đo áp suất

ĐO AP SUÂT

1. Ap suất

2. Ap kế chất lỏng

3. Ap kế biến dạng

4. Ap kế điện

1. AP SUÂT

1.1. Ap suất: Trạng thái ứng suất của các vật thể dạng lỏng và hơi

xuất hiện do tác dụng của các yếu tố khác nhau (nén, thay đổi nhiệt độ,…) được biểu thị bằng 1 đại lượng gọi là áp suất.

Theo quan điểm cơ học: Áp suất P là tỷ số giữa lực tác dụng vuông góc với bề mặt và diện tích bề mặt đó.

Theo hệ SI áp suất được đo theo Newton trên mét vuông (N/m2),nó được gọi là Pascal (Pa).

1. AP SUÂT

Lực áp suất có thể phân bố đều hay không đều.Nếu lực phân bố đều ta có biểu thức:

P=F/A

Trong đó: P là áp suất (N/m2) F là lực tác dụng lên bề mặt (N) S là diện tích bề mặt (m2)

1. AP SUÂT

Ap suất chất lưu: đại lượng có giá trị bằng lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích bề mặt binh chứa:

• Chất lưu không chuyển động:

Với là áp suất tĩnh, là áp suất khí quyển,

là khối lượng riêng, là gia tốc trọng trường

là khoảng cách từ điểm đo đến bề mặt tự do.

dS

dFp (N/m2)

0tp p p gh tp 0p

gh

1. AP SUÂT

• Với chất lưu chuyển động:

Trong đó: v là vận tốc dòng chất lưu

đt ppp

ghpp 0t

2

vp

2

đ

Áp suất tĩnh

Áp suất động

1. AP SUÂT VÀ NGUYÊN LÝ ĐO

1.2. Đơn vị đo áp suất: 1Pa = 1N/m2.

1. AP SUÂT Trong thực tế thi pascal quá nhỏ nên trong kĩ thuật người ta dung

các đơn vị lớn hơn như bar

1 bar = 105 Pa (N/m2)

Ngoài ra trong kĩ thuật còn dung các đơn vị khác. Trong hệ đơn vị MKGS (hệ đơn vị đo kĩ thuật) đơn vị đo áp suất là kG/cm2 còn gọi là atmotphe kĩ thuật (at):

1 at = 9.81.104 Pa (N/m2)

Milimet cột nước (H2O) – là áp suất gây ra do cột nước cao 1mm có khối lượng riêng 1000kg/m3 ở nhiệt độ 4oC trong trọng trường có gia tốc là 9,80665 m/s2.

1. AP SUÂT

Milimet cột thủy ngân hoặc Tor (mmHg) – là áp suất gây ra do cột cột thủy ngân cao 1 mm có khối lượng riêng 13595 kg/m3 ở nhiệt độ 0oC trong trọng trường có gia tốc chuẩn là 9,80665 m/s2. Áp suất này được tính theo công thức:

P=ρ.g.h1 Tor=133,322 Pa (N/m2)

Ngoài ra trong hệ đơn vị Anh, áp suất được tính theo pound (0,4536 kgf) trên inche vuông (6,452 cm2) gọi là Psi

1. AP SUÂT

1.3 Phân loại áp suất

1. AP SUÂT Áp suất tuyệt đối hay áp suất toàn phần là áp suất được tính từ

đường không tuyệt đối, thường nó được xác định bằng dụng cụ baromet có nghĩa là áp suất thựcÁp suất tuyệt đối bằng tổng áp suất khí quyển và áp suất tương đối :Pa=Pb+Pd

Trong đó: Pa là áp suất tuyệt đối; Pb là áp suất khí quyển; Pd là áp suất dư hay áp suất tương đối.

Áp suất dư hay áp suất tương đối: khi áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển thi áp suất đó gọi là áp suất dưPd=Pa-Pb

Áp suất chân không: khi áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển thi khi đó áp suất dư có giá trị âm và được gọi là áp suất chân không.Pck=Pb-Pa.

2. AP KẾ CHÂT LỎNG

2.1 Ap kế chữ U

2.2 Ap kế bình

2.3 Ap kế nghiêng

2.4 Ap kế vòng

2.5 Khí áp kế thủy ngân

2.6 Chân không kế Mcleod

2.7 Ap kế Piston

2.8 Vi áp kế kiểu phao

2.9 Vi áp kế kiểu chuông

2.10 Cách lắp đặt

2.1 ÁP KẾ CHỮ U


Là dụng cụ đo đơn giản nhất trong các áp kế chất lỏng.

Cấu tạo: ống thủy tinh chữ U gắn trên bảng chia độ, giá trị vạch chia là

1mm, điểm 0 ở giữa. đường kính ống thường lấy (8-10)mm (<8mm xảy ra hiện tượng

mao dẫn) chất lỏng được đổ vào tới mức 0. 1 nhánh dụng cụ thông với khí quyển, 1 nhánh nối với nguồn áp

suất cần đo. lúc này 1 nhánh hạ xuống, 1 nhánh nâng lên. chênh lệch mức chất lỏng cho biết áp suất cân đo.

=> Đo áp suất dư, áp suất chân không, và hiệu áp suất.


F: diện tích tiết diện ngang của ống (mm2)

γ: trọng lượng riêng của chất lỏng công tác (g/mm3)

h: chiều cao chênh lệch cột chất lỏng ở 2 nhánh (mm)

Độ nhạy:

Độ nhạy dụng cụ thay đổi bằng cách thay đổi trọng lượng riêng của chất lỏng công tác.

* * * *a b

a b

d

P F P F F h

P P h

P h

1hS

P


Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo, độ chính xác cao, độ nhạy lớn => làm chuẩn hạng I và II trong phạm vi đo áp dưới 2,5 atm.

Nhược điểm: cồng kềnh, dễ vỡ, có sai số do đọc, có bay hơi và dãn nở vi nhiệt của chất công tác, không đo áp suất lớn (hạn chế bởi chiều dài ống và độ bền của thủy tinh)

2.2 ÁP KẾ BÌNH

2.2 ÁP KẾ BÌNH

Khắc phục nhược điểm của áp kế chữ U phải đọc mức chất lỏng ở cả 2 nhánh => sai số tăng.

Cấu tạo: một bên ống được thay thế bằng một binh tiết diện lớn, chiều cao nhỏ. nhánh trái nối với môi trường, nhánh phải thông với khí quyển.

Phương trinh cân bằng thể tích chất lỏng:

F1 * h1 = F2 * h2 (1)

F1: diện tích tiết diện ngang của ống.

F2: diện tích tiết diện ngang của binh.

h1: chiều cao cột chất lỏng dâng lên trong ống

h2: chiều cao cột chất lỏng hạ xuống trong binh.

2.2 ÁP KẾ BÌNH

h = h1 + h2 (2)Từ (1) và (2) :

Nếu tỷ số rất nhỏ, thì

Chỉ cần đọc chiều cao cột chất lỏng bên ống.

11

2

1F

h hF

11

2

1d

FP h

F

1

2

F

F1dP h

2.2 ÁP KẾ BÌNH

Ưu điểm: sử dụng dụng cụ khá đợn giản.

Nhược điểm: bỏ qua tỷ số gây sai số (chỉ dùng khi tỉ số <1/400)

1

2

F

F

2.3 ÁP KẾ NGHIÊNG


Loại này dùng để đo các áp suất rất nhỏ

Góc θ có thể thay đổi được và bằng 60o, 30°, 45° ... tuy nhiên, không được dưới 5o vi khi đó rất khó xác định chính xác vị trí mặt chất lỏng

Sự thay đổi áp suất vẫn được thể hiện bằng sự chênh lệch độ cao của 2 mực chất lỏng, tuy nhiên,ta có thể đo chính xác hơn bằng cách đo chuyển dịch theo phương nghiêng


Chênh lệch áp suất:

Để đo chính xác hơn, ta có thể thay đổi độ nghiêng của áp kế hoặc trọng lượng riêng của chất lỏng

1 2 2 sinp p gz gx

2.4 ÁP KẾ VÒNG

a) Cấu tạo & nguyên ly lam việc:

G

gh

p1 p2

b)

G

p1

p2

a)

O1

3

4

2

1.Vành khuyên 2. Vách ngăn

3. Dịch thể 4. Đối trọng

2.4 ÁP KẾ VÒNG

Áp kế vòng là 1 loại áp kế chất lỏng có độ nhạy cao dung để đo hiệu áp suất hoặc áp suất dư có giá trị lớn.

Phương trinh cân bằng:

ΔP.F.R = G.a.sinϕ

ΔP – độ chênh lệch 2 nhánh

F – diện tích tiết diện ngang của ống 1.

a – khoảng cách từ trọng tâm của đới trọng tới tấm quay

ϕ-góc quay của ống

Độ nhạy của dụng cụ:

S=(δϕ)/(δΔP)=(FR)/(Ga)

2.4 ÁP KẾ VÒNG

b) Đặc điểm: Giới hạn đo khi dịch thể là nước: 25 - 160

mmH2O, thủy ngân: 400 – 2.500mmH2O, Cấp chính xác 1; 1,5.

2.5 KHÍ ÁP KẾ THỦY NGÂN

Là dụng cụ dùng để đo áp suất khí quyển , đây là dụng cụ đo khí áp chính xác nhất

2.5 ÁP KẾ THỦY NGÂN

Pb = h . γHg

Sai số đọc 0,1mm

Nếu sử dụng loại này làm áp kế chuẩn thi phải xét đến môi trường xung quanh, do đó thường có kèm theo 1 nhiệt kế để đo nhiệt độ môi trường xung quanh để hiệu chỉnh.

2.6 CHÂN KHỐNG KẾ MCLEODĐối với môi trường có độ chân không cao, áp suất tuyệt đối nhỏ người ta có thể chế tạo dụng cụ đo áp suất tuyệt đối dựa trên định luật nén ép đoạn nhiệt của khí lý tưởng.

2.6 CHÂN KHÔNG KẾ MCLEOD

Nguyên lý : Khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích tỷ lệ nghịch với nhau.P1 V1 = P2 . V2 Loại này dùng ta để đo chân không.

Đầu tiên giữ bình Hg sao cho mức Hg ở ngay nhánh ngã 3. Nối P1(áp suất cần đo) vào rồi nâng bình lên đến khi được độ lệch áp là h => trong nhánh kín có áp suất P2 và thể tích V2.


Nếu V2 << V1 thi ta bỏ qua V2 ở mẫu Nếu giữ là hằng số thi dụng cụ sẽ có thang

chia độ đều Khoảng đo đến 10-5 mm Hg. Người ta thường dùng với V1max = 500 cm3 , đường kính

ống d = 1 ÷ 2,5 mm

2 1

2( 1 ) 1 1

21

1 2

P P h

V P h P V

h VP

V V

21

1

h VP

V

2

1

V

V


Ưu điểm: Đơn giản và đáng tin cậy Được sử dụng làm mốc để kiểm tra các dụng cụ

đo áp suất kém chính xác hơn

Nhược điểm Không cho được số liệu liên tục Chỉ đo được áp suất tĩnh Có thể bị hư hại bởi hơi thủy ngân

2.7 ÁP KẾ PISTON

Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm có độ chính xác cao, dùng căn chỉnh đồng hồ.

2.7 ÁP KẾ PISTON

Khe hở giữa pít tông và xi lanh S phải thích hợp. Nếu S nhỏ thi ma sát lớn => độ nhạy kém. Nếu S lớn => dầu lọt ra ngoài nhiều => không chính xác.

Spt = 0,5 cm2 môi chất dùng là dầu biến áp hay dầu hỏa hoặc dầu tua bin hoặc dầu khoáng.

Tùy thuộc vào khoảng áp suất cần đo mà chọn độ nhớt dầu thích hợp. Khi nạp dầu thường nạp vào khoảng 2/3 xi lanh. Thường dùng loại này làm áp kế chuẩn để kiểm tra các loại khác.

Hạn đo trên thường : 2,5 ; 6,0 ; 250 ; 600 ; 2 500 ; 10 000 ; 25 000 kG/cm2

CCX = 0,2 ÷ 0,02.

Đặc điểm của loại áp kế pít-tông thi trước khi sử dụng phải kiểm tra lại các quả cân.

2.8 VI ÁP KẾ KIỂU PHAO


Chất lỏng lam việc la thủy ngân hay dầu biến áp

p1p2

h2

h1

1

34

56 7

2

1.Binh lớn

2.Binh nhỏ

3.Phao

4.Kim chỉ thị

5,6 &7) Van


• Giả sử p1>p2, chất lỏng làm việc trong binh (1) hạ xuống, trong binh (2) dâng lên. Độ dịch chuyển của phao:

Trong đó F là tiết diện ống lớn, f là tiết diện ống nhỏ là khối lượng riêng chất lỏng làm việc, là khối lượng riêng chất lỏng cần đo, p1,p2 là áp suất đưa vào ống nhỏ và lớn.

•Độ dịch chuyển kim chỉ hoặc đo bằng cảm biến đo dịch chuyển.

1 1 2

1.

1 m

h p pF

gf

m


b) Đặc điểm: Kết cấu cồng kềng, Cấp chính xác cao (1; 1,5), Chứa chất lỏng độc hại.

Đo áp suất tĩnh không lớn hơn 25MPa.

2.9 VI ÁP KẾ KIỂU CHUÔNG

a) Cấu tạo va nguyên ly lam việc:

Chuông 1 nhúng trong chất lỏng lam việc trong bình 2

dx

p1

p2

dy

3

p1

p2

A

B

3

dH

a) Khi p1 = p2 b) Khi p1 > p2

1

21.Chuông

2.Binh chứa

3.Chỉ thị


Khi p1 = p2, chuông ở vị trí cân bằng.

Khi p1 > p2, chuông dịch chuyển lên trên.

Độ dịch chuyển của chuông:

Trong đó H là độ dịch chuyển của chuông, f là diện tích tiết diện trong của chuông, là diện tích tiết diện thành chuông, là khối lượng riêng chất lỏng làm việc, là k.l.r chất lỏng cần đo.

Độ dịch chuyển H kim chỉ hoặc đo bằng cảm biến đo dịch chuyển.

21m

pp.g.f

fH

f m


b) Đặc điểm: Độ chính xác cao; Đo được áp suất thấp và áp suất chân không.

2.10 CÁCH LẮP ĐẶT Tất cả các loại áp kế chất lỏng thông dụng kể trên có thể

được dung để đo áp suất dư tại 1 điểm hay đo hiệu áp suất tại 2 điểm tùy thuộc vào cách mắc áp kế vào trong hệ thống.

Trường hợp cần đo đồng thời nhiều điểm ta dung áp kế dây các đầu ống đo áp của áp kế được lắp vào các phần tử tiếp nhận áp suất, bố trí tại các điểm đo tương ứng. Chú ý rằng đo số không của áp kế cần phải để thông với khí trời Pb. Đọc độ chênh mức chất lỏng công tác trong các ống đo với ống đo áp số không Pb ta sẽ được độ cao côt chất lỏng h1 tương ứng.

Để đo hiệu áp suất tại hai điểm đo ta nối 2 đầu của áp kế vào 2 phần tử tiếp nhận áp suất bố trí tại 2 điểm đo tương ứng. Trọng lượng cột chất lỏng công tác trong ống đo sẽ cân bằng với hiệu áp suất ở 2 điểm đo.

3. AP KẾ BIẾN DẠNG

3.1. Ap kế lò xo

3.2. Ap kế mang

3.3. Ap kế ống trụ

3.4. Ap kế kiểu đèn xếp(ống siphon hay hộp mang)

3.5. Ap kế ống bourdon

3.1 AP KẾ LÒ XO

Cấu tạo & nguyên ly lam việc:

Vât liệu: đồng thau, hợp kim nhẹ, thép cacbon, thép gió.

p

b) Lò xo nhiều vòng c) Lò xo xoắn

p

N1

Nr

N

a) Lò xo một vòng

R2a

2bA

A

3.1 AP KẾ LÒ XO

Lò xo là một ống lim loại uốn cong, một đầu giữ cố định, một đầu để tự do. Khi đưa chất lưu vào trong ống, áp suất tác dụng lên thành ống làm ống bị biến dạng.

Khi p = p0, lò xo ở trạng thái cân bằng.

Khi (p > p0), lò xo giãn , ngược lại (p < p0) lò xo co lại đầu tự do dịch chuyển.

