Tài liệu Đồ án công nghệ đo lường doc

LUẬN VĂN “Công nghệ đo lường” Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 1 PHẦN I – TỔNG QUAN VỀ ĐO RUNG ĐỘNG 1.1. Các vấn đề cơ bản về kỹ thuật đo lƣờng 1.1.1 Khái niệm: Đo lƣờng là một quá trình đánh giá định hƣớng đại lƣợng cần đo để có kết quả bằng số với đơn vị đo. Kết quả đo lƣờng là giá trị bằng số của đại lƣợng cần đo Ax, nó bằng tỷ số của đại lƣợng cần đo X và đơn vị đo X0. Vậy quá trình có thể viết dƣới dạng: A X = O X X ⇔ X= Ax.X0 Đây là phƣơng trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lƣợng cần đo với mẫu và cho ra kết quả bằng số. Quá trình đo đƣợc tiến hành thông qua các thao tác cơ bản về đo lƣờng sau: - Thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu. - Thao tác so sánh. - Thao tác biến đổi. - Thao tác thể hiện kết quả hay chỉ thị.  Phân loại các cách thực hiện phƣơng pháp đo : - Đo trực tiếp : là cách đo mà kết quả nhận đƣợc trực tiếp từ một Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 2 phép đo duy nhất . - Đo gián tiếp : là cách đo mà kết quả đƣợc suy ra từ phép đo ,từ sự phối hợp của nhiều phép đo trực tiếp. - Đo thống kê : là phép đo nhiều lần một đại lƣợng nào đó , trong cùng một điều kiện và cùng một giá.Từ đó dùng phép tính xác suất để thể hiện kết quả đo có độ chính xác cần thiết. 1.1.2. Các đại lƣợng đặc trƣng của kỹ thuật đo lƣờng 1.1.2.1 Tín hiệu đo và đại lƣợng đo : - Tín hiệu đo : là tín hiệu mang thông tin về giá trị của đại lƣợng đo.Nó có thể: + Tín hiệu liên tục Analog (A) + Tín hiệu rời rạc Digital (D) - Đại lƣợng đo : là một thông số xác định quá trình vật lý nào đó . Đại lƣợng đo đƣợc phân loại nhƣ sau: + Theo tính chất : - Đại lƣợng tiền định (đại lƣợng xác định đƣợc trƣớc) - Đại lƣợng đo ngẫu nhiên (đại lƣợng không xác định ) + Theo bản chất : - Đại lƣợng điện (bản thân nó mang năng lƣợng nhƣ : I ,U - Đại lƣợng thông số ( R, L, C ) - Đại lƣợng không điện ( t 0 , F,P ,Q ) - Đại lƣợng theo thời gian ( t,ϕ,f ) Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 3 + Theo dụng cụ đo : - Vôn kế , Wattmet, tần số kế 1.1.2.2 Điều kiện đo: Các thông tin đo lƣờng bao giờ cũng gắn chặt với môi trƣờng sinh ra đại lƣợng đo. Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hƣởng của môi trƣờng đến kết quả đo và ngƣợc lại khi dùng dụng cụ đo không đƣợc để dụng cụ đo ảnh hƣởng đến đối tƣợng đo. Cần phải tính đến các điều kiện đo khác nhau để chọn thiết bị đo và tổ chức các phép đo cho tốt nhất. 1.1.2.3 Đơn vị đo: Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lƣợng đo nào đấy đƣợc quốc tế quy định mà mỗi quốc gia đều phải tuân theo. Trên thế giới ngƣời ta đã chế tạo ra những đơn vị tiêu chuẩn đƣợc gọi là các chuẩn., trong đó có 7 đơn vị cơ bản : - Chiều dài là mét (m) - Khối lƣợng là kilôgam (kg) - Thời gian là giây (s) - Cƣờng độ dòng điện là ampe (A) - Rung động (in/s,mm/s,Hz,kcp) - Cƣờng độ ánh sáng là Candela (cd) Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 4 - Số lƣợng vật chất là mol (mol) Ngoài ra còn có các đơn vị kéo theo trong các lĩnh vực khác 1.1.3. Thiết bị đo và Các phƣơng pháp đo. 1.1.3.1 Thiết bị đo : Là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho ngƣời quan sát. Thực hiện phép đo: - Thiết bị tạo mẫu : Là thiết bị đo để khôi phục một đại lƣợng vật lý nhất định. Thiết bị mẫu phải đạt độ chính xác cao. - Dụng cụ đo : Là thiết bị để gia công các thông tin đo lƣờng và thể hiện kết quả đo dƣới dạng con số, đồ thị hoặc bảng số tuỳ theo cách biến đổi tín hiệu và chỉ thị, dụng cụ đo đƣợc chia thành dụng cụ đo tƣơng tự (anlog) và dụng cụ đo chỉ thị số (Digital). - So sánh : + Thiết bị tự động + Ngƣời điều khiển - Biến đổi Kết quả đo trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lƣợng cần đo với mẫu và cho ra kết quả bằng số. Quá trình đo đƣợc tiến hành thông qua các thao tác cơ bản về đo lƣờng sau: Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 5 - Thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu. - Thao tác so sánh. - Thao tác biến đổi. - Thao tác thể hiện kết quả hay chỉ thị.  