Bài giảng Đo lường và tự động hóa - Chương 5: Đo lường trong hệ thống tự động hóa (Phần 2) - ĐH Bách khoa Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh

5.6. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT
5.6.1. Tổng quan
- Áp suất là thông số quan trọng trong các quy trình công nghệ, các hệ thống thủy
lực, hệ thống khí nén.
- Qua việc đo áp suất, ta có thể xác định được các thông số khác của quy trình công
nghệ.
- Kiểm tra sự an toàn của thiết bị.
- Kiểm tra và điều khiển hoạt động của máy móc thiết bị.
pdf 56 trang xuanthi 24/12/2022 3540
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Đo lường và tự động hóa - Chương 5: Đo lường trong hệ thống tự động hóa (Phần 2) - ĐH Bách khoa Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_do_luong_va_tu_dong_hoa_chuong_5_do_luong_trong_he.pdf

Nội dung text: Bài giảng Đo lường và tự động hóa - Chương 5: Đo lường trong hệ thống tự động hóa (Phần 2) - ĐH Bách khoa Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh

  1. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT 5.6.2. Khái niệm - Áp suất: - Áp suất tĩnh: Như trên ta thấy, áp suất tĩnh không phụ thuộc vào hình dạng và thể tích của bình chứa  :khối lượng riêng [ kg/m 3] = .g, của nước = 9,8kN/m3 Đo áp suất tĩnh có thể tiến hành bằng 02 phương pháp: - Đo áp suất chất lưu được lấy qua một lỗ khoan trên thành bình. - Đo trực tiếp biến dạng của thành bình i 2 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  2. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT 5.6.3. Đơn vị đo - Bảng chuyển đổi đơn vị áp suất: 4 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  3. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT 5.6.4. Phần tử đo áp suất Áp kế chữ U: Áp kế kiểu màng ngăn 6 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  4. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT 5.6.4. Phần tử đo áp suất Áp kế kiểu màng ngăn Áp kế sử dụng ống Bourdon Độ võng tâm màng phẳng dưới tác dụng của áp suất tác dụng lên màng xác định theo công thức sau: Áp kế vi sai kiểu phao Khi đạt sự cân bằng áp suất: Từ cân bằng thể tích, ta có: Từ cân bằng thể tích, ta có: 8 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  5. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT 5.6.4. Phần tử đo áp suất Áp kế dựa vào phần tử biến dạng (kiểu ống trụ) 5.6. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT 5.6.5. Bộ phận chuyển đổi điện Bộ biến đổi đo áp suất kiểu điện cảm Nếu bỏ qua điện trở cuộn dây, từ thông tản và tổn hao trong lõi từ thì độ từ cảm của bộ biến đổi xác định bởi công thức sau: L: độ tự cảm của bộ biến đổi [Henry] S0,  = k.p: tiết diện và chiều dài khe hở không khí 10 0 : độ từ thẩm của không khí LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  6. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT 5.6.5. Bộ phận chuyển đổi điện Bộ biến đổi kiểu điện dung C = (0r .A)/(0 + ) 0,  r : hằng số điện môi chân không và môi trường A: diện tích đối nhau giữa 02 bản cực 0 + : khoảng cách giữa 02 bản cực Bộ biến đổi kiểu áp điện suy ra, 12 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  7. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO MỨC 5.6.6. Các phương pháp đo mức Các thiết bị đo mức gồm có 04 loại: - Đo trực tiếp - Đo gián tiếp - Đo mức đơn điểm. - Xác định mức của các chất rắn dạng bột. a) Đo mức trực tiếp - Có nhiều phương pháp xác định mức chất lỏng trực tiếp: phao; ống thủy; Quan sát mức chất lỏng bằng Quan sát mức chất lỏng bằng ống thủy phao 14 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  8. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO MỨC 5.6.6. Các phương pháp đo mức a) Đo mức trực tiếp Đo mức chất lỏng bằng siêu âm 16 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  9. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO MỨC 5.6.6. Các phương pháp đo mức b) Đo mức gián tiếp Áp suất: Áp suất có thể được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau. Tuy nhiên, cần lưu ý đến lưu chất đo và tạp chất trong lưu chất khi thiết kế vị trí của bộ phận đo áp suất 18 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  10. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO MỨC 5.6.6. Các phương pháp đo mức b) Đo mức gián tiếp Điện dụng: - Đo mức chất lỏng & chất rắn dạng bột. - Điện dung tổng hợp Cd: Ca: điện dung không chứa chất lỏng; : hằng số điện môi của chất lỏng; r: chiều cao của bản cực; d: độ sâu mực chất lỏng Lưu ý: hằng số điện môi của không khí () bằng 1; hằng số điện môi của nước bằng 80 20 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  11. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO MỨC 5.6.6. Các phương pháp đo mức b) Đo mức gián tiếp Điện trở băng: - Có thể đo được chất lỏng ăn mòn hoặc chất lỏng sệt; không đo các chất dễ bay hơi hay cháy nổ. - Giá thành rẻ, chính xác. - Độ chính xác phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lưu Tải trọng: Đo mức bằng điện trở băng - Phương pháp này phù hợp nhất cho trường hợp giám sát mức liên tục. - Hình dạng của bình chứa cần biết trước. - Mức chất lỏng phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chúng. - Thể tích của chất lưu trong bình chứa: - Trọng lượng: Đo mức bằng phương pháp đo trọng lực22 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  12. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO MỨC 5.6.6. Các phương pháp đo mức c) Giám sát đơn điểm Đầu dò nhiệt: - Gồm một nguồn nhiệt được bố trí liền kề 01 cảm biến nhiệt. - Khi chất lỏng dâng lên & tiếp xúc đầu dò thì nhiệt sẽ bị phân tán & cảm biến nhiệt cho thấy sự giảm nhiệt rõ rệt. - Đầu dò đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao phù hợp với giám sát mức đơn điểm. Phương pháp sử dụng nguồn tia: - Thường sử dụng trong các bình chứa áp lực; chất lỏng ăn mòn hoặc môi trường nhiệt độ cao. - Các nguồn tia thường sử dụng: ánh sáng; nguồn âm; siêu âm; bức xạ. - Giá thành rẻ, lắp đặt dễ dàng nhưng dẽ bị ảnh hưởng bởi môi trường. - Các thùng chứa có áp suất nên sử dụng cảm biến sử dụng phương pháp này. 24 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  13. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO MỨC 5.6.7. Ứng dụng đo mức - Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn loại cảm biến đo mức: áp suất; nhiệt độ; độ đồng đều của chất lỏng; khả năng bay hơi; độ ăn mòn; độ chính xác yêu cầu; đo đơn điểm hay liên tục; đo trực tiếp hay gián tiếp; thành phần rắn trong chất lỏng; loại vật liệu rời; v.v - Nhiệt độ là thông số quan trọng khi chọn cảm biến do nhiệt độ ảnh hưởng đến trọng lượng riêng, hằng số điện môi. Vì vậy, một số loại cảm biến cần bù nhiệt độ khi đọc (hoặc hiệu chỉnh) là điện dung, áp suất, sử dụng vật đo trung gian, sử dụng đo tải, siêu âm. Vật đo trung gian: - Trọng lượng riêng của vật đo phải lớn hơn chất lỏng. - Trọng lượng riêng của chất lỏng là hằng trong quá trình đo. - Chất lỏng không ăn mòn vật đo. - Nhiệt độ của chất lỏng cần được giám sát trong khi đo nhằm hiệu chỉnh giá trị trọng lượng riêng. 26 - Có khả năng đo tới độ sâu 3m, với độ chính xác 0,5cm. LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  14. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.6. CẢM BIẾN ĐO MỨC 5.6.7. Ứng dụng đo mức Bảng các thông số của các loại phương pháp đo mức 28 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  15. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.7 BỘ CHUYỂN ĐỔI ANALOG DIGITAL 30 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  16. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.7 BỘ CHUYỂN ĐỔI ANALOG DIGITAL Bộ chuyển đổi AD có 03 giai đoạn: - Sampling: lấy mẫu theo chu kỳ nhằm chuyển tín hiệu liên tục thành một loạt tín hiệu analog rời rạc - Quantization: lượng hóa tín hiệu tương tự bằng cách gán cho mỗi tín hiệu analog một số xác định nằm trong các vùng có mức độ lớn được quy định trước. - Encoding: từ các mức độ lớn rời rạc thu nhận được trong quá trình lượng hóa tín hiệu sẽ được mã hóa thành các số nhị phân. 32 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  17. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.7 BỘ CHUYỂN ĐỔI ANALOG DIGITAL Quantization error: sai số Ví dụ: 34 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  18. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.7 BỘ CHUYỂN ĐỔI ANALOG DIGITAL 36 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  19. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.8 BỘ CHUYỂN ĐỔI DIGITAL ANALOG Chuyển Digital > Analog gồm 02 giai đoạn: (1) decoding; (2) data holding (1) decoding E0 : điện áp ra của bước giải mã (V) Eref : điện áp tham chiếu (V) B1, B2, , Bn :trạng thái của từng bit trên thanh ghi n : số bit của thanh ghi (2) data holding (a) zero-order hold (b) first-order hold Data holding step using (a) zero-order hold and38 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147) (b) first - order hold
  20. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.8 BỘ CHUYỂN ĐỔI DIGITAL ANALOG 40 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  21. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.8 BỘ CHUYỂN ĐỔI DIGITAL ANALOG 42 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  22. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.9 CƠ CẤU CHẤP HÀNH (ACTUATORS) 5.9.2. Xylanh (Cylinders) Có nhiều loại xylanh sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau: truyền động; tạo lực nén; gắp sản phẩm . 44 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  23. Chương 5: ĐyO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.9 CƠ CẤU CHẤP HÀNH (ACTUATORS) 5.9.3. Bơm thủy lực (pump) Có nhiều loại bơm thủy lực khác nhau: bơm bánh răng; bơm pittong; a) Bơm piston b) Bơm bánh răng c) Bơm cánh gạt 46 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  24. Chương 5: ĐyO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.9 CƠ CẤU CHẤP HÀNH (ACTUATORS) 5.9.3. Bơm thủy lực (pump) 48 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  25. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.9 CƠ CẤU CHẤP HÀNH (ACTUATORS) 5.9.4. Van (valve) Để điều khiển các xy lanh để thực hiện các tác động, chúng ta phải điều khiển các van phân phối Van phân phối 2 cửa, 2 vị trí (2/2) Van phân phối 3 cửa, 2 vị trí (3/2) 50 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  26. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.9 CƠ CẤU CHẤP HÀNH (ACTUATORS) 5.9.4. Van (valve) Để điều khiển các xy lanh để thực hiện các tác động, chúng ta phải điều khiển các van phân phối 52 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)Van phân phối 4 cửa, 3 vị trí ( 4 / 3 )
  27. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.9 CƠ CẤU CHẤP HÀNH (ACTUATORS) 5.9.4. Van Van giảm áp 54 LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)
  28. Chương 5: ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 5.9 CƠ CẤU CHẤP HÀNH (ACTUATORS) 5.9.6. Bể dầu (tank) 1) Động cơ; 2) Đường ống dầu đi (nén); 3) Bộ lọc; 4) Phía hút; 5) Vách ngăn; 6) Phía xả; 7) Đo mức dầu & nhiệt độ dầu; 8) Nắp đổ dầu & 56 thông khí; 9) Đường ống dầu về LTA_ Đo lường & tự động hóa (2155147)