Báo cáo thí nghiệm Đo lường công nghiệp

Nội dung thí nghiệm © - Calib các cảm biến và sử dụng các phương trình calib dé do nhiệt độ 3.. Mục tiêu thí nghiệm e Hiểu được đặc tính xung của encoder, quan hệ V-đ của cảm biến đo kho

ĐẠI HỌC QUÓC GIA TP HỎ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Tỉ F

BAO CAO THI NGHIEM

MON: DO LUONG CONG NGHIEP

GVHD: Bui Thanh Huyén

Lop L11 - Nhom 2

ASO et cs ce 24

3 Tiém ham thi mghi@m 0000s ccc cce cess eesseseressesesessesssesesessssresssesretsretsissritsessssretetetasetiissssssaeesesees 34

—‹cia nu 47

3.Tiến hành thí nghiệm: 2 SSTỰ112211221 1 2121012122212 1 n1 1212121111222 creg 48

3.2.Thu thập dữ liệu sử dụng MQTTT 522 2211211121122111221122111 1122112121211 12 2e 56 3.3.Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu str dung Node-RED3 00000000000.00.0ccccccccccccsccssesscessecssessesesesstsssesssesssenseseee 57

BÀI 1: ĐO NHIỆT ĐỘ

1 Mục tiêu thí nghiệm

e Biét cách sử dụng chuyến đổi tín hiệu thermistor sang nhiệt độ và tìm phương trình calib,

e_ Sử dụng phần mềm LabVIEW để xử lí, hiển thị và lưu trữ đữ liệu

2 Nội dung thí nghiệm

© - Calib các cảm biến và sử dụng các phương trình calib dé do nhiệt độ

3 Tiền hành thí nghiệm

3.1 Đo nhiệt độ dùng cảm biến thermistor

3.3.1 Khao sat dac tinh R-T cua thermistor

Lap trinh LabVIEW

Hie thenmistorvi Front Panel

File Edit View Project oreaas is HTH

c=1.521x107

B = 4407

=_ Các đặc tuyến tương đối giống nhau

" Đặc tuyên từ bảng sô liệu tương đôi lệch so với 2 đặc tuyên được tính toán do

mauso con it

Pt Steinhart-hart Pt xap xi (beta)

Lan do ao chuảo Nhiệt độ đo vn sáo

0 tir thermistor | Sai so °C) Sai sd (°C)

SH model Bet Model 70.7456 71.0327

90

SH model Beta model

100 - 100 = 80< 802 60= 60=

402 40=

202 202 o- 0:

SH model Beta Model

87.6226 80.7079

a

Nhận xét

ngoải

Sai số của 2 phương pháp trên đều nằm trong mức chấp nhận được

Ta thấy phương pháp Steinhart-Hart chính xác hơn phương pháp xấp xi

Đề giảm sai số, ta nên đảm bảo lò nhiệt kín, không bị ảnh hưởng từ các tác nhân bên

Khi tính toán Beta nên thay đổi Beta tùy theo khoảng nhiệt độ dé chính xác hơn

3.2 Khảo sát đặc tính R-T của thermistor

3.1.2 Khảo sát đặc tinh R-T cua Pt100

Rt 128.358

" Cac dic tuyến khá giống nhau

= Phần giữa của 2 đặc tuyến hơi lệch nhau do một đặc tuyến là phi tuyến

Tai 83°C

Nhận xét

-Sai số của phép đo khá nhỏ, trong tầm chấp nhận được và tốt hơn thermistor -Ta thấy những phép nằm trong khoáng 32 và 60 độ cho sai số tốt hơn do ta tuyếntính

mô hình tại 2 điểm này

-bé giảm sai số, khi đo nhiệt độ ta cần loại bỏ những tác nhân từ bên ngoài môi

trường

3.3 Tổng hợp

Lập trình LabVIEW

Đề những kết quá lần sau được như ý hơn, nhóm cần phải chú ý tới việc đảm bảo nhiệt độ

trong lò không bị ảnh hưởng bởi không khí bên ngoài, khi tính toán nhiệt độ theophương pháp xấp xi phải đựa vào khoáng nhiệt độ cần đo

BÀI 2: ĐO VỊ TRÍ, VẬN TÓC

1 Mục tiêu thí nghiệm

e Hiểu được đặc tính xung của encoder, quan hệ V-đ của cảm biến đo khoảng cách

e Tinh duge vi tri cua đối tượng bằng cảm biến đo khoảng cách thu phát quang Tính

được vị trí, vận tôc của đôi tượng băng cảm biên encoder quang

e_ Biết cách calib các cảm biến đo vị trí

e©_ Sử dụng phần mém LabVIEW đề xử lý, hiển thị và lưu trữ dữ liệu

Trường hợp quay encoder theo chiều dịch chuyển vitme qua trái, nối thêm D vào AI]:

