- Máy khuấy từ gia nhiệt Van điều chỉnh
T tr ng ngoài
4.6.2 Thiết kế và chết ạo
Để thực hiện được các yêu cầu nêu trên, hệ thống quét cần có một bộ phận chuyển động, là một thanh trượt đặc biệt, có thể dịch chuyển trên hệ giá đỡ (giá lưu chuyển) với dung sai cơ khi theo trục thẳng đứng cỡ 0,02 mm. Để thanh trượt có thể dịch chuyển qua lại với một tần số xác định có thể điều chỉnh được, một actuator (bộ lái) cần được thiết kế phù hợp và tích hợp với thanh trượt. Qua quá trình nghiên cứu, actuator được chọn là loại sử dụng từ lực để lái thanh trượt với lõi lái là một cuộn dây dạng dẹt đặt ở tâm hệ nam châm vĩnh cửu mạnh sắp xếp đối cực nhau. Từ trường sinh ra trong cuộn dây nhờ có dòng điện chạy trong nó và với độ lớn và chiều có thể điều chỉnh được. Từ lực bao gồm lực hút và lực đẩy phát sinh khi có sự xuất hiện của từ trường của cuộn dây, tức là khi có dòng điện chạy trong cuộn dây. Tương ứng với 1 chiều dòng điện nào đó, cuộn dây sẽ bị kéo/đẩy về một phía và khi đảo chiều dòng điện, cuộn dây sẽ dịch chuyển về phía ngược lại. Độ lớn, chiều và mức độ biến đổi của từ lực phụ thuộc vào mức độ tăng giảm của dòng điện đưa vào cuộn dây, và do đó phụ thuộc vào dạng sóng của tín hiệu điện thế đặt trên hai đầu cuộn. Tần số của tín hiệu điện thế này chính là tần số dịch chuyển của cuộn dây. Khi gắn chặt cuộn dây với thanh trượt thì thanh trượt sẽ được lái/dịch chuyển với biên độ và tần số có thể điều chỉnh được.
Về đặc điểm thiết kế, thanh trượt cần phải là một thanh dạng dài, đặt xuyên qua tâm hệ thống tạo từ trường, trục của thanh đặt đồng trục với cặp
137
cuộn Helmholtz, trên thanh có giá giữ mẫu đo. Để không gây méo dạng từ trường của hệ thống từ trường, đồng thời không tạo ra hiệu ứng phụ (như dòng xoáy cảm ứng phát sinh trong quá trình dịch chuyển qua lại) làm ảnh hưởng tới phép đo từ của mẫu hạt nano, vật liệu dùng để chế tạo thanh trượt cần phải là vật liệu phi từ và phi kim.
Ngoài ra, quá trình dịch chuyển của thanh trượt cần đạt yêu cầu lặp lại hoàn toàn nhằm đảm bảo tính đồng bộ của quá trình lấy tín hiệu đo. Để thực hiện được điều này, một giá tạo lực hồi phục được sử dụng để đảm bảo điểm cân bằng của thanh trượt không bị xê dịch theo thời gian. Giá lực hồi phục trong nghiên cứu này là một lò xo đàn hồi có độ cứng phù hợp, một đầu cố định và đầu kia gắn lên thanh trượt. Trong giới hạn đàn hồi của lò xo thì sau một chu kỳ dịch chuyển (dãn, nén) lò xo luôn trở về trạng thái cân bằng ban đầu, vì vậy khi lò xo gắn với thanh trượt thì điểm “0” của biên độ dịch chuyển được duy trì. Hình 4.36 trình bày mô hình hệ thống quét tín hiệu đã thiết kế và chế tạo.
Hình 4.36. Hệ thống quét tín hiệu
Hình 4.37 (trên trang tiếp theo) trình bày thiết kế hoàn chỉnh toàn bộ hệ thống quét và đo đạc trong nghiên cứu này. Có thể liệt kê các thành phần trong hệ thống này bao gồm:
Actuator Thanh trượt Giá lực hồi phục Giá lưu chuyển Giá mẫu đo
138
- Thanh trượt, có chức năng gắn mẫu và dịch chuyển qua lại ở một tần số nhất định nằm trong khoảng 0,5 đến 3,0 Hz. Vật liệu sử dụng để chế tạo thanh trượt là epoxy, không ảnh hưởng tới phân bố từ trường của hệ các nam châm.
- Actuator, dùng để điều khiển/lái dao động của thanh trượt theo tần số thiết lập và có thể điều chỉnh biên độ dao động trong vùng biên độ cực đại ± 10 mm. Khoảng cách từ actuator tới tâm hệ đo được thiết kế tối ưu nhằm loại trừ ảnh hưởng của từ trường actuator lên phép đo. - Giá lưu chuyển, giữ ổn định thanh trượt và đảm bảo thanh trượt dịch chuyển trong dung sai cơ học theo phương thẳng đứng < 0,05 mm. - Hệ nam châm điện đã thiết kế và chế tạo để tạo ra từ trường hiệu dịch cho sensor hoạt động.
- Hệ 2 nam châm vĩnh cửu tạo từ trường từ hóa cho mẫu đo. - Yoke, khối vật liệu dẫn từ cho hệ 2 nam châm vĩnh cửu.
- Giá lực hồi phục, làm từ vật liệu phi từ có chức năng tạo ra lực hồi phục để duy trì điểm cân bằng trong dịch chuyển thanh trượt.
139
Hình 4.37. Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống
Sản phẩm hoàn thành theo thiết kế được trình bày trên Hình 4.38. Chi tiết thiết kế của một số bộ phận có bộ chính xác cao của hệ thống đo trên được trình bày ở phần Phụ lục (các trang AutoCAD layout).
Hình 4.38. Hình ảnh sản phẩm thực tế Actuator Thanh trượt Nam châm điện Giá lực hồi phục Yoke Sensor Giá lưu chuyển Đế
140