Bài tập lớn môn đo lường cảm biến

Bài tập lớn môn đo lường cảm biến

Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Mục Lục SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Tự động hóa ngành mũi nhọn để thúc đẩy tiến trình công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Cùng phát triển nhanh mạnh công nghệ thông tin, máy tính điện tử, kết hợp với lý thuyết điều khiển tự động lĩnh vực khác làm nên bước cho lĩnh vực tự động hóa trình sản xuất, nâng cao sản lượng chất lượng sản phẩm Cân ô tô trở nên thành phần cần thiết, trang bị cho nhà máy sản xuất chế biến,cân hàng hóa phục vụ công tác quản lí hàng hóa nhập xuất,nguyên vật liệu cho sản xuất nhà máy công cụ phục vụ cho mô hình ISO,TQM… Cân ô tô góp phần quản lí,kiểm tra nguyên vật liệu cho quy trình sản xuất hàng hóa xuất kho Cân ô tô giúp cho nhà máy kiểm tra nguyên vật liệu tồn kho khả dự trữ tối đa nhà máy giúp cho công tác quản trị cung ứng dễ dàng hơn,nhà quản lí tham chiếu số liệu báo cáo để có kế hoạch nhập nguyên vật liệu sản xuất thích hợp Trên sở đó,chúng em phân tích xây dựng hệ thống cân kiểm trọng tải ô tô cho nhà máy sản xuất thức ăn gia súc sau: Phần I: Phân tích công nghệ cân ô tô * - Nguyên lý chung - Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến áp trở (tenzo) - Cấu tạo nguyên lý hoạt động loadcell - Hộp nối dây - Hộp cộng tín hiệu ( Junction Box) - Đầu cân – Chỉ thị cân (Indicator) - Kết cấu hầm móng SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến - Mặt bàn cân, bảng led hiển thị phần mềm quản lý cân * Phần II: Xây dựng hệ thống cân kiểm ô tô nhà máy sản xuất thức ăn gia súc - Mô hình hệ thống - Lựa chọn thiết bị - Sơ đồ khối - Mạch cho loadcell - Viết chương trình Với lý thuyết học lớp, với hướng dẫn nhiệt tình thầyThs.Hà Văn Phương.Đồng thời có giúp đở bạn lớp em hoàn thành Bài tập Lớn thời hạn Tuy nhiên với thời gian ngắn kiến thức em hạn chế nên Bài tập lớn em nhiều thiếu sót Em mong nhận bảo thầy cô để Đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, Ngày 20 tháng năm 2012 SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Phần I: Phân tích công nghệ cân ô tô I, Nguyên lý chung: Hệ thống cân ô tô hoạt động dựa công nghệ cân điện tử.Khi có áp lực trọng tải xe lên mặt cân,các cảm biến (Loadcell) nhận tín hiệu truyền đến Hộp nối dây – Hộp cộng tín hiệu(Junction Box).Tại tín hiệu từ Loadcell chuyển đến cộng lại chia trung bình để tìm giá trị khối lượng xe.Giá trị hiển thị hình thông qua chuyển đổi hiển thị.Đó Đầu cân – Chỉ thị cân(Indicator).Hệ thống kết nối với máy vi tính để điều khiển quản lí số liệu phần mềm chuyên dụng cân ô tô Bộ phận có nhiệm vụ xác định giá trị trọng tải xe hệ thống cân ô tô cảm biến gồm Loadcell kết nối với nhau.Loadcell hoạt động nhờ vào cấu cảm biến đo biến dạng – Áp trở(Tenzo) gắn 1.1Cấu tạo nguyên lí hoạt động cảm biến áp trở ( Tenzo) : 1.1.1 Nguyên lí hoạt động chung:Cảm biến áp trở hoạt động dựa hiệu ứng áp trở (Piezo resistive effect): “ vật dẫn chịu biến dạng học điện trở thay đổi” Như ta biết điện trở vật dẫn biểu diễn biểu thức: R=ρ l S Do chịu ảnh hưởng biến dạng nên điện trởcủa cảm biến thay đổi lượng ΔR.Ta có: ΔR/R = Δl/l + Δρ/ρ – 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 SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến ερ = Δρ/ρ : lượng biến thiên tương đối theo điện trở suất εS = ΔS/S : lượng biến thiên tương đối theo tiết diện εR= εl+ ερ– εS Ta viết lại dạng : Trong học ta biết: εS= -2kpεl 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 : ερ= c(1 + 2kp)εl= mεl (m : hệ số ) Từ biểu thức ta có : εR= εl(1 + 2kp +m) = Kεl K : độ nhạy 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 nhỏ) ta có K = - Với kim loại: kp = 0,24 ÷ ta có K = 0,5 ÷ - Với chất bán dẫn: quan hệ điện trở suất ρ ứng lực σ biểu diễn biểu thức: ερ= k1σ = k1Eεl= mεl k1 : hệ số E : môđun đàn hồi SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Do m lớn nên hệ số k = + k p + m cỡ từ 100 ÷ 200 điều kiện bình thường Cảm biến áp trở chia thành hai dạng áp trở kim loại áp trở bán dẫn 1.1.2 Cảm biến áp trở kim loại Cảm biến áp trở kim loại chế tạo theo dạng : dây mảnh,lá mỏng màng mỏng a Áp trở dạng 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 phốt để nối với mạch đo.Hai phía dán hai giấy mỏng 0,1 mm nhựa polymide ( 0,03 mm) để cố định hình dáng dây,chiều dài dây L = nl o ( lo :độ dài đoạn dây,n :số đoạn); n = 10-20.Bình thường lo = ÷ 15 mm,có thể tới 100 mm nhỏ 2,5 mm.Chiều rộng a o = ÷ 10 mm Điện trở dây R = 10 ÷ 150Ω tới 800 ÷ 1000 Ω b Áp trở dạng mỏng: mỏng có độ dày ÷ 12 μm làm từ hợp kim Constantan,chế tạo theo phương pháp ăn mòn 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 trởdạng màng mỏng: chế tạo phương pháp bốc kim loại có độ nhạy cao bám vào khung có hình dạng định trước,Ưu điểm chế tạo với hình dáng phức tạp,kích thước nhỏ,điện trở ban đầu lớn,độ nhạy cao SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Hình 1.1 : Sơ đồ cấu tạo áp trở kim loại a) Áp trở dạng dây mảnh b) Áp trở dạng mỏng 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 platinvonfram K = 4,1 + Hệ số nhiệt cần nhỏ điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ.RT = Ro [ + αt(T – To)],trong Ro : điện trở nhiệ độ chuẩn To,do αt nhỏ làm cho cảm biến bị thay đổi nhiệt độ thay đổi + Điện trở suất: phải đủ lớn để giảm kích thước độ dài dây + Vật liệu chọn cần chịu ứng 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 giới hạn đàn hồi đo kgN/mm2) SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Bảng 1:Đặc tính số vật liệu chế tạo áp trở kim loại α ρ 1,9 ÷ 2,1 2,1 ÷ 2,5 5,1 ÷ 5,4 (10-6 1/oK) ± 50 150 ÷ 170 1700 (mm2/m) 0,46 ÷ 0,5 0,9 ÷ 1,7 0,2 0,47 ÷ 0,5 ± 10 0,4 ÷ 0,45 Vật liệu Thành phần K Constantan NiChrome Platin 60%Cu,40%Ni 80%Ni,20%Cr Manganin Karma PlatinVonfram 84%Cu,12%M n 4%Ni 74%Ni,20%Cr 3%Cu,3%Fe 92%Pt,8%W 2,1 4,1 1.1.2 Cảm biến áp trở bán dẫn Cảm biến áp trở bán dẫn chế tạo từ chất bán dẫn Silic,Germani,Asenua…,chia thành hai loại : loại cắt loại khuếch tán a Loại cắt : mẩu cắt từ đơn tinh thể pha tạp.Các mẩu cắt gắn lên giá đỡ nhựa có chiều dài l = 0,1 ÷ mm,dày 10-2 mm Hình 1.2 : Áp trở bán dẫn loại cắt b Loại khuếch tán : điện trở tạo nên cách khuếch tán tạp chất Sb,Ga,n…vào phần đế đơn tinh thể Silic pha tạp.Tùy theo loại tạp chất khuếch tán mà ta có áp trở loại n loại p SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Hình 1.3 : Áp trở bán dẫn loại khuếch tán c Nguyên lí hoạt động : bình thường điện tử phân bố tinh thể bán dẫn nhau,độ dẫn điện không thay đổi.Khi bị biến dạng,kích thước ô mạng tinh thể thay đổi làm cho nồng độ điện tử vùng độ dẫn thay đổi theo làm cho điện trở bị thay đổi d Yêu cầu vật liệu chế tạo + Điện trở suất : ρ chịu ảnh hưởng độ pha tạp nhiệt độ - Ảnh hưởng độ pha tạp : tăng độ pha tạp,mật độ hạt dẫn tăng lên làm cho điện trở suất giảm ρ = 1/[q(μnn + μpp)] q : giá trị tuyệt đối điện tích điện trở lỗ trống n,p : mật độ điện tử lỗ trống tự μn,μp : độ linh động điện tử lỗ trống - Ảnh hưởng nhiệt độ : nhiệt độ nhỏ 120 oC,hệ số nhiệt dương giảm dần