Đề cương hệ thống cơ điện tử trong giao thông và công nghiệp

ĐỀ 3
1. Các thành phần chính của hệ thống cđt. Khả năng phát triển của hệ thống cđt
trong tương lai
a.Thành phần cơ bản của hệ thống cơ điện tử:
- Hệ phát động và dẫn động: Bộ chuyển hóa năng lượng chuyển đổi năng lượng từ 1 dạng khác
(ví dụ: điện năng, cơ năng). Thông thường là các động cơ (điện từ, thủy khí, nhiệt) đóng vai trò
là cơ cấu phát động. Bộ phận dẫn động (truyền động) có vai trò truyền cơ năng từ bộ phận phát
động đến cơ cấu chấp hành.
- Cơ cấu chấp hành: Trong hệ thống cơ điện tử, cơ cấu chấp hành là một thiết bị hay dụng cụ mà
hệ thống đó dùng để tương tác với môi trường. Ví dụ như tay kẹp robot, trống quay trong máy
giặt, bàn chứa phôi và dao trong máy phay CNC.
- Hệ thống cảm biến đo lường (có thể có hoặc không): các cảm biến đo và thu thập dữ liệu nhằm
phản hồi vào hệ thống điều khiển qua đó các dữ liệu đo được xử lý và bộ điều khiển đưa ra tác
động lên quá trình động học, động lực học của hệ thống để thu được đáp ứng như mong muốn ở
đầu ra.
- Hệ thống điều khiển- bao gồm cả phần cứng (mạch điện, điện từ) và phần mềm chứa giải thuật
điều khiển của hệ thống.
Hướng phát triển trong tương lai:
- Xu thế phát triển của cơ điện trên thế giới là tích hợp ngày càng nhiều công nghệ, sản phẩm
ngày càng “thông minh” hơn và kích thước ngày càng nhỏ hơn.
- Công nghệ micro,nano thu nhỏ các thiết bị máy móc xuống kích thước của phân tử các sản
phẩm công nghệ trong tương lai.
- Nâng cao trí thông minh cho các sản phẩm cơ điện tử.

1


2. Cấu tạo, nllv, ưu nhược điểm. phạm vi sd của cơ cấu chấp hành là động cơ điện 1
chiều kiểu kích từ song song, nối tiếp, hỗn hợp?

a. Đ/c điện 1 chiều Kích từ nối tiếp: Loại động cơ điện này có cuộn dây phần

ứng và cuộn kích từ nối nối tiếp với nhau.

+ Ưu điểm:

1. Khi dòng điện phụ tải tăng sđđ cảm ứng giảm.Mặt khác do cuộn dây kích từ được nối
tiếp với cuộn dây phần ứng, từ thông tỉ lệ thuận với dòngđiện phần ứng, nê tải trọng
giảm, tốc độ của động cơ lại tăng.
2. Kích từ nối tiếp thích hợp với những động cơ dùng trong lĩnh vực giao thông.
Ví dụ: Đầu máy, to axe tự hành, oto điện.
b. Đ/c 1 chiều kích từ song song:

- Loại này có cuộn dây kích từ song song với cuộn dây phần ứng.
- Ưu điểm:
+ Tải trọng có thể thay đổi trong dải rộng nhưng tốc độ của động cơ vẫn được duy trì ổn định
+ Thích hợp với các loại máy công cụ, máy bơm hay đối với các loại máy cần sự ổn định về tốc
độ.
c. Đ/c điện 1 chiều kích từ hỗn hợp: là loại động cơ điện 1 chiều được kích từ bằng các cuộn
dây kích từ mắc nối tiếp và mắc song sogn với cuộn dây phần ứng.
- Ưu điểm: Có khả năng tạo ra các đường đặc tính theo ý muốn thích hợp với các động cơ điện
đòi hỏi sự thay đổi về phụ tải trong 1 dải rộng.

2


3. Các đặc tính của cảm biến và cơ cấu chấp hành.
a. Dải đo, độ nhạy và độ phân giải
- Dải đo của cảm biến là hiệu giữa đầu vào lớn nhất với đầu vào nhỏ nhất mà tương ứng với dải
giá trị đầu vào đó có giá trị đầu ra phù hợp.
VD: cặp nhiệt có dải từ -50oC đến 750oC thì dải đo là 800oC
- Độ nhạy của cảm biến: là thông số biểu diễn mỗi sự thay đổi của đầu vào sẽ có sự thay đổi

tương ứng của đầu ra.
- Độ phân giải: là khoảng nhỏ nhất của đầu vào mà cảm biến có thể đo được hay chính là số đếm
nhỏ nhất của cảm biến.
b. Sai số độ tuyến tính và độ chính xác.
- Sai số là sự sai khác giữa giá trị đo được và giá trị thực của đầu vào. Có 2 loại sai số:
+ Sai số hệ thống:là sai số ở tất cả các phép đo.
+ Sai số ngẫu nhiên: là sai số có ở 1 số các phép đo nào đó.
- Độ tuyến tính và độ chính xác: độ chính xác của 1 cảm biến tỷ lệ nghịch với sai số, sai số càng
nhỏ thì độ chính xác càng cao.
ĐỀ 4.
1. Trình bày nguyên lý đo lực. momen và cs
* Nguyên lý:

Khi vật liệu chịu kéo chiều dài sẽ tăng lên, khi vật liệu chịu nén chiều dài sẽ giảm xuống.
Với dầm chịu uốn 1 thớ của dầm sẽ chịu kéo và 1 thớ của dầm sẽ chịu nén.
Dựa vào các đặc tính trên người ta có các nguyên lý đo lực như sau:

- Dựa vào sự biến dạng của các phần tử đàn hồi.
- Cân bằng các lực chưa biết thong qua 1 hệ đo.
- Có thể đo gia tốc để xác định giá trị của lực khi đã biết khối lượng( để xác dịnh các lực
va đập).
A, Cảm biến đo lực
* Cảm biến tải trọng dầm

3


ε

1

= −ε 2 = ε 3 = −ε 4 =

∆ R1

R

1

=−

∆ R2

R

2

=

∆ R3

R

3

6M
2

Ebh
=−

=

6 Px
2

Ebh

∆ R4

R

4

Dựa vào giá trị E người ta xác định được giá trị của P.
* Cảm biến đo lực kéo
Cảm biến đo lực kéo thường sử dụng đó là các điện trở thay đổi khi bị biến dạng. Các điện trở
này được gắn lên các vật chịu lực khi vật bị biến dạng, điện trở trong cảm biến lực sẽ thay đổi
tùy theo mức độ biến dạng từ đó có thể xác định được độ lớn của lực kéo.
B, Đo mô men xoắn và công suất
Nguyên lý: khi chịu mô men các lớp ngoài cùng của trục chịu biến dạng lớn nhất và tại đó ứng
suất lớn nhất.
Dựa vào những biến dạng của lớp ngoài cùng có thể xác định được độ lớn của mô men xoắn Mx.
Nếu biết được độ lớn của Mx có thể xác định được công suất N=Mx.w
Trong đó w là vận tốc góc của trục.

- Lắp đặt

1. Cảm biến đo biến dạng
2. Cảm biến đo tốc độ

4


Thiết bị dẫn động là động cơ diesel, xăng hay các nguồn động lực khác.
Thiết bị bị động là nguồn tiêu thụ công suất, trong các thí nghiệm đo công suất của động cơ,
thiết bị bị động thong thường là các hộp phanh ma sát , hộp nước . các cảm biế đo biến dạng
thường được chế tạo bằng các sợi KL, các CB đo tốc độ thường dùng là các Encoder hoạt động
dựa trên nguyên lý biến xung.
2 .Cảm biến nhiệt độ dựa vào sự giãn nở khác nhau: rắn - rắn, rắn - lỏng
a. Nhiệt kế rắn-lỏng:

1.Chất lỏng
2.Chất rắn
- Nguyên lý làm việc: Khi nhiệt độ thay đổi chất rắn, lỏng có sự dãn nở khác nhau,do đó khi để
nhiệt kế tiếp xúc với vật cần đo có thể xác định được nhiệt độ của đối tượng đo.
+ Ưu điểm:

1. Tương đối đơn giản, giá thành tương đối thấp.
2. Độ chính xác tương đối cao, dễ bảo quản
+ Nhược điểm:

1. Dải đo bị hạn chế bởi nhiệt độ đông đặc và nhiệt độ bay hơi của chất lỏng.
ví dụ: Thủy ngân nhiệt độ đo được trong khoảng -40oC đến 500oC.
Cồn từ -200oC đến 250oC).

2. Hệ số dãn nở của một số chất rắn thay đổi theo nhiệt độ nên làm giảm độ chính xác của
phép đo
b. Nhiệt kế rắn-rắn:
- Nguyên lý làm việc là dựa vào sự thay đổi về thể tích dãn nở về chiều dài của 2 loại chất rắn
khác nhau, để xác định sự thay đổi về nhiệt độ

5


Khi nhiệt độ thay đổi 2 tấm kim loại có độ dãn nở khác nhau sẽ làm cho tấm phẳng được gắn
ρ
chặt bởi 2 tấm kim loại sẽ bị cong với bán kính cong
. Bán kính cong sẽ thay đổi theo sự
thay đổi của nhiệt độ. Ta có:

ρ=

2t
3(α A − α B )(T2 − T1 )

t: tổng chiều dài của 2 tấm
αA , αB : là hệ số dãn nở theo nhiệt độ
T2 và T1: lần lượt là nhiệt độ ở thời điểm sau và nhiệt độ ở thời điểm đầu.
+ Ưu điểm:

1. Có khoảng đo tương đối rộng.
2. Tương đối đơn giản.
3. Có thể dùng để đóng mở các công tắc dựa vào mức nhiệt độ.
+ Nhược điểm: Độ chính xác bị hạn chế khi phải đo trong khoảng đo rộng
3.Cảm biến gia tốc quán tính (Gia tốc kế quán tính)

1.Dây dẫn

6

2.Bộ điều chỉnh
3.Khối lượng dao động
4. Bộ xử ly
Nguyên lý làm việc: Bộ xử lý 4
sẽ xác định được gia tốc dựa vàocác giá trị f1 và f2
+ Ưu điểm: có thể xác định được các gia tốc tần số thấp năng lượng dao động nhỏ.
+ Nhược điểm: Cồng kềnh.

