Tải bản đầy đủ

bài tập lớn đo lường cảm biến đề tài cân trọng tải oto

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
--------

BÀI TẬP LỚN
MÔN : ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN
ĐỀ TÀI
HỆ THỐNG CÂN TẢI TRỌNG Ô TÔ
Giảng viên hướng dẫn : VÕ THỊ CẨM THÙY
Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN VĂN THỊNH
HẠ PHƯƠNG TÚ
TỐNG QUANG TRƯỜNG
NGUYỄN VĂN TUẤN

Lớp

: ĐIỆN 3-K11


Hà Nội-2018
1


Lời Nói Đầu
“Nghiêm minh và công tâm để “siết” xe quá tải”. Đó là khẳng định mạnh mẽ của Bộ
Công an và Bộ Giao thông vận tải để sử lý tình trạng xe tải “nuốt” đường bộ.
Theo thống kê 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 trong 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:
NGUYỄN VĂN THỊNH
HẠ PHƯƠNG
TỐNG QUANG TRƯỜNG
NGUYỄN VĂN TUẤN

2


3


4


5


Chương 1: Trình bày tổng quan về cân kiểm tải trọng ô tô
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 (Bao gồm sắt thép, xi măng… Để làm thành móng cân).
Phần mặt cân được làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép.
Thiết bị điện cho trạm cân (Bao gồm: Cảm biến lực, hộp cộng tín hiệu, bộ
hiển thị, bảng led và thiết bị phụ trợ khác).
Phân loại cân ô tô
a)
b)
c)

2.

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).

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 dợi vãi trong
cân (để bảo vệ bàn cân và loadcell) thì nên chọn cân kiểu nổi.
Chương 2: Nội dung thực hiện
I.
Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống
- Hệ thống cân ô tô hoạt động dựa trên công nghệ cân điện tử khi. Có áp lưc của
trọng tải lên mặt cân, các cảm biến (Loadcell) sẽ nhận tín hiệu và chuyền đến hộp
nối dây - hộp cộng tín hiệu (Junction box). Tại đây các tín hiệu từ các loadcell
chuyển đến sẽ được cộng lại và chia trung bình để tìm ra khối lượng của xe. Giá
trị này sẽ được hiển thị ra màn hình thông qua bộ chuyển đổi và hiển thị. Đó là

6


đầu cân - chỉ thị cân (Indicator) hệ thống này sẽ được kết nối với máy tính để
điều khiển quản lý số liệu bằng phần mền chuyên dụng cân ô tô.
- Bộ phận chính có tác dụng xác định giá trị trọng tải xe trong hệ thống cân ô
tô là bộ cảm biến gồm các loadcell được kết nối với nhau. Loadcell hoạt
động nhờ vào cơ cấu đo cảm biến bến dạng - áp trở (Tenzo) gắn trên nó.
II. Liệt kê các loại cảm biến có trong hệ thống
A. Liệt kê theo hình dáng
1.

Loadcell uốn đơn (Thanh) (Single end sheer beam):
Kích thước cồng kềnh, khối lượng nặng, khó lắp đặt nên hiện nay hầu như không
sử dụng khi lắp mới

Hình 2.1 Hình dạng loadcell uốn đơn (Thanh)
2.

Loadcell trụ (Rocker pin):
Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ, dễ lắp đặt nên hiện nay rất phổ biến. Tuy
nhiên, độ chính xác thấp do phụ thuộc rất lớn vào độ nghiêng của loadcell và phụ
thuộc vào những yếu tố sau:
- Trình độ nhân viên căn chỉnh lắp đặt
- Sự co giãn của bàn cân dưới sự tác động dẫn đến độ nghiêng của loadcell.
Độ võng của bàn cân dưới tác động của trọng tải lớn cũng có thể ảnh hưởng đến độ
nghiêng của loadcell

7


Hình 2.2 Hình dạng loadcell trụ
3.

Loadcell uốn kép (Double end sheer beam):
Khắc phục được nhược điểm của 2 loại loadcell trên: Kích thước gọn, khối lược
nhẹ, dễ lắp đặt độ chính xác ít bị ảnh hưởng do cấu tạo đặc biệt của chúng:
- Thứ nhất, do có bi thép tự lựa nên lực tác dụng xuống loadcell luôn thẳng
-

đứng
Thứ hai, loadcell này cấu tạo tương đương 2 loadcell uốn đơn ghép lại nên khi
bị lệch tâm, tín hiệu loadcell luôn ổn định do có sự bù trừ qua lại giữa tín hiệu
hai loadcell đơn.

