ĐLCB hệ thống pha sơn tự động từ màu cơ bản

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Điện

BÀI TẬP LỚN ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

Giáo viên hướng dẫn: Mai Thế Thắng
Họ và tên sv: Nguyễn Trọng Thọ
Lớp: CĐ Điện1_K15
Mã SV: 1531040023
Nhóm 6


Đề bài:

Em hãy nghiên cứu tìm hiểu, liên hệ thực tế những vấn đề trong hệ thống pha màu
sơn tự động từ ba màu cơ bản về:

•
•
•
•
•

Lựa chọn loại cảm biến?
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến đó?
Xác định đại lượng vào và ra của cảm biến?
Sơ đồ đấu nối (Sơ đồ khối), vị trí đặt cảm biến của hệ thống?
Các thông số cơ bản của cảm biến?
•
Những ứng dụng của cảm biến?

Trả lời:

1﴿ Lựa chọn loại cảm biến:

Để lựa chọn loại cảm biến, ta sẽ phân tích phương thức mà hệ thống pha màu sơn
tự động từ ba mầu cơ bản sẽ làm việc:

- Từ ba màu cơ bản là Đỏ( Red), Lục( Green), Lam( Blue) ta có thể tạo ra được các
màu khác nhau bằng cách tăng hay giảm tỷ lệ pha trộn giữa ba màu này theo
vòng tròn màu sắc.

2


Ví dụ:+ Khi ta trộn ba màu Đỏ:Lục:Lam lần lượt với tỉ lệ 1:1:0 thì sẽ cho ra màu
vàng; hoặc khi ta trộn theo tỉ lệ 1:1:1 sẽ cho ra sơn màu trắng.

-Các màu chúng ta cần sẽ được chọn trên máy tính và phần mềm lập trình trên
máy tính sẽ tính cho ta tỉ lệ cần thiết để pha trộn. Như vậy, ta có thể dùng cảm biến
Loadcell để cân khối lượng sơn mỗi màu cần xả ra theo tỷ lệ máy tính cung cấp.

Vậy Loadcell là gì? Loadcell là những cảm biến đo lực (khối lượng, mô-men
xoắn,..) dựa vào nguyên lý định luật Newton được xác định bằng biểu thức F=M.a

3


Trong đó: F-lực tác dụng (N);

M-khối lượng của vật(kg);

a-gia tốc của vật( m/s2).

Đo lực bằng cách: Cân bằng lực cần đo với một lực đối kháng sao cho lực tổng
hợp và momen tổng của chúng bằng không.

Khi lực được tác dụng lên một Loadcell, Loadcell sẽ chuyển đổi lực tác dụng thành
tín hiệu điện. Các Loadcell cũng được biết đến như là “đầu dò tải” (load transducer)
bởi vì nó cũng có thể chuyển đổi một tải trọng (lực tác dụng) thành tín hiệu điện.

2) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Loadcell:

a﴿ Cấu tạo:

-Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần chính, thành phần thứ nhất là "Strain
gauge" và thành phần còn lại là “Load”.

-Các điện trở Strain gauge R1, R2, R3 là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng
tay được kết nối với nhau thành một cầu điện trở WheatStone, có điện trở thay đổi
khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết
lên Load.

4


HÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA MỘT SỐ LOẠI LOADCELL

5

6


b﴿ Nguyên lý hoạt động:

7


Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (hai góc (1) và (4) của
cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác.

8


Dựa vào sự biến đổi điện trở mà ta thu được tín
hiệu ra khi vật tải tác động lên loadcell.

Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc
gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị.

9


Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến
dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi

1
0

kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi
giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện
áp đầu ra.

Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số
sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân).

3﴿ Xác định đại lượng vào và ra của cảm biến:

-Cảm biến được cấp một nguồn điện nuôi kích thích làm việc, khi có lực tác động
lên cảm biến thì lực này được chuyển đổi thành tín hiệu điện ở đầu ra theo nguyên
lý đã trình bày ở phần trên.

-Như vậy, đại lượng vào là lực tác dụng và đại lượng ra là tín hiệu điện.

1
1


4﴿ Sơ đồ đấu nối (sơ đồ khối) và vị trí đặt cảm biến.
a﴿ Sơ đồ đấu nối:

-Ta cấp nguồn nuôi kích thích vào cho Loadcell hoạt động, nối dây tín hiệu từ
loadcell về máy tính xử lý, từ máy tinh xử lý ta nối dây điều khiển đến van điện của
3 bồn chứa sơn màu.

b﴿ Vị trí đặt cảm biến:

1
2

-Cảm biến được đặt ở dưới

3. 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 Loadcell có thể đo được.
- Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell 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 Loadcell (thông thường đưa ra giá trị lớn
nhất và giá trị nhỏ nhất 5 - 15 V).
- 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 Loadcell
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

1
3


vỏ kim loại của Loadcell và thiết bị kết nối dòng điện.
- Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà Loadcell 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 Loadcell 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 Loadcell 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 Loadcell tăng thêm 0.01%).
- Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ
không tải.

5. Ứng dụng của Loadcell.

Một ứng dụng khá phổ biến thường thấy của Loadcell là được sử dụng trong các
loại cân điện tử hiện nay.
Từ ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật đòi hỏi độ chính xác cao cho tới những
chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải.

1
4


Một số ứng dụng khác:
- Trong ngành công nghệ cao:
Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải
tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Loại Loadcell này được gắn vào đầu
của ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi
chúng cầm nắm hoặc nhấc lên.

- Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp:
Công nghệ sử dụng:
Các thế bào tải (Loadcell LSB and LCF Series) kết hợp với các thiết bị định hướng

và thu thập dữ liệu qua máy tính hoặc PLC
Sơ lược hoạt động:
Các loadcell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa trong công
nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm. Như thể hiện trong sơ đồ dưới
đây, Loadcell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa, giám sát việc phân phối
khối lượng vào từng bao bì một cách chính xác.
Hệ thống hoạt động:

1
5


+ Một tế bào tải được kết nối với thiết bị đo cần thiết.
+ Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, Loadcell sẽ phát
ra tín hiệu tới bộ diều khiển băng tải để băng tải ngừng làm việc.
+ Tín hiệu khi băng tải dừng được truyền đến hệ thống phân phối thùng chứa để
xuất thùng chứa.
+ Khi thùng chứa được phân phối sẽ phát ra tín hiệu để hệ thống phân phối sản
phẩm tiếp tục hoạt động.
- Ứng dụng trong cầu đường
Các Loadcell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu
treo. Loadcell được lắp đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức
ép chân cầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau. Các dữ liệu thu
được sẽ được gửi đến một hệ thống thu thập và xử lí số liệu. sau đó số liệu sẽ
được xuất ra qua thiết bị truy xuất như điện thoại, máy tính, LCD. Từ đó có sự cảnh
báo về độ an toàn của cầu. Từ đó tìm ra các biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp
thời.

The End
1

6


1
7