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRONG GIAO THÔNG VÀ CÔNG NGHIỆP
Câu 1: Định nghĩa hệ thống cơ điện tử? Trình bày các thành phần cơ bản của hệ thống cơ
điện tử?
 Định nghĩa hệ thống cơ điện tử:
- Cơ điện tử là sự tích hợp của cơ khí, điện tử và điều khiển thông minh bằng máy tính trong
thiết kế và chế tạo các sản phẩm của quá trình công nghiệp.
- Hệ thống cơ điện tử là 1 hệ thống bao gồm các thành phần cơ khí, cơ điện hoặc thủy khí, trong
đó có sự chuyển hóa năng lượng từ 1 dạng năng lượng khác sang cơ năng hoặc ngược lại và các
thành phần điện, điện tử trong mạch phần cứng, được điều khiển hoạt động dưới 1 giải thuật điều
khiển nhằm đạt được đáp ứng như mong muốn ở đầu ra của hệ thống.

 Thành phần cơ bản của hệ thống cơ điện tử:
+ Hệ phát động và dẫn động: Bộ chuyển hóa năng lượng chuyển đổi năng lượng từ 1 dạng
khác (ví dụ: điện năng, cơ năng). Thông thường là các động cơ (điện từ, thủy khí, nhiệt) đóng
vai trò là cơ cấu phát động. Bộ phận dẫn động (truyền động) có vai trò truyền cơ năng từ bộ
phận phát động đến cơ cấu chấp hành.
+ Cơ cấu chấp hành: Trong hệ thống cơ điện tử, cơ cấu chấp hành là một thiết bị hay dụng cụ
mà hệ thống đó dùng để tương tác với môi trường. Ví dụ như tay kẹp robot, trống quay trong
máy giặt, bàn chứa phôi và dao trong máy phay CNC.
+ Hệ thống cảm biến đo lường (có thể có hoặc không): các cảm biến đo và thu thập dữ liệu
nhằm phản hồi vào hệ thống điều khiển qua đó các dữ liệu đo được xử lý và bộ điều khiển

đưa ra tác động lên quá trình động học, động lực học của hệ thống để thu được đáp ứng như
mong muốn ở đầu ra.
+ Hệ thống điều khiển- bao gồm cả phần cứng (mạch điện, điện từ) và phần mềm chứa giải
thuật điều khiển của hệ thống.

Câu 2: Lịch sử phát triển của hệ thống cơ điện tử? Hướng phát triển trong tương lai?
 Lịch sử phát triển:

7


-

Trước năm 1990: hệ cơ khí thuần túy.
+ Máy hơi nước_động cơ đốt ngoài (1780)
+ Máy phát điện (1870)
+ Động cơ điện (1889)

-

Giai đoạn 1900- 1920:Giai đoạn này xuất hiện sự liên kết giữa hệ thống cơ khí và điện.
+ Rơle, cuộn hút.
+ Các máy khuếch đại thủy lực và khí nén.
+ Các bộ điều khiển, bộ khuếch đại.

-

Giai đoạn 1920-1935: cơ khí và điều khiển tự động.
+ Máy chữ điện.
+ Máy bay.

-

Giai đoạn 1935- 1955: hệ thống cơ khí, hệ thống điều khiển và điện.
+ Chất bán dẫn (1948)
+ Thysitor (1955)
+ Máy tính số, thang máy, tuốc bin hơi nước.

Giai đoạn 1955- 1975: Giai đoạn này hệ thống cơ điện tử tích hợp giữa máy tính, điều
khiển và hệ thống cơ khí.
+ Máy tính xử lý (CPU) (1959)
+ Tự động hóa dựa trên số hóa (1975)
+ Robot công nghiệp
+ Ổ đĩa
-

Giai đoạn 1975- 1985:
+ Vi điều khiển (1978)
+ Máy tính cá nhân (PC) (1980)
+ CIM 1980

 Hướng phát triển trong tương lai:
- Xu thế phát triển của cơ điện trên thế giới là tích hợp ngày càng nhiều công nghệ, sản phẩm
ngày càng “thông minh” hơn và kích thước ngày càng nhỏ hơn.
- Công nghệ micro,nano thu nhỏ các thiết bị máy móc xuống kích thước của phân tử các sản
phẩm công nghệ trong tương lai.
- Nâng cao trí thông minh cho các sản phẩm cơ điện tử.

8

Câu 3: Các phương pháp tích hợp của hệ thống cơ điện tử?
- Tích hợp giữa các phần cứng: các phần cứng được nối với nhau, bộ cảm biến được nối với máy
tính, bộ cảm biến được nối với các cơ cấu chấp hành để thực hiện các lệnh sau khi đã xử lý tín
hiệu được thu thập từ bộ cảm biến.
- Tích hợp xử lý thông tin: liên kết các phần mềm để xử lý thông tin trực tuyến hoặc xử lý các
thông tin chung.
- Tích hợp để thực hiện các điều khiển đa cấp bao gồm các hệ thống các cấp:
+ Cấp 1: điều khiển ở cấp thấp, phản hồi ổn định và tuyến tính hóa.
+ Cấp 2: điều khiển mức cao, điều khiển chấp nhận các phản hồi.
+ Cấp 3: giám sát bao gồm cả chẩn đoán lỗi.
+ Cấp 4: tối ưu hóa phối hợp các quá trình
+ Cấp 5: quản lý quá trình.
Câu 4: Thế nào là một cảm biến? Các loại cảm biến thường dùng? Cho ví dụ về hoạt động
của 1 loại cảm biến?
- Cảm biến là 1 thiết bị mà khi có hiện tượng vật lý tác động vào sẽ tạo ra 1 tín hiệu đầu ra tỷ lệ.
- Phân loại:Có nhiều cách phân loại cảm biến khác nhau.
+ Theo công dụng:
- Cảm biến đo dịch chuyển: Cảm biến đo dịch chuyển tính tiến, đo vận tốc, đo gia tốc,
các loại cảm biến này có độ phân giải cao, khoảng đo rộng.
- Các cảm biến đo nhiệt độ: Ví dụ như các loại cảm biến đo sự thay đổi của nhiệt độ dựa
vào sự thay đổi của điện trở hoặc các diot nhiệt, hồng ngoại; thể tích thay đổi khi chiều dài thay
đổi.
- Các cảm biến lưu lượng: là các cảm biến siêu âm, lưu lượng kế, các thiết bị đo dòng
chảy bằng điện từ.
- Các cảm biến áp suất.
+ Theo đối tượng đo: độ phân giải cao, khoảng đo rộng, giải pháp tin cậy, giá thành thấp.
- Ví dụ về hoạt động của 1 loại cảm biến:
* Cảm biến đo biến dạng:
- Nguyên lý hoạt động:

- Khi vật liệu chịu kéo chiều dài sẽ tăng lên, khi vật liệu chịu nén chiều dài sẽ giảm xuống.
- Đối với dầm chịu uốn, 1 thớ của dầm sẽ chịu kéo, 1 thớ của dầm chịu nén.
Dựa vào các đặc tính trên người ta có các nguyên lý đo lực như sau:

9


+ Dựa vào sự biến dạng các phần tử đàn hồi.
+ Cân bằng các lực chưa biết thông qua 1 hệ cân bằng.
+ Có thể đo gia tốc để xác định giá trị của lực khi đã biết khối lượng (để xác định các lực
va đập).

Câu 5: Thế nào là 1 cơ cấu chấp hành? Các loại cơ cấu chấp hành thường gặp? Cho ví dụ về
nguyên lý hoạt động của 1 loại cơ cấu chấp hành?
- Cơ cấu chấp hành là 1 thiết bị thực hiện các lệnh điều khiển do bộ xử lý tác động.
- Phân loại:
1. Theo dạng năng lượng sử dụng
+ Cơ cấu chấp hành điện:Sử dụng năng lượng điện. Ví dụ: động cơ điện, role điện từ.
+ Cơ cấu chấp hành thủy lực:Sử dụng năng lượng của dòng dầu thủy lực. Ví dụ: các xy lanh thủy
lực, các động cơ thủy lực, van thủy lực.
+ Cơ cấu chấp hành bằng các loại vật liệu mới: các áp điện, các tinh thể.
+ Cơ cấu chấp hành micro, nano: thích hợp cho các cơ hệ có kích thước nhỏ có thể sử dụng các
công nghệ xử lý các vật liệu có nguồn gốc từ silic
2.Theo công dụng:
+ Cơ cấu chấp hành tạo ra chuyển động tịnh tiến.
+ Cơ cấu chấp hành tạo ra chuyển động quay.
+ Cơ cấu chấp hành tạo ra chuyển động đóng mở các van, role.
- Đặc tính hoạt động của 1 cơ cấu chấp hành:
* Cơ cấu chấp hành điện: hầu hết dựa trên nguyên lý hoạt động kiểu đóng mở các thiết bị

chuyển mạch nhận tín hiệu ra, lệnh cấp năng lượng để tác động đóng hay mở các thiết bị điện
như động cơ van.
Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp : có cuộn dây phần ứng và cuộn kích từ nối tiếp nhau

Câu 6: Các đặc trưng cơ bản của cảm biến và cơ cấu chấp hành
a. Dải đo, độ nhạy và độ phân giải
- Dải đo của cảm biến là hiệu giữa đầu vào lớn nhất với đầu vào nhỏ nhất mà tương ứng với dải
giá trị đầu vào đó có giá trị đầu ra phù hợp.

10


VD: cặp nhiệt có dải từ -50oC đến 750oC thì dải đo là 800oC
- Độ nhạy của cảm biến: là thông số biểu diễn mỗi sự thay đổi của đầu vào sẽ có sự thay đổi
tương ứng của đầu ra.
- Độ phân giải: là khoảng nhỏ nhất của đầu vào mà cảm biến có thể đo được hay chính là số đếm
nhỏ nhất của cảm biến.

b. Sai số độ tuyến tính và độ chính xác.
- Sai số là sự sai khác giữa giá trị đo được và giá trị thực của đầu vào. Có 2 loại sai số:
+ Sai số hệ thống:là sai số ở tất cả các phép đo.
+ Sai số ngẫu nhiên: là sai số có ở 1 số các phép đo nào đó.
- Độ tuyến tính và độ chính xác: độ chính xác của 1 cảm biến tỷ lệ nghịch với sai số, sai số càng
nhỏ thì độ chính xác càng cao.

Câu 7: Nguyên lý làm việc của các loại cảm biến đo lực?
Trả lời
* Nguyên lý:

Khi vật liệu chịu kéo chiều dài sẽ tăng lên, khi vật liệu chịu nén chiều dài sẽ giảm xuống.

Với dầm chịu uốn 1 thớ của dầm sẽ chịu kéo và 1 thớ của dầm sẽ chịu nén.
Dựa vào các đặc tính trên người ta có các nguyên lý đo lực như sau:

- Dựa vào sự biến dạng của các phần tử đàn hồi.
- Cân bằng các lực chưa biết thong qua 1 hệ đo.
- Có thể đo gia tốc để xác định giá trị của lực khi đã biết khối lượng( để xác dịnh các lực
va đập).
A, Cảm biến đo lực
* Cảm biến tải trọng dầm

11


ε

1

= −ε 2 = ε 3 = −ε 4 =

∆ R1

R

1

=−

∆ R2

R

2

=

∆ R3

R

3

6M
2

Ebh
=−

=

6 Px
2

Ebh

∆ R4

R

4

Dựa vào giá trị E người ta xác định được giá trị của P.

* Cảm biến đo lực kéo
Cảm biến đo lực kéo thường sử dụng đó là các điện trở thay đổi khi bị biến dạng. Các điện trở
này được gắn lên các vật chịu lực khi vật bị biến dạng, điện trở trong cảm biến lực sẽ thay đổi
tùy theo mức độ biến dạng từ đó có thể xác định được độ lớn của lực kéo.

B, Đo mô men xoắn và công suất

Nguyên lý: khi chịu mô me các lớp ngoài cùng của trục chịu biến dạng lớn nhất và tại đó ứng
suất lớn nhất.
Dựa vào những biến dạng của lớp ngoài cùng có thể xác định được độ lớn của mô men xoắn Mx.

12


Nếu biết được độ lớn của Mx có thể xác định được công suất N=Mx.w
Trong đó w là vận tốc góc của trục.

- Lắp đặt

3. Cảm biến đo biến dạng
4. Cảm biến đo tốc độ
Thiết bị dẫn động là động cơ diesel, xăng hay các nguồn động lực khác.
Thiết bị bị động là nguồn tiêu thụ công suất, trong các thí nghiệm đo công suất của động cơ,
thiết bị bị động thong thường là các hộp phanh ma sát , hộp nước . các cảm biế đo biến dạng
thường được chế tạo bằng các sợi KL, các CB đo tốc độ thường dùng là các Encoder hoạt động
dựa trên nguyên lý biến xung.
Câu 8: Nguyên lý làm việc của các loại cảm biến đo nhiệt độ?
1 .Cảm biến nhiệt độ dựa vào sự giãn nở khác nhau:

a. Nhiệt kế rắn-lỏng:

1.Chất lỏng
2.Chất rắn
- Nguyên lý làm việc: Khi nhiệt độ thay đổi chất rắn, lỏng có sự dãn nở khác nhau,do đó khi để
nhiệt kế tiếp xúc với vật cần đo có thể xác định được nhiệt độ của đối tượng đo.
+ Ưu điểm:

3. Tương đối đơn giản, giá thành tương đối thấp.
4. Độ chính xác tương đối cao, dễ bảo quản
+ Nhược điểm:

13


3. Dải đo bị hạn chế bởi nhiệt độ đông đặc và nhiệt độ bay hơi của chất lỏng.
ví dụ: Thủy ngân nhiệt độ đo được trong khoảng -40oC đến 500oC.
Cồn từ -200oC đến 250oC).

4. Hệ số dãn nở của một số chất rắn thay đổi theo nhiệt độ nên làm giảm độ chính xác của
phép đo
b. Nhiệt kế rắn-rắn:
- Nguyên lý làm việc là dựa vào sự thay đổi về thể tích dãn nở về chiều dài của 2 loại chất rắn
khác nhau, để xác định sự thay đổi về nhiệt độ

Khi nhiệt độ thay đổi 2 tấm kim loại có độ dãn nở khác nhau sẽ làm cho tấm phẳng được gắn
ρ
chặt bởi 2 tấm kim loại sẽ bị cong với bán kính cong
. Bán kính cong sẽ thay đổi theo sự
thay đổi của nhiệt độ. Ta có:

ρ=

2t
3(α A − α B )(T2 − T1 )

t: tổng chiều dài của 2 tấm
αA , αB : là hệ số dãn nở theo nhiệt độ
T2 và T1: lần lượt là nhiệt độ ở thời điểm sau và nhiệt độ ở thời điểm đầu.
+ Ưu điểm:

4. Có khoảng đo tương đối rộng.
5. Tương đối đơn giản.
6. Có thể dùng để đóng mở các công tắc dựa vào mức nhiệt độ.
+ Nhược điểm: Độ chính xác bị hạn chế khi phải đo trong khoảng đo rộng
2. Cảm biến nhiệt độ dựa vào sự biến đổi pha

14


- Nguyên lý làm việc: Khi nhiệt độ thay đổi, chất lỏng biến đổi pha thành khí làm thay đổi thể
tích. Căn cứ vào mức độ thay đổi thể tích có thể xác định thay đổi về nhiệt độ.
+ Ưu điểm:

1. Khoảng đo tương đối rộng;
2. Mức độ chính xác tương đối cao.
+ Nhược điểm: Cần phải tiếp xúc đối với đối tượng đo.
3. Nhiệt kế hồng ngoại:
- Nguyên lý làm việc: dựa vào tính chất là bước sóng sẽ thay đổi (màu sắc của đối tượng cần đo
sẽ thay đổi theo nhiệt độ) và từ đó có thể xác định được của bề mặt phát xạ do tính chất sóng

phát xạ từ bề mặt của đối tượng đo thay đổi theo nhiệt độ.
+ Ưu điểm:

1. không cần phải tiếp xúc trực tiếp với đối tượng cần đo
2. dải đo rộng.
+ Nhược điểm: Mức độ chính xác thay đổi theo thời gian cần phải hiệu chỉnh sau 1 khoảng thời
gian sử dụng (1 năm 1 lần)

Câu 9: Nguyên lý làm việc của các loại cảm biến đo gia tốc?
1. Cảm biến gia tốc quán tính (Gia tốc kế quán tính)

15


1.Dây dẫn
2.Bộ điều chỉnh
3.Khối lượng dao động
4. Bộ xử ly
Nguyên lý làm việc: Bộ xử lý 4
sẽ xác định được gia tốc dựa vào các giá trị f1 và f2
+ Ưu điểm: có thể xác định được các gia tốc tần số thấp năng lượng dao động nhỏ.
+ Nhược điểm: Cồng kềnh.

