Cảm biến công nghiệp-chuong 8

Áp kế điện... Áp suất và nguyên lý đo Đo áp suất đôông: đo hiệu áp suất tổng và áp suất tĩnh.. Áp suất tác dụng lên mặt phẳng vuông góc với dòng chảy là áp suất tổng p... Đôă

Chương 8 CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT

1. Áp suất và nguyên lý đo áp suất

2. Áp kế dùng dịch thể

3 Áp kế đàn hồi

4 Áp kế điện

1 Áp suất và nguyên lý đo

1.1 Áp suất: đại lượng có giá trị bằng lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích

bề măăt bình chứa:

• Chất lưu không chuyển đôăng:

• Chất lưu chuyển đôăng: dS

dF

gh p

p t = 0 + ρ

2

v p

2 đ

ρ

=

→ Áp suất tĩnh

→ Áp suất đôăng

1.1 Áp suất và nguyên lý đo

1.2 Đơn vị đo áp suất: 1Pa = 1N/m2.

Đơn vị

áp suất

pascal (Pa)

bar (b)

1 Áp suất và nguyên lý đo

1.3 Nguyên lý đo áp suất

 Đo áp suất tĩnh:

1 Áp suất và nguyên lý đo

Đo áp suất đôông: đo hiệu áp suất tổng và áp suất tĩnh

t

• Ví dụ: đo hiêău áp suất bằng ống pi-tô (hình bên)

Áp suất tác dụng lên mặt phẳng vuông góc với

dòng chảy là áp suất tổng (p)

Pđ=p-pt

2.1 Vi áp kế kiểu phao

a) Cấu tạo & nguyên lý làm viê ôc:

h2 h1 1

3 4

2.1 Vi áp kế kiểu phao

• Giả sử p1>p2, chất lỏng làm viêăc trong bình (1) hạ xuống, trong bình (2) dâng lên

Đôă dịch chuyển của phao:

• Đôă dịch chuyển → kim chỉ hoăăc đo bằng cảm biến đo dịch chuyển

g f

F 1

1

ρ

− ρ

2.1 Vi áp kế kiểu phao

b) Đăăc điểm:

2.2 Vi áp kế kiểu chuông

Đôă dịch chuyển của chuông:

m

p p

g

f

f

ρ

− ρ

∆

=

2.3 Vi áp kế bù

a) Cấu tạo và nguyên lý làn viê ôc:

3 4

3. Kim

4. Vít điều chỉnh

2.3 Vi áp kế bù

b) Đăôc điểm:

b) G

p1

p2

a)

O 1

3 4

3.1 Áp kế lò xo

a) Cấu tạo & nguyên lý làm viê ôc:

p b) Lò xo nhiều vòng c) Lò xo xoắn p

N1

Nr N

a) Lò xo một vòng

γ

R 2a

3.1 Áp kế lò xo

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

• Khi (p > p0), lò xo giản , ngược lại (p < p0) lò xo co lại→ đầu tự do dịch chuyển

• Biến thiên góc ở tâm (γ):

• Lực cân bằng ở đầu tự do:

2 2

2 2

2

x a

b 1 bh

R Y

1 p

+ β

− γ

= γ

∆

p

k cos

sin sin

4 3

sin

x

s

48 a

b 1 pab

2

γ γ

+ γ

− γ

γ

−

γ +

sin

cos

x

s

48 a

b 1 pab

2

γ γ

− γ

γ

−

γ +

k k

3.1 Áp kế lò xo

b) Đăôc điểm:

• Cấu tạo đơn giản,

• Góc quay phụ thuôăc hình dạng: loại môăt vòng góc quay nhỏ, loại nhiều vòng hoăăc lò

xo xoắn góc quay lớn

• Phạm vi đo phụ thuôăc vâăt liêău:

+Đồng thau: < 5 MPa,

+ Hợp kim nhẹ hoặc thép <1.000 Mpa

+ Thép gió >1.000 Mpa

3.2 Áp kế màng

a) Cấu tạo và nguyên lý làm viê ôc:

• Màng đàn hồi: chế tạo bằng thép (tròn phẳng hoăăc uốn nếp)

1.3 Áp kế đàn hồi

b) Màng uốn nếp

p1

D

h Màng

c)Màng tâm cứng

D h

p1 Màng Tấm kim loại

R

p 1

16

3 − ν ∆

= δ

+ Loại phẳng:

4

43

3

Yh

R

p h

b h

a = δ + δ = ∆

+ Loại uốn nếp:

(a, b: các hêă số)

3.2 Áp kế màng

p

12

D N

2

∆

π

=+ Loại thường:

12

d Dd

D N

2 2

∆

+ +

π

=+ Loại tâm cứng:

3.2 Áp kế màng

b) Đăôc điểm:

• Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đăăt

• Đôă dịch chuyển của tâm màng là hàm phi tuyến của áp suất δ =f(∆p) (đôă phi tuyến của màng phẳng lớn hơn màng uốn nếp), đôă phi tuyến tăng khi δ tăng

• Phạm vi đo: phụ thuôăc loại và vâăt liêău chế tạo màng (màng đàn hồi đo áp suất lớn, màng dẻo đo áp suất nhỏ)

3.3 Áp kế ống trụ

a) Cấu tạo & nguyên lý làm viê ôc:

J1

J2 J4 J3

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

ε1

ε2

r

e L

• Vâăt liêău: thép, đồng …

3.3 Áp kế ống trụ

biến dạng.

- Biến dạng ngang:

- Biến dạng dọc:

3.4 Áp kế kiểu đèn xếp

α

2Rb 2Rng

r p

• Đường kính ống từ 8 - 100mm, chiều

dày thành 0,1 ÷ 0,3 mm.

• Vật liệu: là đồng, thép cacbon hoặc

thép hợp kim

4 Áp kế điện

4.1 Áp kế áp trơ

4.2 Áp kế áp điện

4.3 Áp kế điêôn dung

4.4 Áp kế điêôn cảm

4.1 Áp kế áp trơ

a) Cấu tạo & nguyên lý làm viêôc:

Đế silic – N (1) Bán dẫn P (2)

Dây dẫn (3)

R1

R2

R3 R4

JT 60o

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

4.1 Áp kế áp trơ

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

• Với 4 áp trở R1, R2, R3, R4 mắc theo mạch cầu, điêăn áp ra:

• JT - đầu đo nhiêăt đôă

I

4.2 Áp kế áp điện

a) Cấu tạo & nguyên lý làm viêôc:

p b) Bộ chuyển đổi dạng tấm

4.2 Áp kế áp điện

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

(k - hằng số áp điện; 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 )

kpS kF

dh

4 kF

Q

−

=

4.2 Áp kế áp điện

b) Đăôc điểm:

4.3 Áp kế điện dung

a) Cấu tạo và nguyến lý làm viêôc

p 1

4.3 Áp kế điện dung

δ + δ

ε

=

0

s C

- Tụ đơn:

12 0

12

δ + δ

ε

=

13 0

13

s C

δ + δ

ε

=

• Khi p1 >p2: δ12 tăng →C12 giảm, δ13 giảm →C13 tăng

• Biên thiên dòng điêăn trong mạch (nguồn nuôi cung cấp):

Khi p tăng: δ giảm →C tăng: C=f(δ)

) p p

(

K C

C

C

C K

1312

12

131

+

−

=

4.3 Áp kế điện dung

b) Đăôc điểm:

• Sai số ± (0,2 - 5)%.

4.4 Áp kế điện cảm

a) Áp kế điện cảm kiểu khe từ biến thiên:

 Cấu tạo & nguyên lý làm viêôc:

δ

4.4 Áp kế điện cảm

• Khi p thay đổi → màng đàn hồi biến dạng →δ thay đổi→ từ trở thay đổi→ Đôă tự cảm L thay đổi

• Đo biến thiên (L) bằng mạch cầu hoăăc mạch côăng hưởng LC

S / l

W L

µ δ + µ

=

kp

S

Bỏ qua từ trở gông từ:

4.4.Áp kế điện cảm

b) Áp kế điện cảm kiểu biến áp vi sai:

• Hai cuôăn dây (5) & (6) giống nhau, đấu ngược pha

4.4 Áp kế điện cảm

fI 2

e e

(Mmax – hêê số hỗ cảm ứng với đôê dịch chuyển lớn nhất của lõi thép δmax)

M fI

2 V