Upload
minhtanx3
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 1/22
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
KHOA CHKT & TĐH
BÁO CÁO TÌM HIỂU CẢM BIẾN LỰ C
DYNAMIC FORCE SENSOR 1050C
NHÓM 7
MÔN: K Ỹ THUẬT ĐO LƢỜ NG – CẢM BIẾN
GV: ThS. ĐOÀN THỊ HƢƠNG GIANG
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 2/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 2
Thành viên nhóm 7:
1. Hà Huy Tiến2. Tr ần Văn Tâm
3. Hoàng Văn Quân
4. Nguyễn Đức Thuận
5. Lê Văn Mỹ
6. Nguyễn Văn Trầm
Mục lục:
I. Giớ i thiệu về cảm biến và cảm biến lực.
1. Khái niệm cảm biến.
2. Giớ i thiệu về cảm biến lực và cách đo lực.
II.
Tìm hiểu về cảm biến lực Dynamic Force Sensor 1050C1. Giớ i thiệu chung về cảm biến Dynamic Force Sensor 1050C.
2. Hình dạng và thông số k ỹ thuật của cảm biến.
3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
4. Thiết k ế mạch đo cho 1050C. 5. Ưu điểm và ứng dụng của 1050C
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 3/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 3
I. Giớ i thiệu về cảm biến và cảm biến lự c.
Ngày nay cảm biến đóng vai trò quan trọng trong hệ thống đo lường và điềukhiển hiện đại. Nó quyết định việc có thể điều khiển tự động hay tự động hóa
các qua trình hay không. Nó quyết định độ chính xác và chất lượ ng của hệ
thống.
1. Khái niệm cảm biến. Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượ ng vật lý và
các đại lượ ng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện
hoặc có đặc trưng điện và có thể xử lý đượ c.
Các đại lượ ng cần đo (m) thườ ng không có tính chất điện (như nhiệtđộ, áp suất ...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mangtính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc tr ở kháng) chứa
đựng thông tin cho phép xác định giá tr ị của đại lượng đo. Đặc trưng(s) là hàm của đại lượ ng cần đo (m) :
s = F(m).
Ngườ i ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng cảm biến, (m) là
đại lượng đầu vào hay kích thích. Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận
biết đượ c giá tr ị của (m).2. Giớ i thiệu về cảm biến lự c và cách đo lự c.
a. Nguyên tắc đo lự c.Lực được xác định từ công thức cơ bản của định luật Newton: F = M.a
trong đó M là khối lượ ng ( kg ) chịu tác dụng của lực F ( N ) gây nên
1 gia tốc a (m/s2). Từ công thức này ta có thể xác định gia tốc thông
qua phép đo lực hoặc ngượ c lại . Đối với phép đo lực, ta có thể thực
hiện đo bằng cách sử dụng 1 lực đối kháng sao cho lực tổng cộng và
momen của chúng là bằng 0. Khi đó cảm biến cần có 1 vật trung gian
chịu tác động của lực cần đo và bị biến dạng, biến dạng này do lực đối
kháng gây ra. Trong giớ i hạn đàn hồi độ biến dạng tỉ lệ thuận vớ i lực
đối kháng.
Biến dạng và lực gây nên biến dạng có thể đo bằng cảm biến biến
dạng , hoặc đo gián tiế p nếu 1 trong những tính chất của vật liệu trung
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 4/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 4
gian phụ thuộc vào biến dạng ( ví dụ như ta sử dụng vật liệu áp điện
hoặc vật liệu từ giảo).
Trong lực P của một vật chính là lực tác dụng lện chính vật đó trong
trường trái đất .
g M P
Trong đó g 9,8 m/s2 và phụ thuộc vào độ cao. Như vậy đo tronglượ ng của một vật thực chất là xác định khối lượ ng của vật đó. Ngượ c lại
sử dụng khối lượng đã biết trong môi trườ ng có gia tốc g biết trướ c sẽ
xác định đượ c lực tác dụng , đây chính là nguyên tắc đo của cảm biến đolực .
Do bài tìm hiểu về cảm biến 1050C thuộc loại cảm biến áp điện nên ta sẽ
đi sâu vào tìm hiểu nguyên lý đo lực của cảm biến áp điện.
b. Hiệu ứng áp điện.