Trường hợp quay encoder theo chiều dịch chuyển vitme qua phải, nỗi thêm D vào AI:

Đồ thị ngõ ra đạng sóng Z và Z

Nhận xét:

©_ Dạng sóng xung A,B,Z khảo sát là các xung vuông tương đối

e Dang song xung A-ÃÄ, B-B, Z-Z là các xung đối nhau

e_ Pha Z quay l vòng mới xuất hiện l xung

e© Pha A-B khi quay chiều thuận có số lượng xung bằng nhau, trong

đó B bị trễ pha đi một khoảng tương đối 90 độ Nhưng khi quay chiều nghịch thì xung A lại trễ hơn xung B một khoáng tương đối

90 độ.

2.1.2 Ðo vận tốc

Trong phân này, sinh viên sẽ thực hiện đo vận tốc băng cách đêm số xung

trong I khoảng thời gian

Đấu dây như sau:

Khoi do van toc:

Giao diện hiển thị:

Nhận xét:

e©_ Khi trục di chuyên thì đồ thị vận tốc bắt đầu hiển thị vận tốc phù hợp với việc đi

chuyển dọc vít me

e© Khảo sát được cách tính vận tốc một cách tương đối bằng cách đếm xung trong một khoảng thời gian

2.1.3 Do vị trí

Đầu đây như sau:

Lập trình xác định vị trí

Giao diện hiển thị:

Độ phân giải: 5 mm

2.2 Cảm biến đo khoảng cách

1.2.1 Khảo sát quan hệ điện áp — khoảng cách (V — đ)

Đầu đây như sau:

% Kết quả khảo sát V — d

Vo(V) 2.236 1.137 0.674 0.435 0.298 0.196 0.152 1.2.2 Đo khoảng cách

Chức năng ñtting của phần mềm Matlab để tìm các hệ số của phương trình đường cong

d (em) 0 5 10 15 20 25 30

Sai số 1.2 1.18 1.67 1.35 1.04 0.98 1.26

Nhận xét:

e Sau khi Scale, các giá trị đo được tương đối gần giá trị gốc Tuy nhiên vẫn còn vai

giá trị sai số lơn do nhiễu và do thiết bị đo.

BÀI 3: ĐO MỨC, LƯU LƯỢNG

1 Mục tiêu

Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm, sinh viên có thê:

« Đo được áp suất của mức nước trong bồn,

« Tính được mức chất lỏng trong bồn bằng cách đo áp suất vi sai,

« Tính được lưu lượng nước chảy trong đường ống bằng cách đo tần số,

« Biết cách calib các cám biến đo mức và lưu lượng,

- Sử dụng phần mềm LabVIEW dé xử lý, hiển thị và lưu trữ dữ liệu

3 Tiến hành thí nghiệm

3.1 Đo lưu lượng

Sơ đồ đi dây trên bộ thí nghiệm:

Tạo file Block Diagram và Front Panel:

Trong khoảng thời gian 20 giây thì h = 7cm

- Giá trị đo khá chính xác gan bang gia trị tính được, có sai số trong quá trình do

- Nguyên nhan sai so:

+ Do việc canh thời gian do không chính xác ;

+ Khi mở van thì lưu lượng sẽ tăng dân lên chứ không đêu

+ Quá trình đóng van không khớp với việc dừng đồng hồ đo thời gian

+ Van do trong quá trình sử dụng với tần số dày đặc của sinh viên nên có hiện tượng bị

rò, phải thao tác nhanh để nước không bị tuột quá nhiều, do đó cũng ánh hưởng kết quá đo 3.2 Đo mức:

3.2.1 Đo áp suất:

Đầu dây như sau:

Tao file Block Diagram va Front Panel:

Level 5 cm

Level 10 cm

Level(cm) VIm(V) V2m(V) VIc(V) V2 c(V) SaisốVI Sai số V2

- Kh tang dan mực nước, áp suất khí quyến không thay đổi, còn áp suất nước thì tăng dần, gần như tuyến tính với chiều cao mực nước

- Kết quả ổo có sai số do bị nhiễu tín hiệu điện ap, độ trôi, độ trượt của cảm biến, opamp và IA, sai số do quan sát mực nước, sai số phép do

- _ Phương pháp hạn chế sai số: Calib cảm biến

3.2.2.Calib cảm biến

Sơ đồ đi dây trên bộ thí nghiệm:

Tạo file Block Diagram và Front Panel:

Trên chương trình calib, điều chỉnh thanh trượt “Adjust zero” sao cho 6 “level” bang 0

