Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN—
BÀI TẬP LỚN ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN
Đề tài:
PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂN KIỂM TRỌNG TẢI Ô TÔ
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Hà
Nhóm sinh viên thực hiện : nhóm 2
Đào Đức Cường
Nguyễn Mạnh Cường
Phạm Văn Cường
Lê Văn Diễn
Trần Văn Diễn
Nguyễn Như Đạt
Lớp : ĐHCNKT Điện 3- khóa 6
1
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
2
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
MỤC LỤC
PHẦN A : PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ CÂN Ô TÔ
Tổng quan về cân ô tô 4
Nguyên lí chung………………………………………………………………………… 6
I - Lựa chọn cân
II – Các thiết bị cho trạm cân ô tô
2.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động cảm biến áp trở ( Tenzo)……………………… 8
2.1.1 Cảm biến áp trở kim loại…………………………………… …………… 9

2. Cấu tạo của cân ô tô: gồm 3 bộ phận
- Móng cân: được làm từ sắt thép, xi măng, gạch…
- Bàn cân: được làm từ thép, hoặc bê tông cốt thép.
- Thiết bị điện cho trạm cân ô tô: Cảm biến lực, hộp cộng tín hiệu,đầu hiển thị, bảng led,
và thiết bị phụ trợ khác.
3. Phân loại cân ô tô
Cân ô tô được chia làm 3 kiểu, cân ô tô kiểu nổi (Pitless Type), cân ô tô kiểu chìm (Pit
Type) , cân ô tô kiểu nửa nổi nửa chìm (Semi Pit Type). Khi chọn lắp đặt một trạm cân ô
tô, các đơn vị công ty thường chọn cân ô tô điện tử lắp kiểu nổi vì nó dễ dàng thuận tiện
trong việc vệ sinh, lắp đặt, thay thế, bảo trì thiết bị trạm cân. Các cảm biến lực (Loadcell)
và bàn cân nằm hoàn toàn trên mặt đất nên không bị ngập nước (thoát nước tốt nhất).
Giảm thiểu tối đa sự tác động của môi trường như: độ ẩm, các loại côn trùng phá hoại
trạm cân….Thích hợp cho những nơi có diện tích rộng (do có 2 đầu dốc lên xuống)….sẽ
giúp cho thiết bị trạm cân ô tô có được tuổi thọ cao nhất và cũng tránh được sự tác động
của môi trường nhất. Ngược lại cân ô tô loại chìm và cân ô tô nửa nổi nửa chìm lại được
các khách hàng có nhà xưởng chật, hẹp lựa chọn
4
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
Nguyên lí chung
Hệ thống cân ô tô hoạt động dựa trên công nghệ cân điện tử.Khi có áp lực do
trọng tải của xe lên mặt cân,các cảm biến (Loadcell) sẽ nhận tín hiệu và truyền đến
Hộp nối dây – Hộp cộng tín hiệu(Junction Box).Tại đây các tín hiệu từ các Loadcell
chuyển đến sẽ được cộng lại và chia trung bình để tìm ra giá trị khối lượng của
xe.Giá trị này sẽ được hiển thị ra màn hình thông qua một bộ chuyển đổi và hiển
thị.Đó là Đầu cân – Chỉ thị cân(Indicator).Hệ thống sẽ được kết nối với máy vi tính
để điều khiển và quản lí số liệu bằng phần mềm chuyên dụng cân ô tô
Bộ phận chính có nhiệm vụ xác định giá trị trọng tải xe trong hệ thống cân ô tô là
bộ cảm biến gồm các Loadcell được kết nối với nhau.Loadcell hoạt động nhờ vào cơ
cấu các cảm biến đo biến dạng – Áp trở(Tenzo) gắn trên nó

Tổng số bước nhảy n = < 10.000
Bước nhảy của cân
Hai ô tô cùng có mức cân Max là 80 tấn và cùng kiểm định đạt tiêu chuẩn nhưng
có bước nhảy khác nhau là : 10 kg và 20 kg thì cân có bước nhảy 10 kg có sai số cho
phép nhỏ hơn .
1.5 Lựa chọn thiết bị cân :
Thông thường các thiết bị đồng bộ do một hãng sản xuất có độ tương thích giữa các
thiết bị tốt hơn nên độ ổn định và độ bền cao hơn các thiết bị đơn lẻ.
Trên thế giới có nhiều hãng sản xuất thiết bị cân, nhưng Mettler – Toledo là một
trong những tập đoàn hàng đầu thế giới về lĩnh vực này.
1.6 Lựa chọn khung bàn cân :
Khung bàn cân ô tô là bộ phận quan trọng nhất đảm bảo sự cứng vững và ổn định
lâu dài của cân, khung bàn cân lại chiếm tỷ trọng lớn trong giá thành và phần lớn
được sản xuất tại Việt Nam, tùy thuộc vào tiêu chí phục vụ của nhà sản xuất mà thị
trường có 2 loại kết cấu khung bàn cân :
- Loại kết cấu bằng tôn dập chữ U, chữ C.
- Loại kết cấu bằng thép I đúc nhập khẩu .
Loại kết cấu bằng tôn dập có lợi thế là giá tôn tấm thường rẻ hơn thép I đúc nhập
khẩu và tương ứng là giá thành khung bàn cân cũng rẻ hơn. Ngược lại loại kết cấu
bằng thép I đúc nhập khẩu lại có độ bền lâu dài cao hơn hẳn.
Do vậy tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của khách hàng: loại kết cấu bằng tôn dập,
loại khung này thường có giá bán tổng thể của cân rất rẻ, ngược lại kết cấu bằng
thép I đúc nhập khẩu sẽ giảm thiểu được những chi phí sửa chữa sau này mà nhiều
khi không tính trước được.
6
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
II . Các thiết bị cho trạm cân oto
2.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động cảm biến áp trở ( Tenzo) :
* Nguyên lí hoạt động chung :Cảm biến áp trở hoạt động dựa trên hiệu ứng áp

Trong cơ học ta đã biết: ε
S
= -2k
p
ε
l
và ε
ρ
= cε
v

k
p
: hệ số Poisson
c : hệ số Bridman
v : thể tích
ε
v
= Δv/v : lượng biến thiên tương đối theo thể tích
Mặt khác : ε
v
= (1 + 2k
p
)ε
l

Do đó : ε
ρ
= c(1 + 2k
p

1
σ = k
1
Eε
l
= mε
l
k
1
: hệ số
E : môđun đàn hồi
Do m rất lớn nên hệ số k = 1 + k
p
+ m cỡ từ 100 ÷ 200 trong điều kiện bình thường
Cảm biến áp trở chia thành hai dạng cơ bản là áp trở kim loại và áp trở bán dẫn
2.1.1 Cảm biến áp trở kim loại
Cảm biến áp trở kim loại được chế tạo theo 3 dạng cơ bản : dây mảnh,lá mỏng và
màng mỏng
a.Áp trở dạng dây mảnh : gồm có dây điện trở uốn hình răng lược,đường kính 0,02
÷ 0,03 mm.Hai đầu dây hàn với 2 lá đồng Berin hoặc đồng phốt pho để nối với mạch
đo.Hai phía dán hai tấm giấy mỏng 0,1 mm hoặc nhựa polymide ( 0,03 mm) để cố
định hình dáng dây,chiều dài dây L = nl
o
( l
o
:độ dài một đoạn dây,n :số đoạn);
n = 10-20 .Bình thường l
o
= 8 ÷ 15 mm,có thể tới 100 mm hoặc có thể nhỏ hơn 2,5
mm.Chiều rộng a

o
,do đó α
t
nhỏ sẽ làm cho cảm
biến ít bị thay đổi khi nhiệt độ thay đổi
+ Điện trở suất : phải đủ lớn để giảm kích thước và độ dài dây
+ Vật liệu chọn cần chịu được ứng lực lớn để tránh đứt khi chế tạo và sử
dụng.Ứng lực tối đa không nên biến dạng cố định có trị số lớn hơn 0,2%( Độ lớn
của giới hạn đàn hồi đo bằng kgN/mm
2
)
9
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
Bảng 2.1 : Đặc tính một số vật liệu chế tạo áp trở kim loại
Vật liệu Thành phần K
α
(10
-6
1/
o
K)
ρ
(mm
2
/m)
Constantan 60%Cu,40%Ni 1,9 ÷ 2,1 ± 50 0,46 ÷ 0,5
NiChrome 80%Ni,20%Cr 2,1 ÷ 2,5 150 ÷ 170 0,9 ÷ 1,7
Platin 5,1 ÷ 5,4 1700 0,2
Manganin

tinh thể thay đổi làm cho nồng độ điện tử trong vùng đó độ dẫn thay đổi theo làm
cho điện trở bị thay đổi
2.1.2.4. Yêu cầu vật liệu chế tạo
a. Điện trở suất : ρ chịu ảnh hưởng của độ pha tạp và nhiệt độ
- Ảnh hưởng của độ pha tạp : khi tăng độ pha tạp,mật độ hạt dẫn tăng lên làm cho
điện trở suất giảm
ρ = 1/[q(μ
n
n + μ
p
p)]
q : giá trị tuyệt đối của điện tích điện trở hoặc lỗ trống
n,p : mật độ điện tử và lỗ trống tự do
μ
n
,μ
p
: độ linh động của điện tử và lỗ trống
-Ảnh hưởng của nhiệ độ : khi nhiệt độ nhỏ hơn 120
o
C,hệ số nhiệt dương và giảm
dần khi độ pha tạp tăng lên ; ở nhiệt độ cao hệ số nhiệt âm và không phụ thuộc vào
độ pha tạp
11
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
Hình 2.4 : Sự phụ thuộc ρ vào nồng độ pha tạp và nhiệt độ
b. Độ nhạy : K phụ thuộc vào độ pha tạp,độ biến dạng,nhiệt độ
- Ảnh hưởng của độ pha tạp :
khi độ pha tạp tăng,K giảm

Loại p +100 3000 ÷ 8000 1,1.10
4
Silic
Loại n -130 6000 0,35.10
4
Loại p +170 1300 7,8.10
4
Ưu điểm của áp trở bán dẫn là độ nhạy cao K = -200 ÷ +800,kích thước nhỏ 2,5
mm,dải nhiệt độ làm việc -250 ÷ +250
o
C
Nhược điểm là độ bền cơ học kém
Khi đo cảm biến áp trở được gắn vào bề mặt cấu trúc cần khảo sát,khi bề mặt cấu
trúc bị biến dạng thì cảm biến cũng chịu một biến dạng như bề mặt cấu trúc.
Hình 2.6 : Cố định áp trở lên bề mặt khảo sát
1 : bề mặt 5 : dây dẫn
2 : cảm biến áp trở 6 : cáp điện
3 : lớp bảo vệ 7 : keo dán
4 : mối hàn
2.2 Cấu tạo và nguyên lí của Loadcell
13
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
Mô hình vị trí lắp đặt của các Loadcell trên bàn cân như hình vẽ dưới đây(cho bộ
cảm biến dùng 6 Loadcell)

Các Loadcell
Hình 2.7 :Sơ đồ vị trí lắp đặt các Loadcell

Hình 2.8 :Vị trí lắp đặt Loadcell

nghệ Analog,trong các hệ thống cân ô tô còn ứng dụng công nghệ Digital – Công
nghệ số

Hình 2.11 : Loadcell Digital ( Digital Powercell )
Loadcell Digital có bộ vi xử lí riêng với công nghệ kí thuật số,tín hiệu xuất ra là tín
hiệu số.Ngoài ra Loadcell Digital con có bộ chống sét riêng nên có thể hoạt động tôt
trong thời tiết mưa bão
16
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
Bảng 2.3 So sánh công nghệ cân Analog và công nghệ cân Digital
Công nghệ cân Analog Digital
Độ chính xác thấp hơn cao hơn
Tự động điều chỉnh các thông số môi
trường
không có
Chống sét,chống nhiễu không có
Tuổi thọ,độ bền thấp hơn cao hơn
Bảo trì khó hơn dễ hơn
Hoạt động tốt khi phải có đủ các Loadcell
thiếu 1 vẫn hoạt động
tốt
Hiệu quả kinh tế thấp hơn cao hơn
Dữ liệu cân lưu ở Loadcell không có

Già thành công nghệ Digital cao hơn 30% so với công nghệ Analog nhưng do tính
ưu việt,kĩ thuật cao,độ bền cao,chất lượng tốt,độ chính xác tối ưu,mang lại hiệu quả
kinh tế cao nên trên thế giới hiện nay sử dụng công nghệ Digital 60%
2.3 Hộp nối dây - Hộp cộng tín hiệu ( Junction Box) :
Hộp nối dây là nơi kết nối các Loadcell lại với nhau,tùy từng loại mà có thể kết

Kiểu móng hầm chìm ( Pit Type )và Kiểu móng hầm nổi ( Pitless Type )
Tùy theo vị trí lắp đặt cân mà lựa chọn kiểu hầm móng thích hợp
2.5.1 Kiểu móng hầm chìm ( Pit Type )
Hình 2.14 : Mô hình kiểu móng hầm chìm
a. Ưu điểm :
- Gọn,không có bờ dốc,diện tích tối thiểu,có thể kiêm luôn đường đi
- Dễ cho xe vào cân,xe dễ di chuyển
- Chiếm ít diện tích đất sử dụng
- Không làm hạn chế tầm nhìn của nhà máy
- Chiều cao thấp nên không bị ảnh hưởng của gió
- Bàn cân thấp,chi phí xây dựng thấp
b. Nhược điểm :
- Khó bảo hành,bảo trì cân
20
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
- Khó làm vệ sinh cân vì phải chui xuống hầm cân
2.5.2 Kiểu móng hầm nổi ( Pitless Type )
Hình 2.15 : Mô hình kiểu móng hầm nổi
a. Ưu điểm :
- Dễ bảo trì,vệ sinh khi cần thiết
- Không bị ngập nước
- Chi phí xây dựng thấp
b. Nhược điểm :
- Chịu tác động của gió nhiều hơn
- Diện tích nhiều vì có hai bờ dốc
2.6 Mặt bàn cân
Mặt bàn cân là thiết bị trực tiếp chịu tải trọng của xe,là nơi gắn các cảm biến,hộp
nối dây.Có nhiều kích thước bàn cân khác nhau tùy vào nhu cầu sử dụng và mức
cân.Các kích thước bàn cân thường sử dụng là

hóa,số xe,thời gian và khối lượng hàng hóa xuất nhập,…
- In phiếu cân cho từng xe,trong mỗi phiếu ghi rõ các chi tiết : số xe,mã số khách
hàng,nhân viên vận hành cân,khối lượng tổng,khối lượng tịnh,khối lượng trừ
bì,thời gian…
- Khai báo thông tin phục vụ mục đích quản lí thống kê : thống kê chi tiết theo
thời gian,theo khách hàng,theo mặt hàng,theo số xe trong một giai đoạn nhất
định
- Ngoài ra trong một hệ thống cân ô tô còn có các bộ phận thiết bị phụ trợ khác
như : bộ chống giao động,bộ chống sét đường dây nguồn,hệ thống dây dẫn cáp
điện,hệ thống đèn tín hiệu,barie điều khiển vào ra…
23
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
PHẦN B
XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂN KIỂM Ô TÔ TRONG NHÀ
MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG
3.1 Mô hình hệ thống
Hình 3.1 : Mô hình hệ thống
24
Đo lường & Cảm biến D3_NHÓM 2 Hệ thống cân kiểm trọng tải
ô tô
Hình 3.2 : Sơ đồ liên kết các thiết bị trong hệ thống
3.2 Danh mục các thiết bị và chức năng
Các thiết bị được sử dụng trong hệ thống là :
- Bộ cảm biến lực Loadcell : Gồm 6 Loadcell
- 1 hộp nối dây Junction Box
- 1 đầu cân Indicator
- 1 bảng đèn Led hiển thị
- 1 bộ máy vi tính và máy in
- 1 bàn cân thép