tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tự động xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG



NGUY
Ễ
N
ĐỨ
C LUÂN


NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
XỬ LÝ SỐ LIỆU TRÊN MÁY THỬ NGHIỆM
KÉO NÉN VẬT LIỆU



Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy
Mã số : 60.52.04



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Đà Nẵng - 2010

2

Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG




Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH MINH DIỆM



Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG
Phản biện 2: GS. TS. LÊ VIẾT NGƯU


Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 23 tháng 10
năm 2010


* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

3


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn ñề tài

Theo chủ trương chiến lược của Chính phủ về “Phát triển khoa
học và công nghệ Việt Nam ñến năm 2020” trong các lĩnh vực Công
nghệ tự ñộng hóa và cơ ñiện tử ñã nhấn mạnh: “… Thiết kế, xây
dựng phần mềm, lắp ñặt, trang bị các hệ thống thích hợp giám sát,
ñiều khiển, thu thập và xử lí số liệu áp dụng phổ cập trong ñiều hành
hoạt ñộng của các chuyên ngành công nghiệp;….Phát triển và hình
thành các ngành công nghiệp phần cứng và thiết bị thông minh. Phần
cứng là các bộ ñiều khiển, các hệ thống cơ-ñiện tử, các thiết bị thông
minh sẽ là khâu quyết ñịnh hoàn thiện và nâng cấp dây chuyền công
nghệ. Phát triển mạnh về thiết kế, chế tạo, tích hợp phần cứng phục
vụ phần mềm ñiều khiển. Các hệ thống cơ-ñiện tử ñược phát triển ñể
dành chỗ cho sự phối hợp hệ thống trong dây chuyền sản xuất. Như
chế tạo các hệ thống tự ñộng ñiều khiển ñịnh lượng các quá trình sản
xuất liên tục, sản xuất theo dây chuyền, ứng dụng cho các hệ thống tự
ñộng vận chuyển, công nghiệp xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng,
cân băng tải, bốc rót vật liệu rời. Chế tạo các thiết bị ño lường phân
tích tự ñộng; hệ thống ñếm và phân loại sản phẩm…”
Việc thử nghiệm kéo nén là những thí nghiệm cơ bản trong
việc thử nghiệm vật liệu. Những thí nghiệm này minh họa cho những
ñặc tính ổn ñịnh quan trọng trong việc ñánh giá các vật liệu. Hiện
nay, trong các nhà trường, học viện, phòng thí nghiệm, các phân viện
nghiên cứu cũng như các nhà máy sản xuất ñang sử dụng một lượng
lớn các thiết bị thử nghiệm kéo nén vật liệu. Các thiết bị này ñã có từ
lâu và phần lớn khâu xử lí số liệu ño lường và ñánh giá kết quả ño
ñều làm thủ công, rất tốn thời gian, hiệu suất và ñộ chính xác không

4

cao. Hiện nay trên thị trường có những loại máy thử nghiệm kéo nén
vật liệu thế hệ mới với sự hỗ trợ của máy tính ñã phần nào giải quyết

ñược nhưng khó khăn ñã nêu trên, tuy nhiên giá thành lại rất ñắt nên
việc ñầu tư mua sắm sẽ gặp rất nhiều khó khăn.
Từ những cơ sở trên, tôi ñề xuất ñề tài mang tên: “Nghiên cứu,
xây dựng hệ thống tự ñộng xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo
nén vật liệu”
2. Mục ñích nghiên cứu
Mục ñích của ñề tài chủ yếu nghiên cứu cơ tính của vật liệu và
các phương pháp thử nghiệm kéo nén vật liệu và tìm hiểu một số
thiết bị thử nghiệm kéo nén vật liệu cũng như nguyên lý hoạt ñộng
của chúng. Đồng thời tác giả dựa trên ñộ chính xác của cảm biến lực
và cảm biến chiều dài ñể tính toán, thiết kế các thiết bị ghép nối máy
tính và xây dựng phần mềm xử lý số liệu kết quả ño.
3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về cơ tính, các phương pháp kiểm tra cơ
tính của vật liệu; Nghiên cứu về nguyên lý của máy thử kéo nén vật
liệu và các phương pháp thực hiện các phép thử kéo-nén; xử lý và
ñánh giá kết quả của các phép thử nghiệm; Nghiên cứu thiết bị ño và
thiết bị ghép nối máy tính; Phân tích dữ liệu, lọc các dữ liệu cần thiết
cho mỗi phép thử; viết chương trình xử lý dữ liệu và giao diện màn
hình; Đánh giá ưu nhược ñiểm.
4. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
phương pháp thực nghiệm.
Nội dung nghiên cứu:
- Về lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về cơ tính, các phương
pháp kiểm tra cơ tính của vật liệu; Nghiên cứu về nguyên lý của máy

