Tài liệu Đo lường nhiệt Phần 4 ppt

ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -81- CHƯƠNG 4 : ĐO LƯU LƯợNG CủA MÔI CHấT Trong các quá trình nhiệt thờng đòi hỏi phải luôn luôn theo dõi lu lợng môi chất. Đối với thiết bị truyền nhiệt và thiết bị vận chuyển môi chất thì lu lợng môi chất trực tiếp đặc trng cho năng lực làm việc của thiết bị. Vì vậy khi kiểm tra lu lợng môi chất sẽ giúp ta có thể trực tiếp phán đoán đợc phụ tải của thiết bị và tình trạng làm việc của thiết bị về mặt an toàn và kinh tế. Trong đời sống hàng ngày cũng nh trong công nghiệp, đo lu lợng là công việc rất bức thiết. Ngời ta thờng phải đo lu lợng của các chất lỏng nh nớc, dầu, xăng, khí than 4.1. ĐịNH NGHĩA Và ĐƠN Vị LƯU LƯợNG Lợng vật chất (hoặc năng lợng) đợc vận chuyển đi trong một đơn vị thời gian : G G t dG dt == Lu lợng tích phân đó là tổng hợp lợng vật chất chuyển đi trong một khoảng thời gian : G S = 2 1 . t t dtG Đơn vị : kg/s ; m 3 /s (khí) Ngoài ra kg/h ; tấn /h ; l/phút ; m 3 /h . Khi đơn vị là : m 3 /s => lu lợng thể tích Q G = . Q ( - là trọng lợng riêng của môi chất cần đo) 4.2. ĐO LƯU LƯợNG THEO LƯU TốC Nếu biết đợc tiết diện F và vận tốc trung bình tb . => Q = F. tb (m /s) 4.2.1. Cách xác định vận tốc trung bình Ta sử dụng ống đo áp suất động a- Xác định vận tốc trung bình = thực nghiệm: Nguyên lý : Chia tiết diện ống thành nhiều diện tích nhỏ bằng nhau và phân bố một cách đối xứng, và trong mỗi tiết diện nhỏ đó xem vận tốc tại mỗi điểm là nh nhau. F ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -82- tb i n n = Nếu ta đặt ống đo áp suất động tại điểm i thì áp suất tĩnh : P i = ( h - '). h i tb tb g P== 2 1 . tbh h g ).( 2 ' 1 : trọng lợng riêng của phần chất lỏng nằm trên h (thờng = h ). h : trọng lợng riêng của chất có độ chênh áp là h i . 1 : trọng lợng riêng môi chất cần đo lu lợng. h n hi tb = 1 . Q = tb . F và G = .Q Chú ý : - Nếu tiết diện ống hình chữ nhật thì ta chia thành nhiều hình chữ nhật nhỏ đối xứng và đo tốc độ tại các diện tích nhỏ này. - Nếu tiết diện ống là hình tròn thì ta dùng trong đờng tâm bán kính r 1 ; r i ; r n rR i n i = 2 Nếu R = 150 ữ 300 mm chọn n = 3 R > 300 mm chọn n = 5 Sau khi xác định đợc 1 tại r i => tb b-Xác định tb theo quan hệ (Re) max f tb = Đồ thị NICURáT Nếu Re = 2.300 Nếu Re > Re th chảy rối Nếu Re < Re th chảy tầng 34 5 6 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 tb max lgRe = lg P1d P1 1 h Pa ' h ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -83- Đối với dòng chảy tầng tb = 1 2 max Đối với dòng chảy rối tb = 084, max 4.2.2. ống pi tô a- Nguyên lý: Chất lỏng chảy trong ống khi bị ngăn lại thì động năng -> thế năng Đo sự biến đổi này và dựa vào đó => Vận tốc của chất lỏng. P 1 - P 2 = P đ = h. h và theo phơng pháp becnulu .dg dp p p = 1 2 1 2 1 : tốc độ dòng tại điểm đo. 2 : dòng chắn lại (= 0). 2 2 1 2 21 2 = g PP() thờng 2 = 0 => 2 = 1 12 )(2 PPg Vậy muốn đo 2 ta cần đo giáng áp tại điểm đó. Đối với chất khí: Thì phụ thuộc áp suất => ta đa ra đại lợng số max M = a Khi M < 0,2 thì dùng công thức trên Khi M > 0,2 thì : = 1 1 .2 1 1 2 2 K K P P TR K K g a : Tốc độ âm thanh k : Số mũ đoạn nhiệt T : nhiệt độ tuyệt đối khi khí cha bị nén áp Chú ý : khi đo bằng ống pitô thì dòng chảy cần phải ổn định, do đó cách này không phù hợp với vận tốc thay đổi vì có tổn thất áp suất P 1 và P 2 đo ở những điểm khác nhau => cần thêm một số hiệu chỉnh P2 P1 h 1 ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -84- = 0,98 ữ 0,99 T = . 