Bài giảng cảm biến đo lực

1.Nguyên lý đo l ựcCB đo lực sử dụng vật trung gian biến dạng dưới tác dụng lực Định luật Hooke: trong giới hạn đàn hồi b.dạng ~ lực tác dụng  đo biến dạng  xác định lực tác dụng... 2.

Cảm biến đo lực

1.Nguyên lý đo l ực

CB đo lực sử dụng vật trung gian biến dạng dưới tác dụng lực

Định luật Hooke: trong giới hạn đàn hồi b.dạng ~ lực tác dụng

 đo biến dạng  xác định lực tác dụng Phương pháp đo:

- trực tiếp (đo bd của vật trung gian)

- gián tiếp: đo t/c điện của vật trung gian Các loại CB đo lực: - Cảm biến áp

- Cảm biến từ giảo

- Cảm biến đo độ dịch chuyển

- Cảm biến xúc giác Giới hạn đo: 0,1 N - 107 N

2.Cảm biến ỏp điện

2.1.Cấu tạo và nguyờn lý hoạt động

Nguyờn lý:- Hiệu ứng ỏp điện

Vật liệu ỏp điện: - thạch anh: tớnh ổn định, độ cứng cao

- gốm: dễ sản xuất, giỏ thành thấp

PZT, PbTi1-xZrxO3 x = 0,5

suất (.m)

Mođun Young (10 9 N.m -2 )

ứng lực cực

đại (10 7 N.m -2 )

Nh độ làm việc ( o C)

Cấu tạo

Cỏc b.dạng cơ bản: Cỏch ghộp nối:

2.2.Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm

Giới hạn đo:phụ thuộc diện tích bề mặt của các vòng đệm,vài kN(với đường kính ~1cm) đến

103 kN (đường kính ~10cm) Chỉ nhạy với lực nén tác dụng dọc theo trục

Đo lực kéo độ nhạy giảm 5-10%

2.3.Cảm biến thạch anh nhiều thành phần

Vòng đệm thạch anh được cắt các hướng khác nhau,khi chúng chỉ nhạy với 1 hướng xác định

2.4.Sơ đồ mạch đo

a)Sơ đồ tương đương của cảm biến

Trong dải thông rộng

Trong d¶i th«ng cã Ých Nối với mạch ngoài

1/Rs=1/Rg +1/R1

Cs=Cg +C1

Trong dải thông rộng:-,, :đặc trưng cho cộng hưởng điện cơ ở ngoài dải thông của cảm biến

-Rg điện trở cách điện của vật liệu áp điện -Cg tụ điện của nguồn phát điện tích,khi ở tần số trung bình và cao nó trở thành trở kháng của cảm biến

b)Sơ đồ khuếch đại điện áp

Sơ đồ tương đương của cảm biến mắc nối tiếp với bộ khuếch đại điện thế Điện áp của lối vào cảm biến:

1

eq eq m

q eq eq

R C P Q

V



 c)Sơ đồ khuếch đại điện tích

Sơ đồ khối

Sơ đồ ghép nối cảm biến và bộ chuyển đổi điện tích

3.Cảm biến từ giảo

3.1 Hiệu ứng từ giảo

Tính chất từ của vật liệu thay đổi dưới tác dụng của ứng lực

ứng lực  thay đổi kích thước ô mạng t.thể  th.đổi hướng dễ từ hóa

 thay đổi định hướng domen  thay đổi t/c từ ( và Br)

Sự biến dạng của đường cong từ hóa dưới tác dụng

của lực kéo

Sự thay đổi của Br phụ thuộc:

- vật liệu

- ứng lực

3.2 Cảm biến từ thẩm biến thiên

a Nguyên lý:

ứng lực  thay đổi độ từ thẩm  của lõi sắt từ

 th.đổi độ tự cảm L của cuộn dây

b Cấu tạo:

mạch từ kín, cuộn dây, lõi chưa

bị nhiễm từ Br=0

c Hoạt động:

lực  lõi bị biến dạng  thay đổi  và từ trở  L





















K L

L R

R

3.3 Cảm biến từ dư biến thiên

a.Nguyên lý:

lõi sắt nhiễm từ (Br≠0), ứng lực  thay đổi độ từ dư Br

b Cấu tạo:

mạch từ kín, cuộn dây, lõi sắt có từ dư Br≠0

c Hoạt động:

lực  Br thay đổi  từ thông thay đổi  sđđ tỷ lệ với dBr/dt

điện áp đo hở mạch:

K - hệ số tỷ lệ với số và tiết diện của vòng dt

d d

dB K dt

dB K







4 Cảm biến lực dựa trên phép đo độ dịch chuyển

Nguyên lý:

lực  vật trung gian  thay đổi kích thước ℓ

ℓ đo bằng cảm biến dịch chuyển gọi Vm - tín hiệu ra

F - lực tác dụng

- Vm/ℓ - tỷ số truyền đạt của cảm biến

- ℓ/F - độ mềm của vật trung gian

F

V F

V m m 









Độ dịch chuyển đo bằng:- CB điện thế kế điện trở,

- CB cảm ứng từ trở biến thiên,

- CB tụ điện

5 Cảm biến xúc giác - da nhân tạo

Cấu tạo

- đế cách điện

- lưới dẫn điện: 2 hệ thống dây dẫn vuông góc

tạo thành những ô vuông nhỏ

- các điện cực đo cách điện với dây dẫn

điện cực đo nối đất qua mạch đo dòng

- cao su pha các hạt dẫn điện

Hoạt động

Bình thường các dòng bằng nhau

Lực tác dụng lên 1 phần của tấm cao

su,

kh.cách giữa các hạt dẫn điện ↓, điện

trở↓,

dòng điện ↑

Tọa độ vùng dòng tăngvị trí của lực

tdụng,

Trị số dòng  độ lớn của lực

Một số loại cảm biến đo lực

cảm biến lực SBD

- Mức tải max 1 loadcell: 30 tấn

- Đặc biệt: Đạt tiêu chuẩn OIML R60 C30

và NTEP 10000; khối lượng nhẹ,

dễ dàng việc lắp đặt Được thiết kế chống xoay Chức năng tự cân bằng Được sản xuất bằng vật liệu thép không rỉ đặc biệt kín.

- Điện áp biến đổi: 2 0.002 m V/V

- Điện áp kích thích: 20VDC/VAC Max

- Điện trở đầu vào:7724 ohms

- Điện trở đầu ra: 7001 ohms

- Điện trở cách điện: 5000 Megohms (50VDC)

- Sai số lặp lại: 0.01% F.S

- Sai số tuyến tính: 0.02% F.S

- Quá tải an toàn: 125% F.S

- Quá tải hư hỏng: 300% F.S

- Nhiệt độ làm việc: -300C ~ 650C

- Tiêu chuẩn an toàn: IP 67

Thông số Đơn vị Giá trị

Mức tải tối đa kg 50, 100, 150, 200,

250.

Điện áp biến đổi mV/V 2 ± 10%

Cấp chính xác mV/V OIML R60 C3

Cân bằng tại điểm "0" %R.O ≤ ± 10

Nhiệt độ làm việc °C -20 ~ +65

Điện trở đầu vào Ω 410 ± 10

Điện trở cách điện MΩ ≥ 5000 (ở 50VDC)

Điện áp kích thích V 5 ~ 15 (DC/AC)

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

Quá tải an toàn %R.O 150

Quá tải phá hủy hoàn toàn %R.O 300

Tuân thủ theo tiêu chuẩn asd IP67

Kích thước tối đa mm 400 x 400

Chiều dài dây tín hiệu m 2

Cảm biến lực MT1241

- Mức tải tối đa tấn 10, 20, 25, 30.

