Tài liệu Giáo trình kỹ thuật đo lường P16 pptx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.52 MB, 32 trang )
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
1
C
C
H
H
N
N
G
G
1
1
6
6
.
.
O
O
C
C
Á
Á
C
C
I
I
L
L
N
N
G
G
C
C
H
H
C
C
(
(
3
3
L
L
T
T
)
)
16.1. C s chung và phân loi các phng pháp.
Các đi lng c hc bao gm: các đi lng v kích thc và khong cách,
các thông s ca các quá trình chuyn đng (vn tc, gia tc), các đi lng áp
sut, lc, ng sut…
16.1.1. Các phng pháp đo kích thc và di chuyn:
o kích thc, khong cách và di chuyn hoàn toàn ging nhau v phng
pháp. o kích thc đc phân làm hai loi: kích thc thng và kích thc góc.
o kích thc thng: đc thc hin trong mt di rng t vài phn
micrômet cho đn các khong cách hàng trm hoc hàng ngàn kilômét. Di kích
thc thng gp trong thc t có th chia thành mt s nhóm đc trng sau:
̇ o khong cách gia các vt th; đo mc: nc, xng, du trong các
thùng cha, trong máy bay, ôtô… có gii hn đo t 100mm ÷ 100m.
̇ o kích thc trong ngành c khí, ch to máy: t vài micrômét đn vài
mét.
̇ o đ bóng b mt chi tit gia công hoc chiu dày lp ph các chi tit:
có th t vài phn micrômét đn hàng chc micrômét.
̇ o khong cách ln hàng trm mét đn hàng nghìn kilômét.
Tu theo yêu cu ta có th dùng các loi chuyn đi và các phng pháp khác
nhau. Bng 16.1 là ch dn tóm tt các loi chuyn đi dùng đ đo kích thc và
di đo ca chúng:
Loi chuyn đi 0,1µm 1µm 10µm 100µm 1mm 10mm 100mm
Bin tr
Thc mã hóa
in dung
in cm
Tip xúc
in tr lc cng
Áp đin
Bng 16.1. Ch dn tóm tt các loi chuyn đi dùng đ đo kích thc và di đo
o kích thc góc: có th đo góc quay t 0 ÷ 360
0
, đc đo bng các phng
pháp đo thông thng hoc phng pháp quang hc và đt đ chính xác t 0,5’÷
1’. Di đo kích thc góc không vt quá D = 2000 ÷ 4000. Thông thng dng
c đo kích thc góc là các bin tr đo lng, có gii hn đo trên có th đt đn
360
0
nhng trên thc t ch thc hin đo các góc 90
0
, 60
0
hoc 10
0
÷ 15
0
vi
ngng nhy 10' ÷ 20'. Khi cn đo vi đ chính xác cao hn có th dùng phng
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
2
pháp ri rc hoá da trên các chuyn đi đin, đa mã hoá, h thng quang đin
Các phng pháp này đt đc sai s 1÷ 30" và ngng nhy khong 1".
16.1.2. Các phng pháp đo các thông s chuyn đng:
Thông s chuyn đng thng đc chia thành hai dng: chuyn đng tnh
tin, chuyn đng quay và chuyn đng dao đng (dao đng thng hoc xon).
Nguyên lý c bn: thông s ca các chuyn đng là khong ri, tc đ và gia
tc. Quan h gia chúng là nhng phép vi tích phân đn gin. Nu ta gi giá tr
tc thi ca khong ri là x thì:
tc đ là:
dt
dx
x =
&
; gia tc là:
2
2
dt
xd
x =
&&
Vì vy mun tìm đc tc đ ta ch cn tích phân gia tc hoc tính khong ri
bng tích phân tc đ theo thi gian và ch cn đo mt trong ba thông s trên ta
có th xác đnh đc các thông s khác.
i vi các chuyn đng dao đng cng vy, ví d đi vi dao đng điu hoà
tsinA
ω
=x suy ra tc đ dao đng tAx
ω
ω
cos
=
&
và gia tc tAx
ωω
sin
2
−=
&&
.
Giá tr biên đ ca di chuyn x, tc đ
x
&
và gia tc x
&&
có th tìm đc bng cách
đo tn s ω và biên đ dao đng A:
AXAXAX
2
;;
ωω
===
&&&
Ngc li biên đ dao đng có th xác đnh đc khi bit tn s ω theo các giá
tr x, x
&
và x
&&
.
Trong thc t thng gp các dao đng (đ rung) din ra vi tn s rt cao vì vy
đ tích phân hoc vi phân các thông s đó ngi ta dùng các mch đin vi phân
và tích phân.
Ngoài vic đo các thông s chuyn đng ca vt th rn còn cn phi đo
thông s chuyn đng ca các cht lng và khí nh du, nc, hi, và các thành
phn hoá hc khác. Nhng thông s đó là lu tc q và lu lng Q ca cht lng
và khí. Quan h gia lu lng và lu tc cng là quan h vi, tích phân. Bit lu
tc q có th tích phân nó đ suy ra lu lng Q ca cht đo trong thi gian xét và
ngc li lu tc q s là đo hàm ca lu lng Q.
Các dng c đo ph bin: cn c vào đi lng đo ngi ta đt cho dng c
nhng tên khác nhau: dng c đo tc đ và khong ri gi là máy đm hoc đng
h đo tc đ, đo tc đ quay ca vt gi là tc đ k, đo tc đ dòng chy gi là
lu tc k, đo lu lng là lu lng k. Dng c đo thông s chn đng gi là
chn đng k, đo gia tc gi là gia tc k
V khong đo: khong đo ca phép đo thông s ca chuyn đng rt rng có
th ti D = 10
6
và ln hn nhng ngi ta thng chia thành nhng khong nh.
Ví d: tc đ chuyn đng ca các con tàu v tr t 8000
÷
12000 m/s, tc đ
ca máy bay hin đi t 30
÷
1000m/s. Tc đ chuyn đng ca các phng tin
giao thông 10 - 60m/s, tc đ chuyn đng ca các thit b công nghip t 10
÷
0,01m/s hoc tc đ rt thp đn 10
-7
m/s nh đ lng ca qung.
Khong đo ca phép đo tc đ quay: tc đ quay ca máy móc hin đi cng
có khong đo rt rng, t vài phn trm vòng phút đn 3.10
5
vòng/phút.
Khong đo ca phép đo gia tc: khong đo càng ln t 20.000 m/s
2
đn 10
-5
m/s
2
.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
3
Chn phng pháp và dng c nào là tùy thuc vào yêu cu c th và nhng yêu
cu k thut.
Chn dng c đo tùy theo yêu cu v đ chính xác: khi yêu cu đo vi đ
chính xác không cao ngi ta dùng phng pháp bin đi trc tip đi lng đo
thành sc đin đng hay dòng đin, đo các thông s đin suy ra đi lng đo.
Phng pháp có đ chính xác cao là phng pháp tn s, đó là phng pháp bin
các thông s chuyn đng thành tn s và đo tn s đ suy ra đi lng đo.
16.1.3. Các phng pháp đo lc, ng sut và áp sut:
Trong quá trình nghiên cu c lý tính ca các vt chu lc, các kt cu c hc
đi vi ngành ch to máy cng nh ngành khác thì quá trình đo lc, ng sut và
áp sut chim mt khi lng tng đi ln.