Bơm nước vào bồn cho tới khi mực nước nằm ở vạch 10.0cm

Trên chương trình calib, điều chỉnh thanh trượt “Adjust span” sao cho ô “level” bằng 10.0 Lưu ý: chỉnh zero trước rồi mới chỉnh span, khi chinh zero ta cho span bang | (c=1) Kết quả Calib:

3.2.3.Tiến hành đo mức

Chương trình LabVIEW đo liên tục mức chất lỏng trong bồn (thay đổi mức chất lỏng

bằng cách bơm lên đầy hoặc xả), hiển thị đô thị và lưu trữ file

Trường hợp: Mực nước = 0 cm

Trường hợp: Mực nước = 5 cm

Trường hợp: Mực nước = 10 cm

Bảng số liệu

Sau khi calib cám biến, ta tiễn hành đo và lập bảng số liệu như sau:

Lando Chinh mức nước (cm) hao (em) Sai số (cm)

Nhan xét:

Sau khi calib và tiền hành đo, ta thấy kết quả ở 2 mức 0cm và 10cm co sai s6 nhd, gan

với thực tế Nhung khi do gia tri ở giữa, 5 cm có sự sai số lớn

Do đặc tính của cám biến là phi tuyến, khi calib ta chỉ lấy hai giá trị tạo thành một

đường thắng tuyến tính có thê dẫn đến sai số lớn ở các giá trị giữa

Kết luận

Trong quá trình thí nghiệm, có thể xảy ra một vài thiếu sót nên kết quả thu được không được tốt, ngoài ra sai số có thê do nguyên nhân từ nhiễu, các yếu tô môi trường, do làm tròn trung gian Sau khi thực hiện xong bài thí nghiệm, nhóm đã biết thêm về các đo lưu

lượng chất lỏng, cách đo mức và quả trình thực hiện Calib cảm biến, kiêm chứng được

tính tuyến tính của các cảm biến đo áp suất cũng như biết cách đổi dòng điện ra từ cảm

biến biến thành điện áp để phục vụ việc thu thập giá tri do.

BÀI 4: ĐO KHÔI LƯỢNG

1 Mục tiêu

» Hiệu đặc tính của cảm biện bién dang strain gage (gauge),

« Tính được khối lượng bằng cách sử dụng cảm biến loadcell,

« Biết cách calib cảm biến loadcell để đo khối lượng,

- Sử dụng phần mềm LabVIEW đề xử lý, hiển thị và lưu trữ đữ liệu

2 Nội dung

* Khảo sát sự thay đôi điện trở của cảm biên biên dang strain gage dưới tác dụng

của trọng lực của 2 loại loadcell là dạng dầm và dang chit S

« Tiến hành calib các cảm biến loadcell này để đo khối lượng

+ Sử dụng cảm biến loadcell đã calib dé đo khối lượng bắt kỳ

3.Tiến hành thí nghiệm

3.1Khảo sát đặc tính cam bién bién dang strain gage

3.1.1 Tién hanh do dién tré

Lắp mạch như hình 3.1.

- Sử dụng Ohm kế để đo điện trở của từng cặp đầu dây tương ứng trong từng

trường hợp khối lượng khác nhau(tô hợp từ các quả cân chuẩn) rồi ghi số liệu vào bảng 3.1 và 3.2

Bảng 3.1 Khảo sát điện trở theo khối lượng loadcell dạng thanh dầm Khối lượng

294 294.1 295.2

Đồ thị AR/R0 của Loadcell thanh dầm

Điện trở cặp day G-B (Q)

293.7 293.6 293.6 293.5 293.5 293.4 293.3 293.2

Bang 3.2 Khảo sát điện trở theo khối lượng loadcell dạng chữ S

Khối lượng Điện trở cặp Điện trở cặp Điện trở cặp Điện trở cặp

Nhận xét:

-Cả 2 đồ thị đặc tuyến đều có cặp dây R-G và B-W tăng theo khối lượng m,

cặp G-B và W-R giảm với AR/R0 có giá trị khá nhỏ, có thể xem nhự một

hàm tuyến tính

-Sự đối nghịch giữa 2 cặp dây để bù trừ cho nhau tránh tác động của nhiệt

-Độ tuyến tính của Loadcell dang thanh đầm cao hơn loadcell đạng chữ S

nên kết quả của loadcell thanh dầm sẽ chính xác hơn

> Ca 2 cho thay|AR| sé tang dan khi khối lượng của vật cân chuẩn tăng và tuân theo một hàm tuyến tính bậc nhất

3.1.2 Tiến hành đo điện áp

- Lắp mạch như hình 3.2.

