1 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày với phát triển khoa học, cơng nghệ Dụng cụ đo lường có bước tiến lớn chất lượng, kết cấu thuận tiện sử dụng Cụ thể độ xác phép đo, phương pháp đo, chế hiển thị kết đo, khả tích hợp với máy in, máy vi tính, khả thu phát khơng dây Thiết bị đo lường thường phân thành nhóm như: đo lường nhiệt, đo lường áp suất, đo lường lực mô men, đo lường độ cứng, đo lường độ dài, đo lường tiêu hóa lý, đo dung tích, đo khối lượng, đo xạ hạt nhân… Thiết bị đo mô men xoắn trục quay dựa nguyên lý mạch cầu wheatston, tín hiệu đầu từ cảm biến biến dạng kết nối với khuyếch đại 3B18 hãng Analog divices, vi xử lý Ardunio giảm đáng kể cơng việc tính tốn thiết kế khí, tăng độ xác thiết bị Kết đề tài sở để thiết kế chế tạo thiết bị đo mô men xoắn, ứng dụng strain gauge vào công tác đo biến dạng trục quay, lựa chọn khuyếch đại xử lý tín hiệu đo cho mạch cầu hai tay mạch cầu tay (Half- Bridge full-Bridge) Mục đích nghiên cứu đề tài Thiết kế chế tạo thiết bị đo mô men xoắn trục quay dải đo Nm500Nm Đối tượng nghiên cứu đề tài * Đối tượng nghiên cứu: - Các loại strain gauge -Thiết kế trục chịu xoắn túy - Nguyên lý mạch cầu wheatston - Kỹ thuật gắn strain gauge trục quay, kết nối ngõ strain gauge với khuyếch đại vi xử lý; Ý nghĩa khoa học đề tài * Ý nghĩa khoa học đề tài: -Xây dựng thử nghiệm công nghệ dán strain gauge bề mặt trục chịu xoắn nhôm Lựa chọn thử nghiệm thành công sử dụng strain gauge với khuyếch đại vi xử lý; Xác định môđul 3B18 khuyếch đại tín hiệu điện áp vơ bé từ strain gauge để hiển thị kết đo mô men xoắn * Ý nghĩa thực tiễn: - Kết đề tài dùng làm sở để thiết kế chế tạo thiết bị đo mô men xoắn trục quay - Sản phẩm đề làm dụng cụ đo mô men xoắn sử dụng thực hành, thí nghiệm trường Đại học kỹ thuật cơng nghiệp Thái Nguyên Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO MÔ MEN XOẮN TRÊN TRỤC QUAY Giới thiệu thiết bị đo mô men xoắn trục quay Thiết bị đo mô men xoắn sử dụng rộng rãi công nghiệp lắp ráp chế biến chế tạo, sửa chữa như: thiết bị cầm tay, thử động máy công cụ,… Đa số thiết bị đo mô men xoắn chủ yếu nhập từ nước: Mỹ (hãng Futex), Anh, Ấn Độ, Trung Quốc Các thiết bị sử dụng phương pháp đo biến dạng trục quay để tính mơ men xoắn Biến dạng trục quay xác định nhờ strain gauge dán trục hoạt động dựa theo nguyên lý cầu điện trở cân Wheatstone Gia công chế tạo thiết bị tương đối phức tạp địi hỏi độ xác cao Thiết bị đo mơ men xoắn hiệu có thị trường chia làm loại: Thiết bị đo mô men xoắn tĩnh thiết bị đo mô men xoắn động Mô men lực quay, mô men xoắn coi tĩnh khơng có gia tốc góc Ví dụ mơ-men xoắn sinh lị xo đồng hồ mô-men xoắn tĩnh Tuy nhiên việc xác định mô men tĩnh mô men động cịn phụ thuộc vào vị trí đo Ví dụ mơ-men xoắn sinh động xe ô tô có hai loại tĩnh động Nếu mơ-men xoắn đo trục khuỷu mô men động, có dao động lớn nhiêu liệu cháy xi lanh sinh lực tác dụng lực lên đầu piston làm trục khuỷu quay Nếu mơ-men xoắn đo ổ trục gần tĩnh qn tính