chuong 6 cam bien do luc
DESCRIPTION
Chuong 6 cam bien do lucTRANSCRIPT
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
Wednesday, April 12, 2023 2
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
Wednesday, April 12, 2023 3
2. Cảm biến áp điện
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
Wednesday, April 12, 2023 4
2. Cảm biến áp điện
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
Wednesday, April 12, 2023 5
2. Cảm biến áp điện
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
Wednesday, April 12, 2023 6
2. Cảm biến áp điện
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
Wednesday, April 12, 2023 7
2. Cảm biến áp điện
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
Wednesday, April 12, 2023 8
2. Cảm biến áp điện
a) Cac phiên căt
b) Cảm biến ba thành phần vuông góc
CB thạch anh kiểu vòng đệmNhiều vòng đệm:
Wednesday, April 12, 2023 9
2. Cảm biến áp điện
Piezoelectric Sensor Element Designs
Wednesday, April 12, 2023 10
2. Cảm biến áp điện
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
Wednesday, April 12, 2023 11
2. Cảm biến áp điện
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
Wednesday, April 12, 2023 12
2. Cảm biến áp điện
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
Wednesday, April 12, 2023 13
2. Cảm biến áp điện
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 .
Wednesday, April 12, 2023 14
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.
Wednesday, April 12, 2023 15
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
Wednesday, April 12, 2023 16
3. Load cell
Phân loại:
Wednesday, April 12, 2023 17
3. Load cell
Một số ứng dung
Wednesday, April 12, 2023 18
3. Load cell
Wednesday, April 12, 2023 19
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
Wednesday, April 12, 2023 20
4. Một số cảm biến đo lực khác
b) Cảm biến lực áp trởLực tác động tăng thì điện trở giảm
Wednesday, April 12, 2023 21
4. Một số cảm biến đo lực khác
b) Cảm biến lực áp trở
Wednesday, April 12, 2023 22
4. Một số cảm biến đo lực khác
c) Cảm biến lực quang học
Wednesday, April 12, 2023 23
4. Một số cảm biến đo lực khác
c) Cảm biến lực quang học
Wednesday, April 12, 2023 24
4. Một số cảm biến đo lực khác
d) Cảm biến lực bằng lực tư
Wednesday, April 12, 2023 25
4. Một số cảm biến đo lực khác
d) Cảm biến lực bằng lực tư
Wednesday, April 12, 2023 26
4. Một số cảm biến đo lực khác
e) Cảm biến lực bằng song siêu âm
Wednesday, April 12, 2023 27
4. Một số cảm biến đo lực khác
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
Wednesday, April 12, 2023 28
4. Một số cảm biến đo lực khác
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.