Bài giảng Kỹ thuật cảm biến - Chương VIII: Cảm biến đo áp suất

VIII. Cảm biến đo áp suất1. Tổng quanĐịnh nghĩaÁp suất được định nghĩa là lực tác dụng trên một đơn vị diện tíchP = F/AÁp suất tuyệt đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và chân không tuyệt đối (áp suất bằng 0).Áp suất dư/tương đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và môi trường xung quanh (khí quyển).Áp suất vi sai: là áp suất chênh lệch giữa hai điểm đo, một điểm được chọn làm điểm tham chiếu.1. Tổng quanĐịnh nghĩa1. Tổng quanĐơn vị đoTrong hệ SI: Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar.Châu Âu: bar, Bắc Mỹ: psi, Châu Á: kg/cm2, MPa.Đơn vịáp suấtpascal(Pa)bar(b)kg/cm2atmotsphe(atm)mmH2OmmHgmbar1Pascal110-51,02.10-50,987.10-51,02.10-10,75.10-210-21 bar10511,020,9871,02.1047501031 kg/cm29,8.1040,98010,9861047359,80.1021 atm1,013.1051,0131,03311,033.1047601,013.1031mmH2O9,89,8.10-510-30,968.10-410,07350,0981mmHg133,313,33.10-41,36.10-31,315.10-313611,331mbar10010-31,02.10-30,987.10-31,020,75011. Tổng quanPhân loạiĐọc trực tiếpĐo gián tiếpMàn chắnLò xo ốngHộp xếpĐiện dungBiến dạngÁp kế chất lỏngÁp kế nén Mc LeodÁp kế chữ UÁp kế nhớtIon hóaĐộ dẫn nhiệtDựa vào sự thay đổi tỷ trọng của chất khí và tạo ra tín hiệu điệnÁp điện2. Áp kế dạng màn chắnLoại đo điện dungGồm 2 bản cực, 1 bản cực cố định, 1 bản cực là màn chắn chịu tác động của áp suất Đo áp suất dựa vào điện dung của tụ điện2. Áp kế dạng màn chắnLoại điện dung2. Áp kế dạng màn chắnLoại đo biến dạng2. Áp kế dạng màn chắnLoại áp điện3. Áp kế lò xo ốngCấu tạo và nguyên lý3. Áp kế lò xo ốngCác dạnga) Dạng ống chữ C; b, c) dạng ống xoắn3. Áp kế lò xo ống3. Áp kế lò xo ống4. Áp kế hộp xếpCấu tạo và nguyên lýMade of Bronze, S.S., BeCu, Monel etc..The movement is proportional to number of convolutionsSensitivity is proportional to sizeIn general a bellows can detect a slightly lower pressure than a diaphragmThe range is from 0-5 mmHg to 0-2000 psiAccuracy in the range of 1% span4. Áp kế hộp xếp5. Áp kế chất lỏng5. Áp kế chất lỏng Dạng chữ U5. Áp kế chất lỏngWith both legs of a U-tube manometer open to the atmosphere or subjected to the same pressure, the liquid maintains the same level in each leg, stablishing a zeroreference. ManometerWith a greater pressure applied to the left side of a U-tube manometer, the liquid lowers in the left leg and rises in the right leg.The liquid moves until the unit weight of the liquid, as indicated by h, exactly balances the pressure. ManometerWhen the liquid in the tube is mercury, for example, the indicated pressure h is usually expressed in inches (or millimeters) of mercury. To convert to pounds per square inch (or kilograms per square centimeter), P2 = ρhgWhere P2 = pressure, (kg/cm2)ρ = density, (kg/cm3)h = height, (cm)Manometer Gauge pressure is a measurement relative to atmospheric pressure and it varies with the barometric reading. A gauge pressure measurement is positive when the unknown pressure exceeds atmospheric pressure (A), and is negative when the unknown pressure is less than atmospheric pressure (B). 5. Áp kế chất lỏng Dạng bồn chứaReservoir (Well) ManometerIn a well-type manometer, the cross-sectional area of one leg (the well) is much larger than the other leg. When pressure is applied to the well, the fluid lowers only slightly compared to the fluid rise in the other leg. 5. Áp kế chất lỏng Dạng ống nghiêng5. Áp kế chất lỏngKiểu phaoCảm biến áp suất điện tửCảm biến áp suất điện tử dùng để đo và/hoặc phát hiện sự thay đổi áp suất và chuyển thành tín hiệu điện.Nguyên lý đo:Điện trở: điện trở của vật liệu dẫn điện thay đổi phụ thuộc vào áp suất. Vật liệu thường dùng là kim loại, chịu sự kéo hoặc nén và thay đổi giá trị điện trở. (Strain gauge).Cảm biến áp suất điện tửNguyên lý đo:Điện trở:Cảm biến áp suất điện tửNguyên lý đo:Áp trở: dựa vào hiệu ứng áp trở, nên có độ nhạy cao, đo được áp suất thấp. Ảnh hưởng bởi nhiệt độ.Cảm biến áp suất điện tửNguyên lý đo:Điện dung: Đo áp suất dựa vào đo giá trị điện dung của tụ điện. Áp suất tác động lên bản cực của tụ điện làm cho khoảng cách giữa 2 bản cực thay đổi.Cảm biến áp suất điện tửNguyên lý đo:Áp điện: Dựa vào hiệu ứng áp điệnPhù hợp cho đo áp suất độngCảm biến áp suất điện tửCảm biến áp suất với sự tác động cơ khí