Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tự động xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUY Ễ N ĐỨ C LUÂN NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG XỬ LÝ SỐ LIỆU TRÊN MÁY THỬ NGHIỆM KÉO NÉN VẬT LIỆU Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Mã số : 60.52.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2010 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH MINH DIỆM Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG Phản biện 2: GS. TS. LÊ VIẾT NGƯU Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 23 tháng 10 năm 2010 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn ñề tài Theo chủ trương chiến lược của Chính phủ về “Phát triển khoa học và công nghệ Việt Nam ñến năm 2020” trong các lĩnh vực Công nghệ tự ñộng hóa và cơ ñiện tử ñã nhấn mạnh: “… Thiết kế, xây dựng phần mềm, lắp ñặt, trang bị các hệ thống thích hợp giám sát, ñiều khiển, thu thập và xử lí số liệu áp dụng phổ cập trong ñiều hành hoạt ñộng của các chuyên ngành công nghiệp;….Phát triển và hình thành các ngành công nghiệp phần cứng và thiết bị thông minh. Phần cứng là các bộ ñiều khiển, các hệ thống cơ-ñiện tử, các thiết bị thông minh sẽ là khâu quyết ñịnh hoàn thiện và nâng cấp dây chuyền công nghệ. Phát triển mạnh về thiết kế, chế tạo, tích hợp phần cứng phục vụ phần mềm ñiều khiển. Các hệ thống cơ-ñiện tử ñược phát triển ñể dành chỗ cho sự phối hợp hệ thống trong dây chuyền sản xuất. Như chế tạo các hệ thống tự ñộng ñiều khiển ñịnh lượng các quá trình sản xuất liên tục, sản xuất theo dây chuyền, ứng dụng cho các hệ thống tự ñộng vận chuyển, công nghiệp xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng, cân băng tải, bốc rót vật liệu rời. Chế tạo các thiết bị ño lường phân tích tự ñộng; hệ thống ñếm và phân loại sản phẩm…” Việc thử nghiệm kéo nén là những thí nghiệm cơ bản trong việc thử nghiệm vật liệu. Những thí nghiệm này minh họa cho những ñặc tính ổn ñịnh quan trọng trong việc ñánh giá các vật liệu. Hiện nay, trong các nhà trường, học viện, phòng thí nghiệm, các phân viện nghiên cứu cũng như các nhà máy sản xuất ñang sử dụng một lượng lớn các thiết bị thử nghiệm kéo nén vật liệu. Các thiết bị này ñã có từ lâu và phần lớn khâu xử lí số liệu ño lường và ñánh giá kết quả ño ñều làm thủ công, rất tốn thời gian, hiệu suất và ñộ chính xác không 4 cao. Hiện nay trên thị trường có những loại máy thử nghiệm kéo nén vật liệu thế hệ mới với sự hỗ trợ của máy tính ñã phần nào giải quyết ñược nhưng khó khăn ñã nêu trên, tuy nhiên giá thành lại rất ñắt nên việc ñầu tư mua sắm sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Từ những cơ sở trên, tôi ñề xuất ñề tài mang tên: “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tự ñộng xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu” 2. Mục ñích nghiên cứu Mục ñích của ñề tài chủ yếu nghiên cứu cơ tính của vật liệu và các phương pháp thử nghiệm kéo nén vật liệu và tìm hiểu một số thiết bị thử nghiệm kéo nén vật liệu cũng như nguyên lý hoạt ñộng của chúng. Đồng thời tác giả dựa trên ñộ chính xác của cảm biến lực và cảm biến chiều dài ñể tính toán, thiết kế các thiết bị ghép nối máy tính và xây dựng phần mềm xử lý số liệu kết quả ño. 3. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về cơ tính, các phương pháp kiểm tra cơ tính của vật liệu; Nghiên cứu về nguyên lý của máy thử kéo nén vật liệu và các phương pháp thực hiện các phép thử kéo-nén; xử lý và ñánh giá kết quả của các phép thử nghiệm; Nghiên cứu thiết bị ño và thiết bị ghép nối máy tính; Phân tích dữ liệu, lọc các dữ liệu cần thiết cho mỗi phép thử; viết chương trình xử lý dữ liệu và giao diện màn hình; Đánh giá ưu nhược ñiểm. 4. Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm. Nội dung nghiên cứu: - Về lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về cơ tính, các phương pháp kiểm tra cơ tính của vật liệu; Nghiên cứu về nguyên lý của máy 5 thử kéo nén vật liệu và các phương pháp thực hiện các phép thử kéo- nén; Nghiên cứu khả năng lập trình ghép nối máy tính; xử lý dữ liệu; - Về thực nghiệm: Thiết kế thiết bị giao tiếp với máy tính, thử nghiệm giao tiếp, trao ñổi dữ liệu với thiết bị; thử nghiệm trên máy thử nghiệm vạn năng WP 300 tại Trung tâm TC-ĐL-CL3/ Bộ Quốc phòng. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Dựa trên các nguyên lý và các phương pháp thử nghiệm vật liệu cũng như ñộ chính xác cao của các cảm biến lực, cảm biến chiều dài và khả năng kết nối máy tính của các thiết bị này ñể tiến hành xây dựng phần mềm xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu. Thông qua các tín hiệu ñiện từ bộ cảm biến lực và chiều dài có ñộ chính xác cao, ta có thể thu các kết quả thử nghiệm về và tính toán một cách chính xác, ñồng thời thể hiện lại một cách trực quan toàn bộ quá trình biến ñổi của vật liệu thông qua các loại biểu ñồ khác nhau, ñồng thời lưu lại kết quả, lập báo cáo và kết xuất dữ liệu theo yêu cầu. Với phần mềm này, ta có thể theo dõi toàn bộ quá trình phép thử ngay trong chương trình; các giá trị ñọc ñược từ máy tính có ñộ chính xác cao. Cho phép chọn và quan sát, phân tích các giai ñoạn biến dạng của vật liệu trên biểu ñồ, thông qua ñó ñánh giá chất lượng vật liệu có hệ thống và chi tiết hơn. Hiện nay trong nền công nghiệp quốc phòng nói riêng và ngành cơ khí của ñất nước nói chung, các thiết bị thử nghiệm kéo nén vật liệu ñang ñược sử dụng rất nhiều và chiếm một vai trò to lớn trong quá trình ñánh giá cơ tính của vật liệu. Đề tài sẽ góp một phần trong việc thử nghiệm cơ tính vật liệu với ñộ chính xác cao hơn, quá 6 trình xử lí số liệu dễ dàng hơn, tiết kiệm thời gian, kinh phí nâng cấp và nâng cao hiệu suất lao ñộng. 6. Cấu trúc của luận văn Mở ñầu Chương 1. Đặc trưng cơ học của vật liệu và các phương pháp kiểm tra. Chương 2. Phương pháp xử lý số liệu. Chương 3. Lựa chọn thiết bị ño và tính toán thiết kế thiết bị ghép nối máy tính. Chương 4. Xây dựng phần mềm xử lý số liệu. Kết luận và hướng phát triển của ñề tài. CHƯƠNG 1 ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA 1.1. Các ñặc trưng cơ tính của vật liệu Để nghiên cứu ứng xử của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng, người ta phải tiến hành thí nghiệm trên các mẫu chính vật liệu ñó trong các phòng thí nghiệm chuyên dùng. Các thí nghiệm ñược tiến hành nhằm xác ñịnh các ñại lượng cho phép ta ñánh giá ñược tính ñàn hồi, tính dẻo, ñộ bền v.v… của vật liệu. Những ñại lượng ñặc trưng ñó ñược gọi là ñặc trưng cơ học của vật liệu. Cơ tính của vật liệu ñược biểu thị bởi các ñặc trưng cơ học, chúng cho biết khả năng chịu tải của vật liệu trong từng ñiều kiện cụ thể, là cơ sở ñể tính toán ñộ bền khi sử dụng và khi so sánh các vật liệu với nhau. Các chỉ tiêu này ñược xác ñịnh bằng các phương pháp thử nghiệm trên các mẫu có kích thước theo tiêu chuẩn nhất ñịnh. 7 1.1.1. Độ bền Các chỉ tiêu về ñộ bền a. Giới hạn ñàn hồi (σ ñh ): 0 S F ñh ñh = σ MN/m 2 c. Giới hạn chảy qui ước (σ 0,2 ): 0 2,0 2,0 S F = σ MN/m 2 d. Giới hạn bền (σ b ): 0 S F b b = σ MN/m 2 1.1.2. Độ dẻo 1.1.3. Độ dai va ñập 1.1.4. Độ dai phá hủy biến dạng thẳng 1.1.5. Độ cứng 1.2. Phương pháp kiểm tra ñặc trưng cơ học của vật liệu 1.2.1. Thí nghiệm kéo Thí nghiệm kéo vật liệu ñược tiến hành trên một máy sinh lực, gọi là máy kéo, nén vạn năng. Mẫu thí nghiệm ñược chế tạo với hình dạng và kích thước nhất ñịnh, tùy thuộc vào loại vật liệu và tuân thủ theo quy phạm của từng quốc gia. Hình 1.1. Kích thước của mẫu thép hình trụ Sau thí nghiệm ta sẽ có ñược ñường cong ñặc tính của vật liệu. Căn cứ vào ñường cong ñặc tính của vật liệu như trên hình 1.4, ta có 8 thể xác ñịnh một số các ñặc trưng cơ học của một loại vật liệu Hình 1.4. Đường cong ñặc tính của vật liệu 1.2.2. Thí nghiệm nén vật liệu 1.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng ñến các ñặc trưng cơ học của vật liệu 1.3. Nguyên lý hoạt ñộng của máy kéo nén Hình 1.13. Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của máy thí nghiệm kéo nén Các máy thí nghiệm kéo nén ở nước ta hiện nay chủ yếu làm việc theo nguyên lý thủy lực hoặc cơ khí, trong ñó các máy thí nghiệm kéo nén thủy lực chiếm số lượng rất lớn. Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của máy thí nghiệm kéo nén ñược thể hiện trên hình 1. 13. Từ một bơm thủy lực, dầu ñược dẫn vào xi-lanh(A), dầu tác dụng lên bề mặt pittông (B) một áp lực P. Cần pittông (C) ñược nối với mẫu M thông qua ngàm (D), tác dụng vào mẫu một lực kéo, có trị số bằng áp lực P, lực này ñược chỉ thị trên ñồng hồ áp lực N. 9 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 2.1. Khái niệm về sai số ño và phân loại Sự sai khác giữa kết quả ño, nhận ñược từ giá trị chỉ thị trên máy và dụng cụ ño x với giá trị thực Q của nó gọi là sai số ño: Qx x ∆ −= 2.2. Sai số ngẫu nhiên - phương pháp tính thông số ñặc trưng 2.2.1. Tính toán các thông số ñặc trưng khi ño không cùng ñiều kiện ño 2.2.2. Tính toán các tham số ñặc trưng trong trường hợp phân bố của các ñại lượng thuần dương 2.3. Sai số hệ thống - phương pháp khử sai số hệ thống Sai số hệ thống là loạt sai số mà có thể dự ñoán trước ñược nguyên nhân gây ra sai số, nắm trước ñược luật biến thiên, có trị số và dấu xác ñịnh trong mỗi ñiều kiện ño cụ thể. Do ñặc ñiểm này, sai số hệ thống có thể dùng các biện pháp khác nhau ñể làm giảm ñến mức tối thiểu hoặc khử hoàn toàn khỏi kết quả ño và vì vậy, trong các phép ño thông thường ở kết quả ño chỉ có ghi trị số giới hạn của sai số ngẫu nhiên mà không ghi thành phần sai số hệ thống. 2.3.1. Phương pháp hiệu chỉnh 2.3.2. Phương pháp so sánh với mẫu Phương pháp này ñược dùng khi ño so sánh: ñại lượng ño ñược ñem so sánh với ñại lượng mẫu có cùng kích thước nhưng có ñộ chính xác cao hơn. Kết quả ño cho ta sai lệch tuyệt ñối giữa kích thước ño và kích thước mẫu. Với phương pháp này các sai số do vị trí cơ cấu, do ñiều kiện ño… sẽ ñược khử hết. 2.3.3. Phương pháp bù (phương pháp bồi thường) 10 2.4. Sai số thô - các chỉ tiêu loại sai số thô 2.4.1. Chỉ tiêu 3 σ σσ σ 2.4.2. Chỉ tiêu Sovinô 2.5. Xử lý kết quả ño gián tiếp Phương pháp ño gián tiếp trong thực tế thường gặp nhiều hơn. Phương trình biểu diễn quan hệ giữa ñại lượng cần ño y và các ñại lượng ñược ño trực tiếp x 1 ; x 2 ; …; x m là: Y = f(x 1 ; x 2 ; …; x m ) Vấn ñề ñặt ra là các giá trị x i là các ñại lượng ño trực tiếp, x i ñược biểu diễn qua X i và ∆X i là sai số của chúng, ñược ño qua ñộ ño σ x . Độ lớn của ∆X i phụ thuộc vào ñộ chính xác khi ño cũng như số lần ño. Vấn ñề cần giải quyết là mối quan hệ giữa X i ; ∆X i và các tham số phân bố của ñại lượng ño gián tiếp Y và σ y . 2.5.1. Bài toán thuận Nội dung của bài toán thuận: với kết quả ño trực tiếp, ta có X 1 , X 2 , …, X m và ñộ chính xác tương ứng ño σ x1 , σ x2 , …, σ xm . Hãy xác ñịnh kết quả ño gián tiếp Y và σ y . Cơ sở ñể giải quyết bài toán này là công thức Taylo tính sai số của hàm số theo sai số của ñối số: y = f(x 1 , x 2 , …, x m ) ( ) ∑ = ∆ ∂ ∂ =∆ ∂ ∂ ++∆ ∂ ∂ +∆ ∂ ∂ =∆∆∆=∆ m i i i m m m x x f x x f x x f x x f xxxfy 1 2 2 1 1 21 ., .,, Muốn tính giá trị trung bình của giá trị ño gián tiếp ta chỉ việc thay giá trị trung bình của các ñại lượng ño trực tiếp vào phương trình quan hệ giữa chúng với nhau. Để tính toán ñộ chính xác của các ñại lượng ño gián tiếp ta xuất phát từ công thức tính sai số hàm: 11 mj m jjj x x f x x f x x f y ∆ ∂ ∂ ++∆ ∂ ∂ +∆ ∂ ∂ =∆ . 2 2 1 1 Cuối cùng ta có: ∑ =         ∂ ∂ =         ∂ ∂ ++         ∂ ∂ = m i Xi i Xm m XY x f x f x f 1 222 1 1 . σσσσ 2.5.2. Bài toán nghịch 2.6. Độ chính xác và ñộ tin cậy của kết quả ño 2.6.1. Khi ño trực tiếp các ñại lượng trong cùng ñiều kiện ño 2.6.2. Khi ño trực tiếp các ñại lượng không cùng ñiều kiện ño 2.6.3. Xác ñịnh số lần ño cần thiết theo ñộ chính xác và ñộ tin cậy yêu cầu 2.7. Phương pháp xác ñịnh mối quan hệ thực nghiệm Việc xác ñịnh mối quan hệ thực nghiệm từ số liệu ño cần qua các bước:1. Vẽ sơ bộ quan hệ theo số liệu thực nghiệm; 2. Chọn công thức biểu diễn hàm quan hệ; 3. Xác ñịnh hàm thực nghiệm: xác ñịnh các hằng số trong công thức ñã chọn; 4. Kiểm nghiệm sự phù hợp thực tế của công thức vừa xác ñịnh. 2.7.1. Xác ñịnh quan hệ hàm số giữa các ñại lượng 2.7.1.1. Chọn công thức thực nghiệm 2.7.1.2. Xác ñịnh công thức thực nghiệm 2.7.2. Xác ñịnh quan hệ tương quan giữa các ñại lượng 2.7.3. Áp dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên trong nghiên cứu quan hệ thực nghiệm 12 CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐO VÀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ GHÉP NỐI MÁY TÍNH 3.1. Cảm biến dịch chuyển - Ký hiệu : PY2 C 25 - Hành trình dịch chuyển của ñầu ño : 25 mm - Điện áp nguồi nuôi lớn nhất : 24 V - Độ phi tuyến : ± 0,2 % Hình 3.1. Cảm biến ño dịch chuyển PY2 C 25 3.1.1. Nguyên lý ño vị trí và dịch chuyển 3.1.2. Điện thế kế ñiện trở dùng con chạy cơ học 3.2. Cảm biến lực - Model: CBES - Dải ño (R.C): ñến 20 kN - Điện áp ñầu ra: 2 mV/V ± 0.25% - Độ không tuyến tính: ≤ 0.1% R.O - Quá tải cho phép: 150% R.C - Giới hạn quá tải: 300% R.C Hình 3.3. Cảm biến lực CBES 2000 3.2.1. Nguyên lý ño lực 3.2.2. Cảm biến lực với màng sọc co giãn kim loại 3.3. Tính toán thiết kế thiết bị ghép nối máy tính 13 Hình 3.5. Sơ ñồ ghép nối các cảm biến với máy tính 3.3.1. Sơ ñồ khối ghép nối các cảm biến với máy tính - Cảm biến có nhiệm vụ chuyển ñổi các ñại lượng cần ño thành tín hiệu ñiện hay sự thay ñổi các ñại lượng ñiện ở cảm biến như: ñiện trở, ñiện dung, ñiện cảm …; - Bộ khuyếch ñại có chức năng khuyếch ñại tín hiệu phát sinh ở cảm biến. - Bộ chuyển ñổi Analog - digital (ADC) có nhiệm vụ chuyển ñổi tín hiệu ñiện tương tự sang tín hiệu số ñể giao tiếp với bộ xử lý hoặc máy tính; - Bộ xử lý số liệu có nhiệm vụ xử lý số liệu ño thành ñại lượng tương ứng bằng các công thức toán học. - Bộ hiển thị kết quả ra màn hình. 14 3.3.2. Sơ ñồ nguyên lý 3.3.2.1. Sơ ñồ nguyên lý khối nguồn cung cấp 3.3.2.2. Sơ ñồ nguyên lý cảm biến, bộ chuyển ñổi và bộ khuếch ñại ño dịch chuyển 3.3.2.3. Sơ ñồ nguyên lý cảm biến, bộ chuyển ñổi và bộ khuếch ñại ño lực 3.3.2.4. Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi ADC 16 bít ño dịch chuyển 3.3.2.5 Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi ADC 16 bít ño lực 3.3.2.6. Sơ ñồ nguyên lý mạch tạo xung clock 120kHz VR1 100K D2 5V/DC 0 AD4 C24 0.47MF 5V/DC 0 D1 C21 0.1MF U8 ICL7135 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 V- REF ANA COM INT OUT AZ IN BUFF OUT REF CAP- REF CAP+ IN LO IN HI V+ D5(MSB) B1(LSB) B2 B4 B8(MSB) D4 D3 D2 D1(LSD) BUSY CLOCK IN POL DIGI GND R/H STROBE OVERRANGE UNDERRANGE AD3 0 D5 D0 C22 1MF IN0(ADC) P2(AD0 .AD4) 0 AD2 R9 100K R11 27 R12 100K C23 1MF R10 100K P0(D0 .D3) AD1 -5V/DC 1.6V/DC 0 D3 CLOCK 120kHz AD0 AD1 0 P2(AD00 .AD04) R11 27 D3 R10 100K P0(D00 .D03) CLOCK 120kHz U8 ICL7135 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 V- REF ANA COM INT OUT AZ IN BUFF OUT REF CAP- REF CAP+ IN LO IN HI V+ D5(MSB) B1(LSB) B2 B4 B8(MSB) D4 D3 D2 D1(LSD) BUSY CLOCK IN POL DIGI GND R/H STROBE OVERRANGE UNDERRANGE R12 100K AD0 -5V/DC C23 1MF 0 D2 D5 AD4 IN0(ADC) D1 C24 0.47MF 0 AD3 C21 0.1MF D0 1.6V/DC 5V/DC R9 100K 5V/DC 0 C22 1MF AD2 0 VR1 100K 15 3.3.2.7. Sơ ñồ nguyên lý mạch vi ñiều khiển 3.3.2.8. Sơ ñồ nguyên lý mạch giao tiếp máy tính AD2 0 + P2(AD00 .AD04) - SW1 AD1 D3 0 R6 100 RXD P0(D00 .D03) Y1 11.059 TXD AD0 AD02 D01 RST P0(D0 .D3) 5V/DC D2 D03 RST 0 AD03 AD01 AD00 5V/DC D1 D00 C14 10MF 0 C11 104 5V/DC P2(AD0 .AD4) AD3 R5 8.2K C12 30P U10 AT89C51 9 18 19 20 29 30 31 40 1 2 3 4 5 6 7 8 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 39 38 37 36 35 34 33 32 RST XTAL2 XTAL1 GND PSEN ALE/PROG EA/VPP VCC P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 D0 5V/DC AD04 D02 C13 30P R8 1K C18 10MF + 5V/DC + + C17 10MF - 0 - C16 10MF + C20 10MF R7 1K - RXD D3 LED1 0 TXD 0 P1 RS232 5 9 4 8 3 7 2 6 1 C19 104 0 - D4 LED2 U12 MAX232 16 14 13 1 3 4 5 15 6 7 8 11 12 2 9 10 VCC /T1OUT R1IN C1+ C1- C2+ C2- GND V- /T2OUT R2IN T1IN /R1OUT V+ /R2OUT T2IN 16 3.3.3. Tính toán thiết kế thi công 3.3.3.1.Tần số dao ñộng cung cấp cho ADC ILC7135 + f (clock) = 120(kHz) + Theo mạch dao ñộng LM 555 trên. Ta có: T ≈ 0.69×2×R 14 ×C 15 Chọn C 15 = 0.01µF; suy ra: R 14 = 600Ω 3.3.3.2. Hệ số khuếch ñại Ap ño chiều dài Ap = Ap1 × (1+ 4 3 R R ) ; Ap1 = 1 (Mạch khuếch ñại ñệm) Ap = ( 1+ 4 3 R R ) = (1 + 100000 10 ) = 1.0001 Suy ra: Ap = 1×1.0001 3.3.3.3. Hệ số khuếch ñại ño lực Ta có: R01 = R02 = R03 = R04 =700 (Ω) V01 = 0302 RR VCC + ×R03 = 0302 10 RR + ×R03 = 5(V) V02 = 0401 RR VCC + ×R04 = 0401 10 RR + ×R04 = 5(V) Ap = Vout = 0708 02 RR V + ×R08×( ) 05 0605 R RR + - 05 06 R R ×V01 Chọn: R08 = R06 = 10KΩ; suy ra Ap = Vout = 05 06 R R ×(V02-V01) = V02-V01 3.3.3.4. Thông số ñầu vào và ñầu ra ADC của dụng cụ ño chiều dài 3.3.3.5. Thông số ñầu vào và ñầu ra ADC của dụng cụ ño lực 3.3.3.6. Lưu ñồ giải thuật ño chiều dài 3.3.3.7. Lưu ñồ giải thuật của dụng cụ ño lực 17 CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG PHẦN MỀM XỬ LÝ SỐ LIỆU 4.1. Xử lý số liệu thử nghiệm bằng phương pháp thông dụng 4.1.1. Những dữ liệu cơ sở cần thiết cho phép thử Khi kim loại chịu tác dụng của tải trọng sẽ có 3 giai ñoạn biến dạng: biến dạng ñàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ. Quan hệ giữa biến dạng (∆l) và tải trọng (P) ñược giới thiệu trên hình 4-1. Hình 4.1 Biểu ñồ kéo của kim loại Giới hạn ñàn hồi σ p : 0 F P P P = σ ; kG/cm 2 Giới hạn chảy σ c : 0 F P C c = σ ; kG/cm 2 Giới hạn bền σ b : 0 F P Max P = σ ; kG/cm 2 4.1.2 Tiến hành thí nghiệm kéo mẫu trên thiết bị thử nghiệm WP 300 (Tại Trung tâm TC-ĐL-CL3/ Bộ Quốc phòng) Giai ñoạn phá hoại khi tải trọng ñã ñạt tới giá trị cực ñại (P max ), vết nứt xuất hiện và mẫu bị phá hoại (hình 4-1, vùng III). Khi thí nghiệm kéo mẫu, cường ñộ của kim loại ñược ñặc trưng bằng 3 chỉ tiêu sau : 18 Hình 4.2. Thiết bị thí nghiệm vật liệu vạn năng WP 300 Chọn mẫu thử nghiệm kéo giãn bằng ñồng B6x30 DIN 50125. Hình 4.3. Mẫu thử kéo Sau khi gá lắp mẫu thử chắc chắn và ñúng vị trí, tiến hành gia tải bằng cách vặn tay quay gắn ở pittông bơm dầu, việc gia tải phải thật chậm và liên tục. Đọc chỉ số lực từ ñồng hồ sau mỗi 0,1 mm, ghi lại trị số lực tương ứng với từng ñộ giãn, từ ñộ giãn 1mm, khoảng trị số có thể mở rộng tới 0,2mm. Cứ như vậy cho ñến khi mẫu thử bị phá hủy. Các trị số ñã ño ñược thể hiện ở bảng 4.1. 19 Bảng 4.1. Bảng kết quả thử nghiệm mẫu ñồng B6x30 DIN 50125 THỬ NGHIỆM: Mẫu thử kéo B6x30 DIN 50125 ñược chế tạo từ ñồng Độ giãn ∆l, 1/100 mm Lực thử nghiệm P, kN Độ giãn ∆l, 1/100 mm Lực thử nghiệm P, kN 10 0,8 140 10,3 20 2,4 160 10,1 30 4,9 180 9,8 40 7,6 200 9,6 50 10,0 220 9,4 60 11,0 240 9,1 70 11,0 260 8,7 80 10,9 280 8,35 90 10,8 300 7,9 100 10,7 320 7,25 Sau khi có bảng kết quả trên, ta tiến hành vẽ biển ñồ Tải-Độ giãn ñối với mẫu thử ñồng B6x30 DIN 50125. Hình 4.4. Biểu ñồ Lực-Biến dạng của mẫu ñồng B6x30 DIN 50125 Lực thử nghiệm P, kN Độ giãn ∆l, kN 20 Với phương pháp này, ñể có biểu ñồ Ứng suất-Biến dạng, ta phải thực hiện các phép tính ñể có ñược biểu ñồ. Như vậy, với phương pháp này quá trình xử lí số liệu sẽ tốn nhiều công sức và thời gian, làm cho hiệu suất công việc không cao. Qua nghiên cứu ở chương 2 ta thấy rằng với phương pháp này sẽ chịu rất nhiều nguyên nhân dẫn ñến sai số, làm cho sai số của phép thử sẽ lớn. Thực tế ñã chứng minh là qua kiểm ñịnh tại Trung tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lương Chất lượng 2 (QUATEST2/ Bộ Khoa học và Công nghệ) thì máy thử nghiệm kéo nén vạn năng ñạt cấp chính xác 2. 4.2. Chương trình xử lí số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu. 4.2.1. Giới thiệu Để thể hiện các quá trình thí nghiệm nhằm xác ñịnh các ñặc trưng của vật liệu với ñộ chính xác cao, thông qua bộ cảm biến lực và chiều dài, các tín hiệu từ các bộ cảm biến này ñể xây dựng nên modul tính toán, xử lý các dữ liệu thí nghiệm. Modul này ñược viết trên cơ sở ngôn ngữ lập trình Visual Basic với thiết kế có giao diện ñẹp, ngôn ngữ hiển thị bằng tiếng Việt hoàn toàn, bố trí các chức năng hợp lí và ñơn giản. Ứng dụng trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu WP 300 tại Trung tâm Tiêu chuẩn Đo lường Chất lương 3/ Bộ Quốc phòng. Thay ñồng hồ so ño dịch chuyển bằng cảm biến dịch chuyển PY2 C 25 và lắp cảm biến lực CBES 2000 vào vị trí giữa trụ chính thủy lực và xà dưới của khung tải di ñộng. Các cảm biến này có nguyên lý hoạt ñộng và kết nối máy tính như ñã trình bày ở chương 3. . N ĐỨ C LUÂN NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG XỬ LÝ SỐ LIỆU TRÊN MÁY THỬ NGHIỆM KÉO NÉN VẬT LIỆU Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Mã số : 60.52.04. cơ sở trên, tôi ñề xuất ñề tài mang tên: Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tự ñộng xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu 2. Mục ñích nghiên