thiết kế, chế tạo mô hình các cảm biến trang bị cho động cơ phun xăng điện tử
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.53 MB, 135 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KĨ THUẬT CƠ KHÍ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
CÁC CẢM BIẾN TRANG BỊ
CHO ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HIỆN
ThS. Bùi Văn Hữu
Ngô Văn Lix (MSSV: 1110488)
Ngô Mã Anh (MSSV: 1117680)
Ngành: Cơ khí giao thông - Khóa: K37
Tháng 5/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KĨ THUẬT CƠ KHÍ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
CÁC CẢM BIẾN TRANG BỊ
CHO ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HIỆN
ThS. Bùi Văn Hữu
Ngô Văn Lix (MSSV: 1110488)
Ngô Mã Anh (MSSV: 1117680)
Ngành: Cơ khí giao thông - Khóa: K37
Tháng 5/2015
Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Trong bốn năm đại học, tôi xin chân thân thành c ảm ơn quý thầy cô đã tận
tình tuyền đạt nguồn kiến thức chuyên ngành cơ khí vô cùng quý báo làm nền tảng
vững chắc để tôi tự tin bƣớc vào đời và thành công trong công việc sau này.
Để hoàn thành đề tài “ Thiết kế, chế tạo mô hình các cảm biến trong động cơ
xăng”, xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Văn Hữu đã nhiệt tình hƣớng dẫn và chỉ dạy
khi thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn thầy Trần Thanh Tâm, thầy Phạm Văn Măng và thầy Nguyễn
Quý Dƣơng đã tận tình hƣớng dẫn những kiến thức thực tế về sửa chữa và tạo điều
kiện thuận lợi để mô hình thực hiện chế tạo và lắp đặt đƣợc hoàn thành.
Xin cảm ơn cha mẹ đã dạy dỗ, nuôi dƣỡng và tạo điều kiện thuận lợi nhất để
việc học đại học đƣợc hoàn thành.
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
i
Nhận xét
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN
1. Cán bộ chấm phản biện: Trần Thanh Tâm
Huỳnh Việt Phƣơng
Phạm Văn Bình
Bùi Văn Hữu
2. Đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình các cảm biến trang bị cho động cơ phun
xăng điện tử.
3. Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix
MSSV: 1110488
Ngô Mã nh
4. Lớp: Cơ Khí Giao Thông
5. Nội dung nhận xét:
1117680
Khóa: K37
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
ii
Nhận xét
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
iii
Nhận xét
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
6. Điểm đánh giá:
Cần thơ, ngày ….. tháng …. năm 2015.
Cán bộ chấm phản biện
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
iv
Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, ứng dụng cảm biến vào các thiết bị con ngƣời đang sử dụng à vô
cùng đa dạng và phong ph đặc biệt à trên các thiết bị ô tô. Vì vậy việc tìm hiểu,
nghiên cứu các cảm biến àm tiền đề cho sự phát triển và ứng dụng vào thực tế.
Đồng thời, Để phục vụ cho công tác giảng dạy việc mô hình h a các thiết bị cảm
biến à vô cùng cần thiết đem ại cái nhìn trực quan cho các học sinh và thêm phần
sinh động cho quá trình giảng dạy và học tập. Chính vì thế, vấn đề tìm hiểu, nghiên
cứu và mô hình h a các cảm biến ô tô à rất cần thiết.
Qua sơ ƣợc tài liệu, đề tài đã tìm hiểu đƣợc nguyên lý hoạt động và cấu tạo
của các cảm biến trang bị cho hệ thống phun xăng điện tử. Dựa vào những kiến
đƣợc tìm hiểu, đề tài đã thiết kế mô hình cho từng cảm biến và chế tạo đƣợc mô
hình thực tế. Mô hình thực tế đƣợc chế tạo các linh kiện điện tử trên thị trƣờng thì
mô hình hoạt động đ ng với yêu cầu đặt ra của đề tài. Tuy mô hình còn nhiều mặt
hạn chế do một số cảm biến chƣa đáp ứng kịp khi điều kiện thử nghiệm thay đổi.
Đề tài còn hạn chế nhƣng vẫn đáp ứng đƣợc quá trình học tập, giảng dạy của giáo
viên với mục tiêu giúp sinh viên tiếp thu nhanh và hiểu sâu hơn.
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
v
Mục lục
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ v
MỤC LỤC ................................................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. x
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. xii
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 1
XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ ............................................................................ 1
CHƢƠNG 2 ................................................................................................................ 3
KHÁI QUÁT CẢM BIẾN .......................................................................................... 3
2.1.
Khái niệm và phân loại ................................................................................. 3
2.1.1.
Khái niệm ............................................................................................... 3
2.1.2.
Phân loại cảm biến.................................................................................. 3
2.2.
Một số loại cảm biến thông dụng .................................................................. 6
2.2.1.
Cảm biến nhiệt ........................................................................................ 6
2.2.1.1.
Cặp nhiệt điện (Thermocoup e - Can nhiệt) .................................... 6
2.2.1.2.
Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD)................... 7
2.2.1.3.
Điện trở oxit kim oại (PTC Thermistor và NTC Thermistor) ........ 8
2.2.1.4.
Cảm biến nhiệt bán dẫn ................................................................... 9
2.2.1.5.
Nhiệt kế bức xạ ( hỏa kế) ................................................................. 9
2.2.2.
Cảm biến quang .................................................................................... 10
2.2.3.
Cảm biến độ vận tốc ............................................................................. 10
2.2.3.1.
2.2.4.
Tốc độ kế điện từ ........................................................................... 11
Cảm biến ƣu ƣợng .............................................................................. 13
2.2.4.1.
Công tơ thể tích.............................................................................. 13
2.2.4.2.
Công tơ tốc độ................................................................................ 14
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
vi
Mục lục
2.2.4.3.
2.2.5.
Lƣu ƣợng kế màng chắn ............................................................... 16
Cảm biến đo vị trí dịch chuyển ............................................................ 17
2.2.5.1.
Cảm biến quang phản xạ ............................................................... 17
2.2.5.2.
Cảm biến quang soi thấu ............................................................... 18
2.2.5.3.
Cảm biến sử dụng phần tử áp điện ................................................ 20
2.2.5.4.
Cảm biến âm từ .............................................................................. 21
CHƢƠNG 3: ............................................................................................................. 23
CÁC CẢM BIẾN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ....................................... 23
3.1.
Cảm biến ƣu ƣợng ..................................................................................... 23
3.1.1.
Kiểu van trƣợt ....................................................................................... 23
3.1.2.
Kiểu dây sấy ......................................................................................... 32
3.1.3.
Kiểu Karman ........................................................................................ 34
3.1.3.1.
Karman siêu âm ............................................................................. 35
3.1.3.2.
Karman quang ................................................................................ 37
3.2.
Cảm biến chân không .................................................................................. 41
3.3.
Cảm biến nhiệt độ không khí nạp ............................................................... 48
3.4.
Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát ................................................................ 49
3.5.
Cảm biến vị trí bƣớm ga.............................................................................. 52
3.5.1.
Cảm biến vị trí bƣớm ga kiểu tiếp điểm ............................................... 53
3.5.2.
Kiểu tuyến tính ..................................................................................... 54
3.6.
Cảm biến vị trí trục cam, vị trí trục khuỷu .................................................. 58
3.6.1.
Cảm biến vị trí kiểu từ trƣờng .............................................................. 60
3.6.1.1.
Cảm biến vị trí trục cam kiểu từ trƣờng ........................................ 60
3.6.1.2.
Cảm biến vị trí trục khuỷu kiểu từ trƣờng ..................................... 61
3.6.2.
Cảm biến vị trí trục khuỷu kiểu quang ................................................. 62
3.7.
Cảm biến oxy .............................................................................................. 65
3.8.
Cảm biến kích nổ......................................................................................... 68
CHƢƠNG 4: ............................................................................................................. 70
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
vii
Mục lục
KHÁI QUÁT LINH KIỆN ...................................................................................... 70
4.1.
Tụ điện......................................................................................................... 70
4.2.
Điện trở........................................................................................................ 72
4.3.
Op-Amps ..................................................................................................... 73
4.4.
Led ............................................................................................................... 75
4.5.
Ic 555 ........................................................................................................... 79
4.6.
Cảm biến nhiệt độ LM35 ............................................................................ 81
CHƢƠNG 5: ............................................................................................................. 82
THIẾT KẾ MÔ HÌNH CẢM BIẾN.......................................................................... 82
5.1.
Chọn cảm biến ............................................................................................. 82
5.2.
Thiết kế chung ............................................................................................. 82
5.3.
Các cảm biến: .............................................................................................. 84
5.3.2.
Cảm biến karman dây sấy .................................................................... 86
5.3.2.1.
Mạch nhận tín hiệu dây sấy ........................................................... 86
5.3.2.2.
Mạch điều chỉnh tốc độ quạt.......................................................... 89
5.3.3.
Mạch cảm biến karman dạng quang ..................................................... 91
5.3.3.1.
Mạch nhận tín hiệu karman ........................................................... 91
5.3.3.2.
Mạch điều chỉnh tốc độ quạt.......................................................... 93
5.3.4.
