5. Phương pháp nghiên cứu
4.2.3.Thiết bị và kỹ thuật đo thông số đầu ra
4.2.3.1.Đo công suất tiêu thụ N
Cách 1:
Để đo công suất tiêu thụ N, cần biết công suất tiêu thụ P trong khoảng thời gian t, theo lý thuyết thông thường công suất được xác định qua biểu thức sau:
P = µ.ω = µ π . n
30 , w (4.1)
Trong đó: P- Công suất động cơ,w µ-Mô men xoắn, Nm
n- Tốc độ quay của trục dẫn động, v/ph
Để đo công suất động cơ, có thể đo qua mô men xoắn M trên trục trộn
Tên kích thước Thông số kích thước
Khoảng cách giữa hai trục a = 270 mm Bán kính đáy thùng R = 190 mm Chiều rộng thùng B = 656 mm Chiều dài thùng L = 900 mm
Chiều cao từ tâm lên h1 = 290 mm
Số lượng tay trộn
16 (có thể thay đổi được tùy thuộc vào S) Bước cánh tay trộn
S = 380 mm Khối lượng máy M = 350 kg
Động cơ liền Hộp giảm tốc + Công suất
3,2 kw
+ Số vòng quay trục ra 40,50,60 vòng/phút
72
Cách 2:
Công suất dẫn động trục trộn được tính theo công thức:
N = W/t (W/s) (4.2)
t: Thời gian trộn,s
W: Năng lượng hao phí cho quá trình trộn,W
Cách 1. Đo mô men quay trục trộn
a. Thiết kế chế tạo mạch đo
- Hệ thống này sử dụng nguyên lý mạch cầu Wheatstone để đo mômen xoắn; - Mạch cầu Wheatstone bao gồm 4 điện trở biến dạng (tenzo hoặc strain gage) được mắc như hình 4.6, 4.7:
Tại thời điểm không chịu lực xoắn, 4 điện trở có giá trị bằng nhau. Do đó, Vo =0. Khi 1 trong các điện trở bị biến dạng, giá trị của nó thay đổi. Khi đó giá trị Vo khác 0. Ta vận dụng đặc điểm này của mạch cầu Wheatstone để tiến hành đo momen xoắn. Trên trục chịu xoắn, ta tiến hành dán 4 tenzo như hình 4.6.
Khi thanh chịu xoắn, R1 và R3 sẽ bị kéo, R2 và R4 chịu nén. Do đó, giá trị điện trở R1, R3 tăng lên còn R2 và R4 thì giảm xuống. Khi đó sẽ sinh ra 1 giá trị điện áp Vo tỉ lệ thuận với momen xoắn.
Điện áp Vo được qua cổ góp chuyển tới máy đo SDA 830C- Tokyo Sokki- Nhật Bản sản xuất và được nối tới máy tính qua phần mềm chuyên dụng.
73
Dynamic Strainmeters SDA-810C/830C SDA-8-ch là thiết bị có mang các loại sóng có thể đo được 8 kênh trên một thiết vị nhỏ gọn, Strainmeters là ý tưởng cho cách đo trực tuyến trên trang web. Màn hình LCD kỹ thuật số 240x64 pixel hiển thị điện áp đầu ra cũng như dạng sóng đầu vào và lưu trữ dạng sóng ở tất cả các kênh. Tín hiệu tương tự đầu ra được thiết lập sử dụng 4 số bất kỳ tương đương với chủng vào đầu ra chứ không phải là khái niệm đánh giá phạm vi sử dụng với strainmeters thông thường. Hơn nữa chức năng lưu trữ cho phép dạng sóng đầu vào được số hóa và lưu trữ trong bộ nhớ. SDA-810C có tần số 2,5 kHz thường được sử dụng để đo dài hạn trong khi SDA-830C là một loại phản ứng nhanh ở tần số kHz- 10. Đơn giản chỉ cần kết nối máy in đặc biệt để in ra các dữ liệu cần thiết đã được cài đặt hoặc màn hình dạng sóng và biểu đồ của dữ liệu được lưu trữ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.8 Thiết bị Dynamic Strainmeters SDA-810C/830C
Tính năng:
- Nhỏ và nhẹ phù hợp cho thiết bị đo di động hoặc trang web đo.
- Màn hình hiện thị sóng, giá trị đo dạng số, biểu đồ dạng thanh, lưu trữ dữ liệu dạng sóng, vv
- Có thể lấy mẫu sóng âm của 50mili giây - 60giây.
- Tự động phục hồi chức năng ở giá trị cao điểm của dạng sóng lưu trữ - Có thể thiết lập được cầu kiểm soát
- Có thể kết nối và điều khiển bằng máy tính
* Hiệu chỉnh chuẩn bộ đo mômen xoắn. Sử dụng cơ cấu đòn để hiệu chỉnh và xây dựng đặc tính của trục. Gắp trục xoắn trên bệ thử và cố định một đầu trục xoắn lại. Còn 1 đầu ta dùng cánh tay đòn và treo quả nặng và lấy số liệu, sau đó tiếp tục
74
tăng số quả nặng và lấy được giá trị tương ứng khi đó ta thiết lập hệ số và xây dựng được mối quan hệ giữa giá trị điện áp và giá trị mômen xoắn.
b. Lựa chọn phương pháp truyền tín hiệu đo
Vấn đề khó khăn khi đo mô men xoắn trên các trục truyền đang chuyển động quay là việc đưa tín hiệu đo từ phần quay đến mạch đo bên ngoài. Để giải quyết vấn đề này có thể lựa chọn các phương pháp truyền tín hiệu sau đây:
- Sử dụng vành trượt để đưa điện áp ra ngoài (hình 2.9).
