cam bien do van toc gia toc va rung
Post on 06-Apr-2018
220 Views
Preview:
TRANSCRIPT
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 1/18
-108-
Ch− ¬ng VII
c¶m biÕn vËn tèc, gia tèc vµ rung
7.1. C¶m biÕn ®o vËn tèc
7.1.1. Nguyªn lý ®o vËn tèc
Trong c«ng nghiÖp, phÇn lín tr− êng hîp ®o vËn tèc lµ ®o tèc ®é quay cñam¸y. §é an toµn còng nh− chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y phô thuéc rÊt lín vµo tèc ®é
quay. Trong tr− êng hîp chuyÓn ®éng th¼ng, viÖc ®o vËn tèc dµi còng th− êng ®− îc
chuyÓn vÒ ®o tèc ®é quay. Bëi vËy, c¸c c¶m biÕn ®o vËn tèc gãc ®ãng vai trß quan
träng trong viÖc ®o vËn tèc.
§Ó ®o vËn tèc gãc th− êng øng dông c¸c ph− ¬ng ph¸p sau ®©y:
- Sö dông tèc ®é kÕ vßng kiÓu ®iÖn tõ: nguyªn lý ho¹t ®éng dùa trªn hiÖn t− îng
c¶m øng ®iÖn tõ. C¶m biÕn gåm cã hai phÇn: phÇn c¶m (nguån tõ th«ng) vµ phÇn
øng (phÇn cã tõ th«ng ®i qua). Khi cã chuyÓn ®éng t− ¬ng ®èi gi÷a phÇn c¶m vµ
phÇn øng, tõ th«ng ®i qua phÇn øng biÕn thiªn, trong nã xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng
c¶m øng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
dt
de
Φ−=
Th«ng th− êng tõ th«ng qua phÇn øng cã d¹ng:
( ) ( )xFx 0Φ=Φ
Trong ®ã x lµ biÕn sè cña vÞ trÝ thay ®æi theo vÞ trÝ gãc quay hoÆc theo ®− êng th¼ng,khi ®ã suÊt ®iÖn ®éng e xuÊt hiÖn trong phÇn øng cã d¹ng:
dt
dx
dx
)x(dFe 0Φ−=
SuÊt ®iÖn ®éng nµy tØ lÖ víi vËn tèc cÇn ®o.
- Sö dông tèc ®é kÕ vßng lo¹i xung: lµm viÖc theo nguyªn t¾c ®o tÇn sè chuyÓn
®éng cña phÇn tö chuyÓn ®éng tuÇn hoµn, vÝ dô chuyÓn ®éng quay. C¶m biÕn lo¹i
nµy th− êng cã mét ®Üa ®− îc m· ho¸ g¾n víi trôc quay, ch¼ng h¹n gåm c¸c phÇn
trong suèt xen kÏ c¸c phÇn kh«ng trong suèt. Cho chïm s¸ng chiÕu qua ®Üa ®Õn mét
®Çu thu quang, xung ®iÖn lÊy tõ ®Çu thu quang cã tÇn sè tØ lÖ víi vËn tèc quay cÇn
®o.
7.1.2. Tèc ®é kÕ ®iÖn tõ
a) Tèc ®é kÕ ®iÖn tõ ®o vËn tèc gãc
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 2/18
-109-
- Tèc ®é kÕ dßng mét chiÒu:
S¬ ®å cÊu t¹o cña mét tèc ®é kÕ dßng mét chiÒu biÓu diÔn trªn h×nh 7.1.
Stato (phÇn c¶m) lµ mét nam ch©m ®iÖn hoÆc nam ch©m vÜnh cöu, roto (phÇn
øng) lµ mét trôc s¾t gåm nhiÒu líp ghÐp l¹i, trªn mÆt ngoµi roto xÏ c¸c r·nh song
song víi trôc quay vµ c¸ch ®Òu nhau. Trong c¸c r·nh ®Æt c¸c d©y dÉn b»ng ®ång gäilµ d©y chÝnh, c¸c d©y chÝnh ®− îc nèi víi nhau tõng ®«i mét b»ng c¸c d©y phô. Cæ
gãp lµ mét h×nh trô trªn mÆt cã g¾n c¸c l¸ ®ång c¸ch ®iÖn víi nhau, mçi l¸ nèi víi
mét d©y chÝnh cña roto. Hai chæi quÐt Ðp s¸t vµo cæ gãp ®− îc bè trÝ sao cho t¹i mét
thêi ®iÓm chóng lu«n tiÕp xóc víi hai l¸ ®ång ®èi diÖn nhau.
Khi r« to quay, suÊt ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn trong mét d©y dÉn x¸c ®Þnh theo biÓu
thøc:
dt
d
ei
i
φ
−=
Trong ®ã dφi lµ tõ th«ng mµ d©y dÉn c¾t qua trong thêi gian dt:
iNcici BdSBdSdd ==φ
dSc lµ tiÕt diÖn bÞ c¾t trong kho¶ng thêi gian dt:
rdtllvdtdS c ω==
Trong ®ã:
l - chiÒu dµi d©y dÉn.
v - vËn tèc dµi cña d©y.
ω - vËn tèc gãc cña d©y.
r - b¸n kÝnh quay cña d©y.
BiÓu thøc cña suÊt ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn trong mét d©y:
iNi rlBe ω−=
H×nh 7.1 S¬ ®å cÊu t¹o cña m¸y ph¸t dßng mét chiÒu1) Stato 2) R«to 3) Cæ gãp 4) Chæi quÐt
1
N S
2
34
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 3/18
- 110 -
SuÊt ®iÖn ®éng øng víi mét nöa sè d©y ë bªn ph¶i ®− êng trung tÝnh:
00p nNN2
E φ−=φπω
−=
N - tæng sè d©y chÝnh trªn roto.
n - sè vßng quay trong mét gi©y.
