Bai 1 Co so do luong thu nghiem

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA KHOA Ô TÔ PHÊ DUYỆT Ngày tháng 11 năm 2015 CHỦ NHIỆM KHOA Tiến sĩ Nguyễn Ch Th nh BÀI GIẢNG Môn học : Thử nghiệm ô tô Bài : Cơ sở đo lƣờng thử nghiệm Đối tƣợng : Đại học dân Năm học : 2015 - 2016 Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Hùng TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2015 MỞ ĐẦU Thử nghiệm ô tô khâu cuối lắp ráp ô tô sau cải tiến, sửa chữa Các phương pháp, phương tiện thí nghiệm tô nằm sở nguyên lý chung hệ thống đo lường Việt nam giới Bài học nghiên cứu lý luận sở đo lường chung đo lường ngành ô tô Sinh viên trang bị kiến thức đo lường thử nghiệm tơ, từ nghiên cứu nội dung môn học NỘI DUNG BÀI 1: CƠ SỞ ĐO LƢỜNG VÀ THỬ NGHIỆM 1.1 Những khái niệm đo lƣờng 1.1.1 V i trò củ đo lƣờng nghiên cứu phát triển kho học kỹ thuật Đo lường công việc thiếu hoạt động nghiên cứu phát triển sản xuất ngành kinh tế lĩnh vực quân Đây không công việc cán khoa học kỹ thuật chuyên công tác nghiên cứu mà đòi hỏi thiết thực kỹ sư nhân viên kỹ thuật nói chung cơng việc tìm tịi, khảo sát, cải tiến trang bị kỹ thuật việc khơng ngừng hồn thiện kiến thức lý luận Trong bối cảnh tốc độ phát triển ngày nhanh tiến khoa học kỹ thuật thời đại việc nắm bắt kịp thời phương pháp trang bị đo lường thử nghiệm yêu cầu cần thiết việc giảng dạy học tập Nhà trường hoạt động thực tế đơn vị sở sản xuất Do tiến nhanh năm gần ngành tin học điện tử nên trang bị đo lường thử nghiệm không ngừng đổi Các phương pháp đo lường trực tiếp dụng cụ trang bị đo điện thông thường thay mạch đo lường điện tử Các phần tử mạch đo lường cảm biến, khuyếch đại tín hiệu, xử lý hiển thị kết kết nối qua vi xử lý máy tính nên kết thu có độ xác cao tốc độ xử lý nhanh Trong điều kiện chưa thể có đủ kinh phí để trang bị đồng thiết bị đo đại việc nghiên cứu cải tiến nâng cấp thiết bị đo có nhờ thiết bị đo có độ xác cao, gọn nhẹ mua thị trường việc chấp nhận 1.1.2 Đại lƣợng đo phép đo Trong khoa học kỹ thuật lĩnh vực khác, để nghiên cứu tượng vật lý hay tính chất vật thể người ta thường dùng đại lượng Vật lý Có thể ước lượng chung quanh tồn khoảng 250 đại lượng Vật lý khác Các đại lượng Vật lý mà cần xác định phép đo gọi đai lượng đo Các đại lượng đo đánh giá trị số đơn vị cụ thể Ví dụ: Khi nói cơng suất có ích động Ne = 150 kW 150 trị số cịn kW đơn vị đo công suất Phép đo việc xác định giá trị đại lượng Vật lý thực nghiệm nhờ phương tiện kỹ thuật chuyên dụng Đại lượng Vật lý phép đo hai khái niệm chủ yếu đo lường Đại lượng Vật lý đối tượng phép đo Người ta dùng phép đo để xác định đại lượng Vật lý Dựa vào phương pháp nhận kết đo người ta chia phép đo thành phương thức khác Đó là: - Phép đo trực tiếp: phép đo giá trị đại lượng đo nhận trực tiếp từ số liệu thực nghiệm Ví dụ: Ta dùng nhiệt kế bách phân để đo trực tiếp nhiệt độ vị trí định vật thể dùng đồng hồ đo tốc độ (loại cầm tay) để đo trực tiếp tốc độ quay trục động - Phép đo gián tiếp: phép đo giá trị đại lượng đo nhận nhờ tương quan hàm số đại lượng với đại lượng khác Đại lượng thứ hai đại lượng xác định phép đo trực tiếp Tương quan hàm số đại lượng đo gián tiếp với đại lượng đo trực tiếp có dạng: X = f ( x1 , x2 ) Trong đó: (1.1) X : đại lượng cần đo gián tiếp x1, x2 : đại lượng xác định phép đo trực tiếp Ví dụ: Khi đo cơng suất có ích động đốt dùng công thức: Me n (kW N e = 9550 ) (1.2) T r o n g đ ó : Ne : Cơng suất có ích (kW) đại lượng cần đo gián tiếp Me : Mơ m e n x o ắ n c ó í c h ( N m ) t c n giá trị chúng xác định d cách giải hệ phương trình ụ liên hệ đại lượng cần đo với đại lượng đo phép n đo trực tiếp gián tiếp g lê Nếu gọi đại lượng đo phép đo trực tiếp gián tiếp n y tr i j =1, 2, , n) (i =1, 2, , n vµ j ụ c k - h ỷ u ( M e đ o ép hợ p bộ: phé p đo đồn g ợ thờ c i n mộ p h t số i j F , 1( 3) Ví dụ: Khi cần đo hệ số 0o C nhiệt điện trở α điện dây đồng trở R0 người ta dùng Ôm mét nhiệt kế để đo điện trở dây đồng hai nhiệt độ khác o o t1 t2 Tiếp ta giải hệ R0 : phương trình sau để xác định α R = o R +αt  R = R + α o t đại  lượ tro ng n ( ) ng a h j đo đ h đại lượng đo hợp cần đo (được đo đồng hồxác đo định tốc độ) thơng qua hệ phương trình sau: Ph u Xi phép o Trong đó: R1 R2 điện trở dây đồng nhiệt độ t1 t2 o Phép đo nói phép đo hợp 1.2 Các loại phƣơng tiện đo 1.2.1 Phân loại phƣơng tiện đo Phương tiện đo phương tiện kỹ thuật để thực phép đo Các phương tiện có đặc tính đo lường định Người ta phân chia phương tiện đo thành nhóm: - Phương tiện đo đơn giản - Phương tiện đo phức tạp Trong phương tiện đo đơn giản có mẫu (hay dưỡng đo); Thiết bị so sánh; Thiết bị chuyển đổi đo lường Trong phương tiện đo phức tạp gặp dụng cụ đo (còn gọi máy đo); thiết bị đo tổng hợp; hệ thống thông tin đo lường Mẫu: phương tiện dùng để lại đại lượng Vật lý cho trước với độ xác cao Mẫu có độ xác cao gọi Chuẩn Chuẩn: phương tiện đo đảm bảo việc giữ đơn vị Ví dụ: Chuẩn mét thước mét làm bạch kim đặt viện giữ chuẩn Quốc gia Từ Chuẩn người ta truyền kích thước đơn vị đến Mẫu Thiết bị đo tổng hợp hệ thống thông tin đo lường phương tiện đo phức tạp Chúng tập hợp nhiều phương tiện đo dùng để kiểm tra, kiểm định đo lường 1.2.2 Sơ đồ tổng quát củ hệ thống đo Hầu hết hệ thống đo lường từ đơn giản đến phức tạp chia thành khâu sau: 1.2.2.1 Khâu vào (Khâu cảm biến): Khâu có nhiệm vụ cảm nhận tín hiệu đại lượng đo biến đổi tín hiệu thu thành dạng tín hiệu dễ sử dụng Nói cách tổng quát phận cảm biến thiết bị biến đổi hiệu ứng Vật lý thành hiệu ứng khác Trong đại đa số trường hợp, đại lượng Vật lý khác thường biến đổi thành tín hiệu điện (electric signal) tín hiệu điện tín hiệu cho phép ta đo chúng cách dễ dành Tín hiệu đo tín hiệu dạng số tương tự Các tín hiệu số tín hiệu có nhiều ưu điểm tín hiệu dạng tương chúng dễ dàng lưu trữ nhớ thiết bị dễ chuyển qua xử lý máy tính 1.2.2.2 Khâu trung gian (Khâu khuyếch đại) Khâu làm nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu yếu cảm biến, lọc tín hiệu phương tiện xử lý khác để thu tín hiệu đầu mong muốn 1.2.2.3 Khâu cuối (Khâu thị kết quả) Khâu thị kết đo dạng số, đồ thị, bảng biểu điều khiển đại lượng đo theo qui luật mong muốn kết đầu cho dạng số dạng tương tự Để minh họa hệ thống đo khảo sát sơ đồ nguyên lý đồng hồ đo áp suất kiểu ống đo Bourndon đơn giản (a simple Bourdon tube) Sơ đồ đông hồ đo áp suất biểu thị hình 1.1 hệ thống đo khí đơn giản Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống đo áp suất đơn giản dùng ống Bourdon (Bourdon tube) Trong sơ đồ này, ống Bourdon phận cảm biến chuyển tín hiệu áp suất thành dịch chuyển phần đuôi cong ống Bộ phận trung gian (khâu khuyếch đại) gồm chi tiết như: đòn quay, quạt răng, bánh nhỏ ăn khớp với quạt co nhiệm vụ khuyếch đại độ dịch chuyển có trị số nhỏ đuôi ống cong thành chuyển động quay bánh nhỏ với cung quay cực đại đạt ¾ chu vi đường trịn đỉnh Phần thị đồng hồ áp suất bao gồm kim số đo áp suất thang đo có vạch chia ghi giá trị đơn vị đo áp suất Kim đồng hồ gắn chặt với bánh nhỏ quay theo bánh Khi đầu kim nằm vị trí cân tác dụng áp suất chất lỏng chất khí cần đo ta ghi giá trị áp suất vạch chia đối diện với đầu kim Trong nhiều hệ thống đo tín hiệu đo đầu hệ thống cần phải điều khiển khống chế giới hạn định Trong trường hợp sơ đồ đo có bố trí nhánh phản hồi tín hiệu để thực trình điều khiển đối tượng Ví dụ: Trên động ô tô phun xăng điện tử, để tự động điều khiển lượng phun nhằm mục đích tạo thành phần thích hợp với chế độ vận hành động (thành GKK phần hỗn hợp biểu thị qua hệ số dư lượng khơng khí α = ), người ta đặt lo Gnl cảm biến đo lượng khơng khí nạp đường ống nạp cảm biến xác định vị trí bướm ga Tín hiệu thu từ cảm biến nói đưa xử lý trung tâm (ECU) để tự động điều chỉnh lượng phun nhiên liệu Khi thành phần hỗn hợp cháy (biểu thị qua hệ số dư lượng khơng khí α ) điều chỉnh để đạt giá trị thích hợp với chế độ làm việc động Sơ đồ hệ thống đo có nhánh phản hồi biểu thị hình 1.2 Physical variable to be measured Feedback signal for control Controller Intermediate stage Detecter-transducer stage Transduced signal Modified signal Indicater Recorder Calibration signal source representing known value of physical Externalvariable power Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống đo tổng quát Output stage 1.3 Hệ thống đơn vị đo 1.3.1 Quá trình phát triển củ hệ thống đơn vị đo r đời củ hệ thống đơn vị đo quốc tế (SI) Năm 1790 Chính phủ Pháp gửi sắc lệnh cho Viện Hàn lâm Khoa học Pháp đề nghị Viện nghiên cứu đệ trình cho Chính phủ hệ thống cân đo thay cho tất hệ thống cân đo khác áp dụng vào thời kỳ Các nhà khoa học Pháp định đề xuất hệ thống đo lường dựa nguyên tắc - Nguyên tắc thứ hệ thống cân đo phải hệ thống không phụ thuộc vào tiêu chuẩn người đặt mà phải dựa tham số đo vĩnh cửu tự nhiên Theo nguyên tắc này, đơn vị đo chiều dài Nhà khoa học Pháp lựa chọn “mét” Đơn vị “mét” có độ lớn mười phần triệu độ dài đoạn kinh tuyến từ Cực Bắc đến đường xích đạo qua Thủ Pari Đơn vị thứ hai đơn vị đo khối lượng có tên gọi “gam” Một “gam” khối lượng cm nước cất o C ứng với áp suất khí 760 mm Hg Đơn vị thứ ba đơn vị đo thời gian Cũng theo nguyên tắc thứ nói trên, đơn vị đo thời gian đươc chọn “giây” Một giây khoảng thời gian 186400 thời gian trung bình ngày đêm (tức thời gian trái đất tự quay hết vòng) - Nguyên tắc thứ hai yêu cầu việc xây dựng đơn vị dẫn xuất hệ thống đơn vị đo phải xuất phát từ ba đơn vị đơn vị đo chiều dài, đơn vị đo khối lượng đơn vị đo thời gian - Nguyên tắc thứ ba Nhà khoa học Pháp đề ra: Các đơn vị đo có giá trị bội số ước số đơn vị phải biểu thị qua hệ đếm thập phân Các Nhà khoa học Pháp chọn tiếp đầu ngữ (hay tiền tố) cho danh từ tên đơn vị bội số ước số đơn vị theo hệ đếm thập phân từ với ký hiệu tương ứng ghi bảng 2.1 Đề xuất Viện Hàn lâm Khoa học Pháp Chính phủ Pháp chấp thuận áp dụng Pháp từ năm 1795 với tên gọi hệ thống mét (metric system) Bảng 2.1 Các đơn vị đo có trị số bội số ước số đơn vị “Hệ thống đo theo mét” TT Name Symbol Equivalent tera T 1012 giga G 10 mega M 10 kilo k 10 hecto h 10 deca da 10 deci d 10-1 centi c 10-2 milli m 10-3 10 micro µ 10-6 11 nano n 10-9 12 pico p 10-12 13 femto f 10-15 14 atto a 10-18 Từ thời gian hệ thống đo theo đơn vị mét nhiều nước quan tâm tới năm 1875 có 17 nước ký kết công ước hệ mét coi hệ thống mét hệ thống đơn vị đo hợp pháp nước Nước Anh Hoa Kỳ quốc gia ký kết công ước hệ mét họ cơng nhận tính hợp pháp hệ đơn vị tài liệu khoa học hay cơng trình nghiên cứu hội nghị quốc tế họ không chấp nhận hệ thống theo đơn vị mét phạm vi nước Các nước Anh - Mỹ (cả Canada) dùng hệ đơn vị đo riêng họ theo Thước Anh (Foot) Cân Anh (Pound) Năm 1935 hệ thống đo theo đơn vị mét mở rộng nhiều quốc gia chấp thuận theo đề xuất kỹ sư người Ý tên Giorgi Theo đề xuất ông Giorgi, cần thêm đơn vị Ampe đặc trưng cho đơn vị đo điện vào nhóm ba đơn vị công nhận mét, kilôgam, giây Hệ thống đo với đơn vị mét, kilôgam, giây, ampe gọi hệ thống MKSA Một hệ thống đơn vị đo dễ hiểu nhiều nước chấp thuận vào năm 1954 công nhận quy mô quốc tế vào năm 1960 có tên gọi hệ thống đo quốc tế (System International Unites) viết tắt SI Trong hệ thống đơn vị đo quốc tế SI có đơn vị qui định là: mét (m), kilôgam (kg), giây (s), ampe (A) đơn vị bổ sung thêm vào hệ MKSA nhiệt độ Kelvin (K) cường độ ánh sáng Candela (cd) Hệ thống đo SI thay hệ thống đo khác cơng trình khoa học cơng nghệ Hệ thống đơn vị đo quốc tế công nhận hệ thống đo hợp pháp Pháp trở thành hệ thống đo bắt buộc nhiều nước dùng hệ thống đo theo đơn vị mét Bảng 2.2 liệt kê đơn vị đo hệ thống đo quốc tế SI với tên gọi ký hiệu tương ứng chúng Bảng 2.2 Các đại lượng với đơn vị đo ký hiệu đơn vị chúng hệ SI TT Quantity Unit Symbol Length meter m Mass kilogram kg Time second s Electric current Ampere A Thermodynamic temperature kelvin K Luminous intensity candela cd Các đơn vị đo điện từ biểu thức xác định đại lượng điện từ hệ thống đơn vị đo quốc tế SI liệt kê bảng 2.3 Các hệ số chuyển đổi đơn vị đo điện từ hệ quốc tế SI hệ đo CGSm CGSe liệt kê bảng Bảng 2.3 Các đơn vị đo điện từ dùng hệ đơn vị quốc tế SI hệ số chuyển đổi đơn vị hệ SI hệ CGSm, CGSe Quantity and symbol SI unit name and symbol Conversison factors Defining equation CGSm CGSe Electric current I ampere A −7 F =10 I dN z d 10 z Electromotive force E volt V p = IE 10-8 10 c Potential V volt V p = IV 10-8 10 c Resistance R ohm Ω R =V 10-9 10 c I 10/c -8 -8 -9 Electric charge Q couiomb C Q = It Capacitance C farad F C= Electric fieldstrength E V/m E =V Electric flux density D C/m Permittivity ε F/m ε=DE ? H A/m ∫ H dl = nl 10 3/2 φ weber Wb E = dφdt ? B tesia T B= ? henry H M= 10-9 H/m µ=BH Magnetic field strength Magnetic flux Magnetic flux density Inductance Permeability L, M µ D= 10 Q V l Q F φ l2 φ I 10/c 10 /c 10-6 10 /c 10 /c 10 10 -6 1.3.2 Hệ thống đơn vị đo quốc tế (SI) Hệ thống đo MSKA chấp thuận Hội nghị cân đo quốc tế lần thứ 11 với tên gọi Hệ đo lường quốc tế (SI) Sáu đơn vị hệ thống đơn vị đo quốc tế liệt kê bảng 2.2 Các đơn vị dẫn xuất biểu thị qua đơn vị thơng qua phương trình xác định chúng Một số phương trình xác định đại lượng vật lý dẫn xuất khác điện từ liệt kê bảng 2.3 Bảng 2.4 liệt kê đơn vị bản, đơn vị bổ xung đơn vị dẫn xuất hệ thống đơn vị quốc tế đo lường thông qua phổ biến rộng khắp toàn giới năm 1960 Cột thứ bảng 2.4 liệt kê đại lượng vật lý (gần đại lượng bản, đại lượng bổ sung thêm đại lượng dẫn xuất) Cột thứ hai ghi ký hiệu đại lượng vật lý dùng phương trình tính tốn đại lượng Cột thứ ba ghi biểu thức diễn tả mối tương quan thứ nguyên đại lượng vật lý tương ứng Cột thứ tư ghi tên gọi (hay cách đọc) đơn vị đại lượng vật lý tương ứng Cột thứ năm ghi ký hiệu đơn vị đo Chúng ta cần tránh nhầm