Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Mục ủớch và yờu cầu của nghiờn cứu thực nghiệm
4.1.2. Thiết bị và phương phỏp ủo
4.1.2.2. Cỏc thiết bị ủo
Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm thực hiện nhiệm vụ của luận văn, một hệ thống ủo lường ủó ủược xõy dựng bao gồm cỏc cảm biến, cỏc bộ khuyếch ủại tớn hiệu, cỏc bộ gom, bộ chuyển ủổi A/D, mỏy tớnh số và phần mềm chuyờn dụng. Hệ thống ủo lường này mang yếu tố sỏng tạo, cú tớnh kinh tế nhưng quan trọng hơn là vẫn ủảm bảo ủộ chớnh xỏc và ủỏp ứng ủược yờu cầu nghiờn cứu theo mục ủớch tối ưu sử dụng. Dưới ủõy xin giới thiệu túm tắt về cỏc thiết bị ủó sử dụng.
+ Cảm biến ủo tần số quay của trục khuỷu ủộng cơ
Cú rất nhiều phương phỏp ủo tốc ủộ quay của trục, theo ủú cú thể sử dụng nhiều loại thiết bị ủo kiểu cơ, ủiện, từ, quang hoặc ủiện tử. Trong ủiều kiện khụng gian thực tế trờn mỏy ủào xỳc, giải phỏp thớch hợp nhất ủối với việc ủo tự ghi tần số quay của trục ủộng cơ là sử dụng cảm biến quang khụng tiếp xúc (photo sensor), kết nối với bộ phận xử lý tín hiệu. Hình 4.1 giới thiệu về cảm biến quang ủó ủược sử dụng trong thớ nghiệm.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………43 Hỡnh 4.1. Cảm biến ủo tần số quay
Cảm biến quang cú hai photo diod ủược gắn phớa ủầu, trong ủú cú một diod phỏt tia hồng ngoại và một diod thu tia hồng ngoại. Trờn vành puly ủầu trục cơ của ủộng cơ diesel ta dỏn một miếng giấy phản quang (trường hợp tốc ủộ quay nhỏ và muốn tăng ủộ chớnh xỏc thỡ số miếng dỏn cần nhiều hơn).
Sensor ủược gắn cố ủịnh trờn thõn mỏy sao cho trục sensor hướng vuụng gúc với vật phản xạ (miếng giấy dán), với khoảng cách chừng 10 cm. Khi puly trục cơ quay, cứ mỗi vũng quay cú một lần tia tới phỏt ra từ diod phỏt ủược phản xạ trở lại diod thu và tạo ra trong mạch ủiện một xung ủiện ỏp, xung ủiện ỏp này ủược chuẩn hoỏ thành xung vuụng TTL cú biờn ủộ là 5 V ủược ủưa tới bộ gom vào mỏy tớnh. Từ ủú chỉ cần ủo tần số xung f sẽ tớnh ra ủược tần số quay n của trục ủo nhờ quan hệ (4.1):
p n f
f pn 60
60 ⇒ =
= (4.1) Trong ủú p là số xung trong một vũng quay
Với ủộ chớnh xỏc 0,2-0,5%, với tần số cảm nhận và biến ủổi rất lớn, ủõy rừ ràng là một phương phỏp ủo tốc ủộ quay hết sức ưu việt.
+ Cảm biến ủo tần số quay của toa quay
Do ủặc ủiểm kết cấu cụ thể, trờn mỏy cú 36 chiếc bu lụng bố trớ ủều trờn mõm quay toa, chỳng tụi ủó sử dụng sensor tiệm cận (sensor từ) ủể làm cảm biến ủo tần số quay của toa quay.
