Bài giảng cảm biến đo lực

Cảm biến đo lực


1.Nguyên lý đo lực
CB đo lực sử dụng vật trung gian biến dạng dưới tác dụng lực
Định luật Hooke: trong giới hạn đàn hồi b.dạng ~ lực tác dụng
 đo biến dạng  xác định lực tác dụng.
Phương pháp đo:
- trực tiếp (đo bd của vật trung gian)
- gián tiếp: đo t/c điện của vật trung gian
Các loại CB đo lực:

Giới hạn đo:

- Cảm biến áp

- Cảm biến từ giảo
- Cảm biến đo độ dịch chuyển
- Cảm biến xúc giác
0,1 N - 107 N


2.Cảm biến áp điện
2.1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Nguyên lý:- Hiệu ứng áp điện
Vật liệu áp điện:
- thạch anh: tính ổn định, độ cứng cao
- gốm: dễ sản xuất, giá thành thấp
PZT, PbTi1-xZrxO3 x = 0,5
VËt liÖu

§iÖn trë
suÊt
(.m)

Mo®un
Young
(109N.m-2)

øng lùc cùc
®¹i
(107N.m-2)

Nh. ®é
lµm viÖc
(oC)

Th¹ch anh

1012

Y11=80

10

550

PZT5A

1011

Y33=53

7-8

365

Cấu tạo
Các b.dạng cơ bản:

Cách ghép nối:


2.2.Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm
Giới hạn đo:phụ thuộc diện tích bề mặt của các
vòng đệm,vài kN(với đường kính ~1cm) đến
103 kN (đường kính ~10cm)
Chỉ nhạy với lực nén tác dụng dọc theo trục
Đo lực kéo độ nhạy giảm 5-10%

2.3.Cảm biến thạch anh nhiều thành phần
Vòng đệm thạch anh được cắt các
hướng khác nhau,khi chúng chỉ
nhạy với 1 hướng xác định


2.4.Sơ đồ mạch đo
a)Sơ đồ tương đương của cảm biến

Trong dải thông rộng
Trong d¶i th«ng cã Ých

Nối với mạch ngoài
1/Rs =1/Rg +1/R1

Cs=Cg +C1
Trong dải thông rộng:-,, :đặc trưng cho cộng hưởng điện cơ ở ngoài dải thông
của cảm biến
-Rg điện trở cách điện của vật liệu áp điện
-Cg tụ điện của nguồn phát điện tích,khi ở tần số trung bình và
cao nó trở thành trở kháng của cảm biến


b)Sơ đồ khuếch đại điện áp

Sơ đồ tương đương của cảm biến mắc nối tiếp với bộ khuếch đại điện thế
Điện áp của lối vào cảm biến:
Q Req Ceq P
Vm 
.
Cq 1  Req Ceq P

c)Sơ đồ khuếch đại điện tích

Sơ đồ khối


Sơ đồ ghép nối cảm biến và bộ chuyển đổi điện tích

3.Cảm biến từ giảo
3.1. Hiệu ứng từ giảo

Tính chất từ của vật liệu thay đổi dưới tác dụng của
ứng lực.
ứng lực  thay đổi kích thước ô mạng t.thể 
th.đổi hướng dễ từ hóa
 thay đổi định hướng domen  thay
đổi t/c từ ( và Br)


Sự biến dạng của đường cong từ hóa dưới tác dụng
của lực kéo
Sự thay đổi của Br phụ thuộc:
- vật liệu
- ứng lực


3.2 Cảm biến từ thẩm biến thiên
a. Nguyên lý:
ứng lực  thay đổi độ từ thẩm 
của lõi sắt từ
 th.đổi độ tự cảm L
của cuộn dây.
b. Cấu tạo:
mạch từ kín, cuộn dây, lõi chưa
bị nhiễm từ Br=0
c. Hoạt động:
lực  lõi bị biến dạng  thay
đổi  và từ trở  L

