BÀI TIỂU LUẬN DỤNG cụ đo (ÁP SUẤT CHẤT LỎNG)

GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------

BÀI TIỂU LUẬN
Đề tài: “DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT CHẤT LỎNG”
SINH VIÊN THỰC HIỆN:

NGUYỄN THỊ THẢO TRANG

MÃ SINH VIÊN:

107414

LỚP :

ĐH HÓA 1 K

GÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

NGUYỄN MINH VIỆT

Hà nội,2016

1

GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình nghiên cứu khoa học nói chung và cụ thể là từ việc nghiên
cứu, thiết kế ,chế tạo, thử nghiệm cho đến khi vận hành, sữa chữa các thiết bị ,
các quá trình công nghệ …đến yêu cầu phải biết rõ các thông số của đối tượng
để có các quyết định phù hợp . Sự đánh giá của các thông số quan tâm của các
đối tượng nghiên cứu được thực hiện bằng cách đo các đại lượng vật lý đặc
trưng cho các thông số đó.
Dụng cụ đo là môn học nghiên cứu các phương pháp đo các đại lượng vật
lý.Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về kĩ thuật đo
lường. Trình bày các thiết bị đo,nguyênlý đo và phương pháp đo các thông số.
Trên cơ sở đó người người học biết được cách sử dụng dụng cụ đo và xử lý kết
quả.
Cụ thể sau đây em xin trình bày những đánh giá và phân tích dụng cụ đo Áp
suất chất lỏng cũng như những ứng dụng của dụng cụ đo Áp suất chất lỏng
trong công nghệ hóa học…..

2


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Chương I: TỔNG QUAN VỀ DỤNG CỤ ĐO.
1.1.Lịch sử phát triển:
Nhiều nhà phát minh đã ghi công vào việc sáng tạo ra nhiệt kế nh ư

Avicenna, Cornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileo Galilei hay Santorio
Santorio. Nhiệt kế không phải là kết quả của một phát minh duy nh ất, mà
nó phải trải qua quá trình phát triển.
- Vào thế kỉ 11, Philo và Hero of Alexandria biết một nguyên tắc là đ ối v ới
một số chất, đặc biệt là không khí, sẽ co và dãn khi thay đổi nhiệt đ ộ.
Nguyên lý này được dùng để chỉ thị nhiệt độ không khí v ới m ột ống và m ực
nước bên trong được điều khiển bởi sự co và dãn của không khí.
- Một bản vẽ rõ ràng đầu tiên của nhiệt kế được xuất bản vào năm 1617 là
của Giuseppe Biancani. Trong bản vẽ này có thang đo và sau đó cấu t ạo
thành nhiệt kế bởi Robert Fludd vào năm 1638. Đây là một ống thẳng đứng
với một bầu đặt ở phía trên và phía dưới nhúng vào nước. M ực nước bên
trong ống được điều khiển bởi sự co giãn không khí, vì v ậy chúng ta còn
gọi nó là nhiệt kế không khí.
- Các dụng cụ trên mắc phải một nhược điểm là nó đồng th ời cũng là m ột
áp kế, nghĩa là nó nhạy cảm với sự thay đổi áp suất không khí. Vào kho ảng
năm 1654, Ferdinando II de' Medici, đại công tước của Tuscany đã ch ế t ạo
nhiệt kế theo kiểu hiện đại bằng cách hàn kín phần ống với bầu ch ứa chất
lỏng, do đó không bị ảnh hưởng bởi áp suất không khí và chỉ ph ụ thuộc vào
sự giãn nở của chất lỏng.
- Vào năm 1665, Christiaan Huygens đề nghị dùng điểm nóng chảy và đi ểm
sôi của nước làm chuẩn, và vào năm 1694 Carlo Renaldini đưa ra đ ề ngh ị
dùng nó như các điểm cố định trên tất cả các thang đo.
- Vào năm 1701, Isaac Newton đưa ra một thang đo có 12 độ gi ữa đi ểm
nóng chảy của nước và nhiệt độ cơ thể. Cuối cùng vào năm 1724, Daniel
Gabriel Fahrenheit tạo ra một thang nhiệt độ mà hiện nay (với một số thay
đổi nhỏ) là thang Fahrenheit.
- 1742, Anders Celsius đề nghị thang đo với 0 ở điểm nóng chảy của n ước
đá, và 100 ở điểm sôi của nước và hiện nay gọi là thang Celsius v ới thang
đo đặt ngược lại. Vào năm 1866, Thomas Clifford Allbutt phát minh ra nhi ệt
3

GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

kế y tế có thể đưa ra nhiệt độ cơ thể chỉ sau 5 phút thay vì 20 phút nh ư
trước đó.

Chương II: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ DỤNG CỤ ĐO QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ.

1.2 Nhiệt kế áp suất chất lỏng:
Trong công nghiệp luyện kim sử dụng nhiều thiết bị thủy lực và khí nén,
để hệ thống làm việc bình thường phải đo và kiểm tra áp suất một cách
liên tục, nếu áp suất chất lỏng, khí hoặc hơi vượt quá một gi ới h ạn nh ất
định có thể ảnh hưởng xấu đến hoạt động của thiết bị, thậm chí có th ể
làm hỏng hoặc nổ bình chứa, đường ống dẫn gây thiệt hại nghiêm tr ọng.
Bởi vậy, việc đo áp suất chất lưu rất quan trọng trong việc đảm bảo an
toàn cho thiết bị cũng như giúp cho việc kiểm tra và điều khiển hoạt đ ộng
của máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu
1.2.1 khái niệm và đơn vị đo
p =FS[ kG/cm2]
Các đơn vị của áp suất : 1Pa = 1 N/m2
1 mm Hg = 133,322 N/m²
1 mm H2O = 9,8 N/m²
1 bar = 10 5N/m
1 at = 9,8. 10 4N/m²
= 1 kG/ cm²
= 10 m H2O

Người ta đưa ra một số khái niệm như sau :
- Khi nói đến áp suất là người ta nói đến áp suất d ư là ph ần l ớn h ơn áp
suất khí quyển. 76/96
- Áp suất chân không : là áp suất nhỏ hơn áp suất khí quy ển.
- Áp suất khí quyển ( khí áp ) : là áp suất khí quy ển tác dụng lên các v ật pb
(at).
- Áp suất dư là hiệu áp suất tuyệt đối cần đo và khí áp.
Pd = Ptd - Pb
- Áp suất chân không là hiệu số giữa khí áp và áp suất tuyệt đối.
Pck = Pb - Ptd
4


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

- Chân không tuyệt đối không thể nào tạo ra được
Thang đo áp suất
Tùy theo đơn vị mà ta có các thang đo khác nhau nh ư : kG/ cm² ; mmH2O .. .
- Nếu chúng ta sử dụng các dụng cụ đơn vị : mmH2O, mmHg thì H2O và Hg
phải ở điều
kiện nhất định .
1.2.2 các phương pháp đo áp suất:
Phương pháp đo áp suất phụ thuộc vào dạng áp suất
Đối với đo áp suất tĩnh có thể tiến hành đo bằng các ph ương pháp sau:
+ Đo trực tiếp áp suất chất lưu thông qua một lỗ được khoan trên thành
bình
+ Đo gián tiếp thông qua đo biến dạng của thành bình dưới tác động c ủa
áp suất

Trong cách thứ nhất, phải sử dụng một đầu đo đặt sát bình. Trong tr ường
hợp này, áp suất cần đo được cân bằng với áp suất thủy tĩnh do c ột ch ất
lỏng làm việc tạo nên hoặc tác động lên một vật trung gian có ph ần t ử
nhạy cảm với lực do áp suất gây ra. Khi sử dụng vật trung gian đ ể đo áp
suất, thiết bị đo thường được bổ sung thêm bộ phận chuyển đổi điện. Để
sai số đo nhỏ, thể tích chết của kênh dẫn và đầu đo phải không đáng k ể so
với thể tích tổng cộng của chất lưu cần đo áp suất
Trong cách thứ hai, người ta gắn lên thành bình các cảm biến đo ứng suất
để đo biến dạng của thành bình. Biến dạng này gọi là hàm của áp su ất
Phương pháp đo áp suất động dựa trên nguyên tắc chung là đo hi ệu áp
suất tổng và áp suất tĩnh, khi dòng chảy va đập vuông góc v ới m ột m ặt
phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác đ ộng lên m ặt
phẳng gọi là áp suất tổng. thông thường việc đo hiệu( p – p t) thực hiện
nhờ hai đầu đo nối với hai đầu ra của một ống pitot, trong đó m ột đầu đo
áp suất tổng còn đầu thứ 2 đo áp suất tĩnh
1.2.3 Áp kế dùng dịch thể:
Nguyên lý chung của phương pháp dựa trên nguyên tắc cân bằng áp suất
chất lưu với áp suất thủy tĩnh của chất lỏng làm việc trong áp kế
5


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

1.2.3.1 vi áp kế kiểu phao:
Vi áp kế kiểu phao gồm hai bình thông nhau, bình 1 có tiết di ện l ớn F và
bình nhỏ có tiết diện f. Chất lỏng làm việc là thủy ngân hay dầu bi ến áp.
Khi đó, áp suất lớn (p1) được đưa vào bình lớn còn áp suất nhỏ (p 2) được
đưa vào bình nhỏ. Để tránh chất lỏng làm việc trào ra ngoài khi cho áp su ất

tác động về một phía thì người ta sẽ mở một van khóa (4) và khi áp su ất
hai bên bằng nhau thì người ta khóa van (4) lại

Khi đạt được cân bằng áp suất, ta được:
Р1 – P2 = g(ρm – ρ)( h1 + h2 )
Trong đó :
G: gia tốc trọng trường
ρm : trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc
ρ : trọng lượng riêng của chất lỏng cần đo
mặt khác từ cân bằng thể tích ta có:
F. h1 = f. h2
Suy ra
h1 =

(1)

Khi chất lỏng trong bình lớn thay đổi (h1 thay đổi), phao của áp kế dịch
chuyển và qua cơ cấu truyền động làm quay kim chỉ thị trên đồng hồ đo
Biểu thức (1) là phương trình đặc tính tĩnh của áp kế vi sai ki ểu phao

6


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Áp kế vi sai kiểu phao dùng để đo áp suất tĩnh không l ớn h ơn 25
Mpa.Khi thay đổi tỉ số F/f ( bằng cách thay ống nhỏ) ta có th ể thay
đổi được phạm vi đo

Cấp chính xác của áp kế kiểu này cao (1; 1,5 ) nh ưng ch ứa chất l ỏng
độc hại mà khi áp suất thay đổi đột ngột có thể tràn ra ngoài ảnh
hưởng tới đối tượng đo và môi trường.

1.2.3.2

Vi áp kế kiểu chuông:

Cấu tạo của vi áp kế kiểu chuông (hình vẽ ) gồm chuông (1) nhúng trong
chất lỏng làm việc chứa trong hình (2)

Khi áp suất trong buồng A và B bằng nhau thì chuông 1 ở v ị trí cân bằng
( hình vẽ a ), khi có biến thiên độ chênh áp d(p 1 – p2) > 0 thì chuông được
nâng lên ( hình vẽ b ). Khi đạt cân bằng ta có:
d(p1- p2). F = (dH + dy)Δf.g(ρm – ρ)
Với:
dh = dx + dy
d(p1 – p2) = dhg(ρm – ρ)
fdy = Δf.dH + (θ – F)dx
Trong đó :
F – tiết diện ngoài của chuông
7


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

dH – độ di chuyển của chuông.
Dy – độ di chuyển của chất lỏng trong chuông

Dx – độ di chuyển của chất lỏng ngoài chuông
Δf – diện tích tiết diện của chuông
Θ – diện tích của tiết diện bình lớn
Dh – chênh lệch mức chất lòng trong và ngoài chuông
F – diện tích tiết diện trong của chuông
Giải các phương trình trên ta có:
dH
Lấy tích phân giới hạn từ 0 tới (p1 – p2) nhận được phương trình đặc tính
tĩnh của áp kế vi sai kiểu chuông:
H=
Áp kế vi sai có độ chính xác cao có thể đo được áp suất thấp và áp su ất
chân không
1.3 ÁP KẾ CHẤT LỎNG
Ta có thể chia các áp kế này thành các loại sau :
Loại dùng trong phòng thí nghiệm
1.3.1 Áp kế loại chữ U:
Nguyên lý làm việc dựa vào độ chênh áp suất của cột chất lỏng : áp su ất
cần đo cân bằngđộ chênh áp của cột chất lỏng

8


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

P1 - P2 = γ.h = γ (h1 +h2)
. Khi đo một đầu nối áp suất khí quy ển một đầu nối áp su ất cần đo, ta
đo được áp suất
dư.

. Trường hợp này chỉ dùng công th ức trên khi γ của môi ch ất c ần đo
nhỏ hơn γ của môi
chất lỏng rất nhiều (chất lỏng trong ống chữ U).
Nhược điểm:
- Các áp kế loại kiểu này có sai số phụ thuộc nhiệt độ (do γ phụ thu ộc
nhiệt độ) và việc
đọc 2 lần các giá trị h nên khó chính xác.
- Môi trường có áp suất cần đo không phải là h ằng số mà dao động theo
thời gian mà ta
lại đọc 2 giá trị h1, h2 ở vào hai điểm khác nhau chứ không đ ồng th ời
được.
1.3.2 Áp kế một ống thẳng :

Ta thấy nếu biết : F1 , F2 thì khi đo ta chỉ cần đọc ở một nhánh tức là h2 =>
loại bỏ được
9


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

sai số do đọc hai giá trị. Nếu F1 >> F2 thì ta có th ể vi ết đ ược ΔP = γ h2. Sai
số của nó
thường là 1%. Với môi chất làm bằng nước thì có thể đo 160 mm H2O ÷
1000 mmH2O.
1.3.3 Vi áp kế :
Loại này dùng để đo các áp suất rất nhỏ

Góc α có thể thay đổi được và bằng 60o, 30°, 45° ...

Khi cân bằng : ΔP = ( h1 + h2 ) γ => h1 . F1 = h'2 . F2 ⇒ h1 = h'2 . F F2
1
Mà h2 = h'2. Sinα => ΔP = γh'2 (
F2F1
+Sinα )
Thay đổi (có thể thay đổi thang đo có thể đến 30mmH2O do h'2 > h2 nên
dễ đọc hơn do
đó sai số giảm.
1.3.4 Khí áp kế thủy ngân:
Là dụng cụ dùng đo áp suất khí quyển, đây là dụng cụ do khí áp chính xác
nhất.

Pb = h . γHg
Sai số đọc 0,1mm
Nếu sử dụng loại này làm áp kế chuẩn thì phải xét đến môi tr ường xung
10


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

quanh, do đó
thường có kèm theo 1 nhiệt kế để đo nhiệt độ môi trường xung quanh để
hiệu chỉnh.
1.3.5Chân không kế Mcleod:
Đối với môi trường có độ chân không cao, áp suất tuyệt đối nhỏ người ta
có thể chế tạodụng cụ đo áp suất tuyệt đối dựa trên định luật nén ép đoạn
nhiệt của khí lý tưởng.

Nguyên lý : Khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích tỷ lệ nghịch v ới
nhau.
P1 V1 = P2 . V2Loại này dùng ta để đo chân không.
Đầu tiên giữ bình Hg sao cho mức Hg ở ngay nhánh ngã 3. Nối P1 (áp suất
cần đo) vào
rồi nâng bình lên đến khi được độ lệch áp là h => trong nhánh kín có áp
suất P2 và thể
tích V2.
⇒ P2 = P1 + γ h ⇒ V2 ( P1 + γ h) = P1 . ⇒ P1=
h.g.V2
V1
−V
2
• Nếu V2 << V1 thì ta bỏ qua V2 ở mẫu ⇒ P1 = h.g V.V2
1
• Nếu giữ V V2
1
là hằng số thì dụng cụ sẽ có thang chia độ đều.
• Khoảng đo đến 10-5 mm Hg.
Người ta thường dùng với V1max = 500 cm3 , đường kính ống d = 1 ÷ 2,5
11


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

mm
1.3.6 Áp kế Pitston :
Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm có độ chính xác cao, dùng căn ch ỉnh

đồng hồ.

Khe hở giữa pít tông và xi lanh S phải thích hợp. Nếu S nh ỏ thì ma sát l ớn
=> độ nhạy
kém. Nếu S lớn => dầu lọt ra ngoài nhiều => không chính xác. 81/96
S
pt = 0,5 cm2 môi chất dùng là dầu biến áp hay dầu hỏa ho ặc d ầu tua bin
hoặc dầu
khoáng.
Tùy thuộc vào khoảng áp suất cần đo mà chọn độ nh ớt dầu thích h ợp. Khi
nạp dầu
thường nạp vào khoảng 2/3 xi lanh. Thường dùng loại này làm áp k ế
chuẩn để kiểm tra
các loại khác.
Hạn đo trên thường : 2,5 ; 6,0 ; 250 ; 600 ; 2 500 ; 10 000 ; 25 000 kG/cm2
CCX = 0,2 ÷ 0,02.
Đặc điểm của loại áp kế pít-tông thì trước khi sử dụng phải kiểm tra lại
các quả cân.
Loại dùng trong công nghiệp
Trong công nghiệp người ta thường dùng để đo hiệu áp suất gọi là hiệu áp
kế
Áp kế và hiệu áp kế đàn hồi.
Bộ phận nhạy cảm các loại áp kế này thường là ống đàn hồi hay h ộp có
màng đàn hồi,
khoảng đo từ 0 ÷ 10 000 kG/ cm2 và đo chân không t ừ 0,01 ÷ 760 mm Hg.
Đặc điểm của loại này là kết cấu đơn giản, có thể chuy ển tín hiệu bằng c ơ
12


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

khí, có thể sử
dụng trong phòng thí nghiệm hay trong công nghiệp, sử dụng thu ận tiện
và rẻ tiền.
+ Nguyên lý làm việc: Dựa trên sự phụ thuộc độ biến dạng của bộ phận
nhạy cảm hoặc
lực do nó sinh ra và áp suất cần đo, từ độ biến dạng này qua c ơ c ấu
khuếch đại và làm
chuyển dịch kim chỉ (kiểu cơ khí).
+ Các loại bộ phận nhạy cảm:
+ Cấu tạo và phạm vi ứng dụng:
* Màng phẳng :
- Nếu làm bằng kim loại thì dùng để đo áp suất cao.
- Nếu làm bằng cao su vải tổng hợp, tấm nhựa thì đo áp suất nhỏ h ơn (lo ại
này thường
có hai miếng kim loại ép ở giữa).
- Còn loại có nếp nhăn nhằm tăng độ chuyển dịch nên ph ạm vi đo tăng.
- Có thể có lò xo đàn hồi ở phía sau màng.
* Hộp đèn xếp : có 2 loại
- Loại có lò xo phản tác dụng, loại này màng đóng vai trò cách ly v ới môi
trường. Muốn
tăng độ xê dịch ta tăng số nếp gấp thường dùng đo áp suất nh ỏ và đo chân
không.
- Loại không có lò xo phản tác dụng.
* Ống buốc đông: Là loại ống có tiết diện là elíp hay ô van uốn thành cung
tròn
ống thường làm bằng đồng hoặc thép, nếu bằng đồng chịu áp lực < 100
kG/cm2

khi làm bằng thép (2000 ÷ 5000 kG/cm2). Và loại này có th ể đo chân không
đến 760
mm Hg.
. Khi chọn ta thường chọn đồng hồ sao cho áp suất làm việc n ằm kho ảng
2/3 số đo của
đồng hồ.
. Nếu áp lực ít thay đổi thì có khi chọn 3/4 thang đo.
Chú ý: - Khi lắp đồng hồ cần có ống xi phông để cản lực tác dụng lên đ ồng
hồ và phải
13


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

có van ba ngả để kiểm tra đồng hồ.
- Khi đo áp suất bình chất lỏng cần chú ý đến áp suất th ủy tĩnh.
- Khi đo áp suất các môi trường có tác dụng hóa h ọc cần phải có h ộp màng
ngăn.
- Khi đo áp suất môi trường có nhiệt độ cao thì ống phải dài 30 ÷ 50 mm và
không bọc
cách nhiệt.
- Các đồng hồ dùng chuyên dụng để đo một chất nào có tác dụng ăn mòn
hóa học thì
trên mặt người ta ghi chất đó.
- Thường có các lò xo để giữ cho kim ở vị trí 0 khi không đo.
1.4MỘT SỐ LOẠI ÁP KẾ ĐẶC BIỆT
Trong phạm vi chân không cao và áp suất siêu cao hiện nay người ta đều
dùng phương

pháp điện để tiến hành đo lường, các dụng cụ đo kiểu điện cho phép đ ạt
tới những hạn
đo cao hơn và có thể đo được áp suất biến đổi rất nhanh.
Chân không kế kiểu dẫn nhiệt : Hệ số dẫn nhiệt của chất khí ở áp suất
bình thường thì
không có quan hệ với áp suất nhưng ở điều kiện áp suất tương đối nh ỏ thì
người ta thấy
tồn tại quan hệ trên. Nhiệt độ dây dẫn khi đã cân bằng nhiệt sẽ thay đ ổi
tùy theo hệ số 84/96
dẫn nhiệt của khí và dùng cầu điện không cân bằng để xác đ ịnh đi ện tr ở
dây dẫn ta sẽ
biết được độ chân không tương ứng.
Chân không kế Ion : Nhờ hiện tượng ion hóa tạo nên dòng ion trong khí
loãng có quan
hệ với áp suất nên từ trị số của dòng ion người ta xác đ ịnh đ ược đ ộ chân
không của môi
trường. Có nhiều cách thực hiện việc ion hóa như : dùng tác dụng của từ
trường và điện
trường, sự dự phát xạ của catốt được đốt nóng khi có điện áp trên anôt,
dùng sự phóng
xạ ... và tùy theo các cách đó mà ta có các chân không kế khác nhau.
14


GV: NGUYỄN MINH VIỆT

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Áp kế kiểu áp từ : Áp suất tạo ra ứng lực cơ học trong v ật liệu s ắt t ừ bi ến
đổi sẽ làm.

15