Hệ thống cân tải trọng ô tô sử dụng load cell

Hệ thống cân tải trọng ô tô có sử dụng load cell Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế Hệ thống cân ô tô hoạt động dựa trên công nghệ cân điện tử. Khi có áp lực của trọng tải xe lên mặt cân,các cảm biến (loadcell) sẽ nhận tín hiệu và truyền đến hộp nối dây – Hộp cộng tín hiệu (Junction Box). Tại đây các tín hiệu từ các Loadcell sẽ được cộng lại và chia trung bình để tìm ra giá trị khối lượng của xe. Giá trị này sẽ được hiển thị qua màn hình thông qua một bộ chuyển đổi và hiển thị. Đó là Đầu cân – Chỉ thị cân (Indication).Hệ thống sẽ được kết nối với máy vi tính để điều khiển và quản lý số liệu bằng phần mềm chuyên dụng của cân ô tô. Bộ phận chính có nhiệm vụ xác định giá trị trọng tải xe trong hệ thống cân ô tô là bộ phận cảm biến gồm các loadcell được kết nối với nhau. Loadcell nhờ vào cơ cấu các cảm biến đo có dạng – Áp trở (Tenzo) gắn trên nó.

Đề tài 7 I- Nội dung giao đề tài: Hệ thống cân tải trọng ô tô như hình 7 Bàn cân Cảm biến hình 7 Giới hạn điều kiện: 1. Dải cân (0-100 tấn) 2. Bàn cân bằng kim loại 3. Sai số của phép đo là 0,2% - Yêu cầu: 1.Trình bày tổng quan về công nghệ cân kiểm tải trọng oto? 2.Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? 3.Liệt kê các 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? (Nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến) 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 đối tượng điều khiển? 7.Đánh giá về sai số của hệ thống (giới hạn, nguyên nhân, biện pháp khắc phục) 1 II- Hướng dẫn về yêu cầu chung về bố cục trình bày: 1- Bìa gồm: - Tên đề tài - Danh sách SV trong nhóm - Tên GV hướng dẫn 2- Đầu quyển có nội dung giao đề tài (Phiếu giao đề tài) – Và hướng dẫn về yêu cầu chung về bố cục trình bày 3- Bố cục trình bày theo hướng dẫn sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế Chương 2: Nội dung thực hiện 2.1- Yêu cầu của đề tài 2.2- Các hướng giải quyết 2.3- Lý do lựa chọn cho thiết bị 2.4- Tính chọn thiết bị Chương 3: Kết luận 3.1- Các kết quả đạt được 3.2- Các hạn chế khi thực hiện 3.3- Biện pháp khắc phục Chương 4: Bài dịch tài liệu cảm biến 4.1- Bản tài liệu lý thuyết 4.2-Bản tài liệu sử dụng cảm biến Mục lục 2 III- Phông chữ sử dụng trong báo cáo: Times New Roman- 14 IV- Thời gian nộp: Ngày 29/5/2014. Tại tầng 5 A7- Bộ môn đo lường & Điều khiển- Lớp trưởng thu cả lớp và nộp trực tiếp cho GV V- Mỗi nhóm in 1 bản nộp VI- Lớp trưởng tổng hợp file mềm của các nhóm, ghi ra đĩa CD- nộp lại cho GV giảng dạy. 3 Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế Hệ thống cân ô tô hoạt động dựa trên công nghệ cân điện tử. Khi có áp lực của trọng tải xe lên mặt cân, các cảm biến (loadcell) sẽ nhận tín hiệu và truyền đến hộp nối dây – Hộp cộng tín hiệu (Junction Box). Tại đây các tín hiệu từ các Loadcell sẽ được cộng lại và chia trung bình để tìm ra giá trị khối lượng của xe. Giá trị này sẽ được hiển thị qua màn hình thông qua một bộ chuyển đổi và hiển thị. Đó là Đầu cân – Chỉ thị cân (Indication). Hệ thống sẽ được kết nối với máy vi tính để điều khiển và quản lý số liệu bằng phần mềm chuyên dụng của cân ô tô. Bộ phận chính có nhiệm vụ xác định giá trị trọng tải xe trong hệ thống cân ô tô là bộ phận cảm biến gồm các loadcell được kết nối với nhau. Loadcell nhờ vào cơ cấu các cảm biến đo có dạng – Áp trở (Tenzo) gắn trên nó. Chương 2: Nội dung thực hiện Với yêu cầu,và giới hạn điều kiện:  Dải cân (0-100 tấn)  Bàn cân bằng kim loại  Sai số cho phép 0,2% Dựa vào yêu cầu trên nên nhóm lựa chọn hệ thống như sau: 1. Bàn cân: - Vật liệu: với trọng tải max đạt 100 tấn nên yêu về vật liệu chịu lực tốt,và cân đặt ngoài trời chịu nhiều điều kiện về thời tiết khắc nghiệt nên cần lựa chọn bàn cân bằng thép chịu lực, chống gỉ. 4 18m 3m Bàn cân Kích thước: dựa trên chiều dài thực tế của các loại ô tô có trọng tải trong khoảng 0-100 tấn nên nhóm chọn kích thước bàn cân là: 3m x 18m. Ưu điểm bàn cân bằng thép:  Khối lượng mặt bàn cân nhẹ  Gia công nhanh.  