BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI HỆ THỐNG CÂN TẢI TRỌNG Ô TÔ

ĐỀ TÀI 3: HỆ THỐNG CÂN TRỌNG TẢI Ô TÔ Giới hạn điều kiện 1. Dải cân(0 – 50 tấn) 2. Bàn cân bằng kim loại 3. Sai số của phép đo là 0.1 % Yêu cầu 1. Trình bày tổng quan về công nghệ cân tải trọng ô tô? 2. Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? 3. Liệt kê cảm biến có trong hệ thống 4. Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống. 5. Trình bày về loại cảm biến lựa chọn? (chi tiết) 6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán , xử lý, đo tín hiệu đầu ra của cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển? 7. Đánh giá về sai số của hệ thống (giới hạn ,nguyên nhân, giải pháp khắc phục)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  BÀI TẬP LỚN MÔN : ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN ĐỀ TÀI HỆ THỐNG CÂN TẢI TRỌNG Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn : VÕ THỊ CẨM THÙY Sinh viên thực : ĐẶNG QUỐC HƯNG NGUYỄN NĂNG HIẾU NGUYỄN VĂN HUYẾN ĐỖ QUANG HUY NGUYỄN VĂN HIẾU Lớp : ĐIỆN 3-K11 Hà Nội-2018 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỀ TÀI 3: HỆ THỐNG CÂN TRỌNG TẢI Ô TÔ Giới hạn điều kiện Dải cân(0 – 50 tấn) Bàn cân kim loại Sai số phép đo 0.1 % Yêu cầu Trình bày tổng quan công nghệ cân tải trọng ô tô? Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? Liệt kê cảm biến có hệ thống Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống Trình bày loại cảm biến lựa chọn? (chi tiết) Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến tính tốn , xử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến để tác động đến đối tượng điều khiển? Đánh giá sai số hệ thống (giới hạn ,nguyên nhân, giải pháp khắc phục) Yêu cầu trung 1.Bìa gồm Tên đề tài Danh sách sinh viên nhóm Tên giáo viên hướng dẫn 2.Đầu có nội dung giao đề tài(phiếu giao đề tài) hướng dẫn yêu cầu trung bố cục trình bày 3.Bố cục trình bày theo hướng dẫn sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển Chương 2: Nội dung thực 2.1 Yêu cầu đề tài 2.2 Các hướng giải 2.3 lý lựa chọn cho thiết kế 2.4 Tính chọn thiết bị Chương 3: Kết luận 3.1 Các kết đạt 3.2 Các hạn chế thực 3.3 Biện pháp khắc phục Chương 4: Bài dịch tài liệu cảm biến 4.1 Bài tài liệu lý thuyết 4.2 tài liệu sử dụng cảm biến Mục lục 4.Phông chữ sử dụng báo cáo: Times New Roman – 14 5.Thời gian nộp: 6.Mỗi in nộp 7.Lớp trưởng tổng hợp file mềm nhóm ghi đĩa CD nộp lại cho GV giảng dạy trước bảo vệ LỜI NÓI ĐẦU “Nghiêm minh cơng tâm để “siết” xe q tải” Đó khẳng định mạnh mẽ Bộ Công an Bộ Giao thơng vận tải để sử lý tình trạng xe tải “nuốt” đường Theo thống kê vận tải đường chiếm tỉ trọng lớn (92% lượng hành khách 73,4% lượng hàng hóa) qua kiểm tra cho thấy, số xe kiểm tra có đến 50% số lượng xe chở trọng tải cho phép, có xe vượt