3.1 AP KẾ LÒ XO

Biến thiên góc ở tâm (): ν – hệ số poisson. Y – modun Young. R – bán kính cong. h – bề dày thành ống. a , b – các bán trục của tiết diện ovan α, β – các hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của ống x = Rh/a2– tham số chính của ống

2 2 2

2 2

1. 1R b

pY bh a x

3.1 AP KẾ LÒ XO

Lực cân bằng ở đầu tự do:

Lực hướng kính:

Lực tổng hợp:

pkcos.sinsin43

sin.

x

s48

a

b1pabN 122

2

t

pkcos.sin

cos.

x

s48

a

b1pabN 222

2

r

kpp.kkN 22

21

k1,k2 là hằng số cứng của lò xo

3.1 AP KẾ LÒ XO

b) Đặc điểm: Cấu tạo đơn giản, Góc quay phụ thuộc hinh dạng: loại một vòng góc quay nhỏ, loại

nhiều vòng hoặc lò xo xoắn góc quay lớn. Phạm vi đo phụ thuộc vật liệu:

+Đồng thau: < 5 MPa,

+ Hợp kim nhẹ hoặc thép <1.000 Mpa

+ Thép gió >1.000 Mpa. Đối với loại áp kế lò xo ống thi độ dịch chuyển khi bị bién dạng rất

ít, để tăng góc biến dạng người ta dùng một ống nhiều vòng xoắn dạng đường ren vít, hoặc dạng tự ghi. Loại này có thể đo áp suất từ

3.2 AP KẾ MÀNG

3.2 AP KẾ MÀNG

a) Cấu tạo va nguyên ly lam việc: Màng đàn hồi: chế tạo bằng thép (tròn phăng hoặc

uốn nếp)

Màng phăng

D

h

p

Màng uốn nếp

D

h

p

1.3. Áp kế đan hôi

3.2 AP KẾ MÀNG

Màng deo: chế tạo bằng vải tẩm cao su (thường hoặc tâm cứng).

a)Mang phăng

D

h

p1

Màng

b) Mang uôn nêp

p1

D

h

Màng

c)Mang tâm cưng

D

h

p1

Màng Tấm kim loại

p0 p0p0

3.2 AP KẾ MÀNG Ngoài các lò xo ống, lò xo xoắn, người ta còn sử dụng

các màng và màng hộp để làm các phần tử đàn hồi cho các áp kế. Màng thường ở dạng tấm tròn, dưới tác dụng của áp suất của chất khí hoặc chất lỏng màng sẽ bi biến dạng. Sự biến dạng của màng tỷ lệ với áp suất cần đo, màng có thể được làm bằng kim loại như: thép y10, y10A, chất deo, cao su. Chiều dày của màng (0,06-1,5) mm đối với màng kim loại còn phi kim loại có chiều dày từ (0,1-5) mm

Màng có thể có nhiều dạng khác nhau. Giới hạn đo của áp kế màng thường bi hạn chế từ 0,2 đến 25 hoặc 30at, dịch chuyển lớn nhất của màng (1,5 – 2) mm

3.2 AP KẾ MÀNG

Dưới tác dụng của áp suất trên hai mặt màng chênh lệch p = p1-p0 màng biến dạng, tâm màng dịch chuyển.

Độ vong của tâm màng đàn hồi:

3

42

Yh

R.p1

16

3 + Loại phăng:

4

4

3

3

Yh

R.p

h

b

ha

+ Loại uốn nếp:

a, b: các hệ số phụ thuộc độ dày và hình dạng của màngv: hệ số poison, h : độ dày của màng, R: bán kính : độ dịch chuyển tâm màng, Y : modun Young

3.2 AP KẾ MÀNG

Lực di chuyển ở tâm màng deo:

Ưng suất cực đại:

p.12

DN

2

+ Loại thường:

p.

12

dDdDN

22

+ Loại tâm cứng:

D là đường kính màng, d là đường kính đĩa cứng

2

max 20,666 u

PR

h

3.2 AP KẾ MÀNG

b) Đặc điểm:• Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt.• Độ dịch chuyển của tâm màng là hàm phi

tuyến của áp suất =f(p) (độ phi tuyến của màng phăng lớn hơn màng uốn nếp), độ phi tuyến tăng khi tăng.

• Phạm vi đo: phụ thuộc loại và vật liệu chế tạo màng (màng đàn hồi đo áp suất lớn, màng deo đo áp suất nhỏ).

