tóm tắt THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO MÔ MEN XOẮN TRÊN TRỤC QUAY

1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay với sự phát triển của khoa học, công nghệ. Dụng cụ đo lường đã
có những bước tiến lớn về chất lượng, kết cấu và sự thuận tiện khi sử dụng. Cụ
thể như về độ chính xác phép đo, phương pháp đo, cơ chế hiển thị kết quả đo,
khả năng tích hợp với máy in, máy vi tính, khả năng thu phát không dây.
Thiết bị đo lường thường được phân thành các nhóm như: đo lường nhiệt,
đo lường áp suất, đo lường lực và mô men, đo lường độ cứng, đo lường độ dài,
đo lường các chỉ tiêu hóa lý, đo dung tích, đo khối lượng, đo bức xạ hạt nhân…
Thiết bị đo mô men xoắn trên trục quay dựa trên nguyên lý mạch cầu
wheatston, tín hiệu đầu ra từ các cảm biến biến dạng được kết nối với bộ
khuyếch đại 3B18 của hãng Analog divices, vi xử lý Ardunio đã giảm đáng kể
công việc tính toán thiết kế cơ khí, tăng độ chính xác của thiết bị.
Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở để thiết kế chế tạo các thiết bị đo mô men
xoắn, ứng dụng các strain gauge vào công tác đo biến dạng trên trục quay, lựa
chọn bộ khuyếch đại và xử lý tín hiệu đo cho mạch cầu hai tay và mạch cầu 4
tay (Half- Bridge và full-Bridge).
2. Mục đích nghiên cứu đề tài
Thiết kế chế tạo thiết bị đo mô men xoắn trên trục quay dải đo 0 Nm-
500Nm.
3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
* Đối tượng nghiên cứu:
- Các loại strain gauge.
-Thiết kế trục chịu xoắn thuần túy
- Nguyên lý mạch cầu wheatston.
- Kỹ thuật gắn strain gauge trên trục quay, kết nối ngõ ra của strain
gauge với bộ khuyếch đại và bộ vi xử lý;
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
* Ý nghĩa khoa học của đề tài:
-Xây dựng và thử nghiệm được công nghệ dán strain gauge trên bề mặt

trục chịu xoắn bằng nhôm. Lựa chọn và thử nghiệm thành công sử dụng strain
gauge với bộ khuyếch đại và bộ vi xử lý;
2
Xác định được môđul 3B18 khuyếch đại tín hiệu điện áp vô cùng bé từ
strain gauge để có thể hiển thị được kết quả đo mô men xoắn.
* Ý nghĩa thực tiễn:
- Kết quả của đề tài dùng làm cơ sở để thiết kế chế tạo thiết bị đo mô men
xoắn trên trục quay.
- Sản phẩm đề tại làm dụng cụ đo mô men xoắn sử dụng trong thực hành,
thí nghiệm tại trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm.
3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO MÔ MEN XOẮN
TRÊN TRỤC QUAY
1. Giới thiệu về thiết bị đo mô men xoắn trên trục quay
Thiết bị đo mô men xoắn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp
và chế biến chế tạo, sửa chữa như: thiết bị cầm tay, thử động cơ máy công cụ,….
Đa số các thiết bị đo mô men xoắn chủ yếu được nhập khẩu từ các nước:
Mỹ (hãng Futex), Anh, Ấn Độ, Trung Quốc Các thiết bị này sử dụng phương
pháp đo biến dạng trên trục quay để tính ra mô men xoắn. Biến dạng trên trục
quay được xác định nhờ các strain gauge dán trên trục và hoạt động dựa theo
nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Gia công và chế tạo những thiết bị
này tương đối phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao.
Thiết bị đo mô men xoắn hiệu có trên thị trường có thể chia làm 2 loại:
Thiết bị đo mô men xoắn tĩnh và thiết bị đo mô men xoắn động.
Mô men là một lực quay, mô men xoắn coi là tĩnh nếu nó không có gia tốc
góc. Ví dụ như các mô-men xoắn sinh ra bởi một lò xo đồng hồ sẽ là một mô-
men xoắn tĩnh. Tuy nhiên việc xác định mô men tĩnh và mô men động còn phụ
thuộc vào vị trí đo. Ví dụ mô-men xoắn được sinh ra bởi động cơ xe ô tô sẽ có

