Bài giảng Áp kế lò xo

ÁP KẾ LÒ XOAùp kế lò xo, chân không kế, áp – chân không kế, khí áp kế (barômét) và áp kế hút đều thuộc nhóm áp kế lò xo với phần tử đàn hồi biến dạng dùng để đo áp suất dư, áp suất âm (chân không) và áp suất không khí. Các áp kế lò xo làm việc dựa vào nguyên lý biến dạng đàn hồi của các phần tử đàn hồi khác nhau. Loại áp kế này có kết cấu đơn giản, dễ vận chuyển nhiều chủng loại, nhiều công dụng, độ chính xác khá cao và dải đo rộng từ 10-8 đến 109 Pa. Với những đặc điểm này, áp kế lò xo đựơc sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên ở đây chỉ đề cập đến các loại áp kế lò xo thông dụng nhất trong công nghiệp, sản xuất và đời sống.ÁP KẾ LÒ XO1/. ÁP KẾ LÒ XO ỐNG Một trong những áp kế được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong nghiên cứu khoa học là áp kế lò xo ống. Ống đo là chi tiết quan trọng nhất của loại áp kế này nên người ta gọi là áp kế lò xo ống. Nguyên lý làm việc của áp kế này là dựa vào sự biến dạng đàn hồi của ống đo. Hình sau trình bày cấu tạo của áp kế lò xo ống thông dụng. Phần chính của áp kế này là một cái ống rỗng được uốn cong dạng cung tròn có tiết diện elip hoặc ôvan với góc ôm khoảng 1800 tới 2700. ÁP KẾ LÒ XOSơ đồ nguyên lý áp kế lò xo ốngÁP KẾ LÒ XO1 ÁP KẾ LÒ XO ỐNG Để loại trừ đoạn đường chết khi bánh răng và bánh răng dẻ quạt ăn khớp nhau, người ta lắp thêm vào bánh răng một lò xo xoắn (dây tóc). Lò xo xoắn này một đầu nối với bánh răng, đầu kia nối với một chi tiết cố định của cơ cấu truyền động, thường là nối với cột trụ của hai tấm kẹp.ÁP KẾ LÒ XO1 ÁP KẾ LÒ XO ỐNG Do lò xo xoắn đàn hồi nên loại trừ được khe hở khi ăn khớp nghĩa là loại trừ được đoạn đường chết xuất hiện khi hai bánh răng ăn khớp với nhau. Kim (7) lắp trên trục của bánh răng và quay trên thang chia độ (8). Nếu ta nối áp kế với nguồn áp suất dư thì áp suất này sẽ tác dụng vào phần rỗng bên trong ống (1) và dưới ảnh hưởng của áp suất này ống sẽ bị giãn ra ÁP KẾ LÒ XO1/. ÁP KẾ LÒ XO ỐNG Đầu tự do của ống truyền động lên phía trên theo hướng sang phải. Do truyền động của đầu ống mà thanh truyền (5) kéo bánh răng hình dẻ quạt đi một góc nhất định và kim áp kế cũng quay theo. Căn cứ vào độ lệch của kim trên thanh mà ta biết đựơc độ lớn của áp suất muốn đo. Vì sự dịch chuyển của đầu tự do trong một giới hạn nhất định tỷ lệ thuận với áp suất tác dụng trong ống nên thanh chia của áp kế thường là bậc nhất.ÁP KẾ LÒ XO1/. ÁP KẾ LÒ XO ỐNG Tuỳ theo kích thước của lò xo ống và vật liệu sử dụng, áp kế lò xo ống có áp suất giới hạn đo trên từ 0,5 đến 10 000 bar. Trong thực tế người ta sử dụng nhiều áp kế lò xo ống có cấp chính xác từ 1 đến 2,5. Sai số của áp kế được qui định ở điều kiện làm việc chuẩn là 200 C. khi nhiệt độ làm việc khác nhiệt độ chuẩn thì sai số của áp kế sẽ thay đổi, và số chỉ cũng sẽ thay đổi. Sự thay đổi áp suất này chỉ phải kể tới trong các phép đo chính xác hoặc trong kiểm định áp kế. Ví dụ: hãy xác định hệ số hiệu chính nhiệt độ của áp kế khi đo áp suất 10 bar ở nhiệt độ 350 C và giá trị của hệ số nhiệt độ là 0,00050 C-1. P = 0,0005.10 (35 – 20) = 0,075 bar.2/. CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾÁ LÒ XO ỐNG Chân không kế lò xò ống có cấu tạo giống áp kế lò xo ống. Nếu nối ống với nguồn áp suất thiếu thì nó sẽ co lại: đầu ống tự do không chuyển