Nghiên cứu thiết kế cân kiểm tra tự động khối lượng hàng bao gói đóng sẵn

Nghiên cứu thiết kế cân kiểm tra tự động khối lượng hàng bao gói đóng sẵn Nghiên cứu thiết kế cân kiểm tra tự động khối lượng hàng bao gói đóng sẵn Nghiên cứu thiết kế cân kiểm tra tự động khối lượng hàng bao gói đóng sẵn luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Nguyễn Đức Tâm

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÂN KIỂM TRA TỰ ĐỘNG

KHỐI LƯỢNG HÀNG BAO GÓI ĐÓNG SẴN

Chuyên ngành : Điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS NGUYỄN VĂN HÒA

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế cân

kiểm tra tự động khối lượng hàng bao gói đóng sẵn” là công trình nghiên cứu của

riêng tôi và chưa được công bố trong bất cứ công trình nào khác Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU

1.4.3 Yêu cầu đo lường cơ bản đối với các loại cân 5

2.1.3 Thực trạng ở Việt Nam, các vấn đề tồn tại cần được giải

2.2.2 Yêu cầu về đo lường đối với hàng đóng gói sẵn 13 2.2.3 Phương pháp kiểm tra đo lường đối với hàng đóng gói 16 2.2.4 Tiến hành kiểm tra đo lường đối với hàng đóng gói sẵn 17

3.1 Cơ sở lý thuyết hệ thống đo – cân điện tử 19

3.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cân điện tử 26 3.1.2.1 Nguyên lý hoạt động cảm biến biến dạng (loadcell) 27 3.1.2.2 Bộ khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu tương tự - số 29

3.2 Quy luật phân phối và phương pháp điều chỉnh định

3.3 Độ chính xác của cân kiểm tra và phương pháp kiểm tra

3.4 Phương pháp loại trừ sản phẩm không đạt yêu cầu 39

3.4.3 Bộ lọc đẩy quét sử dụng xilanh – Piston và khí nén 40

3.5.1.2 Các biện pháp bảo vệ cân kiểm tra trong môi trường 44 3.5.2 Ảnh hưởng do hình dạng và trạng thái sản phẩm, các biện

pháp điều chỉnh sản phẩm trên dây chuyền 45

4.1.2.1 Lựa chọn cấp chính xác và đặc trưng đo lường 48

4.3.2 Thông số kỹ thuật, tính toán thông số truyền động của hệ

4.3.2.1 Thông số kỹ thuật của hê thống cân kiểm tra bao 51 4.3.2.2 Tính toán thông số truyền động của hệ thống cân kiểm tra 59

4.4.1 Sơ đồ khối và chức năng của phần điều khiển 60

4.4.2 Các chức năng và đặc tính kỹ thuật của các linh kiện

4.4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất điều khiển cơ cấu chấp

Chương 5 Kết luận và kiến nghị 78

Tài liệu tham khảo

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ADC Biến đổi tương tự - sô

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Cấp chính xác của cân không tự động 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, Đ Ồ THỊ

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối cảm biến tenzo biến dạng với bộ gia

Hình 3.3 Sơ đồ khối mạch gia công tín hiệu tương tự 21 Hình 3.4 Sơ đồ mạch lọc nhiễu đầu vào và khuếch đại đệm 22

Hình 3.10 Độ chính xác của phễu định lượng 35 Hình 3.11 Giới hạn trọng lượng của cân kiểm tra 36

Với mục tiêu và nhiệm vụ của hoạt động Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng là: Góp phần đảm bảo công bằng xã hội, bảo vệ quyền và lợi ích của mọi tổ chức,

cá nhân, nâng cao chất lượng sản phẩm hàng hóa, đảm bảo an toàn, bảo vệ sức khỏe

và môi trường Vì vậy ứng dụng tiến bộ Khoa học kỹ thuật về đo lường trong sản xuất được coi là nhiệm vụ trọng tâm hàng đầu

“Nghiên cứu, thiết kế cân kiểm tra khối lượng hàng bao gói đóng sẵn” là ứng dụng các kỹ thuật đo, giải pháp tự động hóa nhằm phát huy hiệu quả trong sản xuất kinh doanh, đảm bảo duy trì và nâng cao chất lượng sản phẩm hàng hóa, phục vụ tốt quá trình sản xuất, bảo vệ lợi ích của người tiêu dùng

Hiện nay, phần lớn các cơ sở sản xuất hàng đòng gói sẵn chưa được trang bị

hệ thống cân kiểm tra, nên hàng đóng gói sẵn bán trên thị trường còn chưa đảm bảo đúng theo khối lượng ghi trên nhãn bao bì

Sử dụng cân kiểm tra không chỉ cho phép các cơ sở đóng gói đúng định lượng quy định của Nhà nước mà còn giúp cơ sở sản xuất giảm thiểu phế phẩm, nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí do đóng gói thừa

Năm 2011 sau khi Luật Đo lường có hiệu lực, thì việc quản lý đối với hàng bao gói đóng sẵn được quy định rất chặt chẽ Vì vậy các cở sở trang bị hệ thống cân kiểm tra là rất cần thiết Xuất phát từ nhu cầu đó, trong nội dung của luận văn này

CHƯƠNG 1

Khối lượng là một đại lượng vật lý, vừa đặc trưng cho quán tính trong chuyển động biến đổi của vật thể (khối lượng quán tính), vừa đặc trưng cho sự hấp dẫn mà nó tác động lên vật thể khác (khối lượng hấp dẫn)

Khối lượng quán tính được suy ra từ định luật thứ 2 của Nuiton theo phương trình:

Trong đó: F là lực tác dụng lên vật thể, m là khối lượng vật thể

a là gia tốc của vật thể Nuiton đã định nghĩa khối lượng của một vật thể là mức đo số lượng vật chất chứa trong vật thể đó Theo Nuiton, khối lượng của vật thể tỉ lệ với thể tích (V) và khối lượng riêng (ρ) của nó

Trong đó: F là lực hút giữa hai vật thể

m và m’ là khối lượng hấp dẫn của hai vật thể hút nhau;

r là khoảng cách giữa khối tâm hai vật thể;

G là hằng số hấp dẫn

Đối với mỗi vật khối lượng nêu trên, ta có phương pháp đo riêng Để đo khối lượng quán tính, người ta so sánh gia tốc truyền cho nhau bởi hai vật tác dụng lẫn nhau Khối lượng của hai vật tỉ lệ nghịch với gia tốc của chúng:

m a

Để đo khối lượng hấp dẫn ta dùng phương pháp cân, phương pháp xác định khối lượng thông qua trọng lượng của nó Đem so sánh các kết quả đo được ta thấy khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn của vật thể tỉ lệ với nhau Nếu ta chọn đơn vị đo là đơn vị khối lượng chung cho cả khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn thì chúng sẽ bằng nhau Do đó ta chỉ dùng một tên chung gọi là khối lượng

Để xác định khối lượng của một vật thể, thực tế hiện nay người ta chỉ dùng một phương pháp đo đơn giản nhất đó là phương pháp cân

Thông thường trong đời sống, sản xuất và khoa học công nghệ chúng ta có thể sử dụng định nghĩa nêu trên của Nuiton về khối lượng

Khi xây dựng hệ mét (1789) người ta đã chọn đơn vị đo khối lượng là kilogram với định nghĩa kilogram là khối lượng của 1 decimet khối (1dm3) nước tinh khiết ở nhiệt độ 4ºC, nhiệt độ mà nước có khối lượng riêng lớn nhất

Dựa và phép cân chính xác, năm 1799 người ta chế tạo hai quả chuẩn đầu tiên của kilogram bằng Platin-Iridi (Hàm lượng 90% Platin và 10% Iridi; độ tinh khiết 99,99%) Đây là những quả cân hình trụ có đường kính và chiều cao bằng nhau và bằng 39mm Một quả được bảo quản ở Viện thiên văn quốc gia Pháp và một quả được coi là chính bảo quản ở Viện lưu trữ quốc gia Pháp được gọi là

“kilogram lưu trữ”

Cuối thế kỷ 19, người ta xác định lại khối lượng của 1dm3 nước tinh khiết ở 4ºC và phát hiện nó nhỏ hơn khối lượng của “kilogram lưu trữ” 0.028 g Hơn nữa việc so sánh “kilogram lưu trữ” với định nghĩa lý thuyết rất khó khăn và độ chính xác không cao (khoảng 2~3.10-5) trong khi đó nếu so sánh các quả cân chuẩn kilogram với nhau thì dễ dàng và đạt độ chính xác cao hơn Vì vậy năm 1872, Ủy ban quốc tế về chuẩn gốc của hệ mét đã quyết định lấy ngay khối lượng của kilogram lưu trữ làm đơn vị đo khối lượng Từ quyết định này , dựa vào “kilogram lưu trữ” người ta đã chế tạo chuẩn gốc quốc tế mới của kilogram và những chuẩn sao của nó để phân phối cho các nước Chuẩn quốc tế mới của kilogram được bảo quản tại Viện cân đo quốc tế (BIPM) có trụ sở tại Sevres gần Paris Chuẩn này được

chế tạo từ hợp kim Platin – Iridi, Đại hội cân đo quốc tế (CGPM) lần thứ nhất năm

1889 đã công nhận định nghĩa mới của kilogram: “Kilogram là khối lượng chuẩn gốc quốc tế kilogram” CGPM lần thứ XI năm 1960, khi thông qua Hệ đơn vị quốc

tế SI cũng đã công nhận định nghĩa trên của kilogram và được dùng cho đến nay Kilogram là một trong bảy đơn vị cơ bản của SI

Cùng với các đơn vị của hệ SI, để đo khối lượng, nước ta còn cho dùng hai đơn vị ngoài hệ SI là tạ, tấn Những đơn vị này cũng được xem là đơn vị hợp pháp

để đo khối lượng

Bằng những cái cân có độ nhạy, độ ổn định rất cao trong những điều kiện môi trường đặc biệt, người ta so sánh chuẩn đầu quốc gia về khối lượng (chuẩn sao kilgram) của các nước với chuẩn quốc tế đạt độ chính xác tới 1.10-8 (khoảng 1%mg) Việc so sánh này được tiến hành theo định kỳ, đảm bảo cho chuẩn kilogram của các nước được liên kết tới chuẩn quốc tế Từ các chuẩn đầu này, các nước chế tạo các quả cân có khối lượng và độ chính xác khác nhau dùng làm chuẩn chính, chuẩn công tác để truyền đơn vị kilogram xuống tới các quả cân và các loại cân thông dụng

Trong các hệ đơn vị trước đây, cũng như trong hệ SI, người ta đã chọn khối lượng là đại lượng cơ bản và do đó kilogam là đơn vị cơ bản Đó là vì khối lượng là một đặc trưng quan trọng của mọi vật và là một đại lượng không đổi trong những điều kiện thông thường của cơ học cổ điển và của đời sống hàng ngày Một vật có khối lượng 10 kg sẽ giữ nguyên giá trị ấy cho dù ta đem cân ở Hà Nội hay ở Paris, thậm chí ở một hành tinh xa xôi Ngược lại, trọng lượng cơ bản lại là do lực hút của trái đất tác dụng lên vật đó Bản chất trọng lượng là đại lượng lực và được tính bằng công thức:

Trong đó: P là trọng lượng, m là khối lượng của vật

g là gia tốc trọng trường của trái đất tại nơi đặt vật

Lực này thay đổi tùy từng nơi trên trái đất, và cũng khác nhau trên những hành tinh khác nhau, vì mỗi một nơi có gia tốc trọng trường khác nhau Ví dụ, một vật từ quả đất đem lên mặt trăng, trọng lượng của nó sẽ giảm đi 6 lần trong khi đó khối lượng vẫn không đổi

Trong các hệ đơn vị trước đây, người ta dùng đơn vị kilogam lực (kG) để đo lực, với định nghĩa: “ Kilogam lực là trọng lượng của kilogam tại nơi sử dụng” Như vậy kilogam lực có giá trị thay đổi theo sự thay đổi của gia tốc trọng trường trong nơi sử dụng Một nguyên nhân dễ dẫn đến sự nhầm lẫn giữa “ khối lượng” và

“trọng lượng” xuất phát từ việc sử dụng khái niệm “ kilogam khối lượng” và “ kilogam lực” Việc nhầm lẫn thể hiện khi viết ký hiệu của đơn vị kilogam lực người

ta dễ bỏ mất chữ “l” hay nhầm “G” thành “g” trong ký hiệu “kgl” hoặc “kG” của đơn vị này Chính vì vậy, hệ đơn vị SI ngày nay đã bỏ đơn vị Kilogam lực và chỉ cho phép dùng đơn vị Niuton (ký hiệu là N) để đo lực với định nghĩa: “ Niuton là lực gây ra cho một vật khối lượng 1 kilogam gia tốc 1 mét trên giây bình phương”

1.4.1 Định nghĩa cân

Cân là phương tiện đo được dùng để xác định khối lượng của một vật thể thông qua việc đo trọng lực của trọng trường tác dụng lên vật cần xác định khối lượng đặt trên bộ phận nhận tải của cân đặt trong trọng trường của trái đất

Phép cân (phép đo) là tập hợp các thao tác để xác định giá trị khối lượng của vật thể

1.4.2 Phân loại cân

Cân được phân loại theo nhiều cách khách nhau, sau đây là những cách phân loại chính:

+ Cân tự động liên tục: Cân băng tải, cân phối liệu thành phần

+ Cân tự động gián đoạn: Cân phễu, cân đóng bao, cân kiểm tra hàng đóng gói sẵn…

- Cân không tự động: là cân yêu cầu có sự tác động của người vận hành trong quá trong quá trình cân (ví dụ: đặt vật cần cân lên bàn cân, đọc và lưu kết quả cân; nhấc vật cân ra khỏi mặt bàn cân để kết thúc quá trình cân…)

Cân không tự động còn được phân ra theo kết cấu và nguyên lý hoạt động của bộ phận chỉ thị, theo đó ta có: cân có chia độ và cân không chia độ; cân không chỉ tự chỉ thị hoặc cân bán tự chỉ thị và cân tự chỉ thị

Cân không tự động: Cân phân tích, cân bàn, cân ôtô…

- Cân không tự động được chia ra thành 4 cấp theo bảng 1.1

Bảng 1.1 Cấp chính xác của cân không tự động

Ứng với mỗi một cấp chính xác người ta quy định giá trị độ chia kiểm e và

số lượng độ chia kiểm n của thang đo và sai số cho phép theo độ chia kiểm e

- Cân tự động được phân loại cấp chính xác theo phần trăm, ví dụ cân băng tải cấp chính xác 0,5; 0,1; 2%

Không tự chỉ thị: Các cân kiểu đòn

Bán tự chỉ thị: Cân chỉ thị đồng hồ

Tự chỉ thị: Cân chỉ thị hiện số

a Độ đúng: là giá trị đại số được tính bằng chênh lệch giữa chỉ số của cân

khi cân một vật và giá trị khối lượng của vật thể này

những biến động nhỏ của gia trọng Độ động được đánh giá bằng sự thay đổi nhẹ nhàng của gia trọng tạo nên sự thay đổi trạng thái cân bằng ổn định trên chỉ thị của cân (có thể nhận biết được sự di chuyển này trên bộ phận chỉ thị)

phản ánh trung thành kết quả cân khi cân nhiều lần cùng một vật, trong cùng một điều kiện với cùng một phương pháp cân

Tất cả các chỉ tiêu đo lường cho từng loại cân, với từng cấp chính xác đều được quy định cụ thể, chặt chẽ trong các Văn bản Kỹ thuật Đo lường (ĐLVN)

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÂN KIỂM TRA VÀ HÀNG ĐÓNG GÓI SẴN

2.1.1 Đặc điểm chung

đi qua một dây truyền sản xuất, và phân loại chúng Cân kiểm tra cân được 100% các vật trên dây chuyền sản xuất

phận cân, bộ phận loại phế phẩm, và bộ phận điều khiển

hóa theo khối lượng của chúng Cân kiểm tra là trung tâm kiểm soát khối lượng trong dây chuyền sản xuất và giúp tránh được tình trạng đóng gói thiếu hoặc thừa

dây chuyền sản xuất, tức là sau khi đóng gói đã hoàn thành

lượng hàng gam (g) đến vài chục kilogram (kg)

a.Tầm quan trọng của CKT trong sản xuất và đời sống

Hệ thống CKT có vai trò hết sức quan trọng trong sản xuất và kinh doanh, bởi lẽ nó quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm làm ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của quá trình sản xuất Hệ thống cân kiểm tra giúp các nhà sản xuất giảm thiểu phế phẩm, nâng cao độ chính xác của quá trình đóng bao, tiết kiệm nguyên vật liệu do đóng thừa khối lượng đồng thời tăng cường độ chính xác giao nhận hàng hóa, góp phần bảo vệ quyền và lợi ích của người tiêu dùng Chính vì vậy, trong thời gian gần đây hệ thống cân kiểm tra đã được nhiều quốc gia trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu thiết kế và chế tạo phục vụ tốt cho quá trình sản xuất Nhiều tiêu chuẩn được hình thành, nhiều văn bản quy phạm pháp luật được ban hành nhằm quy định chặt chẽ và có tính chất bắt buộc đối với hàng đóng gói sẵn

Ở các nước công nghiệp phát triển, đã nghiên cứu chế tạo hệ thống cân kiểm tra hàng đóng gói sẵn Các hệ thống này được trang bị có tính chất đồng bộ đối với một dây chuyền sản xuất một mặt hàng cụ thể Cân kiểm tra được thiết kế chế tạo là cân điện tử hiện số có sử dụng các đầu đo điện tử Hệ thống cân hoạt động một cách

tự động theo một chương trình định trước để điều khiển các thiết bị có phối ghép như: Cơ cấu đẩy bao, thiết bị rót định lượng mẻ Thực hiện các chức năng như bao phế phẩm và điều chỉnh giới hạn khối lượng định trước một cách thích hợp, kịp thời tới các thiết bị định lượng bao gói

Những nghiên cứu ứng dụng điển hình của cân kiểm tra bao gồm:

- CKT bao và phân loại theo khối lượng của chúng nhằm phát hiện và loại trừ các bao không đạt yêu cầu ra khỏi dây chuyền sản xuất (các bao dưới hoặc quá khối lượng quy định) Đảm bảo phù hợp với luật pháp và các qui định về hàng đóng gói sẵn

- CKT khối lượng trong các công đoạn tổng hợp các thành phần riêng rẽ để đóng gói thành một bao hàng, nhằm phát hiện những bộ phận còn thiếu trong quá trình tổng hợp như: Vật tư đi kèm, hộp carton, chai, túi, hoặc can, hộp tài liệu hướng dẫn sử dụng

- Kiểm tra cỡ lô với giới hạn khối lượng phù hợp với tiêu chuẩn quy định nhằm đảm bảo sản phẩm đáp ứng đúng nhu cầu của khách hàng khi mua bán

- Sử dụng CKT để điều chỉnh lại các thiết bị rót định lượng mẻ hoặc đếm, nhằm giảm thiểu hàng đóng gói sẵn không đủ khối lượng

- Cân trước và sau quá trình để kiểm tra kết quả của quá trình, từ đó đánh giá

và báo cáo hiệu quả dây chuyền sản xuất nhằm phát hiện các công đoạn không thực hiện đúng chương trình tự động

2.1.3 Thực trạng ở Việt Nam, các vấn đề tồn tại cần được giải quyết

a Thực trạng của công tác đo lường đối với dây chuyền sản xuất hiện nay

Hiện nay, trong các cơ sở sản xuất và kinh doanh các mặt hàng rời như: Gạo, đường, xi măng, thức ăn gia súc, phân bón đều phải thực hiện đóng thành bao gói nhằm mục đích tạo điều kiện dễ dàng cho việc vận chuyển và thuận lợi khi giao

nhận mua bán giữa các tổ chức kinh tế xã hội với nhau Tại khâu cuối của dây chuyền sản xuất người ta bố trí thiết bị thực hiện việc định lượng khối lượng hàng hóa rồi đem đóng vào bao.Trong dây truyền sản xuất hiện tại, hầu hết chưa được trang bị cân kiểm tra và phân loại bao tự động Chủ yếu là sử dụng cân tĩnh để xác định khối lượng từng bao rời rạc, quá trình kiểm tra là gián đoạn, số lượng bao được kiểm tra rất hạn chế so với quy định, chủ yếu vẫn mang tính chất kiểm tra xác suất Cân tĩnh được thiết kế kết cấu để hoạt động ở chế độ tĩnh nên không phù hợp để cân

ở trạng thái động Bởi lẽ quá trình đưa vào bao cân sẽ gây ra các xung lực tác động vào bộ cảm biến theo nhiều hướng khác nhau Chính sự tác động này khiến cân không đảm bảo độ chính xác và dẫn đến làm hư hỏng bộ cảm biến của cân Mặt khác cân tĩnh truyền thống không có được sự phản ứng nhanh và đòi hỏi nhiều thời gian (cỡ vài giây) cho một phép cân Hiển thị của loại cần này không phản ứng kịp với những phản ứng của bao ở trạng thái động Vì vậy, khi nghiên cứu thiết kế cân kiểm tra phải đảm bảo được các yêu cầu như: Thích hợp với hoạt động ở chế độ động, tốc độ xử lý nhanh có thể xác định được khối lượng bao trong thời gian của một giây

b Các vấn đề còn tồn tại cần được giải quyết

Ở Việt Nam, vào những năm 70, 80 của thế kỷ XX, hầu hết các dây truyền sản xuất được nhập khẩu nhờ các dự án viện trợ không hoàn lại từ các nước XHCN, thiết bị đa dạng về chủng loại, thiếu đồng bộ và lạc hậu Các thiết bị cân động định lượng đều là cơ khí với hệ thống đòn cân chuyển đổi lực, quá trình hoạt động tự động nhờ các bộ phận như: cơ cấu cam, chốt hãm, lấy đóng mở, rơ le đóng ngắt Sau một thời gian làm việc các chi tiết cơ khí bị mòn dẫn đến độ chính xác giảm xuống nhanh chóng, định lượng bao bị thay đổi liên tục, kết quả tản mạn không đảm bảo được khối lượng theo yêu cầu khi đóng bao Mặt khác, hệ thống dây chuyền sản xuất này không thể phối ghép dễ dàng với các thiết bị ngoại vi khác được Chính vì vậy, khi nghiên cứu thiết kế hệ thống cân kiểm tra bao cần phải xem xét kỹ lưỡng các yêu cầu hoạt động của dây truyền sản xuất hiện có, từ đó đưa ra các chỉ tiêu cần thiết cho thiết kế tính toán cân kiểm tra bao cho phù hợp Nhiều trường hợp đòi hỏi

phải có sự kết hợp cải tạo nâng cấp hoặc chỉnh sửa lại dây chuyền sản xuất cho đồng bộ với hệ thống cân kiểm tra bao

Tổ chức Đo lường hợp pháp quốc tế OIML đã đưa ra những khuyến nghị về các yêu cầu kỹ thuật và Đo lường đối với các cân tự động trong đó có cân kiểm tra hàng đóng gói sẵn

Áp dụng bản khuyến nghị OIML R 51-1 của tổ chức Đo lường hợp pháp Quốc tế OIML về yêu cầu kỹ thuật và đo lường đối với các thiết bị định lượng tự động trong đó có áp dụng cho cân kiểm tra bao gói Nội dung chi tiết sẽ được trình bày dưới đây:

Cân định lượng tự động được phân chia theo mục đích sử dụng bao gồm 2 loại ký hiệu là:

X và Y Loại X chỉ áp dụng đối với cân kiểm tra để kiểm tra các sản phẩm bao gói, là các đối tượng tuân thủ theo OIML R 87 “ Lượng của sản phẩm có trong hàng đóng gói sẵn”

Loại X được chia thành 4 cấp chính xác: XI, XII, XIII và XIIII

Các cấp chính xác này còn được bổ sung bằng chỉ số (x) do nhà chế tạo lựa chọn Giá trị của (x) được chọn theo 1x10k, 2x10k hoặc 5x10k , k là số nguyên dương hoặc bằng 0

b Phân loại cân theo cấp chính xác

- Giá trị độ chia kiểm (e) và số lượng độ chia (n) theo cấp chính xác, được đưa ra trong bảng như sau:

Bảng 2.1 Phân loại cân theo cấp chính xác Cấp chính xác Giá trị độ chia kiểm

Bảng 2.2 Sai số cho phép lớn nhất

Mức tải m, thể hiện trong giá trị độ chia kiểm e MPE

- Độ lệch chuẩn cho phép lớn nhất của sai số:

Độ lệch chuẩn cho phép lớn nhất (của sai số) được tính theo phần trăm của mức cân m hoặc đơn vị khối lượng và hệ số (x) của cấp chính xác được nêu trong bảng với x =1:

Bảng 2.3 Độ lệch chuẩn cho phép lớn nhất Mức cân m

(g)

Độ lệch chuẩn cho phép lớn nhất Kiểm định ban đầu Sử dụng, thanh kiểm tra

Đối với cân cấp chính xác XI và XII, (x) lấy nhỏ hơn 1;

Đối với cân cấp chính xác XIII, (x) lấy không lớn 1;

Đối với cân cấp chính xác XIIII, (x) lấy lớn hơn 1

2.2.1 Quy định nhà nước về hàng đóng gói sẵn

Để tăng cường quản lý đối với mặt hàng bao gói sẵn, bảo đảm quyền và lợi ích cho người tiêu dùng Bộ Khoa học Công nghệ và Công nghệ cũng đã có quyết định số: 02/2008/QĐ- BKHCN, ngày 25/02/2008, ban hành “Quy định về việc kiểm tra đo lường đối với hàng đóng gói sẵn theo định lượng”

Nội dung chính được đề cập trong quyết định là các vấn đề sau đây:

Đối tượng, phương pháp, và nơi tiến hành kiểm tra;

Số bao gói tối thiểu cần phải được kiểm tra, cỡ bao, cũng như số bao buộc phải mở ra để kiểm tra trọng tải bì

Khối lượng tối thiểu nhỏ hơn cho phép và không vượt quá mức biến động tối

đa cho phép

Để hiểu được các quy định này, ta cần nắm vững những thuật ngữ dưới đây:

a.Hàng đóng gói sẵn là hàng hoá được định lượng, đóng gói và ghi định lượng trên nhãn hàng hoá theo đơn vị đo khối lượng, thể tích, chiều dài, diện tích hoặc theo số đếm không có sự chứng kiến của khách hàng

b.Bao bì là vật liệu để bao gói phía ngoài hàng đóng gói sẵn

c.Đơn vị hàng đóng gói sẵn là tập hợp gồm một (01) bao bì và lượng hàng hóa chứa trong bao bì này

d.Lượng danh định (Qn) là lượng hàng đóng gói sẵn được ghi trên nhãn hàng hóa

e.Lượng thực (Qr) là lượng hàng đóng gói sẵn chứa trong bao bì và được xác định thông qua kiểm tra đo lường

f.Lượng tối thiểu cho phép (Qmin) là hiệu số giữa lượng danh định (Qn) và

lượng thiếu cho phép (T)

Qmin = Qn - T (2.1) g.Trong đó, lượng thiếu cho phép (T) được quy định tại Bảng 2.4

h Đơn vị hàng đóng gói sẵn không phù hợp là đơn vị hàng đóng gói sẵn có lượng thực (Qr) nhỏ hơn lượng tối thiểu cho phép (Qmin)

i Lô hàng đóng gói sẵn được kiểm tra (gọi tắt là lô kiểm tra) là tập hợp các đơn vị hàng đóng gói sẵn giống nhau được sản xuất, sang bao (chai), đóng gói, nhập khẩu, lưu thông, buôn bán với cùng một lượng danh định trong cùng một khoảng thời gian, dưới những điều kiện như nhau mà từ đó hàng đóng gói sẵn được lấy ra

để tiến hành kiểm tra đo lường

j Cỡ lô (N) là con số chỉ tổng số đơn vị hàng đóng gói sẵn trong lô kiểm tra Tại nơi sản xuất, sang bao (chai), đóng gói (sau đây gọi chung là sản xuất),

cỡ lô được tính bằng sản lượng đóng gói trong một giờ

Tại nơi nhập khẩu, trong lưu thông, buôn bán, cỡ lô được tính theo từng đợt nhập hàng, nhưng không quá mười nghìn (10 000)

k Dung môi lỏng là chất lỏng được chứa cùng với hàng đóng gói sẵn

l Lượng ráo nước là lượng thực của hàng đóng gói sẵn trong dung môi lỏng

a Yêu cầu về giá trị trung bình X tb

- Trường hợp lô kiểm tra có cỡ lô nhỏ hơn một trăm (N < 100) quy định, số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra bằng cỡ lô: Giá trị trung bình Xtb của lượng thực Qr của các đơn vị hàng đóng gói sẵn trong lô kiểm tra không được nhỏ hơn lượng danh định Qn

- Trường hợp lô kiểm tra có cỡ lô lớn hơn hoặc bằng một trăm (N ≥ 100) quy định; số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra được xác định thông qua lấy mẫu: Giá trị trung bình Xtbphải thoả mãn yêu cầu theo biểu thức sau:

Xtb≥ Qn – k s (2.2)Trong đó:

+ s là độ lệch bình phương trung bình của lượng thực, được tính theo công thức sau:

tb n

i

i r

(2.3) Trong đó: n là số lượng đơn vị hàng đóng gói phải kiểm tra;

k là hệ số hiệu chính

Giá trị của n và k tương ứng với cỡ lô và trường hợp lấy mẫu được quy định tại Bảng 2.6, Bảng 2.7

Số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn không phù hợp không được vượt quá: +) 2,5% cỡ lô đối với trường hợp lô kiểm tra có cỡ lô nhỏ hơn một trăm (N < 100); +) Giá trị cho phép quy định tại Bảng 2.6 đối với trường hợp lấy mẫu tiêu chuẩn quy định;

+) Giá trị cho phép quy định tại Bảng 2.7 đối với trường hợp lấy mẫu rút gọn quy định

Không được phép có bất kỳ đơn vị hàng đóng gói sẵn không phù hợp nào có lượng thiếu lớn hơn 2 lần lượng thiếu cho phép T quy định trong Bảng 2.4

Bảng 2.4 Lượng thiếu cho phép

TT Lượng định mức (Qn) Lượng thiếu cho phép T

1 theo đơn vị đo khối lượng

(hoặc thể tích)

g (hoặc mL)

T (a)theo % của Qn

theo g (hoặc mL)

2 theo đơn vị đo chiều dài (m) theo % của Qn

Qn ≤ 5 Không cho phép có đơn vị

hàng đóng gói sẵn không phù hợp

3 theo đơn vị đo diện tích (m2) theo % của Qn

Qn ≤ 50 Không cho phép có đơn vị

hàng đóng gói sẵn không phù hợp

Ghi chú:

(a): T được làm tròn lên đến phần mười tiếp theo của g (hoặc mL) đối với Qn

≤ 1 000 g (hoặc mL) và đến hàng đơn vị tiếp theo của g (hoặc mL) đối với

Qn > 1 000 g (hoặc mL);

(b): Chỉ phải thoả mãn yêu cầu về giá trị trung bình Xtb ;

(c): T được làm tròn lên đến số nguyên tiếp theo

2.2.3 Phương pháp kiểm tra đo lường đối với hàng đóng gói

Phương tiện đo dùng để kiểm tra đo lường đối với hàng đóng gói sẵn phải được kiểm định và đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu sau:

- Cân dùng để kiểm tra đo lường đối với hàng đóng gói sẵn phải có phạm vi

đo phù hợp với mức cân hàng đóng gói sẵn và phải có giá trị độ chia tương ứng mức cân này theo quy định tại Bảng 2.5

Bảng 2.5 Giá trị độ chia cân kiểm tra Mức cân (g) Giá trị độ chia d của cân không

- Phương tiện đo khác dùng để kiểm tra hàng đóng gói sẵn phải có phạm vi

đo thích hợp với giá trị đo và có sai số cho phép lớn nhất không quá 1/5 lượng thiếu cho phép T tương ứng quy định tại Bảng 2.4

b Xác định số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra

- Trường hợp lô kiểm tra có cỡ lô nhỏ hơn một trăm (N < 100):

Số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra bằng cỡ lô

- Trường hợp lô kiểm tra có cỡ lô lớn hơn hoặc bằng một trăm (N ≥ 100):

Số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra được xác định thông qua lấy mẫu, cụ thể như sau:

+) Lấy mẫu tiêu chuẩn: được thực hiện tại nơi sản xuất, nhập khẩu, trong lưu thông, buôn bán Số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra quy định tại Bảng 2.6

Bảng 2.6 Bảng lấy mẫu tiêu chuẩn

Cỡ lô

(N)

Số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra (n)

Số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn không phù hợp cho phép

Hệ số hiệu chính (k)

+) Lấy mẫu rút gọn: chỉ thực hiện tại nơi kinh doanh và khi cần phải phá bao

bì của hàng đóng gói sẵn Số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra quy định tại Bảng 2.7

Bảng 2.7 Bảng lấy mẫu rút gọn

Cỡ lô (N)

Số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra (n)

Số đơn vị hàng đóng gói sẵn không phù hợp cho phép

Hệ số hiệu chính

(k)

a.Việc kiểm tra đo lường đối với hàng đóng gói sẵn tiến hành tại nơi chứa hàng đóng gói sẵn được sản xuất, nhập khẩu để đưa vào thị trường hoặc trong lưu thông, buôn bán

b.Tiến hành xác định lô kiểm tra, cỡ lô, số lượng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra Lựa chọn mẫu Biên bản kiểm tra đo lường tương ứng với cỡ lô (N)

c.Chuẩn bị các đơn vị hàng đóng gói sẵn để kiểm tra Trường hợp cỡ lô lớn hơn hoặc bằng 100, việc lấy mẫu các đơn vị hàng đóng gói sẵn để kiểm tra phải đảm bảo nguyên tắc lấy mẫu ngẫu nhiên

d.Xác định các thông số của lô kiểm tra, ghi vào ô tương ứng trong Biên bản kiểm tra đo lường

e.Việc kiểm tra đo lường đối với hàng đóng gói sẵn phải tiến hành với phương tiện đo đảm bảo yêu cầu quy định

f.Tiến hành xác định lượng thực của từng đơn vị hàng đóng gói sẵn phải kiểm tra, ghi kết quả vào ô tương ứng trong Biên bản kiểm tra đo lường

Đối với hàng đóng gói sẵn định lượng theo đơn vị đo khối lượng, lượng thực được xác định theo “Trình tự xác định lượng thực của hàng đóng gói sẵn định lượng theo đơn vị đo khối lượng” quy định

Đối với hàng đóng gói sẵn trong dung môi lỏng, lượng ráo nước được xác định theo “Trình tự xác định lượng ráo nước của hàng đóng gói sẵn trong dung môi lỏng” quy định

Đối với hàng đóng gói sẵn đông lạnh, lượng thực được xác định theo “Trình

tự xác định lượng thực của hàng đóng gói sẵn đông lạnh” quy định

g.Tính toán, xử lý kết quả kiểm tra đo lường và ghi vào mục tương ứng trong Biên bản kiểm tra đo lường

h.Căn cứ vào yêu cầu đo lường theo quy định đối với lô kiểm tra, kết luận và ghi vào mục tương ứng trong Biên bản kiểm tra đo lường

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ CÂN KIỂM TRA

3.1.1 Nguyên lý cấu tạo hệ thống đo

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống đo Phần tử gia công tín hiệu làm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ đầu ra của cảm biến

để gia công, chuyển đổi thành một dạng tín hiệu tạo điều kiện cho việc xử lý số liệu sau đó được tiện lợi và thích hợp Tín hiệu này là tín hiệu tương tự dưới dạng điện

áp một chiều tỷ lệ với ứng suất biến dạng trên phần tử đàn hồi Bộ khuếch đại sẽ khuếch đại điện áp mV thành V, v.v

Phần tử thu thập số liệu sẽ nhận tín hiệu ra tương tự đã được gia công phù

hợp với đầu vào của nó (ADC) để chuyển đổi, số hoá và truyền lên máy tính hoặc các bộ hiển thị khác tùy theo mục đích sử dụng Máy tính sẽ hiển thị, phân tích, tính toán lưu trữ kết quả đo phù hợp với từng yêu cầu cụ thể

b.Thiết kế chế tạo mạch gia công tín hiệu

Bộ phận gia công tín hiệu được chế tạo theo các module để thuận tiện cho việc hiệu chỉnh, thay thế khi có hỏng hóc xảy ra

Khi có kích thích (lực, áp suất, biến dạng ) ở đầu vào cảm biến tenzo biến dạng sẽ biến đổi kích thích thành giá trị điện áp tương ứng, với các loại kích thích đầu vào khác nhau (lực, áp suất, momen ) sẽ có loại cảm biến tương ứng (lực, áp

Thiết bị gia công xử lý

GIA CÔNG TÍN HIỆU

BỘ THU THẬP SỐ LIỆU

MÁY TÍNH

Tín hiệu

từ cảm

biến

suất, mô-men, ) Dải đo của cảm biến phụ thuộc vào giá trị cực đại của kích thích đầu vào

Tín hiệu đầu ra của các cầu cảm biến là điện áp (V) Khi có tác dụng lực hoặc ứng suất đầu vào làm xuất hiện điện áp đầu ra tương ứng Cảm biến được kết nối với phần gia công tín hiệu tương tự như trên hình 3.2

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối cảm biến tenzo biến dạng với bộ gia công tín hiệu Cảm biến tenzo biến dạng biến đổi kích thích đầu vào thành điện áp Với một kích thích cực đại ở đầu vào thì đầu ra của cảm biến rất nhỏ (khoảng mV), điện áp

này quá nhỏ nên không thể trực tiếp sử dụng để hiển thị kết quả, phần tử đàn hồi trong cảm biến cũng không thể tạo ra được biến dạng lớn tới mức có thể làm cho điện áp đầu ra nằm trong dải đầu vào của các loại máy hiện sóng và các bộ chuyển đổi ADC (0±10V) Do đó trong hệ thống đo, cảm biến tenzo biến dạng luôn được

sử dụng cùng với bộ gia công tín hiệu phù hợp với nó Bộ gia công tín hiệu tương tự

sẽ khuếch đại tín hiệu từ cảm biến lên mức điện áp phù hợp cho quá trình xử lý sau này, thông thường trong khoảng 0 ÷ (± 10)V hoặc 0 ÷ (± 5)V Bộ gia công tín hiệu tương tự có thể là các mạch được thiết kế theo một định dạng chuẩn đi theo các máy

đo chuyên dụng, có thể là các mạch được chế tạo riêng rẽ phù hợp với đặc thù của từng bài toán và trong một số trường hợp chúng được thiết kế với các linh kiện rất nhỏ ghép nối ngay trong thân cảm biến

Bộ phận gia công tín hiệu tương tự được chế tạo đảm bảo các yêu cầu sau:

- Hoạt động đồng bộ ổn định với cảm biến đo, tín hiệu sau khi được khuếch đại đảm bảo tính ổn định, chống nhiễu và phù hợp với bộ biến đổi ADC

Cảm biến tenzo biến dạng Khuếch đại tín hiệu tương tự Kích thích

U ra

+12V

-12V

KHUẾCH ĐẠI CHÍNH

CẢM

ĐIỀU CHỈNH CÂN BẰNG

ĐIỀU CHỈNH CÂN BẰNG

MẠCH LỌC

MẠCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN

ÁP NUÔI CẦU

CHỌN HỆ

SỐ KĐ NGUỒN

- Có khả năng điều chỉnh phù hợp với các cảm biến khác nhau do đó hệ thống đo được sử dụng đa dạng cho nhiều bài toán với các dải đo khác nhau

- Có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại 1, 100, 200, 500, 1000

- Điều chỉnh điện áp lệch không “0” qua biến trở ngoài

Bộ phận gia công xử lý tín hiệu tương tự có cấu trúc như trên hình 3.3

Hình 3.3 Sơ đồ khối mạch gia công tín hiệu tương tự

AD822 để đảm bảo điện trở vào của bộ khuếch đại lớn (cỡ 1012Ω) và dòng phân cực đầu vào nhỏ (cỡ 30pA) Bộ khuếch đại đệm làm cho tín hiệu đến khuếch đại chính

ổn định và làm giảm tương đối hiện tượng trôi tín hiệu đầu ra khi thiết bị làm việc trong môi trường khắc nghiệt ở thời gian dài

cảm biến tenzo biến dạng đặc biệt trong các trường hợp tín hiệu từ cảm biến phải truyền đi xa Các tụ điện CX1, CX2 và CX3 được nối qua các đầu vào của bộ khuếch đại dụng cụ đo, kết hợp với hai điện trở RX thành các bộ lọc thông thấp, các bộ lọc này làm tăng lượng tín hiệu đầu vào, lọc các tín hiệu nhiễu không mong muốn

Hình 3.4 Sơ đồ mạch lọc nhiễu đầu vào và khuếch đại đệm

Mạch khuếch đại là môt bộ khuếch đại một chiều có hệ số khuếch đại rất lớn cùng các mạch lọc và các mạch phụ trợ khác có đủ những chức năng cần thiết để đảm bảo thu nhận được tín hiệu đo từ cảm biến Đầu vào của nó có khả năng tiếp nhận được từ cảm biến một tín hiệu khoảng vài chục µV đến vài mV và cho ra một điện áp lớn nhất đến 10V

Thiết bị gia công tín hiệu là loại thiết bị có nguồn nuôi một chiều Chất lượng của nó phụ thuộc vào độ trôi (vì nhiệt, vì nguồn nuôi) Nhờ sử dụng các linh kiện điện tử có chất lượng cao có thể chọn lọc được ở thị trường trong nước, nên ta

có thể làm chủ được chất lượng của thiết bị

Bộ khuếch đại tín hiệu từ các cảm biến biến dạng đảm bảo sự làm việc ổn định

và hệ số khuếch đại phải đủ lớn Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại IC khuếch đại chuyên dụng do đó tùy từng trường hợp cụ thể ta có thể chọn loại IC phù hợp

Phần tử trung tâm của mạch gia công tín hiệu là IC khuếch đại AD 624, đây

là một vi mạch khuếch đại tương đối mới, có chất lượng cao được đóng trong 1 vỏ

16 chân có các đặc tính kỹ thuật như sau:

- Bộ khuếch đại tạp âm thấp: 0.2 _Vp-p 0.1 Hz to 10 Hz

- Hệ số khuyếch đại TC thấp: 5 ppm max (G = 1)

- Độ phi tuyến thấp: 0.001% max (G = 1 to 200)

- Hệ số CMRR cao: 130 dB min (G = 500 to 1000)

- Điện áp Offset đầu vào thấp: 25 µV, max

- Độ trôi “0” điện áp đầu vào thấp: 0.25 µV/_C max

- Dải tần làm việc tới: 25MHz

- Các hệ số khuyếch đại được lập trình 1, 100, 200, 500, 1000

- Hệ số khuếch đại có thể điều khiển được bằng chương trình mà không cần các linh kiện ngoài

AD 624 là một bộ khuyếch đại có độ chính xác cao, tạp âm thấp được thiết

kế chủ yếu dùng với các bộ cảm biến có tín hiệu ra nhỏ như biến dạng, cảm biến lực, áp suất,… AD624 là sự lựa chọn đúng đắn cho các mạch gia công tín hiệu có

độ phân giải cao bởi có sự kết hợp các tính năng tạp âm thấp, khuyếch đại chính xác, độ trôi thấp và độ tuyến tính cao Sơ đồ mạch khuếch đại như trên hình 3.6

AD624 có điện áp trôi đầu vào rất thấp, nhỏ hơn 0.25 µV/0C

- Điện áp trôi đầu ra nhỏ hơn 10 µV/0C

- Hệ số nén đồng pha trên 80dB tại

- Hệ số khuyếch đại đồng nhất (130 dB khi G=500)

- Độ phi tuyến cực đại là 0,001% tại G = 1

Ngoài ra AD624 cũng có các ưu điểm trong gia công tín hiệu AC tương tự như vậy Dải tần làm việc trong chế độ khuyếch đại tới 25MHz với tốc độ đáp ứng 5V/µs và thời gian quá độ là 15µs, vì thế AD624 luôn là sự lựa chọn đúng đắn trong các bộ thu thập dữ liệu tốc độ cao

AD624 không cần các linh kiện ngoài cho việc đặt các hệ số khuyếch đại 1,

100, 200, 500, 1000 Các hệ số khuyếch đại như 250 hay 333 có thể được lập trình với độ chính xác 1% với các ngắt mạch ngoài Một điện trở ngoài có thể dùng để đặt hệ số khuyếch đại cho AD 624 giá trị bất kỳ nằm trong khoảng từ 1 đến 10000

Các điểm nổi bật của AD624:

- Tạp âm đầu vào nhỏ hơn 4nV/ H z ở 1kHz

- Các hệ số khuyếch đại 100, 200, 500, 1000 đã được lập sẵn trong vi mạch Các hệ số khuyếch đại khác đạt được thông qua việc sử dụng điện trở đơn bên ngoài

- Có thể làm triệt tiêu điện áp offset bằng biến trở ngoài hoặc bằng phần

mềm

- Ngoài đầu ra OUTPUT AD624 còn có các đầu ra SENSE để giảm thiểu sai

số phát sinh bởi độ dài dây tín hiệu và đầu ra tham chiếu REF để lấy tín hiệu ra đảo Cấu trúc AD624 được chỉ ra như trên hình 3.5

Hình 3.5 Cấu trúc AD624

Hình 3.6 Sơ đồ mạch khuếch đại với AD624

giá trị ± 12V và ± 5V, ngoài ra có thể sử dụng các mạch nguồn chất lượng cao phù

ợp đang được bán trên thị trường, sơ đồ khối nguồn ổn áp như trên hình 3.7

1 1 2 2

1 1 2 2

1 R

C7 C

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý nguồn ổn áp

3.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cân điện tử

Cân điện tử bao gồm các bộ phận chính sau:

- Bộ phận tiếp nhận tải (bàn cân): Nơi tiếp nhận tải trọng của các vật cần được xác định khối lượng, bộ phận này thường được kết cấu cơ khí, vững chắc và hợp lý Tùy theo hình dáng của vật cân mà bộ phận tiếp nhận tải có các hình dạng khác nhau:

+ Dạng mặt phẳng (Cân bàn, cân ôtô, cân đĩa );

+ Dạng hình phễu (Cân định lượng, cân đếm);

+ Dạng băng tải chuyển động (Cân băng tải, cân phối liệu thành phần ); + Dạng móc treo (Cân móc cẩu, cân treo )

- Bộ phận chuyển đổi cơ điện (loadcell): Là bộ phận chuyển đổi lực cơ học thành tín hiệu điện Khi cân, trọng lượng của vật cân truyền qua bộ phận tiếp nhận tải đến bộ cảm biến phát sinh tín hiệu điện Tín hiệu này qua bộ khuếch đại, bộ chuyển đổi A/D, sau đó được xử lý ở bộ vi xử lý rồi đưa ra hiển thị dạng số hoặc nối tới các thiết bị ngoại vi

Có nhiều loại cảm biến như: Cảm biến điện trở, chuyển đổi điện áp, bù lực điện từ, chuyển đổi cảm ứng Cảm biến điện trở là loại cảm biến được dùng phổ biến trong các loại cân thông dụng và cân công nghiệp do tính ổn định cao, giá thành hợp lý

a Khái niệm về biến dạng

Chương này trình bày nguyên lý chung của cảm biến biến dạng thường dùng trong công nghiệp như các loại đầu đo điện trở kim loại, đầu đo điện trở bán dẫn, ứng suất kế dây rung và các đầu đo dùng tong chế độ động Trước hết ta tóm tắt các định nghĩa cơ bản của cơ học vật rắn

Biến dạng ε : là tỷ số giữa biến thiên kích thước ∆l và kích thước ban đầu l:

l

l

ε =∆ (3.1) Biến dạng gọi là đàn hồi khi ứng lực mất đi thì biến dạng cũng mất đi

Giới hạn đàn hồi: là ứng lực tối đa không gây nên biến dạng cố định có giá trị lớn hơn 0,2% Độ lớn của giới hạn đàn hồi được đo bằng N/m2

Hệ số Poisson ν xác định biến dạng theo phương vuông góc lực

ε⊥ = −νεII (3.2.2)

trong vùng đàn hồi ν = 0,3 (thép)

b Nguyên lý của cảm biến biến dạng

Cảm biến biến dạng loại điện trở thường là sợi dây kim loại mảnh được gắn trực tiếp lên bề mặt phần tử biến dạng đàn hồi Sự biến dạng của phần tử đàn hồi kéo theo sự biến dạng của cảm biến và làm cho điện trở của nó bị thay đổi

Trong trường hợp tổng quát đầu đo là một lưới bằng dây dẫn mảnh có điện trở suất

ρ , tiết diện s và chiều dài nl (n là số đoạn dây, l là chiều dài một đoạn dây) Đối với đầu đo kim loại thì n = 10 ÷20, còn đối với đầu đo bán dẫn n = l Cảm biến được cố định trên đế cách điện, còn đế được gắn vào phần tử biến dạng đàn hồi

Do chịu ảnh hưởng của biến dạng, điện trở của cảm biến thay đổi một lượng ∆R

được xác định bằng biểu thức :

R l S

ρρ

(3.3) Biến dạng dọc sợi dây dẫn đến sự thay đổi kích thước tiết diện ngang α và b ( nếu dây có tiết diện hình chữ nhật ) hoặc đường kính d (nếu dây có tiết diện tròn)

Quan hệ giữa biến dạng ngang và dọc theo quy luật:

R K. l

Trong có K là hệ số đầu đo thường gần bằng 2

Đối với đầu đo bán dẫn K≈100÷200 , dấu của K phụ thuộc vào loại bán dẫn Đầu đo bán dẫn thích hợp với những trường hợp đo biến dạng nhỏ để đo lực, áp suất và gia tốc Điện trở của đầu đo có các giá trị chuẩn với độ chính xác ±(0,2 ÷

10)% và nằm trong khoảng từ 100Ω÷5000Ω

3.1.2.2 Bộ khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu tương tự -số

a Bộ khuếch đại

Tín hiệu điện được đưa ra từ bộ phận cảm biến (sau thực hiện việc chuyển đổi lực cơ thành tín hiệu điện), được truyền đến bộ khuếch đại với mục đích là tăng giá trị tín hiệu trước khi chuyển đổi tín hiệu

Trong thiết kế bộ khuếch đại cho cân điện tử nói chung, tín hiệu cần khuếch đại thường là tín hiệu nhỏ cần được khuếch đại lên gấp nhiều lần Các cân điện tử hiện đại thường có mạch khuếch đại một chiều, dùng để khuếch đại tin hiệu biến đổi chậm theo thời gian, nghĩa là tín hiệu có tần số xấp xỉ bằng 0

Để đánh giá chất lượng của một tầng khuếch đại, ta định nghĩa các chỉ tiêu và tham số cơ bản như sau:

+ Hệ số khuếch đại :

K = Đại lượng đầu ra/Đại lượng đầu vào

+ Trở kháng vào và ra của tầng khuếch đại:

+ Độ không tuyến tính do tính chất phi tuyến của các phần tử như transitor gây ra, thể hiện trong thành phần tần số đầu ra xuất hiện tần số lạ (không có ở đầu vào)

Để làm được điều này, hiện nay người ta thường dùng các bộ khuếch đại thuật toán Tuy nhiên khi dùng khuếch đại thuật toán vẫn xuất hiện các sai lệch mà nguyên nhân chính là do nhiễu và sự trôi điểm 0 Người ta thường sử dụng thêm mạch khuếch đại dụng cụ đo để khắc phục nhiễu

Trong tất cả hệ thống đo lường, có hai loại tín hiệu cần xử lý:

- Tín hiệu tương tự: các giá trị biến đổi liên tục

- Tín hiệu số gồm một số hữu hạn các giá trị

Việc chuyển đổi, truyền đạt tín hiệu cũng như các quá trình điều khiển và chỉ thị hiện nay phần lớn được thực hiện theo phương pháp số Trong khi đó tín hiệu sau chuyển đổi cơ học và khuếch đại của cân điện tử là tín hiệu tương tự Vì vậy, trong