Thí nghiệm ô tô CAC LOẠI CẢM BIẾN DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông Chơng Các loại cảm biến dùng thí nghiệm II.1 Phân loại cảm biến Cảm biến phận dùng để nhận tín hiệu trạng thái đối tợng cần đo biến đổi thành tín hiệu tơng ứng - Theo công dụng: o Loại để đo đại lợng o Loại nhiệt o Loại quang o Loại hoá, - Theo nguyên lý biến đổi đại lợng không điện thành đại lợng điện theo hai nhóm lớn: o Nhóm phát điện, nhóm đại lợng không điện từ đối tợng cần đo đợc biến đổi thành sức điện động cờng độ dòng điện o Nhóm thông số, nhóm đại lợng không điện từ đối tợng cần đo làm thay đổi vài thông số điện cảm biến nh điện trở R, điện dung C, từ cảm L, Trong thí nghiệm ô tô thơng dùng cảm biến loại để đo đại lợng chuyển dịch, tốc độ, gia tốc, lực, áp suất ứng suất II.2 chọn cảm biến dùng thí nghiệm Khi chọn cảm biến để đo đại lợng cần phải ý đến đặc tính cảm biến tính chất đại lợng càn đo, gồm vấn đề sau: - Hàm số phụ thuộc đại lợng cần đo x với tín hiệu phát từ cảm biến y: y = f(x) Hàm số tốt tuyến tính - Khoảng thay đổi biên độ tần số đại lợng đo đặc tính biên độ tần số cảm biến - Độ nhạy tuyệt đối Sa độ nhạy tơng đối S cảm biến: 10 Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông o Độ nhạy tuyệt đối S a = y x o Độ nhạy tơng đối: S = y / y x / x - Sai số tĩnh sai số động cảm biến - Sự nhạy cảm biến với ảnh hởng bên nh nhiệt độ, độ ẩm, rung động,sẽ gây nên sai số phụ thêm - Kích thớc trọng lợng cảm biến, phơng pháp đặt cảm biến chi tiết cấu để đo, độ phức tạp kết cấu cảm biến II.3 Cấu tạo v nguyên lý lm việc cảm biến II.3.1 Cảm biến điện từ Những cảm biến làm việc nguyên lý phát sinh sức điện động mạch thay đổi từ thông Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc cảm biến cảm ứng từ 1- khung dây; - nam châm vĩnh cửu; - chổi than ; - cổ góp; N cực Bắc; S cực Nam Khi khung dây điện quay từ thông qua khung dây điện thay đổi sức điện động e sinh hai đầu khung dây tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi từ thông qua khung dây Sức điện động: e = W d dt Trong đó: W số vòng dây khung quay 11 Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông d - tốc độ thay đổi từ thông qua khung dây dt = B.l. B cảm ứng từ; L chiều dài khung dây = D ; D đờng kính khung dây 2p Do có phụ thuộc trực tiếp sức điện động tốc độ cảm biến cảm ứng từ đợc dùng để đo tốc độ góc trục quay Trên nguyên lý chế tạo đồng hồ đo tốc độ góc để đo tốc độ góc trục quay đo tốc độ chuyển động ô tô Sức điện động đợc đo von kế đợc ghi lại máy ghi sóng II.3.2 Cảm biến điện áp Cấu tạo cảm biến điện áp gồm hai thạch anh nằm ba kim loại Các thạch anh bị ép lực P tác dụng qua vỏ 1, nắp bi Nhờ bi mà lực truyền tới thạch anh đợc Tấm kim loại đợc nối với đầu dây dẫn ngoài, dây nằm ống cách điện Nắp vỏ đợc nối với nhờ dây dẫn để nối Các thạch anh đợc đặt mạch điện dây dẫn mang điện tích âm điện tích dơng đợc truyền qua vỏ nắp đến dây đẫn Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo cảm biến điện áp 1- Vỏ; thạch anh; 3- Tấm kim loại; - Nắp; Bi; - Dây dẫn; - Dây dẫn; - ống cách điện 12 Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông Điện lợng sinh tinh thể có lực P tác dụng đợc xác định: Q = k.P Trong đó: K số, xác định độ nhạy cảm biến P lực tác dụng lên cảm biến u điểm: có đờng đặc tính tuyến tính điện tích sinh lực tác dụng, có số k ổn định nhiệt độ dới 3500, có độ cứng cao, có điện trở suất lớn, điều thuận lợi để đo trình va đập xảy thời gian ngắn Nhờ quán tính không lớn có khả làm việc nhiệt độ cao cảm biến thạch anh đợc dùng nhiều để đo áp suất động đốt II.3.3 Cảm biến điện cảm Hình 2.3 Cảm biến điện cảm a)Loại đơn; b)Loại kép 1- lõi thép; 2- cuộn dây; 3- phần ứng Cảm biến điện cảm làm việc theo nguyên lý cảm kháng cảm biến thay đổi thay đổi đại lợng cần đo Cảm biến điện cảm gồm lõi thép 1, cuộn dây 2, phần ứng đặt cách lõi thép khoảng hở Cuộn dây đợc nối với dòng điện xoay chiều Khi thay đổi khoảng hở làm thay đổi điện cảm dây 2, tức làm thay đổi cảm kháng mạch điện làm ảnh hởng đến dòng xoay chiều mạch điện Từ cảm thay đổi làm thay đổi điện trở toàn 13 Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông Cảm biến điện cảm loại đơn có kết cấu đơn giản nhng đợc sử dụngvì quan hệ khoảng hở trở kháng toàn cuộn dây có dạng đờng hypecbol lại bị ảnh hởng nhiệt độ, sự không ổn định hiệu tần số nguồn điện Để khắc phục nhợc điểm nói ngời ta chế tạo cảm biến điện cảm loại ghép (hay gọi loại vi sai) Khi phần ứng chuyển dịch làm thay đổi khe hở từ thay đổi từ cảm hai cuộn dây Cảm biến điện cảm loại vi sai có độ nhạy cảm gấp đôi so với loại đơn Đờng dặc tính I = f() có dạng tuyến tính phạm vi khe hở thay đổi rộng Cảm biến điện cảm đợc dùng để đo độ võng trục nửa trục ngiên cứu độ cứng cầu chủ động để đo lực móc kéo mô men quay trục đăng II.3.4 Cảm biến điện dung Cảm biến điện dung thay đổi tơng ứng với thay đổi tín ghiệu từ đối tợng đo Hình 2.4 Cảm biến điện dung có diện tích thay đổi a)Loại phẳng; b)Loại hình trụ; c)Loại xoay Cấu tạo cảm biến điện dung loại phẳng gồm hai nằm cách khoảng d, diện tích tác dụng ban đầu cảm biến S0 = 2Bh0 Khi có tín hiệu từ đối tợng cần đo làm dịch chuyển tơng làm thay đổi 14 Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông chiều cao h0 diện tích tác dụng S0 Diện tích tác dụng S S = B.h Khi thay đổi S làm cho điện dung C thay đổi theo: C = S d Trong đó: - độ thẩm thấu điện môi tong đối, môi trờng không khí = S diện tích tác dụng cảm biến D - chiều dầy điện môi (hay khe hở cảm biến) Ta thấy quan hệ C = f(S) hàm số tuyến tính Điện dung C thay đổi làm thay đổi dòng điện I mạch đo, ta dùng điện dung loại phẳng để đo chuyển dịch Để đo chuyển dịch dùng cảm biến điện dung loại hình trụ đồng tâm dịch chuyển tơng Điện dung cảm biến loại hình trụ đợc xác định: C= ..l D ln ng D tr Trong đó: Dng đờng kính trụ Dtr - đờng kính trụ L chiều dài tác dụng