Báo cáo MÔN HỌC:KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG NHIỆT ĐỘ ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ ĐO LƯỜNG D.0

PowerPoint Presentation 12222022Nhóm 4 CĐSSH08A 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM 2 MÔN HỌC KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG GVHD Phan Vinh Hiếu NỘI DUNG BÁO CÁO • CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SU.PowerPoint Presentation 12222022Nhóm 4 CĐSSH08A 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM 2 MÔN HỌC KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG GVHD Phan Vinh Hiếu NỘI DUNG BÁO CÁO • CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SU.

12/22/2022

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM

2

MÔN HỌC:

KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG

GVHD: Phan Vinh Hiếu

NỘI DUNG BÁO CÁO

Khi dây dẫn chịu biến dạng cơ khí thì điện trở của

nó cũng thay đổi Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng

ứng này được gọi là chuyển đổi điện trở tenzo

5

Chuyển đổi điện trở kiểu này được chia làm

3 loại:

6

Loại cảm biến này có 3 thông số chính:

7

FORCE SENSOR

• Khảo sát hoạt động của cảm biến lực căng.

• Trình bày các dạng cảm biến lực căng.

• Các mạch cầu chuyển đổi tín hiệu.

• Các ứng dụng.

9

của dây dẫn hoặc chất bán dẫn khi nó bị biến dạng.

nén lại hoặc kéo căng ra.

gia tốc.

❖ Cảm biến lực căng loại không dán (unbonded)

11

Các điện trở strain gauges

R1, R2, R3, R4 kết nối thành

1 cầu điện trở Wheatstone

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.

Khi có tải trọng hoặc lực tác động, sẽ

dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện

của các sợi kim loại của điện trở strain

gauges

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.

Điện trở của dây dẫn: “strain gauge” đơn giản là một dây dẫn:

Một sợi dây dẫn nối 2 điểm

dl d

R

dR

− +

V

CdV d

) 2 1

dA = − 2 

dR

) 2 1 ( 2

1 +  + − 

=

l

dl G R

dR =

Hình dạng của strain gauge

17

Strain Gause loại điện trở dán: Gồm 1 sợi dây mỏng hay màn mỏng được sắp đồng phẳng và được gắn (dán) vào thanh chịu lực

Nguồn: Loadcell.com.vn

STRAIN GAUGE LOẠI ĐIỆN TRỞ

DÁN

19

Nguồn: Loadcell.com.vn

Hoạt động của strain gauge

Cấu tạo của strain gauge

Gauge chính

Gauge phụ

Hoạt động của

strain gauge

22

Dạng này ảnh hưởng điện

Dạng này Loại

bỏ ảnh hưởng của nhiệt lên strain gauge

Các dạng đấu nối mạch cầu WheatStone

Các dạng đấu nối mạch cầu WheatStone

5:15 PM 25

PHƯƠNG PHÁP ĐO BẰNG MẠCH CẦU

WHEATSTONE

R1=R2=R3=R

Vo=

5:15 PM

27

* Các dạng đấu nối mạch cầu WheatStone

Phương pháp đo bằng mạch cầu WheatStone

▪ Sai lệch điện áp trên mạch cầu (V1 – V2)

P HƯƠNG PHÁP ĐO BẰNG MẠCH CẦU W HEAT S TONE

nhau=R Khi có sự thay đổi điện trở ở strain gauge ΔR thì:

29

4R sẽ lớn hơn rất nhiều so với 2∆R vì thế:

∆R = sự thay đổi điện trở của strain-gauge

R = giá trị điện trở của các điện trở trong mạch cầu

∆V = sai lệch điện áp

Vs= nguồn điện áp cấp trong mạch cầu

▪Khi strain gauge bị tác động, điện trở nó tăng lên Mối quan

hệ giữa độ nở dài và điện trở được biểu diễn như sau:

Mối liên hệ giữa độ nở dài và điện trở

Hằng số liên hệ giữa áp và độ nở dài

5:15 PM 31

HẰNG SỐ LIÊN HỆ GIỮA ÁP VÀ ĐỘ NỞ DÀI

giữa áp lực và độ nở dài của vật:

Pound-force per square inch (Lb/in 2 = psi)

Lb: viết tắt từ tiếng la tinh Libra=pound-foot

Young’s modulus (E)

Chi tiết sản phẩm: Loadcell TML800

Tải trọng: 10 Tấn,

Tín hiệu output: 2 ± 0.05

Điện trở đầu vào: 400 ± 30 Ω

Điện trở đầu ra: 350 ± 3.5 Ω

Điện trở cách điện: >2000 MΩ

Điện áp kích trích: 10VDC Điện áp tối đa: 15VDC Quá tải an toàn:150% Quá tải tối đa: 200%

