Tự động hóa
Máy đo tốc độ
Bạn có bao giờ thắc mắc mình đang đạp xe với tốc độ bao nhiêu không? Hay có thể đoán được tốc độ mình đang di chuyển là bao nhiêu không? Điều này khá khó khăn nếu chúng ta không có máy đo tốc độ. Trên xe hơi hay xe máy thì khác, hai phương tiện này được trang bị đồng hồ đo tốc độ và chúng ta có thể nhìn thấy được ngay trên bảng điều khiển của nó. Vậy thì làm sao một người cảnh sát giao thông có thể đo được tốc độ của các phương tiện đang di chuyển trong khi họ đang đứng ở một bên đường? Hãy cùng tìm hiểu xem máy đo tốc độ là gì, và cách hoạt động của chúng như thế nào nhé!
Làm cách nào để đo được tốc độ
Nếu bạn đã đọc các bài viết của chúng tôi về chuyển động, hay đơn giản là nắm bắt được các kiến thức cơ bản về vật lý thì tốc độ trung bình được định nghĩa bằng quãng đường di chuyển trên khoảng thời gian bạn di chuyển. Ví dụ cụ thể, nếu bạn đi 200km và mất 4 tiếng để đến nơi thì tốc độ trung bình của bạn là 50 km / giờ. Việc tính toàn này không có tác dụng lắm đối với những cảnh sát giao thông bởi họ sẽ phải hỏi bạn một vài câu hỏi, và hơn hết nữa đó là tốc độ trung bình trên cả quãng đường bạn di chuyển và không chắc chắn được bạn luôn đi với vận tốc đều trên cả quãng đường đó.
Và đó là chúng ta đang nói về tốc độ trung bình, bây giờ hãy nói về tốc độ tức thời có nghĩa là tốc độ ngay thời điểm bạn đo đếm. Để đo đếm được nó thật sự khó hơn bạn nghĩ. Nếu bạn đã từng thấy một máy bắn tốc độ của cảnh sát giao thông thì có lẽ bạn sẽ hình dung ra được cách đo tốc độ tức thời của nó. Các thiết bị đó bắn một chùm tia radar vào đối tượng cầnd do tốc độ bằng súng radar và chờ tia radar đó phản hồi về, tính toán khoảng thời gian từ lúc bắn cho đến lúc phản hồi về và đưa ra kết quả của tốc độ. Hãy yên tâm là chùm tia radar đó hoàn toàn vô hại và không nhìn thấy được. Nếu như cách các phương tiện đo tốc độ tức thời của nó cũng tương tự? Bằng cách bắn các chùm tia radar vào những ngôi nhà xung quanh và cho ra kết quả? Nó thật sự là phiền phức. Việc sử dụng các thiết bị cầm tay như súng radar này chỉ phù hợp với đo tốc độ của vật chuyển động, còn có những cách khác để đo được tốc độ của bản thân như trên xe hơi.
Cách chúng ta cần làm để đo tốc độ tức thời của một chiếc xe hơi khi ngồi trên chúng là đo tốc độ của bánh xe của chúng, điều này nghe có vẻ khá đơn giản những thực sự cũng không đơn giản với những chiếc xe đầu tiên. Và đến năm 1902 Kỹ sư người Đức Otto Schulze đã phát minh ra thiết bị đầu tiên có thể đo được tốc độ quay của bánh xe.
Máy đo dòng xoáy
Làm cách nào để chúng ta có thể đo tốc độ bánh xe và hiển thị nó lên mặt đồng hồ với kim chỉ. Chúng ta kết nối trục làm bánh xe quay với một sợi dây cáp dài, khi một đầu sợi dây cáp quay bởi bánh xe thì đầu kia cũng quay, sợi dây cáp giống như bộ phận truyền động mềm mặc dù dây cáp đó dài và bị uống cong. Và đầu còn lại được kết nối với máy đo, Cấu tạo của máy đo bao gồm một cốc kim loại rỗng và một nam châm quay bên trong nó, chúng không được kết nối với nhau mà cách nhau một lớp không khí. Điều này giúp cho khi bánh xe quay và truyền động qua sợi dây cáp và tác động lên cốc nhằm hiển thị tốc độ xe hiện tại. Và nó được hạn chế bởi một lò xo mỏng nhỏ, lò xo này được tính toán trước để hiển thị tốc độ một cách chính xác.
Và làm thế nào để một cái cốc rỗng có chữa nam châm bên trong lại có thể hiển thị được tốc độ xe như vậy? Nam châm quay tạo ra một từ trường dao động bên trong cốc tốc độ và tạo ra dòng điện chạy bên trong cốc đó, dòng điện này không có nơi nào để tiêu thụ, nó cứ quanh quẩn ở trong cốc đó và vì thế tạo ra chuyển động. Và nó không hề quay liên tục mà bị hạn chế bởi một lò xo hãm, xe càng đi nhanh, cáp quay càng nhanh, nam châm sẽ vàng mạnh và kéo cốc và kim đồng hồ di chuyển theo. Bạn sẽ không thể hình dùng được rõ ràng, hãy xem hình ảnh động nhỏ dưới đây.
Cách hoạt động của máy đo dòng xoáy
- Khi động cơ quay, trục động cơ truyền động bằng dây cáp
- Trục động cơ quay làm cho dây cáp quay
- Dây cáp quay và nam châm ở trong cốc cũng quay theo cùng chiều với trục động cơ.
- Nam châm quay tạo ra dòng điện chạy trong cốc kim loại
- Dòng điện trong cốc làm cho cốc quay theo cùng chiều với nam châm. Cốc và nam châm không được kết nối với nhau mà cách nhau một lớp không khí nên tốc độ của cốc và của nam châm sẽ không giống nhau
- Lò xo hãm tốc độ quay của cốc và giúp cho cốc có thể quay về được vị trí ban đầu khi nam châm ngừng quay
- Tốc độ xe càng nhanh, nam châm quay càng mạnh và kéo cốc quay theo một góc càng lớn, từ đó hiển thị lên mặt đồng hồ chỉ số tốc đọ của xe
Một số máy đo dòng xoáy khác
Ngoài cách sử dụng dây cáp trên thì ở cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, nhà phát minh tài ba Nikola Tesla đã phát minh một cách khác để đo tốc độ và được cấp bằng sáng chế dưới tên công ty Waltham với cơ chế hoạt động là một cặp cốc chứa đầy không khí quay mặt vào nhau. Khi một chiếc cốc quay và kéo không khí bên trong đó quay theo và kéo theo chiếc cốc thứ 2 quay và cũng được kết nối với con trỏ và lò xo.
Máy đo tốc độ điện tử
Hầu hết các máy đo tốc độ được sản xuất cho đến những năm 1980 đều sử dụng cơ chế dòng điện xoáy trong cốc và cáp truyền động. Và việc này cũng có một số mặt hạn chế nhất định như nhiều bộ phần cơ khí có thể bị mòn, dây cáp có thể bị đứt. Mỗi khi hỏng thì toàn bộ hệ thống sẽ không còn hoạt động được. Đặc biệt là vào ban đêm, người ta sẽ không hề muốn rời mát khỏi con đường để nhìn xem kim đồng hồ đang nằm ở đâu. Và vì thế họ đã suy nghĩ đến việc hiển thị tốc độ lên màn hình kỹ thuật số và từ đó máy đo tốc độ điện tử ra đời.
Máy đo tốc độ điện tử hoạt động theo cách khác với máy đo tốc độ dùng dây truyền động. Họ gắn các nam châm nhỏ vào trục truyền động quay của phương tiện và được quét qua các cảm biến từ tính như cảm hiến Hall đặt ở gần đó.
Mỗi khi nam châm đi qua cảm biến sẽ tạo ra một xung ngắn và sử dụng mạch điện tử để đo đếm số xung đó trong một khoảng thời gian, rồi từ đó tính toán chuyển thành tốc độ và hiển thị lên màn hình LCD. Và mạch điện tử đó hoàn toàn có thể đo đếm được quãng đường bạn đã đi được bao nhiêu. Chúng ta có thể thấy một số các xe hơi hiện nay vẫn dùng kiểu đồng hồ kim và số và nhầm tưởng rằng chiếc xe đó sử dụng máy đo tốc độ kiểu truyền động, nhưng không phải, với mạch đo tốc độ điện tử vẫn có thể chuyển đổi thành dạng đồng hồ và số bằng cách điều khiển một động cơ quay theo số liệu mà mạch đo tốc độ đưa về. Mạch đo điện tử giải quyết được nhiều vấn đề hạn chế của cách đo truyền động và nó cũng đáng tin cậy, nhỏ gọn hơn.