Ộ Ậ Ả B GIAO THÔNG V N T I
ƯỜ Ạ Ọ Ồ Ậ Ả TR
NG Đ I H C GIAO THÔNG V N T I TP. H CHÍ MINH Ệ Ử Ễ Ệ KHOA ĐI N – ĐI N T VI N THÔNG
Ế Ự Ố ƯỢ Ả Ề Đ TÀI: C M BI N L C (KH I L NG) VÀ ENCODER
ấ
ố ạ Thành viên nhóm : Ph m Minh Tu n – DC12 ặ Đ ng Huy Nam – DC12 Võ Xuân Ph – DC12
ố ồ Thành ph H Chí Minh, ngày… tháng… năm 2015
ế ự ố ượ ệ ề ả ự ng) và cách đo l c: i thi u v c m bi n l c (Kh i l
ộ ạ ượ ươ ỗ ữ ng h gi a các
ng cho tác d ng t ậ ươ ạ ụ ộ
ườ ể ị ự ự ậ ố ượ ng v t ch t và ng i ta có th đ nh nghĩa l c là l c
ố ượ ộ ậ ủ ấ ự ụ ủ ượ c a m t v t là l c hút c a trái đ t tác d ng lên nó. ớ I. Gi ị 1. Đ nh nghĩa: (cid:0) L cự là m t đ i l ặ ng vecto, đ c tr ế ế ể ậ v t th , làm cho các v t th bi n d ng hay v n đ ng (cid:0) Kh i l ậ ấ ẫ ấ ng. (cid:0) Tr ng l ọ ố ượ là s l ng ữ h p d n gi a các kh i l ng
ắ
ượ ị ứ ơ ả ủ ị ậ ự c xác đ nh t công th c c b n c a đ nh lu t II Newton: 2. Nguyên t c đo l c. ừ L cự đ
F= k.M.a
ố ượ ị ụ ố ủ ự ng (kg) ch u tác d ng c a l c F(N) gây nên 1 gia t c
ượ ọ ị ộ ệ ố ụ c xác đ nh theo công th c: Trong đó : M là kh i l a(m/s²). K là h s ph thu c vào đ n v dùng. ị ự đ Tr ng l c:
ơ ứ P=k.M.g
ơ ặ ậ ng n i đ t v t(m/s²).
ủ ậ ườ ị ệ ố ụ ơ ố ượ Trong đó: M là kh i l ng c a v t đó(kg). ố ọ a là gia t c tr ng tr ộ k làh s ph thu c vào đ n v dùng.
ệ ử ụ ố ớ ể ự
ố ả ự ộ ằ ằ ự ổ
ị ộ ạ ế ị ế ủ ự ầ ự ố ế ầ ạ
ế ự ố ượ ng (Loadcell).
ặ
ẽ ụ
ặ ễ ế ự ể ị ộ ự ắ ng ho c mô men xo n).Khi m t l c tác ệ ử Các ự . ấ ế ị ườ t b nh màn hình hi n th , máy tính ho c các thi t b đo l
ị
ệ ử ặ ể ấ ệ ng khác là r t ấ ị . Các giá tr xu t ra sau ổ ứ ch c , c l u l
ế ị ư ử ệ ể ễ ế t dùng đ hi n th và x lý các tín hi u đi n t ộ ơ ở ữ ệ ể ượ ư ạ i trong m t c s d li u ho c có th in n và t ề
i b ng nhi u cách khác nhau. ủ ệ ử ể ệ ổ ổ ngõ ra c a loadcell có th là m t s thay đ i đi n áp, thay đ i
ộ ự ộ ổ ầ ố
ử ụ ạ ệ ấ ạ ổ
ệ ố ổ ế ể ử ụ ự ệ ệ ậ ở
ỹ ắ ổ
ổ ế ớ ế ở ụ ẽ ổ ẵ ự ề đây, ta s nói v loadcell thay đ i ấ ả ứ i ng d ng. Vì th
ệ ự ở ể ệ
ầ
i(load transducer) b i vì nó ệ ế ế ộ ả ọ ể ệ Đ i v i phép đo l c, ta có th th c hi n đo b ng cách s d ng 1 l c đ i kháng sao cho l c t ng c ng và moment đ i kháng b ng 0. Khi đó c m bi n c n có 1 ậ v t trung gian ch u tác đ ng c a l c c n đo và b bi n d ng, bi n d ng này do ự ố l c đ i kháng gây ra. ề ả ệ 3. Khái ni m v c m bi n l c, kh i l ố ượ ộ ả Loadcell là m t c m bi n l c (kh i l ổ ụ d ng lên loadcell, nó s chuy n đ i các l c tác d ng thành tín hi u đi n t thi ầ c n thi đó có th đ ế ạ ằ ắ s p x p l ệ Tín hi u đi n t ệ tín hi u dòng, tín hi u s hay thay đ i t n s tùy thu c vào lo i loadcell và ệ m ch s d ng. Ph bi n nh t hi n nay là loadcell thay đ i đi n áp. Các loadcell có th s d ng đi n tr (strain gauge), đi n dung, k thu t bù l c ệ đi n c c. Ph bi n nh t là các loadcell có s n d a trên nguyên t c thay đ i đi n ứ tr đ đáp ng v i 1 t ở đi n tr (strain gauge). ượ ườ ng đ Các loadcell th c bi ổ ể cũng có th chuy n đ i m t t ở ả ư t đ n nh “ đ u dò t ụ ự i tr ng (l c tác d ng) thành tín hi u đi n.
ọ ộ ế ị ượ ế ể t b đo tr ng l ầ ng c n thi ị hi n th t cho
ượ ị c đ nh nghĩa là m t “thi ữ ố ằ ng b ng ch s ”
ữ ủ ệ ộ ỏ
ở ồ ầ ả
ế ượ ế ượ ả loadcell đ ượ ọ tr ng l ấ ạ 4. C u t o: ậ ấ B ph n chính c a loadcell là nh ng t m đi n tr strain gauge m ng lo i dán ọ (còn g i là c u wheatstone), c u wheatstone bao g m 4 c m bi n đi n tr strain ả gauge, 2 c m bi n đ ầ ở ặ m t trên và 2 c m bi n đ ạ ệ ở ở ặ ướ m t d ế c dán c dán i.