Phm vi đo: phm vi đo lc rt rng, t nhng giá tr rt nh đn nhng giá
tr ln, t phép đo tnh (các lc tác đng là nhng đi lng không đi) đn
nhng xung lc tác dng vi tc đ rt cao nh s va chm, sóng xung kích Do
vy phi chia thành nhiu di đo khác nhau, tng ng vi mi di đo có th s
dng các phng pháp và thit b phù hp. c bit di đo thp 10
-5
N tr
xung phi dùng các phng pháp đc bit đ đm bo đ chính xác yêu cu.
i vi đo áp sut, di đo thng t 0 ÷ 10
10
N/m
2
, ngng nhy ca thit b
đo t 0,1 ÷ 0,01N/m
2
và di đo thc t D = 10
11
. Cng nh đo lc, không có các
dng c đo áp sut trong toàn khong đo, thng các dng c đc chia thành
nhiu di đo khác nhau vi D = 10
3
÷ 10
4
. i vi phép đo áp sut cao hoc rt
thp thng dùng nhng phng pháp đo đc bit: ví d nh khi đo áp sut thp
(đ chân không) ngi ta s dng phng pháp đo mt đ cht khí.
o ng sut trong ca các loi vt liu thng nm trong các khong đo 0 ÷
150.10
7
N/m
2
. Mc đích ca phép đo này là có th xác đnh sc bn ca các chi
tit máy. Trong thc t ngi ta ch quan tâm ti ng sut t 10
7
N/m
2
tr đi. Nh
vy khong đo ng sut D = 150 và có th ch to loi dng c đo ng sut vn
nng đ xác đnh sc bn ca vt liu.
Các phng pháp đo: đ đo lc, ng sut và áp sut có th dùng các loi
chuyn đi khác nhau vi các phng pháp khác nhau, thông thng có hai
phng pháp đo:
̇ Phng pháp đo trc tip: là phng pháp s dng các chuyn đi có đi
lng vào tng ng vi các lc, ng sut, áp sut cn đo; đi lng ra
đc bin thành các đi lng đin, các thông s đin. Mch đo và ch th
cho kt qu đo không thông qua h dn truyn trung gian.
̇ Phng pháp đo gián tip: thng s dng các phn t đàn hi, các h
dn truyn, bin lc, ng sut, áp sut thành di chuyn. Các chuyn đi đo
các đi lng di chuyn t đó suy ra các đi lng cn đo.
Hai phng pháp trên đc s dng rng rãi, s dng phng pháp nào tùy
thuc yêu cu và nhim v thc hin chúng.
o lc, ng sut và áp sut phn ln có th đa v phép đo
l∆ hoc ll /∆ vì:
E
l
l
σ
=
∆
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
4
vi: l - chiu dài ca đi tng đo; ∆l - đ bin thiên theo chiu dài.
σ - ng sut c ca vt liu; E - môđun đàn hi.
Mch đo thng là mch cu, kt hp vi các tng khuch đi và chnh lu. Ch
th là các dng c ch th c đin, t ghi, đin t và các dng c s.
16.2. o góc quay, khong cách và di chuyn.
16.2.1. o kích thc và di chuyn thng:
o kích thc và di chuyn thng có nhiu phng pháp khác nhau, di đây
là mt s thit b đo dùng trong ngành ch to máy.
a) Thit b đo kích thc và di chuyn nh: có cu to nh hình 16.1:
Hình 16.1. Cu to ca thit b đo kích thc và di chuyn nh
Cu to: chuyn đi đin cm mc kiu vi sai vi hai đin tr R to thành
mch cu bn nhánh. Mch cu đc cung cp bng ngun đin áp xoay chiu
n đnh.
Nguyên lý hot đng: trng thái bình thng khi lõi thép di đng 1 nm v
trí gia ca khe h không khí thì mch cu cân bng, đin áp ra trên đng chéo
mch cu bng không.
Khi có đi tng cn đo vi đ dày x tác đng thì lõi thép 1 s di chuyn khi
v trí gia ca khe h không khí làm cho mch cu mt cân bng và trên đng
chéo mch cu xut hin mt hiu đin áp U t l vi đ dày x. in áp này
đc đa vào chnh lu và chuyn thành thành dòng đin mt chiu, s dng
miliampemét đo dòng đin này t đó suy ra giá tr ca đ dày x. Thng đ
thun tin thì miliampemét đc khc đ trc tip theo kích thc.
c đim: thit b có gii hn đo t 0,03÷ 0,3 mm và 0,02÷0,12mm. c tính
tnh trong gii hn đo là tuyn tính. chính xác cp 1÷ 4, đ nhy có th đt ti
5µA/µm.
Do cu to đn gin, ngun cung cp xoay chiu tn s 50Hz nên thit b đc
s dng rng rãi trong ngành ch to máy.
b) o di chuyn thng bng bin áp vi sai tuyn tính (Linear Variable
Differential Transformer - LVDT): có cu to nh hình 16.2: gm có: cun s
cp (Primary) đc ni vi đin áp xoay chiu; hai cun th cp (Secondary 1 và
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
5
Secondary 2) đc b trí đi xng so vi cun s cp; nòng st t di chuyn
đc.
Nguyên lý hot đng: s dch chuyn cn đo tác đng lên nòng st t, s dch
chuyn ca nòng st t s làm bin đi đ ghép gia cun s cp và th cp làm
thay đi đin áp ra xoay chiu trên hai cun th cp, đin áp này s t l vi đ
dch chuyn.
Hai cun th cp đc mc xung đi sao cho sut đin đng cm ng ca chúng
ngc pha nhau, đin áp ra V
net
là:
21
VVV
net
+
=
Hình 16.2. Cu to ca bin áp vi sai tuyn tính LVDT
in áp ra thng đc bin đi thành đin áp mt chiu bng mch chnh
lu, sau đó qua mch lc và mch khuch đi nh s đ hình 16.3. in áp ra
mt chiu s đa đn c cu ch th hoc các khâu khác:
Hình 16.3. X lý tín hiu đin áp ra ca LVDT
b) Thit b đo chiu dày ca lp ph các chi tit dùng chuyn đi iôn: có cu
to nh hình 16.4.
Cu to và nguyên lý hot đng: tia bc x ly t ngun 1 (cht Tali 204), tia
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
6
này chiu vào chi tit cn đo có chiu dày lp ph 2. Khi tia bc x chiu lên b
mt chi tit thì s b phn x li, tia phn x đc thu vào bình iôn hoá 3 to
thành các dòng iôn. Bình iôn hoá 4 đc cung cp bng ngun iôn hoá 5 (cht Ta
li 204) nhng có đ hot đng yu hn dùng đ cân bng dòng iôn hoá ban đu.
Tia bc x 5 đc điu chnh nh tm chn 6. in áp cung cp đt lên v bình
iôn hoá 3 và 4 có du ngc nhau do đó dòng iôn hoá chy qua đin cc chung 7
và qua đin tr R là hiu ca hai dòng iôn trong bình 3 và 4.
Hình 16.4. Thit b đo chiu dày ca lp ph các chi tit dùng chuyn đi iôn
chnh không ban đu (khi chi tit cha có lp ph), tm chn 6 đc di
chuyn sao cho đ ln ca hai dòng iôn hoá trong bình 3 và 4 bng nhau v
môđun nhng ngc nhau v du, do đó dòng đin ra bng không.
