Đo áp suất và chân không

Đo áp suất và chân không Đo áp suất và chân khơng Bởi: unknown Tình trạng làm việc thiết bị nhiệt thường có quan hệ mật thiết với áp suất làm việc thiết bị Thiết bị nhiệt ngày dùng với nhiệt độ áp suất cao nên dễ gây cố nổ vỡ, số trường hợp áp suất (hoặc chân khơng) trực tiếp định tính kinh tế thiết bị, lẽ mà nhiệt độ việc đo áp suất quan trọng ĐỊNH NGHĨA VÀ THANG ĐO ÁP SUẤT Định nghĩa Áp suất lực tác dụng vng góc lên đơn vị diện tích, ký hiệu p p = FS [ kG/cm2] Các đơn vị áp suất : 1Pa = N/m2 mm Hg = 133,322 N/m² mm H2O = 9,8 N/m² bar = 10 5N/m at = 9,8 10 4N/m² = kG/ cm² = 10 m H2O Người ta đưa số khái niệm sau : - Khi nói đến áp suất người ta nói đến áp suất dư phần lớn áp suất khí 1/18 Đo áp suất và chân không - Áp suất chân không : áp suất nhỏ áp suất khí - Áp suất khí ( khí áp ) : áp suất khí tác dụng lên vật pb (at) - Áp suất dư hiệu áp suất tuyệt đối cần đo khí áp Pd = Ptd - Pb - Áp suất chân khơng hiệu số khí áp áp suất tuyệt đối Pck = Pb - Ptd - Chân không tuyệt đối tạo Thang đo áp suất Tùy theo đơn vị mà ta có thang đo khác : kG/ cm² ; mmH2O - Nếu sử dụng dụng cụ đơn vị : mmH2O, mmHg H2O Hg phải điều kiện định ÁP KẾ CHẤT LỎNG Ta chia áp kế thành loại sau : 2/18 Đo áp suất và chân khơng Loại dùng phịng thí nghiệm Áp kế loại chữ U: Nguyên lý làm việc dựa vào độ chênh áp suất cột chất lỏng : áp suất cần đo cân độ chênh áp cột chất lỏng P1 - P2 = γ.h = γ (h1 +h2) Khi đo đầu nối áp suất khí đầu nối áp suất cần đo, ta đo áp suất dư Trường hợp dùng công thức γ môi chất cần đo nhỏ γ môi chất lỏng nhiều (chất lỏng ống chữ U) Nhược điểm: - Các áp kế loại kiểu có sai số phụ thuộc nhiệt độ (do γ phụ thuộc nhiệt độ) việc đọc lần giá trị h nên khó xác - Mơi trường có áp suất cần đo khơng phải số mà dao động theo thời gian mà ta lại đọc giá trị h1, h2 vào hai điểm khác không đồng thời 3/18 Đo áp suất và chân không Áp kế ống thẳng : Ta thấy biết : F1 , F2 đo ta cần đọc nhánh tức h2 => loại bỏ sai số đọc hai giá trị Nếu F1 >> F2 ta viết ΔP = γ h2 Sai số thường 1% Với mơi chất làm nước đo 160 mm H2O ÷ 1000 mmH2O Vi áp kế : Loại dùng để đo áp suất nhỏ Góc α thay đổi 60o, 30°, 45° Khi cân : ΔP = ( h1 + h2 ) γ => h1 F1 = h'2 F2 ⇒ h1 = h'2 Mà h2 = h'2 Sinα => ΔP = γh'2 ( F2 F1 +Sinα F2 F1 ) Thay đổi (có thể thay đổi thang đo đến 30mmH2O h'2 > h2 nên dễ đọc sai số giảm 4/18 Đo áp suất và chân không Khí áp kế thủy ngân: Là dụng cụ dùng đo áp suất khí quyển, dụng cụ khí áp xác Pb = h γHg Sai số đọc 0,1mm Nếu sử dụng loại làm áp kế chuẩn phải xét đến mơi trường xung quanh, thường có kèm theo nhiệt kế để đo nhiệt độ môi trường xung quanh để hiệu chỉnh Chân khơng kế Mcleod: Đối với mơi trường có độ chân không cao, áp suất tuyệt đối nhỏ người ta chế tạo dụng cụ đo áp suất tuyệt đối dựa định luật nén ép đoạn nhiệt khí lý tưởng 5/18 Đo áp śt và chân khơng Ngun lý : Khi nhiệt độ khơng đổi áp suất thể tích tỷ lệ nghịch với P1 V1 = P2 V2Loại dùng ta để đo chân khơng Đầu tiên giữ bình Hg cho mức Hg nhánh ngã Nối P1(áp suất cần đo) vào nâng bình lên đến độ lệch áp h => nhánh kín có áp suất P2 thể tích V2 ⇒ P2 = P1 + γ h ⇒ V2 ( P1 + γ h) = P1 ⇒ P1= h.g.V2 V1 − V2 • Nếu V2 độ nhạy Nếu S lớn => dầu lọt ngồi nhiều => khơng xác 6/18 Đo áp śt và chân không Spt = 0,5 cm2 môi chất dùng dầu biến áp hay dầu hỏa dầu tua bin dầu khoáng Tùy thuộc vào khoảng áp suất cần đo mà chọn độ nhớt dầu thích hợp Khi nạp dầu thường nạp vào khoảng 2/3 xi lanh Thường dùng loại làm áp kế chuẩn để kiểm tra loại khác Hạn đo thường : 2,5 ; 6,0 ; 250 ; 600 ; 500 ; 10 000 ; 25 000 kG/cm2 CCX = 0,2 ÷ 0,02 Đặc điểm loại áp kế pít-tơng trước sử dụng phải kiểm tra lại cân Loại dùng công nghiệp Trong công nghiệp người ta thường dùng để đo hiệu áp suất gọi hiệu áp kế Áp kế hiệu áp kế đàn hồi Bộ phận nhạy cảm loại áp kế thường ống đàn hồi hay hộp có màng đàn hồi, khoảng đo từ ÷ 10 000 kG/ cm2 đo chân khơng từ 0,01 ÷ 760 mm Hg Đặc điểm loại kết cấu đơn giản, chuyển tín hiệu khí, sử dụng phịng thí nghiệm hay cơng nghiệp, sử dụng thuận tiện rẻ tiền + Nguyên lý làm việc: Dựa phụ thuộc độ biến dạng phận nhạy cảm lực sinh áp suất cần đo, từ độ biến dạng qua cấu khuếch đại làm chuyển dịch kim (kiểu khí) + Các loại phận nhạy cảm: 7/18 Đo áp suất và chân không + Cấu tạo phạm vi ứng dụng: * Màng phẳng : - Nếu làm kim loại dùng để đo áp suất cao - Nếu làm cao su vải tổng hợp, nhựa đo áp suất nhỏ (loại thường có hai miếng kim loại ép giữa) - Cịn loại có nếp nhăn nhằm tăng độ chuyển dịch nên phạm vi đo tăng - Có thể có lị xo đàn hồi phía sau màng * Hộp đèn xếp : có loại - Loại có lị xo phản tác dụng, loại màng đóng vai trị cách ly với môi trường Muốn tăng độ xê dịch ta tăng số nếp gấp thường dùng đo áp suất nhỏ đo chân khơng - Loại khơng có lị xo phản tác dụng * Ống buốc đông: Là loại ống có tiết diện elíp hay van uốn thành cung tròn ống thường làm đồng thép, đồng chịu áp lực < 100 kG/cm2 làm thép (2000 ÷ 5000 kG/cm2) Và loại đo chân khơng đến 760 mm Hg 8/18 Đo áp suất và chân không Khi chọn ta thường chọn đồng hồ cho áp suất làm việc nằm khoảng 2/3 số đo đồng hồ Nếu áp lực thay đổi có chọn 3/4 thang đo Chú ý: - Khi lắp đồng hồ cần có ống xi phơng để cản lực tác dụng lên đồng hồ phải có van ba ngả để kiểm tra đồng hồ - Khi đo áp suất bình chất lỏng cần ý đến áp suất thủy tĩnh - Khi đo áp suất mơi trường có tác dụng hóa học cần phải có hộp màng ngăn - Khi đo áp suất mơi trường có nhiệt độ cao ống phải dài 30 ÷ 50 mm khơng bọc cách nhiệt - Các đồng hồ dùng chuyên dụng để đo chất có tác dụng ăn mịn hóa học mặt người ta ghi chất - Thường có lị xo để giữ cho kim vị trí khơng đo MỘT SỐ LOẠI ÁP KẾ ĐẶC BIỆT Trong phạm vi chân không cao áp suất siêu cao người ta dùng phương pháp điện để tiến hành đo lường, dụng cụ đo kiểu điện cho phép đạt tới hạn đo cao đo áp suất biến đổi nhanh Chân không kế kiểu dẫn nhiệt : Hệ số dẫn nhiệt chất khí áp suất bình thường khơng có quan hệ với áp suất điều kiện áp suất tương đối nhỏ người ta thấy tồn quan hệ Nhiệt độ dây dẫn cân nhiệt thay đổi tùy theo hệ số 9/18 Đo áp suất và chân khơng dẫn nhiệt khí dùng cầu điện không cân để xác định điện trở dây dẫn ta biết độ chân không tương ứng Chân khơng kế Ion : Nhờ tượng ion hóa tạo nên dịng ion khí lỗng có quan hệ với áp suất nên từ trị số dòng ion người ta xác định độ chân không môi trường Có nhiều cách thực việc ion hóa : dùng tác dụng từ trường điện trường, dự phát xạ catốt đốt nóng có điện áp anơt, dùng phóng xạ tùy theo cách mà ta có chân không kế khác Áp kế kiểu áp từ : Áp suất tạo ứng lực học vật liệu sắt từ biến đổi làm biến đổi hệ số dẫn từ vật liệu Lợi dụng hiệu ứng áp từ ta chế tạo nhạy cảm kiểu áp từ Áp kế áp suất điện trở : Muốn đo áp suất lớn 10.000 kG/cm2 có cách dùng phận nhạy cảm áp suất điện trở làm áp kế CÁC CÁCH TRUYỀN TÍN HIỆU ĐI XA Trong đo lường thường sử dụng thiết bị để truyền tín hiệu xa, tín hiệu : - Góc quay ống buốc đơng P => α - Sự chuyển dịch thẳng (màng) P => h , x - Góc quay kết hợp với đo tổng giá trị góc vận tốc quay tức thời - Độ nén, ép mômen quay sơ đồ bù Để truyền tín hiệu xa người ta thường dùng hệ thống điện khí nén Hệ thống dùng biến trở Trong hệ thống truyền tín hiệu dùng máy tạo nên độ chuyển dịch tiếp điểm trượt với biến trở nhờ dựa vào biến đổi điện trở để tìm giá trị lượng cần đo Và nhờ cầu điện để xác định độ biến đổi điện trở Ngồi ta cịn dùng điện kế để xác định độ biến đổi điện trở 10/18 Đo áp suất và chân không Hệ thống truyền xa kiểu cảm ứng Nguyên lý làm việc: Nếu đưa vào cuộn dây có dịng điện qua lõi sắt điện cảm dây tăng lên phụ thuộc vào vị trí lõi sắt, biến đổi độ xê dịch lõi sắt làm thay đổi điện cảm qua cuộn Mà thay đổi điện cảm dẫn đến làm thay đổi vị trí lõi sắt Khi X = lõi sắt nằm cuộn dây Khi X ≠ có dịng I ≠ 0, dịng điện cuộn thứ cấp thay đổi tương ứng với dòng sơ cấp Thường dùng cuộn dây có 3100 vịng làm Cu φ= 0,64 mmn => Z= 