ườ ệ ổ ở ộ Tr ợ ng h p 1 : thay đ i 1 đi n tr thành m t strain gauge:
ủ ở
Ɛ
ệ ố
ườ ệ ổ V0 = ( – ). Vex = .( ) ệ ố H s gauge (GF) GF = = △R = RG.GF.Ɛ ệ V i Rớ G : là đi n tr danh nghĩa c a strain gauge ộ : đ căng ộ GF : đ nh y c a strain gauge (h s gauge) ợ ng h p 2: Tr ạ ủ ở Thay đ i 2 đi n tr thành 2 strain gauge
ườ ệ ổ Tr ợ ng h p 3: ở Thay đ i 4 đi n tr thành 4 strain gauge
ộ ợ ộ ấ ệ ạ ả ặ ồ
Strain gauge g m m t s i dây kim lo i m nh đ t trên m t t m cách đi n đàn h i.ồ
ộ ệ ạ ỏ ổ ộ
ế ng ti n đ bi n đ i m t bi n d ng nh thành s thay ở ự ẽ ế ạ ộ
ệ ỉ ệ ớ ệ ạ ở ể ế ệ ế ạ ng ng trong đi n tr . M t m ch đo dùng các mi ng bi n d ng s cho ổ ủ v i m c đ thay đ i c a đi n tr . M ch
ứ ộ ầ ụ ươ ở ấ T m đi n tr là m t ph ổ ươ ứ ệ đ i t ệ ộ ượ c m t tín hi u đi n t l phép thu đ ấ ử ụ thông d ng nh t s d ng trong loadcell là c u Wheatstone.
ề ể ườ ặ
i ta đ t chúng theo hình ụ ở ệ ộ ế ể ạ ộ
ế ử ụ ế ị ả ẫ Đ tăng chi u dài dây d n đi n tr strain gauge, ng ụ ziczac, m c đích là đ tăng đ bi n d ng khi l c tác d ng qua đó tăng đ chính ủ xác c a thi ự t b c m bi n s d ng strain gauge.
ở ệ
ủ ợ ệ ủ ợ
ở ấ ậ ệ ủ ợ ạ
ạ ị ự ệ ẽ ộ ở ổ
ị ự ả ố
ở ẽ ả ở ẽ
ộ
Ɛ a =
Ɛb =
Với : A là diện tích mặt cắt ngang của phân tử đàn hồi .
ệ ự ế ệ Trong đó: R= Đi n tr strain gauge (Ohm) ạ ề L = Chi u dài c a s i kim lo i strain gauge (m) ạ ế t di n c a s i kim lo i strain gauge (m2) S = Ti ệ r= Đi n tr su t v t li u c a s i kim lo i strain gauge Khi dây kim lo i b l c tác đ ng s thay đ i đi n tr ệ Khi dây b l c nén, chi u dài strain gauge gi m, đi n tr s gi m xu ng. ệ Khi dây bi kéo dãn, chi u dài strain gauge tăng, đi n tr s tăng lên ở Đi n tr thay đ i t L c k đi n tr ề ề ổ ỷ ệ ớ ự l v i l c tác đ ng. ở ở ạ d ng thanh (cid:0)
E là mô đun đàn hồi của vật liệu phần tử đần hồi.
P là hệ số poisson .
ộ ố ạ ụ M t s lo i loadcell thông d ng:
ệ ồ ở ầ i thành 1 c u
ế ố ạ ầ ướ ượ ư ệ ở ủ 5. Nguyên lý: Loadcell g m các đi n tr strain gauge R1, R2, R3, R4 k t n i l đi n tr Wheatstone nh hình bên d i và đ c dán vào ph n thân c a loadcell.
ượ ấ ủ c cung c p cho ngõ vào loadcell (2 góc (2) và (3) c a
ệ ệ ệ ệ ượ ộ M t đi n áp kích thích đ ở ầ c u đi n tr Wheatstone) và đi n áp tín hi u ra đ ữ c đo gi a hai góc khác.
ệ ố
ạ ạ ặ ầ ạ ố ệ ằ ằ T i tr ng thái cân b ng (tr ng thái không t ho c g n b ng không khi b n đi n tr đ ệ ả i), đi n áp tín hi u ra là s không ị ề ợ ở ượ ắ c g n phù h p v giá tr .
ệ
ằ
ầ
ở
ạ ệ ầ ượ ọ ạ ầ ộ ở i sao c u đi n tr Wheatstone còn đ c g i là m t m ch c u cân
ắ
ầ
ượ
ẽ ư c m c nh hình v .
ở ẫ
ị
ệ
ế ỉ
ở ầ
ậ
ế
ế
ỉ
ầ ở 1 , R2 , R3 cho đ n khi đi n k G ch zero . Khi c u ệ
ị ệ ệ
ằ
C = UA.
C u Wheatstone đ Trong đó ệ R1 , R2 , R3 là các đi n tr m u G là đi n k ch th 0 ệ RX là đi n tr c n đo V n hành ỉ Ta ch nh các giá tr đi n tr R ế ệ ằ cân b ng , dòng đi n qua đi n k G b ng không ( zero ) nghĩa là U Hay UR1 = UR2 và URX = UR3 I1 R1 = I2 R2 và I1 RX = I2 R3
Đó là lý do t b ng.ằ a.Đo đi n tr dùng c u Wheatstone cân b ng
ớ
ươ
ộ
ả
ấ
ế
ụ
ệ ở X không ph thu c vào ngu n cung c p cho
ệ
ng pháp thao tác X
ả
ể ỉ
ư ề
ở ầ
ề ầ
ươ ị ệ
ạ ứ ạ
ộ
ộ
ế
ệ
ế
ệ
ự
ạ ủ
ạ ủ
ở
ố
ộ
ệ
ụ
ở ế
ố ố
các m i n i .