Khi chi tit đo có lp ph, đ phn x ca tia bc x vào bình 3 thay đi làm
cho dòng iôn hoá thay đi và hiu đ ln ca hai dòng đin khác không. in áp
ri trên đin tr R t l vi đ dày lp ph trên chi tit. Do tín hiu ra rt nh,
nên đc khuch đi bng b khuch đi đin lng 8 sau đó đa vào khuch đi
mt chiu 9 và đa ra ch th.
cung cp đin áp tht n đnh cho bình iôn hoá và các tng khuch đi,
ngun cung cp 10 có h s n đnh rt cao. Sai s đo khi khc đ theo mu cho
trc đt ti ± 2%.
c) Thit b đo kích thc rt nh: đ đo kích thc rt nh nh đ bóng b
mt các chi tit gia công (∇7÷∇14) có th s dng thit b đo đ bóng nh loi
KB-7 có s đ cu to nh hình 16.5:
Cu to: cun dây cm ng 1 đc đt gia khe h nam châm vnh cu 2
có th di chuyn dc trc mch t. Cun dây đc gn vào kim 4 và lò xo 5.
Toàn b chuyn đi đt lên chi tit cn đo đ bóng bng chân 3 có đng kính
ln.
Nguyên lý hot đng: khi bánh rng và đng c D quay, chuyn đi di chuyn
tnh tin trên b mt chi tit vi tc đ 10 ÷ 20 m/s. Khi di chuyn, do đ nhp
nhô ca b mt chi tit nên cun dây 1 gn kim nhn cng b di đng và cm ng
ra sc đin đng t l vi đ nhp nhô ca chi tit. Vi đ nhp nhô nh (∇14)
thì sc đin đng cm ng rt nh do đó tín hiu ra đc đa qua khuch đi 6
có h s khuch đi ln và chia thành nhiu gii hn đo khác nhau, sau đó qua b
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
7
tích phân 8, qua khuch đi 9 và đa vào ch th (CT). Ch th đc khc đ theo
giá tr trung bình ca biên đ dao đng do đ nhp nhô b mt và xác đnh đ
bóng ca chi tit gia công.
Hình 16.5. Thit b đo kích thc rt nh: thit b đo đ bóng
c đim: ngng nhy và đ chính xác ca thit b b hn ch do nhiu gây
nên khi t trng ca nam châm vnh cu cng nh t trng và nhit đ bên
ngoài thay đi. Hin tng này đc khc phc bng cách qun thêm cun dây
bù 7 c đnh trên nam châm, khi t trng trong cun dây đo và cun bù thay đi
do các yu t bên ngoài gây nên, chúng đc bù ln nhau. Mt khác sc đin
đng trong cun dây cm ng 1 không ch ph thuc vào s di chuyn ca nó mà
còn ph thuc vào tc đ kéo ca đng c.
Sai s ca thit b ph thuc vào gii hn đo và đ nhy ca nó. Sai s c bn
ca thit b là ±10%.
d) o di chuyn bng thc mã hóa: đây là phng pháp đo di chuyn đt
đc đ chính xác cao. Di chuyn c hc đc truyn qua mt thc di đng,
thc này có th là mt thc trong sut trên nó đc khc vch chia đ đen,
trng. Các vch trng cho ánh sáng xuyên qua hoc phn x tr li. Mt h thng
quang hc chiu ánh sáng qua thc khc vch. Khi thc di chuyn, các tia ánh
sáng qua vch trng, đen đn t bào quang đin và to thành các xung đin.
Các xung đin đc đa qua b đm đn ch th đ ch mc di chuyn, ta có:
0
.dND
xx
=
vi: D
x
- khong di chuyn ca thc.
N
x
- s xung đm đc
d
0
- giá tr ca mt vch đo.
Hin nay bng phng pháp khc vch ngi ta có th chia đc ti 2000 vch
trên mt milimét dài.
Ngoài phng pháp khc vch trên ngi ta còn s dng thc mã hoá.
Thc mã hoá là mt thc gm nhiu di khc vch quan h vi nhau theo mt
mã nht đnh, thông thng là mã nh phân. Khi ánh sáng đi qua là 1, ánh sáng b
ngn li là 0. Tu theo con s cn đm ta xác đnh s phn t đm và s dòng
trên thc mã hoá. Mi bc ca thang đo làm thay đi trng thái ca mt hoc
nhiu phn t ca b khoá, sau khi gii mã kt qu đc th hin bng các con
s. ây là c s ca phép đo di chuyn bng các thit b s.
16.2.2. o khong cách:
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
8
o khong cách có nhiu phng pháp khác nhau, thông dng nht là phng
pháp đm s vòng ca mt bánh xe, sau đó kt hp vi kích thc bánh xe đ
suy ra quãng đng. Phng pháp này thng dùng cho các loi xe ôtô và môtô.
Ngày nay các phng pháp hin đi hn có th bin đi tc đ quay ca bánh
xe thành tn s ca mt dãy xung, thit b đm s đm s xung và đa kt qu
quãng đng tng ng lên mt bng s hoc đa đn thit b điu khin.
Tc đ và quãng đng đi ca mt tên la lúc ri b phóng có th đc xác
đnh bng cách ng dng hiu ng Dople. Hiu ng này cho bit khi hai vt tin
gn nhau, tn s s thay đi, nh đó có th suy ra tc đ ca tên la do s thay
đi tn s ca b phát sóng đt đu tên la qua đó có th điu khin đc tc
đ và tính đc quãng đng đi ca tên la.
Phng pháp vô tuyn đnh v tia laze đo khong cách ln: phng pháp đo
khong cách ln (hàng triu kilômét) ngày nay đc s dng nhiu là phng
pháp vô tuyn đnh v tia laze (H.16.6a,b):
a) b)
Hình 16.6. o khong cách ln bng phng pháp vô tuyn đnh v tia laze:
a) S đ tng quan quá trình đo
b) S đ nguyên lý ca thit b đo
B phát công sut ln 1 phát xung ngn (c micrô giây) hoc tia laze hng
v phía đi tng cn đo khong cách 2. Sau khi gp đi tng, sóng hoc tia
laze phn x li và đc thu bng thit b thu đ nhy cao. o khong thi gian
t lúc phát đn lúc thu tín hiu phn x có th tính đc khong cách ca đi
tng cn đo:
2
.ct
D =
vi: t - thi gian tính t khi phát đn lúc thu tín hiu.
c - tc đ truyn ca sóng vô tuyn và laze.
D - khong cách cn đo.
Ví d: đ đo khong cách gia hai vt th bng thit b đo laze -314 vi đ
xa 2000m có th đt sai s ± 2 cm.
S đ nguyên lý ca thit b đo khong cách và di chuyn bng tia laze nh
hình 16.6b:
Nguyên lý hot đng: ngun laze bc x thành dòng ánh sáng đc phân
thành hai tia
1
và
2
nh gng lch 2. Tia
1
phn x t gng 2 qua gng 3
chiu vào phn t quang đin 1. Tia
2
cng đi qua gng 2 đn đi tng cn
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
9
đo 4 và đc phn x li qua gng 2 đn phn t quang đin 1. Ti phn t
quang đin, hai tia
1
và
2
đc xp chng. Khi đi tng đo di chuyn, tng
cng đ sáng ca hai tia laze cng thay đi. Nh thit b đm 5 có th tính đc
khong di chuyn ca đi tng đo 4. Nu gi L
x
là khong di chuyn ca đi
tng đo, k là s chu k tính ca tia laze và là đ dài ánh sáng ta có quan h:
2
.