độ pha tạp tăng lên ; nhiệt độ cao hệ số nhiệt âm không phụ thuộc vào độ pha tạp SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Hình 1.4 : Sự phụ thuộc ρ vào nồng độ pha tạp nhiệt độ + Độ nhạy : K phụ thuộc vào độ pha tạp,độ biến dạng,nhiệt độ - Ảnh hưởng độ pha tạp : độ pha tạp tăng,K giảm Hình 1.5 : Sự phụ thuộc K vào độ pha tạp - Ảnh hưởng độ biến dạng : K = K1 + K2ε + K2ε Tuy nhiên với độ biến dạng giá trị cực đại K không đổi - Ảnh hưởng nhiệt độ : nhiệt độ tăng,K giảm.Tuy nhiên độ pha tạp lớn (Nd = 1020 cm-3),K phụ thuộc nhiệt độ Bảng : Đặc tính áp trở bán dẫn SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 10 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 1.7 Bảng đèn LED hiển thị phụ Hình 1.17 : Bản LED hiển thị phụ Bảng đèn LED hiển thị phụ thiết bị dùng để hiển thị trực quan giá trị khối lượng cân ô tô,dùng để quan sát từ xa Kích thước bảng LED thường 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 hiển thị – số Bảng LED có cổng RS 232 kết nối với máy vi tính 1.8 Phần mềm quản lí cân Phần mềm chuyên dụng TPC – Truck Scales chạy môi trường Windows,giao diện tương tác tiếng Việt có dấu nên dễ dàng sử dụng Các nhóm chức lập trình : - Lưu trữ quản lí tự động thông tin liên quan đến : tên chủ hàng,tên hàng hóa,số xe,thời gian khối lượng hàng hóa xuất nhập,… - In phiếu cân cho xe,trong phiếu ghi rõ 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… - 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 giai đoạn định SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 23 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Ngoài hệ thống cân ô tô có phận thiết bị phụ trợ khác : 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… SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 24 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Phần II: Xây dựng hệ thống cân kiểm ô tô nhà máy sản xuất thức ăn gia súc Trong phần chúng em xây dựng hệ thống cân kiểm trọng tải ô tô cho nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, bao gồm : - Mô hình hệ thống - Lựa chọn thiết bị - Sơ đồ khối - Thiết kế mạch cho loadcell - Lưu đồ thuật toán viết chương trình SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 25 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 2.1 Mô hình hệ thống Hình 2.1 : Mô hình hệ thống Mô hình mô khái quát hệ thống cân ô tô thiết kế SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 26 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Hình 2.2 : Sơ đồ liên kết thiết bị hệ thống 2.2 Danh mục thiết bị chức Các thiết bị sử dụng hệ thống : - Bộ cảm biến lực Loadcell : Gồm Loadcell - hộp nối dây Junction Box - đầu cân Indicator - bảng đèn Led hiển thị - máy vi tính máy in - bàn cân thép Các thiết bị phụ trợ kèm theo : chống sét,dây cáp điện,bộ giảm chấn… SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 27 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Chức sử dụng thiết bị Tên thiết bị Bộ cảm biến lực Hộp nối dây Đầu cân Bảng dèn Led Bàn cân thép Bộ máy tính máy in Chức cảm biến áp lực trọng tải xe truyền tín hiệu đầu cân kết nối Cảm biến nhận tín hiệu từ cảm biến xử lí,hiển thị thông số,truyền liệu vào máy tính hiển thị khối lượng nơi lắp đặt cảm biến chịu tải trọng xe Số lượng Loadcell điều hành,quản lí,lưu trữ in phiếu cân 1 1 2.3 Lựa chọn thông số cân,thiết bị cân a Lựa chọn thông số cân - Mức cân max : Do đặc thù hàng hóa nguyên vật liệu nhà máy sản xuất thức ăn gia súc thường hàng hóa khô,nhẹ,nguyên liệu thường nông thủy sản.Vì để phù hợp tài chính,chúng em lực chọn cân có mức cân max 30 - Phân độ chia : Theo quy định cân cấp Với mức cân max 30 yêu cầu độ xác ta chọn phân độ chia Kg SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 28 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến b Lựa chọn kích thước bàn cân Đa số loại xe tải vận chuyển nhà máy sản xuất thức ăn gia súc thường loại trung nhỏ,nên ta lựa chọn bàn cân 3m x 12m cho phù hợp tài c Lựa chọn kiểu hầm móng Nhà máy sản xuất thức ăn gia súc thường đặt đồng bằng,và để tiện cho công tác bảo trì,bảo dưỡng,vệ sinh,sửa chữa.Chúng em lựa chọn kiểu cân Hình 2.3 : Kiểu hầm móng hướng d Lựa chọn khung bàn cân,sàn cân Khung bàn cân phận đảm bảo vững ổn định lâu dài cân.Hiện thị trường có hai loại kết cấu khung bàn cân : - Loại kết cấu tôn dập chữ U,chữ C, giá thành rẻ,nhưng độ bền không cao,thích hợp cho dự án ngắn hạn sau vài năm - Loại kết cấu chữ I thép đúc nhập khẩu, độ bền cao,thích hợp cho nhu cầu ổn định lâu dài Trên sở đó,chúng em lựa chọn khung cân kết cấu chữ I thép đúc nhập khẩu,phục vụ cho nhu cầu lâu dài giảm thiểu chi phí sửa chữa sau mà nhiều không tính SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 29 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Các thông số khung sàn cân sau : - Dầm chịu lực dọc : I – 600 - Dầm chịu lực ngang : I – 200 - Sàn cân thép,tole mặt sàn 10mm - Sàn cân sơn chống gi,oxy hóa,sơn phủ màu đảm bảo thẩm mỹ e Lựa chọn thiết bị Hiện Mettler – Toledo tập đoàn hàng đầu giới lĩnh vực nên thiết bị đồng hãng đảm bảo tương thích thiết bị Tên thiết bị Bộ cảm biến lực( Loadcell) Chỉ thị cân (Indicator) Bảng đèn LED hiển thị phụ Hộp nối dây (Junction Box) Bộ chống sét Model 0782 – 30T 8142 Pro Kingbrid Hãng sản xuất Mettler – Toledo Mettler – Toledo Mettler – Toledo Mettler – Toledo Mettler – Toledo Các đặc tính kĩ thuật thiết bị sau : + Cảm biến lực Loadcell (Model 0782 ) : - Tải trọng 30 tấn/1 - Khả chịu tải :150 % tải trọng - Độ nhạy : 2mV/V - Sai số tuyến tính : 0,02 % R.O - Sai số lặp lại : 0,02/0,01 % R.O - Cấp xác : Theo chuẩn quốc tế OIML,NTEP - Nhiệt độ làm việc : -10oC đến 40oC - Chịu biến thiên nhiệt : -30oC đến 70oC - Nguồn cung cấp :5 – 15 VDC - Cấp bảo vệ đạt chuẩn IP 68 + Chỉ thị cân Indicator (Model 8142 Kingbrid) : SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 30 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến - Độ phân giải theo tiêu chuẩn TC CE,OMIL - Hiển thị chữ số,màn hình Katot,hiển thị khối lượng tịnh,tổng ,thực - Có khả lập trình - Cổng kết nối vi tính RS 232/485/422 - Nhiệt dộ làm việc : -10oC đến 40oC - Điện áp sử dụng : 100 VDC – 220 VAC + Bảng LED hiển thị phụ : - Kích thước 200 x 600 x 100 mm - Hiển thị số,số lớn,rõ,đẹp - Khả nhìn xa >=20m - Cổng kết nối vi tính RS 232 - Nguồn cấp 220 VAC/50 Hz + Hộp nối dây Junction Box : - Vỏ sơn tĩnh điện chống gỉ - Dây tín hiệu bảo vệ ống sắt - Cấp bảo vệ đạt chuẩn IP 68 + Bộ chống sét : - Khả cắt dòng sét 40 KA - Chống sét cho dây pha dây trung tính Ngoài có chân đế định tâm (Mounting kit) kèm theo Loadcell,bộ giảm chấn gồm ngang dọc góc cân,hệ thống dây cáp điện tiêu chuẩn SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 31 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 2.4 Sơ đồ khối Hình 2.4 : Sơ đồ khối hệ thống cân ô tô Hình sơ đồ khối làm việc hệ thống cân ô tô SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 32 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 2.5 Thiết kế mạch cho loadcell 2.5.1 Thiết kế mạch nguồn Hình 16: Sơ đồ mạch nguồn • Để