Thiết kế hệ thống điện cân điện tử số công nghiệp

Trong kỹ thuật đo lườngngười ta phải tiến hành đo các đại lượng vật lý khác nhau đó là các đạilượng điện và các đại lượng không điện như: các đại lượng hình học, hoáhọc, nhiệt học… Hệ t

Lêi më ®Çu

Trong thời đại ngày nay ngành kỹ thuật đo lường đang được sử dụng rấtrộng rãi trong việc kiểm tra tự động, tự động hoá các quá trình sản xuất,đặc biệt sử dụng rộng rãi trong các cơ sở nghiên cứu khoa học của tất cảcác lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau Trong kỹ thuật đo lườngngười ta phải tiến hành đo các đại lượng vật lý khác nhau đó là các đạilượng điện và các đại lượng không điện như: các đại lượng hình học, hoáhọc, nhiệt học…

Hệ thống đo khối lượng ở nước ta với đầy đủ các loại cân, từ cân cơ khí,cân cơ điện đến cân điện tử, đang được sử dụng rất rộng rãi trong nhiềulĩnh vực như: trong ngành sản xuất ôtô ta phải dùng cân điện tử số côngnghiệp để đo khối lượng của ôtô, trong ngành sản xuất xi măng phải đokhối lượng của bao bì sản phẩm để đóng gói… Bản đồ án này thiết kế hệthống điện cân điện tử số công nghiệp loại 10 tấn / 1 mã cân

Do có những hạn chế về mặt trình độ cũng như về thời gian, nên bảnthiết kế này không tránh khỏi những thiếu sót Em mong được sự góp ýgiúp đỡ của các thầy cô giáo, để bản thiết kế này của em được hoàn thiệnhơn Em xin chân thành cảm ơn

phần i

tổng quan về đo khối lợng và hệ thống

cân điện tử công nghiệp

Đ1-1 tổng quan về đo khối lợng

1- Khái niệm chung.

Đo lờng là một quá trình đánh giá định lợng đại lợngcần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo Kết quả

đo lờng là giá trị bằng số của đại lợng cần đo AX , nó bằng

tỷ số giữa đại lợng cần đo X và đơn vị đo XO Nghĩa là

AX chỉ rõ đại lợng đo lớn hơn ( hoặc nhỏ hơn ) bao nhiêulần đơn vị của nó Quá trình đo có thể viết dới dạng:

A =

( 1-1 )

Phơng trình ( 1-1 ) gọi là phơng trình cơ bản củaphép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lợng cần đo với mẫu vàcho ra kết quả bằng số Từ đó ta thấy rằng không phải bấtkì đại lợng nào cũng đo đợc, bởi vì không phải bất kì

đại lợng nào cũng cho phép so sánh các giá trị của nó Vìvậy để đo chúng ta phải biến đổi chúng thành đại lợngkhác có thể so sánh đợc Ví dụ: để đo ứng suất cơ học taphải biến đổi chúng thành sự thay đổi điện trở của bộcảm biến lực căng, sau đó mắc các bộ cảm biến này vàomạch cầu và đo điện áp lệch cầu khi có tác động của ứngsuất cần đo

2- Phân loại phép đo

Để thực hiện một phép đo, ngời ta có thể sử dụngnhiều cách khác nhau Ta có thể phân ra làm các cách nhsau:

- Đo trực tiếp : là cách đo mà kết quả đo nhận đợc trựctiếp từ một phép đo duy nhất Cách này cho kết quả ngay.Dụng cụ đo thờng tơng ứng với đại lợng đo Ví dụ: đo

điện áp dùng vôn mét ( V ), trên mặt vôn mét đã khắc độsẵn bằng vôn ( V ) Trên thực tế đa số các phép đo đều

sử dụng cách đo trực tiếp

- Đo gián tiếp: là cách đo mà kết quả đo đợc suy ra từ sựphối hợp kết quả của nhiều phép đo dùng cách đo trựctiếp Cách đo gián tiếp thờng mắc phải sai số lớn, là tổngcác sai số của các phép đo trực tiếp

- Đo hợp bộ: là cách đo gần giống đo gián tiếp, nhng số lợngphép đo theo cách trực tiếp nhiều hơn và kết quả đonhận đợc thờng phải thông qua giải một phơng trình ( haymột hệ phơng trình ), mà các thông số đã biết chính làcác số liệu đo đợc

- Đo thống kê: để đảm bảo độ chính xác của phép đo,nhiều khi ngời ta phải sử dụng cách đo thống kê Tức là taphải đo nhiều lần, sau đó lấy giá trị trung bình Cách đonày đặc biệt hữu hiệu khi tín hiệu đo là ngẫu nhiên,hoặc khi kiểm tra độ chính xác của một dụng cụ đo

II – Các đặc tr ng của kỹ thuật đo l ờng

Trong kỹ thuật đo lờng có chứa đựng các đặc trngsau: đại lợng cần đo, điều kiện đo, đơn vị đo, phơngpháp đo, thiết đo, ngời quan sát hoặc các thiết bị thu

3

nhận kết quả đo, kết quả đo Các đặc trng này là nhữngyếu tố cần thiết không thể thiếu đợc trong kỹ thuật đo l-ờng.