λ
kL
x
=
Vi thit b trên, khi đo khong di chuyn c 1m thì sai s t 0,1÷1µm.
16.2.3. o góc quay:
a) Thit b đo góc da trên các chuyn đi bin tr (Angle Potentionmeter):
có u đim là đ chính xác cao (sai s ch c 0,05÷0,03%); công sut ra ln,
không cn khuch đi tín hiu; cu to ca thit b đn gin.
Hình 16.7 là chuyn đi bin tr loi MY-62 đc ch to hàng lot trong
công nghip dùng đo góc quay:
Hình 16.7. Chuyn đi bin tr đo góc quay loi MY-62
Nguyên lý hot đng: di chuyn góc cn đo qua tay gt 1 tác đng lên con
trt 2 làm con trt di chuyn trên bin tr 3, giá tr ca bin tr 3 t l vi góc
quay cn đo.
c đim: đin tr ca bin tr khong 250, góc quay toàn phn là 60
0
. Sai
s c bn không quá ±0,3
0
.
Ngoài chuyn đi bin tr còn có th dùng các chuyn đi đin cm, đin
dung phi hp vi các mch đin t đ đo góc quay.
b) Thit b đo góc quay bng chuyn đi cm ng: có s đ nguyên lý nh
hình 16.8.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
10
Nguyên lý hot đng: khi đa x rãnh 1 quay đi mt góc (tng ng vi n
rãnh) s làm cho t thông móc vòng trong cun dây cm ng 2 thay đi to ra
mt sc đin đng cm ng, sut đin đng này đc tính bng:
dt
d
WE
c
Φ
−= .
vi: W: s vòng ca cun dây cm ng 2
: t thông móc vòng trong cun dây cm ng 2
Hình 16.8. S đ nguyên lý ca thit b đo góc quay bng chuyn đi cm ng
Tn s ca sut đin đng t l vi s rãnh quay ca đa n. Tn s này qua b
bin đi tn s sang đin áp [f/U] s chuyn thành tín hiu đin áp đ đa vào ch
th (CT). Ch th đc khc đ theo góc quay.
c) Thit b dùng chuyn đi đin cm đo góc quay trong không gian hai
chiu: có s đ nguyên lý nh hình 16.9:
Hình 16.9. S đ nguyên lý ca thit b dùng chuyn đi đin cm
đo góc quay trong không gian hai chiu
Nguyên lý hot đng: lõi thép phn ng 1 có hai bc t do, di chuyn đc
theo trc Y và trc X. Hai chuyn đi đin cm mc vi sai 2 và 3 ni vi hai
mch cu không cn bng C
x
, C
y
có ngun cung cp là đin áp xoay chiu tn s
500Hz. Tín hiu ra ca mch cu đa vào chnh lu nhy pha (CL
x
, CL
y
) và đa
đn ch th (CT
x
, CT
y
) đ ch góc quay
x
,
y
. Gii hn đo ca thit b là 2,5
0
và
ngng nhy 0,5'.
16.2.4. o mc:
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
11
a) Phng pháp đo mc nc dùng các b bin đi t l dng dn truyn
bng tay gt hoc dây curoa kt hp vi chuyn đi bin tr: là phng pháp
đo mc nc đn gin. Hình 16.10 là cu to ca thit b đo mc nc đc sn
xut hàng lot dùng trong công nghip:
Hình 16.10. Cu to ca thit b đo mc nc dùng các b bin đi t l dng
dn truyn bng tay gt hoc dây curoa kt hp vi chuyn đi bin tr
Cu to và nguyên lý hot đng: phao ni 1 phn ánh mc nc cn đo đc
ni vi si dây 2 gn vào puli 3. Khi puly quay, trc 4 gn vi con trt 5 quay
theo và trt trên bin tr 6 làm thay đi đin tr ca bin tr t l vi mc nc
cn đo. u dây ra ca bin tr đc mc vào mch đo.
Khi thit k, đng kính ca puli đc tính sao cho chu vi ca nó có đ dài đúng
bng khong cách mc nc cn đo.
gi cho dây treo phao luôn đc cng ngi ta gn thêm lò xo xon 7 và c
cu cam 8 đ puli ch có th quay đc mt vòng.
c đim: vi thit b này có th đo đc khong thay đi t vài chc
centimét đn vài mét vi sai s c bn là ± 0,5% trong gii hn thang đo.
b) Thit b đo mc nc dùng chuyn đi đin dung: cng đc s dng
rng rãi. Có s đ cu to nh hình 16.11:
Nguyên lý hot đng: chuyn đi đin dung đc mc vào mt nhánh cu
không cân bng MC, nhánh th hai gm t đin C
1
(có đin dung c vài pF) và
mt t đin khác C
2
mc song song (có đin dung c vài chc pF) thông qua
khoá K. Hai nhánh khác ca mch cu là cun dây th cp ca máy bin áp BA.
Cu đc cung cp bng mt máy phát đin áp cao tn MF (1÷ 10MHz). in áp
ra ca cu đc chnh lu qua b chnh lu CL.
iu chnh cho kim ch th có giá tr cc đi bng cách đóng khoá K và điu
chnh giá tr ca bin tr R. Ch th là mt miliampemét (hoc đin th k t
đng).
c đim: phng pháp này có u đim là đt đc đ tuyn tính trong
khong đo ln. Khong đo t 0 ÷ 5m. Thit b có th đo đc mc nc nhit
đ ±100
0
C và áp sut ca bình t 0 ÷ 10
6
N/m
2
. Sai s ca thit b c ±2,5 %. Sai
s ph 1% khi nhit đ thay đi 10
0
C.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
12
Hình 16.11. S đ cu to ca thit b đo mc nc dùng chuyn đi đin dung
Thit b này thng đc ng dng đ đo mc nc ca các cht lng d bay
hi, d n và n mòn. Khi đó chuyn đi đin dung 1 là thanh kim loi mng ph
lp chng n mòn hoá hc đt gia thùng kim loi đng cht lng 2. Khi thùng
rng, đin dung ca thùng thp, lúc đy cht lng đin dung tng lên.
16.3. o vn tc, gia tc và đ rung.
16.3.1. o vn tc bng máy phát tc đ (Tachometer Generator):
Tc đ k thng dùng nht là máy phát tc đ. Máy phát tc đ có th chia
thành hai loi, máy phát mt chiu và máy phát xoay chiu.
Máy phát tc đ mt chiu (DC tachometer generator): là máy phát đin có
sc đin đng ra t l vi tc đ. Trc quay ca máy phát đc ni vi trc quay
ca đi tng đo. Khi đi tng đo quay, máy phát quay to ra sc đin đng t
l vi tc đ quay. o sc đin đng bng các dng c do đin áp có th suy ra
tc đ.
Máy phát tc đ xoay chiu (AC tachometer generator): có quan h gia sc
đin đng và tc đ quay cng nh máy phát tc đ mt chiu, nhng đin áp ra
là đin áp xoay chiu có tn s t l vi tc đ quay:
60
.na
f =
vi: a - s đôi cc ca máy phát; n - tc đ quay; f - tn s ra
o đin áp U hoc tn s f có th xác đnh đc tc đ đi vi các máy phát tc
xoay chiu, các ch th kèm theo thng là tn s k vì đo tn s, sai s nh hn
và không b ph thuc vào cu to ca máy phát mà ch ph thuc vào cách b trí
s lng cc.