Hiện tượng áp điện là hiện tượ ng phân cực điện và thay đổi phân cực
điện trong 1 số chất điện môi khi chúng bị biến dạng dướ i tác dụng của
lực theo 1 chiều nhất định . Nếu chế tạo tụ điện bằng cách phủ 2 bản cực
lên 2 mặt đôi diện của 1 phiến áp điện mỏng và tác dụng 1 lực lên 2 bản
cực thì trên 2 bản cực đó xuất hiện điện tích trái dấu. Hiệu điện thế của
điện tích 2 bản cực tỉ lệ vớ i lực tác dụng. Lợ i dụng đặc điểm này ngườ ita chế tạo cảm biến dung để đo lực tác dụng và đo các đại lưong vật lí có
tác động giống như lực tác dụng như áp suất gia tốc , độ rung . Đó đượ cgọi là cảm biến áp điện .
Hiệu ứng áp điện là 1 hiệu ứng thuận nghịch . Dướ i tác dụng của điện
trườ ng theo chiều thích hợ p , thì vật liệu bị biến dạng . Đặt biệt đối vớ ivật liệu áp điện có thể bị kích thích đến tr ạng thái cộng hưởng cơ học r ất
cao .
Cơ chế áp điện có thể đượ c giải thích theo tinh thể thạch anh. Thạch anh
là tinh thể SiO2. Khi không có lực tác dụng điện tích dương và âm cótổng moment = 0 . Còn khi có lực tác dụng thì cấu trúc bị biến dạng làm
cho tr ọng tâm của các điện tích không trùng nhau nữa, từ đó làm xuất
hiện sự phân cực điện .
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 5/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 5
Trong các vật liệu áp điện thì thạch anh được quan tâm hàng đầu do tính
ổn định cao và độ cứng. Ngòai ra gốm cũng đượ c sử dụng vì giá thanh
thấ p và dễ sản xuất .
c. Cảm biến áp điện.
Cấu tạo cảm biến:
Dướ i tác dụng của lực làm cho vật liệu áp điện bị biến dạng và hình thành các cựctính .Tuy nhiên , nếu sử dụng các phiến ghép đơn thì độ nhạy của cảm biến giảm
đáng kể nên thông thườ ng là sử dụng các cách ghép bản cực của tụ điện .
Có nhiều cách ghép bản cực của tụ điện . Dựa vào cấu trúc hoặc cơ chế họat
động của cảm biến hay đơn giản vì độ nhạy của cảm biến hai phần tử có thể k ết
dính vớ i nhau và nối theo cưc để nhận đượ c biến dạng cùng chiều hay ngượ c chiều
.
_ Trong trườ ng hợp đấu song song hai bản áp điện được ghép đôi vờ i nhau ,khi đó điện tích và điện cung của tụ tăng lên gấp đội so với bình thườ ng so vớ i 1 bản cực .
_ Trong trườ ng hợp đấu nối tiếp thì điện áp hở mạch va tr ở kháng tăng lengấp đôi nhưng giá tị địện dung giảm xuống 2 lấn
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 6/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 6
Những nguyên tắc này áp dụng cho trườ ng hợ p ghép nhiều bản cực.
Đối vớ i thạch anh có nhiều cách chế tạo khác nhau tuy theo yêu cầu :
_ Vòng đệm thạch anh : chỉ nhạy vớ i lực nén tác dụng dọc theo tr ục .
_ Cảm biến thạch anh nhiều thành phần : đối vớ i loại này chỉ có tác dụng vớ i1 hướng xác định của lực tuy nhiên độ nhạy khá cao nên đượ c sử dụng trong các
trườ ng họp đặc biệt.
_ Cảm biến có độ nhạy cao : dung để đo các lực nhỏ có cấo tạo theo cấu trúc
dạng dầm hoặc dạng xà . Khi có lực tác dụng thì sẽ có 1 tấm co lại và 1 tấm khác
giản ra. Thường dung để đo các lực cắt .
