Chế tạo một số phần tử và thiết bị điều khiển, đo lường quan trọng trên tàu thuỷ bằng phương pháp chuẩn module và ứng dụng các công nghệ tiên tiến - Hồ sơ chuẩn hoá: Module đo vạn năng

tæng c«ng ty c«ng nghiÖp tµu thñy viÖt nam

c«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thñy

_________________________________________________

Ch−¬ng tr×nh KHCN cÊp nhµ n−íc KC 06

"øng dông c«ng nghÖ tiªn tiÕn trong s¶n xuÊt s¶n phÈm xuÊt

khÈu vµ s¶n phÈm chñ lùc"

Dù ¸n

ChÕ t¹o mét sè phÇn tö vµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn,

®o l−êng quan träng trªn tµu thñy

b»ng ph−¬ng ph¸p chuÈn module vµ øng dông

c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn

M· sè KC 06. DA.13.CN

______________________________________________________

Chuyªn ®Ò: hå s¬ chuÈn hãa:

module ®o v¹n n¨ng

kS trÇn thÞ thu hµ

5473-18

Hµ Néi - 5/2005

C«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thuû Module ®o v¹n n¨ng

Môc lôc

lêi nãi ®Çu ........................................................................................ 4

Ch−¬ng I: Tæng quan chung vÒ c¸c thiÕt bÞ ®o

l−êng ®iÒu khiÓn ......................................................................... 6

1.1. C¬ së lý thuyÕt chung cña kü thuËt ®o l−êng. ............................. 6

1.1.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n............................................................. 6

1.1.2. S¬ ®å cÊu tróc chung cña dông cô ®o. ................................... 7

1.2. §Æc ®iÓm, tÝnh chÊt cña m«i tr−êng Tµu Thuû. ......................... 9

1.3. Yªu cÇu vÒ thiÕt bÞ ®o trªn tµu................................................... 10

ch−¬ng II: øng dông c«ng nghÖ trong thiÕt kÕ kü

thuËt Module ®o v¹n n¨ng..................................................12

2.1. §¸nh gi¸ thùc tr¹ng chung vÒ c¸c thiÕt bÞ ®o trªn tµu............. 12

2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o c¸c th«ng sè ®iÖn. ..................................... 15

2.2.1. §o dßng ®iÖn xoay chiÒu. ..................................................... 15

2.2.1.1 Amperemeter ®iÖn tõ. .................................................... 16

2.2.1.2 Amperemeter ®iÖn ®éng. ................................................ 16

2.2.1.3 Amperemeter chØnh l−u. ................................................ 17

2.2.1.4 Amperemeter sè.............................................................. 17

2.2.2. §o ®iÖn ¸p............................................................................. 19

2.2.2.1 §o ®iÖn ¸p b»ng ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù. ....................... 19

2.2.2.3. C¸c Volmeter ®iÖn tö..................................................... 22

2.2.2.4 Volmeter chØ thÞ sè.......................................................... 24

2.2.2.5. Volmeter dïng vi xö lý. ................................................ 26

2.2.3. §o tÇn sè............................................................................... 27

KC06.DA.13.MDL: MM.03

-1-

C«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thuû Module ®o v¹n n¨ng

2.2.3.1 TÇn sè kÕ......................................................................... 28

2.2.3.2 TÇn sè kÕ ®Õm xung b»ng m¹ch ®Õm ®iÖn tö................ 29

2.2.3.3 §o tÇn sè b»ng ph−¬ng ph¸p so s¸nh. ........................... 30

2.2.3.4 TÇn sè kÕ ®iÖn dung dïng ®æi nèi ®iÖn tö. .................... 31

2.2.3.5 TÇn sè kÕ sö dông vi xö lý.............................................. 31

2.2.4. §o c«ng suÊt. ........................................................................ 31

2.2.5. §o gãc lÖch pha..................................................................... 34

2.2.5.1 §o gãc lÖch pha b»ng ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi th¼ng....... 35

2.2.5.2 §o gãc lÖch pha b»ng ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi kiÓu bï.... 36

2.3. øng dông vi xö lý trong ChuÈn ho¸ Module ®o v¹n n¨ng....... 37

2.3.1 . øng dông vi xö lý trong kü thuËt ®o l−êng........................ 37

2.3.2. øng dông kü thuËt vi xö lý trong ChuÈn ho¸ Module ®o v¹n

n¨ng. ............................................................................................... 41

2.4. Lùa chän linh kiÖn vµ gi¶i ph¸p thiÕt kÕ................................... 46

2.4.1. Lùa chän linh kiÖn. .............................................................. 46

2.4.2. Gi¶i ph¸p tÝch hîp cho Module............................................ 50

2.4.2.1. Gi¶i ph¸p tÝch hîp phÇn cøng....................................... 50

2.4.2.2. Gi¶i ph¸p phÇn mÒm..................................................... 54

2.5. Nguyªn lý lµm viÖc cña Module. ................................................ 58

2.6. ChuÈn ho¸ Module...................................................................... 58

2.6.1. ChuÈn ho¸ c¸c ®Çu vµo ra:................................................... 59

2.6.2. ChuÈn giao tiÕp m¹ng trªn tµu thuû................................... 59

Ch−¬ng III: §¸nh gi¸ sai sè vµ c¸c b−íc thö

Module trong phßng thÝ nghiÖm ....................................62

KC06.DA.13.MDL: MM.03

-2-

C«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thuû Module ®o v¹n n¨ng

3.1. §¸nh gi¸ sai sè cña Module ®o v¹n n¨ng. ................................. 62

3.1.1. Nh÷ng sai sè th−êng gÆp trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ............. 62

3.1.2. §¸nh gi¸ nh÷ng sai sè trªn. ................................................ 63

3.2. Néi dung ch¹y thö trong phßng thÝ nghiÖm. ............................. 64

3.2.1. Môc tiªu, néi dung thö nghiÖm. .......................................... 64

3.2.2. KÕt qu¶ thö nghiÖm t¹i phßng thÝ nghiÖm. ........................ 65

Ch−¬ng IV: Hoµn thiÖn thiÕt kÕ c«ng nghÖ vµ c«ng

nghÖ chÕ t¹o.................................................................................68

4.1. Qui tr×nh b¶o vÖ m¹ch in............................................................ 68

4.1.1 C«ng nghÖ phñ epoxy cho b¶ng m¹ch. ................................. 70

4.1.2 Nh÷ng quy t¾c phñ epoxy cho b¶ng m¹ch. .......................... 73

4.2. Thö nghiÖm t¹i hiÖn tr−êng. ...................................................... 77

4.3. B¶o d−ìng vµ b¶o tr×.................................................................. 78

Ch−¬ng V: Qu¸ tr×nh hoµn thiÖn thiÕt kÕ mÉu m·.80

5.1. ChuÈn vÒ kÝch th−íc hép vµ panel............................................. 81

5.2. ChuÈn vÒ jack ®Êu vµ èc xiÕt c¸p. .............................................. 81

5.3. ChuÈn vÒ c¸c thiÕt bÞ l¾p ®Æt trªn mÆt panel............................ 81

5.4. ChuÈn vÒ Font ch÷ vµ c¸c ký hiÖu. ............................................ 82

KÕt luËn ...........................................................................................83

KC06.DA.13.MDL: MM.03

-3-

C«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thuû Module ®o v¹n n¨ng

lêi nãi ®Çu

Trong giai ®o¹n hiÖn nay, theo ®−êng lèi ®æi míi, ph¸t triÓn c«ng

nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ §Êt n−íc nãi chung vµ chñ tr−¬ng hiÖn ®¹i

ho¸ ngµnh c«ng nghiÖp ®ãng tµu còng nh− néi ®Þa ho¸ c¸c s¶n phÈm

cña ngµnh tµu thuû nãi riªng. C¸c c¸n bé, nh©n viªn cña ngµnh tµu

thuû ®· kh«ng ngõng n©ng cao n¨ng lùc thiÕt kÕ, c¶i t¹o chiÒu s©u, ®æi

míi c«ng nghÖ ®ãng míi hµng lo¹t tµu cì lín. Cïng víi viÖc ®ãng míi

lµ vÊn ®Ò vÒ trang bÞ kü thuËt tù ®éng ho¸, hiÖn ®¹i c¸c hÖ thèng trªn

tµu. §©y lµ vÊn ®Ò nµy cÇn ®−îc xem xÐt mét c¸ch nghiªm tóc vµ cÇn

®−îc sù ñng hé cña c¸c ngµnh c¸c cÊp liªn quan.

Tuy nhiªn, c«ng nghÖ ®ãng tµu cña ta míi chØ dõng l¹i ë tr×nh ®é t−

vÊn thiÕt kÕ, gia c«ng phÇn vá tµu vµ l¾p r¸p c¸c thiÕt bÞ mua cña

n−íc ngoµi. Tr−íc ®©y, chóng ta ®· cã kh¶ n¨ng chÕ t¹o ®−îc c¸c s¶n

phÈm ®¬n lÎ nh−ng chÊt l−îng ch−a cao, chñ yÕu ®Ó phôc vô nhu cÇu

cÊp thiÕt cho viÖc söa ch÷a vµ b¶o d−ìng tµu. Mét phÇn ®Ó sö dông

l¾p ®Æt cho c¸c tµu tr−íc ®©y sö dông c«ng nghÖ l¹c hËu b©y giê cÇn

c¶i tiÕn n©ng cÊp vµ mét sè tµu ®ãng míi hiÖn nay.

Nh−îc ®iÓm râ nhÊt cña c¸c s¶n phÈm c«ng nghiÖp ®−îc chÕ t¹o

kh«ng theo tiªu chuÈn, viÖc chÕ t¹o chØ nh»m ®¸p øng cho nhu cÇu

®¬n lÎ, kh«ng phôc vô cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt hµng lo¹t, khã sö dông,

khã thay thÕ vµ chÊt l−îng, mÉu m· ch−a ®¸p øng ®−îc theo yªu cÇu.

HiÖn nay ngµnh ®ãng tµu n−íc ta ch−a cã ®−îc gi¶i ph¸p toµn diÖn,

viÖc s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm phôc vô cho ngµnh tµu thuû ch−a thèng

nhÊt, ch−a tu©n theo tiªu chuÈn nµo, m¹nh ai nÊy lµm. Do vËy, c¸c

thiÕt bÞ, hÖ thèng khi ghÐp nèi víi nhau kh«ng t−¬ng thÝch.

Tr−íc ®©y, kü thuËt øng dông trong ngµnh tµu thuû th−êng lµ c¸c

c¬ cÊu ®o chØ thÞ kim, c¬ cÊu truyÒn ®éng c¬ khÝ. ViÖc sö dông thiÕt bÞ

®iÖn tù ®éng trong tµu kh«ng nhiÒu, hÖ thèng gi¸m s¸t vµ c¶nh b¸o

®Òu lµ c¸c hÖ t−¬ng tù, chØ thÞ b»ng ®ång hå c¬. Ngµy nay, víi sù tiÕn

KC06.DA.13.MDL: MM.03

-4-

C«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thuû Module ®o v¹n n¨ng

bé v−ît bËc cña khoa häc kü thuËt, ®Æc biÖt lµ c«ng nghÖ b¸n dÉn, vi

xö lý vµ c«ng nghÖ th«ng tin ®ang cã nh÷ng b−íc tiÕn v÷ng tr·i.

Chóng ®· ®−îc øng dông réng r·i trong hÇu hÕt c¸c ngµnh c«ng

nghiÖp vµ c¸c dÞch vô kh¸c nhau vµ ®©y lµ thêi ®iÓm mµ ngµnh c«ng

nghiÖp tµu thuû n−íc ta cÇn ph¶i cã nh÷ng b−íc ®i quyÕt ®Þnh ®Ó tõng

b−íc néi ®Þa ho¸ trong ®ãng míi tµu thuû. Tr−íc nh÷ng nhu cÇu vµ

th¸ch thøc ®ã, vÊn ®Ò nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o, øng dông kü thuËt

tù ®éng ho¸ vµ vi xö lý trªn tµu thuû, ®Æc biÖt lµ vµo c¸c hÖ thèng ®o

l−êng ®iÒu kiÓn lµ rÊt quan träng ®ßi hái khoa häc c«ng nghÖ cao. Nhµ

n−íc ®· cã chñ tr−¬ng giao cho Tæng c«ng ty Tµu thuû ViÖt Nam tõng

b−íc néi ®Þa ho¸ c¸c trang thiÕt bÞ trªn tµu víi môc tiªu lµ ®Õn n¨m

2010 néi ®Þa ho¸ 60 % ®Ó thay thÕ c¸c thiÕt bÞ nhËp ngo¹i. §Ó ®¸p øng

nhu cÇu ®ã C«ng ty C¬ KhÝ- §iÖn - §iÖn Tö Tµu Thuû (Vinamarel)

®−îc giao cho nghiªn cøu dù ¸n nghiªn cøu khoa häc

KC06.DA.13.MDL. Dù ¸n nµy nh»m chuÈn ho¸ c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng,

®iÒu khiÓn vµ tù ®éng phôc vô trªn tµu. Môc tiªu ®Ò ra cña dù ¸n lµ

hoµn thiÖn c«ng nghÖ vèn cã trªn c¸c tµu thuû cïng víi chÕ t¹o míi

c¸c thiÕt bÞ ®· l¹c hËu. Yªu cÇu ®Ò ra cña c¸c s¶n phÈm nµy ph¶i cã

tuæi thä vµ ®é tin cËy cao ®¸p øng nhu cÇu cña ngµnh ®ång thêi ph¶i

cã gi¸ thµnh thÊp h¬n nhiÒu so víi nhËp ngo¹i.

Trong chuyªn ®Ò nµy ®−a ra gi¶i ph¸p x©y dùng vµ thiÕt kÕ

Module ®o v¹n n¨ng (Multimeter) víi c¸c th«ng sè vµ d¶i ®o nh− sau:

¾ §iÖn ¸p xoay chiÒu U : 0 ÷600V ±10%

¾ Dßng xoay chiÒu I: : 0 ÷1000A ±10%

¾ TÇn sè kÕ F :45 ÷ 60 Hz ±1%

¾ Gãc lÖch pha cosϕ

¾ C«ng suÊt P : 0 ÷ 500 Kw ±1%

Hµ néi, ngµy th¸ng n¨m 2004

Ban KHCN-PT

KC06.DA.13.MDL: MM.03

-5-

C«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thuû Module ®o v¹n n¨ng

Ch−¬ng I

Tæng quan chung vÒ c¸c thiÕt bÞ

®o l−êng ®iÒu khiÓn

1.1. C¬ së lý thuyÕt chung cña kü thuËt ®o l−êng.

1.1.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n.

Trong bÊt kú mét hÖ thèng ®iÖn, mét nhµ m¸y hay mét xÝ nghiÖp

s¶n xuÊt nµo muèn ®¹t ®−îc n¨ng suÊt, hiÖu qu¶ cao th× yÕu tè ®o

l−êng, ®iÒu khiÓn ph¶i ®−îc ®Æt lªn hµng ®Çu. Thùc vËy ngµnh kü

thuËt ®o l−êng ngµy nay ®ang ®−îc sö dông réng r·i trong c¸c nhiÖm

vô kiÓm tra tù ®éng, tù ®éng ho¸ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt vµ c«ng nghÖ

còng nh− trong c¸c c«ng t¸c nghiªn cøu khoa häc cña tÊt c¶ c¸c lÜnh

vùc khoa häc kü thuËt kh¸c nhau. §Ó thùc hiÖn nhiÖm vô ®ã cÇn thiÕt

ph¶i tiÕn hµnh ®o c¸c ®¹i l−îng vËt lý kh¸c nhau, ®ã lµ c¸c ®¹i l−îng

®iÖn, c¸c ®¹i l−îng h×nh häc (kÝch th−íc), c¬ häc, nhiÖt häc, hãa häc,

c¸c ®¹i l−îng tõ, c¸c ®¹i l−îng h¹t nh©n nguyªn tö. Tr−íc hÕt, ta ph¶i

hiÓu ®o l−êng lµ mét qu¸ tr×nh ®¸nh gi¸ ®¹i l−îng cÇn ®o ®Ó cã kÕt qu¶

b»ng sè so víi ®¬n vÞ ®o. Do ®ã ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®o l−êng ta ph¶i

biÕt c¸ch chän c¸c c¸ch ®o kh¸c nhau phô thuéc vµo ®èi t−îng ®o vµ ®é

chÝnh x¸c yªu cÇu cña phÐp ®o.

§Ó thùc hiÖn viÖc ®o b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn, ®iÖn tö c¸c ®¹i

l−îng vËt lý kh¸c nhau, tr−íc tiªn chóng ph¶i ®−îc biÕn ®æi thµnh ®¹i

l−îng ®iÖn th«ng qua c¸c chuyÓn ®æi s¬ cÊp vµ sau ®ã chóng ®−îc ®o

b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ ®o ®iÖn. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o ®iÖn

ngµy cµng chiÕm −u thÕ v× nã cã nh÷ng −u ®iÓm tuyÖt ®èi so víi phÐp

KC06.DA.13.MDL: MM.03

-6-

C«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thuû Module ®o v¹n n¨ng

®o kh«ng ph¶i b»ng ®iÖn nh−: §é t¸c ®éng nhanh cao, ®é chÝnh x¸c tèt

h¬n, cã thÓ ®o ë kho¶ng c¸ch xa, thiÕt bÞ gän nhÑ h¬n vµ cã thÓ ®−a

vµo m¸y tÝnh ®Ó xö lý vµ l−u gi÷ kÕt qu¶ ®o.

ThiÕt bÞ ®o vµ hÖ thèng ®o l−êng cã sö dông kü thuËt vi ®iÖn tö,

vi xö lý vµ vi tÝnh ngµy cµng hiÖn ®¹i vµ cã hiÖu qu¶: ng−êi ta ®· t¹o

ra c¸c thiÕt bÞ ®o th«ng minh nhê cµi ®Æt vµo chóng c¸c bé vi xö lý hay

vi tÝnh chuyªn dông. Chóng cã nh÷ng tÝnh n¨ng h¬n h¼n thiÕt bÞ ®o

th«ng th−êng ®ã lµ: tù xö lý vµ l−u gi÷ kÕt qu¶ ®o, lµm viÖc theo

ch−¬ng tr×nh, tù ®éng thu thËp sè liÖu ®o vµ cã kh¶ n¨ng truyÒn sè

liÖu ®i xa.

ThiÕt bÞ ®o lµ sù thÓ hiÖn ph−¬ng ph¸p ®o b»ng c¸c kh©u chøc

n¨ng cô thÓ ®èi víi mét hä ®¹i l−îng ®o cô thÓ. Ng−êi ta ph©n lo¹i

thiÕt bÞ ®o theo tÝnh chÊt cña hÖ thèng: ThiÕt bÞ ®o n»m trong hÖ

thèng (nh− c¸c Transmitter vµ transducer) vµ c¸c thiÕt bÞ ®o rêi r¹c

(nh− c¸c Multimeter, m¸y ®Õm v¹n n¨ng, tÇn sè kÕ, m¸y hiÖn sãng,

c¸c thiÕt bÞ dïng µP …).

C¸c th«ng sè kü thuËt cña thiÕt bÞ ®o ta cÇn ph¶i quan t©m lµ:

§é nh¹y, kho¶ng ®o, ng−ìng nh¹y, kh¶ n¨ng ph©n ly, tÝnh tuyÕn tÝnh

cña thiÕt bÞ, ®Æc tÝnh ®éng vµ mét sè th«ng sè kh¸c nh− c«ng suÊt tiªu

thô, kÝch th−íc, träng l−îng cña thiÕt bÞ ®o.

1.1.2. S¬ ®å cÊu tróc chung cña dông cô ®o.

Mét dông cô ®o c¬ b¶n cã ba bé phËn ®ã lµ: ChuyÓn ®æi s¬ cÊp,

m¹ch ®o vµ c¬ cÊu chØ thÞ. Ta lÇn l−ît xÐt c¸c kh©u chøc n¨ng nµy.

KC06.DA.13.MDL: MM.03

-7-