quay bánh đà truyền dẫn làm giảm mức độ dao động Các thiết bị đo mô men xoắn ngày thường có cấu tạo gồm thành phần sau: - Trục xoắn có dán strain gauge mặt bích để lắp lên thiết bị cần đo; - Bộ khuyếch đại tín hiệu từ cảm biến - Bộ xử lý tín hiệu đo, hiển thị kết - Nguồn cấp điện; - Lớp vỏ bảo vệ 4 a) Một số thiết bị đo mơ men xoắn tĩnh: Hình 1: Cờ lê lực Tohnichi FHDS Hình 1.2: Tua vít lực STC (TOHNICHI) Hình 1.3: Dụng cụ đo mơ men để đo lực đóng, mở chai Ứng dụng: thường sử dụng cho ngành nghề dược phẩm, công nghệ sinh học, sản phẩm dành cho người tiêu dùng, đồ uống Hình 1.4 Trên hình thiết bị đo mô men xoắn loại ST2BT spin tork hãng Excel Air tool co.,INC Hoạt động theo nguyên lý biến áp quay Sử dụng cảm biến, truyền liệu bluetooth, thích hợp với kiểm tra mơ men xoắn đầu ra, độ xác ±1%, sử dụng pin để cấp điện cho cấu (10 h chạy/2h xạc) Giá tham khảo: Với loại Hình 1.5: Ứng dụng thiết bị đo mơ men xoắn loại ST2-BT spin tork lắp ráp b) Thiết bị đo mô men xoắn động ST10N2 2904 USD 5 Hình 1.6b: Ứng dụng cảm biến mơ men xoắn việc kiểm tra động Hình 1.6a: Cảm biến mô men xoắn kiểu 4503 A hãng Kitsler Hình 1.6c: Cấu tạo cảm biến mơ men xoắn kiểu 4503 A hãng Kitsler Hình 6d: Sơ đồ nguyên lý hoạt động cảm biến mô men xoắn Cảm biến mô men xoắn kiểu 4503 A hãng Kitsler sản xuất hoạt động dựa nguyên lý biến áp quay Thường dùng việc giám sát kiểm tra động điện Nguyên lý đo mô men xoắn trục quay Dùng strain gauge tích hợp với hệ thống chuyển đổi, lưu trữ liệu hiển thị gắn trục quay: Các strain gauge gắn trục quay khác nguồn ni điện áp cho mạch cầu nhận tín hiệu điện áp từ mạnh cầu thông quay khuyếch đại Sau tín hiệu điện áp sau khuyếch đãi truyền đến xử lý truyền đến hình hiển thị lưu trữ liệu Tồn thiết bị gắn trục quay Ưu điểm: dễ dàng hiệu chỉnh, cấu khơng có phận chuyển động, nhiễu động đảm bảo độ xác thiết bị Nhược điểm: Cần có lớp bảo vệ thiết bị điện tử, thường xuyên phải nạp pin phải cấp nguồn điện áp nuôi hiển thị lưu trữ liệu Phương án dùng strain gauge tích hợp với hệ thống chuyển đổi lưu trữ liệu gắn trục quay phù hợp với thực tiễn Công tác thiết kế, chế tạo trục xoắn thực xưởng khí khơng u cầu máy chun dùng, thiết bị khuyếch đại, xử lý lưu trữ liệu lựa chọn loại thích hợp bán rộng rãi thị trường STRAIN GAUGE BRIDGE BỘ KHUYẾCH ĐẠI BỘ XỬ LÝ LƯU TRỮ DỮ LIỆU Hình 1.12: Sơ đồ khối hệ thống đo mơ men xoắn dùng dùng strain gauge tích hợp với hệ thống chuyển đổi lưu trữ liệu hiển thị gắn trục quay b) Cấu tạo thiết bị Hình 1.13 Hình vẽ cấu tạo thiết bị đo mơ men xoắn dùng strain gauge tích hợp với hệ thống chuyển đổi , lưu trữ liệu hiển thị gắn trục quay Chú giải: 1: Trục chịu xoắn gắn liền mặt bích; 2: Bộ chuyển đổi lữu trữ liệu; 3: Strain gauge bridge; 4: Nguồn xử lý ARDUINO c) Phương án lắp đặt đo mô men xoắn Để đo mô men xoắn trục nối với với cấu truyền mơ men xoắn cấu hãm nhờ mặt bích đầu Dưới tác dụng mômen xoắn truyền từ trục động đến hộp giảm tốc qua trục xoắn đến cấu hãm làm trục đo biến