động lên phiá trên như ở áp suất dư mà xuống phía dưới. Kim của chân không kế chuyển động theo chiều ngược lại kim áp kế lò xo ống. Để chuyển động này phù hợp với chuyển động thông thường của áp kế người ta có thể hàn ống sang phía phải của giá đỡ. Tuy nhiên cũng không nhất thiết đòi hỏi kim phải quay thuận kim đồng hồ. Phần lớn thanh chia của chân không kế được khắc vạch theo mmHg nhưng cũng có thể sử dụng đơn vị khác như bar. Chỉ số 760 mmHg thường được chọn làm giá trị giới hạn của thang chia trong chân không kế.ÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XO2 CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾ LÒ XO ỐNG Thang trong chân không kế được chia độ nhờ một cái bơm hút chân không đặc biệt. Nhưng thường người ta thường dùng chân không kế thuỷ ngân. Hình sau là hình dáng bên ngoài của chân không kế lò xo ống.ÁP KẾ LÒ XOChân không kế 2/. CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾÁ LÒ XO ỐNG Trong thực tế có những thiết bị làm việc không những ở áp suất dư mà cả ở áp suất âm (chân không). Các thiết bị này cần dùng hai phương tiện đo: áp kế và chân không kế. Điều này rất phiền phức vì khi thay đổi từ áp suất dư sang áp suất thiếu hoặc ngược lại ta phải tháo và lắp lại phương tiện đo. Mặt khác, dùng hai phương tiện đo cũng dễ bị hư hỏng. Để tránh những điều bất tiện đó người ta dùng phương tiện đo liên hợp gọi là áp - chân không kế.ÁP KẾ LÒ XO2/. CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾ LÒ XO ỐNG Aùp – chân không kế về cơ bản là một áp kế lò xo ống thông thường. Nếu ta dịch điểm 0 trên mặt chữ số của áp kế và chia độ tiếp tục về phía chân không, ta sẽ có một áp chân không kế. Khi không có áp suất tác dụng, kim sẽ chỉ đúng điểm 0 tương ứng với áp suất khí quyển. Nếu có tác dụng của áp suất âm, kim sẽ dịch chuyển ngược chiều kim đồng hồ và vị trí kim trên thanh chia xác định độ lớn của áp suất âm. Còn ở áp suất dư, kim sẽ dịch chuyển theo chiều kim đồng hồ và vị trí của kim trên thang chia xác định độ lớn của áp suất dư.ÁP KẾ LÒ XO2/. CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾÁ LÒ XO ỐNG Thang chân không của áp - chân không kế cũng được chia độ theo mmHg và có vạch giới hạn là vạch 760 mmHg. Giới hạn của thang áp suất dư trong áp – chân không kế là giá trị tùy ý phụ thuộc vào ống đo. Phần thang này đựơc ghi khắc thống nhất là bar hoặc Mpa.ÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XO2/. CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾ LÒ XO ỐNG Ta biết rằng 1 bar = 750 mmHg, rất gần với giá trị giới hạn (760 mmHg) của thang chân không của áp – chân không kế, do đó ta có thể biết được tỷ lệ giữa các khoảng cách vạch chia của thang chân không kế và thang áp kế. Vì ống đo của áp –chân không kế đã tính toán cho một giới hạn áp suất nhất định nên chúng ta biết được khoảng cách vạch chia của thang áp suất xấp xỉ bằng khoảng cách vạch chia của thang chân không.ÁP KẾ LÒ XO2/. CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾ LÒ XO ỐNG Nếu thang áp suất là 10 bar thì thang chân không bằng 1/10 của thang áp suất và nếu thang áp suất là 20 bar thì thang chân không là 1/20 v.v.. Từ đó ta thấy rằng nếu kích thước của thang chân không càng nhỏ thì áp suất giới hạn của áp – chân không kế càng lớn.2/. CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾ LÒ XO ỐNG Thông thường toàn bộ thang chân không của áp –chân không kế chỉ dài từ 10 đến 15mm nên không thể đo áp suất âm bằng một áp kế như thế. Trong trường hợp này phần thang chân không của áp kế chỉ được dùng để biểu thị mức độ chân không trong thiết bị làm việc, nghĩa là không thể đo chính xác độ chân không bằng phương tiện này.ÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XO 2/. CHÂN KHÔNG KẾ VÀ ÁP – CHÂN KHÔNG KẾÁ LÒ XO ỐNG Khi đánh giá sai số đo chân không người ta không chỉ chú ý đến kích thước (chiều dài) thang chia mà còn phải chú ý đến sai số của phép xác định các giá trị giới hạn của thang áp kế.ÁP KẾ LÒ XO3/. ÁP KẾ LÒ XO ỐNG XOẮN Trước đây ta chỉ thường gặp áp kế những áp kế lò xo với phần tử đàn hồi là một lò xo ống có góc ở tâm nhỏ hơn một vòng tròn (khoảng 2700). Theo lý thuyết tính toán góc giãn của ống tỷ lệ với góc ở tâm ban đầu của ống đó. Vì vậy các ống có góc ở tâm ban đầu nhỏ thì đầu tự do của ống chỉ dịch chuyển rất ít. Để phóng đại độ dịch chuyển này và để biến chuyển động thẳng thành chuyển động tròn của kim chỉ người ta sử dụng cơ cấu cơ khí truyền động khuyếch đại .ÁP KẾ LÒ XO3/. ÁP KẾ LÒ XO ỐNG XOẮN Trong áp kế lò xo ống xoắn, để tăng góc giãn người ta dùng một ống nhiều vòng xoắn theo dạng đường ren vít, loại ống này có góc giãn lớn ở áp suất cực đại nghĩa là nó có độ nhạy lớn. Nguyên lý tác dụng của áp kế nhiều vòng xoắn được trình bày ở hình sau. Một đầu của ống (1) hàn chặt với giá đỡ (2) tạo thành một góc cố định; khi hàn phải đảm bảo sao cho phần rỗng bên trong của ống thông với lỗ bên trong của đầu nối (3). Đầu còn lại của ống hàn với bạc (4) và bạc (4) này gắn với bạc (5)ÁP KẾ LÒ XOSơ đồ cấu tạo áp kế lò xo ốngÁP KẾ LÒ XO3/. ÁP KẾ LÒ XO ỐNG XOẮN Nếu có áp suất dư tác dụng thì ống sẽ giãn ra, đầu tự do của ống sẽ dịch chuyển và thông qua hệ thống truyền động đòn bẩy, kim sẽ quay trên mặt chữ số. Góc giãn của lò xo ống nhiều vòng xoắn khoảng 500-600. Nhờ hệ thống truyền động của đòn bẩy đơn giản góc quay của thang chia có thể đạt giá trị đủ lớn. Tuy nhiên để đạt góc quay 2700, thường phải sử dụng cơ cấu truyền động bánh răng với tỷ số truyền của cơ cấu cơ khí nhỏ hơn so với áp suất của lò xo ống. ÁP KẾ LÒ XO3/. ÁP KẾ LÒ XO ỐNG XOẮN Lò xo ống nhiều vòng xoắn thường được chế tạo cho áp suất từ 8 đến 160 bar và thường được sử dụng trong các dụng cụ như là máy phát tín hiệu (Geber), các dụng cụ chỉ từ xa và dụng cụ tự ghi.ÁP KẾ LÒ XO4/. ÁP KẾ LÒ XO MÀNG Ngoài lò xo ống ra, người ta còn sử dụng các màng và hộp màng để làm các phần tử đàn hồi cho các áp kế và cho các dụng cụ khác phục vụ cho mục đích đo áp suất. Hình sau trình bày cấu tạo của một áp kế lò xo màng. Mặt bích dưới (2) để gắn đầu nối (2) với nguồn tạo áp suất. Bên trong đầu nối có một cái lỗ thông suốt nối liền với phần rỗng bên trong của mặt bích (1). Mặt bích trên (3) gắn với vỏ áp kế (4). Giữa hai mặt bích là một màng uốn sóng tròn đồng tâm (5). Các mặt bích ghép chặt với nhau bằng bulông, ở giữa màng có gắn một chốt (7), chốt này nối bản lề với thanh truyền (6).ÁP KẾ LÒ XO4 ÁP KẾ LÒ XO MÀNG Thanh truyền này lại nối với bánh xe quạt của cơ cấu truyền động cơ khí. Kết cấu của cơ cấu truyền động cũng cùng loại như ở cơ cấu truyền động ở áp kế lò xo ống.