Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 L i Nói Đ uờ ầ Hiện nay, tình trạng xe chở quá tải liên tục diễn ra trên các quốc lộ, tuyến đường trọng điểm trên khắp cả nước. Đây là một trong các nguyên nhân trực tiếp gây tai nạn giao thông, biến các con đường thành “Hố bom”. Theo thống kê Bộ Giao thông vận tải Việt Nam thì vận tải đường bộ chúng ta chiếm tỉ trọng lớn (92% lượng hành khách và 73,4% lượng hàng hóa) qua kiểm tra cho thấy, trong số xe được kiểm tra có đến 50% số lượng xe chở quá trọng tải cho phép, có xe vượt quá tải đến 200%. Qua những trích dẫn trên cân ô tô hiện nay thực sự là quan trọng, trạng bị cho các cơ quan chức năng, nhà máy sản xuất chế biến cân hàng hóa phục vụ công tác quản lý hàng hóa, xuất nhập trong hoạt động sản suất. Trên cơ sở đó chúng em hiểu được tầm quan trong của đề tài: Hệ thống cân tải trọng ô tô mà nhóm được giao nhiệm vụ làm, tính thực tế của đề tài. Dưới đây là phần trình bày bài làm, vì kiến thức có hạn cũng như kinh nghiệm không nhiều. Chắc chắn bài làm của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự nhận xét và góp ý kiến của thầy cô. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên làm đề tài ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 1 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ. 1. Cân ô tô là gì? Cân ô tô là một hệ thống được cấu thành từ ba loại thiết bị chính bao gồm: - Kết cấu xây dựng: sắt thép, xi măng… để làm móng cân. - Phần mặt cân được làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép. - Thiết bị điện cho trạm cân: cảm biến lực, hộp cộng tín hiệu, bộ hiển thị, bảng led và các thiết bị phụ trợ khác. 2. Phân loại cân ô tô. Gồm 3 kiểu: + Cân ô tô kiểu nổi (Pitless type). + Cân ô tô kiểu chìm (Pit type). + Cân ô tô kiểu nữa nổi, nữa chìm (Semi pit type). • So sánh 3 kiểu cân ô tô: Cân nổi Cân chìm Cân nửa chìm + Dễ dàng vệ sinh, lắp đặt sửa chữa. + Chiếm nhiều diện tích (có 2 dốc lên xuống cân). + Chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường (gió, nhiệt độ…). + Thoát nước tốt. + Tính thẩm mỹ kém hơn. + Chi phí móng cân thấp. +Khó vệ sinh lắp đặt và hiệu chỉnh. +Chiếm ít diện tích. +Chịu ảnh hưởng của môi trường ít hơn cân nổi. +Thoát nước kém, dễ bị ngập cân (do có hầm cân). +Thẩm mỹ hài hoài với khung cảnh chung của nhà máy (do mặt cân phẳng với mặt đường). + Khó vệ sinh lắp đặt hiệu chỉnh và sửa chữa. + Chiếm diện tích trung bình (do có các hố chờ để lắp đặt loadcell). + Chịu ảnh hưởng của môi trường ít hơn cân nổi (do có hầm cân). + Thẩm mỹ hơn cân nổi + Chi phí hầm cân cao. ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 2 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Giải pháp lựa chọn: Nếu mặt bằng đủ rộng nên ưu tiên cân kiểu nổi, ngược lại nên ưu tiên cân kiểu chìm. Nếu cân trong môi trường hóa chất phân bón hay các chất ăn mòn mạnh, đòi hỏi cân phải dễ dàng vệ sinh làm sạch các loại hóa chất có thể rơi vãi trong cân (để bảo vệ bàn cân và loadcell) thì nên chọn cân kiểu nổi. ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 3 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN. 1. Yêu cầu của đề tài. 1.1. Trình bày tổng quan về công nghệ cân kiểm tải trọng ô tô. 1.2. Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống. 1.3. Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống. 1.4. Các phương án lựa chọn cảm biến có trong hệ thống. 1.5. Trình bày về loại cảm biến lựa chọn (nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến…). 1.6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán, xử lý đo tín hiệu đầu ra của cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển. 1.7. Đánh giá sai số của hệ thống (giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phuc…). 2. Các hướng giải quyết. Đối với hệ thống cân kiểm tải trọng ô tô này chúng ta có các hướng giải quyết như sau: - Kiểu cân: chúng ta có thể sử dụng một trong ba loại cân ô tô đã kể trên: kiểu nổi, kiểu chìm hoặc kiểu nửa chìm. - Bàn cân: chúng ta có thể sử dụng bàn cân thép hoặc bàn cân bê tông cốt thép. - Cảm biến: + Phân loại theo hình dáng chúng ta có thể sử dụng các loại cảm biến sau: • Loadcell uốn đơn: Kích thước cồng kềnh, khối lượng nặng, khó lắp đặt nên hiện nay hầu như không sử dụng khi lắp mới. • Loadcell trụ: Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ, dễ lắp đặt nên hiện nay sử dụng rất phổ biến. Tuy nhiên độ chính xác thấp do phụ thuộc và nhiều yếu tố bên ngoài tác động. ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 4 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 • Load cell uốn kép: Kích thước gọn, khối lượng nhẹ, dễ lắp đặt, có độ chính xác cao. + Phân loại theo cấu tạo chúng ta có thể sử dụng các loại cảm biến sau: • Cảm biến áp trở kim loại. • Cảm biến áp trở bán dẫn. 3. Lý do lựa chọn thiết kế. Căn cứ vào yêu cầu đề bài và ưu nhược điểm các phần tử có trong hệ thống cân kiểm tải trọng ô tô. Chúng em đã lựa chọn hướng giải quyết tối ưu như sau: • Kiểu cân: Do đặc thù vị trí lắp đặt và các ưu nhược điểm của mỗi kiểu cân, cùng với các yếu tố thẩm mỹ, chúng ta nên chọn kiểu cân nổi cho hệ thống. ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 5 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 • Bàn cân: ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 6 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Phân loại Ưu điểm Nhược điểm Bàn cân bê tông Giá thành rẻ hơn bàn cân thép - Tải trọng bàn cân nặng. - Dễ gây mỏi loadcell. - Chịu ảnh hưởng nhiều của thời tiết (co dãn bê tông). - Khó di dời, lắp đặt khó. B à n c â n t h é p K ế t c ấ u d ầ m U - Kết cấu chắc chắn. - Tuổi thọ cao. - Dễ dàng lắp đặt hoặc di dời. - Chịu lực chính của bàn cân được làm từ tôn phẳng uốn hình U. - Bàn cân được sơn hai lớp chống gỉ và sơn màu thẩm mỹ cao. - Giá thành cao K ế t c ấ u d ầ m I - Chịu lực chính của bàn cân được làm từ thép I300 hoặc I600 đúc nguyên thanh có độ dẻo và độ cứng đảm bảo. - Với các kích thước lớn, bàn cân được chia làm nhiều (MODULE, có kết cấu đồng nhất). - Căn cứ vào bảng so sánh hai loại bàn cân thép và bàn cân bê tông thì phương án tối ưu là chọn bàn cân thép có kết cấu dầm I. • Loại cảm biến có trong hệ thống: Cảm biến lựa chọn cho hệ thống là cảm biến áp trở kim loại, loại trụ (sử dụng công nghệ Analog). ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 7 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 4. Tính chọn thiết bị. a) Móng cân: Do kiểu cân được lựa chọn là kiểu cân nổi nên việc thiết kế và thi công móng cân là việc quan trọng ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống cân. Móng cân được thiết kế sao cho phù hợp với bàn cân và trọng tải của cân. Móng cân được xây dựng và lắp đặt tại vị trí thuận tiện nhất cho việc cân kiểm trọng tải. b) Bàn cân: Bàn cân thép kết cấu dầm I cho tải trọng tối đa 100 tấn: + Kích thước: 3 x 18 (m). + Dầm cân chính: thép đúc I 300 nhập khẩu của Nga. + Mặt bàn cân: thép tấm 10 ly nhập khẩu. + Bàn cân có hệ thống chống dao động ngang và dọc, đảm bảo trong quá trình làm việc bàn cân không bị dao động ảnh hưởng đến kết quả cân. c)Hệ thống cảm biến và các thành phần phụ trợ: - Cảm biến: + Nguyên lý hoạt động cảm biến loadcell: ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 8 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Cảm biến điện trở lực căng bản chất là một dây điện trở làm bằng vật liệu có tính chất là khi dây điện trở này bị lực tác động gây biến dạng như bị bẻ cong, bị kéo căng… sẽ làm giá trị điện trở của dây trở bị thay đổi, và lượng thay đổi điện trở của dây trở sẽ tỉ lệ với các lực tác động gây biến dạng dây trở. Dựa vào đó chúng ta xẽ xác định được lực tác động thông qua sự thay đổi điện trở của dây trở. Loại cảm biến này được sử dụng trong các mạch cân điên tử và được sử dụng rất phổ biến hiệu quả trong công nghiệp. + Cấu tạo và hoạt động: Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân loadcell. Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác. Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị. Đó là lý do tại sao cầu điện trở Wheatstone còn được gọi là một mạch cầu cân bằng. Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra. ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 9 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân), và được xử lý tiếp theo. + Số lượng cảm biến: Sử dụng 8 cảm biến áp trở kim loại, loại trụ (sử dụng công nghệ Analog). + Vị trí lắp đặt cảm biến: Chia đều cảm biến ở đấy bàn cân tạo cho bàn cân có sự chắc chắn và chính xác nhất. ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 10 [...]... sai số hệ thống a) Hạn chế của hệ thống cân trọng tải ô tô - Lắp đặt cồng kềnh Giới hạn cân trong khoảng rộng thì chi phí cao b) Nguyên nhân gây sai số Với công nghệ cân trọng tải ô tô như thiết kế, đề tài với 8 loadcell và dùng công nghệ cân phổ biến nhất hiện nay như trên, thì khả năng gây sai số là rất nhỏ < 0,2% - Lắp đặt thiết bị sai kỹ thuật - Chất lượng của bàn cân (bàn cân và đường dẫn không nằm... Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Chương 3: KẾT LUẬN 1.Các kết quả đạt được a) Với bài làm: Phân tích được một cách tổng quát về công nghệ cân kiểm tải trong ô tô (các thiết bị, các loại cảm biến sử dụng củng như công nghệ được ứng dụng) - Xây dựng được một hệ thống cân ô tô với đầy đủ thiết bị chủ yếu, hiểu rõ hơn về hệ thống b) Với bản thân - Nâng cao kỹ năng làm việc theo nhóm - Tích lũy thêm được... loại, chúng ta có thể tính toán yếu tố của thiết bị như chúng tôi đã làm cho thiết bị biến dạng chất lỏng, ngoại trừ việc chúng tôi không thể giả định các kim loại không nén được, và chúng tôi không thể giả định điện trở suất là một hằng số: Thì Từ Được định nghĩa là tỷ lệ Poisson, v, chúng ta có ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 18 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Đối với các kim loại khác nhau,... chuyên biệt chuyên phục vụ trạm cân điện tử - Lưu trữ và quản lý dữ liệu bằng máy vi tính các thông tin, số liệu về khách hàng như: biển số xe, khối lượng hàng hóa xuất và nhập, thời gian … - In phiếu cân cho từng mã cân, từng xe hàng Trong phiếu cân thể hiện rõ các thông tin: Biển số xe, tên khách hàng, trọng lượng tổng, trọng lượng xe, trọng lượng hàng, thời gian cân ra, vào Thống kê chi tiết hàng hóa... mặt phẳng, đặt bàn cân không đúng kỹ thuật) - Do hoạt động của loadcell (không ổn định, hư hỏng) - Tính ổn định của hệ điều hành c)Biện pháp khắc phục - Có bản thiết kế chính xác, rõ dàng cho từng khoảng cân Có phương án thi công, lắp đặt phải đúng kỹ thuật như đã thiết kế Bảo chì, bảo dưỡng thường xuyên bảm bảo độ ổn định của hệ thống ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 14 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm... năng lọc nhiễu bằng kỹ thuật số Chức năng cân: Cân thông thường, cân động vật, cân đếm, giữ số hiển thị, cộng dồn Ngoại vi giao tiếp: chuẩn RS232/20mA/RS422 Màn hình hiển thị - LED Có tính năng hiển thị giá trị cân cho tài xế xem • Hiển thị số lớn, rõ, đẹp, khả năng nhìn xa ≥ 150m • Kích thước 840mm x 360mm x 190mm • ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 12 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 • Chuẩn... 19.1.4), chúng tôi có các thông số T = 4 µm, L= 100 µm, w = 4 µm, E= 2 × 1011N/m2, and F=10-7N ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 25 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Do đó Từ silicon pha tạp có một yếu tố máy bao gồm khoảng 100, chúng ta mong chờ một sự thay đổi trở kháng dR / ROF 0,03% cho ví dụ này.Trong thực tế, đúc hẫng không đưa vào một độ lệch tròn, và sự biến dạng là chủ yếu tập trung tại... làm cho mảng 2-D lớn của thanh rung áp trở thích hợp cho một hệ thống lưu trữ dữ liệu mật độ cao dựa trên cách tiếp cận này ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 21 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Hình 19.1.4: lưu trữ dữ liệu AFM cơ nhiệt (Luận văn tốt nghiệp của Ben Chui, Tiến sĩ, xuất bản năm 1998.) Một số lượng lớn hơn có thể nói về những kỹ thuật này, nhưng bây giờ chúng tôi chỉ nêu tính chất... các loại bộ chỉ thị cân ô tô có cổng kết nối RS232 ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 13 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 - Tùy biến theo yêu cầu khách hàng - Dữ liệu SQL có khả năng kết nối với các phần mềm quản lý khác • Máy in Máy in được kết nối với máy tính và được điều khiển bằng dao diện Thực hiện nhiệm vụ in dữ liệu thông tin sau khi đã được xử lý hoàn chỉnh phục vụ công tác đo lường,... hạn chế nên trong quá trình làm bài, bài làm nhiều khi còn sơ sài, kỹ thuật trình bày còn kém Do không có tích lũy thực tế 3.Biện pháp khắc phục - Cố gắng thu thập tài liệu từ các nguồn khác nhau để bổ xung cho những thiếu sót Có gắng đi tìm hiểu thực tế để bài làm chính xác hơn ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 15 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Chương 4: BÀI DỊCH TÀI LIỆU ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN . tố đo lớn khi có thể. Giới hạn đàn hồi của hầu hết các vật liệu là dưới 1%, vì vậy nói chung chúng ta đang nói về những thay đổi kháng trong phạm vi 1% -0,001%. Rõ ràng, đo điện trở như vậy. động, số lượng cảm biến…). 1.6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán, xử lý đo tín hiệu đầu ra của cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển. 1.7. Đánh giá sai số của hệ thống. đổi giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra. ĐHCN Hà Nội – Khoa Điện – TĐH 1 – K8 9 Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến – Nhóm 7 Sự thay đổi