2. Cảm biến gia tốc áp điện (gia tốc kế áp điện)

1.Tinh thể điện áp (Lead-zirconatetitante:PZI)
2.Khối lượng dao động
q=dq.ma
dq: hệ số áp điện
- Ưu điểm:

+ Kích thước gọn nhẹ
+ Tạo được điện tích q khá lớn ngay cả khi giá trị gia tốc nhỏ.
+ Không phụ thuộc vào vị trí đo.
+ Tự tạo ra điện tích không cần nguồn bên ngoài.

16


- Nhược điểm: Hạn chế khi năng lượng dao động nhỏ hay tần số dao động thấp
Ví dụ: Đo dao động của các kết cấu công trình (tòa nhà cao tầng, của cầu, … không nên dùng
loại này)

3. Cảm biến gia tốc micro & nano
Đây là các cảm biến dựa vào các khối micro và nano để xác định giá trị của gia tốc cho các
chuyển động. Việc xác định gia tốc dựa vào công nghệ này tương tự như phương pháp cân bằng
lực hay xác định gia tốc dựa vào tinh thể áp điện
- Nhược điểm
+ Giá thành cao
+ Tuổi thọ không ổn định
Câu 10: Các loại động cơ điện 1 chiều?
- Động cơ điện 1 chiều thường bao gồm 1 phần tĩnh và 1 phần quay, phần quay được gọi là phần
ứng, phần tĩnh được gọi là phần cảm (cuộn cảm) được đặt giữa (đối xứng) của 1 nam châm điện.

1. Nam châm
2. Chổi than
3. Cuộn dây

Đ/c điện 1 chiều có nhiều cách phân loai khác nhau:
a. Theo phương pháp kích từ:
a1. Đ/c điện 1 chiều Kích từ nối tiếp: Loại động cơ điện này có cuộn dây phần

ứng và cuộn kích từ nối nối tiếp với nhau.

+ Ưu điểm:

17


1. Khi dòng điện phụ tải tăng sđđ cảm ứng giảm.
Mặt khác do cuộn dây kích từ được nối tiếp với cuộn dây phần ứng, từ thông tỉ lệ thuận với dòng
điện phần ứng, nê tải trọng giảm, tốc độ của động cơ lại tăng.

2. Kích từ nối tiếp thích hợp với những động cơ dùng trong lĩnh vực giao thông.
Ví dụ: Đầu máy, to axe tự hành, oto điện.
a2. Đ/c 1 chiều kích từ song song:

- Loại này có cuộn dây kích từ song song với cuộn dây phần ứng.
- Ưu điểm:
+ Tải trọng có thể thay đổi trong dải rộng nhưng tốc độ của động cơ vẫn được duy trì ổn định
+ Thích hợp với các loại máy công cụ, máy bơm hay đối với các loại máy cần sự ổn định về tốc
độ.
a3. Đ/c điện 1 chiều kích từ hỗn hợp: là loại động cơ điện 1 chiều được kích từ bằng các
cuộn dây kích từ mắc nối tiếp và mắc song sogn với cuộn dây phần ứng.
- Ưu điểm: Có khả năng tạo ra các đường đặc tính theo ý muốn thích hợp với các động cơ điện
đòi hỏi sự thay đổi về phụ tải trong 1 dải rộng.
b.Phân loại theo phương pháp điều khiển dòng kích từ
b1. Động cơ điện 1 chiều điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp thay đổi điện áp
phần ứng.
Điều khiển điện áp phần ứng thì điện áp đ/c có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp
phần ứng.

Nhược điểm: thường chỉ dùng cho những động cơ công suất nhỏ do năng lượng bị tổn hao nhiều
trên các biến trở.
b2.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp ngắt xung

18


Nguyên lý: Dựa theo nguyên tắc đóng hoặc là ngắt có thể thay đổi điện áp trung bình cung cấp
cho phần ứng do đó tốc độ động cơ sẽ thay đổi.
- Ưu điểm: Phương pháp này thường được ứng dụng cho những động cơ công suất lớn.
c. Một số chú ý: Hiệu suất động cơ điện 1 chiều phụ thuộc
1. Tổn hao phần ứng là những tổn hao trong cuộn dây phần ứng.
2. Tổn hao do từ trễ và do dòng điện phát sinh trong lõi sắt.
3. Tổn hao do chuyển mạch: là các tổn hao do các điện trở tiếp xúc giữa chổi than và các vành
chuyển mạch.
4. Tổn hao do ma sát: ma sát giữa chổi than và cổ góp.
5. Tổn hao do kích từ
6. Tổn hao do ma sát giữa trục và bạc trục.

