đo lường tự động hóa: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT

BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

TS. LÊ NGỌC TRÂN
Email:


Nội dung
Tổng quan về đo lường, điều khiển và giám sát tự
động

ĐO
LƯỜNG
CẢM
BIẾN

Các khái niệm, định nghĩa, nguyên lý của cảm biến

Cảm biến đo lường và ứng dụng


3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ
DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT


Một số định nghĩa về áp suất
Áp suất được định nghĩa là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích
P = F/A

Áp suất tuyệt đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và chân

không tuyệt đối (áp suất bằng 0).

Áp suất dư/tương đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và môi
trường xung quanh (khí quyển).

Áp suất vi sai: là áp suất chênh lệch giữa hai điểm đo, một điểm
được chọn làm điểm tham chiếu.


Một số định nghĩa về áp suất


Một số định nghĩa về áp suất
Đơn vị đo
Trong hệ SI: Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar.
Châu Âu: bar, Bắc Mỹ: psi, Châu Á: kg/cm2, MPa.
Đơn vị

pascal

bar

áp suất

(Pa)

(b)

1

10-5

105

1

1,02

9,8.104

0,980

1,013.105

1,013

1Pascal
1 bar
1 kg/cm2

1 atm

kg/cm2

atmotsphe

mmH2O

mmHg

mbar

1,02.10-1

0,75.10-2

10-2

0,987

1,02.104

750

103

1

0,986

104

735

9,80.102

1,033

1

1,033.104

760

1,013.10

(atm)
1,02.10-5 0,987.10-5

3

9,8

9,8.10-5

1mmHg

133,3

13,33.10-4

1mbar

100

10-3

1mmH2O

10-3

0,968.10-4

1

0,0735

0,098

1,36.10-3 1,315.10-3

136

1

1,33

1,02.10-3 0,987.10-3

1,02

0,750

1


Nguyên lý đo áp suất và phân loại
Thiết bị đo áp suất
Quá
trình cần

đo

Cảm nhận sự
thay đổi lực tác
động lên

Tín hiệu cơ

Chuyển đổi lực
Thành các đại
lượng

Tín hiệu điện
Tín hiệu khí nén

Các loại áp kế:
Áp kế dạng cơ khí:  Áp kế hộp xếp
 Áp kế lò xo ống
 Áp kế chất lỏng

 Đo áp suất

Áp kế dạng điện:

 Đo áp suất chênh lệch






Điện trở
Điện dung
Áp trở
Áp điện


Áp kế dạng cơ khí
 Áp kế lò xo ống
Cấu tạo và nguyên lý


Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế lò xo ống
Các dạng

a) Dạng ống chữ C; b, c) dạng ống xoắn


Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế lò xo ống


Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế lò xo ống

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế dạng màng chắn


Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế hộp xếp
Cấu tạo và nguyên lý

Được làm bằng đồng, BeCu, Monel etc..
Khoản dịch chuyển tỉ lệ với số lượng nếp cuộn
Độ nhạy tỉ lệ thuận với kích thước
Áp suất kiểu hộp xếp có thể phát hiện áp suất
thấp hơn kiểu màng
Phạm vi đo từ: 0-5 mmHg to 0-2000 psi
Độ chính xác trong khoản 1% độ giãn


Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế hộp xếp


Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế chất lỏng

Dạng chữ U

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế chất lỏng

Khi chất lỏng trong ống là thủy ngân, ví dụ, áp lực h chỉ định thường được biểu diễn theo
inch (hoặc mm) của thủy ngân. Để chuyển đổi sang pounds mỗi inch vuông (hoặc kg mỗi
cm vuông),P2 = ρhg.
P2 = pressure, (kg/cm2)
ρ = density, (kg/cm3)
h = height, (cm)


Áp kế dạng cơ khí
 Áp kế chất lỏng
Dạng bồn chứa

D  d : p1  p2  m .g.h

 

 

2
2




d

d
p1  p2   m .g. h  h


.
g
.
h
.
1




m
D
D






Áp kế dạng cơ khí
 Áp kế chất lỏng
Trong loại áp kế này, diện tích
mặt cắt ngang của một chân
(giếng) là lớn hơn nhiều so với
các chân khác. Khi áp lực được
áp dụng cho tốt, chất lỏng làm

giảm nhẹ so với sự gia tăng chất
lỏng trong chân khác.


Áp kế dạng cơ khí
 Áp kế chất lỏng
Dạng ống nghiêng

p1  p2  m .g.h  m .g.L. sin 


Áp kế dạng cơ khí
 Áp kế chất lỏng
Kiểu phao


Áp kế điện
Loại đo điện dung
Gồm 2 bản cực, 1 bản cực cố định, 1 bản cực là màn
chắn chịu tác động của áp suất
Đo áp suất dựa vào điện dung của tụ điện

Màng thường sử dụng là metal, ceramic, và silicon.
Áp suất được đo với độ nhạy cao. Do đo áp suất
kiểu điện dung thường dùng đo (áp suất tuyệt đối,
sai lệch, đồng hồ đo).
Loại này có nguyên lý hoạt động đơn giản dựa vào giá trị
của điện dung để xác định áp suất. Điện dung của tụ được
thay đổi bằng cách thay đổi khoảng cách của cực tụ.

Áp kế điện
Loại lực căng (điện trở)

Hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi sự thay đổi của lực thành
tín hiệu điện.
Điện trở của vật liệu dẫn điện thay đổi phụ thuộc vào áp suất. Vật
liệu thường dùng là kim loại, chịu sự kéo hoặc nén và thay đổi giá trị
điện trở. (Strain gauge).


Áp kế điện
 kiểu áp điện trở
Làm việc dựa trên sự biến dạng của cấu trúc màng ( khi có áp suất tác
động đến) được chuyển thành tín hiệu điện nhờ cấy trên đó các phần
tử áp điện trở.
Khi lớp màng bị biến dạng uốn cong, các áp điện trở sẽ thay đổi giá trị.
Độ nhạy và tầm đo của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào màng và kích
thước, cấu trúc, vị trí các áp điện trở trên màng.


Áp kế điện
kiểu áp điện trở

Màng sử dụng trong cảm biến là màng rất nhạy với tác động của áp
suất. Bốn điện trở được đặt tại 4 trung diểm của các cạnh màng, 2 cặp
điện trở song song với màng và 2 cặp điện trở vuông góc với màng ( để
khi màng bị biến đổi thì 2 cặp điện trở này có chiều biến dạng trái ngược
nhau ). Bốn điện trở trên được ghép lại tạo thành cầu Wheatsone.

Áp kế điện
kiểu áp điện trở

Khi không có áp suất tác động các
điện trở ở trạng thái cân bằng, điện
áp ngõ ra bằng 0. Khi có áp suất tác
động màng mỏng bị biến dạng , các
giá trị điện trở thay đổi, cụ thể giá
trị các áp điện trở song song với
cạnh màng giảm thì giá trị các áp
điện trở vuông góc với cạnh màng
tăng và ngược lại khi đó sẽ tạo điện
áp ngõ ra khác 0. Sự thay đổi giá trị
điện trở phụ thuộc và độ biến dạng
của màng, vì vậy bằng cách kiểm
tra điện áp ngõ ra đó ta có thể tính
toán được áp suất cần đo.