L BÀI THẢO LUẬN MÔN:

ĐO LƯỜNG-CẢM BIẾN

DT2-K5

CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT

NHÓM VI

1- LÊ THỊ DUNG

2- VƯƠNG SỸ HẢI

3- NGUYỄN THỊ HƯƠNG

4- NGUY ỄN THỊ KIM HOÀN

5- MAI XUÂN MINH

6- NGUYỄN THỊ MƠ

7- VŨ VĂN TUYẾN

8- NGUYỄN VĂN TUYÊN

9- NGUYỄN VĂN TRƯỜNG

10- VŨ THỊ VỮNG

Nội dungI.Khái niệm về đo áp suất 1.Khái niệm về áp suất2.Đơn vị đo áp suất3.Phân loại áp suất,phương tiện đo áp suất4.Các cách đo áp suấtII.Công tắc áp suấtCấu tạo, đặc điểm,nguyên lý hoạt độngIII.Một số loại cảm biến áp suất1.Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loạiCấu tạo, nguyên lý, phân loại, đặc điểm ứng dụng2.Cảm biến áp điện thạch anhHiệu ứng áp điệnNguyên lý hoạt động, đặc điểm, ứng dụngIV.Ứng dụng thực tế

1.Khái niệm về cảm biến đo áp suất:

Việc đo đạc áp suất của chất khí, chất lỏng là công việc bắt buộc

trong thiết kế máy móc cơ khí, các dây chuyền sản xuất sử dụng năng

lượng khí nén hay dầu thủy lực.

Trước đây người ta sử dụng các loại cảm biến bằng cơ học, hiện

nay người ta đã sử dụng và phát triển các loại cảm biến đo áp suất có

chất lượng tốt hơn với độ chính xác cao hơn và bền bỉ hơn cho các

công việc kiểm soát và điều khiển từ xa công việc tự động hóa toàn

bộ hệ thống dây chuyền sản xuất của nhà máy.

Khác với các máy đo áp xuất cơ học dùng lò xo và chỉ thị trực tiếp qua một hệ thống truyền động cơ học, các loại cảm biến đo áp suất bán dẫn đều có một phần tử bán dẫn gắn trên màng đàn hồi để biến đổi áp suất thành đại lượng điện.

Một số loại cảm biến áp suất:

2.Áp suất 1. Định nghĩa:Áp suất là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích.

P=F/A(P là áp suất; F: lực; A: diện tích tiếp xúc)

2. Đơn vị đo: đơn vị đo áp suất là Pascal (Pa)Pascal= Newton/m2

Trong thực tế người ta thường dùng bội số của đơn vị Pascal là bar .

1 bar = 105 N/m2 = 105 Pa. Ngoài ra 1atm 1 bar

1bar=14,504psi 1 atm = 14,696 psi

3.Phân loại áp suất

0

1

2

3

4

bar

¸p suÊt khÝ quyÓn

Áp suất chân không

¸p suÊt tuyÖt ®èi

¸p suÊt t ¬ng ®èi

II.Phân loại phương tiện đo áp suất:1.Dựa theo dạng áp suất :- Áp kế, áp – chân kế: đo áp suất dư.- Khí áp kế (baromet): đo áp suất khí khí quyển.- Chân không kế, áp kế hút: đo áp âm- Áp kế hiệu số: đo áp suất hiệu- Để đo áp suất tuyệt đối ta dùng áp kế và khí áp kế khi

áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển. Hoặc dùng áp kế và chân không kế khi áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển

2.Theo nguyên lý hoạt đông: Có 5 nhóm chính:- Áp kế kiểu lò xo- Áp kế pittong- Áp kế kiểu chất lỏng- Áp kế theo nguyên lý điện- Áp kế liên hợp

+ Áp kế kiểu lò xo: Nguyên lý hoạt động của loại áp kế này là dựa vào sự biến dạng đàn hồi của phần tử lò xo dưới tác dụng của áp suất. Độ biến dạng thường được phóng đại nhờ cơ cấu truyền động phóng đại và cũng có thể chuyển đổi thành tín hiệu truyền đi xa

+ Áp kế kiểu pittông: Loại áp kế này dựa vào nguyên lý tải trọng trực tiếp: áp suất đo được so sánh với áp suất do trọng lượng của pittông và quả cân tạo ra trên tiết diện của pittông đó.

+ Áp kế kiểu chất lỏng: Loại áp kế dựa vào nguyên lý hoạt động thuỷ tĩnh: áp suất đo được so sánh với suất của cột chất lỏng có chiều cao tương ứng. Ví dụ áp kế thuỷ ngân, áp kế chữ U, áp chân không, áp kế bình hoặc áp kế bình với ống nghiêng có góc nghiêng cố định hay thay đổi,…

+ Áp kế theo nguyên lý điện: Loại áp kế này dựa vào sự thay đổi tính chất điện của các vật liệu dưới tác dụng của áp suất. Áp kế dựa vào sự thay đổi điện trở gọi là áp kế điện trở hay theo tên của loại dây dẫn. Ví dụ áp kế điện trở maganin. Áp kế dùng hiệu ứng áp điện gọi là áp kế điện. Ví dụ muối sec-nhéc, tuamalin, thạch anh

+ Áp kế liên hợp: Ở áp kế liên hợp người ta sử dùng kết hợp các nguyên lý khác nhau. Ví dụ: một áp kế vừa làm việc theo nguyên lý cơ, vừa làm việc theo nguyên lý điện.

