi quyền lực. Tất cả các tính năng lựa chọn được giữ lại trong bộ nhớ.Bạn có thể chọn để cảnh báo bằng tin nhắn bằng giọng nói hay không.III- Cảm biến tốc độ bánhxe.* Nhiệm vụ:Cảm biến tốc độ bánh xe được gắn ở gần bánh xe, có nhiệm vụ nhận biết về tốcđộ góc của bánh xe trong quá trình ôtô hoạt động và báo về cho b ộ x ử lý trung tâmABS ECU. Có nhiều loại cảm biến tốc độ bánh xe khác nhau, ở đây ch ỉ tìm hi ểu v ềloại cảm biến điện từ, vì hiện nay loại này đang được sử dụng ph ổ biến.Hình .1.6. Cảm biến và roto cảm biến• * Cấu tạo:-Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cửu,một cuộn dây và lõi từ.Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay roto cảm biến, số lượng răng của roto cảm biếnphụ thuộc vào từng loại xe và đời xe.Thông thường cảm biến tốc độ bánh trước được lắp vào cam quay và cảmbiến tốc độ bánh sau được bắt vào mâm cầu sau.Roto cảm biến được lắp trên trục trước chủ động và trục bánh xe sau, cùngquay với bánh xe.* Nguyên lý làm việc:Phía ngoài của roto có các răng, nên khi roto quay từ thông trong cuộn dâybiến thiên nó sinh ra một điện áp xoay chiều. Điện áp xoay chiều này có tần sốtỷ lệ với tốc độ quay của roto và trong quá trình hoạt động nó báo cho ABSECU biết tốc độ quay của bánh xe.IV-Cảm biến tốc độ động cơHình 1 : Sơ đồ bố trí cảm biến NE và G của TOYOTATrên hình 1.13 trình bày sơ đồ bố trí của cảm biến vị trí piston và tốc độ độngcơ dạng điện từ trên xe Toyota loại nam châm đứng yên. Mỗi cảm biến gồm córoto để khép mạch từ và cuộn dây cảm ứng mà lõi gắn với một nam châm vĩnhcửu đứng yên. Số răng trên roto và số cuộn dây cảm ứng thay đổi tùy thuộcvào loại động cơ. Phần tử phát xung G có thể có 1, 2, 4 hoặc 6 răng, còn phầntử phát xung NE có thể có 4, 24 hoặc sử dụng số răng của bánh đà. Ở đây taxem xét cấu tạo và hoạt động của bộ tạo tín hiệu G và NE loại một cuộn cảmứng – một roto 4 răng cho tín hiệu G và một cuộn cảm ứng – một roto 24 răngcho tín hiệu NE. Hai roto này lắp đồng trục với bộ chia điện, bánh răng tín hiệuG nằm trên, còn bánh răng tín hiệu NE phía dưới.Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; crankshaft angle sensor hay còn gọilà tín hiệu NE) dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửatối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng đượcdùng để điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừngcưỡng bức.• Hình 2 : Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện từ• Nguyên lý hoạt động: Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng,một nam châm vĩnh cửu và một roto dùng để khép mạch từ có số răngtùy loại động cơ. Khi răng của roto không nằm đối diện cực từ, thì từthông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp và khe hở không khílớn nên có từ trở cao. Khi một răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hởkhông khí giảm dần khiến từ thông tăng nhanh. Như vậy, nhờ sự biếnthiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng.Khi răng roto đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cựcđại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi răng roto dichuyển ra khỏi cực từ, khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinhra một sức điện động theo chiều ngược lại.V – Đếm Xung Đo Tốc Độ Động Cơ Dùng Psoc• Phương pháp đo tốc độ động cơ thông dụng nhất hiện naydùng cảm biến quang hay còn gọi là encoder. Tín hiệu từencoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đôi vàotốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vàobộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thời gian chophép từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của động cơ.Đây cũng là phương pháp mà người ta sử dụng để ổn địnhtốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm….• Yêu cầu:• + Động cơ DC 12V có bộ Encoder (khoảng 140k có luônencoder)+ LCD để hiện thị giá trị mà đo được (65K)+ 1 Chíp PsocVI – Tốc kế quangTốc kế quang là cảm biến đo vận tốc đơn giản nhất gồm một nguồnsáng và một đầu thu quang (photodiode hoặc phototransistor)Vật quay được gắn đồng trục với đĩa tròn có các vùng phản xạ hoặccác vùng trong suốt bố trí xen kẽ các phần chắn sáng đặt giữa nguồnsáng và đầu thu quang.Đầu thu quang nhận thông lượng biến điệu và phát tín hiệu có tần số tỉlệ với vận tốc quay nhưng biên độ không đổi.Phạm vi tốc độ đo phụ thuộc vào 2 yếu tố chính:Số lượng lỗ trên đĩa quay.Dãi thông của đầu thu quang và mạch điện.Để đo vận tốc thấp ~ 0,1 vòng/phút dùng đĩa có số lượng lỗ rất lớn(500 ÷ 1000). Đo tốc độ cao 105 ÷ 106 vòng/phút dùng loại đĩa chỉ cómột lỗ._____________THE END_____________