Chơng Đo áp suất 3.1 áp suất phơng pháp đo áp suất Trong công nghiệp luyện kim sử dụng nhiều thiết bị thủy lực khí nén, để hệ thống làm việc bình thờng phải đo kiểm tra áp suất cách liên tục, áp suất chất lỏng, khí vợt giới hạn định ảnh hởng xấu đến hoạt động thiết bị, chí làm hỏng nổ bình chứa, đờng ống dẫn gây thiệt hại nghiêm trọng Bởi vậy, việc đo áp suất chất lu có ý nghĩa lớn việc đảm bảo an toàn cho thiết bị nh giúp cho việc kiểm tra điều khiển hoạt động máy móc thiết bị có sử dụng chất lu 3.1.1 áp suất đơn vị đo a) Khái niệm Khi chứa chất lỏng, chất khí (gọi chung chất lu) vào bình chứa gây nên áp lực tác dụng lên thành bình áp suất đại lợng có giá trị lực tác dụng vuông góc lên đơn vị diện tích thành bình: p= dF dS (3.1) Trong đó: dF: lực tác dụng [N] dS: diện tích thành bình chịu lực tác dụng [m2] Trong trờng hợp chất lu không chuyển động, áp suất chất lu áp suất tĩnh (pt) trọng lợng cột chất lu gây nên cộng với tác dụng áp suất khí tác dụng lên mặt tho¸ng cđa chÊt l−u p t = p + gh (3.2) Trong đó: po: áp suất khí : khối lợng riêng chất lu g: gia tốc trọng trờng h: khoảng cách từ điểm khảo sát đến mặt tho¸ng tiÕp xóc víi khÝ qun - 45 - Trong trờng hợp chất lu chuyển động, áp suất chất lu gồm hai thành phần, gồm suất tĩnh (pt) áp suÊt ®éng (p®): p = p t + p® (3.3) áp suất tĩnh phụ thuộc vào vị trí điểm khảo sát, trị số xác định theo công thức (3.2) áp suất động (pt) thành phần chuyển động chất lu gây nên, trị số phụ thuộc vào tốc độ chuyển động chất lu, đợc xác định theo công thức: v pđ = (3.4) Trong ®ã v lµ tèc ®é chun ®éng cđa chÊt l−u b) Đơn vị đo áp suất Trong hệ đơn vị quốc tế (SI) đơn vị áp suất pascal (Pa): Pa áp suất tạo lực có độ lớn 1N phân bố đồng diện tích 1m2 theo hớng pháp tuyến Đơn vị Pa tơng đối nhỏ nên công nghiệp ngời ta dùng đơn vị áp suất bar (1 bar = 105 Pa) số đơn vị khác Bảng 3.1 trình bày đơn vị đo áp suất hệ số chuyển đổi chúng Bảng 3.1 Đơn vị đo áp suất hệ số chuyển đổi đơn vị Đơn vị pascal bar áp suất (Pa) (b) 10-5 1,02.10-5 105 9,8.104 kg/cm2 atmotsphe mmH2O mmHg mbar 0,987.10-5 1,02.10-1 0,75.10-2 10-2 1,02 0,987 1,02.104 750 103 0,980 0,986 104 735 9,80.102 1,013.105 1,013 1,033 1,033.104 760 1,013.103 1mmH2O 9,8 9,8.10-5 10-3 0,968.10-4 0,0735 0,098 1mmHg 133,3 13,33.10-4 1,36.10-3 1,315.10-3 136 1,33 100 10-3 1,02.10-3 0,987.10-3 1,02 0,750 1Pascal bar kg/cm2 atm 1mbar (atm) 3.1.2 Phơng pháp đo áp suất Phơng pháp đo áp suấp phụ thuộc vào dạng áp suất Đối với áp suất tĩnh tiến hành đo phơng pháp sau: - 46 - + Đo trực tiếp áp suất chất lu thông qua lỗ đợc khoan thành bình + Đo gián tiếp thông qua đo biến dạng thành bình dới