φ0 - lµ tõ th«ng xuÊt ph¸t tõ cùc nam ch©m.
T − ¬ng tù tÝnh ®− îc suÊt ®iÖn ®éng øng víi mét nöa sè d©y ë bªn tr¸i:
0t nNE φ= (7.1)
Nguyªn t¾c nèi d©y lµ nèi thµnh hai côm, trong mçi côm c¸c d©y m¾c nèi tiÕp
víi nhau, cßn hai côm th× m¾c ng− îc pha nhau.
b) Tèc ®é kÕ dßng xoay chiÒu
- M¸y ph¸t ®ång bé:
S¬ ®å cÊu t¹o cña mét tèc ®é kÕ dßng xoay chiÒu kiÓu m¸y ph¸t ®ång bé biÓu
diÔn trªn h×nh 7.2.
Thùc chÊt ®©y lµ mét m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu nhá. Roto (phÇm c¶m) cña
m¸y ph¸t lµ mét nam ch©m hoÆc tæ hîp cña nhiÒu nam ch©m nhá. PhÇn øng gåm
c¸c cuén d©y bè trÝ c¸ch ®Òu trªn mÆt trong cña stato lµ n¬i cung cÊp suÊt ®iÖn ®éng
c¶m øng h×nh sin cã biªn ®é tØ lÖ víi tèc ®é quay cña roto.
tsinEe Ω= (7.2)
Trong ®ã ω= 1KE , ω=Ω 2K , K1 vµ K2 lµ c¸c th«ng sè ®Æc tr−
ng cho m¸y ph¸t.
Gi¸ trÞ cña ω cã thÓ tÝnh ®− îc theo E hoÆc Ω.
- X¸c ®Þnh ω tõ biªn ®é suÊt ®iÖn ®éng:
Cuén c¶m øng cã trë kh¸ng trong:
Ω+= iii jLRZ
H×nh 7.2 S¬ ®å cÊu t¹o cña m¸y ph¸t ®ång bé1) Stato 2) R«to
N
S
N
N
S
S1
21
2
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 4/18
-111-
Trong ®ã Ri, Li lµ ®iÖn trë vµ tù c¶m cña cuén d©y. §iÖn ¸p ë hai ®Çu cuén øng víi
t¶i R cã gi¸ trÞ:
( ) ( ) ( ) ( )2i2
2i
1
2i
2i LKRR
RK
LRR
REU
ω++
ω=
Ω++= (7.3)
Tõ biÓu thøc (7.3), ta thÊy ®iÖn ¸p U kh«ng ph¶i lµ hµm tuyÕn tÝnh cña tèc ®équay ω. §iÒu kiÖn ®Ó sö dông m¸y ph¸t nh− mét c¶m biÕn vËn tèc lµ R>>Zi ®Ó sao
cho cã thÓ coi U ≈ E.
§iÖn ¸p ë ®Çu ra ®− îc chØnh l− u thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu, ®iÖn ¸p nµy kh«ng
phô thuéc chiÒu quay vµ hiÖu suÊt läc gi¶m khi tÇn sè thÊp. MÆt kh¸c, sù cã mÆt cña
bé läc lµm t¨ng thêi gian håi ®¸p cña c¶m biÕn.
- X¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®o tÇn sè cña suÊt ®iÖn ®éng : ph− ¬ng ph¸p nµy cã − u ®iÓm lµ
tÝn hiÖu cã thÓ truyÒn ®i xa mµ sù suy gi¶m tÝn hiÖu kh«ng ¶nh h− ëng tíi ®é chÝnh
x¸c cña phÐp ®o.
- M¸y ph¸t kh«ng ®ång bé:
CÊu t¹o cña m¸y ph¸t kh«ng ®ång bé t− ¬ng tù nh− ®éng c¬ kh«ng ®ång bé hai
pha (h×nh 7.3).
Roto lµ mét ®Üa h×nh trô kim lo¹i máng vµ dÞ tõ quay cïng tèc ®é víi trôc cÇn
®o, khèi l− îng vµ qu¸n tÝnh cña nã kh«ng ®¸ng kÓ.
Stato lµm b»ng thÐp tõ tÝnh, trªn ®ã bè trÝ hai cuén d©y, mét cuén lµ cuén kÝch
thÝch ®− îc cung cÊp ®iÖn ¸p Vc cã biªn ®é Ve vµ tÇn sè ωe æn ®Þnh tcosVV eec ω= .
Cuén d©y thø hai lµ cuén d©y ®o. Gi÷a hai ®Çu ra cña cuén nµy xuÊt hiÖn mét
suÊt ®iÖn ®éng em cã biªn ®é tØ lÖ víi tèc ®é gãc cÇn ®o:
( ) ( )ϕ+ωω=ϕ+ω= tcosVktcosEe eeemm
ω
2
3
2
Ve
em
H×nh 7.3 S¬ ®å cÊu t¹o m¸y ph¸t kh«ng ®ång bé1) Cuén kÝch 2) R«to 3) Cuén ®o
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 5/18
-112-
Trong ®ã k lµ h»ng sè phô thuéc vµo kÕt cÊu cña m¸y, ϕ lµ ®é lÖch pha.
c) Tèc ®é kÕ ®iÖn tõ ®o vËn tèc dµi
Khi ®o vËn tèc dµi, víi ®é dÞch chuyÓn lín cña vËt kh¶o s¸t (> 1m) th− êng
chuyÓn thµnh ®o vËn tèc gãc. Tr− êng hîp ®o vËn tèc cña dÞch chuyÓn th¼ng nhá cã
thÓ dïng c¶m biÕn vËn tèc dµi gåm hai phÇn tö c¬ b¶n: mét nam ch©m vµ mét cuén
d©y. Khi ®o, mét phÇn tö ®− îc gi÷ cè ®Þnh, phÇn tö thø hai liªn kÕt víi vËt chuyÓn
®éng. ChuyÓn ®éng t− ¬ng ®èi gi÷a cuén d©y vµ nam ch©m lµm xuÊt hiÖn trong cuén
d©y mét suÊt ®iÖn ®éng tØ lÖ víi vËn tèc cÇn ®o.
