Chuong 8 Do AP Suat 2016

CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT

10/26/2015Chương 8: Đo áp suất - PGS. Thái Thi Thu Hà1

MỤC TIÊU

1.Nắm được khái niệm và đơn vị đo áp suất2.Nắm được nguyên tắc khi chọn loại cảm biến

áp suất3.Nắm được nguyên tắc làm việc và cách sử dụng

của các dụng cụ đo áp suất dựa trên nguyên tắc:chất lỏng, đàn hồi, điện

4.Lựa chọn được dụng cụ đo áp suất trong trườnghợp cụ thể


1.Đặt vấn đề2. Lịch sử3. Khái niệm và đơn vị áp suất4. Phân loại5. Áp kế chất lỏng6. Áp kế đàn hồi7. Áp kế điện8. Áp kế Piston9. Ứng dụng

NỘI DUNG


1.ĐẶT VẤN ĐỀ



Trong công nghiệp luyện kim sử dụng nhiều các thiết bịthủy lực và khí nén, để hệ thống làm việc bình thườngphải đo và kiểm tra áp suất một cách liên tục, nếu áp suấtchất lỏng, khí hoặc hơi vượt quá một giá trị giới hạn nhấtđịnh có thể ảnh hưởng xấu đến hoạt động của thiết bị,thậm chí có thể làm hỏng hoặc nổ bình chứa, đường ốnggây thiệt hại nghiêm trọng. Bởi vậy, việc đo áp suất chấtlưu có ý nghĩa rất lớn trong việc bảo đảm an toàn chothiết bị cũng như giúp cho việc kiểm tra và điều khiểnhoạt động của máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu.

• 1594, Galileo Galilei phát minh máy bơm nước dạngxylanh.

• 1644, Evangelista Torricelli thực hiện thí nghiệm vớiống chứa thủy ngân.

• 1648, Blaise Pascal tìm ra áp suất khí quyển.• 1656, Offo von Guericke phát minh máy bơm chân

không• 1661, Robert Boyle phát minh định luật P.V =

Constant• 1820, Joseph Louis Gay-Lussac tìm ra : áp suất khí

trong bình kín tỉ lệ với nhiệt độ.

2.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN?



• 1843, Lucien Vidie phát minh khí áp kế hộp(Aneroid Barometer).

• 1849, Eugene Bourdon phát minh khí áp kế ốngBourdon.

• 1938, E.E Simmons và A.C. Ruge sử dụng straingauges để đo áp suất.

• 1960, Statham phát minh cảm biến màng mỏng dùngđo áp suất với độ ổn định cao và hạn chế hiện tượngtrễ.

• 2000, Cảm biến áp điện được dùng để đo áp suất từ100mbar đến 1500bar.

2.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN?



Áp suất đại diện cho tác dụng của lực trên mỗi đơn vị diện tích.

3. KHÁI NIỆM VÀ ĐƠN VỊ ÁP SUẤT



P

Pck

Pa

PdPa

Pb

Đường không tuyệt đối

Đường không tương đối

Pb: áp suất khí quyển

Pa: áp suất tuyệt đối

Pd: áp suất dư

Pck: áp suất chân không


CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT3. KHÁI NIỆM VÀ ĐƠN VỊ ÁP SUẤT

• Hệ SI:- 1 N/m2 = 1 Pa - 1bar =105 Pa =100 kPa= 1at~ 10 m cột nước- at (atmotphe) (=9,81.104 Pa)- mm H2O ( = 10-4 at)- mm Hg hoặc Torr (Torricelli) (=133,322 Pa)

• HệAnh:- psi (=lbf/in2 = 6890 Pa)- in. H2O- in. Hg





Phạm vi đo áp suất:- Áp suất khí quyển: 1 bar- Áp suất thủy lực , khí nén: (6 -10) barXe hơi công nghiệp:(1 - 5) bar (lốp xe),20 bar (máy nén khí)Y khoa:Máu: 100 mbar;Trong cơ thể con người :10 to 100 mbar- Sâu của nước biển 4.000m ~ 400 bar- Quá trình màng mỏng: 1 to 1000 Pa (0,01 to 10 mbar)- Chân không thấp: 10 Pa (Bơm thay đổi)- Chân không cao: xuống tới10-8 Pa


CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT4. PHÂN LOẠI

• Theo loại áp suất đo:• Phong vũ biểu (Baromet) dùng đo áp suất khí quyển.• Áp kế (Manometer) dùng đo áp suất dư. • Chân không kế dùng đo áp suất chân không.

• Theo nguyên tắc làm việc:• Áp kế chất lỏng• Áp kế đàn hồi• Áp kế điện• Áp kế pittôn


CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT4. PHÂN LOẠI

ÁP KẾ CHỮ U

• Cũng có thể thành lập theo cáchkhác, áp suất tại đáy của cột chất lỏnglà (P1+h1ρg) và (P2+ h2ρg).• Do vậy

P1+h1ρg = P2+h2ρgtrong đó

ρ – mật độ của chất lỏngg – gia tốc trọng trường

•Do vật độ chênh áp suất là= P1-P2 = hρg.

13 10/26/2015Chương 8: Đo áp suất - PGS. Thái Thi Thu Hà

CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT5.ÁP KẾ CHẤT LỎNG

- Làm việc theo nguyên tắc bình thông nhau.- Người đo có thể quan sát mức chất lỏng trongbình và đọc được ngay kết quả đo. Được dùng rộngrãi trong phòng thí nghiệm .- Áp suất cân bằng bởi cột khối lượng của chấtlỏng.- Nước và thủy ngân là hai chất lỏng thường sửdụng nhất


CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT5.ÁP KẾ CHẤT LỎNG

ÁP KẾ CHỮ BÌNH


5. ÁP KẾ CHẤT LỎNG


- Một nhánh của áp kế bình được làm nghiêng.- Góc nghiêng quá nhỏ sẽ dẫn tới sai số mặt cong của chất lỏng.- Độ nhậy được nâng cao 1/sin θ.

sinp gh gL

ÁP KẾ NGHIÊNG




ÁP KẾ NGHIÊNG




• Áp kế chữ U và áp nghiêng là thiết bị đo áp suất đơn giản nhất.• Ưu điểm

• Đơn giản• Rẻ• Có thể có độ nhậy cao ( áp kế nghiêng)

• Nhược điểm• Đáp ứng động học kém• Không truyền tín hiệu đi xa• Phạm vi đo áp suất bị hạn chế• Không lớn hơn 100 psia• Dễ vỡ

ÁP KẾ CHỮ U




Áp kế đượcsử dụng nhưmột dụng cụtiêu chuẩnkhi đo áp suấtkhí quyển

Áp kế Fortin

Barometer

CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT5. ÁP KẾ CHẤT LỎNG


ÁP KẾ VÒNG

. . . .sinP S R G a

.sin .P K K

aGRS

Ps

..




Làm việc dựa trên sự biến dạng của các chi tiết đàn hồi khi chịu tác dụng

của áp suất. Sự biến dạng của các phần tử này được chuyển tới kim chỉ/ ta

sẽ đọc được trên thang đo nhờ liên kết với bánh răng

Một số thì cần chuyển tiếp sự dịch chuyển của các phần tử đàn hồi nhờ các

cảm biến điện dung, điện cảm, strain gauge, v.v...

• Kết cấu đơn giản, dễ vận chuyển, nhiều chủng loại, nhiều công dụng,phạm vi đo rộng từ vài mm cột nước đến 1000MPa

• Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp• Các phần tử đàn hồi dùng cảm nhận áp suất: Ống Bourdon Màng Diaphragm

Ống xinphon Bellows

6. ÁP KẾ ĐÀN HỒI


CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT6. ÁP KẾ ĐÀN HỒI



ÁP KẾ LÒ XO ỐNG(Bourdon)

202

0022

230

2

cos1sin1..

1

ab

Ebhpw

20.a

h




- Nguyên lý:Lò xo là một ống kim loại uốn

cong, một đầu giữ cố định, còn một đầuđể tự do. Khi đưa chất lưu vào trongống, áp suất tác dụng lên thành ống làmcho ống bị biến dạng và đầu tự do dịchchuyển.

• Pham vi đo từ (0,05 ÷ 40) Mpa, có khitới 1000 Mpa.

• Độ chính xác 0,1% ÷ 1% FS• Cấp chính xác từ 1 ÷ 2,5. Dụng cụ ổnđịnh ở nhiệt độ đo (-30 ÷ 50)oC.

• Nếu:tỷ số h/b > 0,7 gọi là loại thành dày.Tỷ số h/b 0,7 gọi là loại thành mỏng.

-









ÁP KẾ MÀNG

• Màng bao gồm:- Màng đơn ( Phẳng ,gợn sóng)- Màng hộp.- Ống xinphôn

Có thể dùng để phát hiện áp suấtkhi chúng ta phát hiện biến dạngcủa màng. Có thể đo được độchênh áp từ giá trị rất nhỏ đến giátrị rất lớn. Có tính đáp ứng nhanh.Có thể kết hợp với cảm biến điện đểtín hiệu ra là tín hiệu điện




ÁP KẾ MÀNG

2 4

3

30(1 )16.