1 ống đo P 2 phải bền về cơ học và không thu hẹp dòng chảy rõ rệt. d < 0,1 D thờng, d = 0,05 D ống đo P 1 phải nhỏ để giảm áp lực do sức hút của dòng chảy. b- Cấu tạo ống pitô ống đo gồm hai ống ghép lại ống đo áp suất toàn phần P 2 nằm chính giữa và có lỗ đặt trực giao với dòng chảy, ống ngoài bao lấy ống đo P 2 có khoan lỗ để đo áp suất tĩnh P 1 . Phần đầu của ống pitô là nửa hình cầu, lỗ lấy áp suất động có vị trí (3ữ4)d Nhánh I là nhánh không chịu ảnh hởng của ống đỡ (L), nhánh II là nhánh chịu ảnh hởng của ống đỡ . Khi đo, ống có thể đặt lệch phơng của dòng chảy đến (5ữ6) o mà không ảnh hởng đến kết quả đo, số lợng lỗ khoan từ 7 ữ 8 lỗ. Trong thực tế ta dùng ống pitô để đo có đờng kính là d = 12mm và trong phòng thí nghiệm dùng loại d = 5 ữ 12 mm, áp dụng sao cho tỷ số d/D < 0,05 là tốt nhất (D : là đờng kính ống chứa môi chất) Khi đặt ở vị trí khác nhau thì phải thêm hệ số bổ chính . P1 A A P2 d 0,3d A-A 0,1d 8-10d3-4d L d l 0 1 0,5 8 3 III 2g P 2 - P1 2 ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -85- 4.2.3. Đồng hồ đo tốc độ Các loại đồng hồ dùng đo trực tiếp tốc độ dòng chảy thờng đợc dùng khá phổ biến, nhất là khi tốc độ dòng chảy tơng đối nhỏ, khi đó dùng ống đo áp suất động để đo tốc độ dòng chảy không đảm bảo đợc độ chính xác cần thiết. a- Đồng hồ đo tốc độ của gió: Anêmômet Cấu tạo : gồm 1 bộ phận nhạy cảm là một chong chóng rất nhẹ với các cánh hớng theo bán kính, làm bằng nhôm (mêca). n = C. n : Số vòng đợc xác định n = 12 N ( vg/ph) C : hệ số đợc xác định bằng thực nghiệm. Loại cánh phẳng thì có trục của nó song song dòng chảy và cánh nghiêng 45 o . Loại cánh gáo thì có trục vuông góc dòng chảy. ứng dụng : Dùng đo tốc độ dòng khí có áp suất d không lớn, tốc độ dòng thu đợc là lu tốc tại chỗ đặt đồng hồ. Loại này cũng không dùng đợc các khí có tính chất xung (thay đổi đột ngột) hớng trục và hớng dòng phải đặt chính xác. Thay đổi vị trí đồng hồ trên tiết diện đờng ống thì sẽ biết đợc trờng tốc độ trong ống => tb . ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -86- Đồng hồ gió thờng dùng để xác định khả năng làm việc của quạt gió trong công nghiệp. Đặc biệt là các thiết bị thông gió nó cũng dùng phổ biến trong đo lờng của ngành khí tợng. Đồng hồ đo tốc độ gió có thể dùng cơ cấu đếm số để đếm số vòng quay của chong chóng và cũng có loại không dùng cơ cấu đếm số mà dùng kim chỉ nhờ tác dụng của lực ly tâm. Loại này có đặt trên trục chong chóng 1 tải trọng li tâm hoặc giá quay nối với kim, nên kim sẽ di chuyển tới 1 vị trí nào đó thì dừng lại chỉ cho biết tốc độ dòng khí nên không cần thêm đồng hồ đo thời gian. b- Đồng hồ nớc: Bộ phận nhạy cảm là chong chóng và trục của nó gắn với bộ phận đếm số : Q = n.F/C C : giá trị thực nghiệm. F : tiết diện. n : Số vòng quay vg/s. Các cánh là cánh phẳng dùng đo nớc có t = 90 o C , P = 15 kG/ cm 2 và Q < 6 m /h Các loại đồng hồ nớc chong chóng xoắn thay cánh phẳng bằng trục vít đo đợc lu lợng Q = 400 ữ 600 m /h n = K . tb /l l : bớc răng trục vít. Chú ý : Nếu