Tin học hoá quá trình xác định các thông số ma sát học

Bảng mạch

1,01 10 pA/

Hz

- Lau sạch, sử dụng cách điện teflon

2.4.10.3. Màn chắn, vỏ bọc về điện
Nhiễu có nguyên nhân điện trường và tĩnh điện có thể giảm đáng kể
bằng cách làm màn chắn, bọc bộ cảm biến và mạch, đặc biệt la câc phần tử
có tổng trở và phi tuyến. Từng vấn đề màn chắn phải được phân tích riêng một
cách tỷ mỷ. Điều quan trọng là phải nhận dạng đúng nguồn nhiễu và mối liên
quan hệ của nhiễu với mạch,man chấn có hai mục đích đầu tiên là giới hạn
nhiễu trong miền nhỏ tránh nhiễu lây lan sang mạch lân cận. Tuy nhiên vấn đề
này còn phải phân tích kỹ lưỡng vì màn chắn có thể tạo nên đường trở về của
nhiễu, do vậy cần hiểu và xử lý tốt hệ thống nối đất, mục đính thứ hai của màn
chắn là nếu có tồn tại nhiễu trong mạch thì màn chắn bố trí xung quanh các bộ
phận nhạy cảm của bộ cảm biến sẽ ngăn nhiễu ảnh hưởng tới các phần này.
Màn có thể là hộp kim loại hoặc bọc kim cho cáp tín hiệu. Hình 2.34a tr×nh


114

bày cách nối màn bọc cáp với dây đẳng thế chuẩn, hình 2.34b cho thấy cần
phải nối các màn bọc cáp với nhau và nối với dây đẳng thế chuẩn. Hình 2.34c
cho thấy cách nối màn bọc bộ cảm biến với dây đẳng thế chuẩn. Chú ý không
được nối màn bọc cáp ở phía tải như hình 2.35d vì trong trường hợp này nhiễu
sẽ theo màn bọc cáp lan truyền từ tải đến bộ cảm biến.
Màn

Bộ
cảm
biến

Bộ
cảm
biến

Tải
Thế chuẩn

b

a
Bộ
cảm
biến

Thế chuẩn

d

c

Thế chuẩn
Màn

Bộ
cảm
biến

Tải

Tải

is

Tải

Nội soi

Hình 2.33. Nối màn với thế chuẩn
2.4.10.4. Màn từ
Chống ảnh hưởng của từ trường khó hơn chống ảnh hưởng của điện
trường và trường tĩnh điên bởi vì trường thâm nhập vào vật dẫn. Việc bọc kim
quanh dây dẫn và nối đất một phía ảnh hưởng ít đến điện áp cảm ứng do từ
trường. Từ trường thâm nhập vào màn, biên độ của nó giảm theo hàm số mũ.
Một số giải pháp chèng ¶nh h­ëng cđa tõ tr­êng nh­ sau:
- Bè trÝ mạch thu xa nguồn gây ra từ trường.
- Tránh các dây song song với từ trường, nên thay bằng dây vuông góc
với từ trường.
- Làm màn từ bằng vật liệu thích hợp, tùy theo tần số và cường độ từ
trường.
- Sử dụng đôi dây xoắn để dẫn dòng điện lớn, nếu các dòng điện trong
đôi dây bằng nhau về trị số và ngược dấu trong mỗi chu kỳ xoắn từ tr­êng cđa
nã b»ng kh«ng.


115

- Sử dụng màn chắn cáp như mạch trở về, nếu dòng i2 bằng ngược dấu
dòng điện trong lõi cáp thì từ trường của cáp bằng không (hình 2.34).
Màn

i2

Động
cơ

Hình 2.34. Sử dụng màn chắn cáp như mạch trở về
2.4.11. Giới hạn sử dụng cảm biến
Trong quá trình sử dụng, các cảm biến luôn chịu ứng lực cơ khí hoặc
nhiệt tác dụng lên chúng. Nếu các lực này vượt quá ngưỡng cho phép, chúng
sẽ làm thay đổi các đặc trưng làm viƯc cđa c¶m biÕn. Bëi vËy ng­êi sư dơng
ph¶i biÕt các giới hạn ngưỡng của cảm biến và tuân thủ chúng trong khi sử
dụng cảm biến.
Vùng làm việc danh định:
Vùng này tương ứng với những điều kiện sử dụng bình thường của cảm
biến. Biên giới của vùng này là các giá trị ngưỡng mà các đại lượng đo, các
đại lượng vật lý có liên quan đến đại lương đo hoặc các đại lượng ảnh hưởng
có thể thường xuyên đạt tới mà không làm thay đổi các đặc trưng làm việc
danh định của cảm biến.
Vùng không gây nên hư hỏng:
Khi các giá trị của đại lượng đo hoặc các đại lượng liên quan và các đại
lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng của vùng làm việc danh định nhưng vẫn
còn trong phạm vi của vùng không gây nên hư hỏng, các đặc trưng của cảm
biến có nguy cơ bị thay đổi nhưng những thay đổi này có tính chất thuận
nghịch, tức là khi trở về vùng danh định thì các đặc trưng của cảm biến cũng
sẽ tìm lại được giá trị ban ®Çu cđa chóng.

116

Vùng không phá huỷ:
Khi các giá trị của đại lượng đo hoặc các đại lượng liên quan và các đại
lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng của vùng không gây nên hư hỏng nhưng
vẫn còn nằm trong phạm vi của vùng không phá huỷ, các đặc trưng của cảm
biến bị thay đổi, và sự thay đổi này không thuận nghịch, tức là khi trở về vùng
danh định các đặc trưng của cảm biến cũng sẽ không tìm lại được giá trị ban
đầu của chúng. Trong trường hợp như vậy, nếu muốn tiếp tục sử dụng cảm
biến cần phải tiến hành chuẩn lại.
Dải đo của cảm biến được xác định bởi nhiều giá trị giới hạn của vùng
đại lượng đo mà trong vùng đó hoạt động của cảm biến đáp ứng các yêu cầu
đề ra. Thông thường dải đo trùng với vùng danh định của đại lượng đo. Tuy
nhiên tuỳ theo sự nghiêm ngặt của các chỉ tiêu mà trong một số trường hợp dải
đo có thể rộng hoặc hẹp hơn vùng danh định.
2.5. Bộ khuếch đại xung
2.5.1. Cấu tạo chung
Nguồn cấp mạch điều khiển (12V). Nguồn cấp mạch động lực (12V)
4 Tranzito để đóng mở nguồn cấp cho các pha
1 IC điều khiển quá trình đóng mở Tranzito
2.5.2. Nguyên lý làm việc
Là thiết bị khuếch đại và chia xung cấp cho các pha của động cơ bước khi
nhận một chuỗi xung tõ PLC.


117

16
15

14
13
12
11
10
9
8
7
6
5

35 Vac/ 45Vdc Load Power
Phase D
Phase C
Rt

B

Rt

D

Common 1
Phase B
Phase A
Step

SM
C

4
3

A

PLC224

2
1

(Vac/12Vdc.Control Power
Hình 35

2.6. Hệ thống camera
Hình biểu diễn hoạt động của máy Canon ESO. Máy này có thể thay đổi được
thấu kính, tiêu cự. Chíp điều khiển kiểu M68HC11 là ở trong máy và một chíp
khác nằm trên thấu kính, một chíp nữa nằm trong thấu kính để truyền đạt
thông tin khi thấu kính được lắp vào phần thân camera. Hình biểu diễn sơ đồ
khối cho hệ thống.


118

Motor drive
Two position
Shutter button

Main
microcontr
oller

Battery test

Film reveser
Solenoid drive

Solenoid drive

Arc from drive motor
Lens
contr
Ultrasonic motor ol
drive

Forward advance

Controls mirror

Shutter atuator
Shutter atuator

Lens
micro
controller

I/0
interface
LCD Drive

Ranger sensor

Ranger sensor

Aperture control drive

Diaphragm stepper
motor

External Viewfinder
display display

Flash control
Dedicated
flas unit

H×nh 2.36
Khi ng­êi chơp ấn nút khơi động máy thì có một thời gian ngừng lại, chíp ở
phần máy hoạt độngtính toán tốc độ mở cửa và lỗ ống kính của tín hiệu vào từ
các cảm biến và hiện lên màn hình nhỏ LED. Cũng thời gian đó, chps chính
quyết định kiểu tín hiệu vào và gửi thông tin đến chíp thấu kính sử lý.Tín hiệu
ra cho motor điều chỉnh tiêu điểm của ống kính. Khi ấn nút chụp thì có một
vài giây để hoàn thành công việc chụp đó. chính chíp đưa ra tín hiệu đến thiết
bị phản xạ, thay đổi độ hổng theo yêu cầu, mở và đóng lại,xem film đà thực sự
tốt để chụp tiếp theo.
Bộ cảm biến gồm 6 cảm biến ánh sáng như hình


