Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tự động xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu

Chia sẻ: Vtu Vtu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

115
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tự động xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu với mục đích nghiên cứu cơ tính của vật liệu và các phương pháp thử nghiệm kéo nén vật liệu và tìm hiểu một thiết bị thử nghiệm kéo nén vật liệu cũng như nguyên lý hoạt động của chúng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tự động xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu

1 2 Công trình ñược hoàn thành tại BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN ĐỨC LUÂN Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH MINH DIỆM NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG XỬ LÝ SỐ LIỆU TRÊN MÁY THỬ NGHIỆM Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG KÉO NÉN VẬT LIỆU Phản biện 2: GS. TS. LÊ VIẾT NGƯU Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Mã số : 60.52.04 thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 23 tháng 10 năm 2010 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. Đà Nẵng - 2010
3 4 cao. Hiện nay trên thị trường có những loại máy thử nghiệm kéo nén MỞ ĐẦU vật liệu thế hệ mới với sự hỗ trợ của máy tính ñã phần nào giải quyết 1. Lý do chọn ñề tài ñược nhưng khó khăn ñã nêu trên, tuy nhiên giá thành lại rất ñắt nên Theo chủ trương chiến lược của Chính phủ về “Phát triển khoa việc ñầu tư mua sắm sẽ gặp rất nhiều khó khăn. học và công nghệ Việt Nam ñến năm 2020” trong các lĩnh vực Công Từ những cơ sở trên, tôi ñề xuất ñề tài mang tên: “Nghiên cứu, nghệ tự ñộng hóa và cơ ñiện tử ñã nhấn mạnh: “… Thiết kế, xây xây dựng hệ thống tự ñộng xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo dựng phần mềm, lắp ñặt, trang bị các hệ thống thích hợp giám sát, nén vật liệu” ñiều khiển, thu thập và xử lí số liệu áp dụng phổ cập trong ñiều hành 2. Mục ñích nghiên cứu hoạt ñộng của các chuyên ngành công nghiệp;….Phát triển và hình Mục ñích của ñề tài chủ yếu nghiên cứu cơ tính của vật liệu và thành các ngành công nghiệp phần cứng và thiết bị thông minh. Phần các phương pháp thử nghiệm kéo nén vật liệu và tìm hiểu một số cứng là các bộ ñiều khiển, các hệ thống cơ-ñiện tử, các thiết bị thông thiết bị thử nghiệm kéo nén vật liệu cũng như nguyên lý hoạt ñộng minh sẽ là khâu quyết ñịnh hoàn thiện và nâng cấp dây chuyền công của chúng. Đồng thời tác giả dựa trên ñộ chính xác của cảm biến lực nghệ. Phát triển mạnh về thiết kế, chế tạo, tích hợp phần cứng phục và cảm biến chiều dài ñể tính toán, thiết kế các thiết bị ghép nối máy vụ phần mềm ñiều khiển. Các hệ thống cơ-ñiện tử ñược phát triển ñể tính và xây dựng phần mềm xử lý số liệu kết quả ño. dành chỗ cho sự phối hợp hệ thống trong dây chuyền sản xuất. Như 3. Phạm vi nghiên cứu chế tạo các hệ thống tự ñộng ñiều khiển ñịnh lượng các quá trình sản Nghiên cứu tổng quan về cơ tính, các phương pháp kiểm tra cơ xuất liên tục, sản xuất theo dây chuyền, ứng dụng cho các hệ thống tự tính của vật liệu; Nghiên cứu về nguyên lý của máy thử kéo nén vật ñộng vận chuyển, công nghiệp xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng, liệu và các phương pháp thực hiện các phép thử kéo-nén; xử lý và cân băng tải, bốc rót vật liệu rời. Chế tạo các thiết bị ño lường phân ñánh giá kết quả của các phép thử nghiệm; Nghiên cứu thiết bị ño và tích tự ñộng; hệ thống ñếm và phân loại sản phẩm…” thiết bị ghép nối máy tính; Phân tích dữ liệu, lọc các dữ liệu cần thiết Việc thử nghiệm kéo nén là những thí nghiệm cơ bản trong cho mỗi phép thử; viết chương trình xử lý dữ liệu và giao diện màn việc thử nghiệm vật liệu. Những thí nghiệm này minh họa cho những hình; Đánh giá ưu nhược ñiểm. ñặc tính ổn ñịnh quan trọng trong việc ñánh giá các vật liệu. Hiện 4. Phương pháp nghiên cứu nay, trong các nhà trường, học viện, phòng thí nghiệm, các phân viện Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu cũng như các nhà máy sản xuất ñang sử dụng một lượng phương pháp thực nghiệm. lớn các thiết bị thử nghiệm kéo nén vật liệu. Các thiết bị này ñã có từ Nội dung nghiên cứu: lâu và phần lớn khâu xử lí số liệu ño lường và ñánh giá kết quả ño - Về lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về cơ tính, các phương ñều làm thủ công, rất tốn thời gian, hiệu suất và ñộ chính xác không pháp kiểm tra cơ tính của vật liệu; Nghiên cứu về nguyên lý của máy