Mạch cảm biến vị trí dạng quang ......................................................... 94
5.3.4.1.
Mạch nhận tín hiệu dang quang ..................................................... 94
5.3.4.2.
Mạch điều chỉnh tốc độ quay của đĩa ............................................ 96
5.3.4.3.
Mạch đếm số vòng quay ................................................................ 98
5.4.
Mạch cảm biến vị trí dạng từ trƣờng ......................................................... 101
5.5.
Cảm biến vị trí bƣớm ga............................................................................ 104
5.6.
Lắp ghép sa bàn ......................................................................................... 108
5.7.
Chạy thử và kiểm tra mô hình ................................................................... 109
CHƢƠNG 6: ........................................................................................................... 111
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 111
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
viii
Mục lục
6.1.
Kết luận ..................................................................................................... 111
6.2.
Kiến nghị ................................................................................................... 112
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
ix
Danh mục bảng
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Nhu cầu sử dụng ô tô 1999- 2004. ................................................................. 1
Bảng 2.1: Phân loại cảm biến theo chuyển đổi đáp ứng và kích thƣớc. ......................... 3
Bảng 2.2 : Phân loai cảm biến theo dạng kích thích. ...................................................... 4
Bảng 2.3: Phân loại cảm biến theo tính năng của bộ cảm biến. ..................................... 5
Bảng 2.4: Phân loại cảm biến theo phạm vi sử dụng. ..................................................... 6
Bảng 3.1 Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng 1MZ - FE 1997 - 2003 (Toyota). ........... 26
Bảng 3.2: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng 1MZ - FE 1997 - 2003 (Toyota). .......... 26
Bảng 3.3: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng một số dòng xe hãng Nissan. ................ 26
Bảng 3.4: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng Nissan BlueBird 1993 – 1997. .............. 28
Bảng 3.5: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng Nissan PULSAR 1995 – 2000. ............. 28
Bảng 3.6: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng Nissan PULSAR 2000 – 2003. ............. 28
Bảng 3.7: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng Nissan SKYLINE 1986 – 1980 ............ 28
Bảng 3.8: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng một số dòng ô tô Kia............................. 29
Bảng 3.9: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng một số dòng xe Maxda.......................... 29
Bảng 3.10: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng MAZADA 121 2001 – 2002. .............. 30
Bảng 3.11: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng MAZADA 121 1996 – 2000. .............. 30
Bảng 3.12: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng MAZADA 323 2001 – 2004 2.0L. ..... 30
Bảng 3.13: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng MAZADA 323 1998 – 2003 1.6L. ..... 30
Bảng 3.14: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng một số dòng ô tô Huyndai................... 31
Bảng 3.15: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng SONATA 1998 – 2003. ...................... 31
Bảng 3.16: Thông số tín hiệu bộ đo ƣu ƣợng một số dòng ô tô Ford. ........................ 31
Bảng 3.17: Thông số karman quang xe SONATA 1990 – 1992. ................................. 40
Bảng 3.18: Thông số karman quang của hãng MITSUBISHI. ..................................... 40
Bảng 3.19 Thông số tín hiệu karman quang một số xe HUYNDAI ............................. 41
Bảng 3.20: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 3S - GE 1986 -1989. ............. 43
Bảng 3.21: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 4A – FE (1989 - 1995), ......... 43
Bảng 3.22: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 5S – FE (1993 - 1997), (1997 2003).............................................................................................................................. 43
Bảng 3.23: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 1FZ – FE (1998 – 2003). ....... 44
Bảng 3.24: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 1989 – 1993 F22A5. .............. 44
Bảng 3.25: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 1986 – 1989 2.0 4xyl A20A. 44
Bảng 3.26: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 1989 – 1993 F22A5. .............. 44
Bảng 3.27: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 1989 – 1993 F22A5. ............. 45
Bảng 3.28 : Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe 1989 – 1993 F22A5. ............. 45
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
x
Danh mục bảng
Bảng 3.29: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe ACCENT 200- -2003. .......... 45
Bảng 3.30: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe COUPE 1996 – 2001. ............ 46
Bảng 3.31: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe EXEL 1992 – 1994. .............. 46
