Tài liệu Luận văn: Phân tích cơ sở lý thuyết và mô phỏng hoạt động một số cảm biến sử dụng trong nghành cơ khi ô tô pdf

LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU "Tài liệu Luận văn: Phân tích cơ sở lý thuyết và mô phỏng hoạt động một số cảm biến sử dụng trong nghành cơ khi ô tô pdf": http://123doc.vn/document/1036204-tai-lieu-luan-van-phan-tich-co-so-ly-thuyet-va-mo-phong-hoat-dong-mot-so-cam-bien-su-dung-trong-nghanh-co-khi-o-to-pdf.htm

GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 4 12/8/2007
Ngh+a là mt cách tng quát, m0i i lng không th nguyên liên quan n dòng
chy u có th biu di1n d(i dng hàm s! ph thuc vào s! Reynolds ca dòng
chy ó.
Dòng chy mt pha có th là dòng chy theo l(p hoc dòng r!i, iu này ph thuc
vào s! Reynolds. Trong mt #ng !ng d2n có tit din tròn, dòng chy tr thành
dòng r!i nu có s! Reynolds l(n h$n 220.
Trong tr#ng hp phc tp h$n khi nhit  và kh!i lng riêng thay i, s! thông
s! cn thit  mô t mt i lng A b sung s3 t4ng lên. Thí d, v(i cht khí có
vn t!c l(n:
A = f(Re,Ma) (1.5)
Trong ó M
a
= U
1
/c, c =
5rT
là vn t!c âm v(i 5 = Cp/Cv (t6 s! gi*a nhit dung
riêng  áp sut không i và th tích c! nh, trong không khí 5 =1,4). r là h/ng s!
ca cht khí lý tng và T là nhit  tuyt !i.
Trên th"c t, các cm bin d"a trên mt nguyên t7c hot ng nhng v k8 thut thì
không gi!ng nhau khi dùng cho dòng chy là cht khí hoc cht l%ng. Trong
bng 1.1 gi(i thiu mt s! im khác nhau ca hai môi tr#ng này.
Bng 1.1
Kh!i lng riêng 9  nh(t : T!c  chy
Cht l%ng

Không i t 800 n 1000
kg/m
3

PI
4
101÷≈

smU /2000
≤
≤

Cht khí Ph thuc vào T và P, !i v(i
không khí  nhit  phòng
3
/1 mkg≈
ρ

PI
5
10≈

PI: posieuille

smU /2000
≤
≤

1.4.1.2 Cm bin và phng pháp o vn tc ca cht lu
Vn t!c ca các cht lu th#ng c o gián tip thông qua nh hng ca nó n
các c trng vt lý ca vt trung gian hoc n hin tng vt lý trong ó vn t!c
là mt thông s! và vt trung gian là n$i xy ra hin tng. Vt trung gian có th
chính là cht lu hoc mt phn t cu thành ca cm bin.
Khi vt trung gian là bn thân cht lu, vn t!c ca nó xác nh áp sut ng 9U
2
/2,
hiu ng Doppler tác ng bi laze hoc siêu âm và th#i gian truyn qua ca mt
ng v phóng x. Trong tr#ng hp này phi s dng các cm bin thích hp v(i
i lng o là áp sut, ánh sáng, siêu âm, tia phóng x.
GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 5 12/8/2007
Khi vt trung gian là mt phn t ca cm bin t trong cht lu, vn t!c ca cht
lu s3 xác nh mt trong các c trng vt lý nh nhit  ca dây d2n t trong
cht lu và nuôi b/ng dòng mt chiu, hoc t!c  quay ca mt chong chóng hoc
bánh xe t trong cht lu.
a) Phong k dây và phong k màng mng
 Nguyên tc hot ng
Khi t trong dòng chy mt dây d2n hoc mt màng m%ng có nhit  cao h$n
nhit  ca cht lu thì s3 xy ra s" trao i nhit !i lu. S" trao i nhit ph
thuc vào tính cht vt lý ca dòng chy, vn t!c ca cht lu và s" chênh lch
nhit  gi*a phn t nóng và cht lu.
Nhit  cân b/ng T
0
ca dây hoc màng (cm bin) xác nh b/ng cách o in tr
R ca chúng. in tr này ph thuc vào nhit lng Joule t%a ra và vn t!c ca
cht lu.
Trên hình 1.1 biu di1n các dng dây d2n và các loi màng m%ng th#ng s dng 
o vn t!c dòng chy. Các kim loi dùng cho mc ích này cn có h s! nhit in
tr R cao. Thí d:  o vn t!c dòng chy trong cht khí dùng dây platin và wonfram
có #ng kính 0,6µm< D < 10mµ, trong cht l%ng dùng màng m%ng platin.
Công sut Pj t%a ra trên in tr  nhit  T s3 b/ng:
Pj = R(T).
2
Ι
(1.6)
Trong ó I là dòng mt chiu chy qua in tr R.