5 6 thử kéo nén vật liệu và các phương pháp thực hiện các phép thử kéo- trình xử lí số liệu dễ dàng hơn, tiết kiệm thời gian, kinh phí nâng cấp nén; Nghiên cứu khả năng lập trình ghép nối máy tính; xử lý dữ liệu; và nâng cao hiệu suất lao ñộng. - Về thực nghiệm: Thiết kế thiết bị giao tiếp với máy tính, thử 6. Cấu trúc của luận văn nghiệm giao tiếp, trao ñổi dữ liệu với thiết bị; thử nghiệm trên máy Mở ñầu thử nghiệm vạn năng WP 300 tại Trung tâm TC-ĐL-CL3/ Bộ Quốc Chương 1. Đặc trưng cơ học của vật liệu và các phương pháp phòng. kiểm tra. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Chương 2. Phương pháp xử lý số liệu. Dựa trên các nguyên lý và các phương pháp thử nghiệm vật Chương 3. Lựa chọn thiết bị ño và tính toán thiết kế thiết bị liệu cũng như ñộ chính xác cao của các cảm biến lực, cảm biến chiều ghép nối máy tính. dài và khả năng kết nối máy tính của các thiết bị này ñể tiến hành xây Chương 4. Xây dựng phần mềm xử lý số liệu. dựng phần mềm xử lý số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu. Kết luận và hướng phát triển của ñề tài. Thông qua các tín hiệu ñiện từ bộ cảm biến lực và chiều dài có ñộ chính xác cao, ta có thể thu các kết quả thử nghiệm về và tính toán CHƯƠNG 1 một cách chính xác, ñồng thời thể hiện lại một cách trực quan toàn bộ ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÀ quá trình biến ñổi của vật liệu thông qua các loại biểu ñồ khác nhau, CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ñồng thời lưu lại kết quả, lập báo cáo và kết xuất dữ liệu theo 1.1. Các ñặc trưng cơ tính của vật liệu yêu cầu. Để nghiên cứu ứng xử của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng, Với phần mềm này, ta có thể theo dõi toàn bộ quá trình phép người ta phải tiến hành thí nghiệm trên các mẫu chính vật liệu ñó thử ngay trong chương trình; các giá trị ñọc ñược từ máy tính có ñộ trong các phòng thí nghiệm chuyên dùng. Các thí nghiệm ñược tiến chính xác cao. Cho phép chọn và quan sát, phân tích các giai ñoạn hành nhằm xác ñịnh các ñại lượng cho phép ta ñánh giá ñược tính biến dạng của vật liệu trên biểu ñồ, thông qua ñó ñánh giá chất lượng ñàn hồi, tính dẻo, ñộ bền v.v… của vật liệu. vật liệu có hệ thống và chi tiết hơn. Những ñại lượng ñặc trưng ñó ñược gọi là ñặc trưng cơ học của Hiện nay trong nền công nghiệp quốc phòng nói riêng và vật liệu. Cơ tính của vật liệu ñược biểu thị bởi các ñặc trưng cơ học, ngành cơ khí của ñất nước nói chung, các thiết bị thử nghiệm kéo nén chúng cho biết khả năng chịu tải của vật liệu trong từng ñiều kiện cụ vật liệu ñang ñược sử dụng rất nhiều và chiếm một vai trò to lớn thể, là cơ sở ñể tính toán ñộ bền khi sử dụng và khi so sánh các vật trong quá trình ñánh giá cơ tính của vật liệu. Đề tài sẽ góp một phần liệu với nhau. Các chỉ tiêu này ñược xác ñịnh bằng các phương pháp trong việc thử nghiệm cơ tính vật liệu với ñộ chính xác cao hơn, quá thử nghiệm trên các mẫu có kích thước theo tiêu chuẩn nhất ñịnh.
7 8 1.1.1. Độ bền thể xác ñịnh một số các ñặc trưng cơ học của một loại vật liệu Các chỉ tiêu về ñộ bền Fñh a. Giới hạn ñàn hồi (σñh): σ ñh = MN/m2 S0 F0, 2 c. Giới hạn chảy qui ước (σ0,2): σ 0 , 2 = MN/m2 S0 Fb d. Giới hạn bền (σb): σb = MN/m2 S0 1.1.2. Độ dẻo Hình 1.4. Đường cong ñặc tính của vật liệu 1.1.3. Độ dai va ñập 1.2.2. Thí nghiệm nén vật liệu 1.1.4. Độ dai phá hủy biến dạng thẳng 1.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng ñến các ñặc trưng cơ học của vật 1.1.5. Độ cứng liệu 1.2. Phương pháp kiểm tra ñặc trưng cơ học của vật liệu 1.3. Nguyên lý hoạt ñộng của máy kéo nén 1.2.1. Thí nghiệm kéo Các máy thí nghiệm kéo nén ở nước Thí nghiệm kéo vật liệu ñược tiến hành trên một máy sinh lực, ta hiện nay chủ yếu làm việc theo gọi là máy kéo, nén vạn năng. Mẫu thí nghiệm ñược chế tạo với hình nguyên lý thủy lực hoặc cơ khí, dạng và kích thước nhất ñịnh, tùy thuộc vào loại vật liệu và tuân thủ trong ñó các máy thí nghiệm kéo theo quy phạm của từng quốc gia. nén thủy lực chiếm số lượng rất lớn. Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của máy thí nghiệm kéo nén ñược thể hiện trên hình 1. 13. Từ một bơm thủy lực, dầu ñược dẫn vào xi-lanh(A), dầu tác dụng lên bề mặt pittông (B) Hình 1.13. Sơ ñồ nguyên lý một áp lực P. Cần pittông (C) ñược Hình 1.1. Kích thước của mẫu thép hình trụ hoạt ñộng của máy thí nghiệm nối với mẫu M thông qua ngàm (D), Sau thí nghiệm ta sẽ có ñược ñường cong ñặc tính của vật liệu. kéo nén tác dụng vào mẫu một lực kéo, có trị Căn cứ vào ñường cong ñặc tính của vật liệu như trên hình 1.4, ta có số bằng áp lực P, lực này ñược chỉ thị trên ñồng hồ áp lực N.