1- Đại l ợng đo ( tín hiệu đo ) .

cần đo Theo tính chất thay đổi của đại lợng đo có thểchia chúng thành hai loại đó là: đại lợng đo tiền định và

đại lợng đo ngẫu nhiên

- Đại lợng đo tiền định là đại lợng đo đã biết trớc quy luậtthay đổi theo thời gian của chúng Nhng một hoặc nhiềuthông số của chúng cha biết cần phải đo

- Đại lợng đo ngẫu nhiên là đại lợng đo mà sự thay đổi theothời gian không theo một quy luật nào cả Nếu ta lấy bất

kỳ giá trị nào của tín hiệu thì ta đều nhận đợc đại lợngngẫu nhiên

nhiên Tuy ở một chừng mực nào đó ta có thể giả thiếtrằng suốt thời gian tiến hành một phép đo, đại lợng đophải không đổi hoặc thay đổi theo quy luật đã biết,hoặc tín hiệu hiệu phải thay đổi chậm Vì thế nếu đạilợng đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh sẽ không thể

đo đợc bằng các phép đo thông thờng Trong trờng hợpnày ta phải sử dụng một phơng pháp đo đặc biệt, đó là

đo lờng thống kê Theo cách biến đổi đại lợng đo ta cóthể chia thành đại lợng đo liên tục hay còn gọi là đại lợng

đo tơng tự (Analog), và đại lợng đo rời rạc hay còn gọi là

đại lợng đo số ( Digital ) ứng với tín hiệu đo tơng tự , ngời

ta chế tạo ra các dụng cụ đo tơng tự Còn tín hiệu đo số

(tức là biến đổi từ đại lợng tơng tự thành đại lợng số) ứngvới đại lợng đo này ngời ta thờng chế tạo ra các dụng cụ đosố.

2- Điều kiện đo

Các thông tin đo lờng bao giờ cũng gắn chặt với môi

tr-ờng sinh đại lợng đo Khi tiến hành phép đo ta phải tínhtới ảnh hởng của môi trờng đến kết quả đo và ngợc lại Khidùng dụng cụ đo không đợc để dụng cụ đo ảnh hởng đến

đối tợng đo Trong thực tế ta thờng phải tiến hành đonhiều đại lợng cùng một lúc, rồi lại phải truyền tín hiệu đi

xa, tự động ghi lại và gia công thông tin đo Cho nên cầnphải tính đến các điều kiện đo khác nhau để chọn thiết

bị đo và tổ chức các phép đo cho tốt nhất

3- Đơn vị đo

Để cho nhiều nớc có thể sử dụng một hệ thống đơn vịduy nhất, ngời ta đã thành lập hệ thống đơn vị quốc tế( SI ) Trong hệ thống đó các đơn vị đợc xác định nhsau:

+ Đơn vị chiều dài là mét ( m )

+ Đơn vị khối lợng là kilôgam ( Kg )

+ Đơn vị thời gian là giây ( s )

+ Đơn vị cờng độ dòng điện là Ampe ( A )

+ Đơn vị nhiệt độ là độ Kelvin ( K )

+ Đơn vị cờng độ sáng là nến candela ( Cd )

+ Đơn vị số lợng vật chất là mol ( mol )

5

Thiết bị đo là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tínhiệu, mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho ngời quansát Chúng có những tính chất đo lờng học, tức là nhữngtính chất có ảnh hởng đến kết quả và sai số của phép

đo Thiết bị đo lờng gồm nhiều loại đó là: thiết bị mẫu,các chuyển đổi đo lờng, các dụng cụ đo lờng, các tổ hợpthiết bị đo lờng và hệ thống thông tin đo lờng

Các phép đo đợc thực hiện bằng các phơng pháp đokhác nhau, phụ thuộc vào các phơng pháp nhận thông tin

đo và nhiều yếu tố khác nh : đại lợng đo lớn hay nhỏ,

điều kiện đo, sai số, yêu cầu vv… Phơng pháp đo có thể

có nhiều nhng ngời ta đã phân ra làm hai loại đó là:

ph-ơng pháp đo biến đổi thẳng và phph-ơng pháp đo so sánh

số yêu cầu và phù hợp với điều kiện môi trờng xung quanh.Biết điều khiển quá trình đo để có kết quả mongmuốn Sau cùng là nắm đợc các phơng pháp gia công kếtquả đo để tiến hành gia công số liệu thu đợc sau khi đo

6 - kết quả đo

Kết quả đo ở một mức nào đó có thể coi là chính xác.Một giá trị nh vậy đợc gọi là giá trị ớc lợng của đại lợng đo.Nghĩa là giá trị đợc xác định bởi thực nghiệm nhờ các

X

N

Có nhiều nguyên nhân gây nên sai số, trớc hết là dophơng pháp đo không hoàn thiện, sau đó là do sự biến

động của các điều kiện bên ngoài vợt ra ngoài các điềukiện tiêu chuẩn đợc quy định cho dụng cụ đo mà ta chọn.Kết quả đo là những con số kèm theo đơn vị đo haynhững đờng cong tự ghi, ghi lại quá trình thay đổi của

đại lợng đo theo thời gian

Việc gia công kết quả đo phải theo một thuật toán( Angôrit ) nhất định bằng máy tính, hay bằng tay, để

đạt đợc kết quả mong muốn

III - Ph ơng pháp đo

thể phân loại phép đo nh sau:

Trong quá trình đo biến đổi thẳng tập liên tục các

đại lợng đo đợc ánh xạ thành tập rời rạc các ký hiệu logichình thức ( hình 1-1a ) và đại lợng đo X đợc tơng ứngthành Nx ( phép lợng tử hoá và mã hoá ) Nx này là một con

số và nó sẽ là kết quả đo khi biến đổi đơn vị đo X0

7

thành con số N0 và kết quả đo đó sẽ là: X =

X0

Ví dụ: khắc độ trên dụng cụ đo tơng tự Quá trình này đợc gọi là quá trình khắc độ theo mẫu N0 đợc ghi nhớ lại ( hình 1-1a ) Sau đó diễn ra quá trình so sánh giữa đại l-ợng cần đo với đơn vị của chúng Quá trình này đợc thực hiện bằng phép chia suy ra kết quả đo đợc thể hiện bằng biểu thức dới đây:

X =

Quá trình đo nh vậy đợc gọi là quá trình biến đổi thẳng Thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết

bị đo biến đổi thẳng ( hình 1-1b )

0 1X0 2X0 3X0 4X0 5X0 6X0 7X0 8X0 9X0

X

9

N

8

7

6

Trong thiết bị này tín hiệu đo X và X0 sau khi quakhâu biến đổi ( BĐ ), đợc đa đến bộ biến đổi tơng tự –

số A/D ta có NX và N0 sau khi qua bộ so sánh ta nhận đợc

2 - Ph ơng pháp đo kiểu so sánh .

Phơng pháp đo kiểu so sánh là phơng pháp đo có sơ

đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng ( nghĩa là có khâu phảnhồi )

X

X 0

X

NX/ N0 Hình 1- 1.b

X

SS ΔX

BĐ A/D

D/A

XK

NK

Hình 1- 2.b

ở mẫu sẽ suy ra đợc giá trị của đại lợng cần đo Quá trình

đo nh vậy đợc gọi là quá trình đo kiểu so sánh Thiết bị

để thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu sosánh ( hay còn gọi là thiết bị bù ) Nó đợc thể hiện qua sơ

đồ khối sau

Tín hiệu đo X đợc so sánh với một tín hiệu Xk tỷ lệ với

đại lợng mẫu X0 Qua bộ biến đổi số – tơng D/A tạo ra tínhiệu Xk qua bộ so sánh ta có: ∆X = X – Xk

Tuỳ thuộc vào cách so sánh, mà ta có các phơng pháp

Xk và độ nhạy của thiết bị chỉ thị cân bằng

b - so sánh không cân bằng

Nếu Xk là đại lợng không đổi, lúc đó ta có ∆X = X – Xk ,nghĩa là kết quả phép đo đợc định nghĩa, đánh giátheo đại lợng hiệu ∆X Tức là biết trớc Xk và đo ∆X ta cóthể suy ra X = ∆X – Xk Phép đo này có độ chính xácphụ thuộc vào phép đo ∆X , nếu giá trị phép đo ∆X càngnhỏ thì độ chính xác của phép đo càng cao Ví dụ: nếu

∆X chỉ bằng 0,1X thì độ sai lệch khi đo ∆X chỉ phản ánhvào độ chính xác của việc xác định X là một phần mờilần mà thôi Độ chính xác của phép đo chủ yếu do độchính xác của Xk quyết định

Phơng pháp so sánh này thờng đợc sử dụng để đo các

đại lợng không điện nh : đo ứng suất, đo nhiệt độ vv

c - So sánh đồng thời

So sánh đồng thời là phép so sánh cùng một lúc nhiều

điểm của đại lợng đo X và của mẫu Xk , căn cứ vào các

điểm trùng nhau mà tìm ra đại lợng cần đo Ví dụ: để

11

xác định 1 inch bằng bao nhiêu mm, ta làm phép so sánhsau : lấy một thớc có độ chia mm làm mẫu, còn thớc kiachia theo inch Đặt điểm 0 trùng nhau, sau đó ta đọc đợccác điểm trùng nhau tiếp theo là: 127mm- 5inch ; 254mm-10inch; 381mm- 15inch Từ đó ta tính đợc inch theo mm: 1inch 25,4 ( mm )

Sử dụng phơng pháp này thực tế ta dùng để thử nghiệmcác đặc tính của cảm biến hay của thiết bị đo để đánhgiá sai số của chúng

3 - Các thao tác cơ bản khi tiến hành phép đo.

Từ các phơng pháp đo đã nêu trên, ta rút ra những thaotác cơ bản của phép đo nh sau:

+ Thao tác mẫu: là quá trình lập đơn vị, tạo ra mẫu biếnthiên hay khắc độ thiết bị đo

+ Thao tác biến đổi: là quá trình biến đổi đại lợng đo

hiện các thuật toán, tạo ra các mạch đo và gia công tínhiệu đo phục vụ cho phép đo.

+ Thao tác so sánh: là quá trình so sánh đại lợng đo vớimẫu, hay so sánh giữa con số tỉ lệ với đại lợng đo và con

số tỉ lệ với mẫu

+ Thao tác thể hiện kết quả đo: là quá trình gia côngbằng tay hay bằng máy tính, thông thờng các thao tác này

đợc tiến hành tự động trong thiết bị đo và tự động cho

ra kết quả đo Tuy nhiên cũng có những dụng cụ phải

điều khiển bằng tay Ví dụ: Cầu đo điện trở , điện cảm,

điện dung điều khiển bằng tay

IV - Phân loại các thiết bị đo

Thiết bị đo thực hiện quá trình so sánh bằng phơngtiện kỹ thuật Thiết bị đo là sự thể hiện phơng pháp đobằng các khâu chức năng cụ thể

Với sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử và côngnghệ vi điện tử, ngày nay các khâu chức năng của thiết

bị đo đợc chế tạo hàng loạt

Ta có thể chia thiết bị đo thành nhiều loại tuỳ theochức năng của nó, chủ yếu gồm các loại sau : mẫu, dụng cụ

đo bằng điện, các chuyển đổi đo lờng, hệ thông tin đolờng

1- Mẫu

13

Mẫu là thiết bị đo để khôi phục một đại lợng vật lýnhất định Những dụng cụ mẫu phải đạt độ chính xác rấtcao từ 0,01% , tuỳ theo từng cấp, từng loại.

2 - Dụng cụ đo l ờng điện .

Dụng cụ đo lờng điện là dụng cụ đo lờng bằng điện,

để gia công các thông tin đo lờng, tức là tín hiệu điện cóquan hệ hàm với đại lợng vật lý cần đo

+ Dụng cụ đo mà giá trị của kết quả đo thu đợc là mộthàm liên tục của quá trình thay đổi đại lợng đo gọi làdụng cụ đo tơng tự Loại dụng cụ này bao gồm dụng cụ đotơng tự, dụng cụ đo kim chỉ và dụng cụ đo tự ghi

+ Dụng cụ đo chỉ thị số: là loại dụng cụ đo mà kết quả

đo đợc thể hiện ra bằng số

Chuyển đổi đo lờng là loại thiết bị để gia công tínhiệu thông tin đo lờng để thuận tiện cho việc truyền,biến đổi, gia công tiếp theo, cất giữ nhng không cho giakết quả đo trực tiếp Có hai loại chuyển đổi đó là:

+ Chuyển đổi các đại lợng điện thành các đại lợng khác

Ví dụ: các bộ phân áp , phân dòng, biến áp, các bộchuyển đổi tơng tự – số A/D

+ Chuyển đổi các đại lợng không điện thành đại lợng

điện Đó là các loại chuyển đổi sơ cấp , là bộ phận chínhcủa cầu đo hay cảm biến

Ví dụ : Các chuyển đổi nhiệt điện trở, cặp nhiệtvv…

Hệ thống thông tin đo lờng là tổ hợp các thiết bị đo vàcác thiết bị phụ, để tự động thu nhập số liệu từ nhiềunguồn khác nhau, truyền các thông tin đo lờng qua khoảngcách theo kênh liên lạc và chuyển nó về một dạng để tiệncho việc đo và điều khiển hệ thống thông tin đo lờng.