Nguyên lý hoạt động:Cảm biến áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng áp điện
Phần tử cơ bản của một cảm biến áp điện có cấu tạo tương tự một tụ điện
đượ c chế tạo bằng cách phủ hai bản cực lên hai mặt đối diện của một phiến vật liệu
áp điện mỏng. Vật liệu áp điện thườ ng dùng là thạch anh vì nó có tính ổn định và
độ cứng cao. Tuy nhiên hiện nay vật liệu gốm ( ví dụ gốm PZT) do có ưu điểm độ
bền và độ nhạy cao, điện dung lớ n, ít chịu ảnh hưở ng của điện trườ ng ký sinh, dễ
sản xuất và giá thành chế tạo thấp cũng đượ c sử dụng đáng kể.
Đặc trưng vật lý của một số vật liệu áp điện đượ c trình bày trên bảng 1
Bảng 1: Đặc trƣng vật lý của một số vật liệu áp điện
Vật liệu
Độ từ
thẩm
Điện tr ở
suất (Ω.m)
Modun young
(109
N.m-2
)
ứng lực cực
đại (107
N.m
-2)
Nhiệt độ
làm việcTmax (
0C)
Thạch anh 5,411 10
12 80
11Y 10 550
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 7/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 7
Muối
seignette350
11 >10
10
3,1911Y
3022Y
1,4 45
L.H. 6,511 >1010 46 1,5 75
PZT5A 700.111 10
11 5333 Y 7 – 8 365
Dướ i tác dụng của lực cơ học, tâm áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên
hai bản cực các điện tích trái dâu. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản tỷ lệ nghích
vớ i lực tác dụng.Các biến dạng cơ bản xác định chế độ làm việc của bản áp điện.
Trên hình 1 biểu diễn các biến dạng cơ bản của bản áp điện.
Trong nhiều trườ ng hợ p các bản điện đượ c ghép thành bộ theo cách ghép nối
tiế p hoặc song song
Trườ ng hợ p ghép song song hai bản áp điện, điện dung của cảm biến tăng gấ p
đôi so với trườ ng hợ p một bản áp điện. Khi ghép nối tiếp điện áp hở mạch và tr ở
kháng trong tăng gấp đôi nhưng điện dung giảm xuống còn một nữa. Những
nguyên tắc trên áp dụng cho cả trườ ng hợ p ghép nhiều bản áp điện vớ i nhau.
b)
c)
d)
a)
Hình 1:Các biến dạng cơ bản
a.theo chiều dọc b. theo chiều ngang c. theo bề dày d. theo bề mặt
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 8/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 8
Phân loại cảm biến áp điện:
Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm
Các cảm biến thạch anh kiểu vòng điện có cấu tạo như hình 3, chúng gốm các
phiến cắt các vòng đệm nối vớ i nhau và chỉ nhạy vớ i lực nén tác dụng dọc theo
tr ục
Giớ i hạn trên của dải đo phụ thuộc vào diện tích của các vòng đệm, cỡ từ vài
kN ( với đường kính ~ 1 cm) đến 103 kN (với đườ ng kính ~ 10 cm).
Ngườ i ta cũng có thể dùng cảm biến loại này để đo lực kéo bằng cách tạo lực
nén đặt trướ c (dùng các bulong xiết chặt các vòng đệm), khi đó lực kéo được đonhư sự sụt giảm của lực nén. Tuy nhiên, khi đó độ nhạy giảm 5-10%.
Cảm biến thạch anh nhiều thành phần.
Hình 3: Cấu tạo của cảm biến thạch anh vòng đệm
1. Các vòng đệm 2. Các tấm đế 3. Đầu nối dây
1
23
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 9/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 9
Trong cảm biến loại này, các vòng đệm thạch anh đượ c cắt theo hướ ng khác nhau,
khi đó chúng chỉ nhạy vớ i một hướng xác định của lực.
Thạch anh có năm hệ số điện áp d11, d12, d14, d25, d26 do đó một vòng điện cắt
theo phương của tr ục X chỉ nhạy vớ i lực nén ( vì có d11), các lực ký sinh tác động,
theo cạnh bên đều không gây nên hiệu ứng với vòng đệm và các ứng lực mà hiệu
ứng của chúng liên quan đến d12, d14 sẽ không có mặt. Tương tự như vậy, một dòng
điện cắt theo phương Y chỉ nhạy vớ i lực cắt theo bề dày (vì có d26) và bằng cách
lắ p ghép hợ p lý có thể loại tr ừ hiệu ứng của các ứng lực liên quan đến d25 (cắt theo
mặt). Hai mặt cắt đặc biệt này biểu diễn trên hình 4b, chúng đượ c sử dụng để chế
tạo các cảm biến thạch anh nhiều thành phần.