ÁP KẾ LÒ XO4/. ÁP KẾ LÒ XO MÀNG Trong áp kế lò xo màng, chi tiết quan trọng nhất là màng (5), màng này chịu tác dụng của áp suất, tuỳ theo độ biến dạng mà ta đọc được giá trị áp suất tương ứng. Nếu áp kế nối với nguồn áp suất dư cần đo, thì dưới ảnh hưởng của áp suất màng bị uốn cong từ dưới lên trên. Kết quả làm thanh truyền (6) dịch chuyển và do đó kim cũng quay theo. Cũng giống như trong áp kế lò xo ống, sự dịch chuyển của màng trong một giới hạn áp suất nhất định tỷ lệ thuận với áp suất tác dụng trong màng. Chính vì vậy mà thang chia của áp kế lò xo màng cũng thường là bậc nhất.ÁP KẾ LÒ XOSơ đồ cấu tạo áp kế lò xo màngÁP KẾ LÒ XO4/. ÁP KẾ LÒ XO MÀNG Để sử dụng màng cho những giới hạn áp suất khác nhau ta thay đổi kích thước của màng (chiều dày, đường kính, chiều sâu sóng, hình dạng sóng số bước sóng) và loại vật liệu. Để chế tạo màng cho dãy đo áp suất thấp người ta dùng hợp kim đồng, đối với áp suất cao người ta dùng thép. Mặt dù có thể thay đổi vật liệu và kích thước của màng để tăng áp suất, nhưng phạm vi đo áp suất của áp kế màng rất hạn chế. Nói chung áp kế màng chỉ chế tạo cho áp suất từ 0,2 đến 25 hoặc 30 bar.ÁP KẾ LÒ XO4/. ÁP KẾ LÒ XO MÀNG Dưới tác dụng củ áp suất, màng chỉ biến dạng và dịch chuyển một lượng rất nhỏ, lớn nhất vào khoảng từ 1,5 – 2 mm. Chính vì độ nhạy thấp nên đòi hỏi cơ cấu cơ khí ở áp kế màng phải có tỷ số truyền động khuyếch đại lớn. Phần lớn áp kế màng truyền động bằng bánh xe quạt và có thang chia đồng tâm. Tuy vậy vẫn có áp kế màng truyền động đòn bẩy và có thang chia độ lệch tâm: chẳng hạn như áp kế đo đầu máy kéo, ôtô.ÁP KẾ LÒ XO4/. ÁP KẾ LÒ XO MÀNG Biến dạng dư của áp kế lò xo màng nói chung lớn hơn áp kế lò xo ống, tuy nhiên cá biệt cũng có áp kế lò xo màng có 1 chất lượng tốt hơn cả áp kế lò xo ống. Áp kế lò xo màng có những nhược điểm sau: độ nhạy kém, phạm vi đo thấp v.v nhưng trong một số lĩnh vực đo nhất định sử dụng áp kế này rất thuận tiện và không thể thay đổi được. Ví dụ: đo áp suất có độ nhớt cao, hoặc đo áp suất của các hoá chất khi không cho phép chất đó tác dụng trực tiếp với phần tử đàn hồi. Khi trong những trường hợp này, có thể lắp thêm một màng bảo vệ phía dưới màng đàn hồi.ÁP KẾ LÒ XO4/. ÁP KẾ LÒ XO MÀNG Khi đo trong những trường hợp này, có thể lắp thêm một màng bảo vệ phía dưới màng đàn hồi. Màng này thường làm bằng đồng, bạc hoặc platin tùy theo loại hoá chất làm việc. Chính nhờ tác dụng của màng bảo vệ mà áp kế màng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực rất khác nhau của công nghiệp hoá học.ÁP KẾ LÒ XO4/. ÁP KẾ LÒ XO MÀNG Từ nguyên lý tác dụng của áp kế lò xo màng ta có thể suy ra áp kế này cũng được dùng để đo áp suất thiếu. Nếu có áp suất thiếu tác dụng lên màng thì màng sẽ uốn cong xuống phía dưới, do đó kim quay theo chiều ngược lại. Người ta đã lợi dụng tính chất này để chế tạo các chân không kế và áp – chân không kế màng.