Bài tập lớn đo lường và cảm biến chiết rót chất lỏng vào thùng rỗng

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Điện
-------o0o-------

Báo Cáo Bài Tập Lớn Môn Đo Lường Và Cảm Biến
Đề Tài 2 : Xét khâu chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất

Nhóm gồm các thành viên: Phạm văn Kiên
Tô Văn Huy
Phạm Đức Trung
Nguyễn Văn Bảo
Lương Văn Thành

Giáo Viên Hướng Dẫn

Nhóm 2

Page1

: Nguyễn Đăng Hải


ĐỀ TÀI
Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất,mô tả công nghệ như
hình vẽ:

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 hàng, Van 2 đươc 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.

Nhóm 2

Page2


Yêu cầu :
1. Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót
2.
3.
4.
5.
6.

chất lỏng.
Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?
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 va 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 và biện pháp
khắc phục)

LỜI NÓI ĐẦU
Nhóm 2

Page3


Nước ta đang trong thời kì phát triển của sự nghiệp công hóa-hiện đại hóa,
vì thế việc áp dụng các thành tựu của khoa học kĩ thuật vào trong đời sống và
sản xuất là điều không thể thiếu để phát triển đất nước. Một trong những ngành
công nghiệp phát triển có tính thực tiễn cao vào trong đời sống sản xuất là
ngành Điện và Tự Động Hóa ,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 cho các 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 trong 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 em có thể hoàn thiện hơn
nữa.
Em xin chân thành cảm ơn.

Nhóm 2

Page4

Mục lục
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ...................................7
I. Khái quát chung về đề tài...............................................................................7
1. Tổng quan về hệ thống băng tải.....................................................................9
2. Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót.....................12
3. Nguyên lí hoạt động của hệ thống.................................................................................. 25
CHƯƠNG 2:NỘI DUNG THỰC HIỆN.............................................................26
I.Yêu cầu của đề tài............................................................................................26
II.các hướng giải quyết.......................................................................................26
2.1 Các loại cảm biến dùng trong hệ thống.....................................................26
2.2 Chi tiết về các loại cảm biến......................................................................26
2.3 Lý do lựa chọn cho thiết kế.......................................................................49
2.4 Tính chọn thiết bị.......................................................................................49
CHƯƠNG 3. KẾT LUẬN..................................................................................54
3.1 Kết quả đạt được...........................................................................................54
3.2 Các hạn chế khi thực hiện.............................................................................54
3.3 Biện pháp khắc phục.....................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................56

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ
I.

Khái quát chung về đề tài.
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 tăng năng suất lao động, hạ giá
Nhóm 2

Page5

thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động, nâng cao hiệu quả
kinh tế, chất lượng sản phẩm. Và hệ thống sản xuất chất lỏng, mà cụ thể là hệ
thống chiết rót chất lỏng là một trong trong những ví dụ điển hình cho việc áp
dụng khoa học-công nghệ một cách thành công và hiệu quả.

Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất nước ngọt
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
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

Nhóm 2

Page6


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.
Cụ thể, với đề tài được giao, chúng em sẽ tìm hiểu và xây dựng hệ thống
chiết rót chất lỏng với những yêu cầu sau:
 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.

Hệ thống gồm có :
 Kho: chứa các thùng rỗng.
 Thùng: chứa chất lỏng được rót.
 Động cơ: kéo băng tải.
 Hai nút khởi động và dừng hệ thống: Start, Stop
 Bồn chứa: chứa chất lỏng cần rót
 Van 1: được điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa
 Van 2: được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng
Nhóm 2

Page7


 Chất lỏng cần rót mà chúng e hướng tới là nước tinh khiết – lavie

Như đã biết, nhiều gia đình bây giờ chỉ dụng nước tinh khiết bởi nó tiện,
và với những ý nghĩ rằng đây là loại nước đã được lọc hết các chất bẩn, uống
nước này vừa đảm bảo vệ sinh lại đảm bảo an toàn sức khỏe. Có thể nói, nước
tính khiết là nước đã qua quá trình xử lí các khoáng chất và nguyên tố vi lượng

có trong nước tự nhiên, chẳng còn gì ngoài O2 và H2

1. Tổng quan về hệ thống băng tải
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.

Nhóm 2

Page8


Hình1.1.1 Dây chuyền băng tải
Định nghĩa chuyên nghiệp hơn thì 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.
1.2 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:





Nhóm 2

Một động cơ giảm tốc trục vít và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ.
Bộ con lăn, chuyền lực chủ động.
Hệ thống khung đỡ con lăn.
Hệ thống dây băng hoặc con lăn

Page9


Hình 1.2 Cấu tạo băng tải
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.

 Các bước để lựa chọn động cơ cho băng tải:
Bước 1: Phân tích tải trọng.
Tổng tải trọng khối hàng trên băng chuyền: W=300kg
Tốc độ băng chuyền: V=9.5m/phút.
Hệ số ma sát : µ=0.15
Hệ số ma sát pully: π1=0.95
Hệ số ma sát hộp giảm tốc: π2=0.9
Thời gian làm việc: 8 giờ/ngày
Dòng điện: 3pha – 220V – 50Hz.
Bước 2: Tính chọn tỉ số truyền.
Tỉ số truyền bằng tỉ số vòng quay pully/bánh răng hộp số.
Tốc độ vòng quay pully: N1= tốc độ gói hàng/ Dxπ (D: Đường kính
pully).
Tốc độ vòng quay hộp số: N2=N1x(Tốc độ pully/ số rănghộp số).
Tỉ số truyền động cơ = tốc độ vòng quay hộp số / tốc độ vòng quay

pully.
Bước 3: Tính mômen động cơ.
Momen đầu pully: T1=(µ x W x D/2)/η1
Momen đầu hộp số: T2=(T1 x tỉ số truyền) x η2
Bước 4: Tính công suất động cơ
HP = (T x N)/716.2
Nhóm 2

Page10


Hình 1.3: Một số động cơ dùng cho băng tải

1.3 Ứng Dụng
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.

2. Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót
2.1 Tổng quan về các phương pháp chiết rót
Để có thể rót chính xác mức chất lỏng vào thùng, chai… Hiện nay các xí
nghiệp và nhà máy sử dụng Phương pháp định lượng
QUÁ TRÌNH ĐỊNH LUỢNG - CHIẾT RÓT SẢN PHẨM LỎNG
Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và
rót vào trong chai, bình, lọ, v.v.. Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử
dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng máy
Nhóm 2

Page11


thì cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng
sản phẩm một cách chính xác.
Máy định lượng chiết rót sản phẩm lỏng thường được áp dụng cho những
trường hợp yêu cầu năng suất cao, hoặc các yêu cầu nghiêm ngặt về vệ sinh
thực phẩm. Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ khác nhau ở
các bộ phận làm việc chính, các cơ cấu rót.
Trong công nghiệp thực phẩm, máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng đựơc áp
dụng cho nước giải khát, nuớc trái cây, bia, rượu, nước giải khát có ga, sữa,
mứt, các loại dung dịch thực phẩm cô đặc, v.v..
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
 Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác
nhờ bình định mức trước khi rót vào chai.
 Định lượng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng được chiết tới mức cố
định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi
chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất
kể thể tích của các chai có bằng nhau hay không. Ngoài ra còn sử dụng
ống thông hơi, chất lỏng đựoc chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ
dứng lại. Phương pháp nầy có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồng
đều của chai.
 Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai
trong khoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là
không đổi. phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp,
không yêu cầu độ chính xác định lượng.

Nhóm 2

Page12


Trong ba phương pháp định lượng cơ bản: theo bình định mức, định lượng theo
mức và định lượng theo thời gian chảy thì phổ biến nhất đối với sản phẩm lỏng
là hai phương pháp đầu.
Có 3 phương pháp chiết sản phẩm:
 Phương pháp rót áp suất thường: 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.
 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.
 CÁC CƠ CẤU CỦA MÁY CHIẾT RÓT
 Cơ cấu rót kiểu van
Cơ cấu rót kiểu van là một trong các cơ cấu đơn giản nhất, nó gồm có bình
lường có chia vạch, van ba ngã, ống thông hơi có thể dịch chuyển lên xuống
được, ống nối để nạp đầy bình lường và ống để rót thể tích đã đinh lượng vào
bao bì chứa.
Thể tích chất lỏng đi vào trong bình lường phụ thuộc vào vị trí đầu bên dưới của
ống thông
Nhóm 2

Page13


Hình 2.1: Cơ cấu rót kiểu van
Ở vị trí nạp, nút van ba ngã xoay nối ống dẫn chất lỏng trong bình chứa chảy
vào bình lường, đẩy không khí trong bình ra qua ống thông hơi. Khi đầu dưới
của ống ngập dưới mực chất lỏng thì không khí không thoát ra được nữa, chất
lỏng dâng lên cao hơn miệng ống một đoạn nhỏ, rồi dừng lại. Khoảng dâng cao
hơn miệng ống thông hơi phụ thuộc vào mực chất lỏng ở trong thùng chứa. Khi
đó áp suất không khí trong bình bị nén tới áp suất bằng với áp suất chất lỏng có
độ sâu tính từ mặt thoáng trong thùng chứa và mặt thoáng trong bình lường,
chất lỏng không chảy vào bình lường được nũa. Chất lỏng trong ống thông hơi
sẽ dâng lên và theo quy tắc bình thông nhau đến bằng mực chất lỏng ở trong
thùng chứa.
Ðể tháo chất lỏng vào bao bì chứa, xoay van ba ngã tới vị trí tháo. Chất lỏng
trong bình định lượng sẽ theo ống dẫn chảy xuống bao bì chứa bên dưới.
Thể tích chất lỏng trong bình có thể điều chỉnh bằng cách nâng hoặc hạ ống
thông hơi xuống.Tùy theo cách quay van mà những máy dùng cơ cấu rót này
thuộc loại quay tay, bán tự động và tự động. Chất lỏng chảy ra càng nhanh thì
năng suất máy càng lớn
Nhóm 2

Page14


 Cơ cấu rót tới định mức
Cơ cấu rót tới mức định trước: giai đoạn chuẩn bị, đang rót và hoàn tất rót
Hình 2.2: Cơ cấu rót tới định mức

 Cơ cấu rót có bình lường và van trượt
Cơ cấu rót có bình lường và van trượt được dùng trong ngành sữa, rượu, rượu
vang, và trong nhiều lãnh vực công nghiêp thực phẩm khác để rót sản phẩm
thực phẩm lỏng ít nhớt.
Trong thùng rót có bình lường, đáy bình vặn chặt với van trượt. Phần bên trên
của van trượt rỗng còn phần bên dưới đặc. Bên phần rỗng của van trượt có lỗ.
Van trượt di chuyển lên xuống được bên trong một ống lót lắp cố định dưới đáy
thùng. Ống lót có lỗ nối với ống dẫn sản phẩm vào bao bì.
Một lò xo lắp ở đáy bình chứa luôn luôn giữ cho van trượt ở vị trí thấp nhất. Khi
đó miệng của bình lường nằm bên dưới mặt thoáng chât lỏng trong bình chứa.
Khi nâng van trượt lên một khoảng (chu kỳ rót) thì bình lường chứa chất lỏng
được đưa lên cao hơn mặt thoáng trong bình chứa, đồng thời xảy ra sự trùng
khít các lỗ của van trượt và ống lót, nhờ đó chất lỏng ở trong bình lường chảy
Nhóm 2

Page15


vào vào bao bì chứa. Sau khi chảy hết chất lỏng thì bình lường được hạ xuống,
chất lỏng lại chảy vào đầy bình lường và chu trình làm việc sẽ lặp lại.
Lượng chất lỏng chảy vào trong bao bì bằng thể tích của bình lường, do đó khi
cần thay đổi định lượng phải thay đổi bình lường khác có thể tích thích hợp.

Hình 2.3: Cơ cấu rót chính xác có bình lường-van trượt

 Cơ cấu rót đẳng áp
Hình 2.4: Cơ cấu rót đẳng áp để rót chất lỏng có nạp khí
Ðể tránh tổn thất khi rót chất lỏng có nạp ga CO2 người ta sử dụng loại cơ cấu
rót đẳng áp. Chu trình làm việc của cơ cấu rót đẳng áp gồm:
Nhóm 2

Page16


nạp đầy khí vào bao bì, áp suất của khí bằng áp suất của chất lỏng đã nạp khí;
mở lỗ nạp chất lỏng;
chất lỏng chảy vào bao bì chứa không có chênh lệch áp suất mặt thoáng, chỉ
chảy nhờ chênh lệch cột áp;
nạp vào đầy bao bì đến mức chất lỏng đã định trước hoặc theo thời gian (thông
thường thì không có thiết bị định lượng ); đóng lỗ nạp chất lỏng.
Với qui trình nạp như vậy, sản phẩm trong chai còn giữ được hàm lượng khí
CO2 cần thiết. Thông thường quá trình rót đẳng áp được tiến hành ở nhiệt độ
thấp để giảm thiểu sự thoát CO2 ra khỏi sản phẩm lỏng.

 Cơ cấu rót chân không
Trong cơ cấu rót chân không hiện nay dùng van bi hoặc van trượt. Trong thân
của cơ cấu rót có hai rãnh. Một trong hai rãnh đó được nối với bơm chân không,
rãnh còn lại nối với bình chứa sản phẩm.
Ở vị trí đóng, van trượt (hoặc van bi) đóng cả hai đường thông với bơm chân
không và sản phẩm. Khi có chai đưa vào, van được nâng lên và quá trình rót bắt
đầu. Không khí trong chai được bơm chân không hút làm áp suất giảm. Khi đó
sản phẩm từ bình chứa sẽ chảy vào trong chai. Quá trình diễn ra liên tục đến khi
chai được nạp đầy sản phẩm. Khi đó đường ống hút khí sẽ bị ngắt khỏi bơm
chân không, bên trong chai được thông áp và sản phẩm ngừng chảy vào trong
chai. Tuy nhiên sẽ có một lượng nhỏ sản phẩm bị hút theo không khí, phần sản
phẩm nầy sẽ được tách ra ờ bình tách lỏng đặt trước máy hút chân không.
Thông thường người ta điều chỉnh lượng sản phẩm trong chai bằng cách sử
dụng ống thông áp có thể dịch chuyển được hoặc thay đổi thời gian hút chân
không

Nhóm 2

Page17


Cơ cấu rót chân không được dùng để rót các sản phẩm dễ hư hỏng hoặc giảm
chất lượng khi tiếp xúc với không khí, hoặc được sử dụng trong các trường hợp
các sản phẩm dễ rót và yêu cầu năng suất rót lớn, thời gian rót cho một chai
nhanh.

Hình 2.5: Máy chiết dạng băng chuyền thẳng

Hình 2.6: Máy chiết chai kiểu bàn quay
2.2 mục đích và phương pháp đo
a. mục đích
Mục đích việc đo và phát hiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc khối
lượng chất lưu trong bình chứa.
Nhóm 2

Page18


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. Trên hình
20.20 giới thiệu một số sơ đồ đo mức bằng phương pháp thuỷ tĩnh.

Nhóm 2

Page19


Hình 2.7: 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 1.1a, 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 (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 1.1b, 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:
Nhóm 2

Page20


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 1.1c, 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.

 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
Nhóm 2

Page21


(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 1.2b), 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.

a)

Cảm biến phát hiện ngưỡng

b) Cảm biến đo mức liên tục

Hình 2.8: Cảm biến đo mức bằng tia bức xạ
Chú thích:

1- Nguồn phát tia bức xạ
2- Bộ thu
3- Chất lưu

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.

Nhóm 2

Page22

2.3 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.

3. Nguyên lí hoạt động của hệ thống

Nhóm 2

Page23


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

Nhóm 2

Page24


CHƯƠNG 2:NỘI DUNG THỰC HIỆN
I.Yêu 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)
II.các hướng giải quyết.
2.1 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 siêu âm
Cảm biến quang , mức quang
Cảm biến tiệm cận

Cảm biến điện dung
Cảm biến mức dạng phao

2.2 Chi tiết về các loại cảm biến

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 một lượng ánh sáng chiếu vào.

Nhóm 2

Page25