Nghiên cứu thiết kế tích hợp và thiết lập hệ thống chuẩn dùng để hiệu chuẩn tấm chuẩn độ cứng brinell

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VÕ QUỐC ĐANG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TÍCH HỢP VÀ THIẾT LẬP HỆ THỐNG CHUẨN DÙNG ĐỂ HIỆU CHUẨN TẤM CHUẨN ĐỘ CỨNG BRINELL LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VÕ QUỐC ĐANG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TÍCH HỢP VÀ THIẾT LẬP HỆ THỐNG CHUẨN DÙNG ĐỂ HIỆU CHUẨN TẤM CHUẨN ĐỘ CỨNG BRINELL LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỂN THỊ LAN HƯƠNG HÀ NỘI - 2018 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỘ CỨNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ CỨNG .10 1.1 Tổng quan độ cứng 10 1.1.1 Khái niệm độ cứng 10 1.1.2 Quá trình phát triển kỹ thuật đo độ cứng 11 1.2 Phân loại phương pháp đo độ cứng .13 1.2.1 Phương pháp đo độ cứng tĩnh học 14 1.2.2 Các phương pháp đo độ cứng động học 34 CHƯƠNG : TẤM CHUẨN ĐỘ CỨNG VÀ HỆ THỐNG HIỆU CHUẨN TẤM CHUẨN .39 2.1 Tổng quan chuẩn độ cứng 39 2.1.1 Khái niệm 39 2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật chuẩn độ cứng 39 2.1.3 Công nghệ chế tạo chuẩn 41 2.1.4 Độ không đồng bề mặt chuẩn 43 2.1.5 Sự ổn định chuẩn độ cứng theo thời gian .43 2.2 Hệ thống hiệu chuẩn chuẩn 45 2.2.1 Nguyên lý chung 45 2.2.2 Cấu tạo 46 2.2.3 Yêu cầu xây dựng phương pháp đánh giá độ xác độ tin cậy hệ thống hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell .53 CHƯƠNG : XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ĐỘ TINCẬY CỦA HỆ THỐNG HIỆU CHUẨN TẤM CHUẨN ĐỘ CỨNG BRIENLL 55 3.1 Phương pháp đo độ cứng Brinell 55 3.2 Nghiên cứu xây dựng hệ thống chuẩn hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell 59 ❖ Thiết bị đo đường kính vết nén .65 CHƯƠNG : BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM 68 4.1 Mơ hình thực nghiệm 68 Thiết bị đo dùng mơ hình thực nghiệm 68 4.2 Xây dựng Quy trình hiệu chuẩn phân tích số liệu hệ thống hiệu chuẩn độ cứng Brinell 72 4.2.1 Xây dựng quy trình hiệu chuẩn hệ thống chuẩn 72 4.2.2 Tổng hợp số liệu đánh giá kết hệ thống 78 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 87 Về lý thuyết 87 Về thực nghiệm 87 Hướng phát triển 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, tích hợp thiết lập hệ thống chuẩn dùng để hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell” cơng trình nghiên cứu riêng tơi chưa cơng bố cơng trình khác Các số liệu nêu luận văn trung thực Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận văn Võ Quốc Đang năm 2018 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu HB VMI BIPM KRISS F d D HR HV T C R s Ý nghĩa Độ cứng theo phương pháp Brinell Vietnam Metrology Institute (Viện Đo lường Việt Nam) Bureau International des Poids et Mesures (Viện Đo lường Quốc tế) Korea Research Institute of Standards and Science (Viện nghiên cứu chuẩn khoa học Hàn Quốc) Đơn vị độ lực Đường kính bi Đường kính vết nén Đo độ cứng theo phương pháp Rockwell Đo độ cứng theo phương pháp Vickers Thời gian giữ tải Hệ số nhạy Bán kính cong đầu đo kim cương hình chóp Độ lệch chuẩn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Chọn tải trọng theo chiều dày mẫu thử độ cứng dự tính 20 Bảng 2: Phạm vi sử dụng phương pháp đo Brinell 20 Bảng 3: Đặc trưng kỹ thuật phương pháp đo Rockwell 23 Bảng 4: Phạm vi áp dụng thang đo độ cứng Rockwell 25 Bảng 5: Đặc trưng kỹ thuật thang đo độ cứng Super – Rockwell .41 Bảng 6: Vật liệu thép dùng để chế tạo chuẩn 42 Bảng 7: Bảng tra để xác định đường kính bi tải trọng đặt vào 56 Bảng 8: Đánh giá ưu nhược điểm máy tải chuẩn .64 Bảng 9: Độ xác kính hiển vi cơng cụ .66 Bảng 10: Dung sai đường kính bi chuẩn 67 Bảng 11: Đánh giá độ không đảm bảo đo theo tải trọng 3000 kgf 78 Bảng 12: Đánh giá độ không đảm bảo đo theo tải trọng 750 kgf .79 Bảng 13: Đường kính vết nén ứng với giá trị chuẩn D = 10 mm 79 Bảng 14: : Đường kính vết nén ứng với giá trị chuẩn D = mm 80 Bảng 15: Đánh giá thời gian tạo tải hệ thống 82 Bảng 16: Hệ số nhạy ứng với giá trị độ cứng chuẩn 82 Bảng 17: Thời gian giữ tải 83 Bảng 18: Hệ số nhạy ứng với giá trị chuẩn .83 Bảng 19: Tổng hợp độ không đảm bảo đo thành phần tới hệ thống chuẩn 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ giới hạn phạm vi sử dụng ba phương pháp đo độ cứng 16 Hình 1.2 Phương pháp Brinell 17 Hình 1.3 Xác định diện tích bề mặt vết nén Brinell 17 Hình 1.4 Độ cứng phụ thuộc vào tải trọng .19 Hình 1.5 Hiện tượng biến dạng vết nén 21 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý trình đo độ cứng Rockwell 22 Hình 1.7 Tương quan chiều dày tối thiểu mẫu thử độ cứng Rockwell 25 Hình 1.8 Phương pháp Vickers 27 Hình 1.9 Xác định diện tích vết nén Vickers 28 Hình 1.10 Xác định góc 136 29 Hình 1.11 Mối liên quan chiều dày tối thiểu mẫu thử với tải trọng độ cứng 31 Hình 1.12 Hiện tượng biến dạng vết nén Vickers 33 Hình 1.13 Q trình đo độ cứng Pơl-đi 35 Hình 1.14 Quá trình đo độ cứng phương pháp Shore 37 Hình 1.15 Thiết bị đo độ cứng động kiểu lắc 38 Hình 2.1 Hiện tượng uốn chuẩn độ cứng số lượng vết nén tăng 44 Hình 2.2 Hiện tượng uốn chuẩn độ cứng số lượng vết nén tăng 45 Hình 2.4 Thiết bị đo độ cứng với thân hình cổ cong 47 Hình 2.3 Thiết bị đo độ cứng với thân hình khung 47 Hình 2.5 Tải trọng trực tiếp 48 Hình 2.6 Tải trọng gián tiếp .48 Hình 2.7 Phương pháp dùng phanh dầu 49 Hình 2.8 Phương pháp dùng hệ cam lệch tâm 50 Hình 2.9 Phương pháp dùng cấu trục khuỷu - truyền 50 Hình 2.10 Chi áo giữ bi 51 Hình 2.11 Chuôi gắn mũi đo 52 Hình 2.12 Chi có hình dáng kiểu đặc biệt 52 Hình 3.1 Máy tạo lực chuẩn cân trực tiếp 60 Hình 3.2 Máy tải chuẩn cân truyền qua tỷ lệ cánh tay địn .61 Hình 3.3 Máy tải chuẩn cân truyền thủy lực 63 Hình 4.1 Máy tạo tải chuẩn 68 Hình 4.2 Thiết bị đo đường kính vết nén 69 Hình 4.3 Đầu đo lực chuẩn .69 Hình 4.4 Nivo 70 Hình 4.5 Tấm chuẩn độ cứng Brinell .70 Hình 4.6 Thiết bị đo thơng số mơi trường Vaisala BTU301 71 TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, tích hợp thiết lập hệ thống chuẩn dùng để hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell” - Mã luận văn: - Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa - Cán hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương - Đơn vị: Viện Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các máy thử độ cứng sử dụng rộng rãi nhà máy chết tạo khí, sở gia cơng chi tiết sản phẩm, lắp ráp tơ xe máy Chúng có kết cấu, tính sử dụng khác có mục đích đảm bảo xác định độ cứng sản phẩm Các máy có độ khơng đảm bảo cỡ ± 2HR phương pháp Rockwell (3 ÷ 5)% phương pháp đo Brinell Vickers Để đảm bảo độ xác, độ tin cậy tính liên kết đo lường, máy thử độ cứng cần thiết phải hiệu chuẩn phương pháp để hiệu chuẩn, đánh giá máy lại phụ thuộc vào chuẩn độ cứng, việc đánh giá chuẩn độ cứng máy chuẩn độ cứng quốc gia đánh giá Xuất phát từ nhu cầu đánh giá chuẩn độ cứng Brinell, với phát triển khoa học công nghệ tin học, giới nhiều quốc gia/nền kinh tế chế tạo, xây dựng hệ thống chuẩn đo lường dùng để đánh giá độ xác, độ tin cậy chuẩn độ cứng thông qua phép hiệu chuẩn chúng Với tình hình số lượng chuẩn độ cứng lớn sử dụng Việt Nam có xu hướng ngày tăng nay, việc nghiên cứu xây dựng phương pháp thiết lập hệ thống chuẩn đo lường đáp ứng phương pháp đánh giá độ xác, độ tin cậy chuẩn độ cứng Brinell thực cần thiết cấp bách Nhận biết tầm quan trọng vấn đề, với hướng dẫn bảo tận tình PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, em chọn đề tài : “Nghiên cứu, thiết kế, tích hợp Mũi chuẩn phải hiệu chuẩn phải đạt yêu cầu TCVN 256-2 (ISO 6506-2) với dung sai đường kính bi chuẩn phải đạt yêu cầu bảng 10 ❖ Thiết bị đo đường kính vết nén Thang đo kính hiển vi phải đảm bảo đo vết lõm đến 0,002 mm bi chuẩn đường kính 10 mm mm đến 0,001 mm bi chuẩn có đường kính nhỏ 5mm Thang đo kính hiển vi phải kiểm tra micromet đoạn khoảng làm việc Độ xác thiết bị đo liên quan cho theo bảng ❖ Thời gian tạo tải Đưa chuẩn vào tiếp xúc với mũi chuẩn áp dụng lực thử theo hướng vuông gọc với bề mặt, không gây sốc, rung động lực thử đạt yêu cầu quy định Thời gian từ tác dụng lực ban đầu đến lực đạt giá trị đầy đủ 7+1 −5 theo yều cầu ISO 6506 - ❖ Thời gian trì tải Đưa chuẩn vào tiếp xúc với mũi chuẩn áp dụng lực thử theo hướng vuông gọc với bề mặt, không gây sốc, rung động lực thử đạt yêu cầu quy định Thời gian trì tải