ÁP KẾ LÒ XO5/. ÁP KẾ LÒ XO HỘP Ở một số áp kế người ta sử dụng lò xo hộp làm phần tử đàn hồi. Lò xo là hộp uốn sóng có dạng hình trụ với các nếp sóng cách đều nhau. Hình sau là sơ đồ làm việc của một áp kế lò xo hộp. Cấu tạo của áp kế lò xo hộp rất đơn giản: mặt phẳng đáy dưới của lò xo hộp (1) gắn chặt với tấm phẳng (2); phía dưới tấm phẳng (2) có đầu nối (3) để lắp áp kế. Phần rỗng bên trong của hộp nối thông với một cơ cấu truyền động, cơ cấu này gồm có một hệ thống đòn bẩy phối hợp với chuyển động ăn khớp của bánh xe quạt (9)ÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XO5/. ÁP KẾ LÒ XO HỘP Nếu có áp suất dư tác dụng vào phần rỗng bên trong của hộp thì chiều dài lò xo hộp tăng lên; chốt (4) dịch chuyển lên phía trên; thông qua hệ thống đòn bẩy (5), (7), trục (6) và thanh truyền (8) truyền chuyển động cho bánh xe quạt (9) và bánh xe (10) làm cho kim quay. Trong một số trường hợp, ví dụ khi dùng lò xo hộp để đo chênh lệch áp suất người ta có thể lắp thêm một lò xo xoắn ốc phụ vào trong lò xo hộp để cùng tác dụng chung với lò xo hộp.ÁP KẾ LÒ XO5/. ÁP KẾ LÒ XO HỘP Aùp kế lò xo hộp có thể sử dụng trong phạm vi áp suất từ 0,5-6 at. Giới hạn áp suất của áp kế lò xo có thể thay đổi được bằng cách thay đổi chiều dày, đường kính, kích thước sóng của lò xo hộp. Tuy nhiên sự thay đổi đó ảnh hưởng đến độ nhạy của áp kế.ÁP KẾ LÒ XO6/. KHÍ ÁP KẾ HỘP KIM LOẠI (GỌI TẮT LÀ KHÍ ÁP KẾ HỘP) Khí áp kế hộp dùng để đo áp suất khí quyển. Nguyên lý làm việc của nó dựa vào tính đàn hồi của hộp màng. Hình 2.6 trình bày hình dáng bên ngoài của áp kế hộp (kim loại) và hình 2.7 trình bày cấu tạo của nó, nói chung cấu tạo này giống như cấu tạo của kiểu áp kế hút của màng. Đế dưới của hộp màng (1) lắp chặt lên tấm phẳng và toàn bộ được đặt trong vỏ của áp kế.ÁP KẾ LÒ XO6/. KHÍ ÁP KẾ HỘP KIM LOẠI (GỌI TẮT LÀ KHÍ ÁP KẾ HỘP) Lò xo tấm (3) được gắn với mặt trên của hộp bằng bulông (2) và có tác dụng làm căng hộp màng và nhờ tính đàn hồi của lò xo tấm mà nó được giữ cân bằng khi có áp suất khí quyển tác dụng lên. Phần rỗng bên trong đã được hút chân không trước đó. Tay đòn (4) gắn với lò xo tấm: tay đòn (5), (6) gắn với xích (7) lắp trên trục kim (8). Xích (7) luôn luôn căng nhờ lò xo xoắn (dây tóc) lắp trên trục kim.ÁP KẾ LÒ XO6 KHÍ ÁP KẾ HỘP KIM LOẠI (GỌI TẮT LÀ KHÍ ÁP KẾ HỘP) Khi đo áp suất khí quyển, hộp màng uốn cong lên trên hoặc xuống dưới, tuỳ theo áp suất khí quyển lớn lên hay nhỏ đi. Thông qua hệ thống tay đòn và xích truyền động, kim dụng cụ sẽ quay đi một góc nhất định tương ứng với độ lớn của áp suất đo. Thang chia của dụng cụ được khắc vạch theo milimet thuỷ ngân (mmHg) hoặc milibar (mbar) và số chỉ đọc trên thang cho biết trực tiếp độ lớn của khí quyển. 6/. KHÍ ÁP KẾ HỘP KIM LOẠI (GỌI TẮT LÀ KHÍ ÁP KẾ HỘP) Thường khí áp kế hộp có thang chia từ 600 đến 800 mmHg với giá trị vạch chia là 0,5 hoặc 1 mmHg. Thang chia của khí áp kế hộp được khắc vạch trực tiếp theo khí áp kế thuỷ ngân. Ở khí áp kế này thường có gắn trên thang chia một nhiệt kế để nhắc nhở ta chú ý đến ảnh hưởng của nhiệt độ. Trước khi đọc chỉ số cần gõ nhẹ lên mặt kính của khí áp kế hộp để loại trừ được ma sát gây ra trong cơ cấu truyền động cơ khí. ÁP KẾ LÒ XO7/. CÁC BỘ PHẬN QUAN TRỌNG CỦA ÁP KẾ LÒ XO Trong áp kế kiểu lò xo, bộ phận làm việc chính để cảm nhận áp suất là phần tử đàn hồi hoặc còn gọi là lò xo. Phần tử đàn hồi có nhiều chủng loại như ống, màng, hộp. Vì các phần tử đàn hồi không chỉ quyết định phạm vi đo mà các tính chất và đặc trưng quan trọng cuả nó ảnh hưởng đến sai số, độ nhạy, độ ổn định của áp kế v.v.. Phần tử này quyết định độ chính xác của áp kế. Vì chuyển động của phần tử đàn hồi rất nhỏ, người ta phải lắp thêm một bộ phận khuyếch đại và truyền chuyển động của chúng lên bộ phận chỉ thị cơ - cấu truyền động.