Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo kĩ thuật đo lường Thiết kế hệ thống cân ô tô 4 bánh dùng loadcell tải trọng lớn hơn 20 tấn .phân tích chọn cảm biến tính toán điện áp để đưa ra dữ liệu khối lượng tới máy chủ đại học bách khoa
Nguyễn Ngọc Tú – Bài tập kĩ thuật đo lường Bài tập thiết kế hệ thống cân ô tô bánh tải trọng ≥ 20 Chọn phần tử đàn hồi Do đặc thù cân ô tô lực nén thẳng đứng tác động xuống loadcell nên ta Chọn phần tử đàn hồi trục dọc – hình trụ nén Tải trọng cỡ 20 trở lên Do có loadcell bố trí góc bàn cân Nên loadcell chịu tải trọng tối thiểu Ta chọn loadcell có tải trọng 15 Chọn loadcell SLC610 (15t) hãng Metler Toledo Nguyễn Ngọc Tú – Bài tập kĩ thuật đo lường Load Cell Model No Rated Capacity (R.C.) Rated Output Zero load Output Combined Error 1), 2) Repeatability Error Creep, 30 minute Min Dead Load Output Return (DR), 30 Min Dead Load Output Temperature Effect on Sensitivity2) Compensated Temperature Range Operating Safe Storage European Cert No Class nmax Y 4) OIML/European Approval PLC Humidity Symbol Min dead load Z Number Class nmax NTEP Approval 4) Vmin Min dead load Number ATEX Approval 4) Factory Mutual Approval 4) Excitation Voltage Terminal Resistance Protection Load Limit t (klb nominal) mV/V @ R.C %R.C %R.C %A.L 3) %A.L %A.L %R.C./°C ( /°F) %A.L./°C ( /°F) °C (°F) °C (°F) °C (°F) 7.5 (16.5) kg (lb) 150 (331) kg (lb) kg (lb) 0.6 (1.3) Ratings Entity Parameters Number, USA Rating Entity Parameters Sys Drawing No, USA Recommended Maximum Excitation Output Insulation Resistance @50VDC Breakdown Voltage Material Unit of Measure V AC/DC V AC/DC M V AC Spring Element Enclosure Cable entry fitting Cable Type IP Rating NEMA Rating Safe Ultimate Safe Dynamic Load Fatigue Life Direction of Loading Restoring Force 5) Max Horizontal Travel 6) Weight, nominal Length Diameter Barometric Pressure Effect on Zero Load Output Dimensions Drawing No To-Scale Cable %R.C %R.C %R.C cycles @R.C %A.L./mm ( /in) ± mm (in) kg (lb) m (ft) mm (in) kg/kPa (lb/in.Hg) 3) (0.31) 0.5 (3.7) Specification SLC610 15 (33) 22.5 (49.6) ± 0.1% C3: 0.018; C4: 0.016 C3: 0.01; C4: 0.007 C3: 0.0167; C4: 0.0125 C4: C3: 0.0167; 0.0125 0.0009 (0.0005) C3: 0.0009 (0.0005); C4: 0.0007 (0.0004) –10 ~ +40 (–14 ~ +104) –40 ~ +80 (–40 ~ +176) –40 ~ +80 (–40 ~ +176) D09-07.41 C3; C4 3000; 4000 15000 0.7 none 300 (661) 450 (992) 3000; 4000 07-083 III M 6000 1.3 (2.9) 1.9 (4.2) (0) KEMA 09ATEX0175 X II G Ex ia IIC T6/T5 Ga, II D Ex ia IIIC T100°C Da II G Ex ia IIC T6/T5 Gb, II2 D Ex ia IIIC T100°C Db II G Ex nA IIC T6/T5 Gc, II D tc IIIC T100°C Dc II G Ex ic IIC T6/T5 Gc UI = 30V, Pi = 4W 3031083 IS/I,II,III/1/ABCDEFG/T4 Vmax=29.9VDC, Imax=450mA, Ci=0, Li=0 72208986 ~ 15 20 1150 ± 50 1000 ± > 5000 > 500 stainless steel 316 stainless steel 316 stainless steel Polyurethane; PTFE glass-to-metal seal IP68 NEMA 6/6P 200 300 70 >1000000 compression 2.4 (61) 3.4 (87) (0.27) (0.2) (2.2) 12 (39), 20 (66) (0.20) (7.4) 1.5 (11.2) 72202667 72202666 1) Error due to the combined effect of non-linearity and hysteresis 2) Typical values only The sum of errors due to Combined Error and Temperature Effect on Sensitivity comply with the requirements of OIML R60 and NIST HB44 3) A.L = Applied Load 4) See certificate for complete information 5) % of Applied Load (A.L.) per mm (in) displacement of the top button relative to the bottom button 6) Maximum horizontal displacement of the top button relative to the bottom button Các thông số quan trọng cần giải thích Rate Capacity : Mức tải trọng cho phép Chọn 15 Excitation Voltage : Điện áp kích thích cấp cho loadcell Chọn 10V Rate Output: 2mV/V Điện áp tương ứng với tải trọng cao tính Rate Output * Excitation Voltage Như , với tải 15 điện áp 20mV Combined Error : Sai số đặc tuyến tuyến tính Ta có điện áp đầu theo lý thuyết tuyến tính với tải trọng đầu vào Sai số thực tế nhỏ mức tuyến tính cao Ta vận dụng tính chất tuyến tính để tính toán tải trọng theo điện áp đầu C4 ứng với sai số phi tuyến C5 ứng với sai số tổng hợp