tải đến 200% Qua trích dẫn cân ô tô thực quan trọng, trạng bị cho quan chức năng, nhà máy sản xuất chế biến cân hàng hóa phục vụ cơng tác quản lý hàng hóa, xuất nhập hoạt động sản suất Trên sở chúng em hiểu tầm quan đề tài: hệ thống cân tải tơ mà nhóm giao nhiệm vụ làm, tính thực tế đề tài Dưới phần trình bày làm, kiến thức có hạn kinh nghiệm không nhiều Chắc chắn làm chúng em khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận nhận xét góp ý kiến thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên làm đề tài: ĐẶNG QUỐC HƯNG NGUYỄN NĂNG HIẾU NGUYỄN VĂN HUYẾN ĐỖ QUANG HUY NGUYỄN VĂN HIẾU CHƯƠNG 1: TRÌNH BÀY TỔNG QUAN VỀ CÂN KIỂM TẢI TRỌNG Ơ TƠ 1.1 Cân tơ gì? Cân tơ hệ thống cấu thành từ ba loại thiết bị bao gồm: a) Kết cấu xây dựng (Bao gồm sắt thép, xi măng… Để làm thành móng cân) b) Phần mặt cân làm thép bê tông cốt thép c) Thiết bị điện cho trạm cân (Bao gồm: Cảm biến lực, hộp cộng tín hiệu, hiển thị, bảng led thiết bị phụ trợ khác) 1.2 Phân loại cân ô tô Gồm kiểu: - Cân ô tô kiểu (Pitless type) - Cân tơ kiểu chìm (Pit type) - Cân tơ kiểu nổi, chìm (Semi pit type) So sánh kiểu cân ô tô: Cân ô tô kiểu - Dễ dàng vệ sinh,lắp đặt sửa chữa - Chiếm nhiều diện tích (có dốc lên xuống cân) - Chịu nhiều ảnh hưởng mơi trường Cân tơ kiểu chìm - Khó vệ sinh đặt hiệu chỉnh - Chiếm diện tích - Chịu ảnh hưởng mơi trường cân - Thốt nước kém,dễ bị ngập Cân tơ kiểu nổi, chìm - Khó vệ sinh lắp đặt hiệu chỉnh sửa chữa - Chiếm diện tích trung bình(do có hố chờ để lắp đặt loadcell) - Thẩm mỹ cân (gió,nhiệt,độ…) - Thốt nước tốt - Tính thẩm mỹ - Chi phí móng cân thấp cân(do có hầm cân) - Thẩm mỹ hài hòa với khung cảnh chung nhà máy(do mặt cân phẳng với mặt đường) - Chi phí hầm cân cao Giải pháp lựa chọn: Nếu mặt đủ rộng nên ưu tiên cân kiểu nổi, ngược lại nên ưu tiên cân kiểu chìm Nếu cân mơi trường hóa chất phân bón hay chất ăn mịn mạnh, đòi hỏi cân phải dễ dàng vệ sinh làm loại hóa chất dợi vãi cân (để bảo vệ bàn cân loadcell) nên chọn cân kiểu CHƯƠNG 2: 2.1 NỘI DUNG THỰC HIỆN Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống - Hệ thống cân ô tô hoạt động dựa công nghệ cân điện tử Có áp lưc trọng tải lên mặt cân, cảm biến (Loadcell) nhận tín hiệu chuyền đến hộp nối dây - hộp cộng tín hiệu (Junction box) Tại tín hiệu từ loadcell chuyển đến cộng lại chia trung bình để tìm khối lượng xe Giá trị hiển thị hình thơng qua chuyển đổi hiển thị Đó đầu cân - thị cân (Indicator) hệ thống kết nối với máy tính để điều khiển quản lý số liệu phần mền chuyên dụng cân ô tơ - Bộ phận có tác dụng xác định giá trị trọng tải xe hệ thống cân ô tô cảm biến gồm loadcell kết nối với Loadcell hoạt động nhờ vào cấu đo cảm biến bến dạng - áp trở (Tenzo) gắn 2.2 Liệt kê loại cảm biến có hệ thống 2.2.1 2.2.1.1 Liệt kê theo hình dáng Loadcell uốn đơn (Thanh) (Single