1 Cảm biến biến dạng, lực, khối lượng 1.1 Đo độ biến dạng * Cấu tạo - nguyên lý hoạt động Định nghĩa biến dạng: l l ε ∆ = Strain gage: thường được chế tạo từ kim loại dưới dạng một mạng lưới dây mỏng đường kính khoảng 20 m µ hay strain gage bán dẫn silicon loại n hay p (áp điện). Strain gage có điện trở 100-1000 Ω Strain gage hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở khi biến dạng: l R A ρ = 2dR d dl dA d dl dD R l A l D ρ ρ ρ ρ = + − = + − ρ, l, A, D : điện trở suất, chiều dài, tiết diện, đường kính dây 1 2 dR l d l dD l R dl dl D dl ρ ρ = + − l dl l ε = : ứng suất (biến dạng) dọc, t dD D ε = : ứng suất (biến dạng) ngang. ν t l dD l D dl ε ε = = : tỷ số Poison 1 1- 2ν l dR l d G R dl ρ ρ ε = = + : hệ số gage G: cho bởi nhà sản xuất (xấp xỉ 2 với kim loại costantan) l dR l dl G dR RG RG R dl l ε = ⇒ = = Muốn đo biến dạng ta dán strain gage lên vật chịu ứng lực và đo sự thay đổi điện trở. * Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến Ứng dụng strain gage: 1.2 Đo lực và khối lượng bằng Strain gage * Nguyên lý Lực, trọng lượng: . , .F m a P m g= = m: khối lượng vật, a: gia tốc Đo lực (hay đo moment ngẫu lực, torque) thường dựa vào các nguyên tắc sau: • Biến dạng: đo biến dạng của vật dưới tác dụng của lực (strain gage, áp điện). • Cân bằng: cân bằng lực muốn đo với lực đã biết (quả cân, lực lò xo). • Gia tốc: đo gia tốc suy ra lực. • Di chuyển: đo sự di chuyển của vật suy ra lực. Đo lực và khối lượng bằng Strain gage Lực hay trọng lượng cần đo tác dụng vào khối kim loại đàn hồi có dán strain gage làm biến dạng khối đó (làm bằng nhôm hay thép không gỉ – loadcell). * Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến Mạch cầu Wheastone có thể có từ 1-4 strain gage tích cực tùy theo ứng dụng. VD: mạch cầu có 4 strain gage tích cực: Khi chưa có lực tác dụng 1 2 3 4 R R R R R= = = = : cầu cân bằng: 0 0V = Khi có lực tác dụng 1 3 R R R R= = + ∆ : tăng, 2 4 R R R R= = − ∆ : giảm 0 B R V V R ∆ = Điện áp ngõ ra tỉ lệ với R∆ Hình dạng loadcell thực tế Trong trường hợp sử dụng nhiều loadcell để đo khối lượng vật (vd: trạm cân xe, trạm trộn bê tông … ): ta nối song song các đầu ra loadcell (điện áp ngõ ra sẽ là trung bình cộng của các loadcell). Các hãng sản xuất sẽ cung cấp đầu cân cho loadcell. Cân chỉnh loadcell: dựa vào các mẫu khối lượng chuẩn 1.3 Cảm biến áp điện (Piezoelectric) đo lực hay áp suất * Cấu tạo - nguyên lý hoạt động Hiệu ứng áp điện: các tinh thể như thạch anh, quartz, tourmaline, lithium sulfat, … phát sinh điện áp khi chịu tác dụng của lực. Điện tích sinh ra do lực F: .Q k F= , .a b C c ε = k: hằng số điện áp Điện áp sinh ra: Q V C = * Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến Điện áp sau đó qua mạch khuếch đại. Ưu điểm CB áp điện nhỏ gọn, rắn chắc, có độ nhạy cao. Thích hợp cho đo lực ở trạng thái động (thay đổi liên tục) do tinh thể chỉ phát sinh ở trạng thái động. . 1 Cảm biến biến dạng, lực, khối lượng 1.1 Đo độ biến dạng * Cấu tạo - nguyên lý hoạt động Định nghĩa biến dạng: l l ε ∆ = Strain gage: thường được. gage * Nguyên lý Lực, trọng lượng: . , .F m a P m g= = m: khối lượng vật, a: gia tốc Đo lực (hay đo moment ngẫu lực, torque) thường dựa vào các nguyên tắc sau: • Biến dạng: đo biến dạng của vật. chuyển của vật suy ra lực. Đo lực và khối lượng bằng Strain gage Lực hay trọng lượng cần đo tác dụng vào khối kim loại đàn hồi có dán strain gage làm biến dạng khối đó (làm bằng nhôm hay thép không