Nghiên cứu và ứng dụng thiệt bị đo số vòng quay di động

Trong thời gian gần đây các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu các loại thiết bị đo số vòng quay, với các ưu điểm như : nhẹ, có độ bền cao, giá cả rẻ,… trong tương lai thiết bị đo số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT BỊ

ĐO SỐ VÒNG QUAY DI ĐỘNG

GVHD: ThS TRẦN THANH LAM SVTH: CAO NGỌC MINH

MSSV: 11943040 SVTH: NGUYỄN THÀNH LUÂN MSSV: 11943014

S K L 0 0 4 1 7 5

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ hội nhập kinh tế Đông, Tây và toàn cầu hóa, cùng với công cuộc đổi mới đất nước, nước ta đang ra sức phát triển các ngành công nghiệp mũi nhọn như: Công nghệ hóa chất, công nghệ luyện kim, cơ khí, may mặc, hàng tiêu dùng,…

đã và đang đạt được nhiều kết quả rất đáng khích lệ, phần nào nâng cao đời sống của nhân dân, tạo công ăn việc làm cho hàng triệu người lao động

Một trong những ngành phát triển mạnh mẽ đó, chính là ngành cơ khí nói chung

và ngành chế tạo máy nói riêng Từ khi mới thành lập đến nay ngành chế tạo máy phần nào tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt, năng suất cao và được xuất khẩu ra nhiều thị trường lớn như: EU, Châu Á, hay các thị trường khắc nghiệt như Mỹ, Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển vì vậy mà các doanh nghiệp cơ khí đòi hỏi phải cải tiến phương thức sản xuất, thay thế các thiết bị lạc hậu, cũ kỹ bằng các thiết bị công nghệ cao để đảm bảo chất lượng, độ chính xác gia công cũng như thẫm mỹ của sản phẩm

Thế kỷ XXI, thế kỷ của sự phát triển khoa học kỹ thuật hiện đại Các thiết bị đo mới được phát minh và được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống Trong đó, thiết bị đo

số vòng quay cũng không ngoại lệ Trong thời gian gần đây các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu các loại thiết bị đo số vòng quay, với các ưu điểm như : nhẹ, có độ bền cao, giá cả rẻ,… trong tương lai thiết bị đo số vòng quay có xu hướng ngày càng phát triển với các tính năng ngày càng vượt trội Vì vây, việc kiểm tra các thông số kỹ thuật như số vòng quay-vận tốc là điều rất quan trọng Hiện nay, trong các phòng thí nghiệm, trường học, các viện nghiên cứu cũng như các phân xưởng sản xuất đang sử dụng một lượng nhỏ các thiết bị đo số vòng quay Các thiết bị này có từ lâu và phần lớn khâu xử lý số liệu đo và đánh giá kết quả đo đều làm thủ công, rất mất thời gian, hiệu suất và độ chính xác không cao Hiện giờ, trên thị trường có bán các thiết bị đo

số vòng quay với độ chính xác khá cao và đã giải quyết được những khó khăn nêu trên

Chính vì vậy nhóm em chọn đề tài " Nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo số vòng quay di động " Với đề tài này, chúng em hy vọng sẽ góp phần giải quyết được các khó khăn về việc bảo trì-bảo dưỡng các máy móc-thiết bị đã và đang được sử dụng được hiệu quả hơn và có tuổi thọ cao

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đây là Đồ án tốt nghiê ̣p của Sinh viên Đa ̣i ho ̣c chuyên ngành Sư Ph ạm Công Nghệ Chế Tạo Máy của Khoa Cơ Khí Ch ế Tạo Máy Trường Đa ̣i ho ̣c Sư pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Thành phố Hồ Chí Minh Đề tài đã nghiên c ứu và ứng dụng thành công thiết bị

đo số vòng quay di động và hoàn tất trong viê ̣c ki ểm nghiệm số vòng quay của một số loại máy thường dùng như: Máy tiện, máy phay CNC, động cơ 3 pha, máy cân bằng động Thiết bị đo số vòng quay di động đã đáp ứng các tiêu chí ban đầu là đo đư ợc vận tốc của các loại máy từ đó ta có thể tính số vòng quay để so sánh với số vòng quay thực để phục vụ trong công việc bảo trì, tái kiểm tra đo số vòng quay nhằm phát hiện những sai hỏng chi tiết máy góp phần gia tăng tuổi thọ của máy

