Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bộ gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới khả năng rũ bụi

mm) có điện trở từ 
50(Ω) ÷ 200(Ω), cuộn dây đƣợc giữ chặt nhờ một loại keo đặc biệt trong một túi 
bằng giấy hoặc bằng chất dẻo có quét một lớp sơn cách điện tạo thành một tấm 
mỏng. 
 푙0 là chuẩn đo của tấm điện trở (hình 2.13), ngƣời ta thƣờng chế tạo các tấm 
có các giá trị chuẩn đo khác nhau 푙0=5(mm), 푙0 = 10(mm), 푙0= 20(mm)..Khi cần 
 50 
đo biến dạng tại một điểm theo phƣơng nào đó phải dán tấm điện trở tại điểm đó 
theo phƣơng cần đo nhờ một loại keo dán đặc biệt sao cho khi vật biến dạng thì 
tấm điện trở sẽ biến dạng theo. 
 Hình 2. 13 Cấu tạo tấm điện trở 
Nguyên lý làm việc: 
Điện trở R của tấm điện trở đƣợc xác định theo biểu thức: 
 1
 푅 = 휌. (a) 
 퐹
Trong đó: 
 R - điện trở của tấm điện trở 
 휌 - điện trở suất của dây 
 l - chiều dài dây 
 F - diện tích mặt cắt ngang của dây 
 Khi dây chịu kéo, chiều dài dây tăng một lƣợng ∆푙, tiết diện F giảm một 
lƣợng ∆퐹 do đó gây ra sự thay đổi điện trở của tấm một lƣợng ∆푅. Lý luận tƣơng 
tự cho dây chịu nén chiều dài dây giảm một lƣợng ∆푙 và tiết diện dây tăng 1 lƣợng 
∆퐹. 
 Về lý thuyết ta có thể tìm đƣợc quan hệ giữa hai đại lƣợng ∆푅 và ∆푙. Về 
thực nghiệm chứng tỏ rằng: sự thay đổi điện trở tỷ lệ thuận với độ dãn dài tỷ đối 휀 
của tấm điện trở theo quan hệ. 
 ∆푅 = 퐾. 푅. 휀 (b) 
Trong đó: 
 R – điện trở của cảm biến 
 ∆푅 – điện trở thay đổi của cảm biến 
 휀 – độ dãn dài tỷ đối của tấm điện trở khi chịu kéo (nén). 
 K – hệ số độ nhậy là hằng số cho mỗi loại vật liệu dây của cảm biến. 
 b) Cảm biến áp điện 
 Cảm biến áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng áp điện.Phần tử cơ 
bản của một cảm biến áp điện có cấu tạo tƣơng tự một tụ điện đƣợc chế tạo bằng 
cách phủ hai bản cực lên hai mặt đối diện của một phiến vật liệu áp điện mỏng 
hình 2.14. Vật liệu áp điện thƣờng dùng là thạch anh, vì nó có tính ổn định và độ 
cứng cao. Tuy nhiên hiện nay vật liệu gốm (ví dụ gốm PZT) do có ƣu điểm độ bền 
và độ nhạy cao, điện dung lớn, ít chịu ảnh hƣởng của điện trƣờng ký sinh, dễ sản 
xuất và giá thành chế tạo thấp. 
 51 
 Dƣới tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến dạng làm xuất hiện trên hai 
bản cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực (V) tỉ lệ với 
lực tác dụng (F) nhƣ hình 2.14. 
 Hình 2. 14 Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp điện 
Trên hình 2.15 là các dạng biến dạng cơ bản của vật liệu áp điện, căn cứ vào 
nguyên lý đó mà ngƣời ta chế tạo ra các loại cảm biến áp điện với các ứng dụng 
khác nhau. 