mức lực yêu cầu 14+1 −4 theo yêu cầu ISO 6506 - ❖ Xác định độ không đảm bảo đo Ta biết độ cứng Brinell (HB) xác định theo công thức: HB = 2F πD(D− √D2 − d2 ) Trong đó: F: Lực tác dụng lên chuẩn, kgf D: Đường kính mũi chuẩn, mm d: Đường kính vết nén, mm 75 (20) Dựa vào cơng thức xác định độ cứng Brinell (17) ta thấy độ không đảm bảo tổng hợp hệ thống chịu ảnh hưởng thành phần sau: - Độ không đảm bảo đo tổng hợp hệ thống tạo lực (𝑢𝐹 ) ( - Độ không đảm bảo đo mũi chuẩn (𝑢𝐷 ) ( HBW mm HBW kgf ) (%) ) (%) - Độ không đảm bảo đo kính hiển vi cơng cụ (𝑢𝑑 ) ( HBW mm - Độ không đảm bảo đo thời gian tạo tải trọng (𝑢𝑡1 ) ( ) (%) HBW - Độ không đảm bảo đo thời gian giữ tải trọng (𝑢𝑡2 ) ( s ) (%) HBW s ) (%) Như ta có công thức xác định độ không đảm bảo đo hệ thống hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell sau: 2 2 𝑢𝑐(𝐻𝐵) = √𝑢𝐹(𝐻𝐵) + 𝑢𝐷(𝐻𝐵) + 𝑢𝑑(𝐻𝐵) + 𝑢𝑡1(𝐻𝐵) + 𝑢𝑡22(𝐻𝐵) (21) Trong đó: 𝑢𝑐 độ không đảm bảo đo tổng hợp hệ thống dùng để hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell • Độ không đảm bảo đo thiết bị tạo tải chuẩn 𝑈𝐹(𝐻𝐵) = 𝑐𝐹 𝑈𝐹(đ𝑜) Trong đó: 𝑐𝐹 hệ số nhạy xác định đạo hàm riêng theo cơng thức tính HB 𝑐𝐹 = 𝜕𝐻𝐵 𝜕𝐹 = 𝜋𝐷(𝐷− √𝐷 − 𝑑2 ) (22) • Độ không đảm bảo đo mũi bi chuẩn Độ không đảm bảo đo mũi bi chuẩn xác định theo công thức 𝑈𝐷(𝐻𝐵) = 𝑐𝐷 𝑢𝐷 (23) 𝑐𝐷 hệ số nhạy xác định đạo hàm riêng theo công thức xác định độ cứng HB 76 𝑐𝐷 = 𝜕𝐻𝐵 (24) 𝜕𝐷 𝑢𝐷 độ không đảm bảo đo mũi bi chuẩn cấp từ giấy chứng nhận hiệu chuẩn • Độ khơng đảm bảo đo thiết bị đo đường kính vết nén Độ khơng đảm bảo đo thiết bị đo đường kính vết nén xác định theo công thức 𝑈𝑑(𝐻𝐵) = 𝑐𝑑 𝑢𝑑 (25) 𝑐𝑑 hệ số nhạy xác định đạo hàm riêng theo công thức xác định độ cứng HB 𝑐𝑑 = 𝜕𝐻𝐵 (26) 𝜕𝑑 𝑢𝑑 độ khơng đảm bảo đo thiết bị đo đường kính vết nén cấp từ giấy chứng nhận hiệu chuẩn • Độ không đảm bảo đo thời gian tạo tải Độ không đảm bảo đo thời gian tạo tải xác định theo công thức 𝑈𝑡1(𝐻𝐵) = 𝑐𝑡1 𝑢𝑡1 (27) 𝑐𝑡1 hệ số nhạy xác định thực nghiệm 𝑢𝑡1 độ không đảm bảo đo thời gian tạo tải xác định theo công thức: 𝑢𝑡1 = 𝑎 (28) 2√3 a độ rộng phân bố hình chữ nhật, a = 0,5 (s) • Độ không đảm bảo đo thời gian giữ tải Độ không đảm bảo đo thời gian tạo tải xác định theo công thức 𝑈𝑡2(𝐻𝐵) = 𝑐𝑡2 𝑢𝑡2 (29) 𝑐𝑡2 hệ số nhạy xác định thực nghiệm 𝑢𝑡2 độ không đảm bảo đo thời gian tạo tải xác định theo công thức: 77 𝑢𝑡2 = 𝑎 (30) 2√3 a độ rộng phân bố hình chữ nhật, a = 0,5 (s) Độ không đảm bảo đo mở rộng hệ thống hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell xác định theo cơng thức U = k.u(HB) Trong đó: U: độ không đảm bảo đo mở rộng, % k: Hệ số phủ (k = 2, với mức tin cậy 95%) 4.2.2 Tổng hợp số liệu đánh giá kết hệ thống a Đánh giá độ không đảm bảo đo máy tạo lực chuẩn Bảng 11: Đánh giá độ không đảm bảo đo theo tải trọng 3000 kgf Giá trị đọc lực kế Lần đo 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 (digits) 11767 11780 11791 11791 11767 11788 11791 11767 11767 11783 Ftb Giá trị lực 𝐹𝑖 (N) 29430,030 29462,544 29490,055 29490,055 29430,030 29482,552 29490,055 29430,030 29430,030 29470,047 29460,543 Sai số (E) Độ không đảm bảo đo (U) 78 𝐹𝑖 − 𝐹𝑡𝑏 (𝐹𝑖 − 𝐹𝑡𝑏 )2 -30,5130 2,0009 29,5126 29,5126 -30,5130 22,0094 29,5126 -30,5130 -30,5130 9,5040 931,042613 4,003408 870,991490 870,991490 931,042613 484,412389 870,991490 931,042613 931,042613 90,326897 -100,543 34,28 N ≈ 3,50 kgf Bảng 12: Đánh giá độ không đảm bảo đo theo tải trọng 750 kgf Giá trị đọc lực kế Lần đo 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 (digits) 2926 2928 2927 2926 2927 2926 2926 2928 2928 2926 Ftb Giá trị lực 𝐹𝑖 (N) 7319,986 7324,990 7322,488 7319,986 7322,488 7319,986 7319,986 7324,990 7324,990 7319,986 7321,988 𝐹𝑖 − 𝐹𝑡𝑏 (𝐹𝑖 − 𝐹𝑡𝑏 )2 -2,0014 3,0020 0,5003 -2,0014 0,5003 -2,0014 -2,0014 3,0020 3,0020 -2,0014 4,005455 9,012274 0,250341 4,005455 0,250341 4,005455 4,005455 9,012274 9,012274 4,005455 Sai số (E) 18,012 8,22 N ≈ 0,83 kgf Độ không đảm bảo đo (U) Ta có rằng: uF(HB) = cF uF Trong cF : Là hệ số độ nhạy xác định đạo hàm riêng theo cơng thức (22) Vậy ta có rằng: Với D đường kính mũi chuẩn khơng đổi, D = 10 mm d: Đường kính vết nén, ta có bảng sau: Bảng 13: Đường kính vết nén ứng với giá trị chuẩn D = 10 mm Giá trị độ cứng chuẩn (HBW) Đường kính vết nén trung bình (mm) với đường kính mũi chuẩn D = 10mm 180 4,48 350 3,26 550 2,61 79 Vậy ta có giá trị độ nhạy ứng với giá trị đường kính vết nén là: cF(180) = 0,06 cF(350) = 0,12 cF(550) = 0,18 HBW kgf HBW kgf HBW kgf Vậy: uF(HB) = 0,06 x 3,5/2 = 0,105 uF(%) giá trị 180 HB = 0,105 uF(%) giá trị 350 HB = 0,21 uF(%) giá trị 550 HB = 0,315 180 350 550 x 100 = 0,06 %; x 100 = 0,06 %; x 100 = 0,06 %; Hồn tồn tương tự ta có đường kính bi D = 5mm; tài lực F = 750kgf ta có bảng sau: Bảng 14: : Đường kính vết nén ứng với giá trị chuẩn D = mm Giá trị độ cứng chuẩn (HBW) Đường kính vết nén trung bình (mm) với đường kính mũi chuẩn D = 5mm 180 2,24 350 1,63 550 1,31 Vậy ta có giá trị độ nhạy ứng với giá trị đường kính vết nén là: cF(180) = 0,24 cF(350) = 0,47 cF(550) = 0,73 Vậy: uF(HB) = 0,24 x 0,83 kgf HBW kgf HBW kgf = 0,1% 0,1 uF(%) giá trị 180 HB = 180 uF(%) giá trị 350 HB = 350 uF(%) giá trị 550 HB = HBW 0,2 0,3 550 x 100 = 0,05 %; x 100 = 0,05 %; x 100 = 0,05 %; 80 b Đánh giá độ không đảm bảo đo thiết bị đo đường kính vết nén Độ khơng đảm bảo đo thiết bị đo đường kính xác định theo cơng thức ud(HB) = cd ud Trong đó: cd : Là hệ số độ nhạy xác định đạo hàm riêng theo cơng thức (20) ta có: cd = ∂HB (31) ∂d Khai triển công thức đạo hàm theo d ta có cd = ∂HB ∂d = −2F[πD(D− √D2 − d2 )]′ π2 D2 (D− √D2 − d2 )2 = −2FD (32) πD√D2 − d2 (D− √D2 − d2 )2 Trong đó: giá trị F const; đường kính bi khơng đổi D = 10 mm; giá trị d cho theo bảng Vậy ta có rằng: cd(180) = -190,24 ( HBW mm ); từ giấy chứng nhận phịng độ dài cấp ta có: ud(HBW) = 190,24*0.001 = 0,19 HBW 0,19 Với giá trị độ cứng mức 180 HBW ta có ud(%) = Hồn tồn tương tự ta có: cd(350) = -676,91 ( HBW mm 180 x100 = 0,11 % ); ud(HBW) = 676,91*0.001 = 0,68 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 350 ta có ud(%) = cd(550) = -1646,78 ( HBW mm 0,68 350 x 100 = 0,20 % ); ud(HBW) = 1646,78*0.001 = 1,65 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 550 ta có ud(%) = 1,65 550 x 100 = 0,3 % Với đường kính bi D = 5mm tải trọng lực tác dụng F = 750kgf Hoàn toàn tương tự ta có: cd(180) = -380,49 ( HBW mm ); từ giấy chứng nhận phịng độ dài cấp ta có: ud(HBW) = 380,49*0.001 = 0,38 HBW Với giá trị độ cứng mức 180 HBW ta có ud(%) = Hồn tồn tương tự ta có: cd(350) = 81 0,38 180 -1353,83 x100 = 0,21 % ( HBW mm ); ud(HBW) = 1353,83*0.002 = 1,36 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 350 ta có ud(%) = cd(550) = -3243,57 ( HBW mm 1,36 350 x 100 = 0,39 % ); ud(HBW) = 3243,57*0.001 = 3,25 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 550 ta có ud(%) = 3,25 550 x 100 = 0,59 % c Đánh giá độ không đảm bảo đo thời gian tạo tải Tác giả đánh giá hệ thống thời gian giữ tải cho bảng kết sau: Bảng 15: Đánh giá thời gian tạo tải hệ thống Thời gian tạo tải (s) Mức tải Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 10 750 kgf 6,4 6,8 6,8 6,4 6,6 6,6 6,4 6,8 6,8 6,6 3000 kgf 7,2 7,4 7,2 7,2 7,4 7,2 7,4 7,4 7,2 7,4 u(HB)t = ct1 ut1 (33) Trong đó: ct : Là hệ số độ nhạy xác định thực nghiệm Theo tài liệu đo lường độ cứng quốc tế ta có bảng sau: Bảng 16: Hệ số nhạy ứng với giá trị độ cứng chuẩn Hệ số nhạy (ct1 ) Giá trị độ cứng HBW 180 0,104 350 0,140 550 0,184 82 HBW s ut = a 2√3 Trong đó: a độ rộng phân bố hình chữ nhật ta có, a = 0,5 s Vậy: ut1 = 0,5 √3 = 0,288 (s) Ta có: ut(HB) = 0,288*0.104 = 0,03 Vậy: ut(%) = 0,03 180 x100 = 0,017 % Hoàn toàn tương tự ta có rằng: mức độ cứng 350 HBW; ut(%) = 0,012% Mức độ cứng 550 HBW; ut(%) = 0,015 (%) d Đánh giá độ không đảm bảo đo thời gian trì tải Tác giả đánh giá hệ thống thời gian giữ tải cho bảng kết sau: Bảng 17: Thời gian giữ tải Giá trị Giá trị đo danh nghĩa Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 10 14 (s) 14,1 14,2 14,1 14,1 13,8 14,1 13,8 14,2 14,0 14,2 Độ khơng đảm bảo đo chu trình thử xác định theo công thức u(HB)t = ct2 ut2 (34) Trong đó: ct2 : Là hệ số độ nhạy xác định thực nghiệm Theo tài liệu đo lường độ cứng quốc tế ta có bảng sau: Bảng 18: Hệ số nhạy ứng với giá trị chuẩn Hệ số nhạy (ct2 ) Giá trị độ cứng HBW 180 -0,129 350 -0,105 550 -0,075 83 HBW s a ut = (35) 2√3 Trong đó: a