Báo cáo thực tập đo lường và cảm biến

TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ ÁP KẾ ĐO ÁP SUẤT: - Áp suất được định nghĩa là lực tác động trên một đơn vị diện tích .Nếubiểu diễn dưới dạng công thức thì áp suất bằng độ lớn của lực chia cho d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO THỰC TẬP:

“ ĐO LƯỜNG VÀ CẢM

BIẾN”

SVTT : Châu Khánh Đạt

MSSV: 14153011

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

BÀI THỰC TẬP ĐO LƯỜNG ÁP SUẤT

I TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ ÁP KẾ ĐO ÁP SUẤT:

- Áp suất được định nghĩa là lực tác động trên một đơn vị diện tích Nếubiểu diễn dưới dạng công thức thì áp suất bằng độ lớn của lực chia cho diện tích bề mặt chịu lực : Áp suất = Lực/diện tích

- Đơn vị đo áp suất trước kia là Newton trên mét vuông (N/m2) nhưng sau này thì đơn vị trong hệ SI của áp suất là Pascal (Pa) với định

nghĩa 1Pa=1 N/m2= 1kg/(m.s2) Các đơn vị khác:

+ Hệ SI: atm, Pa, kgf/cm2, mmH2O, mmHg

+ Hệ inch: Ksi ( kilopoud lực trên inch vuông ), Psi ( pound lực trên inch vuông ), Psi ( pound lực trên inch vuông )

Chuyển đổi đơn vị đo áp suất:

0,98692750,06 14,504

1 at 98.066 0,980665 1 kgf/cm2 0,96784 735,56 14,223

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

 Áp suất không khí : Không khí cũng có khối lượng của nó và

trong từ trường trái đất thì khối lượng này sẽ tạo ra một trọng lượng Chính trọng lượng này của không khí trong bầu khí quyển trái đất sẽ tác động một áp suất lên mọi vật Áp suất này được gọi

là áp suất không khí thay đổi theo nhiều yếu tố khác nhau

 Áp suất tuyệt đối , áp suất tương đối : Áp suất tuyệt đối được

định nghĩa là áp suất so với áp suất chân không , trong khi áp suấttương đối được định nghĩa là áp suất so với áp suất không khí

1 VI ÁP KẾ (MANOMETER):

a)VI ÁP KẾ THEO PHƯƠNG PHÁP THỦY TĨNH

- Áp kế (hay còn gọi là đồng hồ đo áp suất).Trong đời sống hằng ngày

chúng ta rất thường hay bắt gặp các thiết bị có sử dụng đồng hồ đo ápsuất Bình nén khí ở các tiệm rửa xe,đầu bơm xe,thiết bị đo huyết áp của các bác sỹ Có lẽ vì nó có bề ngoài trông giống đồng hồ chỉ thời gian nhưng dùng để đo áp suất nên nó được gọi là đồng hồ đo áp suất ( press gauge).Có nhiều kiểu đồng hồ đo áp suất nhưng 2 kiểu hay dùng phổ biến nhất đó là kiểu cơ khí và kiểu điện tử

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

- Đồng hồ đo áp suất kiểu cơ khí : Đối với đồng hồ đo áp suất kiểu

cơ khí , cấu tạo chính của nó gồm một ống đồng dẹt được uống cong hình dấu hỏi , một đầu được bịt kín , một đầu được nối với lưu thể cần

đo áp suất (khí , chất lỏng) Đầu bịt kín được liên kết mềm với một đầu của cặp bánh răng Trên trục của bánh răng còn lại có gắn lò xo đàn hồi và kim đồng hồ Kim quay trên mặt đồng hồ có chia độ

Vi áp kế là thiết bị dùng để đo áp suất khí quyển Nó có thể đo được

áp suất gây ra bởi khí quyển bằng cách dùng nước, khí, hoặc thủy ngân Xu hướng thay đổi của áp suất có thể dự báo ngắn hạn trong dựbáo thời tiết Nhiều đo đạc của áp suất khí quyển được dùng trong phân tích thời tiết bề mặt để tìm ra các rãnh, vùng áp cao

