Mục tiêu, phạm vi nghiên cứu
- 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.
- 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.
- Bằng kiến thức đã học kiểm tra độ chính xác các thong số cơ bản của cảm biến.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- 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.
- Vận dụng được mô hình vào nhiều môi trường thực tế.
Việc sử dụng cảm biến trong nhà máy luyện thép giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong việc theo dõi, kiểm tra và sửa chữa Xu hướng hiện nay là giảm thiểu tác động thủ công bằng cách tự động hóa quy trình sản xuất, và cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc này Hãy khám phá cách cảm biến cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong ngành công nghiệp thép.
Hình 1.1 Cảm biến trong nhà máy luyện thép
Ngành công nghiệp sản xuất thép đang chứng kiến sự phát triển của các nhà máy mới và trang bị hiện đại, mở ra cơ hội cho các nhà cung cấp cảm biến Mặc dù chiếm khoảng 1,5% thị trường cảm biến toàn cầu trị giá 65 tỉ đô la, ngành thép đang chín muồi cho sự thay đổi nhờ vào tăng cường tự động hóa, tuân thủ tiêu chuẩn mới và cải thiện hiệu quả Thép, với độ cứng, linh hoạt và bền bỉ, vẫn là trụ cột của cuộc cách mạng công nghiệp và đóng góp lớn vào GDP của các nước sản xuất thép Trong lĩnh vực giao thông, camera được lắp đặt xung quanh và bên trong xe giúp phát hiện vật thể, khoảng cách và tốc độ, từ đó hỗ trợ người lái điều khiển xe hiệu quả hơn Hệ thống cảm biến tích hợp với hạ tầng giao thông sẽ cung cấp thông tin chi tiết về lưu lượng và loại phương tiện, cho phép điều khiển và phân luồng giao thông tự động, đảm bảo giao thông 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 sở hữu một nguồn tri thức trẻ phong phú và không ngừng bắt kịp xu hướng toàn cầu Thị trường cảm biến tại Việt Nam được đánh giá là rộng lớn và đầy tiềm năng phát triển, với nhiều dự án và sản phẩm đa dạng đang được triển khai.
Hình 1.3 Hệ thống nhận diện EyeQ
EyeQ Tech áp dụng công nghệ Deep Learning trong thuật toán theo dõi và nhận dạng khuôn mặt, giúp hệ thống trở nên thông minh, nhanh chóng và chính xác hơn thông qua việc tích lũy dữ liệu và đào tạo Tương tự như DeepMind của Google, EyeQ Tech đã thực hiện một bài kiểm tra độ chính xác trên bộ dữ liệu 10.000 khuôn mặt, đạt tỷ lệ chính xác 95% trong việc nhận diện khuôn mặt.
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
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 thiết bị dùng để phát hiện dòng điện trong dây, tạo ra tín hiệu tương ứng với dòng điện đó, có thể là điện áp, dòng điện hoặc đầu ra kỹ thuật số Tín hiệu này có thể được hiển thị trên ampe kế, lưu trữ để phân tích trong hệ thống thu thập dữ liệu, và phục vụ cho các mục đích điều khiển Hiện nay, có hai phương pháp sử dụng cảm biến dòng điện.
Cảm biến dòng điện trực tiếp hoạt động dựa trên định luật Ohm, sử dụng điện trở shunt tỷ lệ thuận với dòng tải của hệ thống Các điện trở shunt này có thể được đo bằng bộ khuếch đại vi sai, chẳng hạn như bộ khuếch đại dòng shunt, và thường áp dụng cho dòng tải dưới 100A.
Cảm biến dòng điện gián tiếp hoạt động dựa trên định luật Ampe và Faraday, bằng cách đặt một vòng dây quanh dây dẫn mang dòng điện Điện áp cảm ứng trên vòng dây tỷ lệ thuận với dòng điện, cho phép phương pháp này được áp dụng hiệu quả cho dòng tải từ 100A đến 1000A.
Hình 2.1 Cảm biến dòng điện
2.1.2.1 Một số phương pháp đo dòng điện
- Cảm biến hiệu ứng Hall đo dòng điện
- Máy biến áp hoặc ampe kìm
- Điện trở shunt, có điện áp tỷ lệ thuận với dòng điện qua nó
- Cảm biến dòng quang, sử dụng giao thoa kế để đo sự thay đổi pha trong ánh sáng do từ trường tạo ra
- Cuộn dây Rogowski, thiết bị để đo dòng điện xoay chiều hoặc xung dòng tốc độ cao.