lẫn ký hiệu đại lượng đo dùng phương trình tính tốn với ký hiệu đơn vị đo đại lượng vật lý tương ứng Ví dụ: Ký hiệu điện trở dịng điện dùng phương trình tính tốn R cịn ký hiệu đơn vị đo điện trở Ôm ( Ω ) Bảng 2.4 Các đơn vị bản, đơn vị bổ xung đơn vị dẫn xuất áp dụng hệ thống đơn vị đo quốc tế SI 1.3.3 Các hệ thống đơn vị đo khác Có nhiều hệ thống đơn vị đo khác xây dựng sử dụng quốc gia vùng lãnh thổ khác giới Trong số hệ thống đơn vị đo lường khác cần đặc biệt lưu ý tìm hiểu hệ thống cân đo nước Anh - Mỹ (kể Canada) sử dụng riêng tài liệu khoa học công nghệ chế tạo thiết bị họ Trong hệ thống đo lường khối Anh - Mỹ có đơn vị thước Anh (foot), viết tắt (ft); cân Anh (pound mass), viết tắt (lb) giây (second), viết tắt (s) Một đơn vị dạng ước số thước Anh có giá trị 12 foot gọi inch Một “inch” có trị số 25,4 mm Một Pound (cân Anh) có trị số 0,45359237 kg Nhờ có hai giá trị so sánh nói trên, chuyển đổi tất đơn vị hệ thống đo lường Anh - Mỹ thành đơn vị đo tương ứng hệ thống đơn vị đo quốc tế SI Hiện hệ thống đo thuộc khối Anh - Mỹ áp dụng phổ biến nước Anh nước Bắc Mỹ (Mỹ Canada) nên việc hiểu biết thực thành thạo việc chuyển đổi đơn vị đo hệ quốc tế SI hệ đo lường Anh - Mỹ điều cần thiết Bảng 2.5 liệt kê số hệ số chuyển đổi để chuyển đơn vị đo Anh - Mỹ thành đơn vị đo tương ứng hệ thống SI Bảng 2.5 Chuyển đổi đơn vị đo lƣờng củ hệ thống đo Anh - Mỹ thành đơn vị tƣơng ứng hệ SI Quantity English unit Symbol Metric equivalent Reciprocal foot ft 30,48 cm 0,0328084 inch in 25,4 mm 0,0393701 square foot ft square inch in Volume cubic foot Mass pound (avdp) Density pound per cubic foot lb/ ft3 16,0185 kg/m Velocity foot per second ft/s 0,3048 m Force poundal pdl 0,138255 N 7,23301 Work, energy foot-poundal ft, pdl 0,0421401 J 23,7304 Power horsepower hp 745,7 W 0,00134102 Temperature Degree F (t - 32)/9 C Length Area 9,29030 10 cm 2 6,4516 10 mm ft 0,0283168 m lb 0,45359237 kg 3 0,0107639 10 -2 0,1550000 10 -2 35,3147 2,20462 0,062428 3,28084 F KẾT LUẬN Tp HCM, ngày tháng 11 năm 2015 NGƢỜI BIÊN SOẠN Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Hùng ... Equivalent tera T 10 12 giga G 10 mega M 10 kilo k 10 hecto h 10 deca da 10 deci d 10 -1 centi c 10 -2 milli m 10 -3 10 micro µ 10 -6 11 nano n 10 -9 12 pico p 10 -12 13 femto f 10 -15 14 atto a 10 -18 Từ thời... µ D= 10 Q V l Q F φ l2 φ I 10 /c 10 /c 10 -6 10 /c 10 /c 10 10 -6 1. 3.2 Hệ thống đơn vị đo quốc tế (SI) Hệ thống đo MSKA chấp thu? ??n Hội nghị cân đo quốc tế lần thứ 11 với tên gọi Hệ đo lường quốc... 7,233 01 Work, energy foot-poundal ft, pdl 0,04 214 01 J 23,7304 Power horsepower hp 745,7 W 0,0 013 410 2 Temperature Degree F (t - 32)/9 C Length Area 9,29030 10 cm 2 6,4 516 10 mm ft 0,028 316 8 m