cả hai loại tĩnh và động. Nếu mô-men xoắn được đo ở trục khuỷu sẽ là mô men
động, vì nó có dao động lớn do mỗi khi nhiêu liệu cháy trong xi lanh sẽ sinh ra
lực tác dụng lực lên đầu piston làm trục khuỷu quay. Nếu mô-men xoắn được đo
các ổ trục nó sẽ gần như tĩnh vì quán tính quay của bánh đà và bộ truyền dẫn sẽ
làm giảm mức độ dao động.
Các thiết bị đo mô men xoắn ngày nay thường có cấu tạo gồm các thành
phần chính như sau:
- Trục xoắn có dán strain gauge và các mặt bích để lắp lên thiết bị cần đo;
- Bộ khuyếch đại tín hiệu từ cảm biến
- Bộ xử lý tín hiệu đo, hiển thị kết quả
- Nguồn cấp điện;
- Lớp vỏ bảo vệ.
4
a) Một số thiết bị đo mô men xoắn tĩnh:
Hình 1 .1: Cờ lê lực Tohnichi FHDS Hình 1.2: Tua vít lực STC (TOHNICHI)
Hình 1.3: Dụng cụ đo mô men để đo lực đóng, mở chai. Ứng dụng: thường sử dụng cho các
ngành nghề dược phẩm, công nghệ sinh học, sản phẩm dành cho người tiêu dùng, đồ uống.
Hình 1.4.
5
Hình 1.5: Ứng dụng thiết bị đo mô men
xoắn loại ST2-BT spin tork trong lắp ráp.
Trên hình 4 là thiết bị đo mô men xoắn loại
ST2-BT spin tork của hãng Excel Air tool
co.,INC. Hoạt động theo nguyên lý biến áp
quay. Sử dụng cảm biến, truyền dữ liệu bằng
bluetooth, thích hợp với kiểm tra mô men
xoắn đầu ra, độ chính xác ±1%, sử dụng pin
để cấp điện cho cơ cấu (10 h chạy/2h xạc).
Giá tham khảo: Với loại ST10N2 là 2904
USD.

b) Thiết bị đo mô men xoắn động
Hình 1.6a: Cảm biến mô men xoắn kiểu
4503 A của hãng Kitsler
Hình 1.6b: Ứng dụng cảm biến mô men
xoắn trong việc kiểm tra động cơ
6
Hình 1.6c: Cấu tạo cảm biến mô men xoắn kiểu 4503 A của hãng Kitsler
Hình 1. 6d: Sơ đồ của nguyên lý hoạt động của cảm biến mô men xoắn.
Cảm biến mô men xoắn kiểu 4503 A do hãng Kitsler sản xuất hoạt động dựa
trên nguyên lý biến áp quay. Thường được dùng trong việc giám sát kiểm tra
động cơ điện.
2. Nguyên lý cơ bản đo mô men xoắn trên trục quay
7
Dùng strain gauge tích hợp với hệ thống chuyển đổi, lưu trữ dữ liệu và
hiển thị gắn trên trục quay:
Các strain gauge được gắn trên trục quay nhưng khác là nguồn nuôi điện
áp cho mạch cầu và nhận tín hiệu điện áp từ mạnh cầu thông quay bộ khuyếch
đại. Sau đó tín hiệu điện áp sau khuyếch đãi được truyền đến bộ xử lý và truyền
đến màn hình hiển thị và lưu trữ dữ liệu. Toàn bộ các thiết bị trên được gắn trên
trục quay.
Ưu điểm: dễ dàng hiệu chỉnh, trong cơ cấu không có bộ phận chuyển
động, ít nhiễu động do đó đảm bảo được độ chính xác của thiết bị.
Nhược điểm: Cần có lớp bảo vệ các thiết bị điện tử, thường xuyên phải
nạp pin do phải cấp nguồn điện áp nuôi bộ hiển thị và lưu trữ dữ liệu.
Phương án dùng strain gauge tích hợp với hệ thống chuyển đổi và lưu trữ
dữ liệu gắn trên trục quay phù hợp với thực tiễn. Công tác thiết kế, chế tạo trục
xoắn có thể thực hiện ngay tại xưởng cơ khí không yêu cầu các máy chuyên
dùng, các thiết bị khuyếch đại, bộ xử lý và bộ lưu trữ dữ liệu có thể lựa chọn loại
thích hợp được bán rộng rãi trên thị trường.
STRAIN GAUGE

BRIDGE
BỘ KHUYẾCH
ĐẠI
BỘ XỬ LÝ
LƯU TRỮ DỮ LIỆU
Hình 1.12: Sơ đồ khối hệ thống đo mô men xoắn dùng dùng strain gauge tích
hợp với hệ thống chuyển đổi bộ lưu trữ dữ liệu và hiển thị gắn trên trục quay
8
b) Cấu tạo thiết bị
Hình 1.13. Hình vẽ cấu tạo thiết bị đo mô men xoắn dùng strain gauge tích hợp với hệ thống
chuyển đổi , bộ lưu trữ dữ liệu và hiển thị gắn trên trục quay.
Chú giải:
1: Trục chịu xoắn gắn liền mặt bích;
2: Bộ chuyển đổi và lữu trữ dữ liệu;
3: Strain gauge bridge;
4: Nguồn và bộ xử lý ARDUINO.
c) Phương án lắp đặt đo mô men xoắn
Để đo mô men xoắn thì trục sẽ được nối với với cơ cấu truyền mô men
xoắn và cơ cấu hãm nhờ mặt bích ở 2 đầu. Dưới tác dụng của mômen xoắn
truyền từ trục động cơ đến hộp giảm tốc qua trục xoắn và đến cơ cấu hãm làm
9
trục đo biến dạng. Sự biến dạng này tỷ lệ với mô men. Như vây việc xác định
được biến dạng của trục đo cũng chính là xác định mômen của cơ cấu.
10
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC QUAY
I. Phân tích yêu cầu bài toán:
1. Mục đích của đề tài
- Thiết kế được thiết bị đo mômen xoắn trên trục quay; Chế tạo được thiết
bị thử nghiệm. Nghiên cứu, lựa chọn bộ khuyếch đại, bộ lưu trữ dữ liệu và hiển
thị; Tiến hành thí nghiệm để phân tích, đánh giá các khả năng làm việc thiết bị

động vận hành ổn định độ chính xác của thiết bị.
2 Lựa chọn kiểu trục quay
Hình dáng, kết cấu của một số trục quay thường gặp trong thiết kế, chế
tạo thiết bị đo mô men xoắn theo phương pháp biến dạng tiếp xúc:
a. Trụ tròn đặc b. Trụ tròn rỗng c. Trụ tròn rỗng có vách
lõm
Hình 2.1: Hình vẽ kết cấu một số trục quay thường gặp
Để có đủ diện tích dán các strain gauge lên trục ta cần đường kính ngoài
của trục đủ lớn nhằm tạo thuận lợi cho quá trình chế tạo cảm biến. Trục trụ đặc
đường kính nhỏ không đáp ứng yêu cầu đặt ra. Trụ tròn rỗng có vách lõm sẽ tạo
thuận lợi cho quá trình dán strain gauge lên trục nhưng mức độ biến dạng trên
cùng bán kính không đều.
Do đó tác giả lựa chọn dạng trục rỗng có mặt cắt hình vành khăn, kiểu
thiết kế hình b với ưu điểm là: dễ chế tạo gia công; chịu xoắn tốt, kích thước trục
đủ lớn để thuận tiện cho việc dán các strain gauge lên trục.
Nhược điểm: không thể đo được giá trị mô men xoắn thấp, độ nhạy xoắn
kém. Tuy nhiên dải đo của thiết bị nghiên cứu khá lớn từ 0 Nm đến 500Nm nên
có thể chấp nhận được.
11
3. Phân tích bài toán
Sau khi lựa chọn được hình dáng trục chịu xoắn ta có bài toán như sau:
Giả sử ta có trục tròn có mặt cắt hình vành khăn chỉ chịu xoắn thuần túy
với mô men xoắn M, đường kính ngoài D, đường kính trong d, chiều dài trục l
như hình vẽ 14.
Khi dán strain gauge theo phương 45
o
so với đường sinh của trục chịu
xoắn theo nguyên lý mạch cầu Wheatston. Dưới tác dụng của mô men xoắn trục
biến dạng bị kéo hoặc nén theo phương xiên một góc 45
o

so với đường sinh. Do
ứng lực và biến dạng có quan hệ với nhau và từ đó có thể xác định được ứng lực
khi đo biến dạng do nó gây ra.

