Thí nghiệm ô tô các THIẾT BỊ ĐO DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM Ô TÔ

Để làm giảm ảnh hưởng của điện trở chuyển tiếp, các điện trở được nối với nhau theo sơ đồ cầu hình mà không phải theo sơ đồ bán cầu.. Cũng có thể dùng sơ đồ bán cầu nối thêm các chổi ph

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

CHƯƠNG 3 CÁC THIẾT BỊ ĐO DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM Ô TÔ III.1Sơ đồ chung của thiết bị đo:

III.1.1Cầu đo

Cầu đo gồm bốn điện trở R1, R2, R3, R4 gọi là các nhánh cầu Trên một trong những nhánh chéo của cầu cung cấp điện thế U, còn trên nhánh chéo khác mắc dụng

cụ đo có điện trở bên trong là R® Trên các nhánh của cầu với điện trở R1 và R2 sẽ có các dòng điện I1 và I2 chạy qua, còn trên các nhánh với điện trở R3 và R4 sẽ có cả dòng điện chạy qua, dòng điện này chạy qua dụng cụ đo I®

Hình 3.1 Sơ đồ cầu đo Đối với mạch gồm bởi máy phát U và điện trở R1 và R4 ta có:

R I R (I I ) U (1) Đối với mạch gồm bởi máy phát U và điện trở R2 và R3 ta có:

R I R (I I ) U(2)

Từ (1) và (2) ta có: +

= + 4 ®

1

U R I I

= + 3 ®

2

U R I I

R R (3) Xét mạch vòng:R1, R2 và R®ta có: R I1 1+R I® ® −R I2 2 =0 (4)

Thay vào (3) ta có:

−

=

®

U(R R R R ) I

R (R R )(R R ) R R (R R ) R R (R R )

0

(5)

Từ biểu thức (5) khi I = thì R® 1, R2, R3, R4 tuân theo điều kiện sau:

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

20

III.1.2 Bộ phận lấy điện

Bộ phận lấy điện dùng khi đo ứng suất của các chi tiết quay Nhiệm vụ của nó là cung cấp năng lượng điện cho cảm biến sơ cấp và nhận tín hiệu từ nó

Bộ phận lấy điện được chia thành loại tiếp xúc và loại không tiếp xúc Loại tiếp xúc có tiếp xúc khô và tiếp xúc ướt

Loại tiếp xúc khô đơn giản bao gồm vành góp gắn trên chi tiết quay, còn chổi hoặc dây gắn trên chi tiết đứng yên Nhược điểm cơ bản của loại này là điện trở chuyển tiếp lớn(0,006 – 0,009Ω) và thay đổi phụ thuộc vào tình trạng của bề mặt tiếp xúc, bụi bẩn và độ ẩm của không khí, áp suất và nhiệt độ trong vùng tiếp xúc v.v Vì độ chính xác trong chế tạo và lắp ráp có ảnh hưởng đến sai số chu kỳ nên tốc độ quay lớn nhất của chi tiết bị hạn chế Để khắc phục các nhược điểm trên người ta dùng vật liệu quý hiếm nâng cao độ chính xác khi chế tạo lắp ráp, đôi khi còn dùng cơ cấu treo chổi khỏi vành góp sau khi đo còn tiếp xúc được bao kín lại

Hình 3.2 Sơ đồ cầu a) Sơ đồ cầu; b) Sơ đồ bán cầu; c) Sơ đồ bán cầu có chổi phụ; d) Bộ phận lấy điện loại biến áp; e) Bộ phận lấy điện có máy phát vô tuyến; R 1 – R 4 các điện trở; RH 1 -RH 4 các điện trở điều chỉnh

Để làm giảm ảnh hưởng của điện trở chuyển tiếp, các điện trở được nối với nhau theo sơ đồ cầu (hình ) mà không phải theo sơ đồ bán cầu Khi đó, điện trơ chuyển tiếp

sẽ không hưởng đến sự cân bằng của cầu, nhưng phải cân bằng cầu trước khi thí

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

nghiệm Cũng có thể dùng sơ đồ bán cầu nối thêm các chổi phụ, mỗi chổi phụ được mắc nối tiếp với một điện trở có trị số lớn hơn nhiều điện trở chuyển tiếp Đơn giản hơn, có thể dùng một vài chổi làm việc song song nhau

Loại tiếp xúc ướt với môi chất công tác là thuỷ ngân hoặc gali có chất lượng khác cao Điện trở chuyển tiếp nhỏ và ổn định (chừng 0,0008Ω) Nhược điểm là tuổi bền thấp, kém chịu rung động và độc hại (khi dùng thuỷ ngân)