Nó đợc chia thành các nhóm sau:

+ Hệ thống kiểm tra tự động: là hệ thống thực hiệnnhiệm vụ kiểm tra các đại lợng đo Nó cho ra kết quả lớnhơn, nhỏ hơn, hay bằng chuẩn

+ Hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật : là hệ thống kiểm tra sựlàm việc của đối tợng để chỉ rõ ra chỗ hỏng hóc cần sửachữa

+ Hệ thống đo lờng : là hệ thống để đo và ghi lại các đạilợng đo

+ Hệ thống nhận dạng : là hệ thống kết hợp việc đo lờngkiểm tra để phân loại đối tợng tơng ứng với mẫu đã cho + Tổ hợp đo lờng tính toán : sự phát triển của kỹ thuậttính toán đã cho ra đời một thiết bị mới đó là tổ hợp đo l-ờng tính toán , với chức năng có thể bao quát toàn bộ cácthiết bị ở trên Đó là sự ghép nối hệ thống thông tin đo l-ờng với máy tính Nó có thể tiến hành đo , nhận dạng ,chuẩn đoán và điều khiển đối tợng Hệ thống thông tin

đo lờng có thể phục vụ cho đối tợng ở gần hoặc ở xa Lúc

đó ta chỉ việc ghép nối các kênh liên lạc nh vậy gọi là hệthống thông tin liên lạc từ xa

Khối lợng là một đại lợng vật lý Khi có một vật thể tĩnh

đặt trên một mặt phẳng, thì dới lực hút của trái đất, vật

15

thể này đã tác dụng lên mặt phẳng đó một lực, lực này tỷ

lệ thuận với khối lợng của vật Lực tác dụng đó là :

Nh vậy đo khối lợng cũng chính là phơng pháp đo lực,

mà phạm vi đo lực thì rất rộng, từ những giá trị rất nhỏ

đến những giá trị rất lớn Thờng ngời ta chia lực thànhnhiều dải đo khác nhau, mỗi giải đo có thể sử dụng cácphơng pháp và thiết bị đo khác nhau, đặc biệt ở dải đothấp 10 -5N trở xuống phải dùng các phơng pháp đặc biệt

để đảm bảo độ chính xác yêu cầu Có thể dùng các loạichuyển đổi khác nhau với các phơng pháp khác nhau để

đo lực Thông thờng có hai phơng pháp đo là :

+ Phơng pháp đo trực tiếp : là phơng pháp sử dụng cácchuyển đổi có đại lợng vào tơng ứng vứi các lực cần đo,

đại lợng ra đợc biến thành các tín hiệu điện , các thông số

điện, mạch đo và chỉ thị cho kết quả đo không thôngqua hệ dẫn truyền trung gian

+ Phơng pháp đo gián tiếp : là phơng pháp sử dụng cácphần tử đàn hồi, các hệ dẫn truyền, biến lực thành dichuyển, các chuyển đổi đo các lợng di chuyển từ đó suy

ra đại lợng cần đo

Hai phơng pháp trên đợc sử dụng rộng rãi, sử dụng

ph-ơng pháp nào là tuỳ thuộc vào yêu cầu và nhiệm vụ thựchiện chúng

1- Ph ơng pháp đo lực bằng lực kế

Khi đo lực bằng cách chuyển đổi trực tiếp, thờng dùngcác phần tử áp điện và áp từ Giới hạn đo của các dụng cụnày phụ thuộc vào diện tích tác dụng các chuyển đổi.Chuyển đổi áp từ làm việc có độ chắc chắn cao và dảitần từ ( 20 ữ 50 ) KHz Phần tử áp điện chỉ đo đợc với lựcbiến thiên tần số ≥ ( 5ữ10 )Hz trở lên, không khắc độ đợcvới lực tĩnh

Đo lực bằng phơng pháp biến lực thành di chuyển và đo

di chuyển để xác định lực đợc thực hiện nhờ các chuyển

đổi biến trở, điện cảm, điện dung, điện trở lực căng.Giới hạn đo của các dụng cụ phụ thuộc vào cấu trúc của cácphần tử dẫn truyền, cách lắp ghép chúng Các dụng cụ đolực nh trên gọi là các lực kế

+ Lực kế dùng chuyển đổi biến trở có u điểm là đơngiản, dễ chế tạo, dễ sử dụng, độ tin cậy cao, không cầnkhuyếch đại tín hiệu ra Nhng nhợc điểm của dụng cụ này

là không đo đợc lực biến thiên nhanh, chỉ thực hiện đợcvới tần số không quá ( 10ữ20 )Hz

