Geri Dön

Endüstriyel bir tartı sisteminin tasarımı

Design of an industrial weighing system

  1. Tez No: 39289
  2. Yazar: B.BERK ÜSTÜNDAĞ
  3. Danışmanlar: PROF.DR. ATİLLA BİR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1994
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 86

Özet

ÖZET Bu yüksek lisans tezi çalışmasında otomasyon sistemlerine uygun yapıda çıkışlar verebilen yüksek duyarlılıklı endüstriyel bir tartı sistemi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir, ölçüm kartı ile çalışmak üzere röle sürme ve konuşma kartları yapılmıştır. Ayrıca ağırlık algılama elemanı olarak kullanılan yük hücreleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. ölçüm amacına bağlı olarak mekanik yapıya uygun yük hücresinin seçimi yapılır. Bu seçimde kuvvetin uygulanma noktasına göre yük hücresinin şekli (“S”tipi, çubuk tipi, vb.), kuvvet dağılımına bağlı olarak hücre sayısı, çalışma ortamının koşullarına uygun koruma sınıfı ve her bir hücreye uygulanacak en büyük statik ve dinamik yük belirlenir uygun duyarlılık ve kararlılıkta bir referans kaynak ile hücre uyarılır. Wheatstone köprüsünün ölçüm uçları olan yük hücresinin çıkış uçlarındaki gerilim yeterli doğrusallıkta ve kararlılıkta çalışan bir fark kuvvetlen diricisi ile yükseltilir. Ağırlık ölçme sistemlerinde mekanik sistemin zaman sabiti elektriksel sistemlerdekine göre büyük olduğundan ADC çevrim süresi göreceli olarak büyük alınabilir. Ayrıca yüksek duyarlılık gereksinimi de göz önünde tutularak çift eğimli Analog/Dijital dönüştürücüler tercih edilir. Çift eğimli dönüştürme tekniği eşdeğeri rezolüsyonda sabit sürede örnekleme yapılan içten sayıcılı dönüştürme tekniğinden daha ekonomiktir. Bunun yanında dönüştürme sırasında gürültünün, ortalaması sıfır civarındaki raslantısal bileşeni süzülmüş olur. Sayısal ölçüm verisi, mikrokontrolör tarafından işletilen bir program ile dijital filtreden geçirilip kalibre edilerek kontrol algoritmasında kullanılır. Ölçme programının veri değerlendirme kısmı uygulamanın niteliğine bağlı olarak bazı farklılıklar göstermektedir. Bu farklılıklar, dolum kontrolü, dozaj lama, süreye ve adete bağlı toplam belirleme ve sayım gibi temel fonksiyonların tek bir ölçme programında parametrik kontrolü ile giderilir. Sistemi kullanılacağı yere kuran teknisyen, ilgili kontrol programını çalıştırır. Gerçekleştirilen bir konuşma kartı ölçme kartıyla seri haberleşerek, yüksek nitelikli bir insan sesi ile ölçüm bilgisini okumaktadır. iv

Özet (Çeviri)

SUMMARY DESIGN OF AN INDUSTRIAL WEIGH ING SYSTEM Digital measurement of weights is not only required for the consumer systems but also has been an unavoidable part of industrial processes such as filling, packing and dosing. In modern weighing scales, load cells are used to transduce a change in the mechanical force to a change in voltage. A load cell includes three parts; The mechanical model where the input force is converted to a change in strain, strain gauge(s) where the change of strain is converted to a change in resistance and wheatstone bridge circuit where the change of resistance is converted to a change in voltage. Mechanical model causes strains due to shear stress or bending stress in the cells of weighing scales. Strain e is tne change of length AL» with respect to an initial or reference length Lq (Figure 1). 1 r 7T i>tt/J> il '| Figure 1-Change of length under the effect of Force F. AL _ L-L0 e = (1) The difference A£ is positive for an expansion and negative for contraction. Often the value of AL i-s only a few millimeters or even micrometers. To facilitate practical calculations in the change of length is given generally in micrometers [um] and the reference length is in meters [m]. So the strain is given as [“el although it is a unitless quantity.In the case of bending beam as shown in figure 2 the measured strain e is 6F1 bEh2 (2) where, F: Applied force [N] 1: Distance to point of applied force [m] b; Width of beam [m] h: Height of beam [m] E: Young modulus of the beam material 7 F Figure 2-The case of bending beam. The strain which is measured by strain gauges with respect to a reference point on the surface of the test material under shear forces is a function of angle between axes of gauges and the principle axes. Y^= _ 2^-eJ - (ex-ey) (cos291-cos282) sin2dL-sin202 (3) where, » : Strain measured by gauge 1 g: Strain measured by gauge 2 e : Strain at the x axes 6 : Strain at the y axes 0^: Angle between gauge 1 and x axes Q2t Angle between gauge 2 and x axes y t Difference of angle between principle axes ray- under shear force Figure 3-Principle axes and symmetric configuration of strain gauges in measurement of shear forces. VIIf the strain gauges are placed at angles +45° and -45° with respect to x axes then strain will be given by Y^^-e^ (4) Three element rosettes must be used when the directions of the principle axes are unknown since at least strains at the three arbitrary axes must be known to calculate the components and the directions of prin ciple axes. In a metallic foil gauge variation of resistance can be basically written as (5) where, F is the gauge coefficient which is given by manufacturer. But this F is valid only when the gauge is bonded on steel and the direction of the stress coincides the gauge axes. F will exhibit some variations in all other conditions because strain gauge elements has transverse sensitivity. Although transverse sensitivity is much less than the sensitivity of the main axes a correction may be required according to previously selected system accuracy. Correction factor is also a function of Poisson's ratio of the test material since the Poisson's ratio is an expression of transverse strain while the strain of gauge axes (perpendicular) is known. Another source of error in strain gauge used measurements is the thermal output. The change in environment's temperature causes a change in the measured strain. However some grid materials of the strain gauges have the property of self temperature compensation. Some configurations of Wheatstone Bridge are possible according to number of active gauges and their bonding directions. Four active gauge used configuration (all gauges measure the same strain but the sign of the strain measured by two gauges are different from other couple) has not only the best temperature compensation but also the highest bridge gain. Optimum bridge excitation voltage is calculated due to dissipation power of gauges and heat sink capabilities of bonded system. It is common to use 5.. 10V in the load cells of weighing scales except some extreme con ditions. vııStability of reference source's output voltage directly affects the accuracy of measurement. The designed circuit for this task limits the variations by 1 mV at 10V due to some causes such as temperature differences and electrical noise. Offset voltage and thermal stability of the operational amplifier used as differential amplifi er also must satisfy accuracy requirements. Offset voltage of the circuit used in the application is limited by just few microvolts. Since weight measurements do not require less than some 10 milliseconds dual slope analog to digital con verters are suitable choices. They provide high accuracy up to 16 bits (+sign) resolution with affordable price. Dual slope converters works in four phases. The first phase is compensation of offset voltages of the input circuit. In the second phase a capacitor is charged by input signal in the constant time. Third phase is the deintegrat ion of the voltage by a reference source. Correspondent digital value of the analog signal is determined by measuring deintegration time. Last phase named ”zero integrator output“ is only needed for the resolutions more than 14 bits and sets the integrator voltage to zero because output delay of the zero com parator produces a difference in the integrating capaci tors voltage. It is easy to change conversion resolution by changing the integration time. On the other hand the zero avereged noise voltage is filtered during the integration phase. Digital value of the measured weight is processed with respect to a program which runs on a microcontroller based card. This card also controls the serial the display driver, the logic switchings of analog to digital converter (TC500A), serial communications, speech proces sor and a relay driver. Software algorithm is important as much as hardware components in digital measurement of weights. Implemented software for this application permits the user to change some parameters in the functions such as digitally filtering, automatic zero drift calibration, rolling of measured value, A/D conversion speed, point shifting and main calibration. Serial communication speed is set due to electrical noise of the environment and the distance between the data receiving system and the measurement cardl Applied communication protocol is set on reflecting back all received datas called ”acknowledgement". This protocol decreases the speed of data transmission but prevents communication errors. RS232 channel can be used up to 15 viiimeters and in longer distances RS485/488 is preferred. A speech processing card is designed to read out the measured value by a human voice. This card has records of necessary words to make meaningful sentences. These words are stored in delta modulated compressed form and decompressed by the card while they are being read. Measurement card also sends the code number of words to be read serially. IX

Benzer Tezler

  1. Tez No

    75278

    Tartım sistemi ve uygulaması

    Başlık çevirisi yok

    ŞENOL SAĞLAM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ALİ TOKER

  2. Tez No

    183493

    The role of industrial design in passenger boat building:concept design of a ferry for marine urban transportation in izmir bay as a case

    Yolcu vapuru inşasında, endüstriyel tasarımın rolü: izmir körfezinde kentsel deniz ulaşımı için konsept yolcu feribotu tasarım örneği

    HALİS HALUK BAYKAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Denizcilikİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Endüstriyel Tasarım Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. YAVUZ SEÇKİN

  3. Tez No

    119171

    Multivariable model predictive controller design for an industrial distillation column

    Endüstriyel bir damıtma kolonu için çok değişkenli model öngörümlü denetleç tasarımı

    MUSTAFA TEKİN DOKUCU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANAN ÖZGEN

  4. Tez No

    237371

    Elektronik tartım sistemlerinde çevresel ve mekanik hata etkilerinin minimize edilmesi için yapay sinir ağlarına dayalı yeni bir indikatör tasarımı

    A new indicator design based on artifical neural networks to minimize the environmental and mechanical fault effects in electronic weighing systems

    HALİL İBRAHİM ENEÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Mühendislik BilimleriSelçuk Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. S. SİNAN GÜLTEKİN

  5. Tez No

    649839

    A position constrained, smooth robust controller for Euler Lagrange systems: Design and implementation

    Euler Lagrange sistemleri için posizyon kısıtlı türevlenebilen bir gürbüz denetleyici tasarımı ve uygulaması

    MESİH VEYSİ KILINÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGebze Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERKAN ZERGEROĞLU

Geri Dön