Hình 1: Ứng dụng thiết bị đo trên mô hình cân bằng động

CHƯƠNG 1: Ý TƯỞNG VÀ TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO

SỐ VÒNG QUAY DI ĐỘNG

1.1 Ý TƯỞNG CHỌN ĐỀ TÀI

1.1.1 Lý do chọn đề tài

- Chúng ta đã bước qua thế kỷ XXI, thế kỷ của sự phát triển khoa học kỹ thuật

hiện đại Trong sự phát triển của kỹ thuật điện tử ngày nay, kỹ thuật số đang dần

chiếm ưu thế về số lượng các ứng dụng của nó trên nhiều thiết bị điện tử từ dân

dụng cho đến chuyên dụng, trong nhiều lĩnh vực như đo lường, điều khiển, v.v… nhờ vào nhiều ưu điểm của nó Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc

là đo số vòng quay của máy Độ an toàn cũng như chế độ làm việc của máy phụ thuộc rất lớn vào tốc độ quay

-Thiết bị đo tốc độ động cơ được dùng để đánh giá chính xác tốc độ quay hiện hành của động cơ, phục vụ thiết thực cho công việc sửa chữa, bảo dưỡng và tái kiểm tra độ chuẩn xác của động cơ

- Vì vậy, việc kiểm tra các thông số kỹ thuật như số vòng quay di động là điều rất quan trọng Những thí nghiệm này minh họa cho những đặc tính ổn định quan trọng trong việc đánh giá chính xác tốc độ quay Hiện nay, trong các phòng thí nghiệm, trường học, các viện nghiên cứu cũng như các phân xưởng sản xuất đang sử dụng một lượng lớn các thiết bị đo số vòng quay di động Các thiết bị này có từ lâu và phần lớn khâu xử lý số liệu đo lường và đánh giá kết quả đo đều làm thủ công, rất mất thời gian, hiệu suất và độ chính xác không cao Hiện giờ, trên thị trường có bán các thiết bị

đo số vòng quay với độ chính xác khá cao và đã giải quyết được những khó khăn nêu trên Nhưng giá thành rất cao nên việc đầu tư mua sắm sẽ gặp rất nhiều khó khăn

1.1.2 Mục đích nghiên cứu

- Mục đích của đề tài chủ yếu nghiên cứu cơ cấu hoạt động của thiết bị và tìm hiểu các phương pháp để chế tạo ra thiết bị đo này, bên cạnh đó tìm hiểu một số loại thiết bị đo số vòng quay di động cũng như nguyên lý hoạt động của chúng

- Tính toán và hoàn chỉnh thiết kế cho thiết bị đo số vòng quay di động

- Nghiên cứu, chế tạo thử thiết bị đo số vòng quay dị động

1.1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm:

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết :

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các cơ cấu chuyển động, tính toán lực từ, lực kẹp lên thiệt bị do đế gá từ tạo nên Từ đó có sự nhìn nhận đúng hướng trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo thử thiết bị đo số vòng quay di động Nghiên cứu khả năng lập trình ghép nối máy tính, xử lý số liệu

+ Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

- Tiến hành thực nghiệm độ chính xác khi đo tốc độ Lấy đó làm cơ sở chính trong việc tính toán lực, thiết kế lựa chọn các bộ phận chính làm nên thiết bị đo Thiết kế thiết bị giao tiếp với máy tính đọc giá trị tốc độ, trao đổi dữ liệu với thiết bị đo số vòng quay di động

1.1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Tạo điều kiện, tiền đề cho người nghiên cứu phát triển các kỹ năng, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế

- Tạo được sản phẩm mới, góp phần vào sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà

- Đây cũng sẽ là tiền đề để cải tiến, phát triển sản phẩm và ứng dụng vào trong các lĩnh vực khác có liên quan

- Dựa trên các nguyên lý và các phương pháp đo tốc độ và khả năng kết nối máy tính của các thiết bị này để xây dựng phần mềm xử lý số liệu trên thiết bị đo số vòng quay di động

- Thông qua tín hiệu điện từ bộ cảm biến lực từ và chiều dài có độ chính xác cao,

ta có thể thu các kết quả thử nghiệm về và tính toán một cách chính xác Đồng thời thể hiện một cách trực quan quá trình biến đổi của vật liệu thông qua các biểu đồ, đồng thời cũng lưu lại kết quả, lập báo cáo và kết xuất dữ liệu theo yêu cầu

- Với phần mềm này, ta có thể theo dõi toàn bộ quá trình phép thử ngay trong các chương trình, các giá trị đo được từ máy tính có độ chính xác cao Cho phép chọn

và quan sát, phân tích các giai đoạn thay đổi đường ảnh hưởng đến số vòng quay trên biểu đồ, thông qua đó đánh giá được sai số của thiết bị và chi tiết hơn

1.2 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO SỐ VÒNG QUAY DI ĐỘNG

1.2.1 Tầm quan trọng của đo tốc độ quay của các động cơ, máy

- Trong quá trình sản xuất hiện đại, chế tạo ra thiết bị đo tốc độ động cơ là việc làmkhông thể thiếu, nó giúp cho quá trình giám sát sản xuất nhanh hơn, tốt hơn, cho ra những sản phẩm như ý, chính xác.Nếu ta không đo được tốc độ của động cơ thì không thể điều khiển tốc độ chính xác được.Với những máy móc hiện đại như ngày nay, trong quá trình sản xuất luôn chạy với nhiều tốc độ khác nhau, tùy theo mỗi giai đoạn làm việc của nó, chính vì thế mà ta cần phải biết tốc độ động cơ là bao nhiêu để điều chỉnh cho phù hợp

Từ lâu con người đã nghiên cứu chế tạo ra những máy đo tốc độ vàđược sử dụng rộng rãi.Trong các hệ truyền động kinh điển người ta dùng máy phát tốc đo tốc độ động cơ, máy phát tốc một chiều hay xoay chiều thực chất cũng chỉ là máy phát điện công suất nhỏ, có suất điện động ra tỷ

lệ với tốc độ cần đo Về sau nền sản xuất công nghiệp ngày càng phát triển hiện đại người ta bắt đầu nghiên cứu và cho ra đời các máy đo tốc độ có độ chính xác cao hơn như máy đo góc tuyệt đối, máy đo sử dụng cảm biến quang tốc độ với đĩa giải mã …

1.2.2 Sơ lươ ̣c về thiết bị đo số vòng quay di động

- Thiết bị đo tốc độ quay là một loại máy thí nghiệm dùng để kiểm tra, đo tốc độ của một động cơ, máy hay 1 trục,1 đĩa quay nào đó, từ đó phục vụ thiết thực cho công việc sửa chữa, bảo dưỡng và tái kiểm tra độ chuẩn xác của động cơ

Hình 2: Thiết bị đo số vòng quay PCE-VT204

1.2.3 Lơ ̣i ích của thiết bị đo

- Là máy dùng để kiểm tra hoạt động của động cơ, máy, tạo điều kiện để giúp trong công việc bảo trì, sửa chữa máy móc

1.2.4 Các phương pháp và nguyên lý đo số vòng quay của động cơ

1.2.4.1 Các phương pháp:

- Có 3 phương pháp dùng để đo tốc độ của vòng quay khác nhau, tùy từng vào mục đích sử dụng để có thể đo được tốc độ vòng quay động cơ chính xác nhất

a Phương pháp đo tiếp xúc

Đây là phương pháp đo cũ nhất trong các phương pháp đo rpm Tốc độ vòng quay của vật cần đo sẽ được cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu này sẽ được thiết bị phân tích và hiển thị Phương pháp đo này vẫn được sử dụng thường xuyên nhưng chủ yếu dùng cho những vật có vận tốc quay thấp từ 20 rpm đến 20.000 rpm

Sự bất lợi của phương pháp đo này là tốc độ quay của tải phụ thuộc rất nhiều vào lực tiếp xúc Ngoài ra, phương pháp đo này không thể đo cho những vật có kích thước nhỏ Nếu như tốc độ vòng quay quá lớn cảm biến sẽ bị trượt ra ngoài

b Phương pháp đo không tiếp xúc (đo rpm bằng phản quang)

Hình 3: Thiết bị đo số vòng quay CDT2000

- Tốc độ vòng quay sẽ được đo bằng cách đo thời gian của chùm tia phản xạ tại vật cần đo Thiết bị sẽ phát ra 1 chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng này sẽ bị phản

xạ lại tại vật cần đo bởi tấm phản quang được dán trên vật cần đo Chú ý rằng khoảng cách lớn nhất giữa tấm phản quang và thiết bị đo không vượt quá 350 mm

Phương pháp đo này sẽ cao cấp hơn phương pháp đo tiếp xúc Tuy nhiên, không phải lúc nào ta cũng có thể dán được tấm phản quang lên trên vật cần đo

Dải đo: 20 rpm đến 100.000 rpm

c Phương pháp đo rpm sử dụng tần số chớp

Hình 4: Thiết bị đo số vòng quay Kimo-CT-100EO

-Dựa vào nguyên lý của tần số chớp, các vật thể sẽ đứng yên trong mắt người quan sát khi tần số chớp tốc độ cao đồng bộ với sự di chuyển của vật Phương pháp đo này

có những đặc tính nổi bật hơn các phương pháp đo khác là:

Phương pháp đo có thể đo được cho những vật rất nhỏ hoặc đo được ở những nơi ta không chạm đến được Không cần thiết phải dán tấm phản quang lên vật cần đo Ví dụ như ta không cần thiết phải dừng lại quy trình sản xuất

Dải đo: 30 rpm đến 20.000 rpm

Ngoài ra, phương pháp đo này không chỉ đo được rpm mà nó còn có thể đo rung và theo dõi chuyển động ví dụ như: các màng rung, màng loa

►Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc là đo tốc độ quay của máy

Độ an toàn cũng như chế độ làm việc của máy phụ thuộc rất lớn vào tốc độ quay Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài cũng thường đượcchuyển về

đo tốc độ quay Bởi vậy, các cảm biến đo vận tốc góc đóng vai trò quan trọng trong việc đo vận tốc

1.2.4.2 Các nguyên lý đo số vòng quay:

- Trong kĩ thuật, số vòng quay được thực hiện trong thời gian 1 phút gọi là số vòng quay

+ Loại này thường là các tachomet máy phát, cũng co thể là loại 1 chiều (tốc kế 1 chiều) hoặc loại hai chiều đồng bộ hoặc không đồng bộ Các cảm biến này dựa trên nguyên tắc của máy phát điện Khi roto quay trên phần ứng tạo 1 điện áp tỉ lệ thuận với vận tốc quay

+ Đo số vòng quay theo tần số của tín hiệu phát ra từ vật đang quay

- Cảm biến đo số vòng quay:

Cảm biến gồm 1 đĩa răng làm từ vật liệu sắt từ được gắn với vật cần đo tốc độ quay, 1 cuộn dây có lõi sắt và 1 nam châm vĩnh cữu

- Cảm biến hoạt động như sau : Khi đĩa quay lần lượt các đĩnh răng và các rãnh đi qua đầu cuộn dây làm cho từ thông đi qua nó thay đổi theo từng chu kì Nhờ đó,trong cuộn dây xuất hiện dòng cảm ứng dạng xung với tần số xuất hiện tỉ lệ với tốcđộ quay của đĩa Dòng điện này được đưa vào thiết bị xử lí để xác định tần số xuất hiện xung

và từ đó tính ra số vòng quay trong vòng 1 phút Loại cảm biến này đc dùng khá phổ biến nhờ có độ tin cậy cao và chính xác cao, viêc xử lý tín hiệu đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp đắt tiền (hình 5)

Hình 5: Thiết bị đo số vòng quay sử dụng tần số chớp

1.2.5 Tình hình sử dụng thiết bị đo số vòng quaytrên thế giới và Việt Nam

1.2.5.1 Tình hình sử dụng thiết bị đo số vòng quay trên thế giới

- Hiện nay trên thế giới,thiết bị đo số vòng quay được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp với rất nhiều chủng loại khác nhau trên thế giới hiện nay như thiết

bị đo số vòng quay dạng đèn chớp model, thiết bị đo số vòng quay huatec, thiết bị đo

số vòng quay testo…với nhiều mẫu có kích thước khác nhau với độ chính xác và năng suất rất cao

Hình 6: Máy đo tốc độ vòng quay dạng đèn chớp model PCE-OM15

-PCE-OM15(hình 6) là một máy đo tốc độ vòng quay dạng đèn chớp sử dụng một bóng đèn xenon6500K để đo PCE-OM15cho phép chiếu sáng, đo, đếm vật thể diđộng một thời gian ngắnchỉ với một đèn flash tương tự như kỹ thuật quay phim bằng cách sử dụng liên tiếp nhanh chóng của hình ảnh để xácnhận một chuyển động liên tục Dođó, PCE-OM15 cho phép bạn để phát hiện vòng quay và tốc độ của các đối tượng mà không thể được nhìn thấy bằng mắt của con người, giúp theo dõi và đo lường chúng.PCE-OM15 đèn chớp được điều khiển bởi một bộ vi xử lý, và được hỗ trợ bởi một nguồnđiện 230V thông thường

