Bài giảng ĐO LƯỜNG NHIỆT Chương 4 Đo lưu lượng Bộ môn TĐH&ĐK quá trình Nhiệt – Lạnh

CHƢƠNG IV ĐO LƢU LƢỢNG Flow measurement Nội dung 4.1 Khái niệm chung 4.2 Lƣu lƣợng kế đo theo độ chênh AS TB tiết lƣu 4.3 Lƣu lƣợng kế có độ chênh AS khơng đổi 4.4 Lƣu lƣợng kế kiểu dịng xốy (kiểu vortex) 4.5 Lƣu lƣợng kế siêu âm 4.6 Lƣu lƣợng kế điện từ 4.7 Lƣu lƣợng kế đo theo lƣu tốc Công tơ tốc độ 4.8 Lƣu lƣợng kế đo theo thể tích Cơng tơ thể tích 4.9 Đo lƣu lƣợng theo AS động dịng chảy Ống Pitơ 4.10 Lƣu lƣợng kế Coriolis 4.11 Một số pp đo lƣu lƣợng khác (kiểu nhiệt, đồng vị phóng xạ,…) 4.1 Khái niệm chung 4.1.1 Định nghĩa đơn vị đo  Lưu lượng: lƣợng vật chất (khối lƣợng thể tích) qua tiết diện kênh dẫn đơn vị thời gian  Đơn vị đo lƣu lƣợng khối lƣợng (M): T/h, kg/s, lb/h,…  Đơn vị đo lƣu lƣợng thể tích (Q): m3/h, l/s, gal/h,… M  .Q  Khi đo lƣu lƣợng thể tích chất khí, kết đo thƣờng đƣợc tính đổi đ/k tiêu chuẩn (Qtc): - ttc = 20 0C - ptc = 101.325 Pa (760 mmHg) 4.1 Khái niệm chung (tiếp)  Lƣu lƣợng trung bình: Mtb  M t Hoặc Qtb  Q t  Lƣu lƣợng tức thời:  Lƣu lƣợng tích phân (lƣu lƣợng tồn phần, tổng cộng): Mt  dM dt t2 Mtp   Mt dt t1  Hoặc Hoặc Qt  dQ dt t2 Qtp   Qt dt t1 Khoảng đo lƣu lƣợng: khoảng giới hạn lƣu lƣợng max lƣu lƣợng mà số đồng hồ đo khơng thể ss lớn ss cho phép lớn 4.1 Khái niệm chung (tiếp)  Tỷ số turn – down: tỷ số lƣu lƣợng max so với lƣu lƣợng cho khoảng đo với độ xác định Ví dụ: + Khoảng đo lƣu lƣợng kế điện từ 0,3 m/s đến 12 m/s với độ xác 0,3% Chỉ số turn-down 40:1 (0,3%) + Khoảng đo lƣu lƣợng kế kéo dài từ 0,2 m/s đến 12 m/s với độ xác 0,5% Lúc này, số turn-down 60:1 (0,5%)  Sẽ khơng có nghĩa biểu diễn số turn-down mà khơng ghi rõ độ xác 4.1 Khái niệm chung (tiếp) 4.1.2 Chia loại dụng cụ đo lưu lượng  Lƣu lƣợng kế: đo lƣu lƣợng tức thời  Cơng tơ: đo lƣu lƣợng tích phân (thƣờng có thêm cấu tích phân)  Chia loại theo nguyên lý làm việc: 1- Lƣu lƣợng kế kiểu tiết lƣu (có giáng áp thay đổi có giáng áp khơng đổi) 2- Lƣu lƣợng kế kiểu dịng xốy (kiểu vortex) 3- Lƣu lƣợng kế kiểu siêu âm 4.1 Khái niệm chung (tiếp) 4- Lƣu lƣợng kế kiểu điện từ (kiểu cảm ứng) 5- Lƣu lƣợng kế Coriolis 6- Lƣu lƣợng kế kiểu tuabin 7- Lƣu lƣợng kế kiểu thể tích 8- Đo lƣu lƣợng theo AS động dịng chảy Ống Pitơ 9- Một số lƣu lƣợng kế kiểu khác 4.2 Lưu lượng kế có giáng áp thay đổi Differential Pressure Flowmeters  Thuộc nhóm lƣu lƣợng kế kiểu tiết lƣu  Còn gọi lƣu lƣợng kế kiểu hiệu AS (kiểu D/P)  Đã đƣợc nghiên cứu kỹ  Loại phổ biến CN (chiếm khoảng 40%) dùng đo lƣu lƣợng: chất lỏng, nƣớc khí với độ xác từ ±1,5% đến ±2% giá trị đọc Ƣu điểm - Nếu đƣợc chế tạo lắp đặt theo qui định t/c quốc tế ĐKĐB đo dự báo trƣớc khơng cần hiệu chuẩn - Kết cấu đơn giản, đáng tin cậy khơng có phần tử chuyển động Nhƣợc điểm - Khoảng đo bị giới hạn (tỷ số turn-down từ 3:1 đến 4:1) - Gây nên tổn thất AS vĩnh viễn đƣờng ống - Địi hỏi phải có đoạn ống thẳng có chiều dài đủ lớn trƣớc sau vị trí lắp đặt 4.2 Lưu lượng kế có giáng áp thay đổi (tiếp) 4.2 Lưu lượng kế có giáng áp thay đổi (tiếp) 4.2.1 Nguyên lý làm việc lưu lượng kế kiểu D/P  Để thuận tiện cho tính tốn lý thuyết, đặt số giả thiết sau: - Lƣu chất khơng nhớt (khơng có tổn thất NL ma sát) - Khơng có