3.Theo cấp chính xác:Tất cả các phương tiện đo áp suất dùng vào các mục đích khác nhau

đều được phân loại theo cấp chính xác. Đối với áp kế lò xo hay hiện số, cấp chính xác được ký hiệu bằng một chữ số thập phân tương ứng với độ lớn của giới hạn sai số cho phép biểu thị theo phần trăm giá trị đo lớn nhất, ví dụ: áp kế lò xo cấp chính xác 2,5, phạm vi đo 100 bar thì sai số cho phép là 2,5 bar

Đối với áp kế pittông hoặc chất lỏng thì sai số này được tính theo phần trăm giá trị tại điểm đo. Ví dụ: áp kế píttông 3DP 50, có phạm vi đo (1-50) bar, cấp chính xác 0,1, sai số cho phép lớn nhất tại điểm đo 15 bar sẽ là 0,015 bar và tại 50 bar là 0,05 bar.

Cấp chính xác của các phương tiện đo áp suất được qui định theo hai dãy cấp chính xác sau:

0,0005; 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,16; 0,20; 0,25; 0,4; 0,5; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; và 0,0005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,6; 1; 1,6; 2; 2,5; 4; 6.

III. PHƯƠNG PHÁP ĐO ÁP SUẤT

PHƯƠNG PHÁP ĐO

Đo áp suất tĩnh: -Đo trực tiếp chất lưu thông qua 1 lỗ được khoan trên thành bình

-- Đo gián tiếp thông qua đo biến dạng của thành bình dưới tác động của áp suất

www.themegallery.com

Đo áp suất động: -Dựa theo nguyên tắc chung là đo hiệu áp suất tổng và áp suất tĩnh -Có thể đo bằng cách đặt áp suất tổng lên màng trước, đặt áp suất tĩnh lên màng sau của màng đo.

Company Logo

Đo áp suất tĩnh:Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên khi chất lỏng

không chuyển động

- Đo áp suất chất lưu lấy qua một lỗ được khoan trên thành bình nhờ cảm biến thích hợp.

- Đo trực tiếp biến dạng của thành bình do áp suất gây nên.

Đo áp suất động:áp suất động do chất lưu chuyển động gây nên và có giá

trị tỉ lệ với bình phương vận tốc chất lưu.

Hình : Đo áp suất động bằng ống Pitot

Có thể đo áp suất động bằng cách đặt áp suất tổng lên mặt trước và áp suất tĩnh lên mặt sau của một màng đo (hình), như vậy tín hiệu do cảm biến cung cấp chính là chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh.

Hình: Đo áp suất động bằng màng

1) Màng đo 2) Phần tử áp điện

IV.Công tắc áp suất

Đầu cấp khí vào

Trục pittong

Vít chỉnh độ căng lò xo

pittong Lò xo

đẩy

Công tắc

4.1.Cấu tạo

4.2 .Nguyên lý hoạt động Sức căng của lò xo quyết định giá trị áp suất mà công

tắc tác động. Khi cấp khí vào đầu vào cấp khí, nếu áp suất khí nhỏ hơn sức căng của lò xo thì lò xo sẽ không bị nén lúc đó pittong sẽ không bị đẩy, công tắc hành trình không bị tác động. Nếu áp suất khí lớn hơn sức căng của lò xo thì lò xo sẽ bị ép lại , pittong bị đẩy lùi về phía sau làm cho công tắc hành trình tác động. Để thay đổi giá trị áp suất khí cần tác động ta dùng vít chỉnh độ căng của lò xo.

Trong thực tế người ta hay dùng công tắc áp suất này ở trong các máy nén khí công suất bé, nó dùng để cắt nguồn máy nén khí khi áp suất đủ theo yêu cầu.

V.Một số loại cảm biến áp suất1. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại

2. Cảm biến áp suất áp điện thạch anh

a. Cấu tạo

Vật liệu để làm màng sọc co giãn có thể là kim loại (trong thực

tế là hợp kim Cu-Ni) hay vật liệu bán dẫn-thường là silic. Dưới tác

dụng của áp suất màng sọc co giãn bị biến dạng. Sự thay đổi điện

trở của nó gồm hai thành phần: hình học và tính chất vật liệu.

Cảm biến áp suất với màng sọc kim loại phần lớn dựa vào sự

thay đổi hình học dẫn đến sự thay đổi điện trở.

3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại

3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại

3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loạic. Phân loại:Cảm biến áp suất chia làm 3 loại tuỳ theo phương pháp chế tạo: + + Màng sọc co giãn lá kim loại.

+ màng sọc co giãn màng mỏng.

+ màng sọc co giãn màng dầy.

3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loạiMàng sọc co giãn lá kim loại Thường là những đường dây điện bằng kim loại rất mịn nằm

trên một nề bằng chất dẻo. Người ta thực hiện bằng phương pháp in lụa hoặc quang khắc. Vì sự thay đổi chiều dài thực tế rất bé, cho nên đường dẫn điện này được chế tạo thành hình uốn khúc để có chiều dài khá lớn trên một diện tích bé,

từ đó ta có sự thay

đổi điện trở đáng kể.

3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loại3. Cảm biến áp suất màng sọc co giãn kim loạiMàng sọc co giãn màng mỏng Được chế tạo theo phương pháp bốc hơi chân không hay công

nghệ phun bụi, với phương pháp này màng sọc sẽ cực mỏng do đó độ nhạy của màng cao và ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ.

Màng sọc co giãn màng dầy Được chế tạo trên nền gốm với kỹ thuật in lụa, loại màng dầy

có độ nhạy không cao và chịu nhiều ảnh hưởng của nhiễu, do đó trong thực tế loại màng đầy ít được sử dụng.

Cảm biến áp suất áp điện thạch anh

Hiện tượng áp điện: Khi kéo dãn hoặc nén tinh thể

điện môi theo phương pháp đặc biệt thì trên các mặt

giới hạn của tinh thể xuất hiện các điện tích trái

dấu.Hiện tượng đó được gọi là hiệu ứng áp điện thuận.

Và ngược lại, nếu ta áp lên 2 mặt tinh thể một hiệu điện

thế làm cho bề mặt tinh thể bị dãn hoặc nén thì đó là

hiệu ứng áp điện nghịch

áp điện thuận áp điện nghịch

Cảm biến áp suất áp điện thạch Cảm biến áp suất áp điện thạch anhanh

Nguyên lý:

Cảm biến áp suất áp điện thạch anh(SiOCảm biến áp suất áp điện thạch anh(SiO22) làm việc dựa trên ) làm việc dựa trên

hiệu ứng áp điện của vật liệu thạch anhhiệu ứng áp điện của vật liệu thạch anh

Dưới tác dụng của lực cơ học, tấm ápDưới tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến dạng, làm điện bị biến dạng, làm

xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện thế xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện thế

xuất hiện giữa hai bản cực (V) tỉ lệ với lực tác dụng (F).xuất hiện giữa hai bản cực (V) tỉ lệ với lực tác dụng (F).

Tùy theo hướng tác dụng của lực đối với tinh thể

thạch anh mà ta có cảm biến áp điện thạch anh theo

hiệu ứng chiều dài hoặc hiệu ứng ngang. Hiệu ứng theo chiều dài:

Với hiệu ứng chiều dài số lượng điện tích phát sinh

không phụ thuộc vào kích thước hình học của

tinh thể mà chỉ phụ thuộc vào lực. Như thế để

tăng số lượng điện tích, người ta đặt nhiều phiến

màng tinh thể thạch anh nối tiếp nhau về lực và

về mặt điện được nối song song với nhau.

Hiệu ứng ngang

Hiệu ứng ngang số lượng điện tích phụ thuộc vào kích

thước hình học.

Cảm biến áp điện thạch anh ngày nay hầu hết là dựa

vào hiệu ứng ngang

Đặc điểm và ứng dụng.

Ta có thể coi tinh thể thạch anh như một tụ

điện, như chúng ta đã biết sau khi nạp điện thì

tụ điện phóng điện dần theo thời gian, thời gian

phóng điện nhanh hay chậm phụ thuộc vào điện

trở phóng điện. Đối với tinh thể thạch anh điện

trở phóng điện là điện trở cách điện. Như vậy

khi sử dụng cảm biến áp suất tinh thể thạch

anh phải lưu ý là sau khi lực tác động nếu

không thực hiện ngay phép đo thì càng để lâu

sai số của phép đo càng lớn.

Trong thực tế người ta cho phép cảm biến ápsuất

tinh thể thạch anh làm việc tới nhiệt độ 2400C. Vì nếu

ta cho cảm biến làm việc ở nhiệt độ cao thì tinh thể

thạch anh sẽ bị mất đi hiệu ứng áp điện.

Dưới áp suất tĩnh tinh thể thạch anh không xảy ra

hiệu ứng áp điện. Do đó để đo được áp suất cần phải

biến áp suất thành lực bằng một màng mỏng.

Các cảm biến đo áp suất tinh thể thạch anh thực tế

dùng để đo áp suất tới 250 bar.

Đơn vị tinh thể thạch anh cực kỳ ổn định cả về mặt hóa học và vật lý.

Nhờ có sự ổn định tần số đặc biệt , thạch anh được sử dụng trong các

thiết bị điện tử, truyền thông như điện thoại di động, các ứng dụng

không dây cũng như các thiết bị tiêu dùng như tivi, đầu video, máy

ảnh kỹ thuật số và máy tính, cung cấp chính xác tín hiệu có liên quan

để xử lý một lượng lớn thông tin nhanh chóng và đồng nhất. Hơn nữa,

thạch anh được sử dụng rộng rãi như là một nguồn nguyên liệu của

đồng hồ yêu cầu độ chính xác cao như đồng hồ đeo tay, đồng hồ bấm

giờ…

VI.Ứng dụng thực tế: