slide Thí Ngiệm ô tô - Đại học chính quy - Chương1 và 2 các khái niệm và các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật

bµi gi¶ng ®iÖn tö
m«n “ thÝ nghiÖm « t«”
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
Chuyên nghành : Công nghệ ô tô
THÍ NGHIỆM Ô TÔ
Chương 1: Các vấn đề cơ bản trong đo lường kỹ thuật
Chương 2: Các loại cảm biến dùng trong thí nghiệm
Chương 3: Thí nghiệm động cơ
Chương 4: Thí nghiệm xác định hệ số tác động giữa ô tô và môi t
rường
Chương 5: Thí nghiệm hệ thống truyền lực
Chương 6: Thí nghiệm xác định tính chất động lực học của ô tô
Chương 7: Thí nghiệm đánh giá chất lượng phanh
Chương 8: Thí nghiệm đánh giá tính năng chuyển động của ô tô
Chương 9: Thí nghiệm đánh giá tính kinh tế nhiên liệu
Nội dung chương 1
1.1. Mục đích thí nghiệm.
1.2. Các dạng thí nghiệm ô tô.
1.3. Yêu cầu đối với thiết bị đo.
Chương 1: Các vấn đề cơ bản trong đo lường kỹ thuật
Chương 1: Các vấn đề cơ bản trong đo lường kỹ thuật
1.1. Mục đích thí nghiệm
Để đánh giá hoặc phát hiện các ưu nhược điểm của các chi tiết, các cụm và
toàn bộ ô tô vầ các mặt :
Thông số kỹ thuật và tính năng làm việc cơ bản.

Độ tin cậy làm việc.

Độ bền làm việc.
1.2. Các dạng thí nghiệm ô tô


Theo mục đích thí nghiệm.

Tính chất thí nghiệm.

Vị trí tiến hành thí nghiệm.

Đối tượng thí nghiệm.

Cường độ và thời gian thí nghiệm.
1.3. Yêu cầu đối với thiết bị đo
•
Đảm bảo độ chính xác cần thiết cho thí nghiệm.
•
Không bị ảnh hưởng bởi rung động, điều này rất cần thiết đối với thí
nghiệm trên đường.
•
Đặc tính của thiết bị đo cần phải tuyến tính hoặc gần tuyến tính trong suốt
phạm vi đo.
•
không bị ảnh hưởng bởi khí hậu và thời tiết.

Nội dung chương 2
2.1. Định nghĩa và phân loại cảm biến.
2.2. Cấu tạo các loại cảm biến.
2.2.1. Cảm biến áp điện.
2.2.2. Cảm biến cảm ứng từ.
2.2.3. Cảm biến áp suất.
2.2.4. Cảm biến Hall.
2.2.5. Manheto- điện trở suất.

2.2.6. Cảm biến điện dung.
2.2.7. Cảm biến quang.
2.2.8. Cảm biến con trượt.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
Nội dung chương 2
2.2.9. Cảm biến dây nóng.
2.2.10. Cảm biến ô xy.
2.2.11. Cảm biến tenxơ.
2.3. Mạch chuyển đổi, thiết bị chỉ thị và ghi.
2.3.1. Mạch chuyển đổi.
2.3.2. Thiết bị chỉ thị và ghi.
2.4. Tổ hợp các cảm biến.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
2.1. Định nghĩa và phân loại cảm biến
Cảm biến là bộ phận để nhận tín hiệu về trang thái của tín hiệu cần đo và
biến đổi nó thành tín hiệu điện tương ứng.
Cảm biến còn phân loại theo nguyên lý biến đổi đại lượng không điện thành
đại lượng điện theo hai nhóm lớn:
- Nhóm phát điện (gênêratơ): ở nhóm này các đại lượng không điện từ
đối tượng cần đo được biến đổi thành sức điện động hoặc cường độ dòng
điện.
-
Nhóm thông số: ở nhóm này đại lượng không điện từ đối tượng cần đo sẽ
biến đổi thành một hoặc vài thông số điện của cảm biến.

Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
2.2. Cấu tạo các loại cảm biến
2.2.1. Cảm biến áp điện
a. Nguyên lý hoạt động

Ở trạng thái ban đầu các tinh thể thạch anh là trung hòa về điện, tức là các
ion dương và ion âm cân bằng như hình 2.1A. Khi có áp lực bên ngoài tác
dụng lên một tinh thể thạch anh làm cho mạng tinh thể bị biến dạng.
Điều này dẫn đến sự dịch chuyển các ion. Một điện áp điện (B) được tạo ra.
Ngược lại, khi ta dặt vào một điện áp, điều này dẫn đến một biến dạng tinh
thể và bảo toàn lực (hình 2.1C).

