C3 do ap suat đo áp suất

đo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suất

CHƯƠNG 3: ĐO ÁP SUẤT

1 KHÁI QUÁT

1.1 Khái niệm cơ bản:

Áp suất: là đại lượng vật lý biểu thị năng lượng

tích lũy trong môi trường chất khí hoặc chất lỏng Áp suất là lực tác động lên một đơn vị diện tích.

- Áp suất có thể phân bố đồng đều hoặc không đồng đều lên bề mặt chịu lực.

- Trường hợp lực phân bố đồng đều áp suất được tính:

S F

p =

Các dạng áp suất:

– Áp suất khí quyển: là áp lực của khối không khí

bao quanh trái đất (khí quyển) tác động lên bề mặttrái đất tại nơi đo

– Áp suất dư: là phần trị số áp suất cao hơn áp suất

khí quyển

– Áp suất chân không: là phần trị số nhỏ hơn áp suất

khí quyển

– Áp suất tuyệt đối: là áp lực toàn phần tác động lên

bề mặt chịu lực Và được tính từ giá trị chân khôngtuyệt đối

- Độ chân không:

 là tỉ số của áp suất chân không và áp suất khí quyển

% 100

 là hiệu số giữa hai áp suất cần đo Hiệu

áp suất đó còn được gọi là áp suất vi sai.

Biể u diễ n á p suấ t dư Biể u diễ n á p suấ t châ n khô ng

Ptđ = 0 Ptđ = 0

Pkq = 1 (theo á p suấ t tuyệ t đố i)

Pkq = 1 (theo á p suấ t tuyệ t đố i)

Pkq = 0 (theo á p suấ t dư)

Biểu diễn quan hệ giữa các loại áp suất

Đơn vị đo áp suất: đơn vị chuẩn theo hệ SI là

• 1 mmHg ≡ 1 torr = 133,33

Pa (KLR thủy ngân 13600kg/m3)

•………

Đơn vị chuẩn là những đơn vị có trị số không thay

đổi khi thay đổi điều kiện đo

1.2 Phân loại áp kế:

 Theo dạng áp suất cần đo:

Các áp kế chuyên dùng:

– Barômét: đo áp suất khí quyển.

– Chân không kế (Vacummet): đo áp suất chân không – Manômét: đo áp suất dư.

Theo nguyên lý hoạt động:

– Áp kế thủy tĩnh (áp kế chất lỏng).

– Áp kế cơ học (áp kế đàn hồi hay áp kế lò xo) – Áp kế pittông.

– Áp kế điện.

- Một đầu đựơc nối với môi trường cần đo áp suất, đầu kia

để tự do (nối với môi trường áp suất khí quyển)

- Do độ chênh áp suất giữa hai đầu ống tạo ra độ chênhlệch mực chất lỏng ở trong hai nhánh áp kế

- Với độ chênh lệch h của hai cột chất lỏng ta có thể xácđịnh được gía trị áp suất dư

- Nếu đầu ống phía áp suất dư nối

với môi trường chân không, cột

chất lỏng sẽ theo chiều ngược lại

Độ chênh cột chất lỏng cũng cho ta

giá trị áp suất chân không

Cấu tạo manômét

chữ “U”

h g

ρ

P d =

h g

PCK  

- Phải đọc trị số độ cao chất lỏng tại 2 nhánh của áp kế

dễ dẫn đến sai số lớn so với trừơng hợp chỉ đọc ở một nhánh, đồng thời phải tìm hiệu hai trị số để xác định độ chênh cột lỏng

- Cả hai nhánh đều đặt thẳng đứng nên khi độ chênh áp suất lớn thì cột chất lỏng sẽ dâng rất cao, ống áp kế phải dài

2.2 Vi áp kế:

• Nếu bình áp kế nối với môitrường áp suất cần đo, ống đo áp suất

để tự do thì cho giá trị áp suất dư.

• Nếu bình áp kế để thông với môitrường khí quyển, ống đo áp suất nối

với môi trường chân không sẽ cho

giá trị áp suất chân không.

• Nếu bình áp kế nối với môitrường có áp suất cao, ống đo áp suấtnối với môi trường có áp suất nhỏ thì

cho giá trị hiệu áp suất.

2.3 Barômét thủy ngân:

Barômet thủy ngân:  2 loại.