- Áp kế chất lỏng : Áp kế chất lỏng là một thiết bị có thiết kế đơn giản

và có độ chính xác cho nên được dùng trong công nghiệp và cả trong phòng thí nghiệm Áp kế chất lỏng là thiết bị thường được dùng trong

cả 2 lĩnh vực vừa là thiết bị đo áp suất vừa là thiết bị tiêu chuẩn để hiệu chuẩn các thiết bị khác

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật , xuất hiện trên thị trường nhiều loại áp kế với độ chính xác cao , đa dạng về mẫu mã cũng như nguyên lý hoạt động nhưng áp kế chất lỏng vẫn giành cho mình một vị trí nào đó với sự đơn giản và giá thành hợp lý.

Một và kiểu áp kế chất lỏng:

 Áp kế chữ U: được đổ chất lỏng đầy nửa ống (thường là dầu, nước

hoặc thuỷ ngân) trong đó áp suất đo được cấp vào một bên ống và áp suất tham khảo (có thể là áp suất khí quyển) được cấp vào bên còn lại Sự chênh lệch giữa các mức chất lỏng biểu diễn áp suất tham khảo

 Nguyên tắc hoạt động của áp kế như sau :

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

- Dạng đơn giản nhất của áp kế là một ống hình chữ U với chất lỏng được đổ khoảng một nửa ống Hai đầu ống hở, chiều cao của chất lỏng ở mỗi bên bằng nhau

- Khi áp suất dương được cấp vào một bên ống, chất lỏng sẽ giảm xuống ở bên đó và tăng lên ở bên kia ống Sự chênh lệch độ cao,

“h” là tổng những thông số trên và dưới 0, cho thấy mức áp suất

- Chân không được cấp vào một bên ống, chất lỏng tăng lên ở bên

đó và giảm xuống ở bên kia ống Sự chênh lệch độ cao, “h” là tổng những thông số trên và dưới 0, cho thấy độ chân không

 Áp kế giếng:

 Nguyên tắc làm việc cũng như áp kế chữ U,đó là một trong

những dạng biến thể của dạng áp kế chữ U nhưng được thiết kế với kiểu dáng khác nhằm mục đích đáp ứng các yêu cầu khác nhau

 Chất lỏng bên cột là thay đổi đáng kể khi đo áp suất,còn phía bên bồn chứa thay đổi không nhiều Vì vậy việc xác định độ cao cột chất lỏng dễ dàng hơn là ta chỉ cần quan sát 1 cột chất lỏng chứ không phải quan sát 2 cột chất lỏng như áp kế chất lỏng

chữ U Vì lý do này áp kế dạng này sử dụng để đọc áp suất

trực tiếp Áp suất cao luôn được kết nối tới buồn chứa , áp suất

thấp hơn sẽ được kết nối với ống nhỏ , với kiểu này có thể đọc được độ chênh lệch áp suất giữa áp suất cao và áp suất thấp trên

 Nhưng thực tế độ cao mực chất lỏng tương ứng với áp suất được tính theo khoảng cách 2 mực chấ lỏng, vì vậy cần phải hiệu

chỉnh khoảng cách các vạch chia để giá trị đọc ở mực chất lỏng theo vạch chia là chính xác nhất

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

 Áp kế ống nghiêng

 Hoạt động giống như áp kế chữ U và áp kế chất lỏng dạng bồn Ưu điểm áp kế dạng này là có độ chính xác tốt hơn Do ống làm thước đo áp suất được đặt nghiêng nên độ phân giải thước đo sẽ tốt hơn

 Khi sử dụng thiệt bị này chú ý để thước nằm ngang (bong bóng nước phải nằm ở giữa ống màu xanh lá ) để đọc giá trị

đo áp suất chính xác nhất

 Đầu có dấu + là để vào đo áp suất lớn hơn đầu còn lại (dấu -)

 Chất lỏng sử dụng trong dụng cụ đo áp suất này thường là nước, dầu đổ,thủy ngân Trong đó nước là chất lỏng tốt nhất

để đo áp suất khí với chiều dài ống thủy tinh hợp lý Để giảm thiểu sự đóng băng hoặc bay hơi người ta sử dụng dầu hoặc dung dịch chống đông.Thủy ngân được dùng trong áp kế đặt nơi xa, với màu người sử dụng dễ quan sát