16.3.2. o tc đ quay bng phng pháp bin tc đ quay thành tn s
(Encoder):
Ngoài các máy phát tc, ngày nay đo tc đ quay bng phng pháp bin tc
đ quay thành tn s đc s dng khá rng rãi. Quá trình bin đi tc đ quay
thành tn s có th thc hin bng nhiu cách: bng mch t, bng quang hc …
Thit b đo tc đ quay bng cách bin tc đ quay thành tn s bng mch
t: hình 16.12 là s đ ca thit b đo tc đ quay bng cách bin tc đ quay
thành tn s bng mch t:
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
13
Cu to: b bin đi tc đ - tn s bao gm: bánh rng 1, cun dây cm ng
không tip xúc 2 (hoc cun dây đin cm). ó là các phn t nhy và thng có
s lng rng p = 1, 6, 60, 180, 200, 250 và 600 đ có tn s xung nh nht là
10Hz.
Hình 16.12. S đ ca thit b đo tc đ quay bng cách bin tc đ quay thành tn s
Nguyên lý hot đng: khi bánh rng quay, phn t nhy to thành các xung.
Tn s ln nht có th nhn đc khi đo:
)(
60
.
max
max
Hz
np
f =
vi: n
max
- tc đ quay ln nht;
và s rng không nh hn p
min
= 600/n
min
vi n
min
là tc đ quay nh nht.
Vi s đ trên hình 16.10: nu p = 60, thi gian đo là 1 giây thì thit b có th ch
trc tip tn s quay.
Ch th là dng c s, trong đó xung tn s t phn t nhy đc đa qua b
khuch đi vào thit b tính và đa ra ch th s.
c đim: sai s ca b đm có th đt đc ±1.
Thit b đo tc đ quay bng cách bin tc đ quay thành tn s bng
quang hc: b bin đi tc đ - tn s có th đc thc hin bng các thit b
quang hc nh hình 16.13:
Hình 16.13. B bin đi tc đ - tn s bng quang hc
16.3.3. Thit b đo tc đ quay da trên hin tng cm ng đin t:
Ngoài các thit b trên, đ đo tc đ chuyn đng ca ôtô có th thc hin
theo s đ hình 16.14:
Trong đó chuyn đi bao gm nam châm vnh cu 1 ni vi trc quay ca
đng c qua b dn đng bng dây mm.
Trc nam châm là đa nhôm 2 có trc gn vi kim ch tc đ 4 và lò xo cn
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
14
3. Khi nam châm quay to ra t trng quay, t trng này cm ng lên đa
nhôm dòng cm ng đng thi tác dng lên dòng đin y mt lc to ra mômen
quay lên đa nhôm. Tu theo tc đ quay ca đng c, đa nhôm b quay theo,
kim ch cho ta bit đc tc đ đó.
Hình 16.14. S đ thit b đo tc đ quay da trên hin tng cm ng đin t
16.3.4. o gia tc (acceleration) và đ rung (chn đng-vibration):
Cu trúc chung ca dng c đo này gm mt khi quán tính gn vi mt h lò
xo. Do quán tính ln nên gia khi quán tính và đ ca dng c có s di chuyn
tng đi vi nhau khi có rung. Ngoài ra t phép đo di chuyn có th suy ra biên
đ rung hay gia tc.
Các chuyn đi dùng trong dng c đo gia tc hay đ rung là các chuyn đi
đin tr, đin cm, đin dung, áp đin Vn đ là chn quán tính và chuyn đi
nh th nào đ khi đo không gây ra các sai s ph v tn s.
Quan h gia tn s cng hng ca h thng c và di tn cn đo ca dng
c thng t l nghch nhau. Thông thng tn s ca chuyn đi trong dng c
đo chn đng phi thp hn mt s ln gii hn di ca di tn cn đo. i vi
dng c đo gia tc thì ngc li tn s ca chuyn đi phi ln hn mt s ln
gii hn trên ca di tn cn đo.
Di tn đo các thông s rung trong khong 20 ÷ 3000Hz vì vy tn s ca h
thng c trong dng c đo đ rung nm trong khong 2 ÷ 7Hz, còn đi vi gia
tc k t 10 ÷ 15kHz và ln hn.
a) Chn đng k kiu cm ng: da trên quan h vi tích phân gia các thông
s ca chuyn đi rung, ta có th ch to đc các thit b phi hp gia chuyn
đi vi các mch vi tích phân và ch th đ đo đ rung (chn đng) và gia tc.
Cu to: nh hình 16.15: gm mt giá đ bng kim loi không dn t 1 đ đt
trên đi tng đo. Trên giá đ có thanh dao đng 2 và nam châm 3. Thanh dao
đng, nam châm và lò xo 4 to thành khi quán tính.
Nguyên lý hot đng: bình thng, di tác dng ca trng lng, khi quán
tính và lc đy ca lò xo trng thái cân bng, cun dây cm ng 5 đt gia khe
h không khí ca nam châm đng yên. Khi có đ rung (chn đng), nam châm
và cun dây cm ng di chuyn tng đi vi nhau làm cho t thông móc vòng
qua cun dây thay đi, to ra sc đin đng cm ng. Sc đin đng sinh ra t l
vi biên đ rung đc đa vào khuch đi sau đó đa ra ch th.
Cun dây bù 6 có tác dng kh sc đin đng do nhiu sinh ra trong cun dây 5.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
15
Nh b vi phân 6 và tích phân 7, thit b có th đo đc đ rung vi biên đ
x, tc đ rung
x
&
và gia tc x
&&
.
Hình 16.15. Cu to ca chn đng k kiu cm ng
ghi li và theo dõi quá trình có th dùng ch th t ghi hoc dao đng kí.
c đim: chn đng k loi này làm vic vi tn s loi này t 20 ÷ 500Hz.
b) o đ rung bng chuyn đi áp đin: khi cn đo đ rung vi tn s cao
hn (t 10 ÷ 20kHz) có th s dng chuyn đi áp đin.
Cu to: hình 16.16 là s đ cu trúc ca thit b đo đ rung vi chuyn đi
áp đin:
Hình 16.16. S đ cu trúc ca thit b đo đ rung bng chuyn đi áp đin
V 1 ca chuyn đi đc to thành ren 2 đ bt cht vào đi tng đo. Di
đáy v là phn t áp đin 3 đc gn cht bng nha dán. Phn t áp đin có th
là tinh th thch anh, titanat bari (BaTiO
3
). Mt trên ca phn t áp đin là khi
quán tính 4. Khi quán tính làm bng hp kim vônfram có trng lng gp 2 đn
3 ln thép, do đó có th to thành mt khi dao đng vng chc.
Tn s riêng ca chuyn đi ph thuc vào khi lng, đ chc chn ca đáy v,
trng lng ca khi quán tính và có th đt đn 50 ÷ 100kHz. Thit b có th
làm vic đc trong di tn t 500Hz ÷ 20kHz.
Nguyên lý hot đng: khi làm vic phn t áp đin chu lc t l vi gia tc,
các đin tích do phn t áp đin to ra t l vi giá tr tc thi ca gia tc. Các
đin tích này đc dn ra bng cáp bc kim loi 6, lõi 5 ca dây cáp đc ni vi
quán tính 4, cách đin vi v ngoài và v dây cáp li đc ni vi v ngoài đó.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
16
S đ khi ca dng c vn nng dùng chuyn đi áp đin đo biên đ rung,
đo gia tc trung bình nh hình 16.17:
Hình 16.17. S đ khi ca dng c vn nng dùng chuyn đi áp đin
đo biên đ rung và đo gia tc trung bình
Chuyn đi áp đin đc ni song song vi t C đ nhn đc đin áp xoay
chiu t l vi gia tc nhng không ph thuc vào tn s rung. Tr kháng X
c
=
1/C đi vi di tn làm vic cn phi đc chn sao cho đt tr vào nh nht
đu vào ca khuch đi s b (K) đ hn ch gii hn di ca di tn làm
vic.
in áp sau khi qua khuch đi s b đc đa vào hai kênh song song. Mt
kênh gm có mch khuch đi, chnh lu và ch th ch gia tc
x
&&
.Kênh còn li là
hai b tích phân T
1
và T
2
mc ni tip vi nhau ni vi chnh lu và ch th ch
biên đ rung x.
c đim: các thit b trên di tn làm vic t 20Hz ÷ 10kHz, sai s quy đi ±
5%. Thit b có 4 gii hn đo gia tc 20, 100, 400 và 2000m/s
2
, bn gii hn đo
đ rung 0,05; 0,25; 1,0; 5,0 mm.
c) o gia tc không thay đi s dng gia tc kiu con lc: hình 16.18 là s
đ nguyên lý ca gia tc kiu con lc vi chuyn đi đin dung:
Hình 16.18. S đ nguyên lý ca gia tc kiu con lc vi chuyn đi đin dung
Cu to và nguyên lý hot đng: di tác dng ca gia tc, con lc có chiu
dài l và khi quán tính m b lch đi mt góc ϕ và bn cc nm gia ca chuyn
đi đin dung mc vi sai b di chuyn mt khong ∆. in áp ra ca mch cu
(gm hai na cun dây th cp bin áp và chuyn đi đin dung) t l vi gia tc
cn đo.
c đim: gia tc k con lc dùng đo gia tc nh hn 0,1g (g - gia tc trng
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
17
trng). Vi gia tc ln hn tng ng vi góc lch ϕ quá ln s gây sai s do
đ phi tuyn.
d) o gia tc không thay đi s dng gia tc kiu lò xo: hình 16.19 là s đ
nguyên lý ca gia tc kiu lò xo vi chuyn đi bin tr:
Hình 16.19. S đ nguyên lý ca gia tc kiu lò xo vi chuyn đi bin tr
Cu to và nguyên lý hot đng: khi quán tính m đc gn vào lò xo đàn hi
C. Khi có gia tc theo hng thng đng, di tác dng ca lc quán tính xmF
&&
=
con trt D gn vi khi quán tính s di chuyn trên bin tr R. in áp ra t l
vi gia tc cn đo.
c đim: gii hn ca thit b ph thuc vào khi quán tính và lò xo, nó có
th đo đc gia tc t 0,1÷150g. Thit b này đc s dng trên máy bay đ đo
gia tc trong cabin vi các ch đ bay khác nhau.
Sai s ca hai loi gia tc k trên t 1 ÷ 5%.
e) o gia tc bng phng pháp bin thành tn s: đây là phng pháp đo
rt thun li có th đo đc gia tc nh cng nh đo tc đ trc tip nh các
khâu tích phân.
u đim ca phng pháp này là d dàng phát hin đc s thay đi tn s
nh s so sánh gia tn s đo và tn s mu do đó cho phép đo đc s thay đi
gia tc vi sai s khong 1÷2.10
-6
gia tc đó.
Gia tc k kiu rung: hình 16.20 là s đ nguyên lý ca gia tc k kiu rung:
Hình 16.20. S đ nguyên lý ca gia tc k kiu rung
dùng đo gia tc ca đng đn tên la
Cu to và nguyên lý hot đng: chuyn đi gm có khi quán tính M gn lên
hai thanh rung kéo cng 2. u kia ca thanh rung gn vi v 3.
Hai thanh rung đc đt nm trong khe h t trng ca hai nam châm NS. Hai
đu ca thanh rung đc ni vi máy phát rung. Tn s dao đng riêng ca thanh
rung đc xác đnh theo công thc:
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
18
ρ
σ
21
1
2
1
0
==
ml
F
f
vi: f
0
- tn s riêng; l - chiu dài thanh rung
F - lc kéo; m - khi lng ca c thanh rung
σ - ng sut c; - mt đ
Di tác dng ca gia tc mt thanh rung có tn s tng lên còn thanh kia tn s
gim đi. i lng ra là hiu tn s ca hai thanh rung, tn s này t l vi gia
tc. Thit b đo là các b đm xung.
c đim: nhng dng c này có kh nng đo đc gia tc vi di tn rng t
vài chc đn hàng trm Hz. Sai s ca dng c c 0,01%.
Thng đc s dng trong h thng giao thông đng thy, đo gia tc ca
đng đn tên la…
16.4. Phng pháp đo bin dng (deformation) và ng sut c (stress).
o ng sut và bin dng thc t là mt, đó là đo ∆l hay
ll /
∆
.
o bin dng và ng sut có th dùng các loi chuyn đi khác nhau, thng
dùng chuyn đi đin tr lc cng (tenzo).
Phm vi đo bin dng tng đi
ll /
∆
bng mt đin tr lc cng: t 0,005 ÷
0,02%, hoc t 1,5÷2% và đôi khi có th t 6÷10%.
u đim ca các chuyn đi đin tr lc cng: quán tính rt nh, s dng
đc trong di tn rng 0÷100kHz. Có th đo đc bin dng tnh và bin dng
đng, ch to đn gin, d hiu chnh, ít b nhiu do đin t trng bên ngoài tác
đng.
16.4.1. Các khâu nguyên công khi đo bin dng và ng sut bng đin tr lc
cng:
in tr lc cng phi đc dán trên mt lp cách đin mng và dán dc theo
chiu bin dng vì vy tùy theo yêu cu ca phép đo mà chn v trí, chiu đt
đin tr trên đi tng đo đ có th phn ánh đc bin dng hoc ng sut mà ta
mun đo. C th các khâu nguyên công bao gm: chn v trí đo, chun b b mt
dán và dán chuyn đi.
Chn v trí đo: khi nghiên cu trng thái ng sut theo mt hng nào đó,
chuyn đi đc dán theo hng tác dng ca ng sut, lúc đo s bin dng ca
chi tit đo và ng sut đc tính theo công thc:
k
R
1
ε
=ε
và
k
EE
R
ε
εσ
1
==
trong đó: k - h s đ nhy tng đi;
ε
R
- đ bin thiên tng đi ca đin tr chuyn đi.
ε
1
- d bin thiên tng đi theo chiu dài tác dng.
E - môđun đàn hi ca vt liu
Ví d: vi vt liu có môđun đàn hi E = 2.10
5
N/mm
2
, ngi ta dùng loi đin
tr dây mnh làm bng Constantan có h s k = 2, khi đó ng sut 100
N
/mm
2
tng ng vi
ε
R
= 0,1%.
loi tr sai s do nhit đ môi trng thay đi, mch đo đc s dng hai
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
19
chuyn đi cùng loi mc trên hai nhánh ca cu và cùng dán lên mt chi tit đo,
đt trong cùng điu kin nhit đ.