 Hình 2. 15 Nguyên lý biến dạng của tấm vật liệu áp điện 
2.5 Yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng rũ bụi của tấm cực lắng 
 Theo kinh nghiệm thực tế của các hãng sản xuất thiết bị LBTĐ và các nghiên 
cứu [12][26][32] đã chỉ ra gia tốc tối thiểu để tách bụi ra khỏi bề mặt tấm cực lắng 
vào khoảng 100g tƣơng ứng 980 (m/s2), vì vậy các thông số đầu vào của quá trình 
thí nghiệm nhƣ chiều dầy tấm cực lắng, vật liệu tấm, kích thƣớc của khung tấm 
điện cực lắng có ảnh hƣởng tới giá trị gia tốc lan truyền sóng ứng suất tại các điểm 
trong tấm cực lắng. 
 Giá trị gia tốc lan truyền sóng ứng suất trong tấm cực lắng đƣợc tính bởi 
công thức sau[22]. 
 = 4 2 2 (2. 63) 
Trong đó: d – chuyển vị (mm) 
 52 
 f – tần số dao động (Hz) 
 퐾 
 f = (2. 64) 
 2 ɷ퐿4
Trong đó: K – hằng số phụ thuộc vào các điều kiện thí nghiệm 
 L – bề rộng của tấm cực lắng (m) 
 ɷ – trọng lƣợng riêng của tấm cực lắng (kg/cm3) 
 D – độ cứng của tấm cực lắng đƣợc tính bởi công thức: 
 3
 푡 2
 D = (N/mm ) (2. 65) 
 12(1−푣2 )
Trong đó: t – chiều dày của tấm cực lắng (m) 
 υ – hệ số poisson thép: (0.27- 0.3) 
 E – môdul đàn hồi của tấm (N/mm2) 
Thay số vào (2.66) ta đƣợc: 
 2 3
 2 퐾 푡
 a =4π d (2. 66) 
 48 (1−휐2) 휔퐿4
 Từ công thức (2.66) ta thấy giá trị gia tốc phụ thuộc vào các thông số kỹ 
thuật của tấm cực lắng nhƣ: kích thƣớc bề rộng (L), chiều dày tấm (t) và vật liệu 
chế tạo. Ngoài ra mức độ chuyển vị ảnh hƣởng chủ yếu từ lực gõ của búa và tỉ lệ 
tƣơng quan giữa trọng lƣợng búa gõ với trọng lƣợng các tấm cực lắng. 
 Để đo giá trị gia tốc (a) trong tấm cực lắng khi chịu tác động của ngoại lực 
(F) của búa gõ thì phải xác định đƣợc giá trị chuyển vị của thiết bị đo gia tốc tại vị 
trí đó gây ra (thƣờng là sử dụng gia tốc kế). 
 53 
 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 
Từ nội dung chƣơng 2 cho phép kết luận: 
 1) Nghiên cứu lý thuyết va chạm hai vật rắn, các đại lƣợng vật lý đặc trƣng 
 của quá trình va chạm nhƣ lực, chuyển vị và gia tốc làm cơ sở để giải bài 
 toán va chạm cơ học giữa búa và khung cực lắng. 
 2) Từ cơ sở lý thuyết lan truyền sóng ứng suất, xác định đƣợc quy luật 
 đƣờng cong tán sắc trong tấm kim loại mỏng, phẳng. 
 3) Ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích biến dạng và ứng 
 suất trong quá trình va chạm giữa hai vật rắn, là cơ sở để xác định giới 
 hạn bền mỏi của tấm cực lắng khi chịu tác động lực gõ búa theo chu kỳ. 
 4) Nghiên cứu một số phƣơng pháp đo vận tốc và cƣờng độ sóng ứng suất 
 lan truyền trong tấm kim loại mỏng là cơ sở để lựa chọn thiết bị cho các 
 thí nghiệm đo gia tốc trong tấm cực lắng. 
 54 
 Chƣơng 3: TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ 
 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
 Xây dựng mô hình thí nghiệm để xác định ảnh hƣởng của lực gõ (F) tới gia 
tốc (a) lan truyền sóng ứng suất, từ đó tìm ra lực đập tối thiểu đạt đƣợc khả năng rũ 
bụi có gia tốc a ≥ 50g và lực đập lớn nhất khi gia tốc a ≤ 200g (trong đó g là gia 
tốc trọng trƣờng). 