end sheer beam): Kích thước cồng kềnh, khối lượng nặng, khó lắp đặt nên không sử dụng lắp Hình 2.1 Hình dạng loadcell uốn đơn (Thanh) 2.2.1.2 Loadcell trụ (Rocker pin): Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ, dễ lắp đặt nên phổ biến Tuy nhiên, độ xác thấp phụ thuộc lớn vào độ nghiêng loadcell phụ thuộc vào yếu tố sau: - Trình độ nhân viên chỉnh lắp đặt - Sự co giãn bàn cân tác động dẫn đến độ nghiêng loadcell Độ võng bàn cân tác động trọng tải lớn ảnh hưởng đến độ nghiêng loadcell Hình 2.2 Hình dạng loadcell trụ 2.2.1.3 Loadcell uốn kép (Double end sheer beam): Khắc phục nhược điểm loại loadcell trên: Kích thước gọn, khối lược nhẹ, dễ lắp đặt độ xác bị ảnh hưởng cấu tạo đặc biệt chúng: - Thứ nhất, có bi thép tự lựa nên lực tác dụng xuống loadcell thẳng đứng - Thứ hai, loadcell cấu tạo tương đương loadcell uốn đơn ghép lại nên bị lệch tâm, tín hiệu loadcell ln ổn định có bù trừ qua lại tín hiệu hai loadcell đơn Hình 2.3 Hình dạng loadcell uốn kép 2.2.2 Liệt kê cấu tạo loadcell Cảm biến áp trở hoạt động dựa hiệu ứng áp trở (Piezo resistive effect): “Khi vật dẫn chịu biến dạng học điện trở thay đổi” Như ta biết điện trở vật dẫn biểu diễn biểu thức: Do chịu ảnh hưởng biến dạng nên điện trở cảm biến thay đổi lượng ΔR Ta có: Δ/R = Δl/ l + Δp/p - ΔS/S Nếu gọi: εr = ΔR/R: Lượng biến thiên tương đối điện trở bị biến dạng εl = Δl/l: Lượng biến thiên tương đối theo chiều dài εp= Δp/p: Lượng biến thiên tươngng đối theo điện trở suất εs = Δs/s: Lượng biến thiên tương đối theo tiết diện 2.2.2.1 Cảm biến áp trở kim loại Cảm biến áp trở kim loại chế tạo theo dạng bản: Dây mảnh, mỏng màng mỏng a Áp trở dây mảnh: Gồm có dây điện trở uốn hình lược, đường kính 0,02 ÷ 0,03 mm Hai đầu dây hàn với đồng berin đồng phootpho để nối với mạch đo Hai phía dán hai giấy mỏng 0,1 mm nhựa polymide (0,03mm) để cố định hình dáng dây, chiều dài dây L=nl0 (l0 độ dài đoạn dây, n: số đoạn ); n=10-20 Bình thường I0 =8-15 mm, tới 100mm nhỏ 2,5 mm chiều rộng a0=3÷10 mm b Áp trở dạng mỏng: Là mỏng có độ dày 4ữ12àm l t hp kim Constantan, ch to theo phng pháp ăn mịn quang học Ưu điểm có kích thước nhỏ hình dáng linh hoạt , độ nhạy lớn chịu biến dạng ngang chế tạo điện trở lớn c Áp trở dạng màng mỏng: Chế tạo phương pháp bốc kim loại có tốc độ nhạy cao bám vào khung có hình dạng định dạng định trước, ưu điểm chế tạo hình dạng phức tạp, kích thước nhỏ, điện trở ban đầu lớn, độ nhạy cao Hình 2.4 Cấu tạo áp trở kim loại d Yêu cầu vật liệu chế tạo áp trở - Độ nhạy thông thường k nằm khoảng 1,8÷2,35 ± 0,1% Với hợp kim platin – vofram k=4,1 - Hệ số nhiệt cần nhỏ điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ - Điện trở suất phải đủ lớp để giảm điện trở suất độ dài dây - Vật liệu chọn cần chịu áp lực lớn để tránh đứt chế tạo sử dụng Ứng lực tối đa không