Bảng 3.32: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe ELAMTRA 2000 – 2003...... 46
Bảng 3.33: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe NISSAN NAVARA 20012004. .............................................................................................................................. 47
Bảng 3.34: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe PULSAR 1987- 1991. ........... 47
Bảng 3.35: Thông số tín hiệu cảm biến chân không xe PULSAR 1987- 1991. .......... 47
Bảng3.36: Thông số tín hiệu cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát. ................................... 51
Bảng 3.37: Thông số tín hiệu một số xe hãng TOYOTA. ........................................... 56
Bảng 3.38: Thông số tín hiệu một số xe hãng TOYOTA. ........................................... 57
Bảng 3.39: Thông số tín hiệu một số xe hãng TOYOTA. ........................................... 57
Bảng 3.40: Thông số tín hiệu một số xe hãng TOYOTA. ........................................... 58
Bảng 3.41: Thông số tín hiệu một số xe hãng TOYOTA. ........................................... 58
Bảng 3.41: Thông số tín hiệu cảm biến vi trí một số ô tô hãng ToYoTa. .................... 63
Bảng 5.1: Linh kiện lắp mạch cảm biến nƣớc làm mát. ............................................... 84
Bảng 5.2: Linh kiện lắp mạch cảm biến dây sấy. ......................................................... 87
Bảng 5.3: Linh kiện cần lắp mạch điều khiển quạt. ...................................................... 90
Bảng 5.4: Linh kiện cần lắp mạch karman quang. ........................................................ 91
Bảng 5.5: Linh kiện lắp mạch điều khiển quạt. ............................................................ 94
Bảng 5.6: Linh kiện cần lắp mạch vị trí dạng quang. ................................................... 95
Bảng 5.7: Linh kiện cần lắp mạch điều chỉnh tốc độ đĩa. ............................................. 96
Bảng 5.8: Linh kiện lắp mạch đếm số vòng quay. ........................................................ 98
Bảng 5.9: Linh kiện cần lắp mạch vị trí dạng từ trƣờng. ............................................ 102
Bảng 5.10: Linh kiện cần lắp mạch vị cảm biến vị trí bƣớm ga. ................................ 104
Bảng 5.11: Vật liệu lắp ghép khung sa bàn................................................................ 108
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
xi
Danh mục hình
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Cặp nhiệt điện. ............................................................................................ 6
Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo của máy phát dòng một chiều. ........................................... 11
Hình 2.3: Cảm biến dùng cuộn dây di động. ............................................................ 12
Hình 2.4: Cảm biến có lõi từ di dộng. ...................................................................... 13
Hình 2.5: Công tơ thể tích kiểu bánh răng hình ô van. ............................................. 13
Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo công tơ tốc độ tuabin hƣớng trục. ...................................... 14
Hình 2.7: Công tơ tốc độ kiểu tuabin tiếp tuyến....................................................... 16
Hình 2.8: Phân bố vân tốc và áp suất của một dòng chảy ý tƣởng qua lỗ thu hẹp. . 17
Hình 2.9: Cảm biến quang phản xạ. ......................................................................... 17
Hình 2.10: a) Sơ đồ cấu tạo cảm biến quang soi thấu, b) Tín hiệu ra. ..................... 18
Hình 2.11: Sơ đồ khối của một thiết bị đo dịch chuyển bằng s ng đàn hồi. ............ 19
Hình 2.12: Các dạng s ng đàn hồi. ........................................................................... 20
Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý cảm biến âm từ. .......................................................... 21
Hình 3.1: Cảm biến ƣu ƣợng kiểu van trƣợt........................................................... 23
Hình 3.2: Cấu tạo cảm biến. ..................................................................................... 24
Hình 3.3: Kiểu van trƣợt tăng áp .............................................................................. 24
Hình 3.4: Kiểu van trƣợt giảm áp. ............................................................................ 25
Hình 3.5: Karman dạng dây sấy. .............................................................................. 32
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý karman dây sấy. ............................................................. 32
Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động và tín hiệu điện áp. ................................................. 33
Hình 3.8: Vị trí điện lắp điện trở nhiệt. .................................................................... 33
Hình 3.9: Sơ đồ mạch karman siêu âm. .................................................................... 35
Hình 3.10: Nguyên lý hoạt động karman siêu âm. ................................................... 36
Hình 3.11: Dòng xoáy tạo ra ở nhiều cấp độ. ........................................................... 36
Hình 3.12: Tín hiệu điện áp. ..................................................................................... 37
Hình 3.13: Cấu tạo karman quang. ........................................................................... 37