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.1 Ống đo Như đã nói trên, phần lớn các phần tử đàn hồi trong áp kế là loại lò xo ống hoặc đơn giản nó là một ống rỗng, tiết diện không tròn, một đầu cố định, còn đầu kia hàn kín nhưng được chuyển động tự do. Tiết diện ống cũng có nhiều loại khác nhau, thông nhất là loại tiết diện elip hoặc ôvan.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.1Ống đo Thường ống được uốn cong thành một cung tròn sao cho trục lớn của tiết diện elip hoặc ôvan song song với trục của cung tròn (hình 2.80, với yêu cầu trục của cung tròn thẳng góc với hình vẽ đi qua điểm 0. Nếu có áp suất dư tác dụng vào phần rỗng bên trong của ống thì độ cong của ống giảm đi nghĩa là ống bị dãn ra. Nếu trong ống có áp suất âm tác dụng thì độ cong của ống tăng lên nghĩa là ống co lại.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.1Ống đo Sự co dãn của ống có thể giải thích một cách đơn giản dựa vào sự thay đổi tiết diện của ống khi có áp suất tác dụng. Tiết diện ovan hay elip sẽ có xu hướng phình ra gần với dạng hình tròn.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.2 Màng Một loại phần tử đàn hồi thứ hai được ưu tiên dùng trong các áp kế là màng. Màng là một tấm mỏng tròn được cố định ở xung quanh. Nếu ta bắt một màng như thế chịu tải trong tác dụng từ một phía thì nó sẽ biến dạng phồng lên hay võng xuống, qua kích thước độ võng ta có thể xác định được áp suất tác dụng lên màng. Về hình dáng bề ngoài của màng sử dụng trong các áp kế, có thể phân ra hai loại: loại phẳng và loại sóng. Màng phẳng là những tấm tròn thành mỏng và chiều dày đồng đều và bề mặt phẳng.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.2 Màng Loại màng sóng có hình dáng bên ngoài tương tự như màng phẳng nhưng bề mặt của nó có các sóng đồng tâm phân bố đều trên toàn bộ hoặc một phần của màng. Số lượng, hình dáng và kích thước của các sóngcũng rất khác nhau tuỳ thuộc vào mục dích sử dụng, phạm vi đo và các tính chất khác sẽ trình bày kỹ hơn ở phần sau. Ở tâm màng thường có một mặt phẳng để hàng chốt.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.2 Màng Chốt này truyền độ võng của màng đến một cơ cấu cơ khí nhằm biến chuyển động thẳng thành chuyển động tròn của kim. Trong các áp kế, các màng này thường lắp giữa hai mặt bích hoặc hàn kín với phần khác của áp kế. Màng phải được cố định sao cho nó không dịch chuyển được theo phương xuyên tâm và không xoay.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.2 Màng Trong thực tế màng sóng thường được sử dụng trong các áp kế mà điều kiện làm việc không cho phép sử dụng loại lò xo ống (ví dụ: trong trường hợp có các chất gây nổ hoặc chất lỏng nhớt). Trong thực tế người ta sử dụng hộp màng là một cái hộp gồm hai màng sóng hàn với nhau hoặc khối màng gồm nhiều hộp màng với nhau.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.2 Màng Với hộp màng và khối màng, độ võng sẽ được khuyết đại lên do đó tao điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế các áp kế dùng cho mục đích sử dụng khác nhau. Trong phần khí áp kế (barômet) hộp kim loại đã đề cập đến hộp màng. Còn khối màng được ưu tiên sử dụng trong các áp kế tự ghi, khi áp kế tự ghi (barograp) và trong các phương tiện khác.