Hình 1.1 Các dng dây dn và màng mng dùng  o vn tc dòng chy.
GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 6 12/8/2007
Nu gi thit s" trao i nhit ch' xy ra do hin tng !i lu ca cht lu  nhit
 T
a
thì công sut trao i c biu di1n bi biu thc:
P
c
= h.S
l
.(T – T
a
) (1.7)
Trong ó h là h s! trao i nhit và S
l
là din tích mt xung quanh ca cm bin.
!i v(i dây d2n S
l
= ;Dl, D là #ng kính và l là chiu dài. !i v(i màng m%ng
S
l
= 2;Dl, D là chiu rng và l là chiu dài.
Khi có cân b/ng nhit, P
j
= P
c
, ngh+a là:
(
)
(
)
aL
TTShITR −=
2
(1.8)
Vn t!c U ca cht lu liên quan n h s! trao i nhit. Nhiu công thc th"c
nghim ã c a ra  phn ánh m!i liên h này, thí d công thc ca King:
Ubah +=
(1.9)
Trong ó a,b là các h/ng s! ph thuc vào cht lu và cm bin. Nu s dng biu
thc ca King ta s3 có:
(
)
(
)
(
)
a
TTUBAITR −+=
2
(1.10)
Trong ó A = a.S
l
và B = b.S
l
.
 S  o
1. Ch  dòng không i
Trong tr#ng hp này dòng chy qua dây d2n c gi*  giá tr không i
I = const (b/ng cách dùng ngun dòng). Vì công sut nhit trao i ph thuc vào
vn t!c U nên nu U thay i thì nhit  c,ng thay i theo. Mc khác in tr R
ph thuc vào nhit , ngh+a là in áp u ra c,ng ph thuc vào nhit . S$ 
nguyên lý mch o dùng dòng không i c biu di1n trên hình 1.2.

Hình 1.2 S  o trong ch  dòng không i.
GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 7 12/8/2007
Do dây d2n có nhit dung nht nh nên s3 phát sinh mt h/ng s! th#i gian.
Trong mch này có ghép thêm mt phn t bù tr quán tính nhit  ci thin
th#i gian áp ng.
2. Ch  nhit  không i
Trong tr#ng hp này nhit 
(và do ó in tr) c gi*
không i. S$  o biu di1n
trên hình 1.3.
Trong s$  nhit  không i,
cm bin óng vai trò là mt
nhánh ca cu Wheatstone. Dòng
in cn thit  cân b/ng cu ph
thuc vào vn t!c ca cht lu.
Dùng s$  trên ây có u im
là quán tính nhit nh% h$n tr#ng
hp dùng dòng không i.
b) Phong k ion
Có nhiu loi cm bin o t!c  gió trên c$ s o dòng ion, chúng khác nhau ch
yu v hình dng.

Trên hình 1.4 biu di1n s$  nguyên lý ca mt cm bin o t!c  gió b/ng cách
o dòng ion.
A4 A2(I2)
A1(I1)
A3
2A
0A
1
I(
u

Hình 1.4 Phong k ion: a) nguyên lý cu to; b) mch o.





Hình 1.3 S  o trong ch  nhit  không
i.










U

I
1
I
2
GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 8 12/8/2007
u o gm mt dây d2n có in th cao, xung quanh nó là b!n in c"c góp. Dây
d2n c t sao cho h(ng ca nó vuông góc v(i h(ng ca dòng chy.
Trong không khí  gn si dây cao áp luôn có các ion, thí d ion (H
2
O)
n
H
+
. T!c 
di chuyn ca các ion này gi*a các in c"c t6 l v(i  l(n ca in tr#ng. Khi
không khí ng yên, dòng in o  các in c"c b/ng nhau. Khi không khí chuyn
ng v(i vn t!c U, h tr nên bt !i xng. Hiu s! dòng in (I
1
– I
2
) ca mt cp
in c"c A
1
và A
2
liên quan n hình chiu ca U trên #ng th.ng A
1
A
2
, trong khi
ó tng (I
1
+ I
2
) hu nh không i.
 nhy S ca cm bin là hàm ca thông s! <:
U
S
∆
∆
=
σ
(1.11)
Trong ó < là thông s! c vit d(i dng:
21
21
II
II
+
−
=
σ
(1.12)
Phong k ion c s dng  o t!c  gió có giá tr n/m trong khong t 0 n
10 m/s. Trong vùng giá tr này ca t!c , áp ng ca cm bin c coi là tuyn tính.
!i v(i dây #ng kính 100 :m dài 2 cm c bao quanh bi các in c"c góp
#ng kính 1,2cm và n/m cách dây mt khong b/ng 1 cm,  t c  tuyn
tính cao, cn t in áp khong 6000 V trên dây d2n. Dòng in trong in c"c góp
t t(i 1,5 :A,  nhy c= 0,04 m/s.
c) Phong k dùng chén bán cu và cánh qut
 Phong k dùng chén bán cu
Hình dng ca phong k dùng chén bán cu biu di1n trên hình 1.5.
Phong k bán cu có cu to gm t 3 n 4 chén bán cu c g7n vào cánh tay
òn  có th quay quanh mt trc.
Khi t máy o trong dòng chy, các chén bán cu s3 quay quanh trc ca máy o bi
vì h s! sc cn ca mt tr(c (mt lõm) và mt sau bán cu (mt li) khác nhau.

GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 9 12/8/2007

 tìm ph$ng trình cân b/ng ta xét hai bán cu 1 và 3 t vuông góc v(i vn t!c U
ca dòng chy và coi l"c tác dng lên hai bán cu 2 và 4 là nh nhau. Các bán cu 1
và 3 có vn t!c th.ng
v

và -
v

,  th#i im ang xét chung cùng h(ng v(i vn t!c
U

ca dòng chy. L"c cn !i v(i các bán cu:
( )
2
1
2
1
νρ
−= USCF
X
(1.13)
( )
2
3
2
1
νρ
−
′
= USCF
X
(1.14)
Trong ó 9 là kh!i lng riêng ca cht lu, C
x
và C
’
x
là h s! l"c cn !i v(i hai
mt cu, S là din tích ca mt cn chính ca bán cu (din tích hình chiu ca bán
cu trên mt ph.ng vuông góc v(i vn t!c
U

).
T biu thc trên rút ra:
(
)
(
)
22
νν
+
′
=− UCUC
X
X
(1.15)
Do ó:
XX
XX
CC
CC
U
′
−
′
+
=
ν
(1.16)
Minh h a b/ng s!: C
X
= 1,42; C
’
x
= 0,38; U = 3,1











Hình 1.5 Phong k dùng chén bán cu:
a) loi 3 chén bán cu; b) s  b trí ca loi 4 chén bán cu.




GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 10 12/8/2007
 u o gió dùng cánh qut (chong chóng)
u o gió dùng cánh qut biu di1n trên hình 1.6. Trc ca u o c t song
song v(i h(ng ca t!c  dòng chy. Nu b% qua ma sát thì có th coi nh cánh
qut (b/ng mt cách nào ó) c g7n vào dòng chy, khi ó:
U = h. N (1.17)
Trong ó U là vn t!c, N là s! vòng quay và h là h/ng s! ca u o. Nu tính n
ma sát và ng=ng khi ng thì biu thc ca t!c  gió s3 là:
U = a + bN (1.18)
Các h/ng s! a và b c trng cho cánh qut và cht lu.  m c s! vòng quay
ca cánh qut ng#i ta dùng mt trong ba cách d(i ây:

Dùng mt nam châm nh% g7n trên cánh qut, khi cánh qut quay nam
châm i qua cun dây và gây nên xung in. m s! xung theo th#i gian
s3 tính c t!c  quay ca cánh qut.
Dùng cm bin quang in: khi cánh qut quay nó s3 che ánh sáng, to
nên xung in.
Dùng mch o thích hp  o tng s! hoc in áp.
Tr(c khi o phi chu)n u o b/ng mt trong hai cách: t u o trong dòng
chy có vn t!c ã bit tr(c hoc di chuyn u o v(i t!c  quy nh tr(c trong
n(c ng yên.
Phm vi o ca u o cánh qut khác nhau !i v(i các cht lu. Trong không khí
di o n/m trong khong t 0,1 ên 30 m/s, trong cht l%ng t 0,05 n 10 m/s.


Hình 1.6 o tc  gió bng u o chong chóng.
GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 11 12/8/2007
1.4.1.3 o lu lng
o lu lng có tm quan tr ng c bit trong các mng l(i vn chuyn cht lu
(!ng d2n khí, !ng d2n du) và trong m i thit b công nghip khi cn kh!ng ch
lng cht lu tham gia vào các quá trình nh  lò phn ng hoá h c, nhà máy sn
xut n4ng lng, ng c$ !t trong.
a) Lu lng k in t
 Nguyên lý
Khi cho on dây M
1
M
2
chiu dài l chuyn ng tnh tin trong tr#ng cm ng t
B

v(i vn t!c
U

trong khong th#i gian dt, có th vit biu thc cho các i lng
c$ bn sau ây:



Din tích c7t:
dSc = l.U sin.dt (1.19)
Hoc d(i dng vect$:
dtUlSd
c



∧=
(1.20)

T thông b c7t :
dtSdBd
cc



=
θ
(1.21)





Hình 1.7 S dch chuyn ca mt on dây dn trong trng cm ng t.























GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 12 12/8/2007

Hình 1.8 Lu lng k in t.
Sut in ng cm ng:
lUB
dt
d
e
c



.∧=
−
=
θ
(1.22)
Khi
U

vuông góc v(i
l

và
B

vuông góc v(i mt ph.ng to bi
l

và
U

ta có:
e = B. l. U (1.23)
Công thc này có th tng quát hóa cho tr#ng hp cht lu d2n in chy trong
#ng !ng #ng kính D có vn t!c
U

vuông góc v(i
B

: sut in ng cm ng
d c theo #ng kính vuông góc v(i
U

và
B

có dng:
e = BDU (1.24)
Trên th"c t vn t!c thay i tu> v trí ca im trên bán kính !ng, nhng nó phân
b! !i xng quanh trc ca !ng, cho nên U o c là vn t!c trung bình ca dòng
chy. Trong nh*ng iu kin nh vy, tín hiu e t' l v(i lu lng.
 Cu to ca cm bin
T tr#ng 10
-3
÷ 10
-2
T c to ra b/ng cách dùng hai cun dây t  hai phía ca
#ng !ng. #ng !ng d2n làm b/ng vt liu không t tính, mt bên trong !ng
c ph cht cách in. Hai in c"c ly tín hiu t  hai u #ng kính vuông
góc v(i #ng sc ca t tr#ng. Các cun dây c nuôi b/ng ngun xoay chiu
tn s! 30 Hz.
Tín hiu thu c  u ra có dng:
(
)
θ
ϖ
+
=
tUDBe cos
0
(1.25)
Trong ó B
0
là tr c"c i ca cm ng t B
0
= B
max
, ? là tn s! ca cm ng t.
Biên  ca tín hiu t6 l v(i U và có tr c= mV.
in c"c
Khuych
i vi sai
Cun dây
Cun dây
GVHD: ThS V THNG LONG  ÁN TT NGHIP

SVTH: HUNH HU LONG 13 12/8/2007
 Các c trng
Các cht lu cn phi có  d2n in không nh% h$n c= @ :Scm
-1
. Lý do là bi vì in
tr trong ca cm bin phi nh% h$n rt nhiu so v(i in tr vào ca thit b o.
Phm vi o ca lu lng k in t là hàm ca #ng kính !ng d2n. #ng kính
càng rng thì gi(i hn thp và cao càng dch chuyn v phía lu lng l(n. Thí d:
D = 10 mm, lu lng nh% nht Q
min
= 0,28 m
3
/h, lu lng l(n nht
Q
max
= 2,8 m
3
/h.
D = 1 m, Q
min
= 2800 m
3
/h, Q
max
= m
3
/h, Q
max
= 28000 m
3
/h.
 chính xác ca lu lng k t c= @1%.
&u im ca lu lng k in t là  ch0 vic o c không ph thuc vào c
tính vt lý ca cht lu (nh mt ,  nh(t,  d2n in v(i iu kin nó phi l(n
h$n mt vài @ :Scm
-1
). Ngoài ra, thit b này có kh n4ng ch!ng 4n mòn b/ng cách
ch n l(p ph và kim loi in c"c thích hp (Ti, Pt).
b) Lu lng k c dùng chuyn i in
 Lu lng k phao ni

Lu lng k loi này có cu to gm mt phao nh% t trong !ng th.ng ng hình nón.
A trng thái cân b/ng phao chu tác dng ca ba l"c ch yu là l"c )y Archimede,
l"c cn và tr ng lng. Trng thái cân b/ng này c biu di1n bi ph$ng trình:
gV
SU
CgV
x 0
2
2
.
ρ
ρ
ρ
=+
(1.26)
Trong ó:






Hình 1.9 S  nguyên lý cu to ca lu lng k phao ni.