Đo lực, momen, khối lượng

Trường ĐH Bách Khoa HCM

Dung Sai – Kỹ Thuật Đo BK Spirit

Nhóm BK Spirit

Slide 1


ĐO LỰC – MÔMENKHỐI LƢỢNG

CHƢƠNG 4

Slide 2BK SpiritDung Sai – Kỹ Thuật Đo


Slide 3BK Spirit

Chƣơng 4

I. Đo Lực

II. Đo Mômen

III. Đo Khối Lƣợng

Dung Sai – Kỹ Thuật Đo


Lực là một đại lượngvecto, đặc trưng cho tácdụng tương hỗ giữa cácvật thể, làm cho các vậtthể biến dạng hay vậnđộng.

I. Đo Lực

Slide 4BK Spirit

a. Khái Niệm:



Khối lƣợng là số lượng vật chất và ngườita có thể định nghĩa lực là lực hấp dẫn giữacác khối lượng.

Trọng lƣợng của một vật là lực hút trái đấttác dụng lên vật đó

I. Đo Lực



I. Đo Lực



Lực - Theo định lực II Newton: F = k.m.a

Trong đó: F – Lực (N) tác dụng vào vật có khối

lượng m (kg)a – Gia tốc (m/s2)k – Hệ số phụ thuộc vào đơn vị dùng

I. Đo Lực

Slide 7BK Spirit

b. Đơn vị:



Trọng Lực - Công thức: P = k.m.g

Trong đó: m – Khối lượng của vật đó (kg)a – Gia tốc trọng trường nơi đặt vật (m/s2)k – Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào đơn vị dùng

I. Đo Lực

Slide 8BK Spirit

b. Đơn vị:



Nguyên tắc chung: một đại lượng có số đo A1

khi dùng đơn vị đo a1. Vấn đề đặt ra là tì số đo

A2 khi dùng đơn vị đo a2 khác a1.

Số đo tỉ lệ nghịch với cỡ của đơn vị đo, ta có:

I. Đo Lực

Slide 9BK Spirit

b. Chuyển đổi giữa các đơn vị đo lực:

2 1 12 1 1

2 21

. .A a a

A A k Aa aA



I. Đo Lực



I. Đo Lực

Slide 12BK Spirit

a. Theo chức năng sử dụng

Lực kế đo lực nén

Lực kế đo lực kéo

Lực kế đo lực nén và kéo


c. Phân loại dụng cụ:


I. Đo Lực



Lực kế đo lực nén


I. Đo Lực



Lực kế đo lực kéo


I. Đo Lực



Lực kế đo lực nén và kéo


I. Đo Lực

Slide 16BK Spirit


b. Theo nguyên lý đo

Lực kế cơ học

Lực kế quang học

Lực kế thủy lực

Lực kế điện tử



I. Đo Lực

Slide 17BK Spirit



Lực kế cơ học


I. Đo Lực

Slide 18BK Spirit





I. Đo Lực

Slide 19BK Spirit



Lực kế thủy lực


I. Đo Lực

Slide 20BK Spirit



Lực kế điện tử 1 2

Video tu lieu\? Top 40 Grip Tests

Video tu lieu\? Electronic Hand Dynamometer Grip Strength Meter.MP4


I. Đo Lực


Theo cấp chính xác:

Các dụng cụ đo được quy định theo cấp

chính xác. Ví dụ: ở Cộng hòa dân chủ Đức

người ta dùng cấp chính xác: 0,01 ; 0,02 ;

0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,5 và 1



I. Đo Lực

Slide 22BK Spirit

d. Các dụng cụ đo thông dụng:


Lực kế cơ

- Định nghĩa: Là những lực kế có bộ phận chỉ thị

độ biến dạng làm việc theo nguyên lý cơ học

- Ƣu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ thao tác, ổn định

theo thời gian


I. Đo Lực


Lực kế đồng hồ so

+ Phần tử đàn hồi:

Nhìu hình dạng khác nhau:

lò xo xoắn, hình tròn, hình

ô van, hình nửa tròn…


I. Đo Lực


+ Đồng hồ so:

Gồm nhìu loại, biểu thị trực tiếp hay thông qua

cơ cấu chuyển đổi phóng đại cơ học, các yếu tố

quyết định chất lượng:

- Chất lượng của phần tử đàn hồi

- Khả năng làm việc của đồng hồ so

- Sử ổn định các chi tiết, đam bảo ổn định tỷ số

truyền dộ biến dạng của phần tử đàn hồi lên

đồng hồ so

Lực kế đồng hồ so


I. Đo Lực



I. Đo Lực


Độ nhạy của cân là:

1 2

Sw w w

Phương trình cân bằng của đòn: 1 B 2 B B G

1 2

(L d ) w (L d ) w d

( )B B G

w

L

w w w d w d

Nếu w1 w2 thì S thành:2

B G B

LS

w w d wd


I. Đo Lực


Nếu dB =0 thì

Ví dụ: wB = 50g, L = 21,2cm, w=1000g, dG=0,3cm, dB=0,01cm, =

Ta có:

S=

B G

LS

w d

4

21, 20, 606

2 2(1000)(0, 01) 50.0, 3B B G

Lrad

w wd w d

0, 250, 00072

180.0, 606w g

S


I. Đo Lực


Khi trọng lượng lớn, dung loại cân như trên ko phù hợp, ta dung loại cân nhiều đòn


I. Đo Lực



Là những lực kế mà biến dạng

của phần tử đàn hồi được đo

bằng thiết bị quang học, loãi này

khắc phục được nhược điểm của

các cơ cấu cơ học như sai lệch tỷ

số truyền, ma sát khớp quay, sai

số của bộ chỉ thị


I. Đo Lực


Lực kế thủy lực – khí nén


I. Đo Lực

Slide 31BK Spirit

d. Các dụng cụ đo thông dụng:


Lực kế điện

• Lực kế điện là những lực kế mà sự thay đổi của

lực hay sự biến dạng hoặc dịch chuyển sinh ra

bởi lực tác dụng được chuyển thành tín hiệu

điện


I. Đo Lực


o Phân loại:

Lực kế điện trở

Lực kế điện cảm

Ngoài ra còn có lực kế điện dung, lực

kế áp điện,


I. Đo Lực


Lực kế điện trở ( load cell)

Gồm nhiều dạng: dạng thanh, dầm, vòng, trượt,…


I. Đo Lực


Lực kế điện trở ( load cell)


I. Đo Lực : (Lực kế điện trở dạng thanh)


Cấu tạo khá đơn giản: gồm

có 4 cảm biến điện trở

(strain gauge) được dán vào

phần tử đàn hồi theo hai

hướng trục (2 cảm biến) và

vuông góc với trục (2 cảm

biến), và 4 cảm biến này

được nối với nhau theo

mạch cầu wheatstone



• A – diện tích mặt cắt

ngang của phần tử đàn hồi

• E– mô đun đàn hồi của

vật liệu phần tử đàn hồi

• ν – hệ số poisson





Điện thế ra:

→

Lực tác dụng:




Từ phương trình trên thì P tỉ lệ tuyến tính

với điện thế ra E0 theo hằng số tỉ lệ C



o Độ nhạy của dụng cụ:

o Lực lớn nhất có thể đo được: Pmax = Sf.A

o Sf là độ bền mỏi

o Cả Pmax và độ nhạy S đều phụ thuộc vào

diện tích mặt cắt ngang A, cụ thể là nếu A giảm

thì độ nhạy S tăng và Pmax giảm.




o Tỉ số điện thế ra E0 và vào Ei của mạch cầu khi chịu

lực P max

o Hầu hết các loại loadcell dạng trụ đều làm từ thép AISI

4340 và có





Trên thực tế thì hầuhết các loại loadcell đều có:

trên toàn bộ thang đo với lực P=Pmax

lực P được xác định:


I. Đo Lực: (Lực kế điện trở dạng dầm)


Cấu tạo :

Gồm có 4 cảm biến, 2

được dán ở mặt trên và

hai dán ở mặt dưới của

dầm, tất cả đều dán theo

trục của dầm và theo

mạch cầu wheatstone.



o Nguyên lý hoạt động: khi chịu tác dụng của lực P

thì sẽ có moment M=P.x

o Ta có các biến dạng:




o Điện thế ra E0 từ mạch cầu, được xác định như sau


oLực P được xác định:



o Hằng số tỷ lệ:


o Độ nhạy của dụng cụ:



o Lực lớn nhất có thể đo được:

o Độ nhạy sẽ lớn nhất và phạm vi đo nhỏ nhất

khi x tiến tới bằng chiều dài của dầm




o Ta có tỉ số điện thế khi P đạt giá trị max

o Hầu hết các loại loadcell dạng trụ đều làm từ thép

AISI 4340 và có




o Tỉ số có thể lấy từ 4÷5 mV/V

o Độ nhạy của dầm lớn hơn độ nhạy dạng thanh

là 5%




I. Đo Lực: (Lực kế điện trở dạng vòng)




o Cấu tạo:

Gồm 4 biến trở được gắn lên vòng đàn hồi, hai

biến trở ở mặt trong và 2 biến trở ở mặt ngoài,

và chúng được nối với nhau theo mạch cầu

wheatstone.




o Loại này có phạm vi đo thay đổi lớn, bằng cách

thay đổi đường kính D hay chiều dày t hay chiều

rộng w

o Nguyên lí hoạt động cũng dựa vào sự biến dạng

của các biến trở, dẫn đến tín hiệu ra có quan hệ

tuyến tính với lực cần đo.