Trên hình 4c biểu diễn một cảm biến ba phần vuông góc gồm ba cặ p vòng
tròn ghép vớ i nhau, một cặ p nhạy vớ i lực nén Fx, hai mặt còn lại nhạy vớ i lực Fy và
Fz vuông góc vớ i Fx
y
x
z
Hình 4: Cảm biến thạch anh nhiều thành phần
a. Kí hiệu các tr ục b. Các phiến cắt đặc biệt c. Cảm biến ba
thành phần vuông góc
a)
b)c)
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 10/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 10
II. Tìm hiểu về cảm biến lự c Dynamic Force Sensor 1050C1. Giớ i thiệu chung về cảm biến Dynamic Force Sensor 1050C.
Cảm biến đo lực Dynamic Force 1050C là cảm biến tích cực và là một sản
phẩm của hãng A-Tech, sử dụng chế độ cảm biến áp điện tr ở kháng thấ p(LIVM) chứa tinh thể áp điện mỏng. Khi có lực tác động nó sẽ tạo là một tín
hiệu điện áp tương ứng. Cảm biến này là loại cảm biến đo lực tác động nhanh
vớ i tinh thế áp điện là loại thạch anh cứng. Vớ i phạm vi làm việc lên đên 5000LbF với thang đo lớ n nhất là 15000 LbF. Cảm biến có thế làm việc trong điều
kiện nhiệt khắc nghiệt
Độ tin cậy của Dynamic Force 1050C cũng như sản phẩm của A-Tech đượ c
đánh giá rất cao trong lĩnh vực k ỹ thuật đo lường. Đó là kết quả của một quytrình sản xuất và lắ p ráp phát triển và tối ưu hóa của A-Tech trong nhiều nămqua.
Dynamic Force Sensor 1050C đượ c ứng dụng r ất nhiều trong các ngành
công nghiệ p nặng, ngành hàng không vũ trụ, giao thông vận tải, quân sự.
2. Hình dạng và thông số k ỹ thuật của cảm biến.a. Một số hình ảnh về 1050C.
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 11/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 11
b. Thông số k ỹ thuật.
Thông số k ỹ thuật Giá tr ị Đơn vị
Độ nhạy -18 pC/Lb F
Khoảng nén làm việc 5,000 Lb F
Lực nén tối đa 15,000 Lb F
Lực căng tối đa 1,000 Lb F
Độ cứng 11,4 Lb/µ ln
Khung tần số cộng hưở ng, dỡ bỏ 75 kHz
Độ tuyến tính +/-1 %F.S.
Điện áp đầu ra 5Va đậ p tối đa 10,000 G’s
Độ rung tối đa +/-2500 G’s
Hệ số của độ nhạy nhiệt 0,03 %° F
Khoảng nhiệt độ -100 tớ i +500 ° F
Môi trườ ng hoạt động Hàn/Sơn
Điện dung 18 pF
Điện tr ở cách điện 1x10^12 Ohms
Vật liệu làm vỏ Thép không gỉ
Tr ọng lượ ng 32 GamKhung dự phòng, trên và dướ i 1/4-28x0.175
Bộ nối điện, hướ ng tâm 10-32 Đồng tr ục
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 12/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 12
3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 1050C.Cấu tạo:
Cấu tạo của cảm biến gồm:
- K ết nối đồng tr ục
- Đườ ng ren
- Thân
- Nắ p va chạm
Cấu tạo chi tiết:
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 13/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 13
Nắ p va
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 14/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 14
Nguyên lý hoạt động:
Dynamic Force Sensor 1050C hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, ở đây
Dynamic Force Sensor 1050C dùng vật trung gian là thạch anh vì thạch anh có độ
nhạy và độ ổn định cao, khi không có lực tác dụng điện tích dương và âm có tổng
momen bằng 0, còn khi có lực tác dụng thì cấu trúc bị biến dạng làm cho tr ọng
tâm của các điện tích không trùng nhau nữa, từ đó làm xuất hiện sự phân cực điện.
Bằng việc đo chênh lệch điện giữa hai bản thạch anh ta có thể xác định được độ
lớ n của lực tác dụng.
- Phạm vi cảm biến so với độ nhạy và xuất TC Khi có lực tác dụng, cảm biến hoạt động như một nguồn dòng. Đối với chế độLIVM của cảm biến Dynamic Force cơ bản lực tối đa được quyết định bởinhững hạn chế cơ khí như áp lực tối đa cho phép mà các nhà sản xuất muốn đặttrên các tinh thể và các chi tiết khác trong thiết kế. Mỗi lực tối đa tác động cụthể sẽ tạo ra một tín hiệu 5 Volt để thuận tiện cho việc đo lực tác dụng củamạch đo ngoại vi. Vì chế tạo theo nguyên tắc áp điện nên ta có công thức điệnáp của vật liệu áp điện liên hệ với điện tích được tạo ra khi có lực tác động vàonhư sau:
Nhưng do giá trị V này rất bé nên vì thế để được một tín hiệu ra 5V thì cần khuếchđại tin hiệu này. Ta có mạch điện sau:
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 15/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 15
Vậy từ mạch trên ta có tín hiệu ra đầy thang là 5V với cảm biến này thì lực độ rộng
của lực đo được là 5000LbF thì ta có mỗi liên hệ giữa lực là điện áp ra là1mV/LbF.
Mạch trên được tích hợp sẵn trong cảm biến Dynamic force sensor 1050C.
4. Xây dự ng mạch đo:
Ta có sơ đồ tƣơng đƣơng của cảm biến:
Hình1: Sơ đồ tương đương của cảm biến áp điện
a) Trong dải thông rộng b) Trong dải thông có ích c) Nối với mạch ngoài
Trong dải thông rộng, cảm biến tương đương với một nguồn dòng mắc song songvới trở kháng trong (gồm ba nhánh) của cảm biến (hình 1a). Nhánh ρ, λ, γ đặctrưng cho cộng hưởng điện cơ thứ nhất ở tần số cao nằm ngoài dải thông của cảm
biến. Điện trở trong R g là điện trở cách điện của vật liệu áp điện, khi ở tần số thấpnó trở thành trở kháng trong của cảm biến. Tụ điện Cg là điện dung của nguồn phátđiện tích, khi ở tần số trung bình và cao nó trở thành trở kháng của cảm biến.
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 16/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 16
Trên thực tế ở dải thông thường sử dụng, người ta dùng mạch tương đương biểudiễn ở hình 1b.
Khi nối cảm biến với mạch ngoài bằng cáp dẫn, trở kháng của cáp dẫn tươngđương điện trở R
1 và tụ điện C
1 mắc song song với cảm biến, khi đó mạch tương
đương có dạng hình 1c.
- Sơ đồ khuếch đại điện áp
Trở kháng vào của bộ khuếch đại điện áp tương đương với một điện trở R e mắcsong song với một tụ Ce, khi đó mạch tương đương có dạng hình 2.
Hình 2: Sơ đồ tương đương của cảm biến
Sơ đồ tương đương được mắc nối tiếp với bộ khuếch đại điện thế
Điện áp ở lối vào của khuếch đại xác định bởi công thức:
- Sơ đồ khuếch đại điện tích
Trong mạch khuếch đại điện tích, sự di chuyển của điện tích ở lối vào sẽ gâynên ở lối ra một điện áp tỉ lệ với điện tích đầu vào. Bộ khuếch đại điện tích gồm
một bộ biến đổi điện tích - điện áp đầu vào, một tầng chuẩn độ nhạy, một bộ lọctrung gian và một số tầng khuếch đại ở đầu ra để cung cấp tín hiệu ra (hình 3a).
Sơ đồ mạch ghép nối cảm biến với bộ chuyển đổi điện áp - điện tích trình bàytrên hình 3a.
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 17/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 17
Hình 3: Sơ đồ khuếch đại điện tích
Điện tích Q được đưa đến tụ làm cho tụ này tích điện. Trên bản cực của tụ xuấthiện một điện áp tỷ lệ với điện tích Q. Giả thiết hệ số khuếch đại vô cùng lớn, điệnáp đầu vào sẽ giảm xuống đến 0. Trở kháng vào của bộ chuyển đổi lý tưởngcũng sẽ bằng không, khi đó sẽ tính được hệ số khuếch đại chuyển đổi:
=
Mạch trên được tích hợp sẵn trong cảm biến Dynamic force sensor 1050C.
