Bài tập lớn đo lường và cảm biến: Phân tích và xây dựng hệ thống đóng bao xi măng tự động

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.38 MB, 33 trang )

Bộ Môn ĐLĐK

BÀI TẬP LỚN
ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
---------ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
ĐÓNG BAO XI MĂNG TỰ ĐỘNG
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN
1. NGUYỄN VĂN ĐẠO
2. VŨ MINH NGỌC
3. VŨ XUÂN LĨNH
4. PHẠM VĂN NAM
5. PHẠM THỊ KHUYÊN

NHÓM 9

TRANG 1

Bộ Môn ĐLĐK

Ý kiến nhận xét của giáo viên:...............................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

NHÓM 9

TRANG 2

Bộ Môn ĐLĐK

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

Từ những năm 70, nhu cầu xi măng cho xây dựng công
nghiệp, cơ sở hạ tầng và nhà ở tăng lên nhanh chóng trên thế
giới ,đặc biệt là sự bùng nổ về đầu t phát triển công nghiệp xi
măng tại các nớc đang phát triển. Mặt khác để đáp ứng yêu
cầu ngày càng cao của khách hàng về chất lợng, tính đa dạng
của xi măng và yêu cầu khắt khe về môi trờng, tiết kiệm năng
lợng do giá nhiên liệu tăng nhanh sau cơn sốc dầu lửa, các nhà
nghiên cứu, thiết kế công nghệ và chế tạo thiết bị không
ngừng đầu t vào việc cải tiến, đổi mới công nghệ và thiết bị
xi măng ngày càng tiên tiến và có hiệu quả cao.
Vit Nam l t nc cũn nghốo, kinh t v khoa hc k thut cũn phỏt
trin rt chm, song trong bi cnh phỏt trin kinh t chung ca khu vc v vi
chớnh sỏch m ca ỳng n ca ng v nh nc, th trng Vit Nam ó v
ang thu hỳt vn u t ca nc ngoi ngy cng nhiu, trong ú cú ngnh xi
mng. Tha hng nhng thnh tu mi nht ca cụng ngh v thit b sn xut
xi mng trờn th gii nhng mn gn õy, tng cụng ty xi mng Vit Nam dó
nhanh chúng tip cn v ng dng vo cỏc cụng trỡnh xi mng ln mi c u
t v ó mang li hiu qu kinh t k thut rừ rt ngang tm vi cỏc nc trong
khu vc.
Hin nay, k thut in, in t trờn th gii ang phỏt trin rt mnh m.
Cỏc thnh tu ca k thut ó thỳc y sn xut phỏt trin theo xu hng t
ng húa cao. Trong cỏc h thng t ng húa mi quỏ trỡnh u c c trng
bi cỏc bin trng thỏi. Cỏc bin trng thỏi ny thng l cỏc i lng khụng
in nh nhit , ỏp sut, lu lng, khi lng, v trớ, tc v.v... thc
hin cỏc quỏ trỡnh o lng v iu khin cn phi thu thp cỏc thụng tin, o
c, theo dừi s bin thiờn ca cỏc bin trng thỏi ca quỏ trỡnh thc hin chc
nng trờn l cỏc thit b cm bin.
Cm bin l cỏc phn t nhy cm dựng bin i cỏc i lng o
lng, kim tra hay iu khin t trng thỏi ny sang trng thỏi khỏc thun tin
hn cho vic tỏc ng ca cỏc phn t khỏc. Cm bin l mt thit b chu tỏc

ng ca i lng cn o m khụng cú tớnh cht in v cho mt c trng
mang bn cht in (nh in tớch, in ỏp, dũng in, in tr ). Cm bin
thng dựng khõu o lng v kim tra.

NHểM 9

TRANG 4

Bộ Môn ĐLĐK

Các loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa các quá trình
sản xuất và điều khiển tự động các hệ thống khác nhau. Chúng có chức năng
biến đổi sự thay đổi liên tục các đại lượng đầu vào không điện thành sự thay đổi
các đại lượng đầu ra là đại lượng điện. Căn cứ vào các đại lượng đầu vào cảm
biến được phân ra các loại: cảm biến nhiệt độ, cảm biến quang, cảm biến trọng
lượng, cảm biến vị trí, lực, áp suất,…. Các thiết bị cảm biến đang dần trở thành
một phần không thể thiếu trong đời sống hiện đại của chúng ta.
Quá trình đóng bao xi măng là giai đọan cuối trong dây chuyền sản xuất
xi măng. Xi măng được sản xuất ra dưới dạng bột dễ hút ẩm và dễ bị hỏng dưới
sự tác động của nước. Ngoài ra, hầu hết các nhà máy xi măng đều được xây
dựng ở gần các nguồn nguyên liệu và xa nơi tiêu thụ nên quá trình vận chuyển xi
măng khó khăn. Do vậy việc đóng bao xi măng là rất cần thiết có ý nghĩa quan
trọng trong việc hoàn thành sản phẩm và bảo đảm chất lượng sản phẩm. Hệ
thống đóng bao xi măng tự động sử dụng một lượng lớn các cảm biến và được
điều khiển tự động bằng PLC. Do kiến thức còn hạn chế nên việc nghiên cứu hệ
thống đóng bao xi măng còn rất sơ sài, mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu các
cảm biến được sử dụng trong hệ thống. Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ
phía cô giáo và bạn đọc.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHÓM 9

TRANG 5

Bộ Môn ĐLĐK

1. ĐÔI NÉT VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG
Quy trình sản xuất xi măng:
Gồm 6 giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1: Khai thác mỏ.
- Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu.
- Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống.
- Giai đoạn 4: Nung Clinker.
- Giai đoạn 5: Nghiền xi măng.
- Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng.
1.1 Giai đoạn 1: Khai thác mỏ.
Xác định nguồn khoáng sản,thăm dò địa hình và đánh giá chất lượng.
1.2 Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu.
Đá vôi, đất sét, quặng sắt…được vận chuyển từ mỏ khai thác về nhà máy
thường ở dạng viên tảng có kích thước lớn, nên phải được đập nhỏ trước để tiện
cho việc nghiền, sấy khô, chuyển tải và tồn trữ.
Vật liệu sau khi được đập nhỏ và có độ hạt đồng đều nên giảm được hiện tượng
phân li của độ hạt khác nhau trong quá trình vận chuyển và tồn trữ, có lợi cho
việc tạo ra thành phần liệu sống và sự phối liệu được chính xác. Nhưng trong
sản xuất xi măng độ hạt của vật liệu là hạt vừa, nếu hạt quá nhỏ sẽ làm cho hệ
thống đập nhỏ phức tạp thêm
- Máy đập nhỏ:
+ Đập nhỏ là quá trình làm giảm nhỏ độ hạt của vật liệu bằng phương pháp

cơ học.
+Trước đây, đập nhỏ được chia làm 3 giai đoạn là đập thô, đập vừa và đập
nhỏ. Hiện nay chỉ áp dụng một giai đoạn đập nhỏ đã đạt được đường kính hạt là
1100mm, có khi còn nhỏ hơn 25mm. Như vậ, hệ thống đập nhỏ đã được đơn
giản đi rất nhiều, không những giảm được vốn đầu tư, giảm ô nhiễm mà còn
nâng cao hiệu suất lao động.
- Thiết bị đập nhỏ:
+ Có nhiều kiểu thiết bị đập nhỏ như: kiểu hàm, kiểu cối xay, kiểu trục cán,
kiểu búa…Tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế và trình độ kỹ thuật của từng nước
mà sử dụng thiết bị đập nhỏ phù hợp để mang lại hiệu quả kinh tế cao và dễ vận