ả
ệ
ưở
ố ủ
ở ẫ
ố ủ
ế
ế
ẳ
ạ
ng đ n sai s c a RX , ch ng h n , n u
ở ầ ượ
ố ủ
(cid:0) R1 = (cid:0) R2 = ± 0.5% , (cid:0) R3 = ± 10% thì sai s c a đi n ệ
t là
ể ầ
ằ
ổ ỷ ố ữ s gi a ấ ổ ừ
ị ệ
ổ
ị
ệ (cid:0) R = (cid:0) R1,2,3 = (cid:0) R1 + (cid:0) R2 + (cid:0) R3 = 0.5% + 1% + 1% = ± 2.5% ở ấ ỳ X , đ c u wheatstone cân b ng , ta thay đ i t ệ ở 3 , đi n tr R
ỗ ấ ở 3 có giá tr thay đ i t ng c p , m i c p
ệ
ằ
ở
ườ
ệ
ầ
i ta th
ứ
ở
ng dùng nguyên lý c u Wheatstone không cân b ng ủ ầ ầ
ể ấ ổ
ệ ươ
ầ ử
ố
ồ
ằ ngõ ra c a c u Wheatstone đ đo ng pháp này c n có ngu n cung c p n
hay sai s (R c a ph n t
đo . Ph
ệ
ụ
ệ
ấ
ồ
ố
ộ ụ
ồ
ộ
ộ ầ ủ ầ ộ ở ủ ộ ỉ
ệ
ế
ở ượ c
Suy ra : = => Rx = ở ẫ ớ ẽ ượ c so sánh v i các đi n tr m u ng pháp đo này R V i ph X s đ ệ ồ ấ ậ Ta nh n th y , k t qu đo đi n tr R ủ ầ m ch đi n , đây là u đi m c a c u đo Wheatstone . Tuy nhiên ph ở ẫ ệ ph c t p vì ph i đi u ch nh các đi n tr m u nhi u l n và giá tr đi n tr c n đo R iạ l ộ ụ ph thu c vào đ nh y c a đi n k G , đ nh y c a đi n k G càng cao thì s xác đ nhị ằ cân b ng càng đúngvà ph thu c vào dây n i và đi n tr ti p xúc Ngoài ra sai s c a các đi n tr m u cũng nh h sai ố ủ s c a các đi n tr l n l ở tr khi đo là ệ ớ V i đi n tr b t k R R1/ R2 và thay đ i giá tr đi n tr R có giá tr 0.1ị ầ b.Đo đi n tr dùng c u Wheatstone không cân b ng ườ Trong công nghi p , ng ệ nghĩa là căn c vào đi n áp ra hay dòng đi n ra ủ ệ ừ đi n t ị đ nh vì đi n ụ ở áp ra ph thu c vào ngu n cung c p E , ngoài ra sai s còn ph thu c vào các đi n tr ạ ủ ầ ạ ẫ i ph vào ngu n cung m u thành ph n c a c u Wheatstone . Còn đ nh y c a c u l ổ ạ ỏ ị ấ c p E và n i tr c a b ch th . Khi tháo đi n k G ra kh i m ch , ta có T ng tr đ xác đ nhị
(cid:0) = ( R1 // RX ) + ( R2 // R3 )
ủ ầ
ở
R(cid:0) ệ Đi n áp
ngõ ra c a c u:
Ua – Uc = E.( – )
ặ ự ả ọ ủ
ề ế ề ổ
ặ ạ ủ ệ ợ ở
ị ủ ự ệ ở ổ ổ ổ
ậ ẽ ị ộ i tr ng ho c l c tác đ ng lên thân c a loadcell, thì loadcell s b V y khi có t ệ ự ạ ế t di n bi n d ng (giãn ho c nén) đi u này kéo theo s thay đ i chi u dài và ti ế ự ẫ ủ c a các s i kim lo i c a đi n tr strain gauge dán trên thân loadcell d n đ n s ệ thay đ i giá tr c a các đi n tr strain gauge. S thay đ i này làm thay đ i đi n ầ áp đ u ra.
ỏ ổ ệ ự ể ượ
ộ ỉ ỉ ị ủ ố ể c đo và chuy n thành s ệ ử
ố
ộ cho bi
ộ ộ
ị ể ng l n nh t mà ứ giá tr kh i l
ầ ả ả ượ ộ ễ ộ ặ ố ượ ớ ệ ộ t đ ệ ộ: là kho ng nhi c. ằ c bù vào, n u n m
ả ầ ự ấ t đ mà đ u ra Loadcell đ ượ ả t kĩ ượ Loadcell có th đo đ ế ế ệ c đ m b o th c hi n theo đúng chi ti
ố ụ ượ ộ ẩ ả ệ: đ c đánh giá theo thang đo IP, (ví d : IP65: ch ng đ c đ m
ị ớ ườ ư ệ ủ Loadcell (thông th : giá tr đi n áp làm vi c c a ng đ a ra giá tr l n
ấ
ả ẫ ớ ế ể ố ả i sai s trong k t qu .
i tr ng. ị ặ ở ế ộ ượ ệ ố ị ế ng tr khi hi n th k t qu d n t ủ ả ọ i d ng % c a t c xác đ nh thông qua S và S+ i. ch đ không t
ả ị ườ ữ ệ ệ i dòng DC 50V. Giá tr cách đi n gi a ng đo t
ạ ế ị ế ố ệ ỏ
ể ị ế ạ ặ ỡ t b k t n i dòng đi n. Loadcell có th b phá v ho c bi n d ng.
ế ầ ủ ơ ọ : giá tr t : k t qu đo đ cho d
i.