9 10 CHƯƠNG 2 2.4. Sai số thô - các chỉ tiêu loại sai số thô PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 2.4.1. Chỉ tiêu 3σ 2.1. Khái niệm về sai số ño và phân loại 2.4.2. Chỉ tiêu Sovinô Sự sai khác giữa kết quả ño, nhận ñược từ giá trị chỉ thị trên 2.5. Xử lý kết quả ño gián tiếp máy và dụng cụ ño x với giá trị thực Q của nó gọi là sai số ño: Phương pháp ño gián tiếp trong thực tế thường gặp nhiều hơn. ∆x = x − Q Phương trình biểu diễn quan hệ giữa ñại lượng cần ño y và các ñại 2.2. Sai số ngẫu nhiên - phương pháp tính thông số ñặc trưng lượng ñược ño trực tiếp x1; x2; …; xm là: 2.2.1. Tính toán các thông số ñặc trưng khi ño không cùng ñiều Y = f(x1; x2; …; xm) kiện ño Vấn ñề ñặt ra là các giá trị xi là các ñại lượng ño trực tiếp, xi 2.2.2. Tính toán các tham số ñặc trưng trong trường hợp phân bố ñược biểu diễn qua Xi và ∆Xi là sai số của chúng, ñược ño qua ñộ ño của các ñại lượng thuần dương σx. Độ lớn của ∆Xi phụ thuộc vào ñộ chính xác khi ño cũng như số 2.3. Sai số hệ thống - phương pháp khử sai số hệ thống lần ño. Vấn ñề cần giải quyết là mối quan hệ giữa Xi; ∆Xi và các Sai số hệ thống là loạt sai số mà có thể dự ñoán trước ñược tham số phân bố của ñại lượng ño gián tiếp Y và σy. nguyên nhân gây ra sai số, nắm trước ñược luật biến thiên, có trị số 2.5.1. Bài toán thuận và dấu xác ñịnh trong mỗi ñiều kiện ño cụ thể. Do ñặc ñiểm này, sai Nội dung của bài toán thuận: với kết quả ño trực tiếp, ta có X1, số hệ thống có thể dùng các biện pháp khác nhau ñể làm giảm ñến X2, …, Xm và ñộ chính xác tương ứng ño σx1, σx2, …, σxm. Hãy xác mức tối thiểu hoặc khử hoàn toàn khỏi kết quả ño và vì vậy, trong ñịnh kết quả ño gián tiếp Y và σy. các phép ño thông thường ở kết quả ño chỉ có ghi trị số giới hạn của Cơ sở ñể giải quyết bài toán này là công thức Taylo tính sai số sai số ngẫu nhiên mà không ghi thành phần sai số hệ thống. của hàm số theo sai số của ñối số: 2.3.1. Phương pháp hiệu chỉnh y = f(x1, x2, …, xm) 2.3.2. Phương pháp so sánh với mẫu ∂f ∂f ∂f m ∂f Phương pháp này ñược dùng khi ño so sánh: ñại lượng ño ñược ∆y = f (∆x1 , ∆x2 ,..., ∆xm ) = ∆x1 + ∆x2 + ... + ∆xm = ∑ ∆xi ∂x1 ∂x2 ∂xm ∂ i =1 xi ñem so sánh với ñại lượng mẫu có cùng kích thước nhưng có ñộ Muốn tính giá trị trung bình của giá trị ño gián tiếp ta chỉ việc chính xác cao hơn. Kết quả ño cho ta sai lệch tuyệt ñối giữa kích thay giá trị trung bình của các ñại lượng ño trực tiếp vào phương thước ño và kích thước mẫu. Với phương pháp này các sai số do vị trí trình quan hệ giữa chúng với nhau. cơ cấu, do ñiều kiện ño… sẽ ñược khử hết. Để tính toán ñộ chính xác của các ñại lượng ño gián tiếp ta xuất 2.3.3. Phương pháp bù (phương pháp bồi thường) phát từ công thức tính sai số hàm:
11 12 ∂f ∂f ∂f CHƯƠNG 3 ∆y j = ∆x1 j + ∆x 2 j + ... + ∆x mj ∂x1 ∂x 2 ∂x m LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐO VÀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ Cuối cùng ta có: THIẾT BỊ GHÉP NỐI MÁY TÍNH 2 2 2 3.1. Cảm biến dịch chuyển  ∂f   ∂f  m  ∂f  σ Y =  σ X 1  + ... +  σ Xm  = ∑  σ Xi  - Ký hiệu : PY2 C 25  ∂x1   ∂x m  i =1  ∂x i  - Hành trình dịch chuyển của ñầu ño : 25 mm 2.5.2. Bài toán nghịch - Điện áp nguồi nuôi lớn nhất : 24 V 2.6. Độ chính xác và ñộ tin cậy của kết quả ño - Độ phi tuyến : ± 0,2 % 2.6.1. Khi ño trực tiếp các ñại