Bài giảng ĐO LƯỜNG NHIỆT Chương 3 Đo áp suất Bộ môn TĐH&ĐK quá trình Nhiệt – Lạnh

CHƢƠNG 3: ĐO ÁP SUẤT Pressure measurement Nội dung 3.1 Một số khái niệm 3.2 Áp kế cột chất lỏng 3.3 Áp kế đàn hồi 3.4 Áp kế pittông kiểm định áp kế đàn hồi 3.5 Áp kế điện 3.1 Một số khái niệm  Theo quan điểm học: Áp suất tỷ số lực tác dụng vng góc với bề mặt diện tích bề mặt đó: P = F/ S  Đơn vị đo áp suất dẫn xuất từ đơn vị đo lực đo diện tích  Trong hệ SI lực đo niutơn (N), diện tích đo mét vuông (m2) Áp suất đo N/m2 hay gọi pascan (Pa)  Trong thực tế đơn vị Pa nhỏ nên hay dùng bội thập phân nó: kPa, MPa, GPa,… 3.1 Một số khái niệm (tiếp)  Do thói quen sử dụng từ nhiều năm, kỹ thuật sử dụng đơn vị đo áp suất khác như: bar (mbar), kG/cm2, at (át mốt phe kỹ thuật), mmHg (Torr), mmH20 (mmAq)  Ở quốc gia sử dụng hệ đơn vị Anh, áp suất đo bằng: PSI, inHg, inH20  Thông thường chiều cao cột chất lỏng tính đổi đktc: - Gia tốc trọng trường tiêu chuẩn: gtc = 9,80665 m /s2 - Nhiệt độ tiêu chuẩn: + Đối với thủy ngân : ttc = 0C + Đối với nước: ttc = 0C 3.1 Một số khái niệm (tiếp) Bảng chuyển đổi số đơn vị đo áp suất Đơn vị Pa (N/m2) bar at (kG/cm2) mmHg (Torr) mmH2O psi Pa (N/m2) 10-5 10,197.10-6 7,50.10-3 10,197 10-2 154,04 10-6 bar 105 1,0197 750,06 10,197 103 14,504 at (kG/cm2) 9,81.104 0,981 735,56 104 14,223 mmHg (Torr) 133,322 13,595 19,337 10-3 mmH2O 9,81 73,556.10-3 14,223 10-2 psi 6,895.103 51,715 7,03.102 1,333.10-3 13,595.10-4 9,81.10-5 10-4 68,95.10-3 70,307.10-3 3.1 Một số khái niệm (tiếp) Khi đo AS người ta phân biệt:    AS tuyệt đối Ptđ: AS tổng mà vật phải chịu, tính từ điểm tuyệt đối (thường dùng nhiệt động học NC trạng thái vật chịu tải trọng vật lý xác định NĐ sôi chất lỏng khác AS khí (khí áp) Pkq: AS lớp KK bao quanh trái đất mà tất vật phải chịu AS tương đối (AS đồng hồ) Ptgđ: phần AS chênh lệch AS tuyệt đối AS khí Ptgđ = Ptđ - Pkq Ptgđ > gọi AS dư, Ptgđ < gọi AS âm chân không 3.1 Một số khái niệm (tiếp)  Đồ thị biểu diễn loại AS: 3.1 Một số khái niệm (tiếp)  Khi nói chân khơng thường sử dụng AS tuyệt đối (đôi sử dụng AS tương đối mà đồng hồ chỉ, phải có dấu âm)  Độ chân khơng cao AS tuyệt đối nhỏ  Chân không phân số dải (tương đối): - Chân không thấp: 3,3.103 Pa < P < 105 Pa - Chân khơng trung bình: 10-1 Pa < P < 3,3.103 Pa - Chân không cao: 10-4 Pa < P < 10-1 Pa - Chân không cao: 10-7 Pa < P < 10-4 Pa - Chân không siêu cao: 10-10 Pa < P < 10-7 Pa - Chân không siêu cao độ: P < 10-10 Pa 3.2 Phân loại dụng cụ đo AS  Dụng cụ dùng đo AS gọi áp kế, đo hiệu AS gọi hiệu áp kế, đo chân không gọi chân không kế  Theo nguyên lý hoạt động, chia nhóm: A- Nhóm đo theo pp trực tiếp  Lực AS tạo cân với lực thủy tĩnh cột chất lỏng chất khí, lực đàn hồi chi tiết đàn hồi, lực trọng lực lực li tâm  Dùng đo AS dải thường dùng: 10-3 Pa < P < 108 Pa 1- AK chất lỏng: - AK cột chất lỏng - ống thủy tinh (AK chữ U, AK ống thẳng, vi AK ống nghiêng) - AK hình khun - AK phao - AK chng 3.2 Phân loại dụng cụ đo AS (tiếp) 2- AK đàn hồi: - AK màng đàn hồi: loại màng phẳng, màng vùng, màng nếp sóng hộp màng - AK ống đàn hồi (ống Bourdon): loại vòng, nhiều vịng - AK kiểu hộp xếp (xi phơng) 3- AK pittông: - AS cần đo cân với AS gây trọng lượng pittông cân nằm - AK xác nhất, dùng để kiểm định, hiệu chuẩn khắc độ AK đàn hồi 10 3.6 Áp kế điện (tiếp) 2- Bộ chuyển đổi AS dựa CB kiểu độ biến dạng:  Các CB độ biến dạng kiểu điện trở sử dụng rộng rãi CN (đo lực, AS, tải trọng, mômen, gia tốc,…)  Nguyên lý: phần tử KL bán dẫn bị biến dạng kích thước hình học điện trở suất thay đổi, điện trở chúng thay đổi  Trong trường hợp đo AS, CB độ biến dạng gắn chặt lên phần tử đàn hồi (màng, hộp xếp, ống lò xo Bourdon cần đàn hồi HT truyền động AK 64 3.6 Áp kế điện (tiếp) 2- Bộ chuyển đổi AS dựa CB kiểu độ biến dạng:  Các CB độ biến dạng kiểu điện trở sử dụng rộng rãi CN (đo lực, AS, tải trọng, mômen, gia tốc,…)  Phần tử CB độ biến dạng kiểu điện trở:    Lực (F), ứng suất (F/S) kéo nén, độ biến dạng dọc eL(l / l ) ngang eT Biến dạng đàn hồi: biến dạng đồng thời với ứng suất gây Mơđun đàn hồi = ứng suất / độ biến dạng 65 3.6 Áp kế điện (tiếp)   Các phần tử KL bán dẫn bị biến dạng kích thước hình học điện trở suất thay đổi, điện trở chúng thay đổi R  l S Đối với KL, biến dạng đàn hồi điện trở suất thay đổi, điện trở thay đổi chủ yếu biến đổi kích thước hình học - Hiệu ứng tenzo  Đối với bán dẫn, bị biến dạng điện trở thay đổi chủ yếu điện trở suất thay đổi (~ 98%) - Hiệu ứng áp trở 66 3.6 Áp kế điện (tiếp) a- Kết cấu CB chế tạo từ KL 67 3.6 Áp kế điện (tiếp) 68 3.6 Áp kế điện (tiếp)  69 3.6 Áp kế điện (tiếp) b- Kết cấu CB chế tạo từ bán dẫn 70 3.6 Áp kế điện (tiếp) 3- Bộ chuyển đổi AS dựa Hiệu ứng Hall  Hiệu ứng Hall: VH = k.I.B 71 3.6 Áp kế điện (tiếp)  Bộ chuyển đổi AS kiểu Hall: 72 3.6 Áp kế điện (tiếp) 4- Bộ chuyển đổi AS kiểu BA vi sai (kiểu cảm ứng) 73 3.6 Áp kế điện (tiếp) 5- Bộ chuyển đổi AS kiểu điện lực (kiểu cân lực) 74 3.6 Áp kế điện (tiếp) 5- Bộ chuyển đổi AS kiểu điện lực (kiểu cân lực) 75 3.6 Áp kế điện (tiếp) Bộ chuyển đổi AS kiểu điện trở - ống thủy tinh Vout  K R R 76 3.6 Áp kế kiểu nhiệt   Là thiết bị đo chân không Nguyên lý đo dựa quan hệ độ dẫn nhiệt áp suất 77 3.6 Áp kế kiểu ion   Là thiết bị đo chân không, áp suất nhỏ 10-13 ÷ 10-3 bar Nguyên lý đo dựa quan hệ độ dẫn nhiệt λ áp suất 78