ữ c đo gi a Ex+ và EX trong ở ế ộ ch đ không t ụ ể ượ ệ ả ấ i an toàn: ị ả ọ i tr ng mà ượ ị ơ c (đ n v : mV). ở ướ ạ i d ng tr kháng đ ạ ộ ặ Loadcell có th v ả t quá (ví d : 125% công ư ế ố là công su t mà
ạ ượ ệ ố ả ộ t đ : ự i, là s thay
ở ế ộ ch đ có t ụ ệ ộ Đ i l ướ ự c đo ệ ộ ng đ ổ ấ S thay đ i đi n áp này là r t nh , do đó ch có th đ ế ạ ủ ộ sau khi qua b khu ch đ i c a các b ch th c a can đi n t ậ ơ ả 6. Thông s kĩ thu t c b n ụ ầ ế Đ chính xác: t ph n trăm chính xác trong phép đo. Đ chính xác ph ế ấ thu c tính ch t phi tuy n tính, đ tr , đ l p. ấ ị Công su t đ nh m c: D i bù nhi ả ngoài kho ng này, đ u ra không đ ậ ượ ư c đ a ra. thu t đ ượ ấ C p b o v và b i).ụ ị ệ ệ Đi n áp ị ỏ ấ nh t và giá tr nh nh t 5 15 V). ễ ệ ượ ộ ễ hi n t Đ tr : ướ ạ ườ ượ ư c đ a ra d Th ng đ ở ầ ở Tr kháng đ u vào : tr kháng đ ư ế ố khi Loadcell ch a k t n i vào h th ng ho c ệ : thông th ở Đi n tr cách đi n ạ ủ Loadcell và thi ớ l p v kim lo i c a Phá h y c h c Giá tr raị ả ượ ở Tr kháng đ u ra: ề đi u ki n load cell ch a k t n i ho c ho t đ ng Quá t su t).ấ H s tác đ ng c a nhi ổ đ i công su t c a ủ ấ ủ Loadcell d ượ i s thay đ i nhi t đ , (ví d : 0.01%/10°C nghĩa
ệ ộ t d tăng thêm 10°C thì công su t đ y t ấ ầ ả ủ Loadcell tăng thêm i c a
ư ư ố ủ ộ ệ ộ ạ t đ t ể i đi m 0 : gi ng nh trên nh ng đo ở ế ộ ch đ
i.ả
ạ ế là n u nhi 0.01%). ệ ố H s tác đ ng c a nhi không t Loadcell có 4 d ng chính là:
ạ Loadcell d ng thanh (kéo căng, nén) ụ ạ Load cell d ng tr (nén) ữ ạ Loadcell d ng ch S (kéo căng, nén) ụ ẹ ạ Loadcell d ng tr d t (nén)
ườ ơ th
ọ ườ ơ ể ượ ử ể ng đ c s V i loadcell d ng thanh (hay g i là loadcell đi m đ n) ướ ừ ể ỏ ng (có kích th c v a và nh ) . Đi m ặ ủ ượ ặ ở tâm c a m t bàn cân. c đ t ạ ớ ạ ụ d ng cho các d ng cân bình th ặ ả ủ đ t t i c a các loadcell đi m đ n , đ
V i các h th ng cân công nghi p nh h th ng cân b n, h th ng cân
ớ ệ ệ ố ư ệ ố
ạ ụ ườ ạ
ề ặ
ồ ng đ ế ử ụ ơ ượ ừ ố ộ ộ ư ẽ ề c phân b vào t ng loadcell đ u h n, nên đ chính xác s
Lo i này có ph m vi thay đ i l n , b ng cách thay đ i đ
ổ ườ ổ ớ ạ ằ ng kính D hay
ệ ố ượ ử ụ ph u,ễ loadcell d ng thanh và loadcell d ng tr th c s d ng. Có ể ử ụ ề th s d ng m t ho c nhi u loadcell, nh ng n u s d ng nhi u loadcell, ả ọ i tr ng đ t cao h n.ơ ạ ề ề ộ
ạ ộ ở ẫ ủ ế chi u dài t hay chi u r ng w ự ế Nguyên lý ho t đ ng cũng d vào s ho t đ ng c a các bi n tr , d n đ n
ệ ệ ế ự ạ ộ ớ ự ầ tín hi u ra có quan h tuy n tính v i l c c n đo.
Loadcell ch “S” th
ữ ườ ượ ử ụ ự ng đ c s d ng cho các máy đo l c.
(cid:0) Cách s d ng loadcell: Loadcell thông th
ượ ử ụ ổ ế
ườ ng và đ ộ ủ ạ ầ ồ ử ụ c s d ng ph bi n t Nam có 5 dây. Các lo i cáp đ u ra c a m t loadcell bao g m 2 dây
ệ Vi ồ ộ ở ệ ngu n (+ / ), hai dây tín hi u (+ / ), và m t dây max.
ơ ị ỗ ườ ả ớ i, đôi khi ng i ta s d ng ử ụ 7 dây, v i 2 dây c m
ể ả ớ Đ gi m b t nguy c b l ổ ế bi n b sung
ặ ủ ướ ế ẫ ử ụ ho c thông s chi ti t các
ạ
ệ ẫ ử ụ
ươ ộ ng
ơ ồ ứ ế ố ướ
ắ ạ ố c a loadcell, có mô t ả ỏ ồ ủ ầ ệ ử ử ụ s d ng m t ph ệ ể ự ng d n đ th c hi n. Sau khi hàn ỉ ệ i loadcell
ế ố ớ ầ ả ng d n s d ng Trong h ườ ắ ủ ng hai dây ngu n là màu đ và đen, hai dây lo i dây và màu s c c a chúng. Th ọ ướ ắ ng d n s d ng c a đ u cân và hàn jack theo tín hi u là xanh và tr ng. Đ c h ỗ ư ế ố đúng s đ chân k t n i. L u ý, m i hãng cân đi n t ẫ ọ ỹ ậ ầ th c k t n i riêng, vì v y c n đ c k các h ả ộ jack và k t n i v i đ u cân , b t bu c ph i calibration ( hi u ch nh) l ể ả đ đ m b o tính chính xác.
Ứ ủ ụ 6/ ng d ng c a thi ế ị t b
ụ ườ ượ ử ụ ng th y c a c s d ng trong ấ ủ Loadcell là đ
ộ ứ ạ ệ ử ệ ổ ế M t ng d ng khá ph bi n th hi n nay. các lo i cân đi n t
ậ ớ i
ế ả ớ ệ ỏ ộ i l n trong công nghi p nh ư cân xe t i.ả
ừ ứ ữ ộ ố ứ
ệ ọ ỏ ượ c ỡ ạ Loadcell c nh cũng đ
ế ụ ệ ữ ụ T ng d ng trong nh ng chi c cân kĩ thu t đòi h i đ chính xác cao cho t ọ ế nh ng chi c cân có tr ng t ụ M t s ng d ng khác: ệ Trong ngành công ngh cao: ậ ớ ề V i n n khoa h c kĩ thu t tiên ti n hi n nay thì lo i ơ ứ ả ế c iti n công ngh và tính ng d ng cao h n.
ượ ệ ng trong công nghi p:
ọ ệ ử ụ ố ề Phân ph i đ u tr ng l Công ngh s d ng:
ế ợ ớ ế ị ả LSB and LCF Series) k t h p v i các thi ị t b đ nh
ặ i(Loadcell ậ ữ ệ ng và thu th p d li u qua máy tính ho c PLC
ứ ụ đ ng hóa trong
ượ ả ọ
ướ ơ ồ ệ ặ đ ng hóa, giám sát vi c
ừ ộ ế Các th bào t ướ h ơ ượ ạ ộ S l c ho t đ ng: ợ ượ c thi Các load cell đ ệ ể công nghi p đ phân ph i đ u tr ng l Loadcell đ i đây, d ố ượ ố phân ph i kh i l ự ộ ớ ế ế ể t k đ phù h p v i các ng d ng t ố ề ư ể ệ ẩ ng s n ph m. Nh th hi n trong s đ ượ ắ ề ự ộ c l p đ t trong dây chuy n t ng vào t ng bao bì m t cách chính xác.
ầ ế t b đo c n thi c k t n i v i thi
t. ủ ầ Loadcell s ẽ
ệ ừ i ng ng làm vi c.
ể ượ ả ệ ố ẩ ả ệ ớ ộ ề ả ừ ạ ộ ế ị ả ượ ế ố ớ i đ ố ng s n ph m cho phân ph i vào thùng đ yêu c u, ả ể i đ băng t i b di u khi n băng t ế ề ứ ố i d ng đ c truy n đ n h th ng phân ph i thùng ch a
ấ
ể ệ ố ố ả ố ẽ ệ c phân ph i s phát ra tín hi u đ h th ng phân ph i s n
ẩ Ứ ng
ệ ả ộ
ượ ử ụ ượ ắ ầ ủ ể
ữ ệ
c s d ng trong vi c c nh báo đ an toàn c u ứ c l p đ t trên các dây cáp đ đo s c căng c a cáp treo và s c t khác nhau. Các d li u ử ệ ộ ệ ố ố ệ
ư ệ ế ị
ề ầ ượ ẽ ượ ử ế c s đ ấ c xu t ra qua thi ề ộ ủ ầ ừ ệ ầ
ữ ị ờ ệ ố H th ng ho t đ ng: ộ ế bào t + M t t ố ượ + Khi kh i l phát ra tín hi u t ệ + Tín hi u khi băng t ứ ể đ xu t thùng ch a. ứ ượ + Khi thùng ch a đ ế ụ ạ ộ ph m ti p t c ho t đ ng. ầ ườ ụ ng d ng trong c u đ Các Loadcell đ ứ ặ treo. Loadcell đ ờ ế ép chân c u trong các đi u ki n giao thông và th i ti ố ệ ậ c g i đ n m t h th ng thu th p và x lí s li u. sau đó s li u thu đ ừ ạ ấ ẽ ượ t b truy xu t nh đi n tho i, máy tính, LCD. T đó có s đ ế ể ử ự ả s c nh báo v đ an toàn c a c u. T đó tìm ra các bi n pháp c n thi t đ s a ch a k p th i.
ớ
ệ ề
II. Gi
i thi u v Encoder:
ủ
ụ
ứ
ạ
ị
1. Đ nh nghĩa, phân lo i và ng d ng c a Encoder:
1.1 Đ nh nghĩa:
ị
ộ ợ ọ ạ Encoder d ng chuy n ể đ ng quay (rotary encoder) còn đư c g i là shaft encoder
ủ ụ ổ ị ừ là thi ế ị đi n cệ ơ dùng bi n ế đ i các v trí góc c a tr c quay t t b giá tr ị analog
ươ ự (t ng t ) sang mã digital (s ).ố
ủ ụ ể ả ộ ị ể Encoder m c đích dùng đ qu n lý v trí góc c a m t đĩa quay, đĩa quay có th
1.2 Phân lo i:ạ
ặ ấ ỳ ụ ộ ơ ế ị ầ ị ị là bánh xe, tr c đ ng c , ho c b t k thi t b quay nào c n xác đ nh v trí góc…
ượ Encoder đ c chia làm 2 lo i: ệ ố (absolute encoder) và ạ encoder tuy t đ i
1.3
ươ ố (incremental encoder.) encoder t ng đ i
Ứ ụ ng d ng:
ủ ụ ể ả ộ ị ể Encoder m c đích dùng đ qu n lý v trí góc c a m t đĩa quay, đĩa quay có th là
ặ ấ ỳ ụ ộ ơ ế ị ầ ị ị bánh xe, tr c đ ng c , ho c b t k thi t b quay nào c n xác đ nh v trí góc… đ ể
ố ộ ủ ế ơ ị ả c m bi n v trí, t c đ c a đông c …
Ứ ụ ủ ng d ng c a encoder quay:
ệ ượ ị ể ượ + Trên máy công ngh cao encoder đ c trang b đ đo và tìm đ ị c chính xác v
ư ị ủ ụ ắ ờ ượ trí c a các tr c máy cũng nh v trí dao c t. Nh đó quá trình gia công đ ự c th c
ệ ả ượ ẽ ử ề ộ ự ể ế hi n chính xác. K t qu encoder đo đ ậ c s g i v b ph n ki m tra tích c c
ỉ ạ ị ế ủ ữ ằ ị ể ề trên máy đ đi u ch nh l i v trí chi ti ắ t hay v trí c a dao c t nh m s a ch a l ữ ỗ i
ế ượ ạ ế ẩ và h n ch đ c ph ph m.
ượ ơ ủ ể ế ượ ộ ị + Encoder còn đ c trang b trên đ ng c c a thang máy đ bi t đ c chính xác
ả ượ ủ ả ẽ ừ ở ị v trí c a thang máy. Đ m b o đ c thang máy s d ng ử đúng c a ra vào.
ệ ể ế ể ả ố + Trên các rô b t công nghi p encoder không th thi u. Nó dùng đ qu n lý các
ố ử ộ ố ể ả ủ ủ ả ớ ị ử ộ c đ ng c a các kh p n i, c đ ng c a cánh tay rô b t đ đ m b o chính sác v
ử ộ ủ trí c a các c đ ng.
ở ề ủ ệ ộ ế ượ ị + Trong các cu c thi robocon. Tín hi u g i v c a encoder giúpta bi c v trí t đ
ấ Ở ậ ố ủ ả ủ c a robocon trên sân đ u. các khúc cua thì v n t c c a 2 bánh xe ph i và bánh
ể ẽ ậ ờ ố xe trái s không gi ng nhau. Nh có encoder mà ta có th tính toán và l p trình
ượ ố ủ ở đ c s vòng quay c a 2 bánh xe các khúc cua .
Ứ ụ ụ ề ỗ ư + ng d ng r ng rãi trong nhi u lĩnh v c:Robot, máy công c ,hàng không vũ
tr ...ụ
(cid:0) Ứ ề ả ụ ấ ng d ng trong dây chuy n s n xu t:
ủ ừ
ấ ạ
ạ
ạ ộ 2. C u t o và nguyên lý ho t đ ng c a t ng lo i Encoder:
ơ ả ủ ạ ộ Nguyên lý ho t đ ng c b n c a encoder:
ơ ả ủ ụ ộ Nguyên lý c b n c a encoder, đó là m t đĩa tròn xoay, quay quanh tr c.
ỗ ườ ế ặ ộ Trên đĩa có các l (rãnh). Ng ể i ta dùng m t đèn led đ chi u lên m t đĩa. Khi
ỗ ế ượ ỗ đĩa quay, ch không có l (rãnh), đèn led không chi u xuyên qua đ ỗ c, ch có l ỗ
ủ ẽ ế ặ ườ (rãnh), đèn led s chi u xuyên qua. Khi đó, phía m t bên kia c a đĩa, ng i ta
ệ ế ắ ặ ộ ớ ặ đ t m t con m t thu. V i các tín hi u có, ho c không có ánh sáng chi u qua,
ườ ậ ượ ế ỗ ng i ta ghi nh n đ c đèn led có chi u qua l hay không.
ả ử ộ ỗ ỉ ấ ứ ỗ ầ ắ ụ Khi tr c quay, gi s trên đĩa ch có m t l duy nh t, c m i l n con m t
ậ ượ ệ ượ ộ thu nh n đ c tín hi u đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay đ c m t vòng.
ấ ơ ả ủ Đây là nguyên lý r t c b n c a encoder.
ề ượ ặ ấ ị ữ Tuy nhiên, nh ng v n đ đ ể c đ t ra là, làm sao đ xác đ nh chính xác
ủ ế ể ị ị ị ượ ơ ơ h n v trí c a đĩa quay (m n h n) và làm th nào đ xác đ nh đ c đĩa đang quay
2.1 Encoder tuy t đ i
ề ể ể ề ề ấ theo chi u nào? Đó chính là v n đ đ chúng ta tìm hi u v encoder.
ệ ố (absolute encoder) :
ệ ố ế ị ể ạ ụ ổ ộ ỹ Encoder tuy t đ i là thi t b chuy n ể đ i, áp d ng k thu t s ậ ố đ t o ra m t mã
ộ ụ ủ ứ ớ ằ b ng s s t ỗ ố ố ương ng v i m i góc quay c a m t tr c.
2.1.1 C u t o và nguyên lý ho t đ ng:
ạ ộ ấ ạ
ộ ượ ồ + M t đĩa quay đ c mã hóa theo các rãnh đ ng tâm.
ầ ồ ọ ế ệ ệ + Đ u đ c: g m các tia sáng và các t ỗ bào quang đi n. M i tia sáng riêng bi t
ượ ế ừ ừ ế ế ỗ ế ệ ệ đ c chi u đ n t ng rãnh cho t ng t bào quang đi n. M i t bào quang đi n
ư ầ ố đ a ra 1 bít cho đ u ra s .
ấ ấ ệ ậ ộ ọ ố + Ba b ph n quan tr ng nh t c u thành encoder tuy t đ i là đèn LED,
ượ ế ừ đĩa mã hóa và các photosensor. Ánh sáng đ c chi u t đèn LED qua đĩa mã hóa
ớ ố ả ằ ố ỗ ọ ế đ n các photosensor. S đèn LED b ng v i s d i băng (hay còn g i là vòng l )
ớ ố ể ằ ặ ộ trên đĩa mã hóa và cũng b ng v i s photosensor ( ho c cũng có th dùng m t
ấ ủ ả ớ ủ ư ế ả đèn LED nh ng công su t c a đèn này ph i l n, ánh sáng c a nó ph i chi u ph ủ
ả ế h t các d i băng trên đĩa mã hóa).
ả ắ ế ả ằ + Trên encoder, đèn LED, d i băng và photosensor ph i s p x p n m trên
ộ ườ ẳ ượ ắ ố ị ỏ m t đ ng th ng. Đèn LED và photosensor đ c g n c đ nh trên v encoder.
ụ ệ ằ ị Còn đĩa mã hóa thì quay quanh tr c mang các tín hi u mã hóa nh m xác đ nh góc
ừ ế ớ ồ ế ệ ớ quay. Khi ánh sáng t ngu n sáng chi u t ố i đĩa mã hóa, n u đ i di n v i tia sáng
ế ệ ấ ố là vùng di n tích trong su t, ánh sáng xuyên qua đĩa đ n photosensor làm xu t
ậ ượ ệ ả ệ hi n dòng ch y qua photosensor ( lúc này photosensor này nh n đ c tín hi u 1
ị ủ ớ ệ ệ ế ắ ố ớ ị trong mã nh phân). N u đ i di n v i tia sáng là vùng di n tích b ph l p ch n
ế ượ ậ ượ sáng, ánh sáng không đ n đ c photosensor (lúc này photosensor này nh n đ c
ệ ị tín hi u 0 trong mã nh phân).
ạ ơ ả ề ề ấ ố + Quay l i bài toán c b n v bit và s bit, chúng ta xem xét v n đ theo
ộ ố ộ ọ ị ữ ố ớ m t cách hoàn toàn toán h c: V i m t s nh phân có 2 ch s .
0 0
0 1
1 0
1 1
ả Chúng ta có b ng:
ữ ố ể ề ớ . Đi u đó có nghĩa là v i 2 ch s , chúng ta có th chia đĩa encoder thành 4
ẽ ằ ầ ị ượ ộ ế ph n b ng nhau. Và khi quay, chúng ta s xác đ nh đ c đ chính xác đ n 1/4
ươ ự ậ ộ ố ữ ố ẽ ế ớ ị vòng.T ng t v y, n u v i m t s có n ch s , chúng ta s xác đ nh đ ượ ộ c đ
ế chính xác đ n 1/(2^n) vòng.
ụ ớ ỗ ả ở + ví d v i đĩa encoder có 2 vòng l (2 d i băng, vòng trong cùng, có
ệ ẽ ằ ằ ộ ộ ố m t rãnh r ng b ng 1/2 đĩa. Vòng phía ngoài, s có 2 rãnh n m đ i di n nhau.
ư ậ ể ầ ỗ Nh v y, chúng ta c n 2 đèn led đ phát xuyên qua 2 vòng l , và 2 đèn thu
ỗ ứ ấ ọ ( photosensor ). Gi ả ử ở s vòng l th nh t (trong cùng), đèn đ c đang n m ằ ở ị v
ỗ ở ậ ượ ừ ệ ẽ ắ ở ỗ ứ trí có l h , thì tín hi u nh n đ c t con m t thu s là 1. Và vòng l th hai,
ở ị ỗ ẽ ọ ượ ư ậ ắ thì chúng ta đang v trí không có l , nh v y con m t thu vòng 2 s đ c đ c
ị giá tr 0.
ế ế ệ ố ườ ố ớ ứ ẽ ể Đ thi t k encoder tuy t đ i, ng i ta luôn v sao cho bit th N (đ i v i
ỗ ớ ấ ộ encoder có N vòng l ) n m l n nh t có góc r ng ỗ ằ ở ngoài cùng, có nghĩa là l
ấ ằ ế ở ố 180 đ , n m ị ộ ằ trong cùng. B i vì chúng ta th y r ng, bit 0 (n u xem là s nh
ầ ấ ụ ề ế ẽ ổ ỗ phân) s thay đ i liên t c m i 1/2^N vòng quay. Vì th chúng ta c n r t nhi u
ỗ ế ặ ở ẽ ượ ể ở ỏ ơ l . N u đ t trong thì không th nào v đ c vì trong bán kính nh h n.
ặ ở ế ề ế ấ ơ ụ ầ Ngoài ra, n u đ t trong thì v k t c u c khí, nó quá g n tr c và quá.
ớ ỗ ẽ ả ượ ủ ứ ả V i encoder có 8 vòng l ta s qu n lý đ c 1/2^8 c a đĩa (t c là qu n lý
ượ ươ ươ ậ ớ ớ ộ đ ủ c 1/256 c a đĩa, t ng đ ng v i góc 360/256=1,4 đ ). V y v i encoder 8
ỗ ẽ ế ượ ủ vòng l này ta s bi t đ ộ ớ ộ c góc quay c a đĩa v i đ chính sác là 1,4 đ .
ệ ố ể ả ố Đ gi m sai s cho Encoder tuy t đ i ta dùng mà Grey vì mã Grey
2.1.2
ổ ỉ ch có 1 bit thay đ i.
Ư ượ ủ ể u nh ệ ố c đi m c a Encoder tuy t đ i
Ư ể u đi m:
ị ố ị +Giá tr s hóa cho các v trí.
ệ ố ậ ượ ạ ể ị ể ọ +V trí tuy t đ i có th nh n đ c t ờ i m i th i đi m.
ể ế Khuy t đi m:
ề ệ + Nhi u tín hi u ra
ớ + Giá thành cao so v i Inc. Encoder
ố ớ ộ ả + S bit liên quan t i giá thành và đ phân gi i
ươ
ố
2.2 Encoder t
ng đ i (incremental encoder):
ế ấ ơ ồ S đ nguyên lý, k t c u:
ươ ề ơ ả ể ố ươ ố Encoder t ng đ i ki u quay V c b n thì encoder t ng đ i và encoder
ệ ố ề ố ỉ ở Ở ươ tuy t đ i đ u gi ng nhau ch khác nhau đĩa mã hóa. encoder t ố ng đ i đĩa
ạ ả ả ồ ượ ề ỗ mã hóa g m 1 d i băng t o xung. Trên d i băng này đ c chia ra làm nhi u l
ề ỗ ể ượ ậ ệ ằ ố ằ b ng nhau và cách đ u nhau (l có th đ c thây b ng v t li u trong su t cho
ề ừ ộ ỗ ậ ượ ánh sáng truy n qua). Khi đĩa t quay qua m t l thì photosensor nh n đ c tín
ệ ừ ế ế ẽ ế ộ ị hi u t đèn LED chi u qua thì encoder s tăng lên m t giá tr trong bi n đ m.
ư ớ ạ ẳ ồ ỗ ỗ Ch ng h n nh v i đĩa mã hóa g m 360 l , khi đĩa quay qua 90 l thì
ậ ượ ừ ệ ẽ ế ế ầ photosensor nh n đ c 90 l n tín hi u do đó bi n đ m s tăng lên 90.T đó ta
ượ ộ bi ế ượ t đ c đĩa đã quay đ ộ c m t góc là 90 đ .
ộ ấ ể ế ượ ề ế ộ Tuy nhiên, m t v n đ là làm sao đ bi t đ c encoder quay h t m t
ế ứ ế ể ế ượ ạ ư ế vòng? N u c đ m vô h n nh th này thì chúng ta không th bi t đ c khi nào
ư ể ữ ế ộ ộ ỗ ầ nó quay h t m t vòng. Ch a k , m i l n có nh ng rung đ ng nào đó mà ta
ả ượ ạ ộ ẽ ị ế ộ không qu n lý đ c, encoder s b sai m t xung. Khi đó, n u ho t đ ng lâu dài,
ẽ ố ộ ộ sai s này s tích lũy. Ngày hôm nay sai m t xung, ngày hôm sau sai m t xung.
ớ ế ể ộ ế ố ơ ồ ượ Đ n cu i cùng, có th đ ng c quay 2 vòng r i mà chúng ta m i đ m đ c 1
ậ ỗ ị ị ươ ể ề ạ ố vòng.Vì v y l đ nh v trên encoder t ể ng đ i ki u quay Đ tránh đi u tai h i
ườ ộ ỗ ị ị ể ế ủ ư ả này x y ra, ng i ta đ a vào thêm m t l ố đ nh v đ đ m s vòng đã quay c a
ấ ằ ư ậ ệ encoder. Nh v y, cho dù có l ch xung, mà chúng ta th y r ng encoder đi ngang
ỗ ị ẽ ế ị ị ế ở ế qua l đ nh v này, thì chúng ta s bi t là encoder đã b đ m sai đâu đó. N u vì
ấ ộ ộ ỗ ị m t rung đ ng nào đó mà chúng ta không th y encoder đi qua l ị ậ đ nh v , v y thì
ừ ố ệ ỗ ị ẽ ế ị ệ ượ ủ t s xung và vi c đi qua l đ nh v , chúng ta s bi t rõ hi n t ng sai c a
encoder.