20,8 ÷ 21,8 Ω 11/18 Đo áp suất và chân không Máy biến áp sai động Khi có điện áp U xoay chiều cuộn thứ cấp xuất sđđ cảm ứng e1 e2 Trị số lệch pha sđđ phụ thuộc vào vị trí chiều chuyển động lõi sắt Cấu tạo : thường cuộn sơ cấp 2700 vòng, cuộn thứ cấp 4000 vòng Dây đồng φ0,27 mm U = 2,5 ÷ 6,3 v Đầu tiên chỉnh cho : X = eT = 5mv M U−M U Dòng eT sinh I = 12Ζ + Ζft2 với M1 M2 hệ số hổ cảm dây s1 s2 , Z - trở kháng cuộn thứ cấp, Zft - trở kháng phụ tải Trong số trường hợp để thuận tiện cho việc chỉnh định lõi sắt gắn dễ dàng xê dịch Hệ thống truyền xa dùng máy biến áp sai động 12/18 Đo áp suất và chân không Các cuộn sơ cấp mắc nối tiếp để tránh độ lệch pha dịng điện thứ cấp Ngun lý hoạt động : vị trí lõi sắt MBA phía sơ cấp phía thứ cấp khơng eT ≠ eT’ => xuất Δe ≠ tín hiệu đưa vào BKĐĐT góc pha Δe định chiều quay ĐCTN (Pg) => cam quay, đưa lõi sắt phía thứ cấp vị trí tương ứng với lõi sắt phía sơ cấp Δe = động dừng lại Thực tế góc lệch pha cuộn sơ thứ cấp ≠ (do nhiệt độ khác nhau) => mạch thứ cấp sinh điện áp cân Nếu độ chênh nhiệt độ phía sơ cấp phía thứ cấp 10oC sai số dùng MBA 0,1 ÷ 0,15% Người ta sử dụng hệ thống để truyền xa cho áp kế, dùng màng đàn hồi 13/18 Đo áp suất và chân không Bộ chuyển đổi sắt động Nguyên lý : Cuộn dây kích thích Wk quấn quanh chốt ni dịng xoay chiều UK 50Hz 12 60V Giả sử khung dây lệnh hướng N - N góc α khung xuất sđđ Ep = w √2 φ => Ep = w √2 Bc.l.Rcα l - chiều dài khung Rc - bán kính khung φ - số từ thơng mắc vòng khung dây 14/18 Đo áp suất và chân không BC - trị số biên độ cảm ứng khung dây Trường hợp BC có quan hệ tuyến tính : Suy Ep = C α Thường α = ( -20o ÷ + 20o ), Ep = -1v ÷ 1v Khi điều chỉnh cuộn chuyển dịch Wc Ep thay đổi đến α = - 20o lúc Ep = ta có khoảng chia ÷ 40o - a đường khơng có cuộn dây chuyển dịch - b đường có cuộn dây chuyển dịch - c đường có cuộn dây chuyển dịch gấp lần Để thay đổi độ dốc đường đặc tính ta thay đổi chốt di động Sơ đồ nguyên lý: Bộ chuyển đổi phía sơ cấp phía thứ cấp hồn tồn Hai cuộn dây kích thích chúng mắc nối tiếp dùng chung nguồn điện với khuếch đại điện từ, khung dây mắc nối tiếp ngược để so sánh suất điện động cảm ứng chuyển đổi với nhau, độ chênh lệch Δe suất điện động cảm ứng đặt BKĐĐT => chuyển động động thuận nghịch (Pg) Động đưa khung dây chuyển đổi phía đồng hồ thứ cấp vị trí tương ứng để Δe = lúc động dừng lại kết đo thể đồng hồ thứ cấp Hệ thống truyền xa sắt động 15/18 Đo áp suất và chân không thường hay dùng công nghiệp luyện kim, dùng nhiều đo áp suất đo lưu lượng đo mức cao chất nước Bộ chuyển đổi dùng cho cặp nhiệt Sơ đồ nguyên lý: Nguyên lý : Khi lượng cần đo (nhiệt độ) biến đổi dẫn đến xuất hiệu điện sđđ Ex cặp nhiệt điện áp không cân cầu điện Với điện áp phản hồi U1 điện trở Rph đưa vào điều chế qua BKĐ điều chế nghịch Dòng điện từ BĐCN qua đồng hồ đo qua Rpt qua Rph đồng hồ cho biết trị số lực cần đo U1 có trị số đủ bù Ex (U = 0) Bộ chuyển đổi dùng khí nén Tùy theo ống phun đặt ngồi hay đặt buồng trung gian mà ta gọi BCĐ ống phun 16/18 Đo áp suất và chân khơng a- Khí nén dùng cho chuyển đổi khơng khí có áp suất P1 = const (P1 = 0,4 ÷ kG/ cm2 ) lấy từ nguồn cấp khí nén làm bụi bẩn, khơng khí nén qua cửa tiết lưu có trở lực không đổi vào buồng trung gian 2, qua cửa tiết lưu trở lực biến đổi thoát ngồi Khi lượng cần đo (X) biến đổi tín hiệu tác động lên chắn biến đổi => h biến đổi => P2 đặc trưng cho lượng cần đo Nhờ đường dẫn từ buồng tới buồng đo đồng hồ thứ cấp tạo nên số , chuyển đổi có tín hiệu vào X mà X thường nhỏ (0,02 ÷0,05mm) => khó xác b- sơ đồ b (bộ chuyển đổi trong) tín hiệu vào X thay đổi áp suất (chỉ huy) P2 biến đổi lực P2 tác dụng lên màng cân với lực tác dụng tín hiệu vào, nhờ phương pháp bù lực nên áp suất không khí P1 biến đổi phạm vi ± 10% mà khơng ảnh hưởng tới độ xác tín hiệu P2 Hầu tất dụng cụ khí nén kiểu đại dùng chuyển đổi kiểu ống phun chắn Trong thiết bị h < 0,1mm ta xây dựng quan hệ P2 = f(h) (khi P1 = 1) Bộ chuyển đổi kiểu Điện - Khí nén Nguyên lý : Tạo nên lực tỷ lệ với dòng điện chiều đo lực cách bù lực tạo hệ thống khí nén (đã biến tín hiệu chiều thành tín hiệu khí nén có áp suất tỷ lệ dịng chiều) Tín hiệu vào dịng chiều Iv tùy theo chiều dòng điện mà nam châm hút hay đẩy => bị tác động làm bi xê dịch so với ống phun => áp suất nhánh phần tử "ống phun - bi" thay đổi đồng thời áp suất đầu Pra BKĐKN thay đổi lực phản hồi khí nén tác dụng lên bi đặt vào đòn bẩy biến đổi tới cân lực cuộn gây nên 17/18 Đo áp suất và chân không Lò xo dùng xác định trị số ban đầu tín hiệu vào Iv = P2 = 0,2 kG/cm2 P nguồn khơng khí có áp suất 0,4 kG/cm2 dịng điện chiều Iv = ÷ mA ⇒ P2 = 0,2 ÷ kG/cm² 18/18 ... định luật nén ép đo? ??n nhiệt khí lý tưởng 5/18 Đo áp suất và chân không Nguyên lý : Khi nhiệt độ khơng đổi áp suất thể tích tỷ lệ nghịch với P1 V1 = P2 V2Loại dùng ta để đo chân không Đầu tiên... loại đo chân khơng đến 760 mm Hg 8/18 Đo áp suất và chân không Khi chọn ta thường chọn đồng hồ cho áp suất làm việc nằm khoảng 2/3 số đo đồng hồ Nếu áp lực thay đổi có chọn 3/4 thang đo Chú... thay đổi tùy theo hệ số 9/18 Đo áp suất và chân không dẫn nhiệt khí dùng cầu điện khơng cân để xác định điện trở dây dẫn ta biết độ chân không tương ứng Chân không kế Ion : Nhờ tượng ion hóa