Hinh 3.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động. .................................................................... 38
Hình 3.15: Sơ đồ nhận tín hiệu. ................................................................................ 38
Hình 3.16: Tín hiệu nhận ở nhiều tốc độ .................................................................. 39
Hình 3.17: Sơ đồ mạch điện bộ phận nhận tính hiệu................................................ 39
Hình 3.18: Cấu tạo cảm biến chân không. ................................................................ 41
Hình 3.19: Sơ đồ mạch cảm biến áp suất đƣờng ống nạp. ....................................... 42
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
xii
Danh mục hình
Hình 3.20: Sơ đồ mạch nhiệt độ khí nạp. ................................................................. 48
Hình 3.21: Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ khí nạp. ................................... 48
Hình 3.22: Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát. ........................................................... 49
Hình 3.23: Vị trí lắp cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát. ............................................ 50
Hình 3.24: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nƣớt làm mát. ............................................... 50
Hình 3.25: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát........................................... 51
Hình 3.26: Cảm biến bƣớm ga. ................................................................................. 52
Hình 3.27: Bƣớm ga kiểu tiếp điểm. ........................................................................ 53
Hình 3.28: Bƣớm ga kiểu tuyến tính. ....................................................................... 54
Hình 3.29: Cảm biến tốc độ trục khuỷu và vị trí cam. ............................................. 59
Hình 3.30: Vị trí đặt cảm biến. ................................................................................. 59
Hình 3.31: Cảm biến vị trí cam kiểu từ trƣờng......................................................... 60
Hình 3.32: Cảm biến vị trí trục khuỷu. ..................................................................... 61
Hình 3.33: Cảm biến vị trí quang. ............................................................................ 62
Hình 3.34: Sơ đồ trên động cơ nissan ....................................................................... 62
Hình 3.35: Mạch cảm biến vị trí kiểu quang. ........................................................... 63
Hình 3.36: Cấu tạo cảm biến oxy. ............................................................................ 66
Hình 3.37: Mạch điện cảm biến oxy. ........................................................................ 66
Hình 3.38: Cảm biến kích nổ. ................................................................................... 68
Hình 3.39: Cấu tạo cảm biến kích nổ. ...................................................................... 68
Hình 3.40: Biểu đồ biên độ dao động của cảm biến. ................................................ 69
Hình 3.41: Mạch cảm biến kích nổ. .......................................................................... 69
Hình 4.1: Cấu tạo tụ điện. ......................................................................................... 70
Hình 4.2: Kí hiệu tụ điện. ......................................................................................... 70
Hình 4.3: Tụ phân cực. ............................................................................................. 71
Hình 4.4: Tụ xoay. .................................................................................................... 71
Hình 4.5: Cấu tạo điện trở. ....................................................................................... 72
Hình 4.6: Bảng màu giá trị điện trở .......................................................................... 73
Hình 4.7: Cấu tạo Op-Amps. .................................................................................... 73
Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý Op-Amps. ...................................................................... 74
Hình 4.9: Sơ đồ chân Op-Amps................................................................................ 75
Hình 4.10: Kí hiệu led............................................................................................... 75
Hình 4.11: Cấu tạo led. ............................................................................................. 76
Hình 4.12: Cấu tạo led màu trắng. ............................................................................ 76
Hình 4.13: Led PCB.................................................................................................. 77
Hình 4.14: Led chân kim loại. .................................................................................. 77
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
xiii
Danh mục hình
Hình 4.15: Led dạng bƣớm bằng kim loại. ............................................................... 77
Hình 4.16: Led dạng phát sáng bề mặt. .................................................................... 77
Hình 4.17: Led dạng đ ng g i vuông g c. ............................................................... 78
Hình 4.18: Led công suất lớn.................................................................................... 78