-Dựa vào công thức: V = a*m +b

Trong đó: a là hệ số góc, vol a = G* SLoadcell

Với G là độ nhạy của mạch khuếch đại IA và SLoadcell là độ nhạy của loadcell, G

=250,

* Dang dam Sloadcell = 20mV/3kg

* Dạng chữ 5 Sloadcell = 20mV/20kg

Kết hợp với kết quả đo ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.3 Khảo sát điện áp theo khối lượng

Khối lượng Loadcell dạng thanh đầm Loadcell dạng chữ S

chuẩn (g) Vtinh toán Vdo Vtinh toán Vdo

Đồ thị V— m của loadcell chữ S

- Nhận xét: Ta thấy các đường đặc tuyến khi tính toán và đo đều gần như có cùng

1 hệ số ĐÓC, điều này chứng tỏ sai số hệ thông của loadcell rất bé, hoàn toàn có thé calib lại để đo 1 cách chính xác nhất Ngoài ra ta thấy ở Thanh dầm thì đường đặc

tuyến đo nằm đưới đường lí thuyết, còn dạng chữ S thì ngược lại Có nghĩa là độ trôi zero cua Thanh dam thi trôi về phía âm, còn độ trôi zero của chữ S là về phía dương Điều này phụ thuộc vào việc bồ trí cơ hệ của hệ thống đĩa can trong kit thi

nghiệm

Từ phương trình V = a*m + b Ta tính được hệ số b ứng với từng khối lượng

chuân của mối loại loadcell

Khối lượng Loadcell

-Lap mạch như hình 3.2 của phần 3.1.2 -Lập trình Labview như sau:

Đo khối lượng cách 1

Loadcell dạng chữ S

mdo(g) Sai số (g)

222,85 22.85 513.82 13.82 708.57 8.57 1000.77 0.77 1487.38 12.62 1975.16 24.84 2460.45 39.55 2948.85 51.15

Nhận xét: Sai số của 2 loại Loadcell đều có xu hướng âm dân về mặt giá trị Điều này chứng tỏ sự sai lệch đến từ việc sai số hệ thống và do độ trôi zero Khối lượng càng lớn thì sai số này càng nhiều Nếu nói giá trị đúng là trục hoành, thi các giá trị

đo được có xu hướng dịch theo hướng từ trên xuống dưới

3.2 Calib cảm biến Loadcell

-Lập trình trên Labview nhu sau:

3.2.1Calib loadcell dang dam:

* Chinh Span

« Chinh Zero

3.2.2 Calib loadcell dang S:

* Chinh Span

« Chinh Zero

Tham số Loadcell thanh Loadcell chtr S

3.3Do khối lượng

Khối lượng Loadcell dạng thanh đầm Loadcell dạng chữ S

-Cả 2 Loadcell dạng thanh dâm và chữ S đều có giá trị sai số nhỏ hơn

so với giá trị sai số trước khi calib vì quá trình calib đã xác được các giá

trị c, d gần với giá trị thực tế hơn so với các hệ số a, b đã tính toán

-Cả 2 đều có độ trôi span va zero nén sau khi calib d6 chính xác đã

tăng rõ rệt, tuy nhiên không thể calib để cho ra được giá trị chính xác

đo các yêu tô sai sô ngầu nhiên ảnh hưởng đên kết quả do.

4 Kết luận

Qua bài thí nghiệm nhóm đã biết được những điều sau:

-Ðo điện áp của mạch câu strain gage, từ đó tính ra hệ số của các phương trình đặc

-Khảo sát đặc tính của Strain gage tương ứng với lý thuyết đã học, sự tăng giảm điện

trở theo sự thay đổi khối lượng với những vật thể đã được cân chuẩn

-Biết cách calib cảm biến đạng loadcell dạng thanh dầm và chữ S củng như kiểm tra

lại độ chính xác sau khi calib

-Xây dựng chương trình Labview để thu thập và xử lý số liệu của cảm biến dạng

Loadcell

BÀI 5: MẠNG CAM BIEN KHONG DAY

3.Tién hanh thi nghiém:

3.1 Khao sat mang Zigbee

3.1.1 Két néi dén may tinh nhing:

Kết quả:

3.1.2 Chạy ứng dụng zigbee2mqftt:

Sau khi “Load map”

3.1.3 Phân tích frame Zigbee

O2_Node:

Dòng thứ 1: 81900159008ee19929074100a21300fff300

-Byte 1: Số thứ tự Frame truyền la 81

-Byte 2,3: la frame control, byte thap bang 0x90, cé gia bit la: 10010000 Bit dau tiên (bit MSB) bang 1, cho biét frame truyén nay la thong diép zigbee2matt nhan (response); bit 4,5 bang 10, cho biết cơ chế trao đôi dữ liệu là bất đồng bộ; bit 6 bằng 0, cho biết thông điệp đã chuyền hết cho zigbee2mqtt

- Byte 4,5: la frame ID, co giá trị 0x0059, cho biết ame truyền này gửi các thong tin về địa chỉ mạng cũng như địa chỉ MAC của node cảm biến