4. TÍNH TOÂN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH
4.5.2. Cảm biến đo lực phanh
Dựa trín nguyín lý hoạt động của hệ thống, lực phanh bânh xe tâc dụng lín con lăn được truyền đến động cơ- hộp giảm tốc lăm cụm năy quay đi một góc hay nói đúng hơn lă gđy ra một biến dạng trín đầu đo. Sự quan hệ giữa ứng lực vă biến dạng được biểu diễn bằng lý thuyết sức bền vật liệu.
= E (l/ l) Trong đó:
- σ : ứng suất phât sinh trong đầu đo [N/m2, kG/cm2]. - E: môđun đăn hồi của vật liệu.
- Δl/l: biến dạng dăi tương đối của đầu đo.
Để đo lực phanh, ta đo sự biến dạng sinh ra của đầu đo Δl/l khi chịu tâc dụng của mômen phanh bằng cảm biến biến dạng. Phương phâp năy gọi lă phương phâp chuyển đổi điện trở lực căng.
4.5.2.1. Cấu tạo nguyín lý hoạt động.
Khi dđy dẫn chịu sự biến dạng cơ khí thì điện trở của nó thay đổi, hiện tượng đó gọi lă hiệu ứng tenzô. Chuyển đổi điện trở lăm việc dựa trín hiệu ứng tenzô gọi lă chuyển đổi điện trở tenzô hoặc lă chuyển đổi điện trở lực căng. Chuyển đổi điện trở lực căng có 3 loại: chuyển đổi điện trở lực căng dđy mảnh, lâ mỏng vă măng mỏng. Cảm biến được sử dụng cho bệ thử phanh lă loại cảm biến chuyển đổi điện trở lực căng loại dđy mảnh.
Cấu tạo của cảm biến được thể hiện trín hình 4.14. Trín thanh thĩp có tiết diện hình vuông, người ta giảm độ cứng bằng câch khoĩt phần giữa một lỗ hình chữ nhật. Về hai phía trín vă dưới trong lỗ năy người ta dân một lớp chất dẻo câch điện hoặc giấy mỏng bền. Trín lớp câch điện năy, người ta dân một sợi dđy điện trở hình răng lược có đường kính rất nhỏ (0,02- 0,03mm). Dđy được chế tạo bằng câc vật liệu như constantan, nicrôm, hợp kim platin- iriđi. Hai đầu dđy được nối với câc lâ đồng dùng để nối với mạch đo thông qua dđy dẫn ra ngoăi. Toăn bộ phần dđy điện trở vă mạch đo được đúc liền khối bằng chất dẻo. Câc chuyển đổi được dân lín đối tượng bằng loại keo dân đặc biệt như bθ-2, bθ-4, axíton xenluloic v.v ...
Khi cần đo bị biến dạng, gđy nín một biến dạng dăi Δl trín dđy dẫn vă điện trở của dđy dẫn biến đổi theo một lượng ΔR.
1
2 3 5
4 6
l
Hình 4.14. Cảm biến lực phanh.
1. Dđy dẫn; 2. Cảm biến điện trở lực căng; 3. Bề mặt khảo sât; 4. Đầu đo; 5. Dđy dẫn; 6. Lớp nhựa bảo vệ.
Ta có: ΔR/R = f (Δl/l)
Hay: R = f (1)
Ta biết công thức tính điện trở dđy dẫn lă: R = l/s
Trong đó:
- ρ: điện trở suất dđy dẫn. - l: chiều dăi dđy dẫn. - s: tiết diện dđy dẫn.
Do đó: S S l l R R Hay: R = + l - s Trong đó:
- R = ΔR/R: sự biến thiín tương đối của điện trở chuyển đổi khi bị biến dạng.
- l = Δl / l: sự biến thiín tương đối theo chiều dăi của dđy dẫn.
- s = Δs/s: sự biến thiín tương đối theo tiết diện dđy dẫn, đặc trưng cho sự thay đổi kích thước hình học của chuyển đổi.
- ρ = Δρ/ρ: sự biến thiín tương đối của điện trở suất, đặc trưng cho sự thay đổi tính chất vật lý của vật liệu chuyển đổi.
