Tìm hiểu về load cell dde series

TÌM HIỂU VỀ LOAD CELL DDE SERIES 1. Đặc điểm: DDE series là loại load cell cỡ nhỏ, dùng để đo tải trọng thấp. Đặc điểm:  Tải trọng từ 200N đến 50 KN  Đo lực kéo và lực nén  Cấp bảo vệ: IP 65  Nhỏ gọn, độ chính xác cao  Độ lệch thấp, đo cấu hình thấp  Tần số riêng cao  Thiết kế chắc chắn Hình 1: Load cell DDE seri Mô tả: Load cell DDE có phạm vi cấu hình thấp, được thiết kế dung để đo lực kéo và nén. Thiết kế của DDE cho phép gắn kết các ô tải trọng trong các công trình công nghiệp, và dùng để nghiên cứu và phát triển ứng dụng. Kích thước nhỏ gọn của nó làm cho nó thuận lợi trong các ứng dụng mà không phù hợp với các loadcell thông thường 2 Độ lệch thấp và tần số riêng cao của DDE cung cấp lợi ích đặc biệt trong thử nghiệm vật liệu và giám sát các ứng dụng sức căng bằng cáp. DDE cũng như tất cả các cảm biến khác, có thể được cung cấp đầy đủ các thông số kĩ thuật (tham khảo Datasheets) Thông số kĩ thuật DDE Đơn vị Rated Capacities (Tải trọng): 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000, 20000, 50000 N Rated Output(Tín hiệu ra): 2.0 nominal mV/V Non-Linearity(Sai số tuyến tính): <0.25 Hysteresis (Độ trễ): <0.30 Zero Balance (Điểm cân bằng): <1.0 Temperature Range Operating (Nhiệt độ làm việc): -20 đến +80 °C Temperature Range Compensated (Dải bù nhiệt độ): 0 đến +70 °C Temperature Effect On Output (Hệ số nhiệt tác động đầu ra): <0.005 °C Temperature Effect On Zero (Hệ số nhiệt tác động điểm 0): <0.005 °C Safe Overload (Quá tải an toàn): 150 Ultimate Overload (Quá tải phá hủy hoàn toàn): 200 Excitation Recommended (Điện áp làm việc): 10 Volts AC or DC Maximum (Điện áp tối đa): 15 Volts AC or DC Input Impedance (Trở kháng đầu vào): 700 Ohms Output Impedance (Trở kháng đầu ra): 700 Ohms Insulation Impedance (Điện trở cách điện): >500 Megaohms Construction (Vật liệu); Stainless Steel (Thép không gỉ) Environmental Protection (Cấp bảo vệ): IP65 Cable (Độ dài cáp): 2 Mét 4 lõi 3 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 2.1. Cấu tạo Load cell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage"và thành phần còn lại là "Load". Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi. 2.2. Nguyên lý hoạt động Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Giá trị lựctác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đótrả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. 4 Hình 3: Mạch cầu Wheatstone 3. Thông số kĩ thuật cơ bản - Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Độ chính xác phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp. - Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà load cell có thể đo được. - Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra load cell được bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kĩ thuật được đưa ra. - Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi). - Điện áp: giá trị điện áp làm việc của load cell (thông thường đưa ra giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất 5 - 15 V). - Độ trễ:hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả. Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng. - Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi load cell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải. - Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại của load cell và thiết bị kết nối dòng điện. - Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà load cell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng. - Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV). 5 - Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải. - Quá tải an toàn: là công suất mà load cell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất). - Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất của load cell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của load cell tăng thêm 0.01%). - Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải. 5. Ứng dụng của load cell.  