Nhiệt độ làm việc: - 30 to 70oC Cấp bảo vệ IP67

Tải trọng: 50, 100, 200, 300, 500Kg, 1Tấn, 2Tấn Tín hiệu output: 2 ± 0.005

Điện trở đầu vào: 400 ± 30 Ω Điện trở đầu ra: 350 ± 3.5 Ω Điện trở cách điện: >2000 MΩ

Điện áp kích trích: 10VDC Điện áp tối đa: 15VDC Quá tải an toàn:150%

Quá tải tối đa: 200%

Nhiệt độ làm việc: - 30 to 80oC Cấp bảo vệ IP66

Cảm biến lực

Migun MI-SSL300

Người ta phân loadcell thành nhiều loại dưa trên các cơ sở sau:

▪ Trạng thái tương tác lực

▪ Tầm đo

▪ Nhu cầu của người sử dụng

▪ Môi trường làm việc 5:15 PM 36

-Khi một lực tác dụng lên

loadcell, nó sẽ chuyển đổi các lực tác dụng thành tín hiệu điện Các

loadcell cũng thường được gọi là bộ

chuyển đổi tải, bởi vì nó

chuyển đổi một lực thành tín hiệu điện.

Một số loại loadcell có trên thị trường:

- Loadcell thanh (uốn đơn)

+ Loadcell BSA CAS

- Loadcell uốn kép (loadcell bi)

+ Loadcell BTA AmCells USA

Capacity (t): 0.5 - 3

- Vật liệu: thép hợp kim.

- Dùng cho cân sàn, cân phễu, cân

bồn,cân đóng bao, cân định lượng

- Hãng sản xuất: CAS - Korea.

- Capacity (t): 5 ,10 , 15 , 20 , 25 , 30,50

- Vật liệu: thép hợp kim.

- Dùng cho cân ô tô, cân xe tải, cân bồn

- Hãng sản xuất: Amcells USA.

- Loadcell số ( Digital Loadcell )

+ Loadcell Digital POWERCELL

MTX - Mettler Toledo

- Capacity (t): 5 ,10 , 15 , 20 , 25 , 30 , 40 , 50

- Vật liệu: thép hợp kim.

- Dùng cho cân ô tô, cân xe tải, cân bồn

- Hãng sản xuất: Amcells USA.

- Loadcell xoắn chống rung HSX - Keli

+Loadcell xoắn chống rung HSX - Keli

Là loại loadcell với thân loadcell được thiết kế đặc biệt chống rung nhiễu.

- Capacity (kg): 50, 100, 200, 300, 500.

- Vật liệu: thép hợp kim cao cấp.

- Dùng cho cân phễu, cân bồn, cân silo, cân định lượng, cân đóng bao, cân băng tải, cân kiểm tra.

VD: hai dạng tín hiệu được đưa ra từ Loadcell

- Bộ chuyển đổi tín hiệu

loadcell - analog loadcell

transmitter 4-20mA

0-10V TPS Laumas

* Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell

Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell

-analog loadcell transmitter 4-20mA

0-10V TPS Laumas kết nối với PLC qua

tín hiệu xuất ra dạng analog: 0-20

mA; 4-20 mA; 0-10 V; ±5

BỘ CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU LOADCELL

- KM02A KELI

+ Model: KM02A + Nguồn cấp: 24V + Đầu vào loadcell - đầu ra 0 - 10V hoặc 4 - 20mA (tùy theo cách đấu dây)

+ Sử dụng chuyển đổi tín hiệu cho loadcell vào PLC hoặc Đầu cân

+ Sử dụng tất cả các loại loadcell

Dùng bán cầu

Giới thiệu mạch bán cầu

Ở đây có hai train gain chính, 2 train gain phụ

Giới thiệu mạch bán cầu

Ngõ ra cầu bán phần

Dùng mạch cầu

45

Dùng mạch cầu toàn phần

Giới thiệu mạch cầu

Data Sheet một số loại Loadcell trên thị trường.

Mettler Toledo Loadcell SB - 40T

- Tải trọng (t): 10, 20, 25, 30, 35, 40.

- Cấp chính xác : OIML R60 C3

- Điện áp biến đổi : (2 ± 0.002 ) mV/V

- Sai số lặp lại : (≤ ± 0.01) %R.O

- Độ trễ : (≤ ± 0.02) %R.O

- Sai số tuyến tính: ( ≤ ± 0.02 ) %R.O

- Quá tải (30 phút) : ( ≤ ± 0.02 ) %R.O

- Cân bằng tại điểm : ("0" ≤ ± 1) %R.O

- Bù nhiệt : ( -10 ~ +40) °C

- Nhiệt độ làm việc :(-20 ~ +60) °C

- Nhiệt độ tác động đến tín hiệu ra: (≤ ± 0.002 )%R.O/°C

- Nhiệt độ tác động làm thay đổi điểm "0" : (≤ ± 0.002 )

- Điện áp kích thích tối đa : 20 (DC/AC) V

- Quá tải an toàn: 150 %

- Quá tải phá hủy hoàn toàn: 300%

- Tuân thủ theo tiêu chuẩn: IP67

- Chiều dài dây tín hiệu: 4, 5, 6, 10m

Data Sheet một số loại Loadcell trên thị trường.

- Mức tải tối đa (kg): 30, 50, 100, 150, 200,

250

- Điện áp biến đổi (mV/V): 2 ± 0.2

- - Sai số lặp lại : (≤ ± 0.01) %R.O

- Độ trễ : (≤ ± 0.02) %R.O

- Sai số tuyến tính: ( ≤ ± 0.02 ) %R.O

- Quá tải (30 phút) : ( ≤ ± 0.02 ) %R.O

- Cân bằng tại điểm : ("0" ≤ ± 10) %R.O

- Điện áp kích thích (V): 5~15

- Điện áp kích thich tối đa (V): 20

- Quá tải an toàn (%R.C): 150

- Quá tải phá hủy (%R.C): 300

- Tiêu chuẩn: IP67

Loadcell MT124

- Vật liệu: nhôm hợp kim cao cấp

- Dùng cho cân bàn, cân đóng bao, cân đóng gói.

IP là tên viết tắt cho Ingress Protection (có nghĩa là chống lại các tác động, Xuất nhập từ bên ngoài) Các chuẩn này thường được đặt tên dạng IPxx, trong đó x là các chữ số (như 0 1 2 3 4 5 6 …) Mỗi chữ số tương ứng với một chuẩn đánh giá do tổ chức quốc tế đặt và kiểm định.

Chúng ta lấy ví dụ cho chuẩn IP66

- Chữ số 6 đầu tiên trong dẫy ký hiệu của chuẩn IP66 là sự đánh giá khả năng chống lại sự xâm nhập của bụi (số 6 tượng trưng cho khả năng chống lại bụi bẩn)

- Chữ số 6 thứ hai đánh giá khả năng chống lại nước (số 6 có nghĩa là chống lại được nước phun trực tiếp vào thiết bị)

Chữ số đầu tiên đánh giá khả chống lại các đối tượng rắn

0 – Khồng có sự bảo vệ đặc biệt nào

1 - Ngăn lại các đối tượng rắn có kích thước lớn hơn 50mm không xâm nhập được vào thiết bị

2 - Ngăn lại các đối tượng rắn có kích thước lớn hơn 12mm không xâm nhập được vào thiết bị

3 - Ngăn lại các đối tượng rắn có kích thước lớn hơn 2,5mm không xâm nhập được vào thiết bị

4 - Ngăn lại các đối tượng rắn có kích thước lớn hơn 1,0mm không xâm nhập được vào thiết bị

5 - Bụi được bảo vệ không hoàn toàn nhưng vẫn đảm bảo sự hoạt động của thiết bị

6 - Thiết bị được đảm bảo chống bụi hoàn toàn, đảm bảo hoạt động tốt trong môi trường nhiều bụi

Chữ số thứ hai đánh giá khả năng chống lại nước

0 - Không có sự bảo vệ đặc biệt nào

1 - Chống lại nước chảy vào thiết bị dạng giọt theo phương thẳng đứng

2 - Chống lại nước bắn vào thiết bị dạng giọt tới thiết bị với tất cả các góc nghiêng dưới 15 độ

3 - Chống lại nước phun vào thiết bị với góc nghiêng dưới 60 độ

4 - Chống lại nước tóe từ mọi phía tới thiết bị

5 - Có khả năng chống lại nước được phun từ mọi hướng tới thiết bị

6 - Thiết bị vẫn được bảo vệ khi bị nhúng nước hoàn toàn

Giải thích ký hiệu

FLOWMETERS SENSOR

Số lượng vật chất được xác định bằng khối lượng và thể tích của

Các cảm biến lưu lượng sử dụng các nguyên lý sau đây:

• Áp suất sai lệch (chênh áp - Differential Pressure)

• Tạo độ xoáy (Vortex/Swir generation)

Mỗi lưu chất được đặc trưng bởi những yếu tố sau:

• Khối lượng riêng

• Hệ số nhớt động lực

• Hệ số nhớt động học

Các đặc trưng của lưu chất

Khối lượng riêng là khối lượng của 1 đơn vị thể

tích lưu chất

m: khối lượng của khối lưu chất

V: thể tích của khối lưu chất

) /

( kg m3V

m

=



Hệ số nhớt động lực sẽ được tính theo phương trình sau:

9

.

 = 

V

Tình bày tính nhớt của vật chất

Trị số Reynold:

• : Khối lượng riêng của lưu chất (kg/m3)

• D: Đường kính trong của ống dẫn lưu chất (m)

• Khối lượng riêng thường không là một hằng số

• Khối lượng riêng của chất lỏng tùy thuộc vào nhiệt độ Để hiệu chuẩn khối lượng riêng ta chỉ cần đo nhiệt độ

• Khí thường là một hỗn hợp gồm nhiều thành phần Khối

lượng riêng lệ thuộc vào áp suất và nhiệt độ Nên lấy chuẩn

là khối lượng riêng ở điều kiện 00C, áp suất khí quyển).

Trình bày hiệu chuẩn khối lượng riêng

Nếu bỏ đi ảnh hưởng của độ nhớt và sự ma sát với thành ống dẫn thì vận tốc dòng chảy sẽ như nhau ở mọi vị trí trên mặt cắt ngang của ống dẫn

Trình bày trạng thái dòng chảy

Các khí (ở trạng thái bão

hòa) và hầu hết các chất

lỏng thường được vận

chuyển bằng ống dẫn ở

trạng thái dòng chảy rối.

Trình bày trạng thái dòng chảy

Trị số Reynold.

▪ Định lượng chất lỏng trong bình chứa, có thể tích

không xác định

▪ Lưu lượng ảnh đến áp suất và nhiệt độ

▪ Tính toán và phân bố hệ thống ống dẫn (nước hoặc

▪ Phương pháp dùng Tuabin

▪ Sử dụng Piston

▪ Đo lưu lượng thông qua sự chênh lệch áp suất trên

cùng 1 đường ống dẫn

▪ Độ dâng cao của các cột chất lỏng trên ống rổng có 1

đầu nối với đường ống cần đo

▪ Quang học, siêu âm,….

Các phương pháp đo lưu lượng

▪ Xác định lượng lưu chất đi qua tiết diện ngang của

ống dẫn trong 1 đơn vị thời gian.

▪ Có rất nhiều phương pháp khác nhau để đo lưu

lượng, tuỳ thuộc vào đối tượng được đo và mức độ chính xác yêu cầu.

Cách đo lưu lượng

Sử dụng một đồng hồ đo chênh áp

Sử dụng hai đồng hồ đo

chênh áp

Ví dụ

Cảm biến dựa vào độ xoáy của dòng chất

lỏng (Cảm biến kiểu Vortex)

Ví dụ

Cảm biến kiểu thế chỗ

Ví dụ

Cảm biến lưu lượng kiểu tuabin

Ví dụ

Các cảm biến lưu lượng khối lượng

Ví dụ

Các cảm biến dựa vào nhiệt

Ví dụ

Các cảm biến dựa vào khối lượng

Ví dụ

Magnetic-Flowmeter Mass-Flow-Meter

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Vortex Flowmeters

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Cảm biến lưu lượng kiểu tuabin

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Cảm biến lưu lượng kiểu tuabin

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Mass Flowmeters

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Cảm biến lưu lượng kiểu thế chổ

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Đo lưu lượng bằng phương pháp sử

dụng tia Laser & siêu âm

Receiver Transmitter

FLOW

Upstream Transducer

Downstream Transducer

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Đo lưu lượng bằng phương pháp laser dùng

2 bộ thu phát

Hình dạng các loại cảm biến đo lưu lượng

Đo lưu lượng bằng phương pháp siêu âm

dùng 2 bộ thu phát

Ứng dụng cảm biến đo lưu lượng

Ứng dụng cảm biến đo lưu lượng

Ứng dụng cảm biến đo lưu lượng

cảm biến đo lưu lượng SITRANS F M MAG 5100 W

PRESSURE SENSOR

Giới thiệu

Việc đo đạc áp suất của chất khí, chất lỏng là công việc bắt buộc trong thiết kế máy móc cơ khí, các dây chuyền

sử dụng năng lượng khí nén hay dầu thủy lực

Trước đây người ta sử dụng các loại cảm biến cơ học, hiện nay người ta sử dụng và phát triển các loại cảm biến

đo áp suất có chất lượng tốt hơn và độ chính xác cao hơn cho việc kiểm soát và điều khiển từ xa toàn bộ dây chuyền của nhà máy

(Pressure sensor)

Khái niệm

Cảm biến áp suất là một dạng thiết bị dùng để đo áp suất hay nói một cách cụ thể là sự chuyển đổi đại lượng áp suất sang đại lượng điện.

