Chuong 09: Cảm biến áp suất docx

2.1 Cảm biến áp suất
Áp suất :
dF
p
dA
=
Áp suất tại 1 điểm trong cột chất lưu thẳng đứng cách bề mặt tự do h:
0
p p gh
ρ
= +
0
p
: áp suất khí quyển,
ρ
: khối lượng riêng
Do đó việc đo áp suất dựa vào đo lực.
Đo áp suất được hiểu là đo với áp suất định chuẩn có 3 loại:
• Áp suất khí quyển (gauge pressure): áp suất cho biết trên hay
dưới áp suất khí quyển. Ký hiệu g VD: psig
• Áp suất chân không (absolute pressure): áp suất tuyệt đối. Ký
hiệu a VD: psia
• Áp suất vi sai (differential pressure): áp suất cho biết độ chênh
lệch (hiệu) giữa 2 áp suất. Thường dùng để đo áp suất 2 điểm
trong đường ống của dòng chảy liên quan đến điều chỉnh vận
tốc dòng chảy. Ký hiệu d VD: psid

Đơn vị áp suất SI: Pa (N/m²)
1. Cảm biến áp suất chỉ thị trực tiếp loại cơ học:
* Cấu tạo - nguyên lý hoạt động
Dựa trên cơ sở biến dạng đàn hồi của các phần tử cảm biến

(màng đàn hồi hay lò xo ống kim loại. Dưới tác dụng áp suất lớn hay
nhỏ kim chỉ thị (qua bộ cơ-khí nén) sẽ tỉ lệ với áp suất đo được. Độ
chính xác khoảng 0.5%
Áp suất
tuyệt đối
Trên áp suất
khí quyển
Chân không
Áp suất khí quyển
bar bar
1 0
2
3
1
2
-10
2
p
1
p
2 1
p p p
∆ = −
Hiệu áp
Áp suất
gauge
loại lò xo ống (bourdon tube) loại màng ngăn (baffle)
loại ống thổi (bellow)
 Các dạng đo áp suất trực tiếp trên có thể chuyển thành tín hiệu điện
dựa vào sự thay đổi điện trở (CB áp suất áp trở), điện dung (CB áp

suất kiểu điện dung), điện cảm (CB áp suất kiểu điện cảm).
2. Cảm biến áp suất áp trở
* Cấu tạo - nguyên lý hoạt động
Dựa vào nguyên lý hoạt động của Strain gage và cầu wheaston

* Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến
Được dùng phổ biến, độ chính xác 0.1%-0.25%, có thể đo áp
suất từ 3 inches of water đến 200.000 psig (1400 MPa).
3. Cảm biến áp suất kiểu điện dung
* Cấu tạo - nguyên lý hoạt động
Khi áp suất đo thay đổi so với áp suất tham chiếu làm thay đổi
trị số điện dung tụ thay đổi tần số dao động mạch LC bộ
transmitter xử lý.
* Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến
Được sử dụng rộng rãi vì tầm đo rộng có thể đo áp suất tầm rất
nhỏ (0.01 inches of water) đến 200,000 psig (1400 MPa).
So với cảm biến áp suất áp trở thì ít bị trôi, sai số 0.01-0.1%,
thường dùng đo trong tầm áp suất thấp.
4. Cảm biến áp suất kiểu điện cảm
* Cấu tạo - nguyên lý hoạt động
Khi áp suất đo thay đổi làm cho lõi cuộn dây được cấp nguồn AC
di chuyển giá trị cuộn cảm thay đổi dòng điện chạy trong cuộn
dây thay đổi (L tăng i giảm). Hay có cấu tạo giống bộ biến áp vi sai
LVDT.
* Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến
CB áp suất kiểu điện cảm có điện áp ngõ ra lớn nên ứng dụng
tầm đo nhỏ có độ phân giải cao, phải cấp nguồn AC, có tầm đo 1 in.
water tới 10.000 psig (250 Pa to 70 MPa), độ chính xác khoảng 0.5%
5. Cảm biến áp điện (piezoelectric)
* Cấu tạo - nguyên lý hoạt động

Giống như đo lực, CB là tinh thể thạch anh dựa trên hiệu ứng áp
điện.
* Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến
Ưu điểm CB áp suất áp điện nhỏ gọn, rắn chắc, có độ nhạy
cao. Thích hợp cho đo áp suất ở trạng thái động (thay đổi liên tục) do
tinh thể chỉ phát sinh ở trạng thái động. VD: động cơ, máy nén,
rocket, … Nhạy với nhiệt độ, có tầm đo 14.000 psig.
Một số CB áp suất
VD: CB áp suất E8M của Omron