Hình 2.3 Hình dạng loadcell uốn kép
B. Liệt kê cấu tạo của loadcell
Cảm biến áp trở hoạt động dựa trên hiệu ứng áp trở (Piezo resistive effect): “Khi vật
dẫn chịu biến dạng cơ học thì điện trở của nó thay đổi”
Như vậy ta đã biết điện trở của một vật dẫn được biểu diễn bằng biểu thức:
Do chịu ảnh hưởng của biến dạng nên điện trở của cảm biến thay đổi một lượng
ΔR. Ta có:
Δ/R = Δl/ l + Δp/p - ΔS/S.
8


1.

Nếu gọi:
εr = ΔR/R: Lượng biến thiên tương đối của điện trở khi bị biến dạng
εl = Δl/l: Lượng biến thiên tương đối theo chiều dài
εp= Δp/p: Lượng biến thiên tươngng đối theo điện trở suất
εs = Δs/s: Lượng biến thiên tương đối theo tiết diện.
Cảm biến áp trở kim loại

Cảm biến áp trở kim loại được chế tạo theo 3 dạng cơ bản: Dây mảnh, lá mỏng và màng
mỏng
Áp trở dây mảnh:
Gồm có dây điện trở uốn hình răng lược, đường kính 0,02 ÷ 0,03 mm. Hai đầu
a.

dây hàn với 2 lá đồng berin hoặc đồng phootpho để nối với mạch đo. Hai phía
dán hai tấm giấy mỏng 0,1 mm hoặc nhựa polymide (0,03mm) để cố định hình
dáng dây, chiều dài dây L=nl0 (l0 là độ dài một đoạn dây, n: số đoạn ); n=10-20.
Bình thường I0 =8-15 mm, có thể tới 100mm hoặc có thể nhỏ hơn 2,5 mm.
chiều rộng a0=3÷10 mm.
b. Áp trở dạng lá mỏng:
Là một lá rất mỏng có độ dày 4÷12µm là từ hợp kim Constantan, chế tạo theo
phương pháp ăn mòn quang học. Ưu điểm là có kích thước nhỏ hình dáng linh
c.

hoạt , độ nhạy lớn ít chịu biến dạng ngang do chế tạo và điện trở lớn.
Áp trở dạng màng mỏng:
Chế tạo bằng phương pháp bốc hơi kim loại có tốc độ nhạy cao bám vào một
khung có hình dạng định dạng định trước, ưu điểm là có thể chế tạo hình dạng
phức tạp, kích thước nhỏ, điện trở ban đầu lớn, độ nhạy cao.

9


Hình 2.4 Cấu tạo cơ bản của áp trở kim loại
d.

Yêu cầu vật liệu chế tạo áp trở

-

Độ nhạy thông thường k nằm trong khoảng 1,8÷2,35 ± 0,1%. Với hợp kim

-

platin – vofram k=4,1
Hệ số nhiệt cần nhỏ vì điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ
Điện trở suất phải đủ lớp để giảm điện trở suất và độ dài dây
Vật liệu chọn cần chịu được áp lực lớn để tránh đứt khi chế tạo và sử dụng.
Ứng lực tối đa không nên biến dạng cố định có trị số lớn hơn 0,2% (Độ lớn
của giớ hạn đàn hồi bằng kgN/mm).

2.

Cảm biến áp trở bán dẫn
Cảm biến áp trở bán dẫn được chế tạo từ các chất bán dẫn như Silic, Gremeni,
Asenua …, chia thành hai loại: Loại cắt và loại khuếch tán.
a.

Loại cắt:
Là một mẫu cắt từ tấm đơn tinh thể pha tạp, các mẫu cắt này được gắn lên một
giá đỡ bằng nhựa có chiều dài l = 0,1÷5mm , dày 0,01mm.

b.

Loại khuếch tán:

10


Điện trở được tạo nên bằng cách khuếch tán tạp chất như Sb,Ga,Mn…vào một
phần của đơn tinh thể Silic đã pha tạp tùy theo tạp chất khuếch tán mà ta có áp
trở loại n hoặc loại p.
III. Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống
Số lượng cảm biến cho một bàn cân

1.



Với bàn cân 0-50 tấn: Kích cỡ bàn cân có thể là:
Cân một khớp (3×6m, 3×7m)
Cân hai khớp (3×8m, 3×9m, 3×10m… 3×16m).



Với bàn cân một khớp chúng ta có thể chọn 4 cảm biến cho bàn cân và đặt ở



vị trí 4 góc vì chiều dài của bàn cân là nhỏ.
Với bàn cân hai khớp chúng ta có thể chọn 6 cảm biến cho loại (3×8-9-10m)

-

còn với loại lớn hơn chúng ta có thể chọn 8 cảm biến (3×16m).
2.

Loại cảm biến và cấu tạo của cảm biến

* Loại cảm biến (Đã phân loại ở trên):

- Loại uốn đơn (Thanh)

- Loại trụ
- Loại uốn kép.
* Theo cấu tạo: - Công nghệ cân tín hiệu tương tự Analog
- Công nghệ cân Digital (Công nghệ số).

11


Hình 3.1 Hình ảnh về cấu tạo loadcell theo kiểu Analog và Digital
IV.

Trình bày về loại cảm biến lựa chọn (Nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến)
Loại cảm biến lựa chọn là cảm biến áp trở kim loại, loại trụ (Sử dụng công nghệ
Analog).

1.

Nguyên lý hoạt động của ảm biến loadcell
- 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 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.

12


Hình 4.1 Mô tả cấu tạo điện trở strain gauges

-

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.

13


Hình 4.2 Mô tả cơ bản khi hoạt động của loadcell

-

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.

14


Hình 4.3 Sự biến đổi của áp trở
-

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 sử lý tiếp theo.
Số lượng cảm biến

2.

Với bàn cân lựa chọn kích thước (3×9m) thì phương án lựa chọn số cảm biến
như sau:
a.

- Đối với hệ thống cân công nghiệp như cân trọng tải ô tô thường có trọng
tải lớn, kiểu cân phức tạp thì phương án lựa chọn cảm biến thường được sử
dụng là loadcell trụ đứng và sẽ sử dụng nhiều loadcell trong một hệ thống
cân (thường là 6 loadcell), để tải trọng được phân bố vào từng loadcell
được đều hơn nên có độ chính xác cao hơn.

-

Lựa chon cảm biến loadcell trụ cho hệ thống bàn cân gồm 6 loadcell (Áp trở

-

kim loại).
Do hệ thống cân ô tô thường đặt ở ngoài trời, hay làm việc lưu động không cố
định nên ta lựa chọn cảm biến áp trở kim loại để tăng độ bền và hoạt động ổn
định.

15


-

Mô hình vị trí lắp đặt của các loadcell trên bàn cân như hình vẽ dưới đây (cho
bộ cảm biến dùng 6 loadcell), tạo ra sự phân bố hợp lý và đạt hiệu quả chính
xác cao.

Hình 4.4 Số lượng 6 cảm biến loadcell cho bàn cân
Thiết kế vị trí lắp đặt cảm biến và tính toán sử lý đo tín hiệu đầu ra của cảm

V.

biến để tác động đến các đối tượng điều khiển
1.

Cấu tạo của bàn cân trọng tải ô tô
-

a.

Có hai loại bàn cân ô tô chính là: Bàn cân thép và bàn cân bê tông.

Bảng so sánh: Bàn cân ô tô thép và bàn cân bê tông

Phân loại Ưu điểm
Bàn cân bê
tông



Giá thành rẻ hơn bàn cân thép

Nhược điểm


Tự trọng bàn
cân nặng



Dễ gây
mỏi loadcell



Chịu ảnh hưởng
nhiều của thời tiết
16


(co dãn bê tông)

Bàn Kết
cân cấu
thép dầm
U







Kết cấu
chắc chắn



Tuổi thọ
cao
Dễ dàng
lắp đặt
hoặc di
rời



Bàn cân được sơn 2
lớp chống gỉ và sơn
mầu thẩm mỹ cao.



Tham khảo bàn cân
dầm U



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 cânđược chia
làm nhiều Module, có
kết cấu đồng nhất

Kết
cấu
dầm
I

-

Chịu lực chính
của bàn cân được làm
từ tôn phẳng uốn hình
U



Khó di rời, lắp đặt
khó



Giá thành cao

Với bàn cân ô tô kết cấu thép tuổi thọ bền, khả năng di động cao tuy nhiên
giá thành cao.

b. Thông số kỹ thuật của bàn cân (Theo tiêu chuẩn

OIML III, TCVN - 3)

Kích thước: rộng 3m, dài 9m.

17


Bàn cân kiểu nổi có thể tháo rời và lắp ráp di động.
Vật liệu chế tạo: Toàn bộ mặt bàn cân được làm bằng thép.
Bàn cân được chế tạo bằng thép tấm và thép hình sử dụng công nghệ uốn cao.
Khả năng chịu tải của bàn cân: 0-50 tấn.
Khả năng chịu quá tải an toàn của bàn cân 120%, quá tải phá hủy 300%.
Dầm cân chế tạo bằng thép sử dụng công nghệ mới uốn tôn chuyên dụng mới
nhất và tiên tiến nhất hiện nay, có khả năng chịu lực cao.
Thép mặt trên bàn cân chế tạo bằng sắt tấm chiều dày 10-12mm.
Bàn cân có hệ thống chống dao động ngang và dọc, đảm bảo trong quá trình làm
việc bàn cân không bị dao động lớn ảnh hưởng đến kết quả cân. Toàn bộ mặt bàn
cân đều được sơn 2 nước, chống gỉ và sơn màu thẩm mỹ.