tác ®éng cđa ¸p st Trong c¸ch ®o thø nhÊt, phải sử dụng đầu đo đặt sát thành bình Trong trờng hợp này, áp suất cần đo đợc cân b»ng víi ¸p st thủ tØnh cét chÊt láng làm việc tạo nên tác động lên vật trung gian có phần tử nhạy cảm với lực ¸p st g©y Khi sư dơng vËt trung gian để đo áp suất, thiết bị đo thờng trang bị thêm phận chuyển đổi điện Để sai số đo nhỏ, thể tích chết kênh dẫn đầu đo phải không đáng kể so với thể tích tổng cộng chất lu cần đo áp suất Trong cách đo thứ hai, ngời ta gắn lên thành bình cảm biến đo ứng suất để đo biến dạng thành bình Biến dạng hàm áp suất Phơng pháp đo áp suất động dựa nguyên tắc chung đo hiệu áp suất tổng áp suất tĩnh Khi dòng chảy va đập vuông góc với mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng áp suất tổng Thông th−êng viƯc ®o hiƯu (p - pt) thùc hiƯn nhê hai đầu đo nối với hai đầu ống Pitot, đầu đo thứ đo áp suất tổng đầu đo thứ hai đo áp suất tĩnh Pđ=p-pt Hình 3.1 Đo áp suất động ống Pitot Có thể đo áp suất động cách đặt áp suất tổng lên mặt trớc áp suất tĩnh lên mặt sau màng đo (hình 3.2), nh tín hiệu đầu đo cung cấp chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh p pt Hình 3.2 Đo áp suất động màng 1) Màng đo 2) Phần tử áp điện - 47 - 3.2 áp kế dùng dịch thể Nguyên lý chung phơng pháp dựa nguyên tắc cân b»ng ¸p st chÊt l−u víi ¸p st thủ tÜnh chất lỏng làm việc áp kế 3.2.1 Vi ¸p kÕ kiÓu phao Vi ¸p kÕ kiÓu phao gåm hai bình thông nhau, bình (1) có tiết diện lớn F bình nhỏ có tiết diện f (hình 3.3) Chất lỏng làm việc thuỷ ngân hay dầu biến áp Khi đo, áp suất lớn (p1) đợc đa vào bình lớn, áp suất bé (p2) đợc đa vào bình nhỏ Để tránh chất lỏng làm việc phun cho áp suất tác động phía, ngời ta mở van (4) áp suất hai bên cân bằng, van (4) đợc khoá lại p2 p1 h2 h1 H×nh 3.3 Vi áp kế kiểu phao 1) Bình lớn 2) Phao 3) Kim thị 4, 5, 6) Van 7) Bình nhỏ Khi đạt cân áp suất, ta có: p − p = g(ρ m − ρ )(h1 + h ) Trong ®ã: g - gia tốc trọng trờng m - trọng lợng riêng chất lỏng làm việc - trọng lợng riêng chất lỏng khí cần đo Mặt khác từ cân thÓ tÝch ta cã: F.h1 = f h Suy ra: h1 = (p − p ) (1 + F / f )(ρ m − ρ)g - 48 - (3.5) Khi møc chÊt láng b×nh lín thay đổi (h1 thay đổi), phao áp kế dịch chuyển qua cấu truyền động làm quay kim thị đồng hồ đo Biểu thức (3.5) phơng trình đặc tính tĩnh áp kế vi sai kiểu phao áp kế vi sai kiểu phao dùng để đo áp suất tĩnh không lớn 25MPa Khi thay ®ỉi tØ sè F/f (b»ng c¸ch thay èng nhá) ta thay đổi đợc phạm vi đo Cấp xác áp suất kế loại cao (1; 1,5) nhng chứa chất lỏng độc hại mà áp suất thay đổi đột ngột tràn ảnh hởng đến đối tợng đo môi trờng 3.2.2 Vi áp kế kiểu chuông Cấu tạo vi áp kế kiểu chuông (hình 3.4), gồm chuông (1) nhúng chất lỏng làm việc chứa bình (2) 3 p2 p2 A dx B dH dy p1 p1 a b) Hình 3.4 Vi áp kế kiểu chuông 1) Chuông 2) Bình chứa 3) Chỉ thị Khi áp suất buồng (A) (B) nắp chuông (1) vị trí cân (hình 3.4a), có biến thiên độ chênh áp d(p1-p2) >0 chuông đợc nâng lên (hình 3.4b) Khi đạt cân ta có: d (p − p ).F = (dH + dy )∆f g(ρ m − ρ ) Víi: dh = dx + dy d (p − p ) = dh (ρ m − ρ )g fdy = ∆f dH + (Φ − F )dx Trong ®ã: F - tiết diện chuông dH - độ di chuyển chuông - 49 - (3.6) dy - độ dịch chuyển mức chất lỏng chuông dx - độ dịch chuyển mức chất lỏng chuông f - diện tích tiết diện thành chuông - diện tích tiết diện bình lớn dh - chênh lệch mức chất lỏng chuông f - diện tích tiết diện chuông Giải phơng trình ta có: dH = f d (p1 p ) ∆f g(ρ m − ρ ) LÊy tích phân giới hạn từ đến (p1 - p2) nhận đợc phơng trình đặc tính tĩnh áp kế vi sai kiĨu chu«ng: H= f (p1 − p ) ∆f g(ρ m − ρ ) (3.7) ¸p kÕ vi sai có độ xác cao đo đợc áp suất thấp áp suất chân không 3.2.3 Vi áp kế bù Vi áp kế bù (hình 3.5a) gồm hai bình thông (1) (2), bình (2) có kim (3) Bình (1) di động lªn xuèng nhê vÝt (4) b) c) d) a) Hình 3.5 Vi áp kế bù 1) B×nh lín 2) B×nh bÐ 3) Kim 4) VÝt Khi áp suất p1 bình (1) p2 bình (2) nhau, kim có ảnh nh hình 3.5b Giả sử p1 tăng lên, nớc bình (1) hạ xuống, nớc bình (2) dâng lên, ảnh kim có dạng hình (3.5c) Điều chỉnh vít (4) để hạ bình (1) xuống, mực nớc bình (1) dâng lên, bình (2) hạ xuống ảnh kim có dạng hình 3.5b đọc kết đo áp suất bảng chia độ vít (4) - 50 - Trờng hợp p1 giảm, nớc bình (1) dâng lên, nớc bình (2) hạ xuống, ảnh kim có dạng hình (3.3d), điều chỉnh vít (4) để nâng bình (1) lên, mực nớc bình (1) hạ xuống, nớc bình (2) dâng lên ảnh kim có ảnh nh hình 3.5b đọc kết Giới hạn đo vi ¸p kÕ bï tõ 125 - 150 mmH2O, sai số: 0,05 mmH2O 3.2.4 áp kế vành khuyên áp kế vành khuyên (hình 3.6a) gồm vành khuyên (1) có tiết diện hình chữ S, chứa chất lỏng (3), vành khuyên có treo đối trọng (4) Vành khuyên quay quanh tâm O A p1 p2 A O p1 A-A p2 ρgh α b) a) G G c) Hình 3.6 áp kế vành khuyên 1) Vành khuyên 2) Vách ngăn 2) Dịch thể 3) Đối trọng Ban đầu, áp suất p = p , mực dịch thể bên trái bên phải nhau, đối trọng nằm Giả sử p1 tăng lên, p p = p > , mực nớc bên trái hạ xuống, bên phải dâng lên Bên trái màng ngăn chịu tác dụng lực p gây ra, sinh mô men quay: M q = R.S.p Trong đó: R: khoảng cách từ tâm vách ngăn đến tâm quay S: diện tích vách ngăn Mô men quay Mq làm quay vành khuyên theo chiều kim đồng hồ, đồng thời đối trọng G đợc nâng lên sinh mô men cản M c = G sin α , M q = M c vành khuyên đứng yên (hình 3.6c) Từ h×nh vÏ ta cã: - 51 - sin α = RS ∆p G (3.8) Víi