dạng Sự biến dạng tỷ lệ với mô men Như vây việc xác định biến dạng trục đo xác định mơmen cấu 8 CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤC QUAY I Phân tích u cầu tốn: Mục đích đề tài - Thiết kế thiết bị đo mômen xoắn trục quay; Chế tạo thiết bị thử nghiệm Nghiên cứu, lựa chọn khuyếch đại, lưu trữ liệu hiển thị; Tiến hành thí nghiệm để phân tích, đánh giá khả làm việc thiết bị động vận hành ổn định độ xác thiết bị Lựa chọn kiểu trục quay Hình dáng, kết cấu số trục quay thường gặp thiết kế, chế tạo thiết bị đo mô men xoắn theo phương pháp biến dạng tiếp xúc: a Trụ tròn đặc b Trụ tròn rỗng c Trụ trịn rỗng có vách lõm Hình 2.1: Hình vẽ kết cấu số trục quay thường gặp Để có đủ diện tích dán strain gauge lên trục ta cần đường kính ngồi trục đủ lớn nhằm tạo thuận lợi cho trình chế tạo cảm biến Trục trụ đặc đường kính nhỏ khơng đáp ứng u cầu đặt Trụ trịn rỗng có vách lõm tạo thuận lợi cho trình dán strain gauge lên trục mức độ biến dạng bán kính khơng Do tác giả lựa chọn dạng trục rỗng có mặt cắt hình vành khăn, kiểu thiết kế hình b với ưu điểm là: dễ chế tạo gia công; chịu xoắn tốt, kích thước trục đủ lớn để thuận tiện cho việc dán strain gauge lên trục Nhược điểm: đo giá trị mô men xoắn thấp, độ nhạy xoắn Tuy nhiên dải đo thiết bị nghiên cứu lớn từ Nm đến 500Nm nên chấp nhận 10 Phân tích tốn Sau lựa chọn hình dáng trục chịu xoắn ta có tốn sau: Giả sử ta có trục trịn có mặt cắt hình vành khăn chịu xoắn túy với mô men xoắn M, đường kính ngồi D, đường kính d, chiều dài trục l hình vẽ 14 Khi dán strain gauge theo phương 45 o so với đường sinh trục chịu xoắn theo nguyên lý mạch cầu Wheatston Dưới tác dụng mô men xoắn trục biến dạng bị kéo nén theo phương xiên góc 45 o so với đường sinh Do ứng lực biến dạng có quan hệ với từ xác định ứng lực đo biến dạng gây Hình2.2: Mơ hình tốn Ở trạng thái ứng suất điểm trục tròn chịu xoắn trạng thái trượt tuý với σ1=-σ3= τ Áp dụng định luật Húc biến dạng dài u = 1 ì ( ) = ì ( + ) E E 11 u= 1+ E ì = 2G ta có G= E 2(1 + µ ) (1) Dưới tác dụng Mz, trục chịu biến dạng xoắn mặt cắt ngang có thành phần ứng suất tiếp tác dụng Khi vịng trịn Mo có tâm trùng gốc tọa độ Các phương xiên góc 45o so với ứng suất tiếp Do đo strain gauge dán trục chị biến dạng dài Như ta có: εu= ∆L L (2) Cân 2, thay │τ│= Lτ G= 2.∆L = ∆M wp = 16∆M πD (1 − α ) ta có L.∆M ∆LπD (1 − α ) Kiểm nghiệm điều kiện bền trục: Max │τ│≤[τ] hay ∆M wp ≤[τ]; với Wp= ΠD 16 (1-α4); 16∆M πD (1 − α ) 16∆M [τ ]π (1 − α ) [τ] - ứng suất tiếp cho phép, xác định theo cách [τ]= τ0 n ,τ0− ứng suất giới hạn vật liệu, n- hệ số an toàn; [σ ] [τ]= , dựa vào thuyết bền ứng suất tiếp lớn [σ ] [τ]= ,nếu dựa vào thuyết bền biến đổi hình dáng ≤[τ] D≥ 12 CHƯƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO MÔ MEN XOẮN I Thiết kế trục chịu xoắn (trục quay) Chức năng: - Truyền mô men xoắn từ trục dẫn tới cấu chấp hành - Làm giá đỡ để lắp thiết bị điện tử như: khuyếch đại, xử lý , nguồn hiển thị, - Trục phải đảm