THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY CHIẾT RÓT SƠN BÁN TỰ ĐỘNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY
CHIẾT RÓT SƠN BÁN TỰ ĐỘNG

Người thực hiện :
NGUYỄN TRẦN PHONG

MSSV: 09138011

LÊ THANH ĐIỀN

MSSV: 09138022

Ngành :

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Niên khoá: 2009-2013
LỚP:

DH09TD

i


THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CHIẾT RÓT SƠN BÁN TỰ
ĐỘNG

TÁC GIẢ

NGUYỄN TRẦN PHONG
LÊ THANH ĐIỀN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:
TH.S NGUYỄN BÁ VƯƠNG

Tháng 6 năm 2013
ii


LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành bài khoá luân tốt nghiệp như ngày hôm nay. Em đã nhận được
rất nhiều sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình của và TH.S NGUYỄN BÁ VƯƠNG trong suốt
thời gian qua. Cũng như từ Ban Giám Hiệu Nhà Trường ĐH NÔNG LÂM TP.HCM và
các thầy cô KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ.
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến BAN GIÁM HIỆU NHÀ
TRƯỜNG ĐH NÔNG LÂM TP.HCM và quý thầy cô KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ đã
dạy dỗ em trong suốt thời gian qua.
Em xin cảm ơn thầy cô bộ môn ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG đã nhắc nhở và tạo điều
kiện giúp đỡ em thực hiện đề tài này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy TH.S NGUYỄN BÁ
VƯƠNG đã nhiệt tình giúp đỡ em thực hiện đề tài này.
Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn trong lớp , trong khoa , trong trường đã nhiệt tình

ủng hộ, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện:
LÊ THANH ĐIỀN
NGUYỄN TRẦN PHONG

iii


TÓM TẮT

Đề tài mang tên : THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY CHIẾT RÓT
SƠN BÁN TỰ ĐỘNG.
Đề tài nêu lên một giải pháp giúp cải thiện quá trình lao động thủ công cho công
nhân trong công ty TNHH MỘT THÀNH VIÊN SƠN PETROLIMEX. Đề tài được thực
hiện tại NHÀ MÁY SƠN PETROLIMEX cùng với sự hướng dẫn của Th.S NGUYỄN
BÁ VƯƠNG.
Bao gồm các phần sau:
Nghiên cứu máy chiết rót tự động có sẵn trong công ty.
Chế tạo val đóng ngắt tự động điều tiết lưu lượng sơn.
Cân loadcell hiển thị LCD 16x2
Ứng dụng được AVR Atmega32 vào điều khiển val đóng ngắt tự động và xử lý
loadcell, hiển thị LCD.
Viết được chương trình điều khiển cho AVR Atmega32.
Vận hành chạy thử.
Kết quả đạt được:
Các mức khối lượng có thể chiết rót định lượng được của máy :
Năng suất đạt được : Năng suất 150 lon/h loại 2 kg
Sai số : 0.03kg

Giáo viên hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện:

TH.S NGUYỄN BÁ VƯƠNG

LÊ THANH ĐIỀN
NGUYỄN TRẦN PHONG

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iii 
TÓM TẮT .................................................................................................................. iv 
MỤC LỤC .................................................................................................................. v 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...................................................................................... viii 
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 
1.1. 

Đặt vấn đề .................................................................................................... 1 

1.2. 

Mục đích đề tài ............................................................................................ 2 

1.3. 

Giới hạn đề tài .............................................................................................. 2 

TỔNG QUAN TRA CỨU TÀI LIỆU ........................................................................ 3 
2.1. 

Các phương pháp định lượng....................................................................... 3 

2.2. 

Máy chiết rót sơn bán tự động IMMEA DOSATRICI SRL........................ 4 

2.3. 

Tra cứu các thiết bị, dụng cụ, linh kiện điện tử ........................................... 7 

2.3.1.  Loadcell .................................................................................................. 7 
2.3.2.  Mạch khuếch đại tín hiệu loadcell ........................................................ 17 
2.3.2.1 INA128 ( IC khuếch đại): .................................................................... 17 
1.1.1  2.3.3 Tìm hiểu opamp OP07: .............................................................. 20 
2.4. 

