Đo lực, momen, khối lượng

Trường ĐH Bách Khoa HCM

Nhóm BK Spirit

Dung Sai – Kỹ Thuật Đo

BK Spirit

Slide 1


CHƢƠNG 4

ĐO LỰC – MÔMEN
KHỐI LƢỢNG

BK Spirit

Slide 2


I. Đo Lực

Chƣơng 4

II. Đo Mômen
III. Đo Khối Lƣợng


BK Spirit

Slide 3


I. Đo Lực
a. Khái Niệm:

 Lực là một đại lượng
vecto, đặc trưng cho tác
dụng tương hỗ giữa các
vật thể, làm cho các vật
thể biến dạng hay vận
động.

BK Spirit

Slide 4


I. Đo Lực

 Khối lƣợng là số lượng vật chất và người
ta có thể định nghĩa lực là lực hấp dẫn giữa
các khối lượng.
 Trọng lƣợng của một vật là lực hút trái đất
tác dụng lên vật đó

BK Spirit

Slide 5


I. Đo Lực


BK Spirit

Slide 6


I. Đo Lực
b. Đơn vị:
 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

BK Spirit

Slide 7


I. Đo Lực
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

BK Spirit

Slide 8


I. Đo Lực
b. Chuyển đổi giữa các đơn vị đo lực:
 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:
A2
a1
a1
A2
. A1 k . A1
a2
a2
A1

BK Spirit

Slide 9


I. Đo Lực


BK Spirit

Slide 10


I. Đo Lực


BK Spirit

Slide 11


I. Đo Lực
c. Phân loại dụng cụ:
Lực kế đo lực nén
a. Theo chức
năng sử dụng

Lực kế đo lực kéo
Lực kế đo lực nén và kéo


BK Spirit

Slide 12


I. Đo Lực

Lực kế đo lực nén

BK Spirit

Slide 13


I. Đo Lực

Lực kế đo lực kéo

BK Spirit

Slide 14


I. Đo Lực

Lực kế đo lực nén và kéo

BK Spirit

Slide 15


I. Đo Lực

b. Theo
nguyên lý đo

Lực kế cơ học
Lực kế quang học
Lực kế thủy lực
Lực kế điện tử


BK Spirit

Slide 16


I. Đo Lực

Lực kế cơ học

BK Spirit

Slide 17


I. Đo Lực


BK Spirit

Slide 18


I. Đo Lực

Lực kế thủy lực

BK Spirit

Slide 19


I. Đo Lực

Lực kế điện tử

1
BK Spirit

2
Slide 20


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

BK Spirit

Slide 21


I. Đo Lực
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

BK Spirit

Slide 22


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…

BK Spirit

Slide 23


I. Đo Lực
Lực kế đồng hồ so
+ 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

BK Spirit

Slide 24


I. Đo Lực


BK Spirit

Slide 25


I. Đo Lực
Độ nhạy của cân là: S
w1

w2

Phương trình cân bằng của đòn:

w
w1 (L

dB

)

w 2 (L

dB

)

w Bd G

L
w

Nếu w1 w2 thì S thành:

( w1

w2 )d B

wB d G

L

S
w


wB d G

2wd B
BK Spirit

Slide 26


I. Đo Lực
Nếu dB =0 thì

S

L
wB d G

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

L
w 2wdB

2 1, 2
wB d G

0, 25

w
S

2 (1 0 0 0 )(0, 0 1)

=4

0, 6 0 6 ra d
5 0 .0, 3

0, 00072 g

180.0, 606


BK Spirit

Slide 27


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


BK Spirit

Slide 28


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

BK Spirit

Slide 29


I. Đo Lực
Lực kế thủy lực – khí nén


BK Spirit

Slide 30


I. Đo Lực
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

BK Spirit

Slide 31


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,

BK Spirit

Slide 32


I. Đo Lực
Lực kế điện trở ( load cell)
Gồm nhiều dạng: dạng thanh, dầm, vòng, trượt,…


BK Spirit

Slide 33


I. Đo Lực
Lực kế điện trở ( load cell)


BK Spirit

Slide 34



BK Spirit

Slide 35


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

BK Spirit

Slide 36




BK Spirit

Slide 37



• 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


BK Spirit

Slide 38

→


 Điện thế ra:

Lực tác dụng:


BK Spirit

Slide 39


 Từ phương trình trên thì P tỉ lệ tuyến tính
với điện thế ra E0 theo hằng số tỉ lệ C


BK Spirit

Slide 40


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.

BK Spirit

Slide 41


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


BK Spirit

Slide 42


 Trên thực tế thì hầuhết các loại loadcell đều có:
trên toàn bộ thang đo với lực P=Pmax
 lực P được xác định:


BK Spirit

Slide 43


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.

BK Spirit

Slide 44




BK Spirit

Slide 45




BK Spirit

Slide 46




BK Spirit

Slide 47


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:


BK Spirit

Slide 48


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

oLực P được xác định:


BK Spirit

Slide 49


o Hằng số tỷ lệ:

o Độ nhạy của dụng cụ:


BK Spirit

Slide 50


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


BK Spirit

Slide 51


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


BK Spirit

Slide 52


o Tỉ số

có thể lấy từ 4÷5 mV/V

o Độ nhạy của dầm lớn hơn độ nhạy dạng thanh
là 5%


BK Spirit

Slide 53


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


BK Spirit

Slide 54


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.


BK Spirit

Slide 55




BK Spirit

Slide 56


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.

BK Spirit

Slide 57


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.

