Encoder là gì? 11 loại Encoder khác nhau cho động cơ

Bộ mã hóa - Encoder là một trong những công cụ thiết yếu nhất hỗ trợ cho dây chuyền lắp ráp, đếm và nhiều ngành công nghiệp khác. Bộ mã hóa động cơ cũng được sử dụng trong nhiều ứng dụng đòi hỏi thông tin định vị và điều khiển chính xác. Bộ mã hóa động cơ được sử dụng để theo dõi tốc độ quay và hướng của động cơ.

Encoder là gì?

Encoder là thiết bị được sử dụng để đo tốc độ và vị trí.

Bản chất Encoder là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu analog hoặc tín hiệu kỹ thuật số (digital) đáp ứng với chuyển động. Loại thiết bị cơ điện này có khả năng biến đổi chuyển động (chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của trục, ...) thành tín hiệu đầu ra số hoặc xung.

Encoder có thể được sử dụng để theo dõi tốc độ quay và hướng của động cơ. Encoder có thể đo vị trí của trục động cơ theo thời gian thực và có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ. Chúng có thể được nhìn thấy trong các hệ thống vòng kín, nơi cần duy trì vị trí chính xác.

Cấu tạo của Encoder

Encoder có cấu tạo đơn giản gồm có:

• 1 Đĩa quay khoét lỗ gắn vào trục động cơ máy.
• 1 đèn Led chiếu sáng khi làm việc.
• 1 mắt thu quang điện thiết kế thẳng hàng.
• 1 bảng mạch điện tử khuếch đại tín hiệu.

Nguyên lý làm việc của Encoder

Khi encoder hoạt động thì bộ chuyển đổi sẽ biến sự chuyển động cơ thành tín hiệu điện. Tiếp đó tín hiệu được truyền đến tủ điều khiển PLC nhằm xử lý thông tin và hiển thị thông tin và giá trị cần đo bằng chương trình riêng.

Trong trường hợp khi có ánh sáng chiếu vào hoặc không có ánh sáng thiết bị có thể thu nhận tín hiệu đèn Led có chiếu qua lỗ này hay không. Số xung đếm được tăng dần lên và được tính bằng số lần mà ánh sáng bị cắt.

Phân loại Encoder

Có hai loại Encoder chính là: Encoder tuyệt đối (Absolute encoder) và Encoder tương đối (Incremental encoder). Encoder tuyệt đối là lựa chọn phổ biến hơn.

Encoder tuyệt đối đo vị trí của trục động cơ so với điểm tham chiếu cố định. Điểm tham chiếu có thể là vị trí bắt đầu của trục hoặc có thể là vị trí của trục tại bất kỳ thời điểm nào. Encoder tuyệt đối đắt hơn Encoder tương đối, nhưng chúng cung cấp khả năng định vị chính xác hơn.

Encoder tương đối đo vị trí của trục động cơ so với vị trí bắt đầu của nó. Bộ mã hóa tương đối rẻ hơn bộ mã hóa tuyệt đối, nhưng chúng cung cấp khả năng định vị kém chính xác hơn.

Có nhiều loại Encoder khác nhau trên thị trường, mỗi loại có một bộ lợi ích riêng cho các ứng dụng cụ thể của bạn.

1. Linear Encoder

Linear Encoder bao gồm một thang đo đóng vai trò như một thước đo và một đầu dò phát hiện thông tin vị trí. Có các khe nằm trong các tấm của bộ mã hóa tuyến tính cho phép ánh sáng đi vào, sau đó kích hoạt đầu dò.

Sau đó, đầu dò trên bộ mã hóa tuyến tính có thể tạo ra tín hiệu đầu ra tỷ lệ thuận với sự thay đổi về vị trí. Bộ mã hóa tuyến tính có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm đo tốc độ và khoảng cách mà vật thể di chuyển.

Giống như rotary encoder, có hai phương pháp phát hiện: phương pháp quang học sử dụng phản xạ ánh sáng và phương pháp từ tính sử dụng từ tính.

Linear Encoder hoạt động chạy trên một thanh trượt dài và thẳng. Thường được sử dụng trong các máy in, máy photo, coppy,..

2. Angle Encoder (Bộ mã hóa góc)

Bộ mã hóa góc là một loại của bộ mã hóa quay (rotary encoder). Chúng là một trong những loại bộ mã hóa phổ biến nhất được sử dụng trong công nghiệp hiện nay. Bộ mã hóa góc sử dụng đĩa hoặc bánh xe được gắn vào trục của động cơ. Đĩa có các vạch chia trên đó được cảm biến quang đọc, sau đó tạo ra tín hiệu điện.

Bộ mã hóa góc được sử dụng trong nhiều loại ứng dụng khác nhau, bao gồm điều khiển động cơ, phản hồi vị trí, v.v. Các loại bộ mã hóa này bao gồm cả loại tuyệt đối và tương đối.

