Giáo trình cảm biến phần 2

64 CHƯƠNG IV: CẢM BIẾN ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN Mục tiêu bài: Sau học xong người học có khả năng: - Trình bày nguyên lý tính chất cảm biến vị trí khoảng cách - Phân loại sử dụng các loại cảm biến phù hợp - Nhận biết ứng dụng Nguyên lý đo vị trí dịch chuyển Việc xác định vị trí dịch chuyển đóng vai trị quan trọng kỹ thuật Hiện có hai phương pháp để xác định vị trí dịch chuyển Trong phương pháp thứ nhất, cảm biến cung cấp tín hiệu hàm phụ thuộc vào vị trí phần tử cảm biến, đồng thời phần tử có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển Trong phương pháp thứ hai, ứng với dịch chuyển bản, cảm biến phát xung Việc xác định vị trí dịch chuyển tiến hành cách đếm số xung phát Một số cảm biến khơng địi hỏi liên kết học cảm biến vật cần đo vị trí dịch chuyển Mối liên hệ vật dịch chuyển cảm biến thực thơng qua vai trị trung gian điện trường, từ trường điện từ trường, ánh sáng Trong chương trình bày loại cảm biến thơng dụng dùng để xác định vị trí dịch chuyển vật điện kế điện trở, cảm biến điện cảm, cảm biến điện dung, cảm biến quang, cảm biến dùng sóng đàn hồi Điện kế điện trở Loại cảm biến có cấu tạo đơn giản, tín hiệu đo lớn khơng địi hỏi mạch điện đặc biệt để xử lý tín hiệu Tuy nhiên với điện kế điện trở có chạy học có cọ xát gây ồn mịn, số lần sử dụng thấp chịu ảnh hưởng lớn mơi trường có bụi ẩm 2.1 Điện kế dùng chạy học 2.1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc Cảm biến gồm điện trở cố định Rn, có tiếp xúc điện di chuyển gọi chạy Con chạy liên kết học với vật chuyển động cần khảo sát Giá trị điện trở Rx chạy đầu điện trở Rn hàm phụ thuộc vào vị trí chạy, vị trí vật chuyển động - Đối với điện kế chuyển động thẳng (hình 4.1a): - Trường hợp điện kế dịch chuyển tròn xoắn: 65 Trong dịch chuyển trịn (hình 4.1b) dịch chuyển xoắn (hình 4.1c) Hình 4.1 Các dạng điện kế 1) Điện trở 2) Con chạy Các điện trở chế tạo có dạng cuộn dây băng dẫn Các điện trở dạng cuộn dây thường chế tạo từ hợp kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni - Cr - Fe, Ag - Pd quấn thành vòng xoắn dạng lò xo lõi cách điện (bằng thuỷ tinh, gốm nhựa), vòng dây cách điện emay lớp oxyt bề mặt Các điện trở dạng băng dẫn chế tạo chất dẻo trộn bột dẫn điện cacbon kim loại cỡ hạt ~10-2µm Các điện trở chế tạo với giá trị Rn nằm khoảng 1kΩ đến 100kΩ, đạt tới MΩ Các chạy phải đảm bảo tiếp xúc điện tốt, điện trở tiếp xúc phải nhỏ ổn định 2.1.2 Các đặc trưng - Khoảng chạy có ích chạy: Thơng thường đầu cuối đường chạy chạy tỉ số Rx/Rn khơng ổn định Khoảng chạy có ích khoảng thay đổi x mà khoảng Rx hàm tuyến tính dịch chuyển 66 - Năng suất phân giải: Đối với điện trở dây cuốn, độ phân giải xác định lượng dịch chuyển cực đại cần thiết để đưa chạy từ vị trí tiếp xúc sang vị trí tiếp xúc lân cận Giả sử cuộn dây có