Hình 4.19: Nguyên lý phát sáng led. ........................................................................ 79
Hình 4.20: Ic 555. ..................................................................................................... 80
Hình 4.20: Cảm biến nhiệt độ LM35. ....................................................................... 81
Hình 5.1: Bản vẽ khung sa bàn ................................................................................. 83
Hình 5.2: Bản vẽ bố trí cảm biến. ............................................................................. 83
Hình 5.1: Sơ đồ cấu tạo cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát. ....................................... 84
Hình 5.2: Sơ đồ lắp mạch cảm biến nhiệt độ nhiệt độ nƣớc làm mát. ...................... 85
Hinh 5.3: Ảnh cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát lắp trên sa bàn. ............................. 85
Hình 5.4: Sơ đồ cấu tạo cảm biến karman dây sấy. .................................................. 86
Hình 5.5: Sơ đồ mạch cảm biến dạng dây sấy. ......................................................... 88
Hinh 5.6: Ảnh cảm biến karman dây sấy lắp trên sa bàn. ........................................ 88
Hình 5.7: Sơ đồ lắp mạch điều khiển quạt. ............................................................... 90
Hình 5.8: Sơ đồ cấu tạo cảm biến karman dây sấy. .................................................. 91
Hình 5.9: Sơ đồ mạch cảm biến karman quang. ....................................................... 92
Hình 5.10: Sơ đồ mạch cảm biến karman quang lắp trên sa bàn.............................. 92
Hình 5.11: Sơ đồ mạch tốc độ quạt. ......................................................................... 93
Hình 5.12: Sơ đồ cấu tạo cảm biến vị trí dạng quang............................................... 94
Hình 5.13: Sơ đồ mạch cảm biến vị trí dạng quang. ................................................ 95
Hình 5.14: Sơ đồ lắp mạch điều khiển tốc độ đĩa. .................................................... 97
Hình 5.15: Cảm biến karman quang lắp trên sa bàn. ................................................ 97
Hình 5.16: Sơ đồ mạch hiện thị số vòng quay. ......................................................... 99
Hình 5.17: Led 7 đoạn lắp trên sa bàn. ..................................................................... 98
Hình 5.18: Mạch cảm biến vị trí quang. ................................................................. 100
Hình 5.19: Sơ đồ cấu tạo cảm biến vị trí dạng từ trƣờng. ...................................... 101
Hình 5.20: Nguyên tắc hoạt động cảm biến dạng từ trƣờng................................... 101
Hình 5.21: Sơ đồ lắp mạch vị trí từ trƣờng. ............................................................ 102
Hình 5.22: Cảm biến vị trí dạng từ trƣờng trên sa bàn. .......................................... 103
Hình 5.23 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bánh răng. ....................................................... 103
Hình 5.24: Sơ đồ mạch bƣớm ga tuyến tính. .......................................................... 106
Hình 5.25: Sơ đồ mạch bƣớm ga tiếp điểm. ........................................................... 107
Hình 5.26: Cảm biến vị trí bƣớm ga lắp trên sa bàn. ............................................. 108
Hình 5.27: Bản vẽ hoàn thành sa bàn. .................................................................... 109
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
xiv
Danh mục hình
Hình 5.27: Tất cả cám biến hoạt động. ................................................................... 110
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
xv
Chương 1: Xu hướng phát triển ô tô
CHƯƠNG 1
XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ô TÔ
Năm 1885 tại thành phố Mannhenim của Đức, chiếc ô tô chạy bằng động cơ
xăng đầu tiên trên thế giới đƣợc chế tạo bởi Car Benz, một k sƣ ngƣời Đức và à
ngƣời tiên phong trong ngành ô tô. ng đƣợc cấp bằng sáng chế ngày 20 tháng 1
năm 1886 và trở thành nhà sản suất ô tô đầu tiên vào năm 1888 ngay sau khi vợ
ông, bà Bertha Benz, thực hiện thành công chuyến đi xa đầu tiên ( từ Manheim đền
Pforzheim và trở về ) vào tháng 8 cùng năm. Thật vậy, chuyến đi của bà đã chứng
minh với mọi ngƣời rằng chiếc xe không dùng sức ngựa k o hoàn toàn phù hợp để
sử dụng nhƣ phƣơng tiện đi ại hằng ngày. Sự kiện trên à cột mốc ịch sử chứng
minh thời kì mở đầu cho ngành sản xuất ô tô phát triển mạnh mẽ nhƣ hiện nay.
Ở
ớ t
u ầu sử ụ
t
tụ t
qu
Bảng 1.1: Nhu cầu sử dụng ô tô 1999- 2004.
N
ố
t
ớ
1999
22596
2000
32259
2004
81497
vị
( />
Qua số iệu trên, ƣợng xe ô tô gia tăng iên tục qua đ phản ánh nhu cầu sử
dụng xe ô tô cao. Để nâng cao chất ƣợng và giá thành đồng thời c ng đem đến ại
sự tiện nghi cao nhất cho ngƣời sử dụng thì chính động cơ của ô tô đ phải đạt
những tiêu chí khắc khe nhất của nhà sản xuất. Ngày nay động cơ đƣợc cải tiến rất
nhiều về mặt cấu tr c, vật iệu chế tạo và cả chu trình điều khiển vận hành. ng
dụng điều khiển điện tử vào động cơ à bƣớc tiến quan trọng để động cơ vƣơn đến
các mục tiêu đã đặt ra một cách nhanh nhất. C nhiều oại hệ thống điện tử điều
khiển động cơ ngày nay đang đƣợc sử dụng . phân oại theo nguồn nguyên iệu sử
dụng cho động cơ:
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
1
Chương 1: Xu hướng phát triển ô tô
-
Điều khiển cho động cơ dầu: hệ thống Common Rai .
-
Điều khiển cho động cơ xăng: hệ thống RS .