R, S vµ G không đổi ta có phụ thuộc hiệu áp suất góc quay theo hàm sin, thông qua cÊu chun ®ỉi ta cã thĨ biĨu diƠn (3.8) d−íi d¹ng: α = C ∆p (3.9) Tõ biĨu thøc (3.9) ta nhận thấy độ nhạy áp kế không phụ thuộc tỉ trọng dịch thể, muốn tăng độ nhạy tăng R, giảm G Giới hạn đo áp kế dịch thể nớc từ 25 - 160 mmH2O, thủy ngân 400 - 2500mmH2O, cấp xác 1; 1,5 3.3 áp kế đàn hồi Nguyên lý chung áp kế loại dựa sở đo biến dạng đàn hồi phần tử biến dạng nhạy cảm với tác dụng áp suất Các phần tử biến dạng thờng dùng lò xo, màng mỏng, ống trụ kiểu đèn xếp 3.3.1 áp kế lò xo Phần tử biến dạng áp kế có cấu tạo dạng lò xo (hình 3.7), ống kim loại uốn cong, đầu giữ cố định đầu để tự Khi đa chất lu vào ống, áp suất tác dụng lên thành ống làm cho ống bị biến dạng đầu tự dịch chuyÓn N1 N A γ 2b Nr 2a A R p p a) b) c) Hình 3.7 Lò xo ống a) Lß xo mét vßng b) Lß xo nhiỊu vßng c) Lò xo xoắn Trên hình (3.7a) sơ đồ lß xo èng mét vßng, tiÕt diƯn ngang cđa èng hình trái xoan Khi áp suất ống ống có chênh lệch lò xo biến dạng, áp suất ống lớn lò xo giÃn ra, ngợc lại co lại Đối với lò xo ống thành mỏng biến thiên góc tâm () dới tác dụng áp suất (p) xác định bëi c«ng thøc: - 52 - ∆γ = p γ − ν2 R2 Y bh ⎛ ⎜1 − b ⎜ a2 ⎝ ⎞ α ⎟ ⎟ β + x2 ⎠ (3.10) Trong ®ã: ν - hƯ sè poisson Y - mô đun Young R - bán kính cong h - bỊ dµy thµnh èng a, b - bán trục tiết diện ôvan , - hệ số phụ thuộc vào hình dáng, tiết diện ngang cña èng x = Rh/a2 - tham sè chÝnh ống Lực thành phần theo hớng tiếp tuyến với trơc èng (èng thµnh máng h/b = 0,6 - 0,7) đầu tự xác định theo theo biểu thức: ⎛ b ⎞ 48s γ − sin γ N t = pab⎜⎜1 − ⎟⎟ = k1p ⎝ a ⎠ ε + x 3γ − sin γ + sin γ cos γ (3.11) Lùc h−íng kÝnh: ⎛ b ⎞ 48s γ − cos γ N r = pab⎜⎜1 − ⎟⎟ = k2p ⎝ a ⎠ ε + x γ − sin γ cos (3.10) Trong s hệ số phụ thuộc vào tỉ số b/a Giá trị k1, k2 số lò xo ống nên ta viết đợc biểu thức xác định lực tổng hợp: N = k 12 + k 22 p = kp Víi (3.12) k = k 12 + k 22 = f(a, b, h, R, γ ) Bằng cách thay đổi tỉ số a/b giá trị R, h, ta thay đổi đợc giá trị , N độ nhạy phép đo Lò xo ống vòng có góc quay nhỏ, để tăng góc quay ngời ta dùng lò xo ống nhiều vòng có cấu tạo nh hình (3.7b) Đối với lò xo ống dạng vòng thờng phải sử dụng thêm cấu truyền động để tăng góc quay Để tạo góc quay lớn ngời ta dùng lò xo xoắn có tiết diện ô van hình khÝa nh− h×nh 3.7c, gãc quay th−êng tõ 40 - 60o, kim thị gắn trực tiếp đầu tự lò xo - 53 - Lò xo ống chế tạo đồng thau đo áp suất dới MPa, hợp kim nhẹ thép dới 1.000 MPa, 1.000 MPa phải dùng thép gió 3.3.2 áp kế màng Phần tử biến dạng có cấu tạo dạng màng mỏng, đợc chia hai loại: màng đàn hồi màng dẻo Màng đàn hồi có dạng tròn phẳng có uốn nếp đợc chế tạo thép Khi áp suất tác dụng lên hai mặt màng khác gây lực tác động lên màng làm cho biến dạng Biến dạng màng hàm phi tuyến áp suất khác tuỳ thuộc điểm khảo sát Với màng phẳng, ®é phi tun kh¸ lín ®é lín, ®ã th−êng chØ sư dơng mét ph¹m vi hĐp độ dịch chuyển màng D h h D p p a) b) Hình 3.8 Sơ đồ màng đo áp suất a) Màng phẳng b) Màng uốn nếp Độ võng tâm màng phẳng dới tác dụng áp suất tác dụng lên màng xác định theo công thức sau: δ= ( ) pR − ν2 16 Yh (3.13) Màng uốn nếp có đặc tính phi tuyến nhỏ màng phẳng nên sử dụng với độ võng lớn màng phẳng Độ võng tâm màng uốn nếp xác định theo công thức: a= δ bδ pR + = h h3 Yh (3.14) Với a, b hệ số phụ thuộc hình dạng bề dày màng Khi đo áp suất nhỏ ngời ta dùng màng dẻo hình tròn phẳng uốn nếp, chế tạo từ vải tẩm cao su Trong mét sè tr−êng hỵp ng−êi ta dïng màng dẻo tâm cứng, tâm màng đợc kẹp cứng hai kim loại - 54 - D h h D p p a) b) H×nh 3.9 Sơ đồ cấu tạo màng dẻo có tâm cứng a) Màng phẳng b) Màng uốn nếp Đối với màng dẻo thờng, lực di chuyển tạo nên tâm màng xác ®Þnh bëi biĨu thøc: πD N= p 12 (3.14) Với D đờng kính ổ đỡ màng Đối với màng dẻo tâm cứng, lực di chuyển tạo nên tâm màng xác định biểu thức: ( ) D + Dd + d N= p 12 (3.15) Trong D, d - đờng kính màng đờng kính đĩa cứng 3.3.3 áp kế ống trụ Phần tử biến dạng áp kế có cấu tạo dạng ống hình trụ, thành mỏng, đầu bịt kín, đầu hở, đợc chế tạo kim loại (hình 3.10) L e ε1 ε2 J2 J1 J4 J3 r a) b) Hình 3.10 Phần tử biến dạng kiểu ống hình trụ a) Sơ đồ cấu tạo b) Vị trí gắn cảm biến đo biến dạng Đối với ống dài (L>>r), áp suất chất lu tác động lên thành ống làm cho ống biến dạng, biến dạng ngang (1) biến dạng dọc (2) ống xác định biểu thøc: - 55 - ⎛ ν⎞ p r ε1 = ⎜1 − ⎟ = k p ⎝ 2⎠Y e (3.16) ⎛1 ⎞p r ε2 = ⎜ − ν ⎟ = k p ⎝2 ⎠Y e (3.17) Trong đó: p - áp suất Y - mô đun Young ν - hƯ sè poisson r, e - b¸n kính chiều dày thành ống Để chuyển tín hiệu (biến dạng) thành tín hiệu điện ngời ta dùng cảm biến đo biến dạng 3.3.4 áp kế kiểu đèn xếp Phần tử biến dạng có cấu tạo kiểu đèn xếp (hình 3.11), ống hình trụ xếp nếp có khả biến dạng đáng kể dới t¸c dơng cđa ¸p st p r α 2Rb 2Rng Hình 3.11 Sơ đồ cấu tạo ống kiểu đèn xếp Trong giới hạn tuyến tính, tỉ số lực tác dụng biến dạng ống không đổi đợc gọi độ cứng ống Để tăng độ cứng thờng ngời ta đặt thêm vào ống lò xo Vật liệu chế tạo đồng, thép cacbon thép hợp kim ống đợc chế tạo với ®−êng kÝnh tõ - 100mm, chiỊu dµy thµnh 0,1 - 0,3 mm Độ dịch chuyển () đáy dới tác dụng lực chiều trục (N) xác định theo c«ng thøc: δ = N − ν2 n − Yh A − αA1 + α A + B h / R 2b - 56 - (3.18) Trong đó: h0 - chiều dày thành ống xiphông n - số nếp làm việc - góc