C3 do ap suatcam bien ki thuat do

LẮP ĐẶT ÁP KẾ ĐỂ ĐO ÁP SUẤT Trong việc đo áp suất của dòng chảy, trước hết cần phải phân biệt cho được 3 loại áp suất khác nhau trong một dòng chảy đó là áp suất tĩnh, áp suất động và á

Cảm biến và kỹ thuật đo - Chương 3 Đo áp suất 3-1

Chương 3

Đo áp suất

3.1 KHÁI QUÁT

1 Mục đích ý nghĩa đo áp suất

Kiểm tra tình trạng của hệ thống

Nghiên cứu đến các quá trình có liên quan đến áp suất

Xác định áp suất môi trường xung quanh làm cơ sở qui đổi các kết quả đo nhận được ở các điều kiện môi trường khác nhau

Thông thường áp suất được ký hiệu bằng chữ “p” kèm theo các chỉ số dưới Các loại áp suất: áp suất tuyệt đối, áp suất dư, áp suất khí quyển, áp suất chân không

pa áp suất tuyệt đối

pa > pkk thì pa – pkk = p (áp suất dư)

pa < pkk thì pkk – pa = pck (áp suất chân không)

2 Phân loại áp kế

Theo nguyên lý:

+ Áp kế chất lỏng

+ Áp kế cơ khí

+ Áp kế điện

Theo công dụng:

+ Manômét dùng đo chênh áp: đo độ chân không, áp suất dư

+ Baromet dùng đo áp suất khí quyển, có hai loại: thủy ngân và cơ khí

3 Đơn vị đo

Trong khoa học kĩ thuật khái niệm về áp suất được sử dụng rộng rãi cho nên đơn vị của nó phải được lưu tâm qui định một cách chính xác Trên thực tế hiện nay còn sử dụng một số hệ đơn vị sau:

a Đơn vị đo áp suất theo vật lí

- Ở hệ CGS (chiều dài là centimet, đơn vị khối lượng là gam, đơn vị thời gian là giây)

Ta có đơn vị lực là DYN, đơn vị áp suất sẽ là dyn/cm2

1 dyn/cm2 = 1 microbar

Hình 3.1 Sơ đồ các loại áp suất

P a

P kk P

P a

- Ở hệ MKS (đơn vị chiều dài là met, đơn vị khối lượng là kilogam, đơn vị thời gian là giây)

Ta có đơn vị lực là N (Newton), đơn vị áp suất sẽ là N/m2

1 N/m2 = 10-5 bar Theo hệ mới: (SI) Pacal (Pa) = N/m2

bar = 105 N/m2 1at = 0,98.105 Pa (N/m2)

b Đơn vị áp suất theo phong vũ biểu

Đơn vị áp suất theo phong vũ biểu là đơn vị đo áp suất tính theo milimet chiều cao của cột thủy ngân Áp suất của không khí cũng thường được đo bằng chiều cao của cột thuỷ ngân tính theo milimet Muốn qui dẫn, đo và tính một cách chính xác các chỉ tiêu đều cần phải qui về điều kiện tiêu chuẩn Trong việc đo áp suất bằng chiều cao của cột thuỷ ngân thì các thông số quan trọng cần phải được xác định là:

- Gia tốc trọng trường chuẩn là gn = 9,80665 m/s2

- Nhiệt độ chuẩn là t = 00C

- Khối lượng riêng của thuỷ ngân ñHg = 13,5951 g/cm3

Trong các điều kiện chuẩn đó thì đơn vị áp suất phong vũ biểu sẽ là:

1mm Hg (chiều cao) ở 00C = 1 Torr

Theo qui ước quốc tế thì atmosphe vật lí [atm] được sử dụng là đơn vị áp suất tiêu chuẩn

c Đơn vị đo áp suất phi tiêu chuẩn

Các đơn vị này chỉ tồn tại trong tài liệu cũ, nhiều ngành khoa học kĩ thuật không còn sử dụng nữa Tuy nhiên, thực tế vẫn còn một số lĩnh vực còn đang sử dụng đơn vị này

Người ta có định nghĩa atmosphe kĩ thuật như sau:

1 kG/cm2 = 1 at

1 kG/m2 = 1 mm chiều cao cột nước = 10-4 at 735,56 Torr = 1 at

Có thể thấy rằng đơn vị áp suất 1 kG/m2 rất gần với áp suất của cột nước là 1mm chiều cao ở 40C và gia tốc trọng trường tiêu chuẩn nên trong thực tế người ta cũng sử dụng milimet chiều cao của cột nước để đo áp suất một cách rộng rãi

Cảm biến và kỹ thuật đo - Chương 3 Đo áp suất 3-3

3.2 CÁC DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT

1 Áp kế chất lỏng

Thông thường áp kế dạng chữ U, áp suất cần đo được gắn vào 1 nhánh của áp

kế, nhánh kia nối với áp suất khác nếu muốn đo chênh áp, hoặc thông với khí trời nếu muốn đo áp suất dư Áp kế chất lỏng dùng ống thủy tinh có giới hạn đo bị hạn chế do kích thước, tuy nhiên có độ chính xác cao

Giả sử chất lỏng trong áp kế có khối lượng riêng là  khi đó:

p = p1 – p2 = hg

Hình 3.2 Áp kế chữ U Hình 3.3 Áp kế chữ U hai chất lỏng

Trường hợp chênh áp p rất bé, người ta bố trí 1 nhánh U nghiêng 1 góc 



sin

h

l = ; ví dụ sin  = 0,1 khi đó l = 10h có thể sử dụng kính hiển vi để đọc nên áp kế loại này còn gọi là vi áp kế

Hình 3.4 Nguyên lý vi áp kế Hình 3.5 Nguyên lý áp kế chữ U có hai

nhánh khác nhau

Áp kế chữ U có hai nhánh tiết diện bằng nhau có nhược điểm khó xác định chính xác độ chênh mực chất lỏng, để khắc phục điều này người ta còn sử dụng áp kế

có tiết diện hai nhánh khác nhau như hình 3.5 (Ss)

2 Áp kế cơ khí

Còn gọi áp kế đàn hồi, có thể là ống đàn hồi, màng đàn hồi, hộp đàn hồi

Hình 3.6 Áp kế cơ khí loại ống đàn hồi

Phạm vi đo của áp kế cơ khí 0 – 10.000 at, tuy nhiên độ chính xác không cao, thường cấp chính xác lấy bằng sai số (ví dụ áp kế cấp chính xác là 6 có nghĩa sai số 6%) Hiệu chỉnh áp kế cơ khí thường dùng áp kế mẫu kết hợp với bơm piston Ngoài loại ống đàn hồi còn có loại màng đàn hồi như trên hình 3.7

Hình 3.8 mô tả kết cấu áp kế Bourdon Áp kế này được phát minh năm 1849 bởi Eugène Bourdon, nó gồm ống uốn tròn hình chữ C có mặt cắt ovan, một đầu ống

cố định, còn đầu kia di động do biến dạng của ống dưới tác dụng của áp suất, khi chịu

áp lực tiết diện ống có xu hướng chuyển sang dạng tròn

Cảm biến và kỹ thuật đo - Chương 3 Đo áp suất 3-5

Hình 3.7 Áp kế cơ khí màng đàn hồi Hình 3.8 Áp kế Bourdon

Hình 3.9 Một số kết cấu của bộ phận cảm nhận áp suất

3 Áp kế điện

a Áp kế kiểu điện trở:

Điện trở của dây kim loại thay đổi tùy theo trạng thái ứng suất của nó

b Áp kế kiểu điện dung:

Khe hở bản cực thay đổi khi áp suất thay đổi, hình 3.10

c Áp kế điện kiểu áp điện:

Kết hợp với các thiết bị ghi cho phép đo được sự thay đổi của áp suất với tần số cao (ví dụ trong buồng cháy)

Chuyển động

Chuyển động Chuyển động

Chuyển động

Áp suất

Áp suất

Áp suất

Áp suất

Áp suất

Áp suất

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý áp kế kiểu điện dung

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý áp kế áp điện

Người ta có thể gắn áp kế áp điện vào bu gi để đo áp suất trong buồng cháy động cơ đánh lửa cưỡng bức như hình 3.12c Ví dụ bố trí cảm biến áp suất để đo áp suất khí thải giới thiệu trên hình 3.13

Sơ đồ mạch đo dùng áp kế điện có thể tóm tắt như trên hình 3.14

Áp suất

Áp suất

Cảm biến và kỹ thuật đo - Chương 3 Đo áp suất 3-7

Hình 3 12 Cấu tạo áp kế áp điện: a, loại làm mát; b, loại không làm mát;

c, loại gắn với bu gi

Hình 3 13a Lắp đặt cảm biến để đo áp suất buồng cháy

Hình 3 14 Sơ đồ mạch đo bằng áp kế điện

3.3 LẮP ĐẶT ÁP KẾ ĐỂ ĐO ÁP SUẤT

Trong việc đo áp suất của dòng chảy, trước hết cần phải phân biệt cho được 3 loại áp suất khác nhau trong một dòng chảy đó là áp suất tĩnh, áp suất động và áp suất tổng

Muốn lắp đặt áp kế để đo áp suất

tĩnh phải chọn vị trí sao cho ở đó áp

suất động sinh ra là nhỏ nhất, hay nói

đúng là áp suất động bằng không Điều

đó nhằm bảo đảm cho áp suất động

không thể gây ảnh hưởng đến sự chênh

lệch áp suất tĩnh, tức là gây sai số đến

áp suất tĩnh

Chú ý rằng khi lắp thiết bị đo áp

suất vào dòng chảy rất có thể gây phá

hoại về phân bố áp suất của dòng chảy, sự phá hoại này lại phụ thuộc vào độ lớn của

áp suất động tức tốc độ dòng chảy

Nếu các yếu tố trên không được chú ý một cách đầy đủ phép đo sẽ gặp sai số rất lớn

Hình 3.15a là phương pháp lắp ống thu áp suất đơn giản nhất Trong trường hợp này, ống được lấy ngay trên thành của dòng chảy và nó thoả mãn yêu cầu về độ chính xác cho việc đo áp suất tĩnh của dòng chảy

Kết quả có thể đạt được độ chính xác cao hơn

khi ở cạnh lỗ lấy áp suất có giá trị áp suất thiếu

nhỏ bằng 1% đến 3% áp suất động Phương

pháp lắp ghép biểu diễn ở hình 3.15a chỉ có thể

đạt được độ chính xác mong muốn và có thể

chấp nhận được khi thành ống dẫn trong phạm

vi lỗ lấy áp suất được làm nhẵn, có độ bóng

lớn, vì khi có nhấp nhô sẽ tạo ra xoáy áp suất

thiếu rất lớn và dẫn đến sai số lớn Song để có

thể đạt được độ chính xác cao khi đo áp suất

Dao động ký

Chuyển đổi A/D Bộ nhớ Màn hình

Khuếch đại Cảm biến áp điện

Hình 3.15 Các khả năng khác nhau để lắp

ống thu để đo áp suất của dòng chảy

Hình 3.16 Ống lấy áp suất tĩnh

Cảm biến và kỹ thuật đo - Chương 3 Đo áp suất 3-9

tĩnh người ta sử dụng kết cấu như biểu diễn ở hình 3.16

Ống lấy áp suất này được chế tạo từ đồng hoặc đồng thau có đường kính từ 8mm đến 10mm Ống được uốn cong 900, một đầu ống tiếp xúc với dòng chảy được bịt kín và làm có dạng động học Đầu kia để hở và nối với dụng cụ đo áp suất Ưu điểm cơ bản của loại ống thu áp suất này (hình 3.16) là khả năng gia công nhẵn được

bề mặt ngoài của ống nên có thể loại trừ sai số của áp suất động đến áp suất tĩnh như của loại lắp ghép ở hình 3.15a

Song cũng cần phải chú ý bảo đảm phần ống đặt trong dòng chảy phải tuyệt đối song song với dòng chảy, có vậy áp suất động tại vùng có tiết diện A-A luôn bằng không

Lắp ghép ống thu áp suất như hình 3.15b tức là tiết diện ngang của ống là vuông góc với dòng chảy, như vậy nó cho phép đo áp suất tổng của dòng chảy Như ta

đã biết áp suất tổng của dòng chảy là bằng áp suất động của dòng cộng với áp suất tĩnh

Ngoài hai khả năng lắp ống như hình 3.15a và 3.15b như đã được trình bày ở trên, người ta cũng có thể sử dụng các phương pháp lắp ống khác như ở hình 3.15c hoặc 3.15d, hoặc bất kỳ một cách lắp đặt nào khác đều tạo ra một áp suất hút (áp suất thiếu) hết sức lớn phụ thuộc vào tốc độ của dòng chảy, do vậy áp suất tĩnh đo được là rất nhỏ Chính vậy ngoài cách lắp ghép ống đo áp suất trình bày ở trên (3.15a và 3.15b) các cách lắp khác (3.15c và 3.15d) và tương tự đều là lắp ghép không đúng, gây

ra sai số lớn

Để đo áp suất dòng chảy thông thường người ta phải sử dụng các đầu đo như trên hình 3.17, 3.18, 3.19

Trường hợp đo áp suất dòng chảy: Cần phải chú ý rằng có ba loại áp suất

trong dòng chảy đó là: áp suất tĩnh, áp suất động, áp suất tổng

Hình 3.17 Đầu đo áp suất kiểu ống Pitot Hình 3.18 Đầu đo áp suất động

Hình 3.19 Sơ đồ bố trí đo đồng thời áp suất dòng chảy

Lỗ đo A của đầu đo có kết cấu như trên hình vẽ, nên nó cho phép đo áp suất tổng pg Lỗ B cho phép đo áp suất tĩnh, khi ghép các áp kế chữ U: C, D, E cho phép đo các loại áp suất như sau:

- Áp kế C nối giữa lỗ B và áp suất khí trời cho ta biết áp suất tĩnh dư pst

- Áp kế E đo chênh áp giữa A và áp suất khí trời cho ta áp suất tổng dư pg

- Áp kế D biểu thị chênh áp giữa A và B cho ta áp suất động dư

pd = pg - pst Ngoài ra trên hình 3.19 còn thể hiện áp suất khí trời, áp suất tĩnh tuyệt đối, áp suất động và áp suất tổng

Một số lưu ý khi lắp đặt áp kế chất lỏng

Khi dùng áp kế để đo áp suất của chất lỏng hoặc hơi có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng của không khí, cần chú ý đến ảnh hưởng của cột chất lỏng phía trên điểm đo Cột chất lỏng này tạo nên một áp suất p= hg, do đó phải tính thêm giá trị này nếu như vị trí điểm đo và vị trí lắp áp kế không trùng nhau

Trường hợp lắp áp kế để đo áp suất của hơi, cần phải chú ý đến sự ngưng tụ của hơi trên áp kế vì nó gây ra sai số của phép đo

pg

pd

pst

B

Cảm biến và kỹ thuật đo - Chương 3 Đo áp suất 3-11

Mục lục

Chương 3 1

Đo áp suất 1

3.1 KHÁI QUÁT 1

1 Mục đích ý nghĩa đo áp suất: 1

2 Phân loại áp kế: 1

3 Đơn vị đo: 1

3.2 CÁC DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT 3

1 Áp kế chất lỏng: 3

2 Áp kế cơ khí 4

3 Áp kế điện: 5

3.3 LẮP ĐẶT ÁP KẾ ĐỂ ĐO ÁP SUẤT 8