Để các hệ thống trên hoạt động đ ng theo yêu cầu của ngƣời sản suất đặt ra
thì hệ thống cảm biến đ ng g p vai tr quan trọng. Hệ thống các cảm biến thông
báo tình trạng àm việc tại mỗi thời điểm của động cơ cho ECU xử ý và đƣa ra ệnh
điều khiển phù hợp. Hệ thống cảm biến của động cơ sử dụng hệ thống phun xăng
bao gồm: cảm biến vị trí bớm ga, cảm biến oxy, cảm biến nhiệt độ nƣớc trong động
cơ, bộ đo ƣu ƣợng gi , cảm biến nhiệt độ không khí nạp.
Việc tìm hiểu nguyên ý hoạt động và cấu tạo của cảm biến àm tiền đề cho
quá trình chế tạo vì các inh kiện cảm biến đang sử dụng hiện nay chủ yếu à nhập
kh u từ các nƣớc c ngành công nghiệp phát triển. Nƣớc ta c n nhiều hạn chế và
gặp nhiều kh khăn trong quá trình chế tạo, phát triển và ứng dụng các oại cảm
biến này. Ngày nay, tất cả các hệ thống thông minh ch ng ta đang sử dụng điều bắt
buộc dùng các cảm biến để ch ng hoạt động đƣợc. Đồng thời, để gi p giáo viên
truyền đạt dễ dàng, học sinh hiểu nhanh thêm phần sinh động cho bài giảng việc
nghiên cứu cảm biến và chế tạo mô hình hoạt động của các cảm biến à cần thiết.
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
2
Chương 2: Khái quát cảm biến
CHƯƠNG 2
KHÁI QUÁT CẢM BIẾN
2.1. Khái niệm và phân loại
2.1.1. Khái niệm
Cảm biến à thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại ƣợng vật ý và các
đại ƣợng không c tính chất điện cần đo thành các đại ƣợng điện c thể đo và xử
ý đƣợc.
Các đại ƣợng cần đo (m) thƣờng không c tính chất điện (nhƣ nhiệt độ, áp
suất ...) tác động ên cảm biến cho ta một đặc trƣng (s) mang tính chất điện (nhƣ
điện tích, điện áp, d ng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho ph p xác định
giá trị của đại ƣợng đo. Đặc trƣng (s) à hàm của đại ƣợng cần đo (m):
s = F(m) (1.1)
Ngƣời ta gọi (s) à đại ƣợng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là
đại ƣợng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc à đại ƣợng cần đo). Thông qua đo
đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m).
2.1.2. Phân loại cảm biến
Tùy theo các đặc trƣng phân oại, cảm biến c thể đƣợc chia thành nhiều oại
khác nhau.
T
o
uy
ý
uyể
ổ
ữ
pứ
và
t
ớ .
Bảng 2.1: Phân loại cảm biến theo chuyển đổi đáp ứng và kích thước.
Hệ t ợ
C uyể
ổ
pứ
và
t
ớ
- Nhiệt điện
Hiện tƣợng vật ý
- Quang điện
- Quang từ
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
3
Chương 2: Khái quát cảm biến
- Điện từ
- Quang đàn hồi
- Từ điện
H a học
Sinh học
-
Nhiệt từ
-
Biến đổi hoá học
-
Biến đổi điện hoá
-
Phân tích phổ
-
Biến đổi sinh hoá
-
Biến đổi vật ý
-
Hiệu ứng trên cơ thể sống
Theo dạng kích thích.
Bảng 2.2: Phân loai cảm biến theo dạng kích thích.
Hệ t ợ
Âm thanh
Điện
Từ
Quang
Kích thích
-
Biên pha, phân cực
-
Phổ
-
Tốc độ truyền sóng
-
Điện tích, d ng điện
-
Điện thế, điện áp
-
Điện trƣờng (biên, pha, phân cực, phổ)
-
Điện dẫn, hằng số điện môi ...
-
Từ trƣờng (biên, pha, phân cực, phổ)
-
Từ thông, cƣờng độ từ trƣờng
-
Độ từ th m
-
Biên, pha, phân cực, phổ
-
Tốc độ truyền
-
Hệ số phát xạ, khúc xạ
-
Hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
4
Chương 2: Khái quát cảm biến
Cơ
Nhiệt
Bức xạ
T
ot
-
Vị trí
-
Lực, áp suất
-
Gia tốc, vận tốc
-
ng suất, độ cứng
-
Mô men
-
Khối ƣợng, tỉ trọng
-
Vận tốc chất ƣu, độ nhớt
-
Nhiệt độ
-
Thông ƣợng
-
Nhiệt dung, tỉ nhiệt
-
Kiểu
-
Năng ƣợng
-
Cƣờng độ ...
ủa bộ cảm biến.
Bảng 2.3: Phân loại cảm biến theo tính năng của bộ cảm biến.