- Đặc trƣng tín hiệu ra
Đặc trưng tín hiệu ra nhận được của cảm biến có dạng sau:
Cảm biến sử dụng loại thạch anh có độ cứng cao, nhờ độ cứng cao này các cảm
biến này có tần số tự nhiên r ất cao.
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 18/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 18
Tín hiệu ra có độ r ộng trong khoảng từ 0V đến 5V
- Sơ đồ mạch đo ngoại vi:
Linh kiện: vi điều khiến Pic16f877a, màn hình hiển thị LCD (LM016L), tụ
điện C3.
Một số thông số trong k ỹ thuật chuyển đổi ADC
Độ phân giải và sai số đo.
Vớ i: là đầu ra cực đại (đầy thang)
N là số bit của ADC
Pic16f877a đã đượ c tích hợ p phần chuyển đổi ADC có số bit tối đa là 10bit, theo
công thức (1) thì ta sử dụng số bit lớn thì có độ phân giải tinh hơn, ít sai số hơn vậyta sử dụng số bit tối đa của loại vi điều khiển này.
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 19/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 19
Từ công thức (1) ta tính được độ phân giải của mạch đo của cảm biến Dynamic
Force Sensor 1050C như sau:
N = 10bit
K =
= 0.00488
Với độ nhạy của cảm biến Dynamic Force Sensor 1050C là 1mV/LbF thì ứng vớ iđộ phân giải 0.00488V thì mỗi độ lớ n của lực tác động vào cảm biến là 4.88LbF.
Vậy sai số tuyệt đối là 4.88LbF.
Chọn tần số lấy mẫu.
Vớ i Dynamic Force Sensor 1050C thì tần số gây ra công hưởng làm hư hỏngsensor là vậy tân số lẫy mẫu tối đa là:
Tấn số tự nhiên của cảm biến đượ c tính theo công thức sau:
Vậy tần số lấy mẫu của Dynamic Force Sensor 1050C có giá tr ị trong khoảng:
5. Ƣu điểm và ứ ng dụng của 1050CƯu điểm:
Dynamic Force Sensor 1050C có độ nhay cao, thời gian đáp ứngnhanh, nên thích hợp để ứng dụng trong các hệ thống dây truyền sản
xuất, và thử nghiệm vớ i tốc độ cao.
Cấu tạo cơ khí vững chắc giup cảm biến có khả năng làm việc trong
môi trườ ng khắc nghiệt.
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 20/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 20
Khi k ết hợ p vớ i các hệ thống đo lườ ng khác, cùng sự điều khiển của
các hệ thống giám sát sẽ tạo ra một hệ thống tự động hoàn chỉnh.
Dynamic Force Sensor 1050C có thể đo lực với biên độ đo rộng(
trong khoảng 5000LbF) vớ i khản năng làm việc tối đa có thể chịu
đượ c lực nén lên đến 15000LbF giúp cảm biến có thể làm việc đượ ctrong môi trườ ng có lực va đậ p mạnh.
Dynamic Force Sensor 1050C có thế đượ c thế k ế nằm vào trong các
chi tiết máy cần đo lực bớ i vì có khối lượ ng nhẹ, độ cứng cao…
Vớ i những ưu điểm trên Dynamic Force Sensor 1050C đượ c ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực đờ i sống sản xuất:
Đo lực trong mô phỏng va đập để kiểm tra độ bền của vật liệu trong công
nghiệ p sản xuất phương tiện giao thông, các loại vật liệu, thiết bị quân
sự…
Tính toán lực va chạm trong ngành CN ô tô.
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 21/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 21
Đượ c tích hợ p trong các loại máy công nghiệp như máy rèn, máy hàn dậ pđể điều khiển và sử dụng lực dậ p
.
Đượ c tích hợp trong các phương tiên giao thông để ghi lại lực do va
chạm gây ra để lưu vào trong hộp đen của phương tiên để hỗ tr ợ điều tra
vụ tai nạn.
7/23/2019 Nhom 7 - Dynamic Force Sensor 1050c
http://slidepdf.com/reader/full/nhom-7-dynamic-force-sensor-1050c 22/22
Dynamic Force Sensor 1050C
Nhóm 7 Page 22