Điện - Đo lường lực – áp suất

Nội dung text: Điện - Đo lường lực – áp suất

1. ĐO LƯỜNG LỰC – ÁP SUẤT
2. 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 cĩ thể phân thành hai lớp: ▪ Các bộ cảm biến định lượng: dùng để đo lực cĩ giá trị được thể hiện bằng tín hiệu điện. ▪ Các bộ cảm biến định tính: là các thiết bị cĩ ngưỡng tín hiệu ra của nĩ chỉ độ lớn của lực đã vượt quá một ngưỡng định trước.
3. ▪ Việc đo lực cĩ 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 khơng. ✓Đo gia tốc của vật cĩ 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.
4. 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.
5. S= E.e = G
6. • Với một sự thay đổi nhỏ: • Giá trị tương hỗ của lực nén:
7. Bộ cảm biến lực sử dụng cuộn dây vi Bộ cảm biến lực sử dụng cảm biến sai áp suất
8. II. CẢM BIẾN ĐO LỰC VÀ ỨNG SUẤT 1. Cảm biến biến dạng áp điện trở: ▪ Cảm biến biến dạng áp điện trở kim loại. ▪ Cảm biến biến dạng áp điện trở bán dẫn.
9. Điện trở biến dạng kim loại
10. ▪ 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.
11. ▪ Các thơng 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. l  = l
12. ▪ Hệ số biến dạng: tỉ số của sự thay đổi điện trở với sự thay đổi chiều dài . R / R R / R GF = = L / L  Hệ số biến dạng của kim loại thơng thường là 2, của bán dẫn GF 80120
13. 2. Nguyên lý đo sử dụng cảm biến biến dạng áp điện trở R3 R2 V0 − .VEX R3 + R4 R2 + R4 R = RG.GF. R1 = R2 và R3 = RG V GF * 1 0 = V 4  EX 1+ GF * 2
14. LOAD R1 R2 R3 R4 US+ US+ R R3 R2 3 R2 UM+ UM- UM+ UM- R1 R4 R1 R4 US- US- Unloadedb) LC Loadedc) LC Load Cell và mạch cầu chuyển đổi
15. Cảm biến áp điện Lị xo dự ứng Đầu ra điện áp âm lực Đầu ra điện áp dương F Tinh thể thạch anh
16. ▪ 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 cĩ một số chất điện mơi như : thạch anh, tuamalin, sunfat liti khi chúng bị biến dạng dưới tác dụng của lực. ▪ Hiệu ứng áp điện cĩ tính thuận nghịch. Dưới tác động của điện trường cĩ 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 = a.Y.( t /t) Với a: diện tích của tinh thể, Y: số modul Young t: độ dày của tinh thể
17. III. Cảm biến đo áp suất lưu chất ▪ Áp suất và đơn vị đo áp suất ▪ P = dF/dS
18. Nguyên tắc đo • Cĩ 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 khơng. – Áp suất đo: độ sai lệch giữa áp suất tại điểm đo với áp suất mơi trường. Áp suất mơi trường cĩ thể thay đổi nhưng chỉ cĩ độ sai lệch áp suất được quan tâm. – Áp suất sai lệch: độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm đo, trong đĩ một điểm được chọn là điểm chuẩn.
19. Phần tử chuyển đổi
20. Phương pháp phát hiện • Cảm biến áp suất dạng điện dung: Mạch tương đương
21. Mạch tương đương
22. Cảm biến áp suất dạng màng Áp suất p Cần di động
23. Cảm biến áp suất dạng ống thơng nhau
24. Cảm biến áp suất dạng lị xo Cần di động Cần di động Áp suất P Áp suất Pp