lu lợng quá nhỏ thì nớc lọt qua khe hở giữa cánh nớc chong chóng và vỏ đồng hồ, ma sát tại điểm đỡ chong chóng sẽ làm quan hệ n và tb sẽ sai lệch => sai số. Muốn giảm bớt sai số do ma sát thì phải làm chong chóng và trục thật nhẹ (làm bằng vật liệu nhẹ, rỗng). Khi phân bố tốc độ dòng nớc thay đổi thì quan hệ giữa n và tb cũng biến đổi, muốn tránh nguyên nhân này gây nên thì phải đặt đồng hồ xa những nơi đờng ống có trở lực cục bộ (van, cút, tê) làm dòng chảy bị rối loại. Đồng hồ nớc chỉ đợc đặt trên những đoạn ống thẳng ngang đờng kính ống bằng cửa vào và cửa ra của đồng hồ, đoạn ống thẳng trớc đồng hồ phải đảm bảo 30D và phía sau phải > 15D. Có thể đặt ống xiên và nớc đi từ dới lên. ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -87- Khi đặt thẳng đứng thì phía trớc > 10D phía sau > 5D. Các loại này khi chế tạo chú ý đến chất lợng chong chóng. Có thể làm từ kim loại rỗng hoặc nhựa sao cho trọng lợng riêng gần bằng trọng lợng của nớc, khi lắp phải đúng tâm. Ta thờng dùng loại này để đo lu lợng kiểu tích phân cơ cấu đếm số kiểu cơ khí và thờng chia độ theo thể tích. 4.3. ĐO LƯU LƯợNG THEO PHƯƠNG PHáP DUNG TíCH Nguyên lý: Cho môi chất vào đầy buồng đong có dung tích đã biết, đồng thời tác dụng lên píttông là đĩa để tạo nên chuyển động có tính chu kỳ và môi chất trong buồng đong thoát đi để tiếp nhận môi chất mới. Ta dùng máy đếm số để đếm chu kỳ chuyển động trong khoảng thời gian nào đó để xác định lu lợng dòng chảy. 4.3.1. Lu lợng kế kiểu bánh răng Chất nớc có áp suất P 1 sau khi q ua lu lợng kế sẽ có áp suất P 2 . Vậ y độ chênh lệch áp suất của dòng chảy P1 P2P1 P2 Buọửng õong II I Thờn g dùn g loại nà y để đo môi chất có độ nhớt cao nh dầu mỏ ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -88- ở vị trí nh bánh răng II thì mômen quay do P 1 tạo nên lớn hơn mômen quay do P 2 tạo nên => bánh răng II sẽ quay theo chiều tác động của P 1 và kéo theo bánh răng I chuyển động => bánh răng II là bánh chủ động còn bánh răng I là bị động. Nhiệm vụ chủ động và bị động của 2 bánh răng trên lần lợt thay thế và diễn ra liên tiếp nhau. Buồng đong chất nớc rồi chuyển đi chính là do vỏ lu lợng kế và bánh răng lúc ở vị trí nh bánh răng II. Đặc điểm : -Mất mát áp suất nhỏ có thể đo đợc những chất có độ nhớt lớn. -Sai số nhỏ và có thể đạt đến (0,3 ữ 0,5)% . -Cấu tạo gọn nhẹ nhng khó chế tạo nên tơng đối đắt. Khi đo lu lợng là khí (môi chất khí) thì ta thay bánh răng trên thành bánh hình số 8. Độ chính xác có thể đạt đợc (1ữ1,6)%. 4.3.2. Lu lợng kế kiểu piston Bên ngoài xilanh của lu lợng kế có thể thêm hộp áo hơi để gia nhiệt giảm độ nhớt môi chất. Van 4 n g ả đợc tự độn g tha y đổi vị tr í nhờ tran g bị đặc biệt và có liên hệ với chu y ển độn g của p iston. Khi Piston chạ y đến các đầu xi lanh chất nớc lần lợt đợc đa vào p hía dới và p hí a trên p iston làm p iston chu y ển độn g v à đẩy chất nớc đã chứa đi. ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -89- Lu lợng kế có thể làm việc với áp suất 16 ữ 40 kG/cm 2 , nhiệt độ chất nớc tới 185 o C và có thể đo lu lợng từ 1,3m 3 /h ữ 80m 3 /h. Loại này dùng đo chất lỏng độ nhớt lớn (dầu madút) sai số (1 ữ 1,5)%. 