Cảm biến áp suất

*Cảm biến áp suấtTo learn something new, first, you must know something old*Áp suất chất lưuÁp suất được định nghĩa là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích trên bất kỳ bề mặt nào. Áp suất được phân thành 3 loại:Áp suất tuyệt đối: điểm đo so với chân không.Áp suất tương đối biểu diễn độ chênh lệch áp suất giữa điểm đo và môi trường xung quanh. Áp suất vi sai biểu diễn độ chênh lệch áp suất giữa 2 điểm, trong đó 1 điểm được chọn làm chuẩn. Có thể áp suất ở cả 2 điểm đều thay đổi, nhưng chỉ có độ chênh lệch áp suất mới được quan tâm. *Áp suất cột chất lưu chứa trong một ống hở đặt thẳng đứng, tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặtρ: khối lượng riêngg: gia tốc trọng trườngp0: áp suất khí quyểnh: chiều cao cột chất lưuĐiều kiện bình thường, cột thủy nganÁp suất thủy tĩnhp= p0 + ρgh*Đơn vị đo áp suấtHệ SI: Pascal (Pa) là Nm-2Công nghiệp: bar (1bar = 105 Pa)*Nguyên lý đo áp suấtChất lưu không chuyển động đo áp suất tĩnh pt → đo lực tác dụngđo lực tác động vào thành bình, ốngĐo trực tiếp biến dạng thành bìnhChất lưu chuyển động: p = pt + Pdpt: áp suất tĩnhpd = ρ.v2/2 *Phần tử biến dạngSự biến dạng của phần tử cảm ứng tạo ra độ dịch chuyển hay độ căng, từ đó có thể đo lường được đại lượng áp suất. Phần tử cảm ứng áp suất: so sánh áp suất cần đo và áp suất chuẩn và phần đàn hồi để biến đổi sự khác biệt áp suất thành sự biến dạng của phần tử cảm ứng. Có nhiều loại phần tử biến dạng, chúng được nhóm lại thành các dạng: màng (diaphragm), capsule, ống (bellows, tube).*Xiphôngống trụống Bourdon C*Bourdon xoắnHelical Bourdonspiral Bourdon*Màng thẳngMàng nhăncapsule*Ống trụ ε1: biến dạng ngangε2: biến dạng dọcY: modul Youngν: hệ số Poissonr, e: bán kính trong và ngoài của ống*XiphôngỐng hình trụ được xếp nếpTỉ số giữa lực tác dụng và biến dạng là không đổi*Ống Bourdon Ống đàn hồi, một đầu cố định và một đầu tự doÁp suất chất lưu tác động lên thành ống làm cho ống bị biến dạng, đầu tự do dịch chuyểnVật liệu đồng < 5MPaHợp kim nhẹ hay thép ~1000MPa *Màng (diaphragm)Màng đàn hồi và màng dẻoÁp suất tác động lên màng làm cho nó biến dạng.Phi tuyến, phạm vi đo nhỏ.Màng đàn hồiMàng dẻo*Phương pháp chuyển đổi tín hiệuCơ họcÁp trởBiến thiên điện dungBiến thiên điện dungHiệu ứng áp điệnDao động cơ điệnQuang điện*Cảm biến áp suất điện dungThông dụng, tầm đo áp suất rất rộng. Cảm biến điện dung đo áp suất cao với áp suất full-scale trên 107Pa cho đến chân không (manometer điện dung) áp suất dưới 10-3PaMàng 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. Ap suất tác động vào màng, làm thay đổi khoảng cách giữa 2 bản cực, qua đó làm thay đổi điện dung của tụ điện. Với thiết kế vi sai, màng cảm ứng được đặt giữa 2 bản cực cố định.****Cảm biến áp trởChế tạo trực tiếp trên đế Si loại N, khuếch tán trực tiếp trên vật trung gian.Tính đàn hồi tốtTín hiệu ra lớn, kích thước nhỏ.Độ nhạy phụ thuộc độ lớn áp suất cần đo, có giá trị khoảng (0.1 đến 3mV/mbar)Phụ thuộc nhiệt độ, phải bù nhiệt.**