NHÓM 9

TRANG 6

Bộ Môn ĐLĐK

hành, sửa chữa.
+ Thường thì các nhà máy sử dụng máy đập nhỏ kiểu búa đơn quay để đập
nhỏ đá vôi, Mergel, than, Clinker…Ưu điểm của loại máy này năng lực sản xuất
lớn, tỉ suất đập nhỏ cao, cấu tạo đơn giản, thân máy nhỏ, độ hạt đồng đều, dễ
thay thế linh kiện. Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm là: đầu búa, rãnh
răng lược, tấm lót chống bị mài mòn; khi sản xuất tạo nhiều bụi; không thích
hợp đập nhỏ các vật liệu bị ẩm ướt hoặc vật liệu dính.
1.3 Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống.
- Sấy phối liệu sống:
+ Phối liệu đã được định lượng gồm đá vôi, đất sét sẽ được nạp vào máy
nghiền đứng. Tại đây phối liệu được nghiền và sấy khô bằng khí thải từ lò nung.
Sau khi sấy thì lượng nước có trong nguyên liệu, chủ yếu là trong đất sét giảm

xuống rất nhiều, tạo điều kiện cho các giai đoạn sau như nung Clinker, tồn trữ xi
măng.
- Nghiền phối liệu sống:
+ Sử dụng phương pháp nghiền bi để nghiền phối liệu sống, tỉ lệ chiều
dài và đường kính của máy nghiền bi là 3:1.
+ Đặc điểm của máy nghiền bi thép là:
1. Áp dụng rộng rãi trong việc nghiền vật liệu rắn, năng lực sản xuất lớn.
2. Khi độ hạt liệu vào là 20 ÷ 30mm thì độ nhỏ của sản phẩm có thể đạt tới
0,1mm.
3. Có thể tiến hành nghiền, sấy cùng một lúc.
4. Kết cấu đơn giản, dễ kiểm tra, dễ thay thế linh kiện.
5. Vận hành tốt.
6. Phát ra tiếng ồn khá lớn khi vận hành, tiêu hao nhiều năng lượng trong
một đơn vị sản xuất.
1.4 Giai đoạn 4: Nung Clinker.
Clinker là sản phẩm nung thiêu kết ở 1450oC của đá vôi, đất sét và một số
phụ gia điều chỉnh.
Nung Clinker xi măng là khâu then chốt trong sản xuất xi măng. Nhiệt độ của
vật liệu từ 1300 ÷ 1450 ÷ 1300oC là tiến hành nung Clinker. Khi nhiệt độ của
vật liệu đạt mức trên thì các chất sắt nhôm 4 canxi, nhôm 3 canxi, oxit magie và
các chất kiềm bắt đầu nóng chảy; oxit canxi, silic 2 canxi hoà vào trong pha
lỏng.
Trong pha lỏng, oxit canxi, silic 2 canxi xảy ra phản ứng tạo thành silic 3
canxi, đây là quá trình hấp thụ vôi. Khi đạt 14500C vôi tự do được hấp thụ đầy
đủ.
Phản ứng:
2CaO.SiO2 + CaO → 3CaO.SiO2
Quá trình giảm nhiệt độ từ 1450→13000C là quá trình hoàn thiện tinh thể