bÞt kÝn ν - hƯ sè poisson A0, A1, B0 - c¸c hƯ sè phơ thc Rng/Rtr, r/(R+r) Rng, Rtr - bán kính bán kính xi phông r - bán kính cong nếp uốn Lực chiều trục tác dụng lên đáy xác định theo công thøc: N= π (R ng + R tr )2 ∆p (3.19) 3.4 áp kế điện áp kế điện làm việc theo nguyên tắc biến đổi tác động áp suất (thờng tín hiệu cơ) thành tín hiệu điện dựa tợng cảm ứng điện từ biến thiên điện trở, điện cảm, điện dung phần tử chuyển đổi 3.4.1 áp kế áp trở áp kế ¸p trë sư dơng bé chun ®ỉi ®iƯn kiĨu ¸p trở, phần tử nhạy cảm đợc chế tạo từ vật liệu có điện trở nhạy cảm với tác dụng lực áp suất gây nên R4 60o R1 R3 R2 JT a) b) Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp trở a) Sơ đồ cấu tạo b) Vị trí đặt màng 1) Đế silic - N 2) Bán dẫn P 3) Dây dẫn Trên hình 3.12 trình bày cấu tạo phần tử áp trở silic (hình 3.12a) vị trí gắn chúng chuyển đổi (hình 3.12b) Phần tử áp trở gồm đế silic (1) loại N có khuếch tán tạp chất tạo thành lớp bán dẫn loại P (2), mặt đợc bọc cách điện có hai tiếp xúc kim loại để nối dây dẫn (3) - 57 - Trên hình 3.12b trờng hợp màng định hớng (100) có gắn cảm biến áp trở, có hai cảm biến đặt tâm theo hớng (110) hai cảm biến đặt biên tạo thành với hớng (100) góc 60o Với cách đặt nh vậy, biến thiên điện trở hai cặp cảm biến cã øng suÊt néi sÏ b»ng nh−ng tr¸i dÊu: ∆ R = ∆R = − ∆R = − ∆ R = ∆ R §Ĩ đo biến thiên điện trở ngời ta dùng mạch cầu, hai đầu đờng chéo cầu đợc nuôi dòng chiều là: Vm = I (R1 − ∆R + ∆R − ∆R ) = IR Sự thay đổi tơng đối trở kháng theo ứng lực tính xác định theo biểu thức: R = R0 Trong hệ sè ¸p trë cđa tinh thĨ (~ 4.10-10 m2/N), biểu thức điện áp có dạng: Vm = IR (3.20) Bộ chuyển đổi kiểu áp trở làm việc dải nhiệt độ từ - 40oC đến 125oC phụ thuộc vào độ pha tạp Ngời ta bù trừ ảnh hởng nhiệt độ cách đa thêm vào chuyển đổi phận hiệu chỉnh đợc điều khiển qua đầu đo nhiệt độ JT 3.4.2 áp kế áp điện áp kế áp điện sử dụng chuyển đổi kiểu áp điện làm việc theo nguyên tắc hiệu ứng áp điện D d F Trục ®iƯn -Q +Q F a) Trơc quang p b) c) Hình 3.13 áp kế áp điện a) Phần tử áp ®iƯn b) Bé chun ®ỉi d¹ng tÊm b) Bé chun đổi dạng ống - 58 - Khi tác dụng lực học lên vật liệu áp điện (thạch anh, gốm PTZ, ) hai mặt xuất điện tích trái dấu, hiệu điện xuất hai mặt (bản cực) tỉ lệ với lực tác dụng (hình 3.13a) áp suất (p) gây nên lực F tác động lên áp điện, làm xuất hai mặt áp điện ®iƯn tÝch Q tØ lƯ víi lùc t¸c dơng: Q = kF Víi F = p.S, ®ã: Q = kpS Trong đó: k - số áp điện, trờng hợp thạch anh k = 2,22.10-12 C/N S - diện tích hữu ích màng Đối với chuyển đổi sử dụng phần tử áp điện dạng ống (hình 3.13c), điện tích cực xác định theo c«ng thøc: Q = kF 4dh (3.21) D − d2 Trong đó: D, d - đờng kính đờng kính phần tử áp điện h - chiều cao phần phủ kim loại Trên hình 3.13b trình bày áp kế dùng chuyển đổi áp điện dạng mắc song song Giới hạn cảm biến ¸p st dïng bé biÕn ®ỉi ¸p ®iƯn tõ 2,5 - 100 MPa, cÊp chÝnh x¸c 1,5; Bé biÕn đổi áp điện có hồi đáp tần số tốt nên thờng dùng để đo áp suất thay đổi nhanh, nhiên chúng có nhợc điểm nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ 3.4.3 áp kế điện dung ¸p kÕ ®iƯn dung sư dơng bé chun ®ỉi kiĨu điện dung (hình 3.14) Hình 3.14a trình bày cấu tạo áp kế điện dung, chuyển đổi gồm cực động màng kim loại (1), cực tĩnh (2) gắn với đế cách điện thạch anh (4) Dới tác động áp suất cần đo, cực động biến dạng làm cho khoảng cách hai cực thay đổi điện dung tụ điện thay ®ỉi theo - 59 - 2 p1 p2 p b) a) H×nh 3.14 Bộ chuyển đổi kiểu điện dung 1) Bản cực động 2&3) Bản cực tĩnh 4) Cách điện 5) Dầu silicon Sự phụ thuộc điện dung C vào độ dịch chuyển màng có dạng: C= s + (3.22) Trong đó: - số điện môi cách điện hai cực - khoảng cách điện cực áp suất - độ dịch chuyển màng Hình 3.14b trình bày cấu tạo áp kế điện dung kiểu vi sai gồm hai cực tĩnh (2) (3) gắn với chất điện môi cứng (4), kết hợp với màng (1) nằm hai cực để tạo thành hai tụ điện C12 C13 Khoảng trống cực màng điền đầy dầu silicon (5) Các áp suất p1 p2 hai môi trờng đo tác động lên màng, làm màng dịch chuyển hai cực tĩnh tạo biến thiên dòng tÝn hiƯu im (cung cÊp bëi ngn nu«i) tØ lƯ với áp suất hai môi trờng: i m = K1 C1 − C = K( p1 − p ) C1 + C (3.23) Để biến đổi biến thiên điện dung C thành tín hiệu đo lờng, thờng dùng mạch cầu xoay chiều mạch vòng cộng hởng LC Bộ cảm biến kiểu điện dung đo đợc ¸p suÊt ®Õn 120 MPa, sai sè ± (0,2 - 5)% 3.4.4 áp kế điện cảm áp kế điện cảm sử dụng chuyển đổi điện cảm làm việc theo nguyên tắc tợng cảm ứng điện từ kiểu khe từ biến thiên kiểu biến áp vi sai - 60 - a) áp kế điện cảm kiểu khe từ biến thiên áp kế điện cảm kiểu khe từ biến thiên sử dụng chuyển đổi điện cảm kiểu khe từ biến thiên (hình 3.15), gồm sắt từ động gắn màng (1) nam châm điện có lõi sắt (2) cuộn dây (3) Dới tác dụng áp suất đo, màng (1) dịch chuyển làm thay đổi khe hở từ () sắt từ lõi từ nam châm điện, thay đổi độ tự cảm cuộn dây p Hình 3.15 áp kế điện cảm kiểu khe từ biến thiên 1) Tấm sắt từ 2) Lõi sắt từ 3) Cuộn dây Nếu bỏ qua điện trở cuộn dây, từ thông tản tổn hao lõi từ độ tự cảm biến đổi xác định công thøc sau: L= W2 l tb / (µS tb ) + δ / (µ S ) (3.24) Trong đó: W - số vòng dây cuộn dây ltb, Stb: chiều dài diện tích trung bình lõi tõ δ, S0 - chiỊu dµi vµ tiÕt diƯn khe hở không khí à, à0 - độ từ thẩm lõi từ không khí Thông thờng ltb/(àStb)