CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP - CHƯƠNG 8 CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT potx

Áp suất và nguyên lý đo áp suất 2.. Áp kế dùng dịch thể 3.. Áp kế điện... Đơn vị áp suất pascal Pa bar b... Áp kế kiểu đèn xếp.

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 mặt bình chứa:

• Chất lưu không chuyển động:

• Chất lưu chuyển động:

dS

dF

gh p

p t = 0 + ρ

2

v p

2

đ

ρ

=

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:

v Đo trực tiếp: thông qua một lỗ được khoan trên thành bình: p → F tác động lên cảm

biến → Đo F ⇒ p.

v Đo gián tiếp: đo biến dạng của thành bình chứa (cảm biến đo biến dạng).

1 Áp suất và nguyên lý đo

Đo á

t

• Ví dụ: đo hiệu áp suất bằng

ống pi-tô (hình bên) Áp suất

2.1 Vi áp kế kiểu phao

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

biến đo dịch chuyển

( m ) ( 1 2 )

g f

F 1

1

ρ

− ρ

2.2 Vi áp kế kiểu chuông

a) Cấu tạo và nguyên lú làm việc:

Khi p1 > p2

1 2 3.

2.2 Vi áp kế kiểu chuông

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

• Khi p1 > p2, chuông dịch chuyển lên trên.

Độ dịch chuyển của chuông:

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

m

p p

g

f

f

ρ

− ρ

∆

=

2.4 Áp kế vành khuyên

a) Cấu tạo & nguyên lý làm việc:

3.1 Áp kế lò xo

a) Cấu tạo & nguyên lý làm việc:

Lò xo xoắn

3.1 Áp kế lò xo

• 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

N = 12 + 22 =

3.1 Áp kế lò xo

b) Đặc điểm:

• Cấu tạo đơn giản,

• Góc quay phụ thuộc hình 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

3.2 Áp kế màng

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

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

Màng

3.2 Áp kế màng

• Dưới tác dụng của áp suất trên hai mặt màng

màng dịch chuyển

• Độ võng của tâm màng đàn hồi:

4 2

Yh

R

p 1

16

3 − ν ∆

= δ

bh

a = δ + δ = ∆

+ Loại uốn nếp:

(a, b: các hệ số)

3.2 Áp kế màng

• Lực di chuyển ở tâm màng dẻo:

p

12

D N

D N

2 2

∆

+ +

π

=

+ Loại tâm cứng:

3.2 Áp kế màng

•

•

•

3.3 Áp kế ống trụ

• 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.

p

k e

r Y

p 2

- Biến dạng ngang:

e

r Y

p 2

3.4 Áp kế kiểu đèn xếp

3.4 Áp kế kiểu đèn xếp

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

2 b 0

2

2 1

0 0

2

R / h B A

A A

n Yh

1

N

+ α

+ α

5

Với

các hệ số phụ thuộc kết cấu)

3.4 Áp kế kiểu đèn xếp

Đặc điểm:

v Kích thước lớn;

v Khó chế tạo;

v Độ dịch chuyển ( δ ) trong phạm vi tuyến tính lớn;

4 Áp kế điện

4.1 Áp kế áp trở

4.2 Áp kế áp điện

4.3 Áp kế điện dung

4.4 Áp kế điện cảm

4.1 Áp kế áp trở

a) Cấu tạo & nguyên lý làm việc:

Đế silic – N (1) Bán dẫn P (2)

Dây dẫn (3)

Vị trí gắn

4.1 Áp kế áp trở

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

điện áp ra:

I

4.1 Áp kế áp trở

Đặ điểm:

v Kích thước nhỏ;

v Dễ lắp đặt;

4.2 Áp kế áp điện

a) Cấu tạo & nguyên lý làm việc:

Bộ chuyển đổi dạng ống

4.2 Áp kế áp điện

xuất hiện 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

- Loại tấm:

- Loại ống:

2 2

d D

dh

4 kF

Q

−

=

4.2 Áp kế áp điện

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 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

(

KC

C

C

CK

13 12

12 13

4.3 Áp kế điện dung

b) Đặc điểm:

• Phạm vi đo: < 120 MPa,

• Sai số ± (0,2 - 5)%.

4.4 Áp kế điện cảm

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

1.

2.

3.

4.

4.4 Áp kế điện cảm

• Sức điện động trong cuộn thứ cấp:

fI 2

e e

MfI

2V