Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số công nghiệp

Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Lời mở đầu Trong thi i ngy ngnh k thut o lng ang c s dng rt rng rói vic kim tra t ng, t ng hoỏ cỏc quỏ trỡnh sn xut, c bit s dng rng rói cỏc c s nghiờn cu khoa hc ca tt c cỏc lnh vc khoa hc v k thut khỏc Trong k thut o lng ngi ta phi tin hnh o cỏc i lng vt lý khỏc ú l cỏc i lng in v cỏc i lng khụng in nh: cỏc i lng hỡnh hc, hoỏ hc, nhit hc H thng o lng nc ta vi y cỏc loi cõn, t cõn c khớ, cõn c in n cõn in t, ang c s dng rt rng rói nhiu lnh vc nh: ngnh sn xut ụtụ ta phi dựng cõn in t s cụng nghip o lng ca ụtụ, ngnh sn xut xi mng phi o lng ca bao bỡ sn phm úng gúi Bn ỏn ny thit k h thng in cõn in t s cụng nghip loi 10 tn / mó cõn Do cú nhng hn ch v mt trỡnh cng nh v thi gian, nờn bn thit k ny khụng trỏnh nhng thiu sút Em mong c s gúp ý giỳp ca cỏc thy cụ giỏo, bn thit k ny ca em c hon thin hn Em xin chõn thnh cm n H Ni : 5- 2005 Sinh viờn phần i Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số tổng quan đo khối lợng hệ thống cân điện tử công nghiệp Đ1-1 tổng quan đo khối lợng i khái niệm kỹ thuật đo lờng 1- Khái niệm chung Đo lờng trình đánh giá định lợng đại lợng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lờng giá trị số đại lợng cần đo AX , tỷ số đại lợng cần đo X đơn vị đo XO Nghĩa AX rõ đại lợng đo lớn ( nhỏ ) lần đơn vị Quá trình đo viết dới dạng: A= X X O Từ ta có : X = AX.XO ( 1-1 ) Phơng trình ( 1-1 ) gọi phơng trình phép đo, rõ so sánh đại lợng cần đo với mẫu cho kết số Từ ta thấy đại lợng đo đợc, đại lợng cho phép so sánh giá trị Vì để đo phải biến đổi chúng thành đại lợng khác so sánh đợc Ví dụ: để đo ứng suất học ta phải biến đổi chúng thành thay đổi điện trở cảm biến lực căng, sau mắc cảm biến vào mạch cầu đo điện áp lệch cầu có tác động ứng suất cần đo 2- Phân loại phép đo Để thực phép đo, ngời ta sử dụng nhiều cách khác Ta phân làm cách nh sau: - Đo trực tiếp : cách đo mà kết đo nhận đợc trực tiếp từ phép đo Cách cho kết Dụng cụ đo thờng tơng ứng với đại lợng đo Ví dụ: đo điện áp dùng vôn mét ( V ), mặt vôn mét khắc độ sẵn vôn ( V ) Trên thực tế đa số phép đo sử dụng cách đo trực tiếp - Đo gián tiếp: cách đo mà kết đo đợc suy từ phối hợp kết nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp Cách đo gián tiếp thờng mắc phải sai số lớn, tổng sai số phép đo trực tiếp - Đo hợp bộ: cách đo gần giống đo gián tiếp, nhng số lợng phép đo theo cách trực tiếp nhiều kết đo nhận đợc thờng phải thông qua giải Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số phơng trình ( hay hệ phơng trình ), mà thông số biết số liệu đo đợc - Đo thống kê: để đảm bảo độ xác phép đo, nhiều ngời ta phải sử dụng cách đo thống kê Tức ta phải đo nhiều lần, sau lấy giá trị trung bình Cách đo đặc biệt hữu hiệu tín hiệu đo ngẫu nhiên, kiểm tra độ xác dụng cụ đo II Các đặc trng kỹ thuật đo lờng Trong kỹ thuật đo lờng có chứa đựng đặc trng sau: đại lợng cần đo, điều kiện đo, đơn vị đo, phơng pháp đo, thiết đo, ngời quan sát thiết bị thu nhận kết đo, kết đo Các đặc trng yếu tố cần thiết thiếu đợc kỹ thuật đo lờng 1- Đại lợng đo ( tín hiệu đo ) Đại lợng đo thông số đặc trng cho đại lợng vật lý cần đo Theo tính chất thay đổi đại lợng đo chia chúng thành hai loại là: đại lợng đo tiền định đại lợng đo ngẫu nhiên - Đại lợng đo tiền định đại lợng đo biết trớc quy luật thay đổi theo thời gian chúng Nhng nhiều thông số chúng cha biết cần phải đo - Đại lợng đo ngẫu nhiên đại lợng đo mà thay đổi theo thời gian không theo quy luật Nếu ta lấy giá trị tín hiệu ta nhận đợc đại lợng ngẫu nhiên Ta thấy thực tế đa số đại lợng đo ngẫu nhiên Tuy chừng mực ta giả thiết suốt thời gian tiến hành phép đo, đại lợng đo phải không đổi thay đổi theo quy luật biết, tín hiệu hiệu phải thay đổi chậm Vì đại lợng đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh đo đợc phép đo thông thờng Trong trờng hợp ta phải sử dụng phơng pháp đo đặc biệt, đo lờng thống kê Theo cách biến đổi đại lợng đo ta chia thành đại lợng đo liên tục hay gọi đại lợng đo tơng tự (Analog), đại