NHÓM 9

TRANG 7

Bộ Môn ĐLĐK

Alite, cho tới 13000C thì pha lỏng bắt đầu đông kết, phản ứng tạo thành silic 3
canxi cũng kết thúc. Lúc này trong vật liệu còn một số oxit canxi chưa hoá hợp
với silic 2 canxi, gọi là oxit canxi tự do.
Sau khi nung thành Clinker phải tiến hành làm nguội. Mục đích là để tăng
chất lượng Clinker, nâng cao tính dễ nghiền, thu hồi nhiệt dư của Clinker, giảm
hao nhiệt, nâng hiệu suất nhiệt của hệ thống nung, giảm nhiệt độ Clinker, thuận
tiện cho việc tồn trữ, vận hành và nghiền Clinker.
1.5 Giai đoạn 5: Nghiền xi măng.
Sau khi làm nguội, Clinker được chuyển lên xilo Clinker. Từ đây, Clinker
được nạp vào máy nghiền xi măng cùng thạch anh và các phụ gia điều chỉnh; hệ
thống nghiền sơ bộ có thiết bị lọc bụi hiệu suất cao.
Mục đích của việc nghiên xi măng: có 2 mục đích
- Xi măng càng mịn thì càng tăng diện tích bề mặt.
- Tăng tính năng thuỷ phân hoá rất mạnh, nó bao bọc cát sạn trong bê tông
và dính kết lại với nhau.
Nhưng thực tế nếu nghiền quá mịn sẽ giảm sản lượng của máy nghiền, tăng
tiêu hao điện năng. Đồng thời, kích cỡ hạt càng mịn thì khi tồn trữ dễ mất đi
hoạt tính, giảm độ bền vững của bê tông. Vì vậy độ mịn của xi măng được
khống chế trong khoảng 88µm, dư trên rây khoảng 5→10%.
1.6 Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng.
Sau khi nghiền, xi măng chưa thể xuất xưởng ngay mà phải qua tồn trữ
trung gian. Nhiên liệu được cấp cho các vòi phun qua khâu trung gian,từ đây các
vòi phun sẽ cấp nhiên liệu để đóng bao.
Sau khi đóng bao các bao sẽ được vận chuyển về kho bằng băng tải, hoặc

được vận chuyển trực tiếp lên xe để vận chuyển đến nơi tiêu thụ.

NHÓM 9

TRANG 8

Bộ Môn ĐLĐK

2. PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG ĐÓNG
BAO XI MĂNG TỰ ĐỘNG
Xi măng dạng bột ở thùng chứa xi măng được đưa xuống buồng chứa
trung gian.Buồng chứa trung gian có chức năng chứa xi măng để cung cấp cho
vòi phun.Tại buồng chứa sử dụng các con cảm biến mức dạng tiếp điểm “level
switch” . khi xi măng bột dâng cao đến một độ cao nhất định,thì tiếp điểm của
cảm biến tác động. và khi xuống thấp quá cho phép thì cảm biến lại tác động để
xi măng từ thùng chứa nạp vào buồng chứa trung gian.
Mô hình như hình vẽ:

Cảm biến lưu
lượng level
switch

Buồng chứa
trung gian

Xi măng từ buồng chưá trung gian được đưa xuống các vòi phun.trên các
vòi phun được gắn các pistong khí nén và các van đóng mở để điều khiển lượng
xi măng qua vòi phun.Các vòi phun được gắn cảm biến vị trí tiệm cận proximity
switch để nhận biết vỏ bao xi măng được đưa vào phía dưới. Bên cạnh các vòi

phun là hệ thống đưa bao vào và kẹp mở miệng bao, khi vỏ bao đến phía dưới
NHÓM 9

TRANG 9

Bộ Môn ĐLĐK

vòi phun thì tác động lên cảm biến vị trí trên vòi phun,cảm biến này tác động lên
vòi phun. Vòi phun hạ xuống,mở các van trên vòi xả xi măng vào bao. Ở đây đặt
hệ thống cân sử dụng cảm biến trọng lượng Load cell dùng để đo trọng lượng
của bao. Tín hiệu ra của cảm biến tác động lên bộ điều khiển điều khiển các van
đóng mở vòi phun để các bao xi măng đạt được khối lượng định trước là 50kg
với sai số khoảng 0.5%.
Bao xi măng đã đủ khối lượng đưa tới khâu may bao. Bao may xong
thông qua hệ thống băng truyền đưa về kho lưu trữ hoặc đưa trực tiếp ra xe vận
chuyển đến nơi tiêu thụ.Trên băng tải đươc gắn cảm biến quang để xác định số
lượng xi măng đã được đóng gói.

Phần quay

Phần đứng
yên

1: Phễu cấp bột liệu
1.1, 1.2: Cơ cấu đóng mở phễu nhiên liệu.
2: Cảm biến mức dạng tiếp điểm điều khiển cơ cấu đóng
mở phễu

NHÓM 9

TRANG 10

Bộ Môn ĐLĐK

3. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Thùng chứa xi
măng bột

Computer

Buồng đựng
xi măng
trung gian

Vòi phun

đưa bao
vào

Khâu cân

may bao

NHÓM 9

Cấp chuyển đổi
mạch giao tiếp

Điều khiển đóng
mở các pittong khí
nén, các van

PLC

Bộ phận truyền
nhập dữ liệu

Băng tải

Kho chứa

TRANG 11

Bộ Môn ĐLĐK

4. CẢM BIẾN SỦ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
Hệ thống sử dụng nhiều cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Dưới đây là
các cảm biến được sử dụng trong hệ thống:
1. cảm biến trọng lượng (load cell)
2. cảm biến vị trí (hall hoặc cảm biến điện trở)
3. cảm biến mức dạng tiếp điểm ( level switch)
4. cảm biến quang. (loại phản xạ hoặc thu phát độc lập)
a. Cảm biến: thu nhận và biến đổi sự thay đổi của đại lượng không điện
thành
sự thay đổi của đại lượng điện đầu ra.
Mạch đo: gia công tín hiệu từ khâu chuyển đổi cho phù hợp với cơ cấu chỉ

thị. Bao gồm : khuếch đại, dịch mức, lọc, phối hợp trở kháng
Cơ cấu chỉ thị: hiển thị kết quả đo ( Số, kim, điện tử ).
Đại lượng
Không điện

X

CẢM
BIẾN

Y

Đại lượng điện

Quan hệ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra của cảm biến được biểu diễn :
Y = f(X)
Nếu xuất hiện nhiễu, thì Y = f(X, X1, X2,…, Xn)
Trong đóX1, X2,…là những đại lượng nhiễu, ở điều kiện lý tưởng thì
các nhiễu này bằng 0.
b. Ngưỡng độ nhạy và giới hạn đo.
Ngưỡng độ nhạy là độ biến thiên lớn nhất của ngõ vào mà ngõ ra chưa
thay đổi
Y = f(X + ∆0) Æ ∆0 càng nhỏ càng tốt
Giới hạn đo là phạm vi biến thiên ngõ vào mà phương trình chuyển đổi
còn nghiệm đúng. Khi lựa chọn cảm biến phải chọn cảm biến có giới hạn đo lớn
hơn hoặc bằng khoảng muốn đo.
c. Độ tuyến tính.
Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải đo
đó độ nhạy không phụ thuộc vào giá trị đo.Nếu cảm biến không tuyến tính,
người ta sử dụng các mạch đo để hiệu chỉnh thành tuyến tính gọi là sự tuyến tính

hóa.
d. Sai số.
Là sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo được gồm sai số tuyệt đối và sai số
tương đối

NHÓM 9

TRANG 12

Bộ Môn ĐLĐK

4.1. CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG ( LOAD CELL)
4.1.1 Vài nét về cảm biến biến dạng strain gage:

Hình ảnh cảm biến biến dạng strain gage
Cảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất ρ (thường dùng
hợp kim của Niken) có chiều dài l và có tiết diện s, được cố định trên một phiến
cách điện như hình vẽ:

Khi đo một biến dạng của một bề mặt dùng strain gage, người ta dán chặt
strain gage lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt thiết bị biến dạng thì strain
gage cũng bị biến dạng. Điện trở của cảm biến:

Khi cảm bến bị biến dạng do kích thước của dây dẫn bị thây đổi nên điện
trở của cảm biến thay đổi một lượng ΔR:

Trong đó Δl là biến thiên chiều dài dây dẫn, Δρ là biến thiên điện trở suất
của dây dẫn, và Δs là biến thiên tiết diện dây dẫn, R là điện trở cảm biến khi
chưa bị biến dạng.