- Loại ống có hai nhánh như

thông thường ở chỗ: Barômét

thủy ngân chỉ có một đầu tự do

để nối với môi trường cần đo áp

suất, còn một đầu được bịt kín và

phần không gian trong ống có áp

suất chân không tuyệt đối

P

Chân không tuyệt đối

Chân không tuyệt đối

2.4 Ưu-nhược điểm của áp kế thủy tinh:

3 ÁP KẾ CƠ HỌC (ĐÀN HỒI)

Áp kế cơ học hoạt động dựa theo sự biến dạng cơ họccủa các phần tử đàn hồi dưới tác động của áp lực Độ biếndạng chi tiết đàn hồi được truyền qua cơ cấu cơ khí làmdịch chuyển kim chỉ thị đo

Hoạt động:

Khi nối áp kế với môi trường cần đo áp suấtdưới tác dụng của áp suất P ống lò xo biến dạngnhờ cơ cấu truyền động làm cho kim chỉ thị quay mộtgóc ứng với độ đàn hồi của lò xo

 Nhược điểm:

- Thường xảy ra sự đàn hồi trễ

- Góc mở do đàn hồi của ống lò xo một vòngthường nhỏ nên đòi hỏi phải có cơ cấu truyền độngmạnh làm quay kim chỉ thị

3.2 Áp kế ống đàn hồi nhiều vòng:

Số vòng xoắn thường từ 2 đến 9 vòng, góc mở

do đầu tự do của ống lò xo dịch chuyển lớn làm cho kim chỉ thị quay một góc rộng trên thang đo không cần một cơ cấu truyền động mạnh như áp kế ống đàn hồi một vòng

Áp kế loại này có thể đo áp suất tới 20MPa hoặc tới 30MPa

Nó có thể được cấu tạo với kim chỉ thị hoặc sử dụng như áp kế tự ghi

3.3 Áp kế màng đàn hồi:

Màng đàn hồi có nhiều loại: màng phẳng, màng gợnsóng, màng đàn hồi có lò xo, màng hộp đơn, màng hợpkép cân bằng trong và màng hộp kép cân bằng ngoài

 Cấu tạo:

Cấu tạo áp kế màng đàn hồi

4

1 2 3

P

4

Cấu tạo áp kế hộp đàn hồi

Ưu- nhược điểm của áp kế màng đàn hồi:

 Ưu điểm:

- Ít bị ảnh hưởng bởi sự rung và va đập do màng nhẹ

- Thích hợp với điều kiện đo áp suất của môi trường có sự

ăn mòn kim loại

- Ít bị tắc nghẽn nếu đo áp suất ở môi trường không sạch

 Nhược điểm:

- Kích thước màng lớn tăng độ nhạy

- Ứng với mỗi loại màng phải thực hiện sự khắc độ riêng

- Khi quá tải xảy ra hiện tượng biến dạng dư

- Do sự giãn nở vì nhiệt mà sai số của áp kế loại này lớnkhi nhiệt độ môi trường xung quanh cao

- Áp kế màng đàn hồi có độ nhạy, độ chính xác kém hơn

so với áp kế ống đàn hồi

3.4 Áp kế xiphông:

 Cấu tạo:

Cấu tạo áp kế xi phông tự ghi

1 Cơ cấu quay

7 Hộp xếp xi phông

8 Vỏ ngoài

9 Biểu đồ ghi kết quả

Cấu tạo hộp xếp xi phông

Áp kế xi phông có thể khắc phục một số nhược điểm của áp kế màng đàn hồi

- Áp kế xi phông có kim chỉ thị

- Áp kế xi phông tự ghi

Hộp xi phông là một dạng hộp xếp biến dạng đều, thường làm bằng kẽm, thép hoặc đồng Áp suất

có thể tác động từ phía ngoài vào xi phông hoặc từ

phía trong Thông thường người ta sử dụng áp kế chịu

áp lực từ phía ngoài

 Hoạt động:

• Hộp xi phông được đặt trong vỏ hợp bằng kim loại

Do tác động của áp suất hộp xi phông bị nén, co lại, làmdịch chuyển cần đẩy và từ đó làm cho kim chỉ thị quaylệch một góc Để tăng độ đàn hồi của xi phông đồngthời tăng độ bền cơ học của nó, bên trong xi phông cóđặt một là xo hình trụ

• Áp kế xi phông thường sử dụng như: áp kế dư, áp kếchân không hoặc được sử dụng như một áp kế đa năng -vừa đo áp suất dư vừa có thể đo áp suất chân không

4 ÁP KẾ PITTÔNG

 Hoạt động của áp kế pittông dựa trên

cơ sở nguyên lý của sự cân bằng lực tạo ra

bởi áp suất đo, trọng lượng vật đối trọng

và của pittông đặt trong xilanh.

 Hệ thống pittông có cơ cấu để xác định

vị trí và sự dịch chuyển của pittông Ngoài

ra, còn cơ cấu cân chỉnh cho pittông luôn

ở phương thẳng đứng Pittông cần xoay

được dễ dàng trong xi lanh đồng thời phải

chuyển động tịnh tiến trong trục xilanh…

G

G

P  1  2 

) 1

( g m

G _ KK







5 ÁP KẾ ĐIỆN

của một số vật liệu như: Maganin, Constantan,Vonfram, Nikel, Crom, Bạch kim, dưới tác độngcủa áp suất

Áp kế điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi điện trở, trong đó đại lượng không điện là

áp suất biến đổi làm thay đổi điện trở của nó

Thực tế thường dùng nhất là Maganin

Vì điện trở của nó phụ thuộc tuyến tính vào sự thay đổi áp suất, hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ nên ít chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ của môi trường cần đo

Khi áp suất thay đổi, điện trở của Maganin

cũng biến đổi theo mối quan hệ sau:

)

Rp: điện trở của dây dẫn Maganin ở áp suất P.

R0: điện trở dây dẫn Maganin ở áp suất P=0 K: hệ số biến đổi điện trở của Maganin.

U N

P

liệu cách điện, trên đó quân dây

điện trở với đường kính nhỏ

Dây điện trở được tráng men

5.2 Áp kế biến trở lực căng

trên cơ sở hiệu ứng Tenzo (khi dây

dẫn bị biến dạng cơ học thì điện trở

của nó cũng thay đổi).

gồm hai ống hình trụ, thành mỏng,

đồng trục có chung một đáy có bề

dày lớn để đáy không bị biến dạng

do áp lực Trên bề mặt ngoài của

từng ống hình trụ có gắn một sợi

dây điện trở (hoặc lá mỏng hay

màng mỏng) đường kính rất mảnh,

theo hình răng lượt; hai đầu dây

nối với mạch đo.

1

2

1 2

1.Phần tử đàn hồi 2.Điện trở Tenzô

Sơ đồ cấu tạo áp kế Tenzo

 Hoạt động:

 dòng lưu chất có ápsuất P được đưa vào khoảng

không gian giữa 2 đáy trụ

Dưới tác động của áp suất P

vỏ trụ bên ngoài phình ra, vỏ

đáy bên trong bị lõm vào tức

cả 2 đều bị biến dạng Sự

biến đổi cơ học của các phần

tử cảm biến cũng như dây

Các yêu cầu đối với điện trở Tenzo:

- Vật liệu chế tạo phải có độ nhạy cao

- Hệ số nhiệt độ giãn nở chiều dài nhỏ

- Vật liệu làm dây điện trở phải có điện trở suất cao

- Cần phải bù nhiệt độ trong đo

Để đo độ biến đổi điện trở Tenzo(điện trở lực căng) người ta thường dùng mạch cầu.

Cấu tạo: gồm một vật có 2 bề mặt đặt trong môi trường cần

đo áp suất Trong đó 1 bề mặt biến dạng (mặt 1), 1 bề mặt không biến dạng (mặt 2) Trên bề mặt biến dạng gắn điện trở

hưởng của nhiệt độ lên kết quả đo.

- Khi có áp suất P tác động lên bề mặt bị biến dạng

 dây điện trở RT bị biến dạng và điện trở của nó

cũng biến đổi Bề mặt còn lại cũng chịu tác dụng

của áp suất P nhưng không biến dạng, dây điện trở

5.3 Áp kế áp điện (áp kế

Piezo)

- Dựa theo tính chất một số

chất kết tinh tạo ra điện tích

dưới tác động của lực Hiện

tượng này được gọi là hiệu ứng

áp điện (hiệu ứng Piezo).

- Hiệu ứng này được tìm thấy

Ưu điểm:

Không bị trễ vì vậy rất tiện lợi cho nguyêncứu các quá trình có áp suất thay đổi nhanh như khíxâm thực, nổ,…

Độ biến dạng các phần tử áp điện rất nhỏ(khoảng vài micrômét) Ít áp dụng cho việc đo ápsuất tĩnh khó khắc độ

6 ÁP KẾ KHÁC

6.1 Áp kế dẫn điện

- Ở áp suất tuyệt đối thấp hoặc chân không sâu, độ dài quãng đường

tự do của các phân tử có tính khả ước với kích thước hình học của

hệ, khi đó độ dẫn điện của chất khí ước định bằng áp suất của nó.

- Mối liên hệ trên được sử dụng trong áp kế dẫn điện để đo áp suất khi trong giới hạn từ 10-3 đến 100Pa Cảm biến dụng cụ đo gồm bộ nung nóng và dụng cụ đo nhiệt độ đặt vào một cái bình.

1 Cặp nhiệt điện.

2 Điện trở gia nhiệt

6.2 Áp kế ion hóa (chân không kế)

cường độ ion trong chất khí vào áp suất

 Các dụng cụ này khác nhau theo phương phápion hoá chất khí

Lý thuyết chứng minh rằng trong dụng cụ này

(đèn áp kế) tồn tại mối liên hệ:

P

K I

1 Bộ phận hiển thị kết quả

đo thường là micrô ampe kế

2 Cực Catốt

3 Cực Anốt hình trụ

4 Quỹ đạo chuyển động của

electron trước khi va đập

Hệ số K thể hiện độ nhạy của đèn, phụ thuộc vào kích thước hình học và đặc điểm cấu trúc của

nó, vào trạng thái điện và tính chất của chất khí

THANKS !!!