độ rộng phân bố hình chữ nhật ta có, a = 0,5 s Vậy: ut2 = 0,5 √3 = 0,288 (s) Ta có: ut(HB) = 0,288*0.129 = 0,04 Vậy: ut(%) = 0,04 180 x100 = 0,02 % Hoàn toàn tương tự ta có rằng: mức độ cứng 350 HBW; ut(%) = 0,009% Mức độ cứng 550 HBW; ut(%) = 0,004 (%) e Đánh giá độ không đảm bảo đo mũi bi chuẩn Độ không đảm bảo đo mũi chuẩn xác định theo công thức uD = cD uD (36) Trong đó: cD : Là hệ số độ nhạy xác định đạo hàm riêng theo cơng thức (20) ta có: cD = ∂HB ∂D Khai triển công thức (24) đạo hàm riêng theo D ta có rằng: −2F[πD(D − √D2 − d2 )]′ ∂HB = ∂D π2 D2 (D − √D2 − d2 )2 D2 ) √D2− d2 πD2 (D− √D2 − d2 )2 −2F(2D− √D2 − d2 − = (37) Với giá trị F const, giá trị d cho theo bảng 1, D đường kính vết bi Ta có: cD(180) = 2,14 ( HBW mm ) vậy: Từ giấy chứng nhận hiệu chuẩn phòng độ dài cấp ta có uD(HBW) = 2,14*0.0005 = 0,001 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 180 ta có uD(%) = Hồn tồn tương tự ta có: cD(350) = 2,02 ( 0,001 HBW 84 HBW mm 0,001 180 x 100 = 0,0006% ); uD(HBW) = 2,02*0.0005 = Với mức giá trị độ cứng HBW = 350 ta có uD(%) = cD(550) = 1,98 ( HBW mm 0,001 350 x 100 = 0,0003% ); uD(HBW) = 1,98*0.0005 = 0,001 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 550 ta có uD(%) = 0,001 550 x 100 = 0,0002% Với đường kính bi D = 5mm; tải trọng F = 750 kgf Hồn tồn tương tự tính tốn ta có rằng: cD(180) = 4,27 ( HBW mm ); cD(350) = 4,04 ( HBW mm ); cD(550) = 3,96 ( HBW mm ); Từ giấy chứng nhận phịng độ dài cấp với đường kính bi ta có rằng: uD(HBW) = 4,27*0.0005 = 0,002 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 180 ta có uD(%) = Hồn tồn tương tự ta có: cD(350) = 4,04 ( HBW mm 0,002 180 x 100 = 0,001% ); uD(HBW) = 4,04*0.0005 = 0,002 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 350 ta có uD(%) = cD(550) = 3,96 ( HBW mm 0,002 350 x 100 = 0,0006% ); uD(HBW) = 3,96*0.0005 = 0,002 HBW Với mức giá trị độ cứng HBW = 550 ta có uD(%) = 0,002 550 x 100 = 0,0004% Tổng hợp tính tốn ta có bảng số liệu hệ thống chuẩn hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell Bảng 19: Tổng hợp độ không đảm bảo đo thành phần tới hệ thống chuẩn Giá trị đường kính D = 10mm; F = 3000 kgf STT Mức giá trị độ cứng (HB) 180 350 Ảnh hưởng độ không đảm bảo đo thành phần uF(HB)% uD(HB)% ud(HB)% ut1(HB)% ut2(HB)% 0,06 0,0006 0,11 0,017 0,02 0,06 0,0003 0,20 0,012 0,009 85 550 0,06 0,0002 0,30 0,015 0,004 Giá trị đường kính D = 5mm; F = 750 kgf STT Mức giá trị độ cứng (HB) Ảnh hưởng độ không đảm bảo đo thành phần uF(HB)% uD(HB)% ud(HB)% ut(HB)% ut2(HB)% 180 0,05 0,001 0,21 0,017 0,02 350 0,05 0,0006 0,39 0,012 0,009 550 0,05 0,0004 0,59 0,015 0,004 86 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ Sau trình học tập, nghiên cứu thử nghiệm thực tế với giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, đến luận văn hoàn thành với nội dung nghiên cứu cụ thể sau: Về lý thuyết Nghiên cứu sở lý thuyết đo lường, đặc biệt đo lường độ cứng Nghiên cứu lý thuyết yếu tố ảnh hưởng đến độ xác phép đo độ cứng Nghiên Nghiên cứu, tìm hiểu đánh giá độ khơng đảm bảo đo phép đo Nghiên cứu, tìm hiểu phương pháp xây dựng đánh giá hệ thống chuẩn độ cứng từ lựa chọn hệ thống phù hợp với hoàn cảnh VMI Về thực nghiệm Từ sở lý thuyết nghiên cứu, luận văn trình bày nội dung nghiên cứu đánh giá độ xác, độ tin cậy hệ thống hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell từ luạn văn bước đệm tương lai để hoàn thành hệ thống hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell VMI Kết tính tốn, ước lượng độ khơng đảm bảo cho thấy hệ thống tính tốn đảm bảo độ xác cho hệ thống nhằm đảm bảo tính thống quản lý nhà nước Đo lường Hệ thống chuẩn tính tốn, lựa chọn áp dụng, xây dựng thời gian gần phịng thí nghiệm thuộc Viện Đo lường Việt Nam Hướng phát triển Sản phẩm luận văn phương pháp với mơ hình hệ thống chuẩn đo lường dùng để đánh giá độ xác độ tin cậy chuẩn độ cứng phù hợp với điều kiện thực tế VMI Luận văn tổng hợp kiến thức nhiều lĩnh vực như: đo lường học, khí, hồn thành khoảng thời gian tương đối ngắn khơng thể tránh khỏi sai sót Tơi mong ý kiến đóng 87 góp q báu thầy giáo bạn đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Cuối cho phép chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương tận tình hướng dẫn tơi q trình làm luận văn Cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Kỹ thuật đo tin học công nghiệp – Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đồng nghiệp Phòng đo lường Lực Độ cứng – Viện Đo lường Việt Nam nhiệt tình giúp đỡ tơi hồn thành nội dung luận văn 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nghiêm Hùng: Kim loại học nhiệt luyên [2] Lê Công Dưỡng Kim loại học vật lý [3] Herbert von Weingabet Kỹ thuật đo độ cứng [4] ISO6506-1 Đo độ cứng Brinell - Phương pháp thử [5] ISO6506-3 Đo độ cứng Brinell - Hiệu chuẩn chuẩn [6] EA-10/16 - Guide on the Estimation of Uncertainty in Hardness Measurements 89 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VÕ QUỐC ĐANG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TÍCH HỢP VÀ THIẾT LẬP HỆ THỐNG CHUẨN DÙNG ĐỂ HIỆU CHUẨN TẤM CHUẨN ĐỘ CỨNG BRINELL LUẬN VĂN... Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài ? ?Nghiên cứu, thiết kế, tích hợp thiết lập hệ thống chuẩn dùng để hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell? ?? cơng trình nghiên cứu riêng chưa công bố cơng trình khác... đánh giá độ xác độ tin cậy hệ thống hiệu chuẩn chuẩn độ cứng Brinell .53 CHƯƠNG : XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ĐỘ TINCẬY CỦA HỆ THỐNG HIỆU CHUẨN TẤM CHUẨN ĐỘ CỨNG BRIENLL