Xy lanh khí nén - hệ thống khí nén............................................................ 21 

2.5. 

Vi điều khiển avr Atmega 32 ..................................................................... 22 

2.5.1.  Giới thiệu chung và cấu tạo của Atmega 32 ......................................... 22 
2.5.2.  Các tính năng của AVR Atmega 32: .................................................... 27 
PHƯƠNG PHÁP PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ...................................... 28 
v

3.1. Thời gian địa điểm thực hiện ......................................................................... 28 
3.1.1. Thời gian ................................................................................................. 28 
3.1.2Địa điểm .................................................................................................... 28 
3.2 Phương pháp thực hiện ................................................................................... 28 
3.3. Phương tiện thực hiện .................................................................................... 28 
3.3.3. Thiết bị phần mềm được sử dụng ........................................................... 28 
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ............................................................................................... 29 
4.1. Tính toán và chọn mô hình ............................................................................ 29 
4.2. Dựng hình mô phỏng ..................................................................................... 30 
4.2.1 Mô hình máy ............................................................................................ 30 
4.2.2. Tính toán chọn chi tiết ............................................................................ 31 
4.3. Tính toán thiết kế phần cứng điện tử ............................................................. 36 
4.3.1. Sơ đồ khối cho chương trình................................................................... 36 
4.3.2. Mạch khuếch đại loadcell: ...................................................................... 37 
4.3.3. Thiết kế mạch nguồn cung cấp cho mạch:.............................................. 38 
4.3.4. Cổng mạch nạp cho vi điều khiển ........................................................... 38 
4.3.5. Kết nối LCD với vi điều khiển: .............................................................. 39 
4.3.6. Ngõ ra và ngõ vào set tín hiệu cùng với ngõ vào Analogue và ngõ ra
điều khiển .................................................................................................................. 40 
4.3.7. Kết nối thành mạch điều khiển ............................................................... 41 
4.3.8. Chế tạo mạch công suất .......................................................................... 43 
4.4. Thực hiện phần mềm ..................................................................................... 46 
KẾT QUẢ, KHẢO NGHIỆM,KẾT LUẬN ĐỀ NGHỊ ............................................ 51 
vi


5.1. Kiểm tra, chạy thử và hoàn thiện hệ thống .................................................... 51 
5.2. Thử nghiệm máy ............................................................................................ 51 

5.3. Kết quả - thảo luận ......................................................................................... 52 
5.3.1. Kết quả phần cơ khí sau khi hoàn thành ................................................. 52 
5.3.2. Kết quả phần điện sau khi hoàn thành .................................................... 53 
5.3.3. Mô hình máy sau khi hoàn thành ............................................................ 54 
5.3.4. Giao diện hiển thị qua LCD và chạy chương trình ................................. 57 
5.3.5. Kết quả khảo nghiệm .............................................................................. 59 
5.3.6. Thảo luận ................................................................................................ 60 
5.4. KẾT LUẬN ĐỀ NGHỊ .................................................................................. 61 
5.4.1. Kết luận ....................................................................................................... 61 
5.4.2. Đề nghị ........................................................................................................ 61 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 62 
PHỤ LỤC.................................................................................................................. 63 
Phụ lục 1 : Một số hình ảnh trong quá trình hoàn thành máy ........................... 63 
Phụ lục 2: Tìm hiểu phần mềm codevisionAVR ............................................. 67 
Phụ lục 3 : Chương trình điều khiển cho Atmega 32 ....................................... 72 

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Công nhân đang chiết rót sơn tại nhà máy sơn petrolimex........................ 3 
Hình 2.2: Máy chiết rót sơn bán tự động IMMEA DOSATRICI SRL...................... 4 
Hình 2.3: Máy chiết rót sơn bán tự động có gắn hệ thống đóng nắp thùng tự động. 5 
Hình 2.4: Máy chiết rót bán tự động bên phân xưởng sơn dầu nhà máy sơn
Petrolimex. .................................................................................................................. 6 
Hình 2.5: Máy chiết rót sơn bán tự động bên phân xưởng sơn nước nhà máy sơn
PETROLIMEX. .......................................................................................................... 7 
Hình 2.6: Cấu tạo loadcell. ........................................................................................ 8 
Hình 2.7: Các loại loadcell có bán trên thị trường. .................................................. 10 
Hình 2.8: Một số cách mắc loadcell......................................................................... 17 

Hình 2.9: INA128 .................................................................................................... 18 
Hình 2.10: Sơ đồ chân INA128 ............................................................................... 18 
Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo và kết nối cơ bản của INA128. ....................................... 19 
Hình 2.12: Trả giá trị cân về 0 bằng OP-07. ............................................................ 20 
Hình 2.13:Sơ đồ chân của OP07 .............................................................................. 21 
Hình 2.14: Các loại xy lanh có bán trên thị trường.................................................. 22 
Hình 2.15: Sơ đồ chân Atmega32. ........................................................................... 23 
Hình 2.16: Sơ đồ chân Atmega 32. .......................................................................... 24 
Hình 2.17: Cấu tạo trong Atmega 32. ...................................................................... 26 
Hình 4.1: Sơ đồ khối chung của máy chiết rót bán tự động. ................................... 29 
Hình 4. 2: Mô phỏng máy chiết rót bán tự động. ..................................................... 30 
viii


Hình 4.3: Tank loại 1000 lít trong công ty sơn Petrolimex. .................................... 31 
Hình 4.4: Mô phỏng val tiết lưu tư động. ................................................................ 32 
Hình 4.5: Mô phỏng kích thước val tiết lưu tự động 2D. ........................................ 34 
Hình 4.6: Hình mô phỏng cân loadcell. ................................................................... 35 
Hình 4.7: Sơ dồ khối phần điều khiển. .................................................................... 36 
Hình 4.8: Mạch khuếch đại loadcell. ....................................................................... 37 
Hình 4.9: Cấu tạo nguyên lý phần mạch nguồn. ...................................................... 38 
Hình 4.10: Mạch nạp trực tiếp trên board mạch. ..................................................... 39 
Hình 4.11: Kết nối LCD với vi điều khiển. ............................................................. 40 
Hình 4.12: Mạch xử lý tín hiệu On Off , Analogue và xuất tín hiệu điều khiển
solenoid. .................................................................................................................... 41 
Hình 4.13: Cấu tạo nguyên lý Board mạch điều khiển máy chiết rót bán tự động.. 41 
Hinh 4.14: Mạch in bottom. ..................................................................................... 42 
Hình 4.15: Mạch in top. ........................................................................................... 42 
Hình 4.16: Mạch nguồn cho mạch công suất........................................................... 43 
Hình 4.17: Nguyên lý mạch công suất. .................................................................... 44 

Hình 4.18: Layout mạch công suất top. ................................................................... 45 
Hình 4.19: Layout mạch công suất bot. ................................................................... 45 
Hình 4.20: Phân bố khối lượng quá trình định lượng. ............................................. 46 
Hình 4.21: Sơ đồ khối cho code điều khiển máy chiết rót. ...................................... 50 
Hình 5.1: Van tiết lưu điều tiết lưu lượng tự động. ................................................. 52 
Hình 5.2: Đấu nối cho phần solenoid điều khiển xy lanh. ....................................... 53 
Hình 5.3: Cân loadcell. ............................................................................................ 53 
ix


Hình 5. 4: Mạch điều khiển sau khi hoàn thành. ..................................................... 54 
Hình 5.5: Mạch công suất sau khi hoàn thành. ........................................................ 54 
Hình 5.6: Mô hình máy chiết rót bán tự động chạy với tải là nước. ........................ 55 
Hình 5.7: Máy đang chạy với tải là nước................................................................. 56 
Hình 5.8: Mô hình chạy khảo nghiệm với tải là sơn................................................ 57 
Hình 5.9: Giao diện hiển thị qua LCD. .................................................................... 58 
Hình 5.10: Hộp điều khiển. ...................................................................................... 58 
Hình 7.1: Van 5/2 kích cho xy lanh sử dụng nguồn 12:24V ................................... 63 
Hình 7.2: Mạch điều khiển hoàn chỉnh. ................................................................... 63 
Hình 7.3: Hộp điều khiển. ........................................................................................ 64 
Hình 7.4: Thử nghiệm ban đầu với tải là nước. ....................................................... 64 
Hình 7.5: Máy khảo nghiệm với sơn. ...................................................................... 65 
Hình 7.6: Sơn thành phẩm trong công ty PETROLIMEX....................................... 65 
Hình 7.11: Hai phân xưởng của công ty PETROLIMEX. ....................................... 66 
Hình 7.12: Công ty sơn PETROLIMEX PAINT. .................................................... 66 

x


CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề

Xã hội ngày càng phát triển. Máy móc dần thay thế lao động bằng tay chân. Vì thế
chất lượng cuộc sống ngày một tăng cao. Nhưng để đáp ứng được nhu cầu ngày một tăng
cao thì con người phải thay đổi cách tư duy và cách làm việc. Và hơn hết mục đích cuối
cùng là để tăng năng suất và sự an toàn về tính mạng cho con người. Nước ta mặc dù là
nước có tốc độ phát triển cao nhưng suy cho cùng vẫn đi sau các nước khác đến vài chục
năm. Nên việc nghiên cứu và cải tiến công việc là vô cùng cần thiết. Hiện tại công ty
TRÁCH NHIỆM HỮU HẠN MỘT THÀNH VIÊN SƠN PETROLIMEX đã mua hai máy
chiết rót sơn tự động cho hai xưởng sơn nước và sơn dầu. Nhưng chỉ có máy chiết rót sơn
tự động bên xưởng sơn nước là được dưa vào hoạt động chính thức. Còn lại máy bên
xưởng sơn dầu không đưa vào sử dụng do quá trình vệ sinh của hai phân xưởng là hoàn
toàn khác nhau. Do xưởng sơn dầu nhất thiết phải vệ sinh bằng dung môi để hòa tan sơn
còn đóng bên trong thành máy. Nên việc vệ sinh máy chiết rót bên xưởng sơn dầu là rất
khó khăn, và tốn kém do giá của dung môi đắt tiền.Vì thế việc nghiên cứu chế tạo máy
chiết rót sơn bán tự động được thực hiện để giảm lượng dung môi cũng như thời gian vệ
sinh.
Nhằm mục đích nghiên cứu những vấn đề mới trong khoa học – kỹ thuật trên cơ sở
ứng dụng những kiến thức được trang bị trong những năm học ở trường. Đề tài đã được
thực hiện tại công ty TRÁCH NHIỆM HỮU HẠN MỘT THÀNH VIÊN SƠN
PETROLIMEX.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã cố gắng nhưng sẽ không tránh khỏi
những thiết sót cũng như về phần nội dung trình bày trong bài báo cáo này. Bài báo cáo
này là thành quả của suốt quá trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy
NGUYỄN BÁ VƯƠNG.

1

1.2.

Mục đích đề tài

Đề tài thực hiện nhằm mục tiêu thiết kế thi công giám sát máy chiết rót định lượng
sơn bằng vi điều khiển.
Phương pháp này sẽ thay thế phương pháp định lượng bằng thủ công của công nhân
trong công ty. Khi cân, sơn sẽ được định lượng một cách tự động theo các thông số cài
đặt sẵn một cách liên tục và chính xác. Năng suất và hiệu quả công việc sẽ được tăng lên.
Để tiết kiệm kinh phí đề tài sẽ thực hiện trên một số thiết bị có sẵn trong công ty.
1.3.

Giới hạn đề tài

Đề tài thực hiện để định lượng cho sản phẩm sơn cho công ty. Vì có nhiều loại khối
lượng khác nhau cần được định lượng nhưng do giới hạn thời gian và khả năng của người
thực hiện nên đề tài chỉ được áp dụng cho một số khối lượng nhất định. Khi cần sẽ cải
tiến sau.

2


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN TRA CỨU TÀI LIỆU
2.1.

Các phương pháp định lượng

Định lượng bằng khối lượng:
Phương pháp này sử dụng khối lượng sơn rót vào thùng hoặc lon để định lượng. Sơn
được rót vào thùng (lon) được đặt trên cân. Khi đủ khối lượng yêu cầu thì đóng val và kết
thúc quá trình. Đối với phương pháp này người định lượng không cần chú ý đến độ nhớt
cũng như sự dãn nở thể tích do nhiệt hoặc các tác nhân làm thay đổi thể tích khác.

Hình 2.1: Công nhân đang chiết rót sơn tại nhà máy sơn petrolimex.
3


Định lượng bằng thể tích:
Phương pháp này sử dụng một thùng hoặc một khoan chứa hoặc một xy lanh chứa
một thể tích xác định. Sơn sẽ được rót vào đúng thể tích của vật chứa trung gian này rồi
mới được rót vào thùng (lon). Phương pháp này có ưu điểm là nhanh nhưng có do thể tích
từng loại mặt hàng khác nhau lại khác nhau nên việc này không linh động trong việc thay
đổi thể tích trên cùng một máy, cùng một mẻ sản xuất.
Qua việc tham khảo hai cách định lượng trên cùng với việc hiện tại công ty TNHH
MTV SƠN PETROLIMEX đã và đang sử dụng cách định lượng bằng khối lượng. Nên đề
tài của chúng em xin chọn cách chế tạo máy chiết rót sơn theo phương pháp định lượng
bằng khối lượng.
2.2.

Máy chiết rót sơn bán tự động IMMEA DOSATRICI SRL

Như trong phần đặt vấn đề đã nói thì để thực hiện được đề tài này cần tham khảo
một số máy có sẵn tương tự với mục đích của đề tài. Nên ta tham khảo một số máy chiết
rót sơn bán tự dộng định lượng theo phương pháp định lượng khối lượng có trong công
ty. Cụ thể là máy IMMEA DOSATRICI SRL Via Bellino 27 25038 Rovato (BS)
ITALIA. Đây là máy hoàn toàn nhập từ nước ngoài.

Hình 2.2: Máy chiết rót sơn bán tự động IMMEA DOSATRICI SRL.
4


Các thành phần chính cấu tạo nên máy :
1.

Hộp điều khiển: điều khiển quá trình làm việc của máy đảm bảo máy chạy

đúng theo yêu cầu.
2.

Màn hình hiển thị khối lượng của tải với quá trình công việc, cùng với bộ

nút nhấn cài đặt khối lượng và các mode khác.
3.

Nút nhấn điều khiển On Off và nút tắt khẩn cấp.

4.

Phần cân: dùng để cân khối lượng sơn cần định lượng.

5.

Khung máy.

6.

Thùng chứa sơn.

7.

Val chiết rót sơn, chiết rót sơn từ tank đến thùng chứa sơn.

Ngoài ra một số máy định lượng cho thùng lớn trên 15kg có gắn thêm hệ thống đóng
nắp tự động.

Hình 2.3: Máy chiết rót sơn bán tự động có gắn hệ thống đóng nắp thùng tự động.

5


Về nguyên lý: Sơn từ tank chứa sẽ đi qua val điều tiết lưu lượng tự động chảy xuống
thùng chứa và được cân trên bàn cân tự động. Cân sẽ gửi tín hiệu điện về hộp điều khiển
để điều khiển quá trình. Cụ thể quá trình chia làm 3 giai đoạn giai đoạn. Giai đoạn 1 tốc
độ chảy là 100%, khi gần đầy thì chuyển qua giai đoạn 2 là giảm tốc độ chảy xuống còn
50%. Cuối cùng là giai đoạn 3 là giảm tốc độ xuống còn dưới 25% cho đến khi đạt đủ
khối lượng yêu cầu. Việc giảm lưu lượng hay đóng ngắt thực tế là do việc đóng mở 2 xy
lanh trên van điều tiết lưu lượng để giảm lưu lượng sơn chảy xuống thùng. Hiện máy
chiết rot sơn này đang thực hiện rất tốt trong việc chiết rót sơn bên phân xưởng sơn nước
của công ty, việc vệ sinh cũng rất dễ dàng do dung môi vệ sinh đơn giản chỉ là nước.

Hình 2.4: Máy chiết rót bán tự động bên phân xưởng sơn dầu nhà máy sơn
Petrolimex.

6


Hình 2.5: Máy chiết rót sơn bán tự động bên phân xưởng sơn nước nhà máy sơn

PETROLIMEX.
2.3.
Tra cứu các thiết bị, dụng cụ, linh kiện điện tử
2.3.1.

Loadcell

Đề tài được thực hiện theo phương pháp định lượng theo khối lượng nên thiết bị đầu
tiên cần được tìm hiểu là loadcell. Là thành phần đo khối lượng sơn để đưa vào hộp điều
khiển.
Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu
điện. Trong loadcell có gắn nhiều “strain gauge”.
Khái niệm“strain gage”: Là cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của
lực tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này.
Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên
chậm. Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào
thiết kế của Loadcell.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo:
Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage" và
thành phần còn lại là "Load". Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay,
7


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” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.

Hình 2.6: Cấu tạo loadcell.
Nguyên lý hoạt động:
Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Giá trị lực tác

dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đó trả về tín hiệu điện
áp tỉ lệ.
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.
8


- Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp
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 loadcell 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.
Phân loại:
Có thể phân loại loadcell như sau:
- Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịu nén
(compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (TensionLoadcell) .
- Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu,dạng chữ S.
- Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn.

9


Hình 2.7: Các loại loadcell có bán trên thị trường.
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.
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:
10


Các tế 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 load cell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động
hóa trong công nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm.
Hệ thống hoạt động:
+ 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.
Các loại Loadcell cơ bản
Loadcell tương tự:
a)Khái niệm
Loadcell cảm biến sức căng, biến đổi thành tín hiệu điện gọi là loadcell tương tự.
Tín hiệu này được chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo lường như bộ chỉ
thị.
Mỗi loadcell tải một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V. Đầu ra kết hợp được tổng hợp
dựa trên kết quả của đầu ra từng Loadcell. Các thiết bị đo lường hoặc bộ hiển thị khuyếch
đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực
11


hiện tính toán chỉnh định và đưa kết quả đọc được lên màn hình. Đa phần các thiết bị hay

bộ hiển thị hiện đại đều cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác như máy tính hoặc
máy in.
b) Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm:
Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực tế, với những tham số
xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từng ứng dụng của người dùng.
Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của
ứng dụng.
Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạng uốn (bending), dạng nén (compression)
Nhược điểm:
Tín hiệu điện áp đầu ra của loadcell rất nhỏ (thường không quá 30mV). Những tín
hiệu nhỏ như vậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu trong công nghiệp như:
Nhiễu điện từ: sinh ra bởi quá trình truyền phát các tín hiệu điện trong môi trường xung
quanh, truyền phát tín hiệu vô tuyến điện trong không gian hoặc do quá trình đóng cắt của
các thiết bị chuyển mạch công suất lớn.
Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: do thay đổi thất thường của nhiệt độ môi
trường tác động lên dây cáp truyền dẫn.
Do đó, để hệ thống chính xác thì càng rút ngắn khoảng cách giữa loadcell với thiết
bị đo lường càng tốt. Cách giải quyết thông thường vẫn dùng là giảm thiểu dung sai đầu
ra của Loadcell. Tuy nhiên giới hạn của công nghệ không cho phép vượt quá con số mong
muốn quá nhỏ. Trong khi nối song song nhiều loadcell với nhau, mỗi loadcell tải với một
đầu ra độc lập với các loadcell khác trong hệ thống, do đó để đảm bảo giá trị đọc nhất
quán, ổn định và không phụ thuộc vào vị trí, hệ thống yêu cầu chỉnh định đầu ra với từng
loadcell riêng biệt. Công việc này đòi hỏi tốn kém về thời gian, đặc biệt với những hệ
thống yêu cầu độ chính xác cao hoặc trong các ứng dụng khó tạo tải kiểm tra như cân
tank, cân xilô.

12

Tín hiệu ra chung của một hệ nhiều Loadcell dựa trên cơ sở đầu các tín hiệu ra trung
bình của từng loadcell. Điều đó gây nên dễ xảy ra hiện tượng có loadcell bị lỗi mà không
được nhận biết. Một khi đã nhận ra thì cũng khó khăn trong việc xác định loadcell nào lỗi,
hoặc khó khăn trong yêu cầu sử dụng tải kiểm tra, hay yêu cầu sử dụng các thiết bị đo
lường như đồng hồ volt-ampe với độ chính xác cao, đặc biệt trong điều kiện nhà máy
đang hoạt động liên tục.
Thực tế còn rất nhiều yếu tố khác liên quan đến độ chính xác của hệ thống cân như:
- Quá trình chỉnh định hệ thống.
- Nhiễu rung và ồn.
- Do tác dụng chuyển hướng lực trong các cơ cầu hình ống.
- Quá trình phân tích dò tìm lỗi.
- Thay thế các thành phần trong hệ thống cân hoặc các hệ thống liên quan.
- Đi dây cáp tín hiệu dài.
- Môi trường hoạt động quá kín .
Không thể tính toán được trước các yếu tố ảnh hưởng này để có thể mô hình hóa
trong quá trình phân tích và thiết kế. Trong khi đó điều kiện làm việc ở mỗi nơi rất khác
nhau, thiết bị đo ở cách xa cảm biến, tín hiệu truyền dẫn yếu, dễ bị tiêu hao và nhiều loại
nhiễu tác động, đặc biệt với môi trường làm việc khắc nghiệt trong nhà máy và xí nghiệp.
Tín hiệu đưa về đến thiết bị đolường khó phản ảnh trung thực giá trị thực tế.
Trong khi đó, các bộ hiển thị hiện nay thường dùng hệ vi xử lý tốc độ thấp,năng lực
tính toán không cao, ít thiết bị tích hợp các thuật toán xử lý chỉnh định các số liệu thu thập
về, hoặc nếu có còn ở mức độ đơn giản. Do các bộ hiển thị sử dụng nhiều loadcell khác
nhau nên các thuật toán chỉnh định chỉ mang tính tương đối, không triệt để, đặc biệt là
chưa có thiết bị nào tích hợp tính năng bù sai lệch do nhiệt độ. Chức năng lọc nhiễu điện
từ trường cho tín hiệu đo của các thiết bị này còn rất kém. Một yếu điểm nữa là tần số lấy
mẫu thấp, do đó không thể áp dụng trong các ứng dụng mà lực tác dụng biến đổi nhanh
(cân động) như các hệ thống cân bằng liên tục.
Loadcell số:
13

a) Khái niệm, sự ra đời
Thời gian ra đời: Từ cuối những năm 1970.Về cơ bản loadcell số là sự tích hợp giữa
loadcell tương tự với công nghệ điện tử hiện đại.Ban đầu, khi khái niệm loadcell số mới
ra đời, nhiều người hiểu lầm là các loadcell số có các phần tử điện tiêu hao thấp có thể
được sử dụng để chuyển đổi một loadcell chất lượng thấp lên một loadcell chất lượng cao.
Thực tế thì ngược lại, mỗi loadcell số đơn giản cũng mang trong nó một cấu trúc khá
phức tạp.
- Thứ nhất: Phải có một loadcell cơ bản với độ chính xác, độ ổn dịnh và khả năng
lặp lại rất cao trong mọi điều kiện làm việc.
- Thứ hai: Phải có một bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) 16 đến 20 bit tốc độ cao để
chuyển đổi tín hiệu điện tương tự sang dạng số.
- Thứ ba: Phải có hệ vi mạch xử lý để thực hiện điều khiển toàn bộ quá trình chuyển
đổi từ tín hiệu lực đo được thành dữ liệu số thể hiện trung thực nhất và giao tiếp với các
thiết bị khác để trao đổi thông tin.
b) Hoạt động:
Tín hiệu điện áp từ cầu điện trở của loadcell chính xác cao được đưa đến đầu vào
của mạch tích hợp sẵn, bao gồm cả phần khuyếch đại, bộ giải điều chế, một ADC tốc độ
cao 20 bit và bộ lọc số. Một cảm biến nhiệt độ tích hợp sẵn được sử dụng để đo nhiệt độ
thực của loadcell phục vụ cho việc bù sai số do nhiệt độ. Dữ liệu từ ADC, cảm biến nhiệt
độ cùng với các thuật toán trong phần mềm và một số phần cứng bổ sung tích hợp sẵn có
chức năng tối ưu hóa xử lý các sai số do không tuyến tính, bù sai đường đặc tính, khả
năng phục hồi trạng thái và ảnh hưởng của nhiệt độ được vi xử lý tốc độ cao xử lý. Dữ
liệu kết quả đầu ra được truyền đi xa qua cổng giao tiếp theo một giao thức nhất định. Các
module điện tử này có thể được đặt ngay trong loadcell, loadcell cable hoặc trong hộp
junction box. Các đặc tính tới hạn của từng loadcell được đặt trong EEPROM nằm trong
module của loadcell đó, điều đó cũng có nghĩa là mọi vấn đề xử lý sai số được thực hiện
ngay tại loadcell, với chính loadcell đó, cũng có nghĩa là phép bù sai số được thực hiện
khá triệt để.
14

Một hệ thống số điển hình bao gồm một số các loadcell số nối với máy tính, PLC
hoặc thiết bị đo như bộ hiển thị. Bên trong hệ thống, mỗi loadcell độc lập có thể được
nhận dạng bằng địa chỉ làm việc của nó. Địa chỉ làm việc đó có thể được cài đặt do người
lập trình thông qua một hoặc nhiều địa chỉ cung cấp bởi nhà máy. Thông thường địa chỉ
“0” được sử dụng như là một địa chỉ làm cho tất cả các loadcell trả lời, trong khi các số
nối tiếp của loadcell có thể được sử dụng để yêu cầu một địa chỉ xác định.
Các loadcell số hoạt động trên một chương trình điều khiển kiểu Master/Slave, ở đó định
nghĩa một thiết bị (thường là PC hoặc indicator) là master trên mạng. Có hai chế độ hoạt
động chính: Master giám sát tất cả các quá trình truyền phát bằng cách giao tiếp với từng
slave một cách tuần tự, hoặc master gửi dữ liệu yêu cầu các slave trả lời theo địa chỉ tuần
tự. Chế độ thứ nhất có ưu điểm trong sự mềm dẻo và nắm bắt lỗi, trong khi chế độ hai
hướng đến tốc độ giao tiếp. Hầu hết các loadcell số kết nối theo chuẩn RS485 hoặc
RS422. Cả hai kiểu giao thức đều có các đặc tính tương tự nhau cung cấp một môi trường
multi-drop. Việc giao tiếp giữa các thiết bị nối trên mạng dựa trên giao thức quy định bởi
nhà sản xuất. Có lẽ điểm khác biệt quan trọng nhất giữa hệ thống loadcell tương tự và số
là mặc dù nối với nhau nhưng mỗi loadcell số hoạt động như là một thiết bị độc lập.
c) Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm:
- Tín hiệu ra số “khỏe”, rất ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ hoặc thay đổi nhiệt độ
thất thường trên đường dây cable dẫn.
- Khoảng cách dây cáp dẫn có thể kéo dài đến 1200m.
- Dễ dàng thay thế loadcell.
- Dữ liệu số có thể xử lý trực tiếp bằng máy tính, PLC hoặc trên bộ hiển thị khi cần.
- Mỗi loadcell là một thiết bị hoạt động độc lập trong hệ thống, do đó có thể mở
rộng cấu trúc dễ dàng.
- Có thể thực hiện tối ưu hóa hệ thống dễ dàng qua phân tích từng thành phần tích
hợp.

15