đo lường tự động hóa: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT

Nguyên lý đo áp suất và phân loại Quá trình cần đo Cảm nhận sự thay đổi lực tác động lên Chuyển đổi lực Thành các đại lượng Thiết bị đo áp suất Tín hiệu cơ Tín hiệu điện Tín hiệu k

KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

BÀI GIẢNG

TS LÊ NGỌC TRÂN Email: lengoctranbvu@gmail.com

Tổng quan về đo lường, điều khiển và giám sát tự động

Các khái niệm, định nghĩa, nguyên lý của cảm biến

Cảm biến đo lường và ứng dụng

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ

DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT

Áp suất được định nghĩa là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích

P = F/A

Áp suất tuyệt đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và chân

không tuyệt đối (áp suất bằng 0)

Áp suất dư/tương đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và môi trường xung quanh (khí quyển)

Áp suất vi sai: là áp suất chênh lệch giữa hai điểm đo, một điểm được chọn làm điểm tham chiếu

Một số định nghĩa về áp suất

Đơn vị đo

Trong hệ SI: Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m 2 = 10 -5 bar

Châu Âu: bar , Bắc Mỹ: psi , Châu Á: kg/cm 2 , MPa

Đơn vị

áp suất

pascal (Pa)

bar (b)

Một số định nghĩa về áp suất

Nguyên lý đo áp suất và phân loại

Quá

trình cần

đo

Cảm nhận sự thay đổi lực tác động lên

Chuyển đổi lực Thành các đại lượng

Thiết bị đo áp suất

Tín hiệu cơ Tín hiệu điện Tín hiệu khí nén

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế lò xo ống

Cấu tạo và nguyên lý

Các dạng

a) Dạng ống chữ C; b, c) dạng ống xoắn

 Áp kế lò xo ống

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế lò xo ống

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế lò xo ống

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế dạng màng chắn

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế hộp xếp

Cấu tạo và nguyên lý

Được làm bằng đồng, BeCu, Monel etc

Khoản dịch chuyển tỉ lệ với số lượng nếp cuộn

Độ nhạy tỉ lệ thuận với kích thước

Áp suất kiểu hộp xếp có thể phát hiện áp suất thấp hơn kiểu màng

Phạm vi đo từ: 0-5 mmHg to 0-2000 psi

Độ chính xác trong khoản 1% độ giãn

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế hộp xếp

Áp kế dạng cơ khí

 Áp kế chất lỏng

Dạng chữ U

Áp kế dạng cơ khí

g D

d h h

g p

h g p

p d

 Áp kế chất lỏng

Áp kế dạng cơ khí

Trong loại áp kế này, diện tích mặt cắt ngang của một chân (giếng) là lớn hơn nhiều so với các chân khác Khi áp lực được

áp dụng cho tốt, chất lỏng làm giảm nhẹ so với sự gia tăng chất lỏng trong chân khác

 Áp kế chất lỏng

Áp kế dạng cơ khí

Kiểu phao

 Áp kế chất lỏng

Áp kế dạng cơ khí

Áp kế điện

Loại đo điện dung

Gồm 2 bản cực, 1 bản cực cố định, 1 bản cực là màn chắn chịu tác động của áp suất

Đo áp suất dựa vào điện dung của tụ điện

Màng thường sử dụng là metal, ceramic, và silicon

Áp suất được đo với độ nhạy cao Do đo áp suất kiểu điện dung thường dùng đo (áp suất tuyệt đối, sai lệch, đồng hồ đo)

Loại này có nguyên lý hoạt động đơn giản dựa vào giá trị

của điện dung để xác định áp suất Điện dung của tụ được

thay đổi bằng cách thay đổi khoảng cách của cực tụ

Áp kế điện

Loại lực căng ( điện trở )

Hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi sự thay đổi của lực thành tín hiệu điện

Điện trở của vật liệu dẫn điện thay đổi phụ thuộc vào áp suất Vật liệu thường dùng là kim loại, chịu sự kéo hoặc nén và thay đổi giá trị điện trở (Strain gauge)

 kiểu áp điện trở

Làm việc dựa trên sự biến dạng của cấu trúc màng ( khi có áp suất tác

động đến) được chuyển thành tín hiệu điện nhờ cấy trên đó các phần

tử áp điện trở

Khi lớp màng bị biến dạng uốn cong, các áp điện trở sẽ thay đổi giá trị

Độ nhạy và tầm đo của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào màng và kích

thước, cấu trúc, vị trí các áp điện trở trên màng

Áp kế điện

Màng sử dụng trong cảm biến là màng rất nhạy với tác động của áp

suất Bốn điện trở được đặt tại 4 trung diểm của các cạnh màng, 2 cặp điện trở song song với màng và 2 cặp điện trở vuông góc với màng ( để khi màng bị biến đổi thì 2 cặp điện trở này có chiều biến dạng trái ngược

nhau ) Bốn điện trở trên được ghép lại tạo thành cầu Wheatsone

Áp kế điện

kiểu áp điện trở

Khi không có áp suất tác động các

điện trở ở trạng thái cân bằng, điện

áp ngõ ra bằng 0 Khi có áp suất tác

động màng mỏng bị biến dạng , các giá trị điện trở thay đổi, cụ thể giá trị các áp điện trở song song với cạnh màng giảm thì giá trị các áp điện trở vuông góc với cạnh màng tăng và ngược lại khi đó sẽ tạo điện

áp ngõ ra khác 0 Sự thay đổi giá trị điện trở phụ thuộc và độ biến dạng của màng, vì vậy bằng cách kiểm tra điện áp ngõ ra đó ta có thể tính toán được áp suất cần đo

kiểu áp điện trở

Áp kế điện

Áp điện:

• Dựa vào hiệu ứng áp điện

• Phù hợp cho đo áp suất động

Áp kế điện

Loại áp điện

Áp kế điện

Áp kế vi sai (đo chênh lệch áp suất)

Một loại cảm biến áp suất kiểu điện dung khác sử dụng một màng ngăn (mặt dẫn điện) ở giữa hai vật dẫn kim loại để tạo ra hai tụ điện Thiết kế

này phổ biến đối với các cảm biến áp suất sai lệch, một phía của cảm

biến được nối với áp suất quá trình #1 và phía kia được nối với áp suất quá trình #2

Pressure Transmitter

Differential Pressure Transmitter

Ứng dụng đo áp suất sai lệch

Áp kế vi sai (đo chênh lệch áp suất)

Công tắc áp suất (Pressure Switch)

Pressure Switch

Cảm biến áp suất điện tử

Tóm tắt chương 3.2

 Định nghĩa về áp suất và đơn vị đo

 Nguyên lý đo áp suất và phân loại