3.1 Mô hình thí nghiệm 
3.1.1 Cơ sở lựa chọn mô hình thí nghiệm 
 Do thiết bị LBTĐ rất phức tạp, kích thƣớc lớn, vì vậy tính toán và lựa chọn 
mô hình thí nghiệm ảnh hƣởng các thông số kỹ thuật và công nghệ của bộ gõ tới 
hiệu suất rũ bụi có ý nghĩa về mặt kinh tế và kỹ thuật. Mô hình thí nghiệm dựa trên 
mô hình thực tế của nhà máy nhiệt điện đốt than công suất lọc bụi 1 triệu (m3/giờ), 
khi thiết kế mô hình thí nghiệm phải đảm bảo một số yêu cầu sau: 
a) Đồng dạng về hình dáng hình học, kết cấu và kích thƣớc 
 Hệ thống thiết bị thí nghiệm của cơ cấu rũ bụi cực lắng có hình dạng kết cấu 
đồng dạng với bộ gõ trong lọc bụi tĩnh điện công nghiệp công suất 600 MW/1tổ 
máy, các yếu tố chính đồng dạng cụ thể nhƣ sau: 
 + Gối đỡ dầm treo các tấm cực lắng 
 + Kết cấu của dầm treo tấm cực lắng 
 + Kết cấu và biên dạng mặt cắt tiết diện tấm cực lắng 
 + Cơ cấu của búa gõ và đe 
 + Cơ cấu và nguyên lý của hệ thống nâng búa gõ 
 + Kết cấu các mối liên kết tấm cực lắng với dầm treo 
 + Kích thƣớc và trọng lƣợng của các tấm cực lắng (m2) 
 + Kích thƣớc, hình dạng và trọng lƣợng của búa gõ (m1) 
 + Tỷ lệ trọng lƣợng k giữa búa gõ và tấm cực lắng (k = m1/m2) 
 + Kích thƣớc, trọng lƣợng của dầm treo tấm cực lắng 
b) Đồng dạng về động học và động lực học 
 + Độ cứng vững của hệ thống treo các tấm cực lắng 
 + Độ cứng vững của các tấm điện cực lắng sau khi lắp ghép 
 + Độ cứng vững của giá đỡ búa gõ 
 + Độ cứng vững của cả hệ thống xét theo tải trọng tĩnh và tải trọng động 
 55 
 + Tƣơng đƣơng các giá trị về động lực học và động học 
c) Tƣơng tự về vật liệu 
 Vật liệu của các chi tiết chính đã đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và tại 
Nga, cụ thể các số liệu nhƣ bảng 3.1 và 3.2: 
Bảng 3. 1 Thành phần hóa học của tấm cực lắng 
 Bộ phận Vật Tỉ lệ thành phần hóa học % 
 liệu C Si Mn P S Cr Ni Mo 
 Tấm cực CPCC 0.131 0.202 0.889 0.0167 0.005 0.008 0.034 0.005 
 Búalắng gõ C30 0.332 0.28 0.561 0.007 0.022 0.082 0.081 0.01 
Bảng 3. 2 Đặc tính kỹ thuật của vật liệu búa và cực lắng 
 Giới hạn bền kéo Giới hạn bền uốn Modul đàn hồi E 
 TT Độ dãn dài (%) 
 (Mpa) (Mpa) (Gpa) 
 Tấm cực lắng 253 324 36 200 
 Búa gõ 314 562 16 210 
3.1.2 Cấu tạo của mô hình thí nghiệm 
 Mô hình thí nghiệm có hình dạng nhƣ tấm cực lắng LBTĐ trong thực tế, hệ 
thống gồm có chín tấm lắp nối tiếp, có tỉ lệ 1:1 so với tấm cực lắng của thiết bị 
LBTĐ công nghiệp và đảm bảo đƣợc các yếu tố quan trọng đồng dạng với mô hình 
thực tế. Bao gồm các bộ phận chính sau: 
* Hệ thống khung giá đỡ đƣợc chế tạo từ sắt chữ (I) lắp ghép với nhau bằng mối 
ghép bu lông, chân đế của giá đỡ đƣợc cố định trên nền bê tông dày 40 (cm). Dầm 
treo đƣợc chế tạo từ thép I200 (mm) để treo các tấm cực lắng, dầm treo đƣợc tựa 
trên hai gối của hệ thống giá đỡ nhƣ hình 3.1 
 Hình 3. 1 Cấu tạo cụm dầm treo tấm cực lắng 
* Các tấm cực lắng: Các tấm cực lắng có chiều dài L và bề rộng B, phần đầu phía 
trên của tấm đƣợc lắp ghép với dầm treo chữ I bằng mối ghép bu lông, phần đầu 
phía dƣới đƣợc lắp ghép với đe bằng mối ghép cố định tháo đƣợc. Các tấm cực 
lắng sau khi lắp ghép với nhau tạo thành mặt phẳng lớn và có tổng trọng lƣợng m2 
và lắp ghép với đe nhƣ hình 3.2. 
 56 
 Hình 3. 2 Cấu tạo tấm cực lắng 
(1- Đầu đe, 2- Thanh truyền lực, 3-Bu lông liêt kết, 4- Bạc giữ, 5- Tấm cực lắng) 
* Cụm búa gõ: Búa gõ có trọng lƣợng m1, hoạt động dựa trên nguyên lý rơi tự do 
khi đạt thế năng cực đại, kết cấu cụm búa gõ gồm hai khâu nối với nhau bởi khớp 
động, trong đó cánh tay có bán kính r làm nhiệm vụ nâng búa, còn búa gõ có bán 
kính R thực hiện nhiệm vụ rơi tự do để tạo ra xung lực va chạm với đe hình 3.3 
 Hình 3. 3 Cấu tạo cụm búa gõ và đầu khung(đe) tấm cực lắng 
 (1- Búa, 2- Bu lông, 3-Bán kính quay búa, 4- Đe, 5- Thanh truyền lực) 
 Các thông số kỹ thuật của mô hình bộ gõ rũ bụi đƣợc xác định bởi các tham 
số nhƣ hình 3.1 và các giá trị cụ thể ghi trong bảng 3.3 
Bảng 3. 3 Thông số kỹ thuật của búa gõ và tấm cực lắng 
 TT Mô tả thiết bị Giá trị 
 1 Trọng lƣợng búa: m1 (N) 50  90 
 2 Bán kính búa: R(m) 0.25 
 3 Trọng lƣợng tấm cực lắng: m2(N) 9090 
 4 Chiều dày tấm cực lắng: t(m) 1.5 
+ Giá đỡ mô hình thí nghiệm đƣợc thiết kế trên nền bê tông cốt thép chiều dày lớp 
bê tông 0,4 (m) có diện tích 14m * 8m = 112 (m2) 
 57 
+ Kích thƣớc của mô hình thí nghiệm Dài x Rộng x Cao = 12x5x18 (m). 
+ Độ cứng vững của mô hình chịu đƣợc sức gió cấp 8 
3.1.3 Mô hình hóa mô hình thí nghiệm 
 Mô hình thí nghiệm đƣợc thiết kế nhƣ nguyên lý hình 3.4. Các tấm cực lắng 
(4) đƣợc liên kết cố định với dầm số (1) nhờ các tai treo (3) thông qua các mối 
ghép bằng bu lông. Ở đầu phía dƣới của tấm cực lắng (4) đƣợc ghép bu lông với 
thanh đe số (5) và thả tự do. Dầm treo số (1) đƣợc gối tựa trên hai gối đỡ số (2). 
Toàn bộ kết cấu trên đƣợc lắp trên một hệ thống giá đỡ chịu đƣợc sức gió cấp 6, 
đầu dƣới của cánh tay búa đƣợc lắp với búa gõ (6) đầu phía trên của tay búa đƣợc 
lắp với gối đỡ trục quay (8) tạo thành bán kính rơi búa R và búa sẽ rơi tự do từ độ 
cao rơi H. Mô hình hóa bộ gõ rũ bụi cực lắng LBTĐ đƣợc mô tả nhƣ hình 3.4. 
 Hình 3. 4 Mô hình hóa bộ gõ rũ bụi và tấm cực lắng 
 (1-Dầm treo, 2- gối đỡ, 3- tai treo, 4- các tấm cực lắng, 5- đe, 6-búa gõ, 
 7- tay búa, 8- gối đỡ trục quay búa) 
3.1.4 Một số giả thiết về tấm cực lắng trong mô hình thí nghiệm 
 Các tấm điện cực lắng đƣợc thiết kế để thu nhận và giữ các hạt bụi bằng lực 
hút tĩnh điện, chúng có biên dạng hở và có tiết diện mặt cắt AA nhƣ hình 3.1, để 
thuận lợi cho việc tính toán các tấm cực lắng đƣợc giả thiết nhƣ sau: 
 + Tấm cực lắng có dạng sóng nhƣng đƣợc xem nhƣ là tấm phẳng 
 + Tấm không bị biến dạng quá giới hạn cho phép trong quá trình làm việc 
 + Chiều dày của tấm cực lắng là bằng nhau ở mọi tiết diện mặt cắt 
 + Độ cứng vững của hệ tấm cực lắng ổn định trong quá trình làm việc 
 + Vật liệu chế tạo tấm cực lắng là đồng nhất 
 + Các thông số động học và động lực học của hệ tƣơng tự nhƣ thực tế 
 + Sự lan truyền sóng ứng suất lên chín tấm là đồng đều 
 58 
Các tấm cực lắng sau khi lắp ghép lại với nhau tạo thành mặt phẳng có tổng diện 
tích bề mặt LxB’ (m2) trong đó: 
 - Bề rộng mỗi tấm cực lắng: B = 0,64 (m) 
 - Số tấm cực lắng trên mô hình thí nghiệm: 09 tấm nên B’=Bx9 = 5,760 (m) 
 - Chiều cao tấm cực lắng : L = 15,5 (m) 
 - Khoảng cách hai mặt sóng của tấm cực lắng t’ = 0,05 (m) 
 Nhƣ vậy, diện tích tổng bề mặt của tấm cực lắng sau khi lắp ghép có kích 
thƣớc (LxB’)= 15,500 x 5,760 (m), kích thƣớc này lớn hơn rất nhiều so với chiều 
dày 0.05 (m) của tấm, nên có thể coi đây là một tấm mỏng, phẳng để thuận lợi cho 
việc tính toán các điều kiện lan truyền sóng ứng suất và các điều kiện bền của tấm. 
3.2 Trang thiết bị đo sử dụng trong thí nghiệm 
3.2.1 Thiết bị đo gia tốc 
3.2.1.1 Thiết bị đo gia tốc sử dụng máy tính 
 Xuất xứ thiết bị đo của hãng Bruel & Kjaer - Đan Mạch[30][47] đƣợc mô tả 
nhƣ hình 3.5 
 Hình 3. 5 Sơ đồ kết nối thiết bị đo Modal 
Thông số kỹ thuật: 
+ Mô đun thu thập dữ liệu LAN-XI có 4 đầu vào và 2 đầu ra tần số đến 51.2 kHz. 
+ Mô đun phân tích PULSE-FFT 7770, 1-3 kênh, PULSE- FFT Analysis. 
+ Cảm biến gia tốc 3 phƣơng Triaxial DeltaTron Accelerometer with TEDS Type 
4525-B - 001. 
Nguyên lý làm việc. 
 Phân tích Modal dựa trên các phép biến đổi Laplace và biến đổi Fourier. 