Dễ dàng chuyển dời sang vị trí khác. Nhược điểm:  Chi phí làm bàn cân đắt (do giá sắt thép cao hơn bêtông).  Chi phí bảo dưỡng hàng năm lớn (sơn mặt bàn, khung bàn cân …). Không chịu được môi trường khắc nghiệt như hóa chất, phân bón, muối … (sắt thép bị ăn mòn).  Tuổi thọ phụ thuộc vào môi trường sử dụng và việc bảo dưỡng hàng năm, thường thì thấp hơn so với bàn cân bêtông. 2. Lựa chọn cảm biến. 2.1 Cảm biến áp trở kim loại. 5 2.1.1 Nguyên lí hoạt động: Cảm biến áp trở hoạt động dựa trên hiệu ứng áp trở (Piezo resistive effect): “khi vật dẫn chịu biến dạng cơ học thì điện trở của nó thay đổi” Như ta đã biết điện trở của một vật dẫn được biểu diễn bằng biểu thức R=ρ l S Do chịu ảnh hưởng của biến dạng nên điện trở của cảm biến thay đổi một lượng ΔR, Ta có: =+– Nếu gọi: εR= ΔR/R : lượng biến thiên tương đối của điện trở khi bị biến dạng. εl = Δl/l : lượng biến thiên tương đối theo chiều dài. ερ = Δρ/ρ : lượng biến thiên tương đối theo điện trở suất. εS = ΔS/S : lượng biến thiên tương đối theo tiết diện. Ta có thể viết lại dưới dạng : εR = εl + ερ – εS Trong cơ học ta đã biết: εS = -2kpεl và ερ = cεv kp : hệ số Poisson c : hệ số Bridman v : thể tích εv = Δv/v : lượng biến thiên tương đối theo thể tích Mặt khác : εv = (1 + 2kp)εl Do đó : ερ = c(1 + 2kp)εl = mεl (m : hệ số ) Từ các biểu thức trên ta có : εR = εl(1 + 2kp +m) = Kεl 6 K : độ nhạy của cảm biến áp trở • Với vật liệu lỏng ( thủy ngân,chất điện phân), V = l.S không đổi, kp = 0,5; bỏ qua m (m rất nhỏ) ta có K = 2. • • Với kim loại : kp = 0,24 ÷ 4 ta có K = 0,5 ÷ 4. Với chất bán dẫn: quan hệ giữa điện trở suất ρ và ứng lực σ được biểu diễn bằng biểu thức : ερ = k1σ = k1Eεl= mεl. k1 : hệ số E : môđun đàn hồi Do m rất lớn nên hệ số k = 1 + kp + m cỡ từ 100 ÷ 200 trong điều kiện bình thường. Cảm biến áp trở chia thành hai dạng cơ bản là áp trở kim loại và áp trở bán dẫn. 2.1.2. Phân loại. 2.1.2.1. Cảm biến áp trở kim loại. Cảm biến áp trở kim loại được chế tạo theo 3 dạng cơ bản : dây mảnh, lá mỏng và màng mỏng. • Áp trở dạng dây mảnh: gồm có dây điện trở uốn hình răng lược, đường kính 0,02 ÷ 0,03 mm. Hai đầu dây hàn với 2 lá đồng Berin hoặc đồng phốtpho để nối với mạch đo. Hai phía dán hai tấm giấy mỏng 0,1 mm hoặc nhựa polymide ( 0,03 mm) để cố định hình dáng dây, chiều dài dây L = nl o ( lo: độ dài một đoạn dây, n : số đoạn); n = 10-20. Bình thường lo = 8 ÷ 15 mm, có thể tới 100 mm hoặc có thể nhỏ hơn 2,5 mm. Chiều rộng ao = 3 ÷ 10 mm. Điện trở dây R = 10 ÷ 150Ω và có thể tới 800 ÷ 1000 Ω • Áp trở dạng lá mỏng: là một lá rất mỏng có độ dày 4 ÷ 12 μm làm từ hợp kim Constantan, chế tạo theo phương pháp ăn mòn quang học. Ưu điểm là có kích 7 thước nhỏ, hình dáng linh hoạt, độ nhạy lớn ít chịu biến dạng ngang do chế tạo và • điện trở lớn. Áp trở dạng màng mỏng: chế tạo bằng phương pháp bốc hơi kim loại có độ nhạy cao bám vào một khung có hình dạng định trước, Ưu điểm là có thể chế tạo với hình dáng phức tạp, kích thước nhỏ, điện trở ban đầu lớn, độ nhạy cao. a) Áp trở dạng dây mảnh b) Áp trở dạng lá mỏng Hình 1.1 : Sơ đồ cấu tạo áp trở kim loại • Yêu cầu