T ỔNG QUAN VỀ HỆ HỐNG BƠI RƠN VÀ HỆ HỐNG
2.3.4.3. Chuyển đổi bằng dao động cơ điệ n
Trong các cảm biến dùng chuyển đổi bằng dao động cơ điện, bộ phận dao
động gồm một phần tử dao động cơ với tần số phụ thuộc vào các lực tác dụng lên nĩ. Lực do áp suất gây nên cĩ thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên phần tử dao
động. Nĩ làm thay đổi tần số của dao động cơ và do vậy làm biến thiên tần số do bộ
dao động phát ra.
a) Bộ dao động dùng dây, lá mỏng hoặc ống dao động
Thơng thường bộ dao động bao gồm một vật trung gian chịu tác động của áp suất cần đo kết hợp với một phần tử cơ học. Đây là trường hợp dây hoặc lá thép dao
động được căng giữa một điểm cố định và một điểm khác nằm trên màng hoặc xi phơn (Hình2.18a và b). Trong một số trường hợp, bộ dao động chỉ cĩ một vật trung gian đĩng vai trị phần tử dao động (Hình 2.18c)
Hình 2.18 : cảm biến áp suất dùng chuyển đổi dao động cơđiện. a) dây dao động, b) lá dao động, c) ống dao động.
Các dao động được duy trì nhờ hai cuộn dây. Khi phần tử dao động bằng thép dao động với tần số f, nĩ làm cho từ trở của mạch biến thiên tuần hồn và gây nên một điện thế cảm ứng cùng tần số trong cuộn đo. Điện thế này được khuếch đại để
nuơi cuộn kích tạo dao động.
Tần số f của dao động cơ phụ thuộc vào ba yếu tố . -Hình dạng và kích thước của phần tử dao động. -Tính chất vật lý của vật liệu chế tạo phần tử dao động. -Lực tác dụng lên phần tử dao động
Trong trường hợp dây dao động được căng giữa một điểm cố định và một
f s F . 2 1 r l = trong đĩ F là lực căng dây.
Đối với trường hợp ống dao động, mối quan hệ giữa áp suất và tần số dao
động được biểu diễn bằng biểu thức: p = A(f – f0) + B(f – f0)2 + C(f – f0)3
trong đĩ f0 là tần số dao động khi chưa cĩ lực tác động của áp suất và f là tần số dao động khi áp suất tác động bằng p; A, B, C là các hằng số của cảm biến.
Trên Hình 2.18a biểu diễn cảm biến dùng đểđo áp suất chất lưu trong các khe hẹp. Áp suất được truyền qua phần tử xốp làm cho khối đàn hồi bị biến dạng dọc và do vậy làm thay dổi sức căng của dây và tần số dao động của nĩ. Các dải đo cĩ thể
thay đổi trong những khoảng giá trị khác nhau: 0¸2, 0¸5, 0¸10, 0¸20 bar. Độ chính xác của cảm biến cỡ 0,3% với độ phân giải bằng 0,1%.
Trên Hình 2.18b biểu diễn đo áp suất tuyệt đối dùng phần tử dao động là lá thép. Nĩ được ứng dụng nhiều trong kĩ thuật hàng khơng. Trong cảm biến này, các xi phơng kín đã hút chân khơng (để làm áp suất so sánh) gây nên lực căng lá thép dao động. Giá trị của áp suất được tính từ giá trị của tần số và nhiệt độ. Dải áp suất
đo của cảm biến nằm trong khoảng từ 0 đến 3000 mbar. Độ chính xác thay đổi trong phạm vi từ ±0,01 đến ±0,02% phụ thuộc vào giá trị của áp suất đo.
Ưu điểm của các loại cảm biến này là đo theo tần số, độ lặp lại, độ phân giải và độ chính xác cao. Tuy vậy nhược điểm của loại cảm biến này là sự khơng tuyến tính, dải thơng hẹp và nhạy với nhiệt độ, dao động và va chạm.
b) Bộ dao động thạch anh
Khi thay đổi bề dày lớp khơng khí giữa phiến thạch anh dao động và một trong các điện cực của nĩ cĩ thể làm thay đổi tần số dao động đến 0,1%. Hiệu ứng này đểđo áp suất chất lưu.
Trong cảm biến dùng bộ dao động thạch anh, một điện cực của phiến thạch anh được ghép nối cứng với vật trung gian chịu tác động của áp suất cần đo. Tín
hiệu của tần số thay đổi được trộn với tín hiệu của tần số cốđịnh từ một phiến thạch anh khác dùng để so sánh. Tần số ởđầu ra sẽ cung cấp thơng tin về độ lớn của áp suất cần đo.
Trên Hình 2.20 biểu diễn nguyên lý hoạt động của một cảm biến áp suất chất lưu dùng chuyển đổi thạch anh dao động. Lực F được đặt trên mép của một đĩa làm bằng thạch anh cĩ bề dày nhỏ. Hai bản tiếp xúc được đặt ở hai điểm trên đĩa cho phép từng bản duy trì dao động riêng biệt với tần số cao. Một trong hai điểm này
được đặt ở vị trí cĩ ứng lực do áp suất cần đo tác động. Điểm thứ hai ở vị trí khơng chịu tác động của áp suất và được sử dụng để so sánh. Tín hiệu đầu ra là kết quả so sánh giữa hai tần số dao động, nĩ tỉ lệ với độ lớn của áp suất cần đo.
Hình 2.19: Cảm biến áp suất chất lưu dùng chuyển đổi dao động thạch anh.
Cảm biến cĩ thể được sử dụng để đo áp suất chất lưu cĩ giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 1 bar với sai số (do cĩ sự tuyến tính và độ trễ) thấp hơn ±0,025%.
2.4.VI ĐIỀU KHIỂN