PREh

Hệ số poisson E mô đun đàn hồi .P áp suất cần đo .R bán kính làm việc của màng.h là chiều dầy màng• Màng sóng

Dùng để tăng biến dạng và giảm ứng suất Tăng độ phân giải của cảm biến ( resolution )

Đáp ứng động học giảm Chỉ dùng để đo áp suất tĩnh

với P: áp suất đo (MPa);R: bán kính làm việc của màng (mm)E: mô đun đàn hồi của vật liệu (MPa)h: chiều dày của màng (mm): hệ số poisson

Đối với màng kim loại = 0.3 thì

4

30.017 PREh




ÁP KẾ MÀNG

- Quan hệ giữa biến dạng của màngvà áp suất với các màng có độ sâukhác nhau




ÁP KẾ MÀNG

phR

ER

hwbwa ...

3

2

3

Công thức quan hệ giữa biến dạng và áp suất p đối với màng gợn sóng

a, b xác định phụ thuộc vào dạng gợn sóng. Ví dụ với dạng hình sin thì

123

333233,5

91

1

66,0.66,22

2

2

2

2

hH

b

a

H là chiếu cao lớn nhất

của màng



CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤTÁP KẾ MÀNG6. ÁP KẾ ĐÀN HỒI



ÁP KẾ MÀNG HỘP Ống xin phônĐộ chính xác 0.5% FSBellows không đủ để đotức thờiThường dùng đo áp suấtnhỏ



CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤTỒNG XIPHÔN BELLOWS

h

hp

hT

MhE

An

phR

ERA

nW

ThR

hEAnw

38

3

22

...10.2

..20

..

..10.2

P là áp suất làm việc; E là mô đunđàn hồi.

Ap; AT; là các hệ số phụ thuộc vàocác thông số hình học của ốngxinphôn.

T là lực dọc trục ( MN). Mh là mômen uốn ( MN)




• Áp kế điện thường dùng khi đo các giá trị áp suất lớn .• Có tính đáp ứng tốt.• Có thể bị nhiễu của từ trường.• Thường chia làm hai nhóm: Dựa trên sự thay đổi tính chất của một số vật liệu khi chịu tác dụng

của áp suất: áp kế áp điện,áp kế từ trở.. Kết hợp với các phần tử cảm biến áp suất dạng đàn hồi

7. ÁP KẾ ĐIỆN



Khi có áp suất tác dụng vào khối vật liệu áp điện thì nó sẽ sinh ra các điện tíchtỷ lệ với áp suất cần đo.

– Tần số cao (400 kHz)– Độ nhậy cao– Không thích hợp với đo áp suất tĩnh– Phạm vi đo lớn (2 đến 20,000 psi)– Độ chính xác 1% FS

7. ÁP KẾ ĐIỆN



Ứng dụng: đo độ chính xác cao, độ lặp lại tốt, độ phân giải cao.

7. ÁP KẾ ĐIỆN



•Quartz Gage

7. ÁP KẾ ĐIỆN



y

xyy

xxxx

SSPkq

SpkPkq

0

00 ..

K0 là hằng số áp điện.

Đối với thạch anh k0= 2,1.10-11 c/kg

Đối với Titanat bari k0 = 1,2.10-9 c/kg

7. ÁP KẾ ĐIỆN



• Áp kế áp trở

ÁP KẾ ĐIỆN TRỞ

pkrR i

7. ÁP KẾ ĐIỆN




Ứng dụng: dùng làm cảm biến trong trong động cơ đốt trong trongô tô , ….

Nguyên tắc: ∆ P ∆ R ∆ V

7. ÁP KẾ ĐIỆN




prkR i..

7. ÁP KẾ ĐIỆN



• Dùng strain gage Strain gage được dán lên màng đàn hồi. Khoảng đo hẹp Điều kiện làm việc yêu cầu ngặt nghèo

7. ÁP KẾ ĐIỆN



ÁP KẾ ĐIỆN TRỞ KẾT HỢP VỚI CÁC PHẦN TỬ ĐÀN HỒI ÁP KẾ ĐIỆN TRỞ KẾT HỢP VỚI CÁC PHẦN TỬ ĐÀN HỒI

7. ÁP KẾ ĐIỆN



ÁP KẾ ĐIỆN TRỞ KẾT HỢP VỚI CÁC PHẦN TỬ ĐÀN HỒI

7. ÁP KẾ ĐIỆN



ÁP KẾ ĐIỆN TRỞ KẾT HỢP VỚI CÁC PHẦN TỬ ĐÀN HỒI

• Dịch chuyển thẳng vi sai (Linear Variable Differentialtransducer)- LVDT)

Làm việc theo nguyên tắc cảm ứng Khi lõi thay đổi vị trí điện thế thay đổi Độ chính xác 0.5 % FS Phạm vi làm việv từ 0 tới 10,000 psi

7. ÁP KẾ ĐIỆN



Sơ cấpThứ cấp

P1P2

7. ÁP KẾ ĐIỆN



ÁP KẾ ĐIỆN TRỞ KẾT HỢP VỚI CÁC PHẦN TỬ ĐÀN HỒI Cảm biến phản hồi dùng bellows

Độ chính xác rất cao và giá thành cao

Lò xo Thanh nối

Mạch cầ

Wheatst

Áp suất vào

Dùng bellow7. ÁP KẾ ĐIỆN



Bộ chuyển đổi kiểu cảm ứng1: Màng, 2: Nam châm điện, 3: Cuộn dâyĐộ tự cảm L của phần tử biến đổi được xác định bằng côngthức sau:

N : số vòng dây của cuộn dâyS : tiết diện ngang khe hở không khí của mạch từ

:độ từ thẩm của không khí: chiều dài khe hở không khí

20N SL

01k P

7. ÁP KẾ ĐIỆN



• Cảm biến điện dung Dịch chuyển giữa hai tấm tụ điện phẳng sẽ làm thay đổi điện dung .– Phạm vi làm việc rộng (áp suất chân không tới 10,000 psi)– Đo được áp suất vi sai thấp ( 0,25 mm H2O)– Thời gian đáp ứng nhanh– Độ chính xác 0.01% FS và ảnh hưởng của nhiệt độ là 0.25%

7. ÁP KẾ ĐIỆN



• Cảm biến điện dung

Sự phụ thuộc của điện dung C vàođộ dịch chuyển của màng 1:

: là hằng số điện môi của cáchđiện giữa hai bản cực

S : diện tích bản cực:khoảng cách giữa các bản cựckhi áp suất bằng 0

0

.SC

0

7. ÁP KẾ ĐIỆN



2cyl

mgpR

8. ÁP KẾ PITTON



8. ÁP PISTTON


CHƯƠNG 8 : ĐO ÁP SUẤT8. ÁP PISTON



Piston với các quả tải Thiết bị cần ca lip

8. ÁP KẾ PISTON



1. Kiểm tra sự hút:Giám sát áp suất cho quá trình gắp và thả phôi

9. ỨNG DỤNG



1. Kiểm tra sự hút:

Kiểm tra sự hút các chai trong quá trình đónggói

Kiểm tra quá trình hút phôi vào vòng hình O


9. ỨNG DỤNG


1. Kiểm tra sự hút:

Kiểm tra sự hút trong quá trình đặt chip

Kiểm tra sự hút trong quá trình dán nhãn

9. ỨNG DỤNG



2. Điều khiển áp suất nguồn:


9. ỨNG DỤNG


2. Điều khiển áp suất nguồn:

Điều khiển áp suất trong máy hàn vết.

Giám sát áp suất khí trong máy nén.

9. ỨNG DỤNG



3. Kiểm tra định vị:Sử dụng để kiểm tra xem đối tượng

như phôi có trên bàn máy haykhông.

Ưu điểm là không sợ ảnh hưởng củabụi, hơi nước hay va chạm trongquá trình gia công


9. ỨNG DỤNG


4. Kiểm tra rò rỉ:Trong kiểm tra sự rò rỉ, một

bình chứa được làm đầyvới không khí đển mộtgiá trị áp suất cài đặt.

Sau đó lượng khí rò rỉ đượcxác định bằng cách nhậnbiết sự thay đổi áp suất.

Giai đoạn làm đầy khí: Khí đượcbơm vào đến giá trị cài đặt trước.

Giai đoạn nhận biết rò rỉ: Lúc nàyvan đã được đóng, sau khoảngthời gian nhất định nếu áp suấtgiảm mà vẫn lớn hơn giá trịngưỡng thì chấp nhận.


9. ỨNG DỤNG


Chuong 8 Do AP Suat 2016

Documents

Transcript of Chuong 8 Do AP Suat 2016