BK Spirit

Slide 58


I. Đo Lực: (Lực kế điện trở dạng trượt)
Các thông số đặc trưng


BK Spirit

Slide 59


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

BK Spirit

Slide 60


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

BK Spirit

Slide 61


I. Đo Lực:


BK Spirit

Slide 62


I. Đo Lực:
 Hình ảnh lực kế thực tế:
Load cell dầm


BK Spirit

Slide 63


I. Đo Lực:


BK Spirit

Slide 64


I. Đo Lực:


BK Spirit

Slide 65


I. Đo Lực:
Ứng dụng lực kế điện trở:


BK Spirit

Slide 66


I. Đo Lực:
•Trạm
cân


BK Spirit

Slide 67


I. Đo Lực:
•Cân silo để pha trộn
và phân phối nguyên
liệu


BK Spirit

Slide 68


I. Đo Lực: (Lực kế điện cảm)
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

BK Spirit

Slide 69


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

BK Spirit

Slide 70


I. Đo Lực:


BK Spirit

Slide 71


I. Đo Lực:
 Ví dụ:


BK Spirit

Slide 72


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

BK Spirit

Slide 73


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:


BK Spirit

Slide 74


I. Đo Lực:
o Ứng suất cực đại của vòng đàn hồi ở đỉnh và
đáy vòng:
o Tỉ số điện thế khi tải cực đại :

o Suy ra

BK Spirit

Slide 75


I. Đo Lực:
o Ví 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


BK Spirit

Slide 76


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


BK Spirit

Slide 77


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

BK Spirit

Slide 78


I. Đo Lực:
Lực kế áp điện:
Một số công thức :

Hay

BK Spirit

Slide 79


I. Đo Lực:
Lực kế áp điện:

1

BK Spirit

Slide 80


I. Đo Lực:
Lực kế áp
điện:

1

BK Spirit

Slide 81


I. Đo Lực:
Lực kế áp
điện:

• Nguyên lý
hoạt động:
Qx = d11 · Fx · n
•Mắc song song

BK Spirit

Slide 82


I. Đo Lực:
Lực kế áp
điện:

• Nguyên lý
hoạt động:

Qx = 2 · d11 · Fx · n
•Mắc nối tiếp

BK Spirit

Slide 83


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

BK Spirit

Slide 84


II. Đo Mômen
T1

6

9.55x10 x

P1 (K w )

(N mm)

n(vg / ph)

Như vậy để xác định được công suất động cơ
ta cần có moment xoắn T1 và số vòng quay n.

BK Spirit

Slide 85


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.

BK Spirit

Slide 86


II. Đo Mômen


BK Spirit

Slide 87


II. Đo Mômen
a. Đo moment xoắn có tiêu thụ công suất:

 Sơ đồ đo dùng cơ
cấu hãm: Phanh
thủy lực


BK Spirit

Slide 88


II. Đo Mômen
a. Đo moment xoắn có tiêu thụ công suất:

PCĐ = PTT + PTH


BK Spirit

Slide 89


II. Đo Mômen
 Sơ đồ đo
dùng cơ cấu
hãm: Phanh
cơ học


BK Spirit

Slide 90


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)


BK Spirit

Slide 91


II. Đo Mômen
b. Đo moment xoắn không tiêu thụ công suất:
 Sơ đồ đo dùng: Hộp giảm tốc
M cb

M x(

i

1)
c

(+): 2 trục quay cùng chiều
(-): Trường hợp 2 trục
quay ngược chiều

BK Spirit

Slide 92


II. Đo Mômen
b. Chuyển đổi điện:

 Phương pháp không tiếp xúc

Phƣơng pháp chuyển đổi cảm ứng


BK Spirit

Slide 93


II. Đo Mômen
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)

BK Spirit

Slide 94


II. Đo Mômen

 Phương pháp không tiếp xúc
Phƣơng pháp từ đàn hồi


BK Spirit

Slide 95


II. Đo Mômen
- 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.


BK Spirit

Slide 96


II. Đo Mômen

- Xác định trạng thái
bão hòa, đo quan hệ
U và Ib (Mk = const)
=> Vẽ đồ thị suy ra In

BK Spirit

Slide 97


II. Đo Mômen

- Cho Ib < In đo quan hệ
Mx và U
Vẽ đồ thị U – Mx
(Ib = const)


BK Spirit

Slide 98


II. Đo Mômen

 Phương pháp tiếp xúc
M

m ax

G(d

4
1

4
2

d )

8d 1

εmax: Biến dạng dài tỷ đối lớn nhất theo phương
nghiêng với trục góc +450 hoặc -450

BK Spirit

Slide 99


II. Đo Mômen

 Trường hợp trục đặc:
M

Gd

max

3
1

8

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

BK Spirit

Slide 100


II. Đo Mômen

Lắp đặt:

1 tấm chịu nén (ζmin)

½ cầu

1 tấm chịu kéo (ζmax)

Mắc mạch cầu

2 tấm chịu kéo (ζmax)
2 tấm chịu nén (ζmin)
BK Spirit

Slide 101


II. Đo Mômen

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.

BK Spirit

Slide 102


II. Đo Mômen
- Điện áp cung cấp và
điện áp ra được dẫn
qua các vành trượt K
ra ngoài.


BK Spirit

Slide 103


II. Đo Mômen

 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.

BK Spirit

Slide 104


Cân với thùng quay


BK Spirit

Slide 105



Cân dạng thùng lật


BK Spirit

Slide 106


Định lượng làm
việc gián đoạn


BK Spirit

Slide 107



Cân tự động
Định lượng tự động

 Năng suất của cân tự động
Q

m

 Khối lượng B của chất sau
thời gian Δt
B

Q. t

m

. t


BK Spirit

Slide 108



BK Spirit

Slide 109

Đo lực, momen, khối lượng

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Đo lực, momen, khối lượng