Báo cáo thực hành cảm biến và kỹ thuật đo

.a. Nguyên lý hoạt động khi nạp IAT: Nội dung sự thay đổi của điện trở của vật liệu kim loại theo nhiệt độ.Tất là, khi nhiệt độ thay đổi ứng với mõi loại vật liệu kim loại đó có điện trở suất cũng thay đổi khác nhau.Với vật liệu kim loại được chọn có độ nhạy phú hợp với người ta tiến hành đo đạt , lập bảng tính , sau đó thành lập mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở R=f(t) hoặc =f(t).Từ số liệu đo đạt được chuyển đổi qua tín hiệu điện bằng quan hệ I=UR . Sau đó sử lý và biểu thị kết quả.Trong IAT có một điện trở nhiệt, khi nhiệt độ tăng làm cho trở kháng của điện trở giảm. Ta có điện áp 5V được cấp cho IAT thông qua điện trở R mắc nối tiếp với IAT. Khi trở kháng của điện trở trong IAT giảm làm cho làm cho dòng điện trong mạch tăng, kéo theo sụp áp trên điện trở R tăng và làm cho điện áp tại chân giảm xuống.Để đo sự thay đổi tín hiệu điện áp trên chân THA ta cắm đầu thu tín hiệu màu đen vào cổng E2 (Earth ground) và đầu thu đỏ vào cổng THA. Để thay đổi nhiệt độ qua IAT người ta phun một luồng khí có nhiệt độ tăng dần hoặc ta điều chỉnh biến trở (núm điều khiển màu đen) sẽ làm thay đổi trở kháng của điện trở nhiệt trong IAT và tín hiệu điện áp trên chân THA, trong thí nghiệm này ta thay đổi giá trị của biến trở. Ta có biểu đồ minh họa quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở khi thay đổi nhiêt độ của ECT như sau: I.1.1.b. Nguyên lý hoạt động khi nạp IAT:Cảm biến ECT (Engine Coolant temperature) đo nhiệt độ nước làm mát động cơ từ đó suy ra được nhiệt độ trung bình của động cơ. Cũng tương tự như IAT trong ECT cũng có một điện trở nhiệt và khi nhiệt độ thay đổi trên ECT thì trở kháng của điện trở và điện áp trên THW cũng thay đổi. Để đo sự thay đổi tín hiệu điện áp trên chân THW ta cắm đầu thu tín hiệu đen vào cổng E2 (Earth ground) và đầu thu đỏ vào cổng THW. Trong thí nghiệm đo sự thay đổi điện trở nhiệt người ta cho ECT vào trong chậu nước nguội và đun lên từ từ rồi đo lại sự thay đổi của trở kháng điện trở hoặc thay đổi điện trở của biến trở, trong thí nghiêm này ta thay đổi giá trị điện trở của biến trở. Ta có biểu đồ minh họa quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở khi thay đổi nhiêt độ của ECT như sau:

BÁO CÁO THỰC HÀNH CẢM BIẾN KỸ THUẬT ĐO

I Báo cáo bài thực hành bài 1 (khảo sát đặt tính của cảm biến điện trở):

I.1 Cảm biến nhiệt độ(và nước làm mát ECT)

I.1.1.a Nguyên lý hoạt động khi nạp IAT:

Nội dung sự thay đổi của điện trở của vật liệu kim loại theo nhiệt độ.Tất là, khi nhiệt độ thay đổi ứng với mõi loại vật liệu kim loại đó có điện trở suất cũng thay đổi khác nhau

Với vật liệu kim loại được chọn có độ nhạy phú hợp với người ta tiến hành đo đạt , lập bảng tính , sau đó thành lập mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở R=f(t) hoặc

=f(t)