Ứng suất có trong chi tiết cần nghiín cứu phụ thuộc văo môđun đăn hồi E của vật liệu chi tiết theo công thức:
= E (l/ l)
Phương trình biến đổi của chuyển đổi lực căng có thể biểu diễn dưới dạng: ΔR /R =σK/E
K: độ nhạy chuyển đổi. K= R/l.
Ứng suất cơ của chi tiết được giới hạn trong khoảng 20% ÷ 30% giới hạn đăn hồi.
4.5.2.2. Tính chất của chuyển đổi điện trở lực căng.
Kim loại sử dụng lăm đầu đo phần lớn thuộc họ hợp kim Niken. Ngoăi ra, câc loại vật liệu bân dẫn cũng được dùng chế tạo chuyển đổi lực căng. Câc chuyển đổi năy có câc tính chất cơ bản như sau:
- Điện trở suất: điện trở suất của vật liệu dùng dđy dẫn phải đủ lớn để không cần dđy quâ dăi lăm tăng kích thước cảm biến, song cũng không giảm tiết diện quâ nhỏ vì sẽ lăm giảm dòng đo vă lăm giảm độ nhạy.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Nói chung, do vật liệu chế tạo chuyển đổi điện trở lực căng lă kim loại có độ biến dạng tương đối Δl trong giới hạn đăn hồi không lớn hơn 2,5.10-3. Do đó Δl văo khoảng (1,25 ÷ 10) tức lă sự thay đổi tương đối không vượt quâ 1% khi đối tượng chịu ứng suất lớn nhất. Do vậy sự nóng lín của điện trở lăm ảnh hưởng đâng kể đến kết quả đo. Hệ số chuyển đổi có sự liín quan đến nhiệt độ theo biểu thức:
K(T) = Ko{1 + K(T- T0)} Trong đó:
- Ko: hệ số đầu đo ở nhiệt độ chuẩn To (To = 250C). - αK: hệ số thực nghiệm, αK đối với một số chất như sau:
+ Nichrome V: K = - 0,04% / 0C. + Constantan: K = + 0,01% / 0C.
Để chuyển đổi lăm việc được tốt, hệ số nhiệt độ cần bĩ. Mặt khâc, cần bù nhiệt độ trong mạch đo.
- Ảnh hưởng của ứng lực đến độ tuyến tính:
Trong giới hạn đăn hồi, hệ số đầu đo của chuyển đổi điện trở lực căng dđy kim loại không đổi, do đó mối quan hệ giữa sự thay đổi của điện trở vă biến dạng lă tuyến tính. Đđy lă một tính chất rất quan trọng đối với câc loại đầu đo cần độ chính xâc cao trong phạm vi rộng.
4.5.3.2. Sơ đồ mạch đo cảm biến.
Chuyển đổi điện trở lực căng được mắc với dạng mạch cầu một chiều, xoay chiều hoặc phđn âp (hình 4.15).
a) b)
c)
Hình 4.15. Sơ đồ mạch đo cảm biến lực phanh. a) Mạch cầu chỉ có 1 nhânh hoạt động với điện trở bù nhiệt. b) Mạch cầu với 2 nhânh hoạt động đối xứng.
4.5.2.4. Sai số vă phạm vi ứng dụng.
Sai số của cảm biến điện trở tenzô chủ yếu do độ chính xâc khắc độ của cảm biến. Không thể khắc độ trực tiếp đơn chiếc, chúng được chế tạo hăng loạt vă chuẩn sơ bộ. Sai số sau khi chuẩn sơ bộ có thể đạt tới 1 ÷ 5 %. Câc sai số còn do biến dạng dư của keo dân khi sấy khô, do sự giên nở khâc nhau giữa cảm biến vă chi tiết dân. Chính vì vậy, khi sử dụng cần có quy trình công nghệ kiểm tra dân chuẩn (cđn chỉnh) vă chọn vị trí chính xâc. Sai số sau khi chuẩn có thể đạt tới 0,2 ÷ 0,5 % khi đo biến dạng tĩnh, vă 1 ÷ 1,5 % khi đo biến dạng động.