lượng trong cùng ñiều kiện ño 2.6.2. Khi ño trực tiếp các ñại lượng không cùng ñiều kiện ño 2.6.3. Xác ñịnh số lần ño cần thiết theo ñộ chính xác và ñộ tin cậy yêu cầu 2.7. Phương pháp xác ñịnh mối quan hệ thực nghiệm Việc xác ñịnh mối quan hệ thực nghiệm từ số liệu ño cần qua Hình 3.1. Cảm biến ño dịch chuyển PY2 C 25 các bước:1. Vẽ sơ bộ quan hệ theo số liệu thực nghiệm; 2. Chọn công 3.1.1. Nguyên lý ño vị trí và dịch chuyển thức biểu diễn hàm quan hệ; 3. Xác ñịnh hàm thực nghiệm: xác ñịnh các hằng số trong công thức ñã chọn; 4. Kiểm nghiệm sự phù hợp thực tế của 3.1.2. Điện thế kế ñiện trở dùng con chạy cơ học công thức vừa xác ñịnh. 3.2. Cảm biến lực 2.7.1. Xác ñịnh quan hệ hàm số giữa các ñại lượng - Model: CBES 2.7.1.1. Chọn công thức thực nghiệm - Dải ño (R.C): ñến 20 kN 2.7.1.2. Xác ñịnh công thức thực nghiệm - Điện áp ñầu ra: 2 mV/V ± 0.25% 2.7.2. Xác ñịnh quan hệ tương quan giữa các ñại lượng - Độ không tuyến tính: ≤ 0.1% R.O 2.7.3. Áp dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên trong nghiên cứu quan - Quá tải cho phép: 150% R.C hệ thực nghiệm - Giới hạn quá tải: 300% R.C Hình 3.3. Cảm biến lực CBES 2000 3.2.1. Nguyên lý ño lực 3.2.2. Cảm biến lực với màng sọc co giãn kim loại 3.3. Tính toán thiết kế thiết bị ghép nối máy tính
13 14 3.3.1. Sơ ñồ khối ghép nối các cảm biến với máy tính 3.3.2. Sơ ñồ nguyên lý 3.3.2.1. Sơ ñồ nguyên lý khối nguồn cung cấp 3.3.2.2. Sơ ñồ nguyên lý cảm biến, bộ chuyển ñổi và bộ khuếch ñại ño dịch chuyển 3.3.2.3. Sơ ñồ nguyên lý cảm biến, bộ chuyển ñổi và bộ khuếch ñại ño lực 3.3.2.4. Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi ADC 16 bít ño dịch chuyển 5V/DC -5V/DC 1.6V/DC U8 VR1 1 28 100K 2 V- UNDERRANGE REF 27 OVERRANGE 0 3 26 ANA COM STROBE 25 C24 0.47MF R11 27 R/H 24 4 DIGI GND 23 0 INT OUT POL 22 CLOCK 120kHz C23 1MF 5 CLOCK IN 21 D5 AZ IN BUSY P2(AD0...AD4) 6 BUFF OUT 7 REF CAP- D1(LSD) 20 0 AD0 R10 100K 19 AD1 R12 C22 D2 18 AD2 100K 1MF D3 17 AD3 8 D4 12 AD4 REF CAP+ D5(MSB) Hình 3.5. Sơ ñồ ghép nối các cảm biến với máy tính 0 0 C21 9 IN LO 16 D3 P0(D0...D3) R9 100K 0.1MF B8(MSB) 15 D2 IN0(ADC) 10 B4 14 D1 11 IN HI B2 13 D0 5V/DC V+ B1(LSB) ICL7135 - Cảm biến có nhiệm vụ chuyển ñổi các ñại lượng cần ño thành tín hiệu ñiện hay sự thay ñổi các ñại lượng ñiện ở cảm biến như: ñiện 3.3.2.5 Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi ADC 16 bít ño lực 5V/DC -5V/DC trở, ñiện dung, ñiện cảm …; U8 - Bộ khuyếch ñại có chức năng khuyếch ñại tín hiệu phát sinh ở VR1 100K 1.6V/DC 1 2 V- UNDERRANGE 28 REF 27 OVERRANGE cảm biến. 0 3 ANA COM STROBE 26 25 C24 0.47MF R11 27 R/H 24 - Bộ chuyển ñổi Analog - digital (ADC) có nhiệm vụ chuyển 4 INT OUT DIGI GND POL 23 22 0 CLOCK 120kHz C23 1MF 5 CLOCK IN 21 ñổi tín hiệu ñiện tương tự sang tín hiệu số ñể giao tiếp với bộ xử lý D5 6 AZ IN BUFF OUT BUSY P2(AD00...AD04) 7 REF CAP- D1(LSD) 20 0 AD0 R10 100K 19 AD1 hoặc máy tính; R12 100K C22 1MF D2 D3 18 17 AD2 AD3 8 D4 12 AD4 REF CAP+ D5(MSB) - Bộ xử lý số liệu có nhiệm vụ xử lý số liệu ño thành ñại lượng 0 0 C21 9 IN LO 16 D3 P0(D00...D03) R9 100K 0.1MF B8(MSB) 15 D2 tương ứng bằng các công thức toán học. IN0(ADC) 10 11 IN HI B4 B2 14 13 D1 D0 5V/DC V+ B1(LSB) - Bộ hiển thị kết quả ra màn hình. ICL7135 3.3.2.6. Sơ ñồ nguyên lý mạch tạo xung clock 120kHz
