Cân bằng nó với 1 lực từ được tạo ra bởi sự tương tác của một cuộn dây có dòng điện chạy qua và từ trường.. Biến đổi lực tác động thành sự biến dạng của một phần tử đàn hồi... Cảm biến l
Trang 1CHƯƠNG V: ĐO LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
- Lực là 1 đại lượng Vector, là một hoạt động có thể tạo ra gia tốc của một
vật nào đó
1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG
- Xác định hay đo lực cần phải hiểu các khái niệm cơ bản về Lực như sau:
Nếu lực tác động lên một vật mà không tạo ra gia tốc, chúng ở dạng Hệ
thống lực cân bằng Lúc đó, hệ thống ở trạng thái cân bằng tĩnh Lực tác
động lên một vật được chia thành 2 loại: Nội lực và ngoại lực
Các phương pháp cơ bản để đo lực
Một lực chưa biết có thể đo bằng các phương pháp sau:
1 Cân bằng lực chưa biết với một đối tượng tập trung tiêu chuẩn
2 Đo gia tốc
3 Cân bằng nó với 1 lực từ được tạo ra bởi sự tương tác của một cuộn dây có dòng điện chạy qua và từ trường
4 Phân phối lực trên một diện tích xác định để đo áp suất
5 Biến đổi lực tác động thành sự biến dạng của một phần tử đàn hồi
Trang 22 CẢM BIẾN LỰC
- Sử dụng cảm biến lực yêu cầu phải có hiểu biết cơ bản về đáp ứng của hệ thống Cảm biến lực được sử dụng để theo dõi các lực tác động trong công nghiệp xe hơi Cánh tay robot và các công cụ lắp ráp được điều khiển bằng cách phát hiện các lực được tạo ra Đo lực trực tiếp thuận lợi trong việc điều khiển nhiều hệ thống cơ khí
- Một số kiểu cảm biến lực dựa trên việc đo sự biến dạng gây ra bởi lực Các tính chất đàn hồi rất tốt của lò xo xoắn ốc làm cho nó thường được sử dụng trong các cảm biến lực để biến đổi tải được đo thành sự biến dạng
- Mối quan hệ giữa lực và sự biến dạng trong miền đàn hồi được chứng minh trong định luật Hook Các cảm biến lực sử dụng các phần tử Strain gage hoặc
tinh thể áp điện có sử dụng vi điện tử bên trong cũng được sử dụng rất phổ
biến Cả các lực đột biến và các lực biến thiên chậm đều có thể được theo dõi sử dụng các loại cảm biến này
- Một kỹ thuật đo lực hiện nay thường được sử dụng rất phổ biến đó là load cell Load cell thường có một cấu trúc cứng ở bên ngoài Load cell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên chậm Độ chính xác thông thường của load cell thường khoảng 0.1% full scale Có một số trường hợp load cell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào thiết kế của load cell
Trang 4Load cell Strain gage:
Load cell strain gage bao gồm một cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực và một mạng strain gage tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này
Strain gage:
Strain gage sử dụng một sợi dây gage dài để tạo ra điện trở mong muốn (thường là 120 Ω) theo dạng một cuộn dây phẳng Cuộn dây này sau đó được luyện bằng bột than giữa 2 phiến mỏng cách ly bằng giấy hay nhựa Gage này không thể sử dụng trực tiếp để đo sự biến dạng Đầu tiên nó phải được cố định thích hợp trong một cấu trúc có thể bị biến dạng Sau đó chúng được nung ở nhiệt độ khoảng để loại bỏ hơi ẩm
Phủ bên ngoài bằng sáp ong hoặc nhựa thông để bảo vệ về mặt cơ khí Điện trở giữa cấu trúc và bản thân gage tối thiểu là 50 Ω Tổng diện tích của tất cả dây dẫn phải nhỏ, sao cho dễ dàng truyền lực tác động thành sự biến dạng của dây Khi có lực tác động, diện tích tiết diện chéo bị thu hẹp, làm tăng điện trở của gage
Khi sử dụng Strain gage cần phải xem xét kỹ về các tính chất độ cứng và môi trường Trong thiết kế của nó, strain gage có độ dài ngắn hơn chịu được tác động của lực có tần số lớn hơn (VD: gage 0.2mm có thể chịu tác động của lực có tần số 660KHz, còn gage 60mm chỉ có thể chịu tác động của lực có tần số 200KHz) Điều kiện môi trường chủ yếu là nhiệt độ của gage Do điện trở là một hàm của nhiệt độ, do đó gage cũng bị ảnh hưởng của nhiệt độ
Trang 7Cấu hình lưới của strain gage điện trở dạng foil kim loại được tạo thành từ quá trình khắc ảnh (photo – etching) Strain gage ngắn nhất hiện tại có chiều dài 0,2mm, dài nhất là 102mm Điện trở strain gage tiêu chuẩn là
120 Ω và 350 Ω
Load cell kiểu Beam (Beam – type):
Thường được sử dụng để đo các tải cấp thấp