(cid:0) Nguyên lý ho t đ ng ạ ộ :
ươ ươ ể ố ố
ạ ộ Nguyên lý ho t đ ng encoder t ộ
ồ ả ế ng đ i ki u quay Encoder t ng đ i ồ ậ ơ ả cũng g m các b ph n c b n là ngu n phát( đèn LED), đĩa quay( đĩa mã hóa), c m bi n (photosensor).
ả ế Khi đĩa quay qua m t l
ộ ế ả i
ỗ ị ệ
ị ế ậ ượ thì c m bi n trên nh n đ ế ế ế ượ t đ c s cho ta bi ộ c góc đ mà đĩa
ậ ượ ẽ ề ỗ ế ế ượ t đ ấ ỏ thì góc đ m nh nh t mà encoder
ị ộ ỗ ệ c tín hi u lúcđó ế ẽ ị ướ encoder s tăng lên m t giá tr trong bi n đ m. Cho đ n khi c m bi n bên d ộ ị ậ ượ c đĩa đã quay song m t đ nh v thì ta bi c tín hi u thông qua l nh n đ ế vòng. Giá tr bi n đ m mà encoder nh n đ Ứ ớ ả đã quay. ng v i d i băng có càng nhi u l ỏ ượ ẽ ế c s càng nh (càng m n). đ m đ
ấ ươ ố ủ C u trúc c a Encoder t ng đ i:
ệ
ề ả ộ ỗ i khác nhau cho m i vòng quay.
ư ỗ Các tín hi u ra: A, B, Z. Các xung A và B: Có nhi u đ phân gi ộ Xung Z: Đ a ra m t xung cho m i vòng quay.
ạ ươ ố Các lo i Encoder t ng đ i:
Encoder 1 kênh: ử ụ ị
ặ ể ị
ị ế ượ ẩ ướ ặ ứ ỗ ớ c. M i xung ng v i 1 góc cho tr
+ S d ng 2 c p thu phát quang: 1 c p đ m xung và 1c p xác đ nh đi m chu n. ự ố + V trí xác đ nh d a vào s xung đ m đ c. ươ ướ c h + không xác đinh đ ặ ế ng quay.
Encoder t
ươ ố ng đ i 2 kênh:
ườ ể ẩ + Th ng có kênh A(V1); kênh B(V2); kênh Z (đi m chu n).
ượ ặ ệ ệ ả ớ + kênh B đ c đ t l ch so v i kênh A (l ch M+0.5 r nh)
ả ọ Hình nh minh h a:
ả Gi ẽ i thích hình v :
ố ở ứ ượ 1 xu ng 0 mà V1 m c cao thì Encoder quay ng c
ề ể ừ CCW: khi V2 chuy n t ồ ồ chi u kim đ ng h .
ể ừ ố ở ứ ề ấ 1xu ng 0 mà V1 m c th p thì quay cùng chi u kim
CW: khi V2 chuy n t ồ ồ đ ng h .
ủ ể ề ể ị Ta có th dùng DFlipFlop đ xác đ nh chi u quay c a Encoder:
ề
0 so v i B thì ngõ ra c a DFlipFlop là “1”. ủ
ế ớ ậ Chi u quay thu n: ớ N u A s m pha 90
Chi u quay ngh ch: ớ
ị
0 so v i A thì ngõ ra c a D F/F là “0”.
ề ớ ủ B s m pha 90
B. Bài t p:ậ
ố ộ ầ c đ c t
ượ ượ ổ ợ ự ư ở ỉ
h p thành m t c u ệ ề ệ Ω ệ ầ ấ ộ
Bài t p 1ậ : 4 strain gauges gi ng nhau đ Wheatstone, nh ng ch có 1 strain gauge tích c c, đ u có GF = 2.1 và đi n tr ị danh đ nh 120 . Đi n áp cung c p cho c u là 10V. Tính đ căng khi đi n áp ra ủ ầ c a c u là 20mV
Gi i:ả
ườ ệ ổ ợ ộ ở Tr ng h p thay đ i m t đi n tr thành 1 strain gauge:
Ta có: = –
V iớ : R1 = R2
R3 = RG
R4 = RG + R △R = RG.GF.Ɛ Suy ra : = =
= - .( ) = - . ()
Suy ra: độ căng khi điện áp ngõ ra là 20 mV là:
Ɛ= -0,76
ộ Ω ở ị
ệ ữ ậ ủ ộ ỉ
Bài 2 : M t strain gauge có Gauge factor = 3, đi n tr danh đ nh 1k , có GF= 2,1 ượ ắ đ c g n trên đ nh c a m t thanh nhôm ch nh t 10cm dài x 2cm dày x 4cm r ng.ộ
ở Ω ệ ồ ộ ầ ượ ố ớ c n i v i m t c u Wheatstone g m các đi n tr 1k . Thanh
ả ọ ượ ặ ủ ầ ư i tr ng đ c đ t lên đ u kia c a thanh nhôm. ộ ầ c c đ nh m t đ u nh hình, t
ượ ố ị ế
ả ọ ở ủ i tr ng 1kg đ
ủ ầ ồ ượ ặ c đ t vào? ệ ượ ố ầ c n i ngu n Vin = 5V. Tính đi n áp ngõ ra c a c u? Strain gauge đ nhôm đ ồ Cho bi t modun đàn h i E = 73.1 GPa. ệ 1/ Tính đi n tr c a strain gauge khi t 2/ C u Wheatstone đ
Gi i:ả
Ɛ Ta có: = ; mà σ =
ớ V i F = m.g = 1. 9,8 = 9,8 (N)
A = 0,1 x 0,02 x 0,04 = 0,00008 (m3)
Suy ra: = = 122500
ộ ứ ủ ậ Ɛ V y đ c ng c a thanh: = = 1675
ả ọ ượ ặ a/Khi có t i tr ng 1kg đ c đ t vào thì:
= 1000 x 2,1 x 1675 = 4020000 (
Ɛ ở ủ ả ọ ệ ượ ặ Ω ) i tr ng 1kg đ c đ t vào
△R = RG.GF. Suy ra : đi n tr c a strain gauge khi t R = △R + RG = 1000+4020000 = 4,012 ( M )Ω
ầ ượ ố ồ c n i ngu n Vin = 5V
= . () Vout = 2,5 (V)
b/ C u Wheatstone đ ta có: : = = .( )
