Bài giảng đo lường cảm biến chương 4

ĐO LƯỜNG LỰC – ÁP SUẤT I Khái niệm  Phép đo lực u cầu quan trọng kỹ thuật khí, xây dựng…  Đo lực u cầu học chất rắn  Đối với học chất lỏng chất khí người ta quan tâm tới áp suất  Các cảm biến lực phân thành hai lớp:  Các cảm biến định lượng: dùng để đo lực có giá trị thể tín hiệu điện  Các cảm biến định tính: thiết bị có ngưỡng tín hiệu độ lớn lực vượt q ngưỡng định trước  Việc đo lực thực cách: Cân lực chưa biết với lực đối kháng cho lực tổng moment tổng chúng khơng Đo gia tốc vật có khối lượng biết để xác định lực Cân lực chưa biết với lực điện từ Biến đổi lực thành áp suất chất lỏng đo áp suất Đo ứng suất tạo nên vật bị biến dạng đàn hồi suy lực Định luật Hooke • Khi vật rắn bị kéo (a), nén (b) đơn hướng xoắn đơn giản sinh lực đàn hồi với lực nén hay xoắn tác dụng S= E.e τ= Gγ • Với thay đổi nhỏ: • Giá trị tương hỗ lực nén: Bộ cảm biến lực sử dụng cuộn dây vi sai Bộ cảm biến lực sử dụng cảm biến áp suất II CẢM BIẾN ĐO LỰC VÀ ỨNG SUẤT Cảm biến biến dạng áp điện trở:  Cảm biến biến dạng áp điện trở kim loại  Cảm biến biến dạng áp điện trở bán dẫn Điện trở biến dạng kim loại  Cảm biến biến dạng áp điện trở bán dẫn tương tự cảm biến biến dạng áp điện trở kim loại dây kim loại thay dây bán dẫn LOAD R1 R2 R3 R4 US+ R3 US+ R3 R2 UM- UM+ R1 R2 UM+ R4 UM- R1 R4 US- US- Unloaded LC b) Loaded LC c) Load Cell mạch cầu chuyển đổi Cảm biến áp điện Lò xo dự ứng lực Đầu điện áp âm Đầu điện áp dương F Tinh thể thạch anh  Hiệu ứng áp điện Pierr Curie phát vào năm 1880 tượng xuất phân cực điện thay đổi phân cực điện có số chất điện mơi : thạch anh, tuamalin, sunfat liti… chúng bị biến dạng tác dụng lực  Hiệu ứng áp điện có tính thuận nghịch Dưới tác động điện trường có chiều thích hợp vật liệu điện bị biến dạng Q = dF Q: độ lớn điện tích phát sinh (C); d: độ nhạy nạp điện tinh thể (là số tinh thể) (C/N) F: Lực tác động (N); Lực F gây nên biến đổi độ dày ∆t tinh thể F = a.Y.(∆t /t) Với a: diện tích tinh thể, Y: số modul Young t: độ dày tinh thể III Cảm biến đo áp suất lưu chất  Áp suất đơn vị đo áp suất  P = dF/dS Ngun tắc đo • Có ba cách đo áp suất thường dùng: – Áp suất tuyệt đối: biểu thị độ sai lệch áp suất điểm đo áp suất chân khơng – Áp suất đo: độ sai lệch áp suất điểm đo với áp suất mơi trường Áp suất mơi trường thay đổi có độ sai lệch áp suất quan tâm – Áp suất sai lệch: độ chênh lệch áp suất hai điểm đo, điểm chọn điểm chuẩn Phần tử chuyển đổi Phương pháp phát • Cảm biến áp suất dạng điện dung: Mạch tương đương Mạch tương đương Cảm biến áp suất dạng màng Áp suất p Cần di động Cảm biến áp suất dạng ống thơng Cảm biến áp suất dạng lò xo Cần di động Cần di động Áp suất P Áp suất Pp [...]