NHÓM 9

TRANG 13

Bộ Môn ĐLĐK

Biến dạng dọc của dây dẫn kéo theo biến dạng ngang của dây. Nếu dây
dẫn hình chữ nhật có các cạnh a,b hoặc dây dẫn tròn có đường kính d thì quan
hệ giữa biến dạng dọc và ngang của dây như sau:

Trong đó v là hệ số Poisson. Trong vùng đàn hồi , v ≈0,3. tiết diện s của
dây s = a.b = Π.l2/4 nên :

Sự thay dổi của điện trở suất của dây dẫn theo quan hệ:

Trong đó C là hằng số Bridman. V = l.s. ΔV là thể tích và lượng biến thiên
thể tích của dây dẫn.
Từ đó ta được:

Với K = ( 1 + 2v + C – 2Cv ).
- Mạch đo dùng strain gage :
Trường hợp dùng 2 strain gage thì Rx1 sẽ là strain gage nén
( Rx1 = R - ΔR), Rx2 là strain gage giãn ( Rx2 = R + ΔR).
Mạch đo:

a. Mạch đo dùng một strain gage

b. Mạch đo dùng 2 strain gage

mạch a điện áp V0 là:

Mạch đo 2 điện áp V0 là:

NHÓM 9

TRANG 14

Bộ Môn ĐLĐK

4.1.2 Cảm biến trọng lượng load cell:
a. Cấu tạo load cell
- load cell là một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không
gỉ được xử lí đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage. Khi vật chứng bị biến
dạng dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào load cell thì có thể 2 hoặc 4
strain gage bị tác động. tùy vào dạng của vật chứng ta có các loại load cell.

Các strain gage trong load cell được kết nối thành một mạch cầu
Wheastone như hình vẽ. các strain gage trong mạch cầu có tác dụng bù ảnh
hưởng của nhiệt độ.

NHÓM 9

TRANG 15

Bộ Môn ĐLĐK

Kết nối các strain gage trong load cell
Khi không bị tác động, điện trở của các strain gage bằng nhau, cầu ở trạng
thái cân bằng. khi bị tác động, vật chứng bị biến dạng, các strain gage thay
đổi điện trở làm cầu bị lệch và xuất hiện ở ngõ ra một điện áp V0.
+ khi load cell cos 2 strain gage tích cực ( R2, R4 giãn, R1, R3 cố định)

Thường thì giá trị của ΔR << R nên biểu thức trên có thể viết lại :

+ khi load cell có 4 strain gage tích cực (R1 =R4 =R+ΔR, R1 =R3=R+ ΔR)
điện áp ra của cầu V0:

Từ đây ta thấy điện áp ngõ ra của cầu tỷ lệ với lượng thay đổi diện trở của
strain gage.
- Mạch tương đương của load cell:
Từ sơ đồ kết nối ta có sơ đồ tương đương Thevenin của load cell như hình
dưới. trong đó Rtd là tổng trở tương đương của mạch khi ngắn mạch nguồn
cung cấp. V0 là điện áp ở ngõ ra của load cell khi hở mạch.

NHÓM 9

TRANG 16

Bộ Môn ĐLĐK

Trong hệ thống sử dụng nhiêu load cell, việc kết nối nhiều load cell vào
một cơ cấu chỉ thị phải đảm bảo sao cho cùng một khối lượng tác động vào
các load cell thì chỉ số trên cơ cấu chỉ thị phải như nhau. Để đảm bảo được
yêu cầu này thì các load cell phải được nối vào mạch cộng tín hiệu trước khi
đưa về đầu cân để xử lý. Vì mỗi load cell có một độ nhạy khác nhau cho dù

cùng loại nên Junction Box có 4 biến trở điều chỉnh để các load cell cùng ra
một sai lệch điện áp đối với cùng một tải trọng. Các biến trở này được mắc
vào nguồn cung cấp cho load cell vì thay đổi áp nguồn cung cấp sẽ làm thay
đổi tín hiệu điện áp ra. Ngoài ra có thể cộng các tín hiệu lại với nhau, người
ta dùng thêm một điện trở mắc ở ngõ ra của các load cell. Sơ đồ nguyên lý
của Junction Box ngư hình vẽ:

Sơ đồ kết nối một load cell và mạch tương đương Thevenin

Sơ đồ Junction Box 4 load cell
Ta có sơ đồ thay thế mạch của mạch Junction Box :

NHÓM 9

TRANG 17

Bộ Môn ĐLĐK

- Khi nối thêm biến trở chỉnh nguồn và điện trở cộng tín hiệu vào load cell,
thì điện áp ngõ ra của mỗi load cell :

Gọi U = Sig(+) – Sig(-) là điện áp ngõ ra của Junction Box, Rtd2, Rtd3, Rtd4 là
tổng trở tương đương của mỗi load cell ta có :

Nếu tổng trở tương đương của các load cell là giống nhau thì ta có:

b. Ứng dụng:
Load cell được sử dụng trong hệ thống cân như cân oto, cân định lượng
trong các hệ thống trộn phối liệu: bê tông, thức ăn gia súc, xi măng…., các hệ

thống cân đóng bao. Ngoài ra còn có thể dùng để đo lực, đo mômen…
Trong hệ thống đóng bao xi măng tự động sử dụng load cell để kiểm tra
khối lượng bao xi măng đảm bảo yêu cầu. Ở đây sử dụng loại cảm biến Load
Cell SBA sau:

NHÓM 9

TRANG 18

Bộ Môn ĐLĐK

Kích thước thân:

Chất liệu : thép mạ kẽm
Dây cáp: bện 4 dây cáp tròn có bọc lớp Urethane.

NHÓM 9

TRANG 19

Bộ Môn ĐLĐK

Đây là cảm biến SBA load cell do hãng DG cell sản xuất với các thông số
kỹ thuật sau:
Khối lượng tối đa

Kg

Cấp chính xác
Sai số
Tính lặp lại
Độ biến dạng trong 30 phút
ảnh hưởng nhiệt độ
giá trị 0
giá trị đầu ra
Kích thích
Trung bình
Cực đại
Điện trở
Đầu vào
Đầu ra
Cách điện
Bù nhiệt độ hoạt động
Nhiệt độ hoạt động

NHÓM 9

50, 100, 200, 250, 500,
1tf, 2tf, 3tf,
D3
C3

%
%
%

0,03
0,01

0,03

0,02
0,01
0,017

%/100C
%/100C

0,028
0,015

0,014
0,011

V
V

10
15

Ω
Ω
MΩ
0C
0C

400 ± 25
350 ± 3,5
> 2000

-10 -> +40
-30 -> +80

TRANG 20

Bộ Môn ĐLĐK

4.2 CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN
4.2.1 Cảm biến Hall:
1.Nội dung:
a.Khái niệm:
Cảm biến Hall hoạt động dựa trên nguyên tắc hiệu ứng Hall . Hiệu ứng
Hall liên hệ giữa điện thế giữa hai đầu dây dẫn với từ trường. Nếu sử dụng cảm
biến Hall này với một nam châm vĩnh cửu ta có thể nhận biết được vị trí các vật
nhiễm từ: 2.Nguyên lý hoạt động:
b.Cấu tạo:
- Sơ đồ:

Chú thích : 1: Nam châm vĩnh cữu
2: Đường lực từ
3: Vật nhiễm từ
c. Hoạt động :
- Trong điều kiện bình thường : Khi vật thể nhiễm từ đặt sát bên cạnh thì
từ lực chạy qua cảm biến hall sẽ giảm đi rỏ rệt, khi đó cảm biến sẽ xác định
được vị trí của vậy nhiểm từ .
- Trong điều kiện khác :
2. Phạm vi sử dụng :
- Ưu điểm :
+ Cấu tạo đơn giản dễ chế tạo.

