BÀI TẬP LỚN ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN: QUY TRÌNH PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI BAO BÌ XI MĂNG TỰ ĐỘNG

MỤC LỤC Trang 1. ĐÔI NÉT VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG……………………3 2.PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG ĐÓNG BAO XI MĂNG TỰ ĐỘNG……. …………………………………………………………………..6 3. CẢM BIẾN SỦ DỤNG TRONG HỆ THỐNG……………………………93.1. Cảm biến trọng lượng ( LOAD CELL) ……………………………….103.2 Cảm biến vị trí và dịch chuyến ………………………..………….…….18 3.3 Cảm biến quang……………….………………………………………….25

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN

1 TRẦN VĂN THAO

2 NGÔ VĂN VINH

3 NGUYỄN QUANG HƯNG

4 LÊ VĂN GIANG

5 HOÀNG QUỐC HIỆP

MỤC LỤC

Trang

1 ĐÔI NÉT VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG………3

2 PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG ĐÓNG BAO XI MĂNG TỰ ĐỘNG…… ……… 6

3 CẢM BIẾN SỦ DỤNG TRONG HỆ THỐNG………9

3.1 Cảm biến trọng lượng ( LOAD CELL) ……….10

3.2 Cảm biến vị trí và dịch chuyến ……… ………….…….18

3.3 Cảm biến quang……….……….25

1 ĐÔI NÉT VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG

Quy trình sản xuất xi măng:

Gồm 6 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Khai thác mỏ

- Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu

- Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống

- Giai đoạn 4: Nung Clinker

- Giai đoạn 5: Nghiền xi măng

- Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng

1.1 Giai đoạn 1: Khai thác mỏ.

Xác định nguồn khoáng sản,thăm dò địa hình và đánh giá chất lượng

1.2 Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu.

Đá vôi, đất sét, quặng sắt…được vận chuyển từ mỏ khai thác về nhà máy thường ở dạng viên tảng có kích thước lớn, nên phải được đập nhỏ trước để tiện cho việc nghiền, sấy khô, chuyển tải và tồn trữ

Vật liệu sau khi được đập nhỏ và có độ hạt đồng đều nên giảm được hiện tượng phân li của độ hạt khác nhau trong quá trình vận chuyển và tồn trữ, có lợi cho việc tạo ra thành phần liệu sống và sự phối liệu được chính xác Nhưng trong sản xuất xi măng độ hạt của vật liệu là hạt vừa, nếu hạt quá nhỏ sẽ làm cho hệ thống đập nhỏ phức tạp thêm

- Thiết bị đập nhỏ:

+ Có nhiều kiểu thiết bị đập nhỏ như: kiểu hàm, kiểu cối xay, kiểu trục cán,kiểu búa…Tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế và trình độ kỹ thuật của từng nước

mà sử dụng thiết bị đập nhỏ phù hợp để mang lại hiệu quả kinh tế cao và dễ vận hành, sửa chữa.

+ Thường thì các nhà máy sử dụng máy đập nhỏ kiểu búa đơn quay để đập nhỏ đá vôi, Mergel, than, Clinker…Ưu điểm của loại máy này năng lực sản xuấtlớn, tỉ suất đập nhỏ cao, cấu tạo đơn giản, thân máy nhỏ, độ hạt đồng đều, dễ thay thế linh kiện Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm là: đầu búa, rãnh răng lược, tấm lót chống bị mài mòn; khi sản xuất tạo nhiều bụi; không thích hợp đập nhỏ các vật liệu bị ẩm ướt hoặc vật liệu dính

1.3 Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống.

- Sấy phối liệu sống:

+ Phối liệu đã được định lượng gồm đá vôi, đất sét sẽ được nạp vào máynghiền đứng Tại đây phối liệu được nghiền và sấy khô bằng khí thải từ lò nung.Sau khi sấy thì lượng nước có trong nguyên liệu, chủ yếu là trong đất sét giảmxuống rất nhiều, tạo điều kiện cho các giai đoạn sau như nung Clinker, tồn trữ ximăng

- Nghiền phối liệu sống:

+ Sử dụng phương pháp nghiền bi để nghiền phối liệu sống, tỉ lệ chiềudài và đường kính của máy nghiền bi là 3:1