lợng đo rời rạc hay gọi đại lợng đo số ( Digital ) ứng với tín hiệu đo tơng tự , ngời ta chế tạo dụng cụ đo tơng tự Còn tín hiệu đo số (tức biến đổi từ đại lợng tơng tự thành đại lợng số) ứng với đại lợng đo ngời ta thờng chế tạo dụng cụ đo số 2- Điều kiện đo Các thông tin đo lờng gắn chặt với môi trờng sinh đại lợng đo Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hởng môi trờng đến kết Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số đo ngợc lại Khi dùng dụng cụ đo không đợc để dụng cụ đo ảnh hởng đến đối tợng đo Trong thực tế ta thờng phải tiến hành đo nhiều đại lợng lúc, lại phải truyền tín hiệu xa, tự động ghi lại gia công thông tin đo Cho nên cần phải tính đến điều kiện đo khác để chọn thiết bị đo tổ chức phép đo cho tốt 3- Đơn vị đo Để cho nhiều nớc sử dụng hệ thống đơn vị nhất, ngời ta thành lập hệ thống đơn vị quốc tế ( SI ) Trong hệ thống đơn vị đợc xác định nh sau: + Đơn vị chiều dài mét ( m ) + Đơn vị khối lợng kilôgam ( Kg ) + Đơn vị thời gian giây ( s ) + Đơn vị cờng độ dòng điện Ampe ( A ) + Đơn vị nhiệt độ độ Kelvin ( K ) + Đơn vị cờng độ sáng nến candela ( Cd ) + Đơn vị số lợng vật chất mol ( mol ) 4- thiết bị đo phơng pháp đo Thiết bị đo thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu, mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho ngời quan sát Chúng có tính chất đo lờng học, tức tính chất có ảnh hởng đến kết sai số phép đo Thiết bị đo lờng gồm nhiều loại là: thiết bị mẫu, chuyển đổi đo lờng, dụng cụ đo lờng, tổ hợp thiết bị đo lờng hệ thống thông tin đo lờng Các phép đo đợc thực phơng pháp đo khác nhau, phụ thuộc vào phơng pháp nhận thông tin đo nhiều yếu tố khác nh : đại lợng đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu vv Phơng pháp đo có nhiều nhng ngời ta phân làm hai loại là: phơng pháp đo biến đổi thẳng phơng pháp đo so sánh - ngời quan sát Ngời quan sát ngời đo gia công kết đo Nhiệm vụ ngời quan sát đo phải nắm đợc phơng pháp đo, am hiểu thiết bị đo mà sử dụng, kiểm tra điều kiện đo, phán đoán khoảng đo để chọn thiết bị cho phù hợp, chọn dụng cụ cho phù hợp với sai số yêu cầu phù hợp với điều kiện môi trờng xung quanh Biết điều khiển trình đo để có kết Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số mong muốn Sau nắm đợc phơng pháp gia công kết đo để tiến hành gia công số liệu thu đợc sau đo - kết đo Kết đo mức coi xác Một giá trị nh đợc gọi giá trị ớc lợng đại lợng đo Nghĩa giá trị đợc xác định thực nghiệm nhờ thiết bị đo Giá trị gần với giá trị thực mà điều kiện coi thực Để đánh giá sai lệch giá trị ớc lợng giá trị thực ngời ta sử dụng khái niệm sai số phép đo Đó hiệu giá trị thực giá trị ớc lợng Sai số phép đo có vai trò quan trọng kỹ thuật đo lờng Nó cho phép đánh giá phép đo có đạt yêu cầu hay không Có nhiều nguyên nhân gây nên sai số, trớc hết phơng pháp đo không hoàn thiện, sau biến động điều kiện bên vợt điều kiện tiêu chuẩn đợc quy định cho dụng cụ đo mà ta chọn Kết đo số kèm theo đơn vị đo hay đờng cong tự ghi, ghi lại trình thay đổi đại lợng đo theo thời gian Việc gia công kết đo phải theo thuật toán ( Angôrit ) định máy tính, hay tay, để đạt đợc kết mong muốn III - Phơng pháp đo Tất cách thực phép đo nêu phần ta phân loại phép đo nh sau: 1- phơng pháp biến đổi thẳng Trong trình đo biến đổi thẳng tập liên tục đại lợng đo đợc ánh xạ thành tập rời rạc ký hiệu logic hình thức ( hình 1-1a ) đại lợng đo X đợc tơng ứng X thành Nx ( phép lợng tử hoá mã hoá ) Nx số kết đo X biến NX đổi đơn vị đo X thành số N0 kết Tập đại l X N0 ợng đo N X đo X= X0 liênsẽ là: N0 tục Tập số N Hình 1- 1.a5 Mô tả trình đo biến đổi thẳng Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Ví dụ: khắc độ dụng cụ đo tơng tự Quá trình đợc gọi trình khắc độ theo mẫu N0 đợc ghi nhớ lại ( hình 1-1a ) Sau diễn trình so sánh đại lợng cần đo với đơn vị chúng Quá trình đợc thực phép chia suy kết đo đợc thể biểu thức dới NX đây: N0 X= N Quá trình đo nh đợc gọi làXquá trình biến đổi thẳng Thiết bị đo thực N0 trình gọi thiết bị đo biến đổi thẳng ( hình 1-1b ) X X X0 BĐ X0 A/D X X0 SS Số NX / N Hình 1- 1.b Trong thiết