3. Rotary Encoder (Bộ mã hóa quay)

Bộ mã hóa quay hoạt động bằng cách đo sự thay đổi vị trí của trục quay. Bộ mã hóa quay sử dụng trục quay kết hợp với đĩa tròn có các lỗ hoặc vạch trên đó. Các vạch này khác nhau tùy thuộc vào loại ứng dụng mà bộ mã hóa quay được sử dụng.

Các lỗ chia hoặc vạch chia được đọc bởi cảm biến quang học hoặc từ tính, sau đó tạo ra tín hiệu điện. Sau đó, tín hiệu được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số hoặc tín hiệu tương tự có thể được bộ điều khiển đọc.

Bộ mã hóa quay thường được tích hợp vào động cơ DC, nhưng chúng cũng có thể được mua dưới dạng các thành phần riêng biệt. Bộ mã hóa quay có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm đo tốc độ, theo dõi hoạt động của động cơ, v.v. Có hai loại bộ mã hóa quay chính: quang học (optical) và từ tính (magnetic).

4. Encoder tuyệt đối (Absolute encoder)

Bộ mã hóa tuyệt đối là một loại của bộ mã hóa quay. Chúng là một số bộ mã hóa được ưa chuộng nhất trong ngành hiện nay vì chúng cực kỳ chính xác, ngay cả trong trường hợp mất điện. Bộ mã hóa tuyệt đối, đúng như tên gọi của nó, tạo ra thông tin vị trí tuyệt đối, nghĩa là bạn biết vị trí của một vật thể trên dây chuyền lắp ráp của mình mọi lúc.

Điều tuyệt vời về bộ mã hóa quay tuyệt đối là chúng cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi phải liên tục sản xuất. Nếu có trường hợp mất điện, bạn sẽ có thể tiếp tục vận hành bộ mã hóa của mình mà không cần phải hiệu chuẩn lại, không giống như bộ mã hóa gia tăng.

5. Encoder tương đối (Incremental encoder)

Không giống như bộ mã hóa tuyệt đối, Encoder tương đối không cung cấp vị trí tuyệt đối của tải. Các loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng mà nhu cầu định vị chính xác không quan trọng bằng việc theo dõi tốc độ hoặc hướng. Encoder tương đối đo các thay đổi về vị trí và có thể được sử dụng để theo dõi tốc độ của trục quay.

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của Encoder tương đối là theo dõi tốc độ của động cơ.

6. Magnetic Encoder (Bộ mã hóa từ)

Magnetic rotary encoder rẻ hơn optical rotary encoder, nhưng chúng không chính xác bằng. Chúng sử dụng nam châm gắn vào trục của động cơ. Sau đó, nam châm được đọc bởi cảm biến từ, tạo ra tín hiệu điện. Sau đó, tín hiệu được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số hoặc tín hiệu tương tự tạo ra sóng cosin và sin hoặc sóng vuông, tùy thuộc vào bộ mã hóa từ là tuyệt đối hay tương đối.

Bộ mã hóa từ được sử dụng trong nhiều loại ứng dụng khác nhau, bao gồm đo tốc độ và theo dõi hoạt động của động cơ. Bộ mã hóa từ dễ bị nhiễu từ bên ngoài, chẳng hạn như đường dây điện hoặc các thiết bị điện tử khác.

7. Optical Encoder (Bộ mã hóa quang học)

Bộ mã hóa quang học sử dụng đèn LED hồng ngoại chiếu sáng trên đĩa có vạch chia. Đĩa được gắn vào trục của động cơ. Khi đĩa quay, đèn LED chiếu sáng các phần khác nhau của đĩa. Sau đó, ánh sáng phản xạ được cảm biến quang học thu nhận, tạo ra tín hiệu điện. Bộ mã hóa quang học là một số loại bộ mã hóa phổ biến nhất trên thị trường hiện nay.

Vì sử dụng đèn LED và bộ khuếch đại nên chúng ít bị lỗi hơn các loại bộ mã hóa khác. Chúng cũng khá dễ sản xuất và có sẵn rộng rãi, khiến chúng trở thành loại được ưa chuộng trong nhiều ngành công nghiệp như máy in, máy CNC, v.v.

8. Bộ mã hóa điện dung (Capacitive Encoder)

Bộ mã hóa điện dung sử dụng cảm biến điện dung để phát hiện vị trí của trục. Bộ mã hóa điện dung hoạt động bằng cách đo sự thay đổi điện dung giữa hai tấm. Một trong hai tấm được cố định, trong khi tấm còn lại được gắn vào trục của động cơ. Khi trục quay, khoảng cách giữa các tấm thay đổi, làm thay đổi điện dung. Sự thay đổi điện dung này sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện có thể được bộ điều khiển đọc.

9. Encoder loại từ trường (Electromagnetic Encoder)

Bộ mã hóa quay từ sử dụng nam châm được gắn vào trục của động cơ. Khi trục quay, nam châm quay qua một cảm biến cố định. Cảm biến tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ thuận với tốc độ của trục. Tín hiệu được tạo ra bằng cách đo các thay đổi trong từ trường, được phát hiện bởi một cảm biến từ hóa bên trong bộ mã hóa.