Từ số liệu đo đạt được chuyển đổi qua tín hiệu điện bằng quan hệ I=U/R Sau đó sử

lý và biểu thị kết quả

Trong IAT có một điện trở nhiệt, khi nhiệt độ tăng làm cho trở kháng của điện trở giảm Ta có điện áp 5V được cấp cho IAT thông qua điện trở R mắc nối tiếp với IAT Khi trở kháng của điện trở trong IAT giảm làm cho làm cho dòng điện trong mạch tăng, kéo theo sụp áp trên điện trở R tăng và làm cho điện áp tại chân giảm xuống

Để đo sự thay đổi tín hiệu điện áp trên chân THA ta cắm đầu thu tín hiệu màu đen vào cổng E2 (Earth ground) và đầu thu đỏ vào cổng THA Để thay đổi nhiệt độ qua IAT người ta phun một luồng khí có nhiệt độ tăng dần hoặc ta điều chỉnh biến trở (núm điều khiển màu đen) sẽ làm thay đổi trở kháng của điện trở nhiệt trong IAT và tín hiệu điện áp trên chân THA, trong thí nghiệm này ta thay đổi giá trị của biến trở

Ta có biểu đồ minh họa quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở khi thay đổi nhiêt độ của ECT như sau:

I.1.1.b Nguyên lý hoạt động khi nạp IAT:

Cảm biến ECT (Engine Coolant temperature) đo nhiệt độ nước làm mát động cơ

từ đó suy ra được nhiệt độ trung bình của động cơ Cũng tương tự như IAT trong ECT cũng có một điện trở nhiệt và khi nhiệt độ thay đổi trên ECT thì trở kháng của điện trở và điện áp trên THW cũng thay đổi Để đo sự thay đổi tín hiệu điện áp trên chân THW ta cắm đầu thu tín hiệu đen vào cổng E2 (Earth ground) và đầu thu đỏ vào cổng THW Trong thí nghiệm đo sự thay đổi điện trở nhiệt người ta cho ECT vào trong chậu nước nguội và đun lên từ từ rồi đo lại sự thay đổi của trở kháng điện trở hoặc thay đổi điện trở của biến trở, trong thí nghiêm này ta thay đổi giá trị điện trở của biến trở Ta có biểu đồ minh họa quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở khi thay đổi nhiêt độ của ECT như sau:

I.1.2 Sơ đồ cầu tạo bên trong cảm biến điện trở:

Hình 1.1.Sơ đồ cấu tạo bên trong cảm biến.

Hình 1.2.Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hình 1.3 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT

I.1.3 Lập bảng tín hiệu đầu ra.

a Đối với cảm biến nhiệt độ khi nạp IAT:

mát:

5 0,85 1,91

I.1.4 Vẽ biểu đồ: biểu thi sự liên hệ của nhiệt độ với sự thay đổi của trở kháng điện

trở nhiệt và điện áp tín hiệu đầu ra

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP

0 0.5

1 1.5

2 2.5

3

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

0 0.5

1 1.5

2 2.5

3

R(W) ) U(V)

T(ĐỘ)

R U

I.1.5 Nhận xét:

- Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng

- Ta có quan hệ giữa điện trở và điện áp gần như là tuyến tính do đó thuận lợi cho việc xây dựng hàm U=U(R) và thuận lợi cho tính toán

- Do phải có thời gian để truyền nhiệt từ vỏ của IAT, ECT đến điện trở nhiệt nên

độ nhạy không cao lắm

- Nếu IAT, ECT bị bẩn do bụi bám có thể dẫn đến tín hiệu ra không đúng do hiện tượng cách nhiệt của bụi bẩn

- Ta có thể sử dụng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ của khí thải động cơ, đo nhiệt

độ của nhiên liệu để từ đó có thể quyết định có nên sấy nóng nhiên liệu hay không khi

xe khởi động trong mùa đông Ngoài ra ta có thể sử dụng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ dầu bôi trơn, đo nhiệt độ không gian trong xe để quyết định nhiệt độ mà hệ thống điều hòa không khí bắt đầu làm việc nhờ đó tiết kiệm được nhiên tiêu hao của động cơ