bị tín hiệu đo X X0 sau qua khâu biến đổi ( BĐ ), đợc đa đến biến đổi tơng tự số A/D ta có NX N0 sau qua so sánh ta nhận đợc tỷ số : N N X O Sau nhận với đơn vị X0 ta nhận đợc kết : X = N N X O Dụng cụ đo biến đổi thẳng có sai số tơng đối lớn, tín hiệu qua cáckhâu biến đổi có sai số tổng sai số khâu Vì thờng sử dụng dụng cụ để đo nhà máy, xí nghiệp kiểm tra với độ xác không cao - Phơng pháp đo kiểu so sánh Phơng pháp đo kiểu so sánh phơng pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng ( nghĩa có khâu phản hồi ) Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Tập rời rạc số Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số N X 1X0 2X0 3X0 4X0 5X0 6X0 7X0 8X0 9X0 Tập rời rạc đại lợng vật lý Trớc tiên đại lợng đo X đại lợng mẫu X0 đợc biến đổi thành đại lợng Hình 1- 2.a : Quá trình đo kiểu so sánh vật lý để thuận tiện cho việc so sánh Quá trình so sánh đợc diễn suốt trình đo Khi hai đại lợng cân nhau, ta đọc kết mẫu suy đợc giá trị đại lợng cần đo Quá trình đo nh đợc gọi trình đo kiểu so sánh Thiết bị để thực trình gọi thiết bị đo kiểu so sánh ( hay gọi thiết bị bù ) Nó đợc thể qua sơ đồ khối sau X SS X XK A/D BĐ NK 0 0 D/A Hìnhvới 1- 2.b tín hiệu Xk tỷ lệ với đại lợng mẫu Tín hiệu đo X đợc so sánh X0 Qua biến đổi số tơng D/A tạo tín hiệu Xk qua so sánh ta có: X = X Xk Tuỳ thuộc vào cách so sánh, mà ta có phơng pháp so sánh sau đây: a - So sánh cân bằng: So sánh cân phép so sánh mà đại lợng cần đo X đại lợng mẫu X0 sau biến đổi thành Xk , đợc so sánh với cho có X = X k , hay X = ; ( X = Xk = Nk X0 ) đại lợng thay đổi cho X thay đổi đạt đợc kết ( X = Xk = Nk X0 ) Nghĩa phép so sánh Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số trạng thái cân bằng, trờng hợp độ xác phép đo phụ thuộc vào độ xác Xk độ nhạy thiết bị thị cân b - so sánh không cân Nếu Xk đại lợng không đổi, lúc ta có X = X Xk , nghĩa kết phép đo đợc định nghĩa, đánh giá theo đại lợng hiệu X Tức biết trớc Xk đo X ta suy X = X Xk Phép đo có độ xác phụ thuộc vào phép đo X , giá trị phép đo X nhỏ độ xác phép đo cao Ví dụ: X 0,1X độ sai lệch đo X phản ánh vào độ xác việc xác định X phần mời lần mà Độ xác phép đo chủ yếu độ xác Xk định Phơng pháp so sánh thờng đợc sử dụng để đo đại lợng không điện nh : đo ứng suất, đo nhiệt độ vv c - So sánh đồng thời So sánh đồng thời phép so sánh lúc nhiều điểm đại lợng đo X mẫu Xk , vào điểm trùng mà tìm đại lợng cần đo Ví dụ: để xác định inch mm, ta làm phép so sánh sau : lấy thớc có độ chia mm làm mẫu, thớc chia theo inch Đặt điểm trùng nhau, sau ta đọc đợc điểm trùng là: 127mm- 5inch ; 254mm- 10inch; 381mm- 15inch Từ ta tính đợc inch theo mm: 1inch = 127 = 254 = 381 10 15 = 25,4 ( mm ) Sử dụng phơng pháp thực tế ta dùng để thử nghiệm đặc tính cảm biến hay thiết bị đo để đánh giá sai số chúng d - So sánh không đồng thời Việc so sánh không đồng thời đợc thực theo cách sau : Đầu tiên dới tác động đại lợng đo X gây trạng thái thiết bị đo Sau thay X đại lợng mẫu Xk cho thiết bị đo gây trạng thái ( X = Xk ) Độ xác X hoàn toàn phụ thuộc vào độ xác Xk , phơng pháp có độ xác cao ta thay Xk = X X = Xk ta giữ nguyên trạng thái thiết bị đo loại đợc ảnh hởng điều kiện bên đến kết đo - Các thao tác tiến hành phép đo Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Từ phơng pháp đo nêu trên, ta rút thao tác phép đo nh sau: + Thao tác mẫu: trình lập đơn vị, tạo mẫu biến thiên hay khắc độ thiết bị đo + Thao tác biến đổi: trình biến đổi đại lợng đo thành đại lợng khác tiện cho việc đo hay sử lý, thực thuật toán, tạo mạch đo gia công tín hiệu đo phục vụ cho phép đo + Thao tác so sánh: trình so sánh đại lợng đo với mẫu, hay so sánh số tỉ lệ với đại lợng đo số tỉ lệ với mẫu + Thao tác thể kết đo: trình gia công tay hay máy tính, thông thờng thao tác đợc tiến hành tự động thiết bị đo tự động cho kết đo Tuy nhiên có dụng cụ phải điều khiển tay Ví dụ: Cầu đo điện trở , điện cảm, điện dung điều khiển tay IV - Phân loại thiết bị đo Thiết bị đo thực trình so sánh phơng tiện kỹ thuật Thiết bị đo thể phơng pháp đo khâu chức cụ thể Với phát triển ngành kỹ thuật điện