R L



 K

R
L


3.3. Cảm biến từ dư biến thiên
a.Nguyên lý:
lõi sắt nhiễm từ (Br≠0), ứng lực  thay đổi độ từ dư Br
b. Cấu tạo:
mạch từ kín, cuộn dây, lõi sắt có từ dư Br≠0
c. Hoạt động:
lực  Br thay đổi  từ thông thay đổi  sđđ tỷ lệ với dBr/dt.
điện áp đo hở mạch:
dBr
dB d
K r
tỷ dt
lệ với số
dvàdttiết

Vm  K

K - hệ số

diện của vòng


4. Cảm biến lực dựa trên phép đo độ dịch chuyển

Nguyên lý:
lực  vật trung gian  thay đổi kích thước ℓ
ℓ đo bằng cảm biến dịch chuyển
gọi Vm - tín hiệu ra
F - lực tác dụng
Vm Vm 
F



 F

- Vm/ℓ - tỷ số truyền đạt của cảm biến
- ℓ/F - độ mềm của vật trung gian
Độ dịch chuyển đo bằng:- CB điện thế kế điện trở,
- CB cảm ứng từ trở biến thiên,
- CB tụ điện.


5. Cảm biến xúc giác - da nhân tạo
Cấu tạo
- đế cách điện
- lưới dẫn điện: 2 hệ thống dây dẫn vuông góc
tạo thành những ô vuông nhỏ
- các điện cực đo cách điện với dây dẫn.
điện cực đo nối đất qua mạch đo dòng
- cao su pha các hạt dẫn điện
Hoạt động
Bình thường các dòng bằng nhau.
Lực tác dụng lên 1 phần của tấm cao

su,
kh.cách giữa các hạt dẫn điện ↓, điện
trở↓,
dòng điện ↑
Tọa độ vùng dòng tăngvị trí của lực
tdụng,
Trị số dòng  độ lớn của lực


Một số loại cảm biến đo lực
cảm biến lực SBD
- Mức tải max 1 loadcell: 30 tấn
- Đặc biệt: Đạt tiêu chuẩn OIML R60 C30
và NTEP 10000; khối lượng nhẹ,
dễ dàng việc lắp đặt. Được thiết kế chống
xoay. Chức năng tự cân bằng. Được sản
xuất bằng vật liệu thép không rỉ đặc biệt
kín.
- Điện áp biến đổi: 2 0.002 m V/V
- Điện áp kích thích: 20VDC/VAC Max
- Điện trở đầu vào:7724 ohms
- Điện trở đầu ra: 7001 ohms
- Điện trở cách điện: 5000 Megohms
(50VDC)
- Sai số lặp lại: 0.01% F.S
- Sai số tuyến tính: 0.02% F.S
- Quá tải an toàn: 125% F.S
- Quá tải hư hỏng: 300% F.S
- Nhiệt độ làm việc: -300C ~ 650C
- Tiêu chuẩn an toàn: IP 67

Cảm biến lực MT1241
Thông số

Đơn vị

Mức tải tối đa

kg

Điện áp biến đổi
Cấp chính xác
Cân bằng tại điểm "0"
Bù nhiệt
Nhiệt độ làm việc
Điện trở đầu vào
Điện trở đầu ra
Điện trở cách điện
Điện áp kích thích
Điện áp kích thích tối đa
Quá tải an toàn
Quá tải phá hủy hoàn toàn
Tuân thủ theo tiêu chuẩn
Kích thước tối đa
Chiều dài dây tín hiệu

mV/V
mV/V
%R.O

°C
°C
Ω
Ω
MΩ
V
V
%R.O
%R.O
asd
mm
m

Giá trị
50, 100, 150, 200,
250.
2 ± 10%
OIML R60 C3
≤ ± 10
-10 ~ +40
-20 ~ +65
410 ± 10
350 ± 4
≥ 5000 (ở 50VDC)
5 ~ 15 (DC/AC)
20 (DC/AC)
150
300
IP67
400 x 400

2


Cảm biến lực ZY H·ng Mettler Toledo
- Mức tải tối đa tấn 10, 20, 25, 30.
- Điện áp biến đổi mV/V 2 ± 0.002
- Sai số lặp lại %R.C ≤0.01
- Độ trễ %R.C ≤ ± 0.02
- Sai số tuyến tính %R.C ≤ ± 0.02
- Quá tải (30 phút) %R.C ≤ ± 0.02
- Cân bằng tại điểm '0' %R.C ≤ ± 1
- Bù nhiệt °C -10 ~ 40
- Nhiệt độ làm việc °C -20 ~ 65
- Nhiệt độ tác động đến tín hiệu ra %R.C/°C ≤±
0.002
- Nhiệt độ tác động làm thay đổi - điểm'0'
%R.C/°C ≤ ± 0.002
- Điện trở đầu vào Ω 772 ± 4
- Điện trở đầu ra Ω 700±1
- Điện trở cách điện MΩ ≥ 5000 (ở 50VDC)
- Điện áp kích thích V 5~ 15 (DC/AC)
- Điện áp kích thíchtốiđa V 20 (DC/AC)
- Quá tải an toàn %R.C 150
- Quá tải phá hủy hoàn toàn %R.C 300
- Tuân thủ theo tiêu chuẩn IP67
- Chiều dài dây tín hiệu m 13


LOADCELL 0782 -METTLER T OLEDO
H·ng s¶n xuÊt:METTLER TOLEDO

Dải Cân :100,200tấn
Điện áp biến đổi : 2mV/V
Cấp chính xác : OIML R60 C3, NTEP
10000III L, FM and EEx ib IIC T4
Cấp bảo vệ : IP68
Nhiệt độ làm việc : -10°C ~ +40°C
Nhiệt độ cất giữ : -30°C ~ +65°C Đ
Điện trở vào : 1160 ± 10 Ω
Điện trở ra : 1000 ± 3 Ω
Chiều dài dây cáp : 13m
Ứng dụng : Cân ô tô, cân tàu hỏa....


Loadcell TSB-TSC
- Mức tải tối đa kg 50,100,200,300,
500,1000
- Điện áp biến đổi mV/V 2 ± 0.002
- Sai số lặp lại %R.C ≤0.01
- Độ trễ %R.C ≤ ± 0.02
- Sai số tuyến tính %R.C ≤ ± 0.02
- Quá tải (30 phút) %R.C ≤ ± 0.02
- Cân bằng tại điểm '0' %R.C ≤ ± 1
- Bù nhiệt °C -10 ~ 40
- Nhiệt độ làm việc °C -20 ~ 65
- Nhiệt độ tác động đến tín hiệu ra %R.C/°C ≤±
0.002
- Nhiệt độ tác động làm thay đổi - điểm'0'
%R.C/°C ≤ ± 0.002
- Điện trở đầu vào Ω 381 ± 4
- Điện trở đầu ra Ω 350±1

- Điện trở cách điện MΩ ≥ 5000 (ở 50VDC)
- Điện áp kích thích V 5~ 15 (DC/AC)
- Điện áp kích thích tối đa V 20 (DC/AC)
- Quá tải an toàn %R.C 150
- Quá tải phá hủy hoàn toàn %R.C 300
- Tuân thủ theo tiêu chuẩn IP67
- Chiều dài dây tín hiệu m 5


Cảm biến lực SB
- Mức tải tối đa tấn 0.3,0.5,1,2,3
- Điện áp biến đổi mV/V 2 ± 0.002
- Sai số lặp lại %R.C ≤0.01
- Độ trễ %R.C ≤ ± 0.02
- Sai số tuyến tính %R.C ≤ ± 0.02
- Quá tải (30 phút) %R.C ≤ ± 0.02
- Cân bằng tại điểm '0' %R.C ≤ ± 1
- Bù nhiệt °C -10 ~ 40
- Nhiệt độ làm việc °C -40~ 65
- Nhiệt độ tác động đến tín hiệu ra %R.C/°C ≤±
0.002
- Nhiệt độ tác động làm thay đổi - điểm'0'
%R.C/°C ≤ ± 0.002
- Điện trở đầu vào Ω 381 ± 4
- Điện trở đầu ra Ω 350±1
- Điện trở cách điện MΩ ≥ 5000 (ở 50VDC)
- Điện áp kích thích V 5~ 15 (DC/AC)
- Điện áp kích thíchtốiđa V 20 (DC/AC)
- Quá tải an toàn %R.O 150
- Quá tải phá hủy hoàn toàn %R.O 300

- Tuân thủ theo tiêu chuẩn IP67