Thiết kế chế tạo thiết bị đo biến dạng bằng biến cảm điện trở dây

1P 19) $2 SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỖI TRƯỜNG TP HCM ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP THÀNH PHỐ THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO BIẾN DẠNG BẰNG BIẾN CẮM ĐIỆN TRỞ DẦY Cơ quan chủ quản Cơ quan chủ trì Đơn vithựchiện : : : Sở Khoa Học Công Nghệ Môi Trường Tp HCM Trường Đại Học Kỹ Thuật Tp HCM Phịng thí nghiệm Cơ Học Ứng Dụng Tháng 9-2000 MUC LUC bi bà Bà 1.Giới thiệu nguyên lý hoạt động ứng dụng strain-gage 1.1 Cấu tạo 12 Nguyên lý hoạt động 1.3 Phạm vi xử dụng 2œ mk oo THỊ.1.Thiết kế = IL.1.1 Mô tả tổng quát 11.1.2 Cac dac tính máy 1L2.Thiết bị UPM60 IIE Dac điểm kỹ thuật thiết bị phịng thí nghiệm chế tạo o0 1.Giới thiệu thiết bị đo strain-gages nhập phổ biến IL1.Thiét bi P3500 TH.1.1 Sơ đỗ khối mạch thiết kế, 01.1.2 Thiết kế phần cứng IL2 Đặc điểm kỹ thuật thiết bị 11 12 TI.2.1 Tên thiết bị 12 IIL2.2 Các đặc tính thiết bị 1V Các thí nghiệm khảo sát chất lượng thiết b Bộ eee bd 1V.I Thí nghiệm h2 1V.1.1 Sơ đồ thí nghiệm 02 Ú2 TV.1.2 Thiết bị Bee TV.1.3 Kết IV.2.1 1V.2 Thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm 1V.2.2 Thiết bị TV.2.3 Kết - - c.cccrc.r Y Một số ứng dụng thực tế đề tài nghiên cứu V.1 Giảng dạy môn sức bên V.2 Phục vụ nghiên cứu khoa học 14 V.2.1 Thiết kế chế tạo thiết bị nghiên cứu thay đổi tính chất CA“ 14 GẦU l6 V.22 Nghiên cứu xây dựng hệ thống đo phục vụ việc kiểm định Q.2 LH kiểm định cầu xe V.2.2.1 Trình bày thí nghiệm 17 V.2.2.2 Đề xuất qui trình xác định đại lượng S80 ving duge tinh bing gidi thudt CCA IO TIENG cen eens ME so tat dain VI.Nhan xét va dé xudt 18 JE VỊ Phương hướng phát triển PHỤ LỤC PHY LUC 1: Khảo sát tính ổn định tải trọng áp 20 PHỤ LỤC 2: 5o sánh biến dạng thị thiết bị Strain indicator thực tế mô hình cầu we 2D PHỤ LỤC 3: Kết số liệu đo lực cắt 234 PHỤ LỤC 4: Đường đàn hổi dầm 138 PHU LUC 5: Két qua phan tích tần số riêng we PHU LUC 6: Két phân tích hệ số tắt dẩn .2222v re 50 11 Cẩu tạo: Năm 1931, miếng đo biến dạng làm Bloach, Đơn giản miếng đo biến dạng bon đán vật mẫu Dần sau miếng đo biến đạng hồn thiện dần hình đạng hình vẽ (hình 1.1): Gages hoan chinh Hình L1 Miếng ảo biến dạng — strain gages Các miếng đo biến đạng có hình đạng khác phụ thuộc vào chức sử dụng chúng ( hình 1.2): Hinh 1.2 Cac loai strain gages khác 1.2 Nguyên lý hoạt động : Để đo biến đạng vị trí vật thể khảo sát, người ta đán strain-gage điểm Khi vật khảo sát bị biến đạng, biến dang truyền vào straingage làm biến dạng theo Kết điện trở miếng đo biến dạng bị thay đổi Mối quan hệ tổng quát độ biến dang va thay đổi