A.Lịch sử đo áp suất
*Năm 1648, một nhà toán học kiêm nhà vật lý Blaise Pascal nghe về thí nghiệm của Torricelli.
Ông tin chắc rằng lực giữ cột thuỷ ngân 760 mm là trọng lượng của không khí bên trên. Vì thế,
trên một ngọn núi, lực bịgiảm bởi trọng lượng của không khí giữa thung lũng và núi. Ông tiên
đoán chiều cao của cột thuỷ ngân sẽ tăng và ông chứng minh với thí nghiệm tại ngọn núi Puy de
Dome tại trung tâm Pháp. Pascal cũng phát biểu rằng lực này, ông gọi là “áp suất”, tác dụng đều
nhau theo mọi hướng.

Blaise Pascal
*Năm 1843, một nhà khoa học Pháp Lucien Vidie đã phát minh ra phong vũ biểu dùng cân lò xo
thay vì chất lỏng để đo áp suất khí quyển. Sự co giãn của lò xo đưới tác dụng của áp suất được
khuyếch đại một cách cơ học trong hệ thống chỉ thị.

*Năm 1930, bộ chuyển đổi đầu tiên là bộ chuyển đổi cơ khí trong đó sự chuyển động của màng, lò
xo hoặc ống Bourdon là vai trò của lượngđiện. Màn áp suất đóng vai trò là điện dung.


*Năm 1955, strain gauge được tích hợp cầu điện trở đầu tiên xuất hiện

*Năm 2000, công nghệ piezoresistive là công nghệ phổ biến nhất. Nó áp dụng cho các cảm biến áp
suất trong dãy từ 100mbar đến 1500 bar giá trị tuyệt đối.

B.Khái niệm ,đơn vị và phương pháp đo áp suất
1.Khái niệm:
Trong vật lý học,áp suất (thường được viết tắt là p) là một đại lượng vật lý thể hiện cường độ thành
phần lực tác động vuông góc trên một đơn vị đo diện tích của một vi thành phần bề mặt vật chất :
p = F/A
2.Đơn vị đo của áp suất
Trong hệ SI: N/m2 hay còn gọi là Pa: 1Pa=1N/m2.
Đơn vị ngoài hệ của SI là bar, atmotphe, milimét thuỷ ngân (mmHg), kgl/cm2;
1 bar = 105 Pa;

1 atm = 101,325 Pa;
1 mmHg = 133,322 Pa;
1 mm H2O = 9,80665 Pa;
1psi=6,89kpa;
3.Phương pháp đo áp suất


* p suất tuyệt đối: được đo so với chân không tuyệt đối, hoàn toàn bỏ qua ảnh hưởng của áp suất
khí quyển. Phương pháp đo này được sử dụng chủ yếu để nghiên cứu hoặc thiết kế, nhưng có một số
ứng dụng mà giá trị đọc tuyệt đối lại có ích khi đặt trong điều kiện cụ thể của quá trình. Bởi vì trên
thực tế khó có thể hút một chân không tuyệt đối bên trong vỏ cảm biến, các cảm biến thường điều
chỉnh giá trị đọc của thiết bị đo bằng cách sử dụng hệ số sửa cố định hoặc các đơn vị phức tạp hơn sử
dụng một áp suất khí áp đã được đo.
* p suất vi sai: là áp suất trong một khu vực hoặc một đường ống khi được so với áp suất khác.
Giá trị đọc là sự chênh lệch giữa hai áp suất và không tính đến áp suất của hai bên so với áp suất của
khí quyển hoặc chân không.
* p suất calip: là một dạng của áp suất vi sai, là áp suất ở một khu vực hoặc đường ống so với
áp suất khí quyển. Loại này được áp dụng phổ biến nhất.
3.1.Áp kế chất lỏng .
3.1.1.Áp kế chữ U.
a)Cấu tạo :gồm 1 ống thủy tinh hình chữ u. Bên trong chứa chất lỏng ( thường là thủy ngân )
b)Nguyên lý hoạt động:
Do đó sự khác biệt áp suất giữa áp suất áp dụng P atham khảo áp suất P b trong một ống áp kế U.
Làm chênh lệch mực chât lỏng giũa hai ống từ đó tính đươc áp suất cần đo dựa vào công thức
à ố ượ
ê
ủ
ấ ỏ
g là gia tốc trong j trường
h là độ chênh mực chât lỏng

c)Dải làm việc từ:100pa đến 1000000pa

3.1.2.Áp kế bình
a) Cấu taọ: gồm một bình thủy tinh như hình vẽ chứa chất lỏng . p suất trong bình thường là 1 bar


b)Nguyên lý hoạt động: dựa vào sự chênh lệch áp suất giữa trong bình và ngoài bình làm cho mực
chất lỏng thay đổi từ đó tính đươc áp suât dựa vào công thức:
à ố ượ
ê
ủ
ấ ỏ
g là gia tốc trong j trường
h là độ chênh mực chât lỏng