Cảm biến dòng Analog 4-20mA T201 Series có 3 dạng tương ứng với 3 công dụng khác nhau:
Thiết bị này được sử dụng để đo dòng điện AC, chỉ có khả năng đo dòng AC Tín hiệu đầu ra là 4-20mA, có thể tùy chỉnh theo các mức dòng điện từ 0-5A, 0-10A đến 0-40A thông qua DIP Switch, với mỗi dãy đo cách nhau 5A.
Hình 2.2 Cảm biến dòng điện T201
Biến dòng analog 4-20mA T201DC là giải pháp hoàn hảo thay thế điện trở shunt và bộ chuyển đổi mV sang 4-20mA, cho phép đo trực tiếp dòng DC và truyền tín hiệu analog 4-20mA đến thiết bị hiển thị Cảm biến này chuyên dụng để đo dòng DC đi qua dây dẫn.
Hình 2.3 Cảm biến dòng điện T201DC
Cảm biến dòng AC/DC là thiết bị đa năng có khả năng đo cả dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC) mà không cần cài đặt thông số Thiết bị này tự động nhận diện loại dòng điện cần đo.
Hình 2.4 Cảm biến dòng điện T201 AC/DC
2.1.2.3 Cảm biến dòng điện AC 5A, ZMCT103C
Module đo dòng điện này hoạt động với điện áp 5VDC, tương tự như T201, mang lại sự dễ dàng trong việc sử dụng Nó rất hữu ích cho quá trình tìm hiểu và nghiên cứu.
Khi đo DC, cần kết nối tải nối tiếp Ip+ và Ip- theo đúng chiều, với dòng điện chảy từ Ip+ đến Ip- Khi đó, Vout sẽ đạt mức điện thế từ 2.5V đến 5V tương ứng với dòng từ 0A đến 30A Nếu kết nối ngược, Vout sẽ giảm xuống từ 2.5V đến 0V, tương ứng với dòng từ 0A đến -30A.
Khi cấp nguồn 5V cho module mà chưa có dòng Ip (không có tải mắc nối tiếp với domino), điện áp Vout sẽ là 2.5V Khi dòng Ip đạt 5A, Vout sẽ tăng lên 5V Vout có mối quan hệ tuyến tính với dòng Ip trong khoảng từ 2.5V đến 5V, tương ứng với dòng từ 0 đến 30A Để kiểm tra điện áp Vout, chúng ta sử dụng đồng hồ VOM ở thang đo DC.
Khi đo dòng điện AC, không cần quan tâm đến chiều của dòng điện Khi chưa có dòng Ip (tức là chưa có tải mắc nối tiếp với domino), điện áp Vout sẽ là 2.5V Khi có dòng xoay chiều Ip, điện áp Vout sẽ biến đổi theo dạng sóng sin, với độ lớn tuyến tính tương ứng với dòng điện.
AC , 0 đến 5V(thế xoay chiều xoay chiều) tương ứng với -30A đến 30A (dòng xoay chiều). Để kiểm tra ta dùng đồng hồ VOM thang đo AC đo điện thế Vout.
- Đường tín hi u analog có đ nhiềỹu thâấp.ệ ộ
- Th i gian tăng c a đõầu ra đ đỏp ng v i đõầu vào là 5às.ờ ủ ể ứ ớ
- Đi n tr dây dâỹn trong là 1.2mΩ.ệ ở
- Đi n áp ra c c kỳ n đ nh.ệ ự ổ ị
Hình 2.5 Cảm biến dòng điện 30A ACS712-30A
2.1.2 Tổng quan về cảm biến hồng ngoại
2.1.2.1 Cảm biến hồng ngoại LM393
Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách phát ra tia hồng ngoại với tần số nhất định Khi có vật cản trong hướng truyền, tia hồng ngoại sẽ phản xạ trở lại vào đèn thu hồng ngoại Sau quá trình so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên và đồng thời phát tín hiệu số đầu ra ở mức thấp.