- Điện áp biến đổi mV/V 2 ± 0.002

- Sai số lặp lại %R.C ≤0.01

- Độ trễ %R.C ≤ ± 0.02

- Sai số tuyến tính %R.C ≤ ± 0.02

- Quá tải (30 phút) %R.C ≤ ± 0.02

- Cân bằng tại điểm '0' %R.C ≤ ± 1

- Bù nhiệt °C -10 ~ 40

- Nhiệt độ làm việc °C -20 ~ 65

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

- Nhiệt độ tác động làm thay đổi - điểm'0'

%R.C/°C ≤ ± 0.002

- Điện trở đầu vào Ω 772 ± 4

- Điện trở đầu ra Ω 700±1

- Điện trở cách điện MΩ ≥ 5000 (ở 50VDC)

- Điện áp kích thích V 5~ 15 (DC/AC)

- Điện áp kích thíchtốiđa V 20 (DC/AC)

- Quá tải an toàn %R.C 150

- Quá tải phá hủy hoàn toàn %R.C 300

- Tuân thủ theo tiêu chuẩn IP67

- Chiều dài dây tín hiệu m 13

LOADCELL 0782 -METTLER T OLEDO

Dải Cân :100,200tấn

Điện áp biến đổi : 2mV/V

Cấp chính xác : OIML R60 C3, NTEP

10000III L, FM and EEx ib IIC T4

Cấp bảo vệ : IP68

Nhiệt độ làm việc : -10°C ~ +40°C

Nhiệt độ cất giữ : -30°C ~ +65°C Đ

Điện trở vào : 1160 ± 10 Ω

Điện trở ra : 1000 ± 3 Ω

Chiều dài dây cáp : 13m

Ứng dụng : Cân ô tô, cân tàu hỏa

Loadcell TSB-TSC

- Mức tải tối đa kg 50,100,200,300,

500,1000

- Điện áp biến đổi mV/V 2 ± 0.002

- Sai số lặp lại %R.C ≤0.01

- Độ trễ %R.C ≤ ± 0.02

- Sai số tuyến tính %R.C ≤ ± 0.02

- Quá tải (30 phút) %R.C ≤ ± 0.02

- Cân bằng tại điểm '0' %R.C ≤ ± 1

- Bù nhiệt °C -10 ~ 40

- Nhiệt độ làm việc °C -20 ~ 65

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

- Nhiệt độ tác động làm thay đổi - điểm'0'

%R.C/°C ≤ ± 0.002

- Điện trở đầu vào Ω 381 ± 4

- Điện trở đầu ra Ω 350±1

- Điện trở cách điện MΩ ≥ 5000 (ở 50VDC)

- Điện áp kích thích V 5~ 15 (DC/AC)

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

- Quá tải an toàn %R.C 150

- Quá tải phá hủy hoàn toàn %R.C 300

- Tuân thủ theo tiêu chuẩn IP67

- Chiều dài dây tín hiệu m 5

Cảm biến lực SB

- Mức tải tối đa tấn 0.3,0.5,1,2,3

- Điện áp biến đổi mV/V 2 ± 0.002

- Sai số lặp lại %R.C ≤0.01

- Độ trễ %R.C ≤ ± 0.02

- Sai số tuyến tính %R.C ≤ ± 0.02

- Quá tải (30 phút) %R.C ≤ ± 0.02

- Cân bằng tại điểm '0' %R.C ≤ ± 1

- Bù nhiệt °C -10 ~ 40

- Nhiệt độ làm việc °C -40~ 65

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

- Nhiệt độ tác động làm thay đổi - điểm'0'

%R.C/°C ≤ ± 0.002

- Điện trở đầu vào Ω 381 ± 4

- Điện trở đầu ra Ω 350±1

- Điện trở cách điện MΩ ≥ 5000 (ở 50VDC)

- Điện áp kích thích V 5~ 15 (DC/AC)

- Điện áp kích thíchtốiđa V 20 (DC/AC)

- Quá tải an toàn %R.O 150

- Quá tải phá hủy hoàn toàn %R.O 300

- Tuân thủ theo tiêu chuẩn IP67