5

thử kéo nén vật liệu và các phương pháp thực hiện các phép thử kéo-

nén; Nghiên cứu khả năng lập trình ghép nối máy tính; xử lý dữ liệu;
- Về thực nghiệm: Thiết kế thiết bị giao tiếp với máy tính, thử
nghiệm giao tiếp, trao ñổi dữ liệu với thiết bị; thử nghiệm trên máy
thử nghiệm vạn năng WP 300 tại Trung tâm TC-ĐL-CL3/ Bộ Quốc
phòng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Dựa trên các nguyên lý và các phương pháp thử nghiệm vật
liệu cũng như ñộ chính xác cao của các cảm biến lực, cảm biến chiều
dài và khả năng kết nối máy tính của các thiết bị này ñể tiến hành xây
dựng phần mềm xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu.
Thông qua các tín hiệu ñiện từ bộ cảm biến lực và chiều dài có
ñộ chính xác cao, ta có thể thu các kết quả thử nghiệm về và tính toán
một cách chính xác, ñồng thời thể hiện lại một cách trực quan toàn bộ
quá trình biến ñổi của vật liệu thông qua các loại biểu ñồ khác nhau,
ñồng thời lưu lại kết quả, lập báo cáo và kết xuất dữ liệu theo
yêu cầu.
Với phần mềm này, ta có thể theo dõi toàn bộ quá trình phép
thử ngay trong chương trình; các giá trị ñọc ñược từ máy tính có ñộ
chính xác cao. Cho phép chọn và quan sát, phân tích các giai ñoạn
biến dạng của vật liệu trên biểu ñồ, thông qua ñó ñánh giá chất lượng
vật liệu có hệ thống và chi tiết hơn.
Hiện nay trong nền công nghiệp quốc phòng nói riêng và
ngành cơ khí của ñất nước nói chung, các thiết bị thử nghiệm kéo nén
vật liệu ñang ñược sử dụng rất nhiều và chiếm một vai trò to lớn
trong quá trình ñánh giá cơ tính của vật liệu. Đề tài sẽ góp một phần
trong việc thử nghiệm cơ tính vật liệu với ñộ chính xác cao hơn, quá

6

trình xử lí số liệu dễ dàng hơn, tiết kiệm thời gian, kinh phí nâng cấp

và nâng cao hiệu suất lao ñộng.
6. Cấu trúc của luận văn
Mở ñầu
Chương 1. Đặc trưng cơ học của vật liệu và các phương pháp
kiểm tra.
Chương 2. Phương pháp xử lý số liệu.
Chương 3. Lựa chọn thiết bị ño và tính toán thiết kế thiết bị
ghép nối máy tính.
Chương 4. Xây dựng phần mềm xử lý số liệu.
Kết luận và hướng phát triển của ñề tài.

CHƯƠNG 1
ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA
1.1. Các ñặc trưng cơ tính của vật liệu
Để nghiên cứu ứng xử của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng,
người ta phải tiến hành thí nghiệm trên các mẫu chính vật liệu ñó
trong các phòng thí nghiệm chuyên dùng. Các thí nghiệm ñược tiến
hành nhằm xác ñịnh các ñại lượng cho phép ta ñánh giá ñược tính
ñàn hồi, tính dẻo, ñộ bền v.v… của vật liệu.
Những ñại lượng ñặc trưng ñó ñược gọi là ñặc trưng cơ học của
vật liệu. Cơ tính của vật liệu ñược biểu thị bởi các ñặc trưng cơ học,
chúng cho biết khả năng chịu tải của vật liệu trong từng ñiều kiện cụ
thể, là cơ sở ñể tính toán ñộ bền khi sử dụng và khi so sánh các vật
liệu với nhau. Các chỉ tiêu này ñược xác ñịnh bằng các phương pháp
thử nghiệm trên các mẫu có kích thước theo tiêu chuẩn nhất ñịnh.

7

1.1.1. Độ bền

Các chỉ tiêu về ñộ bền
a. Giới hạn ñàn hồi (σ
ñh
):
0
S
F
ñh
ñh
=
σ
MN/m
2

c. Giới hạn chảy qui ước (σ
0,2
):
0
2,0
2,0
S
F
=
σ
MN/m
2


d. Giới hạn bền (σ
b

):
0
S
F
b
b
=
σ
MN/m
2

1.1.2. Độ dẻo
1.1.3. Độ dai va ñập
1.1.4. Độ dai phá hủy biến dạng thẳng
1.1.5. Độ cứng
1.2. Phương pháp kiểm tra ñặc trưng cơ học của vật liệu
1.2.1. Thí nghiệm kéo
Thí nghiệm kéo vật liệu ñược tiến hành trên một máy sinh lực,
gọi là máy kéo, nén vạn năng. Mẫu thí nghiệm ñược chế tạo với hình
dạng và kích thước nhất ñịnh, tùy thuộc vào loại vật liệu và tuân thủ
theo quy phạm của từng quốc gia.






