đo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suấtđo áp suất
CHƯƠNG 3: ĐO ÁP SUẤT KHÁI QUÁT ÁP KẾ THỦY TĨNH ÁP KẾ CƠ HỌC (ĐÀN HỒI) ÁP KẾ PITTÔNG ÁP KẾ ĐIỆN CÁC LOẠI ÁP KẾ KHÁC KHÁI QUÁT 1.1 Khái niệm bản: Áp suất: đại lượng vật lý biểu thị lượng tích lũy mơi trường chất khí chất lỏng Áp suất lực tác động lên đơn vị diện tích - Áp suất phân bố đồng không đồng lên bề mặt chịu lực - Trường hợp lực phân bố đồng áp suất tính: F p= S Các dạng áp suất: – Áp suất khí quyển: áp lực khối khơng khí bao quanh trái đất (khí quyển) tác động lên bề mặt trái đất nơi đo – Áp suất dư: phần trị số áp suất cao áp suất khí – Áp suất chân khơng: phần trị số nhỏ áp suất khí – Áp suất tuyệt đối: áp lực toàn phần tác động lên bề mặt chịu lực Và tính từ giá trị chân khơng tuyệt đối - Độ chân không: tỉ số áp suất chân khơng áp suất khí PCK D 100% Pkq - Hiệu áp suất: hiệu số hai áp suất cần đo Hiệu áp suất cịn gọi áp suất vi sai Pdö Pkq = (theo p suấ t dư) Pkq = (theo p châ n khô ng) Pck Ptđ Pkq = (theo p suấ t tuyệ t đố i) Pkq = (theo p suấ t tuyệ t đố i) Ptđ Ptđ = Biể u diễ n p suấ t dư Ptđ > Pkq Ptđ = Biể u diễ n p suấ t châ n khô ng Ptđ < Pkq Biểu diễn quan hệ loại áp suất Đơn vị đo áp suất: đơn vị chuẩn theo hệ SI Pa≡N/m2 Các đơn vị chuẩn • at (kỹ thuật) = 9,81.104 Pa • atm (vật lý) = 101300 Pa • kg/cm2 = 1at • bar = 105 Pa • psi = 0,07 at Các đơn vị khơng chuẩn • mH2O = 9,81.103 Pa (KLR nước 1000 kg/m3) • mmHg ≡ torr = 133,33 Pa (KLR thủy ngân 13600kg/m3) •……… Đơn vị chuẩn đơn vị có trị số khơng thay đổi thay đổi điều kiện đo 1.2 Phân loại áp kế: Theo dạng áp suất cần đo: Các áp kế chun dùng: – Barơmét: đo áp suất khí – Chân không kế (Vacummet): đo áp suất chân không – Manômét: đo áp suất dư Các áp kế đa chức năng: – Áp kế cho phép đo áp suất từ “0” tuyệt đối: đo áp suất chân khơng, áp suất khí áp suất dư – Manômet – Vacum (Manômét chân không): vừa đo áp suất chân không vừa đo áp suất dư – Áp kế vi sai (hiệu áp kế) micromanômét: dùng để đo hiệu áp suất Theo nguyên lý hoạt động: – Áp kế thủy tĩnh (áp kế chất lỏng) – Áp kế học (áp kế đàn hồi hay áp kế lị xo) – Áp kế pittơng – Áp kế điện ÁP KẾ THỦY TĨNH Áp kế thủy tĩnh gọi áp kế chất lỏng hoạt động theo nguyên tắc áp suất thủy tĩnh Chất lỏng thường dùng áp suất thủy tĩnh là: nước, thủy ngân rượu,… 2.1 Manômét chữ “U” - Một đầu đựơc nối với môi trường cần đo áp suất, đầu để tự (nối với môi trường áp suất khí quyển) - Do độ chênh áp suất hai đầu ống tạo độ chênh lệch mực chất lỏng hai nhánh áp kế - Với độ chênh lệch h hai cột chất lỏng ta xác định gía trị áp suất dư ÁP KẾ PITTÔNG Hoạt động áp kế pittông dựa sở nguyên lý cân lực tạo áp suất đo, trọng