+ Để đo lực biến thiên nhanh, ta dùng lực kế với chuyển

đổi điện trở tenzô, điện cảm, điện dung, áp điện và áp

từ Phần tử đàn hồi là một thanh thép đặc, đợc dán điệntrở tenzô Với lực kế cơ , giới hạn đo từ ( 2.104ữ105 )N, phần

tử đàn hồi có dạng hình xuyến, trên đó dán điện trởtenzô ở cả hai phía trong và ngoài Các điện trở tenzô đợc

17

c đ1

c đ2

nối thành nhánh của mạch cầu không cân bằng Khi có lực tác động, phần tử đàn hồi bị biến dạng, làm cho các điện trở tenzô biến dạng theo Với các lực biến thiên chậm, cầu

đợc cung cấp bằng nguồn điện áp tần số 50 Hz , chỉ thị

là các thiết bị tự ghi Khi lực tác động nhanh, chỉ thị là các dao động ký

Sai số của lực kế tenzô gồm hai thành phần là sai số cộng tính và sai số nhân tính

∆ = γ0.Xđm +γS .X

γ = γ0 + γS

γt = γ0 t + γS t

Trong đó :

+ ∆ , γ: là sai số tuyệt đối và sai số tơng đối ở điều kiện chuẩn ( 20±5oC )

+ γt : là sai số phụ do nhiệt độ thay đổi trên 10oC

+ γo : là sai số quy đổi không

+ γS : là sai số do độ nhạy tơng đối

+ Xđm , X : là giới hạn đo trên và giá trị của đại lợng đo

* Sơ đồ lực kế kiểu áp từ :

cl pe

Hình vẽ (1- 3 ) là mạch đo của lực kế kiểu áp từ, trong

đó chuyển đổi áp từ 1 ( CĐ1 ) là chuyển đổi làm việcchịu lực tác động F Còn chuyển đổi áp từ 2 ( CĐ2 ) làchuyển đổi phụ, không chịu tác động , dùng để bù điệncảm ban đầu và bù các yếu tố ảnh hởng từ bên ngoài nh :nhiệt độ, tần số nguồn cấp thay đổi Hai chuyển đổi đ-

ợc mắc với hai điện trở R thành mạch cầu Điện áp ra củamạch cầu đợc đo bằng milivonmét, hoặc các chỉ thị đo

điện áp

+ Ưu điểm của lực kế loại này là đo đợc lực tác dụng lớn,thuận tiện khi đo ở hiện trờng, độ làm việc tin cậy, chắcchắn

+ Nhợc điểm là độ chính xác không cao, có hiện tợng trễ

điện chạy trong cuộn dây 4 tạo ra một lực đẩy F lên cánhtay đòn, bù với lực P.

F = kp Ir

F = k P → P = = K Ir

Trong đó :

Đo dòng điện Ir suy ra đợc lực P cần đo

Ưu điểm của thiết bị này là có độ chính xác khá cao (γ

định giá trị lực cần đo

Các chuyển đổi dùng để đo lực theo phơng pháp nàythờng là các chuyển đổi điện cảm, điện dung kết hợp vớicác may phát tần số LC và RC

Sơ đồ khối của một lực kế chỉ thị số :

21

đổi làm cho một máy phát có tần số tăng, còn máy phátkia tần số bị giảm đi nhờ bộ điều chế ( ĐC ) và bộ lọc( L ), hiệu tần số của hai máy phát đợc tách ra và đa vào

bộ nhân ( N ) tăng tần số lên gấp hai lần Tần số này đợc

đa đến bộ tạo xung ( TX ), tạo thành các xung vuông, cácxung đợc đếm bằng chỉ thị số Chỉ thị khắc độ giá trịlực cần đo

4- Thiết bị đo sự gia tăng của trọng l ợng

Để đo những gia tăng trọng lợng rất nhỏ, ta phải dùng cácbiện pháp tránh ảnh hởng của ma sát và các hiện tợng trễtrong các phần tử Nguyên lý của thiết bị đo sự gia tăngtrọng lợng gây nên bởi sự hấp thụ của các hơi phân tíchtrên các hạt sắt từ nhỏ Để phép đo đợc chính xác, có thể

đo sự biến thiên dòng điện bằng một điện thế kế

I =

Trong thiết bị này không có ma sát, vì vậy độ nhạy và

độ chính xác có thể tăng lên

Đ1-2 tổng quan về cân điện tử

Cân là một cách xác định trọng lợng của một vật nào

đó, hay nói cách khác nó là một cách đo lực tác dụng lên

bề mặt nào đó Do đó việc cân vô cùng quan trọng trong

đời sống, cũng nh trong khoa học kỹ thuật Trong kỹ thuậtcông nghiệp có rất nhiều lĩnh vực phải dùng đến cân để

định lợng, nghiên cứu cơ lý tính, kết cấu cơ học v v Chẳng hạn nh mỗi một cây cầu đều có một trọng tải nhất