nên biến dạng cố định có trị số lớn 0,2% (Độ lớn giớ hạn đàn hồi kgN/mm) 2.2.2.2 Cảm biến áp trở bán dẫn Cảm biến áp trở bán dẫn chế tạo từ chất bán dẫn Silic, Gremeni, Asenua …, chia thành hai loại: Loại cắt loại khuếch tán a Loại cắt: Là mẫu cắt từ đơn tinh thể pha tạp, mẫu cắt gắn lên giá đỡ nhựa có chiều dài l = 0,1÷5mm , dày 0,01mm b Loại khuếch tán: Điện trở tạo nên cách khuếch tán tạp chất Sb,Ga,Mn… vào phần đơn tinh thể Silic pha tạp tùy theo tạp chất khuếch tán mà ta có áp trở loại n loại p 2.3 2.3.1 Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống Số lượng cảm biến cho bàn cân • Với bàn cân 0-50 tấn: Kích cỡ bàn cân là: - Cân khớp (3×6m, 3×7m) - Cân hai khớp (3×8m, 3ì9m, 3ì10m 3ì16m) ã Vi bn cõn mt khp chỳng ta chọn cảm biến cho bàn cân đặt vị trí góc chiều dài bàn cân nhỏ • Với bàn cân hai khớp chọn cảm biến cho loại (3×8-910m) cịn với loại lớn chọn cảm biến (3×16m) 2.3.2 Loại cảm biến cấu tạo cảm biến * Loại cảm biến (Đã phân loại trên): - Loại uốn đơn (Thanh) - Loại trụ - Loại uốn kép 10 Hình 4.2 Mô tả hoạt động loadcell - Khi có tải trọng lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn nén), điều dẫn tới thay đổi chiều dài tiết diện sợi kim loại điện trở strain gauges dán thân loadcell dẫn đến thay đổi giá trị điện trở strain gauges Sự thay đổi dẫn tới thay đổi điện áp đầu Hình 4.3 Sự biến đổi áp trở 13 - Sự thay đổi điện áp nhỏ, đo chuyển thành số sau qua khuếch đại thị cân điện tử (đầu cân), sử lý 2.4.2 Số lượng cảm biến Với bàn cân lựa chọn kích thước (3×9m) phương án lựa chọn số cảm biến sau Đối với hệ thống cân công nghiệp cân trọng tải tơ thường có trọng tải lớn, kiểu cân phức tạp phương án lựa chọn cảm biến thường sử dụng loadcell trụ đứng sử dụng nhiều loadcell hệ thống cân (thường loadcell), để tải trọng phân bố vào loadcell nên có độ xác cao - Lựa chon cảm biến loadcell trụ cho hệ thống bàn cân gồm loadcell (Áp trở kim loại) - Do hệ thống cân ô tô thường đặt ngồi trời, hay làm việc lưu động khơng cố định nên ta lựa chọn cảm biến áp trở kim loại để tăng độ bền hoạt động ổn định - Mơ hình vị trí lắp đặt loadcell bàn cân hình vẽ (cho cảm biến dùng loadcell), tạo phân bố hợp lý đạt hiệu xác cao Hình 4.4 Số lượng cảm biến loadcell cho bàn cân 14 2.5 Thiết kế vị trí lắp đặt cảm biến tính tốn sử lý đo tín hiệu đầu cảm biến để tác động đến đối tượng điều khiển 2.5.1 Cấu tạo bàn cân trọng tải tơ Có hai loại bàn cân tơ là: Bàn cân thép bàn cân bê tơng Bảng so sánh: Bàn cân ô tô thép bàn cân bê tông Phân loại Ưu điểm Bàn cân bê tơng Bàn Kết cân cấu thép dầm U • • • • Kết cấu dầm I Nhược điểm Giá thành rẻ bàn cân thép Kết cấu chắn • Tuổi thọ cao Dễ dàng lắp đặt di rời Chịu lực bàn cân làm từ tơn phẳng uốn hình U • Bàn cân sơn lớp chống gỉ sơn mầu thẩm mỹ cao • Tham khảo bàn cân dầm U • Chịu lực