15 16 3.3.2.7. Sơ ñồ nguyên lý mạch vi ñiều khiển 3.3.3. Tính toán thiết kế thi công 5V/DC 3.3.3.1.Tần số dao ñộng cung cấp cho ADC ILC7135 + f (clock) = 120(kHz) C11 P2(AD00...AD04) 104 5V/DC 0 + Theo mạch dao ñộng LM 555 trên. 5V/DC P0(D0...D3) U10 Ta có: T ≈ 0.69×2×R14×C15 40 R6 100 AD00 1 VCC SW1 + C14 AD01 2 P1.0 39 D0 - 10MF RST AD02 AD03 3 4 P1.1 P1.2 P0.0/AD0 P0.1/AD1 38 37 D1 D2 P0(D00...D03) Chọn C15 = 0.01µF; suy ra: R14 = 600Ω AD04 5 P1.3 P0.2/AD2 36 D3 P1.4 P0.3/AD3 R5 8.2K 6 7 P1.5 P1.6 P0.4/AD4 P0.5/AD5 35 34 D00 D01 3.3.3.2. Hệ số khuếch ñại Ap ño chiều dài 8 33 D02 P1.7 P0.6/AD6 RST 9 P0.7/AD7 32 D03 R3 0 RXD 10 RST 31 5V/DC Ap = Ap1 × (1+ ) ; Ap1 = 1 (Mạch khuếch ñại ñệm) 11 12 P3.0/RXD P3.1/TXD EA/VPP R4 P3.2/INT0 TXD 13 14 P3.3/INT1 ALE/PROG P3.4/T0 PSEN 30 29 R3 10 C12 15 16 P3.5/T1 28 Ap = ( 1+ ) = (1 + ) = 1.0001 30P 17 P3.6/WR P3.7/RD P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 27 26 P2(AD0...AD4) R4 100000 18 25 Y1 XTAL2 P2.4/A12 P2.3/A11 24 23 AD3 AD2 Suy ra: Ap = 1×1.0001 11.059 P2.2/A10 22 AD1 GND 19 XTAL1 P2.1/A9 P2.0/A8 21 AD0 3.3.3.3. Hệ số khuếch ñại ño lực C13 0 20 30P AT89C51 Ta có: R01 = R02 = R03 = R04 =700 (Ω) 0 VCC 10 V01 = ×R03 = ×R03 = 5(V) 3.3.2.8. Sơ ñồ nguyên lý mạch giao tiếp máy tính R02 + R03 R02 + R03 VCC 10 5V/DC V02 = ×R04 = ×R04 = 5(V) R01 + R 04 R01 + R04 D3 D4 V 02 R05 + R06 R06 - Ap = Vout = ×R08×( )- ×V01 R08 + R07 C19 C18 LED1 LED2 104 + 10MF R05 R 05 0 P1 R7 R8 Chọn: R08 = R06 = 10KΩ; 16 U12 2 1 1K 1K 6 R06 V+ VCC 2 14 7 13 /T1OUT R1IN /R1OUT 12 RXD suy ra Ap = Vout = ×(V02-V01) = V02-V01 3 8 4 - C17 + 10MF 1 C1+ T1IN 11 10 TXD R 05 9 3 T2IN 9 5 C16 10MF 4 C1- /R2OUT 8 3.3.3.4. Thông số ñầu vào và ñầu ra ADC của dụng cụ ño chiều dài - + C2+ R2IN 7 RS232 5 /T2OUT 3.3.3.5. Thông số ñầu vào và ñầu ra ADC của dụng cụ ño lực GND C2- V- 0 MAX232 3.3.3.6. Lưu ñồ giải thuật ño chiều dài 15 6 - C20 3.3.3.7. Lưu ñồ giải thuật của dụng cụ ño lực + 10MF 0 0
17 18 CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG PHẦN MỀM XỬ LÝ SỐ LIỆU 4.1. Xử lý số liệu thử nghiệm bằng phương pháp thông dụng 4.1.1. Những dữ liệu cơ sở cần thiết cho phép thử Khi kim loại chịu tác dụng của tải trọng sẽ có 3 giai ñoạn biến dạng: biến dạng ñàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ. Quan hệ giữa biến dạng (∆l) và tải trọng (P) ñược giới thiệu trên hình 4-1. Giai ñoạn phá hoại khi tải trọng ñã ñạt tới giá trị cực ñại (Pmax), vết nứt xuất hiện và mẫu bị phá hoại (hình 4-1, vùng III). Khi thí nghiệm kéo mẫu, cường ñộ của kim loại ñược Hình 4.2. Thiết bị thí nghiệm vật liệu vạn năng WP 300 ñặc trưng bằng 3 chỉ tiêu sau : Chọn mẫu thử nghiệm kéo giãn bằng ñồng B6x30 DIN 50125. Hình 4.1 Biểu ñồ kéo của kim loại PP Giới hạn ñàn hồi σp : σ P = ; kG/cm2 F0 PC Giới hạn chảy σc: σ c = ; kG/cm2 F0 Hình 4.3. Mẫu thử kéo P Giới hạn bền σb: σ P = Max ; kG/cm2 Sau khi gá lắp mẫu thử chắc chắn và ñúng vị trí, tiến hành gia F0 tải bằng cách vặn tay quay gắn ở pittông bơm dầu, việc gia tải phải 4.1.2 Tiến hành thí nghiệm kéo mẫu trên thiết bị thử nghiệm WP thật chậm và liên tục. Đọc chỉ số lực từ ñồng hồ sau mỗi 0,1 mm, ghi 300 (Tại Trung tâm TC-ĐL-CL3/ Bộ Quốc phòng) lại trị số lực tương ứng với từng ñộ giãn, từ ñộ giãn 1mm, khoảng trị số có thể mở rộng tới 0,2mm. Cứ như vậy cho ñến khi mẫu thử bị phá hủy. Các trị số ñã ño ñược thể hiện ở bảng 4.1.
19 20 Bảng 4.1. Bảng kết quả thử nghiệm mẫu ñồng B6x30 DIN 50125 Với phương pháp này, ñể có biểu ñồ Ứng suất-Biến dạng, ta THỬ NGHIỆM:Mẫu thử kéo B6x30 DIN 50125 ñược chế tạo từ ñồng phải thực hiện các phép tính ñể có ñược biểu ñồ. Như vậy, với Độ giãn ∆l, Lực thử nghiệm Độ giãn ∆l, Lực thử nghiệm phương pháp này quá trình xử lí số liệu sẽ tốn nhiều công sức và thời 1/100 mm P, kN 1/100 mm P, kN gian, làm cho hiệu suất công việc không cao. Qua nghiên cứu ở 10 0,8 140 10,3 chương 2 ta thấy rằng với phương pháp này sẽ chịu rất nhiều nguyên 20 2,4 160 10,1 nhân dẫn ñến sai số, làm cho sai số của phép thử sẽ lớn. Thực tế ñã 30 4,9 180 9,8 chứng minh là qua kiểm ñịnh tại Trung tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo 40 7,6 200 9,6 lương Chất lượng 2 (QUATEST2/ Bộ Khoa học và Công nghệ) thì 50 10,0 220 9,4 máy thử nghiệm kéo nén vạn năng ñạt cấp chính xác 2. 60 11,0 240 9,1 4.2. Chương trình xử lí số liệu trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu. 70 11,0 260 8,7 4.2.1. Giới thiệu 80 10,9 280 8,35 Để thể hiện các quá trình thí nghiệm nhằm xác ñịnh các ñặc trưng của vật liệu với ñộ chính xác cao, thông qua bộ cảm biến lực và 90 10,8 300 7,9 chiều dài, các tín hiệu từ các bộ cảm biến này ñể xây dựng nên modul 100 10,7 320 7,25 tính toán, xử lý các dữ liệu thí nghiệm. Modul này ñược viết trên cơ Sau khi có bảng kết quả trên, ta tiến hành vẽ biển ñồ Tải-Độ sở ngôn ngữ lập trình Visual Basic với thiết kế có giao diện ñẹp, giãn ñối với mẫu thử ñồng B6x30 DIN 50125. ngôn ngữ hiển thị bằng tiếng Việt hoàn toàn, bố trí các chức năng Lực thử nghiệm P, kN hợp lí và ñơn giản. Ứng dụng trên máy thử nghiệm kéo nén vật liệu WP 300 tại Trung tâm Tiêu chuẩn Đo lường Chất lương 3/ Bộ Quốc phòng. Thay ñồng hồ so ño dịch chuyển bằng cảm biến dịch chuyển PY2 C 25 và lắp cảm biến lực CBES 2000 vào vị trí giữa trụ chính thủy lực và xà dưới của khung tải di ñộng. Các cảm biến này có nguyên lý hoạt ñộng và kết nối máy tính như ñã trình bày ở chương 3. Độ giãn ∆l, kN Hình 4.4. Biểu ñồ Lực-Biến dạng của mẫu ñồng B6x30 DIN 50125
21 22 4.2.2. Chức năng của chương trình - Xác ñịnh các giá trị: Biểu ñồ ứng suất dạng - Giao diện chính Giao diện chính của chương trình ñược hiển thị sau khi ta chọn chạy chương trình, là nơi ñể bắt ñầu các bước thực hiện việc thí nghiệm. Hình 4.7. Giao diện chính của chương trình - Hệ thống: Tạo dữ liệu mới Hình 4.12. Biểu ñồ ứng suất biến dạng Hệ thống: Tạo dữ liệu mới cho phép xóa bỏ các ñặc tuyến khỏi màn - Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị lực và ñộ giãn hình và bộ nhớ, chương trình ñược ñặt lại về trạng thái ban ñầu. Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị lực - Hệ thống: Xem dữ liệu cũ và ñộ giãn nhằm cung cấp các giá trị Hệ thống: Xem dữ liệu cũ nhằm mở lại các dữ liệu cũ ñã thử nghiệm. lực và ñộ giãn cho ñặc tuyến hiện - Hệ thống: Lưu dữ liệu cũ thời với các trị số có ñược từ các giá Hệ thống: Lưu dữ liệu cũ cho phép trị ño và từ số liệu ñã nhập vào như lưu các dữ liệu và ñặc tuyến ñã trình bày ở chức năng 5. Khi chọn - Nhập các thông số cho phép thử Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị lực nghiệm kéo giãn và ñộ giãn, bảng giá trị lực và ñộ Khi chọn Tiến hành thử