Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN
ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN
ĐỀ TÀI 6: Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất
Giáo viên hướng dẫn:

HÀ VĂN PHƯƠNG

Nhóm thực hiện đề tài:
TRẦN VĂN BÁCH

1631040314

NGUYỄN CÔNG NGHĨA

1631040230

NGUYỄN VĂN MINH

1631040240

NGUYỄN VĂN DOAN

1631040308

PHẠM VĂN ĐĂNG

1631040219

PHAN NAM QUỐC

1631040248

BÙI TRUNG TẠI

1631040280

CÙ THANH NAM
NGUYỄN MẠNH HÙNG

1631040268
1631040306

Hà Nội - 2016

1


Đề tài 6: Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất, mô tả
công nghệ như hình.

Hệ thống gồm: Động cơ kéo băng tải, hai nút khởi động và dừng hệ thống:
start, stop, bồn chứa chất lỏng cần rót, thùng rỗng được đẩy ra từ kho chứa
thùng, Van 2 được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng, Van 1 được điều
khiển để đưa chất lỏng vào thùng bồn chứa.
Các thông số cần giám sát là mức chất lỏng trong bồn chứa và mức chât lỏng
rót vào thùng, vị trí các thùng trên băng tải. Đối tượng điều khiển là động cơ
kéo băng tải, Van 1, Van 2 và thiết bị đầy thùng rỗng từ kho xuống băng tải.

Bồn chứa cao 2m và các thùng cao 0.5m.
Chất lỏng cần rót có tính dẫn điện, không có tính chất ăn mòn hóa học.
Yêu cầu:
1. Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất
lỏng.
2. Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống ?
3. Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống.
4. Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống ?
5. Trình bày về loại cảm biến lựa chọn ?
2


6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán xử lý tín hiệu đầu ra cảm biến
để tác động đến các đối tượng điều khiển ?
7. Đánh giá về sai số của hệ thống ( giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc
phục ).

Lời mở đầu
Trong những năm gần đây, ngành tự động hóa trong và ngoài nước
đang có những bước phát triển nhảy vọt. Xã hội càng phát triển thì việc ứng
dụng những thành tựu khoa học vào quá trình sản xuất càng trở lên cần thiết.
3


Đối với một đất nước đang trong thời kỳ phát triển của sự nghiệp côngnghiệp
hóa- hiện đại hóa như nước ta hiện nay, việc từng bước cơ giới hóa hoạtđộng
lao động sản xuất là quan trọng và là một việc làm hết sức cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó,nhóm chúng em đã tìm hiểu đề tài: “Xét
khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất”, nhằm phục vụ cho
việc chiết rót sản phẩm cho các ngành sản xuất có nhu cầu.Việc thực hiện bài

tập lớn này rất là bổ ích cho các sinh viên, nó sẽ giúp các sinh viên tự tìm tòi
học hỏi, và hiểu ra nhiều quy trình chiết rót và cách vận hành của nó, từ đó sẽ
làm nền tảng và nguồn kiến thức dồi dào chocác sinh viên khi hoạt động trong
các công tác chuyên ngành của mình vàcác hoạt động trong đời sống về lĩnh
vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thốngchiết rót. Các hệ chiết rót chất lỏng
được ứng dụng rất rộng rãi .
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do hạn chế về chuyên môn cũng như là
lần đầu bắt tay vào thiết kế nêntrong quá trình làm đề tài không tránh khỏi
những sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đề tài của mình.
Mong các thầy, cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm để đề tài của chúng em
có thể hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn.

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ

4


Hệ thống gồm: Động cơ kéo băng tải, hai nút khởi động và dừng hệ
thống: Start, Stop, Bồn chứa chất lổng cần rót,thùng rỗng được đẩy ra từ
khochứa thùng, Van 2 được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng, van 1 được
điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa.