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.3 Lò xo hộp (hộp màng) Dạng thứ ba của phần tử đàn hồi sử dụng trong áp kế là hộp uốn sóng và thường gọi là lò xo hộp. Lò xo hộp là hộp hình trụ có thành mỏng dập theo dạng sóng .ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.3 Lò xo hộp (hộp màng) Nếu lò xo hộp chịu tác dụng của một tải trọng hoặc một hiệu của áp suất ngoài và trong thì kích thước L của nó sẽ tăng lên hoặc giảm đi tuỳ theo độ lớn và hướng của lực tác dụng. Cũng giống như các phần tử đàn hồi đã trình bày ở trên, độ biến dạng của lò xo hộp phụ thuộc vào lực tác dụng hoặc áp suất, bất kể đó là áp suất dư hoặc áp suất thiếu.ÁP KẾ LÒ XO7.1 Phần tử đàn hồi7.1.3 Lò xo hộp (hộp màng) Cũng như áp kế lò xo màng, áp kế lò xo hộp có nhiều nhược điểm hơn so với áp kế lò xo ống như độ nhạy kém, độ chính xác thấp, phạm vi đo nhỏ và chế tạo khó khăn. Tuy nhiên, áp kế lò xo hộp có ưu điểm là kết cấu nhỏ, gọn nhẹ được dùng để đo chính xác giới hạn áp suất từ 0,1 đến 4 hoặc 6 bar. Ví dụ như đo áp suất không khí bằng khí áp kế lò xo hộp và đo huyết áp với huyết áp kế lò xo hộp v.v..ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Độ dịch chuyển của các phần tử đàn hồi dưới tác dụng của áp suất đo nói chung là nhỏ. Để tăng độ nhậy của áp kế và quan sát dễ dàng sự chuyển dịch của kim, người ta dùng một cơ cấu truyền động khuyếch đại. Nhờ cơ cấu này các dạng chuyển động quay hoặc tịnh tiến của các phần tử đàn hồi được chuyển đổi thành chuyển động quay của kim với hệ số khuyếch đại lớn ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Cơ cấu truyền động khuyếch đại có nhiều cấu trúc khác nhau và được sử dụng với nhiều loại lò xo khác nhau. Chủ yếu cơ cấu truyền động được chia làm hai loại theo đặc điểm của chúng: loại truyền động bằng bánh răng dẻ quạt dựa vào sự ăn khớp bánh răng và loại truyền động bằng cánh tay đòn dựa vào nguyên lý tay đòn đơn giản.ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Hình sau trình bầy sơ đồ cấu tạo của cơ cấu truyền động bằng bánh răng hình dẻ quạt. Cơ cấu này gồm tấm kẹp (1) trên và dưới (trong sơ đồ không có tấm kẹp trên), bánh răng hình dẻ quạt (2), trục kim (3), thanh truyền (4) và lò xo xoắn ốc (5), trục kim (3) và trục (6) của bánh răng hình dẻ quạt quay tự do trong ổ trục của tấm kẹp (1). Các tấm kẹp phải đặt song song với nhau và bắt chặt với nhau. Cơ cấu truyền động có bánh răng hình dẻ quạt, trục kim, lò xo xoắn ốc và thanh truyền nằm giữa hai tấm kẹp. Nhờ tấm kẹp dưới mà cơ cấu truyền động bắt chặt với phần trên của thân áp kế ÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XOCơ cấu truyền động bằng bánh răng hình dẻ quạt7.2 Cơ cấu truyền động Dưới đây là một số đặc điểm của cơ cấu truyền động này. Nửa dưới của bánh răng hình dẻ quạt có một cái rãnh để có thể bắt chặt thanh truyền (4) bằng một con vít ở một vị trí bất kỳ do đó có thể thay đổi tỷ lệ cánh tay đòn của bánh răng hình dẻ quạt. Có một số trường hợp thanh truyền bắt cố định nhưng chiều dài của nó phải thay đổi đựơc nhờ nữa dưới của bánh răng hình dẻ quạt thay đổi. Bộ phận này rất cần thiết vì đầu ống phải có khả năng dịch chuyển khác nhauÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Các ống có giới hạn đo khác nhau yêu cầu phải có những cơ cấu truyền động khác nhau. Ngoài ra nhờ rãnh trượt, có thể loại trừ sai số chỉ của kim bằng cách dịch chuyển vị trí của nó. Thông thường cơ cấu truyền động phải điều chỉnh không chỉ khi chế tạo xong mà phải điều chỉnh cả khi sửa chữa hoặc sau một thời gian sử dụng. Trong cơ cấu bánh răng hình dẻ quạt có thể dùng loại thang chia đồng tâm tức là trục kim trùng với tâm của thang chia, góc quay của thang chia loại này là 2700.ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Nếu không yêu cầu độ nhạy lớn hoặc phải làm việc cùng với thiết bị khác mà khi hoạt động gây ra hiện tượng rung lắc, thường người ta dùng loại cơ cấu truyền động tay đòn. Nói chung cơ cấu tay đòn cũng dùng để phóng đại tỷ số truyền hoặc để chuyển động tới một mặt phẳng khác như cơ cấu bánh răng hình dẻ quạt. ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Cơ cấu tay đòn cũng có thể dùng cho loại thang đo lệch tâm với góc quay là 900. Trong một số loại áp kế khác, cơ cấu truyền động tay đòn phức tạp hơn tùy thuộc vào kết cấu của dụng cụ, sự sắp xếp của các phần tử đàn hồi và việc sử dụng của thang chia khác nhau (chẳng hạn thang chia profil).ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Cơ cấu truyền động này thường có thêm lò xo xoắn để khắc phục đoạn đường chết trong ăn khớp và để loại trừ những trục nhỏ và cũng như độ rơ của dụng cụ. Tuy nhiên trong cơ cấu truyền động tay đòn người ta chỉ sử dụng lò xo xoắn khi cơ cấu có nhiều ống đo và lực cản (ma sát) của các phần tử đàn hồi là nhỏ. Còn trong cơ cấu truyền động bằng ăn khớp thì nhất thiết phải dùng thêm lò xo xoắn.ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Trong áp kế, cơ cấu truyền động phải được sắp xếp cho phù hợp với hướng dịch chuyển của phần tử đàn hồi để có thể tận dụng được năng lượng biến dạng của chúng. Đối với các phần tử đàn hồi như màng hộp, thường người ta chỉnh bằng cách dịch chuyển điểm giữa vì phương của nó được xác định trước. Với phần tử đàn hồi là ống thì có khác vì ở dụng cụ này thanh truyền nối với đầu tự do dưới một góc độ nhất định tiếp tuyến với cung tròn. Tấm kẹp của cơ cấu này thường có rãnh để có thể xoay được toàn bộ cơ cấu cơ khí.ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Nguyên vật liệu để chế tạo phải có độ mòn nhỏ, đặc biệt với các áp kế đo áp suất thay đổi để đảm bảo độ rơ và quãng đường chết tối thiểu. Để nâng cao tuổi thọ của phương tiện, thường các chi tiết có khớp nối và các chi tiết ăn khớp được chế tạo bằng những vật liệu khác nhau và phần lớn người ta dùng thép và đồng thau. Trong các cơ cấu truyền động kiểu ăn khớp, bánh xe răng hình dẻ quạt thường được làm bằng đồng thau còn bánh răng làm bằng thép.ÁP KẾ LÒ XO7.2 Cơ cấu truyền động Đối với các khí áp kế hộp, để thang chia có một góc quay lớn thường người ta dùng truyền động dây xích kiểu Gallsch hoạt động theo nguyên lý đã trình bày ở trênÁP KẾ LÒ XO8. CÁC ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT VÀ ĐO LƯỜNG CƠ BẢN CỦA ÁP KẾ LÒ XO8.1 Biến dạng đàn hồi của biến dạng dư Đặc trưng cơ học cơ bản nhất của áp kế lò xo là biến dạng đàn hồi và biến dạng dư. Biến dạng đàn hồi rất quan trọng, chính nhờ tính chất này mà người ta chế tạo được các áp kế dựa trên nguyên lý đàn hồi của các phần tử đàn hồi. Còn biến dạng dư là một đặc trưng tiêu biểu của áp kế lò xo, nó làm thay đổi số chỉ của áp kế.ÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XOÁP KẾ LÒ XO