T
ả
bế
-
Độ nhạy
-
Độ chọn lọc - Độ tuyến tính
-
Độ chính xác
-
Công suất tiêu thụ
-
Độ phân giải
-
Dải tần
-
Khả năng quá tải
-
Điều kiện môi trƣờng
-
Tốc độ đáp ứng
-
Kích thƣớc, trọng ƣợng
-
Độ ổn định
-
Độ trễ
-
Tuổi thọ
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
5
Chương 2: Khái quát cảm biến
Phân loại theo phạm vi sử dụng.
Bảng 2.4: Phân loại cảm biến theo phạm vi sử dụng.
P ạ
v sử ụ
-
Công nghiệp
-
Dân dụng
-
Nghiên cứu khoa học
-
Giao thông
-
Môi trƣờng, khí tƣợng
-
V trụ
-
Thông tin, viễn thông
-
Quân sự
-
Nông nghiệp
Phân loại theo thông số của mô hình mạch thay thế :
-
Cảm biến tích cực c đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.
-
Cảm biến thụ động đƣợc đặc trƣng bằng các thông số R, L, C, M ...
tuyến tính hoặc phi tuyến.
2.2. Một số loại cảm biến thông dụng
2.2.1. Cả
bế
2.2.1.1. Cặp
ệt
ệt
ệ
T
r o oup - C
ệt
Hình 2.1: Cặp nhiệt điện.
-
Cấu tạo: Gồm 2 chất iệu kim oại khác nhau, hàn dính một đầu.
-
Nguyên ý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi mV.
-
Ƣu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
-
Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hƣởng àm sai số. Độ nhạy không cao.
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
6
Chương 2: Khái quát cảm biến
-
Thƣờng dùng: L nhiệt, môi trƣờng khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy
n n,…
-
Dải đo: -100 ~ 1800oC
ng dụng: Sản xuất công nghiệp, uyện kim, giáo dục hay gia công
-
vật iệu…
-
Trên thị trƣờng hiện nay c nhiều oại cặp nhiệt điện khác nhau (E, J,
K, R, S, T, B…) đ
à vì mỗi oại cặp nhiệt điện đ đƣợc cấu tạo bởi 1
chất iệu khác nhau, từ đ sức điện động tạo ra c ng khác nhau dẫn
đến dải đo c ng khác nhau. Ngƣời sử dụng cần ch ý điều này để c
thể ựa chọn oại cặp nhiệt điện phù hợp với yêu cầu của mình.
Đồng thời khi ắp đặt sử dụng oại cặp nhiệt điện thì cần ch ý tới những
điểm sau đây:
-
Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu
truyền đi dƣới dạng điện áp (mV) nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số
nhiều).
-
Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất
mát trên đƣờng dây. Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài,
chất liệu dây và môi trƣờng lắp đặt.
-
Không để các đầu dây nối của cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trƣờng
cần đo.
-
Đấu nối đ ng chiều âm, dƣơng cho cặp nhiệt điện.
2.2.1.2. N ệt
ệ trở R s t
t
p r tur
t tor –RTD).
-
Cấu tạo:RTD gồm c dây kim oại àm từ: Đồng, Nike ,
P atinum,…đƣợc quấn tùy theo hình dáng của đầu đo.
-
Nguyên í hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây
kim oại này sẽ thay đổi, và tùy chất iệu kim oại sẽ c độ tuyến tính
trong một khoảng nhiệt độ nhất định.
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
7
Chương 2: Khái quát cảm biến
-
Ƣu điểm: Độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều
dài dây không hạn chế.
-
Khuyết điểm: Dải đo b hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp
nhiệt điện
-
Dải đo: -200~700oC
ng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi
trƣờng hay gia công vật iệu, h a chất…Hiện nay phổ biến nhất của
RTD à oại cảm biến Pt, đƣợc àm từ P atinum. P atinum c điện trở
suất cao, chống oxy h a, độ nhạy cao, dải nhiệt đo đƣợc dài. Thƣờng
c các oại: 100, 200, 500, 1000 ohm (khi ở 0oC). Điện trở càng cao
thì độ nhạy nhiệt càng cao.
-
RTD thƣờng c oại: 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo
chính xác nhất.
2.2.1.3. Đ ệ trở o t
oạ PTC T
r
stor và NTC T
r
stor
-
Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim oại: mangan, nicke , coba t,…
-
Nguyên ý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
-
Ƣu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo.
-
Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp.
-
Dải đo:
-
ng dụng:Làm các chức năng bảo vệ, p vào cuộn dây động cơ, mạch
điện tử.
-
C hai oại thermistor: Hệ số nhiệt dƣơng PTC- điện trở tăng theo
nhiệt độ. Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thƣờng
dùng nhất à oại NTC.
C.
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh
8