Hình 1.1. Kích thước của mẫu thép hình trụ
Sau thí nghiệm ta sẽ có ñược ñường cong ñặc tính của vật liệu.
Căn cứ vào ñường cong ñặc tính của vật liệu như trên hình 1.4, ta có

8

thể xác ñịnh một số các ñặc trưng cơ học của một loại vật liệu








Hình 1.4. Đường cong ñặc tính của vật liệu
1.2.2. Thí nghiệm nén vật liệu
1.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng ñến các ñặc trưng cơ học của vật
liệu
1.3. Nguyên lý hoạt ñộng của máy kéo nén










Hình 1.13. Sơ ñồ nguyên lý
hoạt ñộng của máy thí nghiệm
kéo nén

Các máy thí nghiệm kéo nén ở nước
ta hiện nay chủ yếu làm việc theo
nguyên lý thủy lực hoặc cơ khí,
trong ñó các máy thí nghiệm kéo
nén thủy lực chiếm số lượng rất lớn.
Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của máy
thí nghiệm kéo nén ñược thể hiện
trên hình 1. 13. Từ một bơm thủy
lực, dầu ñược dẫn vào xi-lanh(A),
dầu tác dụng lên bề mặt pittông (B)
một áp lực P. Cần pittông (C) ñược
nối với mẫu M thông qua ngàm (D),
tác dụng vào mẫu một lực kéo, có trị
số bằng áp lực P, lực này ñược chỉ
thị trên ñồng hồ áp lực N.



9

CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
2.1. Khái niệm về sai số ño và phân loại
Sự sai khác giữa kết quả ño, nhận ñược từ giá trị chỉ thị trên
máy và dụng cụ ño x với giá trị thực Q của nó gọi là sai số ño:

Q
x
x

∆
−
=

2.2. Sai số ngẫu nhiên - phương pháp tính thông số ñặc trưng
2.2.1. Tính toán các thông số ñặc trưng khi ño không cùng ñiều
kiện ño
2.2.2. Tính toán các tham số ñặc trưng trong trường hợp phân bố
của các ñại lượng thuần dương
2.3. Sai số hệ thống - phương pháp khử sai số hệ thống
Sai số hệ thống là loạt sai số mà có thể dự ñoán trước ñược
nguyên nhân gây ra sai số, nắm trước ñược luật biến thiên, có trị số
và dấu xác ñịnh trong mỗi ñiều kiện ño cụ thể. Do ñặc ñiểm này, sai
số hệ thống có thể dùng các biện pháp khác nhau ñể làm giảm ñến
mức tối thiểu hoặc khử hoàn toàn khỏi kết quả ño và vì vậy, trong
các phép ño thông thường ở kết quả ño chỉ có ghi trị số giới hạn của
sai số ngẫu nhiên mà không ghi thành phần sai số hệ thống.
2.3.1. Phương pháp hiệu chỉnh
2.3.2. Phương pháp so sánh với mẫu
Phương pháp này ñược dùng khi ño so sánh: ñại lượng ño ñược
ñem so sánh với ñại lượng mẫu có cùng kích thước nhưng có ñộ
chính xác cao hơn. Kết quả ño cho ta sai lệch tuyệt ñối giữa kích
thước ño và kích thước mẫu. Với phương pháp này các sai số do vị trí
cơ cấu, do ñiều kiện ño… sẽ ñược khử hết.
2.3.3. Phương pháp bù (phương pháp bồi thường)

10

2.4. Sai số thô - các chỉ tiêu loại sai số thô
2.4.1. Chỉ tiêu 3

σ
σσ
σ

2.4.2. Chỉ tiêu Sovinô
2.5. Xử lý kết quả ño gián tiếp
Phương pháp ño gián tiếp trong thực tế thường gặp nhiều hơn.
Phương trình biểu diễn quan hệ giữa ñại lượng cần ño y và các ñại
lượng ñược ño trực tiếp x
1
; x
2
; …; x
m
là:
Y = f(x
1
; x
2
; …; x
m
)
Vấn ñề ñặt ra là các giá trị x
i
là các ñại lượng ño trực tiếp, x
i

ñược biểu diễn qua X
i
và ∆X

i
là sai số của chúng, ñược ño qua ñộ ño
σ
x
. Độ lớn của ∆X
i
phụ thuộc vào ñộ chính xác khi ño cũng như số
lần ño. Vấn ñề cần giải quyết là mối quan hệ giữa X
i
; ∆X
i
và các
tham số phân bố của ñại lượng ño gián tiếp Y và σ
y
.
2.5.1. Bài toán thuận
Nội dung của bài toán thuận: với kết quả ño trực tiếp, ta có X
1
,
X
2
, …, X
m
và ñộ chính xác tương ứng ño σ
x1
, σ
x2
, …, σ
xm
. Hãy xác

ñịnh kết quả ño gián tiếp Y và σ
y
.
Cơ sở ñể giải quyết bài toán này là công thức Taylo tính sai số
của hàm số theo sai số của ñối số:
y = f(x
1
, x
2
, …, x
m
)

( )
∑
=
∆
∂
∂
=∆
∂
∂
++∆
∂
∂
+∆
∂
∂
=∆∆∆=∆
m

i
i
i
m
m
m
x
x
f
x
x
f
x
x
f
x
x
f
xxxfy
1
2
2
1
1
21
, ,,

Muốn tính giá trị trung bình của giá trị ño gián tiếp ta chỉ việc
thay giá trị trung bình của các ñại lượng ño trực tiếp vào phương
trình quan hệ giữa chúng với nhau.

Để tính toán ñộ chính xác của các ñại lượng ño gián tiếp ta xuất
phát từ công thức tính sai số hàm:

11


mj
m
jjj
x
x
f
x
x
f
x
x
f
y ∆
∂
∂
++∆
∂
∂
+∆
∂
∂
=∆
2
2

1
1

Cuối cùng ta có:
∑
=








∂
∂
=








∂
∂
++









∂
∂
=
m
i
Xi
i
Xm
m
XY
x
f
x
f
x
f
1
222
1
1

σσσσ

2.5.2. Bài toán nghịch

2.6. Độ chính xác và ñộ tin cậy của kết quả ño
2.6.1. Khi ño trực tiếp các ñại lượng trong cùng ñiều kiện ño
2.6.2. Khi ño trực tiếp các ñại lượng không cùng ñiều kiện ño
2.6.3. Xác ñịnh số lần ño cần thiết theo ñộ chính xác và ñộ tin cậy
yêu cầu
2.7. Phương pháp xác ñịnh mối quan hệ thực nghiệm
Việc xác ñịnh mối quan hệ thực nghiệm từ số liệu ño cần qua
các bước:1. Vẽ sơ bộ quan hệ theo số liệu thực nghiệm; 2. Chọn công
thức biểu diễn hàm quan hệ; 3. Xác ñịnh hàm thực nghiệm: xác ñịnh các
hằng số trong công thức ñã chọn; 4. Kiểm nghiệm sự phù hợp thực tế của
công thức vừa xác ñịnh.
2.7.1. Xác ñịnh quan hệ hàm số giữa các ñại lượng
2.7.1.1. Chọn công thức thực nghiệm
2.7.1.2. Xác ñịnh công thức thực nghiệm
2.7.2. Xác ñịnh quan hệ tương quan giữa các ñại lượng
2.7.3. Áp dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên trong nghiên cứu quan
hệ thực nghiệm

12

CHƯƠNG 3
LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐO VÀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
THIẾT BỊ GHÉP NỐI MÁY TÍNH
3.1. Cảm biến dịch chuyển
- Ký hiệu : PY2 C 25
- Hành trình dịch chuyển của ñầu ño : 25 mm
- Điện áp nguồi nuôi lớn nhất : 24 V
- Độ phi tuyến : ± 0,2 %
Hình 3.1. Cảm biến ño dịch chuyển PY2 C 25
3.1.1. Nguyên lý ño vị trí và dịch chuyển

3.1.2. Điện thế kế ñiện trở dùng con chạy cơ học
3.2. Cảm biến lực
- Model: CBES
- Dải ño (R.C): ñến 20 kN
- Điện áp ñầu ra: 2 mV/V ± 0.25%
- Độ không tuyến tính: ≤ 0.1% R.O
- Quá tải cho phép: 150% R.C
- Giới hạn quá tải: 300% R.C Hình 3.3. Cảm biến lực CBES 2000
3.2.1. Nguyên lý ño lực
3.2.2. Cảm biến lực với màng sọc co giãn kim loại
3.3. Tính toán thiết kế thiết bị ghép nối máy tính

13



Hình 3.5. Sơ ñồ ghép nối các cảm biến với máy tính
3.3.1. Sơ ñồ khối ghép nối các cảm biến với máy tính

- Cảm biến có nhiệm vụ chuyển ñổi các ñại lượng cần ño thành
tín hiệu ñiện hay sự thay ñổi các ñại lượng ñiện ở cảm biến như: ñiện
trở, ñiện dung, ñiện cảm …;
- Bộ khuyếch ñại có chức năng khuyếch ñại tín hiệu phát sinh ở
cảm biến.
- Bộ chuyển ñổi Analog - digital (ADC) có nhiệm vụ chuyển
ñổi tín hiệu ñiện tương tự sang tín hiệu số ñể giao tiếp với bộ xử lý
hoặc máy tính;
- Bộ xử lý số liệu có nhiệm vụ xử lý số liệu ño thành ñại lượng
tương ứng bằng các công thức toán học.
- Bộ hiển thị kết quả ra màn hình.

14

3.3.2. Sơ ñồ nguyên lý
3.3.2.1. Sơ ñồ nguyên lý khối nguồn cung cấp
3.3.2.2. Sơ ñồ nguyên lý cảm biến, bộ chuyển ñổi và bộ khuếch ñại ño
dịch chuyển
3.3.2.3. Sơ ñồ nguyên lý cảm biến, bộ chuyển ñổi và bộ khuếch ñại ño
lực
3.3.2.4. Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi ADC 16 bít ño dịch chuyển

3.3.2.5 Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi ADC 16 bít ño lực
3.3.2.6. Sơ ñồ nguyên lý mạch tạo xung clock 120kHz
VR1
100K
D2
5V/DC
0
AD4
C24 0.47MF
5V/DC
0
D1
C21
0.1MF
U8
ICL7135
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
V-
REF
ANA COM
INT OUT
AZ IN

BUFF OUT
REF CAP-
REF CAP+
IN LO
IN HI
V+
D5(MSB)
B1(LSB)
B2
B4
B8(MSB)
D4
D3
D2
D1(LSD)
BUSY
CLOCK IN
POL
DIGI GND
R/H
STROBE
OVERRANGE
UNDERRANGE
AD3
0
D5
D0
C22
1MF
IN0(ADC)

P2(AD0 AD4)
0
AD2
R9 100K
R11 27
R12
100K
C23 1MF
R10 100K
P0(D0 D3)
AD1
-5V/DC
1.6V/DC
0
D3
CLOCK 120kHz
AD0
AD1
0
P2(AD00 AD04)
R11 27
D3
R10 100K
P0(D00 D03)
CLOCK 120kHz
U8
ICL7135
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
V-
REF
ANA COM
INT OUT
AZ IN

BUFF OUT
REF CAP-
REF CAP+
IN LO
IN HI
V+
D5(MSB)
B1(LSB)
B2
B4
B8(MSB)
D4
D3
D2
D1(LSD)
BUSY
CLOCK IN
POL
DIGI GND
R/H
STROBE
OVERRANGE
UNDERRANGE
R12
100K
AD0
-5V/DC
C23 1MF
0
D2

D5
AD4
IN0(ADC)
D1
C24 0.47MF
0
AD3
C21
0.1MF
D0
1.6V/DC
5V/DC
R9 100K
5V/DC
0
C22
1MF
AD2
0
VR1
100K

15

3.3.2.7. Sơ ñồ nguyên lý mạch vi ñiều khiển
3.3.2.8. Sơ ñồ nguyên lý mạch giao tiếp máy tính
AD2
0
+
P2(AD00 AD04)

-
SW1
AD1
D3
0
R6
100
RXD
P0(D00 D03)
Y1
11.059
TXD
AD0
AD02
D01
RST
P0(D0 D3)
5V/DC
D2
D03
RST
0
AD03
AD01
AD00
5V/DC
D1
D00
C14
10MF

0
C11
104
5V/DC
P2(AD0 AD4)
AD3
R5
8.2K
C12
30P
U10
AT89C51
9
18
19
20
29
30
31
40
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22

23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RST
XTAL2
XTAL1
GND
PSEN
ALE/PROG
EA/VPP
VCC

P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5

P0.6/AD6
P0.7/AD7
D0
5V/DC
AD04
D02
C13
30P
R8
1K
C18
10MF
+
5V/DC
+
+
C17
10MF
-
0
-
C16
10MF
+
C20
10MF
R7
1K
-
RXD

D3
LED1
0
TXD
0
P1
RS232
5
9
4
8
3
7
2
6
1
C19
104
0
-
D4
LED2
U12
MAX232
16
14
13
1
3
4

5
15
6
7
8
11
12
2
9
10
VCC
/T1OUT
R1IN
C1+
C1-
C2+
C2-
GND
V-
/T2OUT
R2IN
T1IN
/R1OUT
V+
/R2OUT
T2IN

16

3.3.3. Tính toán thiết kế thi công

3.3.3.1.Tần số dao ñộng cung cấp cho ADC ILC7135
+ f
(clock)
= 120(kHz)
+ Theo mạch dao ñộng LM 555 trên.
Ta có: T ≈ 0.69×2×R
14
×C
15
Chọn C
15
= 0.01µF; suy ra: R
14
= 600Ω
3.3.3.2. Hệ số khuếch ñại Ap ño chiều dài
Ap = Ap1 × (1+
4
3
R
R
) ; Ap1 = 1 (Mạch khuếch ñại ñệm)
Ap = ( 1+
4
3
R
R
) = (1 +
100000
10
) = 1.0001

Suy ra: Ap = 1×1.0001
3.3.3.3. Hệ số khuếch ñại ño lực
Ta có: R01 = R02 = R03 = R04 =700 (Ω)
V01 =
03
02
R
R
VCC
+
×R03 =
03
02
10
R
R
+
×R03 = 5(V)
V02 =
04
01
R
R
VCC
+
×R04 =
04
01
10
R

R
+
×R04 = 5(V)
Ap = Vout =
07
08
02
R
R
V
+
×R08×(
)
05
0605
R
RR
+
-
05
06
R
R
×V01
Chọn: R08 = R06 = 10KΩ;
suy ra Ap = Vout =
05
06
R
R

×(V02-V01) = V02-V01
3.3.3.4. Thông số ñầu vào và ñầu ra ADC của dụng cụ ño chiều dài
3.3.3.5. Thông số ñầu vào và ñầu ra ADC của dụng cụ ño lực
3.3.3.6. Lưu ñồ giải thuật ño chiều dài
3.3.3.7. Lưu ñồ giải thuật của dụng cụ ño lực

17

CHƯƠNG 4
XÂY DỰNG PHẦN MỀM XỬ LÝ SỐ LIỆU
4.1. Xử lý số liệu thử nghiệm bằng phương pháp thông dụng
4.1.1. Những dữ liệu cơ sở cần thiết cho phép thử
Khi kim loại chịu tác dụng của tải trọng sẽ có 3 giai ñoạn
biến dạng: biến dạng ñàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ. Quan
hệ

giữa biến dạng (∆l) và tải trọng (P) ñược giới thiệu trên hình 4-1.








Hình 4.1 Biểu ñồ kéo của kim loại
Giới hạn ñàn hồi σ
p :
0
F

P
P
P
=
σ
; kG/cm
2
Giới hạn chảy σ
c
:
0
F
P
C
c
=
σ
; kG/cm
2

Giới hạn bền σ
b
:
0
F
P
Max
P
=
σ

; kG/cm
2

4.1.2 Tiến hành thí nghiệm kéo mẫu trên thiết bị thử nghiệm WP
300 (Tại Trung tâm TC-ĐL-CL3/ Bộ Quốc phòng)


Giai ñoạn phá hoại khi tải
trọng ñã ñạt tới giá trị cực
ñại (P
max
), vết nứt xuất hiện
và mẫu bị phá hoại (hình 4-1,
vùng III).
Khi thí nghiệm kéo mẫu,
cường ñộ của kim loại ñược
ñặc trưng bằng 3 chỉ tiêu sau :

18


Hình 4.2. Thiết bị thí nghiệm vật liệu vạn năng WP 300
Chọn mẫu thử nghiệm kéo giãn bằng ñồng B6x30 DIN 50125.
Hình 4.3. Mẫu thử kéo
Sau khi gá lắp mẫu thử chắc chắn và ñúng vị trí, tiến hành gia
tải bằng cách vặn tay quay gắn ở pittông bơm dầu, việc gia tải phải
thật chậm và liên tục. Đọc chỉ số lực từ ñồng hồ sau mỗi 0,1 mm, ghi
lại trị số lực tương ứng với từng ñộ giãn, từ ñộ giãn 1mm, khoảng trị
số có thể mở rộng tới 0,2mm. Cứ như vậy cho ñến khi mẫu thử bị phá
hủy. Các trị số ñã ño ñược thể hiện ở bảng 4.1.

19

Bảng 4.1. Bảng kết quả thử nghiệm mẫu ñồng B6x30 DIN 50125
THỬ NGHIỆM:
Mẫu thử kéo B6x30 DIN 50125 ñược chế tạo từ ñồng

Độ giãn ∆l,
1/100 mm
Lực thử nghiệm
P, kN
Độ giãn ∆l,
1/100 mm
Lực thử nghiệm
P, kN
10 0,8 140 10,3
20 2,4 160 10,1
30 4,9 180 9,8
40 7,6 200 9,6
50 10,0 220 9,4
60 11,0 240 9,1
70 11,0 260 8,7
80 10,9 280 8,35
90 10,8 300 7,9
100 10,7 320 7,25
Sau khi có bảng kết quả trên, ta tiến hành vẽ biển ñồ Tải-Độ
giãn ñối với mẫu thử ñồng B6x30 DIN 50125.

Hình 4.4. Biểu ñồ Lực-Biến dạng của mẫu ñồng B6x30 DIN 50125
Lực thử nghiệm P, kN

Độ giãn ∆l, kN

20

Với phương pháp này, ñể có biểu ñồ Ứng suất-Biến dạng, ta
phải thực hiện các phép tính ñể có ñược biểu ñồ. Như vậy, với
phương pháp này quá trình xử lí số liệu sẽ tốn nhiều công sức và thời
gian, làm cho hiệu suất công việc không cao. Qua nghiên cứu ở
chương 2 ta thấy rằng với phương pháp này sẽ chịu rất nhiều nguyên
nhân dẫn ñến sai số, làm cho sai số của phép thử sẽ lớn. Thực tế ñã
chứng minh là qua kiểm ñịnh tại Trung tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo
lương Chất lượng 2 (QUATEST2/ Bộ Khoa học và Công nghệ) thì
máy thử nghiệm kéo nén vạn năng ñạt cấp chính xác 2.
4.2. Chương trình xử lí số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu.
4.2.1. Giới thiệu
Để thể hiện các quá trình thí nghiệm nhằm xác ñịnh các ñặc
trưng của vật liệu với ñộ chính xác cao, thông qua bộ cảm biến lực và
chiều dài, các tín hiệu từ các bộ cảm biến này ñể xây dựng nên modul
tính toán, xử lý các dữ liệu thí nghiệm. Modul này ñược viết trên cơ
sở ngôn ngữ lập trình Visual Basic với thiết kế có giao diện ñẹp,
ngôn ngữ hiển thị bằng tiếng Việt hoàn toàn, bố trí các chức năng
hợp lí và ñơn giản.
Ứng dụng trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu WP 300 tại
Trung tâm Tiêu chuẩn Đo lường Chất lương 3/ Bộ Quốc phòng. Thay
ñồng hồ so ño dịch chuyển bằng cảm biến dịch chuyển PY2 C 25 và
lắp cảm biến lực CBES 2000 vào vị trí giữa trụ chính thủy lực và xà
dưới của khung tải di ñộng. Các cảm biến này có nguyên lý hoạt
ñộng và kết nối máy tính như ñã trình bày ở chương 3.

21

4.2.2. Chức năng của chương trình
- Giao diện chính
Giao diện chính của chương
trình ñược hiển thị sau khi ta
chọn chạy chương trình, là nơi
ñể bắt ñầu các bước thực hiện
việc thí nghiệm.

