btl đo lường và cảm biến chiết rót chất lỏng vào thùng rỗng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.77 MB, 44 trang )
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa: Điện
---------------
BÀI TẬP LỚN
MÔN: ĐO LƯỜNG & CẢM BIẾN
ĐỀ TÀI
XÉT KHÂU RÓT CHẤT LỎNG VÀO THÙNG
TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT
Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện :
Võ Thị Cẩm Thùy
Nhóm 6 – Điện 2-K9
Nguyễn Anh Hào
0941040129
Nguyễn Kim Tuyền
0941040136
Hoàng Thị Thùy
0941040114
Vi Văn Hải
0941040167
Hoàng Nhật Anh
0941040144
---Hà Nội-2016---
Mục Lục
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Lời nói đầu:……………………………………………. .…………………………2
Đề tài và yêu cầu:.....................................................................................................3
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế
4: Bản dịch tài liệu............................................................. 27
3.1. Các kết quả đạt được........................................................................................35
3.1. Các kết quả đạt được........................................................................................40
Lời Nói Đầu
– Ngày nay việc ứng dụng khoa học – công nghệ vào lao động sản
xuất là một nhu cầu không thể thiếu. Nó quyết định việc tang năng suất lao
động, hạ giá thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động,
nâng cao hiệu quả kinh tế, chất lượng sản phẩm.
– Đối với một đất nước đang trong thời kỳ phát triển của sự nghiệp
công nghiệp hóa- hiện đại hóa như nước ta hiện nay, việc từng bước cơ giới
hóa hoạt động 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 đi tới việc
tìm hiểu đề tài “Xây dựng và thiết kế khâu chiết rót chất lỏng vào thùng
trong sản xuất”, nhằm phục vụ việc chiết rót sản phẩm cho ngành sản xuất
có nhu cầu.
– Ở đề tài lần này chúng em hướng đến thiết kế một loại máy chiết
rót chất lỏng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật , hiệu quả kinh tế, không độc hại,
không gây ô nhiễm môi trường và tương đối phù hợp với công nghệ sản xuất
trong nước.
Trang 2
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
– Vì kinh nghiệm bản thân cũng như kiến thức không nhiều nên
không tránh khỏi như thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đống góp
ý kiến từ phía các thầy cô.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Đề tài
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.
Trang 3
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
+ 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 chất lỏng
rót vào các thùng, vị trí các thùng trên băng tải. Đối tượng điều khiển là
động cơ kéo băng tải, Van1, Van2 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 không
có tính dẫn điện, không có tính chất ăn mòn hóa học.
Yêu cầu đề tài:
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? ( chi tiết )
6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán xử lý tín hiệu đầu ra của
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)
Trang 4
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế
Ngày nay việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lao động sản xuất là
một nhu cầu không thể thiếu, quyết định việc tăng năng suất lao động, hạ giá
thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động, nâng cao hiệu
quả kinh tế, chất lượng sản phẩm.
Đối với một nước đang phát triển trong thời kì phát triển của sự
nghiệp công hóa - hiện đại hóa như nước ta hiện nay, việc từng bước cơ giới
hóa hoạt động sản xuất là rất 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.
1.1.
Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót
chất lỏng:
Về công nghệ, hệ thống chiết rót chất lỏng sử dụng các cảm biến, các động
cơ, các bộ điều khiển để điều khiển cho hệ thống hoạt động chính xác, nhanh
chóng, hiệu quả.
Trang 5
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản
xuất, mô tả công nghệ.
Hệ thống gồm có:
+
+
+
+
+
+
+
Kho: chứa các thùng rỗng.
Thùng: để chứa chất lỏng cần rót.
Động cơ: kéo băng tải.
Hai nút khởi động và dừng hệ thống: Start, Stop.
Bồn chứa: chứa chất lỏng cần rót vào thùng.
Van 1: được điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa.
Van 2: được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng.
Hệ thống chiết rót chất lỏng vào thùng được ứng dụng rất phổ biến
trong các nhà máy, xí nghiệp. Nó giúp cho việc định mức định lượng trở nên
chính xác, đảm bảo vệ sinh.