nghiệm: giãn sẽ ñược thể hiện trong một cửa thử nghiệm kéo giãn, xuất hiện sổ bên ngoài. Hình 4.13. Bảng giá trị lực và ñộ giãn một cửa sổ Thiết lập trước các Bảng giá trị sẽ cung cấp 80 giá trị lực và ñộ giãn trong quá trình thử. thông số cho phép thử kéo giãn - Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị ứng suất và biến dạng nhằm nhập các thông số ñầu vào Khi chọn Xác ñịnh các giá trị: Bảng giá trị ứng suất và biến dạng , cho mẫu thử nghiệm. bảng giá trị ứng suất và biến dạng dài tương ñối sẽ ñược thể hiện Hình 4.11. Bảng thiết lập các thông số trong một cửa sổ bên ngoài tương tự bảng giá trị lực và ñộ giãn. cho phép thư kéo - Thiết lập các chế ñộ: Thiết lập ñường truyền
23 24 - Thiết lập các chế ñộ: Các thông số (2.65) ta có: cho ñồ thị  ∂f  2  ∂f  2 m  ∂f  2 Một vài các thông số hiển thị λσ =  λP1  + ... +  λPm  = ∑  ∂P λPi   ∂P1   ∂Pm  i =1  i  trên biểu ñồ và bảng giá trị có thể Trong ñó: λσ : ñộ chính xác của giá trị ño gián tiếp σ ñược ñặt trước. Các số liệu ñặt trước λPi : ñộ chính xác của giá trị ño trực tiếp thứ Pi này ñược tạo ra từ menu Thiết lập Tại mục 4.3.1 ñã nghiên cứu và kết luận sau khi sử dụng các các chế ñộ: Các thông số cho ñồ thị. cảm biến và chương trình xử lý kết quả ño, sai số trực tiếp λPi nhỏ Khi chọn, sẽ xuất hiện một cửa sổ hơn so với khi sử dụng phương pháp trước ñây. Như vậy, kết quả sau: cuối cùng là ñộ chính xác của giá trị ứng suất λσ sẽ chính xác hơn Hình 4.15. Bảng thiết lập các giá trị cho ñồ thị nhiều so với phương pháp trước ñây. 4.3. Các ưu ñiểm khi sử dụng chương trình 4.3.3. Ưu ñiểm của chương trình 4.3.1. Kiểm ñịnh máy thử ñộ bền kéo nén - Modul này ñược viết trên cơ sở ngôn ngữ lập trình Visual Căn cứ vào Tiêu chuẩn Việt Nam ĐLVN 49: 1999 , sau khi sử Basic với thiết kế có giao diện ñẹp, ngôn ngữ hiển thị bằng tiếng Việt dụng chương trình xử lý số liệu với các cảm biến ñã chọn, cảm biến hoàn toàn, bố trí các chức năng hợp lí và ñơn giản, do ñó rất dễ sử CBES 2000 với ñộ phân giải 1/100 so với thiết bị chỉ thị lực cũ, thiết dụng, thậm chí ñối với người không sử dụng thành thạo máy vi tính bị thử nghiệm kéo nén WP 300 ñã ñược kiểm ñịnh tại Trung tâm Kỹ cũng có thể thao tác dễ dàng. thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2/ Bộ Khoa học và Công nghệ - Tất cả các dữ liệu nhập vào và kết quả trong suốt quá trình thí và ñạt cấp chính xác 0,5. nghiệm ñều ñược lưu lại trên máy tính. Điều này giúp cho người sử 4.3.2. Xử lý kết quả ño dụng dễ dàng quản lí các kết quả ñã thí nghiệm. Khi cần thiết chương Tín hiệu sau khi ñược truyền về sẽ ñược tính toàn bởi các công trình sẽ tạo lại báo cáo kết quả hay xuất dữ liệu ra các phần mềm như thức nhằm xác ñịnh ñược ñường ñặc tính của vật liệu. Chỉ tiêu quan Access, Excel, Word. trọng là xác ñịnh ñường ñặc tính ứng suất-biến dạng dài tương ñối. - Một số các kết quả ñược phần mềm cung cấp bao gồm: giới hạn bền, lực bền (Tensile strength, tension force), giới hạn chảy, lực P σ = ; MN/m2 chảy (yield strength, yield force), mô ñun ñàn hồi E-Module(E), biến F0 dạng tương ñối (elogation) có thể ño trực tiếp bằng dụng cụ từ bên Các giá trị lực P ño ñược là các kết quả ño trực tiếp, trong khi ngoài hay ñược tự ñộng tính bằng chương trình. Trong suốt quá trình ñó, mục ñích của chương trình là xác ñịnh kết quả ño gián tiếp ứng thí nghiệm hay kiểm tra kết quả, chương trình có thể hiển thị các loại suất σ. Theo như mục 2.5 xử lý kết quả ño gián tiếp và công thức
25 26 ñồ thị như ứng suất-biến dạng, lực chuyển vị và các bảng giá trị ñi khi áp dụng ñề tài và sau khi áp dụng bằng bài toán xử lý kết quả ño kèm. gián tiếp. Đã tiến hành áp dụng trên máy thử nghiệm vật liệu vạn - Khi sử dụng chương trình xử lý số liệu với các cảm biến ñã năng WP 300 ñang có tại Trung tâm Tiêu chuẩn-Đo lường-Chất chọn thì các loại sai số ảnh hưởng ñến kết quả thử nghiệm ñã ñược lượng 3/ Bộ Quốc ñạt ñộ chính xác cao. Đã ñược kiểm ñịnh tại Trung loại bỏ một cách ñáng kể. Cụ thể như: ảnh hưởng của ma sát ñến tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn-Đo lường-Chất lượng 2/ Bộ KHCN ñồng hồ chỉ thị lực và ñộ giãn; ảnh hưởng của quá trình chuyển ñổi (QUATEST2) và ñạt cấp chính xác 0,5. áp suất-lực; ảnh hưởng của quá trình xử lý số liệu bằng tay,... b. Những ñóng góp khoa học và thực tiến của luận văn - Sau khi sử dụng chương trình xử lý số liệu với các cảm biến Đề tài sẽ góp một phần trong việc thử nghiệm cơ tính vật liệu ñã chọn, thiết bị thử nghiệm kéo nén WP 300 ñã ñược kiểm ñịnh tại với ñộ chính xác cao hơn, quá trình xử lí số liệu dễ dàng hơn, tiết Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2/ Bộ Khoa kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất lao ñộng, tiết kiệm về kinh tế học và Công nghệ và ñạt cấp chính xác 0,5. trong quá trình nâng cấp các thiết bị ño lường thử nghiệm hiện có. c. Những hạn chế của luận văn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Mới chỉ nghiên cứu, tính toán và áp dụng cho các phép thử kéo 1. Kết luận nén, chưa mở rộng chương trình ñối với các phép thử khác như thử a. Những nội dung chính ñã ñược giải quyết trong luận văn uốn, thử ñộ cứng của vật liệu. Nghiên cứu tổng quan về cơ tính, cơ tính của vật liệu ñược biểu d. Hướng nghiên cứu tiếp theo thị bởi các ñặc trưng cơ học. Nêu ñược các phương pháp kiểm tra cơ Tiếp tục nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng ñến quả trình thử tính của vật liệu và nguyên lý hoạt ñộng của máy thử nghiệm kéo nén nghiệm vật liệu ñể từ ñó có các biện pháp giảm ảnh hưởng của các vật liệu. yếu tố ñó ñến kết quả thử nghiệm, nâng cao ñộ chính xác và ñộ tin Nêu ñược các phương pháp xử lý số liệu; các dạng sai số xảy ra cậy của kết quả. Nghiên cứu, mở rộng ñể tiến hành phép thử nghiệm trong quá trình ño kiểm và các thông số của chúng, trên cơ sở ñó nêu uốn và kiểm tra ñộ cứng của vật liệu. ñược các công thức tính toán các tham số ñó và phương pháp khử các 2. Kiến nghị sai số. Nắm ñược các bài toán về xử lý kết quả ño gián tiếp. Các loại cảm biến ño lường là một thiết bị ño cho ñộ chính cao, Lựa chọn thiết bị ño (cảm biến) và tính toán ñể chế tạo bộ vì vậy cần ñược ứng dụng nhiều ño lường, thử nghiệm và sản xuất cơ khuyếch ñại tín hiệu, bộ chuyển ñổi tín hiệu ADC. Xây dựng chương khí. Cần nghiên cứu ñể có những ứng dụng mang tính thực tiễn, áp trình tính toán, xử lý tín hiệu, trích xuất kết quả dưới chương trình dụng trực tiếp vào trong quá trình công tác của các ñơn vị, cơ sở sản ñược viết bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic. xuất, trong nghiên cứu, giảng dạy, .v.v. Đánh giá kết quả ñã ñạt ñược bằng việc so sánh kết quả trước