CẢM BIẾN ÁP SUẤT

CẢM BIẾN ÁP SUẤT

L BÀI THẢO LUẬN MÔN:

ĐO LƯỜNG-CẢM BIẾN

DT2-K5

CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT

NHÓM VI

1- LÊ THỊ DUNG

2- VƯƠNG SỸ HẢI

3- NGUYỄN THỊ HƯƠNG 4- NGUY ỄN THỊ KIM HOÀN 5- MAI XUÂN MINH

6- NGUYỄN THỊ MƠ

7- VŨ VĂN TUYẾN

8- NGUYỄN VĂN TUYÊN 9- NGUYỄN VĂN TRƯỜNG 10- VŨ THỊ VỮNG

Nội dung

 I.Khái niệm về đo áp suất

1.Khái niệm về áp suất

2.Đơn vị đo áp suất

3.Phân loại áp suất,phương tiện đo áp suất

4.Các cách đo áp suất

 II.Công tắc áp suất

Cấu tạo, đặc điểm,nguyên lý hoạt động

 III.Một số loại cảm biến áp suất

1.Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại

Cấu tạo, nguyên lý, phân loại, đặc điểm ứng dụng 2.Cảm biến áp điện thạch anh

 Hiệu ứng áp điện

 Nguyên lý hoạt động, đặc điểm, ứng dụng

 IV.Ứng dụng thực tế

1.Khái niệm về cảm biến đo áp suất:

 Việc đo đạc áp suất của chất khí, chất lỏng là công việc bắt buộc trong thiết kế máy móc cơ khí, các dây chuyền sản xuất sử dụng năng lượng khí nén hay dầu thủy lực.

 Trước đây người ta sử dụng các loại cảm biến bằng cơ học, hiện nay người ta đã sử dụng và phát triển các loại cảm biến đo áp suất có chất lượng tốt hơn với độ chính xác cao hơn và bền bỉ hơn cho các công việc kiểm soát và điều khiển từ xa công việc tự động hóa toàn bộ hệ thống dây chuyền sản xuất của nhà máy.

 Khác với các máy đo áp xuất cơ học dùng lò xo và chỉ thị trực tiếp qua một hệ thống truyền động cơ học, các loại cảm biến đo

áp suất bán dẫn đều có một phần tử bán dẫn gắn trên màng đàn hồi để biến đổi áp suất thành đại lượng điện.

 Một số loại cảm biến áp suất:

2.Áp suất

 1 Định nghĩa:

Áp suất là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích

P=F/A(P là áp suất; F: lực; A: diện tích tiếp xúc)

 2 Đơn vị đo: đơn vị đo áp suất là Pascal (Pa)

3.Phân loại áp suất

0 1 2 3

áp suất tư

ơng đối

II.Phân loại phương tiện đo áp suất:

1.Dựa theo dạng áp suất :

- Áp kế, áp – chân kế: đo áp suất dư.

- Khí áp kế (baromet): đo áp suất khí khí quyển.

- Chân không kế, áp kế hút: đo áp âm

- Áp kế hiệu số: đo áp suất hiệu

- Để đo áp suất tuyệt đối ta dùng áp kế và khí áp kế khi

áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển Hoặc dùng

áp kế và chân không kế khi áp suất tuyệt đối nhỏ hơn

áp suất khí quyển

2.Theo nguyên lý hoạt đông: Có 5 nhóm chính:

 + Áp kế kiểu lò xo: Nguyên lý hoạt động của loại áp kế này là dựa vào

sự biến dạng đàn hồi của phần tử lò xo dưới tác dụng của áp suất Độ biến dạng thường được phóng đại nhờ cơ cấu truyền động phóng đại

và cũng có thể chuyển đổi thành tín hiệu truyền đi xa

 + Áp kế kiểu pittông: Loại áp kế này dựa vào nguyên lý tải trọng trực tiếp: áp suất đo được so sánh với áp suất do trọng lượng của pittông và quả cân tạo ra trên tiết diện của pittông đó

 + Áp kế kiểu chất lỏng: Loại áp kế dựa vào nguyên lý hoạt động thuỷ tĩnh: áp suất đo được so sánh với suất của cột chất lỏng có chiều cao tương ứng Ví dụ áp kế thuỷ ngân, áp kế chữ U, áp chân không, áp kế bình hoặc áp kế bình với ống nghiêng có góc nghiêng cố định hay thay đổi,…

 + Áp kế theo nguyên lý điện: Loại áp kế này dựa vào sự thay đổi tính chất điện của các vật liệu dưới tác dụng của áp suất Áp kế dựa vào sự thay đổi điện trở gọi là áp kế điện trở hay theo tên của loại dây dẫn Ví

dụ áp kế điện trở maganin Áp kế dùng hiệu ứng áp điện gọi là áp kế điện Ví dụ muối sec-nhéc, tuamalin, thạch anh

 + Áp kế liên hợp: Ở áp kế liên hợp người ta sử dùng kết hợp các nguyên lý khác nhau Ví dụ: một áp kế vừa làm việc theo nguyên lý

cơ, vừa làm việc theo nguyên lý điện.

 Cấp chính xác của các phương tiện đo áp suất được qui định theo hai dãy cấp chính xác sau:

0,0005; 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,16; 0,20; 0,25; 0,4; 0,5; 1; 1,6; 2,5; 4; 6;

và 0,0005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,6; 1; 1,6; 2; 2,5; 4; 6.

III PHƯƠNG PHÁP ĐO ÁP SUẤT

PHƯƠNG PHÁP ĐO

Đ o áp suất tĩnh:

-Đo trực tiếp chất lưu thông qua 1 lỗ được khoan trên thành bình

Đo gián tiếp thông

qua đo biến dạng của thành bình dưới tác động của áp suất

-Có thể đo bằng cách đặt áp suất tổng lên màng trước, đặt áp suất tĩnh lên màng sau của màng đo

Company Logo

 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 (hình), như vậy tín hiệu do cảm biến cung cấp chính là chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh.

Hình: Đo áp suất động bằng màng

1) Màng đo 2) Phần tử áp điện

Vít chỉnh độ căng lò xo

pitto

ng Lò xo

đẩy

Công tắc

4.1.Cấu tạo

4.2 Nguyên lý hoạt động

 Sức căng của lò xo quyết định giá trị áp suất mà công tắc tác động Khi cấp khí vào đầu vào cấp khí, nếu áp suất khí nhỏ hơn sức căng của lò xo thì lò xo sẽ không

bị nén lúc đó pittong sẽ không bị đẩy, công tắc hành trình không bị tác động Nếu áp suất khí lớn hơn sức căng của lò xo thì lò xo sẽ bị ép lại , pittong bị đẩy lùi

về phía sau làm cho công tắc hành trình tác động Để thay đổi giá trị áp suất khí cần tác động ta dùng vít chỉnh độ căng của lò xo.

 Trong thực tế người ta hay dùng công tắc áp suất này ở trong các máy nén khí công suất bé, nó dùng để cắt nguồn máy nén khí khi áp suất đủ theo yêu cầu.

V.Một số loại cảm biến áp suất

1 Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại

2 Cảm biến áp suất áp điện thạch anh

a Cấu tạo

 Vật liệu để làm màng sọc co giãn có thể là kim loại (trong thực

tế là hợp kim Cu-Ni) hay vật liệu bán dẫn-thường là silic Dưới tác dụng của áp suất màng sọc co giãn bị biến dạng Sự thay đổi điện trở của nó gồm hai thành phần: hình học và tính chất vật liệu

Cảm biến áp suất với màng sọc kim loại phần lớn dựa vào sự thay đổi hình học dẫn đến sự thay đổi điện trở

3 Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại

3 Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại

 Màng sọc co giãn lá kim loại

 Thường là những đường dây điện bằng kim loại rất mịn nằm trên một nề bằng chất dẻo Người ta thực hiện bằng phương pháp

in lụa hoặc quang khắc Vì sự thay đổi chiều dài thực tế rất bé, cho nên đường dẫn điện này được chế tạo thành hình uốn khúc