hai trụ Quan hệ C = f(l) hàm số tuyến tính Do đó, dùng cảm biến điện dung loại trụ để đo chuyển dịch Khi l thay đổi làm cho C thay đổi dẫn đến thay đổi dòng điện I mạch đo Trong trờng hợp cần đo góc quay đối tợng đo ngời ta dùng cảm biến điện dung loại xoay Điện dung C cảm biến điện dung loại xoay tỷ lệ thuận với góc xoay tác dụng cảm biến C = f() hàm tuyến tính o r C= 360.D Trong đó: r-bán kính D- đờng kính 15 Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông II.3.5 Cảm biến từ đàn hồi Cảm biến từ đàn hồi làm việc theo nguyên lý thay đổi cảm ứng từ vật sắt từ có lực tác dụng lên cảm biến Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý làm việc cảm biến từ đàn hồi 1,2-cuộn dây điện; 3- lõi thép cảm biến từ đàn hồi (2.5a) (2.5b) lõi sắt từ có quấn cuộn dây điện Khi có lực P tác dụng lên lõi độ cảm ứng từ lõi thay đổi làm thay đổi tổng trở Z cuộn dây Z = f(P) cảm biến từ đàn hồi (2.5.c) (2.5.d) lõi sắt có hai cuộn dây điện cuộn dây có số vòng quay W1 đợc cung cấp điện U1 không đổi cuộn dây có số vòng quay W2 có điện U2 16 Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông Khi tác dụng lên lõi lực P làm cho độ cảm ứng từ lõi thay đổi từ làm thay đổi điện U2 mạch U2 = f(P) Trên hình 2.5e sơ đồ kết cấu cảm biến từ đàn hồi có dạng hình lập phơng lõi cảm biến có khoan bốn lõ để đặt cuộn dây có số vòng có số vòng Các lỗ đợc khoan theo vị trí nh hình nhằm đảm bảo mặt phẳng cuộn dây cắt dới góc 900 tạo thành với đờng trục cảm biến góc 450 Do cách bố trí cuộn dây nh lực tác dụng lên lõi mạch điện không (U2 = 0) cuộn dây có điện dòng điện xoay chiều U1 Còn có lực P tác dụng vào lõi từ trờng sinh cuộn dây thứ bị lệch ôm đợc cuộn dây thứ hai, mạch điện điện U2 Lực P tác dụng lớn điện U2 tăng U2 = f(P) Cảm biến từ đàn hồi dùng để đo lực ứng suất chi tiết II.3.6 Cảm biến dây điện trở Cảm biến dây điện trở đợc chế tạo dây điện trở nhỏ có đờng kính 0,02 0,04 (mm) đợc uốn nhiều lần đợc dán lên giấy lớp nhựa mỏng hai đầu cuối có gắn dây nối Hình 2.6 Cảm biến dây điện trở loại dây tiết diện tròn Để đo biến dạng ngời ta dán cảm biến lên bề mặt chi tiết thứ keo đặc biệt, nhờ dây điện trở cảm biến bị biến dạng chi tiết bị biến dạng 17 Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông làm thay đổi kích thớc hình học sợi dây điện trở (chiều dài diện tích tiết diện ngang), qua làm thay đổi tính chất vật lý dây điện trở (điện trơ suất) Khi điện trở cảm biến thay đổi làm thay đổi dòng điện mạch tơng ứng Điện trở dây điện trở xác định: R= l S Trong đó: R- điện trở - điện trở suất l chiều dài S diện tích tiết diện Khi biến dạng phơng trình biến dạng: Nhng l l dR = dl dS + d S S S dS d( r ) dr = = S r r r bán kính tiết diện dây Ta có dr dl = r l -hệ số Poatxong dS dl = S l điện trở suất phụ thuộc biến dạng dọc dây theo phơng trình Đê ret: d dl = l - hệ số thay đổi điện trở suất dây dR dl dl = (1 + + ) = k R l l R l =k R l k = (1 + + ) = 18 R l : R l