định, do vậy phải xác định trọng lợng mỗi xe trớc khi cho

nó qua cầu Việc đóng bao bì sản phẩm để tiện choviệc sử dụng nh : mì chính, xi măng vv Ngời ta cũng

đều dùng cân Trong đời sống ngày nay, việc cân lạicàng quan trọng từ cân thịt, cá, đến việc cân kiểm trasức khoẻ cho mọi ngời, để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt chomọi ngời dân Phạm vi sử dụng cân rất rộng, từ những vật

có khối lợng rất nặng ( hàng trăm tấn, hoặc hơn nữa ),

đến những vật có khối lợng rất nhẹ, không thể có một loạicân nào có thể cân trong cả dải cân đó, mà vẫn đạt độchính xác cao đợc

Trong thực tế có rất nhiều loại cân to nhỏ khác nhau,

đủ chủng loại ( bao gồm: cân móc treo, cân bàn, cântiểu li v v ) Mỗi loại cân sử dụng một công nghệ khácnhau Nhng thực chất thì chia làm hai phơng pháp chínhlà: phơng pháp trực tiếp và phơng pháp gián tiếp Hai ph-

ơng pháp này đều đợc sử dụng rộng rãi Về bản chất ngời

23

ta chia cân ra làm ba loại theo cơ cấu chỉ thị sử dụng vàtheo hệ truyền lực đó là : cân cơ khí, cân cơ điện vàcân điện tử.

1- Cân cơ khí

Cân cơ khí là loại cân thông dụng từ trớc tới nay Cân

đợc thiết kế, chế tạo dựa trên nguyên tắc truyền lực bằngbánh răng và cánh tay đòn, hay dựa trên nguyên tắc cânbằng lực hoặc đòn bẩy lực tạo ra mô men quay làm kimchỉ thị quay

Ưu điểm của loại cân này là : kết cấu đơn giản, dễ chếtạo, chế tạo hàng loạt trên dây truyền công nghệ nên giáthành rẻ

Nhợc điểm của loại cân này là : kết cấu hoàn toàn bằngsắt, lại chịu ảnh hởng trực tiếp của môi trờng, nên sau mộtthời gian sử dụng sẽ bị rỉ, gây ra sai số phụ, dẫn đến độchính xác của cân bị giảm Cân mà càng lớn thì kết cấucàng phức tạp

2- Cân cơ điện

Cân cơ điện là loại cân cơ khí cải tạo bằng cách thay

đổi chỉ thị kim thành chỉ thị số, mà vẫn không thay

đổi kết cấu bàn cân và hệ truyền lực Có hai cách cảitiến cân cơ khí thành cân cơ điện là :

+ Phơng pháp mã hoá đĩa cân

+ Phơng pháp cải tiến cân cơ khí bằng cách dán điện

trở tenzô vào một hệ thống truyền lực nào đó

Một cân điện tử bao gồm các bộ phận sau :

4- Cân điện tử ở Việt Nam

Cân điện tử ở Việt Nam có xu hớng phát triển về sản

xuất ở trong nớc, vì giá thành rẻ hơn nhiều so với cân ngoại

mà chất lợng không kém lắm, đồng thời lại tiện cho việcbảo hành, sửa chữa những hỏng hóc một cách nhanhchóng, tạo điều kiện cho việc sử dụng cân một cách th-ờng xuyên

25

Cân điện tử ngày càng đợc cải tiến không ngừng cả vềchất lợng, cũng nh về mẫu mã cho phù hợp với thị hiếu vànhu cầu của ngời tiêu dùng.

áp dụng sự phát triển của khoa học kỹ thuật để cải tiến,hiện đại hoá cân sao cho việc sử dụng cân đợc thuậntiện hơn, đạt đợc độ chính xác cao hơn, tạo ra những quytrình sản xuất cân tối u, để da vào sản xuất hàng loạttheo dây truyền công nghệ, tạo ra chất lợng cân đồng bộhơn, làm giảm giá thành của cân

Đ1-3 khuyếch đại thuật toán tuyến tính

I- Khái niệm chung

Khuyếch đại là một quá trình biến đổi năng lợng có

điều khiển Đây là một quá trình gia công sử lý tín hiệuthông tin dạng analog

Hệ số khuyếch đại: là tỉ số giữa đại lợng đầu ra và đại

lợng đầu vào tơng ứng Hệ số khuyếch đại ký hiệu là : K

K =

+ Y: là đại lợng đầu ra

+ X: là đại lợng đầu vào

Khi ghép nối tiếp nhiều tầng khuyếch đại với các hệ sốkhuyếch đại tơng ứng là: K1, K2, , Kn Thì hệ sốkhuyếch đại tổng đợc xác định:

K = K1+ K2+ K3+ + Kn

Trở kháng vào – ra của tầng khuyếch đại

Tính chất và tham số của bộ khuyếch đại thông thờng

đợc xác định bởi kết cấu mạch và chế độ làm việc củaTranzitor Còn tính chất của bộ khuyếch đại thuật toán OA

đợc xác định bởi mạch hồi tiếp bên ngoài Bộ khuyếch đại

OA có khả năng khuyếch đại ở dải tần số F = ( 0 ữ

100 )MHz

Hệ số khuyếch đại của OA rất lớn, từ ( 104 ữ 105 ) lần Trởkháng ra rất lớn ( hàng chục MΩ ), trở kháng vào rất nhỏ( hàng chục Ω )

2- Kết cấu và tính chất

27

Bộ OA bao gồm hai đầu vào, và một đầu ra UV1 đa vàocực dơng (đầu thuận ), UV2 đợc đa vào cực âm ( đầu

đảo ), và có một đầu chung là đất Để cho OA làm việc taphải cung cấp cho OA một điện áp đối xứng +V và -V

Điện áp này khoảng ( 12ữ15 )V

Kết cấu của OA bao gồm ba phần:

+ Khuyếch đại đầu vào: là bộ khuyếch đại vi sai( khuyếch đại một chiều)

+ Bộ khuyếch đại trung gian: là bộ khuyếch đại điện ápghép trực tiếp

+ Bộ khuyếch đại đầu ra: là bộ khuyếch đại công suất

đẩy kéo

Tính chất của khuyếch đại thuật toán OA

+ Nếu coi OA là lý tởng thì hệ số khuyếch đại của OA là

- V

Hình 1- 7 Sơ đồ mạch khuyếch đại đảo

a- Bộ khuyếch đại đảo

Bộ khuyếch đại đảo dùng mạch hồi tiếp âm, lấy từ đầu

ra qua Rβ đa về đầu đảo Đây là mạch hồi tiếp âm điện

áp mắc song song với hệ số hồi tiếp:

β =

Vì OA lý tởng nên ZV = ∞ , Id = 0 , do đó IV = Iβ ⇒Ud =0

UV

+ V

Nhợc điểm của khuyếch đại đảo là hệ số khuyếch đại

KU phụ thuộc vào R1, do đó khi nguồn tín hiệu thay đổithì KU bị thay đổi

b- Bộ khuyếch đại thuận ( bộ khuyếch đại không

đảo )

Bộ khuyếch đại thuận là bộ khuyếch đại có tín hiệu UV

đa vào đầu thuận Bộ khuyếch đại này dùng mạch hồitiếp âm, đây là mạch hồi tiếp âm điện áp mắc nốitiếp , với hệ số hồi tiếp

β =

Điện áp đầu vào:

Trên hình (1- 9) là sơ đồ mạch cộng không đảo, đầu vào

có n tín hiệu vào Tại nút A có :

31

Mạch cộng đảo là bộ khuyếch đại đảo, đầu vào có ntín hiệu vào

- V

Hình 1- 11 Sơ đồ mạch trừ

ở mạch trừ có hai tín hiệu vào Tín hiệu vào UV1 đa vào

đầu đảo, tín hiệu vào UV2 đa vào đầu thuận

Để xác định hệ số khuyếch đại điện áp KU của mạch, taphải dùng mạch hồi tiếp âm, lấy từ đầu ra qua Ra , đa về

Hình 1- 12 Sơ đồ mạch tích phân

UrR

C

+ V

Điện áp ra ( Ur ) là hiệu của tín hiệu điện áp vào ( UV )

Do đó ta dùng mạch điện này để thực hiện phép tính trừ

Giả sử : UV = UV Sint

Suy ra : Ur = cost = Ur cost

Biên độ điện áp ra phụ thuộc vào  ( tức là phụ thuộcvào tần số f ) Khi f tăng thì Ur giảm

Mạch tích phân là mạch thông thấp ( cho tần số thấp điqua )

5- Mạch vi phân

36

Giả sử :

UV = UV sint Với ( = 2f )

Suy ra : Ur = - R.C .UV cost = - Ur cost

Biên độ điện áp ra tỷ lệ với tần số, khi tần số f tăng, thì

Ur tăng

Mạch vi phân là mạch thông cao ( cho tần số cao điqua )

37

đại trung gian

Khối Biến đổi t

ơng

tự – số A/D

Khối

Hiển thị

số LED 7 thanh

Khối

hệ thống cảnh báo (

đèn, chuông )

Khối

So sánh

Khối

Nguồn cấp

Tín hiệu

đ

ặt

220 V~ 50

Hz

Hình 2- 1

Phần II

Thiết kế hệ thống cân điện tử và thuyết minh

nguyên lý làm việc của hệ thống

1- Sơ đồ khối

38