C.Cảm biến áp suất dựa trên phần tử biến dạng.
1.Các phần tử biến dạng.
1.1.Lò xo ống
*)cấu tạo:
Lò xo ông là một ống kim loại uốn cong ,giữ một đàu cố định một đầu để tự do
*)Công thức tính biến thiên góc ở tâm

×

R: bán kính cong.
h: bề dày thành ống .
v : hệ số poission.
Y: mô đun Young..
a,b: các bán trục của chia tiết ôvan .
: các hệ số phụ thuôc vào hình dáng và tiết diện ngang của ống.

x=Rh/ :tham số chính của ống.
.Lò xo ống một vòng có góc quay nhỏ , để tăng góc quay người ta thường dùng lò xo có nhiều
ống.Đối với lò xo kiểu nay thường phải có cơ cấu cơ khí để tăng góc quay.


1.2Xi phông
ống xi phông là một ống trụ xếp nếp có khả năng biến dang dưới tác dụng cua áp suất
Độ dịch chuyển của đáy được biểu diện theo công thức sau :
=N

ho :chiêù dày của thành ống .
n: số nếp nhăn làm việc .
góc bịt kín.
A,B :các hệ số phụ thuộc R.
Rn và Rt bán kính ngoài và trong của xi phông.
r: bán kính cong của nếp uốn.
Lưc tác dụng lên đáy tính theo công thức.
N=
1.3.Màng.
Màng được dùng để đo áp suất được chia ra màng đan hồi và màng dẻo.
*)Màng dàn hồi :
Cấu tạo:
Dạng tròn phẳng chế tạo bằng thép.


+)Nguyên lý hoạt động:
khi áp suất tác dụng lên hai mạt của màng gây ra biến dạng .biến dạng của màng là hàm phia tuyến
của áp suất.
+)Độ võng tính theo công thức sau:


p
*)Màng nếp uốn đặc tuyến phi tuyến nhỏ hơn màng phẳng nên có thể sử dụng với độ võng lớn
+)Công thức xác định
a=
a,b là hệ số phụ thuộc vào hình dạng màng
+)Lực tác dụng
N=

p
D: đường kính ổ đỡ màng.
+)Độ chính xác 1%
c)ống trụ
+)Cấu tạo:
Ống có dạng hình trụ , thành mỏng , một đầu được bịt kín làm băng kim loại.
+) Biến dạng ngang a1 và a2 biến dạng dọc tác dụng lên thành ống xác định bởi công thức :
a1=(
=k1p
a2=(
=k2p
P: áp suất
Y :mô đun Young
v :hệ số poission
r :bán kính trong của ống.
2.Cảm biến áp suất dựa trên phép đo biến dạng.


2.1.Đặc điểm
+ Có tính đáp ứng tốt .
+Có thể bị nhiễu của từ trường.
+Thường chia làm hai nhóm:

-Biến đổi sử dịch chuyển của phần tử biến dạng thành tín hiệu điện.
-Biến đổi ứng suất thành tín hiệu đo.
2.2.Bộ chuyển đổi kiểu áp điện .
Nguyên lý hoạt động:
Khi có áp suất tác dụng vào khối vật liệu áp điện thì nó sẽ sinh ra các điện tích tỷ lệ với áp suất cần
đo.
qx=ko.Px=
qy=-ko.py
k là hằng số áp điện
Một số đặc điểm:
+Tần số cao(400kHz)
+Độ nhạy cao
+Không thích hợp với đo áp suất tĩnh
+Phạm vi đo lớn(2 đến 20000psi)
+Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ.
2.3Bộ chuyển đổi kiểu điện cảm.
a)Cấu tạo
Tấm sắt từ động gắn trên màng và nam châm
điên.
b)Nguyên lý
Dưới tác dụng của áp suất đo làm dịch chuyển
màng làm thay đổi khe hở từ dẫn đến thay đổi
độ tự cảm của cuộn dây.
+Làm việc theo nguyên tắc cảm ứng
+Việc nối nam châm phụ tuộc vào vị trí của lõi
+Khi lõi sắt thay đổi vị trí điện thế thay đổi
+Độ chính xác 0.5%FS
+Phạm vi làm việc từ 0 tới 10,000psi
2.4.Bộ chuyển đổi kiểu điện dung.
a)Cấu tạo.

Gồm 1 màng kim loại đặt giữa hai cực của tụ điện
b)Nguyên lý:
Dịch chuyển giữa hai tấm tụ điện phẳng sẽ làm
thay đổi điện dung
Sự phụ thuộc của điện dung C vào độ dịch chuyển của màng l
C=
Là hằng số điện môi của cách điện giữa hai bản cực.
Diện tích bản cực.
Khoảng cách giữa các bản cực khi áp suất bằng 0.
: Độ dịch chuyển của màng.


c)Phạm vi làm viêc.
Phạm vi làm việc rộng (áp suất chân không tới 10,000psi)
Đo được áp suất vì sai thấp(0.25mm H2O)
Thời gian đáp ứng nhanh
Độ chính xác 0.01%FSvà hiệu ứng nhiệt độ là 0.25%

D.Ứng dụng:
1.kiểm tra sự hút:
+Giám sát áp suất cho quá trình gắp và thả phôi.
+Kiểm tra sự hút các chai trong quá trình đóng gói.
+Kiểm tra quá trình hút phôi vào vòng hình O.
+Kiểm tra sự hút trong quá trình đặt chip.
+Kiểm tra sự hút trong quá trình dán nhãn.
2.Điều khiển áp suất nguồn:
Điều khiển áp suất trong máy hàn vết.
Giám sát áp suất khí trong máy nén.

3.Kiểm tra định vị:

Sử dụng để kiểm tra xem đối tượng như phôi có trên bàn máy hay không.
Ưu điểm là không sợ ảnh hưởng của bụi,hơi nước hay va chạm trong quá trình gia công.
Xác nhận chi tiết có nằm trên máy hàn vết hay không.
Nhận biết sự hiện diện/thiếu thành phần động cơ.
4.Kiểm tra rò rỉ:
Trong kiểm tra sự rò rỉ,một bình chứa được làm đầy với không khí đến một giá trị áp suất cài đặt.
Sau đó lượng khí rò rỉ được xác định bằng cách nhận biết sự thay đổi áp suất.
5.Dụng cụ đo độ cao.
Môt số loại cảm biến thường gặp.
Có 3 loại cảm biến áp suất sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
1. Pressure transmitter: được dùng nhiều trong các hệ thống có điều khiển PLC
Input: Pressure.
Output: current 4 - 20 mA.
Có 2 loại:
Loại thường: Range P vào cố định và có thể chỉnh bằng tay nhưng giá trị thay đổi ít
Loại Smart: dùng HART thay đổi range P vào
Các hãng sản xuất nổi tiếng là: Rosemount, ABB, Siemens, Endress & Haus, Honey Well,
Yokogawa,...
Giá của loại smart ít nhất là 500 USD tùy loại như của hãng SX nào, nơi SX (nếu USA, EU, G7 thì
đắt vì có các đặc tính kĩ thuật cao hơn các nơi khác), môi trường sử dụng,...


2. Pressure transducer: được dùng nhiều trong các hệ thống rời như máy nén khí, máy phát điện,...
Input: Pressure.
Output: voltage 0-5 V hoặc 1-5V,...
3.presssure switch :được dùng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp.

Pressure transmitter

Pressure transducer


presssure switch


Mục Lục.
A.Lịch sử đo áp suất.
B.Khái niệm và phương pháp đo áp suất.
1.Khái niệm.
2.Đơn vị đo.
3.Phương pháp đo
3.1. p kế chất lỏng.
3.1.1. p kế chữ U.
3.1.2. p kế bình.
C.Cảm biến áp suất dựa trên các phần tử biến dạng.
1.Các phần tử biến dạng
1.1.Lò xo ống.
1.2.Ống xiphong.
1.3.Màng.
2.Cảm biến áp suất dựa trên phép đo biến dạng.
2.1.Đặc điểm.
2.2.Bộ chuyển đổi kiểu áp điện.
2.3.Bô chuyển đổi kiêu điện cảm.
2.4.Bộ chuyển đổi kiểu điện dung.
D. Ứng dụng.
1.kiểm tra sự hút.
2.Điều khiển áp suất nguồn.
3.Kiểm tra định vị.
4.Kiểm tra rò rỉ.
5.Dụng cụ đo độ cao.
E. Môt số cảm biến thường gặp.

F.Tài liệu tham khảo.


F.Tài liệu tham khảo.
1.Internet.
2. Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển (Lê Văn Doanh).
3. Handbook of modern sensor.
4.Giáo trình đo lường và cảm biến đo lường.