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

b)VI ÁP KẾ THEO NGUYÊN TẮC ĐIỆN TỬ :

 Tính năng:

 Chức năng bù nhiệt độ

 LCD đèn nền hiển thị cho dễ đọc

 Dữ liệu giữ chức năng

 Khác biệt giữa các chế độ và chế độ ghi

 Cổng USB giúp xuất dữ liệu của bạn để máy tính của bạn

 Hồ sơ dữ liệu và chức năng điều chỉnh

 Đa lựa chọn đơn vị

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

 Dấu hiệu cho thấy pin thấp và tự động tắt nguồn.

 Thông số kỹ thuật:

 Phạm vi đo: 10 kpa, độ phân giải: 0,01 kPa, tối đa áp lực: 50 kpa

 Độ chính xác:& Plusmn; 0.3% FSO( 25 c)

 Lặp lại:& Plusmn; 0.2%( tối đa& Plusmn; 0.5% FSO)

 Tuyến tính/lag:& Plusmn; 0.29% FSO

 Thời gian đáp ứng: điển hình 0,5 giây

 Đặc điểm chung:

 Nhiệt độ làm việc: 0~50 c

 Nhiệt độ bảo quản:- 10~60 c

 Điện: 4x1.5V aaa pin

c)CẤU TẠO CÔNG DỤNG CỦA ỐNG PITOT ĐO ÁP SUẤT:

- Khi dòng chảy va đập vuông góc với một mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng là áp suất tổng Do vậy, áp suất động được đo thông qua đo chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh Thông thường việc đo hiệu (p - pt) thực hiện nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ra của một ống Pitot,trong đó cảm biến (1) đo áp suất tổng còn cảm biến (2) đo áp suất tĩnh

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

- Đo áp suất động bằng ống Pitot Có thể đo áp suất động bằng cách đặt áp suất tổng lên mặt trước và áp suất tĩnh lên mặt sau của một màng đo, như vậy tín hiệu do cảm biến cung cấp chính là chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh.

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

hoặc thậm chí là một chuỗi xoắn, chẳng hạn rằng toàn bộ ống

có xu hướng thẳng ra hoặc tháo dây đã cuốn, đàn hồi, vì nó được áp lực

- Trong thực tế, ống đóng được kết nối vào cuối rỗng vào một đường ống cố định chứa áp suất chất lỏng để đo được Khi tăng áp lực, những động thái đầu kín trong một vòng cung,

và chuyển động này được chuyển đổi thành chuyển động quay của một (phân đoạn của một) bánh bằng một liên kết kết nối đó là thường có thể điều chỉnh Một bánh răng bánh răng nhỏ có đường kính là trên trục con trỏ, vì vậy các

chuyển động được phóng đại hơn nữa bằng tỷ số Các vị trí của thẻ chỉ số phía sau con trỏ, vị trí con trỏ trục ban đầu, độdài liên kết và vị trí ban đầu, tất cả cung cấp phương tiện để xác định kích cỡ con trỏ để chỉ ra phạm vi mong muốn của áplực cho các biến thể trong các hành vi của ống Bourdon

chính nó Áp lực khác nhau có thể được đo bằng đồng hồ đo

có chứa hai ống Bourdon khác nhau, với các mối liên kết nối

- Đồng hồ áp suất Bourdon liên quan đến môi trường xung quanh áp suất khí quyển, như trái ngược với áp suất tuyệt đối; chân không được cảm nhận như là một chuyển động ngược lại Một số phong vũ biểu bằng sắt dùng ống Bourdon đóng cửa ở cả hai đầu (nhưng hầu hết màng sử dụng hoặc viên nang) Khi áp suất đo được nhanh chóng đập, chẳng hạn như khi đo là gần một bơm piston, một hạn chế lỗ trong

đường ống kết nối thường được sử dụng để tránh mặc không cần thiết trên các bánh răng và cung cấp một đọc trung bình;khi cả đánh giá là chịu rung động cơ học, toàn bộ vụ việc bao gồm các con trỏ và chỉ số thẻ có thể được lấp đầy với dầu

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

hoặc glycerin Khai thác trên khuôn mặt của đo không được khuyến khích vì nó sẽ có xu hướng để làm sai lệch đo thực tế ban đầu được trình bày bằng máy đo Các ống Bourdon là tách biệt với khuôn mặt của đo và do đó không ảnh hưởng đến việc đọc thực tế áp lực Điển hình chất lượng cao đồng

hồ đo hiện đại cung cấp độ chính xác ± 2% của nhịp, và một thước đo chính xác cao đặc biệt có thể được chính xác như 0,1% quy mô đầy đủ

b) Cấu tạo pressure regulator (van điều chỉnh áp suất):

Van điều khiển áp suất thường dùng là van điều áp cơ ( bằng tay ) ,

ngày nay công nghệ phát triển van điều khiển áp suất bằng cơ

được thay thế bằng van điều khiển áp suất tự động Van dieu

khien ap suat tự động được lắp đặt bởi một van điều khiển tuyến tính và một cảm biến áp suất phía sau van feedback về van điều khiển Van điều khiển áp suất ( van điều áp tự động ) có thể sử dụng van điều khiển khí nén hoặc van điều khiển bằng điện 

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

Ưu điểm của van điều khiển áp suất tự động ( van điều áp tự động ) :

 Giá thành không cao hơn van điều áp bằng cơ mà chỉ tương đương

 Thời gian đáp ứng của van điều khiển áp suất rất nhanh

 Van điều khiển áp suất cài đặt áp suất cần điều khiển từ bộ điều khiển mà không cần vặn tay như van điều khiển bằng cơ nên rất thuận tiện , tiết kiệm thời gian Chúng ta có thể ngồi tại phòng điềukhiển – giám sát qua Scadar và điều chỉnh từ xa từ Scadar

 Nhiệt độ chịu đựng của van điều khiển áp suất có thể đạt tới 350oC

Van điều khiển áp suất bằng khí nén KFM – Germany

- Van điều khiển áp suất bằng khí nén có thời gian đáp ứng nhanh

từ 5-10s cho một hành trình đóng mở nên được sử dụng khá rộng rãi Nhượt điểm của van điều khiển áp suất bằng khí

nén là cần phải có nguồn khí nén cấp vào van khí nén , một số nhà máy do đặc thù công việc mà không thể cấp khí nén đến khu vực lắp van Do đó phải dùng van điều khiển áp suất bằng điện

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

Van điều khiển áp suất bằng điện KFM – Germany

- Van điều khiển áp suất bằng điện có thời gian đóng mở một hành trình khá chậm từ 60-180s nên chỉ thích hợp cho khu vực

có áp suất cố định hoặc ít thay đổi về áp suất Van điều khiển ápsuât bằng điện có ưu điểm là chỉ cần cấp nguồn 220V hoặc 24V vào cùng với tín hiệu 4-20mA từ cảm biến qua bộ điều

khiển  đưa vào là có thể hoạt động

- Ngày ngay giá thành của van điều khiển áp suất tự động đã ngang bằng với van điều áp bằng cơ nên có nhiều nhà máy đã thay đổi chuyển qua tự động để dể giám sát & điều khiển

 Đo áp suất tạo ra trên máy nén khí: Đo bằng áp kế BOURDON(đơn vị: kg/cm2)

Lần đo Áp suất dư Áp suất

tương đối

Áp suất tuyệt

đối

Áp suất chânkhông đườnghút

1 0,86 2,8 1,8 1,8

II ĐIỀU CHỈNH - ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT:

1 Rơle áp suất (Pressure Switch):

2 Pressure transducer: PRESSURE SENSOR ETP

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

3 Van điều áp (pressure regulator):

 Van tràn tác động trực tiếp (Direct – operated relief valves)

     Kết cấu van tràn tác động trực tiếp bao gồm: con trượt, thân van, lò xo, đĩa đặt lò xo và vít điều chỉnh

     Nguyên lý làm việc của van tràn dựa trên sự cân bằng tác dụng của những lực ngược chiều nhau tác dụng lên nút van hoặc con trượt: lực đàn hồi của lò xo và áp suất chất lỏng