Một ứng dụng khá phổ biến thường thấy của load cell là được sử dụng trong các loại cân điện tử hiện nay. Hình4: Cân kĩ thuật  Một số ứng dụng khác: - Trong ngành công nghệ cao: Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại load cell cỡ nhỏ cũng được cải tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Như hình minh hoạ, loại load cel này được gắn vào đầu của ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi chúng cầm nắm hoặc nhấc lên. 6 - Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp: Sơ lược hoạt động: Các load cell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa trong công nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm. Như thể hiện trong sơ đồ dưới đây, load cell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa, giám sát việc phân phối khối lượng vào từng bao bì một cách chính xác. 7 Hệ thống hoạt động:  Một tế bào tải được kết nối với thiết bị đo cần thiết.  Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, load cell sẽ phát ra tín hiệu tới bộ diều khiển băng tải để băng tải ngừng làm việc.  Tín hiệu khi băng tải dừng được truyền đến hệ thống phân phối thùng chứa để xuất thùng chứa.  Khi thùng chứa được phân phối sẽ phát ra tín hiệu để hệ thống phân phối sản phẩm tiếp tục hoạt động. 8 6. THIẾT KẾ MẠCH CHO LOAD CELL 1. Thiết kế mạch nguồn. Hình 5: Sơ đồ mạch nguồn  Để loadcell có thể làm việc được cần tạo ra một nguồn nuôi cho loadcell,trong đề tài sử sụng nguồn 5V để nuôi loadcell.Ngoài ra mạch chính cũng cần có nguồn nuôi cho vi điều khiển,các mạch nguồn này được tích hợp trên từng mạch.  Nguồn vào là nguồn AC 9V,trong mạch sử dụng hai ic l7805và l7905 để tạo ra điện áp +5V và -5V.  Diode cầu dùng để chỉnh lưu.  Các tụ điện dùng trong mạch có chức năng lọc để điện áp ra thẳng hơn. 2. Thiết kế mạch khuyếch đại tín hiệu.  Vì điện áp đầu ra của loadcell rất nhỏ thường thì chỉ 1 mV/V đến 3 mV/V,để vi điều khiển đọc được tín hiệu ra từ loadcell ta phải sử dụng mạch khuyếch đại tín hiệu đó lên nhiều lần rồi mới đưa tín hiệu điện áp vào vi điều khiển.  Nhất là với những loại loadcell chịu tải trọng lớn từ 500kg trở lên nếu ta đặt vật có khối lượng nhỏ lên thì điện áp ra đo được sẽ rất nhỏ,nếu đặt hai vật có 9 khối lượng chênh lệch nhau một vài kg thì hầu như điện áp ra thay đổi không đáng kể.Vì vậy việc thiết kế mạch khuyếch đại là rất quan trọng,  Trong mạch bên dưới sử dụng ba ic opm(op07) dùng để khuyếch đại,một biến trở có chức năng điều chỉnh để đạt hệ số khuyếch đại mong muốn.Các điện trở dùng trong mạch phải là các điện trở có sai lệch nhỏ(0.1%). Hình 6: Sơ đồ mạch khuyếch đại Trong sơ đồ mạch trên các điện trở R1 = R2 = R6 = R7 = 100k Điện áp ngõ ra được tính bởi công thức: Trong đó:V1,V2 là các giá trị điện áp từ loadcell . +Rgain :giá trị của biến trở. 2 3 ) 12 1( 12 R R Rgain R VV Vout   2 3 )12)( 12 1( R R VV Rgain R Vout  10 +Vout là điện áp sau khi đã khuyếch đại.Muốn giá trị điện áp bằng bao nhiêu ta chỉ cần chỉnh biến trở để thay đổi Rgain.  Mạch khuyếch đại có thể khuyếch đại tín hiệu điện áp ngõ ra của loadcell lên nhiều lần nhưng gía trị khuyếch đại này không vượt quá giá trị điện áp nguồn nuôi cho loadcell. Ví dụ:điện áp nguồn nuôi cho loadcell là 5V thì giá trị khuyếch đại tối đa phải nhỏ hơn hoặc bằng 5V. 3. Mạch mô phỏng. Giá trị định lượng được hiển thị ra LCD là giá trị số,trong khi đó tín điện áp ra từ loadcell là tín hiệu tương tự (analog).Do đó để hiển thị được giá trị kết quả định lượng được ra LCD bắt buộc phải qua quá trình chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Hình 7: Mạch mô phỏng Nguồn tham khảo: 11