chapter 3

Chương III: ĐO ÁP SUẤT
3.1 Một số khái niệm cơ bản
3.1.1 Định nghĩa và đơn vị đo
Áp suất là lực tác dụng đồng đều trên một đơn
vị diện tích hay áp suất là lực tác dụng thẳng
góc trên một đơn vị diện tích từ định nghĩa đó
ta suy ra đơn vị đo áp suất
[P]=
[P]=
và gọi là pascal và ký hiệu là Pa


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Trong thực tế nó quá nhỏ nên dùng đơn vị là Kg/
Cm2, MPa, KPa, mmHg, mmH2O, atmốtpe kỹ thuật;
bar; torr
• 1 Kg/Cm2 =1 at = 10 mH2O ~ 736 mmHg~0,98bar
• 1MPa = 106 Pa = 9,87at; 1 torr = 1mmHg
• Ngồi ra người ta con dùng một số đơn vị khác chẳng
hạn như đơn vị Psi của Anh. 1 at = 15 Psi


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Khi đo áp suất ta cần phân biệt: áp suất tĩnh và áp suất động .
• Áp suất tĩnh là áp suất mà khi môi chất đứng yên, áp suất
động là áp suất ta cần truyền cho mơi chất.
• Khi đo áp suất tĩnh ta có khái niệm
- áp suất khí quyển là áp suất của khơng khí bao quanh trái
đất và viết tắt là Pkq
- áp suất tuyệt đối (Ptđ) là áp suất toàn phần mà vật phải
chịu.

- áp suất tương đối ( Ptgđ ) là hiệu giữa áp suất tuyệt đối và
Pkq
Ptgđ = Ptđ - Pkq


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
•
•

•

Nếu Ptgđ > 0 thì Ptgđ là áp suất dư hay áp suất biểu kiến
dương
Nếu Ptgđ < 0 thi Ptgđ gọi là độ chân không

Nhưng nếu Ptgđ có trị số tuyệt đối cỡ vài chục mmH2O thì
gọi là sức hút

•

Nói chung đồng hồ đo áp suất được gọi là áp kế .

•

Nếu đồng hồ đo áp suất âm thì gọi là chân khơng kế

•

Nếu đồng hồ đo áp suất khí quyển thì gọi khí áp kế

•

Nếu đồng hồ đo áp suất nhỏ thì gọi là vi áp kế


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
Theo nguyên lý làm việc ta có thể chia áp kế thành các loại sau
a) Áp kế chất lỏng:
Đo áp suất dựa trên áp suất được tạo ra bởi cột chất lỏng có
chiều cao tương ứng, nó bao gồm:
*) Áp kế cột chất lỏng ống thuỷ tinh:
áp kế chữ u; áp kế 1 ống thẳng (áp kế hình chén); vi áp kế
ống nghiêng; áp kế 2 chất lỏng (ít dùng)
*) Áp kế hình khun
*) Áp kế phao
*) Áp kế chuông (1 chuông, 2 chuông), vị trí của chng thể
hiện áp suất
• Ngun lý: dùng cột chất lỏng để cân bằng, dùng chuông để
chỉ thị


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
b) Áp kế đàn hồi
• Đo áp suất dựa trên sự biến động của các chi tiết
đàn hồi dưới tác dụng của áp suất. Loại này có:
• *) Áp kế màng
+ áp kế màng phẳng
+ áp kế màng nếp sóng
+ áp kế màng vùng
+ áp kế hộp màng

• *) Áp kế ống puốc đơng (áp kế ống lị xo)
• *) Áp kế hộp đèn xếp


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
c) Áp kế kiểu điện
Loại này đo áp suất dựa trên việc đo các tính chất điện
của vật liệu dưới tác dụng của áp suất. VD : hiệu
ứng áp điện, tenzô, v.v...
d) Áp kế pittông
Áp suất cần đo hay áp suất tạo ra được cân bằng với
áp suất tạo bởi trọng lượng của pittông và các quả
cân nằm trên nó. Loại này bây giờ khơng dùng để
đo, nhưng để tạo áp suất với mục đích kiểm định
các áp kế, ví dụ như áp kế puốc đông.