+ Giá thành rẻ .
+ Hoạt động ổn định .
- Nhược điểm :
+ Kích thước lớn .
+ Trong điều kiện làm việc nhiệt độ cao thì độ ổn định làm việc không
cao.
NHÓM 9

TRANG 21

Bộ Môn ĐLĐK

- Biện pháp khắc phục :
Sử dụng các vật bán dẫn ( silic ) thì có thể giảm kích thước , tăng độ
chính xác, tăng độ ổn định và có thể cấy trực tiếp trên cảm biến một mạch
khuếch đại
3. Ứng dụng :
- Trong thực tế :
+ Dùng trong phân loại sản phẩm
+ Dùng để xác định vi trí di chuyển
+ Được sủ dụng nhiều trong robot
- Sử dụng Hall Effect Sensor để đo vị trí
Tạo mô hình thực nghiệm như hình vẽ dưới, gồm có 1 động cơ (loại nào
cũng được), nam châm hình đĩa tròn (Ring Magnet) như trong hình vẽ, 1 cảm
biến Hall Effect loại tín hiệu ra tương tự (nếu dùng Hall Effect tín hiệu ra số thì
phải làm mô hình dạng khác).

Có ba đường đặc tuyến sau khi được tuyến hóa trong vùng từ trường
NHÓM 9

TRANG 22

Bộ Môn ĐLĐK

-640 < B (Gauss) < 640. Hình dáng của đường tuyến tính hóa phụ thuộc vào
điện áp cấp (Vs) cho cảm biến

Viết một chương trình thu thập dữ liệu trên VDK Pic. Mạch phần cứng có
thể thiết kế theo nguyên lý sau:

4.2.2 Cảm biến điện trở :
NHÓM 9

TRANG 23

Bộ Môn ĐLĐK

- Định nghĩa : cảm biến điện trở là cảm biến mà đương lượng đầu vào là
các di chuyển cơ (thẳng hoặc quay) còn đương lượng đầu ra là sự biến đổi
điện trở tương ứng.
- Phân loại : 3 loại
+ Cảm biến điện trở dây quấn
+ Cảm biến điện trở tiếp xúc
+ Cảm biến điện trở biến dạng
1. Cảm biến điện trở dây quấn :
- Cấu tạo, nguyên lý làm việc giống như một biến trở điều chỉnh. Đương
lượng đầu vào là đương lượng vào tác động trực tiếp vào tiếp điểm động cảm

biến dẫn đến trị số đầu ra cảm biến biến đổi tương ứng. Tiếp điểm động cảm
biến có thể chuyển động thẳng hoặc quay.

Cấu tạo : gồm 3 bộ phận chính
+ Khung quấn dây : làm bằng vật liệu cách điện chịu nhiệt có tiết diện
không đổi (tuyến tính) hoặc thay đổi (phi tuyến)
+ Dây điện trở : được sử dụng có điện trở suất lớn, ít bị oxi hóa và hệ số
nhiệt điện trở α thấp. Bên ngoài dây được phủ một lớp sơn cách điện. Độ
lớn điện trở dây phụ thuộc độ chính xác của cảm biến.
d = (0.03 ÷ 0.1)mm : độ chính xác cao
d = (0.1 ÷ 0.5)mm : độ chính xác thấp
+ Tiếp điểm động : được làm bằng vật liệu dẫn điện tốt, chịu mài mòn,
có điện trở bé
- Nguyên lý : Khi x biến đổi dẫn đến điện trở cảm biến biến đổi theo.
Điện
áp đầu ra cũng biến đổi theo điện trở cảm biến. Qua Ura đo được ta xác định
được x.
- Phân loại : gồm 2 loại theo kết cấu
+ Cảm biến điện trở dây quấn tuyến tính
+ Cảm biến điện trở dây quấn phi tuyến
a. Cảm biến điện trở tuyến tính :
- Định nghĩa : là loại cảm biến mà quan hệ giữa Ura và x là dạng đường
thẳng.

NHÓM 9

TRANG 24

Bộ Môn ĐLĐK

- Các cách mắc : mắc phân áp và mắc biến trở

Đặc tính cảm biến

Nhược điểm : đặc tính vào ra không đổi dấu ( không nhảy cực tính )
- Để khắc phục nhược điểm này dùng cảm biến điện trở dây quấn có cực
tính.

.

NHÓM 9

TRANG 25

Bài tập lớn đo lường và cảm biến: Phân tích và xây dựng hệ thống đóng bao xi măng tự động

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về