bàn cân làm từ thép I300 I600 đúc nguyên có độ dẻo độ cứng đảm bảo • Tự trọng bàn cân nặng • Dễ gây mỏi loadcell • Chịu ảnh hưởng nhiều thời tiết (co dãn bê tơng) • Khó di rời, lắp đặt khó • Giá thành cao 15 • Với kích thước lớn, bàn cân chia làm nhiều Module, có Với bàn cân ô tô kết cấu thép tuổi thọ bền, khả di động cao nhiên giá thành cao Thông số kỹ thuật bàn cân (Theo tiêu chuẩn OIML III, TCVN - 3) - Kích thước: rộng 3m, dài 9m - Bàn cân kiểu tháo rời lắp ráp di động - Vật liệu chế tạo: Toàn mặt bàn cân làm thép - Bàn cân chế tạo thép thép hình sử dụng cơng nghệ uốn cao - Khả chịu tải bàn cân: 0-50 - Khả chịu tải an toàn bàn cân 120%, tải phá hủy 300% - Dầm cân chế tạo thép sử dụng công nghệ uốn tôn chuyên dụng tiên tiến nay, có khả chịu lực cao - Thép mặt bàn cân chế tạo sắt chiều dày 10-12mm - Bàn cân có hệ thống chống dao động ngang dọc, đảm bảo trình làm việc bàn cân không bị dao động lớn ảnh hưởng đến kết cân Toàn mặt bàn cân sơn nước, chống gỉ sơn màu thẩm mỹ 16 Hình 5.1 Hình ảnh bàn cân lựa chọn 2.5.2 Vị trí lắp đặt cảm biến loadcell - Do đặc thù sử dụng bàn cân để cân trọng tải ô tơ có kích thước lớn, cồng kềnh phải sử dụng bàn cân lớn, nên địi hỏi vị trí loadcell phải lắp đặt vị trí thích hợp để mang lại hiệu cao, hình biểu diễn đây: - Chia cảm biến đáy bàn cân tạo cho bàn cân có chắn xác Hình 5.2 Mơ vị trí lắp đặt loadcell 17 Hình 5.3 Vị trí lắp loadcell thực tế bàn cân 18 2.5.3 Tính tốn, sử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến Hình 5.3 Sơ đồ mơ tính tốn, sử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến 2.5.3.1 Hộp nối dây-hộp cộng tín hiệu - Hộp nối dây nơi kết nối loadcell lại với nhau, tùy loại mà kết nối 4,6,8… Loadcell với 19 Hình 5.4 Sơ đồ hộp nối dây loadcell - Nguyên tắc hộp nối dây cộng tất tín hiệu loadcell nối vào chia trung bình để tìm khối lượng xác vật cần đo Hình 5.5 Hộp cộng tín hiệu cho loadcell 20 2.5.3.2 Đầu cân - thị cân (Indicator) Hình 5.6 Bảng thị cân Thông số kỹ thuật: - Nguồn cung cấp: Từ 85 đến 264 VAC, 49 đến 63 Hz - Cơng suất tiêu thụ: 12W - Điện áp kích thích Loadcell: VDC - Cấu tạo vỏ: Hợp kim nhôm - 06 phím chức - Đèn hiểm thị: Đèn huỳnh quang chân khơng, góc nhìn rộng - Độ phân giải trong: 1.000.000 - Độ phân giải hiển thị: 10.000 e - Tốc độ biến đổi A/D: 20 lần/giây - Tính lọc nhiễu kỹ thuật số - Chức cân: Cân thông thường, cân động vật, cân đếm, giữ số hiển thị, cộng dồn - Ngoại vi giao tiếp: chuẩn RS232/20mA/RS422 21 2.5.3.3 Màn hiển thị lớn - Đèn Led (Display) Hình 5.7 Màn hiển thị số lớn Led - Có tính hiển thị giá trị cân cho tài xế xem - Hiển thị số lớn, rõ, đẹp, khả nhìn xa ≥ 150m - Kích thước 840mm x 360mm x 190mm - Chuẩn nối tiếp RS 232 2.5.3.4 Máy tính máy in * Máy tính - Phần mềm quản lí chuyên biệt chuyên phục vụ trạm cân điện tử Cân ô tô 50 