vật liệu chế tạo áp trở. Độ nhạy: Thông thường K nằm trong khoảng 1,8 ÷ 2,35 ± 0,1. Hệ số nhiệt cần nhỏ vì điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. RT = Ro[ 1 + αt(T – To)], trong đó Ro : điện trở ở nhiệ độ chuẩn T o, do đó αt nhỏ sẽ làm cho cảm biến ít bị thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Điện trở suất: phải đủ lớn để giảm kích thước và độ dài dây. Vật liệu chọn cần chịu được ứng lực lớn để tránh đứt khi chế tạo và sử dụng. Bảng 1 : Đặc tính một số vật liệu chế tạo áp trở kim loại Vật liệu Constantan Thành phần K 60%Cu, 40%Ni 1,9 ÷ 2,1 8 α ρ (10-6 1/oK) (mm2/m) ± 50 0,46 ÷ 0,5 NiChrome 80%Ni, 20%Cr Platin 2,1 ÷ 2,5 150 ÷ 170 0,9 ÷ 1,7 5,1 ÷ 5,4 1700 0,2 0,47 ÷ 0,5 ± 10 84%Cu, Manganin 12%Mn, 4%Ni Karma PlatinVonfram 74%Ni, 20%Cr, 3%Cu, 3%Fe 92%Pt, 8%W 0,4 ÷ 0,45 2,1 4,1 2.1.2.2. Cảm biến áp trở bán dẫn. Cảm biến áp trở bán dẫn được chế tạo từ các chất bán dẫn như Silic, Germani, Asenua…, chia thành hai loại : loại cắt và loại khuếch tán. • Loại cắt : là một mẩu cắt từ tấm đơn tinh thể pha tạp. Các mẩu cắt này được gắn lên một giá đỡ bằng nhựa có chiều dài l = 0,1 ÷ 5 mm, dày 10-2 mm. 9 Hình 1.2 : Áp trở bán dẫn loại cắt • Loại khuếch tán: điện trở được tạo nên bằng cách khuếch tán tạp chất như S b, Ga, n…vào một phần của đế đơn tinh thể Silic đã pha tạp. Tùy theo loại tạp chất khuếch tán mà ta có áp trở loại n hoặc loại p. Hình 1.3 : Áp trở bán dẫn loại khuếch tán • Nguyên lí hoạt động : bình thường các điện tử phân bố trong tinh thể bán dẫn bằng nhau, độ dẫn điện không thay đổi. Khi bị biến dạng,kích thước các ô mạng tinh thể thay đổi làm cho nồng độ điện tử trong vùng đó độ dẫn thay đổi theo làm cho điện • trở bị thay đổi. Yêu cầu vật liệu chế tạo Điện trở suất : ρ chịu ảnh hưởng của độ pha tạp và nhiệt độ. Ảnh hưởng của độ pha tạp: khi tăng độ pha tạp, mật độ hạt dẫn tăng lên làm cho điện trở suất giảm. ρ= q : giá trị tuyệt đối của điện tích điện trở hoặc lỗ trống n, p : mật độ điện tử và lỗ trống tự do μn, μp : độ linh động của điện tử và lỗ trống Ảnh hưởng của nhiệ độ: khi nhiệt độ nhỏ hơn 120 oC, hệ số nhiệt dương và giảm dần khi độ pha tạp tăng lên; ở nhiệt độ cao hệ số nhiệt âm và không phụ thuộc vào độ pha tạp. 10 • Hình 1.4: Sự phụ thuộc ρ vào độ nhạy K phụ thuộc vào độ pha tạp, độ biến dạng, nhiệt độ - Ảnh hưởng của độ pha tạp: khi độ pha tạp tăng, K giảm Hình 1.5 : Sự phụ thuộc K vào độ pha tạp Ảnh hưởng của độ biến dạng : K = K1 + K2ε + K2ε2 Tuy nhiên với độ biến dạng dưới một giá trị cực đại nào đó thì K không đổi • Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, K giảm.Tuy nhiên khi độ pha tạp lớn (Nd = 1020 cm-3), K ít phụ thuộc nhiệt độ. Bảng 2 : Đặc tính của áp trở bán dẫn Vật liệu K α (10-6 1/oC) ρ -150 150 0,25.104 Germani Loại n 11 +100 3000 ÷ 8000 1,1.104 Loại n -130 6000 0,35.104 Loại p +170 1300 7,8.104 Loại p Silic Ưu điểm của áp trở bán dẫn là độ nhạy cao K = -200 ÷ +800, kích thước nhỏ 2,5 mm,dải nhiệt độ làm việc -250 ÷ +250 oC. Nhược điểm là độ bền cơ học kém. Khi đo cảm biến áp trở được gắn vào bề mặt cấu trúc cần khảo sát, khi bề mặtcấu trúc bị biến dạng thì cảm biến cũng chịu một biến dạng như bề mặt cấutrúc. 2.2 Load cell. 2.2.1 Khái niệm: Load cell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện. Cấu tạo chính từ các áp trở. Khái niệm“strain gage”hay strain gauge: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này. 12 Load cell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên chậm. Một số trường hợp load cell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào thiết kế của load cell. 13 4.