Các thông số cần giám sát là mức chất lỏng trong bồn chứa và mức chất
lỏng rót vào các thùng, vị trí các thùng trên băng tải. Đối tượng điều khiển là
động cơ kéo băng tải, Van 1, Van 2 và thiết bị đẩy thùng rỗng từ kho xuống
băng tải. Bồn chứa cao 2m và các thùng cao 0.5m. Chất lỏng cần rót có tính
dẫn điện, không có tính chất ăn mòn hóa học.
1.1Tổng quan về hệ thống băng tải.
1.1.1 Băng tải.

Hiểu một cách đơn giản nhất thì có thể hiểu băng tải là một cơ chế hoặc
máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi ,…) hoặc số lượng
lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm …) từ một điểm A đến điểm B.

5


Hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao nhất
trong ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong sản xuất với mọi
khoảng cách
Vậy Băng chuyền, băng chuyền công nghiệp, hệ thống băng chuyền, băng tải
là một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp
ráp của các doanh nghiệp, nhà máy trong cả nước. Góp phần tạo nên một
môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động
mang lại hiệu quả kinh tế cao.
1.1.2 Cấu tạo băng tải
Hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao nhất trong
ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong sản xuất với mọi
khoảng cách.
Thành phần cấu tạo
- Một động cơ giảm tốc trục vít và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ.
- Bộ con lăn, truyền lực chủ động
- Hệ thống khung đỡ con lăn.
- Hệ thống dây băng hoặc con lăn
1.1.3.Ứng Dụng

6


Có nhiều loại băng tải được ứng dụng trong các điều kiện và tính

chất làm việc khác nhau.Trong các cơ sở sản xuất qui mô vừa và nhỏ, các
công trình thi công vĩ mô, việc sử dụng các loại băng tải sẽ giúp tiết kiệm sức
lao động, nhân công, nhân lực, thời gian và tăng hiệu quả rõ rệt. Mỗi
loại băng tải được sử dụng trong những trường hợp nhất định, cần tìm hiểu
để có thể sử dụng đúng và đạt hiệu quả cao.
1.2Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót
1.2.1.Tổng quan về các phương pháp chiết rót
Phương pháp rót áp suất thường:
Phương pháp này chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh lệch về độ
cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít nhớt,
như chiết rót nước khoáng đóng chai. Phương pháp này còn có tên gọi khác là
chiết rót đẳng tích.
Phương pháp rót chân không:
Nối chai với một hệ thống hút chân không, chất lỏng sẽ chảy vào trong
chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai. Lượng chất lỏng chảy
vào chai thông thường cũng được áp dụng phương pháp bù trừ hoặc chiết đầy
chai.
Phương pháp rót đẳng áp:
Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm có gas như bia, nước
ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí quyển nhằm tránh
không cho ga (khí CO2) thoát khỏi chất lỏng. Với phương pháp rót đẳng áp
thông thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất trong
chai bằng áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy
vào trong chai nhờ chênh lệch độ cao.
1.2.2 mục đích và phương pháp đo
a. mục đích

7

Mục đích việc đo và phát hiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc
khối lượng chất lưu trong bình chứa.
Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng.Khi đo liên tục
biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại trong bình
chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho
biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.
b. phương pháp đo
Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu:
- Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện.
- Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu.
- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu.
Phương pháp thuỷ tĩnh
Phương pháp thuỷ tĩnh dùng để đo mức chất lưu trong bình chứa. Hình
ảnh ngay bên dưới giới thiệu một số sơ đồ đo mức bằng phương pháp thuỷ
tĩnh.

a

b

c

Hình 1: Sơ đồ đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh.
a) Dùng phao cầu b) Dùng phao trụ c) Dùng cảm biến áp suất vi sai
Trong sơ đồ hình 1a, phao (1) nổi trên mặt chất lưu được nối với đối trọng (5)
bằng dây mềm (2) qua các ròng rọc (3), (4). Khi mức chất lưu thay đổi, phao
8