nhiệt độ Temperature Effect on : Sai số hiệu ứng nhiệt độ Càng thấp tốt Temperature Range : Dải nhiệt độ hoạt động -40 – 80 độ C Khá thích hợp với công việc cân ô tô Load Limit safe : 200 Tải trọng 200% tải cho phép mức an toàn Cụ thể 30 Load Limit Ultimate : 300 Tải trọng 300% phá hỏng loadcell Cụ thể 45 Safe Dynamic Load : 70 Mức tải cho hoạt động tốt 70% Tức khoảng 10.5 Cấp bảo vệ : IP68 : Chống bụi , Chống nước Breakdown Voltage : 500VAC Điện áp phá hỏng Terminal Resistance Ouput : 1000 ôm Điện trở chân đầu Ghép nối tạo thành hệ thống Loadcell Các loadcell ghép nối song song với Tín hiệu tổng hợp giá trị trung bình điện áp đo Vì để xác , loadcell cần xếp học bàn cân hợp lý, cho lực phân bố loadcell gần tương đương Để ghép nối , ta dùng hộp nối dây : Junction Boxes Trong Junction Boxes có biến trở hỗ trợ ta hiệu chỉnh điện áp cho cân loadcell không áp dụng phương pháp học Công việc gọi chỉnh góc cho Junction Boxes Vẫn chọn hãng Metler Toledo Model AJB-015: Compact Hole, stainless steel, load cells Datasheet Parameter Type Model No: Order No: (CIMF No.) No of load cells No of cable entries Expension possible, max no of load cells for 1st box Corner adjustment unit of measure Suitable Call Free Cable Diameter range Wire gauge Number of conductors Min Indicator Input Impedance Load Cell Home Run Load Cell Home Run Load Cell Home Run Auxiliary 2) M mm (in) mm (in) mm2 (AWG) mm2 (AWG) AJB-015 71208942 no 4x Trim Pots 4x Trim Pots 4x Trim Pots no no no n/a 4-8 (0.160.32) 6-12 (0.240.48) n/a n/a 4.8-6.4 (0.190.25) 4.8-9.5 (0.190.48) (12) (12) n/a via mounting bolt Temperature Range 1) 1) 1) wire Earthing Sealing Operating Safe Storage Number , Cat Number, Cat 3) ATEX Approval Rating Entity Parameters Recommended Excitation Voltage Maximum Insulation Resistance @50VDC Breakdown Voltage Housing Material Cable entry fitting Type Protection IP Rating Weight Specification Analogue Junction Boxes TB100458 TB100481 61005972 61005973 2-4 2-4 yes, yes, V AC/DC V AC/DC M V AC plastic kg (lb) 1.1 (2.2) or wire or separate bolt viawire mounting bolt sealing wire or –20 ~sticker +65 (–4 ~ –40 ~ +150) +80 (–40 ~ +176) n/a n/a n/a n/a 10 20 > 5000 > 500 stainless steel zinc plated steel rubber gasket IP 65 3.8 (8.4) 1.7 (3.8) TB100743-7P 61039987 5-6 yes, 6x Trim Pots 3x Trim Pots for pairs yes (all jumpers 40 out) 4.8-6.4 (0.190.25) 6.4-9.5 (0.240.48) or wire separate bolt plasti c 1.9 (4.2) Limited by conduit size 2) Cable between J-Boxes 3) See certificate for complete information Thông số cần ý : No of loadcells : No of cable entries : (1 cho đầu cho loadcell) Temperature Range : -40 – 80 Excitation Voltage : Recommend 10V Ta chọn 10V cho loadcell Junction Boxes Protection : IP65 Sơ đồ đấu nối dây : Tất đầu nối loadcell nối với Junction Boxes song song với Các dây Excitiation Loadcell Junction Boxes sử dụng chung điện áp 10V Dây Sense+ Sense- chập với dây Excitaition + – Loadcell Thiết lập công thức tính điện áp : Ta có với loadcell : 15 -> 20mV; Gọi trọng tải xe cần đo M (kg) Trọng tải đặt lên loadcell M/4(kg) Điện áp đo loadcell điện áp trung bình đầu Junction Boxes M/4/15000 *20mV = M/3000 (mV); Tín hiệu nhỏ để đưa vào mạch hiển thị Ta cần khuếch đại tín hiệu lên Ta chọn hệ số khuếch đại cho 10kg , đầu 1mV Như với tải trọng khoảng 40 Áp đầu 4000mV = 4V tương đối hợp lý Vậy hệ số khuếch đại cần G = 300 a Sử dụng IC INA 125 để khuếch đại tín hiệu từ mạch cầu Hệ số khuếch đại tính theo datasheet công thức Với G = 300 Tính RG = 203 Ôm Tín hiệu Vout thu M/10 (mV) Để hiển thị Ta cần biến đổi tín hiệu tương tự sang số Trong trường hợp , cần có ADC có độ phân giải 16 bit hợp lý b Chọn ADC AD7708 16 bit M ( mV ) (2 16 1) Công thức ADC Value 10 VREF ( mV ) Ta cần giá trị đọc M Vậy VREF 6553.5mV Việc tính toán VREF quan trọng , đặc biệt tạo ta Vref ổn định, nhiễu, bị ảnh hưởng tải mạch Công việc tương đối khó AD7708 có hỗ trợ chuẩn giao tiếp SPI Ta sử dụng chuẩn để giao tiếp với vi điều khiển có hỗ trợ chuẩn Từ AVR, PIC, STM… Sau đưa hiển thị với LCD LED