Bộ phận lấy điện không tiếp xúc bao gồm loại điện dung, loại biến áp và loại máy phát vo tuyến Thường dùng các loại biến áp, sơ đồ cấu tạo của một số chúng trên hình, còn kết cấu

III.1.3Phương pháp dán cảm biến dây điện trở lên chi tiết cần đo

Trên hình là phương pháp dán cảm biến dây điện trở hợp lý nhất để đo lực kéo

và mô men uốn của thanh đàn hồi

Hình 3.3 Sơ đồ dán cảm biến dây điện trở để đo lực kéo và mô mem uốn a) Một nhánh làm việc và có bù trừ nhiệt; b),c) hai nhánh làm việc có bù trừ nhiệt; d) bốn nhánh làm

việc có bù trừ nhiệt

Trên sơ đồ a khi có một nhánh làm việc R1 thì cảm biến bù trừ nhiệt R4 được dán thẳng góc với phương tác dụng lực kéo P Ngoài việc bù trừ ảnh hưởng của nhiệt

độ, khi dán cảm biến R4 theo vị trí như trên sẽ bù trừ được cả sự mất mát độ nhạy ở nhánh làm việc do cảm biến bị biến dạng theo chiều ngang

Dán cảm biến theo sơ đồ hình b sẽ tăng độ ngạy lên hai lần Ngoài ra trong sơ

đồ này còn bù trừ cả ảnh hưởng khi thanh bị uốn

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

22

Khi đo mô men uốn theo sơ đồ c thì cảm biến R1 được dán ở mặt bị kéo của thanh, còn cảm biến R4 được dán ởmặt bị nén của thanh Sơ đồ này sẽ tăng độ nhạy lên hai lần so với sơ đồ có một nhánh làm việc và có bù trừ nhiệt độ

Trên sơ đồ d tất cả bốn nhánh đều làm việc và có bù trừ nhiệt độ, độ nhạy sẽ tăng lên bốn lần

Hình 3.4 Sơ đồ mắc cảm biến vào cầu đo để đo lực kéo

1- thanh kéo; 2- cảm biến; 3 - mạch cầu; 4- máy khuếch đại; 5- máy ghi sóng

Phương pháp dán cảm biến để đo mô men quay và sơ đồ mắc chúng vào cầu và nửa cầu Để đo cảm biến dây điện trở không bị mô men uốn tác dụng và chỉ nhận mo men xoắn trục cần đặt cảm biến dưới một góc 450 với đường sinh của trục Bốn cảm biến được đặt theo vòng tròn của trục cách nhay 900và ở vị trí thế nào để cho các cảm biến đối xứng theo đường kính sẽ chịu biến dạng cùng dấu Trước khi đo cần tiến hành cân bằng cầu Khi cầu được cân bằng thì dòng điện ở nhánh đo chéo bằng không

Hình 3.5 Sơ đồ dán cảm biến dây điện trở khi đo mô men quay

a) trên trục; b) ở toàn bộ cầu; c) ở nửa cầu

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

III.2 Đo các thông số làm việc ô tô

III.2.1Đo lực và mô men

Thí nghiệm ô tô gắn liền với một khối lượng lớn các phép đo lực và mô men Thường thì trị số của các lực và mô men thay đổi Trong phòng thí nghiệm thường dùng các lực kế phổ thông để đo tĩnh Khi thí nghiệm ô tô trên đường phải dùng dụng

cụ đo chuyên dùng, phần tử nhạy cảm có thể trực tiếp là các chi tiết ô tô hoặc là một phần tử đặc biệt hoàn thành chức năng của chi tiết này Ví dụ để đo lực tác dụng trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình ô tô chuyển động dùng hai mayơ đo lực., một may ơ cho bánh xe bị động, còn một cho bánh xe bị động

Hình 3.6 Các sơ đồ may ơ đo lực cho bánh xe

a) bị động; b) chủ động 1,9,11,16-các phần tử nhạy cảm; 2-tenzô; 3,4,5,6,7,14-các cụm ổ đỡ; 8,18-bánh xe;10-trụ; 12-

đèn; 13-may ơ; 15-cốc trong;17-cốc ngoài; 19-khớp; 20-bán trục; 21-dầm cầu

Các phần tử 1,9 (trụ 10) và 11 (đèn 12) cùng với các tenzô 2 sẽ đo các lực theo

3 trục toạ độ Các cụm ổ đỡ 3,4,5,6 và 7 giúp cho các phần tử nhạy cảm phản ứng với các phân lực chỉ theo hướng đã chọn Ở sơ đồ hình b các phần tử nhạy cảm 16 nối với các cốc trong 15 và ngoài 17, nối cứng với dầm cầu 21, các ổ đỡ 14 của may ơ 13 lắp trên cốc trong Trục của may ơ nối với bán trục 20 bằng khớp 19 Sơ đồ gián và dấu các tenzô như trên đảm bảo đo được 50 lực và mô men tác dụng lên bánh xe 18 Người ta dùng bàn đo lực (hình 3.7) để đo phản lực tiếp tuyến trên bánh xe ô

tô Tải trọng từ bánh xe truyền cho 1, tấm 1 lại tỳ lên các phần tử nhạy cảm 6 thông

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

24

qua các chốt điều chỉnh 8 Các phần tử nhạy cảm có hình dáng của dầm chống uốn đều và đặt tự do trên giá 9 của bệ 7 Các chốt 10 giữ cho tấm 1 không bị lật

Hình 3.7 Bàn đo lực để đo phản lực pháp tuyến trên bánh xe

a) sơ đồ điện; b) sơ đồ thiết bị đo 1-tấm thép phẳng; 2- đồng hồ đo cơ khí; 3-giá đỡ; 4,5,-thanh tryền lực; 6-phần tử nhạy cảm;7-

bệ đỡ; 8-chốt điều chỉnh;9 -giá; 10-chốt ;R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 -cảm biến điện trở Phản lực được xác định bằng các tenzô R1-R4 đặt trên phần tử nhạy cảm hoặc bằng lực kế 2 Kết cấu của các phần tử nhạy cảm và sơ đồ nối tenzô bảo đảm cho kết quả đo không phụ thuộc vào vị trí đặt tải trọng trong phạm vi của tấm 1 Cơ cấu đo cơ khí gồm thanh 5, đòn 4, đồng hồ 2 và giá đỡ 3 có thể đo trực tiếp hoặc để điều chỉnh thiết bị đo điện

Để đo lực kéo, ví dụ khi chuẩn bị thí nghiệm hệ thống phanh có thể dùng một thiết bị chuyên dùng có phần tử ngạy cảm dạng thanh chịu kéo (hình 3.8) Các tenzô trên phần tử nhạy cảm được nối theo sơ đồ cầu

Hình 3.8 Thiết bị đo lực kéo 1-ống dẫn hướng; 2-phần tử đo;3- thân;4-phần tử nhạy cảm; 5-tenzô;

R 1 ,R 3 -tenzô chủ; R 2 ,R 4 -tenzô bù

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Mô men xoắn của các trục xác định hoặc theo biến dạng của các trục hoặc bằng

bộ chuyển đổi mô men chuyên dùng

Biến dạng của trục dễ dàng đo được bằng cách dán tenzô dưới 1 góc 450 so với tâm trục Để nối các tenzô vào mạch đo dùng bộ phận lấy điện Phương pháp này không kéo theo bất kỳ sự thay đổi kết cấu nào của đối tượng nghiên cứu xong không phải lúc nào cũng có thể đặt trên trục các tenzô và bộ phận lấy điện Ngoài ra tất cả các phần tử của dụng cụ đo được tạo ra riêng đối với từng kết cấu vì vậy đòi hỏi phải hiệu chỉnh và đánh giá sai số

Các chuyển đổi mô men kết hợp làm việc với các thiết bị đo tiêu chuẩn và các đặc tính của nó không thay đổi khi chuyển từ đối tượng đo này sang đối tượng đo khác

Trên dụng cụ đo biến dạng xoắn được xác định nhờ chuyển đổi cảm ứng Do trục 3 biến dạng đàn hồi mà khe hở không khí trong mạch từ 2 thay đổi vì vậy mà thay đổi dòng từ đi qua các cuộn dây 4 Các cuộn dây này quấn trên thân 1, thân 1 lại được lắp trên trục 3 qua các vòng bi 5 Sai số công tác của thiết bị phụ thuộc vào chất lượng và độ chính xác lắp các ổ bi

Cần chú ý rằng thiết bị nói trên phải đưa vào mạch lực của máy hoặc tổng thành vìvậy làm sai khác đặc tính đàn hồi và quán tính của đối tượng

III.2.2Đo áp lực

Khi thí nghiệm ô tô chúng ta thường phải đo áp lực chất lỏng và chất khí Để đo

áp lực tĩnh có thể áp dụng áp kế chất lỏng hoặc áp kế có kim chỉ Ở áp kế chất lỏng chênh lệch giữa áp lực cần đo với áp suất khí trời sẽ tác dụng lên cột chất lỏng chứa đầy trong ống làm nó dịch chuyển Ở áp kế có kim chỉ ống áp kế uốn cong sẽ duỗi ra dưới tác dụng của áp lực và thông qua hệ thống đòn làm quay kim

Để đo áp lực động phải dùng các chuyển đổi có phần tử nhạy cảm Khi áp lực thay đổi chậm (với tần số không lớn hơn 1hz) người ta dùng chuyển đổi áp lực có phần tử nhạy cảm dạng ống áp kế

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

26

Ở các bề mặt bên của ống có dán các tenzô nối theo sơ đồ bán cầu Ống áp kế

có quán tính lớn nên không có thể dùng để đo các quá trình thay đổi nhanh, ví dụ áp lực chất lỏng trong hệ thống phanh thuỷ lực được đo bằng chuyển đổi này

Khi tần số thay đổi các áp lực độ một vài hz người ta dùng phần tử nhạy cảm có dạng ống thành mỏng, đường kính trong của ống thành mỏng chọn bằn đường kính trong của ống áp lực, còn chiều dầy của thành cố gắng nhỏ nhất theo điều kiện dạng thống qua hoặc tận đầu Trên phần tử nhạy cảm có dán các tenzô2-5 Thiết bị này dùng để đo áp lực chất lỏng hoặc chất khí có lưu lượng nhỏ hoặc không đổi, ví dụ áp lực khí nén trong dẫn động phanh hơi

Hình 3.9 Ống áp kế Hình 3.10 Sơ đồ dán tenzô lên ống thành mỏng Chuyển đổi có phần tử nhạy cảm dạng màng được sử dụng rộng rãi khi thí nghiệm ô tô Kết cấu của một trong các chuyển đổi loại này được trình bày trên hình

vẽ Phần tử nhạy cảm gồm thân 1, đàu ép 2, và màng 3 Thân của chuyển đổi được lắp bằng ren với đường ống áp lực Màng phải có đặc tính thẳng trong toàn bộ vùng thay đổi của áp lực cần đo Kết cấu tháo được cho phép thay các màng có chiều dày khác nhau nhờ vậy mà mở rộng được dải áp lực đo được

Hình3.11Chuyển đổi áp lực loại điện cảm Hình 3.12Chuyển đổi điện áp loại áp điện

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Dịch chuyển của màng qua trục 3 truyền cho lõi 8 của chuyển đổi điện cảm Lõi 8 dịch chuyển giữa hai vòng từ 6 làm thay đổi khe hở không khí Δ1 và Δ2 trong giới hạn 1 -2 mm còn độ võng của màng chừng (0,1 – 0,15) Δ Chuyển đổi điện cảm làm việc với dòng điện xoay chiều tần số 500hz Dụng cụ đảm bảo sai số không quá 5% khi đó áp lực với tần số 50hz, vi dụ khi thí nghiệm hộp sô thuỷ cơ

Các phần tử nhạy cảm của chuyển đổi áp lực phải có tần số dao động riêng lớn hơn nhiều lần tần số của quá trình cần đo Chuyển đổi áp lực có phần tử nhạy cảm áp điện do có độ cứng cao nên tần số dao động lớn nhất (10-15khz) Chúng dùng để đo những áp lực có khoảng thay đổi rộng về trị số và tần số (ví dụ áp lực trong xy lanh động cơ) Cũng cần chú ý rằng chuyển đổi áp điện có dải tần bị hạn chế dưới nên không thể đo các quá trình tĩnh

III.2.3Đo quãng đường và tốc độ

Để đo quãng đường ô tô đi được có thể dùng đồng hồ dẫn động từ hệ thống truyền lực Xong phương pháp đó không chính xác và bánh xe ô tô bị trượt do truyền lực và mô men Ngoài ra bán kính lăn của bánh xe cũng thay đổi phụ thuộc vào tải trọng, vào áp lực hơi trong lốp và sự mòn của lốp Vì vậy khi thí nghiệm ô tô để đo quãng đường và tốc độ người ta dùng bánh xe số 5 cùng với tốc kế máy phát

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý đo tốc độ bằng bánh xe số 5 1-bánh xe số 5; 2- hộp giảm tốc; 3- đĩa; 4- đèn; 5- cảm biến quang; 6,7- bộ đếm

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

28

Tốc kế máy phát dòng điện xoay chiều gồm vỏ, trong vỏ có lõi thép và các cuộn dây đấu nối tiếp nhau Bánh xe 1 được nối với ô tô thí nghiệm bằng khớp cầu Điều này có thể cho phép bánh xe được dao động với ô tô Để tránh cho bánh xe nhấc khỏi mặt đường người ta có thể dùng giảm chấn Quãng đường được xác định bằng máy đếm xung góc quay bánh xe Khi vị trí lỗ và bóng đèn và tế bào quang điện nằm trên một đường thẳng thì tế bào nhận được ánh sáng và máy đếm sẽ đếm được một xung Quãng đường được tính: S = m.n và tốc độ: v = S/t