S¬ ®å c¶m biÕn cã cuén d©y di ®éng biÓu diÔn trªn h×nh 7.4.
SuÊt ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn trong cuén d©y cã d¹ng:
lBvrNBv2e =π=
N - sè vßng d©y.
r - b¸n kÝnh vßng d©y.
B - gi¸ trÞ cña c¶m øng tõ.
v - tèc ®é dÞch chuyÓn cña vßng d©y.
l - tæng chiÒu dµi cña d©y.
Tèc ®é kÕ lo¹i nµy ®o ®− îc ®é dÞch chuyÓn vµi mm víi ®é nh¹y ~ 1V/m.s.
Khi ®é dÞch chuyÓn lín h¬n (tíi 0,5 m) ng− êi ta dïng tèc ®é kÕ cã nam ch©m di
®éng (h×nh 7.5).
C¶m biÕn gåm mét nam ch©m di chuyÓn däc trôc cña hai cuén d©y quÊn ng − îcchiÒu nhau vµ m¾c nèi tiÕp. Khi nam ch©m di chuyÓn, suÊt ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn
trong tõng cuén d©y tØ lÖ víi tèc ®é cña nam ch©m nh− ng ng− îc chiÒu nhau. Hai
cuén d©y ®− îc m¾c nèi tiÕp vµ quÊn ng− îc chiÒu nªn nhËn ®− îc suÊt ®iÖn ®éng ë
®Çu ra kh¸c kh«ng.
H×nh 7.4 C¶m biÕn dïng cuén d©y di ®éng1) Nam ch©m 2) Cuén d©y
NS S
v
1
2
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 6/18
-1 1 3 -
7.1.3. Tèc ®é kÕ xung
Tèc ®é kÕ xung th− êng cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, ch¾c ch¾n, chÞu ®ùng tèt trong
m«i tr− êng ®éc h¹i, kh¶ n¨ng chèng nhiÔu vµ chèng suy gi¶m tÝn hiÖu cao, dÔ biÕn
®æi tÝn hiÖu sang d¹ng sè.
Tuú thuéc vµo b¶n chÊt cña vËt quay vµ dÊu hiÖu m· ho¸ trªn vËt quay, ng− êita sö dông lo¹i c¶m biÕn thÝch hîp.
- C¶m biÕn tõ trë biÕn thiªn: sö dông khi vËt quay lµ s¾t tõ.
- C¶m biÕn tõ ®iÖn trë: sö dông khi vËt quay lµ mét hay nhiÒu nam ch©m nhá.
- C¶m biÕn quang cïng víi nguån s¸ng: sö dông khi trªn vËt quay cã c¸c lç,
®− êng v¸t, mÆt ph¶n x¹.
a) Tèc ®é kÕ tõ trë biÕn thiªn
CÊu t¹o cña c¶m biÕn tõ trë biÕn thiªn gåm mét cuén d©y cã lâi s¾t tõ chÞu t¸c
®éng cña mét nam ch©m vÜnh cöu ®Æt ®èi diÖn víi mét ®Üa quay lµm b»ng vËt liÖu
s¾t tõ trªn ®ã cã khÝa r¨ng. Khi ®Üa quay, tõ trë cña m¹ch tõ biÕn thiªn mét c¸ch
tuÇn hoµn lµm cho tõ th«ng qua cuén d©y biªn thiªn, trong cuén d©y xuÊt hiÖn mét
suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng cã tÇn sè tØ lÖ víi tèc ®é quay.
3
2
1
H×nh 7.6 S¬ ®å cÊu t¹o cña c¶m biÕn tõ trë biÕn thiªn1) §Üa quay (b¸nh r¨ng) 2) Cuén d©y 3) Nam ch©m vÜnh cöu
Khe tõ
H×nh 7.5 C¶m biÕn cã lâi tõ di dénga) CÊu t¹o b) S¬ ®å nguyªn lý
1) Nam ch©m 2) Cuén d©y
v
1 2
a)b)
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 7/18
-1 1 4 -
TÇn sè cña suÊt ®iÖn ®éng trong cuén d©y x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc:
pnf =
p - sè l− îng r¨ng trªn ®Üa.
n - sè vßng quay cña ®Üa trong mét gi©y.
Biªn ®é E cña suÊt ®iÖn ®éng trong cuén d©y phô thuéc hai yÕu tè:
- Kho¶ng c¸ch gi÷a cuén d©y vµ ®Üa quay: kho¶ng c¸ch cµng lín E cµng nhá.
- Tèc ®é quay: Tèc ®é quay cµng lín, E cµng lín. Khi tèc ®é quay nhá, biªn ®é
E rÊt bÐ vµ khã ph¸t hiÖn, do vËy tån t¹i mét vïng tèc ®é quay kh«ng thÓ ®o ®− îc,
ng− êi ta gäi vïng nµy lµ vïng chÕt.
D¶i ®o cña c¶m biÕn phô thuéc vµo sè r¨ng cña ®Üa. Khi p lín, tèc ®é nmin ®o
®− îc cã gi¸ trÞ bÐ. Khi p nhá, tèc ®é nmax ®o ®− îc sÏ lín. ThÝ dô víi p = 60 r¨ng, d¶i
tèc ®é ®o ®− îc n = 50 - 500 vßng/phót, cßn víi p =15 r¨ng d¶i tèc ®é ®o ®− îc 500 -
10.000 vßng/phót.b) Tèc ®é kÕ quang
H×nh 7.7 tr×nh bµy s¬ ®å nguyªn lý cña mét tèc ®é kÕ quang ®o tèc ®é quay.
Nguån s¸ng ph¸t tia hång ngo¹i lµ mét diot ph¸t quang (LED). §Üa quay, ®Æt
gi÷a nguån s¸ng vµ ®Çu thu, cã c¸c lç bè trÝ c¸ch ®Òu trªn mét vßng trßn. §Çu thu lµ
mét photodiode hoÆc phototranzitor. Khi ®Üa quay, ®Çu thu chØ chuyÓn m¹ch khi
nguån s¸ng, lç, nguån ph¸t s¸ng th¼ng hµng. KÕt qu¶ lµ khi ®Üa quay, ®Çu thu quang
nhËn ®− îc mét th«ng l− îng ¸nh s¸ng biÕn ®iÖu vµ ph¸t tÝn hiÖu cã tÇn sè tØ lÖ víi tèc
®é quay nh− ng biªn ®é kh«ng phô thuéc tèc ®é quay.
Trong c¸c c¶m biÕn quang ®o tèc ®é, ng− êi ta còng cã thÓ dïng ®Üa quay cã
c¸c vïng ph¶n x¹ ¸nh s¸ng bè trÝ tuÇn hoµn trªn mét vßng trßn ®Ó ph¶n x¹ ¸nh s¸ng
tíi ®Çu thu quang.
1 2
3
4
H×nh 7.7 S¬ ®å nguyªn lý cña tèc ®é kÕ quang1) Nguån s¸ng 2) ThÊu kÝnh héi tô 3) §Üa quay 4) §Çu thu quang
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 8/18
-1 1 5 -
Ph¹m vi tèc ®é ®o ®− îc phô thuéc vµo hai yÕu tè chÝnh:
- Sè l− îng lç trªn ®Üa.
- D¶i th«ng cña ®Çu thu quang vµ cña m¹ch ®iÖn tö.
§Ó ®o tèc ®é nhá (~ 0,1 vßng/phót) ph¶i dïng ®Üa cã sè l− îng lç lín (500 -
1.000 lç). Trong tr− êng hîp ®o tèc ®é lín ( ~ 105 - 106 vßng/phót) ph¶i sö dông ®Üa
quay chØ mét lç, khi ®ã tÇn sè ng¾t cña m¹ch ®iÖn x¸c ®Þnh tèc ®é cùc ®¹i cã thÓ ®o
®− îc.
7.1.4. M¸y ®o gãc tuyÖt ®èi
M¸y ®o gãc tuyÖt ®èi gåm hai phÇn: phÇn ®éng g¾n liÒn víi trôc quay chøa
cuén s¬ cÊp ®− îc kÝch thÝch b»ng sãng mang cã tÇn sè 2 - 10 kHz qua m¸y biÕn ¸p
quay (h×nh 7.8a). PhÇn tÜnh cã hai d©y quÊn thø cÊp (cuén sin vµ cuén cos) ®Æt lÖch
nhau 90o.
Khi trôc quay, ë ®Çu ra cña hai d©y quÊn thø cÊp ta thu ®− îc hai tÝn hiÖu ®iÒu
biªn UU0sinωtsinθ vµ UU0sinωtcosθ (h×nh 7.8b). §− êng bao cña biªn ®é kªnh tÝn
hiÖu ra chøa th«ng tin vÒ vÞ trÝ tuyÖt ®èi (gãc θ) cña roto m¸y ®o tøc lµ vÞ trÝ tuyÖt
®èi cña trôc quay.
Cã hai c¸ch xö lý th«ng tin thu ®− îc. C¸ch thø nhÊt lµ hiÖu chØnh söa sai gãc
thu ®− îc ®− îc trªn c¬ së so s¸nh gãc víi mét sè vi m¹ch s½n cã. C¸c vi m¹ch nµy
cho tÝn hiÖu gãc d¹ng sè víi ®é ph©n gi¶i 10 - 16 bit/1vßng vµ mét tèc ®é quay d¹ng
t− ¬ng tù. §é ph©n gi¶i cña ph− ¬ng ph¸p nµy phô thuéc vµo th«ng sè cña m¹ch ®iÒu
chØnh.
H×nh 7.8 S¬ ®å nguyªn lý m¸y ®o gãc tuyÖt ®èi
sin
cos
θ
U0sinωt
UU0sinωtcosθ
UU0sinωtsinθ
sin
cos
a) b)
t
t
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 9/18
-1 1 6 -
C¸ch thø hai, cã chÊt l− îng cao h¬n, lµ dïng hai bé chuyÓn ®æi t− ¬ng tù - sè ®Ó
lÊy mÉu trùc tiÕp tõ ®Ønh tÝn hiÖu ®iÒu chÕ. Trong tr− êng hîp nµy cÇn ®ång bé chÆt
chÏ gi÷a thêi ®iÓm lÊy mÉu vµ kh©u t¹o tÝn hiÖu kÝch thÝch 2 - 10 kHz sau ®ã dïng
bé läc ®Ó chuyÓn xung h×nh ch÷ nhËt thµnh tÝn hiÖu kÝch thÝch h×nh sin.
§é ph©n gi¶i cña phÐp ®o dïng m¸y ®o gãc tuyÖt ®èi hoµn toµn phô thuéc vµo
®é ph©n gi¶i cña bé chuyÓn ®æi t− ¬ng tù sè.
Khi biÕt gãc quay tuyÖt ®èi θ, lÊy ®¹o hµm ta nhËn ®− îc tèc ®é gãc ω cÇn ®o.
7.1.5. §æi h− íng kÕ
§æi h− íng kÕ ®− îc g¾n vµo vËt chuyÓn ®éng ®Ó ®o tèc ®é gãc cña vËt. Hai
d¹ng ®æi h− íng kÕ th− êng dïng lµ: ®æi h− íng kÕ c¬ häc dïng con quay håi chuyÓn,
®æi h− íng kÕ quang dïng laze vµ c¸p quang dùa trªn hiÖn t− îng truyÒn sãng ¸nh
s¸ng.
a) §æi h− íng kÕ dïng con quay håi chuyÓn
Con quay håi chuyÓn gåm mét roto l¾p trªn mét khung ®éng vµ ®− îc quay
quanh trôc Y’Y víi tèc ®é lín (~104vßng/phót) nhê mét ®éng c¬.
Tèc ®é quay ω cÇn ®o theo trôc Z’Z vu«ng gãc víi trôc Y’Y lµm xuÊt hiÖn mét
ngÉu lùc Cg tØ lÖ víi ω theo h− íng X’X vu«ng gãc víi hai trôc Y’Y vµ Z’Z cã xu
h− íng lµm cho khung ®éng cña con quay håi chuyÓn quay theo. NgÉu lùc Cg ®− îc
c©n b»ng bëi ngÉu lùc ®µn håi Cr cña hai lß xo g©y nªn cã gi¸ trÞ tØ lÖ víi gãc quay
α cña khung.
ë tr¹ng th¸i c©n b»ng:
Y
X
Y’
Z
Z’
X’ ω
H×nh 7.9 S¬ ®å nguyªn lý ®æi h− íng kÕ dïng con quay håi chuyÓn1) Con quay håi chuyÓn 2) Khung ®éng 3) Lß xo 4) §iÖn thÕ kÕ
1
2
34
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 10/18
-1 1 7 -
Cg = Cr (7.4).
víi Cr = kα (k lµ hÖ sè ®µn håi cña lß xo) vµ Cg = ωH ( H lµ m«men ®éng häc cña
r«to). Thay c¸c gi¸ trÞ vµo c«ng thøc (7.4) ta cã c«ng thøc x¸c ®Þnh gãc α:
k
Hω=α (7.5)
Gãc quay α cña khung ®éng cña con quay håi chuyÓn tØ lÖ víi vËn tèc gãc ω cÇn ®o.
§Ó tiÖn cho xö lý, gãc quay α ®− îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn nhê mét ®iÖn thÕ
kÕ.
C¸c th«ng sè cña m¸y ®o nh− sau:
- D¶i ®o tõ ± 7o /s ®Õn ± 360o /s.
- Sai lÖch khái ®é tuyÕn tÝnh <± 1,5% cña d¶i ®o.
b) §æi h− íng kÕ quang
§æi h− íng kÕ quang gåm nguån ph¸t chïm tia laze (1), cuén d©y sîi quang (2)
cã chiÒu dµi L quÊn thµnh vßng b¸n kÝnh R quay víi cïng vËn tèc gãc ω víi vËt
quay.
Chïm tia xuÊt ph¸t tõ nguån ph¸t (1) qua b¶n ph©n t¸ch (3) t¹o thµnh hai chïm
tia truyÒn theo hai h− íng ng− îc nhau trong sîi c¸p quang. Khi ra khái c¸p, do
qu¶ng ®− êng truyÒn sãng kh¸c nhau, hai tia lÖch pha nhau, ®é lÖch pha gi÷a hai
chïm tia b»ng:
c
RL4
λωπ
=∆Φ (7.6)
λ - b− íc sãng tia laze.
H×nh 7.10 S¬ ®å nguyªn lý ®æi h− íng kÕ quang dïng laze vµ c¸p quang1) Nguån ph¸t laze 2) C¸p quang 3) B¶n ph©n t¸ch 4) §Çu thu
1
2
3
4
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 11/18
-1 1 8 -
c - vËn tèc ¸nh s¸ng.
Trªn ®Çu thu (4) ta thu ®− îc hÖ v©n giao thoa cña hai chïm tia. B»ng c¸ch ®Õm
sè v©n giao thoa ∆Z bÞ dÞch chuyÓn do c¸p quang quay, ta cã thÓ tÝnh ®− îc tèc ®é
quay theo c«ng thøc:
c
LR2Z λ
ω=∆ (7.7)
7.2. C¶m biÕn rung vµ gia tèc
7.2.1. Kh¸i niÖm c¬ b¶n
a) D¶i gia tèc vµ ph− ¬ng ph¸p ®o gia tèc
Theo nguyªn lý c¬ b¶n cña c¬ häc, gia tèc lµ ®¹i l− îng vËt lý thÓ hiÖn mèi
quan hÖ gi÷a lùc vµ khèi l− îng. PhÐp ®o gia tèc cã thÓ thùc hiÖn qua viÖc ®o lùc
(c¶m biÕn ¸p ®iÖn, c¶m biÕn c©n b»ng ngÉu lùc) hoÆc ®o gi¸n tiÕp th«ng qua sù biÕn
d¹ng hay di chuyÓn cña vËt trung gian.Tuú theo møc gia tèc vµ d¶i tÇn cña hiÖn t− îng kh¶o s¸t ng− êi ta ph©n biÖt c¸c
d¶i gia tèc sau:
- §o gia tèc chuyÓn ®éng cña mét khèi l− îng nµo ®ã, trong ®ã chuyÓn ®éng
cña träng t©m lu«n gi÷ ë tÇn sè t− ¬ng ®èi thÊp (tõ 0 ®Õn vµi chôc Hz), gi¸ trÞ cña gia
tèc nhá. C¸c c¶m biÕn th− êng dïng lµ c¸c c¶m biÕn gia tèc ®o dÞch chuyÓn vµ c¶m
biÕn gia tèc ®o biÕn d¹ng.
- §o gia tèc rung cña c¸c cÊu tróc cøng hoÆc cÊu tróc cã khèi l− îng lín, tÇn
sè rung ®¹t tíi hµng tr¨m Hz. C¶m biÕn gia tèc th− êng dïng lµ c¶m biÕn tõ trë biÕn
thiªn, ®Çu ®o biÕn d¹ng kim lo¹i hoÆc ¸p ®iÖn trë.
- §o gia tèc rung møc trung b×nh vµ d¶i tÇn t− ¬ng ®èi cao (~10kHz), th− êng
gÆp khi vËt cã khèi l− îng nhá. C¶m biÕn gia tèc sö dông lµ lo¹i ¸p trë hoÆc ¸p ®iÖn.
- §o gia tèc khi va ®Ëp, thay ®æi gia tèc cã d¹ng xung. C¶m biÕn gia tèc sö
dông lµ c¸c lo¹i cã d¶i th«ng réng vÒ c¶ hai phÝa tÇn sè thÊp vµ tÇn sè cao.
C¶m biÕn ®o gia tèc lµ c¶m biÕn chuyÓn ®éng kh«ng cÇn cã ®iÓm mèc, chóng
kh¸c víi c¸c c¶m biÕn dÞch chuyÓn bëi v× khi ®o dÞch chuyÓn cña mét vËt ng− êi ta
ph¶i ®o chuyÓn ®éng t− ¬ng ®èi cña vËt ®ã so víi mét vËt kh¸c cè ®Þnh lÊy lµm mèc.
b) ChuyÓn ®éng rung vµ ph− ¬ng ph¸p ®o
§o ®é rung trong c«ng nghiÖp cã tÇm quan träng ®Æc biÖt v× c¸c lý do:
- Nh»m khèng chÕ biªn ®é rung ®Ó tr¸nh g©y tiÕn ån cã h¹i cho søc khoÎ.
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 12/18
-1 1 9 -
- H¹n chÕ møc rung ë giíi h¹n cho phÐp ®Ó ®¶m b¶o ®é an toµn cho c«ng
tr×nh.
- Rung ®éng liªn quan ®Õn tr¹ng th¸i mµi mßn vµ bÒn mái cña chi tiÕt c¬ khÝ
trong m¸y mãc. §o ®é rung gióp cho ng− êi qu¶n lý n¾m ®− îc t×nh tr¹ng mßn cña
chi tiÕt tõ ®ã cã kÕ ho¹ch b¶o d− ìng, söa ch÷a kÞp thêi.
§é rung ®− îc ®Æc tr− ng bëi ®é dÞch chuyÓn, tèc ®é hoÆc gia tèc ë c¸c ®iÓm
trªn vËt rung. Bëi vËy khi ®o rung ®éng ng− êi ta ®o mét trong nh÷ng ®Æc tr− ng trªn.
C¶m biÕn rung cã thÓ lµ c¶m biÕn dÞch chuyÓn, c¶m biÕn tèc ®é hoÆc c¶m
biÕn gia tèc nh− ng cã thÓ m« t¶ nguyªn lý ho¹t ®éng cña chóng b»ng m« h×nh hÖ c¬
häc cã mét bËc tù do nh− tr×nh bµy ë h×nh 7.11.
C¶m biÕn gåm mét phÇn tö nh¹y c¶m (lß xo, tinh thÓ ¸p ®iÖn... ) nèi víi mét
khèi l− îng rung vµ ®− îc ®Æt chung trong mét vá hép. ChuyÓn ®éng rung cña khèi
l− îng M t¸c ®éng lªn phÇn tö nh¹y c¶m cña c¶m biÕn vµ ®− îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu®iÖn ë ®Çu ra.
Gäi h0 lµ tung ®é cña ®iÓm a cña vá hép, h lµ tung ®é ®iÓm b cña khèi l− îng
rung. Khi kh«ng cã gia tèc t¸c ®éng lªn vá hép tung ®é cña a vµ b b»ng nhau.
DÞch chuyÓn t− ¬ng ®èi cña khèi l− îng M so víi vá hép x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc:
0hhz −= (7.8)
Khi ®ã ph− ¬ng tr×nh c©n b»ng lùc cã d¹ng:
Czdt
dzF
dt
hdM
2
2
−−=
Cz - ph¶n lùc cña lß xo.
dt
dzF - lùc ma s¸t nhít.
bb’
h
h0
H×nh 7.11 S¬ ®å nguyªn lý c¶m biÕn ®o gia tèc vµ rung1) Khèi rung 2) Vá hép 3) PhÇn tö nh¹y c¶m 4) Gi¶m chÊn
M
a
1
2
3
4z
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 13/18
-120-
2
2
dt
hdM - lùc do gia tèc cña khèi M g©y nªn.
Hay:
Czdt
dzF
dt
zdM
dt
hdM
2
2
20
2
++=− (7.9)
Tõ c«ng thøc (7.9), ta nhËn thÊy cÊu t¹o cña c¶m biÕn ®Ó ®o ®¹i l− îng s¬ cÊp
m1 (®é dÞch chuyÓn h0, vËn tèc dh0 /dt hoÆc gia tèc d2h0 /dt2) phô thuéc vµo ®¹i l− îng
®− îc chän ®Ó lµm ®¹i l− îng ®o thø cÊp m2 (z, dz/dt hoÆc d2z/dt2) vµ d¶i tÇn sè lµm
viÖc. D¶i tÇn sè lµm viÖc quyÕt ®Þnh sè h¹ng nµo trong vÕ ph¶i ph− ¬ng tr×nh chiÕm
− u thÕ (Cz, Fdz/dt hoÆc Md2z/dt2).
Trªn thùc tÕ c¶m biÕn thø cÊp th− êng sö dông lµ:
- C¶m biÕn ®o vÞ trÝ t− ¬ng ®èi cña khèi l− îng rung M so víi vá hép.
-C¶m biÕn ®o lùc hoÆc c¶m biÕn ®o biÕn d¹ng.
- C¶m biÕn ®o tèc ®é t− ¬ng ®èi.
Dïng to¸n tö laplace (p) cã thÓ m« t¶ ho¹t ®éng cña c¶m biÕn rung b»ng biÓu
thøc sau:
CzFpzzMphMp 20
2 ++=−
HoÆc:
1p2p
p
h
z
020
2
202
0 +ωξ+ω
ω−=
Víi:
00 f 2M
Cπ==ω lµ tÇn sè riªng cña M trªn lß xo cã ®é cøng C.
CM2
F=ξ lµ hÖ sè t¾t dÇn.
§é nh¹y cña c¶m biÕn cã thÓ tÝnh b»ng tØ sè gi÷a ®¹i l− îng ®iÖn ®Çu ra s vµ ®¹i
l− îng ®o s¬ cÊp m1.
2121
2
1
S.Sm
s.
m
m
m
sS ===
Trong ®ã:
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 14/18
-121-
1
21
m
mS = lµ ®é nh¹y c¬ cña ®¹i l− îng ®o s¬ cÊp.
22
m
sS = lµ ®é nh¹y cña c¶m biÕn thø cÊp.
7.2.2. C¶m biÕn ®o tèc ®é rung
S¬ ®å c¶m biÕn ®o tèc ®é rung tr×nh bµy trªn h×nh 7.12.
Trong c¶m biÕn lo¹i nµy, ®¹i l− îng ®o s¬ cÊp m1 lµ tèc ®é rung dh0 /dt, ®¹i
l− îng ®o thø cÊp m2 lµ dÞch chuyÓn t− ¬ng ®èi z. §é nh¹y s¬ cÊp S1 x¸c ®Þnh bëi biÓu
thøc:
1p
2p
/ pph
zmmS
020
2
2
0
01
21
+ω
ξ+ω
ω−===
§Ó tiÖn lîi trong sö dông, ng− êi ta còng sö dông ®¹i l− îng ®o thø cÊp m2 lµ tèc
®é dÞch chuyÓn t− ¬ng ®èi dz/dt.
ViÖc chuyÓn ®æi tèc ®é t− ¬ng ®èi cña khèi l− îng rung so víi vá hép thµnh tÝn
hiÖu ®iÖn thùc hiÖn bëi mét c¶m biÕn vÞ trÝ t− ¬ng ®èi kiÓu ®iÖn tõ gåm mét cuén d©y
vµ mét lâi nam ch©m. Cuén d©y g¾n víi khèi l− îng rung, lâi nam ch©m ®Æt bªn
trong cuén d©y vµ g¾n víi vá c¶m biÕn. B»ng c¸ch ®o suÊt ®iÖn ®éng cña cuén d©y
cã thÕ ®¸nh gi¸ ®− îc tèc ®é rung cÇn ®o.
Mét ®iÒu cÇn quan t©m khi sö dông c¶m biÕn lo¹i nµy ®ã lµ ph¶n øng cña c¶m
biÕn thø cÊp ®èi víi chuyÓn ®éng cña khèi l− îng rung thÓ hiÖn th«ng qua ph¶n lùc
i.l.Bf = t¸c ®éng lªn cuén d©y khi cuén d©y chuyÓn ®éng trong tõ tr− êng c¶m øng
H×nh 7.12 S¬ ®å nguyªn lý c¶m biÕn ®o vËn tèc rung1) Vá hép 2) Khèi rung 3) Lâi nam ch©m 4) Cuén d©y 5) Lß xo 6) Gi¶m chÊn
bb
M2
1
34
5
6
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 15/18
-122-
B. Gi¶ thiÕt bá qua trë kh¸ng cña cuén d©y Lω, khi ®ã ph¶n lùc f tØ lÖ víi tèc ®é
t− ¬ng ®èi:
( )dt
dz
R
1Blf 2=
Lùc nµy chèng l¹i chuyÓn ®éng cña khèi l− îng rung, lµm thay ®æi hÖ sè t¾t dÇn cña
chuyÓn ®éng.
7.2.3. Gia tèc kÕ ¸p ®iÖn
a) CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng
CÊu t¹o chung cña gia tèc kÕ ¸p ®iÖn gåm mét khèi l− îng rung M vµ mét phÇn
tö ¸p ®iÖn ®Æt trªn gi¸ ®ì cøng, vµ toµn bé ®− îc ®Æt trong mét vá hép kÝn.