Một số loại cảm biến áp suất:

Đơn vị đo áp suất

Đơn vị đo áp suất là pascal (Pa)

Nguyên tắc hoạt động của cảm biến áp suất:

Để đo áp suất người ta sử dụng một nguyên tắc giống nhau, áp suất được cho tác dụng lên một bề mặt xác định, như thế áp suất sẽ biến thành lực Việc đo áp suất được đưa về đo lực Tất cả các lực tác dụng lên một mặt phẳng xác định là thước đo áp suất.

Đặc điểm của cảm biến áp suất

• Phát hiện tăng giảm áp suất của các chất lỏng

• Ngõ ra có hai loại Analog hay dạng số.

• Thường được sản xuất có hiển thị số bằng đèn rất dễ sử

dụng.

• Ngoài ra cũng có loại cảm biến đo lưu lượng của chất lỏng.

Bộ phận tạo nên sự chênh lệch áp suất

Phương pháp đo lưu lượng bằng ống co được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và các lãnh vực khác Ống co dùng để tạo

sự chênh lệch áp suất (giữa vị trí ống co và ống chưa co ) nên ống co phải là những linh kiện cơ học rất bền.

Phương pháp đo sử dụng Pitot tube cũng dựa trên sự chênh lệch áp suất nhưng không tạo sự “co” trực tiếp trên dòng chảy.

Tại sao phải đo áp suất

▪ An toàn

▪ Không ảnh hưởng hoạt động của hệ thống

▪ Tiết kiệm chi phí

▪ Đo được áp suất sẽ tìm được các đại lượng khác

Các đối tượng cần đo

▪ Chất lỏng: phụ thuộc

Chiều cao cột chất lỏng Tỷ trọng chất lỏng

Áp suất bề mặt

▪ Chất khí:

.Thể tích bình chứa Nhiệt độ chất khí

Bộ biến đổi áp suất

Cảm biến áp suất kiểu cảm ứng

Cảm biến áp suất kiểu áp điện

▪ Khi áp suất tác động vào bản chắn thì hạt áp điện sẽ tạo ra

điện áp.

Cảm biến áp suất kiểu điện dung

Ví dụ ống co Venturi

Ví dụ ống Orifice plate

Các dạng ốngOrifice plate

Hoạt động Orifice plate

Ví dụ ống Pitot tube

Cảm biến áp suất loại điện áp

Cảm biến áp suất điện áp có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng thay đổi hay xuất hiện phân cực điện khi một số chất điện môi bị biến dạng dưới tác dụng của lực.

5:15 PM 106

Cảm biến áp suất loại điện áp

Bộ cảm biến gồm 3 lớp màng PVDF được dát mỏng giữa làm chất nền và lớp ép Khi tác dụng lực lên bộ cảm biến màng PVDF chịu ứng suất và hình thành các điện tích trên bề mặt Điện tích thay đổi tạo nên biến thiên điện áp ra Biên độ điện

áp ra tỉ lệ với lực tác động vào bộ cảm biến.

Cảm biến áp suất loại điện áp

Cảm biến áp điện dung để đo lực biến thiên (đến 10 kN), đo áp suất 100 N/𝒎𝒎𝟐 và gia tốc trong dải tần từ 0,5 – 100kHz.

Ưu điểm của loại cảm biến này là cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, độ tin cậy cao, có khả năng đo các đại lượng biến thiên nhanh.

Cảm biến áp suất dạng màng sọc co giãn kim loại

Màng sọc co giãn là loại cảm biến dùng để đo áp suất, lực… Ưu điểm của loại cảm biến này là trị số đo chính xác, kích thước bé Mạch đo thường dùng với cầu wheatstone Để có độ chính xác mạch điện cần nhiều điện trở bù trừ và sửa sai

Cảm biến áp suất dạng màng sọc co giãn kim loại Nguyên lí hoạt động.

Khi một sợi dây dẫn điện bị kéo căng ra, nó trở nên dài và ốm hơn nên điện trở của dây tăng lên Khi sợi dây co lại nó trở nên ngắn hơn và mập hơn nên điện trở giảm đi Ta sử dụng nguyên tắc này để làm cảm biến áp suất dạng màng sọc Theo công thức:

𝑺