để có chiều dài khá lớn trên một diện tích bé,

từ đó ta có sự thay

đổi điện trở đáng kể

3 Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại

 Được chế tạo trên nền gốm với kỹ thuật in lụa, loại màng dầy

có độ nhạy không cao và chịu nhiều ảnh hưởng của nhiễu, do đó trong thực tế loại màng đầy ít được sử dụng

Cảm biến áp suất áp điện thạch anh

Hiện tượng áp điện : Khi kéo dãn hoặc nén tinh thể điện môi theo phương pháp đặc biệt thì trên các mặt giới hạn của tinh thể xuất hiện các điện tích trái dấu.Hiện tượng đó được gọi là hiệu ứng áp điện thuận Và ngược lại, nếu ta áp lên 2 mặt tinh thể một hiệu điện thế làm cho bề mặt tinh thể bị dãn hoặc nén thì đó là hiệu ứng áp điện nghịch

áp điện thuận áp điện nghịch

Cảm biến áp suất áp điện thạch anh

 Nguyên lý:

Cảm biến áp suất áp điện thạch anh(SiO 2 ) làm việc dựa trên hiệu

ứng áp điện của vật liệu thạch anh

Dưới tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến dạng, làm

xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực (V) tỉ lệ với lực tác dụng (F).

Tùy theo hướng tác dụng của lực đối với tinh thể thạch anh

mà ta có cảm biến áp điện thạch anh theo hiệu ứng chiều dài hoặc hiệu ứng ngang.

 Hiệu ứng theo chiều dài:

Với hiệu ứng chiều dài số lượng điện tích phát sinh không phụ thuộc vào kích thước hình học của tinh thể mà chỉ phụ thuộc vào lực Như thế để tăng số lượng điện tích, người

ta đặt nhiều phiến màng tinh thể thạch anh nối tiếp nhau

về lực và về mặt điện được nối song song với nhau.

Đặc điểm và ứng dụng

Ta có thể coi tinh thể thạch anh như một tụ điện, như chúng ta đã biết sau khi nạp điện thì tụ điện phóng điện dần theo thời gian, thời gian phóng điện nhanh hay chậm phụ thuộc vào điện trở phóng điện Đối với tinh thể thạch anh điện trở phóng điện là điện trở cách điện Như vậy khi sử dụng cảm biến áp suất tinh thể thạch anh phải lưu ý là sau khi lực tác động nếu không thực hiện ngay phép đo thì càng để lâu sai số của phép đo càng lớn.

Trong thực tế người ta cho phép cảm biến ápsuất tinh thể thạch anh làm việc tới nhiệt độ 240 0 C Vì nếu ta cho cảm biến làm việc ở nhiệt độ cao thì tinh thể thạch anh sẽ bị mất đi hiệu ứng áp điện.

Dưới áp suất tĩnh tinh thể thạch anh không xảy ra hiệu ứng áp điện Do đó để đo được áp suất cần phải biến áp suất thành lực bằng một màng mỏng.

Các cảm biến đo áp suất tinh thể thạch anh thực tế dùng để đo

áp suất tới 250 bar

Đơn vị tinh thể thạch anh cực kỳ ổn định cả về mặt hóa học và vật lý Nhờ có sự ổn định tần số đặc biệt , thạch anh được sử dụng trong các thiết bị điện tử, truyền thông như điện thoại di động, các ứng dụng

không dây cũng như các thiết bị tiêu dùng như tivi, đầu video, máy ảnh

kỹ thuật số và máy tính, cung cấp chính xác tín hiệu có liên quan để xử

lý một lượng lớn thông tin nhanh chóng và đồng nhất Hơn nữa, thạch anh được sử dụng rộng rãi như là một nguồn nguyên liệu của đồng hồ yêu cầu độ chính xác cao như đồng hồ đeo tay, đồng hồ bấm giờ…

VI.Ứng dụng thực tế: