Cảm biến(thiết bị) đo áp suất

0
239

1. Tổng quan

1.1 Định nghĩa

Áp suất được định nghĩa là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích:

P = F/A

Các loại áp suất

Áp 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.

1.2 Đơn vị đo

          Trong hệ SI: Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar.

            Châu Âu: bar, Bắc Mỹ: psi, Châu Á: kg/cm2, MPa.

Đơn vị

áp suất

pascal

(Pa)

bar

(b)

kg/cm2

atmotsphe

(atm)

mmH2O

mmHg

mbar

PSI

1 Pascal

1

10-5

1,02.10-5

0,987.10-5

1,02.10-1

0,75.10-2

10-2

145.10-6

1 bar

105

1

1,02

0,987

1,02.104

750

103

14,503

1 kg/cm2

9,8.104

0,980

1

0,986

104

735

9,80.102

14,223

1 atm

1,013.105

1,013

1,033

1

1,033.104

760

1,013.103

14,695

1 mmH2O

9,8

9,8.10-5

10-3

0,968.10-4

1

0,0735

0,098

1,422.10-3

1 mmHg

133,3

13,33.10-4

1,36.10-3

1,315.10-3

136

1

1,33

19,34.10-3

1 mbar

100

10-3

1,02.10-3

0,987.10-3

1,02

0,750

1

14,503.10-3

1 PSI

6,894.76

68,95.10-3

70,31.10-3

68,05.10-3

703.07

51.714

68.947

1

1.3. Phân loại

Phân loại các cảm biến đo áp suất

2. Áp kế màng chắn

2.1 Loại đo điện dung

Áp kế điên dung, Capitical Pressure sensor


Màng kim loại hoặc silicon được sử dụng làm phần tử cảm ứng áp suất và tạo thành một bản cực của tụ điện. Điện cực còn lại là cố định, tạo thành bởi một lớp hợp kim trên một nền sứ hay thuỷ tinh. Áp suất tác động vào màng,  làm thay đổi khoảng cách giữa 2 bản cực, qua đó làm thay đổi điện dung của tụ điện

Phương pháp đo này khá thông dụng, tầm đo rộng 10-3Pa – 107.

2.2 Loại áp trở

Strain gauges

Bộ phận chính của cảm biến đó là các loại màng điện trở, giá trị điện trở sẽ thay đổi khi bị biến dạng.

 Strain gauges đo áp suất

Ưu điểm của loại cảm biến này là trị số đo chính xác, độ nhạy cao, đo dược áp suất thấp. Nhược điểm là chịu ảnh hưởng của nhiệt độ.

2.3 Loại áp điện

Cảm biến áp suất điện áp có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng thay đổi hay xuất hiện phân cực điện khi một số chất điện môi bị biến dạng dưới tác dụng của lực.

Hiệu ứng áp điênj

Thạch anh là một ví dụ điển hình.

thạch anh đo áp suất

Cảm biến áp điện phù hợp cho đo áp suất động.

3. Áp kế lò xo ống (Bourdon)

3.1. Cấu tạo và nguyên lý

Được cấu tạo gồm: Ống Bourdon,  thanh nối điều chỉnh được  và thanh răng. Ống Bourdon có tiết diện ngang dẹt, tròn hay elip . Khi áp suất tăng ống Bourdon có chiều hướng duỗi ra và cuộn lại khi áp suất giảm.

Ống Bourdon

Giới hạn đo của áp kế lò xo ống trong khoảng từ 0,6-600 Kg/cm2. Ống Bourdon có nhược điểm là chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, thiết bị chỉ hoạt động tốt ở nhiệt độ <40oC.

3.2. Các dạng áp kế lò xo ống

Áp kế lò xo ống

Dạng ống chữ C                                                          Dạng xoắn

3.3.Hình ảnh thực tế của áp kế lò xo ống

Lò xo ống

Đồng hồ áp suất

4. Áp kế hộp xếp

 Áp kế hộp xếp

Áp kế xếp hộp được chế tạo từ kim loại đồng, hợp kim Monell, BeCu,…, độ nhạy của thiết bị đo tỉ lệ thuận với kích thước của nó. Dải đo nằm trong khoảng 0-5mmHg . Sai số 1% /Kết quả đo.

5.Áp kế chất lỏng

5.1 Ống chữ U

Áp suất vi sai giữa P­1 và P2 được xác định  thông qua việc xác định chiều cao h

 Ống chữ U

5.2 Dạng ống nghiêng

Nguyên lý đo giống ống chữ U, chỉ khác về mặt tính toán.

Ống nghiêng 

5.3 Kiểu phao

phao

6. Đo áp suất bằng phương pháp nhiệt

Cảm biến gồm một điện cực kim loại được nung nóng bằng nguồn điện,  và một cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ của điện cực này. Người ta xác định áp suất của chất khí thông qua sự mất nhiệt cửa điện cực (Mật độ phân tử khí tỉ lệ thuận với áp suất, mật độ khí cũng có liên quan trực tiếp với áp suất ).

Thermal Pressure sensor

 Phương pháp này cho độ chính xác cao từ 10-3 mmHg – 10 mmHg nhưng điện cực lại nhạy cảm với các thành phần hoá học có trong chất khí cần đo.

7. Một số thiết bị đo áp suất/lưu lượng phổ biến

7.1 Lương lượng kế APLISENS ( Model: PEM 1000)

PEM 1000

– Sai số : +/-0.5%

– Ngõ ra tương tự: 0/4…20mA, 0…5mA

– Giao tiếp truyền thông: RS 485, RS 232C

– Chịu áp tĩnh Max: 40bar

7.2 Áp kế lò xo ống

Đồng hồ áp suất MS-100K

          Đường kính khớp nối: 100mm

          Dải đo:

0 … 1, 1.6 , 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 40, 60, 100, 160, 250, 400 bar

-1 … 0, 0.6, 1.5, 5, 9, 15 bar

– Sai số 1%

– Nhiệt độ hoạt động 0 … 150oC

– Cấp độ bảo vệ: IP 65

7.3 Áp suất kế thông minh APC – 2000ALW

APC – 2000ALW

Khoảng đo: min. 0 … 5 mbar; max. 0… 1000 bar

Tín hiệu ra: 4…20 mA, 0…20 mA or 0…5 mA + protocol HART; Profibus PA

Sai số: 0,075% 

Một số video về thiết bị đo áp suất: