Thí Nghiệm Ô Tô ĐHBKHN

Thí nghiệm ơ tơ
1.
Muc đích thí nghiệm, các dạng thí nghiệm và yêu cầu thiêt bị
1.1 Mục đích và vai trị của thí nghiệm ơ tơ
Mục đích của thí nghiệm là để đánh giá và phát hiện ưu
nhược điểm của các cụm chi tiết, hệ thống và tồn bộ ơ tơ về
các mặt sau:
• Thơng số kỹ thuật và các tính năng làm việc cơ bản
như vmax, Ne, Me, f, φ, hg, Rqv, Hệ số cản khí động K, vv
• Độ tin cậy làm việc (ổn định quĩ đạo chuyển động khi
phanh, lái, vv)
• Độ bền và tuổi thọ

Tóm lại, mục đích của thí nghiệm ơ tơ là đánh giá chất lượng
các cụm chi tiết và hệ thống và toàn bộ ơ tơ một cách tổng
thể để từ đó đề xuất cải tiến hoàn thiện sản phẩm nhằm thiết
kế, chế tạo và sửa chữa xe ngày càng tốt hơn


Thí nghiệm ơ tơ
1.2 Các dạng thí nghiệm
Thí nghiệm ơ tơ được phân loại theo:
a. Mục đích thí nghiệm
- Thí nghiệm kiểm tra ở nhà máy sau khi sản xuất
- Thí nghiệm trong điều kiện sử dụng
- Thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học
b. Tính chất thí nghiệm
- Thí nghiệm xác định tính chất kéo Pki = f(v)
- Thí nghiệm xác định tính kinh tế nhiên liệu ge = f(ne)
- Thí nghiệm xác định tính chất phanh (Sp, tp, Jpmax, Pp)
- Thí nghiệm xác định độ ổn định và điều khiển

- Thí nghiệm xác định độ êm dịu chuyển động (f, C)
- Thí nghiệm xác định tính cơ động (Rqv, góc thốt, vv)
- Thí nghiệm xác định độ tin cậy (xác xuất hư hỏng Rt)
- Thí nghiệm xác định độ mòn,, độ bền, vv


Thí nghiệm ơ tơ
d. Theo đối tượng thí nghiệm
- Thí nghệm ô tô đơn chiếc (thường đánh giá chức năng
của một cụm, hệ thống nào đó trên xe)
- Thí nghiệm lơ nhỏ (cho thử nghiệm sản phẩm mới)
- Thí nghiệm loạt lớn (phục vụ công tác quản lý)
e. Theo cường độ và thời gian thí nghiệm
- Thí nghiệm bình thường theo qui định
- Thí nghiệm tăng cường (rút ngắn thời gian và tăng
cường độ)
1.3 Yêu cầu đối với thiết bị đo
• Đảm bảo độ chính xác cần thiết cho thí nghiệm
• Khơng bị ảnh hưởng bởi rung động
• Đặc tính tuyến tính hoặc gần tuyển tính để dễ ngoại suy và
nội suy (y = f(x))
• Trọng lượng và kích thước nhỏ gọn
• Khơng chịu ảnh hưởng của thời tiêt khí hậu


Thí nghiệm ơ tơ
2. Các loại cảm biến dùng trong thí nghiệm
Cảm biến là thiết bị nhận tín hiệu về trạng thái của đối tượng
cần đo và biến đổi nó thành dạng tín hiệu điện tương ứng
2.1 Phân loại cảm biến

• Theo cơng dụng có các loại cảm biến sau:
- Cơ
- Nhiệt
- Quang
- Hóa
• Theo ngun lý biến đổi đại lượng khơng điện thành đại
lượng điện có:
- Nhóm máy phát điện: các đại lượng không điện của đối
tượng cần đo được biến thành sức điện động hoặc dịng
điện. Nhóm này khơng cần nguồn điện vì chính bản thân
cảm biến là nguồn điện. Ví dụ: cảm biến thạch anh
- Nhóm thơng số: các đại lượng không điện của đối tượng
cần đo làm biến đổi một vài thông số của cảm biến như
điên trở (R), điện dung (C), điện cảm (L)


Thí nghiệm ơ tơ
2.2 Ngun tắc chọn cảm biến
Ngun tắc chung: dựa trên đặc tính của cảm biến và tính chất
của đại lượng cần đo
Cụ thể là:
a. Hàm đơn trị giữa đại lượng cần đo x và tín hiệu đầu ra của
cảm biến y. Tốt nhât là hàm tuyến tính y =f(x)
b. Khoảng thay đổi biên độ và tần số của đại lượng cần đo và
đặc tính, biên độ của cảm biến
c. Độ nhạy của cảm biến (phản ánh kịp thời thay đổi của đại
lượng cần đo.
- Độ nhạy tuyệt đối = Δy/Δx
- Độ nhạy tương đối = (Δy/y)/(Δx/x)
d. Sai số tĩnh và sai số động của cảm biến

e. Độ nhạy của cảm biến với các yếu tố môi trường như nhiệt
độ, độ ẩm, độ rung ồn, vv gây lên sai số phụ
f. Kích thước, khối lượng, độ phức tạp và phương pháp lắp
cảm biến lên chi tiết đo


Thí nghiệm ơ tơ
2.3 Cấu tạo và ngun lý làm việc của một số cảm biến
2.3.1 Cảm biến cảm ứng từ
a. Cấu tạo:
- Nam châm
- Khung dây
- Cổ góp

b. Nguyên lý làm việc:

- e là sức điện đông
- W là số vòng dây
- dΦ/dt là tốc độ biến thiên từ thông qua khung dây


Thí nghiệm ơ tơ
c. Ứng dụng
- Đo vận tốc góc của trục quay
- Đo tốc độ và gia tốc chuyển động thẳng của ô tô
( Đại lượng không điện của đối tượng cần đo là vận tốc
góc, vận tốc dài và gia tốc. Đại lượng điện là sức điện
động và tần số sức điện động)

Thí nghiệm ơ tơ
2.3.2 Cảm biến điện áp
a. Cấu tạo
1. Vỏ
2. Các tấm thạch anh
3. Các tấm kim loại
4. Nắp
5. Viên bi
6. Dây nối
b. Nguyên lý làm việc
Q = k.P
- Q là điện lượng tạo ra khi tác động lực lên tấm thạch anh
- k là hằng số xác định độ nhạy của cảm biến
- P là lực tác động


Thí nghiệm ơ tơ
c. Ứng dụng
• Ưu điểm:
- Quan hệ tuyến tính giưa P và Q
- Hằng số k ổn định ở nhiệt độ cao t0 =3500C
- Điện trở suất lớn
- Độ bền và độ cứng cao
• Đo lực
• Đo áp suât động cơ đốt trong


Thí nghiệm ơ tơ
2.3.3 Cảm biến điện cảm
a. Cấu tạo

• Loại đơn
1. lõi thép
2. Cuộn dây
3. Phần ứng
• Loại ghép
Là hai cảm biến điện cảm loại
loại đơn ghép lại


Thí nghiệm ơ tơ
b. Ngun lý làm việc
• Ngun lý làm việc dựa trên sự thay đổi cảm kháng của
cảm biến khi đại lượng cần đo thay đổi
• Cảm biến đơn có kết cấu đơn giản nhưng ít được sử dụng
vì khe hở δ và trở kháng khơng thay đổi theo qui luật tuyến
tính mà theo qui luật hy-pec-bol. Ngồi ra, nó cịn bị ảnh
hưởng của nhiệt độ, sự thay đổi điện áp và tần số của
nguồn điện
• Cảm biến điện cảm loại ghép (loai vi sai) có ưu điểm:
- I = f(δ)
- Độ nhạy cao
- Công suất lớn ( khơng cần khuyếch đại)
c. Ứng dụng
• Đo độ võng của trục và bán trục (khi nghiên cứu độ cứng
vững của cầu chủ động)
• Đo lực ở mooc kéo
• Đo mơ men quay ở các đăng


Thí nghiệm ơ tơ

2.3.4 Cảm biến điện dung
a. Cấu tạo

Tụ phẳng
Tụ xoay
Tụ hình trụ
b. Nguyên lý làm việc: dựa trên sự thay đổi điện môi của tụ
điện theo đại lượng cần đo
• Tụ phẳng C = ε.d/S = ε.d/(B.h) = f(h)
• Tụ xoay C = f(φ)
• Tụ hình trụ C = 2πl/ln(Dng/Dtr) = f(l)
c. Ứng dụng
Đo sự dịch chuyển


Thí nghiệm ơ tơ
2.3.5 Cảm biến từ đàn hồi
a. Cấu tạo


Thí nghiệm ơ tơ
b. Ngun lý làm việc
• Dựa trên sự thay đổi cảm ứng từ của vật sắt từ khi có
lực tác dụng lên cảm biến

• Dưới tác dụng của lực P, cảm ứng từ của lõi săt thay đổi
dẫn dến sự thay đổi tổng trở Z của cuộn dây
• Ta U1 = Const, U2 = f(Z) = f(P)
c. Ứng dụng
• Đo lực, áp suất và ứng suất

Thí nghiệm ơ tơ
2.3.6 Cảm biến dây điện trở (Ten-zo)
a. Cu to
ã Dõy dn = 0.02ữ0.04mm
ã Dõy c dỏn trên giấy
hoặc tấm nhựa
b. Nguyên lý làm việc
R = ρl/S = f(P)
c. Ứng dụng
• Ưu điểm
- Có thể dán trực tiếp lên chi tiết khảo sát
- Trọng lực kích thước nhỏ nên có thể đán lên chi tiết
quay với vận tốc lớn
- Khơng có qn tính điện lớn nên có thể đo ghi gia tốc
và rung động ở tần số cao hàng ngàn Hz
- Giá thành rẻ


Thí nghiệm ơ tơ

- Loại dẹt dễ dán và tỏa nhiệt tốt, cơng suất lớn,
khơng cần khuyếch đại
• Cảm biến điện trở dùng để:
- Đo biến dạng
- Đo lực
- Đo ứng suất

Thí nghiệm ơ tơ
2.3.7 Cảm biến loại biến trở
a. Cấu tao
Cảm biến loại này thực chất là một biến trở được làm bằng dây
hoặc bằng than
b. Nguyên lý làm việc
Dưới tác dụng của đại lượng cơ học (lực, mô men, áp suất)
con trượt của biến trở dịch chuyển làm thay đổi điện trở của
biến trở và do đó thay đổi cường độ cảu dòng điện tỏng mạch
đo

c. Ứng dụng
- Đo dịch chuyển thẳng và dịch chuyển góc của bàn đạp
- Đo dịch chuyển của cac tay đòn điều khiển
- Đo dịch chuyển của bánh dẫn hướng ô tô


Thí nghiệm ơ tơ
3. Các thiết bị dùng cho thí nghiệm
3.1 Ứng dụng cảm biến dây điện trở trong đo lường
3.1.1 Cầu đo
a. Sơ đồ cầu đo
- R1, R2, R3, R4 là điện trở cầu đo
- Rd là điên trở của đồng hồ đo
- U là điện áp
- I1, I2, I3, I4, Id dòng điện qua R1, R2, R3, R4 và Rd


Thí nghiệm ơ tơ
b. Phân loại

• Cầu đo dùng dịng điện 1 chiều. Ở cầu đo này, các
nhánh cầu chỉ dùng điện trở thuần nên khơng cần chống
nhiễu
• Cầu đo dùng dòng xoay chiều. Ở cầu đo này, các nhánh
của cầu đo là điện trở phức nên cần có các biện pháp
chống nhiễu
• Cầu đo loại thụ động (khơng mang tải) là cầu đo làm việc
với bộ khuếch đại điện tử có trở kháng vào lớn
• Cầu đo loại mang tải là cầu đo làm việc không qua bộ
khuếch đại hoặc qua bộ khuếch đại có trở kháng vào
nhỏ
Trên thực tế dùng loại cầu đo với dòng điện xoay chiều vì
bộ khuếch đại dịng 1 chiều đắt và làm việc khơng tốt
bằng bộ khuếch đại dịng xoay chiều


Thí nghiệm ơ tơ
c. Tính chất của mạch cầu
• Cầu cân bằng
- Mạch đo dùng dòng điện 1 chiều
R1I1 + R4(I1 – Id) = U
R2I2 + R3(I2 + Id) = U
From (3.1) và 3.2) ta có:

U  R4 I d
U  R3 I d
I1 =
và I2 =
R1  R4
R2  R3

Ngoài ra: R1I1 + RdId – R2I2 = 0
Thay các biểu thức ở (3.3) vào (3.4) ta có

(3.1)
(3.2)

(3.3)
(3.4)

U ( R2 R4  R1 R3 )
Id 
(3.5)
Rd ( R1  R4 )( R2  R3 )  R1 R4 ( R2  R3 )  R2 R3 ( R1  R4 )
Điều kiện cân bằng là R2R4 – R1R3 = 0

(3.6)


Thí nghiệm ơ tơ
- Mạch đo dùng dịng điện xoay chiều
Z1Z3 = Z2Z4
- phương trình cân bằng biên độ
(3.7)
φ1 + φ3 = φ2 + φ4
- phương trình cân bằng pha
(3.8)
Trong đó:
- mơ đun số phức (biên độ)
2
2

Z 

R  (L)

  arctg

L

- biến số phức (pha)

R

L - Từ cảm của nhánh cầu
R – Điện trở thuần của nhánh cầu
ω – Tần số của dịng điện cấp cho cầu

• Cầu khơng cân bằng
- Mạch dùng dòng 1 chiều: R2R4 – R1R3 ≠ 0
- Mạch dùng dòng xoay chiều:
Z1Z3 ≠ Z2Z4
φ1 + φ3 ≠ φ2 + φ4


Thí nghiệm ơ tơ
d. Phương pháp đo
• Phương pháp cầu đo cân bằng
- Nguyên lý :
Từ biểu thức (3.6): R2R4 – R1R3 = 0 ta có

R2
R1 
R4 (3.9)
R3

Như vậy khi cầu đo cân bằng thì R1 tỷ lệ thuận với R4 theo
tỷ lệ R2/R3
- Ứng dụng
Tính chất này của cầu đo được dùng để khử ảnh hưởng
của nhiệt độ khi đo bằng cách để điện trở của cảm biến do
R1 và điện trở bù trừ nhiệt độ R2 ở nơi có nhiệt độ như
nhau. Khi đó R1 và R2 cùng thay đổi một lượng như nhau.
Tức là:
R’1 = R1(1+σ) - σ là hệ số thay đổi điện trở theo nhiệt độ
R’2 = R2(1+σ)
Thay các giá trị R’1 và R’2 vào (3.9) ta thấy khơng có gì thay
đổi


Thí nghiệm ơ tơ
• Phương pháp cầu đo khơng cân bằng
- Nguyên lý
Phương pháp này dựa trên cơ sở đo dịng điện khơng cân
bằng của cầu đo (trên mạch chéo có lắp dụng cụ đo)
Từ cơng thức (3.5):

U ( R2 R4  R1 R3 )
Id 
Rd ( R1  R4 )( R2  R3 )  R1 R4 ( R2  R3 )  R2 R3 ( R1  R4 )

Ta thấy rằng có thể khử ảnh hưởng của nhiệt độ theo
phương pháp đo không cân bằng.
- Phương pháp mắc đối xứng:
Giả sử rằng điện trở của cảm biến đo R1 dưới tác dụng của
lực thay đổi một lượng là ΔR và của nhiệt độ thay đổi một
lượng là ΔRt. Điện trở bù trừ nhiệt độ R2 thay đổi một lượng
là ΔRt. Các điện trở R3 = R4 = R0. Ta có:
R1 = R + ΔR + ΔRt
R2 = R + ΔRt
R3 = R4 = R0


Thí nghiệm ơ tơ
Thay các giá trị R1, R2, R3, R4 vào (3.5) với chú ý:
- Tử số R1 – R2 = ΔR
- Mẫu số: ΔR và ΔRt nhỏ nên có thể bỏ qua
Ta có:
R

Id 

U

R

Rd R  R0 
R  R0 2 

RR
0




(3.10)

Ta thấy:
- dịng điện khơng phụ thuộc vào nhiệt độ
- công thưc này đúng khi cảm biến đo R1 và cảm biến bù
trừ nhiệt độ R2 tạo thành hai nhánh cầu


Thí nghiệm ơ tơ
- Phương pháp khơng đối xứng
+ Điên trở bù trừ nhiệt độ mắc vào nhánh R4
+ Cảm biến đo R1 và cảm biến bù trừ nhiệt độ R4 tạo thành
hai nhánh cầu đo và được nối với nhánh chéo của nguồn
điện
Ta có:
R1 = R + ΔR + ΔRt
R4 = R + ΔRt
R3 = R2 = R 0
Thay vào cơng thức (3.5) và rút gọn ta có

Id 

U

R
R


2 Rd 
2R  R0 1 

R

R
0 


(3.11)