Trong thực tế yêu cầu về đo mức và lưu lượng chất lỏng xuất hiện trong
nhiều lĩnh vực:
+
+
+
+
+
+
Sản xuất nông nghiệp: đảm bảo lượng nước tưới tiêu cho cây trồng,
đảm bảo lượng nước trong các bể, hồ nuôi thủy hải sản.
Công nghiệp sản xuất rượu, bia.
Đo mức xăng, dầu trong khai thác dầu khí.
Khống chế mức nước trong thủy điện, nhiệt điện.
Đo mức chất lỏng trong các phòng thí nghiệm, xét nghiệm.
Xử lý nước thải trong các nhà máy, thành phố.
Tùy theo yêu cầu độ chính xác về mức và lưu lượng chất lỏng trong từng
ứng dụng mà lựa chọn các loại cảm biến khác nhau.
Trang 6
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
1.1.1 Nguyên lý vận hành của hệ thống
Theo yêu cầu của đề tài ta cần rót chất lòng vào thùng rỗng cao 0,5 m
nhờ một hệ thống băng truyền vận chuyển thùng rỗng và có một bồn chứa
chất lỏng cần rót vào thùng rỗng. Ngoài ra còn có hệ thống đẩy thùng rỗng
để chứa chất lỏng.
Đầu tiên ta thiết kế hệ thống đẩy thùng rỗng xuống băng chuyền:
Khi ấn nút Start, động cơ của băng chuyền bắt đầu hoạt động. Cảm
biến có tín hiệu vào, kho chứa thùng rỗng sẽ đẩy một thùng rỗng
xuống băng tải, chạy đến vị trí phía dưới bồn chứa.
Khi thùng rỗng đến vị trí của bồn chứa thì cảm biến sẽ phát tín hiệu ra
và dừng lại.
Khi đó van 2 sẽ mở và xả chất lỏng xuống thùng rỗng. Khi thùng chất
lỏng đã đủ lượng yêu cầu thì cảm biến quang ở thùng chứa phát
tín hiệu ra động cơ và băng chuyền lại tiếp tục chạy.
Khi cần dừng hệ thông ấn nút Stop thì hệ thống động cơ, băng tải,
cảm biến sẽ tạm dừng hoạt động và các Van sẽ đóng lại.
Tiếp theo là hệ thống rót chất lỏng:
Cần xác định lượng chất lỏng có thể chứa ở trong bồn và thùng chứa.
Khi bồn chứa còn quá ít tức là chất lỏng còn dưới 0,5m, để tránh tình
trạng Van1 không xả kịp so với Van2, ta cũng cần 1 hệ thông bù thêm
chất lỏng vào bồn chứa nhờ thông báo vào “cảm biến đo mức (2)” ở
Van2 để nhận biết chất lỏng đạt mức thấp ở 0,5m
Van1 sẽ xả, cùng lúc “cảm biến đo mức (1)” ở Van1 sẽ hoạt động, đến
khi mực chất lỏng đã đạt đến 1,9m, “Cảm biến đo mức (1) phát tín
hiệu ra và Van1 sẽ đóng lại.
Chương 2: Nội dung thực hiện
2.1.
+
+
Yêu cầu của đề tài
Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết
rót chất lỏng.
Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?
Trang 7
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
+
+
+
+
+
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
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 lựa chọn?
Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán xử lý tín hiệu đầu ra cửa
cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?
Đánh giá về sai số của hệ thống.
Các hướng giải quyết
2.2.
Đối với hệ thống chiết rót chất lỏng này, chúng em sử dụng:
-
-
4 cảm biến:
+ 1 cảm biến quang loại phản xạ để phát hiện và đẩy thùng rỗng
xuống khi không có thùng nào trên băng truyền.
+ 1 cảm biến tiệm cận điện dung để phát hiện sự có mặt của thùng
rỗng ở phía dưới van 2 để dừng băng tải.
+ 2 cảm biến đo mức dạng quang bên trong bồn chứa để đo lượng
nước giới hạn thấp, cao trong bồn chứa và điều khiển sự đóng
mở của van 1.
+ 1 Cảm biến quang ở đầu van 2 để đo mức chất lỏng được rót
vào thùng rỗng và điều khiển sự đóng mở của van 2.
Các nút Start, Stop để khởi động và dừng toàn bộ hệ thống.
2.2.1.
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 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 1 lượng ánh sáng
chiếu vào.
Công dụng chủ yếu của cảm biến quang là dùng để phát hiện các vật thể
không tiếp xúc, được thiết kế nhỏ gọn với vỏ bằng nhựa hoặc kim loại,
hình dạng vuông hoặc tròn, có chế đọ chỉnh định, có thể phát hiện sự
Trang 8
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
chênh lệch màu sắc cao,hoạt động chính xác và ổn định. Phát hiện các vật
các vật thể qua nó với thời gian nhanh.
a.
Cảm biến quang loại phản xạ:
Cảm biến quang loại phản xạ có bộ phát và nhận tích hợp chung trong 1 vỏ
hay còn gọi là 2 trong 1. Vị trí 2 bộ phận này song song nhau:
Hình 2.1: Các bộ phận của cảm biến quang loại phản xạ.
Ánh sáng được chiếu đến bộ phận phản xạ và quay trở lại bộ phận tiếp nhận.
Khi có đối tượng chặn ánh sáng, ngõ ra của cảm biến thay đổi trạng thái.
Các đối tượng được nhận biết khi ánh sáng bị ngắt không phản xạ lại.
Đặc điểm cảm biến quang loại phản xạ:
+ Độ tin cậy cao.
+ Giảm bớt dây dẫn.
+ Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng.
Do các thùng chứa chất lỏng có thể làm bằng thuỷ tinh trong suốt nên ta
dùng cảm biến quang loại phản xạ. Cảm biến quang ít chịu ảnh hưởng của
chất lỏng, tần số hoạt động cao, chính xác, lắp đặt đơn giản nên ta chọn CB
quang loại phản xạ.
Trang 9
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Hình 2.2: Cảm biến quang phản xạ 2.
Cảm biến quang dạng khuếch tán:
Bộ cảm biến với ánh sáng hồng ngoại điều chế chất lỏng. Được trang bị với
b.
bộ khuếch đại. Bộ phát và bộ nhận đều khép kín trong hộp nhựa và được
thiết kế để gắn vào tường bể, NC (nghỉ switching) PNP transistor đầu ra
(đầu ra OFF khi cảm biến trong chất lỏng).Các cảm biến này đòi hỏi 10-40
VDC điện áp đầu vào, có một đèn LED cho đầu ra về chỉ định và thường
được chấp nhận ứng dụng.
Hình 2.3: Cảm biến quang khuếch tán.
Trang 10
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
2.2.2. Cảm biến tiệm cận:
a. Công dụng của cảm biến
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
tiệm cận
Là một kỹ thuật để nhận biết sự có mặt hay không có mặt của một vật
thể với cảm biến điện từ không tiếp xúc. Cảm biến tiệm cận có 1 vai trò
quan trọng trong thực tế. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến thường là dạng logic.
b.
+
+
+
+
+
Đặc điểm:
Phát hiện vật không cần tiếp xúc ( nên tuổi thọ cao).
Tốc độ đáp ứng nhanh.
Led hiển thị trạng thái Out.
Đạt tiêu chuẩn IP67 ( tiêu chuẩn IEC).
Đầu sensor nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi, nhiều vị trí, không gian
+
hạn chế.
Có thể sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt mà các loại cảm
biến khác khó có thể hoạt động ổn định được.
Có 3 loại cảm biến tiệm cận: điện từ, điện dung và siêu âm.
a. Cảm biến tiệm cận điện dung:
Trang 11
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
-
-
-
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Cấu tạo:
+ Bộ phận cảm biến(các bản cực cách điện).
+ Mạch ghi nhận tín hiệu; mạch điện ở ngõ ra.
+ Mạch dao động.
Nguyên lý hoạt động: dựa trên sự thay đổi điện dung khi vật thể xuất
hiện trong vùng điện trường, từ sự thay đổi này, trạng thái “On”,
“Off” của ngõ ra được xác định.
Ưu điểm:
+ Phát hiện được mọi vật liệu.
+ Có thể phát hiện vật thể qua lớp cách ly: kin loại, nhựa, thủy
tinh,…
+ Ổn định và tốc độ cao.
+ Độ phân giải tốt.
+ Giá thành tương đối thấp.
Hình 2.4: Cảm biến tiệm cận.
b. Cảm biến tiệm cận siêu âm:
- Cấu tạo: Cảm biến gồm 2 phần :phần phát ra sóng siêu âm và phần
-
thu sóng siêu âm phản xạ về.
Nguyên lý hoạt động:
Trang 12
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
-
Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm. Thời
gian sóng âm thanh đi từ cảm biến đến đối tượng và quay trở lại liên
hệ trực tiếp đến chiều dài quãng đường.
-
Ưu điểm:
+ Đo được khoảng cách của vật di chuyển.
+ Ít ảnh hưởng bởi vật liệu và bề mặt.
+ Không ảnh hưởng bởi màu sắc.
+ Tín hiệu đáp ứng tuyến tính với khoảng cách.
+ Có thể phát hiện vật nhỏ ở khoảng cách xa.
Nhược điểm:
+ Sóng phản hồi chịu ảnh hưởng của sóng âm thanh tạp âm.
+ Cần 1 khoảng thời gian sau mỗi lần sóng phát đi.
+ Khoảng cách tỉ lệ nghịch với tần số.
-
Trang 13
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Hình 2.5: Ứng dụng cảm biến tiệm cận điện dung trong đo
mực chất lỏng.
Ta chọn cảm biến tiệm cận điện dung để đo mực nước trong thùng chứa do
cảm biến điện dung có thể phát hiện được mọi vật liệu (cảm biến điện cảm
có thể phát hiện được kim loại), giá thành hợp lý và do thùng chứa luôn ở vị
trí cố định.
Ta dùng cảm biến tiệm cận siêu âm để đo mức nước trong thùng rỗng do ta
không biết thể tích của thùng chứa nên không thể dùng cảm biến đo lưu
lượng, đồng thời các thùng rỗng di chuyển trên băng tải nên không thể dùng
cảm biến điện dung như ở thùng chứa.
c. Thiết kế vị trí lắp đặt
Hình 2.6: Sơ đồ lắp đặt.
Chú thích sơ đồ:
Trang 14
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Kho: chứa các thùng rỗng
CB1: Cảm biến quang phản xạ để phát hiện và đóng mở kho để thùng
rỗng được đưa ra băng tải.
CB2: Cảm biến tiệm cận xác định thùng rỗng để băng tải ngừng quay
đồng thời xuất tín hiệu cho hệ thống mở van 2 rót chất lỏng vào thùng.
CB3: Cảm biến quang đo mức (cảm biến tiệm cận siêu âm) phát hiện
mức chất lỏng có trong thùng đã đạt ngưỡng hay chưa đồng thời xuất
tín hiệu đóng mở van 2 cho đúng trình tự (đạt ngưỡng thì đóng van 2,
chưa đạt ngưỡng thì van 2 lại mở).
CB4: Cảm biến dạng quang đo mức chất lỏng trong bồn chứa và điều
khiển van1 mở khi mực chất lỏng chạm mức thấp.
CB5: Cảm biến dạng quang nữa cũng làm nhiệm vụ đo mức chất lỏng
trong bồn chứa và điều khiển van1 đóng khi mực chất lòng đạt mức
cao.
Thuyết minh:
-
Công đoạn 1: Đẩy thùng rỗng từ kho xuống băng tải:
Khi ấn nút start động cơ (M) hoạt động kéo băng tai
quay. CB1 hoạt động phát hiện có vật thể ở trên băng tải hay
không và xuất tín hiệu về trung tâm. Nếu phát hiện có thùng
Trang 15
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
rỗng trên băng tải thì đóng kho chứa thùng, nếu chưa có thùng
nào thì đẩy 1 thùng rỗng xuống băng tải.
-
Công đoạn 2: Điều khiển động cơ trên băng tải:
Thùng rỗng được đưa xuống băng tải qua công đoạn 1,
động cơ băng tải (M) vẫn hoạt động kéo băng tải đưa thùng đi
đến vị trí van 2, CB2 phát hiện có thùng rỗng và đưa tín hiệu về
trung tâm cho dừng động cơ kéo băng tải (M) để rót chất lỏng
vào thùng. Nếu chưa rót đầy thùng thì 2 động cơ M ngừng hoạt
động. Nếu thùng được rót đầy thì động cơ M tiếp tục hoạt động,
-
quy trình này lặp đi lặp lại.
Công đoạn 3: Rót chất lỏng vào thùng rỗng:
Trang 16
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Khi thùng rỗng tới vị trí van 2, CB2 phát hiện có thùng
rỗng và phát tín hiệu chuyển về trung tâm để ngưng động cơ M
đồng thời van 2 mở cho chất lỏng chảy vào thùng.
Khi chất lỏng được van 2 rót vào thùng rỗng dưới
ngưỡng đặt trước của cảm biến đo mức CB3 (là mức chất lỏng
đầy) thì CB3 xuất tín hiệu về trung tâm cho tiếp tục mở van 2.
Nếu đạt ngưỡng của cảm biến thì đóng van 2 đồng thời tiếp tục
cho động cơ M hoạt động . Quy trình lặp đi lặp lại.
-
Công đoạn 4: Bơm chất lỏng vào bồn chứa:
Khi chất lỏng trong bồn chứa dưới ngưỡng chạm, CB4
xuất tín hiệu về trung tâm cho mở van 1 để chất lỏng được bơm
vào bồn đến khi đạt ngưỡng chạm CB5 xuất tín hiệu về trung
tâm đóng van 1. Quy trình lặp đi lặp lại.
d. Cảm biến siêu âm:
Trang 17
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Hình 2.7: 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
(2.1)
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)
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.
Trang 18
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
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 trường gây ra cần gắn cảm biến vào những vị trí và môi trường có
thể dự đoán trước.
Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát đi 1 xung tín hiệu và đo
thời gian nhận được tín hiệu trở vể. Sau khi đo được tín hiệu trở về trên cảm
Trang 19
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
biến siêu âm, ta tính được thời gian từ lúc phát đến lúc nhận được tín hiệu.
Từ thời gian này có thể tính ra được khoảng cách.
Nếu đo được chính xác thời gian và không có nhiễu, mạch cảm biến siêu âm
trả về kết quả cực kì chính xác.
Chọn cảm biến siêu âm
Hình 2.8: Cảm biến siêu âm HC – SR04
+ Nguồn làm việc: 5V
+ Dòng tiêu thụ : < 2mA
+ Tín hiệu đầu ra: xung HIGH (5V) và LOW (0V)
+ Khoảng cách đo: 2cm - 300cm (3 mét)
+ Độ chính xác: 0.5cm
Cảm biến gồm có 4 chân
+Vcc -> nguồn 5V
Trang 20
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
+Trig -> nối vi điều khiển (ngõ phát)
+Echo -> nối vi điều khiển (ngõ thu)
+Gnd -> nối âm
e. Cảm biến tiệm cận điện dung:
Hình 2.9: Cảm biến tiệm cận E18-D50NK NPN
Thông Số Kỹ Thuật:
+ Điện áp hoạt động: 5VDC
+ Dòng tiêu thụ 15mA
+ Khoảng cách phát hiện có thể điều chỉnh tử 3 - 50 cm. < Vặn biến trở>
+ Logic TTL dòng điều khiển lên tới 100mA
+ Nhiệt độ làm việc (-25) - 55 độ
Trang 21
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
+ Dây đen: Data , Dây Xanh: GND, Dây nâu: Vcc
* Nhận xét: Có nhiều nguyên nhân để lựa chọn cảm biến cho phù hợp với hệ
thống nhưng 2 vấn đề chính đó là tính áp dụng thực tế ( ưu điểm đối với hệ thống,
việc lắp đặt, môi trường làm việc, cách thức hoạt động) và vấn đề kinh tế. Công
nghệ thì luôn thay đổi và hiện đại từng ngày . Trên đây là các cảm biến nhóm đã
chọn ra đều có các ưu điểm dễ lắp đặt, hoạt động ổn định, độ nhạy cao, đáp ứng
trong thời gian ngắn, độ trễ thấp, độ bền cơ khí cao, nhỏ gọn,… đặc biệt so sánh
với các cảm biến cùng loại thì giá thành rất phải chăng nên vốn đầu tư ban đầu
không cần quá cao mà chất lượng mang về vẫn rất hiệu quả.
Cảm biến quang loại phản xạ
Hình 2.10: Cảm biến quang phản xạ BM200-DDT.
Thông số kỹ thuật:
-
Điện thế cung cấp: 12-24VDC
-
Khoảng cách phát hiện: 200mm
Trang 22
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
-
Ngõ ra: NPN.
-
Đối tượng phát hiện: vật trong suốt, trong mờ, mờ đục.
-
Nguồn sáng: LED hồng ngoại.
Hiển thị LED.
-
Bảo vệ ngược cực, ngắn mạch.
-
Do các thùng chứa chất lỏng có thể làm bằng thuỷ tinh trong suốt nên
ta dùng cảm biến quang loại phản xạ. Cảm biến quang ít chịu ảnh
hưởng của chất lỏng, tần số hoạt động cao, chính xác, lắp đặt đơn giản
nên ta chọn CB quang loại phản xạ.
Cảm biến dạng quang
Hình 2.11: Cảm biến dạng quang VP03EPQ
Thông số kỹ thuật:
-
Điện áp đầu vào: 10-40V
Trang 23
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
-
Điện áp ra: < 1VDC và < 0.9VAC
-
Độ chính xác:
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
1 chiều lắp ngang: +- 5mm
1 chiều lắp thẳng đứng: +- 2.5mm
Xoay chiều lắp ngang: +- 5mm
Xoay chiều lắp thẳng đứng: +-2.5mm
Do bồn chứa nước dự trữ có cấu tạo đơn giản và được làm từ nhiều vật liệu
khác nhau, nên ta dùng loại cảm biến dạng quang. Cảm biến dạng quang đơn
giản dễ lắp đặt, thích hợp trong mọi môi trường chất lỏng, tần số hoạt động
liên tục,ổn định và có độ chính xác cao. Với những ưu điểm trên nên ta chọn
cảm biến dạng quang là phù hợp.
Chương 3: Kết luận
3.1.
Các kết quả đạt được:
-
Hiểu rõ khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất.
Trang 24
Môn Đo Lường & Cảm Biến.
-
GVHD: Cô Võ Thị Cẩm Thùy
Hiểu rõ về nguyên lý, cấu tạo cách sử dụng và phối hợp cảm
biến một cách hiệu quả.
-
Biết chọn thiết bị phù hợp với giá thành nhưng chất lượng vẫn
rất tốt.
-
Biết đánh giá về từng khâu, cách thức lắp đặt, cách thức vận
hành một hệ thống tự động.
-
Tích lũy thêm được nhiều kiến thức bổ ích.
Nâng cao khả năng làm việc nhóm.
3.2. Các hạn chế khi thực hiện:
-
Do không có kinh nghiệm thực tế nên bài làm còn nhiều sai sót, hạn
chế và sơ sài.
-
Chưa được lắp đặt cảm biến thực tế nên chưa thấy được cách vận
hành thực tế của thiết bị, chưa đánh giá ngay được cách thức hoạt
động, độ ổn định, cơ cấu hệ thống.
3.3. Biện pháp khắc phục:
-
Làm mô hình nhóm để đánh giá rõ nét hơn, có kinh nghiệm về cảm
biến nhất định, tăng đáng kể việc tiếp thu từ lý thuyết đến thực hành.
-
3.4.
Đi tìm hiểu thực tế.
Lời cuối bài làm:
Qua những lần họp nhóm, với những cố gắng của cả tập thể, từng cá
nhân chúng em cũng đã hoàn thành bài làm của mình, nhưng nhất định sẽ
có những lỗi sai, những thiếu sót.
Trang 25