Câu 11: Các loại động cơ điện xoay chiều?
a . Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ:
+ Ưu điểm:

1. Hiệu suất cao.
2. Chi phí cho hộp điều khiển tương đối thấp.
+ Nhược điểm:

1. Khoảng điều chỉnh tốc độ tương đối hẹp.
+ Phương pháp điều chỉnh tốc độ bao gồm:

1. Thay đổi tần số của dòng điện cung cấp cho độn cơ
2. Thay đổi số cực từ của động cơ
3. Thay đổi điện trở của Rơle bằng cách dùng điện trở phụ nối tiếp với mạch Rôto (dùng với
động cơ công suất nhỏ)
a. Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ:
+ Ưu điểm:

1. Dễ điều khiển tốc độ quay của động cơ
+ Nhược điểm:

1. Cần có dòng 1 chiều để kích thích Rôto
19


b. Các loại động cơ điện khác
Các loại động cơ điện khác dùng làm cơ cấu chấp hành điện bao gồm động cơ điện 1
chiều, nam châm vĩnh cửu, động cơ điện 1 chiều không chổi than, động cơ điện không
đồng bộ.
Câu 12: Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng của động cơ bước?
Trả lời
Động cơ bước là loại động cơ có số vòng quay của trục đ/c tỷ lệ với chuỗi xung điện áp 1 chiều.
Tốc độ của động cơ có thể điều chỉnh bằng cách điều chỉnh chuỗi xung điện áp đầu vào.
- Ưu điểm: do chuyển động của động cơ không liên tục nên rất thích hợp trong việc sử dụng
công nghệ số ứng dụng trong các hệ vi điều khiển.
- Nhược điểm: phạm vi công suất làm việc nhỏ <2,25 kW.
A, Động cơ bước kiểu nam châm vĩnh cửu

Có 3 phần chính: - rô to được làm bằng nam châm vĩnh cửu
- Góc bước 45->120 độ
- Chiều quay của động cơ được quyết định bởi thứ tự cấp điện cho các cuộn dây

B, động cơ bước kiểu từ trở

Loại động cơ này có rô to được chế tạo bằng thép.
* ưu điểm
- có thể hoạt động với tốc độ cao

20


* nguyên lý hoạt động
Bằng cách cấp điện cho các cuộn dây, các cực của rô to sẽ bị kéo về cực của cuộn dây gần nhất
Ưu điểm: - chuyển động êm , số bước lớn.
góc bước khoảng 1,8 đến 30 độ, tùy theo số rang rô to.
C, động cơ bước hỗn hợp
Là loại động cơ bước kết hợp bởi 2 loại trên. Phần rô to bao gồm các nam châm vĩnh cửu và các
biến từ trở được xếp xen kẻ nhau.
* ưu điểm: vừa có mô men lớn, vừa có số bước lớn , làm việc êm và có mô men tác dụng lớn.
D. Phạm vi ứng dụng
- Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là 1 cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu
hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng tham số.
- Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hóa, ứng dụng trong các thiết bị cần
điều khiển chính xác.
VD : điều khiển robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển điịnh vị trong các
hệ quan trắc, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái
phương và chiều trong máy bay. Trong công nghệ máy tínhđộng cơ bước được sử dụng cho các
loại ổ đĩa cứng,máy in…

Câu 13: Các phần tử cơ bản của hệ thống chấp hành thủy lực?
1. Xilanh thủy lực:
- ĐN: Sử dụng năng lượng của dòng dầu thủy lực để thực hiện các chuyển động tịnh tiến.

- Phân loại:

- Xylanh thủy lực tác động 1 phía. (hình 1)
- Xylanh thủy lực tác động 2 phía. (hình 2)
- Xylanh thủy lực tác động kép. (hình 3)

- Cấu tạo:

21


1.Thân.

2. Mặt bích.

3. Cầu piston

4. Phớt chắn dầu

5. piston.

- Thế năng được chuyển thành động năng dưới dạng cơ năng chuyển động tịnh tiến.
- Tính toán lực: F = p.A = p. πd2/4
2. Động cơ thủy lực:
- Là những cơ cấu chấp hành thủy lực biến thế năng của dây dẫn thành cơ năng (quay)
- Phân loại:
+ Đọng cơ roto cánh gạt
+ Động cơ thủy lực kiểu trục vít.
+ Động cơ thủy lực kiểu bánh vít.
+ Động cơ thủy lực kiểu Piston:

Dọc trục (chuyển động theo trục)
Hướng trục (chuyển động song song với trục)

3. Bơm thủy lực: Là thiết bị sử dụng năng lượng dưới dạng cơ năng hoặc điện năng để tạo ra
dòng dầu có áp suất lưu lượng nhất định.
4. Các van thủy lực: là bộ phận điều chỉnh năng lượng thủy lực.
5. Ống nối, bộ lọc
6. Bình tích năng: ổn định áp lực của dòng dầu thủy lực, tích lũy năng lượng dưới dạng thế
năng.
7. Các cảm biến hệ thống hiển thị, đo lường và điều khiển.

Câu 14: Các phần tử cơ bản của hệ thống chấp hành khí nén?
Trả lời:
Cơ cấp chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu
chấp hành có thể chuyển động thẳng(xylanh khí nén ) hoặc chuyển động quay ( động cơ khí nén)

22


1. Xylanh
- Có nhiệm vụ biến đổi thế năng ahy động nắng của khí nén thành năng lượng cơ học ( chuyển
động thắng )
- Xylanh khí nén gần giống xylanh thủy lực, thường làm phổ biến bằng thép hoặc đồng. có nhiều
loại xilanh nhưng có 2 loại phổ biến :
a. Xilanh tác động đơn ( tác dụng 1 chiều )
- Áp lực tác động vào xilanh đơn chỉ 1 phía, phía còn lại do loxo tác động hay ngoại lực
- Sử dụng cho thiết bị, đồ gá kẹp chi tiết
b. Xilanh màng
- NLHD tương tự như xilanh tác dụng 1 chiều. xilanh màng kiểu cuộn có khoảng chạy lớn hơn

xilanh màng kiểu hộp.
- Có khoảng chạy piston nhỏ. Xilanh màng được sử dụng trong điều khiển ( VD: CN oto ( điều
khiển phanh, ly hợp.. ) , trong CN hóa chất.. )
2. Động cơ khí nén.
- Động cơ khí nén có nhiệm vụ biến đổi thế năng hay động năng của khí nén thánh năng lượng
cơ học - cđ quay
a. Động cơ bánh răng.
- ĐC BR thường có cs đến 59kw với áp suất làm vc 6 bar và momen quay đạt tới 540Nm
- ĐCBR được chia làm 3 loại
* ĐC bánh răng thẳng : momen quay được tạo ra bởi as khí nén lên mặt bên răng
* ĐC BR nghiêng: NLHĐ như bánh răng thẳng, điểm chú ý là ổ lăn phải chọn sao cho có
thể khử được lực hướng trục và lực dọc trục
* ĐC BR chữ V : có ưu điểm là giảm tiếng ồn, bền hơn và cs lớn hơn

b.ĐC trục vít
- 2 trục quay của động cơ trục vít
có biên dạng lồi và biên dạng lõm,
số răng của mỗi trục khác nhau
c. ĐC cánh gạt
- NLHĐ: khí nén sẽ đc dẫn vào cửa 1,

23


qua rãnh 2, vào lỗ khí nén 3. Dưới tác dụng
áp suất len cánh gạt, roto quay, khí nén đc
thải ra bằng lỗ 8

Câu 15: Hệ thống phun nhiên liệu điện tử là gì? Ưu khuyết điểm của hệ thống so với bộ chế
hòa khí? Tai sao hệ thống này ngày cang được ứng dụng rộng rãi?

a. Hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI): Hệ thống phun xăng điện tử là hệ thống phun xăng
có bộ điều khiển trung tâm sẽ thu thập các thông số làm viêc của động cơ sau đó xử lý các thông
tin này, so sánh với chương trình chuẩn được lập trình. Từ đó xác định lượng xăng cần cung cấp
cho động cơ và chỉ huy sự hoạt động của các vòi phun.
Nguyên lý hoạt động cơ bản là sử dụng một hệ thống điều khiển điện tử để can thiệp vào quá
trình phun nhiệu liệu vào buồng đốt động cơ nhằm tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu.
Ưu điểm
- Có khả năng cung cấp cho động cơ hỗn hợp không khí-xăng với tỉ lệ phù hợp với điều
kiện hoạt động của động cơ và nhiệt độ môi trường
- Phạm vi điều chỉnh tỉ lệ rộng nên đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác, tỉ lệ hòa
trộn tối ưu giữa không khí và nhiên liệu
- Cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm sự ô nhiểm môi trường
- Cải thiện chất lượng làm việc của động cơ ( tăng khả năng gia tốc khả năng thích ứng với
môi trường , các chế độ phụ tải )
Nhược điểm
- Trong giai đoạn đầu ( 1950-1980) giá thành đắt
- Khó bảo dưỡng sửa chữa
- Khó chế tạo

24


Tuy nhiên khi công nghệ chế tạo phát triển , những nhược điểm trên dần được khắc phục.
Từ những năm 1990 hệ thống phun xăng điện từ ngày càng được sử dụng rộng rải trên phương
tiện giao thông
Câu 16: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phun nhiên liệu điện tử?
1. Cấu tạo

1 - Vòi phun

6 - Cảm biến động cơ

2 - Bugi

7 - Cảm biến oxi

3 - Cảm biến góc quay trục khuỷu

8 - Cảm biến kích nổ

4 -

9 - Cảm biến áp suất

Cảm biến độ mở bướm ga

5 - Cảm biến nhiệt độ khí nạp

ECU Bộ xử ly trung tâm

2. Nguyên lý làm việc
- Cảm biến góc quay của trục khửu : thường dùng các cảm biến quang hay cảm biến từ
tính để xác định góc quay của trục khửu
- Cảm biến oxi : giám sát lượng oxi có trong khí xả, nguyên lý làm việc dựa trên các
nguyên tố tương tác với oxi để tạo ra các oxit tương ứng. Khi các oxit tương ứng có hàm lượng
thay đổi sẽ tạo ra các điện á biến thiên thay đổi theo nhiệt độ oxi có trong khí xả.
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( nhiệt độ động cơ) : sử dụng cảm biến kiểu biến trở
(các điện trở có giá trị thay đổi theo nhiệt độ)
- Cảm biến độ mở bướm ga: đo khối lượng không khí vào động cơ dựa theo nguyên lý : một
điện trở được cấp điện nhiệt độ điện trở sẽ tăng hay giảm tùy ý dựa vào lượng không khí đi qua

- Cảm biến kích nổ : thường được gắn vào động cơ để xác định hiện tượng kích nổ của động
cơ
* Vòi phun:

25