-Với loại cảm biến này cần có độ nhạy rất cao nên vật liệu kim loại chế tạo yêu cầu rất khắc khe, phải bảo đảm:

+Dễ nóng và chịu nhiệt cao

+Độ thuần khiết rất cao

+Có tính ô xi hóa trong môi trường chịu ô xi hóa, dễ thay đổi khi có sự rất nhỏ

về nhiệt độ

-Với kiểu đo nhiệt độ khí nạp và nhiệt độ nước làm mát có thể sử dụng cặp nhiệt ngẫu để thay thế, bởi có những ưu điểm sau:

-Cặp mhiệt ngẫu dễ chế tạo

-Vật liệu (kl) rẻ hơn

-Độ nhạy cao hơn

* Tuy nhiên có một số nhược điểm là: chỉ có trong phạm vi hẹp, độ ổn định không cao, nhiệt độ cặp so sánh thay đổi hoặc không trùng với nhiệtđộ đồng hồ sử dụng

* Sử dụng nhiệt kế bán dẫn có những ưu điểm: độ nhạy cao, rất ổn định, kích thước nhỏ và hình dạng dễ thay đổi khi chề tạo thay đổi điện trở rất lớn theo nhiệt độ

I.2 Đối với cảm biến vị trí (bướm ga).

I.2.1 Nguyên lý hoạy động:

Cảm biến vị trí được gắn vào trong van của bướm.Lợi dụng tính chất của biến trở khi thay đổi vị trí của giá trị điện trở trong mạch thay đổi, dẫn đến điện áp thay đổi, sự thay đổi này được thiết lập thành một hàm quan hệ: R=f(l) .Với R=.l/s

R=U/R=U/f(l)

Ứng với mỗi giá trị l thu được sẽ có giá trị R tương ứng,Tiếp đó chuyển về tín hiệu điện, sau đó sử lý và hiểu thị kết quả

I.2.2 Vẽ sơ đồ mạch điện cấu tạo bên trong cảm biến:

I.2.3 Bảng đo tín hiệu đầu ra:

I.2.4 Vẽ đồ thị:

VỊ TRÍ BƯỚM GA

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

VỊ TRÍ

U(V)

VTA

I.2.5 Nhậm xét:

- Trên đồ thị thể hiện vị trí bướm ga càng mở thì điện áp càng tăng

Kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, quan hệ hàm số giữa sự thay đổi điện trở và điện áp

về lý thuyết là tuyến tính Ta có sự thay đổi của điên trở của biến trở có quan hệ trực tiếpvới độ mở của bướm ga do đó thuận lợi cho tính toán

* Nhược điểm: Ta phải luôn có một điện áp để cung cấp TPS do đó làm tiêu tốn năng lượng trên biến trở

* Ứng dụng: Ta có thể sử dụng cảm biến vị trí để đo mức nhiên liệu trong thùng chứa bằng cách gắn mỏ quẹt với một bầu phao để thay đổi điện trở của biến trở

- Có thể thay thế bằng cảm biến điện dung loại xoay( cảm biến góc quay)

II Báo cáo thực hành số 2(khảo sát đặt tính của cảm biến điện từ):

II.1 Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.1 Cấu tạo của cảm biến tốc góc-cảm biến tốc độ động cơ

1 Roto tín hiệu; 2.Cuộn dây cảm ứng; 3 Lõi thép; 4 Nam châm.

* Nguyên lý hoạt động của của cảm biến góc quay và cảm biến tốc độ:

Ta có trên roto tín hiệu có các răng cách đều nhau, và góc giữa hai răng chính

là góc quay của roto Khi roto quay ta có các răng này lần lượt đi qua đầu cảm ứng của cuộn dây cảm ứng Khi răng thứ nhất của roto đi đến đầu cảm ứng thì làm từ thông trong cuộn dây tăng và trong cuộn dây xuất hiện một suất điện động ở mức cao

và khi răng thứ nhất qua khỏi đầu cảm ứng làm cho từ thông qua cuộn dây giảm do khoảng cách của biên dạng ngoài của roto với đầu cảm ứng thay đổi dẫn đến làm cho suất điện động trong cuộn dây giảm Sau đó khi răng tiếp theo gần đến đầu cảm ứng thì từ thông trong cuộn dây lại tăng và đạt cực đại khi răng này đến qua đầu cảm ứng

và lúc này trong cuộn dây lại có sinh ra một suất điện động ở mức cao và quá trình cứ tiếp tục cho các răng tiếp theo.Vậy ta có khi nhận được hai xung ở mức cao liên tiếp thì ta có đó chính là góc quay của roto đây là tín hiệu góc quay G và số xung có được trong một giây chính là tần số của tín hiệu đây chính là tín hiệu NE, dựa vào tần số này cùng với số răng của roto ta có thể xác định được số vòng quay của roto

II.2 Vẽ sơ đồ cấu tạo bên trong và vị trí giá đặt cảm biến G và Ge.

Hình 2.2 Vị trí gá đặt của cảm biến G và NE.

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí của cảm biến G và NE

II.3 Bảng số liệu:

n G1 we

II.4 Vẽ hình tín hiệu:

+ Tín hiệu G và NE thu được như sau:

Hình 2.4 Biểu đồ tín hiệu G và NE

II.5 Nhận xét:

Ta thấy tín hiệu G có tần số thấp, khoảng cách của hai xung liên tiếp bằng góc quay của trục khuỷu là 1800 tức là tương ứng với các kì làm việc của động cơ

+Với tín hiệu NE thì ta thấy có tần số cao hơn nhiều so với tín hiệu G Sở dĩ có điều này là do số răng của roto tín hiệu NE lớn hơn roto tín hiệu G Ta có khi số răng càng nhiều thì số xung đếm được trong một giây càng lớn thì kết quả đo càng chính xác vì khi đó giảm được sai số do số xung thu được không phải là số nguyên trong một giây

+Ưu điểm của cảm biến này là không cần cung cấp điên áp ngoài cho cảm biến do

đó tiết kiệm được năng lượng và làm việc tin cậy hơn Cảm biến điện từ cho ta tín hiệu đầu ở dạng xoay chiều nên việc xử lí tín hiệu đơn giản và nhanh chống hơn +Nhược điểm của cảm biến điện từ là tín hiệu có thể bị nhiễu dẫn đến tín hiệu đầu

ra không chính xác Nếu một lí do nào đó là cho một số răng của roto bị gãy thì xung đưa về không đúng dẫn đến kết quả bị sai trong khi cảm biến vẫn làm việc bình thường

+Ứng dụng : Ta có thể sử dụng cảm biến điện từ để đo tốc độ của xe khi chuyển động trên đường, đo số vòng quay của tuabin máy phát điện để từ đó điều chỉnh kịp thời lưu lượng nước qua tuabin đảm bảo cho số vòng quay của tuabin là không đổi,

III Báo cáo bài thực hành số 3 (tìm hiểu băng thử động cơ) :

III.1 Lập bảng so sánh băng thử thủy lực và băng thủ điện.

Nội dung so

Đặc điểm

- Môi trường truyền mômen là môi trường nước

- Nước vừa là chất lỏng công tác vừa là chất lỏng làm mát

- Điều chỉnh tải bằng cách thay đổi lượng nước trong phanh thử

- Môi trường truyền mômen là môi trường điện từ

- Nước chỉ làm nhieemi vụ làm mát

- Điều chỉnh tải bằng cách thay đổi điện trở tải

Nguyên lý làm

việc

- Xác định công suất qua việc xác định momen bắng cơ cấu cân bằng lực

- Công suất động cơ tiêu thụ vào việc quay máy thủy lực

- Xác định công suất của động cơ điện cấp cho phụ tải

- Công suất động cơ tiêu thụ vào việc quay máy phát điện một chiều hay xoay chiều