lượng vật đối trọng pittông đặt xilanh P G1 G G F F KK G m.g(1 ) Hệ thống pittơng có cấu để xác định vị trí dịch chuyển pittơng Ngồi ra, cịn cấu cân chỉnh cho pittông phương thẳng đứng Pittông cần xoay dễ dàng xi lanh đồng thời phải chuyển động tịnh tiến trục xilanh… _ Thân thiết bị Pittông Vật đối trọng ÁP KẾ ĐIỆN Áp kế điện trở hoạt động dựa nguyên lý biến đổi điện trở, đại lượng khơng điện áp suất biến đổi làm thay đổi điện trở 5.1 Áp kế biến trở Hoạt động: dựa vào tính chất biến điện biến trở số vật liệu như: Maganin, Constantan, Vonfram, Nikel, Crom, Bạch kim, tác động áp suất Thực tế thường dùng Maganin Vì điện trở phụ thuộc tuyến tính vào thay đổi áp suất, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ nên chịu ảnh hưởng nhiệt độ môi trường cần đo Khi áp suất thay đổi, điện trở Maganin biến đổi theo mối quan hệ sau: R p = R0 (1 + K P) Trong đó: P: Rp: R0: K: áp suất cần đo điện trở dây dẫn Maganin áp suất P điện trở dây dẫn Maganin áp suất P=0 hệ số biến đổi điện trở Maganin Cấu tạo: gồm lõi vật liệu cách điện, quân dây điện trở với đường kính nhỏ Dây điện trở tráng men cách điện để quấn sát Trên cuộn dây có trượt làm hợp kim (plantin/firidi plantin/berin) có độ đàn hồi độ tiếp xúc tốt Lực tì trượt lõi nhỏ UN Dưới tác động áp suất trượt di chuyển làm thay đổi điện trở cuộn dây Sự biến đổi điện trở đo mạch đo từ xác định áp suất cần đo P 5.2 Áp kế biến trở lực căng Nguyên tắc hoạt động: dựa sở hiệu ứng Tenzo (khi dây dẫn bị biến dạng học điện trở thay đổi) Cấu tạo: phần tử cảm biến gồm hai ống hình trụ, thành mỏng, đồng trục có chung đáy có bề dày lớn để đáy không bị biến dạng áp lực Trên bề mặt ngồi ống hình trụ có gắn sợi dây điện trở (hoặc mỏng hay màng mỏng) đường kính mảnh, theo hình lượt; hai đầu dây nối với mạch đo 1 2 1.Phần tử đàn hồi 2.Điện trở Tenzô Sơ đồ cấu tạo áp kế Tenzo Hoạt động: dòng lưu chất có áp suất P đưa vào khoảng khơng gian đáy trụ Dưới tác động áp suất P vỏ trụ bên ngồi phình ra, vỏ đáy bên bị lõm vào tức bị biến dạng Sự biến đổi học phần tử cảm biến dây điện trở Tenzo dẫn đến biến đổi đại lượng điện tương ứng hiệu ứng 2 Các yêu cầu điện trở Tenzo: - Vật liệu chế tạo phải có độ nhạy cao - Hệ số nhiệt độ giãn nở chiều dài nhỏ - Vật liệu làm dây điện trở phải có điện trở suất cao - Cần phải bù nhiệt độ đo Sơ đồ mạch đo Bộhiể n thị kế t RT R1 Rt P URA KÑ R2 RB U Để đo độ biến đổi điện trở Tenzo(điện trở lực căng) người ta thường dùng mạch cầu Cấu tạo: gồm vật có bề mặt đặt môi trường cần đo áp suất Trong bề mặt biến dạng (mặt 1), bề mặt không biến dạng (mặt 2) Trên bề mặt biến dạng gắn điện trở RT (điện trở lực căng), cịn bề mặt khơng biến dạng gắn dây điện trở RB (điện trở bù nhiệt độ) nhằm loại trừ ảnh hưởng nhiệt độ lên kết đo - Khi có áp suất P tác động lên bề mặt bị biến dạng dây điện trở RT bị biến dạng điện trở biến đổi Bề mặt lại chịu tác dụng áp suất P không biến dạng, dây điện trở RB =const - Khi chưa có tác động áp suất RT chưa bị biến đổi cầu cân bằng điện áp mạch cầu URA=0 - Khi có tác động áp suất RT thay đổi mạch cầu cân bằng, điện áp URA≠ Điện áp đầu URA tỷ lệ với áp suất cần đo 5.3 Áp kế áp điện (áp kế Piezo) Nguyên tắc hoạt động: - Dựa theo tính chất số chất kết tinh tạo điện tích tác động lực Hiện tượng gọi hiệu ứng áp điện (hiệu ứng Piezo) - Hiệu ứng tìm thấy tinh thể thạch anh, tuamalin, muối sắt (xennit), bari titanat số chất khác Điện cực Màng ngăn Biên độ biến đổi màng ngăn Ưu điểm: Khơng bị trễ tiện lợi cho ngun cứu q trình có áp suất thay đổi nhanh khí xâm thực, nổ,… Nhược điểm: Độ biến dạng phần tử áp điện nhỏ (khoảng vài micrơmét) Ít áp dụng cho việc đo áp suất tĩnh khó khắc độ ÁP KẾ KHÁC 6.1 Áp kế dẫn điện - Ở áp suất tuyệt đối thấp chân không sâu, độ dài quãng đường tự phân tử có tính khả ước với kích thước hình học hệ, độ dẫn điện chất khí ước định áp suất - Mối liên hệ sử dụng áp kế dẫn điện để đo áp suất giới hạn từ 10-3 đến 100Pa Cảm biến dụng cụ đo gồm nung nóng dụng cụ đo nhiệt độ đặt vào bình Cặp nhiệt điện Điện trở gia nhiệt 6.2 Áp kế ion hóa (chân khơng kế) Ngun tắc hoạt động: dựa vào phụ thuộc cường độ ion chất khí vào áp suất Các dụng cụ khác theo phương pháp ion hố chất khí Lý thuyết chứng minh dụng cụ (đèn áp kế) tồn mối liên hệ: Ii = K P Ie Ii: cường độ dòng ion, A Ie: cường độ dòng điện tử, A K: số dụng cụ, 1/Pa P: áp suất (chân không), Pa Bộ phận hiển thị kết đo thường micrô ampe kế Cực Catốt Cực Anốt hình trụ Quỹ đạo chuyển động electron trước va đập vào Anốt Đầu nối với môi trường áp suất cần đo Như đo áp suất chuyển thành đo cường độ dòng điện Ii Ie điện cực đèn áp kế Hệ số K thể độ nhạy đèn, phụ thuộc vào kích thước hình học đặc điểm cấu trúc nó, vào trạng thái điện tính chất chất khí THANKS !!! ... năng: – Áp kế cho phép đo áp suất từ “0” tuyệt đối: đo áp suất chân khơng, áp suất khí áp suất dư – Manômet – Vacum (Manômét chân không): vừa đo áp suất chân không vừa đo áp suất dư – Áp kế vi... kiện đo 1.2 Phân loại áp kế: Theo dạng áp suất cần đo: Các áp kế chuyên dùng: – Barômét: đo áp suất khí – Chân khơng kế (Vacummet): đo áp suất chân không – Manômét: đo áp suất dư Các áp kế... độ chênh áp suất lớn cột chất lỏng dâng cao, ống áp kế phải dài 2.2 Vi áp kế: • Nếu bình áp kế nối với mơi trường áp suất cần đo, ống đo áp suất để tự cho giá trị áp suất dư • Nếu bình áp kế để