loadcell làm việc cần tạo nguồn nuôi cho loadcell,trong đề tài sử sụng nguồn 5V để nuôi loadcell.Ngoài mạch cần có nguồn nuôi cho vi điều khiển,các mạch nguồn tích hợp mạch • Nguồn vào nguồn AC 9V,trong mạch sử dụng hai ic l7805và l7905 để tạo điện áp +5V -5V • Diode cầu dùng để chỉnh lưu • Các tụ điện dùng mạch có chức lọc để điện áp thẳng 2.5.2 Thiết kế mạch khuyếch đại tín hiệu • Vì điện áp đầu loadcell nhỏ thường mV/V đến mV/V,để vi điều khiển đọc tín hiệu từ loadcell ta phải sử dụng mạch khuyếch đại tín hiệu lên nhiều lần đưa tín hiệu điện áp vào vi điều khiển • Nhất với loại loadcell chịu tải trọng lớn từ 500kg trở lên ta đặt vật có khối lượng nhỏ lên điện áp đo nhỏ,nếu đặt hai vật có khối lượng chênh lệch vài kg điện áp thay đổi không đáng kể.Vì việc thiết kế mạch khuyếch đại quan trọng, SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 33 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến • Trong mạch bên sử dụng ba ic opm(op07) dùng để khuyếch đại,một biến trở có chức điều chỉnh để đạt hệ số khuyếch đại mong muốn.Các điện trở dùng mạch phải điện trở có sai lệch nhỏ(0.1%) Hình 17: Sơ đồ mạch khuyếch đại Trong sơ đồ mạch điện trở R1 = R2 = R6 = R7 = 100k Vout R1 R3 = (1 + ) V − V1 Rgain R Điện áp ngõ tính công thức: Vout = (1 + R1 R3 )(V − V 1) Rgain R2 Trong đó:V1,V2 giá trị điện áp từ loadcell +Rgain :giá trị biến trở +Vout điện áp sau khuyếch đại.Muốn giá trị điện áp ta cần chỉnh biến trở để thay đổi Rgain • Mạch khuyếch đại khuyếch đại tín hiệu điện áp ngõ loadcell lên nhiều lần gía trị khuyếch đại không vượt giá trị điện áp nguồn nuôi cho loadcell SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 34 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Ví dụ:điện áp nguồn nuôi cho loadcell 5V giá trị khuyếch đại tối đa phải nhỏ 5V 2.5.3 Mạch mô Giá trị định lượng hiển thị LCD giá trị số,trong tín điện áp từ loadcell tín hiệu tương tự (analog).Do để hiển thị giá trị kết định lượng LCD bắt buộc phải qua trình chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Hình 18: Mạch mô SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 35 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Danh Sách Nhóm Sinh viên thực hành: Nguyễn Thành Đạt Vũ Thành Đạt Hoàng Xuân Dũng Ngô Chí Dũng Vũ Mạnh Dũng Vũ Trung Dũng Tô Mạnh Duy Đỗ Thanh Hà Hoàng Hữu Hải SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 36 [...]... 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 15 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 16 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 1.3 Hộp nối dây - Hộp cộng tín hiệu ( Junction Box) : SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 17 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Hộp nối dây là nơi kết nối các Loadcell... SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 25 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 2.1 Mô hình hệ thống Hình 2.1 : Mô hình hệ thống Mô hình trên mô phỏng khái quát hệ thống cân ô tô được thiết kế SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 26 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Hình 2.2 : Sơ đồ liên kết các thiết bị trong hệ thống 2.2 Danh mục... Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 31 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 2.4 Sơ đồ khối Hình 2.4 : Sơ đồ khối hệ thống cân ô tô Hình trên là sơ đồ các khối làm việc của hệ thống cân ô tô SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 32 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 2.5 Thiết kế mạch cho loadcell 2.5.1 Thiết kế mạch nguồn Hình 16: Sơ... sát,khi bề mặt cấu trúc bị biến dạng thì cảm biến cũng chịu một biến dạng như bề mặt cấu trúc Hình 1.6 : Cố định áp trở lên bề mặt khảo sát 1 : bề mặt 5 : dây dẫn 2 : cảm biến áp trở 6 : cáp điện 3 : lớp bảo vệ 7 : keo dán 4 : mối hàn I.2 Cấu tạo và nguyên lí của Loadcell SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 11 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Mô hình vị trí lắp... Bộ cảm biến lực Loadcell : Gồm 6 Loadcell - 1 hộp nối dây Junction Box - 1 đầu cân Indicator - 1 bảng đèn Led hiển thị - 1 bộ máy vi tính và máy in - 1 bàn cân thép Các thiết bị phụ trợ kèm theo : bộ chống sét,dây cáp điện,bộ giảm chấn… SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 27 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Chức năng sử dụng từng thiết bị Tên thiết bị Bộ cảm biến. .. thép gắn 4 cảm biến áp trở.Các áp trở trên được nối thành mạch cầu 4 nhánh SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 13 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 1.2.2 Nguyên lí Loadcell : Hình 1.10 : Sơ đồ tương đương Loadcell Khi trụ thép chịu lực tác dụng (trong hệ thống cân là trọng lượng của xe ) sẽ bị biến dạng theo trục X và Y (Hình 1.9) làm cho các áp trở biến dạng.. .Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến K α (10-61/oC) ρ -150 +100 150 3000 ÷ 8000 0,25.104 1,1.104 -130 +170 6000 1300 0,35.104 7,8.104 Vật liệu Germani Loại n Loại p Silic Loại n Loại p 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... tác động của gió nhiều hơn - Diện tích nhiều vì có hai bờ dốc SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 21 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 1.6 Mặt bàn cân Mặt bàn cân là thiết bị trực tiếp chịu tải trọng của xe,là nơi gắn các cảm biến, hộp nối dây.Có nhiều kích thước bàn cân khác nhau tùy vào nhu cầu sử dụng và mức cân.Các kích thước bàn cân thường sử dụng là: - 3m... Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 29 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Các thông số khung và sàn cân như sau : - Dầm chịu lực dọc : I – 600 - Dầm chịu lực ngang : I – 200 - Sàn cân thép,tole mặt sàn 10mm - Sàn cân được sơn chống gi,oxy hóa,sơn phủ màu đảm bảo thẩm mỹ e Lựa chọn thiết bị Hiện nay Mettler – Toledo là tập đo n hàng đầu thế giới về lĩnh vực này nên các thiết bị đồng... Môn Đo Lường & Cảm Biến Mô hình vị trí lắp đặt của các Loadcell trên bàn cân như hình vẽ dưới đây(cho bộ cảm biến dùng 6 Loadcell) Các Loadcell Hình 1.7 :Sơ đồ vị trí lắp đặt các Loadcell SVTH: Nhóm 2 - Lớp Tự Động Hóa 2 Khóa 5 – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 12 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Hình 1.8 :Vị trí lắp đặt Loadcell 1.2.1 Cấu tạo của Loadcell : Hình 1.9 :Hình ảnh Loadcell thực tế và ... Công Nghiệp Hà Nội Page 15 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến SVTH: Nhóm - Lớp Tự Động Hóa Khóa – Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Page 16 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến 1.3 Hộp nối dây - Hộp... Page Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Do m lớn nên hệ số k = + k p + m cỡ từ 100 ÷ 200 điều kiện bình thường Cảm biến áp trở chia thành hai dạng áp trở kim loại áp trở bán dẫn 1.1.2 Cảm biến. .. Hà Nội Page 27 Bài Tập Lớn Môn Đo Lường & Cảm Biến Chức sử dụng thiết bị Tên thiết bị Bộ cảm biến lực Hộp nối dây Đầu cân Bảng dèn Led Bàn cân thép Bộ máy tính máy in Chức cảm biến áp lực trọng