TỔNG QUAN
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
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 thiết bị phát hiện dòng điện trong dây, tạo ra tín hiệu tỷ lệ với dòng điện đó, có thể là điện áp, dòng điện hoặc đầu ra kỹ thuật số Tín hiệu này được sử dụng để hiển thị dòng điện trong ampe kế, lưu trữ cho phân tích trong hệ thống thu thập dữ liệu, và phục vụ cho mục đích điều khiển Hiện nay, có hai phương pháp sử dụng cảm biến dòng điện.
Cảm biến dòng điện trực tiếp hoạt động dựa trên định luật Ohm, sử dụng điện trở shunt tỷ lệ thuận với dòng tải của hệ thống Điện trở shunt có thể được đo bằng các bộ khuếch đại vi sai, chẳng hạn như bộ khuếch đại dòng shunt, và thường được áp dụng cho dòng tải dưới 100A.
Cảm biến dòng điện gián tiếp hoạt động dựa trên định luật Ampe và Faraday, thông qua việc đặt một vòng dây quanh dây dẫn mang dòng điện để cảm ứng điện áp tỷ lệ với dòng điện Phương pháp này thường được áp dụng cho các dòng tải từ 100A đến 1000A.
Hình 2.1 Cảm biến dòng điện
2.1.2.1 Một số phương pháp đo dòng điện
- Cảm biến hiệu ứng Hall đo dòng điện
- Máy biến áp hoặc ampe kìm
- Điện trở shunt, có điện áp tỷ lệ thuận với dòng điện qua nó
- Cảm biến dòng quang, sử dụng giao thoa kế để đo sự thay đổi pha trong ánh sáng do từ trường tạo ra
- Cuộn dây Rogowski, thiết bị để đo dòng điện xoay chiều hoặc xung dòng tốc độ cao.
Cảm biến dòng Analog 4-20mA T201 Series có 3 dạng tương ứng với 3 công dụng khác nhau:
Thiết bị này được sử dụng để đo dòng điện AC và chỉ có khả năng đo dòng AC Tín hiệu đầu ra là 4-20mA, có thể tùy chỉnh cho các mức dòng điện như 0-5A, 0-10A, cho đến 0-40A, với mỗi dãy đo cách nhau 5A thông qua công tắc DIP Switch.
Hình 2.2 Cảm biến dòng điện T201
Biến dòng analog 4-20mA T201DC là giải pháp hoàn hảo thay thế điện trở shunt và bộ chuyển đổi mV sang 4-20mA Thiết bị này hoạt động bằng cách đo trực tiếp dòng DC, từ đó cung cấp tín hiệu analog 4-20mA cho thiết bị hiển thị Đặc biệt, cảm biến này chỉ có khả năng đo dòng DC đi qua dây dẫn.
Hình 2.3 Cảm biến dòng điện T201DC
Cảm biến dòng AC/DC là thiết bị đa năng, có khả năng đo lường cả dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC) mà không cần cài đặt thông số nào Thiết bị này tự động nhận diện loại dòng điện cần đo.
Hình 2.4 Cảm biến dòng điện T201 AC/DC
2.1.2.3 Cảm biến dòng điện AC 5A, ZMCT103C
Module đo dòng điện này hoạt động với điện áp 5VDC và có chức năng tương tự như T201, mang lại sự dễ dàng trong việc sử dụng Nó rất hữu ích cho quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về điện tử.
Khi đo dòng điện một chiều (DC), cần kết nối tải nối tiếp với Ip+ và Ip- theo đúng chiều Dòng điện sẽ di chuyển từ Ip+ đến Ip-, cho ra Vout ở mức điện thế từ 2.5V đến 5V, tương ứng với dòng từ 0A đến 30A Nếu kết nối ngược, Vout sẽ giảm xuống từ 2.5V đến 0V, tương ứng với dòng từ 0A đến -30A.
Khi cấp nguồn 5V cho module mà chưa có dòng Ip (không có tải mắc nối tiếp với domino), điện áp Vout sẽ là 2.5V Khi dòng Ip đạt 5A, Vout sẽ tăng lên 5V Mối quan hệ giữa Vout và dòng Ip là tuyến tính, với Vout dao động từ 2.5V đến 5V tương ứng với dòng tải từ 0 đến 30A Để kiểm tra điện áp Vout, bạn có thể sử dụng đồng hồ VOM ở thang đo DC.
Khi đo dòng điện xoay chiều (AC), không cần quan tâm đến chiều của dòng điện Trong trường hợp chưa có dòng Ip (không có tải mắc nối tiếp với domino), điện áp Vout sẽ là 2.5V Khi có dòng xoay chiều Ip, điện áp Vout sẽ tương ứng với điện thế xoay chiều hình sin, có độ lớn thay đổi liên tục theo hàm sin và tỷ lệ thuận với dòng điện.
AC , 0 đến 5V(thế xoay chiều xoay chiều) tương ứng với -30A đến 30A (dòng xoay chiều). Để kiểm tra ta dùng đồng hồ VOM thang đo AC đo điện thế Vout.
- Đường tín hi u analog có đ nhiềỹu thâấp.ệ ộ
- Th i gian tăng c a đõầu ra đ đỏp ng v i đõầu vào là 5às.ờ ủ ể ứ ớ
- Đi n tr dây dâỹn trong là 1.2mΩ.ệ ở
- Đi n áp ra c c kỳ n đ nh.ệ ự ổ ị
Hình 2.5 Cảm biến dòng điện 30A ACS712-30A
2.1.2 Tổng quan về cảm biến hồng ngoại
2.1.2.1 Cảm biến hồng ngoại LM393
Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách phát ra tia hồng ngoại với tần số xác định Khi phát hiện vật cản trong hướng truyền, tia hồng ngoại sẽ phản xạ trở lại vào đèn thu hồng ngoại Quá trình so sánh kết quả phản xạ này sẽ kích hoạt đèn màu xanh sáng lên, đồng thời tạo ra tín hiệu số đầu ra ở mức thấp.
Khoảng cách làm việc hiệu quả của cảm biến là từ 2 đến 5 cm, với điện áp hoạt động từ 3.3 V đến 5 V Độ nhạy sáng có thể điều chỉnh thông qua chiết áp, giúp người dùng dễ dàng lắp ráp và sử dụng.
Có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật và dò đường
- Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định
- Điện áp làm việc: 3.3V - 5V DC.
- Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng.
- Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt
Các mô-đun đã được so sánh điện áp ngưỡng qua chiết áp Trong trường hợp sử dụng ở chế độ thông thường, người dùng không nên tự ý điều chỉnh chiết áp.
Hình 2.6 Cảm biến hồng ngoại.
2.1.2.2 Cảm biến Tiệm cận hồng ngoại E3F-DS30C4 30cm NPN
Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F-DS30C4 có khả năng xác định khoảng cách đến vật cản trong phạm vi 30cm nhờ vào ánh sáng hồng ngoại, mang lại độ phản hồi nhanh chóng Ngõ ra của cảm biến là dạng NPN, cho tín hiệu cao khi không có vật cản và tín hiệu thấp khi có vật cản Đặc biệt, người dùng có thể điều chỉnh khoảng cách nhận mong muốn thông qua biến trở tích hợp trên mạch, giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng.
Module Thu Phát Hồng Ngoại V1 tích hợp cả bộ phát và bộ thu hồng ngoại, trong đó bộ phát hồng ngoại sử dụng diode phát sáng (LED) để phát ra tia hồng ngoại.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong đề tài này người thực hiện đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử và truy cập từ mạng Internet.
Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện thực tế đang có trên thị trường và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet.
Phương pháp thực nghiệm kết hợp ý tưởng và kiến thức cá nhân với sự hướng dẫn của giáo viên, cho phép người thực hiện lắp ráp và thử nghiệm nhiều loại mạch điện khác nhau Qua quá trình này, các mạch điện tối ưu được chọn lọc dựa trên các chức năng được đánh giá cao từ nhu cầu của người sử dụng.
Người thực hiện dựa vào tài liệu và kiến thức đã học, kết hợp với sự hỗ trợ của máy tính và thông tin trực tuyến để thực hiện đề tài này Bên cạnh đó, họ cũng sử dụng các thiết bị hỗ trợ tự trang bị trong quá trình thiết kế mạch.
Hình 3.1 S đôầ đâấu dây Arduino v i c m biềấn dòng đi nơ ớ ả ệ
Hình 3.2 Mô hình c m biềấn dòngả
3.1.1.3 Sử dụng cảm biến dòng thực tế trong thiết bị điện
Hình 3.3 Các linh ki n và đâấu nôấi c a m ch.ệ ủ ạ
