tailieunhanh - Bài giảng Đo lường cảm biến: Chương 4

Bài giảng Đo lường cảm biến: Chương 4 - Đo lường lực và áp suất có nội dung trình bày khái niệm, cảm biến đo lực và ứng suất, nguyên tắc đo. mời bạn đọc cùng tham khảo chương 4 của bài giảng đo lường cảm biến để hiểu rõ hơn về đo lường lực và áp suất. | ĐO LƯỜNG LỰC – ÁP SUẤT I. Khái niệm Phép đo lực là yêu cầu quan trọng trong kỹ thuật cơ khí, xây dựng Đo lực là yêu cầu đối với cơ học chất rắn. Đối với cơ học chất lỏng và chất khí người ta quan tâm tới áp suất. Các bộ cảm biến lực có thể phân thành hai lớp: Các bộ cảm biến định lượng: dùng để đo lực có giá trị được thể hiện bằng tín hiệu điện. Các bộ cảm biến định tính: là các thiết bị có ngưỡng tín hiệu ra của nó chỉ độ lớn của lực đã vượt quá một ngưỡng định trước. Việc đo lực có thể thực hiện bằng cách: Cân bằng một lực chưa biết với một lực đối kháng sao cho lực tổng và moment tổng của chúng bằng không. Đo gia tốc của vật có khối lượng đã biết để xác định lực. Cân bằng lực chưa biết với một lực điện từ. Biến đổi lực thành áp suất chất lỏng và đo áp suất này. Đo ứng suất được tạo nên khi vật bị biến dạng đàn hồi và suy ra lực. Định luật Hooke Khi một vật rắn bị kéo (a), nén (b) đơn hướng hoặc xoắn đơn giản sẽ sinh lực đàn hồi bằng với lực nén hay xoắn tác dụng. S= = G Với một sự thay đổi nhỏ: Giá trị tương hỗ của lực nén: Bộ cảm biến lực sử dụng cuộn dây vi sai Bộ cảm biến lực sử dụng cảm biến áp suất II. CẢM BIẾN ĐO LỰC VÀ ỨNG SUẤT 1. Caûm bieán bieán daïng aùp ñieän trở: Caûm bieán bieán daïng aùp ñieän trôû kim loaïi. Caûm bieán bieán daïng aùp ñieän trôû baùn daãn. Đieän trôû bieán daïng kim loaïi Cảm biến biến dạng áp điện trở bán dẫn cũng tương tự như cảm biến biến dạng áp điện trở kim loại nhưng các dây kim loại được thay bằng dây bán dẫn. Các thông số cơ bản của cảm biến biến dạng áp điện trở: Độ biến dạng dài : tỉ số giữa sự thay đổi kích thước l với chiều dài ban đầu. Hệ số biến dạng: tỉ số của sự thay đổi điện trở với sự thay đổi chiều dài . Hệ số biến dạng của kim loại thông thường là 2, của bán dẫn GF 80 120 2. Nguyên lý đo sử dụng cảm biến biến dạng áp điện trở R = . R1 = R2 và R3 = RG LOAD R1 R2 R3 R4 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 b) c) Load Cell và mạch cầu chuyển đổi Lò xo dự ứng lực F Đầu ra điện áp âm Đầu ra điện áp dương Tinh thể thạch anh Cảm biến áp điện Hiệu ứng áp điện do Pierr Curie phát hiện vào năm 1880 là hiện tượng xuất hiện phân cực điện hoặc thay đổi phân cực điện đã có một số chất điện môi như : thạch anh, tuamalin, sunfat liti khi chúng bị biến dạng dưới tác dụng của lực. Hiệu ứng áp điện có tính thuận nghịch. Dưới tác động của điện trường có chiều thích hợp vật liệu điện sẽ bị biến dạng. Q = dF Q: độ lớn điện tích phát sinh (C); d: độ nhạy nạp điện của tinh thể (là hằng số đối với mỗi tinh thể) (C/N) F: Lực tác động (N); Lực F gây nên sự biến đổi độ dày t của tinh thể F = .( t /t) Với a: diện tích của tinh thể, Y: số modul Young t: độ dày của tinh thể III. Cảm biến đo áp suất lưu chất Áp suất và đơn vị đo áp suất P = dF/dS Nguyên tắc đo Có ba cách đo áp suất thường dùng: Áp suất tuyệt đối: biểu thị độ sai lệch giữa áp suất tại điểm đo và áp suất chân không. Áp suất đo: độ sai lệch giữa áp suất tại điểm đo với áp suất môi trường. Áp suất môi trường có thể thay đổi nhưng chỉ có độ sai lệch áp suất được quan tâm. Áp suất sai lệch: độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm đo, trong đó một điểm được chọn là điểm chuẩn. Phần tử chuyển đổi Phương pháp phát hiện Cảm biến áp suất dạng điện dung: Mạch tương đương Mạch tương đương Cảm biến áp suất dạng màng Áp suất p Cần di động Cảm biến áp suất dạng ống thông nhau Cảm biến áp suất dạng lò xo Áp suất P Cần di động Áp suất Pp Cần di động