4.3.3. Thùng đong và phễu lật Dùng để đo môi chất lỏng và rắn. Phơng pháp đo lu lợng bằng thùng đong và phễu lật rất đơn giản dung tích của thùng đong và phễu lật đều đã biết cho nên chỉ cần đếm số lần máy dẫn và phễu lật chuyển động tơng ứng trong 1 thời gian nào đó thì sẽ tính đợc lu lợng chất nớc. Loại này chỉ đo lu lợng của chất nớc ở áp suất khí quyển. - Kiểu thùng đong rất chính xác. - Kiểu phễu lật không đợc chính xác lắm vì chất nớc sẽ bị bắn ra ngoài phễu, nhất là khi đo lu lợng lớn mặt nớc trong phễu bị sóng. 4.4. ĐO LƯU LƯợNG THEO PHƯƠNG PHáP TIếT LƯU Thuỡng chổùa ng hổùng Thuỡng õong Phóựu lỏỷt ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -90- 4.4.1. Thiết bị tiết lu qui chuẩn 2- Cấu tạo: Nh hình vẽ Khi qua thiết bị tiết lu, chất lỏng sẽ bị mất mát áp suất (P dòng chảy bị thu hẹp nhiều thì P càng lớn thờng P < 1000mmHg (P đợc đo bằng hiệu áp kế). Xét về mặt cơ học chất lỏng thì quan hệ giữa lu lợng và độ chênh áp suất phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh : kích thớc, hình dạng thiết bị, tiết lu, tình trạng lu chuyển của dòng chảy, vị trí chỗ đo áp suất, tình trạng ống dẫn chất lỏng. Quá trình tính toán tiết lu có quy định phơng pháp tính toán nh sau : - Dòng chảy liên tục (không tạo xung). - Đờng ống > 50 mm. Nếu dùng ống Venturi thì đờng ống > 100 mm, vành trong ống phải nhẵn trong khoảng 2D. Nhờ những nghiên cứu lý luận và thực nghiệm lâu dài và ngời ta đã giả định một số thiết bị tiết lu quy chuẩn. Hiện nay đây là phơng pháp đo lu lợng thông dụng nhất. -Thiết bị TL qui chuẩn là thiết bị TL mà quan hệ giữa lu lợng và giáng áp hoàn toàn có thể dùng phơng pháp tính toán để xác định. Thiết bị tiết lu quy chuẩn gồm 3 loại : 1- Định nghĩa : TBTL là thiết bị đặt tron g đờn g ốn g làm dòn g chả y có hiện tợn g thu hẹ p cục bộ do tác dụn g của lực q uán tính và lực ly tâm. d 0,03d 0,1d 0,02d 0,03d D 45 o + - [...]... sau có đo n ống thẳng dài Lu lợng kế có thể đo đợc : Q = 40 0 ữ 40 00 kg/h Xi lanh đợc làm mát bằng cách bên ngoài có cánh tán nhiệt 4. 6 MộT số LƯU LƯợNG Kế ĐặC BIệT 4. 6.1 Lu lợng kế kiểu nhiệt điện a/ Lu lợng kế kiểu nhiệt lợng kế: Nhiệt kế điện trở Nguyên lý: đốt nóng dòng khí bằng nguồn nhiệt có công suất không đổi => Nhiệt lợng nhận đợc Qt = G.Cp ( t1 - t2 ) và Qt = K U I K : là đờng lợng nhiệt công... đảm bảo có nhiệt độ 2 đờng ống bằng nhau và tránh nớc đọng trong đờng tín hiệu Q d/ Cách ly môi chất cần đo với môi chất hiệu áp kế : Dùng khi đo các chất ăn mòn ta phải dùng các bình cách ly - Nếu chất cần đo có m/c < hak (của môi chất HAK) thì ta cho thêm chất có > m/c -Nếu m/c > hak thì ngợc lại mc hak mc hak 4. 5 LƯU LƯợNG Kế Có GIáNG áP KHÔNG ĐổI hak mc -1 04- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 4.5.1 Rôtamét... có 4 phần liên quan với nhau nh sau : + Phần xác định chu kỳ tích phân t.Ta sử dụng động cơ đồng bộ qua bộ giảm tốc (thờng t = 15) + Phần thể hiện lu lợng Qi + Phần thể hiện tích t Qi + Phần chuyển số (đa ra số liệu đọc đợc) Bộ tích phân cơ khí: Có nhiều loại nhng loại đơn giản nhất là kiểu bộ đếm số, ta thờng gặp trong các đồng hồ nớc; ở loại này, chuyển động của phần quay chong -99- ĐO LƯờNG NHIệT. .. số lớn nhất của một lần đo Nếu xét một cách chính xác thì chúng ta không thể dùng định luật cộng sai số trung bình bình phơng để tính sai số đo lu lợng từ hai loại sai số trên Muốn dùng định luật cộng sai số trung bình bình phơng ta xem sai số của thành phần loại thứ hai là sai số giới hạn (gấp 3 lần sai số trung bình bình phơng khi đo liên tục) -96- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 4 .4. 