Vật ủớch phản xạ
ðiều chỉnh ủộ nhạy đèn chỉ thị hoạt
Hình dáng bề ngoài sensor 0 V (xanh)
ðiều khiển (trắng) Tớn hiệu ra (ủen) 12-24 VDC (nâu)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………44 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng (inductive proximity sensor) là loại cảm biến dựng ủể phỏt hiện sự cú mặt của một vật thể mà khụng cần tiếp xỳc trực tiếp với vật thể ủú. Cảm biến tiệm cận cú nhiều loại kớch cỡ, hỡnh dỏng khỏc nhau và ủược dựng vào nhiều mục ủớch khỏc nhau.
Loại cảm biến này gồm cú một cuộn dõy ủiện từ ủược sử dụng ủể nhận biết sự xuất hiện của một vật thể kim loại. Nú khụng thể phỏt hiện ủược một vật thể phi kim loại.
Cấu tạo và nguyờn lý hoạt ủộng của cảm biến tiệm cận loại cảm ứng như hình 4.2.
Cấu tạo gồm có 4 phần chính:
- Coil: cuộn dây cảm biến
- Oscillator: bộ tạo dao ủộng gồm một tụ ủiện và một cuộn dõy mắc song song - Trigger Circuit: mạch ghi nhận tín hiệu
- Output Circuit: Mạch ủiện ngừ ra
Hình 4.2. Cấu tạo của cảm biến tiệm cận
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………45 Nguyờn lý hoạt ủộng:
Khi một vật thể kim loại tiến vào vùng từ trường (sinh ra bởi mạch dao ủộng xuyờn qua cuộn dõy ủiện dưới bề mặt của cảm biến) (khoảng cỏch 0- 20cm), từ trường này lại giữ cho mạch dao ủộng tiếp tục hoạt ủộng. Khi một vật thể kim loại tiến vào vựng từ trường, một dũng ủiện xoỏy sinh ra trờn bề mặt vật thể kim loại. Dũng ủiện xoỏy này tạo nờn tải cho cảm biến, làm giảm biờn ủộ của vựng ủiện từ. Khi vật thể càng ủến gần cảm biến thỡ dũng ủiện xoỏy càng tăng lờn, làm tăng tải của mạch dao ủộng và hơn nữa làm giảm biờn ủộ của từ trường (do từ trở tăng lờn). ðến một trị số nào ủú sẽ khụng tăng nữa và bộ tạo dao ủộng sẽ khụng dao ủộng nữa, tớn hiệu này sẽ ủược ghi nhận (bởi mạch Trigger), xử lý và ủưa ra ngừ ra.
Khi vật thể ủi ra khỏi vựng cảm biến, biờn ủộ tần số của mạch dao ủộng tăng lờn ủến giỏ trị ủịnh trước thỡ mạch Trigger thay ủổi trạng thỏi ngừ ra của cảm biến về trạng thỏi ban ủầu của nú.
Hỡnh 4.3. Nguyờn lý hoạt ủộng của cảm biến tiệm cận
Với nguyờn lý ủú, một sensor tiệm cận ủó ủược sử dụng và ủược bố trớ trên xe như hình 4.4.
ðầu cảm biến ủược gắn cố ủịnh trờn sàn xe, khi mõm toa quay cỏc ủầu bu lụng sẽ lướt qua mặt sensor, tạo ra tin hiệu xung ủiện ỏp. Chỉ cần thu tớn hiệu ủú và ủếm tần số sẽ tớnh ủược tần số quay của mõm toa.
Vật chắn
Không có vật Có vật chắn Không có vật
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………46
Hỡnh 4.4. Sơ ủồ bố trớ cảm biến ủo tần số quay của mõm toa
+ Thiết kế tạo cảm biến ủo gúc quay của cần, tay gầu và gầu xỳc Cỏc cảm biến ủo chuyển vị thẳng của cỏc xi lanh thủy lực hoặc chuyển vị góc của các khâu như cần, tay gầu và gầu nếu phải mua thì giá thành rất cao và khụng chủ ủộng trong thớ nghiệm. Chớnh vỡ vậy chỳng tụi ủó tiến hành nghiờn cứu thiết kế, chế tạo 3 chiếc cảm biến ủo gúc khỏ ủơn giản mà hiệu quả.