Th«ng th− êng cÇn ph¶i ®o gia tèc theo hai h− íng däc theo trôc nh¹y c¶m. Tuú
thuéc vµo b¶n chÊt lùc t¸c dông (nÐn, kÐo hoÆc c¾t) trong bé c¶m biÕn ph¶i cã bé
phËn c¬ khÝ t¹o øng lùc c¬ häc ®Æt tr− íc lªn phÇn tö ¸p ®iÖn ®Ó më réng d¶i ®o gia
tèc theo hai chiÒu.
Trªn h×nh 7.13 tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o cña c¸c gia tèc kÕ ¸p ®iÖn kiÓu nÐn.
C¶m biÕn lo¹i nµy cã tÇn sè céng h− ëng cao, kÕt cÊu ch¾c ch¾n, nh¹y víi øng
lùc cña ®Õ.
S¬ ®å cÊu t¹o cña gia tèc kÕ kiÓu uèn cong tr×nh bµy trªn h×nh 7.14.
PhÇn tö ¸p ®iÖn cña c¶m biÕn gåm hai phiÕn ¸p ®iÖn máng d¸n víi nhau, mét
®Çu g¾n cè ®Þnh lªn vá hép c¶m biÕn, mét ®Çu g¾n víi khèi l− îng rung. C¶m biÕn
lo¹i nµy cho ®é nh¹y rÊt cao nh− ng tÇn sè vµ gia tèc rung ®o ®− îc bÞ h¹n chÕ.
H×nh 7.13 S¬ ®å cÊu t¹o gia tèc kÕ ¸p ®iÖn kiÓu nÐn1) Khèi l− îng rung 2) PhiÕn ¸p ®iÖn 3) §ai èc 4) §Õ 5) Vá hép
1
2
3
4
5
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 16/18
-123-
b) §Æc tr− ng cña c¶m biÕn
§é nh¹y ®− îc biÓu diÔn bëi biÓu thøc:
21SSa
QS ==
Trong ®ã:a - gia tèc cña c¶m biÕn.
Q - ®iÖn tÝch ®− îc t¹o ra khi c¶m biÕn rung víi gia tèc a.
S1 - ®é nh¹y c¬ cña hÖ thèng khèi l− îng rung.
S2 - ®é nh¹y ®iÖn cña c¶m biÕn.
Gi¸ trÞ cña S1 vµ S2 x¸c ®Þnh nh− sau:
2
020
2
20
1
21
1
a
zS
⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
ωω
ξ+⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
ω
ω−ω
==
20
2
1
1dC
z
QS
⎟ ⎠
⎞⎜⎝
⎛ ωω
+
==
Trong ®ã:
d - h»ng sè ®iÖn m«i.
c - ®é cøng cña phÇn tö nh¹y c¶m.
τ=ω
1- tÇn sè t¾t d− íi cña hÖ thèng c¶m biÕn - m¹ch ®o.
7.2.4. Gia tèc kÕ ¸p trë
CÊu t¹o chung cña mét gia tèc kÕ ¸p trë gåm mét tÊm máng ®µn håi mét ®Çu
g¾n víi gi¸ ®ì, mét ®Çu g¾n víi khèi l− îng rung, trªn ®ã cã g¾n tõ 2 ®Õn 4 ¸p trë
H×nh 7.14 S¬ ®å cÊu t¹o gia tèc kÕ ¸p ®iÖn kiÓu uèn cong1) Khèi l− îng rung 2) PhiÕn ¸p ®iÖn 3) Vá hép
M
123
8/3/2019 Cam Bien Do Van Toc Gia Toc Va Rung
http://slidepdf.com/reader/full/cam-bien-do-van-toc-gia-toc-va-rung 17/18
-124-
m¾c trong mét m¹ch cÇu Wheatstone. D− íi t¸c dông cña gia tèc, tÊm ®µn håi bÞ uèn
cong, g©y nªn biÕn d¹ng trong ®Çu ®o mét c¸ch trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp qua bé
khuÕch ®¹i c¬.
Trªn h×nh 7.15 giíi thiÖu s¬ ®å nguyªn lý cña mét c¶m biÕn gia tèc ¸p trë.
§é nh¹y cña c¶m biÕn ®− îc biÓu diÔn b»ng biÓu thøc:
εε
== m21
V.
aSSS
- §é nh¹y ®iÖn cña cÇu Wheatstone S1: v× 4 ®Çu ®o ®Òu cã cïng mét biÕn d¹ng ε
nªn ®iÖn ¸p ra Vm cña ®Çu ®o b»ng:
ε=∆
= KeR
ReV ssm
Suy ra:
s2 KeS =
Trong ®ã:
es - ®iÖn ¸p nu«i cÇu (10 - 15 V).
K - hÖ sè ®Çu ®o ¸p trë.
R - ®iÖn trë mét ®Çu ®o.
- §é nh¹y c¬ S1 cña hÖ thèng c¬ khÝ x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:
⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
ωω
ξ+⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
ω
ω−
ω=
0
2
20
220
1
21
1AS
Gi¸ trÞ cña A vµ ω0 phô thuéc vµo kÕt cÊu cña hÖ chÞu uèn, vÝ dô víi c¶m biÕn cho ë
h×nh 7.15:
H×nh 7.15 S¬ ®å nguyªn lý cña c¶m biÕn gia tèc ¸p trë 1) Khèi rung 2) TÊm ®µn håi 3) ¸p trë 4) §Õ
1
2
3
4
bL
e
G
F
M
top related