điện trở thể sau: Giả thiết vật dẫn có chiều dài ban đầu L, diện tích mặt cất ngang CD” (D kích thước đặc trưng, cịn C phụ thuộc vào đạng hình học mặt cắt C=l1 mặt cắt hình vng cồn C= z⁄4 mặt cắt hình trịn ) Nếu vật dẫn bị kéo căng theo phương đọc trực gay su gia tăng chiểu đài giảm chiều ngang theo tỉ số Poisson v, Ta có: R=PE„_PL a) Khi vật dẫn bị kéo phương trình thay đổi dạng : aR awe CD hep (Ldp ++ pal pal})—22Cp Cp DId DLADD (cp:Ÿ =—, ar |t (Ld p dD + pdL)IL) ~ 2pL = aD 22 Chia phương trình (2) cho phương trình (1) ta : Hay, — đR/R_¡_,4D/D, dpứp qL/L Đặt: ˆ =6, - = =«¿= _ đL/L đL/L - Bién dang doc truc - Biến dạng ngang v= Hệ số Poisson = — 40/Đ qL/L Từ đại lượng a GRIR aL/L ta nhận biểu thức hệ số độ nhạy RIK | le đL/L sau : @) Trong thực tiễn, giá trị S, R cung cấp nhà chế tạo, người sử dụng phải biết quan hệ đại lượng cần đo giá trị điện trở thay đổi AR Trên bảng I.1 lã đặc tính kỹ thuật loại vật liệu đàng phổ biến để làm điện trổ Strain-gages [~ + Vật liệu ae lưới ` : Thanh phan | Hệ số | kháng gages | MicroOh Ss, Nichrome | 80% Ni;20%Cr Constanta n Copel 2,0 Hệ số ‘ | Nhiệt ˆ độ độ m-cm nhiệt điện trở 108 220 2000 900 PP mE khai Lane thac téi dak 45% Ni;55%Cu Advance | 36% Ni; 8% Cr lsoelastic | 0,5% Mo; Fe remainder 2.0 49 3,5 112 260 2,4 130 10 0.47 48 74% Ni; 20% Karma Mt Xấp xỉ, trở Cr 3% Al; 3% Fe | 4% Ni;12% Mn anganin 84% Cụ i , 1500 % Pt; 5% Ta m | 95% Pt 5% | Iridium 24 700 | 2000 Monel | T%NE%3% | Cu |y 42 1100 4,8 10 1670 Platium Bằng L1 Các tính chất đặc trưng loại vật liệu chế tạo làm lưới gages +13 Phạm vị xử dụng: Trong công tác đo lường, có nhiều đại lượng vật lý suy từ biến đạng sơ để biểu điễn đưới day ( hinh 1.3): Bién dang ———— _- _J Momen Lực Uốn Dao động Momen x + x Xoán Ấp suất | | | Ứng suất Chuyển vị | Nhiệt độ Độ nhớt Hinh 1.3 Các đại lượng dẫn suất từ biến dạng Từ sơ đỗ ta thấy tầm quan trọng việc sử dụng strain 8age công tác đo lường Theo nhiều tài liệu có khoảng 80% thiết bị đo có phần cảm biến (sensor) strain-gage Trong năm gần đây, nhờ chế thị trường va việc quốc tế hóa sản phẩm nội địa mà vấn để chất lượng, kể chất lượng cơng trình, chất lượng máy móc, vấn để việc kiểm soát chất lượng, dự báo hư tật ngày nhiều người quan công việc bắt buộc qui trình vận tuổi thọ đưa lên hàng đầu Cơng hồng, chẩn đốn ngun nhân khuyết tâm đẫn trở thành mắng hành sản xuất Đặc biệt xu hòa nhập vào thị trường chung, sẩn phẩm phải đẩm bảo tiêu chuẩn quốc tế, thể việc tuân thủ tiêu chuẩn ISO, nhu cầu kiểm định cao Cơ sở vật chất để bảo đảm xu hướng thiết bị đo Tuy nhiên biện pháp giải thiết bị đo nói chung, thiết bị đo đại lượng học nói riêng chủ yếu nhập từ nước ngồi Biện pháp nhập tơn số mặt hạn chế sau : * Giá thiết bị cao * Khả phù hợp với điểu kiện đo đạc thực tế đa đạng ngồi trường cịn hạn chế * Việc bảo trì máy ln phụ thuộc vào nơi bán * Không cho phép mở rộng công dụng Hiện để biến dạng, nước ta nhập chủ yếu hai loại thiết bị P3500 UPMó60 Trong mục xin giới thiệu đặc tính kỹ thuật chúng 11.1 Thiết bị P3500: (Hình 11.1) 1.1.1 Mô tả tổng quát: Cau biến dạng loại P-3500 thiết bị đo xác hoạt động nguồn ắc-qui cho phép nối kết với strain-gage hay với đầu dò cáp nối cầu 1⁄4, 1⁄2 cầu đủ, điện trở bù cần để hoàn chỉnh cầu (transducer) Thiết bị P3500 dùng với tất loại cầu đo loại 120 chuyển hay 10 350 kênh), ohm giá Thiết cổa bị bao toàn gồm hai khối P3500 thiết bị vào khoảng SP10 2300 ( USD (32.000.000 VND) Với P3500 dùng strain-gages hệ số gage lấy từ 0.500 đến 9.900 với độ xác 0.001 Việc điều chỉnh hệ số gauge thực biến trở 10 vòng, hệ số gage nhập vào máy lên hình với chữ số Các thao tác P-3500 đơn giẩn rõ ràng Vai trò nút rõ màu hiển thị P-3500 nuôi blốc pin alkaline loại R20, loại đễ tầm thị trường Thời gian làm việc chúng xấp xÍ 250-300 Khi sử dụng lâu đài phịng thí nghiệm, ta dùng nguồn điện nhà xoay chiều 1.1.2 Các đặc tính máy: > Tâm đo hiển thị: thị số trực tiếp hình : long +19.999 um/m vdi số gage K< 6.000 (MULTx1) +19,999 m/m x 6.000/K véi sO gage: K> 6.000 (MULTx1) +199.990 mm với hệ số gage: K< 6.000(MULTx10) +199.990 um/m x 6.000/K với hệ số gage: K> 6.000 (MULTx10) > Độ phân giải: nm/m với MULTxI 10 im/m với MULTx10 tỉnh thé File vre7.dat 42 File vre9.dat File vrc10.dat 43 PHỤ LỤC Kết phân tích tần số riêng 44 File rel.đat Tần số riêng 3.86 (H2) File rc2.dat Tần số riêng 3.84 (Hz) 45 Fite rc3.dat || l Tần số riêng (Hz) File rc4.dat Tân số riêng 3.99 (Hz) 46 File rc5.dat Tần số riêng 3.97 (Hz) File re6.dat Tân số 3.81 (Hz) 47 File re7.dat 10 15 20 25 30 Tần số riêng 4.04 (Hz) File rc8.đat Tần số riêng 3.9 (Hz) 48 File re9.dat Tân số riêng 3.87 (Hz) File rc10.dat œ ~ 1.8 + 10 15 20 25 30 Tân số riêng 4.25 (Hz) 49 PHU LUC Kết phân tích hệ số tắt dan 50 File re1.dat Hệ số suy giấm loga ồ= 0.12 File rc2.dat Hệ số suy giảm loga = 0.117 51 File rc3.dat Hệ số suy giảm loga ö = 0.137 File re4.dat 200 150 100 ae 50 of -50 -100 -150 II: -200 Hệ số suy giảm loga §= 0.117 52 File re5.dat 08 06 tN oo 42 04 08 Hé so suy gidm loga 0.1214 File rc6.dat We ầm loga ã= 0.099 ệ sốs uy giảm 53 File re7.dat 200 nang ` va | 150 100 504 Hệ số suy giảm loga = 0.126 File re8.dat Hệ số suy giảm loga ô= 0.127 54 File rc9.đat + th 01 A Hey iH PHẾ 44 Fe -2 Hal s lệ y Hệ số suy giảm loga = 0.126 File re10.dat Hệ số suy gidm loga §=0.119 55