Hình 5.1 Hình ảnh bàn cân lựa chọn

2. Vị trí lắp đặt cảm biến loadcell
-

Do đặc thù về sử dụng bàn cân để cân trọng tải ô tô có kích thước lớn, cồng
kềnh phải sử dụng bàn cân lớn, nên đòi hỏi vị trí loadcell cũng phải được lắp

18


đặt ở một vị trí thích hợp nhất để mang lại hiệu quả cao, như các hình biểu
-

diễn dưới đây:
Chia đều cảm biến ở đáy bàn cân tạo cho bàn cân có sự chắc chắn và chính
xác nhất.

Hình 5.2 Mô phỏng vị trí lắp đặt loadcell

Hình 5.3 Vị trí lắp các loadcell trong thực tế bàn cân
3.

Tính toán, sử lý, đo tín hiệu đầu ra của cảm biến

19


Hình 5.3 Sơ đồ mô phỏng tính toán, sử lý, đo tín hiệu đầu ra của cảm biến
A.

Hộp nối dây-hộp cộng tín hiệu
-

Hộp nối dây là nơi kết nối các loadcell lại với nhau, tùy từng loại mà có thể
kết nối được 4,6,8… Loadcell với nhau.

20


Hình 5.4 Sơ đồ hộp nối dây 6 loadcell
-

Nguyên tắc của hộp nối dây là cộng tất cả các tín hiệu của các loadcell nối vào
nó rồi chia trung bình để tìm ra khối lượng chính xác nhất của vật cần đo.

Hình 5.5 Hộp cộng tín hiệu cho 6 loadcell
B.

Đầu cân - chỉ thị cân (Indicator)

21


Hình 5.6 Bảng chỉ thị cân

- Nguồn cung cấp: Từ 85 đến 264 VAC, 49 đến 63 Hz
- Công suất tiêu thụ: 12W
- Điện áp kích thích Loadcell: 5 VDC
- Cấu tạo vỏ: Hợp kim nhôm
- 06 phím chức năng.
- Đèn hiểm thị: Đèn huỳnh quang chân không, góc nhìn rộng
- Độ phân giải trong: 1.000.000
- Độ phân giải hiển thị: 10.000 e
- Tốc độ biến đổi A/D: 20 lần/giây
- Tính 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

22


C. Màn hiển thị lớn - Đèn Led (Display)

Hình 5.7 Màn hiển thị số lớn 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
- Chuẩn nối tiếp RS 232.
D. Máy tính và máy in
* Máy tính
- Phần mềm quản lí chuyên biệt chuyên phục vụ trạm cân điện tử. Cân ô tô 50
tấn, cân xe tải.
- 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 theo từng mã
hàng…

23


Phần mềm quản lý dữ liệu cân điện tử cân ô tô WS01
- Tương thích WinXP, Vista, Windows7.
- Tương thích các loại bộ chỉ thị cân ô tô có cổng kết nối RS232.
- 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 sử lý hoàn chỉnh
phục vụ công tác đo lường, sử lý.
24


F. Lắp đặt và hiệu chuẩn
- Ngoài ra trong một hệ thống cân ô tô còn có các bộ phận thiết bị phụ trợ khác như:
* Bộ chống dao động
* Bộ chống sét đường dây nguồn (Khả năng cắt dòng sét 40kA)
* Hệ thống dây dẫn cáp điện
* Hệ thống đèn tín hiệu
* Barie điều khiển vào ra…
- Vận chuyển bàn cân, lắp đặt bàn cân.
- Lắp đặt phần điện, điện tử.
- Cài đặt phần mềm quản lý trạm cân, đọc, truy xuất dữ liệu, in ấn phiếu cân…
- Cân chỉnh toàn bộ bàn cân.
- Hướng dẫn sử dụng toàn bộ thiết bị cân điện tử, vận hành, kiểm tra, sửa chữa
những hư hỏng đơn giản.
VI. Đánh giá về sai số của hệ thống (Hạn chế, nguyên nhân biện pháp khắc
phục)
1. Hạn chế của hệ thống cân trọng tải ô tô
-

Lắp đặt cồng kềnh

-

Giới hạn cân trong khoảng rộng thì chi phí cao.

2. Nguyên nhân gây sai số

Với công nghệ cân trọng tải ô tô như thiết kế, đề tài với 6 loadcell và dùng
công nghệ cân phổ biến nhất hiện nay như trên, thì khả năng gây sai số là
rất nhỏ < 0,1%.

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×