I. Đo Lực: (Lực kế điện trở dạng trượt)

o Loại này có kích thước nhỏ

dùng ở những nơi có không

gian bị hạn chế (có thể gọi là

cân lực dạng phẳng), và trong

điều kiện rung dộng, được đặt

trong lỗ nhỏ trong bề mặt

trung gian của mặt bích và

dùng như một cảm biến.



I. Đo Lực: (Lực kế điện trở dạng trượt)

Các thông số đặc trưng



I. Đo Lực:Chống nhiễu (sai số) cho lực kế điện trở

o Nhiệt độ:

+ Là yếu tố chủ yếu gây nên sai số cho phép đo của

lực kế điện trở, vì nó làm thay đổi môđun đàn hồi của

vạt liệu và thay đổi kích thước, và tất nhiên sự thay đổi

do môđun đàn hồi lớn hơn khoảng 2.5%, và 0.15% là do

thay đổi kích thước khi nhiệt độ thay đổi 1000F

o Và để bù trừ (hay chống sai số do nhiệt độ) thì người

ta mắc thêm điện trở Rs



I. Đo Lực:

o Tính toán cho

Mà Rs=ρ.L/A

o Nên suy ra

b- là hệ số nhiệt độ của điện trở suất

c- hệ số môđun đàn hồi



I. Đo Lực:



I. Đo Lực:

Hình ảnh lực kế thực tế:

Load cell dầm



I. Đo Lực:




I. Đo Lực:

Ứng dụng lực kế điện trở:



I. Đo Lực:


•Trạmcân



I. Đo Lực:


•Cân silo để pha trộn

và phân phối nguyên

liệu



I. Đo Lực:o Là những lực kế đo lực trên nguyên tắc thay đổi

điện cảm.

o Thành phần cấu tạo chính của loại này là cuộn dây

tự cảm

o Điện cảm của cuộn dây:

L= µ.µo.ω2.S/l

Trong đó: µo , S, l không thay đổi; vậy µ và ω là dễ dàng thay đổi

(Lực kế điện cảm)



I. Đo Lực:

o Thông thường người ta thay đổi

điện cảm của cuộn dây bằng cách

thay đổi hệ số µ, bằng việc là cho

vào trong cuộn dây một cái lõi. Vì

khi có lực tác dụng thì sẽ có sự

chuyển động tương đối giữa cuộn

dây và lõi, ứng với mỗi vị trí tương

đối ấy sẽ có một giá trị điện cảm

nhất định và giá trị này lớn nhất khi

lõi nằm gòn trong cuộn dây



I. Đo Lực:



I. Đo Lực:

Ví dụ:



I. Đo Lực:

o Công thức đo:

o Trong đó: δ là độ biến dạng; P là lực cần đo

o Tín hiệu ra Eo của chuyển đổi

Eo=S.δ.Ei



I. Đo Lực:

o Ta có công thức xác định lực P:

o Quan hệ giữa P và Eo là tuyến tính

o Độ nhạy của chuyển đổi:



I. Đo Lực:oỨng suất cực đại của vòng đàn hồi ở đỉnh và

đáy vòng:

oTỉ số điện thế khi tải cực đại :

o Suy ra



I. Đo Lực:

oVí dụ: một lực kế điện cảm vòng, phạm vi dịch

chuyển của lõi (độ nhạy 250mV/V), nếu dụng cụ có

độ biến dạng cực đại δmax=1,25 tại Pmax thì ta có:

(E0/Ei)max = S. δmax = 250.1,25 = 313mV/V



I. Đo Lực:

Lực kế chỉ thị số

biến lực thành tần số

chuyển đổi điện cảm, điện

dung kết hợp với các máy phát

tần số LC và RC



I. Đo Lực:

Lực kế điện dung:

ε0 = hằng số điện môi của không khí

εr =hằng số điện môi của dung môi

A = Diện tích

h = khoảng cách giữa hai tấm



I. Đo Lực:

Lực kế áp điện:

Một số công thức :

Hay



I. Đo Lực:

Lực kế áp điện:

1

Video tu lieu\piezoelectric.mp4



I. Đo Lực:Lực kế áp

điện:

1

Video tu lieu\????? ( piezo generator).mp4




điện:

• Nguyên lýhoạt động:

Qx = d11 · Fx · n

•Mắc song song




điện:

• Nguyên lýhoạt động:

Qx = 2 · d11 · Fx · n

•Mắc nối tiếp



I. Đo Lực:

o Ƣu điểm: của loại này là đơn giản, dễ chế tạo, dễ

sử dụng, độ tin cậy cao, không cần khuếch đại.

o Nhƣợc điểm: không đo được lực biến thiên

nhanh ( không quá 10÷20Hz) do tay gạt 7 dưới tác

dụng của lòa xo 9 chỉ thực hiện được với tần số đó


II. Đo Mômen


6 1

1

P (K w )T 9.55x10 x (Nmm)

n(vg / ph)

Như vậy để xác định được công suất động cơ

ta cần có moment xoắn T1 và số vòng quay n.


II. Đo Mômen


Ta khảo sát các phương pháp để xác định

moment xoắn T

Tùy vào loại máy, cần xác định công suất đầu

vào, đầu ra hoặc trung gian mà ta có phương

pháp đo moment xoắn khác nhau.



II. Đo Mômen



II. Đo Mômen

a. Đo moment xoắn có tiêu thụ công suất:

Sơ đồ đo dùng cơ

cấu hãm: Phanh

thủy lực



II. Đo Mômen

PCĐ = PTT + PTH

a. Đo moment xoắn có tiêu thụ công suất:



Sơ đồ đo

dùng cơ cấu

hãm: Phanh

cơ học

II. Đo Mômen



Đơn giản gồm: Dây đai + Tay đòn

Moment tác dụng lên bánh công tác: T = F.r

Năng lượng bị mất đi: P = 2.π.T.N

(N tốc độ quay trong một vòng của bánh công tác)

II. Đo Mômen



II. Đo Mômen

Sơ đồ đo dùng: Hộp giảm tốc

cb x

c

iM M ( 1)

(+): 2 trục quay cùng chiều

(-): Trường hợp 2 trục

quay ngược chiều

b. Đo moment xoắn không tiêu thụ công suất:



Phƣơng pháp chuyển đổi cảm ứng

Phương pháp không tiếp xúc

II. Đo Mômenb. Chuyển đổi điện:



Khi chịu moment xoắn:

=> 2 đĩa (2) và (3) sẽ lệch nhau một

góc => Sức điện động cảm ứng lệch

pha nhau một góc tỷ lệ với moment

xoắn.

- Góc lệch này được đo bằng (4), (5)

- Ngoài ra chúng còn đo được vận

tốc (f = n.a/60)




Phƣơng pháp từ đàn hồi

Phương pháp không tiếp xúc





- Dòng Ib được đo bằng ampe kế (3).

Phạm vi đo 1÷2 A, dòng lớn dùng

60÷120 A.

- Vôn kế điện trở lớn, tốt nhất là vôn

kế điện tử để đo hiệu xoay chiều.




- Xác định trạng thái

bão hòa, đo quan hệ

U và Ib (Mk = const)

=> Vẽ đồ thị suy ra In




- Cho Ib < In đo quan hệ

Mx và U

Vẽ đồ thị U – Mx

(Ib = const)



Phương pháp tiếp xúc


4 4

max 1 2

1

G(d d )M

8d

εmax: Biến dạng dài tỷ đối lớn nhất theo phương

nghiêng với trục góc +450 hoặc -450




Trường hợp trục đặc:

3

max 1Gd

M8

- Sử dụng các tấm điện trở đo biến dạng xác định εmax




Lắp đặt:1 tấm chịu nén (ζmin)

1 tấm chịu kéo (ζmax) ½ cầu

2 tấm chịu kéo (ζmax) Mắc mạch cầu

2 tấm chịu nén (ζmin)




Mạch cầu Wheatstone

- Khi không chịu moment xoắn

R1 = R2 = R3 = R4 => V0 = 0 (V)

- Trục chịu xoắn => Giá trị điện

trở thay đổi => V0 thay đổi tỉ lệ

thuận với moment xoắn.




- Điện áp cung cấp và

điện áp ra được dẫn

qua các vành trượt K

ra ngoài.




Nhƣợc điểm: Điện trở tiếp xúc lớn

Khó đưa điện vào cung cấp cho mạch cầu

cũng như lấy tín hiệu ra ngoài

=> Thường gặp sai số lớn.




Cân với thùng quay




Cân dạng thùng lật




Định lượng làm

việc gián đoạn




Cân tự động

Định lượng tự động

mQ

. .m

B Q t t

Năng suất của cân tự động

Khối lượng B của chất sau

thời gian Δt

Đo lực, momen, khối lượng

Documents

Transcript of Đo lực, momen, khối lượng