* Thông số kỹ thuật của máy PCE-OM15:(hình 6)

 Nguồn điện: 230 VAC / 50Hz

 Đèn: Đèn xenon

Hình 7:Máy đo tốc độ vòng quay động cơ DT2234

* Thông số kỹ thuật của máy DT2234: (hình 7)

 Hiện cơ sở: 6MHz thạch anh tinh thể

 Bộ nhớ: giá trị max, giá trị min, giá trị cuối Có thể lưu trữ 96 dữ liệu

 Phát hiện khoảng cách: 50mm-500mm

 Kích thước: 155 * 70 * 35mm

 Công suất: 3 x 1.5V pin AAA

Hình 8: Máy đo tốc độ vòng quay Huatec

* Thông số kỹ thuật của máy Huatec: (hình 8)

- Dải đo: quay bằng laser tốc 2.5-99999r / phút

- Metric: 0,05-1.999,9 m / min

- Tach Laser phát hiện khoảng cách: 50-600mm

- Độ chính xác: ± (0.05% n + 1d)

- Độ phân giải: 0.01 / 0.1 / 1

- Memory: max / min / giá trị cuối cùng

- Nguồn điện: 4x1.5V AA (UM-3) pin

- Chỉ báo pin: chỉ báo pin thấp

- Kích thước: 220x75x29mm

- Trọng lượng (không bao gồm thăm dò): 171g

1.2.5.2 Tình hình sử dụng thiết bị đo số vòng quay ở nước ta

- Do đặc thù, các thiết bị đo số vòng quay đều là thiết bị chuyên dùng yêu cầu độ chính xác rất cao, tính ổn định khi sử dụng Việc chế tạo các thiết bị này đòi hỏi rất cao ở trình độ gia công cơ khí, thiết kế và lắp ráp các mạch xử lý tín hiệu đo và điều khiển điện tử Bên cạnh đó nó cũng yêu cầu người thiết kế phải có nhiềukinh nghiệm trong lĩnh vực thí nghiệm, đặc biệt là am hiểm về các tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan

- Tại Việt Nam phần lớn các thiết bị đo số vòng quay đều được nhập khẩu từ nước ngoài, một số rất nhỏ được chế tạo trong nước Các thiết bị đo vạn năng hầu hết được

nhập khẩu từ Trung Quốc với các dòng máy rẻ tiền có tính năng thấp, các dòng máy chất lượng cao được nhập từ các nước tiên tiến thường có giá rất cao

Hình 9: Máy đo tốc độ vòng quay số chớp testo 460

- Máy đo tốc vòng quay số chớp testo 460:Máy đo vận tốc vòng quay cho các thiết

bị như: các quạt gió và các trục quay Điểm đo được xác định bằng led Nhỏ gọn và dễ dàng hoạt động Đo tốc độ vòng quay bằng quang học, xác định điểm đo bằng led

 Hiển thị giá trị max/min

 Nắp bảo vệ

 Dây đeo

* Thông số kỹ thuật của máy Testo 460 (hình 9)

- Đo tốc độ vòng quay bằng quang học, xác định điểm đo bằng diode phát quang

- Hiển thị giá trị max/min

- Dải đo: 100 ~ 29.999 rpm

- Độ chính xác: ±0.02%

- Độ phân giải: 0.1rpm / 1rpm

- Nhiệt độ làm việc: 0 ~ +50oC

- Kích thước: 119 x 46 x 25 mm

- Trọng lượng: 85

Hình 10: Máy đo tốc độ vòng quay TM-4100D

- Máy đo tốc độ vòng quay TM-4100D (hình 10) đo tốc tộ vòng quay tiếp xúc và không tiếp xúc bằng laser đến 500mm với độ chính xác và độ bền cao

- Máy đo tốc độ vòng quay TM-4100D lưu trữ 20.000 số đo, datalogger, kết nối máy tính lưu trữ và báo cáo số liệu đo qua cổng giao tiếp USB

* Thông số kĩ thuật của máy TM-4100D: (hình 10)

- Datalogger lưu 20,000 số đo

- USB giao tiếp máy tính

Hình 11: Máy đo tốc độ vòng quay DT-2238

* Thông số kỹ thuật của máy DC-2238 (hình 11)

- Máy đo tốc độ vòng quay tiếp xúc, không tiếp xúc

- Nhiệt độ hoạt động : 0 – 50oC (32oF – 122oF)

