sổ tay cdt Chuong 16- CBien

8/6/2019 s tay cdt Chuong 16- CBien

1/13

16Gii thiu v cm bin v c cu chp hnh

M. AnjanappaUniversity of Maryland BaltimoreCountry

K. DattaUniversity of Maryland BaltimoreCountry

T. SongUniversity of Maryland BaltimoreCountry

16.1 Cm bin .............................................................1

16.2 C cu chp hnh ................................................7

Cm bin v c cu chp hnh l hai thnh phn then cht ca mi h thng iu khin vng kn. H thng nh th cng cth gi l h thng c in t. Mt h thng c in t in hnh nh trn hnh 16.1 bao gm mt thit b cm bin, mt b iukhin, v mt thit b chp hnh. Thit b cm bin c th n gin l mt cm bin n l hoc c th gm cc thnh phn bsung nh b lc, b khuych i, b iu ch, v cc b bin i tn hiu khc. B iu khin nhn thng tin t thit b cm bin,a ra quyt nh da trn thut ton iu khin v cc lnh ti thit b chp hnh. Thit b chp hnh bao gm mt c cu chphnh v c th thm mt b ngun v mt c cu ghp ni.

16.1 Cm bin

Cm bin l mt thit b m khi c t vo mt hin tng vt l (nhit , dch chuyn, lc, v.v..) s to ra tn hiu u rat l (in, c hc, t, v.v..). Thut ng b chuyn i thng c dng ng ngha vi cm bin. Tuy nhin, v tng, mtcm bin l mt thit b phn hi li vi thay i trong hin tng vt l. Ni cch khc, b chuyn i l thit b bin i mtdng nng lng ny thnh mt dng nng lng khc. Cm bin l cc b chuyn i khi chng thu nhn mt dng nng lng u vo v a ra u ra mt dng nng lng khc. V d, mt cp nhit k phn ng vi s thay i nhit (nhit nng) va ra s thay i t l di dng lc in ng (in nng). Nh vy, c th gi mt cp nhit k l mt cm bin hoc mt bchuyn i.

Phn loi

Bng 16.1 lit k cc dng khc nhau ca cm bin c phn loi bng cc i tng o ca chng. Mc d bn lit k nykhng phi l ton b nhng n bao gm tt c cc dng c bn k c nhng cm bin th h mi nh cm bin dng vt liuthng minh, vi cm bin, v cm bin nano.

BNG 16. 1 Cc dng cm bin vi cc i tng o khc nhau

Cm bin c tnh

Cm bin thng/quay

B chuyn i sai phn thng/quay phn gii cao vi di o rng

Rt n nh trong cc ng dng tnh v gi tnh

Encoder quang Gii php n gin, tin cy, v gi thnh thp

Tt cho c o lng tuyt i ln tng i

u o tc dng in phn gii ph thuc vo kiu nh my pht hoc cm bin t

Cm bin theo hiu ng Hall chnh xc cao i vi di o nh n trung bnh

u o kiu in dung phn gii rt cao vi nhy cao

Tiu th nng lng thp

1


2/13

S tay C in t

Cm bin c tnh

Tt cho cc o lng ng lc tn s cao

Cc u o bin dng chnh xc rt cao trong di o nh

phn gii cao ti cc mc nhiu thp

Cm bin kiu giao thoa H thng laze c phn gii rt cao trong cc di o rng

Rt tin cy v tCm bin t tnh u ra l tn hiu sin

Con quay hi chuyn phn gii rt cao trong di o nh

Cm bin gia tc

u o gia tc chn ng Tt cho o lng cc tn s ln ti 40% tn s t nhin ca n

u o gia tc kiu p in nhy cao, gn, v khe

Tn s t nhin rt cao (thng 100 kHz)

Cm bin lc, m men, v p sut

u o bin dng Tt cho c o lng tnh v ng

Lc k/cc u o lc Chng cng sn c nh cc vi cm bin v nano cm bin

u o lc kiu p in Tt cho cc o lng lc ng vi chnh xc cao

Cm bin xc gic Gn, c di ng lc rng v cao

Cm bin ng sut siu m Tt cho cc o lng lc nh

Cm bin lung

ng Pitot c s dng rng ri nh l cm bin tc lung xc nh vn tc cc vt bay

Tm phun t tn km vi di o gii hn

ng venturi, vi phun Chnh xc vi di o rng

Phc tp v t hn

Lu lng k Tt cho o lng lung ngc dng

c dng kt hp vi cm bin in dung

Kiu siu m Tt khi tc dng rt cao

C th dng cho c o lng ngc dng ln xui dng

B o dng dng ng Khng thch hp cho cht lng cha cc phn t mi mn

Quan h gia tc dng v vn tc gc l tuyn tnh

B o dng dng in t t xm nhp do l dng khng tip xc

C th dng vi cht lng n mn, nhim bn, v.v..

Cht lng phi dn inCm bin nhit

Cp nhit L cm bin r nht v a nng nht

C th dng trong khong nhit rng (thng t -200oC n 1200oC)

Nhit in tr nhy rt cao trong di o trung bnh (thng ln ti 100oC)

Gn nhng bn cht khng tuyn tnh

it nhit, tranzito nhit Thch hp v mt l tng cho cc o lng nhit chip

c ti thiu ha vic t lm nng

RTD b d nhit in tr n nh hn trong di thi gian di so vi cp nhit

Tuyn tnh trn di o rngDng hng ngoi Cm bin dng im khng tip xc vi phn gii gii hn bi bc sng

B ghi nhit hng ngoi o phn b ton b trng nhit

2


3/13

Gii thiu v cm bin v c cu chp hnh

Cm bin c tnh

Cm bin tip cn

in cm, dng in xoy, hiu ngHall, quang in, in dung, v.v..

Thao tc ngt khng tip xc bn vng

u ra dng s thng c dn trc tip n b iu khin s

Cm bin quang

Quang tr, it quang, tranzitoquang, cht dn quang, v.v..

o cng sng vi nhy caoCm bin gi r, tin cy, v khng tip xc

it ghp ni in tch Bt nh s trong trng quan st

Cm bin vt liu thng minh

Si quang

Cm bin bin dng

Cm bin mc

Cm bin lc

Cm bin nhit

Thay th u o bin dng vi chnh xc v di thng rt cao

Nhy vi phn x hng v tnh trng b mt

phn gii cao trong di o rng

phn gii v di o cao (ln ti 2000oC)

p inCm bin bin dng

Cm bin lc

u o gi tc k

o phn b vi phn gii v di thng caoThch hp nht cho cc ng dng ng lc

t tr v chnh xc im t tt

T gio

Cm bin lc

Cm bin mmen

Cm bin lc gn nh vi phn gii v di thng cao

Tt cho cc ng dng o phn tn v khng tip xc

Chnh xc, di thng cao, v khng tip xc

Vi cm bin v nano cm bin

Vi cm bin hnh nh CCD Kch thc nh

Si quang Tm nhn nh (ng knh 0,2 mm) dng c cu chp hnh cun SMAVi cm bin siu m Pht hin li trong ng ng nh

Vi cm bin xc gic Pht hin tip cn gia u ng thng nc tiu v mch mu

Hnh 16.1 H thng C in t thng gp

Cc cm bin cng c phn loi thnh b ngv ch ng. Trong cc cm bin b ng, nng lng cn cung cp chou ra c sinh ra t chnh hin tng vt l c cm nhn (chng hn nh nhit k) trong khi cc cm bin ch ng cnngun nng lng bn ngoi (chng hn nh u o bin dng).

Ngoi ra, cm bin cng c phn loi theo 2 dng tng thocsda trn dng tn hiu u ra. Cm bin tng t cungcp tn hiu lin tc t l vi tham s cn o v cn s bin i tng t thnh s trc khi chuyn cho b iu khin s. Trongkhi , cm bin s cung cp u ra s c th trc tip ghp ni vi b iu khin s. Thng thng, cc u ra s c cungcp bng cch thm b bin i tng t thnh s vo thit b cm bin. Nu cn qu nhiu cm bin, s kinh t hn nu chncc cm bin tng t n gin v giao tip vi b iu khin s qua b bin i tng t - s a knh.

Nguyn l hot ng

3


4/13

S tay C in t

Cm bin tuyn tnh v quay

Cc cm bin v tr tnh tin v quay l hai trong cc o lng c bn nht dng trong mt h c in t in hnh. Cc loicm bin v tr ph bin nht c lit k trong bng 16.1. Thng thng, cc cm bin v tr a ra tn hiu in t l vi dchchuyn cn o. C cc loi cm bin tip xc nh u o bin dng, LVDT, RVDT, u o tc , v.v.. Cc dng khng tip xcgm c encoder, cm bin theo hiu ng Hall, cm bin in dung, in cm, v giao thoa k. Cng c th phn loi chng datrn di o. Dng cm bin c phn gii cao nh hiu ng Hall, in cm si quang, in dung, v u o bin dngch thchhp cho nhng di o rt nh (thng t 0,1 mm n 5 mm). Ni cch khc, b bin i vi sai c di o ln hn vi phn gii

tt. Cc cm bin kiu giao thoa cung cp phn gii rt cao (c micro) v di o ln (thng ln ti 1 m). Tuy nhin, cmbin kiu giao thoa c kch thc ln, t tin, v cn nhiu thi gian ci t.

Hnh 16. 1 u o bin dng

Trong s nhiu cm bin dch chuyn tuyn tnh, u o bin dng c phn gii cao vi mc nhiu thp v gi thnhkhng cao. Mt u o bin dng kiu in tr in hnh l l in tr c sp xp nh thy trn hnh 16.2. obin dng phptuyn ca mt phn t b ko cng c thc hin nh thy trn hnh 16.3. u o bin dng 1 c lin kt vi phn t chu titrong khi u o bin dng 2 c lin kt vi phn t th hai c lm bng vt liu tng t nhng khng chu ti. S b trny s b c cc hiu ng nhit. Khi phn t b chu ti, u o bin dng 1 s b ko di lm thay i in tr ca u o bindng. S thay i in tr c chuyn i thnh thay i in p bng mch cu wheatstone cm ng in p. Gi thit rng,in tr ca c bn nhnh ban u bng nhau, s thay i trong in p u ra ( 0D ) do s thay i in tr ( 1DR ) ca u o 1l:

( )

0 0

0

D D /

4 2 D /i

R R

v R R

=

+

Hnh 16. 2 o bin dng php tuyn dng u o bin dng

Cm bin gia tc

Vi cc h thng lin quan n va chm v dao ng o lng gia tc l quan trng. Mc d gia tc c th nhn c bngcch ly o hm d liu qu trnh theo thi gian nhn c t cm bin tuyn tnh hoc quay, nhng ngi ta vn a dng uo gia tc o trc tip gia tc. Hai dng thng thng l u o gia tc kiu khi lng ngv u o gia tc kiu p in.Gia tc k kiu khi lng ng da trn chuyn ng tng i gia mt khi lng v mt cu trc h tr. Tn s ring cakhi lng ng hn ch ng dng ca n cho cc tn s thp v trung bnh. Tuy nhin, gia tc k p in n nh v thch hphn cho cc ng dng tn s cao.

4


5/13


Hnh 16. 3 B tr cm bin lung dng siu m

Cm bin lc, mmen v p sut

Trong s nhiu loi cm bin lc/mmen, kiu u o bin dng v p in l ph bin nht. C hai u c th o lcv/hoc mmen theo mt trc hoc nhiu trc. u o bin dng dng cho cc phn t c hc c n hi khi chu ti. Cc loicm bin ny b gii hn bi tn s ring ca chng. Ngc li, cc cm bin p in thng thch hp cho ti ng vi mt ditn s rng. Chng c n nh ln, phn gii cao trn mt di o rng v phc tp.

Cm bin lu lng

o lu lng l mt nhim v kh kh khn. Mi trng lu cht c th l cht lng, cht kh hoc hn hp ca c hai. Hnna, dng c th theo lp hoc hn lon v c th l hin tng thay i theo thi gian. ng Venturi v mng chn hn ch dngchy v dng s sai khc p sut xc nh lu lng. B o p sut dng ng Pitotl mt phng php thng dng khc dng o lu lng. Khi c t vo dng chy, n s o p sut tnh v p sut ton phn. Nh c th xc nh c lu tc vsau l lu lng. Lu lng k kiu phao v b o dng ng, khi c t vo dng chy, s quay vi tc t l vi lulng.Lu lng k in ts dng phng php khng tip xc. T trng c tc ng theo hng ngang ca dng chy vlu cht hot ng nh l mt cht dn sinh ra in p t l vi lu lng.

Lu lng k siu m o lu tc bng cch pht m thanh tn s cao vo lu cht. Mt s ca lu lng k siu m cm t trn hnh 16.4. B pht (T) cung cp ngun tn hiu m. Khi sng m di chuyn n b thu nhn (R), vn tc ca n b nhhng bi vn tc dng lu cht do hiu ng Doppler. Mch iu khin so snh thi gian tnh ra lu lng. N c th dngcho lu lng rt ln v cng c th dng cho c dng xui v ngc. Mt u im khc l lu lng k ny c th dng tronglu cht n mn, lu cht vi cc phn t mi mn, nh mt cm bin khng tip xc.

Cm bin nhit

C nhiu loi thit b s dng o nhit , cc dng thng dng nht l nhit ngu, nhit in tr, b d nhit in tr(Resistance Temperature Detectors - RTD) v dng hng ngoi.

Nhit ngu l loi linh hot, r nht v c di o rng (ln ti 1200oC). Mt nhit ngu n gin gm hai dy kim loi khngging nhau c ni ti im cui to mi ni o. Khi c dng kt hp vi mt mi ni chun, s sai khc nhit giami ni chun v nhit thc t to ra mt in th. Chng thch hp cho cc o lng c nhy cao trong mt di gii hnti 100 oC. Mi quan h gia nhit v in tr l phi tuyn. RTD ng dng hin tng in tr ca kim loi thay i theo nhit. Tuy nhin, chng tuyn tnh trn mt di rng v rt n nh.

Cc cm bin dng hng ngoi dng nhit bc x cm nhn nhit t xa. Cc cm bin khng tip xc ny cng c thc dng to ra bn nhit ca mt b mt.