10. Single Turn Encoder

Single Turn Encoder là bộ mã hóa có thể xoay 360 độ và cung cấp vị trí tuyệt đối trong một vòng quay đầy đủ. Bộ mã hóa vòng quay đơn thường được sử dụng trong các ứng dụng mà nhu cầu định vị chính xác không quan trọng bằng việc theo dõi tốc độ hoặc hướng. Bộ mã hóa vòng quay đơn đo các thay đổi về vị trí và có thể được sử dụng để theo dõi tốc độ của trục quay.

11. Multi-Turn Encoder

Bộ mã hóa nhiều vòng là bộ mã hóa có thể xoay hơn 360 độ. Loại bộ mã hóa này theo dõi số vòng quay đầy đủ của trục cũng như vị trí tuyệt đối trong vòng quay hiện tại. Bộ mã hóa nhiều vòng được sử dụng trong các ứng dụng cần định vị chính xác, chẳng hạn như trong máy CNC và các ứng dụng công nghiệp khác như máy in 3D. Chúng là bộ mã hóa được ưa chuộng cho các dây chuyền lắp ráp cực dài, nơi cần nhiều phép đo.

Tiêu chí lựa chọn Encoder

• Chọn theo ứng dụng bạn đang sử dụng bộ mã hóa

Nếu bạn cần một bộ mã hóa cần tạo thông tin chính xác theo thời gian thực và có thể chịu được tình trạng mất điện, thì bộ mã hóa quay tuyệt đối có thể là lựa chọn tốt nhất.

• Môi trường làm việc

Nhiều bộ mã hóa quang học và bộ mã hóa điện từ hiện đại có thể chịu được phản hồi và tiếng ồn. Tuy nhiên, hãy kiểm tra dây chuyền lắp ráp của bạn để tìm các khu vực có thể gây nhiễu.

• Mức độ chính xác

Nếu ứng dụng của bạn yêu cầu định vị rất chính xác, thì bạn sẽ cần chọn một bộ mã hóa có độ phân giải cao, chẳng hạn như bộ mã hóa quang học tuyệt đối. Ngược lại, các ứng dụng chỉ yêu cầu định vị tương đối có thể sử dụng bộ mã hóa có độ phân giải thấp hơn, chẳng hạn như bộ mã hóa tương đối cho động cơ.

• Độ bền

Một số môi trường khắc nghiệt hơn, bạn sẽ cần đảm bảo rằng bộ mã hóa bạn chọn có thể chịu được các điều kiện mà nó sẽ tiếp xúc. Ví dụ, bộ mã hóa được sử dụng trong các nhà máy chế biến thực phẩm cần có khả năng chịu được việc rửa trôi thường xuyên bằng hóa chất mạnh.

• Kích thước của bộ mã hóa

Bộ mã hóa có đủ mọi hình dạng và kích thước. Chọn một bộ mã hóa phù hợp với không gian bạn có.

• Giá của bộ mã hóa

Bộ mã hóa chất lượng cao hơn sẽ có giá cao hơn, chẳng hạn như bộ mã hóa tuyệt đối điện từ hoặc bộ mã hóa góc. Tuy nhiên, chúng cũng sẽ bền hơn và cung cấp thông tin chính xác hơn.

Ứng dụng của Encoder

• Ứng dụng đo tốc độ: Để một máy bơm có thể bơm chất lỏng vào bồn chứa thì cần phải lắp đặt với biến tần. Khi đó chất lỏng được bơm vào bồn phải có tốc độ xác định. Việc encoder kết nối với biến tần có chức năng giúp phản hồi tốc độ thực tế dòng chảy của chất lỏng.
• Ngành công nghiệp ô tô: Trong ngành công nghiệp ô tô, encoder được ứng dụng trong việc sản xuất cảm biến chuyển động cơ học. Có khả năng kiểm soát tốc độ.
• Điện tử tiêu dùng và thiết bị văn phòng: Bộ mã hoá encoder được coi như một thiết bị dựa trên PC, máy in hay máy quét
• Công nghiệp: Encoder được ứng dụng trong công việc dán nhãn, đóng gói và chế tạo máy với bộ điều khiển động cơ đơn và đa trục.
• Y tế: Bộ mã hoá encoder được ứng dụng trong máy quét y tế. Không chỉ vậy còn có chức năng điều khiển chuyển động bằng kính hiển vi hoặc nano của các thiết bị tự động và bơm phân phối.
• Quân đội: Được ứng dụng trong thiết kế ăng ten định vị
• Dụng cụ khoa học: Định vị kính viễn vọng quan sát.

Bộ mã hóa Encoder trở thành một nguồn quan trọng cho nhiều ứng dụng. Dù là liên quan đến tốc độ, hướng hay khoản cách, khả năng của Encoder cho phép người sử dụng thông tin này để kiểm soát chính xác. Trên đây là một số thông tin và kiến thức cơ bản về Encoder là gì ?. Hy vọng nó sẽ cần thiết cho những bạn đang cần tìm hiểu.