+ Đặc điểm của máy nghiền bi thép là:

1 Áp dụng rộng rãi trong việc nghiền vật liệu rắn, năng lực sản xuất lớn

2 Khi độ hạt liệu vào là 20 ÷ 30mm thì độ nhỏ của sản phẩm có thể đạt tới 0,1mm

3 Có thể tiến hành nghiền, sấy cùng một lúc

4 Kết cấu đơn giản, dễ kiểm tra, dễ thay thế linh kiện

5 Vận hành tốt

6 Phát ra tiếng ồn khá lớn khi vận hành, tiêu hao nhiều năng lượng trong một đơn vị sản xuất

Clinker là sản phẩm nung thiêu kết ở 1450oC của đá vôi, đất sét và một số phụ gia điều chỉnh.

Nung Clinker xi măng là khâu then chốt trong sản xuất xi măng Nhiệt độ của vật liệu từ 1300 ÷ 1450 ÷ 1300oC là tiến hành nung Clinker Khi nhiệt độ của vật liệu đạt mức trên thì các chất sắt nhôm 4 canxi, nhôm 3 canxi, oxit magie và các chất kiềm bắt đầu nóng chảy; oxit canxi, silic 2 canxi hoà vào trong pha lỏng

Trong pha lỏng, oxit canxi, silic 2 canxi xảy ra phản ứng tạo thành silic 3

đủ

Phản ứng:

2CaO.SiO2 + CaO → 3CaO.SiO2

canxi cũng kết thúc Lúc này trong vật liệu còn một số oxit canxi chưa hoá hợp với silic 2 canxi, gọi là oxit canxi tự do

Sau khi nung thành Clinker phải tiến hành làm nguội Mục đích là để tăng chất lượng Clinker, nâng cao tính dễ nghiền, thu hồi nhiệt dư của Clinker, giảm hao nhiệt, nâng hiệu suất nhiệt của hệ thống nung, giảm nhiệt độ Clinker, thuận tiện cho việc tồn trữ, vận hành và nghiền Clinker

1.5 Giai đoạn 5: Nghiền xi măng Sau khi làm nguội, Clinker được chuyển

lên xilo Clinker Từ đây, Clinker được nạp vào máy nghiền xi măng cùng thạch anh và các phụ gia điều chỉnh; hệ thống nghiền sơ bộ có thiết bị lọc bụi hiệu suấtcao

Mục đích của việc nghiên xi măng: có 2 mục đích

- Xi măng càng mịn thì càng tăng diện tích bề mặt

- Tăng tính năng thuỷ phân hoá rất mạnh, nó bao bọc cát sạn trong bê tông

và dính kết lại với nhau

Nhưng thực tế nếu nghiền quá mịn sẽ giảm sản lượng của máy nghiền, tăng

tiêu hao điện năng Đồng thời, kích cỡ hạt càng mịn thì khi tồn trữ dễ mất đi hoạt tính, giảm độ bền vững của bê tông Vì vậy độ mịn của xi măng được

khống chế trong khoảng 88µm, dư trên rây khoảng 5→10%

1.6 Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng.

Sau khi nghiền, xi măng chưa thể xuất xưởng ngay mà phải qua tồn trữtrung gian Nhiên liệu được cấp cho các vòi phun qua khâu trung gian,từ đây cácvòi phun sẽ cấp nhiên liệu để đóng bao

Sau khi đóng bao các bao sẽ được vận chuyển về kho bằng băng tải, hoặcđược vận chuyển trực tiếp lên xe để vận chuyển đến nơi tiêu thụ

2 PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG ĐÓNG BAO XI

MĂNG TỰ ĐỘNG

Xi măng dạng bột ở thùng chứa xi măng được đưa xuống buồng chứatrung gian.Buồng chứa trung gian có chức năng chứa xi măng để cung cấp chovòi phun.Tại buồng chứa sử dụng các con cảm biến mức dạng tiếp điểm “levelswitch” khi xi măng bột dâng cao đến một độ cao nhất định,thì tiếp điểm củacảm biến tác động và khi xuống thấp quá cho phép thì cảm biến lại tác động để

xi măng từ thùng chứa nạp vào buồng chứa trung gian

Mô hình như hình vẽ:

Xi măng từ buồng chưá trung gian được đưa xuống các vòi phun.trên cácvòi phun được gắn các pistong khí nén và các van đóng mở để điều khiển lượng

xi măng qua vòi phun.Các vòi phun được gắn cảm biến vị trí tiệm cận proximityswitch để nhận biết vỏ bao xi măng được đưa vào phía dưới Bên cạnh các vòiphun là hệ thống đưa bao vào và kẹp mở miệng bao, khi vỏ bao đến phía dướivòi phun thì tác động lên cảm biến vị trí trên vòi phun,cảm biến này tác động lênvòi phun Vòi phun hạ xuống,mở các van trên vòi xả xi măng vào bao Ở đây đặt

hệ thống cân sử dụng cảm biến trọng lượng Load cell dùng để đo trọng lượngcủa bao Tín hiệu ra của cảm biến tác động lên bộ điều khiển điều khiển các vanđóng mở vòi phun để các bao xi măng đạt được khối lượng định trước là 50kgvới sai số khoảng 0.5%

Bao xi măng đã đủ khối lượng đưa tới khâu may bao Bao may xongthông qua hệ thống băng truyền đưa về kho lưu trữ hoặc đưa trực tiếp ra xe vậnchuyển đến nơi tiêu thụ.Trên băng tải đươc gắn cảm biến quang để xác định sốlượng xi măng đã được đóng gói

1: Phễu cấp bột liệu

1.1, 1.2: Cơ cấu đóng mở phễu nhiên liệu

2: Cảm biến mức dạng tiếp điểm điều khiển cơ cấu đóng

mở phễu

3 CẢM BIẾN SỦ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

Hệ thống sử dụng nhiều cảm biến và các cơ cấu chấp hành Dưới đây làcác cảm biến được sử dụng trong hệ thống:

1 cảm biến trọng lượng (load cell)

2 cảm biến vị trí (hall hoặc cảm biến điện trở)

3 cảm biến mức dạng tiếp điểm ( level switch)

4 cảm biến quang (loại phản xạ hoặc thu phát độc lập)

a Cảm biến: thu nhận và biến đổi sự thay đổi của đại lượng không điệnthành

sự thay đổi của đại lượng điện đầu ra

Mạch đo: gia công tín hiệu từ khâu chuyển đổi cho phù hợp với cơ cấu chỉthị Bao gồm : khuếch đại, dịch mức, lọc, phối hợp trở kháng

Cơ cấu chỉ thị: hiển thị kết quả đo ( Số, kim, điện tử )

Đại lượng X Y Đại lượng điệnKhông điện

Quan hệ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra của cảm biến được biểu diễn :

Y = f(X)

Nếu xuất hiện nhiễu, thì Y = f(X, X1, X2,…, Xn)

Trong đóX1, X2,…là những đại lượng nhiễu, ở điều kiện lý tưởng thìcác nhiễu này bằng 0

b Ngưỡng độ nhạy và giới hạn đo

Ngưỡng độ nhạy là độ biến thiên lớn nhất của ngõ vào mà ngõ ra chưathay đổi

Y = f(X + ∆0) Æ ∆0 càng nhỏ càng tốt

Giới hạn đo là phạm vi biến thiên ngõ vào mà phương trình chuyển đổicòn nghiệm đúng Khi lựa chọn cảm biến phải chọn cảm biến có giới hạn đo lớnhơn hoặc bằng khoảng muốn đo.

c Độ tuyến tính

Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải đo

đó độ nhạy không phụ thuộc vào giá trị đo.Nếu cảm biến không tuyến tính,người ta sử dụng các mạch đo để hiệu chỉnh thành tuyến tính gọi là sự tuyến tínhhóa

d Sai số

Là sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo được gồm sai số tuyệt đối và sai sốtương đối

3.1 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG ( LOAD CELL)

3.1.1 Vài nét về cảm biến biến dạng strain gage:

Hình ảnh cảm biến biến dạng strain gageCảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất ρ (thường dùnghợp kim của Niken) có chiều dài l và có tiết diện s, được cố định trên một phiếncách điện như hình vẽ:

Khi đo một biến dạng của một bề mặt dùng strain gage, người ta dán chặtstrain gage lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt thiết bị biến dạng thì straingage cũng bị biến dạng Điện trở của cảm biến:

Khi cảm bến bị biến dạng do kích thước của dây dẫn bị thây đổi nên điệntrở của cảm biến thay đổi một lượng ΔR:R:

Trong đó ΔR:l là biến thiên chiều dài dây dẫn, ΔR:ρ là biến thiên điện trở suấtcủa dây dẫn, và ΔR:s là biến thiên tiết diện dây dẫn, R là điện trở cảm biến khichưa bị biến dạng

Biến dạng dọc của dây dẫn kéo theo biến dạng ngang của dây Nếu dâydẫn hình chữ nhật có các cạnh a,b hoặc dây dẫn tròn có đường kính d thì quan

hệ giữa biến dạng dọc và ngang của dây như sau:

● Mạch đo dùng strain gage :

Trường hợp dùng 2 strain gage thì Rx1 sẽ là strain gage nén

( Rx1 = R - ΔR:R), Rx2 là strain gage giãn ( Rx2 = R + ΔR:R)

a Cấu tạo load cell

- load cell là một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không

gỉ được xử lí đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage Khi vật chứng bị biếndạng dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào load cell thì có thể 2 hoặc 4strain gage bị tác động tùy vào dạng của vật chứng ta có các loại load cell

Các strain gage trong load cell được kết nối thành một mạch cầuWheastone như hình vẽ các strain gage trong mạch cầu có tác dụng bù ảnhhưởng của nhiệt độ

Kết nối các strain gage trong load cell

Khi không bị tác động, điện trở của các strain gage bằng nhau, cầu ở trạngthái cân bằng khi bị tác động, vật chứng bị biến dạng, các strain gage thay

+ khi load cell cos 2 strain gage tích cực ( R2, R4 giãn, R1, R3 cố định)

Thường thì giá trị của ΔR:R << R nên biểu thức trên có thể viết lại :

- Mạch tương đương của load cell:

Từ sơ đồ kết nối ta có sơ đồ tương đương Thevenin của load cell như hình

Trong hệ thống sử dụng nhiêu load cell, việc kết nối nhiều load cell vàomột cơ cấu chỉ thị phải đảm bảo sao cho cùng một khối lượng tác động vàocác load cell thì chỉ số trên cơ cấu chỉ thị phải như nhau Để đảm bảo đượcyêu cầu này thì các load cell phải được nối vào mạch cộng tín hiệu trước khiđưa về đầu cân để xử lý Vì mỗi load cell có một độ nhạy khác nhau cho dùcùng loại nên Junction Box có 4 biến trở điều chỉnh để các load cell cùng ramột sai lệch điện áp đối với cùng một tải trọng Các biến trở này được mắcvào nguồn cung cấp cho load cell vì thay đổi áp nguồn cung cấp sẽ làm thayđổi tín hiệu điện áp ra Ngoài ra có thể cộng các tín hiệu lại với nhau, người

ta dùng thêm một điện trở mắc ở ngõ ra của các load cell Sơ đồ nguyên lýcủa Junction Box ngư hình vẽ:

Sơ đồ kết nối một load cell và mạch tương đương Thevenin

Sơ đồ Junction Box 4 load cell

Ta có sơ đồ thay thế mạch của mạch Junction Box :

- Khi nối thêm biến trở chỉnh nguồn và điện trở cộng tín hiệu vào load cell,thì điện áp ngõ ra của mỗi load cell :

Gọi U = Sig(+) – Sig(-) là điện áp ngõ ra của Junction Box, Rtd2, Rtd3, Rtd4 làtổng trở tương đương của mỗi load cell ta có :

Trong hệ thống đóng bao xi măng tự động sử dụng load cell để kiểm trakhối lượng bao xi măng đảm bảo yêu cầu Ở đây sử dụng loại cảm biến LoadCell SBA sau:

Đây là cảm biến SBA load cell do hãng DG cell sản xuất với các thông số

kỹ thuật sau:

200, 250,500,

1tf, 2tf,3tf,

%/100C %/100C

0,030,010,03

0,0280,015

0,020,010,017

0,0140,011Kích thích

ΩΩMΩ

1015

400 ± 25

350 ± 3,5 > 2000

3.2 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN

3.2.1 Cảm biến Hall:

1.Nội dung:

a.Khái niệm:

Cảm biến Hall hoạt động dựa trên nguyên tắc hiệu ứng Hall Hiệu ứngHall liên hệ giữa điện thế giữa hai đầu dây dẫn với từ trường Nếu sử dụng cảmbiến Hall này với một nam châm vĩnh cửu ta có thể nhận biết được vị trí các vậtnhiễm từ: 2.Nguyên lý hoạt động:

- Trong điều kiện bình thường : Khi vật thể nhiễm từ đặt sát bên cạnh thì

từ lực chạy qua cảm biến hall sẽ giảm đi rỏ rệt, khi đó cảm biến sẽ xác địnhđược vị trí của vậy nhiểm từ

- Trong điều kiện khác :

2 Phạm vi sử dụng :

- Ưu điểm :

+ Cấu tạo đơn giản dễ chế tạo

3 Ứng dụng :

- Trong thực tế :

+ Dùng trong phân loại sản phẩm

+ Dùng để xác định vi trí di chuyển

+ Được sủ dụng nhiều trong robot

- Sử dụng Hall Effect Sensor để đo vị trí

Tạo mô hình thực nghiệm như hình vẽ dưới, gồm có 1 động cơ (loại nàocũng được), nam châm hình đĩa tròn (Ring Magnet) như trong hình vẽ, 1 cảmbiến Hall Effect loại tín hiệu ra tương tự (nếu dùng Hall Effect tín hiệu ra số thìphải làm mô hình dạng khác)

Có ba đường đặc tuyến sau khi được tuyến hóa trong vùng từ trường -640 < B (Gauss) < 640 Hình dáng của đường tuyến tính hóa phụ thuộc vàođiện áp cấp (Vs) cho cảm biến

Viết một chương trình thu thập dữ liệu trên VDK Pic Mạch phần cứng cóthể thiết kế theo nguyên lý sau:

3.2.2 Cảm biến điện trở :

- Định nghĩa : cảm biến điện trở là cảm biến mà đương lượng đầu vào là các di chuyển cơ (thẳng hoặc quay) còn đương lượng đầu ra là sự biến đổi

điện trở tương ứng

- Phân loại : 3 loại

+ Cảm biến điện trở dây quấn

+ Cảm biến điện trở tiếp xúc

+ Cảm biến điện trở biến dạng

1 Cảm biến điện trở dây quấn :

- Cấu tạo, nguyên lý làm việc giống như một biến trở điều chỉnh Đương lượng đầu vào là đương lượng vào tác động trực tiếp vào tiếp điểm động cảm biến dẫn đến trị số đầu ra cảm biến biến đổi tương ứng Tiếp điểm động cảm biến có thể chuyển động thẳng hoặc quay

- Phân loại : gồm 2 loại theo kết cấu

+ Cảm biến điện trở dây quấn tuyến tính

+ Cảm biến điện trở dây quấn phi tuyến

a Cảm biến điện trở tuyến tính :

- Định nghĩa : là loại cảm biến mà quan hệ giữa Ura và x là dạng đường thẳng

- Các cách mắc : mắc phân áp và mắc biến trở

Đặc tính cảm biến

Nhược điểm : đặc tính vào ra không đổi dấu ( không nhảy cực tính )

- Để khắc phục nhược điểm này dùng cảm biến điện trở dây quấn có cựctính

nhau, nối liên động với nhau).

- Ưu điểm : tăng độ nhạy cảm biến, thay đồi dấu của điện áp ra

Trong quá trình làm việc cảm biến có sai số do nhiều nguyên nhân : chủ quan,khách quan

+ Do vùng không nhạy : Do cấu tạo cảm biến gồm nhiều vòng dây quấn liên tiếp nhau cho nên khi tiếp điểm động chuyển động từ vòng dây này sang vòng dây khác thì điện áp Ura cảm biến biến đổi nhày cấp với ∆Ura là điện áp

Hình 1.8

Đường kính dây càng nhỏ thì độ chính xác càng cao Do đó để giảm sai sốcảm biến ta phải giảm đường kính dây quấn và tăng số vòng dây quấn

- Sai số do tải :