bảo điều kiện bền chịu xoắn với mơ men có giá trị Mmax=500Nm Tính tốn thiết kế trục Để đảm bảo điều kiện bền chức trục, em chọn vật liệu gia công trục nhôm, sau rèn đạt σb=9000N/cm2 13 Hình 3.1: Bản vẽ hình dạng ký hiệu kích thước trục quay - Tính đường kính trục D0 d1 + Ứng suất tiếp tròn Max │τ│≤[τ] hay M wp ≤[τ]; với Wp= ΠD0 16 (1-α ); 16M πD0 − α ( ) ≤[τ] D0≥ 16M [τ ]π (1 − α ) [σ ] Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn [τ]= , [τ] = 4.500N/cm2 [τ] - ứng suất tiếp cho phép vật liệu chọn 4.500N/cm2 D0≥ α= d D 16 × 50.000 9000 × 3,14159× (1 − 0,555 ) =4,07cm; chọn D0=4,32cm, d1=2,4cm; Tính =0,555 - Tính mô men xoắn lớn D0=4,32cm Từ biểu thức Mmax=max│τ│×Wp=[τ]× Π D0 16 (1-α4)= 9000× 0,5554)= 644,49 Nm - Tính đường kính bu lơng d1 đường kính D2 : 3,14159 × 4,323 16 ×(1- 14 Hình 3.2: Hình biểu diễn lực tác dụng lên mặt bích trục quay Giả sử chiều mơ men hình vẽ: Theo nguyên lý cộng tác dụng: F1=F2=F3=F4=F Ta có Mmax= D2 × Fmax × ; Vậy Fmax= × M max D2 × = × 644,52 0,12 × =2.865,39 N Tính điều kiện bền để thân bu lơng khơng bị cắt; Fmax= ∏ ×d1 ×[τ]; với [τ]=4500 N/cm2 × Fmax = 4500 * 3,14159 × 2865 ,39 4500 * 3,14159 d1≥ =0,435cm; Vậy chọn d1= cm Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật trục xoắn với α= TT Thông số d D =0,555 Ký hiệu Đơn vị Giá trị Vật liệu chế tạo: Nhôm hợp kim 2014A Ứng suất tiếp cho phép [τ] [τ] N/cm Mô men xoắn danh nghĩa M Nm 500 Mô men xoắn lớn (quá tải) Mmax Nm 644,49 4500 15 Điều kiện bền trục D0≥ mm 40,7 Đường kính ngồi trục làm việc D0 mm 43,2 Đường kính trục làm việc d mm 24 Chiều dài lớn L2 mm 206 Đường kính mặt bích D3 mm 173 10 Đường kính phân bố lỗ khoan bu lông D2 mm 120 11 Điều kiện bền thân bu lông d1≥ mm 0,435 12 Đường kính lỗ bu lơng chọn d1 mm 10 13 Số lỗ bu lông n Lỗ 16 3) Bản vẽ thiết kế trục quay Từ bảng thông số kỹ thuật trục quay trên, ta có thiết kế chi tiết trục quay sau: Hình 3.3 Bản vẽ thiết kế chi tiết trục quay Vật liệu chế tạo: nhơm mác 2014A, có thành phần hóa học sau: Mác Si Fe 2014 0,5-0,9 0,5 Cu Mn Mg Cr 3,9-5 0,4-1,2 0,2-0,8 0,1 Zn Ti 0,25 0,15 Phôi chế tạo phương pháp rèn II Lựa chọn strain gauge Thơng số strain gauge lựa chọn sau: - Công ty sản xuất: SHOWA MEASURING INSTRUMENTS CO.,LTDJAPAN - Kiểu: Z23-FA-2-350-11 - Chiều dài căng: 2mm; - Mức thay đổi điện trở: 350 ±0,3%; - Gauge factor: 2,06±0,2%; 17 - Thermal output: ±0,2µε; III Ứng dụng mạch cầu Wheatstone việc biến đổi ∆R strain gauge thành điện áp Cầu Wheatstone mạch điện sử dụng để đo điện trở chưa biết cách cân hai nhánh mạch cầu, có nhánh chứa thành phần chưa biết Hoạt động tương tự cầu phân Nó phát minh Samuel Hunter Christie vào năm 1833 cải tiến phổ biến Charles Wheatstone vào năm 1843 Một mục đích sử dụng ban đầu cầu Wheatstone dùng vào việc phân tích so sánh (Ekelof, 2001) Hình 3.6: Mạch cầu Wheatstone Hình 3.7: Quarter-Bridge Một cách tổng quát, cầu Wheatstone có dạng Hình 3.6 thành phần trở kháng R1, R2, R3, R4 điện trở Cầu kích nguồn điện áp VEX, ngõ VO điện chênh lệch hai nút a b Điện VO tính V0=( R3 R4 − ).Ve R2 + R3 R1 + R4 Thông thường thiết kế người ta chọn giá trị điện trở sai cho trạng thái cân R1=R2; R3=R4 R1=R2=R3=R4; Trong mạch cảm biến, cầu Wheatstone sử dụng cách thay điện trở R1, R2, R3, R4 Hình 3.6 strain gauge, tùy trường hợp mà số strain gauge mắc vào cầu 1, 2, 18 IV Lựa chọn khuyếch đại, xử lý, nguồn hình hiển thị Lựa chọn khuyếch đại Tìm kiếm thị trường có khuyếch đại 3B18 đáp ứng yêu cầu - Điện áp nguồn đặt cho cảm biến đặt trước 10V, thay đổi điện trở REXT từ 300Ω đến 1KΩ Điện áp Vo tính theo biểu thực sau: VO=G.VIN Trong đó: VO điện áp ra; VIN điện áp vào mạch G Hệ số khuyếch đại Lựa chọn hệ thống xử lý liệu a) Chức vi xử lý: thu thập xử lý thông tin từ cảm biến truyền tín hiệu đến hình Chuyển đổi liệu từ dạng tương tự sang dạng số b) Cấu tạo vi xử lý andunio -Bảng mạch Anduino có 14 cổng in/out (đánh số 0-13) Đây chân cắm Arduino có chức input output, tạo nên cốt lõi thiết bị - Có chân kỹ thuật số, đánh dấu dấu ~ để thực xung - Chân 13 đặc biệt có LED ghép vào Việc giúp cho việc thử nghiệm Chúng ta thể sử dụng LED có sẵn, cách xuất chân 13 chân khác Ở phần bên phải có cổng analog chân input Chúng giúp đọc giá trị cảm biến analog Ở bên trái cổng analog tương tự cổng nguồn, cần nguồn 3,3 vol vol - Cuối cùng, công tắc chuyển dùng để reset Arduino giúp khởi động lại chương trình nhớ - Arduino có khoảng nhớ, chương trình lớn, compiler báo lỗi 19 Kết nối: Arduino thiết bị phần cứng hoạt động độc lập (như robot), kết nối với máy tính, thiết bị Arduino khác, thiết bị điện tử khác Màn hình hiển thị a) Chức - Hiển thị kết quả đo, b) Cầu tạo Đề tài chọn phương án mắc LED đoạn sáng Anốt chung để hiển thị kết đo Nguồn cấp điện áp Cấp điện áp cho mạch cầu, khuyếch đại, xử lý hình hiển thị Tạo nguồn đối xứng ± 15V cấp nguồn nuôi cho khuyếch đại; tạo nguồn 5V nuôi xử lý V Tiến hành dán strain gauge Chuẩn bị vật tư, dụng cụ a) Vật tư cần dùng - Trục chịu xoắn: trục mẫu gia công theo vẽ thiết kế, Số lượng 01 trục - Băng dính loại Scotch Số lượng: 02 cuộn, - Keo dán loại Extra 4000 Số lượng: 02 tuyp, - Strain gauge kiểu: Z23-FA-2-350-11 hãng sản xuất: SHOWA MEASURING INSTRUMENTS CO.,LTD-JAPAN Số lượng : 02 - Giấy ráp mịn: 02 tờ - Dung môi làm chuyên dụng, cồn 700 - Dây dẫn tín hiệu chống nhiễu: số lượng 50cm - Cầu dẫn điện chân: Số lượng 01 cầu - Bộ khuyếch đại 3B18, xử lý ardunio, nguồn cấp điện, hình hiển thị 20 - Bộ hiển thị: loại Daytronic 3570, b) Thiết bị phục vụ thí nghiệm: - Máy công cụ gồm: Máy tiện, máy mài, máy khoan, máy phay - Các dụng cụ cầm tay: Máy mài, máy cắt, máy đánh bóng - Mỏ hàn, dây hàn, đồng hồ đo Amprobe AM-570 Các bước tiến hành dán strain gauge - Bước 1: Làm bề mặt trục quay giấy ráp dung môi - Bước 2: Lấy dầu vị trí dán trục quay dán Strain gauge lên trục quay theo dấu vạch sẵn: Quá trình lấy dấu thực máy tiện để đảm bảo độ xác Sau làm bể mặt thân trục strain gauge lần Sau làm bề mặt thân trục strain gauge phủ lớp keo dính Các strain gauge sau dán lên thân trục - Bước 3: Hàn nối tạo mạch cầu: Sau keo khơ, bóc lớp băng dính bên ngồi, dùng dung môi nhẹ nhang tẩy rửa bề mặt strain gauge Dùng mỏ hàn dây dẫn hàn nối tạo dây cấp nguồn vào dây nhận tín hiệu đầu cho mạch cầu theo sơ đồ nguyên lý dây - Bước 4: Kết nối đầu dây tín hiệu điện áp kích thích mạch cầu với mạch khuyếch đại 3B18 xử lý, nguồn nuôi hình hiển thị - Bước Gá đặt thiết bị điện tử lên trục quay - Bước 6: Phủ slicon A900 nên bề mặt bị điện tử: Bề mặt dán strain gauge mạch điện trở thiết bị phủ lớp silicon A 900 bảo vệ straingauge, mạch điện trở hệ thống dây điện từ khỏi tác động độ ẩm môi trường - Bước Thí nghiệm khảo sát giá trị điện áp hiển thị đặt giá trị mô men biết - Bước Gá đặt trục quay lên truyền động tạo mô men xoắn 21 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BẰNG THỰC NGHIỆM I Thiết kế sơ đồ thí nghiệm Mục đích: - Xác định giá điện áp đầu thông qua mô men xoắn tác dụng lên phần từ biến dạng Đưa mối quan hệ chúng Mơ hình thí nghiệm Tạo mơ men xoắn cho thiết bị đo Đo điện áp đầu Quan hệ mơ men xoắn điện áp Thiết bị thí nghiệm Thực Trung tâm sáng tạo sản phẩm, trường Đại học KT công nghiệp - Thiết bị tạo mô men xoắn cấu hãm; - Bộ hiển thị daytronic 3570 22 Hình 4.1 Hình ảnh lắp đặt thiết bị đo mô men xoắn truc quay lên truyền động tạo mô men xoắn II Kết thí nghiệm Thí nghiệm khảo sát giá trị điện áp hiển thị đặt tải trọng biết Lần lượt áp tải mômen xoắn từ 0Nm đến 500Nm ta có bảng giá trị sau: Bảng giá trị điện áp hiển thị (điện áp sau khuyếch đại) hình (Vo) Giá trị mơ Thứ tự men xoắn M (Nm) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Điện áp sau khuyếch đại - giá Thứ trị hiển thị (Vo) tự (V) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 0,0278 0,0519 0,0742 0,1016 0,1270 0,1524 0,1778 0,2032 0,2286 0,2541 0,2795 0,2975 0,3222 0,3469 0,3715 0,4065 0,4319 0,4573 0,4702 0,4949 0,5196 0,5442 0,5843 0,6097 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 Giá trị mô Điện áp sau khuyếch men xoắn M đại - giá trị hiển thị (Nm) (Vo) (V) 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 0,6352 0,6606 0,6859 0,7114 0,7368 0,7622 0,7663 0,7909 0,8156 0,8638 0,8892 0,9146 0,9400 0,9654 0,9636 0,9883 1,0417 1,0671 1,0925 1,1179 1,1433 1,1687 1,1941 1,2195 1,2103 1,2350 23 Qua đồ thị ta thấy đường biểu diễn quan hệ điện áp mơ men đường tuyến tính Vo Từ ta suy phương trình biểu diễn quan hệ M-V sau: VO=0,00254M (V) Hoặc M= 0,00254 (Nm) Thí nghiệm đo mơ men xoắn trục quay Gá đặt thiết bị đo lên trục truyền dẫn, cho trục xoắn chuyển động với tốc độ 92 vòng/phút, ta đo giá trị điện áp mô men sau: Bảng Bảng giá trị hiển thị điện áp Vo giá trị mô men tương ứng Lầ n đo 10 11 Giá trị mô Giá trị hiển thị Điện áp Giá trị mô Điện áp hiển thị V0 men (Nm) Lần thí nghiệm hiển thị V0 men (Nm) Lần thí nghiệm hiển thị V0 men (Nm) Lần thí nghiệm Điện áp 0,0029 0,0879 0,1759 0,2791 0,4110 0,4750 0,5819 0,6800 