trao đổi nhiệt lƣu chất MT xung quanh (quá trình đoạn nhiệt) - Bảo toàn tổng lƣợng - Định luật Bernoulli: P1' P2' E1    v1  gz1  E2    v2  gz2 2 10 4.9 Đo lưu lượng khối lượng (tiếp) 1- Nguyên lý làm việc  Hiệu ứng Colioris: Hiệu ứng xảy hệ qui chiếu quay so với hệ qui chiếu quán tính (hiện tƣợng lệch quĩ đạo vật chuyển động hệ qui chiếu này)  Sự lệch quĩ đạo lực quán tính gây - lực Coriolis Hướng giá trị lực Coriolis: 71 4.9 Đo lưu lượng khối lượng (tiếp) 72 4.9 Đo lưu lượng khối lượng (tiếp)   Đầu uốn cong ống đƣợc rung động cuộn dây nam châm điện Độ vặn ống đƣợc xác định CB từ quang, từ suy lƣu lƣợng 73 4.9 Đo lưu lượng khối lượng (tiếp) 2- Kết cấu - Một số dạng ống đo lƣu lƣợng: - Để giảm tổng số dao động lƣu lƣợng kế phát giảm ảnh hƣởng dao động bên ngồi tới nó, thƣờng sử dụng ống đo đồng lắp song song đƣợc rung động luôn theo hƣớng ngƣợc 74 4.9 Đo lưu lượng khối lượng (tiếp) 75 4.9 Đo lưu lượng khối lượng (tiếp) 76 4.10 Đo lưu lượng theo AS động dòng chảy - Ống Pitot 4.10.1 Nguyên lý làm việc Các giả thiết:  Nếu dịng chảy ổn định, q trình bị ngừng lại bên ống cong khơng có tổn thất AS, Ptp Pt đo đƣợc điểm, theo định luật bảo tồn lƣợng Bernoulli, AS động dịng chảy:  v Pd  Ptp  Pt   Vận tốc dòng chảy điểm đo đƣợc AS động tƣơng ứng:         v  2. Pt p  Pt  /   1/2     Lƣu lƣợng: Q = F.vtb 77 4.10 Đo lưu lượng theo AS động dòng chảy Ống Pitot (tiếp tục)  Đƣa thêm Kp vào công thức để hiệu chỉnh:         v  KP 2. Pt p  Pt  /  1/2     - Các giả thiết nêu không thực đƣợc; - Bù ảnh hƣởng xấu khác: ống dẫn Ptp Pt có kích thƣớc độ CX chế tạo khác nhau, dòng chảy bị rối loạn ống Pitot đặt trong,… - Kp = 0,83 - 0,99 tìm từ thực nghiệm, phụ thuộc vào kết cấu ống Pitot 78 4.10 Đo lưu lượng theo AS động dòng chảy Ống Pitot (tiếp tục)  Đối với m/c chịu nén (chất khí):         v  K.KP 2. Pt p  Pt  /  1/2     K - HS hiệu chỉnh tính đến chịu nén m/c     K  1 M /4 (2   ).M /24   1/2   - số mũ đoạn nhiệt m/c; M - số Mac dòng m/c (M = v/C, C - tốc độ âm chất lƣu); - Khi M < 0,2 coi K=1 - Khi M = 0,2 khơng khí trạng thái tiêu chuẩn có v tƣơng ứng khoảng 70 m/s, khơng hiệu chuẩn SS khoảng 5%) - Trong HT ĐHKK, thơng gió, đƣờng khói lị hơi, tốc độ chất khí thƣờng < 40 m/s (M khoảng 0,12), khơng hiệu chỉnh SS khoảng 0,2% 79 4.10 Đo lưu lượng theo AS động dòng chảy Ống Pitot (tiếp tục) 4.10.2 Các loại ống Pitot (ống đo AS động bản)  Gồm có: loại có đầu đo hình nón cụt, đầu đo hình chỏm cầu, đầu đo hình chỏm ơvan (Hình vẽ)  Các ống Pitot ống Pitot tiêu chuẩn có Kp ~ 0,96 80 4.10 Đo lưu lượng theo AS động dòng chảy Ống Pitot (tiếp tục)  HT đo dùng ống Pitot kết hợp với máy tính 81 4.11 Một số lưu lượng kế khác a Lưu lượng kế dùng đồng vị phóng xạ Dùng đo dịng khí có nhiệt độ áp suất cao A E Trên cực ngƣời ta quét lớp chất phóng xạ phóng xạ => dịng khí dẫn điện đƣợc đo đồng hồ => đo đƣợc vận tốc khí Khi lƣợng phóng xạ giảm dần => độ xác 82 4.11 Một số lưu lượng kế khác b Lưu lượng kế kiểu nhiệt Thermal flowmeters NhiƯt kÕ ®iƯn trë K I R K U G   GP (t1  t2 ) R.CP (t1  t2 )  G  f ( t1  t2 ) 83 4.11 Một số lưu lượng kế khác Lưu lượng kế kiểu nhiệt (tiếp) 84 4.11 Một số lưu lượng kế khác Lưu lượng kế kiểu nhiệt (tiếp) ABB: Thermal flowmeters 85