Trong đó: m - hệ số

n -số xung

t - thời gian

III.2.4 Đo gia tốc

Gia tốc chuyển động thẳng của ô tô được ghi bằng gia tốc kế

Gia tốc kế có trọng khối 3 đặt trong thân 1 trên hai lò xo 2 và giảm chấn không khí gồm xy lanh 7 nối với khung và pistong 8 Con chạy 4 của phân áp 6 nối cứng với trọng khối 3

Hình 3.14 Sơ đồ gia tốc kế Nếu ô tô chuyển động đều thì do sức căng của hai lò so bằng nhau trọng khối 3

sẽ nằm ở vị trí trung gian Nếu ô tô chuyển động có gia tốc hướng theo trục AB thì trọng khối 3 sẽ dịch chuuyển Độ dịch chuyển của trọng khối khi gia tốc không đổi sẽ

tỷ lệ với gia tốc đó Con chạy của phân áp 6 dịch chuyển sẽ thay đổi trị số tín hiệu điện ở đầu ra Phân áp 5 dùng để cân bằng cầu đo khi trọng khối ở vị trí trung gian

III.2.5 Đo dịch chuyển tương đối

Để đo dịch chuyển tương đối giữa các cụm và chi tiết ô tô người ta sử dụng các thiết bị khác nhau Khi thí nghiệm tĩnh có thể dùng đồng hồ cơ khí với giá trị vạch

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

chia 0,01mm Khi thí nghiệm động dùng tenzô dán lên vòng hoặc tấm chế tạo từ thép cacbon mềm nhưng bền Vòng 4 nối với chi tiết động qua lò so 5, cơ cấu kéo 1 và dây

2 Tải trọng tác dụng lên vòng phụ thuộc vào dịch chuyển cần đo và độ cứng của lò

xo Ứng suất của vòng đo bằng các tenzô 3

Các v và tấm đàn hồi có dán tenzô được sử dụng để đo hành trình của hệ thống treo, góc quay của bánh xe dẫn hướng…

Để đo những dịch chuyển 8-12mm và 16-25mm có dải tần số từ 0 – 120hz có thể dùng loại dụng cụ đo làm việc theo nguyên tắc điện cảm Dụng cụ dạng hình trụ

có cắt ren để bắt chặt Trong lỗ dọc trục có lõi động 8, một phần của lõi làm bằng thép, phần còn lại làm bằng đồng thau Trong thân xung quanh lỗ quấn các cuộn dây

9, một cuộn dây nguồn và hai cuộn đo

Khi lõi dịch chuyển so với vỏ, quan hệ điện cảm giữa cuộn nguồn và các cuộn

đo thay đổi Thân của dụng cụ được bắt chặt vào giá 12 trên một chi tiết, còn chi tiết khác nối với lõi Khi khoảng cách giữa hai chi tiết lơn dùng dây 2 Lò xo 5 để hồi vị

hệ thống Cơ cấu 1 sẽ căng dây sao cho lõi nằm ở vị trí giữa và còn hành trình dự trữ

về cả hai phía Cáp 11 nối chuyển đổi với các thiết bị khác

Để đo dịch chuyển góc thường sử dụng chuyển đổi loại biến trở dây căng mà ít khi dùng các điện trở than vì chúng rất không ổn định do hao mòn nhiều

III.2.6 Đo thời gian

Có rất nhiều thí nghiệm yêu cầu phải đo thời gian Để đo những khoảng thời gian dài từ 1 vài giây đến vài phút chỉ cần dùng đồng hồ có km chỉ khoảng chia 0,2 hoặc 0,01s Các thiết bị điện tử đếm rời rạc cho độ chính xác cao hơn

Trên các thiết bị ghi, tín hiệu đánh dấu thời gian được phát theo một kênh riêng Nguồn của xung đánh dấu thời gian có thể là một bộ phận chuyên trách trong máy dao động ký hoặc một dụng cụ phụ nào đó Dụng cụ đánh dấu thời gian được phân thành loại động cơ và loại máy phát Dụng cụ loại động cơ được lắp trong máy dao động ký, dụng cụ bên ngoài động cơ là các đồng hò tiếp điểm Các đồng hồ tiếp điểm làm việc cùng với với đèn hệ II Khi tiếp điểm đóng đèn sẽ cho một chớp để lại