n vịng dây, phân biệt 2n-2 vị trí khác điện chạy: + n vị trí tiếp xúc với vòng dây + n - vị trí tiếp xúc với hai vịng dây Độ phân giải điện trở dạng dây phụ thuộc vào hình dạng đường kính dây điện trở vào khoảng ~10µm Độ phân giải điện trở kiểu băng dẫn phụ thuộc vào kích thước hạt, thường vào cỡ ~ 0,1 µm -Thời gian sống: Thời gian sống điện kế số lần sử dụng điện kế Nguyên nhân gây hư hỏng hạn chế thời gian sống điện kế mài mịn chạy dây điện trở q trình làm việc Thường thời gian sống điện kế dạng dây dẫn vào cỡ 106 lần, điện kế dạng băng dẫn vào cỡ 5.107 - 108 lần Điện kế không dùng chạy học Để khắc phục nhược điểm điện kế dùng chạy học, người ta sử dụng điện kế liên kết quang từ 2.2 Điện kế dùng trỏ quang Hình 4.4 trình bày sơ đồ nguyên lý điện kế dùng trỏ quang Điện kế tròn dùng trỏ quang gồm điot phát quang (1), băng đo (2), băng tiếp xúc (3) băng quang dẫn (4) Băng điện trở đo phân cách với băng tiếp xúc băng quang dẫn mảnh làm CdSe có trỏ quang dịch chuyển trục điện kế quay Điện trở vùng quang dẫn giảm đáng kể vùng chiếu sáng tạo nên liên kết băng đo băng tiếp xúc 67 Hình 4.4 Điện kế quay dùng trỏ quang 1) Điot phát quang 2) Băng đo 3) Băng tiếp xúc 4) Băng quang dẫn Thời gian hồi đáp vật liệu quang dẫn cỡ vài chục ms 2.3 Điện kế dùng trỏ từ Hình 4.5 trình bày sơ đồ nguyên lý điện kế từ gồm hai từ điện trở R1 R2 mắc nối tiếp nam châm vĩnh cữu (gắn với trục quay điện kế) bao phủ lên phần điện trở R1 R2, vị trí phần bị bao phủ phụ thuộc góc quay trục Điện áp nguồn ES đặt hai điểm (1) (3), điện áp đo Vm lấy từ điểm chung (2) hai đầu (1) (3) Khi điện áp đo xác định cơng thức: Trong R1 hàm phụ thuộc vị trí trục quay, vị trí xác định phần R1 chịu ảnh hưởng từ trường R = R1 + R2 = const 68 Hình 4.5 Điện kế điện từ Từ hình 4.5b ta nhận thấy điện áp đo tuyến tính khoảng ~90o điện kế quay Đối với điện kế dịch chuyển thẳng khoảng tuyến tính cỡ vài mm Cảm biến điện cảm Cảm biến điện cảm nhóm cảm biến làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ Vật cần đo vị trí dịch chuyển gắn vào phần tử mạch từ gây nên biến thiên từ thông qua cuộn đo Cảm biến điện cảm chia ra: cảm biến tự cảm hỗ cảm 3.1 Cảm biến tự cảm 3.1.1 Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên - Cảm biến tự cảm đơn: hình 4.6 trình bày sơ đồ nguyên lý cấu tạo số loại cảm biến tự cảm đơn Hình 4.6 Cảm biến tự cảm 1) Lõi sắt từ 2) Cuộn dây 3) Phần động 69 Cảm biến tự cảm đơn gồm cuộn dây quấn lõi thép cố định (phần tĩnh) lõi thép di động tác động đại lượng đo (phần động), phần tĩnh phần động có khe hở khơng khí tạo nên mạch từ hở Sơ đồ hình 4.6a: tác động đại lượng đo XV, phần ứng cảm biến di chuyển, khe hở khơng khí ä mạch từ thay đổi, làm cho từ trở mạch từ biến thiên, hệ số tự cảm tổng trở cuộn dây thay đổi theo Sơ đồ hình 4.6b: phần ứng quay, tiết diện khe hở khơng khí thay đổi, làm cho từ trở mạch từ biến thiên, hệ số tự cảm tổng trở cuộn dây thay đổi theo Hệ số tự cảm cuộn dây thay đổi thay đổi tổn hao sinh dòng điện xoáy sắt từ dịch chuyển tác động đại lượng đo Xv (hình 4.6c) Nếu bỏ qua điện trở cuộn dây từ trở lõi thép ta có: Trong W- số vịng dây Với lượng thay đổi hữu hạn ∆δ ∆s ta có: Độ nhạy cảm biến tự cảm khe hở khơng khí thay đổi (s=const): Độ nhạy cảm biến tự cảm thay đổi tiết diện khơng khí (s = const): Tổng trở cảm biến: 70 Từ công thức (4.7) ta thấy tổng trở Z cảm biến hàm tuyến tính với tiết diện khe hở khơng khí s phi tuyến với chiều dài khe hở khơng khí δ Hình 4.7 Sự phụ thuộc L, Z với chiều dày khe hở khơng khí δ Đặc tính cảm biến tự cảm đơn Z = f(∆δ) hàm phi tuyến phụ thuộc tần số nguồn kích thích, tần số nguồn kích thích cao độ nhạy cảm biến cao (hình 4.7) - Cảm biến tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai: Để tăng độ nhạy cảm biến tăng đoạn đặc tính tuyến tính người ta thường dùng cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai (hình 4.8) Hình 4.8 Cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai Đặc tính cảm biến tự cảm kép vi sai có dạng hình 4.9 Hình 4.9 Đặc tính cảm biến tự cảm kép lắp vi sai 71 3.1.2.Cảm biến tự cảm có lõi từ di động Cảm biến gồm cuộn dây bên có lõi từ di động (hình 4.10) Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý cảm biến tự cảm có lõi từ 1) Cuộn dây 2) Lõi từ Dưới tác động đại lượng đo XV, lõi từ dịch chuyển làm cho độ dài lf lõi từ nằm cuộn dây thay đổi, kéo theo thay đổi hệ số tự cảm L cuộn dây Sự phụ thuộc L vào lf hàm khơng tuyến tính, nhiên cải thiện cách ghép hai cuộn dây đồng dạng vào hai nhánh kề sát cầu điện trở có chung lõi sắt 3.1.3 Cảm biến hỗ cảm Cấu tạo cảm biến hỗ cảm tương tự cảm biến tự cảm khác chỗ có thêm cuộn dây đo (hình 4.11) Trong cảm biến đơn chiều dài khe hở khơng khí (hình 4.11a) tiết diện khe khơng khí thay đổi (hình 4.11b) tổn hao dịng điện xốy thay đổi (hình 4.11c) làm cho từ thơng mạch từ biến thiên kéo theo suất điện động e cuộn đo thay đổi - Cảm biến đơn có khe hở khơng khí: Từ thơng tức thời: i - giá trị dịng điện tức thời cuộn dây kích thích W1 72 Hình 4.11 Cảm biến hỗ cảm 1) Cuộn sơ cấp 2) Gông từ 3) lõi từ di động 4) Cuộn thứ cấp (cuộn đo) Sức điện động cảm ứng cuộn dây đo W2: W2 - số vòng dây cuộn dây đo Khi làm việc với dòng xoay chiều i = Im sinω t , ta có: giá trị hiệu dụng suất điện động: I - giá trị hiệu dụng dòng điện, I số, ta có: Hay Với giá trị 73 Độ nhạy cảm biến với thay đổi chiều dài khe hở khơng khí δ (s = const): Còn độ nhạy tiết diện khe hở khơng khí s thay đổi (δ = const): Ta nhận thấy công thức xác định độ nhạy cảm biến hỗ cảm có dạng tương tự cảm biến tự cảm khác giá trị E0 L0 Độ nhạy cảm biến hỗ cảm Sδ SS tăng tần số nguồn cung cấp tăng + Cảm biến vi sai: để tăng độ nhạy độ tuyến tính đặc tính cảm biến mắc cảm biến theo sơ đồ vi sai (hình 4.11d,đ,e) Khi mắc vi sai độ nhạy cảm biến tăng gấp đôi phạm vi làm việc tuyến tính mở rộng đáng kể + Biến vi sai có lõi từ: gồm bốn cuộn dây ghép đồng trục tạo thành hai cảm biến đơn đối xứng, bên có lõi từ di động (hình 4.12) Các cuộn thứ cấp nối ngược với cho suất điện động chúng triệt tiêu lẫn Hình 4.12 Cảm biến hỗ cảm vi sai 1) Cuộn sơ cấp 2) Cuộn thứ cấp 3) Lõi từ Về nguyên tắc, lõi từ vị trí trung gian, điện áp đo Vm đầu hai cuộn thứ cấp không Khi lõi từ dịch chuyển, làm thay đổi mối quan hệ cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp, tức làm thay đổi hệ số hỗ cảm cuộn sơ cấp với 104 CHƯƠNG VI: CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT CHẤT LƯU Mục tiêu: Áp suất nguyên lý đo áp suất 1.1 Áp suất đơn vị đo Áp suất đại lượng có giá trị tỉ số lực tác dụng vng góc lên mặt với diện tích nó: Đối với chất lỏng, khí (gọi chung chất lưu), áp suất thông số quan trọng xác định trạng thái nhiệt động học chúng Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa lớn việc đảm bảo an toàn cho thiết bị giúp cho việc kiểm tra điều khiển hoạt động máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu 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 hướng pháp tuyến Đơn vị Pa tương đối nhỏ nên công nghiệp người ta dùng đơn vị áp suất bar (1 bar = 105 Pa) số đơn vị khác Bảng 8.1 trình bày đơn vị đo áp suất hệ số chuyển đổi chúng Bảng 8.1 Đơn vị áp suất pascal (Pa) bar (b) kg/cm2 atmotsphe (atm) 1,02.10-5 0,987.10-5 1Pascal 10-5 bar 105 1,02 0,987 kg/cm2 9,8.104 0,980 0,986 atm 1,013.105 1,013 1,033 1mmH2O 1mmHg 1mbar 9,8 133,3 100 9,8.10-5 13,33.10-4 10-3 mmH2O mmHg 1,02.10-1 0,75.10-2 1,02.104 104 1,033.104 0,968.10-4 1,36.10-3 1,315.10-3 136 1,02.10-3 0,987.10-3 10-3 1,02 750 mbar 10-2 103 735 9,80.102 760 1,013.103 0,0735 0,098 1,33 0,750 1.2 Nguyên lý đo áp suất Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu áp suất tĩnh (pt): p=pt (8.2) Do đo áp suất chất lưu thực chất xác định lực tác dụng lên diện tích thành bình Đối với chất lưu không chuyển động chứa ống hở đặt 105 thẳng đứng, áp suất tĩnh điểm M cách bề mặt tự khoảng (h) xác định theo cơng thức sau: Trong đó: p0 - áp suất khí p - khối lượng riêng chất lưu g- gia tốc trọng trường Để đo áp suất tĩnh tiến hành phương pháp sau: - Đo áp suất chất lưu lấy qua lỗ khoan thành bình nhờ cảm biến thích hợp - Đo trực tiếp biến dạng thành bình áp suất gây nên Trong cách đo thứ nhất, phải sử dụng cảm biến đặt sát thành bình Trong trường hợp này, áp suất cần đo cân với áp suất thuỷ tỉnh cột chất lỏng mẫu tạo nên tác động lên vật trung gian có phần tử nhạy cảm với lực áp suất gây Khi sử dụng vật trung gian để đo áp suất, cảm biến thường trang bị thêm phận chuyển đổi điện Để sai số đo nhỏ, thể tích chết kênh dẫn cảm biến phải không đáng kể so với thể tích tổng cộng chất lưu cần đo áp suất Trong cách đo thứ hai, người ta gắn lên thành bình cảm biến đo ứng suất để đo biến dạng thành bình Biến dạng hàm áp suất Đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu (p) tổng áp suất tĩnh (pt) áp suất động (pđ) : p = p t + pd (8.4) Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên chất lỏng không chuyển động, đo phương pháp trình bày áp suất động chất lưu chuyển động gây nên có giá trị tỉ lệ với bình phương vận tốc chất lưu: Trong p khối lượng riêng chất lưu Khi dòng chảy va đập vng góc với mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng áp suất tổng Do vậy, áp suất động đo thông qua đo chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh Thông thường việc đo hiệu (p - pt) thực nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ống Pitot, cảm biến (1) đo áp suất tổng cịn cảm biến (2) đo áp suất tĩnh Hình 8.1 Đo áp suất động ống Pitot 106 Có thể đo áp suất động cách đặt áp suất tổng lên mặt trước áp suất tĩnh lên mặt sau màng đo (hình 8.2), tín hiệu cảm biến cung cấp chênh lệch áp suất tổng áp suất tĩnh Hình 8.2 Đo áp suất động màng 1) Màng đo 2) Phần tử áp điện Áp kế vi sai dựa nguyên tắc cân thuỷ tĩnh Nguyên lý chung phương pháp dựa nguyên tắc cân áp suất chất lưu với áp suất thuỷ tĩnh chất lỏng làm việc áp kế 2.1 Áp kế vi sai kiểu phao Áp kế vi sai kiểu phao gồm hai bình thơng nhau, bình lớn có tiết diện F bình nhỏ có tiết diện f (hình 8.3) Chất lỏng làm việc thuỷ ngân hay dầu biến áp Khi đo, áp suất lớn (p1) đưa vào bình lớn, áp suất bé (p2) đưa vào bình nhỏ Để tránh chất lỏng làm việc phun cho áp suất tác động phía người ta mở van (4) áp suất hai bên cân van (4) khoá lại Khi đạt cân áp suất, ta có: p1 − p2 = g(ρm − ρ)(h1 + h2 ) Trong đó: g - gia tốc trọng trường pm - trọng lượng riêng chất lỏng làm việc p - trọng lượng riêng chất lỏng khí cần đo Mặt khác từ cân thể tích ta có: F.h1 = f.h2 Suy : Khi mức chất lỏng bình lớn thay đổi (h1 thay đổi), phao áp kế dịch chuyển qua cấu liên kết làm quay kim thị đồng hồ đo Biểu thức (8.6) phương trình đặc tính tĩnh áp kế vi sai kiểu phao 107 Hình 8.3 áp kế vi sai kiểu phao Áp kế vi sai kiểu phao dùng để đo áp suất tĩnh không lớn 25MPa Khi thay đổi tỉ số F/f (bằng cách thay ống nhỏ) ta thay đổi phạm vi đo Cấp xác áp suất kế loại cao (1; 1,5) chứa chất lỏng độc hại mà áp suất thay đổi đột ngột ảnh hưởng đến đối tượng đo môi trường 2.2 Áp kế vi sai kiểu chuông Cấu tạo áp kế vi sai kiểu chuông gồm chuông (1) nhúng chất lỏng làm việc chứa bình (2) Hình áp kế vi sai kiểu chng 1) Chng 2) Bình chứa 3) Chỉ thị Khi áp suất buồng (A) (B) nắp chng (1) vị trí cân (hình8.4a), có biến thiên độ chênh áp d(p1-p2) >0 chng nâng lên (hình 8.4b) Khi đạt cân ta có: d(p1 − p2 ).F = (dH + dy)∆f.g(ρm − ρ) (8.8) Với: dh = dx + dy d(p1 − p2 ) = dh(ρm − ρ)g fdy = ∆f.dH + (Φ − F)dx 108 Trong đó: F - tiết diện ngồi chng dH - độ di chuyển chuông dy - độ dịch chuyển mức chất lỏng chuông dx - độ dịch chuyển mức chất lỏng ngồi chng ∆f - diện tích tiết diện thành chng Φ- diện tích tiết diện bình lớn dh - chênh lệch mức chất lỏng ngồi chng f - diện tích tiết diện chng Giải phương trình ta có: Lấy tích phân giới hạn từ đến (p1 - p2) nhận phương trình đặc tính tĩnh áp kế vi sai kiểu chuông: Áp kế vi sai có độ xác cao đo áp suất thấp áp suất chân không Cảm biến áp suất dựa phép đo biến dạng Nguyên lý chung cảm biến áp suất loại dựa sở biến dạng đàn hồi phần tử nhạy cảm với tác dụng áp suất Các phần tử biến dạng thường dùng ống trụ, lò xo ống, xi phông màng mỏng 3.1 Phần tử biến dạng 3.1.1.Ống trụ Sơ đồ cấu tạo phần tử biến dạng hình ống trụ trình bày hình 8.5 ống có dạng hình trụ, thành mỏng, đầu bịt kín, chế tạo kim loại Hình 8.5 Phần tử biến dạng kiểu ống hình trụ a) Sơ đồ cấu tạo b) Vị trí gắn cảm biến Đối với ống dài (L>>r), áp suất chất lưu tác động lên thành ống làm cho ống biến dạng, biến dạng ngang ω1 biến dạng dọc ống xác định biểu thức: 109 Trong đó: p - áp suất Y - mô đun Young v - hệ số poisson r - bán kính ống e - chiều dày thành ống Để chuyển tín hiệu (biến dạng) thành tín hiệu điện người ta dùng chuyển đổi điện (thí dụ cảm biến lực) 3.1.2 Lị xo ống Cấu tạo lò xo ống dùng cảm biến áp suất trình bày hình 8.6 Lị xo ống kim loại uốn cong, đầu giữ cố định đầu để tự Khi đưa chất lưu vào ống, áp suất tác dụng lên thành ống làm cho ống bị biến dạng đầu tự dịch chuyển Trên hình (8.6a) sơ đồ lò xo ống vòng, tiết diện ngang ống hình trái xoan Dưới tác dụng áp suất dư ống, lò xo giãn ra, tác dụng áp suất thấp co lại Hình 8.6 Lị xo ống Đối với lị xo ống thành mỏng biến thiên góc tâm (φ) tác dụng áp suất (p) xác định công thức: Trong đó: v - hệ số poisson Y - mơ đun Young R - bán kính cong h - bề dày thành ống a, b - bán trục tiết diện ôvan 110 α, β- hệ số phụ thuộc vào hình dáng tiết diện ngang ống x = Rh/a2 - tham số ống Lực thành phần theo hướng tiếp tuyến với trục ống (ống thành mỏng h/b = 0,6 - 0,7) đầu tự xác định theo theo biểu thức: Lực hướng kính: Trong s φ hệ số phụ thuộc vào tỉ số b/a Giá trị k1, k2 số lò xo ống nên ta viết biểu thức xác định lực tổng hợp: Bằng cách thay đổi tỉ số a/b giá trị R, h, γ ta thay đổi giá trị ∆ γ , N độ nhạy phép đo Lò xo ống vòng có góc quay nhỏ, để tăng góc quay người ta dùng lị xo ống nhiều vịng có cấu tạo hình (8.6b) Đối với lị xo ống dạng vịng thường phải sử dụng thêm cấu truyền động để tăng góc quay Để tạo góc quay lớn người ta dùng lị xo xoắn có tiết diện van hình khía hình 8.6c, góc quay thường từ 40 - 60o, kim thị gắn trực tiếp đầu tự lò xo Lị xo ống chế tạo đồng thau đo áp suất MPa, hợp kim nhẹ thép 1.000 MPa, 1.000 MPa phải dùng thép gió 3.2 Xiphơng Cấu tạo xiphơng trình bày hình 8.7 Hình 8.7 Sơ đồ cấu tạo ống xiphơng Ống xiphơng ống hình trụ xếp nếp có khả biến dạng đáng kể tác dụng áp suất Trong giới hạn tuyến tính, tỉ số lực tác dụng biến dạng xiphông không đổi gọi độ cứng xiphông Để tăng độ cứng thường người ta đặt thêm vào ống lò xo Vật liệu chế tạo 111 đồng, thép cacbon, thép hợp kim Đường kính xiphơng từ - 100mm, chiều dày thành 0,1 - 0,3 mm Độ dịch chuyển (ä) đáy tác dụng lực chiều trục (N) xác định theo cơng thức: Trong đó: h0 - chiều dày thành ống xiphơng n - số nếp làm việc α- góc bịt kín v- hệ số poisson A0, A1, B0 - hệ số phụ thuộc Rng/Rtr, r/R+r Rng, Rtr - bán kính ngồi bán kính xi phơng r - bán kính cong nếp uốn Lực chiều trục tác dụng lên đáy xác định theo công thức: 3.3 Màng Màng dùng để đo áp suất chia màng đàn hồi màng dẻo Màng đàn hồi có dạng trịn phẳng có uốn nếp chế tạo thép Hình 8.8 Sơ đồ màng đo áp suất 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, độ phi tuyến lớn độ võng lớn, thường sử dụng phạm vi hẹp độ dịch chuyển màng Độ võng tâm màng phẳng tác dụng áp suất tác dụng lên màng xác định theo cơng thức sau: 112 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: Với a, b hệ số phụ thuộc hình dạng bề dày màng Khi đo áp suất nhỏ người ta dùng màng dẻo hình trịn phẳng uốn nếp, chế tạo từ vải cao su Trong số trường hợp người ta dùng màng dẻo có tâm cứng, tâm màng kẹp cứng hai kim loại Hình 8.9 Sơ đồ cấu tạo màng dẻo có tâm cứng Đối với màng dẻo thường, lực di chuyển tạo nên tâm màng xác định biểu thức: Với D đường kính ổ đỡ màng Đối với màng dẻo tâm cứng, lực di chuyển tạo nên tâm màng xác định biểu thức: Với D đường kính màng, d dường kính đĩa cứng Các chuyển đổi điện Khi sử dụng cảm biến đo áp suất phần tử biến dạng, để chuyển đổi tín hiệu trung gian thành tín hiệu điện người ta dùng chuyển đổi Theo cách chuyển đổi người ta chia chuyển đổi thành hai loại: + Biến đổi dịch chuyển phần tử biến dạng thành tín hiệu đo Các chuyển đổi loại thường dùng là: cuộn cảm, biến áp vi sai, điện dung, điện trở + Biến đổi ứng suất thành tín hiệu đo Các chuyển đổi phần tử áp điện áp trở 4.1 Bộ biến đổi đo áp suất kiểu điện cảm Hình 8.10 Bộ chuyển đổi kiểu cảm ứng 1) Tấm sắt từ 2) Lõi sắt từ 3) Cuộn dây 113 Cấu tạo chuyển đổi kiểu điện cảm biểu diễn hình 8.10 Bộ chuyển đổi gồm sắt từ động gắn màng (1) nam châm điện có lõi sắt (2) cuộn dây (3).Dưới tác dụng áp suất đo,3 màng (1) dịch chuyển làm thay đổi khe hở từ (δ) sắt từ lõi từ nam châm điện, thay đổi độ tự cảm cuộn dây Nếu bỏ qua điện trở cuộn dây, từ thông tản tổn hao lõi từ độ tự cảm biến đổi xác định cơng thức sau: Trong đó: W - số vòng dây cuộn dây ltb, Stb: chiều dài diện tích trung bình lõi từ δ, S0 - chiều dài tiết diện khe hở không khí µ, µ0 - độ từ thẩm lõi từ khơng khí Thơng thường ltb/( µ Stb)