     Khi áp suất đường dầu vào nhỏ hơn áp suất tràn của van (áp suất tràn của van được thiết lập bằng cách điều chỉnh lực đàn hồi của lò xo thông qua núm điều chỉnh (5)) thì con trượt ở vị trí đóng hoàn toàn, dầu không chảy qua van Khi áp suất trong đường dầu

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

vào lớn hơn áp suất tràn thì con trượt bắt đầu dịch chuyển và van tràn bắt đầu được mở, dầu được xả qua van cho tới khi áp suất trong đường dầu vào hạ xuống trở về mức áp suất tràn của van.

1 – con trượt (spool); 2 – thân van (housing); 3 – lò xo; 4 – spring seat; 5 –núm điều chỉnh

a -  Nguyên lý cấu tạo; b - Ký hiệu; c – Van tràn tác động trực tiếp của hãng Festo

       -  Đặc tính tĩnh của van tràn tác động trực tiếp biểu diễn sự phụ thuộc của lưu lượng tràn qua van vào áp suất dầu vào van Áp suất P tương ứng với lưu lượng Qr

       Pv  ≤  Pr : Q = 0

       Pr < Pv ≤ P : Q tăng từ 0 ÷ Qr

       P < Pv : Q = Qr

       (ở đây Pv là áp suất đường dầu vào van)

       Đường đặc tính Q(P) phụ thuộc vào hệ số tỷ lệ K Đường đặc tính củavan tràn càng gần với phương thẳng đứng thì chất lượng của van tràn càng tốt Bởi vì khi đó van tràn sẽ hoạt động càng nhạy và ổn định áp suất dầu trong hệ thống về mức thiết lập càng nhanh

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp

Đặc tính tĩnh của van tràn tác động trực tiếp

        Để đường đặc tính Q(P) gần với phương thẳng đứng thì hệ số K phảirất lớn, điều này đạt được khi b và Ap lớn tức là kích thước của van lớn, đồng thời độ cứng của lò xo k phải nhỏ Tuy nhiên đàn hồi của lò xo  phải

đủ lớn để cân bằng được với lực gây bởi áp suất tràn Điều đó là mâu thuẫn, do đó đối với những hệ thống cần van tràn có áp suất tràn lớn thì phải dùng tới van tran tác động gián tiếp

+  Van tràn tác động gián tiếp (Pilot – operated relief valves)

    Van tràn tác động trực tiếp không sử dụng được trong các hệ thống thuỷ lực có áp suất cao, vì kích thước của van và nút van sẽ lớn, lực lò xo phải tăng quá mức cho phép Để giảm lực lò xo ở điều kiện áp suất và lưu lượng lớn, đồng thời tăng độ nhạy và độ ổn định áp suất trong van, người ta sử dụng van tràn tác động gián tiếp

     Về cấu tạo, van tràn tác động gián tiếp gồm: van chính có con trượt

có đường kính lớn và lò xo có độ cứng nhỏ C1, van phụ có con trượt có đường kính nhỏ và lò xo có độ cứng lớn C2

     Nguyên lý hoạt động: dựa trên sự cân bằng tác dụng của những lực ngược chiều nhau tác dụng lên nút van (con trượt): lực đàn hồi của lò xo

và lực do áp suất chất lỏng trong khoang van chính (được thiết lập bởi van phụ trợ) với áp suất chất lỏng đầu vào

     Van tràn tác động gián tiếp hoạt động như sau:

     + Ban đầu khi áp suất đầu vào P nhỏ hơn áp suất tràn Pr1 của van phụ thì van phụ đóng và van chính cũng đóng và áp suất trong khoang van chính bằng áp suất vào van phụ

     + Khi áp suất P tăng thì áp suất trong khoang van chính cũng tăng, khi áp suất này lớn hơn áp suất tràn Pr1 của van phụ thì van phụ mở chodầu về bể, áp suất trong khoang van chính bằng áp suất tràn Pr1

     + Nếu áp suất P tiếp tục tăng thì hiệu áp suất (P  - Pr1) cũng tăng

Báo cáo thực tập Tốt nghiệp