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. • Cấu tạo Load cell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage" và thành phần còn lại là Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được "Load". móng nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi. Hình 1.7: Cấu tạo của Button Load cell • Nguyên lý hoạt động 14 Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đótrả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Hình 1.8: Mạch cầu Wheatstone Thông số kĩ thuật cơ bản - Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Độ chính xác phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp. - Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà load cell có thể đo được. Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra load cell được bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kĩ thuật được đưa ra. - Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi). - Điện áp: giá trị điện áp làm việc của load cell (thông thường đưa ra giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất 5 - 15 V). 15 - Độ trễ: hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả. Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng. - Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi load cell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải. - Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại của load cell và thiết bị kết nối dòng điện. - Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà load cell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng. Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV). Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải. - Quá tải an toàn: là công suất mà load cell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất). Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất của load cell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của load cell tăng thêm 0.01%). - • Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải. 2.2.3. Các loại load cell cơ bản. 2.2.3.1. Load cell tương tự. Khái niệm: Load cell cảm biến sức căng, biến đổi lực thành tín hiệu điện gọi là load cell tương tự. Tín hiệu này được chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo lường như bộ chỉ thị. Mỗi load cell tải một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V. Đầu ra kết hợpđược tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng load cell. Các thiết bị đolường hoặc bộ hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh định và đưa kết quả đọc được lên màn 16 hình. Đa phần các thiết bị hay bộ hiển thị hiện đại đều cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác như máy tính hoặc máy in. Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực tế, với những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từng ứngdụng của người dùng. Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hình dạngkhác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng. Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạng uốn (bending), dạng nén (compression) … Nhược điểm: Tín hiệu điện áp đầu ra của load cell rất nhỏ(thường không quá 30mV). Những tín hiệu nhỏ như vậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu trong công nghiệp như: + Nhiễu điện từ: sinh ra bởi quá trình truyền phát các tín hiệu điện trong môi trường xung quanh, truyền phát tín hiệu vô tuyến điện trong không gian hoặc do quá trình đóng cắt của các thiết bị chuyển mạch công suất lớn… + Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: do thay đổi thất thường của nhiệt độ môi trường tác động lên dây cáp truyền dẫn. 2.2.3.2. Load cell số. • Khái niệm, sự ra đời Thời gian ra đời: Từ cuối những năm 1970 Về cơ bản load cell số là sự tích hợp giữa load cell tương tự với công nghệ điện tử hiện đại. Ban đầu, khi khái niệm load cell số mới ra đời, nhiều người hiểu lầm là các load cell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể được sử dụng để chuyển đổi một load cell chất lượng thấp lên một load cell chất lượng cao. Thực tế thì ngược lại, mỗi load cell số đơn giản cũng mang trong nó một cấu trúc khá phức tạp. 17 - Thứ nhất: Phải có một load cell cơ bản với độ chính xác, độ ổn dịnh và khả năng lặp lại rất cao trong mọi điều kiện làm việc. - Thứ hai: Phải có một bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) 16 đến 20 bit tốc độ cao để chuyển đổi tín hiệu điện tương tự sang dạng số. - Thứ ba: Phải có hệ vi mạch xử lý để thực hiện điều khiển toàn bộ quá trình chuyển đổi từ tín hiệu lực đo được thành dữ liệu số thể hiện trung thực nhất và giao tiếp với các thiết bị khác để trao đổi thông tin. Hình 1.9: Cấu trúc cơ bản một loại load cell số • - Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm: Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ hoặc thay đổi nhiệt độ thất thường trên đường dây cáp dẫn. - Khoảng cách dây cáp dẫn có thể kéo dài đến 1200m. Dễ dàng thay thế load cell. 18 - Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thị khi cần. Mỗi load cell là một thiết bị hoạt động độc lập trong hệ thống, do đó có thể mở rộng cấu trúc dễ dàng. - Có thể thực hiện tối ưu hóa hệ thống dễ dàng qua phân tích từng thànhphần tích hợp. - Cân bằng các góc cân có thể thực hiện bằng thiết bị. Thay đổi, sửa lỗi một load cell không ảnh hưởng đến các load cell khác. Công việc thực hiện dễ dàng và đơn giản, tiết kiệm thời gian. - Với hệ thống yêu cầu độ chính xác vừa và thấp có thể tự động chỉnh định mà không cần tải chết. - Load cell có thể thay thế mà không cần chỉnh định lại. Các thiết bị theo chuẩn RS485/422 đều có thể tham gia vào hệ thống. Nhiều hệ thống có thể kết nối và điều khiển bởi một trạm. Chỉ đơn giản là mở rộng đường dây cáp. Tiết kiệm phần cứng. phần mềm dễ dàng phát triển. Những ưu điểm của hệ load cell số cho phép trong các ứng dụng độ chínhxác cao và chống chịu nhiễu tốt, đặc biệt ở những ứng dụng yêu cầu các điểm đo nằm phân tán trên phạm vi rộng. 3.Bố trí load cell. Mô hình vị trí lắp đặt của các Loadcell trên bàn cân như hình vẽ dưới đây(cho bộ cảm biến dùng 6 Loadcell). 19 Các Loadcell Hình 1.10: Vị trí lắp đặt các Loadcell 20 Hình 1.11: Vị trí lắp đặt Loadcell 4. Kết nối load cell. Các load cell số cung cấp đầu ra theo giao diện RS422 hoặc RS 485. Các load cell nối với nhau thành cấu trúc hình sao. Junction Box hỗ trợ nối song song 8 load cell số. Card RS422/RS485 cho phải kết nối trực tiếp đến máy tính PC hoặc PLC. Hình 1.12: Mô hình ứng dụng 1 Lựa chọn và bố trí các thiết bị cho cân. Chọn loadcell. Khi lựa chọn Loadcell thì các thông số cần phải quan tâm là: - Chọn loại tương tự hay loại số. Các thông số như mV/V là gì, tín hiệu vào ra, tầm sử dụng tải… 21 - Cấu tạo Loadcell, thụ động (thuần trở) hay tích cực (bán dẫn), độ ổn định, chịu nhiệt, chịu nước, chống nhiễu.. - Kết cấu của ứng dụng, lưc tập trung, lực phân bố, tải trọng tỉnh, tảitrọng động.. Phương pháp cân: chất lỏng chất rắn, cân kiểm tra, cân định lượng, cân phân loại, cân gián tiếp liên tục (cân băng tải)… - Thiết bị đọc tín hiệu: Indicator, PLC, Micro Controler, PC… Xử lí tín hiệu: ADC, mạch lọc, mạch tích phân, chống rung, khử xungnhiễu, khử quán tính, ghép nhiều Loadcell, giải thuật, độ chính xác,hiệu chỉnh… Chọn hộp đấu dây. Hộp nối dây là nơi kết nối các Loadcell lại với nhau,tùy từng loại mà có thể kết nối được 4,6,8…Loadcell với nhau sau khi đã lựa chọn xong load cell, tuỳ theo số lượng load cell và loại loadcell mà ta chọn loại hộp nối là loại 4 đầu hoặc 8 đầu nối. Cũng từ chế độ dòng áp của load cell mà ta lựa chọn chế độ dòng áp của hộp nối cho phù hợp. Một số thông số cần quan tâm khi chọn hộp nối: - Số đầu đo của load cell phải bằng hoặc lớn hơn số load cell của cân. Khả năng chỉnh góc của hộp nối. Cấp bảo vệ của hộp nối. (Ví dụ như IP65, IP66,…) Chọn bộ hiển thị (Indicator). Bộ hiển thị thông thường có hai loại: - Loại hiển thị số: đó là những bộ hiển thị mà nó nhận tín hiệu đầu vào dạng số. Đối với loại hiển thị số thì thường chọn loại hiển thị cùng chủng loại với chủng loại của load cell. - Loại hiển thị tương tự: là bộ hiển thị có tín hiệu đầu vào dạng tương tự. Có thể chọn loại bộ hiển thị cùng chủng loại với load cell. Tuy nhiên, loại hiển thị đó phải đáp ứng được yêu cầu: 22 + Phù hợp trở kháng đầu vào giữa load cell và bộ chỉ thị. + Nguồn cấp cho load cell từ bộ chỉ thị phải phù hợp. Nguyên tắc của hộp nối dây là cộng tất cả các tín hiệu thu được từ các Loadcell nối vào nó rồi chia trung bình để tìm ra khối lượng chính xác của vật cần cân. 23 Hình 1.14 : Hình dáng 1 hộp nối dây J-Box Tín hiệu từ J-Box sẽ được truyền đến đầu cân (Indicator) 4.2. Đầu cân – Chỉ thị cân (Indicator) : Đầu cân là thiết bị nhận tín hiệu từ Loadcell thông qua hộp nối dây và thực hiện việc chuyển đổi A/D (Analog/Digital), từ đó hiển thị thông số nhờ vào vi mạch và phần mềm trong nó.Thông thường Indicator cũng là bộ phận cấp nguồn cho Loadcell. Đầu cân được kết nối tới máy tính để truyền dữ liệu qua cổng giao tiếp truyền thông RS 232.Trên đầu cân có máy in để in phiếu cân. Nguồn cấp cho đầu cân có thể dùng Pin hoặc nguồn xoay chiều 220V. Hình 1.15 : Đầu cân Analog Ứng với công nghệ Digital cũng có loại Indicator chuyên biệt. Loại này không thực hiện chuyển đổi Analog/Digital nữa mà nhận trực tiếp tín hiệu số từ Loadcell để xử lý. Digital Indicator có thể kết nối với nhiều Loadcell hơn Analog Indicator. 4.3. Kết cấu hầm móng : 24 Hiện nay có hai dạng hầm móng chính được sử dụng trong hệ thống cân ô tô : Kiểu móng hầm chìm (Pit Type)và Kiểu móng hầm nổi (Pitless Type). Tùy theo vị trí lắp đặt cân mà lựa chọn kiểu hầm móng thích hợp. 4.3.1. Kiểu móng hầm chìm (Pit Type). Hình 1.16: Mô hình kiểu móng hầm chìm • • - Ưu điểm : Gọn, không có bờ dốc, diện tích tối thiểu, có thể kiêm luôn đường đi. Dễ cho xe vào cân, xe dễ di chuyển. Chiếm ít diện tích đất sử dụng. Không làm hạn chế tầm nhìn của nhà máy. Chiều cao thấp nên không bị ảnh hưởng của gió. Bàn cân thấp, chi phí xây dựng thấp. Nhược điểm : Khó bảo hành,bảo trì cân. Khó làm vệ sinh cân vì phải chui xuống hầm cân. Kiểu móng hầm nổi ( Pitless Type ). 25 Hình 1.17: Mô hình kiểu móng hầm nổi • • - Ưu điểm : Dễ bảo trì,vệ sinh khi cần thiết Không bị ngập nước Chi phí xây dựng thấp Nhược điểm : Chịu tác động của gió nhiều hơn Diện tích nhiều vì có hai bờ dốc Bàn cân thép Hình 1.18 : Mặt bàn cân 26 Bảng đèn LED hiển thị phụ. Hình 1.19: Bản LED hiển thị phụ Bảng đèn LED hiển thị phụ là thiết bị dùng để hiển thị trực quan giá trị khối lượng cân được của ô tô, dùng để quan sát từ xa. Kích thước bảng LED thường là 200(cao) x 600(dài) x 150(rộng) mm, hoặc 200 x 600 x 100 mm. Số chữ số hiển thị tùy vào kích thước, thường là hiển thị 5 – 6 số Bảng LED có cổng RS 232 kết nối với máy vi tính Phần mềm quản lí cân. Phần mềm chuyên dụng TPC – Truck Scales chạy trên môi trường Windows, giao diện tương tác bằng tiếng Việt có dấu nên dễ dàng sử dụng. Các nhóm chức năng cơ bản được lập trình : - Lưu trữ và quản lí tự động các thông tin liên quan đến: tên chủ hàng, tên hàng hóa, số xe, thời gian và khối lượng hàng hóa xuất nhập… - In phiếu cân cho từng xe, trong mỗi phiếu ghi rõ các chi tiết: số xe, mã số khách hàng, nhân viên vận hành cân, khối lượng tổng, khối lượng tịnh, khối lượng trừ bì, thời gian… 27 - Khai báo thông tin phục vụ mục đích quản lí thống kê: thống kê chi tiết theo thời gian, theo khách hàng, theo mặt hàng, theo số xe trong một giai đoạn nhất định. Ngoài ra trong một hệ thống cân ô tô còn có các bộ phận thiết bị phụ trợ khác như : bộ chống giao động, bộ chống sét đường dây nguồn, hệ thống dây dẫn cáp điện, hệ thống đèn tín hiệu, barie điều khiển vào ra… Lựa chọn chi tiết Tên thiết bị Bộ cảm biến lực (6 Loadcell) Chỉ thị cân (Indicator) Model Hãng sản xuất DDE SERIES Mettler – Toledo 8142 Pro hoặc Kingbrid Mettler – Toledo Bảng đèn LED hiển thị phụ Mettler – Toledo Hộp nối dây (Junction Box) Mettler – Toledo Bộ chống sét Mettler – Toledo Các đặc tính kĩ thuật từng thiết bị như sau : LOAD CELL DDE SERIES điểm: DDE series là loại load cell cỡ nhỏ, dùng để đo tải trọng thấp. Đặc điểm: - Tải trọng từ 200N đến 50 KN Đo lực kéo và lực nén Cấp bảo vệ: IP 65 Nhỏ gọn, độ chính xác cao Độ lệch thấp, đo cấu hình thấp Tần số riêng cao Thiết kế chắc chắn 28 1. Đặc Hình 1.20: Load cell DDE series Mô tả: Load cell dde có phạm vi cấu hình thấp, được thiết kế dung để đo lực kéo và nén. Thiết kế của DDE cho phép gắn kết các ô tải trọng trong các công trình công nghiệp, và dùng để nghiên cứu và phát triển ứng dụng. Kích thước nhỏ gọn của nó làm cho nó thuận lợi trong các ứng dụng mà không phù hợp với các loadcell thông thường. Độ lệch thấp và tần số riêng cao của DDE cung cấp lợi ích đặc biệt trong thử nghiệm vật liệu và giám sát các ứng dụng sức căng bằng cáp. DDE cũng như tất cả các cảm biến khác, có thể được cung cấp đầy đủ các thông số kĩ thuật (tham khảo Datasheets). Thông số kĩ thuật DDE Đơn vị 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000, 20000, 50000 N 2.0 nominal mV/V Non-Linearity(Sai số tuyến tính): [...]... 3.Bố trí load cell Mô hình vị trí lắp đặt của các Loadcell trên bàn cân như hình vẽ dưới đây(cho bộ cảm biến dùng 6 Loadcell) 19 Các Loadcell Hình 1.10: Vị trí lắp đặt các Loadcell 20 Hình 1.11: Vị trí lắp đặt Loadcell 4 Kết nối load cell Các load cell số cung cấp đầu ra theo giao diện RS422 hoặc RS 485 Các load cell nối với nhau thành cấu trúc hình sao Junction Box hỗ trợ nối song song 8 load cell số... đại này không vượt quá giá trị điện áp nguồn nuôi cho loadcell Ví dụ: điện áp nguồn nuôi cho loadcell là 5V thì giá trị khuyếch đại tối đa phải nhỏ hơn hoặc bằng 5V 34 Sơ đồ khối hệ thống Hình 1.23: Sơ đồ khối hệ thống cân ô tô 35 Chương 3: Kết luận Trên đây là toàn bộ bài làm của nhóm em về đề tài: “Phân tích và xây dựng hệ thống cân kiểm ô tô trọng tải từ 0÷ 100 tấn Với bài làm trên cả nhóm đã đạt... điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải - Quá tải an toàn: là công suất mà load cell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất) Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất của load cell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của load cell tăng thêm 0.01%) - • Hệ số tác... kiểm ô tô trọng tải từ 0÷ 100 tấn Với bài làm trên cả nhóm đã đạt được một số kết quả như sau:  Phân tích được một cách khái quát về hệ thống cân kiểm tải trọng ô tô (các thiết bị, cảm biến sử dụng cũng như các công nghệ được ứng dụng )  Xây dựng được một hệ thống cân ô tô với đầy đủ các thiết bị chủ yếu  Nâng cao kĩ năng làm việc, nghiên cứu, học tập theo nhóm  Tích lũy theo được kiến thức bổ ích... Từ cuối những năm 1970 Về cơ bản load cell số là sự tích hợp giữa load cell tương tự với công nghệ điện tử hiện đại Ban đầu, khi khái niệm load cell số mới ra đời, nhiều người hiểu lầm là các load cell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể được sử dụng để chuyển đổi một load cell chất lượng thấp lên một load cell chất lượng cao Thực tế thì ngược lại, mỗi load cell số đơn giản cũng mang trong... Mô hình ứng dụng 1 Lựa chọn và bố trí các thiết bị cho cân Chọn loadcell Khi lựa chọn Loadcell thì các thông số cần phải quan tâm là: - Chọn loại tương tự hay loại số Các thông số như mV/V là gì, tín hiệu vào ra, tầm sử dụng tải 21 - Cấu tạo Loadcell, thụ động (thuần trở) hay tích cực (bán dẫn), độ ổn định, chịu nhiệt, chịu nước, chống nhiễu - Kết cấu của ứng dụng, lưc tập trung, lực phân bố, tải trọng. .. (Mounting kit) kèm theo Loadcell, bộ giảm chấn gồm 4 bộ ngang và 4 bộ dọc ở 4 góc cân, hệ thống dây cáp điện tiêu chuẩn 31 6 Mạch cấp nguồn loadcell và xử lí tín hiệu ra 6.1 Thiết kế mạch nguồn • • Hình 1.21: Sơ đồ mạch nguồn Để loadcell có thể làm việc được cần tạo ra một nguồn nuôi cho loadcell, trong đề tài sử sụng nguồn 5V để nuôi loadcell Ngoài ra mạch chính cũng cần có nguồn • • • nuôi cho vi điều khiển,... thể kết nối được 4,6,8…Loadcell với nhau sau khi đã lựa chọn xong load cell, tuỳ theo số lượng load cell và loại loadcell mà ta chọn loại hộp nối là loại 4 đầu hoặc 8 đầu nối Cũng từ chế độ dòng áp của load cell mà ta lựa chọn chế độ dòng áp của hộp nối cho phù hợp Một số thông số cần quan tâm khi chọn hộp nối: - Số đầu đo của load cell phải bằng hoặc lớn hơn số load cell của cân Khả năng chỉnh góc... chiều 220V Hình 1.15 : Đầu cân Analog Ứng với công nghệ Digital cũng có loại Indicator chuyên biệt Loại này không thực hiện chuyển đổi Analog/Digital nữa mà nhận trực tiếp tín hiệu số từ Loadcell để xử lý Digital Indicator có thể kết nối với nhiều Loadcell hơn Analog Indicator 4.3 Kết cấu hầm móng : 24 Hiện nay có hai dạng hầm móng chính được sử dụng trong hệ thống cân ô tô : Kiểu móng hầm chìm (Pit... trong hệ thống, do đó có thể mở rộng cấu trúc dễ dàng - Có thể thực hiện tối ưu hóa hệ thống dễ dàng qua phân tích từng thànhphần tích hợp - Cân bằng các góc cân có thể thực hiện bằng thiết bị Thay đổi, sửa lỗi một load cell không ảnh hưởng đến các load cell khác Công việc thực hiện dễ dàng và đơn giản, tiết kiệm thời gian - Với hệ thống yêu cầu độ chính xác vừa và thấp có thể tự động chỉnh định mà không ... 0,5 NiChrome 80%Ni, 20%Cr Platin 2,1 ÷ 2,5 150 ÷ 170 0,9 ÷ 1 ,7 5,1 ÷ 5,4 170 0 0,2 0, 47 ÷ 0,5 ± 10 84%Cu, Manganin 12%Mn, 4%Ni Karma PlatinVonfram 74 %Ni, 20%Cr, 3%Cu, 3%Fe 92%Pt, 8%W 0,4 ÷ 0,45 2,1... 150 0,25.104 Germani Loại n 11 +100 3000 ÷ 8000 1,1.104 Loại n -130 6000 0,35.104 Loại p + 170 1300 7, 8.104 Loại p Silic Ưu điểm áp trở bán dẫn độ nhạy cao K = -200 ÷ +800, kích thước nhỏ 2,5... (Điện áp tối đa): 15 Volts AC or DC Input Impedance (Trở kháng đầu vào): 70 0 Ohms Output Impedance (Trở kháng đầu ra): 70 0 Ohms Insulation Impedance (Điện trở cách điện): >500 Megaohms Construction