tử công nghệ vi điện tử, ngày khâu chức thiết bị đo đợc chế tạo hàng loạt Ta chia thiết bị đo thành nhiều loại tuỳ theo chức nó, chủ yếu gồm loại sau : mẫu, dụng cụ đo điện, chuyển đổi đo lờng, hệ thông tin đo lờng 1- Mẫu Mẫu thiết bị đo để khôi phục đại lợng vật lý định Những dụng cụ mẫu phải đạt độ xác cao từ 0,01% , tuỳ theo cấp, loại - Dụng cụ đo lờng điện Dụng cụ đo lờng điện dụng cụ đo lờng điện, để gia công thông tin đo lờng, tức tín hiệu điện có quan hệ hàm với đại lợng vật lý cần đo Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số + Dụng cụ đo mà giá trị kết đo thu đợc hàm liên tục trình thay đổi đại lợng đo gọi dụng cụ đo tơng tự Loại dụng cụ bao gồm dụng cụ đo tơng tự, dụng cụ đo kim dụng cụ đo tự ghi + Dụng cụ đo thị số: loại dụng cụ đo mà kết đo đợc thể số - Chuyển đổi đo lờng Chuyển đổi đo lờng loại thiết bị để gia công tín hiệu thông tin đo lờng để thuận tiện cho việc truyền, biến đổi, gia công tiếp theo, cất giữ nhng không cho gia kết đo trực tiếp Có hai loại chuyển đổi là: + Chuyển đổi đại lợng điện thành đại lợng khác Ví dụ: phân áp , phân dòng, biến áp, chuyển đổi tơng tự số A/D + Chuyển đổi đại lợng không điện thành đại lợng điện Đó loại chuyển đổi sơ cấp , phận cầu đo hay cảm biến Ví dụ : Các chuyển đổi nhiệt điện trở, cặp nhiệt vv - Hệ thống thông tin đo lờng Hệ thống thông tin đo lờng tổ hợp thiết bị đo thiết bị phụ, để tự động thu nhập số liệu từ nhiều nguồn khác nhau, truyền thông tin đo lờng qua khoảng cách theo kênh liên lạc chuyển dạng để tiện cho việc đo điều khiển hệ thống thông tin đo lờng Nó đợc chia thành nhóm sau: + Hệ thống kiểm tra tự động: hệ thống thực nhiệm vụ kiểm tra đại lợng đo Nó cho kết lớn hơn, nhỏ hơn, hay chuẩn + Hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật : hệ thống kiểm tra làm việc đối tợng để rõ chỗ hỏng hóc cần sửa chữa + Hệ thống đo lờng : hệ thống để đo ghi lại đại lợng đo + Hệ thống nhận dạng : hệ thống kết hợp việc đo lờng kiểm tra để phân loại đối tợng tơng ứng với mẫu cho + Tổ hợp đo lờng tính toán : phát triển kỹ thuật tính toán cho đời thiết bị tổ hợp đo lờng tính toán , với chức bao quát toàn thiết bị Đó ghép nối hệ thống thông tin đo lờng với máy tính Nó tiến hành đo , nhận dạng , chuẩn đoán điều khiển đối tợng Hệ thống thông tin đo lờng phục vụ cho đối tợng gần xa Lúc ta việc ghép nối kênh liên lạc nh gọi hệ thống thông tin liên lạc từ xa V- Giới thiệu chung đo khối lợng Khối lợng đại lợng vật lý Khi có vật thể tĩnh đặt mặt phẳng, dới lực hút trái đất, vật thể tác dụng lên mặt 10 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số b- Nguyên lý làm việc Trên sơ đồ ( Hình 3- ) sơ đồ cấu trúc vi mạch ổn áp dơng nguồn, đợc chế tạo công nghiệp, với giá trị điện áp chuẩn từ (5ữ12)V Trong loại vi mạch ổn áp có chân , : Chân dơng điện áp vào : Chân nối đất :2 Chân dơng điện áp : Điện áp sụt IC tối đa 1,5 V Giả sử điện áp vào tăng lên lợng đó, dẫn tới cực gốc T3 có điện so với đất giảm xuống ( tính chất diod Đ ), Tranzitor T2 thông, điện áp phản hồi âm R giảm xuống nên điện cực phát cực góp T tăng lên, làm cho T4 mở thông , làm cho điện cực gốc T giảm xuống, dẫn tới T1 bớt thông, dẫn tới điện áp đợc ổn định số ( Uổn = const ) Trờng hợp điện áp đầu vào giảm xuống, lúc tợng xảy ngợc lại với trờng hợp điện áp vào tăng lên nh vừa xét Kết T mở thông , dẫn tới điện áp đợc ổn định ( Uổn = const ) Ta xét trờng hợp phụ tải biến đổi Giả sử phụ tải tăng lên, làm cho điện cực gốc T2 T4 giảm xuống, làm cho điện cực gốc T tăng lên , làm cho T1 mở thông hơn, làm cho điện áp đợc ổn định số ( Uổn = const ) Trờng hợp phụ tải giảm xuống điện cực gốc T2 T4 tăng lên, làm cho điện cực gốc T1 giảm xuống, kết 40 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số làm cho T1 đóng bớt lại, dẫn tới điện áp đợc ổn định số ( Ur= Uổn= const ) Cấu trúc nguyên lý làm việc vi mạch ổn áp có đầu âm nguồn tơng tự nh vi mạch ổn áp có đầu dơng nguồn Nó đợc xây dựng sở mạch Tranzitor linh kiện tạo mức điện áp chuẩn Các seri loại vi mạch ( 79xx ), với giá trị điện áp ổn định từ ( ữ 12 )V Chúng đợc chế tạo công nghịêp có