Cm bin tip cnc dng cm nhn tip cn ca mt vt th so vi vt th khc. Chng thng cho tn hiu on hoc off nhm biu

din s c mt hay khng c mt ca mt vt th. Cc cm bin tip cn thng l cc dng cm ng, in dung, quang in vhiu ng Hall. Cm bin tip cn dng cm ng gm mt cun dy qun quanh mt li st mm. t cm ca cm bin thayi khi mt vt c t tnh gn n. S thay i ny c chuyn thnh chuyn mch trig in p. Cc dng in dung tng tdng cm ng tr s tip cn ca mt vt th thay i khong cch v tc ng n in dung. Cm bin dng quang inthng ni thng vi mt ngun sng hng ngoi. S tip cn ca mt vt chuyn ng s ngt tia sng gy nn s thay i cp in p. in p hiu ng Hall sinh ra khi dy dn mang dng in c t trong mt t trng ngang. in p t l vi dchchuyn ngang gia cm bin hiu ng Hall v vt th tip cn n.

Cm bin quang

Cng nh sng v tm nhn l hai dng o lng quan trng trong rt nhiu ng dng iu khin. Tranzito quang, quang

tr, v it quangl nhng dng thng thy ca cc cm bin cng nh sng. Mt quang tr thng thng c lm tcatmi sunfua c in tr ln nht khi cm bin trong bng ti. Khi quang tr c t di nh sng, in tr ca n gim t lvi cng nh sng. Khi kt hp vi mt mch nh trn hnh 16.5 v c cn bng, s thay i cng nh sng s c

5


6/13

S tay C in t

chuyn thnh s thay i in p. Cc cm bin ny n gin, tin cy v r c dng rng ri trong cc php o cng nhsng.

Cm bin vt liu thng minh

C kh nhiu vt liu thng minh c ng dng cho cm bin. Trong s , vt liu si quang, p in v t gio thnghay c s dng, c bit l si quang.

Si quang c dng cm nhn sc cng, lng, lc v nhit vi phn gii rt cao. Do tnh kinh t chng thch

hp cho vic s dng cm bin phn tn trn din tch rng, c th thy chng trong mt s lng ln ng dng trong cc cutrc thng minh nh cm bin hng hc, cm bin dao ng, v cm bin gim st sa cha. Cc cm bin ny s dng thuctnh vt liu (thy tinh v thch anh) sn c ca si quang cm nhn mi trng. Hnh 16.6 cho thy nguyn l hot ng cbn ca mt si quang nhng dng o dch chuyn, lc hoc nhit . S thay i tng i trong cng hoc ph truynt l vi s thay i tham s cn o.

Hnh 16. 4 o nh sng vi quang tr

Hnh 16. 5 Nguyn l hot ng ca o lng bng si quang

Vi cm bin v Nano cm bin

Vi cm bin (i khi cng c gi l MEMS) l mt phin bn nh ha ca cc cm bin thng thng c tng kh nngv gim chi ph. Cng ngh vi gia cng bn dn mang li s pht trin ca nhiu vi cm bin v tip tc l mt trong nhnghng nghin cu tch cc v pht trin nht trong lnh vc ny.

Vi cm bin quan st c ng dng trong cng ngh y hc. Mt si quangc ng knh khong 0,2 mm c dng pht hin cc vt nt bn trong ng ng. Mt v d khc l vi cm bin xc gic dng nh sng laze kim tra s tip xcgia ng thng nc tiu v vch trong mch mu, vi nhy trong di khong 1 mN. Tng t, s pht trin trong cng nghnano cng tc ng n s pht trin ca nano cm bin. Chng l nhng cm bin tng i mi vi mt bc tin xa hn

trong vic nh ha v c mong i s m ra cc hng mi trong cc ng dng o lng.

Tiu chun la chn

Mt s cc h s tnh v ng cn phi c xem xt khi la chn cm bin ph hp cho vic o lng mt tham s vt lcn quan tm. Di y l danh sch cc h s c bn:

Di o Chnh lch gia gi tr ln nht v nh nht ca tham s cn o.

phn gii Thay i nh nht m cm bin c th phn bit.

chnh xc Sai khc gia gi tr o c v gi tr thc.

Tnh chnh xc Kh nng lp li kt qu o vi chnh xc cho trc.

nhy T s ca thay i u ra trn mt n v thay i ca u vo.

Dch khng Gi tr u ra khc khng khi khng c u vo. tuyn tnh T l phn trm lch so vi ng cong chun tuyn tnh tt nht.

Thi gian p ng tr gia u vo v u ra.

Di thng Tn s m ti ln u ra bng 3 dB.6


7/13


Cng hng Tn s ti ln u ra t gi tr nh .

Nhit hot ng Khong nhit ti cm bin hot ng danh ngha.

Di cht Di u vo m trong di s khng c u ra.

T l tn hiu-nhiu T s gia bin tn hiu v bin nhiu ti u ra.

Vic chn cm bin tha mn tt c cc c tnh k thut trn l khng thc t. V d, vic tm mt cm bin v tr vi phn gii m trong khong mt mt gn nh l khng p ng c vi hu ht cc loi cm bin. Nhiu khi, vic thiu cm

bin thch hp ko theo vic phi thit k li h thng c in t. Do vy, nn theo cch tip cn cp h thng khi la chncm bin v trnh chn n mt cch ring l.

Khi cc h s chc nng trn c tha mn, ngi ta c th a ra mt danh sch cm bin. S la chn cui cng s phthuc vo kch c, phm vi iu ho tn hiu, tin cy, bn vng, kh nng sa cha v gi thnh.

Trng thi tn hiu

Thng thng, u ra t mt cm bin cn c x l tn hiu trc khi dn ti b iu khin. u ra cm bin c th phiiu ch li, khuch i, lc, tuyn tnh ha, lng t ha khong, v phn lp sao cho c th a tn hiu vo mt b chuyn itng t - s thng thng ca b iu khin. Mt s cm bin tch hp sn b trng thi tn hiu, nh cc vi cm bin. Tt ccc phn in t c tch hp vo mt vi mch v c th giao tip trc tip vi cc b iu khin.

Hiu chun

Cc nh sn xut cm bin thng cung cp cc ng cong hiu chun. Nu cc cm bin n nh v khng tri th khngcn phi hiu chun li. Tuy nhin, thng cc cm bin cn c hiu chnh li sau khi tch hp chng vi mt h thng iuho tn hiu. Cm bin cn mt tn hiu u vo bit v ghi li u ra ca cm bin nhm thit lp mt thc o u ra chnhxc. Qu trnh ny chng t kh nng o chnh xc v nng cao tin cy.

Nu cm bin c dng o u vo bin i theo thi gian, cn phi hiu chun ng. Vic dng cc u vo hnh sin lmt cch hiu chun ng tin cy v n gin nht. Tuy nhin, nu vic to u vo hnh sin tr ln khng kh thi (v d, tn hiunhit) th c th thay th bng mt u vo dng xung. p ng tc thi ca xung cha y thng tin v p ng ng cacm bin.

16.2 C cu chp hnh

V c bn, cc c cu chp hnh l phn c pha sau mt h c in t, nhn lnh iu khin (hu ht l dng tn hiu in)

v sinh ra mt s thay i trong h vt l bng cch to lc, chuyn ng, nhit, dng chy, v.v.. Thng thng, cc c cu chphnh c s dng kt hp vi ngun nng lng v mt c cu ghp ni nh trn hnh 16.7. Phn ngun cung cp nng lngAC hoc DC vi in p hay dng in nh mc. C cu ly hp l phn trung gian gia c cu chp hnh v h vt l. Cc ccu thng thng l thanh rng-bnh rng, truyn ng bnh rng, truyn ng ai, vtme-ai c, pt-tng v cc thanh ni.

Phn loi

C cu chp hnh c th phn loi da trn dng nng lng nh lit k trong bng 16.2. Bng ny lit k tt c cc dng cbn nht. V c bn c cc dng in, in-c, in-t, thy lc v kh nn. Cc dng c cu chp hnh th h mi bao gm ccu chp hnh vt liu thng minh, vi c cu chp hnh v c cu chp hnh nano.

C cu chp hnh cng c th phn loi thnh dng nh phn v lin tc da trn s lng u ra trng thi n nh. Mt rlevi 2 trng thi n nh l mt v d in hnh ca c cu chp hnh dng nh phn. Tng t, mt ng c bc l mt v din hnh cho c cu chp hnh dng lin tc. Khi c dng cho iu khin v tr, ng c bc c th cung cp cc u ra n

nh vi s gia dch chuyn rt nh.

Nguyn l hot ng

C cu chp hnh in

Cc b chuyn mch in l s la chn ca cc c cu chp hnh dng cho hu ht cc hot ng iu khin ng-m. Ccthit b chuyn mch nh it, tranzito, triac, MOSFET, v rle nhn mt tn hiu ra lnh cp nng lng thp t b iu khinv tc ng ng hay m cc thit b in nh ng c, van v cc b phn nung. V d, mt b chuyn MOSFET c thy trnhnh 16.8. Cc cng nhn tn hiu iu khin mc nng lng thp t b iu khin ng hoc ngt kt ni gia ngun cungcp v ti c cu chp hnh. Khi s dng cc chuyn mch, nh thit k phi chc chn loi b c vn nhy trng thi bngphn cng hoc bng phn mm.

C cu chp hnh in cC cu chp hnh in c thng dng nht l ng c, bin i nng lng in thnh chuyn ng c hc. Cc ng c l

thit b ch yu dng cho vic bin i nng lng in thnh nng lng c hc trong cng nghip. Ni chung, ng c c thc phn thnh ng c mt chiu, ng c xoay chiu, v ng c bc. ng c mt chiu hot ng nh in p mt chiu

7


8/13

S tay C in t

v vic thay i in p c th d dng iu khin tc ca chng. ng c c dng rng ri trong di cc ng dng t ccng c hng nghn m lc dng trong cn cun ti cc ng c m lc nh dng trong t (ng c khi ng, ng c qut,ng c gt nc, v.v..).

Hnh 16. 6 Thit b chp hnh thng thng

BNG 16. 2 Cc dng c cu chp hnh v c tnh ca chng

Cm bin c tnh

in

it, thyrist, tranzito lng cc, tric, ic, MOSFETcng sut, rle bn dn, v.v..

Dng in t

p ng tn s rt cao

Tiu th nng lng thpin c

ng c 1chiu

Trngkch

Kch thch c lp Tc c th iu khin hoc bng in p chy trong cun dyphn ng hoc bng cch thay i dng in trng

Mc sn ng dng tc khng i

T hp Mmen khi ng cao, mmen gia tc cao, tc cao vi tinh

Khng n nh khi ti nng

Nam chmvnh cu

ng c nam chm vnhcu truyn thng

Hiu sut cao, cng sut nh cao, v p ng nhanh

ng c nam chm vnhcu cun dy chuyn ng

Hiu sut cao hn v cm thp hn ng c mt chiu truynthng

ng c mmen c thit k chy thi gian di trong iu kin cht myhoc vng quay thp

Truyn thng in t (ng c khng chiqut)

p ng nhanh

Hiu sut cao, thng hn 75%

Tui th di, tin cy cao, khng cn bo dng

Sinh nhiu tn s sng thp

ng c xoay chiu

ng c cm ng xoay chiu L ng c c dng nhiu nht trong cng nghip

n gin, khe, v r

ng c ng b xoay chiu Rto quay vi tc ng b

Hiu sut rt cao trn di vn tc v ti rng

Cn h thng tr gip khi ng

Tui th tng i ngn

ng c bc

Lai ghp Thay i xung in trong chuyn ng c hc

Sinh ra v tr chnh xc khng cn phn hi

T tr bin thin Bo dng t

in t

Thit b dng solenoid Lc ln, khong thi gian ngnNam chm in t, rle iu khin ng/m

Thy lc v kh nn

8


9/13


Cm bin c tnh

Xy lanh Thch hp cho chuyn ng tuyn tnh

ng c thy lc

Dng bnh rng Di tc rng

Dng van u ra m lc ln

Dng piston tin cy cao

ng c kh Dng quay Khng c ri ro sc in

Dng truyn ng qua li Bo dng t

Van Van iu hng

Van iu khin p sut

Van iu khin qu trnh

C cu chp hnh vt liu thng minh

p in & in gio Tn s cao vi chuyn ng nh

in p thp vi kch thch dng in thp

phn gii caoT gio Tn s cao vi chuyn ng nh

in p thp vi kch t dng in cao

Hp kim nh hnh th in p thp vi kch t dng in cao

Tn s thp vi chuyn ng ln

Dng lu bin in Kch t in p rt cao

Chu ng tt vi sc v dao ng c hc

Tn s thp vi lc ln

Vi c cu chp hnh v nano c cu chp hnh

Vi ng c Thch hp vi cc h vi c Vi van C th dng cng ngh x l silicn sn c, nh ng c tnh

in

Vi bm C th dng bt c vt liu thng minh no

Hnh 16. 7 MOSFET cng sut n-knh

Tuy nhin, loi ng c ny c gi thnh cao do cn ngun mt chiu v yu cu bo dng nhiu hn so vi ng c xoaychiu.

Phng trnh chuyn ng chnh ca mt ng c mt chiu nh sau:

L loss

dT J T T

dt

= + +

y, Tl mmen,Jl mmen qun tnh tng, l vn tc gc ca ng c, osslT l tn hao c bn trong nh ma st.

9


10/13

S tay C in t

ng c xoay chiu ph bin nht do chng dng ngun xoay chiu chun, khng cn chi than v vnh chuyn mch, v do r hn. ng c AC c th phn loi thnh ng c cm ng, ng c ng b , v ng c vn nngtheo cu trc vt l cachng. ng c cm ng n gin, khe, v d bo dng. Chng c sn vi nhiu kch thc v hnh dng da trn s pha cndng. V d, ng c cm ng ba pha c dng trong cc ng dng cng sut ln, nh truyn ng bm, cn thp, thang myhoc xe c. ng c servo hai pha c dng rng ri trong cc h iu khin v tr. ng c cm ng mt pha c dng nhiutrong cc thit b gia dng. ng c ng b l mt trong nhng ng c in c hiu sut cao nht trong cng nghip, nn nc dng gim chi ph nng lng in. Thm vo , ng c ng b quay vi tc ng b, nn chng cng c dngtrong cc ng dng cn hot ng ng b. ng c vn nng hot ng vi ngun xoay chiu hoc mt chiu. Chng thngc dng trong cc ng dng cng sut nh. ng c vn nng mt chiu c t s cng sut/khi lng cao nht, nhng c thigian hot ng tng i ngn.

ng c bc l loi ng c ri rc v tr (s gia bc), ti thi im ng vi mi xung iu khin u vo, ng c dchchuyn mt bc. Do chng nhn lnh s trc tip v sinh ra chuyn ng c hc, cc ng c bc c dng rng ri trongcc ng dng iu khin cng nghip. Phn ln, chng c dng trong cc ng dng cng sut nh. Cng vi s pht trinnhanh chng ca cc b truyn ng bn dn tn s cao v s gim gi thnh, chng ngy cng c ng dng nhiu.

Hnh 16. 8 ng c bc n cc

Hnh 16.9 cho thy mt ng c bc n cc n gin. Cun dy 1 nm gia cc stato trn v di, cun dy 2 nm giacc cc tri v phi ca ng c. Rto l mt nam chm vnh cu vi su cc c gc bc n 30 o. Vi vic kch thch cun 1thch hp, cc stato trn tr thnh cc bc v cc stato di tr thnh cc nam. Tc ng ca n s ht rto v tr nh trn hnhv. By gi nu cun 1 c np in li v cun 2 c np in, rto s quay gc 30 o. Bng vic chn dng in thch hp quacun dy 2, rto c th quay theo chiu kim ng h hoc ngc chiu kim ng h. Bng vic kch thch theo th t hai cundy, ng c c th quay vi tc mong mun mt cch lin tc.

C cu chp hnh in tSolenoidl c cu chp hnh in t thng dng nht. Mt c cu chp hnh solenoid mt chiu bao gm mt li st t nm

trong mt cun dy mang in. Khi cun dy c in, t trng sinh ra lc y hoc ko li st. Cc cun kim loi xoay chiucng c th xem nh rle kch thch xoay chiu.

Mt solenoid iu khin mt van nh hng c a ra trn hnh 16.10. Thng thng, do lc l xo, li st mm c ysang v tr tn cng bn tri. Khi solenoid c kch thch, li st t s chuyn sang v tr tn cng bn phi nh sinh ra skhi ng in t.

Mt dng quan trng khc l nam chm in. Cc nam chm in c dng rng ri trong cc ng dng cn lc ln.

C cu chp hnh thy lc v kh nn

Cc c cu chp hnh thy lc v kh nn thng l ng c quay hocpt-tng/xy lanh hay van iu khin. Chng ph hp

cho cc ng dng cn lc cng vi dch chuyn ln. C cu chp hnh kh nn dng kh nn, thch hp cho cc ng dng lcthp v trung bnh, hnh trnh ngn v tc cao. Cc c cu chp hnh dng du p lc khng c nn. Chng c th sinh ralc rt ln cng vi dch chuyn ln mt cch hiu qu. Nhc im ca cc c cu chp hnh ny l phc tp v phi bodng nhiu.

Cc ng c quay thng c dng trong cc ng dng vn tc thp v mmen ln. Cc c cu chp hnh xy lanh/pt-tngthch hp cho ng dng chuyn ng tnh tin nh iu khin cnh my bay. Van iu khin dng van iu khin nh hngc dng kt hp vi ng c quay v xy lanh iu khin hng dng cht lng nh hnh 16.10. Trong cc van iu khinnh hng iu khin bi solenoid, v tr van quyt nh hng dch chuyn ca xy lanh/pt-tng.

10


11/13


Hnh 16. 9 Van iu hng c hot ng solenoid

Hnh 16. 10 Thay i pha ca hp kim nh hnh th

Hnh 16. 11 C cu chp hnh p in

Cc c cu chp hnh vt liu thng minh

Khng ging nh cc c cu chp hnh truyn thng, cc c cu chp hnh vt liu thng minh thng tr thnh mt phnca cu trc mang ti. Chng c nhng trong cc c cu chp hnh theo cch phn tn v tch hp trong mt cu trc mangti c th c dng kh dao ng, loi b nhiu v thay i hnh dng. Trong s rt nhiu loi c cu chp hnh vt liuthng minh, hp kim to hnh, p in (PZT), t gio, dng lu bin in, v hp cht cao phn t trao i in l thng dngnht.

Hp kim to hnh (SMA) l hp kim ca niken v titan chu chuyn pha khi t trong trng nhit. Cc SMA cng c bitn l NITINOL Phng th nghim hu cn hi qun v Niken v Titan ca M. Khi c lm lnh di nhit ti hn, cutrc tinh th ca chng s vo pha mactensit nh thy trn hnh 16.11. Trong trng thi ny, hp kim l cht do v c th tohnh d dng. Khi hp kim c nung trn nhit ti hn (trong khong 50-80oC), n s chuyn thnh pha austenitic. y,hp kim phc hi hnh dng m n c nhit cao hn. V d, mt dy dn thng ti nhit phng c th c lm thnhhnh dng bn nguyt nh trc, khi nung nng, c thy trong cc ng dng trong nha khoa v cc thit b p lc khc. Ccdy ny thng thng c nung nng bng cch cho dng in chy qua (ln ti c vi ampe), gi tr 0 ti in p rt thp

(thng thng 2-10 V).C cu chp hnh PZT ch yu l cc p tinh th vi cc tm dn trn v di c thy trn hnh 16.12. Khi dn mt inp dc hai tm dn, tinh th m rng theo chiu ngang c biu din bng nt chm. Khi o cc in p, tinh th co li nh sinh ra dch chuyn hai chiu. Mi quan h gia in v c ca vt liu p in c th biu din nh sau:

ET c S eE =

y T l ng sut, Ec l h s n hi ti in trng khng i, Sl bin dng, e l in dung ca in mi, v E l intrng.

Hnh 16. 12 Dao ng ca dm s dng c cu chp hnh p in

11


12/13

S tay C in t

Hnh 16. 13 C cu chp hnh t gio dng thanh

Mt ng dng ca cc c cu chp hnh ny c a ra trn hnh 16.13. Hai ming p in c kch thch cc dng to dao ng ngang dm cng x. Cc c cu chp hnh ny c di tn rng (thng thng 010 kHz) vi dch chuyn nh. Dokhng c cc b phn chuyn ng trong c cu chp hnh nn chng gn v thch hp cho cc chp hnh c micro v nano.Khng ging hot ng hai chiu ca c cu chp hnh p in, hiu ng in gio l hiu ng bc hai, ngha l, n phn ng limt in trng vi vic m rng v hng khng xt cc.

Vt liu t gio l mt hp kim ca tecbi, yprosi, v st to cc bin dng c hc ln ti 2000 vi bin dng hng ng ttrng. Chng c sn di dng thanh, tm, vng m, v bt. Hnh 16.14 cho thy mt c cu chp hnh dng thanh t gio

thng thng c t trong mt cun t tnh. Khi cun dy c kch thch, thanh di ra theo t l vi mt t trng sinh ra.Quan h in t c cho nh sau:

HS dH = +

y, l bin dng, HS l thun ti t trng khng i, l ng sut, dl hng s t gio, vHl mt t trng.

Hp cht cao phn t trao i in li dng hin tng thm in ca cc cht do in ha t nhin dng cho mc ch chphnh. Khi cp mt in th vo mngin phn lin kt ngang, cc cm c kh nng in to thnh mt mng in tch sinh rabin dng c hc. Cc dng c cu chp hnh ny c dng pht trin c nhn to v chi nhn to. u im c bn l khnng to ra bin dng ln vi kch thch in p tng i thp.

Vi c cu chp hnh v nano c cu chp hnh

Cc vi c cu chp hnh, hay cn c gi l cc vi my, h vi c in t (MEMS), v vi h thng l cc thit b di ng c

nh ang c pht trin nh qui trnh vi in t chun vi s tch hp cc bn dn v cc thnh phn vi c. Mt nh nghakhc pht biu rng bt k thit b no c sn xut bng cch lp rp cc b phn chc nng cc nh trong khong 1 15 mmc gi l vi my.

Trong cc ng c tnh in, lc tnh in chim u th, khng ging nh trong cc ng c truyn thng da trn cc lc t.Vi h thng vi c nh hn, lc tnh in ng vai tr l lc tc ng. Hnh 16.15 cho thy mt dng ca ng c tnh in.ng c ny l mt a hnh khuyn vi hng s dn sut v in mi ng nht. Khi hot ng, in p t vo hai mt dnsong song ngn bi mt lp cch ly. ng c quay vi vn tc khng i gia hai lp ng tm, ng phng ca cc in cctnh.

Hnh 16. 14 ng c tnh in: 1-rto, 2-cc in stato

Tiu chun la chn

Vic chn la c cu chp hnh thch hp cn kh hn vic chn cm bin, c bn do nh hng ca chng n ng lchc ca ton b h thng. Hn na, vic chn c cu chp hnh chi phi bi cng sut v c cu ghp ni ca h thng. C cughp ni i khi khng cn nu u ra ca c cu chp hnh c th giao tip trc tip vi h vt l. V d, vic chn ng ctuyn tnh thay cho ng c quay c th loi tr vic cn thit phi c c cu ghp ni bin i chuyn ng quay thnhchuyn ng tnh tin.

Ni chung, cc thng s di y cn xem xt trc khi la chn c cu chp hnh:

12


13/13


Cng sut u ra lin tc Lc/mmen ln nht c th t c mt cch lin tc khng vt qu gii hn nhit

Khong dch chuyn Khong dch chuyn tnh tin/quay

phn gii S gia lc/mmen nh nht c th t c

chnh xc tuyn tnh ha ca mi quan h gia u vo v u ra

Lc/mmen nh Lc/mmen lc c cu chp hnh dng

Tn hao nhit Lng in nng ln nht tn hao do nhit khi hot ng lin tc

c tnh tc Quan h lc/mmen v tc Tc khng ti Tc /vn tc hot ng bnh thng khi khng c ti

p ng tn s Di tn s m u ra p ng chnh xc vi u vo, p dng cho cc c cu chp hnh tuyn tnh

Yu cu v cng sut Dng nng lng (AC hoc DC), s pha, cp in p, v cng sut dng in.

Ngoi cc tiu chun k trn, cn nhiu thng s khc cng quan trng tu theo yu cu dng nng lng v c cu ghp ni.V d, nu chn c cu ghp ni thanh rng/bnh rng, khe h v ma st s nh hng n phn gii ca phn chp hnh.

13

Documents

sổ tay cdt Chuong 16- CBien