2 Thiết bị tiết lu ngoại... (D, m) D 40 0mm thì a2= 1 - 94- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 - a3 = f (D, m) đặc trng độ côn của đờng ống a3 đợc tính cho trờng hợp ống chắn Trong trờng hợp này m = 0,05 ữ 0,7 Trong công nghiệp thờng m = 0,2 ữ 0 ,4 c- Hệ số hiệu chỉnh = f ( m, P P1 P ,k) P1 đợc tra bảng hoặc đồ thị Trong trờng hợp này coi quá trình xảy ra là đo n nhiệt ứng với P trong khoảng 2/3 Qmax Trờng hợp k m Thờng đồng hồ đo ta chọn... Nếu đo P càng nhỏ thì cấp chính xác tăng (độ chính xác giảm ) Loại phao : P = 630 kG/m2 ữ 1 kG/cm2 áp suất các nhánh P1, P2 có thể đến 40 0 kG/m Loại kiểu màng: Cho phép áp suất của nhánh max = 4 kG/cm2 P = 160 ữ 63000 kG/m ; CCX 1 ; 1,6 ; 0,6 Loại kiểu hộp: áp suất các nhánh đến 4 kG/m2 Đối với các loại đặc biệt có thể đến 40 0 kG/cm2 P = 40 ữ 63000 kG/cm2 ; CCX : 1 hay 1,6 có khi đến 0,6 4. 4 .4 Bộ... đờng ống Phải có van xả cạn của đờng ống Nếu môi chất đo có nhiệt độ cao thì phải cần tìm cách giữ nhiệt độ 2 ống nh nhau b/ Đo hơi nớc: - Đờng ống dẫn tín hiệu - Dùng bình cân bằng nớc đọng đặt hai bên cửa tiết lu ống nối với cửa tiết lu phải ống thẳng có đờng kính d > 10 mm và càng ngắn càng tốt (không có van) -103- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 c/ Đo chất khí: - Tốt nhất đặt HAK cao hơn cửa TL Đờng lấy... chính xác đến 0,5% và thờng để đo lu lợng rất nhỏ với ống có đờng kính d = ( 2 ữ 3 )mm, đặc tính động xấu và cấu tạo lắp ráp cần chính xác (ít sử dụng trong thực tế) -107- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 b/ Lu lợng kế kiểu dẫn nhiệt ( tốc kế gió ) Cấu tạo: 1, 5 là các thanh thép 2 Sợi đối ( d = 0,05 mm ) bằng hợp kim Ni - Cr 5 3 3 Cặp nhiệt 2 4 Thanh đỡ ( cách điện bằng caosa ) 4 6 Ampekế 1 7 Biến trở 8 6 8... này có quan hệ với lu lợng E = 4 B Q à D 2 B : cảm ứng từ à : hệ số ứng từ Thờng ta sử dụng các từ trờng là từ trờng xoay chiều để trách hiện tợng phân cực Đặc điểm loại này là không có quán tính nên tiện dùng đo thiết bị tự động, -108- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 mất mát áp suất nhỏ có thớc chia độ đều và phạm vi đo rộng => có thể đo đợc lu lợng rất nhỏ Nhợc điểm: Bộ phận đo phức tạp, bộ khuếch đại cần... suất cao thì mới chịu ảnh hởng của áp suất, khi đo lu lợng khí và hơi bão hòa thì phải tính đến điều kiện làm việc để có các hệ số hiệu chỉnh 4- Cách đặt thiết bị tiết lu: Các thiết bị tiết lu có thể đặt trên đờng ống nằm ngang, thẳng đứng, hoặc giữa hai mặt bích và phải đảm bảo đúng vị trí mới giảm đợc sai số đo Đo n ống -95- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 thẳng trớc van khoảng L1 5D, phía sau L 2D Dùng . A P2 d 0,3d A-A 0,1d 8-10d3-4d L d l 0 1 0,5 8 3 III 2g P 2 - P1 2 ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -85- 4. 2.3. Đồng hồ đo tốc độ Các loại đồng hồ dùng đo trực tiếp tốc. và P 2 đo ở những điểm khác nhau => cần thêm một số hiệu chỉnh P2 P1 h 1 ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 - 84- = 0,98 ữ 0,99 T = . 1 ống đo P 2