Hình 16.21a cho thy phng pháp dán hai chuyn đi đin tr lc cng lên đi
tng cn đo lc un ca mt dm chu lc. Khi có lc tác dng, chuyn đi R
T
nm phía trên dm chu lc kéo còn chuyn đi R
T’
nm phía di chu lc nén:
Hình 16.21. Phng pháp dán hai chuyn đi đin tr lc cng lên đi tng cn đo
lc un ca mt dm chu lc:
a) Khi đi tng đo có nhng bin dng nh nhau và ngc du nhau
b) Khi đi tng đo không có nhng bin dng nh nhau và ngc du nhau
nh vy khi cu mt cân bng đin áp ra trên đng chéo cu có giá tr ln gp
hai ln khi ch có mt chuyn đi b bin dng, hn na cách này có kh nng
loi tr đc sai s do nhit đ môi trng gây nên.
Trong trng hp khi đi tng đo không có nhng bin dng nh nhau và
ngc du nhau, đ hiu chnh sai s nhit đ có th dán mt chuyn đi lên đi
tng cn đo, còn chuyn đi khác dán lên mt mu đc ch to cùng loi vt
liu vi đi tng đo, mu này đc đt trong cùng điu kin nhit đ xem hình
16.21b.
Chun b b mt dán và dán chuyn đi: phi đm bo các chuyn đi gn
cht vi đi tng đo.
Vic chn v trí không đúng và dán chuyn đi không đúng phng pháp s
gây sai s ln (sai s phng pháp).
16.4.2. Chn mch đo, đin áp cung cp và ch th ch kt qu:
Mch đo dùng vi chuyn đi đin tr lc cng thng là mch cu cân bng
hoc không cân bng.
Trong các phép đo bin dng tnh, yêu cu đ chính xác cao: thng dùng
cu cân bng hay cu t đng cân bng.
Trong các phép đo bin dng đng, đ chính xác không yêu cu cao: mch đo
thng là mch cu không cân bng, đin áp ra trên đng chéo cu t l vi đ
bin dng cn đo. Khi đin áp nh thì cn kt hp vi mch cu vi các b
khuych đi đ tng tín hiu lên.
a) S đ khi ca thit b đo b bin dng: nh hình 16.22: cu đo C đc
cung cp bng đin áp xoay chiu t máy phát có tn s chun (MF). Tín hiu ra
ca mch cu đa vào khuch đi (K) đ tng đ ln, tín hiu đc tip tc đa
đn chnh lu nhy pha (CL) đ bin thành tín hiu mt chiu sau đó qua b lc
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
20
(L) và ch th (CT). Ch th có th là dao đng kí, ch th c đin hoc ch th s
Hình 16.22. S đ khi ca thit b đo b bin dng
Mch khuch đi và máy phát tn s đc cung cp t ngun N. kim tra
đ nhy và cân bng cu có th dùng thit b kim tra (KT) và thit b cân bng
(CB). o bin dng tnh, cân bng thng dùng mch cu t đng.
b) Thit b cân bng t đng dùng đ đo bin dng: có s đ nh hình
16.23:
Hình 16.23. S đ ca mt thíêt b cân bng t đng dùng đ đo bin dng
Cu to và nguyên lý hot đng: hai đin tr lc cng R
1
và R
2
đc mc vào
hai nhánh cu cân bng. in tr R
1
là đin tr làm vic, còn đin tr R
2
dùng đ
hiu chnh nhit đ. Tr s đin tr ca
R
1
và R
2
ging nhau. Hiu chnh đ nhy
cu là đin tr R
đ/c
. Khi thit b làm vic, đin áp ra t mch cu đc đa vào
khuch đi (K) và chnh lu (CL) sau đó đa vào đng c thun ngch (). Khi
đng c quay kéo con trt trên bin tr R
t
đn cu cân bng v trí mi thì
dng li.
c đim: thit b có gii hn đo là 10
-2
đn v bin dng tng đi khi làm
vic vi đin tr lc cng có tr s 70÷400Ω vi đ nhy k = 1,8 ÷ 2,25. Ngng
nhy ca thit b là 10
-6
đn v bin dng tng đi.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
21
16.5. Phng pháp đo lc (force) và mômen xon (torque).
16.5.1. o lc bng lc k:
a) Phân loi: tùy theo phng pháp đo lc có th chia thành:
- o bng các chuyn đi trc tip: thng dùng các đin t áp đin và áp
t. Gii hn đo ca các dng c này ph thuc vào din tích tác dng các chuyn
đi.
Ví d : ng sut cho phép trong vt liu áp t
σ
không vt quá gii hn
σ
cp
=
40N/mm
2
, đi vi thch anh
σ
cp
= 70
÷
10
N
/mm
2
.
Chuyn đi áp t làm vic có ch đ chc chn cao và di tn t 20 ÷ 50kHz.
Phn t áp đin ch đo đc vi lc bin thiên tn s ≥ 5 ÷ 10Hz tr lên, không
khc đ đc vi lc tnh.
- o lc bng phng pháp bin đi lc thành di chuyn và đo di chuyn đ
xác đnh lc: thc hin đc nh các chuyn đi bin tr, đin cm, đin dung,
đin tr lc cng Gii hn đo ca các dng c ph thuc vào cu trúc ca phn
t dn truyn, cách lp ghép chúng.
Các dng c đo lc nh trên gi là các lc k.
b) Lc k dùng chuyn đi bin tr: có s đ nh hình 16.24:
Hình 16.24. S đ nguyên lý và cu to ca lc k dùng chuyn đi bin tr
Cu to và nguyên lý hot đng: lc cn đo F tác đng lên hai tm thép 1 và
2, hai tm này gn lin vi hai khi 3 và 4. Di tác dng ca lc đo, bn mng
5 b bin dng và khi 3 và 4 di chuyn tng đi vi nhau. Trong quá trình di
chuyn, khi 3 gn cn 6 đy tay gt 7 làm con trt di chuyn trên bin tr dây
8. Con trt đc ch to t hp kim platin-iridi, dây bin tr làm bng
constantan m vàng. Lò xo đàn hi 9 đc gn vi tay gt 7 đ đm bo tay gt
có th tr li v trí ban đu khi không có lc tác đng.
Thông s đc trng: bin tr có 170 vòng, đin tr 500
Ω
, gii hn đo khong
3kN. Áp lc ca con trt lên các vòng dây bng 0,02 N
c đim: u đim ca lc k này là đn gin, d ch to, d s dng, đ tin
cy cao không cn khuych đi tín hiu ra.
Nhc đim ca dng c là không đo đc lc bin thiên nhanh do tay gt 7
di tác dng ca lò xo 9 ch thc hin đc vi tn s không quá 10 ÷ 20Hz.
Sai s ca dng c là ± 3%.
c) Lc k đo lc tác đng nhanh: có th dùng lc k vi chuyn đi đin tr
tenzô, đin cm, đin dung, áp đin và áp t.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
22
Lc k tenzô: hình 16.25a là lc k tenzô đo đc lc trong khong 2.10
3
÷
5.10
5
N: phn t đàn hi 1 là mt thanh thép đc đc dán đin tr tenzô 2.
Lc k c: hình 16.25b: gii hn đo t 2.10
4
÷ 10
5
N, phn t đàn hi 1 có
dng hình xuyn, trên đó có dán đin tr tenzô 2 c hai phía trong và ngoài:
Hình 16.25. Lc k tenzô:
a) S đ cu to chung
b) Phn t đàn hi có dng hình xuyn trên có dán đin tr tenzô 2 c hai phía
Các đin tr tenzô đc ni thành nhánh ca mch cu không cân bng. Khi
có lc tác đng, phn t đàn hi 1 b bin dng làm cho các đin tr tenzô bin
dng theo.
Vi các lc bin thiên chm, cu đc cung cp bng ngun đin áp tn s
50Hz, ch th là các thit b t ghi. Khi lc tác đng nhanh, ch th là các dao
đng kí.
Sai s ca lc k gm hai thành phn, sai s cng tính và sai s nhân tính.
St
dm
tt
S
dm
Sdm
X
X
X
X
XX
γγγ
γγγ
γ
γ
+=
+=
+
=
∆
0
0
0
vi: ∆,γ - sai s tuyt đi và sai s tng đi điu kin chun (20 ± 5
0
C)
γ
t
- sai s ph do nhit đ thay đi trên 10
0
C
γ
0
- sai s quy đi không
γ
S
- sai s do đ nhy tng đi
X
đm
, X - gii hn đo trên và giá tr ca đi lng đo.
Lc k kiu áp t: nh hình 16.26: trong đó chuyn đi áp t 1 (C1) là
chuyn đi làm vic, chu lc tác đng F; còn chuyn đi áp t 2 (C2) là
chuyn đi ph, không chu lc tác đng, dùng đ bù đin cm ban đu và bù các
yu t nh hng t bên ngoài nh nhit đ, tn s ngun cung cp thay đi. Hai
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
23
chuyn đi đc mc vi hai đin tr R thành mch cu.
in áp ra ca mch cu đc đo bng milivômét hoc các ch th đo đin áp.
Hình 16.26. Lc k kiu áp t:
a) S đ cu to
b) Mch đo
u đim: đo đc lc tác đng ln, thun tin khi đo hin trng, đ làm
vic tin cy, chc chn.
Nhc đim: đ chính xác không cao, có hin tng tr.
16.5.2. o lc bng phng pháp bù:
nâng cao đ chính xác ca phép đo có th dùng phng pháp bù đo lc.
Hình 16.27 là s đ ca lc k kiu bù:
Hình 16.27. S đ ca lc k kiu bù
Cu to và nguyên lý hot đng: lc cn đo P tác đng lên thanh dn đng 1
đn cánh tay đòn 2. u cánh tay đòn phía bên phi mang phn ng 3 ca chuyn
đi h cm mc kiu bin áp vi sai.
Khi phn ng di chuyn to ra mt đin áp đu ra ca bin áp. in áp này
đc đa vào khuych đi (K) đ tng tín hiu ra sau đó đa đn chnh lu pha
(CPL). Dòng đin sau chnh lu (I
ra
) đc dn đn cun dây 4 ca chuyn đi
ngc kiu cm ng 5 đu cánh tay đòn bên trái. Dòng đin chy trong cun
dây 4 to ra mt lc đy F lên cánh tay đòn bù vi lc P:
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
24
rr
P
rP
IKI
k
k
PPkF
IkF
==→=
=
vi: k
P
, k, K là các h s.
Nh vy đo dòng đin I
r
suy ra đc lc P cn đo.
c đim: đ chính xác ca phng pháp này khá cao vi γ = 0,05 ÷ 0,02%.
Ch th (CT) đc khc đ trc tip giá tr đo.
Nhc đim ca thit b trên là không đo đc lc ln vì chuyn đi đin t
ngc có trng lng 0,5 kg ch có th đo đc lc tác đng c 2N. Khi cn đo
lc có giá tr t 5 ÷7 N trng lng có th tng lên đn 5 ÷10kg.
Sai s ch yu do ma sát ca trc quay cánh tay đòn gây nên và do hin tng
t tr ca chuyn đi h cm.
16.5.3. Lc k ch th s:
Mt trong nhng phng pháp đo lc có đ chính xác cao là phng pháp
bin lc thành tn s, đo tn s xác đnh giá tr lc cn đo.
Các chuyn đi dùng đo lc theo phng pháp này thng là các chuyn đi
đin cm, đin dung kt hp vi các máy phát tn s LC và RC.
Hình 16.28 là s đ khi ca mt lc k ch th s:
Hình 16.28. S đ khi ca lc k ch th s
Cu to và nguyên lý hot đng: chuyn đi đin cm mc kiu vi sai (C)
đc cung cp t hai ngun máy phát 1 và 2 có tn s bng nhau 40kHz.
Khi cha có lc tác đng vào chuyn đi thì tn s ca máy phát không thay đi
và bng 40kHz. Di tác dng ca lc cn đo s làm cho đin cm ca hai
chuyn đi b thay đi làm cho mt máy phát tn s có tn s tng còn máy kia
có tn s gim đi. Nh b điu ch (C) và b lc (L), hiu tn s ca hai máy
phát đc tách ra và đa vào b nhân tng tn s lên gp hai ln. Tn s này
đc đa đn b to xung (TX) to thành các xung vuông, các xung đc đm
bng ch th s. Ch th khc đ giá tr cn đo.
16.5.4. o bin dng xon và mômen xon trên b phn quay:
Vn đ khó khn khi đo mômen xon b phn quay là đa tín hiu đo t
phn quay ra ngoài. Ngoài ra đin áp ra ca các khâu chuyn đi thng rt thp
(c mV), vi đin áp thp nh vy thì nh hng ca đin tr tip xúc các đu
trt đa đin áp ra ngoài là ht sc quan trng và khó tránh khi.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 16: O CÁC I LNG C HC
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
25
Có th dùng các bin pháp vi các đu trt đc bit nh dây trt, tip đim
thu ngân, khuch đi tín hiu ngay ti ch sau đó đa tín hiu ra ngoài hoc
dùng các chuyn đi đin áp ln. Tuy vy các phng pháp trên cng gp nhiu
khó khn. Mt phng pháp hay đc s dng là phng pháp đo không tip
xúc.
a) o mômen xon không tip xúc s dng chuyn đi cm ng: có cu to
nh hình 16.29:
Hình 16.29. Cu to ca thit b đo mômen xon không tip xúc
Cu to và nguyên lý hot đng: trên trc cn đo mômen xon 1 đc gn hai
đa st t có bánh rng 2 và 3, hai đa này ni vi nhau bng thanh chu xon tt,
có hng s xon bit trc.
Khi chu lc xon hai đa 2 và 3 lch nhau mt góc . o góc lch y có th suy
ra mômen cn đo. đo góc lch ngi ta đo góc pha gia hai tín hiu ra do hai
chuyn đi cm ng 4 và 5.
Chuyn đi cm ng 4 và 5 s dng đ đo tc đ và mômen xon có cu to
nh hình 16.30:
Hình 16.30. Cu to ca chuyn đi cm ng s dng đ đo tc đ và mômen xon
Chuyn đi gm có gông t 1, nam châm vnh cu 2, đng sc t đi vòng qua
đa rng 3. Khi gông t nm đi din vi rng ca đa, khe h mch t là nh
nht. Khi bánh rng quay, khe h không khí tng lên, t thông Φ móc vòng qua
cun dây thay đi và sinh ra sc đin đng cm ng vi tn s:
60
.an
f =