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
P2

h
h1

Đường kính bên trong của ống thuỷ
tinh không được nhỏ hơn 8 -10
mm và đồng đều theo chiều dài
cùa ống.
Khi sử dụng áp kế chữ U phải được
lắp đặt theo phương thẳng đứng.
Đo áp suất dư hoặc áp suất chân

khơng thì một đầu chữ U được nối
với mơi trường đo, đầu cịn lại
thơng với khí quyển.

P1

h2

3.2 Áp kế cột chất lỏng
a, Áp kế chữ U

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo áp kế chữ U


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Nếu đo hiệu áp suất thì hai đầu được nối thơng với hai mơi
trường đo. Đơn vị đo áp suất thường được sử dụng là mm
cột nước nếu chất lỏng là nước và mm thuỷ ngân. Nếu chất
lỏng trong ống là thuỷ ngân, có thể chuyển đổi đơn vị đo sang
Pascal công thức:

P = P1 + P2 = h.g.
( Pa )
Nếu mơi trường phía trên hai bề mặt dịch thể có khối lượng
riêng nhỏ.
trong đó: h – cột dịch thể chênh lệch giữa hai mức
g – gia tốc trọng trường (m/s2);

 – khối lượng riêng của chất lỏng trong ống (
kg/m3).

Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Nếu mơi trường phía trên hai bề mặt chất lỏng có khối lượng
riêng lớn thì cơng thức chuyển đổi có dạng:
P = hg ( – m )

( Pa )

trong đó: m – khối lượng riêng mơi trường trên bề mặt dịch
thể (kg/m3).
• Dải đo: 1 at

• Sai số cơ bản của áp kế chữ U là do kết quả tính đọc áp suất
đo được. Khi độ chia của thang là 1mm thì sai số tổng cộng
đọc được sẽ là 2 mm.


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
P1

b, Áp kế chén

h2

h1

Diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều
diện tích của đường ống.
Dịch thể được chứa trong bình sao

P2
cho mức của nó nằm trong ống
ngang chỉ số 0 trên thang chia độ.
Áp kế chén có thể dùng để đo áp suất
dư nếu miệng bình được nối thơng
•
với mơi trường đo cịn miệng ống
thuỷ tinh thơng với khí quyển.
Hình 3.2: áp kế hình chén

0-0


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Để đo chân khơng thì ngược lại, miệng ống nối với
mơi trường đo cịn miệng bình thơng với khí quyển.
Khi đo hiệu áp suất của hai mơi trường thì áp suất
lớn hơn được nối thơng với miệng bình, cịn áp suất
bé hơn nối thơng với miệng ống.
• Khi đo thì mức chất lỏng trong ống tăng lên, cịn
trong bình giảm xuống. Giả sử dưới tác động của áp
suất mức chất lỏng trong ống tăng lên h1 so với mức
0 và trong bình giảm xuống h2 thì chiều cao cột chất
lỏng tương ứng với áp suất đo được sẽ là: h = h1 +
h2


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Nếu diện tích bề mặt bình là F2 và tiết diện ống là F1
thì tại mặt 0-0 ta có: F2 . h2 = F1 . h1

hay : h2 =
trong đó: d - đường kính của ống (m);
D - đường kính trong của bình (m).
• Như vậy:
h=(
) h1
• P2 - P1 = (

) h1 ( -m );dải đo: 1 at

• Sai số: ± (1+h1. d2/D2)


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
c) Vi áp kế ống nghiêng
h2

P

n
h1

Hình 3.3 : Sơ đồ cấu tạo vi áp kế nghiêng
Thay dổi góc nghiêng sẽ thay đổi độ nhạy
Dải đo: (60-240) Kg/m2;
Sai số: (0,6-1)%


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
Chiều cao cột dịch thể tương ứng với áp suất đo được

tính theo cơng thức :
h = h1 + h2 = h1 + n sin( )
trong đó :
n – độ dài cột dịch thể trong ống nghiêng
- góc nghiêng của ống thuỷ tinh
Nếu F2 và F1 là diện tích của thiết diện trong ống và
bình thì ta có : h1. F1 = h2 . F2
Như vậy :


