TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT VÀ LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY

TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT VÀ LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY MỤC LỤC CHƯƠNG I: CẢM BIẾN ÁP SUẤT 1 1. Lý thuyết 1 1.1. Khái niệm và nguyên lý đo áp suất 1 1.2. Cảm biến áp điện trở 2 1.2.1. Cảm biến áp điện trở kiểu kim loại 2 1.2.2. Cảm biến áp điện trở loại bán dẫn 3 1.2.3. Mạch cầu Wheatstone 4 1.2.4. Chuyển đổi thành tín hiệu điện 5 1.3. Cảm biến áp điện 6 2. Các cảm biến áp suất và ứng dụng 6 2.1. Cảm biến áp suất P-3000S 6 2.1.1. Nguyên lý hoạt động 6 2.1.2. Ứng dụng 12 2.2. Cảm biến áp suất APT3000 14 2.3. Cảm biến áp suất chênh áp APT9000 16 CHƯƠNG II:CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY 18 1. Lý thuyết 18 1.1. Định nghĩa lưu lượng 18 1.2. Dùng định luật bernoulli 18 1.2.1. Đĩa đồng tâm 19 1.2.2. Ống venturi 21 1.2.3. Vòi phun 22 1.3. Lưu lượng kế điện từ(ứng dụng định luật FARADAY) 23 1.4. Lưu lượng kế thể tích 26 1.4.1. Kiểu bánh răng oval 26 1.4.2. Lưu lượng kế kiểu piston 27 1.4.3. Lưu lượng kế kiểu trục vít 28 1.4.4. Lưu lượng kế kiểu cánh gạt 29 1.4.5. Lưu lượng kế kiểu roots 30 1.5. Lưu lượng kế turbin 30 1.6. Lưu lượng kế truyền nhiệt 31 2. Cảm biến lưu lượng dòng chảy và ứng dụng 33 2.1. Cảm biến lưu lượng YF-S201 của SEA 33 2.1.1. Nguyên lý hoạt động 33 2.1.2. Ứng dụng 35 2.2. Cảm biến lưu lượng AMF900 36 2.3. Cảm biến lưu lượng ATF80 38 TƯ LIỆU THAM KHẢO 41

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN VẬT LIỆU ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ——&—— ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT VÀ LƯU LƯỢNG DỊNG CHẢY GVHD: Ths Phạm Xn Hơ Thực hiện: Nhóm MỤC LỤC CHƯƠNG I CẢM BIẾN ÁP SUẤT Lý thuyết 1.1 Khái niệm nguyên lý đo áp suất Áp suất tỉ số lực tác dụng đơn vị tích: Áp suất khơng khí áp lực mà khơng khí tác động lên vật Đại lượng thay đổi theo nhiều yếu tố: Pkk áp suất khơng khí(Pa) Áp suất tương đối áp suất so với áp suất khơng khí áp suất tuyệt đối áp suất so với chân không hay: Pđo = P tuyệt đối = P tương đối + P kk áp suất cần đo lớn áp suất khơng khí Pđo = P tuyệt đối = P kk - P tương đối áp suất cần đo nhỏ áp suất khơng khí Dù đa phần dụng cụ đo có nhãn ghi áp suất tương đối thay tuyệt đối, nên sử dụng phải quy đổi cho phù hợp Từ định nghĩa thấy việc đo áp suất có liên qua trực tiếp đến việc đo lực tác dụng F(N) một3 diện tích định sẵn Mà lực ta có nguyên lý đo đạc tận dụng thay đổi điện trở điện tích vật liệu tác động ngoại lực 1.2 Cảm biến áp điện trở Cảm biến áp điện trở có nguyên lý ứng dụng hiệu ứng áp điện trở hay thay đổi điện trở vật liệu biến dạng tác động ngoại lực Tùy vào loại vật liệu chế tạo cảm biến mà có loại cảm biến khác Cơ có hai loại kim loại bán dẫn Tuy nhiên nguyên lý thay đổi điện trở cảm biến bắt nguồn từ công thức tính điện trở bản: Với R (Ω) điện trở, (Ωm) điện trở suất, L(m) chiều dài, S(m2) tiết diện Vi phân công thức chia cho R ta được: Trong độ thay đổi điện trở R điện trở ban đầu Có thay thơng số cảm biến áp điện trở là: Độ thay đổi chiều dài chiều dài ban đầu Hệ số biến dạng K (còn gọi độ nhạy) 1.2.1 Cảm biến áp điện trở kiểu kim loại Thành phần công thức (1.1) đáng kể vật liệu có tính đàn hồi bị biến dạng Vì cảm biến từ kim loại thành phần bỏ qua Quan hệ thay đổi tiết diện thay đổi chiều dài biểu diễn thông qua hệ số Poisson v: Cơng thức (1.1) K viết lại: 1.2.2 Cảm biến áp điện trở loại bán dẫn Đối với cảm biến loại thành phần đáng kể quan hệ với ứng suất theo biểu thức Trong gọi hệ số áp điện trở Ứng suất lại có quan hệ với độ biến dạng thông qua hệ số đàn hồi Y (hệ số Young) Vậy bán dẫn Hệ số biến dạng K bán dẫn phụ thuộc nhiều vào thành phần Thành phần có giá trị lớn (50 đến 120) phụ thuộc lớn vào độ di chuyển hạt tải chất bán dẫn Với độ di chuyển hạt tải (đặc trưng cho điện trở vật liệu), q m điện tích khối lượng hạt tải, t thời gian trung bình lần va chạm hạt tải Thời gian t chủ yếu phụ thuộc phần nhiều vào khoảng cách hạt tải Gây biến đổi vật liệu thay đổi trực tiếp khoảng cách hạt tải Tức tác động đến điện trở Đối với bán dẫn độ nhạy lớn nhiều so với kim loại 1.2.3 Mạch cầu Wheatstone Tuy có độ nhạy cao độ thay đổi điện trở có tác động cảm biến kiểu bán dẫn tương đối nhỏ Để giải vấn đề người ta sử dụng mạch cầu Wheatstone Có ba cách kết nối cảm biến áp điện trở với mạch cầu Wheastone Kiểu 1/4 Kiểu bán phần Kiểu tồn phần Hình 1.1 dạng mạch cầu Wheatstone Đối với kiểu kết nối toàn phần điện áp ngõ gấp đôi kiểu bán phần gấp lần kiểu 1/4 Cụ thể điện áp ngõ cách kết nối sau: Kiểu kết Cơng thức tính theo R ∆R nối Cơng thức tính theo độ nhạy 1/4 Bán phần Tồn phần Đồng thời mạch cầu toàn phần bán phần loại trừ sai số điện trở dây dẫn cảm biến xa nguồn Hình 1.2 Sai số điện trở dây dẫn Hình 1.3 Sai số điện trở dây dẫn tự triệt tiêu kết nối thêm cảm biến vào mạch cầu 1/4 1.2.4 Chuyển đổi thành tín hiệu điện Bằng chế đo lực 6dùng cảm biến áp điện trở kết hợp với mạch cầu Wheatstone tồn phần xây dựng chế cho cảm biến áp suất hình sau Hình 1.4 Dùng điện trở Đây cách chuyển đổi thông qua đại lượng trung gian lực Ngồi cịn có cách chuyển đổi khác Hình 1.5 Dùng điện dung Hình 1.6 Dùng điện cảm Hình 1.7 Dùng LVDT 1.3 Cảm biến áp điện Một kiểu chuyển đổi trực tiếp tín hiệu “áp suất” thành tín hiệu điện áp sử dụng cảm biến áp điện nguyên tắc xuất điện áp trái dấu Loại cảm biến dựa hai bề mặt đối diện vật liệu áp điện có lực tác động Giới hạn bề mặt bị tác động màng đàn hồi nối mặt đối diện với điện cực để thu cảm biến áp suất kiểu áp điện: Hình 1.8 Cấu tạo cảm biến áp điện Vật liệu áp điện thường cách tinh thể thạch anh, loại gốm áp điện, lithium niobate,… Các cảm biến áp suất ứng dụng 2.1 Cảm biến áp suất P-3000S 2.1.1 Nguyên lý hoạt động P-3000S cảm biến áp suất theo kiểu áp điện trở bán dẫn (Si) hãng Copal Electronics Hình 1.9 Hình ảnh thực tế từ datasheet nhà sản xuất Hình 1.10 Cấu tạo loại đo áp suất tương đối Trong đó: *1 Pressure port: Cổng áp suất *2 Housing: Vỏ *3 Resin compound: Màng nhựa *4 Sensor chip: Chíp cảm biến *5 Resistor board for temp compensation : Điện trở bù nhiệt độ *6 Terminal pin: Điện cực Đối với loại đo chênh áp có ngõ vào áp suất thay loại đo áp suất tương đối tuyệt đối Hình 1.11 Cấu tạo loại đo áp suất đo chênh áp Tên cảm biến quy rõ ràng để người dùng lựa chọn theo yêu cầu đo Áp suất tương đối (G-Gauge), áp suất tuyệt đối(A-Absolute) chênh áp (D-Differential) Hình 1.12 Ba chế độ đo áp st Ví dụ: chọn P-3000S-501 G - 02 Thì P-3000S tức dòng cảm biến 501 giới hạn đo định mức 0-59kPa G loại cảm biến dùng đo áp suất tương đối 02 sai số nhiệt độ Các cảm biến với thông số khác hàng trình bày bảng sau Hình 1.13 Các loại cảm biến dòng P-3000S Tùy vào yêu cầu sử dụng tra để tìm cảm biến phù hợp Tuy có cấu tạo khác chế độ đo nhiên cảm biến P-3000S 10 có chân sau ... Pkk áp suất khơng khí(Pa) Áp suất tương đối áp suất so với áp suất khơng khí áp suất tuyệt đối áp suất so với chân không hay: Pđo = P tuyệt đối = P tương đối + P kk áp suất cần đo lớn áp suất. .. loại đo chênh áp có ngõ vào áp suất thay loại đo áp suất tương đối tuyệt đối Hình 1.11 Cấu tạo loại đo áp suất đo chênh áp Tên cảm biến quy rõ ràng để người dùng lựa chọn theo yêu cầu đo Áp suất. .. có sẵn Hình 1.24 Cảm biến áp suất APT9000 Thơng số kỹ thuật 18 19 CHƯƠNG II CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY Lý thuyết 1.1 Định nghĩa lưu lượng Lưu lượng định nghĩa lượng thể tích chảy qua tiết diện