Ưu điểm

- Thử được động cơ có công suất lớn

- Giới hạn thử lớn, đặt biệt là khi kết hợp

-Làm việc êm dịu, kết cấu gọn nhẹ, dễ tìm máy phát điện làm

vì có thể dùng bất kỳ máy điện nào

- Băng thử được dùng cho các động cơ có công suất từ nhỏ đến lớn, tốc độ trung bình hay cường hóa

- Tạo được nhiều dạng đường đặc tính khác

- Có thể tạo được nhiều dạng đường đặc tính khác nhau

- Trong điều kiện cho phép có thể thu hồi được năng lượng động cơ

- Có thể xác định tổn hao

cơ khí của động cơ động cơ và

có thể khởi động được động cơ

Nhược điểm -Cấu tạo phức tạp nhiều trang

bị phụ, yêu cầu làm kín khắc khe, chế độ làm việc không ổn

- Giá thành cao hơn các loại khác, nhất là máy điện một chiều vì chế tạo khó, dùng

định ở chế độ tốc độ thấp

- Vùng đặc tính bị giới hạn

- Không thử được động cơ có công suất nhỏ

- Không xác định được tổn hao cơ khí của động cơ

- Không thu hồi được công suất động cơ

- Làm việc ồn khi số vòng quay lớn

nhiều kim loại đắt tiền

- hiệu suất máy điện phụ thuộc vào chế độ tải, tốc độ, nhiệt độ và do đó thiếu chính xác

III.2 Vẽ sơ đồ bố trí băng thư thủy lực:

2-Sơ đồ bố trí băng thử thủy lực

Hình 3.1 – Sơ đồ băngthử thủy lực.

Công suất cực đại đo được: Nph = 650[ml];

Số vòng quay cực đại nmax = 3500[vg/phút];

Khối lượng toàn bộ 900[kg];

Hệ số phụ thuộc phanh thử k = 0,001

1 2 3 4 5

6 7

8 9

10 11

12 13

17

14

15

16

Hình 3.2 - Sơ đồ bố trí băng thử thủy lực.

1- Phanh thử ; 2- Cơ cấu cân bằng lực ; 3-Van xả ; 4- Trục nối ; 5- Khớp

nối ;6-Bệ đỡ động cơ; 7-Động cơ; 8-Thùng nhiên liệu; 9-Bảng điều khiển;10-

Đường nước vào;11- Bể nước trên;12 - Van cấp; 13- Đường nước tràn;14 -

Đường nước bơm lên bể trên; 15 - Bơm nước;16 - Bể nước dưới; 17 - Cảm

biến tốc độ động cơ.

III.3 Mô tả kết cấu của cơ cấu cân lực:

A - A

A

A

Hình 3.3 - Sơ đồ hệ thống cân bằng lực.

Cơ cấu cân bằng lực là một hệ thống làm cản chuyển động quay của stato khi động cơ dẫn động roto quay đồng thời qua đó có thể xác định được lực tác động lên stato nhờ 2 quả tạ và đồng hồ lực

Ở hệ thống cân bằng lực của băng thử thủy lực gốm 2 quả tạ, tùy thuộc vào công suất động cơ mà ta dùng một quả tạ hay 2 quả

Khi động cơ kéo roto chuyển động nhờ lực ma sát của chất lỏng làm cho stato quay theo, muốn giữ cho stato đứng yêu ta lam cơ cấu cân bằng lực, đó là 2 gối chống cho stato quay theo roto Một trong 2 gối này được giử cố định, gối còn lại được nối với các khâu và thanh truyền lực để dẫn động lực đên đồng hồ lực (như hình vẽ trên) Qua đồng hồ lực ta xác định được lực tác dụng lên gối đỡ Từ đó ta xác định được công suất của động cơ thử