119

C1

C2
B

A

C3

C4

Hình 2.37
Các loại chương trình thường sử dụng:
Nếu B đủ cho A và C ít hơn 0 thì đặt giá trị A
Nếu B đủ cho A và C = 0 thì lấy giá trị C
Thông tin được chuyển đổi bởi chíp điều khiển thành một tốc độ thích hợp và
giá trị độ mở ống kính hợp lý. Nếu camera được ®iỊu khiĨn víi mét tèc ®é ®·
chän tr­íc bëi ng­êi chụp thì giá trị độ mở thấu kính được cho trước. Tương
tự thế giá trị độ mở thấu kính cho sau thì tốc độ cũng được cung cấp.
DÃy cảm biến có hai hàng 48 bít, ánh sáng từ đối tượng sau khi qua thấu kính
của máy chuyển xuống dÃy cảm biến đó. Khi hình ảnh chiếu xuống tiêu cự đó
thì khoảng chụp đó dò ra được giá trị thích hợp, nó sẽ ra khi máy đưa ra khỏi
tiêu cự đó. Hầu hết sự sai lệch đó để phát hiện ra lỗi đầu ra của thấu kính. Ghi
lại thông tin đó để phản hồi và sửa lại cho đúng sự điều khiển từ chíp đến khi
vào đúng tiêu cự điểm tốt. Chương trình đó như sau:
Chíp điều khiển:
Truyền các lệnh điều khiển đến chíp thấu kính
Đưa tín hiệu đến các dÃy cảm biến
Tính toán nhu cầu của thấu kính
Gửi tín hiệu ®ã ®Õn chÝp thÊu kÝnh lµm viƯc
Gưi tÝn hiƯu thu được đó đến màn hình.

Chíp thấu kính:
Đợi tín hiệu từ c¸c lƯnh cđa chÝp chÝnh


120

Xác định khả năng của thấu kính
Đợi các dữ liệu từ chíp chính
Đọc và xử lý các tín hiệu ấy
Tính toán đến các khả năng mới để làm công việc khác
Nếu thấu kính không đáp ứng được công việc mới đó thì gửi thông tin
lại để chíp chính xử lý.
Object

Camera len

In focus image
Plane of film
Photosensor
Hình 2.38
Hệ thống thiết bị màng ngăn là dùng môtơ để đóng mở. Nó gồm hai dạng:
Thiết bị dạng tròn và thiết bị môtơ siêu âm. Dạng cung tròn dùng nam châm
vĩnh cửu. Cảm biến được dùng để kiểm tra sự hoạt động của roto. Thiết bị
môtơ được dùng để điều chỉnh tiêu cự của thấu kính bằng cách xoay quanh
các trục. Dạng môtơ siêu âm có một số điện áp dạng chiếc nhẫn. Khi dòng
điện áp đó có giá trị không đổi thì điện áp yêu cầu trải ra theo phân cực của
dòng điện đó. Bằn cách chuyển đổi dòng điện áp đến giá trị thích hợp dạng
sóng truyền qua chiếc nhẫn điện áp đó theo chiỊu kim ®ång hå, quay nh­ roto

121

Piezoelectric elements
Hình2.39
từ đó điều khiển được giá tri tiêu cự.
Vòng T cơ bản từ môtơ là nhu cầu quay môtơ đi một góc . Vòng đó sáng lên
do ma sát, ma sát đó tỉ lệ với góc quay :
T= c. = c d/dt
Với c: là hệ số ma sát, hợp vào ta có

=

1
dt
c

Hệ thống điều khiển cho môtơ siêu âm là như hình.
yn là đầu vào, x là đầu ra.
Chíp xử lý K là tỉ lệ giữa đầu vào yn xn và đầu ra K (yn xn). nó qua bộ
DAC để giữ thông số đầu ra cho môtơ.
yn – xn-1= ( DAC ra cho xn-1)T/c = K(yn-1 – xn-1)T/c
tõ ®ã:
xn= [ 1- (KT/c)] xn-1+ (KT/c) yn-1


122

Samping interval

Motor output

xn-1

DAC output

xn

x0
0

Time

0

Microprocessor

DAC
yn

Time

Sampied output

Motor
xn

H×nh 2.40


123

Chương III
Kết cấu hệ thống máy đo ma sát, đánh giá xử lý
3.1. Sơ đồ máy đo ma sát
3.1.1 Nguyên lý hoạt động
Động cơ quay sẽ làm trục mang các tấm vật liệu quay, tấm tỳ dưới tác dụng
của quả năng sẽ tỳ lên các tấm vật liệu gây ma sát kéo lệch khung qua,khung
này được gắn cố định một kim chỉ thị góc lệch lên bảng chia độ.
3.1.2 Yêu cầu đặt ra
Cần thay đổi tốc độ trục bằng cách thay động cơ một chiều bằng động cơ
bước điều khiển tốc độ trê màn hình máytính
Lấy giá trị góc lệch của khung lên màn hình thay cho bảng chia độ.