Hình 2.1. Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng áp
điện.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
b. Ứng dụng :

Cảm biến tiếng gõ động cơ :
Cảm biến tiếng gõ được đặt nắp trên động cơ dưới đầu xi lanh.
Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch
anh là những vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp . phần tử áp điện được
thiết kế có kích thước với tần só riêng trùng với tần số rung của động cơ khi
có hiện tượng kích nổ để xẩy ra hiện tượng cộng hưởng (f=7kHz).

Hình 2.2. Cảm biến tiếng gõ.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
2.2.2. Cảm biến cảm ứng từ
a.Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý làm việc của cảm biến này được trình bày trên hình 2.4. Cảm biến
cấu tạo bởi khung dây điện quay trong trường nam châm vĩnh cửu gây
nên bởi hai cực bắc N và nam S.
Sức điện động e được biểu diễn dưới công thức:
Trong đó:
W số vòng dây của khung dây
tốc độ thay đổi từ thông đi qua dây điện.

Hình 2.3.Sơ đồ nguyên lý
làm việc của cảm biến
cảm ứng từ .
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
b. Ứng dụng

Cảm biến tốc độ bánh xe :
Việc luân chuyển các bánh xe sẽ thay đổi khe hở dẫn
đến làm thay đổi từ trường. Nhũng thay đổi của từ
trường tạo ra điện áp xoay chiều trong cuộn dây.
Các tần số tín hiệu thay đổi như tốc độ bánh xe tăng
hoặc giảm.

Hình 2.4. Cảm biến tốc độ.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật

Cảm biến vị trí trục cam :
Việc luân chuyển trục cam sẽ thay đổi khe hở dẫn đến làm thay đổi
từ trường. sự biến thiên từ trường tạo ra điện áp xoay chiều trong cuộn
dây. Tần số này thay đổi như hình 2.7. Cảm biến giúp xác định góc
chuẩn của trục cam, từ đó xác định điểm chết trên và kỳ nén của mỗi xi
lanh để đánh lửa.

Hình 2.5. Cảm biến vị trí trục cam.
1. Cảm biến vị trí trục cam; 2. Vòng cảm biến trục cam.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
2.2.3. Cảm biến áp suất
a.Nguyên lý hoạt động :
Khi áp suất cao, khi đó màng 5 tác dụng làm các điện trở biến. Các điện trở

biến dạng được kết nối với nhau theo hình cầu mạch Wheatstone. Và khi đó
các điện trở thay đổi về giá trị điện trở dẫn đến thay đổi điện áp trên các điện
trở đo. Điện trở u
m
cũng thay đổi phù hợp. Sự thay đổi đó phù hợp với áp
suất trên màng.

Hình 2.6. Cảm biến áp suất.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
b. Ứng dụng :

Cảm biến áp suất đường ống nạp :

Hình 2.7. Cảm biến áp suất đường ống nạp.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
Cảm biến MAP được đặt tại dẫn khí nạp. Cảm biến bao gồm một tấm
chip silicon. Mặt ngoài của tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp.
Hai mặt của tấm được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện. Khi áp
suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi. các điện
trở áp điện được nối thành cầu Wheastone.

Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật

Cảm biến áp suất nhiên liệu :
Cảm biến được lắp đặt ống phân phối của hệ thống cung cấp nhiên liệu. Cảm
biến nhằm xác định áp suất nhiên liệu. Việc xác định áp suất được thực hiện
bằng cách sử dụng một màng mỏng bằng thép có thể thay đổi điện trở. Việc
làm biến dạng màng thép sẽ tạo ra sự thay đổi điện trở, việc thay đổi điện trở
này tỷ lên với áp suất nhiên liệu và được khuyếch đại trong IC khuyếch đại 2.

Hình 2.8. Cấu tạo cảm biến áp suất nhiên liệu.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
2.2.4. Cảm biến Hall
a. Nguyên lý hoạt động :
Hiệu ứng Hall ở đây được tạo ra bởi một tấm bán dẫn (IC hall). Khi cung
cấp một điện áp một chiều U thì có một dòng điện phân bố đều trên toàn bộ
bề mặt của tấm IC Hall và tạo ra từ trường xung quang tấm Hall. Khi ta
thay đổi từ trường dẫn đến sự thay đổi các điện tử, các điện tử này bất ngờ
chệch hướng quỹ đạo hiện tại. Kết quả là tấm Hall đưa ra một hiệu điện thế
Hall (hình 2.13).