chân, : Chân nối đất :1 Chân âm điện áp vào : Chân âm điện áp : Nhìn vào nguyên lý làm việc vi mạch ổn áp điện áp chiều, ta thấy T1 T1 hình ( 3- ) đóng vai trò nh điện trở mắc nối tiếp với phụ tải , thay đổi trị số chúng nhờ việc mở T T1 nhiều theo biến thiên phụ tải đầu 2- Tính chọn vi mạch ổn áp cấp cho nguồn E ; E ; E a- Tính chọn nguồn ổn áp E Nguồn E0 = 12 V , đợc cung cấp cho khối khuyếch đại trung gian khối so sánh Trên sơ đồ hình ( 2- 10 ) để tạo nguồn E ta sử dụng cặp vi mạch ổn áp 7812 7912 có dòng điện định mức 1(A) , nhiệt độ cho phép tcp= 75oC ,( dòng điện định mức nhiệt độ cho phép ta tra sổ tay tra cứu IC ) Dòng điện qua hai vi mạch ổn áp 7812 7912 lớn thời điểm khối lợng vật cân đạt 10 Việc tính chọn dòng qua vi mạch 7812 cho phù hợp , vi mạch 7912 phù hợp Nguồn E0 chủ yếu cấp dòng cho khuyếch đại thuật toán Để tính chọn , ta lấy dòng nuôi vi mạch 10% dòng cấp cho tạo xung khuyếch đại thuật toán * Ta tính chọn vi mạch 7812 : - Dòng qua vi mạch ổn áp 7812 là: IEo (7812) = IEo (7812) + 10%IEo (7812) Với : IEo (7812) = I dm ( 7812 ) = = 0,5 ( A) Thay số vào ta có : IEo (7812) = I dm ( 7812 ) 41 + 10 I 100 dm ( 7812 ) 1 = + 0,1 = 0,55 ( A ) 2 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số - Công suất tiêu tán vi mạch 7812 là: Pt (7812) = U(7812) IE1(7812) Trong : + U(7812) sụt áp vi mạch 7812 U(7812) = Uvào (7812) Uổn (7812) + Uổn (7812) = 12V + Uvào (7812) : điện áp đầu vào vi mạch 7812 , sau chỉnh lu lọc Thông thờng Uvào (7812) = ( 1,3 ữ ) Uổn (7812) chọn Uvào (7812) = 1,5.Uổn (7812) = 1,5 12 = 18 ( V ) Thay số vào U(7812) ta có: U(7812) = 18 12 = ( V ) Vậy : Pt (7812) = 0,55 = 3,3 ( W ) Diện tích tản nhiệt vi mạch 7812 đợc tính theo công thức SuKaHa S tn (7812) = 1200 p t t cp t ( 7812 ) : mt + tcp nhiệt độ cho phép 7812 : tcp = 75oC + tmt nhiệt độ môi trờng lấy tmt = 25oC Thay số vào ta đợc: S tn (7812) = 1200.3,3 = 79,2 ( cm2 ) 75 25 Lấy tròn : S tn (7812) = 80 ( cm2 ) Diện tích tản nhiệt vi mạch 7912 lấy diện tích tản nhiệt vi mạch 7812 S tn(7912) = S tn(7812) = 80 ( cm2 ) b- Tính chọn nguồn ổn áp E Nguồn ổn áp E1 dùng để cấp cho khối khối biến đổi tơng tự - số A/D khối thị số Trên sơ đồ hình ( 2- 10 ), để có nguồn ổn áp E ta sử dụng cặp vi mạch ổn áp 7805 7905 có trị số dòng điện định mức 1(A), nhiệt độ cho phép tcp = 75oC Dòng điện nguồn E1 cấp cho phụ tải dòng nguồn E0 , nên dòng điện qua vi mạch 7805 7905 dòng điện qua vi mạch ổn áp 7812 7912 Vậy nên ta có dòng điện qua vi mạch ổn áp 7805 7905 : 42 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số I E1(7805) = IE1(7812) = 0,55 ( A ) Công suất tiêu tán vi mạch 7805 : Pt (7805) = U(7805) IE1(7805) Trong : + U(7805) = Uvào (7805) Uổn (7805) = 12 = V Với + Uổn (7805) = 5V + Uvào (7805) = Uổn (7812) = 12V thay số vào công thức tính Pt (7805) ta đợc : Pt (7805) = 0,55 = 3,85 ( W ) Diện tích toả nhiệt vi mạch 7805 là: S tn (7805) = 1200 p t t cp t ( 7805 ) mt = 1200.3,85 75 25 = 92,4 ( cm2 ) Lấy tròn : S tn (7805) = 92 ( cm2 ) Diện tích toả nhiệt vi mạch 7905 lấy diện tích toả nhiệt vi mạch 7805 S tn (7905) = S tn (7805) = 92 (cm2) c- Tính chọn nguồn ổn áp E2 Nguồn E2 = 5V đợc cấp riêng cho khối cảm biến ( khối senser ) Khối cảm biến cho điện áp nhỏ, hàng chục mV Do việc chọn dòng qua hai vi mạch tạo nguồn E2 phải cho phù hợp với tải Trong trờng hợp ta tính chọn dòng điện tổng khối cảm biến : IE3 (7805) = IE3(7905) = 0,15 ( A ) Công suất tiêu tán vi mạch 7805 là: Pt (7805) = U(7805) IE3(7805) + U(7805) = Uvào (7805)- Uổn (7805) + Uổn (7805) = 5V + chọn Uvào (7805) = 1,5 Uổn(7805) = 1,5 = 7,5 ( V ) Vậy U(7805) = 7,5 - = 2,5 ( V ) Thay số vào biểu thức tính Pt (7805 ) vi mạch 7805 ta có : Pt (7805) = 2,5 0,15 = 0,375 ( W ) Diện tích tản nhiệt vi mạch 7805 là: 43 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Stn (7805) = = 1200 p' t t t ( 7805 ) cp mt = 1200.0,375 7525 = ( cm2 ) Diện tích tản nhiệt vi mạch 7905 diện tích tản nhiệt vi mạch 7805 Stn (7905) = Stn (7805) = (cm2) 3- Tính chọn chỉnh lu a- Tính chọn chỉnh lu tạo nguồn E ; E1 Ta tính điện áp U2 cuộn dây thứ cấp W2 