... của cảm biến biến dạng áp điện trở:  Độ biến dạng dài ε: tỉ số giữa sự thay đổi kích thước ∆l với chiều dài ban đầu ∆l ε= l  Hệ số biến dạng: tỉ số của sự thay đổi điện trở với sự thay đổi chiều dài ∆R / R ∆R / R GF = = ∆L / L ε Hệ số biến dạng của kim loại thông thường là 2, của bán dẫn GF ≈ 80÷120 2 Nguyên lý đo sử dụng cảm biến biến dạng áp điện trở  R3 R2  V0  − .V EX  R3 + R4 R2 + R4 ... a: diện tích của tinh thể, Y: số modul Young t: độ dày của tinh thể III Cảm biến đo áp suất lưu chất  Áp suất và đơn vị đo áp suất  P = dF/dS Nguyên tắc đo • Có ba cách đo áp suất thường dùng: – Áp suất tuyệt đối: biểu thị độ sai lệch giữa áp suất tại điểm đo và áp suất chân không – Áp suất đo: độ sai lệch giữa áp suất tại điểm đo với áp suất môi trường Áp suất môi trường có thể thay đổi nhưng chỉ... áp suất được quan tâm – Áp suất sai lệch: độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm đo, trong đó một điểm được chọn là điểm chuẩn Phần tử chuyển đổi Phương pháp phát hiện • Cảm biến áp suất dạng điện dung: Mạch tương đương Mạch tương đương Cảm biến áp suất dạng màng Áp suất p Cần di động Cảm biến áp suất dạng ống thông nhau Cảm biến áp suất dạng lò xo Cần di động Cần di động Áp suất P Áp suất Pp ... áp điện trở  R3 R2  V0  − .V EX  R3 + R4 R2 + R4  ∆R = RG.GF.ε R1 = R2 và R3 = RG V0 VEX     GF * ε  1  = ε 4   1 + GF *  2  LOAD R1 R2 R3 R4 US+ R3 US+ R3 R2 UM- UM+ R1 R2 UM+ R4 UM- R1 R4 US- US- Unloaded LC b) Loaded LC c) Load Cell và mạch cầu chuyển đổi Cảm biến áp điện Lò xo dự ứng lực Đầu ra điện áp âm Đầu ra điện áp dương F Tinh thể thạch anh  Hiệu ứng áp điện do Pierr Curie... : thạch anh, tuamalin, sunfat liti… khi chúng bị biến dạng dưới tác dụng của lực  Hiệu ứng áp điện có tính thuận nghịch Dưới tác động của điện trường có chiều thích hợp vật liệu điện sẽ bị biến dạng Q = dF Q: độ lớn điện tích phát sinh (C); d: độ nhạy nạp điện của tinh thể (là hằng số đối với mỗi tinh thể) (C/N) F: Lực tác động (N); Lực F gây nên sự biến đổi độ dày ∆t của tinh thể F = a.Y.(∆t /t) Với ... Bộ cảm biến lực sử dụng cuộn dây vi sai Bộ cảm biến lực sử dụng cảm biến áp suất II CẢM BIẾN ĐO LỰC VÀ ỨNG SUẤT Cảm biến biến dạng áp điện trở:  Cảm biến biến dạng áp điện trở kim loại  Cảm biến. .. dạng áp điện trở kim loại  Cảm biến biến dạng áp điện trở bán dẫn Điện trở biến dạng kim loại  Cảm biến biến dạng áp điện trở bán dẫn tương tự cảm biến biến dạng áp điện trở kim loại dây kim... R GF = = ∆L / L ε Hệ số biến dạng kim loại thơng thường 2, bán dẫn GF ≈ 80÷120 Ngun lý đo sử dụng cảm biến biến dạng áp điện trở  R3 R2  V0  − .V EX  R3 + R4 R2 + R4  ∆R = RG.GF.ε R1 = R2