Cảm biến chuyển vị LVDT

Cảm biến vị trí và dịch chuyển là tên gọi chung cho loại cảm biến chuyển vị LVDT. Đây là loại cảm biến được sử dụng dùng để đo đạc sự rung chuyển, rung lắc, vật thể tạo chuyển động trong phạm vi ngắn…Và sau đó sẽ cho ra tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V. Kết nối về các bộ hiển thị, hoặc PLC…Vậy, ở bài viết dưới đây cùng mình tìm hiểu thêm về loại cảm chuyển vị LVDT là gì? Ứng dụng của nó dùng như thế nào trong công nghiệp hiện nay.

Cảm biến chuyển vị là gì?

LVDT hay Linear Variable Differential Transformers là loại cảm biến chuyển vị LVDT. Được hiểu là cảm biến dùng để đo lường sự rung lắc, hay dao động mạnh từ động cơ đến cơ cấu quan trọng nào đó.

Hoặc bạn có thể hiểu theo một cách khác về loại cảm biến này. Chuyển ở đây là sự chuyển động, vị ở đây là vị trí. Vậy cảm biến chuyển vị này được dùng để đo lường vị trí chuyển động của cơ cấu hay chi tiết máy nào đó.

Ngoài ra, loại cảm biến này cũng được sử dụng trong các xilanh. Được dùng để xác định hành trình di chuyển của xilanh là bao nhiêu. Và tín hiệu ngõ ra của nó sẽ là loại tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V.

LVDT sensor là loại cảm biến mà có phạm vi đo của nó nhỏ nhất trong nhiều loại cảm biến. Ở đây, chỉ nói về các loại cảm biến tuyến tính. Độ phân giải của các loại cảm biến này chủ yếu là milimet, µm…

Do đó, Linear Variable Differentail Transformers thường được sử dụng ở những khâu chiếm phần quan trọng. Đặc biệt là những bộ phận cần độ chính xác đến phần ngàn.

Bên cạnh đó, những loại cảm biến này sẽ được thiết kế nhỏ gọn. Để phù lắp đặt bên cạnh cùng với một số động cơ chuyển động như Xilanh…

Cấu tạo cảm biến chuyển vị LVDT

Đối với loại cảm biến LVDT, nó thường sẽ có các bộ phận điển hình như sau:

• Cuộn core được gắn trên thanh di chuyển
• Cuộn cảm được bọc xung quanh phần thân của cảm biến. Chủ yếu là các sợi bằng đồng.
• Bộ phận chuyển đổi tín hiệu sang 4-20mA.

Đầu tiên, về phần lõi hay core của cảm biến LVDT. Nó sẽ được làm bằng kim loại. Kim loại này chủ yếu là sắt. Bộ phận này sẽ được gắn ngay cuối phần thanh di chuyển của cảm biến. Khi thanh này di chuyển nó sẽ đồng thời di chuyển phần kim loại bên trong nó.

Tiếp đến đó là cuộn cảm. Thông thường, phần cuộn cảm này sẽ được phân chia ra cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Mỗi cuộn dây này chủ yếu là các sợi đồng được cuộn tròn lại quanh phần thân cảm biến. Đối với cuộn dây thứ cấp này có sẽ có 1 cuộn hoặc 2 cuộn. Nếu hai cuộn thì nó sẽ có số vòng dây tương đồng với nhau.

Nếu dạng cảm biến LVDT có một 1 cuộn sơ cấp và 1 cuộn thứ cấp. Thì cuộn sơ cấp dùng để làm mốc, còn cuộn thứ cấp dùng để cho ra tín hiệu chiều dài tối đa. Còn đối với dạng 2 cuộn thứ cấp và 1 cuộn sơ cấp. Thì cuộn sơ cấp sẽ đặt giữa 2 cuộn thứ cấp. Với thiết kế này nó sẽ dùng trong cảm biến chuyển vị cho xilanh.

Ngoài cấu tạo cơ bản, thì cảm biến chuyển vị còn có thêm một số cơ cấu khác như:

• Lò xo
• Trục khuỷu có bạc đạn.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến

Nguyên lý của loại cảm biến LVDT này sẽ rất quen thuộc với các bạn. Có phải rằng, nếu bạn dùng một cuộn dây và nó được quấn quanh thanh sắt. Sau khi cấp điện cho nó, thanh sắt này sẽ có từ tính. Đây là nguyên lý cơ bản để tạo ra nam châm nhân tạo.

Tương tự với điều trên, với lõi sắt nằm bên trong các cuộn dây bằng đồng. Thì lúc này, thanh sắt sẽ trở thành một nam châm điện có từ trường. Thanh dịch chuyển dùng để cảm nhận sự chuyển động khi di chuyển.

Dẫn đến làm cho lỗi core di chuyển theo. Trong vật lý, chúng ta sẽ được hiểu là số đường sức từ đi qua tiết diện của dây dẫn bằng đồng càng nhiều. Thì giá trị từ thông này sẽ càng tăng.

Tín hiệu từ thông này sẽ được xử lý thông qua phần mạch chuyển đổi tín hiệu. Kết quả là sẽ cho ra tín hiệu tương tự như 0-10V hoặc 4-20mA.

Thông số kỹ thuật cảm biến

Nguồn cấp: 24V

Phạm vi đo: 2mm, 5mm, 10mm, 25mm, 50mm, 100mm, 200mm

Độ tuyến tính tối đa: 0,2%

Độ phân giải:  0,8um (tùy từng loại)

Tín hiệu ngõ ra: 4-20mA, 0-10V

Cấp bảo vệ: IP67

Nhiệt độ môi trường hoạt động: -40…+120

Vật liệu: Thép không rỉ

Ứng dụng cảm biến chuyển vị LVDT

Cảm biến LVDT được sử dụng như thế nào. Cùng mình tìm hiểu thêm phần ứng dụng cảm biến chuyển vị nhé.

Dùng để đo lường sự rung động

Cảm biến vị trí và chuyển động thường có biến thiên về khoảng cách rất là nhỏ. Chỉ từ vài milimet cho đến hàng trăm milimet. Chính vì từ điều này, nó được dùng để đo sự rung động của nhiều động cơ…

Điển hình là có thể động cơ 2 kỳ, 4 kỳ, 6 kỳ…trên xe máy, oto, tàu thủy… Đây là những động cơ khi hoạt động sẽ tạo ra độ rung. Thế nên, loại cảm biến này cũng dùng để đo lường.

Việc đo lường độ rung lắc như vậy dùng để làm giảm sự rung động từ máy. Thật vậy, nếu như động cơ rung động quá lớn thì cảm biến sẽ cho ra tín hiệu lớn tương tự. Từ đó, kỹ sư thiết kế và lắp đặt phải điều chỉnh lại máy sao cho sự rung lắc được giảm tối thiểu đi.

Ngoài động cơ ra, loại cảm biến này cũng còn dùng để đo sự rung chuyển trong lĩnh vực xây dưng. Như là cầu đường, hầm chứa…dùng để đo sự rung lắc của chúng có lớn quá mức cho phép hay không…

Dùng để kiểm tra ứng suất

Ứng suất được sản sinh ra khi có lực tác động vào. Lực tác động càng lớn thì ứng suất được sinh ra càng nhiều. Chính vì vậy, để có thể biết được ứng suất sinh ra nhiều hay không.

Chúng ta có thể sử dụng loại cảm biến chuyển vị LVDT để đo lường. Dựa vào kết quả được hiển thị trên màn hình bộ hiển thị, hoặc PLC thì chúng ta có thể nhận biết được rằng. Ứng suất được sinh ra có lớn hay không.

Dùng để điều khiển các loại động cơ

Đây là ứng dụng khá là tuyệt vời, nó hoạt động cũng tương tự như loại công tắc hành trình. Thông thường, các bạn cũng biết rằng công tắc hành trình chỉ có cho ra tín hiệu On-Off.

Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng loại cảm biến vị trí và dịch chuyển này như một công tắc. Và thuận tiện hơn là nó cho ngõ ra tín hiệu tuyến tính 4-20mA. Như vậy, chúng ta có thể tùy chỉnh phạm vi khoảng cách dùng để điều khiển các loại động cơ như Xilanh…

Một số lưu ý khi sử dụng cảm biến

Tổng kết lại, cảm biến vị trí và dịch chuyển được dùng để đo lường vị trí, hành trình, độ biến dạng của cơ cấu nào đó dưới dạng milimet. Sau đó chuyển đổi sang tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V.

Tuy nhiên, việc sử dụng cảm biến chuyển vị hay đi mua cảm biến này. Chúng ta phải lưu ý một số điều dưới đây:

Xác định phạm vi chiều dài khoảng cách

Cảm biến chuyển vị này sẽ có nhiều phạm vi đo biến dạng milimet khác nhau. Điển hình có thể là từ 0-2mm, 0-5mm, 0-10mm, 0-20mm…0-100mm,0-200mm… Do đó, bạn nên biết mình đang cần dùng trong giải đo là bao nhiêu.

Trường mà giải đo mà bạn quá nhỏ nằm trong phạm vi của cảm biến. Như là cảm biến dịch chuyển từ 0-10mm, mà bạn cần 0-8mm. Lúc này, bạn có thể thiết lập trên bộ PLC để calib lại tín hiệu cho chuẩn chỉ.

Hoặc không, bạn có thể dùng thêm bộ chuyển đổi tín hiệu Z109REG2-1 – SENECA để calib lại tín hiệu.

Tín hiệu ngõ ra cảm biến là gì?

Như các bạn biết về hai loại tín hiệu tuyến tính phổ biến hiện nay. Đó là 4-20mA hoặc 0-10V. Loại tín hiệu từ 4-20mA thường được sử dụng phổ biến đối với các loại PLC đời mới hiện nay.

Đối với tín hiệu từ 0-10V thuộc tín hiệu dành cho các dòng PLC đời cũ. Chính vì vậy, bạn nên cần xác minh rõ tín hiệu ngõ vào cho các bộ điều khiển đó là gì? Từ đó bạn chỉ cần chọn loại tín hiệu ngõ ra tương ứng.

Khu vực lắp có áp suất tác động lớn không?

Có một vài trường hợp đặt biệt của việc dùng cảm biến chuyển vị cho thủy lực. Thủy lực là dạng một dạng xilanh dùng cho các loại áp suất lớn lên đến hơn 100bar. Dẫn đến, chúng sẽ tác động một lực cực lến đến cảm biến.

Chính vì thế, một số loại cảm biến đo dịch chuyển từ loại thủy lực này được thiết kế. Để có khả năng đo lường dược sự rung chuyển từ thiết bị như thế này.

>> Tham khảo thiết bị: Cảm biến dây rút | Ứng dụng cảm biến dây rút công nghiệp

Kỹ sư cơ điện – tử

Nguyễn Thành Đạt