máy biến áp Từ sơ đồ hình ( 2- 10 ), ta thấy U2 nguồn thứ cấp, cung cấp điện cho khối khuyếch đại trung gian, khối so sánh, khối biến đổi tơng tự số A/D khối thị số thông qua chỉnh lu cầu CL1 qua IC ổn áp 7812 ; 7912 ; 7805 7905 U2 = U K d Trong U + KU hệ số điện áp , với chỉnh lu cầu pha KU = = 0,9 + Ud điện áp tải chỉnh lu cầu CL1 Ud = Ud1 + 2UD + UD sụt áp diod chỉnh lu cầu CL1 Thông thờng UD= ( 0,5ữ 2)V chọn UD = 0,6 ( V ) với diod Silic + điện áp ổn áp sau qua IC ổn áp 7812 7912 có trị số Uổn = 24 ( V ) + Ud1 điện áp chỉnh lu cầu CL1 Chọn : Ud1 = 1,5 Uổn = 1,5 24 = 36 ( V ) Vậy điện áp tải chỉnh lu cầu CL1 : Ud = 36 + 0,6 = 37,2 ( V ) Thay số vào biểu thức tính U2 ta có : U2 = 37,2 0,9 = 41.33 ( V ) Lấy tròn : U2 = 41 ( V ) Điện áp ngợc mà diod chỉnh lu cầu CL1 phải chịu : UN max = KNV U2 Với chỉnh lu cầu pha KNV = 44 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Suy : UN max = U2 = 41 = 58 ( V ) Dòng điện làm việc chỉnh lu CL1 : Ilv = Ihd = ICL1 = Khd Itải Với chỉnh lu cầu pha : Khd = Suy : ICL1 = I tai = I Eo ( 7812 ) = I E1( 7805) = 0,55 = 0,39 ( A ) Để chọn đợc diod cho làm việc với thông số định mức , tra bảng thông số diod, chọn diod có thông số điện áp ngợc ( UN ), dòng điện định mức ( I đm ) lớn gần với thông số tính đợc Theo cách chọn đó, chọn diod silic loại BYP 401- 100 ( CEMI ) có thông số: + UNmax= 70 V + UNxungmax= 100 V + Iđm = A + Ixungmax = 30 A Chọn tụ lọc cho nguồn E0 hai tụ hoá 2200 F 25 V Chọn tụ lọc cho nguồn E1 hai tụ hoá 1000 F 16 V b- Tính chọn chỉnh lu tạo nguồn E Ta tính điện áp U2 cuộn dây thứ cấp W2 máy biến áp U2 nguồn thứ cấp máy biến áp cấp điện cho khối senser thông qua chỉnh lu cầu CL2 qua IC ổn áp 7805 7905 U2 = U' K d U Trong : + KU hệ số điện áp KU = = 0,9 + Ud điện áp tải chỉnh lu cầu CL2 Ud = Ud + 2UD 45 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số + UD tổn hao điện áp diod , chọn UD = 0,6 (V) với diod silic + Ud2 điện áp chỉnh lu cầu CL2 + Điện áp qua IC ổn áp 7805 7905 có trị số Uổn = 10V thông thờng : Ud2 = ( 1,3 ữ )Uổn chọn Ud2 = 1,5.Uổn = 1,5 10 = 15 ( V ) suy : Ud = 15 + 0,6 = 16,2 ( V ) Thay Ud = 15,2 ( V ) vào biểu thức tính U2ta có : U2 = 16,2 0,9 = 18 ( V ) Dòng điện làm việc diod chỉnh lu cầu CL2 : Ilv = Ihd = ICL2 = Khd Itải Với chỉnh lu cầu pha : Suy : Khd = ICL2 = I tai = I E ( 7805 ) = I E ( 7905 ) = 0,15 = 0,106 ( A ) Điện áp ngợc lớn mà diod chỉnh lu cầu CL2 phải chịu : UNmax = KNV U2 Với chỉnh lu cầu pha KNV = Suy : UNmax = U2 17 = 24 ( V ) Chọn diod silic loại BYP 401- 50 ( CEMI ) có thông số sau : + UN max = 35 ( V ) + UN xung max = 50 ( V ) + Iđm = ( A ) + Ixung max = 10 ( A ) Chọn tụ lọc cho nguồn E2 ta chọn tụ hoá loại 1000 àF 16 V II- Tính chọn biến áp nguồn 1- Tính tiết diện mạch từ a- tính công suất bên thứ cấp máy biến áp S = S + S2 Trong : S = U2 I2 = 41.1 = 41 ( VA ) 46 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Vậy : Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số S2 = U2 I2= 18 0,15 = 2,7 ( VA ) S = 41 + 2,7 = 43,7 ( VA ) b- Tính công suất phía sơ cấp máy biến áp S1= S =1S Do S = 43,7 ( VA ) < 100 ( VA ), nên công suất phía sơ cấp máy biến áp đợc tính theo công thức : Lấy tròn : S1 = 1,4 S = 1,4 43,7 = 61,18 ( VA ) S1 = 61 ( VA ) c- hiệu suất máy biến áp =S S = 43,7 61 = 0,716 = 71,6 % d- Tính dòng điện phía sơ cấp máy biến áp I1 = S U = 61 220 = 0,277 ( A ) e- Tính diện tích mạch từ Chọn lõi thép máy biến áp lõi chữ E loại 320 Với lõi chữ E diện tích mạch từ máy bién áp đợc tính theo công thức : QC = 0,7 S = 0,7 61 = 5,5 ( cm2 ) 2- Tính thông số dây quấn ( ta chọn dây quấn tròn ) a- Tính thông số cuộn dây sơ cấp máy biến áp Nguồn điện cấp cho cuộn sơ cấp máy biến áp nguồn điện xoay chiều 220V- 50Hz Số vòng dây cuộn sơ cấp : W1 = U 4,44 f B c.Q c 47 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số + với lõi thép 320 , ta chọn BC = 0,9 ( T ) Suy 220 4,44.50.0,9.5,5.10 W1 = = 2002 ( vòng ) Tiết diện dây quấn sơ cấp : I s1 = J 1 + J1 mật độ dòng điện dây quấn sơ cấp máy biến áp thờng chọn J = ( ữ 2,75 ) A/mm2 Ta chọn J1 = 2,5 ( A/mm2 ) Thay số vào ta có : s1 = I J = 1 0,277 2,5 = 0,1108 ( mm2 ) Đờng kính dây quấn sơ cấp : d1 = 4s = 4.0,1108 3,14 0,376 ( mm ) + Chọn dây quấn sơ cấp có đờng kính d1 = 0,4 ( mm ) + Ta phải tính chọn lại mật độ dòng điện J1 cho dây có đờng kính d1 = 0,4 Ta có : 3,14 0,4 0,1256 ( mm2 ) = = 0,277 = 2,21 ( A/mm2 ) J1 = I = s 0,1256 s1 = d 1 Vậy ta chọn dây quấn cho cuộn sơ cấp máy biến áp có : - Đờng kính dây d1= 0,4 ( mm ) - Mật độ dòng điện J1 = 2,21 ( A/mm2 ) b- Tính thông số cuộn dây thứ cấp W2 máy biến áp tạo nguồn U2 Số vòng dây W2 cuộn thứ cấp : W2 = U W = U 48 41 2002 220 = 373 ( vòng ) Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Tiết diện dây dẫn cuộn W2 : I s2 = J 2 + J2 : mật độ dòng điện dây quấn cuộn W2 Chọn : J2 = 2,5 ( A/mm2 ) Suy : s2 = 2,5 = 0,4 ( mm2 ) Đờng kính dây quấn cuộn W2 : 4s d2 = 4.0,4 3,14 = = 0,714 ( mm2 ) Chọn dây quấn cho cuộn W2 máy biến áp có đờng kính d2= 0,7 mm2 Ta phải tính chọn lại mật độ dòng điện J cho dây quấn có đờng kính d2= 0,7 ( mm ) 3,14 0,7 0,38465 ( mm2 ) s2 = d = = 4 I 2,6 ( A/mm2 ) J2 = = s 0,38465 Ta có : 2 Vậy ta chọn dây quấn cho cuộn W2 máy biến áp có : - Đờng kính dây d2 = 0,7 ( mm ) - Mật độ dòng điện J2 = 2,6 ( A/mm2 ) c- Tính thông số cuộn dây thứ cấp W2 máy biến áp tạo nguồn U2 Số vòng dây W2của cuộn thứ cấp : W2 = U '2 W = U Lấy tròn 18 2002 220 = 163,799 ( vòng ) W2 = 164 ( vòng ) Tiết diện dây quấn cuộn W2là : s2 = I' J' 2 + J2 :là mật độ dòng điện dây quấn cuộn W2 49 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Chọn : suy : Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số J2 =2,5( A/mm2 ) s2 = 0,15 2,5 = 0,06 ( mm2 ) Đờng kính dây quấn cuộn W2 : d2 = 4s' = 4.0,06 3,14 = 0,2765 ( mm ) Chọn dây quấn cho cuộn W2 máy biến áp có đờng kính d2 = 0,3 mm Ta phải tính chọn lại mật độ dòng điện J cho dây quấn có đờng kính d2= 0,3 ( mm ) Ta có : 3,14 0,3 0,07065 ( mm2 ) s2 = d ' = = 4 0,15 2,123 ( A/mm2 ) J2 = I ' = s' 0,07065 2 Vậy ta chọn dây quấn cho cuộn W2 máy biến áp có : - Đờng kính dây d2 = 0,3 ( mm ) - Mật độ dòng điện J2 = 2,123 ( A/mm2 ) 50 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Qua trình tính toán máy biến áp ta chọn máy biến áp có thông số kỹ thuật sau : - Công suất máy biến áp : S = 61 ( VA ) - Điện áp sơ cấp : U1 = 220 ( V ) - Diện tích mạch từ : QC = 5,5 ( cm2 ) - Đờng kính dây sơ cấp : d1 = 0,4 ( mm ) - Lõi thép chữ E loại 320 - Cuộn dây thứ cấp gồm cuộn dây riêng biệt W2 W2 + Cuộn dây W2 có : Điện áp : U2 = 41 ( V ) Đờng kính dây : d2 = 0,7 ( mm2 ) Điểm nối đất + Cuộn dây W2 có : Điện áp : U2 = 18 ( V ) Đờng kính dây : d2 = 0,3 ( mm2 ) Điểm không nối đất Lời kết 51 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Sau 10 tun lm thit k tt nghip thỡ bn thit k ca em ó c hon thnh di s hng dn giỳp tn tỡnh ca thy Trn Quc Thng, cựng vi quỏ trỡnh tỡm hiu thc t v cỏc ti liu khỏc Do cú nhng hn ch v mt trỡnh v thi gian cú hn, nờn bn thit k ca em ó c hon thnh, nhng cng khụng trỏnh nhng sai sút Em kớnh mong c s giỳp ca cỏc thy cụ giỏo bn thit k ca em c hon thin hn Mt ln na em xin chõn thnh cm n s hng dn tn tỡnh ca thy Trn Quc Thng cựng cỏc thy cụ giỏo khoa in , B Mụn Thit B in - in T Em xin chõn thnh cm n Sinh viờn Mục lục Nội dung Phần I Tổng quan đo khối lợng hệ thống cân điện tử Đ1-1 Tổng quan đo khối lợng 52 Trang 2 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Đ1-2 Tổng quan cân điện tử 18 Đ1-3 Khuyếch đại thuật toán tuyến tính 21 Phần II Thiết kế hệ thống cân điện tử 31 I Sơ đồ khối nhiệm vụ khối 31 II Nguyên lý làm việc hệ thống cân điện tử 39 III Tính chọn phần tử hệ thống cân điện tử 43 Phần III Tính chọn nguồn điện cấp cho hệ thống I Tính chọn chỉnh lu nguồn ổn áp E0 ; E1 ; E2 II Tính chọn biến áp nguồn 46 46 54 Tài liệu tham khảo Giáo trình đo lờng điện không điện thầy Nguyễn Trọng Quế ( 1,2 ) Kĩ thuật bán dẫn Kĩ thuật điện tử thầy Nguyễn Quang Tự Tập 1,2,3 chuyên gia Simen nhà xuất Bu Điện Sổ tay IC Sổ tay IC SMOS Công nghệ chế tạo máy điện máy biến áp thầy Nguyễn Văn Sĩ Quyển loại cảm biến ( chủ biên Lê Văn Doanh ) 53 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số 54 [...]... 6222 H Senser lực R1 R 224 P -5V +5 V R2 1M Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số chuông đèn W W Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số 2- nguyên lý làm việc Trên sơ đồ nguyên lý của hệ thống cân điện tử số, vật cần cân tác dụng lên senser một lực P = m.g Khối lợng của vật sẽ làm thay đổi điện áp ra (Ur ) của khối senser Theo sổ tay kỹ thuật... khí thành cân cơ điện là : + Phơng pháp mã hoá đĩa cân + Phơng pháp cải tiến cân cơ khí bằng cách dán điện trở tenzô vào một hệ thống truyền lực nào đó 16 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số 3- Cân điện tử Từ cách cải tiến cân cơ khí thành cân cơ điện bằng cách dán tenzô, ngời ta đã nghiên cứu chế tạo ra cân điện tử có kết cấu khác hoàn toàn so với hai loại cân trớc,... bộ kết cấu của cân cơ khí bằng kết cấu mới, ở cân điện tử ngời ta dán tenzô lên một hệ truyền lực riêng gọi là đầu đo Một cân điện tử bao gồm các bộ phận sau : Bàn cân Chuyển đổi ( senser ) Mạch đo Bộ phận chỉ thị số Xử lý kết quả cân Ưu điểm của cân điện tử là : có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, độ chính xác và độ ổn định cao Nhợc điểm của cân điện tử là : do cân điện tử có các mạch điện. .. số hàng đơn vị A Chỉ số hàng 10-1 Rhc e4 d4 c4 A Chỉ số hàng chục P A Chỉ số hàng 10-2 29 đồ mạch của khối A/D dùng ICL 7107 Hình 2- 3 Sơ Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Khối biến đổi tơng tự số ( A/D ) có nhiệm vụ sai phân tín hiệu tơng tự cần đo, mã hoá tín hiệu này và đa sang chỉ thị số LED 7 thanh Trong hệ thống đo khối lợng ta sử dụng bộ biến đổi tơng tự số. .. nằm trong khoảng : C = ( 1000 ữ 4000 )F Muốn hệ thống làm việc với điện áp ổn định và đảm bảo an toàn cho hệ thống, thì ta 33 Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số 1 7805 3 2 2 +E2 3 34 1000F 16V ( CL2 ) Đ8 Đ6 Đ5 Đ4 Đ7 Ud2 Đ2 ( CL1 ) Đ3 Ud1 Đ1 2 1 7805 3 7905 1 1000F 16V 2200F 25V 1 2 7912 3 2200F 25V 2 2200F 25V 3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cân điện tử số ( Hình 2- 11 , trang 39 ) 1 7905 2 1- Sơ... tự - số là 0,1mV Nói cách khác, khi tín hiệu tơng tự ở đầu vào của bộ biến đổi A/D tăng lên 0,1mV, thì đầu ra chỉ thị số tăng lên 1 đơn vị d- Khối chỉ thị số 30 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Khối chỉ thị số có nhiệm vụ đọc tín hiệu đo đã đợc số hoá từ bộ biến đổi tợng tự số và lấy tín hiệu từ bộ khuyếch đại tới để chỉ ra số liệu trên thang đo Khối chỉ thị số sử... tiến, hiện đại hoá cân sao cho việc sử dụng cân đợc thuận tiện hơn, đạt đợc độ chính xác cao hơn, tạo ra những quy trình sản xuất cân tối u, để da vào sản xuất hàng loạt theo dây truyền công nghệ, tạo ra chất lợng cân đồng bộ hơn, làm giảm giá thành của cân Đ1-3 khuyếch đại thuật toán tuyến tính I- Khái niệm chung 17 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Khuyếch đại là... hồi tiếp +V âm điện áp mắc nối tiếp , với hệ số hồi tiếp UV = U Ur -V R Ur R1 20 Hình 1- 8 Sơ đồ mạch khuyếch đại thuận Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số Điện áp đầu vào: UV = Ud + U = Ud + UR1 Do OA lý tởng nên Ud = 0 Do đó : UV = UR1 = U R R + R r 1 1 Điện áp ra : Ur = R + R U R 1 V 1 = ( 1+ R ) U R V 1 Hệ số khuyếch đại điện áp của bộ khuyếch đại thuận: KU = U U... tuyệt đối và sai số tơng đối ở điều kiện chuẩn ( 205oC ) + t : là sai số phụ do nhiệt độ thay đổi trên 10oC + o : là sai số quy đổi khôngcđ 1 + S : là sai số do độ nhạy tơng đối + Xđm , X : là giới hạn đo trên và giá trị của đại lợng đo v * Sơ đồ lực kế kiểu áp từ : cđ2 12 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số RP Hình 1- 3 Hình vẽ (1- 3 ) là mạch đo của lực kế kiểu áp từ,... hay nói cách khác nó là một cách đo lực tác dụng lên bề mặt nào đó Do đó việc cân vô cùng quan trọng trong đời sống, cũng nh trong khoa học kỹ thuật Trong kỹ thuật công nghiệp có rất nhiều lĩnh vực phải dùng đến cân để định lợng, 15 Đồ án tốt nghiệp công nghiệp Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số nghiên cứu cơ lý tính, kết cấu cơ học v v Chẳng hạn nh mỗi một cây cầu đều có một trọng tải nhất định,