0,7781 0,8762 0,9743 1,1410 34,697 69,230 109,85 161,77 186,96 229,04 267,65 306,25 345,86 385,47 0,0175 0,0879 0,1730 0,2521 0,3140 0,4017 0,4755 0,5521 0,6286 0,7051 0,7816 7,8878 34,397 68,090 99,220 123,59 158,11 187,17 217,29 247,41 276,53 305,65 0,0850 0,2199 0,3277 0,4245 0,5170 0,5880 0,7107 0,8107 0,9108 1,0109 1,1110 Giá trị mô 31,455 86,550 128,98 167,08 203,49 231,43 279,71 319,10 358,50 398,89 433,28 Kết giá trị đo mo men xoắn biểu diễn dạng đồ thị sau: 24 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn kết quả đo mô men hiển thị qua giá trị điện áp V0 Đánh giá kết nhận xét Đã xác định giá trị điện áp đầu có mơ men xoắn tác dụng Xây dựng phương trình mối quan hệ điện áp mô men - Nghiên cứu lựa chọn khuyếch đại 3B18, xử lý Ardunio giảm bớt phức tạp tính tốn thiết kế phần cứng Kết thí nghiệm cho thấy thiết bị sau chế tạo đáp ứng u cầu đặt cho tốn xử lý tín hiệu strain gauge ứng dụng việc đo mô men xoắn Kết luận hướng nghiên cứu - Kết luận: + Tác giả bước đầu nghiên cứu, chế tạo thành công thiết bị đo mô men xoắn trục quay Tuy nhiên điều kiện nghiên cứu chế tạo nước tài liệu, hệ thống phịng thí nghiệm vấn đề tài cịn khó khăn thiếu thốn nên độ xác, độ tin cậy tín hiệu thiết bị chưa cao + Thiết kế, chế tạo mạch đo lường strain gauge, nguồn, khuyếch đại, xử lý kết nối thành cơng hình hiển thị - Hướng nghiên cứu tiếp theo: 25 + Hoàn thiện hệ thống đo mô men xoắn trục quay với phối hợp chuyên gia điện tử để nâng cao độ xác thiết bị + Nghiên cứu vấn đề ứng suất mỏi cảm biến, tính ổn định hệ thống, ảnh hưởng nhiệt độ đến độ xác thiết bị 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chỉ Sáng (2006) “Sổ tay thiết kế khí” NXB Khoa học kỹ thuật; [2] Devdas Shetty Richaro A.Kolk 2001: “Mechatronics system design” University of Hartford West Hartford, Connecticut [3] Lê Quang Minh Nguyễn Văn Vượng (2004), Sức bền vật liệu tâp1, tập NXB Giáo dục [4] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2003), Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] Trần Văn Địch (2004), Gia công tinh bề mặt chi tiết máy, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [7] Dương Minh Trí (2007), Cảm biến ứng dụng, NXB trẻ [8].Ngô Diên Tập (2004), Vi xử lý Đo Lường Điều Khiển, Nhà xuất bản, Khoa học Kỹ thuật [9].Devdas Shetty Richaro A.Kolk, Mechatronics System Design [10] Introduction to Mechantronics and Measurement Systems David G Alciatore Michael B Histand Colorado State University 2005 [11] Lebow products Honeywell – Full line catalof 15th editon, 2006 [12] Beaupre GS, Hayes WC, Jofe MH, White AAd, Monitoring fracture site properties with external fixation [13]B urny FL(1979, 371-382), Strain-gauge measurement of fracture healing In External fixation – The current state of the art (Edited by: al Be) Baltimore: Williams and Wilkins 1979, 371-382 14] Võ Minh Trí, Mạch khuyếch đại Strain gauge dùng vi mạch chuyên dụng 1B31AN, Tạp chí khoa học Trường đại học Cần Thơ Số 31/2014