124

Hình 3.1
1: Trục mẫu
3: Móc treo tảI P1
5: Kim chỉ thị
7: Trục quay của cần treo tải
9: Khung quay

2: ổ lăn khung quay
4: Cần treo tải
6: đồng hồ đo góc quay
8: mẫu trên
10: trục có móc treo tải cân băng Pcb


125

3.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển

Tín hiệu chuẩn từ cổng COM
máy tính là RS-232 sẽ được biến
đổi thành chuẩn truyền thông
RS- 485 và ngược lại

Hình 3.2


126

- Cáp chuyển đổi tín hiệu PPI có tác dụng kết nối giữa máy tính và PLC (
truyền lệnh điều khiển từ máy tính xuống PLC và truyền tín hiệu phản hồi từ
PLC về máy tính ).
- PLC 224 nhận lệnh điều khiển từ máy tính, thu nhận tín hiệu vào từ EM
231 phát lệnh điều khiển động cơ bước ( S/M) thông qua mạch điều khiển
động cơ bước, PLC được nuôi bởi nguồn 24V.
- EM 231 Chuyển đổi tín hiệu tương tự từ chiết áp thành tín hiệu số cho
PLC xử lý.
- Cảm biến chiết áp được cấp nguồn +5Vdc đo góc lệch của khung.
- Mạch điều khiển động cơ bước nhận tín hiệu điều khiển từ PLC điều
khiểntốc độ và chiều quay động cơ bước.
- S/M: động cơ bước đựơc điều khiển từ PLC thông qua mạch điều khiển,
S/M được cấp nguồn 12Cdc.


127

3.3 Sơ đồ kết nối bộ điều khiển

120V
24V
COM

1M 1L+ 0.0 0.1

Stepping
motor Driver

Pulse out

S/M

M

M

L+

L+

M

A+ A-

L+

KÕt nèi PLC 224

víi m¸y tÝnh

Analog Input

Rheo


128

PC

RS-232

RS-485

S7- 200 CPU

Hình 3.3
- PLC 224 được nuôi bởi nguồn 24V dc tõ bé nguån Siemens.
+ Ngoµi ra hä PLC còn có các loại khác như 221, 222, 226.
+ PLC 224 gồm 14 DI và 10 DO.
- EM 231 được nuôi bởi nguồn 5V dc từ một nguồn riêng.
+ siemens còn cung cấp thêm dòng EM 235 với dải điện áp vượt trộigồm
0- 1V, 0-5 V và 0- 50V.
- Bộ điều khiển động cơ nhận chuỗi xung dòng 0-5V từ PLC để chia xung và
khuếch đại trước khi truyền xuống S/M.
- Động cơ bước KensHI FH6- 134101 được cung cấp nguồn dòng 12V,
các chỉ số U= 2,1; I = 1 A
- Cảm biến với dải điện áp 0-5V, tín hiệu ra là Analog Input với độ chính
xác 0,10.

129

Kết luận
Trong luận văn đà giải quyết được các nội dung sau:
- Thiết kế chế, tạo được một hệ thống đo xác định các thông số ma sát bao
gồm một hệ thống cơ khí, gá đặt, mẫu, thay đổi được các kích thước mẫu.
- Thiết kế bộ truyển đổi từ tín cơ sang tín hiệu tương tự số hoá.
- Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ vô cấp để thay đổi tốc độ cho quá
trình thử mẫu.
- Thiết kế, kết nối giữa tín hiệu có Analog diaram để nối ghép giữa các phần
với CPU, để điều khiển màn hình.
- Soạn thảo phần mềm điều khiển hiển thị kết quả trên màn hình.


130

Tài liệu tham khảo
Tiếng việt
1. PGS. TS Nguyễn DoÃn ý ( 2005), Ma sát mòn bôi trơn,
Nhà xuất bản Xây Dựng.
2. TS. Nguyễn DoÃn ý. Quy hoạch thực nghiệm.
Nhà xuất b¶n khoa - häc kü tht, 2003.
3. Ngum Anh Tn - Nguyễn Văn Thêm (1990)
Kỹ thuật ma sát và biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị,
NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội.
4. Nguyễn Quang Hùng- Trần Ngọc Bình
Động cơ bước - kỹ thuật điều khiển và ứng dụng.
5. Lê Văn Doanh Phạm Thượng Hàn Nguyễn Văn Hoà

các bộ cảm biến kỹ thuật đo lường và điều khiển.
6. Kỹ thuật vi xử lý Nhà xuất bản thống kê Hµ Néi.
TiÕng Anh
7. I. V. kragelsky.v.v . Alisin Friction, Wear, Lubrication.
Trilobogy hand book. Mir Publisher, 1981.
8. Hozt Czichos- Karl - Heinz Habig Trilobogie Hanbuch
reibung und Verschleiss Wiesbaden: vieweg 1992 Berlin.
9. Braithwaite E.R. Solid Lubricants and surfaces, Pergamon Press, 1964.