Các bƣớc thực hiện phép phân tích Modal nhƣ sau: 
 Bƣớc 1: Sử dụng các điểm, các đƣờng thẳng và các bề mặt để định nghĩa 
hình dạng của vật thể 
 Bƣớc 2: Đo và thu thập dữ liệu 
 59 
 Bƣớc 3: Phân tích dữ liệu 
 Bƣớc 4: Đƣa ra kết quả là bộ thông số hàm đáp ứng tần số. 
Phương pháp đo 
- Cài đặt phần mềm đọc và ghi dữ liệu PULSE-FFT 7770 
- Sử dụng cảm biến đo gia tốc theo 3 phƣơng Type 4525-B - 001 : X,Y,Z 
- Thời gian lấy mẫu đo nhƣ sau: 
 Bật giao diện phần mềm đo, quan sát chu kỳ làm việc của búa gõ trên mô 
hình 1:1 là 0,63 (vòng/ phút) trƣớc khi búa thực hiện quá trình va chạm với đe 
chừng (0 ÷ 10s) thì nhấn F5 là sẵn sàng ghi nhận kết quả đo. Sau khi búa hoàn 
thành chu kỳ gõ thì nhấn F2 là lƣu kết quả đo theo điểm đo hiện tại. 
Miền dữ liệu đo 
 Từ giao diện phần mềm, tách số liệu của các điểm đo theo 3 phƣơng X,Y,Z 
sang file dữ liệu office. Doc 
Ví dụ: Kết quả đo theo miền thời gian với 3 phƣơng X,Y,Z nhƣ trên hình 3.6 
 Autospectrum(X) - File (Real) \ FFT Cursor values
 X: 561.000 Hz
 [s] (Relative Time) [m/s²] Y: 36.958m m/s²
 9 0.1
 Z: 5.668 s
 6 1m
 3
 10u
 0
 0 800 1.6k [s]...
 [Hz] 
 Autospectrum(Y) - File (Real) \ FFT Cursor values
 X: 598.000 Hz
 [s] (Relative Time) [m/s²] Y: 9.012m m/s²
 9 10
 Z: 5.999 s
 6 0.1
 3 1m
 0 10u
 0 800 1.6k [s]...
 [Hz] 
 Autospectrum(Z) - File (Real) \ FFT Cursor values
 X: 698.000 Hz
 [s] (Relative Time) [m/s²]
 9 10 Y: 52.351m m/s²
 Z: 5.000 s
 6 0.1
 3 1m
 0 10u
 0 800 1.6k [s]...
 [Hz] 
 Hình 3. 6 Biểu đồ gia tốc theo miền tần số 
Kết quả đo ở cột bên phải thể hiện các giá trị theo thứ tự 
 + X = Tần số 
 + Y = Gia tốc 
 + Z = Thời gian 
 60 
3.2.1.2 Thiết bị đo gia tốc cầm tay RION-VA12 
 Gồm một máy phân tích dao động FFT(Fast Fourier Transform) xách tay 
chạy pin hình 3.7. Có thể sử dụng máy phân tích dao động này để đo các giá trị gia 
tốc lan truyền ứng suất trong tấm cực lắng khi có lực tác động, bằng cách ghi và 
lƣu giữ các phổ dao động từ tất cả các điểm đo[46]. 
 Hình 3. 7 Hình ảnh tín hiệu và dữ liệu đo gia tốc trên 
 máy đo cầm tay VA-12 
Thông số kỹ thuật: 
+ Gia tốc: 0.02 - 141.4 m/s2(RMS), 1 Hz - 5 kHz, đo giá trị sóng đỉnh, 
+ Khả năng ghi gia tốc max tức thời: 700 (m/s2) 
+ Vận tốc: 0.2 - 141mm/s(RMS) tƣơng ứng với tần số 159.15 Hz 
+ Độ dời: 0.02 - 40.0 mm(EQp-p) tƣơng ứng với tần số 15.915 Hz 
Chế độ phân tích FFT: 
 Hình 3. 8 Sơ đồ chuyển đổi các tín hiệu đo 
+ Các điểm phân tích: 512, 1024, 2048, 4096, 8192 (3200 lines) 
+ Chức năng Time windows: Rectangular, Hanning, Flat-top 
+ Các quá trình xử lí: Liner average, maximum, exponential averaging, 
 61 
+ Tần số nhảy: 100Hz, 200Hz, 500Hz, 1kHz, 2kHz, 5kHz, 10kHz, 20kHz. 
Kích thước/trọng lượng: 
 Kích thƣớc của máy (Cao x Rộng x Dày) = 214x 105x 36 (mm) không tính 
lớp vỏ cao su bảo vệ xấp xỉ 850g, bao gồm pin, vỏ cao su bảo vệ, cảm biến gia tốc 
PV-57I. 
3.2.2 Cảm biến đo gia tốc 
 Cảm biến đo gia tốc có thể là cảm biến dịch chuyển, cảm biến tốc độ, nhƣng 
để đảm bảo độ chính xác chọn gia tốc kế vì khi chuyển đổi sang vận tốc và tần số 
qua phép lấy tích phân cho độ chính xác hơn khi lấy vi phân để chuyển về gia tốc. 
Có thể mô tả nguyên lý hoạt động của chúng bằng mô hình hệ cơ học có một bậc 
tự do. 
 Cảm biến gồm một phần tử nhạy cảm (lò xo, tinh thể áp điện) nối với một 
trọng lƣợng rung và đƣợc đặt trong một vỏ hộp, chuyển động rung của trọng lƣợng 
M tác động lên phần tử nhạy cảm của cảm biến và đƣợc chuyển thành tín hiệu điện 
ở đầu ra. 
 Hình 3. 9 Sơ đồ nguyên lý cảm biến đo gia tốc và rung 
 1) Trọng rung, 2) Vỏ hộp, 3) Phần tử nhạy cảm, 4) Giảm chấn 
Gọi ho là tung độ của điểm a của vỏ hộp, h là tung độ điểm b của trọng lƣợng rung. 
Khi không có gia tốc tác động lên vỏ hộp tung độ của a và b bằng nhau. 
 Dịch chuyển tƣơng đối của trọng lƣợng M so với vỏ hộp xác định bởi biểu 
thức: z = h - ho 
Khi đó phƣơng trình cân bằng lực có dạng: 
 d2 dz
 M = -F - Cz (3. 1) 
 dt 2 dt
Trong đó: 
 Cz – là phản lực của lò xo 
 dz
 F – là lực ma sát nhớt 
 dt
 d2 h
 M – là lực gia tốc của trọng lƣợng M gây nên 
 dt 2
Hay: 
 d2h d2z dz
 -M = M - F - Cz (3. 2) 
 dt 2 dt 2 dt
 62 
 Từ công thức (3.2) ta nhận thấy cấu tạo của cảm biến để đo đại lƣợng sơ cấp 
 dh d2h
m (độ dịch chuyển h , vận tốc 0 hoặc gia tốc 0) phụ thuộc vào đại lƣợng 
 1 o dt dt
 d d2
đƣợc chọn để làm đại lƣợng đo thứ cấp m ; (z , z hoặc z ) và dải tần số làm 
 2 dt dt 2
việc. 
 Dải tần số làm việc quyết định số hạng nào trong vế phải phƣơng trình chiếm 
 d d2
ƣu thế (z , z hoặc M z )trên thực tế cảm biến thứ cấp thƣờng sử dụng là: 
 dt dt 2
 - Cảm biến đo vị trí tƣơng đối của trọng lƣợng rung M so với vỏ hộp 
 - Cảm biến đo lực hoặc cảm biến đo biến dạng 
 - Cảm biến đo tốc độ tƣơng đối 
Dùng toán tử laplace có thể mô tả hoạt động của cảm biến rung động bằng biểu 
thức sau: 
 2 2 
 - Mp h0 = Mp
 2
 z −p2ω 
Hoặc: = 2
 h0 p p
 2 + 2ζ + 1
 ω ω
Với: ω - là tần số riêng của M trên lò xo có độ cứng K: ω = = 2 
 퐹
 휁 - là hệ số tắt dần: 휁 = 
 2 
 Độ nhạy của cảm biến có thể tính bằng tỉ số giữa đại lƣợng điện đầu ra s và 
đại lƣợng đo sơ cấp m1 
 푆 2 푆
 S = = = S1S2 (3. 3) 
 1 1 2
 1
Trong đó: S1 - là độ nhạy của đại lƣợng đo sơ cấp: S1 = 
 2
 푆
 S2 - là độ nhạy của đại lƣợng đo thứ cấp: S2 = 
 2
Trên cơ sở phân tích ở trên, sử dụng cảm biến đo gia tốc theo 3 phƣơng Type 
4525-B - 001 : X,Y,Z nhƣ hình 3.10 
 Hình 3. 10 Sơ đồ cấu tạo gia tốc kế áp điện 
 63 
Gắn cảm biến đo gia tốc theo nguyên tắc hình học nhƣ hình 3.11 để đo cƣờng độ 
sóng dọc và sóng ngang trong tấm cực lắng. 
 Hình 3. 11 Sơ đồ gắn cảm biến trong tấm cực lắng 
Trong đó: 
 + Phƣơng Z vuông góc với bề mặt tấm để đo sóng ngang 
 + Phƣơng X thẳng đứng để đo sóng dọc 
 + Phƣơng Y ngang để đo sóng dọc 
3.2.3 Lƣới đo gia tốc trên tấm cực lắng của mô hình thí nghiệm 
 Để thuận tiện cho việc thu thập số liệu thí nghiệm, tiến hành xây dựng sơ đồ 
đo dạng lƣới tại vị trí các điểm A là điểm chính giữa của mỗi tấm cực lắng [27], 
trên chiều cao của tấm tiến hành đo tại 5 dải cách đều nhau. Có 9 tấm cực lắng nên 
tổng số điểm đo trong mỗi thí nghiệm là 45 điểm và đƣợc thể hiện theo quy luật 
nhƣ bảng 3.4 
 Bảng 3. 4 Lưới đo gia tốc 
Trong đó: - i = 1 đến 5 là tung độ điểm đo theo phƣơng Y 
 - j = 1 đến 9 là hoành độ điểm đo theo phƣơng X 
 64 
3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 
 Xác định dải giá trị lực gõ của búa gõ để đạt đƣơc dãy gia tốc lan truyền ứng 
suất phù hợp với yêu cầu rũ bụi trên bề mặt của tấm cực lắng trong LBTĐ. 
3.3.1 Lựa chọn bộ tham số thí nghiệm 
 Trong luận án này chỉ giới hạn khảo sát 3 thông số công nghệ chính: trọng 
lƣợng búa gõ (m1), tỷ lệ trọng giữa búa gõ và tấm cực lắng (k = m1/m2) và chiều 
cao rơi (H) của búa gõ. Vì vậy đề tài lựa chọn phƣơng pháp quy hoạch thực 
nghiệm nhằm nghiên cứu sự ảnh hƣởng đồng thời của 3 thông số công nghệ chính 
đến thông số đầu ra là lực gõ (F), 
 Búa gõ Tấm cực 
 lắng 
 Kíchthƣớc Chiều dày 
 Trọng lƣợng Trọng lƣợng 
 tấm 
 búa tấm 
 Hình dạng 
 Vật liệu 
 Hình dạng kết cấu Kích
 thƣớc 
 Hiệu quả va đập Vật liệu 
 Khả năng rũ 
 bụi (ƞ); 
 Giới hạn bền 
 Rách tấm cực lắng do mỏi Chiều cao rơi búa [σch] 
 Gãy búa do mỏi 
 Gia tốc tấm cực 
 Tần số gõ 
 lắng Thời