Hình2.2: Mô hình bài toán
Ở đây trạng thái ứng suất tại một điểm trên trục tròn chịu xoắn là trạng
thái trượt thuần tuý với σ
1
=-σ
3
=
τ
Áp dụng định luật Húc về biến dạng dài
12
).(
1
)(
1
31
τµτµσσε
+×=−×=
EE
u
ε
u
=
E
µ
+
1

τ
×
=
G2
τ
ở đây ta có G=
)1(2
µ
+
E
(1)
Dưới tác dụng của M
z
, trục chịu biến dạng xoắn trên mặt cắt ngang chỉ có
thành phần ứng suất tiếp tác dụng. Khi đó vòng tròn Mo có tâm trùng gốc tọa
độ. Các phương chính xiên góc 45
o
so với ứng suất tiếp. Do đo các strain gauge
dán trên trục chỉ chị biến dạng dài.
Như vậy ta có: ε
u
=
L
L
∆
(2)
Cân bằng 1 và 2, thay │τ│=
p
w
M∆

=
)1(
16
43
απ
−
∆
D
M
ta có
G=
L
L
∆
.2
τ
=
)1(
.8
43
απ
−∆
∆
DL
ML
Kiểm nghiệm điều kiện bền của trục:
Max │τ│≤[τ] hay
p
w
M∆

≤[τ]; với W
p
=
16
3
DΠ
(1-α
4
);
( )
43
1
16
απ
−
∆
D
M
≤[τ] vậy D≥
[ ]
( )
3
4
1
16
απτ
−
∆
M
[τ] - ứng suất tiếp cho phép, được xác định theo các cách

[τ]=
n
0
τ
,τ
0
− ứng suất giới hạn của vật liệu, n- hệ số an toàn;
[τ]=
[ ]
2
σ
, nếu dựa vào thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất.
13
[τ]=
[ ]
3
σ
,nếu dựa vào thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO MÔ MEN XOẮN
I. Thiết kế trục chịu xoắn (trục quay)
1. Chức năng:
- Truyền mô men xoắn từ trục dẫn tới cơ cấu chấp hành
- Làm giá đỡ để lắp các thiết bị điện tử như: bộ khuyếch đại, bộ xử lý ,
nguồn và bộ hiển thị,
- Trục phải đảm bảo điều kiện bền khi chịu xoắn với mô men có giá trị
M
max
=500Nm.
2. Tính toán thiết kế trục

Để đảm bảo điều kiện bền và các chức năng của trục, em chọn vật liệu gia
công trục là nhôm, sau khi rèn đạt σ
b
=9000N/cm
2

14
Hình 3.1: Bản vẽ hình dạng và các ký hiệu kích thước trên trục quay
- Tính đường kính trục D
0
và d
1
.
+ Ứng suất tiếp tại thanh tròn.
Max │τ│≤[τ] hay
p
w
M
≤[τ]; với W
p
=
16
3
0
D
Π
(1-α
4
);
( )

4
3
0
1
16
απ
−
D
M
≤[τ] vậy D
0
≥
[ ]
( )
3
4
1
16
απτ
−
M
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất [τ]=
[ ]
2
σ
, vậy [τ] = 4.500N/cm
2
.
[τ] - ứng suất tiếp cho phép của vật liệu chọn là 4.500N/cm
2

.
D
0
≥
( )
3
4
555,013,141599000
000.5016
−××
×
=4,07cm; chọn D
0
=4,32cm, d
1
=2,4cm; Tính được
α=
D
d
=0,555
- Tính mô men xoắn lớn nhất khi D
0
=4,32cm
Từ biểu thức M
max
=max│τ│×Wp=[τ]×
16
3
0
D