3.3 AP KẾ ỐNG TRỤ



J1

J2J4

J3

a) Sơ đồ cấu tạo b) Vị trí gắn CB biến dạng

1

2r

e

L

• Vật liệu: thép, đồng …


Quan hệ giữ áp suất và biến dạng:

Để chuyển tín hiệu cơ (biến dạng) thành tín hiệu điện sử dụng CB đo biến dạng.

pk

er

.Yp

21 11

- Biến dạng ngang:

- Biến dạng dọc: 2 2

1. .

2

p rk p

Y e

r: bán kính trong của ống, e: chiều dày thành ống

3.4 AP KẾ KIỂU ĐÈN XẾP

Loại áp suất đơn Loại 2 áp suất


Ống siphon là một hộp hinh trụ có thành mỏng, dạng sóng. Thường ống được làm bằng đồng thanh hoặc thép không rỉ, chiều dày của màng là 0,1 mm. Dưới tác dụng của áp suất (từ bên trong hoặc bên ngoài ống) của chất lỏng hoặc chất khí tác dụng lên thành của ống làm nó bị biến dạng làm bước S của ống bị thay đổi. Sự thay đổi này tỷ lệ với áp suất cần đo.


2Rb

2Rng

rp

• Đường kính ống từ 8 - 100mm, chiều dày thành 0,1 0,3 mm.

• Vật liệu: là đồng, thép cacbon hoặc thép hợp kim....


Độ dịch chuyển () của đáy dưới tác dụng của lực chiều trục (N):

2b02

2100

2

R/hBAAA

nYh

1.N

pRR5

N 2trng

Với

(n - số nếp làm việc; - góc bịt kín; A0, A1, B0 - các hệ số phụ thuộc kết cấu)


Đặc điểm: Kích thước lớn; Khó chế tạo; Độ dịch chuyển () trong phạm vi tuyến tính lớn;

3.5 AP KẾ ỐNG BOURDON

a) Dạng uốn b) Dạng xoắn


Ống Bourdon là một ống cong ngắn, một đầu bịt kín. Khi ống bị tác dụng áp suất, nó có xu hướng duỗi thăng

ra. Chuyển động này tỷ lệ với áp suất tác dụng. Sự dịch chuyển có thể là chuyển động thăng hay chuyển động góc quay.

Một cảm biến vị trí như chiết áp biến trở con trượt pot (potentiometers) hoặc biến trở màng mỏng có thể chuyển đổi sự dịch chuyển này thành tín hiệu điện.

Các cảm biến dạng ống Bourdon sẵn có với phạm vi đo từ 30 đến 100.000 [psi]. Các ứng dụng điển hinh là các đầu đo áp suất hơi hay áp suất nước.

3.5 AP KẾ ỐNG BOURDONĐây là loại áp kế được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Lò xo ống là chi tiết quan trọng trong dụng cụ, nó có thể có tiết diện ngang khác nhau tùy thuộc vào giá trị áp suất cần đo. Phạm vi đo từ (0,05-40,0) Mpa, có khi tới 1000 Mpa. Độ chính xác 0,1%.

Cấp chính xác từ 1-2,5. Dụng cụ ổn định ở nhiệt độ đo (-30 .. 50)0C

Nếu tỉ số h/b>0,7 gọi là loại thành dày

<=0,7 gọi là loại thành mỏng

Vật liệu làm lò xo thường là đồng hoặc đồng photpho.

Thông thường, một đầu lò xo ống được nối với môi trường đo cn2 đầu kia bịt kín. Dưới tác dụng của áp suất, đầu tự do sẽ biến dạng và dịch chuyển đi 1 lượng:


Trong đó:

P – áp suất cần đo (Mpa)

A,b,h – các kích thước nửa bán trục và chiều dày của ống (mm)

0 – bán kính cong ban đầu của ống (mm)

E – mođun đàn hồi của vật liệu ống (Mpa)

μ- hệ số poisson của vật liệu; 0 - góc ở tâm ban đầu

, - các hệ số phụ thuộc tỷ số a/b, và được chọn trong sổ tay

2 32

2 22 2

1. 1 sin (1 cos )

o

o o ob

W PhbE a

2oh

a

4. AP KẾ ĐIỆN

Để chuyển đổi tín hiệu trung gian thành tín hiệu điện người ta dùng các bộ chuyển đổi Theo cách chuyển đổi, người ta chia làm 2 loại:• Biến đổi sự dịch chuyển của phần tử biến dạng thành

tín hiệu đo.Thường dùng là: cuộn cảm, cảm biến vi sai ,điện dung , điện trở...

• Biến đổi ứng suất thành tín hiệu đo . Các bộ chuyển đổi là các phần tử áp điện và áp trở

4. AP KẾ ĐIỆN

4.1. Ap kế áp trơ

4.2. Ap kế áp điện

4.3. Ap kế điện dung

4.4. Ap kế điện cam

4.1 AP KẾ AP TRƠ

4.1 AP KẾ AP TRƠ

4.1 AP KẾ AP TRƠ


Đế silic – N (1)Bán dẫn P (2)

Dây dẫn (3)

R1

R2

R3

R4

JT

60o

b) Vị trí gắn điện trở trên mànga) Sơ đồ cấu tạo

4.1 ÁP KẾ ÁP TRỞ

Cảm biến áp trở gồm đế silic loại N trên đó có khuếch tán tạp chất tạo thành lớp bán dẫn loại P, mặt trên được bọc cách điện và có 2 tiếp xúc kim loại để nối dây dẫn

Màng định hướng có gắn 4 cảm biến áp trở , trong đó có 2 cảm biến đặt ở tâm và 2 cảm biến đặt ở biên tạo với nhau 1 góc 600.Như vậy,biến thiên điện trở của 2 cặp cảm biến khi có ứng suất nội sẽ bằng nhau nhưng trái dấu:

ΔR1= ΔR3= -ΔR2=- ΔR4= ΔR Để đo biến thiên điện trở, người ta dùng mạch cầu,khi đó ở hai

đầu đường chéo cầu được nuôi bằng dòng 1 chiều sẽ là

1 2 3 4( )4m

IV R R R R I R

4.1 AP KẾ AP TRƠ

Dưới tác dụng của lực do áp suất sinh ra, điện trở của áp trở biến thiên:

Điện áp ra có dạng:

Người ta cũng có thể bù trừ ảnh hưởng của nhiệt độ bằng cách thêm bộ hiệu chỉnh nhiệt độ thông qua đầu dò Jt

0RR ( - hệ số áp trơ; - nội ứng suất)

0mV IR Với π tinh thể ~ 4.10-10 m2/N

4.1 AP KẾ AP TRƠ

Đặc điểm: Kích thước nhỏ; Dễ lắp đặt; Khoảng nhiệt độ làm việc - 40oC đến 125oC ; phụ

thuộc vào độ pha tạp

4.1 AP KẾ AP TRƠ

Mạch đo: Các điện trở cảm biến có thể

được kết nối hoặc vào một mạch

cầu nửa hoặc mạch cầu toàn phần

kiểu cầu Wheatstone, trong đó hai

điện trở tăng trị số với áp suất

dương trong khi hai điện trở kia

giảm trị số của chúng.

4.1 AP KẾ AP TRƠ

Điện áp vi sai đầu ra:

Bởi vi sự thay đổi điện trở tỷ lệ thuận với áp suất, có thể tính điện áp ra của cầu bằng:

S : là độ nhạy (mV/V) ứng với mỗi psi

P : áp suất (psi)

VB : điện áp cung cấp cho cầu (V)

Voff : sai số định thiên offset (điện áp vi sai đầu ra khi áp suất bằng 0)

.out B

RV V

R

out B offV S P V V

outV

Là điện trơ thay đổi trong các nhánh cầu

R

4.2 AP KẾ AP ĐIỆN


p

b) Bộ chuyển đổi dạng tấm

-Q

Trục quang

Trục điệndD

c) Bộ chuyển đổi dạng ống


Áp suất (p) lực F tác động lên bản áp điện xuất hiện điện tích Q:

(k - hằng số áp điện,trong trường hợp thạch anh k=2,22.10-2C/N; S - diện tích hữu ích của màng)

(D, d - đường kính ngoài và đường kính trong của phần tử áp điện;

h - chiều cao phần phủ kim loại)

kpSkFQ - Loại tấm:

- Loại ống:22 dD

dh4kFQ


b) Đặc điểm: Hồi đáp tần số tốt (đo được áp suất thay đổi

nhanh) Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ Giới hạn trên của áp suất đo 2,5 100 Mpa Cấp chính xác đạt được 1,5: 2

4.3 AP KẾ ĐIỆN DUNG

a) Cấu tạo va nguyên ly lam việc

p1

2 4

a) Tụ đơn b) Tụ kep

p1 p2

12

3

5

1. Bản cực động 2&3. Bản cực tĩnh

4. Đế5. Dầu silicon

4


Hinh b là một bộ biến đổi điện dung kiểu vi sai gồm hai bản cực tĩnh (2) vs (3) gắn với chất điện môi cứng (4), kết hợp với màng (1) nằm giữa hai bản cực để tạo thành hai tụ điện C12 và C13. Khoảng trống giữa các bản cực và màn điền đầy bởi dầu silicon (5)

Các áp suất p1 và p2 của hai môi trường đo tác động lên màng, làm màng dịch chuyển giữa hai bản cực tĩnh và tạo ra tín hiệu im tỉ lệ với áp suất giữa 2 môi trường


0

sC- Tụ đơn:

Khi p tăng: giảm C tăng: C=f().

ε – hằng số điện môi của cách điện giữa 2 bản cựcδ0 –khoảng cách giữa các bản cực khi áp suất bằng 0δ – độ dịch chuyển của màng


- Tụ kép:hai bản cực tĩnh (2) và (3) kết hợp với màng (1) nằm giữa 2 bản cực để tạo thành tụ điện C12 và C13

;s

C120

12

13013

sC

• Khi p1 >p2: 12 tăng C12 giảm, 13 giảm C13 tăng.• Biến thiên dòng điện trong mạch (nguồn nuôi cung cấp):

)pp(KCC

CCKi 21

1312

12131m


Để biến đổi điện dung C thành tín hiệu đo lường ,thường dùng mạch cầu xoay chiều hoặc mạch vòng cộng hưởng LC.

b) Đặc điểm: Phạm vi đo: < 120 MPa, Sai số (0,2 - 5)%.

4.4 AP KẾ ĐIỆN CẢM


a) Ap kế điện cam kiểu khe từ biến thiên: Cấu tạo & nguyên ly lam việc:

1.Tấm sắt từ2.Màng đàn hồi3.Loi sắt từ 4.Cuộn dây5.Vỏ

p1

3

4

52


Khi p thay đổi màng đàn hồi biến dạng thay đổi từ trở thay đổi Độ tự cảm L thay đổi.

W – số vòng dây của cuộn dây. ltb, Stb: chiều dài và diện tích trung bình của lõi từ.

δ, S0 – chiều dài và tiết diện khe không khí.

μ, μ0 – độ từ thẩm của lõi từ và không khí.

00tbtb

2

S/S/lW

L


Với δ = kp ,đo biến thiên (L) bằng mạch cầu hoặc mạch cộng hưởng LC.

kpS

.WL 00

2

0

02 S.WLBỏ qua từ trở gông từ:


b) Ap kế điện cam kiểu biến áp vi sai:

Hai cuộn dây (5) & (6) giống nhau, đấu ngược pha..

1

pE Ur

2 5

64 3

R1I1

R2

1.Lò xo vòng

2.Bộ biến đổi

3.Loi thép

4. Cuộn sơ cấp

5&6. Cuộn thứ cấp


Đầu ra của cuộn thứ cấp nối với điện trở R1,cho phep điều chỉnh giới hạn đo trong phạm vi

Nguyên lý: dòng điện I1 chạy trong cuộn sơ cấp sinh ra từ thông biến thiên trong hai nửa cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong hai nửa cuộn dây này suất điện động cảm ứng e1 và e2:

25%

• Điện áp cửa ra:

max

max1ra

MfI2V


Sức điện động trong cuộn thứ cấp:

MfI2MMfI2eeE 121121

Mmax – hệ số hỗ cảm ứng với độ dịch chuyển lớn nhất của lõi thep max, M1 và M2 là hỗ cảm giữa các cuộn sơ cấp và các nửa cuộn thứ cấp

Documents

đo áp suất