Chuong 6 cam bien do luc

Wednesday, April 12, 2023 1

VI. CẢM BIẾN ĐO LỰC

1. Nguyên lý đo lực

2. Cảm biến áp điện

3. Load cell

4. Một số loại cảm biến khác


1. Nguyên lý đo lực

Định luật cơ bản của động lực học : M: khối lượng (kg)

F: lực tác động (N)

a : gia tốc (ms-2)

Đo lực bằng cách: Cân bằng lực cần đo với một lực đối kháng sao cho lực tổng hợp và momen tổng của chúng bằng không.

Lực cần đo F tác động lên vật trung gian gây ra biến dạng và lực đối kháng.

Đo trực tiếp biến dạng Lực.

Đo gián tiếp thông qua sự thay đổi tinh chât của vật liệu chế tạo vật trung gian khi bị biến dạng.

amF



Câu tạo và nguyên lý hoạt độngCâu tạo: Cảm biến co dạng tâm mong chế tạo tư vật liệu áp điện (thạch anh, gốm PZT…) hai măt co phủ kim loại tương tự một tu điện.

Nguyên lý hoạt động

• Dựa vào hiệu ứng áp điện

Vât liệu áp điện Lơp phủ kim loai



Câu tạo và nguyên lý hoạt độngNguyên lý hoạt động:

• Dươi tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến dang, làm xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực (V) tỉ lệ vơi lực tác dụng (F).

+

V~ F

F

F

+ + + + + + + + + + - - - - - - - - - -

+Q

-Q



Các dạng biến dạng cơ bản:

+

V~ F

F

F

+

V~ F F F

+

V~ F F

F

a) Theo chiều dọc

F

F

V~ F

b) Theo chiều ngang

c) Cắt theo bề dày d) Cắt theo bề măt



Cách ghép các phần tử áp điện thành bộ:

++

+

++

+

++++++++

+

c) Nhiều phần tử song song

a) Hai phần tử song song Cb =2C

b) Hai phần tử nối tiếpCb =1/2C, Rb =2R, Vb = 2V



Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệmCác vòng đệm:

• Phiến căt tư đơn tinh thê thach anh, nhay vơi lực nen dọc theo chiêu trục.

Đăc điểm:

• Chỉ nhay vơi lực nen theo chiêu trục đo lực nen (co thê đo lực keo băng cách nen trươc).

• Giơi han trên của dải đo cỡ tư vài kN (vơi đường kính ~ 1 cm) đến 103 kN ( vơi đường kính ~ 10 cm).

1

2 31. Các vòng đệm

2. Các tấm đế

3. Đầu nối dây



a) Cac phiên căt

b) Cảm biến ba thành phần vuông góc

CB thạch anh kiểu vòng đệmNhiều vòng đệm:



Piezoelectric Sensor Element Designs



dQ

dtRg Cg

dQ

dtRS CS

a) Trong dải thông có ích

Rg - Điên trơ trong cua cảm biến

Cg – Điên dung cua cảm biến

b) Nối với mạch ngoài

1gS R

1

R

1

R

1

1gS CCC

Sơ đô tương đương của cảm biến:

R1 và C1: điên trơ và tu tương đương với trơ khang cap dân



Sơ đô khuếch đại điện áp

dQ

dtRS CS Re Ce

Vm

Cảm biếnvà cáp nối

ZV cua khuếch đại điên áp

VmdQ

dtReq

Ceq

Sơ đô tương đương

eSeq R1

R1

R1

eSeq CCC

Điên ap ơ cửa vào cua bô khuếch đại: PCR1

PCR.

CQ

Veqeq

eqeq

qm



Sơ đô khuếch đại điện tich

Đầu vào (điên tích) Đầu ra (điên ap)

Bô chuyển đổiđiên tích

Chuẩn đô nhạy và khuếch đại vi sai

Bô lọc

Bô khuếch đạiđầu ra

b) Sơ đồ ghep nối cảm biến và bộ chuyên đổi điện tích - điện áp

VdQ

dt

RS CS V0

+Q Q

Cr

a) Sơ đồ khối bộ chuyên đổi điện tích – điện áp



Trong mạch khuếch đại điện tich, sự di chuyển của điện tich ở lối vào sẽ gây nên ở lối ra một điện áp tỉ lệ với điện tich đầu vào. Bộ khuếch đại điện tich gôm một bộ biến đổi điện tich - điện áp đầu vào, một tầng chuẩn độ nhạy, một bộ lọc trung gian và một số tầng khuếch đại ở đầu ra để cung câp tin hiệu ra .


3. Load cell

Câu tạo: Load cell là thiết bị chuyển năng: chuyển đổi lực hoăc trọng lượng tin hiệu điện

Load cell thường sử dung 4 cảm biến biến dạng và kết nối thành mạch cầu Wheatstone.


3. Load cell

Phân loại:

Loại nén

5,000-60,000 Kg

Loại thanh uốn

5-500 Kg

Loại thanh trượt

500-5000 Kg

Loại S (Đo lực kéo và nén)

50 – 5000 Kg

1-1000 Kg

Loại đơn điểm


3. Load cell

Phân loại:


3. Load cell

Một số ứng dung


3. Load cell


4. Một số cảm biến đo lực khác

a) Cảm biến lực điện dungĐo được lực dọc và lực cắt

Co độ trễ và không tuyến tinh



b) Cảm biến lực áp trởLực tác động tăng thì điện trở giảm



b) Cảm biến lực áp trở



c) Cảm biến lực quang học



c) Cảm biến lực quang học



d) Cảm biến lực bằng lực tư



d) Cảm biến lực bằng lực tư



e) Cảm biến lực bằng song siêu âm



b) Tac dung cua lực lên điên cực

I00 I01 I02 I03I04

FLớp cao su chưa hạt dân điênDây dân

Đi n cưcê

Đê cách đi nê

a) Hê thống cực đo

X1 X2

Y2

Y1

f) Cảm biến xúc giác



f) Cảm biến xúc giácKhi co lực nén tác dung lên một phần nào đo của tâm cao su, khoảng cách giữa các hạt dẫn điện ở phần đo ngắn lại, điện trở giảm xuống, dòng điện tăng lên. Toạ độ của vùng co dòng điện tăng lên sẽ xác định vị tri của lực tác dung và giá trị của no xác định giá trị của lực.

Education

Chuong 6 cam bien do luc