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
d) Áp kế vi sai kiểu phao và kiểu chuông


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Kiểu phao
• g là gia tốc rơi tự do, h1 , h2 chiều cao mức
dịch chuyển của chất lỏng mẫu.
•
: khối lượng riêng chất lỏng mẫu.
•
: khối lượng riêng chất cân đối


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Dải đo < 2,5 MPa.
• Cấp chính xác: 1 , 1,5 .
• Để truền thông tin về giá trị đo áp suất đi xa, ta phải
dùng thêm bộ biến đổi (A/D).
• Áp kế có độ chính xác cao và khả năng ghi lại kết

quả đo mà khơng cần nguồn năng lượng ngồi.
Nhược điểm : chứa chất lỏng mẫu độc hại (thuỷ
ngân) mà khi áp suất thay đổi đột ngột có thê ảnh
hưởng đến đối tượng đo và môi trường.


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Kiểu chng:
• Ở trạng thái cân bằng hình 3.4c ta có :
d(P1 – P2) . F = (dH + dy) f g ( - )
3.4)
dh = dy + dx
(3.5)
d (P1 – P2) = dh( - )g
(3.6)
fdy = f . dH + (
- F ) dx
(3.7)
ở đây, F : diện tích ngồi của chng .
dH : độ di chuyển của chuông .
dy: độ di chuyển của chất lỏng dưới chng.
f : diện tích thiết diện thành chuông .
dh : hiệu số mức chất lỏng ở ngồi và trong chng.
dx : độ di chuyển của chất lỏng trong bình lớn .
: diện tích thiết diện bình lớn .
f : diện tích thiết diện trong của chng.


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
Gải các phương trình trên ta được:

•

H=


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
e) Áp kế hình khun

• Môi chất: thủy ngân , dầu, nước


Chương III: ĐO ÁP SUẤT (tiếp)
• Mơi chất thường là Hg, dầu, H2O;

• R là bán kính trung bình của hình khun .
• Khi P1 = P2 đối trọng ở vị trí cân bằng như hình 3.5a
• Khi P1 > P2 đối trọng lệch khỏi vị trí ban đầu (hình 3.5 b)
lúc đó có
=>

•

p = P1 – P2 = h

mc

;

0

<<

mc

p . F . R = Mq; với F là tiết diện hình khun.

= Mc; khi cân bằng có Mc = Mq nên


3.3 Áp kế đàn hồi
3.3 Áp kế đàn hồi
3.3.1 Áp kế màng đàn hồi
• Đo độ biến dạng dưới tác dụng của áp suất
• Ưu điểm: Loại này có dải đo rộng từ vài mm H2O
đến hàng nghìn Bar
Độ bền so với áp kế cột chất lỏng ống thuỷ tinh là rất
bền
Vận hành đơn giản nên phạm vi sử dụng rộng.
• Nhược điểm: Chúng phải được chế tạo từ vật liệu
đặc biệt và phải xử lý tín hiệu phức tạp.


3.3 p k n hi

x

(đ
ộ

dị
ch
)

F(

x

lực

)

ã Cỏc loi ỏp k n hồi
a) Áp kế màng phẳng

Px

Hình 3.6: Áp kế màng phẳng

Hình 3.7 : Đặc tính đầu ra của màng phẳng


3.3 Áp kế đàn hồi
•

Màng thường được chế tạo từ thép hoặc đồng thau là
những tấm mỏng hình trịn có độ dày cố định.

• Dưới tác động của áp suất phân bố đều, màng đàn hồi
phẳng được kẹp chặt theo viền sẽ uốn cong. Nhưng ở

đây không chỉ tồn tại q trình biến dạng uốn mà cả biến
dạng kéo.

• Do vậy, đặc tính tĩnh của màng phẳng y = f (p) mang
tính phi tuyến như hình 3.7.
• Dải đo: 10-2 – 10Kg/cm2