Hình 2.9. Nguyên lý cảm biến HALL.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
b. Ứng dụng :

Cảm biến vị trí trục khuỷu :
Cảm biến được lắp gần bánh đà hoặc puli trục khuỷu. Cảm biến xác định vị
trí của trục và tốc độ của trục khuỷu. Theo sơ đồ nguyên lý, khí có nguồn
cung cấp đến IC Hall và có từ thông đi qua nó thì IC Hall sẽ cho một tín hiệu
điện áp. Khi cực bắc lại gần IC Hall thì IC Hall sẽ tạo ra điện áp. Còn cực
nam lại gần IC Hall thì sự thay đổi điệp áp là rất nhỏ so với cực bắc , do đó
điện áp lúc này là 0V.

Hình 2.10. Cảm biến vị trí trục khuỷu.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật

Cảm biến mô men:
Khi người lái điều khiển vô lăng, mô men lái tác dụng lên trục của cảm biến
mô men thông qua trục lái chính. Khi đó làm quay rotor của cảm biến. Trên
Stator là đĩa phân đoạn có tác dụng ngăn IC hall tiếp xúc với từ trường. Trên

rotor có các nam châm, do đó khi quay rotor làm cho IC Hall tiếp xúc với từ
trường. khi tiếp xúc sẽ sinh ra các điện áp. Khi không tiếp xúc thì điện áp
mất.

Hình 2.15. Cấu tạo cảm biến mô men.
IC Hall; 2. Rotor; 3. Stator.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
2.2.5. Manheto – điện trở suất :
a. Nguyên lý hoạt động :
Sự liên kết của các thành phần từ hóa phụ thuộc trên độ mạnh của từ
trường bên ngoài :
Nếu từ trường yếu, sự liên kết của thành phần từ hóa đến từ trường bên
ngoài là ngẫu nhiên và do đó không đồng đều. các vật liệu sắt từ có điện trở
cao.
Nếu từ trường đủ mạnh, sự liên kết của thành phần từ hóa là thống nhất với
tù trường ngoài. Các vật liệu sắt từ có điện trở thấp.

Hình 2.11. Cảm biến Manhêtô.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
b. Ứng dụng :

Cảm biến tốc độ bánh xe :
Cảm biến tốc độ bánh xe đặt trên các bánh xe trước và bánh sau.
Cảm biến tốc độ bao gồm hai magneto- resistive điện trở kết nối với nhau
theo dạng cầu Wheatstone. Khi vòng từ tính quay, từ thông biến thiên qua
các phần tử magneto này làm cho điện thế tại các điểm giữa của hai nhánh
thay đổi. một bộ so sánh khuyếch đại căn cứ vào sự chênh lệch điện áp tại 2
điểm này sẽ tạo ra các xung vuông. Tần số các xung này bằng số cực các nam
châm gắn vào vòng từ tính.

Hình 2.12. Cảm biến tốc độ bánh xe.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
2.2.6. Cảm biến điện dung
a. Nguyên lý hoạt động :
Cảm biến điện dung dựa trên các nguyên tắc của một tụ điện. Một trong
những tính chất vật lý của tụ điện là sự phụ thuộc của điện dung, tức là khả
năng lưu trữ năng lượng, vào khoảng cách giữa hai tấm kim loại.
Các tấm có khoảng cách phù hợp. Nếu hai mảnh là tương đối xa nhau, thì
khả năng nạp giữa chúng là tương đối thấp.

Hình 2.13. Khi hai tấm khim loại ở xa nhau.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
Nếu các tấm di chuyển lại gần nhau hơn, thì khả năng nạp tăng tương ứng.

Hình 2.14. Khi hai tấm kin loại ở gần nhau.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật
b. Ứng dụng :

Cảm biến đo gia tốc:
Cảm biến gia tốc được lắp trên khung kết cấu sàn xe theo chiều dọc và ngang
trục.
Cảm biến gia tốc đo gia tốc của xe theo chiều dọc hoặc ngang, tùy thuộc vào
sử dụng.
Cảm biến này được dùng để điều khiển hoạt động của túi khí.

Hình 2.15. Cấu tạo cảm biến gia tốc.
Chương 2: Các loại cảm biến trong đo lường kỹ thuật

Cảm biến áp suất phanh :
Cảm biến áp suất phanh có thể được lắp bên ngoài của xi lanh phanh chính

hoặc có thể tích hợp vào HCU. Cảm biến áp suất phanh dùng để đo áp suất
trong hệ thống phanh thủy lực. Khi áp suất phanh nhỏ thì khoảng cách giữa
đĩa dung (di động) và đĩa dung (cố định) ở xa nhau do đó làm thay đổi điện
dung của mạch do đó tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng.

Hình 2.16. cấu tạo cảm biến áp suất phanh.