Hình 4.7. Giao diện chính của chương trình
- Hệ thống: Tạo dữ liệu mới
Hệ thống: Tạo dữ liệu mới cho phép xóa bỏ các ñặc tuyến khỏi màn
hình và bộ nhớ, chương trình ñược ñặt lại về trạng thái ban ñầu.
- Hệ thống: Xem dữ liệu cũ
Hệ thống: Xem dữ liệu cũ nhằm mở lại các dữ liệu cũ ñã thử nghiệm.
- Hệ thống: Lưu dữ liệu cũ
Hệ thống: Lưu dữ liệu cũ cho phép
lưu các dữ liệu và ñặc tuyến
- Nhập các thông số cho phép thử
nghiệm kéo giãn
Khi chọn Tiến hành thử nghiệm:
thử nghiệm kéo giãn, xuất hiện
một cửa sổ Thiết lập trước các
thông số cho phép thử kéo giãn
nhằm nhập các thông số ñầu vào
cho mẫu thử nghiệm.
Hình 4.11. Bảng thiết lập các thông số
cho phép thư kéo

22

- Xác ñịnh các giá trị: Biểu ñồ ứng suất dạng
Hình 4.12. Biểu ñồ ứng suất biến dạng
- Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị lực và ñộ giãn
Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị lực
và ñộ giãn nhằm cung cấp các giá trị
lực và ñộ giãn cho ñặc tuyến hiện
thời với các trị số có ñược từ các giá
trị ño và từ số liệu ñã nhập vào như
ñã trình bày ở chức năng 5. Khi chọn
Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị lực
và ñộ giãn, bảng giá trị lực và ñộ
giãn sẽ ñược thể hiện trong một cửa
sổ bên ngoài. Hình 4.13. Bảng giá trị lực và ñộ giãn
Bảng giá trị sẽ cung cấp 80 giá trị lực và ñộ giãn trong quá trình thử.
- Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị ứng suất và biến dạng
Khi chọn Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị ứng suất và biến dạng ,
bảng giá trị ứng suất và biến dạng dài tương ñối sẽ ñược thể hiện
trong một cửa sổ bên ngoài tương tự bảng giá trị lực và ñộ giãn.
- Thiết lập các chế ñộ: Thiết lập ñường truyền

23

- Thiết lập các chế ñộ: Các thông số
cho ñồ thị
Một vài các thông số hiển thị
trên biểu ñồ và bảng giá trị có thể
ñược ñặt trước. Các số liệu ñặt trước

này ñược tạo ra từ menu Thiết lập
các chế ñộ: Các thông số cho ñồ thị.
Khi chọn, sẽ xuất hiện một cửa sổ
sau:
Hình 4.15. Bảng thiết lập các giá trị cho ñồ thị
4.3. Các ưu ñiểm khi sử dụng chương trình
4.3.1. Kiểm ñịnh máy thử ñộ bền kéo nén
Căn cứ vào Tiêu chuẩn Việt Nam ĐLVN 49: 1999 , sau khi sử
dụng chương trình xử lý số liệu với các cảm biến ñã chọn, cảm biến
CBES 2000 với ñộ phân giải 1/100 so với thiết bị chỉ thị lực cũ, thiết
bị thử nghiệm kéo nén WP 300 ñã ñược kiểm ñịnh tại Trung tâm Kỹ
thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2/ Bộ Khoa học và Công nghệ
và ñạt cấp chính xác 0,5.
4.3.2. Xử lý kết quả ño
Tín hiệu sau khi ñược truyền về sẽ ñược tính toàn bởi các công
thức nhằm xác ñịnh ñược ñường ñặc tính của vật liệu. Chỉ tiêu quan
trọng là xác ñịnh ñường ñặc tính ứng suất-biến dạng dài tương ñối.


0
F
P
=
σ
; MN/m
2

Các giá trị lực P ño ñược là các kết quả ño trực tiếp, trong khi
ñó, mục ñích của chương trình là xác ñịnh kết quả ño gián tiếp ứng
suất σ. Theo như mục 2.5 xử lý kết quả ño gián tiếp và công thức

24

(2.65) ta có:
∑
=








∂
∂
=








∂
∂
++









∂
∂
=
m
i
Pi
i
Pm
m
P
P
f
P
f
P
f
1
22
2
1
1

λλλλ
σ

Trong ñó:
σ
λ
: ñộ chính xác của giá trị ño gián tiếp σ

Pi
λ
: ñộ chính xác của giá trị ño trực tiếp thứ P
i

Tại mục 4.3.1 ñã nghiên cứu và kết luận sau khi sử dụng các
cảm biến và chương trình xử lý kết quả ño, sai số trực tiếp
Pi
λ
nhỏ
hơn so với khi sử dụng phương pháp trước ñây. Như vậy, kết quả
cuối cùng là ñộ chính xác của giá trị ứng suất
σ
λ
sẽ chính xác hơn
nhiều so với phương pháp trước ñây.
4.3.3. Ưu ñiểm của chương trình
- Modul này ñược viết trên cơ sở ngôn ngữ lập trình Visual
Basic với thiết kế có giao diện ñẹp, ngôn ngữ hiển thị bằng tiếng Việt
hoàn toàn, bố trí các chức năng hợp lí và ñơn giản, do ñó rất dễ sử
dụng, thậm chí ñối với người không sử dụng thành thạo máy vi tính
cũng có thể thao tác dễ dàng.
- Tất cả các dữ liệu nhập vào và kết quả trong suốt quá trình thí
nghiệm ñều ñược lưu lại trên máy tính. Điều này giúp cho người sử

dụng dễ dàng quản lí các kết quả ñã thí nghiệm. Khi cần thiết chương
trình sẽ tạo lại báo cáo kết quả hay xuất dữ liệu ra các phần mềm như
Access, Excel, Word.
- Một số các kết quả ñược phần mềm cung cấp bao gồm: giới
hạn bền, lực bền (Tensile strength, tension force), giới hạn chảy, lực
chảy (yield strength, yield force), mô ñun ñàn hồi E-Module(E), biến
dạng tương ñối (elogation) có thể ño trực tiếp bằng dụng cụ từ bên
ngoài hay ñược tự ñộng tính bằng chương trình. Trong suốt quá trình
thí nghiệm hay kiểm tra kết quả, chương trình có thể hiển thị các loại

25

ñồ thị như ứng suất-biến dạng, lực chuyển vị và các bảng giá trị ñi
kèm.
- Khi sử dụng chương trình xử lý số liệu với các cảm biến ñã
chọn thì các loại sai số ảnh hưởng ñến kết quả thử nghiệm ñã ñược
loại bỏ một cách ñáng kể. Cụ thể như: ảnh hưởng của ma sát ñến
ñồng hồ chỉ thị lực và ñộ giãn; ảnh hưởng của quá trình chuyển ñổi
áp suất-lực; ảnh hưởng của quá trình xử lý số liệu bằng tay,
- Sau khi sử dụng chương trình xử lý số liệu với các cảm biến
ñã chọn, thiết bị thử nghiệm kéo nén WP 300 ñã ñược kiểm ñịnh tại
Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2/ Bộ Khoa
học và Công nghệ và ñạt cấp chính xác 0,5.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
a. Những nội dung chính ñã ñược giải quyết trong luận văn
Nghiên cứu tổng quan về cơ tính, cơ tính của vật liệu ñược biểu
thị bởi các ñặc trưng cơ học. Nêu ñược các phương pháp kiểm tra cơ
tính của vật liệu và nguyên lý hoạt ñộng của máy thử nghiệm kéo nén

vật liệu.
Nêu ñược các phương pháp xử lý số liệu; các dạng sai số xảy ra
trong quá trình ño kiểm và các thông số của chúng, trên cơ sở ñó nêu
ñược các công thức tính toán các tham số ñó và phương pháp khử các
sai số. Nắm ñược các bài toán về xử lý kết quả ño gián tiếp.
Lựa chọn thiết bị ño (cảm biến) và tính toán ñể chế tạo bộ
khuyếch ñại tín hiệu, bộ chuyển ñổi tín hiệu ADC. Xây dựng chương
trình tính toán, xử lý tín hiệu, trích xuất kết quả dưới chương trình
ñược viết bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic.
Đánh giá kết quả ñã ñạt ñược bằng việc so sánh kết quả trước

26

khi áp dụng ñề tài và sau khi áp dụng bằng bài toán xử lý kết quả ño
gián tiếp. Đã tiến hành áp dụng trên máy thử nghiệm vật liệu vạn
năng WP 300 ñang có tại Trung tâm Tiêu chuẩn-Đo lường-Chất
lượng 3/ Bộ Quốc ñạt ñộ chính xác cao. Đã ñược kiểm ñịnh tại Trung
tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn-Đo lường-Chất lượng 2/ Bộ KHCN
(QUATEST2) và ñạt cấp chính xác 0,5.
b. Những ñóng góp khoa học và thực tiến của luận văn
Đề tài sẽ góp một phần trong việc thử nghiệm cơ tính vật liệu
với ñộ chính xác cao hơn, quá trình xử lí số liệu dễ dàng hơn, tiết
kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất lao ñộng, tiết kiệm về kinh tế
trong quá trình nâng cấp các thiết bị ño lường thử nghiệm hiện có.
c. Những hạn chế của luận văn
Mới chỉ nghiên cứu, tính toán và áp dụng cho các phép thử kéo
nén, chưa mở rộng chương trình ñối với các phép thử khác như thử
uốn, thử ñộ cứng của vật liệu.
d. Hướng nghiên cứu tiếp theo
Tiếp tục nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng ñến quả trình thử

nghiệm vật liệu ñể từ ñó có các biện pháp giảm ảnh hưởng của các
yếu tố ñó ñến kết quả thử nghiệm, nâng cao ñộ chính xác và ñộ tin
cậy của kết quả. Nghiên cứu, mở rộng ñể tiến hành phép thử nghiệm
uốn và kiểm tra ñộ cứng của vật liệu.
2. Kiến nghị
Các loại cảm biến ño lường là một thiết bị ño cho ñộ chính cao,
vì vậy cần ñược ứng dụng nhiều ño lường, thử nghiệm và sản xuất cơ
khí. Cần nghiên cứu ñể có những ứng dụng mang tính thực tiễn, áp
dụng trực tiếp vào trong quá trình công tác của các ñơn vị, cơ sở sản
xuất, trong nghiên cứu, giảng dạy, .v.v.