Bài giảng đo lường cảm biến chương 4

 Các bộ cảm biến lực có thể phân thành hai lớp:  Các bộ cảm biến định lượng: dùng để đo lực có giá trị được thể hiện bằng tín hiệu điện..  Các bộ cảm biến định tính: là các thiết bị c

ĐO LƯỜNG LỰC – ÁP SUẤT

I Khái niệm

 Phép đo lực là yêu cầu quan trọng trong kỹ

thuật cơ khí, xây dựng…

 Đo lực là yêu cầu đối với cơ học chất rắn

 Đối với cơ học chất lỏng và chất khí người ta quan tâm tới áp suất

 Các bộ cảm biến lực có thể phân thành hai lớp:

 Các bộ cảm biến định lượng: dùng để đo lực có giá trị được thể hiện bằng tín hiệu điện.

 Các bộ cảm biến định tính: là các thiết bị có

ngưỡng tín hiệu ra của nó chỉ độ lớn của lực đã

vượt quá một ngưỡng định trước

 Việc đo lực có thể thực hiện bằng cách:

Cân bằng một lực chưa biết với một lực đối

kháng sao cho lực tổng và moment tổng của

chúng bằng không

Đo gia tốc của vật có khối lượng đã biết để xác định lực

Cân bằng lực chưa biết với một lực điện từ

Biến đổi lực thành áp suất chất lỏng và đo áp suất này

Đo ứng suất được tạo nên khi vật bị biến dạng đàn hồi và suy ra lực

Định luật Hooke

• Khi một vật rắn bị kéo (a), nén (b) đơn

hướng hoặc xoắn đơn giản sẽ sinh lực đàn hồi bằng với lực nén hay xoắn tác dụng

S= E.e

τ = G γ

• Với một sự thay đổi nhỏ:

• Giá trị tương hỗ của 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

1 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 cũng

tương tự như cảm biến biến dạng áp điện trở kim loại nhưng các dây kim loại được thay bằng dây bán dẫn

 Các thông số cơ bản của cảm biến biến

 Hệ số biến dạng: tỉ số của sự thay đổi điện trở

với sự thay đổi chiều dài

ε

R

R L

2 Nguyên lý đo sử dụng cảm biến biến dạng áp điện trở

EX

V R

R

R R

R

R

4 2

2 4

=

2

* 1

1 4

V

EX

R1 = R2 và R3 = RG

Lò xo dự ứng

lực

F

Đầu ra điện áp âm

Đầu ra điện áp dương

Tinh thể thạch anh

Cảm biến áp điện

 Hiệu ứng áp điện do Pierr Curie phát hiện vào năm 1880 là hiện tượng xuất hiện phân cực điện hoặc thay đổi phân cực điện đã

có một số chất điện môi như : 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);

F = a.Y.( ∆ t /t) Với 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 có độ sai lệch 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

Cần di động

Cảm biến áp suất dạng ống thông nhau