(1) nâng lên hoặc hạ xuống làm quay ròng rọc (4), một cảm biến vị trí gắn với

trục quay của ròng rọc sẽ cho tín hiệu tỉ lệ với mức chất lưu.
Trong sơ đồ hình 1b, phao hình trụ (1) nhúng chìm trong chất lưu, phía trên
được treo bởi một cảm biến đo lực (2). Trong quá trình đo, cảm biến chịu tác
động của một lực F tỉ lệ với chiều cao chất lưu:

Trong đó:
P - trọng lượng phao.
h - chiều cao phần ngập trong chất lưu của phao.
S - tiết diện mặt cắt ngang của phao.
ρ - khối lượng riêng của chất lưu.
g - gia tốc trọng trường.
Trên sơ đồ hình c, sử dụng một cảm biến áp suất vi sai dạng màng (1) đặt sát
đáy bình chứa. Một mặt của màng cảm biến chịu áp suất chất lưu gây ra:

Mặt khác của màng cảm biến chịu tác động của áp suất p 0 bằng áp suất ở đỉnh
bình chứa. Chênh lệch áp suất p - p0sinh ra lực tác dụng lên màng của cảm
biến làm nó biến dạng. Biến dạng của màng tỉ lệ với chiều cao h của chất lưu
trong bình chứa được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ các bộ biến đổi điện
thích hợp.
Phương pháp điện
Các cảm biến đo mức bằng phương pháp điện hoạt động theo nguyên
tắc chuyển đổi trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào
tính chất điện của chất lưu. Các cảm biến thường dùng là cảm biến dộ dẫn và
cảm biến điện dung.

9


Phương pháp bức xạ
Cảm biến bức xạ cho phép đo mức chất lưu mà không cần tiếp xúc

với môi trường đo, ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức ở điều kiện môi
trường đo có nhiệt độ, áp suất cao hoặc môi trường có tính ăn mòn mạnh.
Trong phương pháp này cảm biến gồm một nguồn phát tia (1) và bộ thu (2)
đặt ở hai phía của bình chứa. Nguồn phát thường là một nguồn bức xạ tia γ
(nguồn 60Co hoặc 137Cs), bộ thu là một buồng ion hoá. Ở chế độ phát hiện mức
ngưỡng (hình 20.21a), nguồn phát và bộ thu đặt đối diện nhau ở vị trí ngang
mức ngưỡng cần phát hiện, chùm tia của nguồn phát mảnh và gần như song
song. Tuỳ thuộc vào mức chất lưu (3) cao hơn hay thấp hơn mức ngưỡng mà
chùm tia đến bộ thu sẽ bị suy giảm hoặc không, bộ thu sẽ phát ra tín hiệu
tương ứng với các trạng thái so với mức ngưỡng.
Ở chế độ đo mức liên tục (hình 20.21b), nguồn phát (1) phát ra chùm tia với
một góc mở rộng quét lên toàn bộ chiều cao của mức chất lưu cần kiểm tra và
bộ thu.

Hình 2: Cảm biến đo mức bằng tia bức xạ
a) Cảm biến phát hiện ngưỡng b) Cảm biến đo mức liên tục
1) Nguồn phát tia bức xạ 2) Bộ thu 3) Chất lưu

10


Khi mức chất lưu (3) tăng do sự hấp thụ của chất lưu tăng, chùm tia đến bộ
thu (2) sẽ bị suy giảm, do đó tín hiệu ra từ bộ thu giảm theo. Mức độ suy giảm
của chùm tia bức xạ tỉ lệ với mức chất lưu trong bình chứa
Kết luận chung
Công nghệ chiết rót chất lỏng là một khâu quan trọng trong sản xuất, nó đã
thay thế được các phương pháp thủ công thiếu chính xác trong sản xuất. Bằng
việc áp dụng thành tựu khoa học kĩ thuật và ứng dụng các cảm biến vào trong
quá trình sản xuất, cùng với sự có mặt của rô bốt, tự động hóa và mạng máy
tính công nghệ chiết rót chất lỏng được áp dụng nhiều trong các khu công

nghiệp, các nhà máy sản xuất thực phẩm, đồ uống…một cách rộng rãi và hiệu
quả.
Nhìn chung công nghệ trong ngành chiết rót là công nghệ hỗ trợ cho rất nhiều
các ngành công nghiệp khác như: ngành công nghiệp chế biến thực phẩm,
ngành công nghiệp dược phẩm hay mỹ phẩm.Trong đó lĩnh vực chiết rót đẳng
áp là cực kỳ quan trọng và khá phức tạp trong các dạng chiết rót vì nhiều sản
phẩm cần vô trùng hay các sản phẩm có gas.
1.3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống
Khi nhấn nút Start, hệ thống hoạt động. Thùng rỗng được đẩy từ kho xuống
băng tải. Động cơ kéo băng tải chuyển động. Các thùng rỗng đươc chuyển
đến vị trí rót dưới bồn chứa nhờ có cảm biến vị trí được lắp đặt trước ở đó.
Khi cảm biến vị trí phát hiện đối tương ở vị trí rót nó sẽ tác động lên động cơ
kéo băng tải làm cho băng tai dừng lại đồng thời tác động đến Van 2 làm Van
2 mở, chất lỏng được rót vào thùng với mức được xác định bằng cảm biến
mức. Khi thùng rỗng đầy, cảm
biến mức tác động đến Van 2 lam nó đóng lại đồng thời tác động đến động cơ
làmbăng tải tiếp tục chuyển động đẩy thùng đã rót đi và đẩy thùng rỗng kế
tiếp tới vị trí rót.
Khi bồn chứa gần cạn, cảm biến mức sẽ tác động làm Van 1 mở, Chất lỏng
được rót cho đến khi đầy bồn chứa thì Van 1 đóng lại. Quá trình trên được lặp
11


đi lặp lại nhờ một hệ thống điều khiển (vi điều khiển, PLC…). Muốn dừng hệ
thống ta ấn nút Stop.

CHƯƠNG 2:NỘI DUNG THỰC HIỆN
2.1Yêu cầu của đề tài
- Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống
- Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống

- Trình bày về loại cảm biến chọn lựa
- Thiết kế vị trí lắp đặt cảm biến và tính toán sử lý tín hiệu đầu ra của cảm
biến để tác động đến các đối tượng được điều khiển?
- Đánh giá về sai số của hệ thống( giới hạn, nguyên nhân, biejn pháp khắc
phục)
2.2 Các loại cảm biến dùng trong hệ thống
Qua tìm hiểu hệ thống trên thì nhóm chúng em đã lựa chọn rõ một số loại cảm
biến phù hợp với hệ thống chiết rót chất lỏng như:
-

Cảm biến vị trí
Cảm biến siêu âm
Cảm biến mức quang
Cảm biến tiệm cận
Cảm biến quang( hồng ngoại)...
Cảm biến mức dạng phao
2.3 Lựa chọn cảm biến cho hệ thống
2.3.1 Cảm biến quang
Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm
na, thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng
12


thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất.
Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện
tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.

Hiện nay, có các loại cảm biến quang như:
-Cảm biến quang thu phát.
-Cảm biến quang phản xạ gương.

-Cảm biến quang khuếch tán.
Công dụng và vai trò của cảm biến quang
Công dụng chủ yếu của cảm biến quang là dùng để phát hiện nhiều dạng vật
thể khác nhau, từ việc phát hiện một chai nhựa trên băng chuyền hoặc kiểm
tra xem tay robot đã gắp linh kiện ô tô để lắp đặt hay chưa.
Cảm biến quang đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự
động hóa. Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa ,
giống như làm việc mà không nhìn được vậy.
Cấu trúc thiết kế
Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành phần chính:

13


1. Bộ Phát sáng
Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting
Diode). Ánh sáng được phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm
biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác
(như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại LED thông dụng
nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc
biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngoài ra cũng có LED vàng.
2. Bộ Thu sáng
Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ phận
này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều
loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC
( Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận
quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận
thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thuphát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ
khuếch tán).
3. Mạch xử lý tín hiệu ra

Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu
ON / OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức
ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù một
số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp
điểm rơ-le (relay) vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng

14


tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ
lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.
Điều chỉnh độ nhạy
Các loại cảm biên quang tiêu chuẩn thường có 2 khả năng chỉnh độ nhạy:

1. Chỉnh ngưỡng
Người sử dụng có thể điều chỉnh mức ngưỡng, là mức ánh sáng đủ để kích
hoạt đầu ra. Khi ánh sáng thu được bằng hoặc lớn hơn ngưỡng, sẽ có tín hiệu
xuất ra. Trong thực tế, thay đổi ngưỡng sẽ dẫn đến tăng hoặc giảm khoảng
cách phát hiện. Việc chỉnh ngưỡng cũng có thể giúp cảm biến nhạy hơn, phát
hiện được vật nhỏ hơn hoặc các vật trong mờ. Một vài nhãn hiệu cảm biến
quang có một biến trở vặn vít để điều chỉnh ngưỡng. Một số khác còn có nút
đặt ngưỡng (teach) để có ngưỡng thích hợp nhất cho từng ứng dụng cụ thể.
2. Công tắc chuyển Light-On/Dark-On
Công tắc L-On/D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến.

Đối với cảm biến xác định vị trí và dịch chuyển thì nhóm em lựa chọn
cảmbiếnquang phản xạ gương.Vì loại cảm biến này lắp ráp đơn giản,làm việc
ổn định.Qua tìm hiểu thị trường một số dòng sản phẩm của hãng Omron đã
được sử dụng tại Việt Nam có E3E, EZT66.....Nhưng em lựa chọn cảm
biếnE3Z-R61.

15


CẢM BIẾN QUANG E3Z-R61

Ưu điểm

•

Lắp đặt dễ hơn

*

Chỉnh định dễ dàng

*

Với vật thể có bề mặt sáng bóng có thể làm cảm biến không phát hiện

được, có thể dùng kính lọc phân cực.
*

Giá cả phải chăng

Nhược điểm:
*

Khoảng cách phát hiện ngắn hơn loại thu phát (E3Z-R: chỉ được 4-5m).

*

Vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho cảm biến và gương

*

Cảm biến phản xạ gương loại 2 thấu kính thường không phát hiện được

vật ở một số khoảng cách ngắn nhất định.

Phản xạ gương là dạng cảm biến quang phổ biến nhất trong công nghiệp. Loại
này có sự kết hợp tốt các yếu tố như phát hiện tin cậy, khoảng cách vừa đủ và
giá thành hợp lý.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
16


*

Sensor sợi quang nhằm phát hiện sự di chuyển của vật mờ đục (chắn

sáng)
*
*

Một photodiode tạo ra tín hiệu dẫn (pilot signal).
Tín hiệu này được truyền qua sợi quang tới vật và bị phản xạ tại bề mặt

của vật.
*

Quang thông phản xạ truyền ngược trở lại qua sợi quang thu tới một

photodiode khác.
*

Dòng điện tương ứng với khoảng cách từ cuối sợi quang tới vật được

tạo ra.
*

Biến đổi dòng điện thành photon; truyền photon qua môi trường khúc

xạ; phản xạ; biến đổi ngược photon thành dòng điệnquá trình cảm biến gồm 2
bước biến đổi năng lượng và sử dụng tín hiệu quang.

17


Hình 2.2.4
Ngoài ra, E3Z-R61 cũng dụng công nghệ mới AC3 (Auto
Compensation Control for Contamination: Kiểm soát tự động chống nhiễu do
nhiễm bẩn). Cảm biến quang có sẵn bộ khuyếch đại thông thường không có
chức năng bù sự thay đổi cường độ ánh sáng thu được do bụi, tạp chất, nhiệt
độ, môi trường, sự lão hóa của đèn LED theo thời gian gây nên, bởi vậy
không có được sự ổn định lâu dài trong việc phát hiện vật thể trong suốt như
yêu cầu. Chức năng ACđịnh kỳ truyền tín hiệu cường độ ánh sáng thu nhận
được ở chế độ light-ON tới mạch phát sáng, nhờ đó duy trì cường độ ở mức
giá trị đặt khi dùng chức năng teaching.
Còn nhiều chức năng ưu việt nữa như:
- Vỏ bọc bằng thép không gỉ SUS316, mặt hiển thị bao phủ bằng vật liệu PES,

đều là những vật liệu có độ bền cao với các hóa chất tẩy rửa trong công
nghiệp.
- Độ kín nước đạt tới cấp độ IP69K cho phép xịt rửa trực tiếp bằng nước dưới
áp suất và nhiệt độ cao.
Khả năng hoạt động tốt ở môi trường nhiệt độ khắc nghiệt trong phạm vi từ
-25 tới +55 độ C, thích hợp đặc biệt cho lĩnh vực sản xuất đồ uống.
Thông số kỹ thuật
18


Bảng 2.2
Khoảng cách phát hiện

2m

Vật thể phát hiện tiêu chuẩn

Vật mờ đục có đường kính tối thiểu
56mm

Nguồn sang (bước sóng)

LED đỏ(nm)

Điện áp nguồn cấp

12 đến 24 VDC

Công suát tiêu thụ

Tối đa 25 mA

Ngõ ra điều khiển

Ngõ ra transitor collector hở, tối đa 100
mA, điện áp dư: tối đa 1 V ở 100mA

Thời gian đáp ứng

Tối đa 2,5 ms

Nhiệt độ môi trường

-25oC tới 55oC

Độ ẩm môi trường

Hoạt động: 35% tới 85%

Mức độ chịu rung

10 tới 55 Hz, biên đô rung 1,5 mm

Mức độ chịu sốc

Mức độ phá hủy: 500 m/s2 cho 3 lần ở
mỗi hướng X, Y, Z

Cấp nối

Dây nối thường (độ dài tiêu chuẩn 2m)

Trọng lượng

Tối đa 85g

Phụ kiện

Đinh vít, gương E30-R, bộ điều chỉnh

Vật liệu

Vỏ : ABS
Thấu kính: PMMA

2.3.2 Cảm biến điện dung
Cảm biến lân cận dạng điện dung
19


Hình 2.1: Cấu tạo cảm biến lân cận điện dung
a) Cấu tạo
Cảm biến lân cận dạng điện dung có cấu tạo gồm 4 phần như hình 3.5
+) Đầu phát hiện trong cảm biến lân cận dạng điện dung là bản cực của
một tụ điện
+)Mạch dao động có nhiệm vụ tạo dao động điện từ tần số radio
+)Mạch phát hiện mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu của mạch dao
động
+)Mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của cảm biến
b) Nguyên lý hoạt động của cảm biến dạng điện dung

Khi mục tiêu cần phát hiện di chuyển đến gần đầu phát hiện của cảm biến
sẽ làm
Điện dung của tụ điện (được tạo bởi một bản cực là bề mặt của đầu thu và bản
cực còn lại chính là đối tượng ) C bị thay đổi .Khi điện dung của tụ điện bị
thay đổi thì mạch dao động sẽ tạo ra tín hiệu dao động .Khi tín hiệu dao động
có biên độ lớn hơn một ngưỡng đặt trước mạch phát hiện mức sẽ điều khiển
mạch ra ở trạng thái ON.Khi đối tượng ở xa cảm biến ,biên độ tín hiệu ở
20


mạch dao động sẽ nhỏ ,mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở trang thái
OFF.
C, Một số dạng của cảm biến lân cận dạng điện dung :
Dưới đây giới thiệu một số dạng cảm biến lân cận dạng điện dung :

Hình 2.2:Một số dạng cảm biến lân cận dạng điện dung của hãng
OMRON
C, Cấu trúc mạch ra của cảm biến điện dung

Hình 2.2: Mạch ra dạng NPN cực thu để hở

21


Hình 2.3: Mạch ra dạng PNP cực thu để hở

d.Ứng dụng của cảm biến lân cận dạng điện dung.
Cảm biến lân cận dạng điện dung được dùng để phát hiện sự xuất hiện của
một vật thể kim loại hoặc phi kim tại một vị trí xác định trước (vị trí đặt cảm
biến ) như:Phát hiện thủy tinh ,nhựa chất lỏng ……

Dùng cảm biến lân cận dạng điện dung để phát hiện mực chất lỏng ko đầy
trong dây chuyền sản xuất chai nuớc ngọt và kiểm tra nắp chai đã được đóng
hay chưa...

22


2.3.3 Cảm biến siêu âm

* Nguyên lý hoạt động: Ở trên đỉnh bồn chứa đặt một nguồn phát siêu âm
mạnh.Luồng phát phát ra nguồn siêu âm theo chiều xuống đáy bồn chứa.Khi
luồng siêu âm gặp mặt chất lỏng nó phản xạ lên và đến đầu thu,thời gian từ
lúc phát tới lúc thu :
T = 2H1/c
Trong đó T: là thời gian từ lúc phát tới lúc thu siêu âm.
H1: khoảng cách từ bồn chứa tới mặt chất lỏng.
c: tốc độ truyền siêu âm trong không khí ( vào khoảng 300m/s).
23


Tuy nhiên thành công của phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từ vật cần
đo. Những yếu tố như bụi, hơi nước (chất lỏng) dày đặc; độ cản trở bình chứa,
nhiễu loạn gây bởi bề mặt; những chất tạo bọt và thậm chí là độ gồ ghề hoặc
góc tạo bởi chùm sóng với bề mặt cần đo đều góp phần tạo những thông tin
không mong muốn ở tín hiệu phản hồi.
Điều cần thiết là người sử dụng cần phải cân nhắc điều kiện hoạt động sẽ ảnh
hưởng thế nào tới sóng âm khi phát ra.
Những yếu tố quan trọng khác cần chú ý khi dùng bộ truyền âm gồm:
Sóng âm-điều kiện tiên quyết của phép đo là sóng âm phải đi qua chất cần đo.
Thông thường là không khí, nếu môi trường là chân không lại không phù hợp

do trong chân không, không có đủ số phân tử khí làm giảm khả năng truyền
sóng.
Điều kiện bề mặt-bọt và những hạt bụi bẩn bám trên bề mặt của chất lỏng có
thể hấp thụ sóng âm và làm cản trở sóng phản hồi về đầu phát;
Góc tới và góc phản xạ-sóng âm cần được phát và nhận theo đường thẳng,
mặt phản xạ cần là mặt phẳng;
Nhiệt độ hoạt động-những phần mà siêu âm được gửi đến để đo thường làm
bằng nhựa với nhiệt độ cao nhất cỡ 60°C.
Dĩ nhiên, việc thay đổi nhiệt độ sẽ làm phép đo mức kém chính xác;
Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường không tiếp xúc với áp suất quá
cao; giá trị lớn nhất loại cảm biến này có thể chịu được là 30 psi (~2 bar);
- Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng), môi trường đọng nước, và tạp
chất có thể làm thay đổi tốc độ của sóng âm qua môi trường không khí và ảnh
hưởng rất lớn đến độ chính xác của tín hiệu hồi đáp. Để tránh sai số do môi

24


trường gây ra cần gắn cảm biến vào những vị trí và môi trường có thể dự đoán
trước.

E4PA hình trụ analog

catalog E4PA
•

Cảm biến siêu âm hình trụ, với ngỏ ra analog 4-20mA, 0-10VDC.

•

Dùng để đo khoảng cách và độ dầy

•

Nguồn cấp 12-24VDC ±10%.

•

Không phụ thuộc hình dáng, tính chất, màu sắc của vật thể.

•

Tần số sóng siêu âm hoạt động 65-380Kz

•

Góc phát sóng hẹp ±80, kiểm tra được các vật có diện tích nhỏ
100x100mm
25