C3 do ap suatcam bien ki thuat do

Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-1 Chương Đo áp suất 3.1 KHÁI QUÁT Mục đích ý nghĩa đo áp suất Kiểm tra tình trạng hệ thống Nghiên cứu đến q trình có liên quan đến áp suất Xác định áp suất môi trường xung quanh làm sở qui đổi kết đo nhận điều kiện môi trường khác Thông thường áp suất ký hiệu chữ “p” kèm theo số Các loại áp suất: áp suất tuyệt đối, áp suất dư, áp suất khí quyển, áp suất chân khơng pa áp suất tuyệt đối pa > pkk pa – pkk = p (áp suất dư) P pa < pkk pkk – pa = pck (áp suất chân không) Phân loại áp kế Pa Pkk Theo nguyên lý: Pa + Áp kế chất lỏng + Áp kế khí + Áp kế điện Hình 3.1 Sơ đồ loại áp suất Theo công dụng: + Manômét dùng đo chênh áp: đo độ chân không, áp suất dư + Baromet dùng đo áp suất khí quyển, có hai loại: thủy ngân khí Đơn vị đo Trong khoa học kĩ thuật khái niệm áp suất sử dụng rộng rãi đơn vị phải lưu tâm qui định cách xác Trên thực tế sử dụng số hệ đơn vị sau: a Đơn vị đo áp suất theo vật lí - Ở hệ CGS (chiều dài centimet, đơn vị khối lượng gam, đơn vị thời gian giây) Ta có đơn vị lực DYN, đơn vị áp suất dyn/cm2 dyn/cm2 = microbar 106 microbar = 103 milibar = bar Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-2 - Ở hệ MKS (đơn vị chiều dài met, đơn vị khối lượng kilogam, đơn vị thời gian giây) Ta có đơn vị lực N (Newton), đơn vị áp suất N/m2 N/m2 = 10-5 bar Theo hệ mới: (SI) Pacal (Pa) = N/m2 bar = 105 N/m2 1at = 0,98.105 Pa (N/m2) b Đơn vị áp suất theo phong vũ biểu Đơn vị áp suất theo phong vũ biểu đơn vị đo áp suất tính theo milimet chiều cao cột thủy ngân Áp suất khơng khí thường đo chiều cao cột thuỷ ngân tính theo milimet Muốn qui dẫn, đo tính cách xác tiêu cần phải qui điều kiện tiêu chuẩn Trong việc đo áp suất chiều cao cột thuỷ ngân thơng số quan trọng cần phải xác định là: - Gia tốc trọng trường chuẩn gn = 9,80665 m/s2 - Nhiệt độ chuẩn t = 00C - Khối lượng riêng thuỷ ngân ñHg = 13,5951 g/cm3 Trong điều kiện chuẩn đơn vị áp suất phong vũ biểu là: 1mm Hg (chiều cao) 00C = Torr 760 Torr = atm (atmosphe vật lí) 750,062 Torr = bar Theo qui ước quốc tế atmosphe vật lí [atm] sử dụng đơn vị áp suất tiêu chuẩn c Đơn vị đo áp suất phi tiêu chuẩn Các đơn vị tồn tài liệu cũ, nhiều ngành khoa học kĩ thuật khơng cịn sử dụng Tuy nhiên, thực tế số lĩnh vực sử dụng đơn vị Người ta có định nghĩa atmosphe kĩ thuật sau: kG/cm2 = at kG/m2 = mm chiều cao cột nước = 10-4 at 735,56 Torr = at Có thể thấy đơn vị áp suất kG/m2 gần với áp suất cột nước 1mm chiều cao 40C gia tốc trọng trường tiêu chuẩn nên thực tế người ta sử dụng milimet chiều cao cột nước để đo áp suất cách rộng rãi Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-3 3.2 CÁC DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT Áp kế chất lỏng Thông thường áp kế dạng chữ U, áp suất cần đo gắn vào nhánh áp kế, nhánh nối với áp suất khác muốn đo chênh áp, thơng với khí trời muốn đo áp suất dư Áp kế chất lỏng dùng ống thủy tinh có giới hạn đo bị hạn chế kích thước, nhiên có độ xác cao Giả sử chất lỏng áp kế có khối lượng riêng  đó: p = p1 – p2 = hg Hình 3.2 Áp kế chữ U Hình 3.3 Áp kế chữ U hai chất lỏng Trường hợp chênh áp p bé, người ta bố trí nhánh U nghiêng góc  l= h ; ví dụ sin  = 0,1 l = 10h sử dụng kính hiển vi để đọc nên áp kế sin  loại gọi vi áp kế Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất Hình 3.4 Nguyên lý vi áp kế 3-4 Hình 3.5 Nguyên lý áp kế chữ U có hai nhánh khác Áp kế chữ U có hai nhánh tiết diện có nhược điểm khó xác định xác độ chênh mực chất lỏng, để khắc phục điều người ta sử dụng áp kế có tiết diện hai nhánh khác hình 3.5 (Ss) Áp kế khí Cịn gọi áp kế đàn hồi, ống đàn hồi, màng đàn hồi, hộp đàn hồi Hình 3.6 Áp kế khí loại ống đàn hồi Phạm vi đo áp kế khí – 10.000 at, nhiên độ xác khơng cao, thường cấp xác lấy sai số (ví dụ áp kế cấp xác có nghĩa sai số 6%) Hiệu chỉnh áp kế khí thường dùng áp kế mẫu kết hợp với bơm piston Ngồi loại ống đàn hồi cịn có loại màng đàn hồi hình 3.7 Hình 3.8 mô tả kết cấu áp kế Bourdon Áp kế phát minh năm 1849 Eugène Bourdon, gồm ống uốn trịn hình chữ C có mặt cắt ovan, đầu ống cố định, đầu di động biến dạng ống tác dụng áp suất, chịu áp lực tiết diện ống có xu hướng chuyển sang dạng tròn Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-5 Hình 3.7 Áp kế khí màng đàn hồi Hình 3.8 Áp kế Bourdon Chuyển động Chuyển động Chuyển động Áp suất Áp suất Áp suất Chuyển động Chuyển động Chuyển động Áp suất Áp suất Áp suất Hình 3.9 Một số kết cấu phận cảm nhận áp suất Áp kế điện a Áp kế kiểu điện trở: Điện trở dây kim loại thay đổi tùy theo trạng thái ứng suất b Áp kế kiểu điện dung: Khe hở cực thay đổi áp suất thay đổi, hình 3.10 c Áp kế điện kiểu áp điện: Kết hợp với thiết bị ghi cho phép đo thay đổi áp suất với tần số cao (ví dụ buồng cháy) Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-6 Áp suất Áp suất Áp suất Áp suất Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý áp kế kiểu điện dung Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý áp kế áp điện Người ta gắn áp kế áp điện vào bu gi để đo áp suất buồng cháy động đánh lửa cưỡng hình 3.12c Ví dụ bố trí cảm biến áp suất để đo áp suất khí thải giới thiệu hình 3.13 Sơ đồ mạch đo dùng áp kế điện tóm tắt hình 3.14 Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-7 Hình 12 Cấu tạo áp kế áp điện: a, loại làm mát; b, loại không làm mát; c, loại gắn với bu gi Hình 13a Lắp đặt cảm biến để đo áp suất buồng cháy Hình 13b Lắp cảm biến đo áp suất khí thải Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-8 Dao động ký Cảm biến áp điện Khuếch đại Chuyển đổi A/D Bộ nhớ Màn hình Hình 14 Sơ đồ mạch đo áp kế điện 3.3 LẮP ĐẶT ÁP KẾ ĐỂ ĐO ÁP SUẤT Trong việc đo áp suất dòng chảy, trước hết cần phải phân biệt cho loại áp suất khác dịng chảy áp suất tĩnh, áp suất động áp suất tổng Muốn lắp đặt áp kế để đo áp suất tĩnh phải chọn vị trí cho áp suất động sinh nhỏ nhất, hay nói áp suất động khơng Điều nhằm bảo đảm cho áp suất động khơng thể gây ảnh hưởng đến chênh lệch áp suất tĩnh, tức gây sai số đến áp suất tĩnh Hình 3.15 Các khả khác để lắp ống thu để đo áp suất dòng chảy Chú ý lắp thiết bị đo áp suất vào dòng chảy gây phá hoại phân bố áp suất dòng chảy, phá hoại lại phụ thuộc vào độ lớn áp suất động độ dịng chảy Nếu yếu tố khơng ý cách đầy đủ phép đo gặp sai số lớn Hình 3.15a phương pháp lắp ống thu áp suất đơn giản Trong trường hợp này, ống lấy thành dòng chảy thoả mãn u cầu độ xác cho việc đo áp suất tĩnh dòng chảy Kết đạt độ xác cao cạnh lỗ lấy áp suất có giá trị áp suất thiếu nhỏ 1% đến 3% áp suất động Phương pháp lắp ghép biểu diễn hình 3.15a đạt độ xác mong muốn chấp nhận thành ống dẫn phạm vi lỗ lấy áp suất làm nhẵn, có độ bóng lớn, có nhấp nhơ tạo xoáy áp suất thiếu lớn dẫn đến sai số lớn Song để có Hình 3.16 Ống lấy áp suất tĩnh thể đạt độ xác cao đo áp suất Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-9 tĩnh người ta sử dụng kết cấu biểu diễn hình 3.16 Ống lấy áp suất chế tạo từ đồng đồng thau có đường kính từ 8mm đến 10mm Ống uốn cong 900, đầu ống tiếp xúc với dòng chảy bịt kín làm có dạng động học Đầu để hở nối với dụng cụ đo áp suất Ưu điểm loại ống thu áp suất (hình 3.16) khả gia cơng nhẵn bề mặt ngồi ống nên loại trừ sai số áp suất động đến áp suất tĩnh loại lắp ghép hình 3.15a Song cần phải ý bảo đảm phần ống đặt dòng chảy phải tuyệt đối song song với dòng chảy, có áp suất động vùng có tiết diện A-A không Lắp ghép ống thu áp suất hình 3.15b tức tiết diện ngang ống vng góc với dịng chảy, cho phép đo áp suất tổng dòng chảy Như ta biết áp suất tổng dòng chảy áp suất động dòng cộng với áp suất tĩnh Ngồi hai khả lắp ống hình 3.15a 3.15b trình bày trên, người ta sử dụng phương pháp lắp ống khác hình 3.15c 3.15d, cách lắp đặt khác tạo áp suất hút (áp suất thiếu) lớn phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy, áp suất tĩnh đo nhỏ Chính ngồi cách lắp ghép ống đo áp suất trình bày (3.15a 3.15b) cách lắp khác (3.15c 3.15d) tương tự lắp ghép không đúng, gây sai số lớn Để đo áp suất dịng chảy thơng thường người ta phải sử dụng đầu đo hình 3.17, 3.18, 3.19 Trường hợp đo áp suất dòng chảy: Cần phải ý có ba loại áp suất dịng chảy là: áp suất tĩnh, áp suất động, áp suất tổng Hình 3.17 Đầu đo áp suất kiểu ống Pitot Hình 3.18 Đầu đo áp suất động Hình 3.17 Đầu đo áp suất tĩnh Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất v 3-10 A B pd pst p pst C D pg E pg Hình 3.19 Sơ đồ bố trí đo đồng thời áp suất dòng chảy Lỗ đo A đầu đo có kết cấu hình vẽ, nên cho phép đo áp suất tổng pg Lỗ B cho phép đo áp suất tĩnh, ghép áp kế chữ U: C, D, E cho phép đo loại áp suất sau: - Áp kế C nối lỗ B áp suất khí trời cho ta biết áp suất tĩnh dư pst - Áp kế E đo chênh áp A áp suất khí trời cho ta áp suất tổng dư pg - Áp kế D biểu thị chênh áp A B cho ta áp suất động dư pd = pg - pst Ngồi hình 3.19 cịn thể áp suất khí trời, áp suất tĩnh tuyệt đối, áp suất động áp suất tổng Một số lưu ý lắp đặt áp kế chất lỏng Khi dùng áp kế để đo áp suất chất lỏng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng khơng khí, cần ý đến ảnh hưởng cột chất lỏng phía điểm đo Cột chất lỏng tạo nên áp suất p= hg, phải tính thêm giá trị vị trí điểm đo vị trí lắp áp kế khơng trùng Trường hợp lắp áp kế để đo áp suất hơi, cần phải ý đến ngưng tụ áp kế gây sai số phép đo Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-11 Mục lục Chương Đo áp suất 3.1 KHÁI QUÁT 1 Mục đích ý nghĩa đo áp suất: Phân loại áp kế: Đơn vị đo: 3.2 CÁC DỤNG CỤ ĐO ÁP SUẤT Áp kế chất lỏng: Áp kế khí Áp kế điện: 3.3 LẮP ĐẶT ÁP KẾ ĐỂ ĐO ÁP SUẤT Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN ... đàn hồi cịn có loại màng đàn hồi hình 3.7 Hình 3.8 mơ tả kết cấu áp kế Bourdon Áp kế phát minh năm 1849 Eugène Bourdon, gồm ống uốn trịn hình chữ C có mặt cắt ovan, đầu ống cố định, đầu di động... Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo áp suất 3-5 Hình 3.7 Áp kế khí màng đàn hồi Hình 3.8 Áp kế Bourdon Chuyển động Chuyển động Chuyển động Áp suất Áp suất Áp suất Chuyển động Chuyển động Chuyển động