tấn, cân xe tải - Lưu trữ quản lý liệu máy vi tính thơng tin, số liệu khách hàng như: biển số xe, khối lượng hàng hóa xuất nhập, thời gian … - In phiếu cân cho mã cân, xe hàng Trong phiếu cân thể rõ thông tin: Biển số xe, tên khách hàng, trọng lượng tổng, trọng lượng xe, trọng lượng hàng, thời gian cân ra, vào…Thống kê chi tiết hàng hóa theo mã hàng… 22 Phần mềm quản lý liệu cân điện tử cân ô tô WS01 - Tương thích WinXP, Vista, Windows7 - Tương thích loại thị cân tơ có cổng kết nối RS232 - Tùy biến theo yêu cầu khách hàng - Dữ liệu SQL có khả kết nối với phần mềm quản lý khác • Máy in - Máy in kết nối với máy tính điều khiển dao diện - Thực nhiệm vụ in liệu thông tin sau sử lý hồn chỉnh phục vụ cơng tác đo lường, sử lý 23 2.5.3.5 Lắp đặt hiệu chuẩn - Ngoài hệ thống cân tơ cịn có phận thiết bị phụ trợ khác như: * Bộ chống dao động * Bộ chống sét đường dây nguồn (Khả cắt dòng sét 40kA) * Hệ thống dây dẫn cáp điện * Hệ thống đèn tín hiệu * Barie điều khiển vào ra… - Vận chuyển bàn cân, lắp đặt bàn cân - Lắp đặt phần điện, điện tử - Cài đặt phần mềm quản lý trạm cân, đọc, truy xuất liệu, in ấn phiếu cân… - Cân chỉnh toàn bàn cân - Hướng dẫn sử dụng toàn thiết bị cân điện tử, vận hành, kiểm tra, sửa chữa hư hỏng đơn giản 2.6 Đánh giá sai số hệ thống (Hạn chế, nguyên nhân biện pháp khắc phục) 2.6.1 2.6.2 Hạn chế hệ thống cân trọng tải ô tô - Lắp đặt cồng kềnh - Giới hạn cân khoảng rộng chi phí cao Ngun nhân gây sai số Với công nghệ cân trọng tải ô tô thiết kế, đề tài với loadcell dùng công nghệ cân phổ biến trên, khả gây sai số nhỏ < 0,1% Nguyên nhân: 24 - Lắp đặt thiết bị sai kỹ thuật - Chất lượng bàn cân (bàn cân đường dẫn không nằm trục mặt phẳng, đặt bàn cân không kỹ thuật) - Do hoạt động loadcell (khơng ổn định, hư hỏng) - Tính ổn định hệ điều hành 2.6.3 Biện pháp khắc phục - Có thiết kế xác, rõ dàng cho khoảng cân - Có phương án thi cơng, lắp đặt phải kỹ thuật thiết kế - Bảo chì, bảo dưỡng thường xuyên bảm bảo độ ổn định hệ thống CHƯƠNG 3: 3.1 KẾT LUẬN Kết đạt Với làm: - Phân tích cách tổng quát công nghệ cân kiểm tải ô tô (các thiết bị, loại cảm biến sử dụng củng công nghệ ứng dụng) - Xây dựng hệ thống cân ô tô với đầy đủ thiết bị chủ yếu, hiểu rõ hệ thống Với thân: 3.2 - Nâng cao kỹ làm việc theo nhóm - Tích lũy thêm nhiều kiến thức thực tế bổ ích Các hạn chế thực - Do kiến thức hạn chế nên q trình làm bài, làm nhiều cịn sơ sài, kỹ thuật trình bày cịn - Do khơng có tích lũy thực tế 25 3.3 3.4 Biện pháp khắc phục - Cố gắng thu thập tài liệu từ nguồn khác để bổ xung cho thiếu sót - Có gắng tìm hiểu thực tế để làm xác Lời cuối làm Qua lần họp nhóm, với cố gắng tập thể, cá nhân chúng em hồn thành làm mình, định có lỗi sai, thiếu sót Để làm hoàn thiện rút học chúng em mong nhận góp ý từ thầy cô! Chân thành cảm ơn cô! 26 PHỤ LỤC 27