Π
(1-α
4
)= 9000×
16
32,414159,3
3
×
×(1-
0,555
4
)= 644,49 Nm
- Tính đường kính bu lông d1 và đường kính D
2
:
15
Hình 3.2: Hình biểu diễn lực tác dụng lên mặt bích của trục quay
Giả sử chiều mô men như hình vẽ:
Theo nguyên lý cộng tác dụng: F
1
=F
2
=F
3
=F
4
=F
Ta có M
max
=

4
2
2
max
××
F
D
; Vậy F
max
=
4
2
2
max
×
×
D
M
=
412,0
52,6442
×
×
=2.865,39 N
Tính điều kiện bền để thân bu lông không bị cắt;
F
max
=
4
1

d
×∏
×[τ]; với [τ]=4500 N/cm
2
.
d
1
≥
3,14159*4500
39,28654
3,14159*4500
4
max
×
=
× F
=0,435cm;
Vậy chọn d
1
= 1 cm.
Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật của trục xoắn với α=
D
d
=0,555
TT Thông số
Ký
hiệu
Đơn
vị Giá trị
1 Vật liệu chế tạo: Nhôm hợp kim 2014A

2
Ứng suất tiếp cho phép [τ] [τ]
N/cm2 4500
16
3 Mô men xoắn danh nghĩa M Nm 500
4 Mô men xoắn lớn nhất (quá tải) M
max
Nm 644,49
5 Điều kiện bền của trục D
0
≥ mm 40,7
6 Đường kính ngoài trục làm việc D
0
mm 43,2
7 Đường kính trong trục làm việc d mm 24
8 Chiều dài lớn nhất L2 mm 206
9 Đường kính mặt bích D3 mm 173
10 Đường kính phân bố lỗ khoan bu lông D2 mm 120
11
Điều kiện bền của thân bu lông d1≥ mm 0,435
12 Đường kính lỗ bu lông chọn d1 mm 10
13 Số lỗ bu lông n Lỗ 4
17
3) Bản vẽ thiết kế trục quay
Ø 10

Từ bảng thông số kỹ thuật của trục quay ở trên, ta có bản thiết kế chi tiết
trục quay như sau:
Hình 3.3. Bản vẽ thiết kế chi tiết trục quay.
Vật liệu chế tạo: nhôm mác 2014A, có thành phần hóa học như sau:

Mác Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
2014 0,5-0,9 0,5 3,9-5 0,4-1,2 0,2-0,8 0,1 0,25 0,15
Phôi được chế tạo bằng phương pháp rèn.
II. Lựa chọn strain gauge
Thông số chính của strain gauge lựa chọn như sau:
- Công ty sản xuất: SHOWA MEASURING INSTRUMENTS CO.,LTD-
JAPAN
- Kiểu: Z23-FA-2-350-11
- Chiều dài căng: 2mm;
- Mức thay đổi điện trở: 350 ±0,3%;
18
- Gauge factor: 2,06±0,2%;
- Thermal output: ±0,2µε;
III. Ứng dụng mạch cầu Wheatstone trong việc biến đổi ∆R của
strain gauge thành điện áp
Cầu Wheatstone là một mạch điện được sử dụng để đo một điện trở chưa
biết bằng cách cân bằng hai nhánh của một mạch cầu, trong đó có một nhánh
chứa các thành phần chưa biết. Hoạt động của nó tương tự như một cầu phân
thế. Nó được phát minh bởi Samuel Hunter Christie vào năm 1833 và được cải
tiến và phổ biến bởi Charles Wheatstone vào năm 1843. Một trong những mục
đích sử dụng ban đầu của cầu Wheatstone là dùng vào việc phân tích và so sánh
(Ekelof, 2001).
Hình 3.6: Mạch cầu Wheatstone
Hình 3.7: Quarter-Bridge
Một cách tổng quát, cầu Wheatstone có dạng như Hình 3.6 các thành phần
trở kháng R
1
, R
2
, R

3
, R
4
là các điện trở thuần. Cầu được kích bằng nguồn điện áp
V
EX
, ngõ ra V
O
là điện thế chênh lệch giữa hai nút a và b. Điện thế V
O
được tính
V
0
=(
e
V
RR
R
RR
R
).
41
4
32
3
+
−
+
Thông thường khi thiết kế người ta chọn các giá trị điện trở sai cho ở
trạng thái cân bằng R

1
=R
2
; R
3
=R
4
hoặc R
1
=R
2
=R
3
=R
4
;
19
Trong các mạch cảm biến, cầu Wheatstone được sử dụng bằng cách
thay thế các điện trở R
1
, R
2
, R
3
, R
4
trên Hình 3.6 bằng các strain gauge, tùy
trường hợp mà số strain gauge được mắc vào cầu có thể là 1, 2, 3 hoặc 4.
IV. Lựa chọn bộ khuyếch đại, bộ xử lý, nguồn và màn hình hiển thị
1. Lựa chọn bộ khuyếch đại.

Tìm kiếm trên thị trường có bộ khuyếch đại 3B18 đáp ứng được yêu cầu.
- Điện áp nguồn đặt cho cảm biến được đặt trước 10V, khi thay đổi điện
trở R
EXT
từ 300Ω đến 1KΩ.
Điện áp ra Vo được tính theo biểu thực sau:
V
O
=G.V
IN
.
Trong đó: V
O
là điện áp ra; V
IN
là điện áp vào mạch G. Hệ số khuyếch đại
2. Lựa chọn hệ thống xử lý dữ liệu
a) Chức năng bộ vi xử lý: thu thập xử lý thông tin từ cảm biến và truyền
tín hiệu đến màn hình. Chuyển đổi dữ liệu từ dạng tương tự sang dạng số
b) Cấu tạo bộ vi xử lý andunio
-Bảng mạch Anduino có 14 cổng in/out (đánh số 0-13). Đây là các chân
cắm của Arduino có chức năng input hoặc output, tạo nên cốt lõi của thiết bị.
- Có 6 chân kỹ thuật số, được đánh dấu bởi dấu ~ để thực hiện xung.
- Chân 13 đặc biệt có một LED được ghép vào. Việc này giúp cho việc
thử nghiệm. Chúng ta thể sử dụng LED có sẵn, bằng cách xuất ra chân 13 hoặc
ra các chân khác. Ở phần bên phải ở dưới có một cổng analog 6 chân input.
Chúng giúp đọc các giá trị của cảm biến analog.
Ở bên trái là các cổng analog tương tự cổng nguồn, chỉ cần nguồn 3,3 vol
hoặc 5 vol.
- Cuối cùng, một công tắc chuyển dùng để reset Arduino nó sẽ giúp khởi

động lại bất kỳ chương trình nào trong bộ nhớ.
20
- Arduino có một khoảng bộ nhớ, và nếu chương trình quá lớn, compiler
sẽ báo lỗi.
Kết nối: Arduino là một thiết bị phần cứng có thể hoạt động độc lập (như
một robot), kết nối với máy tính, hoặc một thiết bị Arduino khác, các thiết bị
điện tử khác
3. Màn hình hiển thị
a) Chức năng
- Hiển thị kết quả đo,
b) Cầu tạo
Đề tài chọn phương án mắc LED 7 đoạn sáng Anốt chung để hiển thị kết
quả đo.
4. Nguồn cấp điện áp
Cấp điện áp cho mạch cầu, bộ khuyếch đại, bộ xử lý và màn hình hiển thị.
Tạo nguồn đối xứng
±
15V cấp nguồn nuôi cho bộ khuyếch đại; tạo nguồn
5V nuôi bộ xử lý.
V. Tiến hành dán strain gauge
1. Chuẩn bị vật tư, dụng cụ
a) Vật tư cần dùng
- Trục chịu xoắn: trục mẫu gia công theo đúng bản vẽ thiết kế, Số lượng
01 trục.
- Băng dính loại Scotch. Số lượng: 02 cuộn,
- Keo dán loại Extra 4000. Số lượng: 02 tuyp,
- Strain gauge kiểu: Z23-FA-2-350-11 hãng sản xuất: SHOWA
MEASURING INSTRUMENTS CO.,LTD-JAPAN. Số lượng : 02 chiếc
- Giấy ráp mịn: 02 tờ
- Dung môi làm sạch chuyên dụng, cồn 70

0
- Dây dẫn tín hiệu chống nhiễu: số lượng 50cm.
21
- Cầu dẫn điện 4 chân: Số lượng 01 cầu.
- Bộ khuyếch đại 3B18, bộ xử lý ardunio, nguồn cấp điện, màn hình hiển thị.
- Bộ hiển thị: loại Daytronic 3570,
b) Thiết bị phục vụ thí nghiệm:
- Máy công cụ gồm: Máy tiện, máy mài, máy khoan, máy phay.
- Các dụng cụ cầm tay: Máy mài, máy cắt, máy đánh bóng.
- Mỏ hàn, dây hàn, đồng hồ đo Amprobe AM-570.
2. Các bước tiến hành dán strain gauge
- Bước 1: Làm sạch bề mặt trục quay bằng giấy ráp và dung môi.
- Bước 2: Lấy dầu vị trí dán trên trục quay và dán Strain gauge lên trục
quay theo dấu đã vạch sẵn: Quá trình lấy dấu được thực hiện trên máy tiện để
đảm bảo độ chính xác. Sau đó làm sạch bể mặt thân trục và các strain gauge lần
2. Sau khi được làm sạch bề mặt thân trục và các strain gauge được phủ bằng
một lớp keo dính. Các strain gauge này sau đó được dán lên thân trục
- Bước 3: Hàn nối tạo mạch cầu: Sau khi keo khô, bóc lớp băng dính bên
ngoài, dùng dung môi nhẹ nhang tẩy rửa bề mặt của strain gauge. Dùng mỏ hàn
và dây dẫn hàn nối tạo dây cấp nguồn vào và dây nhận tín hiệu đầu ra cho mạch
cầu theo sơ đồ nguyên lý 6 dây.
- Bước 4: Kết nối đầu dây tín hiệu và điện áp kích thích của mạch cầu với
mạch khuyếch đại 3B18 và bộ xử lý, nguồn nuôi và màn hình hiển thị.
- Bước 5. Gá đặt các thiết bị điện tử lên trục quay
- Bước 6: Phủ slicon A900 nên bề mặt thế bị điện tử: Bề mặt dán các
strain gauge và mạch điện trở của thiết bị sẽ được phủ một lớp silicon A 900 bảo
vệ straingauge, mạch điện trở và hệ thống dây điện từ khỏi tác động của độ ẩm
môi trường.
- Bước 7. Thí nghiệm khảo sát giá trị điện áp hiển thị khi đặt giá trị mô
men đã biết

- Bước 8. Gá đặt trục quay lên bộ truyền động tạo mô men xoắn.
22
CHƯƠNG 4
XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BẰNG THỰC
NGHIỆM
I. Thiết kế sơ đồ thí nghiệm
1. Mục đích:
- Xác định giá điện áp đầu ra thông qua mô men xoắn tác dụng lên phần từ
biến dạng. Đưa ra mối quan hệ giữa chúng.
2. Mô hình thí nghiệm
3. Thiết bị thí nghiệm
Thực hiện tại Trung tâm sáng tạo sản phẩm, trường Đại học KT công nghiệp
- Thiết bị tạo mô men xoắn và cơ cấu hãm;
- Bộ hiển thị daytronic 3570
Tạo mô men xoắn
cho thiết bị đo
Quan hệ giữa mô
men xoắn và điện áp
Đo điện áp đầu ra
23
Hình 4.1. Hình ảnh lắp đặt thiết bị đo mô men xoắn trên truc quay lên bộ
truyền động tạo mô men xoắn
II. Kết quả thí nghiệm
1. Thí nghiệm khảo sát giá trị điện áp hiển thị khi đặt tải trọng đã biết.
Lần lượt áp tải mômen xoắn từ 0Nm đến 500Nm ta có bảng giá trị sau:
Bảng 3 giá trị điện áp hiển thị (điện áp sau khuyếch đại) trên màn hình (Vo)
Thứ tự
Giá trị mô
men xoắn M
(Nm)

Điện áp sau
khuyếch đại - giá
trị hiển thị (Vo)
(V)
Thứ
tự
Giá trị mô
men xoắn M
(Nm)
Điện áp sau khuyếch
đại - giá trị hiển thị
(Vo) (V)
1 0 0 26 250 0,6352
2 10 0,0278 27 260 0,6606
3 20 0,0519 28 270 0,6859
4 30 0,0742 29 280 0,7114
5 40 0,1016 30 290 0,7368
6 50 0,1270 31 300 0,7622
7 60 0,1524 32 310 0,7663
8 70 0,1778 33 320 0,7909
9 80 0,2032 34 330 0,8156
10 90 0,2286 35 340 0,8638
11 100 0,2541 36 350 0,8892
12 110 0,2795 37 360 0,9146
13 120 0,2975 38 370 0,9400
24
14 130 0,3222 39 380 0,9654
15 140 0,3469 40 390 0,9636
16 150 0,3715 41 400 0,9883
17 160 0,4065 42 410 1,0417

18 170 0,4319 43 420 1,0671
19 180 0,4573 44 430 1,0925
20 190 0,4702 45 440 1,1179
21 200 0,4949 46 450 1,1433
22 210 0,5196 47 460 1,1687
23 220 0,5442 48 470 1,1941
24 230 0,5843 49 480 1,2195
25 240 0,6097 50 490 1,2103
51 500 1,2350
Qua đồ thị ta thấy đường biểu diễn quan hệ điện áp và mô men là đường
tuyến tính.
Từ đó ta suy ra được phương trình biểu diễn quan hệ M-V như sau:
V
O
=0,00254M (V) Hoặc M=
00254,0
o
V
(Nm)
2. Thí nghiệm đo mô men xoắn trên trục quay.
Gá đặt thiết bị đo lên trục truyền dẫn, cho trục xoắn chuyển động với tốc
độ 92 vòng/phút, ta đo được các giá trị điện áp và mô men như sau:
Bảng 4. Bảng giá trị hiển thị điện áp V
o
và giá trị mô men tương ứng
Lầ
n
đo
Giá trị hiển thị
Điện áp

hiển thị V
0
Giá trị mô
men (Nm)
Điện áp
hiển thị V
0
Giá trị mô
men (Nm)
Điện áp
hiển thị V
0
Giá trị mô
men (Nm)
Lần thí nghiệm 1 Lần thí nghiệm 2 Lần thí nghiệm 3
0 0 0 0 0 0 0
1 0,0029 1,1410 0,0175 7,8878 0,0850 31,455
2 0,0879 34,697 0,0879 34,397 0,2199 86,550
3 0,1759 69,230 0,1730 68,090 0,3277 128,98
4 0,2791 109,85 0,2521 99,220 0,4245 167,08
5 0,4110 161,77 0,3140 123,59 0,5170 203,49
6 0,4750 186,96 0,4017 158,11 0,5880 231,43
7 0,5819 229,04 0,4755 187,17 0,7107 279,71
25
8 0,6800 267,65 0,5521 217,29 0,8107 319,10
9 0,7781 306,25 0,6286 247,41 0,9108 358,50
10 0,8762 345,86 0,7051 276,53 1,0109 398,89
11 0,9743 385,47 0,7816 305,65 1,1110 433,28
Kết quả giá trị đo mo men xoắn được biểu diễn dưới dạng đồ thị như sau:
Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn kết quả đo mô men hiển thị qua giá trị điện áp V

0
3. Đánh giá kết quả và nhận xét
Đã xác định được giá trị điện áp đầu ra khi có mô men xoắn tác dụng. Xây
dựng được phương trình chỉ ra mối quan hệ giữa điện áp và mô men
- Nghiên cứu lựa chọn bộ khuyếch đại 3B18, bộ xử lý Ardunio giảm bớt
sự phức tạp trong tính toán và thiết kế phần cứng. Kết quả thí nghiệm cho thấy
thiết bị sau khi chế tạo đáp ứng được yêu cầu đặt ra cho bài toán xử lý tín hiệu
strain gauge ứng dụng trong việc đo mô men xoắn.
4. Kết luận và
hướng
nghiên cứu tiếp theo
- Kết luận:
+ Tác giả đã bước đầu đã nghiên cứu, chế tạo thành công thiết bị đo
mô men xoắn trên trục quay. Tuy nhiên do điều kiện nghiên cứu chế tạo trong
nước như là tài liệu, hệ thống phòng thí nghiệm và cả những vấn đề về tài
chính còn khó khăn thiếu thốn nên độ chính xác, độ tin cậy của tín hiệu của