Phân loại các cách thực hiện phƣơng pháp đo Đo trực tiếp : là cách đo mà kết quả nhận đƣợc trực tiếp từ một phép đo duy nhất. Đo gián tiếp : là cách đo mà kết quả đƣợc suy ra từ phép đo ,từ sự phối hợp của nhiều phép đo trực tiếp. Đo thống kê : là phép đo nhiều lần một đại lƣợng nào đó , trong cùng một điều kiện và cùng một giá.Từ đó dùng phép tính xác suất để thể hiện kết quả đo có độ chính xác cần thiết. Kết quả đo Phƣơng pháp biến đổi thẳng: • Chuyển đổi (khâu đầu): biến đổi giữa hai đại lƣợng vật lý với nhau. + Chuyển đổi điện - điện - liên tục rời rạc (A/D) - rời rạc liên tục (D/A) Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 6 + chuyển đổi không điện - điện : là đại lƣợng không điện (t 0 , p ,F) sang đại lƣợng điện (U, I ). • Mạch đo (biến đổi ): các mạch tính toán nhƣ: + Mạch cộng, mạch trừ, mạch tích phân + Mạch khuyếch đại ,mạch logic (and, or, not ) • Chỉ thị (khâu cuối): để thể hiện kết quả đo + Dùng kim chỉ , tự ghi + Chỉ thị số Dùng biến đổi thẳng là những cái đo trực tiếp(vôn kế, ampe kế). X: là đại lƣợng đo XK: là đại lƣợng chuẩn phản hồi ΔX = X − XK - So sánh cân bằng : X − X = ΔX = 0 - So sánh không cân bằng : ΔX ≠ 0⇒ X = XK + ΔX 1.1.4.Các đại lƣợng đặc trƣng cơ bản - Sai số tuyệt đối : Δ = Xđo − Xthực Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 7 Xđo : do các dụng cụ đo đƣợc Xthực : giá trị mẫu (do dụng cụ đo hay giá trị thực). - Sai số tƣơng đối : γ% = %100 Xthuc - Sai số quy đổi : X%(cấp chính xác dụng cụ đo) γqd% = %100 max max X Xmax : là sai số lớn nhất của thang đo Δmax : là sai số tuyệt đối của thang đo - Độ nhạy (S): S = X Y Tuyến tính S = dX dY Phi tuyến tính X : là đại lƣợng vào Y : là đại lƣợng ra Độ nhạy là độ biến thiên tƣơng đối giữa đại lƣợng ra và vào: S = S1.S2.S3 Sn - Tổng trở vào ,ra của dụng cụ: Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 8 - Tổng trở vào của dụng cụ là tổng trở của dụng cụ đó - Tổng trở ra là tổng trở đầu ra. - Các dụng cụ đo có tổng trở thích hợp để khi đo các tín hiệu không bị sai lệch. - Đặc tính động: + Khi xét các đặc tính động: - Đặc tính biên độ (trong quá trình quá độ) - Đặc tính pha tần .Vì các đại lƣợng đo (không biến thiên hoặc biến thiên chậm và đại lƣợng biến thiên nhanh). Độ tin cậy và tính kinh tế: phụ thuộc vào trình độ, khoa học Q xác suất hỏng P xác suất không hỏng Q.P = 1⇒ Q↓ ⇒ P↑. Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 9 Phần II - ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG KHÔNG ĐIỆN ĐO RUNG ĐỘNG 2.1. Khái niệm về rung động và đo rung động Rung động đơn giản là sự di chuyển qua lại của máy hoặc các bộ phận máy. Tất cả các thành phần máy di chuyển qua lại hay dao động qua lại là đang rung động. Rung động máy có thể có nhiều dạng khác nhau. Một thành phần máy có thể dao động một khoảng cách lớn hoặc nhỏ, nhanh hoặc chậm và có thể cảm nhận đƣợc âm thanh và nhiệt. Rung động máy thƣờng có thể cố ý đƣợc tạo ra nhờ thiết kế của máy và tùy vào mục đích sử dụng của máy nhƣ sàng rung, phễu nạp liệu, băng tải, máy đánh bóng, máy dầm đất, v.v…. Nhƣng hầu hết, rung động máy là không mong muốn và nó thƣờng gây ra những hƣ hỏng cho máy để đo đƣợc rung động thì phải có dụng cụ đo, thông thƣờng trong công nghiệp rung động đƣợc đo bằng cảm biến và phƣơng pháp này tiện lợi là có thể truyền tín hiệu rung động đi xa không ảnh hƣởng tới sự làm việc của hệ thống khi cần xác định rung động. [...]... Đình Công Đồ án công nghệ Page 25 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Đồ án công nghệ Page 26 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Đồ án công nghệ Page 27 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Đồ án công nghệ. .. Vũ Đình Công Page 22 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ s ử dụng, tín hiệu có thể biểu diễn thành biểu đồ dạng sóng vận tốc (waveform vận tốc) hay một biểu đồ phổ vận tốc (spectrum vận tốc) Một spectrum vận tốc đƣợc chuyển đổi từ biểu đồ waveform vận tốc bằng một công thức toán học gọi là Fast Fourier Transform hay FFT (gọi là chuyển đổi Fourier) Sơ đồ dƣới... nghĩa là nó đang rung động ở một tần số 5 chu kỳ/giây (5cps) GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 17 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 18 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ Những thông tin mà một waveform cho biết, phụ thuộc vào khoảng thời gian và độ phân giải của... Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 21 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ đƣợc độ chính xác Những điều cần phải chú ý để đảm bảo các số đo đƣợc chính xác : - Nhận ra những máy nào cần phải theo dõi rung động - Cách gắn các cảm biến đo rung động - Xác định đƣợc cần cài đặt các thông số đo nào - Cách lấy số đo một cách có hệ thống  Những máy cần phải đo rung động : Khi... lấy số đo sẽ lâu hơn thiết bị sẽ tốn nhiều bộ nhớ để lƣu trữ Vì vậy, một giá trị Fmax cao hay số đƣờng phổ lớn chỉ đƣợc sử dụng khi nào cần thiết GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 31 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ c- Sử dụng dữ liệu chồng lấp overlap Dữ liệu chồng lấp „overlapping data‟ là một cách sử dụng lại phần trăm của waveform đo đƣợc... động còn nhiều kiểu thang đo khác tùy trƣờng hợp cụ thể mà sử dụng loại thang đo phù hợp Trong tài liệu hƣớng dẫn sử dụng thiết bị đo, nhà sản xuất sẽ nêu rõ về thang đo và đơn vị sử dụng 2 1.7 Pha Pha giống nhƣ biên độ và tần số, đƣợc dùng nhƣ là tham số để phân tích rung động Ngƣời ta thƣờng so sánh pha của chi tiết đang rung động với pha của của một mẫu kiểm tra, hay so sánh pha của hai bộ phận trong... một vài giây GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 19 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ là đủ.Độ phân giải của một waveform là một số đ o mức độ chi tiết trong waveform và đƣợc xácđịnh bằng số điểm d liệu mô tả hình dạng của m ột waveform Nếu càng nhiều điểm thì biểu đồwaveform càng chi tiết - Biểu đồ dạng phổ là : Một loại biểu diễn khác thƣờng đƣợc... : Vũ Đình Công Đồ án công nghệ Page 28 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ 2.6 Cách cài đặt thông số đo 2.6.1 Khái niệm thông số đo Các thông số đ o là xác định chi tiết cách thực hiện lấy số đ o Bằng việc xác định các thông số đo, chúng ta xác định cách mà dữ liệu đƣợc thu thập và đƣợc x ử lý trƣớc khi hiển thị cho chúng ta xem Trƣớc khi lấy một số đ o rung... ta đo một spectrum.Một vài giá trị thông số đ o và chúng có ý nghĩa nhƣ thế nào? Các thông số đƣợc sử dụng để đo các spectrum rung động có thể chia ra 4 loại, cụ thể là các thông số đ o xácđịnh: (a) Việc thu thập dữ liệu bằng cách nào? (b) Bao nhiêu dữ liệu và thời gian bao lâu cho việc thu thập dữ liệu? (c) Dữ liệu ƣợc xử lý bằng cách nào? (d) Dữ liệu ƣợc hiển thị nhƣ thế nào? (a) Việc thu thập dữ liệu. .. dữ liệu là „trigger type‟ và các thông số đƣợc lập danh sách trƣớc trong „sensor setup‟ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 29 Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ „Trigger type‟ là thông số mà nói lên cách để thiết bị bắt đầu đo Nếu cài đặt chế độ „free run‟, thiết bị sẽ lấy số đ o liên tục, nếu cài đặt chế độ „single‟, chỉ một số đ o cho một lần đo . Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page 2 phép đo duy nhất . - Đo gián tiếp : là cách đo mà kết quả đƣợc suy ra từ phép đo. VĂN Công nghệ đo lường Trƣờng ĐHSPKT Hƣng Yên Khoa cơ khí động lực – Bộ môn cơ điện Đồ án công nghệ GVHD : Nguyễn Hải Hà SVTH : Vũ Đình Công Page