bao_cao_ki_thuat_do_2_2_946

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÀI BÁO CÁO MÔN: KĨ THUẬT ĐO ĐỀ TÀI: CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG, MỰC CHẤT LỎNG GVHD: LÊ MẠNH THẮNG NHĨM 2: NGUYỄN VĂN TỒN DT12 PHẠM VŨ TRƯỜNG DT12 LƯƠNG TẤN SANG DT12 TP HCM, ngày tháng năm 2015 I Tóm tắt Đo lưu lượng đóng vai trị quan trọng, khơng phục vụ cho mục đích kiểm kê, đo đếm mà cịn ứng dụng hệ thống tự động hóa q trình sản xuất Chính việc hiểu rõ phương pháp đo, nắm vững đặc tính thiết bị đo lưu lượng điều cần thiết II Mở đầu Cảm biến đo thiếu để đo lưu lượng chất khí, chất lỏng, hay hỗn hợp khí-lỏng ứng dụng công nghiệp thực phẩm-nước giải khát, dầu mỏ- khí đốt, hóa chất-dược phẩm, sản xuất giấy, điện, xi măng … Trên thị trường, loại lưu lượng kế đa dạng ln sẵn có cho ứng dụng công nghiệp hay dân dụng Việc chọn lựa cảm biến đo lưu lương loại cho ứng dụng cụ thể thường dựa vào đặc tính chất lỏng (dịng chảy hay hai pha, độ nhớt, độ đậm đặc, …), dạng dòng chảy (chảy tầng, chuyển tiếp, chảy hỗn loạn, …), dải lưu lượng yêu cầu độ xác phép đo Các yếu tố khác hạn chế khí kết nối đầu mở rộng ảnh hưởng đến định chọn lựa Nói chung, độ xác lưu lượng kế phụ thuộc vào môi trường đo xung quanh Các ảnh hưởng áp suất, nhiệt độ, chất lỏng/khí hay tác động bên ngồi ảnh hưởng đến kết đo Cảm biến đo lưu lượng công nghiệp lắp đặt môi trường nhiễu cao thường bị xung áp Điều đòi hỏi cảm biến đo lưu lượng phải hoạt động bình thường với xung điện áp bù nhiễu để đảm bảo đưa tín hiệu đo với độ xác cao Thông thường, công nghiệp hay sử dụng giao diện truyền dẫn tín hiệu 4-20mA truyền tín hiệu đo với thiết bị điều khiển Bộ truyền tín hiệu đo gắn với cảm biến đo lưu lượng cấp nguồn mạch vịng 4-20mA nguồn riêng Bộ truyền tín hiệu đo sử dụng mạch vịng 4-20mA có u cầu khắt khe công suất: tất thiết bị điện thu thập/xử lý truyền tin cần phải hoạt động độc lập với nguồn cấp từ mạch vòng 4-20mA, vi xử lý/vi điều khiển tiêu thụ điện (ví dụ dịng vi điều khiển DSP) kết hợp dùng chung nguồn mạch vòng 4-20mA Bộ truyền tín hiệu với kết nối truyền số liệu dạng số tích hợp giao diện bus trường (Profibus, I/O Link) kết nối khơng dây ngày phổ biến, chúng làm giảm thời gian khởi động cho phép giám sát liên tục, chẩn đoán lỗi Tất yếu tố góp phần cải thiện đáng kể suất hiệu hệ thống tự động hóa Các cảm biến lưu lượng phân làm bốn nhóm dựa vào ngun lý hoạt động chúng: cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất, cảm biến lưu lượng điện từ, cảm biến lưu lượng Coriolis, cảm biến lưu lượng siêu âm Dưới đây, báo trình bày tổng quát nguyên tắc hoạt động, ưu điểm nhược điểm, đặc tính cảm biến lưu lượng chất lỏng, chất khí nhằm giúp người sử dụng chọn cảm biến cho ứng dụng III Nội dung 1.Cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất Lưu lượng kế loại hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli Tức chênh lệch áp suất xảy chỗ thắt ngẫu nhiên đường chảy, dựa vào chênh áp suất để tính tốn vận tốc dòng chảy Cảm biến lưu lượng loại thường có dạng lỗ orifice, ống pitot ống venture Hình thể loại cảm biến tâm lỗ orifice, lỗ tạo nút thắt dòng chảy Khi chất lỏng chảy qua lỗ này, theo định luật bảo toàn khối lượng, vận tốc chất lỏng khỏi lỗ tròn lớn vận tốc chất lỏng đến lỗ Theo nguyên lý Bernoulli, điều có nghĩ áp suất phía mặt vào cao áp suất mặt Tiến hành đo chênh lệch áp suất cho phép xác định trực tiếp vận tốc dịng chảy.Dựa vào vận tốc dịng chảy tính lưu lượng thể tích dịng chảy Hình 1: Cảm biến lưu lượng chênh lệch áp suất kiểu lỗ tròn (orifice): chênh lệch áp suất trước sau lỗ tròn Δp=p1-p2; lưu lượng thể tích Q xác định từ biểu thức Q2=KΔp, p1 - áp suất trước lỗ, p2 - áp suất sau lỗ, K - hệ số, phụ thuộc vào tỷ trọng chất lỏng, đường kính ống lỗ orifice Phương trình Bemoulli cho đường ống nằm ngang hình: Định luật bảo tồn khối lương: Lưu lượng chất lỏng: √ ( ) Phân loại: có loại a Đo lưu lượng dạng Orifice Là đồng hồ đo lưu lượng nước bão hòa, hóa nhiệt, khí nén, khí N2, O2, H2, nước, dầu b Đo lưu lượng Venturi Venturi đo lưu lượng sử dụng để đo lường ổn định pha dây dẫn khép kín dịng chất lỏng, thường sử dụng phep đo không khí, khí đốt, nước dịng chảy chất lỏng khác Ưu điểm: Nếu bạn xác sản xuất hồn tồn theo tiêu chuẩn ASME, độ xác đạt 0,5%, vấn đề Venturi nước cơng nghệ sản xuất mình, xác khó khăn để đảm bảo cựu chiến binh lực lượng kỹ thuật mạnh mẽ nước đảm bảo Khai Phong Nhà máy độ xác đo%, với điều kiện sản xuất điện cực siêu tới hạn, ống quân tỉ vòng sử dụng nhiệt độ cao áp lực phần nguy hiểm, khơng sử dụng cân vịng, khơng tn thủ tiêu chuẩn ASNE ISO5167, đo lường xác đảm bảo Venturi cổ điển cao sản xuất mộtmâuthuẫn Nhược điểm: đường ống nhập / xuất tài liệu, chất lỏng ống xói mịn mặc đo lường xác nghiêm trọng, lâu dài khơng đảm bảo Chiều dài cấu trúc phải sản xuất theo tiêu chuẩn ISO-5167 yêu cầu, không đạt độ xác cần thiết, tiêu chuẩn ISO-5167 Venturi yêu cầu cấu trúc nghiêm ngặt cổ điển, làm cho đo lường tỉ suất lưu lượng tối đa / tối thiểu dòng chảy nhỏ, thường - khó khăn để đáp ứng lưu lượng dòng chảy đo lường biên độ lớn c Đo lưu lượng Nozzle d Đo lưu lượng Pitot Lưu ý: Khi chọn lựa, lắp đặt thiết bị đo lưu lượng loại ứng dụng công nghiệp cần lưu ý điểm sau: - Cảm biến chế tạo dựa công nghệ cổ điển, hoạt động ổn định-bền vững, dễ bảo trì-bảo dưỡng; - Phù hợp cho dịng chảy hỗn hợp; - Độ xác thấp dải lưu lượng nhỏ; - Sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng chiết tách đoạn ống dẫn, đỏi hỏi phải tiêu hao thêm lượng chạy bơm; - Yêu cầu xác vị trí lắp đặt lỗ orifice, điểm trích lỗ đo áp suất đầu nguồn điểm trích lỗ đo áp suất phía hạ nguồn dịng chảy Một số hình ảnh cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất: 2.Cảm biến lưu lượng điện từ Cảm biến lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday dùng để đo dòng chảy chất lỏng có tính dẫn điện Hai cuộn dây điện từ để tạo từ trường (B) đủ mạnh cắt ngang mặt ống dẫn chất lỏng (hình 2) Theo định luật Faraday, chất lỏng chảy qua đường ống sinh điện áp cảm ứng Điện áp lấy hai điện cực đặt ngang đường ống Tốc độ dòng chảy tỷ lệ trực tiếp với biên độ điện áp cảm ứng đo Cuộn dây tạo từ trường B kích hoạt nguồn AC DC Khi kích hoạt nguồn AC - 50Hz, cuộn dây kích thích tín hiệu xoay chiều Điều có thuận lợi dòng tiêu thụ nhỏ so với việc kích hoạt nguồn DC Tuy nhiên phương pháp kích hoạt nguồn AC nhạy cảm với nhiễu Do đó, gây sai số tín hiệu đo Hơn nữa, trôi lệch điểm “không” thường vấn đề lớn hệ đo cấp nguồn AC chỉnh Bởi vậy, phương pháp kích hoạt nguồn xung DC cho cuộn dây từ trường giải pháp mang lại hiệu cao Nó giúp giảm dòng tiêu thụ giảm nhẹ vấn đề bất lợi gặp phải với nguồn AC Với điện trường E ta có điện U đo hai điện cực nằm ống lưu chất có đường kình D Hình 2: Cảm biến lưu lượng điện từ: điến áp cảm ứng E=KDBv, B - từ trường, D - chiều dài chất dẫn điện (khoảng cách điện cực đo điện áp cảm ứng), v - vận tốc dòng chảy, K hệ số Với vận tốc v, ta có lưu lượng tính theo thể tích điện tích mặt cắt ngang ống dẫn la: Qv= D2.V ( ) hay Qv= Lưu ý: Đối với hệ thống lắp đặt cảm biến lưu lượng điện từ cần lưu ý đến điểm sau: - Chỉ đo chất lỏng có khả dẫn điện; - Sự chọn lựa điện cực thay đổi tùy thuộc vào độ dẫn điện, cấu tạo đường ống cách lắp đặt; - Khơng có tổn hao hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dải đo lưu lượng thấp; - Rất thích hợp đo lưu lượng chất lỏng ăn mòn, dơ bẩn, đặc sệt xi măng, thạch cao, … cảm biến đo loại khơng có phận lắp đặt phía ống dẫn; - Độ xác cao, sai số ±1% dải thị lưu lượng; - Giá thành cao Một số hình ảnh lưu lượng cảm biến điện từ 10