Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BÀI TẬP LỚN
Đề tài 6: Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất
Bộ môn: Đo lường và cảm biến
Giáo viên hướng dẫn: MAI THẾ THẮNG
Danh sách SV trong nhóm (Nhóm 6):
Phạm Xuân Sang
Lê Quốc Sĩ
Đoàn Ngọc Sơn
Lê Ngọc Sơn
Nguyễn Văn Sơn
Nguyễn Đức Tâm
Lê Văn Tân
Trương Nhật Tân
Tạ Hoàng Tấn
1
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế
1-Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất lỏng
Ngày nay việc ứng dụng khoa học-công nghệ vào lao động sản xuất là một
nhu cầu không thể thiếu. Nó quyết định việc tăng năng suất lao động, hạ giá
thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động, nâng cao hiệu quả
kinh tế, chất lượng sản phẩm.
2
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
Về công nghệ, hệ thống chiết rót chất lỏng sử dụng các cảm biến, các động
cơ, các bộ điều khiển để điều khiển cho hệ thống hoạt động chính xác, nhanh
chóng, hiệu quả. Hệ thống gồm có:
+Kho: chứa các thùng rỗng

giới hạn cảm biến mức tác động mở van 1 đưa chất lỏng vào bồn chứa, khi mức
chất lỏng lên cao quá giới hạn, cảm biến mức phát hiện và tác động khóa van 1.
- Có thể dừng hệ thống bất kỳ lúc nào bằng nút Stop.
4
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
Chương 2: Nội dung thực hiện
2.1- Yêu cầu của đề tài
1. Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết
rót chất lỏng.
2. Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?
3. Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống.
4. Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?
5. Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?
6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán xử lý tín hiệu đầu ra cửa
cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?
7. Đánh giá về sai số của hệ thống.
2.2- Các hướng giải quyết
Đối với hệ thống chiết rót chất lỏng này, chúng em sử dụng cảm biến mức
điều khiển van 1 đưa chất lỏng vào bồn chứa, cảm biến lưu lượng điều khiển van
2 rót chất lỏng vào thùng, cảm biến quang điều khiển vị trí thùng.
2.2.1-Phương pháp đo mức chất lưu
Mục đích và phương pháp đo
Mục đích việc đo và phất hiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc khối
lượng chất lưu trong bình chứa.
Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng.
5
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu
còn lại trong bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu
dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay

Phương pháp thuỷ tĩnh dùng để đo mức chất lưu trong bình chứa. Trên hình 1
giới thiệu một số sơ đồ đo mức bằng phương pháp thuỷ tĩnh.
Hình 1: Sơ đồ đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh
a) Dùng phao cầu b) Dùng phao trụ c) Dùng cảm biến áp suất vi sai
Trong sơ đồ hình 1a, phao (1) nổi trên mặt chất lưu được nối với đối trọng (5)
bằng dây mềm (2) qua các ròng rọc (3), (4). Khi mức chất lưu thay đổi, phao (1)
nâng lên hoặc hạ xuống làm quay ròng rọc (4), một cảm biến vị trí gắn với trục
quay của ròng rọc sẽ cho tín hiệu tỉ lệ với mức chất lưu.
Trong sơ đồ hình 1, phao hình trụ (1) nhúng chìm trong chất lưu, phía trên
được treo bởi một cảm biến đo lực (2). Trong quá trình đo, cảm biến chịu tác
động của một lực F tỉ lệ với chiều cao chất lưu:
Trong đó:
P - trọng lượng phao.
7
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
h - chiều cao phần ngập trong chất lưu của phao.
S - tiết diện mặt cắt ngang của phao.
ρ - khối lượng riêng của chất lưu.
g - gia tốc trọng trường.
Trên sơ đồ hình 1c, sử dụng một cảm biến áp suất vi sai dạng màng (1) đặt sát
đáy bình chứa. Một mặt của màng cảm biến chịu áp suất chất lưu gây ra:
Mặt khác của màng cảm biến chịu tác động của áp suất p0 bằng áp suất ở đỉnh
bình chứa. Chênh lệch áp suất p - p0sinh ra lực tác dụng lên màng của cảm biến
làm nó biến dạng. Biến dạng của màng tỉ lệ với chiều cao h của chất lưu trong
bình chứa được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ các bộ biến đổi điện thích
hợp.
Phương pháp điện
Các cảm biến đo mức bằng phương pháp điện hoạt động theo nguyên tắc
chuyển đổi trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính
chất điện của chất lưu. Các cảm biến thường dùng là cảm biến độ dẫn và cảm

phương pháp này hằng số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số
điện môi của không khí (thường là gấp đôi).
Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một
điện cực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện
môi còn chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai.
Phương pháp bức xạ
Cảm biến bức xạ cho phép đo mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môi
trường đo, ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức ở điều kiện môi trường đo có
nhiệt độ, áp suất cao hoặc môi trường có tính ăn mòn mạnh.
Trong phương pháp này cảm biến gồm một nguồn phát tia (1) và bộ thu (2)
đặt ở hai phía của bình chứa. Nguồn phát thường là một nguồn bức xạ tia γ, bộ
thu là một buồng ion hoá. Ở chế độ phát hiện mức ngưỡng (3a), nguồn phát và
bộ thu đặt đối diện nhau ở vị trí ngang mức ngưỡng cần phát hiện, chùm tia của
nguồn phát mảnh và gần như song song. Tuỳ thuộc vào mức chất lưu (3) cao
hơn hay thấp hơn mức ngưỡng mà chùm tia đến bộ thu sẽ bị suy giảm hoặc
không, bộ thu sẽ phát ra tín hiệu tương ứng với các trạng thái so với mức
ngưỡng.
Ở chế độ đo mức liên tục (3b), nguồn phát (1) phát ra chùm tia với một góc
mở rộng quét lên toàn bộ chiều cao của mức chất lưu cần kiểm tra và bộ thu.
10
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
Hình 3: Cảm biến đo mức bằng tia bức xạ
a) Cảm biến phát hiện ngưỡng b) Cảm biến đo mức liên tục
1) Nguồn phát tia bức xạ 2) Bộ thu 3) Chất lưu
Khi mức chất lưu (3) tăng do sự hấp thụ của chất lưu tăng, chùm tia đến bộ
thu (2) sẽ bị suy giảm, do đó tín hiệu ra từ bộ thu giảm theo. Mức độ suy giảm
của chùm tia bức xạ tỉ lệ với mức chất lưu trong bình chứa.
Cảm biến mức sóng siêu âm
Cảm biến mức sóng siêu âm xác định mức bằng cách đo khoảng thời gian từ
lúc truyền sóng tới lúc nhận được sóng phản hồi. Khác với cảm biến từ giảo,

Hình 4: Cảm biến lưu lượng điện từ: điến áp cảm ứng E=KDBv, B - từ
trường, D - chiều dài chất dẫn điện (khoảng cách 2 điện cực đo điện áp cảm
ứng), v - vận tốc dòng chảy, K - hệ số.
Đối với hệ thống lắp đặt cảm biến lưu lượng điện từ cần lưu ý đến các điểm
sau:
- chỉ có thể đo chất lỏng có khả năng dẫn điện;
- sự chọn lựa các điện cực thay đổi tùy thuộc vào độ dẫn điện, cấu tạo đường
ống và cách lắp đặt;
- không có tổn hao trong hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dải đo lưu lượng thấp;
- độ chính xác cao, sai số ±1% dải chỉ thị lưu lượng;
- Phương pháp đo lưu lượng dựa trên nguyên tắc sự chênh lệch áp suất,
Lưu lượng kế loại này hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli. Tức là sự
chênh lệch áp suất xảy ra tại chỗ thắt ngẫu nhiên nào đó trên đường chảy, dựa
13
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
vào sự chênh áp suất này để tính toán ra vận tốc dòng chảy. Cảm biến lưu lượng
loại này thường có dạng lỗ orifice, ống pitot và ống venture. Hình 1 thể hiện loại
cảm biến tâm lỗ orifice, lỗ này tạo ra nút thắt trên dòng chảy. Khi chất lỏng chảy
qua lỗ này, theo định luật bảo toàn khối lượng, vận tốc của chất lỏng ra khỏi lỗ
tròn lớn hơn vận tốc của chất lỏng đến lỗ đó. Theo nguyên lý Bernoulli, điều này
có nghĩ là áp suất ở phía mặt vào cao hơn áp suất mặt ra. Tiến hành đo sự chênh
lệch áp suất này cho phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy. Dựa vào vận tốc
dòng chảy sẽ tính được lưu lượng thể tích dòng chảy.
Hình 5: Cảm biến lưu lượng chênh lệch áp suất kiểu lỗ tròn (orifice)
Khi chọn lựa, lắp đặt thiết bị đo lưu lượng loại này trong ứng dụng công
nghiệp cần lưu ý các điểm sau:
- cảm biến được chế tạo dựa trên công nghệ cổ điển, hoạt động ổn định-bền
vững, dễ bảo trì-bảo dưỡng;
- phù hợp cho dòng chảy hỗn hợp;
- độ chính xác thấp ở dải lưu lượng nhỏ;

đối tượng được nhận biết khi ánh sáng bị ngắt không phản xạ lại.
Đặc điểm
-Độ tin cậy cao
-Giảm bớt dây dẫn
-Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng.
2.3 Lựa chọn cho thiết kế
16
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
2.3.1 Lựa chọn cảm biến mức
Chọn cảm biến siêu âm vì cảm biến loại này có độ chính xác cao, không tiếp
xúc, không có phần tử dịch chuyển. Nhạy cảm về vị trí hơn các kỹ thuật khác.
Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt cũng như bảo dưỡng, sửa chữa.
2.3.2 Lựa chọn cảm biến lưu lượng
Đối với hệ thống này, chất lỏng cần rót có tính dẫn điện, không có tính ăn
mòn hóa học nên nhóm chúng em chọn cảm biến lưu lượng loại điện từ.
2.3.3 Lựa chon cảm biến quang
Chọn cảm biến quang loại phản xạ vì loại này có độ chính xác cao, giảm bớt
được dây dẫn so với cảm biến quang loại thu phát độc lập,có thể phát hiện thùng
trong suốt, mờ, bóng loáng,dễ dàng lắp đặt.
2.4-Tính chọn thiết bị
2.4.1- Tính chọn cảm biến siêu âm
17
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
Chọn cảm biến siêu âm SR04
+ Nguồn làm việc: 5V (một số mạch điện tử có thể cấp nguồn 3.3V vẫn hoạt
động bình thường nhưng cảm biến siêu âm cần hoạt động ở mức 5V)
+ Dòng tiêu thụ : nhỏ hơn 2mA
+ Tín hiệu đầu ra: xung HIGH (5V) và LOW (0V)
+ Khoảng cách đo: 2cm - 300cm (3 mét)
+ Độ chính xác: 0.5cm

2.4.3-Tính chọn cảm biến quang phản xạ
Chọn loại phản xạ gương 4m E3Z-R61 2M
20
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
+Vị trí lắp đặt: Bên dưới van 2 sao cho cảm biến bắt thùng dừng lại để van 2
chính giữa miệng thùng.
+Nguồn cấp: 12~24VDC
+Ngõ ra: NPN ,26.4VDC max, 100mA max.
+Chọn ngõ ra Light-ON/ Dark-ON
+Nguồn sáng: Red LEG(660 nm)
+Thời gian đáp ứng: 1ms max.
+Biến trở điều chỉnh độ nhạy.
+Ổn định với ánh sáng của môi trường: đèn huỳnh quang: 3000 lx max; ánh
sáng mặt trời : tối đa 10.000 lx
+Tiêu chuẩn: IEC, IP67
Chương 3: Kết luận
3.1-Các kết quả đạt được
21
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
-Hiểu rõ hơn về khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất.
-Tích lũy thêm được nhiều kiến thức bổ ích.
-Nâng cao khả năng làm việc nhóm.
3.2-Các hạn chế khi thực hiện
-Do không có kinh nghiệm thực tế nên bài làm còn nhiều sai sót.
-Do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình làm bài có nhiều sơ sài
3.3-Biện pháp khắc phục
-Tìm kiếm tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau.
-Đi tìm hiểu thực tế.
Chương 4: Bài dịch tài liệu cảm biến
4.1-Bản tài liệu lý thuyết

Anemometers nhiệt
Anemometers nhiệt (hoặc "dây nóng") sử dụng nguyên tắc lượng nhiệt loại bỏ
từ một cảm biến nhiệt độ nước nóng bởi một chất lỏng chảy có thể liên quan với
vận tốc chất lỏng của. Những cảm biến này thường sử dụng một, cảm biến nhiệt
độ với nhóm điều khiển thứ hai để bù đắp cho những biến đổi trong nhiệt độ
23
Khoa Điện Đo lường & Cảm biến
không khí. Cảm biến dây nóng có sẵn như công cụ điểm duy nhất cho mục đích
thử nghiệm, hoặc trong mảng đa điểm để lắp đặt cố định. Các cảm biến này là
tốt hơn lúc đo luồng không khí thấp so với các loại áp lực khác biệt, và thường
được áp dụng cho vận tốc không khí từ 50 đến 12.000 feet mỗi phút.
10.5 Cảm biến mức
Các loại cảm biến mức chất lỏng
Như đã nói, mức độ cảm biến có liên quan chặt chẽ với dòng chảy cảm biến.
Phổ biến nhất ứng dụng cho mức độ cảm biến đo lường là xe tăng và các hoạt
động kiểm soát. Một số công nghệ cảm biến cấp độ hiện đang có sẵn, bao gồm
cả thủy tĩnh áp, siêu âm, RF điện dung, magnetorestrictive dựa trên radar và đo
lường hệ thống.
Thủy tĩnh
Đo lường mức độ sử dụng khác biệt áp suất thủy tĩnh được dựa trên nguyên
tắc rằng sự khác biệt áp suất thủy tĩnh giữa trên và dưới của một cột chất lỏng có
liên quan đến mật độ của chất lỏng và chiều cao của cột. áp lực máy phát có
được cấu hình cho các ứng dụng giám sát mức độ. áp lực công cụ này cũng có
thể được đặt từ xa. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi hiệu chuẩn trường của máy phát
để bù đắp cho sự khác biệt độ cao giữa các cảm biến và mức độ được đo.
Loại Bubbler cụ mức thủy tĩnh đã được phát triển để sử dụng với khí quyển
bình chịu áp lực ngầm, hầm chứa nước thải và xe tăng, và các ứng dụng khác
rằng không thể có một máy phát được gắn dưới mức được cảm nhận, hoặc dễ bị
để cắm. Hệ thống Bubbler chảy máu một lượng nhỏ khí nén (hay chất khí khác)
thông qua một ống ngâm trong chất lỏng, với một lối thoát bằng hoặc thấp hơn