- Độ ẩm môi trường :Dưới 80%

- Trọng lượng : 280g (0.61lb) / gồm pin

Như vậy có thể khẳng định rằng nhu cầu sử dụng thiết bị đo số vòng quay ở nước ta là rất lớn nhưng qua tìm hiểu thực tế ở nước ta thì hiện nay rất ít công ty hay tổ chức nào chuyên sản xuất hay nghiên cứu về thiết bị đo số vòng quay.Do vậy mà tài liệu cũng như chủng loại về thiết bị này còn rất nhiều hạn chế Nhưng hiện nay trên thị trường

có rất nhiều loại thiết bị nhập từ nước ngoài về đo số vòng quay với nhiều hình dạng

từ đơn giản đến phức tạp, các loại thiết bị này đều có năng suất cao và khả năng đạt độ chính xác cao nhưng giá thành khá đắt vì vậy mà nhiều công ty không dám đầu tư

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 LỰA CHỌN CẢM BIẾN CHO THIẾT BỊ ĐO

2.1.1 Giới thiệu về cảm biến

- Trong mô hình mạch điện(hình 12), ta có thể coi cảm biến như một mạch hai cửa Trong đó cửa vào là biến trạng thái cần đo x và cửa ra là đáp ứng y của bộ cảm biến với kích thích đầu vào x

Hình 12: Mô hình mạch điện của cảm biến

- Phương trình quan hệ y = f(x) thường rất phức tạp

- Bộ cảm biến đóng vai trò cảm nhận, đo đạc và đánh giá các thông số của hệ thống

- Bộ xử lý làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu điều khiển quá trình

- Sơ đồ điều khiển tự động quá trình được mô tả trong hình 13:

Hình 13: Sơ đồ điều khiển tự động quá trình

- Cảm biến tốc độ là một loại cảm biến để đo tốc độ và chiều quay của máy, động cơ, máy điện, và nó hiển thị cho người điều khiển biết, đồng thời làm tín hiệu cho phản hồi trong điều chỉnh

- Cảm biến có vai trò quan trọng trong đo lường như đo tốc độ ôto và môto, bộ đồng

hồ tính tiến trong taxi, đo và hiển thị tốc độ trong máy phát, hiện nay được ứng dụng rộng rãi

* Hiện nay sử dụng chủ yếu 3 loại cảm biến tốc độ:

+ Loại cơ học (có thể là con văng, có thể là tốc độ, có thể là thủy lực…), EG Tín hiệu

ra thường là áp lực dầu để đưa đi điều khiển, hoặc điều khiển trực tiếp luôn (đối với các máy diesel xưa)

+ Sử dụng biến tần: Tín hiệu ra có điện áp hoặc tần số tỷ lệ với tốc độ

+ Cảm biến điện từ và bánh răng: tín hiệu ra là xung Thường thì người ta thiết kế bánh răng có 60 răng, nên tần số xung tương đương với tốc độ quay (vòng/phút)

2.1.2 Lựa chọn thiết bị đo số vòng quay di động

2.1.2.1 Phương án 1: Các loại encoder omron E6C2-CWZ6C

-Encoder Omron CWZ6C nằm trong chuỗi sản phẩm encoder

E6C2-CWZ6Ccủa hãng Omron, một trong những hãng đứng đầu trên thị trường Encoder

Hình 14: Encoder Omron E6C2 CWZ6C

- Được sử dụng trong các cơ cấu máy đòi hỏi độ chính xác, encoder đem lại những ứng dụng thiết thực trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt là chế tạo máy Thay vì phải tính toán những cơ cấu cơ khí phức tạp giờ đây chỉ cần 1 bộ encoder đưa vào đã giải quyết được những vấn đề một cách hiệu quả.

Trong những ngành đòi hỏi độ chính xác cao thì việc áp dụng những bộ encoder vào

đã đem lại những hiệu quả rất tốt cả về hiệu xuất và chất lượng của sản phẩm

Đối với những ứng dụng nhỏ đòi hỏi độ chính xác không cao thì chỉ cần sử dụng những bộ Encoder với ít số xung phát ra trong 1 vòng Ví dụ:100 p/r (xung/vòng), 200p/r (xung/vòng)…Tuy nhiên ở những bộ phần đòi hỏi độ chính xác cao: cắt giấy, cắt bao bì…thì đòi hỏi độ chính xác cao, do đó cần xử dụng loại Encoder có nhiều xung/vòng: 1000 p/r (xung/vòng), 2000p/r (xung/vòng)…

- Các thông số kỹ thuật của encoder: (hình 14)

+Dãy điện áp cấp vào: 5-24VDC

+Ngõ ra loại: NPN

+Các pha ngõ ra : A,B,Z

+Tốc độ tối đa cho phép: 6000 vòng/phút

+Đáp ứng tần số tối đa: 100kHz

- Cấu tạo của encoder:

Hình 15: Cấu tạo chung của encoder

- Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder như sau:

Là 1 đĩa tròn xoay quay quanh 1 trục cố định.Trên đĩa có các lỗ rãnh Người ta dùng 1 đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ rãnh, đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ rãnh đèn led sẽ xuyên qua Khi đó phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt

* Ưu Điểm:

- Đo được tốc độ vòng quay cao

- Đầu ra dạng xung, nên trong cac hệ thống điều khiển sẽ không cần bộ chuyển đổi ADC Dễ sử dụng, dễ đọc tín hiệu

* Nhược điểm:

- Là thiết bị có dây, không lưu được dữ liệu khi mất điện

- Có thể cần mạch giải mã và mạch đếm

2.1.2.2 Phương án 2: Cảm biến từ Giant Ride Sense

- Việc lựa chọn một tiêu chuẩn kỹ thuật cho các thiết kế không dây ngày càng trở nên

thách thức hơn khi phải đối mặt với sự bùng nổ của nhiều chuẩn mới

-Công nghệ không dây dần trở thành một tính năng thiết yếu đối với mọi sản phẩm điện tử hiện nay Nó đem lại tính linh hoạt, tiện dụng, khả năng theo dõi và điều khiển

từ xa mà không cần những dây cáp đắt tiền Phạm vi ứng dụng ngày càng mở rộng, từ những món đồ chơi đơn giản đến các sản phẩm điện tử tiêu dùng, hay trong lĩnh vực

tự động hóa công nghiệp

- Cuộc chạy đua quy mô lớn nhằm biến mọi thứ không còn phụ thuộc vào hệ thống dây cáp đã tạo ra một sự bùng nổ các công nghệ và giao thức mới Một số được pháttriển chỉ cho một ứng dụng riêng biệt, trong khi một số khác thì phổ biến hơn và được dùng vào nhiều mục đích khác nhau

- Rất nhiều công nghệ không dây trong số đó được cho phép sử dụng rộng rãi, phần lớn đều được tiêu chuẩn hóa và được tích hợp dưới dạng IC nhỏ, giá thành thấp hay ở dạng module có sẵn Do vậy, việc lựa chọn công nghệ đúng đắn cho một ứng dụng cụ thể chính là thách thức lớn nhất cần phải được giải quyết

- Công nghệ này chia 2.4 GHz dải tần ISM (industrial, scientific và medical – công nghiệp, khoa học và y tế) thành những kênh nhỏ hơn có băng thông là 1 MHz, dùng sóng vô tuyến có tốc độ dữ liệu là 1Mbps Việc ghép kênh phân chia theo thời gian (time-division multiplexing – TDM) giúp sắp xếp kênh truyền cho nhiều cảm biến ANT+ hỗ trợ các cấu trúc mạng dạng sao (star), nhánh (tree), lưới (mesh) hoặc ngang hàng (peer-to-peer) Định dạng giao thức và gói dữ liệu khá đơn giản Không những vậy, nó được quảng cáo có mức tiêu thụ năng lượng rất thấp, giúp tăng thời lượng sử dụng của pin

Hình 16: Các bộ phận chính của cảm biến Giant Ride Sense

- Giant RideSense (hình 16) là một ANT+ cảm biến hệ thống tích hợp sẵn trên hiệu suất khổng lồ sau khung xe đạp:

• TCR SL nâng cao • Defy nâng cao SL • Avail nâng cao

• TCR nâng cao • Defy nâng cao • Trinity compositeGiant RideSense là tương thích với các máy tính có tính năng ANT + công nghệ không dây

- Bao gồm:

Hình 17: Cấu tạo của cảm biến Ride Sense

1 Ride Sense: bao gồm 1 pin CR2032 + 1 bu long (Chiều dài: 2.5mm, momen xoắn: 0.4N-m)

2 Nam châm tốc độ: bao gồm 1 đai ốc (Chiều dài: 3mm, momen xoắn: 0.5N-m) + 1 nắp

3 Nam châm nhịp: bao gồm 2 dây gút

* Cảm biến Ride Sense:

Hình 18: Cảm biến cố định Ride Sense

* Đặc điểm kỹ thuật của cảm biến Ride Sense:

Hình 19: Đặc điểm kỹ thuật của cảm biến

Kích hoạt cảm biến Ride Sense và nam châm tốc độ sẽ kích hoạt

nếu phát hiện nhau trong khoảng thời gian 5s Đèn cảm biến sẽ sáng 0,2 giây khi nam châm qua các cảm biến cho 10 lần đầu tiên

1+2

Ghép nối máy tính Đặt máy tính của bạn ở tốc độ / chế độ nhịp

và sau đó actice Ridesense, máy tính sẽ nhận được ANT+, tín hiệu và ghép nối với cảm biến RideSense

Chế độ ngủ RideSense sẽ đi vào chế độ sleep nếu không

tác động hay hoạt động sau 20 phút

Tiết kiệm năng lượng Tiết kiệm năng lượng lên đến 360 giờ của

- Nguyên lý hoạt động: Gá nam châm tốc độ trên đĩa quay hay trục của động cơ, đặt

cảm biến Ride Sense tương xúc với nam châm tốc độ Khi động cơ hoạt động, đĩa sẽ

quay (nam châm được gắn trên đĩa quay theo) cứ 1 vòng sẽ quay lại tương thích với

Ride Sense, cảm biến phát hiện hiển thị trên phần mềm đọc hiển thị số vòng quay

- Một số cách gá nam châm tốc độ khi đi kiểm nghiệm:

Hình 20: Cách gá đặt nam châm nhịp

Hình 21: Cách gá đặt cảm biến Ride Sense

* Ưu điểm:

- Là thiết bị không dây, không cần kết nối điện mạch, tiết kiệm năng lượng

- Dễ sử dụng, dễ thực hiện, giá cả phù hợp

* Nhược điểm:

- Đo được tốc độ không cao

- Chỉ hiển thị thông số rpm khi lắp trên xe đạp Giant

2.1.2.3 Lựa chọn phương án:

- Như vậy với yêu cầu đối với thiết bị cần lựa chọn, qua thực tiễn và nghiên cứu

2 phương án ta thấy phương án 2 có cấu tạo đơn giản, là thiết bị không dây không cần lắp đặt, nhưng độ đo chính xác tương đối cao ngược lại giá thành cũng thấp, phù hợp với đề tài nghiên cứu đo số vòng quay di động, vì vậy chúng em chọn phương án dung cảm biến Ride Sense có sẵn trên thị trường như phương án 2 và có thể đưa vào áp dụng thực tiễn ở nước ta từ đó có thể làm tiền đề cho việc nghiên cứu thiết bị đo số vòng quay rpm cho một động cơ bất kì

2.2 BỘ PHẬN HIỂN THỊ CHO THIẾT BỊ ĐO

2.2.1 Các phương án lựa chọn đồng hồ hiển thị

2.2.1.3 Phương án 3: Đồng Hồ Giant Neos

động

2.2.2.Lựa chọn đồ gá cho đồng hồ Neos

- Để tiện trong việc nhìn thông số của đồng hồ và tránh tình trạng dễ rớt ta có 3 phương án thiết kế sau:

2.2.2.1 Phương án 1:

Hình 25: Phương án lưạ chọn đồ gá thứ nhất cho đồng hồ

 Ưu điểm:

* Ưu điểm:

- Dễ chế tạo, dễ sửa chữa

- Cấu tạo đơn giản, giá thành phẩm rẻ

- Hướng nhìn đa dạng

* Nhược điểm:

- Độ cứng vững thấp

2.2.2.2 Phương án 2:

Hình 26: Phương án lựa chọn đồ gá thứ hai cho đồng hồ

 Ưu điểm:

- Dễ chế tạo, dễ sửa chữa

- Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ

* Ưu điểm:

- Giá rẽ, dễ sử dụng

- Phần đế được thiết kế hút chân không, có thể gắn vào mọi bề mặt

- Chất liệu nhựa cao cấp, bền chắc, có thể giữ an toàn cho đồng hồ, tránh bị rơi vỡ khi sử dụng

2.2.3 Tìm hiểu về đồ gá của đồng hồ Neos

- Đây là đồ gá thông dụng mà lĩnh vực cơ khí thường dùng, lực kẹp vuông góc với hộp đỡ, kẹp chặt bằng cơ cấu bu lông- đai ốc

2.2.3.1 Hộp đỡ:

Hình 28: Hộp đế của đồ gá đồng hồ

- Làm bằng vật liệu nhựa

- Kích thước 100x70x40