Hình 4.9. Sử dụng vành trượt để đưa điện áp ra ngoài
R1 ÷ R4 - Điện trở mạch cầu; k -Vành trượt; RT - Điện trở bù nhiệt; RB - Điện trở điều chỉnh độ nhạy; RN - Điện trở điều chỉnh.
Để độ đo biến dạng, bốn điện trở lực căng R1 ÷ R4 được dán lên trục cần đo, các điện trở được mắc thành mạch cầu. Điện áp cung cấp cho mạch cầu U0 và điện áp Ur được dẫn qua các vành trượt k đưa ra ngoài.
Hình 4.10. Dán tenzo trên trục
trộn
c. Yêu cầu kỹ thuật đối với cảm biến.
Hình 4.11. Kết nối thiết bị
75
Trước đây, để xác định các đại lượng cơ học bằng thực nghiệm các chuyên gia thường sử dụng các thiết bị đo bằng cơ học như: Lực kế lò xo, lực kế tự ghi, đồng hồ đo… Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện tử và tin học, kỹ thuật Sensor cùng với các thiết bị hiện đại được kết nối máy tính có các phần mền chuyên dụng đã được ứng dụng để đo và tính toán xác định các đại lượng cần đo khi nghiên cứu thực nghiệm. Ứng với mỗi thông số kỹ thuật cần đo có thể thiết kế và sử dụng các loại cảm biến (Sensor) nhất định, nhưng phải đảm bảo những yêu cầu chính sau đây:
- Đặc tính làm việc của thiết bị đo cần phải tuyến tính hoặc rất gần với tuyến tính trong suốt phạm vi đo (tương ứng với các giá trị của đại lượng đo);
- Đảm bảo độ chính xác và có độ nhạy cần thiết đáp ứng được yêu cầu thí nghiệm;
- Trọng lượng và kích thước nhỏ gọn để có thể lắp đặt được trên các khâu đo mà không làm ảnh hưởng đến hoạt động của máy;
- Phải có khả năng đo và ghi kết quả đồng thời nhiều thông số, chỉ tiêu đo theo thời gian và biểu diễn dưới dạng đồ thị;
- Có tính ổn định cao, không bị ảnh hưởng bởi sự rung động, đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt trong suốt quá trình thí nghiệm;
- Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện của môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm...
Lựa chọn cảm biến cho các tín hiệu đo
Cảm biến là bộ phận được bố trí trực tiếp ớ các đối tượng đo, nhận tín hiệu về trạng thái của đối tượng cần đo và biến đổi nó thành tín hiệu điện tương ứng; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cảm biến được phân loại theo các tính chất khác nhau, nhưng quan trọng nhất là phân loại theo công dụng. Theo công dụng cảm biến được chia thành các loại: Cơ (để đo đại lượng cơ), nhiệt, quang, hoá…;
Cảm biến còn phân loại theo nguyên lý biến đổi đại lượng không điện thành đại lượng điện, gồm hai nhóm cơ bản:
- Nhóm phát điện (generator), ở nhóm này các đại lượng không điện từ đối tượng cần đo được biến đổi thành sức điện động hoặc cường độ dòng điện. Nhóm này gồm: cảm biến điện cảm, cảm biến thạch anh, cảm biến quang và những cảm
76
biến khác không cần nguồn điện bởi vì chính các cảm biến ấy là nguồn điện. - Nhóm thông số, ở nhóm này đại lượng không điện từ đối tượng cần đo sẽ làm thay đổi một hoặc vài thông số điện của cảm biến như điện trở R, điện dung C, tử cảm L, hỗ cảm M.
Khi chọn cảm biến để đo một đại lượng nào đấy cần phải chú ý đến đặc tính của cảm biến và tính chất của các đại lượng cần đo, do vậy khi chọn cảm biến cần chú ý các vấn đề sau:
- Hàm số chỉ sự phụ thuộc giữa đại lượng cần đo x với tín hiệu phát ra từ cảm biến y (y = f(x)), hàm số này tốt nhất là tuyến tính;
- Khoảng thay đổi biên độ và tần số của đại lượng đo và đặc tính biên độ - tần số cảm biến;
- Độ nhạy tuyệt đối Sa và độ nhạy tương đối S của cảm biến; Độ nhạy tuyệt đối Sa =
Độ nhạy tương đối S = Δy Δx Δy y Δx x
- Sai số tĩnh và số động của cảm biến;
- Sự thay đổi của cảm biến với ảnh hưởng bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, sự rung động … sẽ gây nên các sai số phụ thêm;
- Kích thước và trọng lượng của cảm biến, phương pháp đặt cảm biến trên chi tiết hoặc cơ cấu để đo, độ phức tạp về kết cấu của cảm biến;
- Có thể kết nối được với bộ xử lý tín hiệu kết hợp với máy vi tính có sử dụng các phần mền chuyên dùng để ghi nhận được kết quả theo mục đích nghiên cứu.
Cách 2. Đo trực tiếp năng lượng hao phí
Mức tiêu thụ điện năng riêng Wr được xác định bằng phương pháp đo điện thông dụng:
77
- Công tơ điện tử được kết nối với máy tính và cho ta các thông số chính của động cơ bao gồm:
+ Thời gian trộn; + Hệ số Cosφ;
+ Công suất điện kháng Ptt.; Công suất trở kháng Qtt.
+ Hiệu điện thế hiệu dụng; Dòng điện hiệu dụng; Điện năng tiêu thụ.
78
Hình 4.13. Công tơ điện 3 pha có tích hợp bộ truyền dẫn thông tin vào máy tính