Hỡnh 4.5. Sơ ủồ bố trớ cảm biến ủo gúc xoay giữa cỏc khõu
Biến trở
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………47 Cảm biến gồm một cơ cấu hành tinh cú một bỏnh răng cố ủịnh gắn vào một khõu, một cần dẫn mang bỏnh răng hành tinh ủược gắn vào khõu cũn lại thể hiện trên hình 4.5.
Khi cú chuyển ủộng quay tương ủối giữa hai khõu, cần dẫn chuyển ủộng, bỏnh răng hành tinh lăn trờn bỏnh răng cố ủịnh sẽ xoay một biến trở loại cuộn dõy nhiều vũng, làm thay ủổi ủiện ỏp trong mạch ủo. Cỏc cảm biến này ủều ủược hiệu chuẩn theo ủỳng qui trỡnh ủể xỏc ủịnh ủặc tớnh (Hỡnh 4.6). Tớn hiệu ủiện ỏp VDC tỷ lệ tuyến tớnh với gúc xoay sẽ ủược ghi lại và ủưa vào phần mềm ủo trong mỏy tớnh.
ơ Hỡnh 4.6. Kết quả hiệu chuẩn cỏc cảm biến ủo gúc
Cơ cấu thiết kế ủỏp ứng rất tốt yờu cầu ủo: ủảm bảo ủộ chớnh xỏc và cho phộp gắn trờn cỏc khõu cú ủộ rơ róo do hao mũn của cỏc bạc và chốt quay.
+ Thiết bị ủo tiờu thụ nhiờn liệu
Bộ phận ủo nhiờn liệu làm việc theo nguyờn lý ủo lưu lượng: nhiờn liệu ủược nộn tới cỏc xi lanh ủối ngược nhau, cỏc piston ủược liờn kết với một trục khuỷu. Sự quay của trục khuỷu ủược chuyển ủổi thành cỏc xung ủiện thụng qua một nam chõm và cảm biến Hall. Tớn hiệu này sau khi qua bộ chuyển ủổi xung số sẽ ủược ủưa ủến bộ gom dữ liệu và xử lý bằng phần mềm trờn mỏy vi tớnh. Tần số ủo của thiết bị là 1500 xung/cm3 với ủộ chớnh xỏc ±0,5% trong
Alfa
y = 96.375x - 316.55 R2 = 0.9995
0 10 20 30 40 50 60 70
0 1 2 3 4 5
Beta
y = 133.16x - 411.68 R2 = 0.9992
0 20 40 60 80 100 120
0 1 2 3 4 5
Teta
y = 132.39x - 405.07 R2 = 0.9991
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 1 2 3 4 5
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………48 dải ủo từ 0,5 ủến 60 l/h. Vị trớ lắp ủặt sensor DFL-1 trong hệ thống ủo ủược thể hiện trên hình 4.7.
Thiết bị ủo lưu lượng DFL-1 ủược lắp ở vị trớ trước bỡnh lọc thụ trong hệ thống nhiên liệu. Nhiên liệu từ thùng chứa qua sensor DFL-1 tới bình lọc thụ, bơm ủẩy, bầu lọc tinh, bơm cao ỏp rồi ủến vũi phun của ủộng cơ. Lượng nhiờn liệu thừa từ vũi phun sẽ ủược ủưa quay trở lại phớa sau sensor DFL-1, chớnh vỡ vậy mà chỳng ta sẽ ủo ủược toàn bộ lượng nhiờn liệu tiờu thụ trong thời gian thớ nghiệm mà khụng phải thờm một cụng ủoạn tiến hành ủo lượng nhiên liệu thừa.
Hỡnh 4.7. Sơ ủồ bố trớ thiết bị ủo tiờu thụ nhiờn liệu DFL-1