Báo cáo thí nghiệm môn vật lý

Bài số 1 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CẢM BIẾN ĐIỆN TRỞ 1. Cơ sở lý thuyết: Biến trở kiểu điện trở có tính chất khi thay đổi vị trí giá trị điện trở trong mạch thay đổi, dẫn đến điện áp thay đổi, áp dụng để đo mức, đo vị trí bàn đạp…. Cảm biến điện trở nhiệt có tính chất khi nhiệt độ thay đổi, giá trị điện trở thay đổi, do vậy điện áp rơi trên đó thay đổi. Thông qua cầu điện trở người ta xác định được điện áp rơi và từ đó xác lập được quan hệ giữa điện áp và nhiệt độ. 2. Mục đích: Tìm hiểu kết cấu cảm biến kiểu điện trở. 3. Nội dung thí nghiệm: A) Cảm biến kiểu điện trở nhiệt a. Nguyên lý hoạt động: Phần tử cảm biến là một dây nóng-dây điện trở nhiệt R t - mắc trong cầu điện trở Wheatston, được nung nóng bằng nguồn điện. Khi có dòng chảy chảy qua, nhiệt độ của dây nóng giảm và phụ thuộc vào vận tốc của dòng chảy, làm điện trở của dây nóng giảm cầu điện trở mất cân bằng, U R4 R3 R2 Rt G Sơ đồ cầu điện trở Wheatston b. Cảm biến nhiệt độ khí nạp: IAT (Intake Air Temperature) cho biết được nhiệt độ của dòng khí vào. IAT được đặt nơi dòng khí nạp đi qua và IAT là một phần trên thiết bị cảm biến đo lưu lượng khối của dòng khí nạp. IAT sử dụng để xác định nhiệt độ môi trường xung quanh lúc khởi động nguội và nhiệt độ của khí nạp khi động cơ nung nóng dòng khí vào. 1 Hình 1. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ Hình 2. CB nhiệt độ khí nạp Trong IAT có một điện trở nhiệt, khi nhiệt độ tăng lên thì trở kháng của điện trở sẽ giảm và tín hiệu điện áp trên chân THA cũng giảm. Bảng số liệu đo đầu ra : Lần đo 1 2 3 4 5 THA( vol) 2.56 2.53 2.45 2.16 0.06 Điện trở (kΩ) 1.19 1.16 1.1 1.04 0.05 2 k Hình 3. Biểu đồ điện áp * Thực hành đo sự thay đổi điện áp trên chân THA: Hình 4. Cắm 2 đầu thu tín hiệu của Oscilloscope Để đo sự thay đổi tín hiệu điện áp trên chân THA ta cắm đầu thu tín hiệu đen vào cổng E2 (Earth ground) và đầu thu đỏ vào cổng THA. Để thay đổi nhiệt độ qua IAT 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. c. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Cũng tương tự như cảm biến đo nhiệt độ khí nạp, 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. Hình 5. Sơ đồ mạch ECT 3 Hình 6. CB nhiệt độ nước làm mát 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. Bảng số liệu đo đầu ra : Lần đo 1 2 3 4 5 THW( vol) 2.56 2.54 2.51 2.45 0.03 Điện trở (kΩ) 1.22 1.16 1.19 1.13 0.02 Hình 5. Biểu đồ thay đổi nhiệt độ và trở kháng k Hình 7. Biểu đồ điện áp * Thực hành đo sự thay đổi điện áp trên chân VTA: Phần này làm tương tự như với IAT. Nhận xét: - Có thể xem điện áp và điện trở là một hàm bậc nhất của nhiệt độ, nghĩa là khi nhiệt độ tăng thì điện trở của cảm biến tăng và điện áp rơi cũng tăng theo. - Phải cấp một nguồn điện ban đầu cho dây nóng. - Khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng rộng thì độ chính xác kém. 4 - Do phần tử cảm biến đặt trực tiếp tại nơi cần đo nên có thể đọc trực tiếp giá trị của cảm biến. - Được dùng để đo các thông số như nhiệt độ, tốc độ, ( hay lưu lượng ) dòng chảy. d. Cảm biến vị trí bướm ga: TPS (Throttle Position Sensor) được đặt trong van bướm và điều chỉnh góc van bướm cho ra tín hiệu điện. Khi van bướm ga mở ra thì tín hiệu điện áp tăng dần. Với cảm biến chúng ta đang xét có cả vị trí đóng của bướm ga Hình 8. Sơ đồ mạch của TPS Hình 9. CB vị trí bướm ga Khi bướm ga đóng ECM có giá trị điện áp 0V, khi bướm ga mở công tắc bật ECM đọc tín hiệu, trên chân IDL có giá trị điện áp là +B vol. Bảng số liệu đo đầu ra Lần đo 1 2 3 4 5 VTA( vol) 0.66 1.31 1.93 3.37 4.42 Điện trở (kΩ) 0.6 1.04 1.4 1.73 1.9 v kΩ Hình 10. Biểu đồ điện áp * Thực hành đo sự thay đổi điện áp trên chân VTA: 5 Cách cắm đầu thu tín hiệu tương tự như với cảm biến nhiệt, với đầu thu đỏ vào cổng VTA. Chúng ta thay đổi vị trí của bướm ga thì điện áp trên chân VTA sẽ thay đổi, từ 0v→4,5v ứng với từ lúc bướm ga đóng đến mở. Nhận xét : - Cảm biến kiểu biến trở dùng để đo mức, đo vị trí bàn đạp - Cảm biến kiểu biến trở chỉ đo trong phạm vi hẹp, độ chính xác không cao. - Khi khoảng dịch chuyển đủ nhỏ thì cảm biến không đọc được. Bài số 2 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CẢM BIẾN ĐIỆN TỪ 1. Cơ sở lý thuyết: Từ trường qua cuộn dây quấn quanh nam châm vĩnh cửu sẽ thay đổi khi chiều dài đường sức từ thay đổi, điều đó sẽ tạo ra xung điện áp. 2. Nguyên lý hoạt động Khi trục đo quay các cánh của trục đo quét ngang qua lõi từ tạo nên sự dao động điện từ. Đo tần số của dao động ta xác định được tốc độ của trục do • Ở thí nghiệm này ta đo tốc độ của trục cam rồi suy ra tốc độ của trục khuỷu, tỉ số truyền từ trục khuỷu đến trục cam bằng 2, hay trục khuỷu quay một vòng thì trục cam quay hai vòng. 3. Mục đích: Tìm hiểu kết cấu cụ thể cũng như sơ đồ mạch của một loại cảm biến điện từ. Cảm biến góc quay – tốc độ động cơ: Tốc độ của động cơ được xác định bởi tần số tín hiệu thu về, động cơ quay càng nhanh thì tốc độ càng cao. Hình 11. Cấu tạo của cảm biến tốc độ Những cảm biến này tạo ra nguồn xoay chiều mà không cần nguồn cung cấp bên ngoài và một đặc tính nữa là chúng có 2 dây mang điện áp xoay chiều. Và cảm biến vị trí của trục cam (hay trục khuỷu) được gọi là cảm biến G đưa về tín hiệu điện áp xoay chiều G. Còn cảm biến tốc độ trục khuỷu được gọi là cảm biến NE đưa về tín hiệu điện áp xoay chiều NE. 6 Hình 12. Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE * Thực hành đo sự thay đổi điện áp trên chân G và NE: Chúng ta cắm đầu thu đỏ lần lượt vào NE+ và G1 còn đầu thu đen nối với E2. 4. Bảng số liệu đo điện áp giữa B + và G 1 , B + và N e theo số vòng quay n: n (vòng/phút) 7620 5961 2220 2160 1250 B + và G1 1.91 1.37 1.1 1.32 1.24 B + và N e 5.62 4.05 3.05 2.79 2.52 5. Nhận xét - Cảm biến điện từ được dùng để đo tốc độ, dao động . - Cảm biến điện từ tạo ra nguồn xoay chiều mà không cần nguồn bên ngoài. - Khi số vòng quay của động cơ tăng thì tần số tín hiệu G và N e sẽ tăng theo, và ngược lại. Bài số 3 TÌM HIỂU BĂNG THỬ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 1.Cơ sở lý thuyết: Để xác định công suất động cơ, người ta sử dụng băng thử công suất. Băng thử thực chất là cơ cấu gây tải cho động cơ, nhiệm vụ băng thử là xác định mô men quay và tốc độ để tính ra công suất trên trục. Ne=Me.ω 2.Mục đích: Thông qua bài thực hành sinh viên biết được một kết cấu cụ thể băng thử công suất loại điện và loại thủy lực. 3. Nội dung: Quan sát cấu tạo của băng thử, cấu tạo cơ cấu cân lực trên băng thử thủy lực E4. 7 Một số hình vẽ 8 Phanh thử thủy lực 9 Phanh thử điện - Lập bảng tóm tắt so sánh đặc điểm, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm của băng thử thủy lực và băng thử điện. băng thử thủy lực băng thử điện - Đặc điểm - Nguyên lý làm việc - Ưu điểm - Nhược điểm - Môi chất là nước vừa là chất công tác vừa là chất làm mát - Đo momen thông qua việc đo lực - Điều chỉnh tải bằng cách điều chỉnh lưu lượng nước - Trục của động cơ quay tạo ra một momen làm nước trong guồng dao động. Biên độ của dao động mạnh hay yếu phụ thuộc vào momen do ĐC tạo ra. Đọc kết quả trên cân thủy lực - Thử được động cơ có công suất lớn - Giới hạn thử lớn, đặc biệt khi kết hợp phanh cơ khí - Có khả năng tự động kiểm soát tốc độ, mô-men xoắn, đồng thời có khả năng tương thích tốt với máy tính và hệ thống ghi nhận số liệu - có khả năng hấp thụ năng lượng theo cả hai chiều quay của trục phanh - Cấu tạo phức tạp, nhiều trang bị phụ - Yêu cầu làm kín cao - Làm việc không ổn định ở tốc độ thấp - Không thử được động cơ công suất nhỏ - Dùng máy phát một chiều hay xoay chiều - Đo monmen thông qua đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện - Điều chỉnh tải bằng cách điều chỉnh máy phát - Trục của động cơ nối với trục của máy phát điện. Ta đo công suất của máy phát từ đó suy ra momen do ĐC tạo ra - Thử được các đc có công suất từ nhỏ đến lớn - Có thể thu hồi được năng lượng của đc - Làm việc êm, kết cấu gọn - Phanh điện một chiều có khoảng điều chỉnh rộng - Có thể điều khiển từ xa - Giá thành cao - Dùng phanh kiểu không cân bằng thì độ chính xác kém 10 . hiểu kết cấu cảm biến kiểu điện trở. 3. Nội dung thí nghiệm: A) Cảm biến kiểu điện trở nhiệt a. Nguyên lý hoạt động: Phần tử cảm biến là một dây nóng-dây. động điện từ. Đo tần số của dao động ta xác định được tốc độ của trục do • Ở thí nghiệm này ta đo tốc độ của trục cam rồi suy ra tốc độ của trục khuỷu, tỉ