Báo cáo môn học Đo lường & tự Động hóa trong thiết bị lạnh

QTrong đó : γ- trọng lượng riêng của môi chất cần đo 4.2 đo lưu lượng theo vận tốc Người dùng đồng hồ đo lưu lượng biết tốc độ dòng chảy mà họ cần đo có thể sử dụng máy tính này để xác đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐO LƯỜNG & TỰ ĐỘNG HÓA TRONG

Mục lục

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU &NỘI DUNG THỰC HIỆN

Trong đời sống sinh hoạt, trong ngành công nghiệp hiện nay, ngành công nghệ kĩ thuậtnhiệt đang được phát triển mạnh mẽ, đang được mở rộng trong đời sống Kỹ thuật lạnhđang là thứ không thể thiếu trong các nơi như các tòa nhà chung cư, các nhà hàng, trung tâm thương mại, các phương tiện đi lại như ô tô, tàu điện, các khu sản xuất thực phẩm, các nhà máy sản xuất máy lạnh điều hòa và các thiết bị lạnh

Trong những năm vừa qua cùng với sự phát triển kinh tế trong nước và ngoài nước, ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt đã và đang có sự phát triển mạnh mẽ, được mở rộng hơn trong đời sống hiện tại

Các thiết bị điều khiển tự động hóa các quá trình nhiệt lạnh,là các thiết bị tham gia tự động điều khiển vận hành hệ thống lạnh làm việc với độ tin cậy an toàn cao Ngoài việc tự động điều khiển vận hành hệ thống lạnh, nó còn có vai trò quan trọng là bảo vệ các thiết bị của hệ thống lạnh gặp sự cố bất thường trong suốt quá trình làm việc Việc đo lường cũng được xem là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo

để có kết quả bàng số đơn vị đó, là hành động cụ thể thực hiện bằng công cụ đo lường

để tìm trị số của một đại lượng chưa biết biểu thị bằng đơn vị đo lường Trong một số trường hợp đo lường còn được xem là quá trình để so sánh đại lượng cần đo với đại lượng chuẩn và số ta nhận được gọi là kết quả đo lường hay đại lượng bị đo

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Trong quá trình nhiệt thường đòi hỏi phải luôn luôn theo dõi lưu lượng môi chất Đối với thiết bị truyền nhiệt và thiết bị vận chuyển môi chất thì lưu lượng môi chất trực tiếp đặc trưng cho năng lực làm việc của thiết bị Vì vậy khi kiểm tra lưu lượng môi chất sẽ giúp ta trực tiếp phán đoán được 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 như công nghiệp, đo lưu lượng là công việc rất bức thiết Người ta thường phải đo lưu lượng của các chất lỏng như nước, dầu, xăng, khí than

Chương 4: ĐO LƯU LƯỢNG CỦA MÔI CHẤT

4.1 Định nghĩa và đơn vị lưu lượng

4.1.1 Định nghĩa

Khái niệm: Lưu lượng (tiếng anh gọi là flow) là một thuật ngữ thể hiện cho khối lượng/mật độ/số lượng của vật chất dạng lỏng/khí/hơi di chuyển trong một đơn vị thời gian

 Nguyên lý hoạt động của các phương pháp đo áp suất?

 2 phương pháp đo áp suất trên có nguyên lý hoạt động rất khác nhau:

 Cảm biến đo áp suất:

 Sử dụng nguyên lý lực căng của bề mặt Cảm biến áp suất có 1 màng bằng sứ bên trong Khi áp lực tác động lên bề mặt của màng sẽ làm thay đổi bề mặt màng cảm biến

 Tùy theo độ biến dạng của màng, bộ xử lý sẽ tính ra được áp suất là bao nhiêu

 Và sau đó là cho ra tín hiệu 4-20mA

 Đồng hồ đo áp suất:

 Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý giãn nở của ống bourdon (bourdon tube)

 Khi áp suất đi vào phần chân kết nối sẽ đi vào ống bourdon Khi đó ống

bourdon sẽ giãn nở ra do tác động của áp suất

 Việc giãn nở của ống bourdon sẽ làm cho bộ phận truyền động di chuyển kim trên mặt đồng hồ

 Từ đó, ta sẽ biết được giá trị áp suất

4.1.2 Đơn vị lưu lượng

Với chất lỏng thì đơn vị đo lưu lượng là m³/s hoặc l/s Và lưu lượng được ký hiệu

là Q

Đơn vị: kg/s; m3/s (khí)

Ngoài ra: kg/h; tấn/h; l/phút; m3/h

Khi đơn vị là m3/s => Lưu lượng thể tích Q

G = γ QTrong đó : γ- trọng lượng riêng của môi chất cần đo

4.2 đo lưu lượng theo vận tốc

Người dùng đồng hồ đo lưu lượng biết tốc độ dòng chảy mà họ cần đo có thể sử dụng máy tính này để xác định xem đồng hồ đo lưu lượng có khả năng đo tốc độ dòng chảy đó hay không dựa trên thông số kỹ thuật đo vận tốc do nhà sản xuất công bố Cáccông nghệ đo lưu lượng như áp suất chênh lệch, từ tính, nhiệt, tuabin, siêu âm và xoáy đều đo tốc độ dòng chảy như một hàm của vận tốc chất lỏng

Trong đó: Lưu lượng (Q) =V (vận tốc dòng chảy) XA (diện tích mặt cắt ngang của vị trí đo),

4.2.1 Xác định vân tốc bằng đo áp suất:

Áp suất chính là độ lớn của áp lực, được tính trên một đơn vị diện tích bị ép.

Có 2 phương pháp để đo áp suất, đó là sử dụng cảm biến đo áp suất (hay còn gọi

là sensor đo áp suất) và đồng hồ đo áp suất

 Đồng hồ đo áp suất: là một phương pháp đo áp suất bằng cơ Nghĩa là chúng

ta chỉ cần gắn đồng hồ áp suất vào vị trí cần đo > giám sát tín hiệu này trênmặt đồng hồ > xong

 Cảm biến đo áp suất: là phương pháp sử dụng một loại cảm biến để đo tín hiệu áp suất Phương pháp này phức tạp hơn dùng đồng hồ đo áp suất là ở chỗ ta phải cấp nguồn cho thiết bị Ngoài ra tín hiệu áp suất ở ngõ ra là tín hiệu 4-20mA Ta không thể nào đọc được trực tiếp tín hiệu này, mà phải thông qua bộ hiển thị hoặc lập trình trên PLC

Đồng hồ đo tốc độ gió:

Khái niệm:

Máy đo tốc độ gió, lưu lượng gió là một trong những công cụ theo dõi thời tiết được

sử dụng để đo tốc độ gió hay lưu lượng gió nói chung Các máy đo tốc độ gió thô đầu tiên được sử dụng để đo tốc độ gió hàng trăm năm trước, nhưng hiện nay máy đo tốc

độ gió là những màn hình tốc độ gió chính xác cao có thể cung cấp dữ liệu theo nhiều cách khác nhau

Một số loại máy đo tốc độ gió, lưu lượng gió phổ biến:

1 Máy đo vi khí hậu cho Quân Đội Kestrel 3000 (0830)

2 Máy đo nhiệt độ, tốc độ gió, ánh sáng, độ ẩm LUTRON LM8000A

3 Máy đo tốc độ, lưu lượng gió và nhiệt độ KIMO LV117 (0.4~35 m/s, -20~+80°C)

4 Máy đo tốc độ gió Lutron LM-81AM (0,4~ 30.0 m/s)

- Đồng hồ nước

là đồng hồ đo lưu lượng nước, đồng hồ áp suất nước là một thiết bị vật tư

chuyên dụng dùng để thống kê, đo đếm lưu lượng nước đầu vào và đầu ra một cách chính xác Cấu tạo đồng hồ nước sạch sẽ dùng để đếm, xác định được lưu lượng nước chảy qua ống dẫn trong một khoản thời gian nhất định và nó được hiểnthị bằng các con số trên mặt đồng hồ nước

Cấu tạo:

1 Bánh xe tubor

Bánh xe Tubor nằm trong phần thân đồng hồ nước, là bộ phận dùng để nhận biết dòng chảy và chuyển động dòng chảy của nước Đây là nơi nước chảy qua với lưu lượng mạnh nên phần bánh xe tubor thường được làm từ chất liệu chịu nhiệt và áp lực cao

2 Trục chuyển động

Đây là bộ phận quan trọng của bộ đếm chuyển động để hiển thị lên mặt số đồng

hồ sau khi có dòng nước chảy qua bánh xe tubor

3 Phần thân của đồng hồ nước

Phần thân của đồng hồ nước đóng vai trò bảo vệ các bộ phận khác của đồng hồ

Vì thế, phần thân thường được làm từ các vật liệu có độ bền cao, chịu được ngoại lực tốt chẳng hạn như nhựa ABS, gang hoặc đồng tuỳ vào môi trường và như cầu người sửdụng

4 Bộ đếm của đồng hồ nước

Bộ đếm của đồng hồ nước là phần mặt trên của đồng hồ để quan sát số khi lưu lượng của nước chảy qua đồng hồ

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 piston là đĩa để tạo nên chuyển động có tính chu kì và môi chất trong buồng đong thoát đi để tạo điểm nhận môi chất mới

4.3.1: Lưu lượng kế kiểu bánh răng

Thường được dùng để đo môi chất có độ nhớt cao như dầu mỏ

Cấu tạo: Bao gồm các bánh răng hình bầu dục, quay ăn khớp nhau đặt trong một

vỏ bọc có hình dạng xác định

Hình : Đo lưu lượng kế kiểu bánh răng hình bầu dục

Ưu điểm:

+Không thích hợp đo hơi hoặc lưu chất có nhiều pha

+Không thể đo lưu chất có độ nhớt thấp, bao gồm nước và các chất tương tự như nước (vì khả năng trượt chất lỏng qua các khe hở của bánh răng gây sai số lớn cho phép đo)

+Bong bóng có trong chất lỏng gây sai số cho phép đo

+Khó chế tạo nên giá tương đối cao

4.3.2 lưu lượng kế kiểu piston:

Lưu lượng kế kiểu pít-tông thường được sử dụng để đo lưu lượng của các thiết bị phânphối nhiên liệu, đo chất lỏng có độ nhớt lớn Cấu tạo bao gồm: vỏ, nắp trên, nắp dưới, pít-tông, trục khuỷu và van phân phối

4.3.3 Thùng đong và phễu lật

Dùng để đo môi chất lỏng và rắn

Số lần máy dẫn và phễu lật chuyển động tương ứng trong 1 thời gian nào đó thì sẽ tínhđược lưu lượng chất lỏng và chỉ đo lưu lượng của chất nước ở áp suất khí quyển.-Thùng đong đo khá chính xác, còn kiểu phễu lật không được chính xác khi đo lưu lượng nước lớn

4.4 Đo lưu lượng theo phương pháp tiết lưu

4.4.1 Thiết bị tiết lưu qui chuẩn

1 Định nghĩa : TBTL là thiết bị đặt trong đường ống làm dòng chảy có hiện

tượng thu hẹp cục bộ do tác dụng của lực quán tính và lực ly tâm

2 Cấu tạo : Xét về mặt cơ học chất lỏng thì quan hệ giữa lưu lượng và độ chênh

áp suất phụ thuộc vào: kích thước, hình dạng thiết bị, tiết lưu, vị trí chỗ đo áp suất, tìnhtrạng ống dẫn chất lỏng

 Quá trình tính toán tiết lưu có quy định phương pháp tính toán như sau:

- Dòng chảy liên tục ( không tạo đối xứng)

- Đường ống > 50 mm, nếu dùng ống Venturi thì đường ống > 100 mm

- Hiện nay đây là phương pháp đo lưu lượng thông dụng nhất

Hình 4.11: Sơ đồ tiết lưu đo lưu lượng

 Thiết bị tiết lưu quy chuẩn gồm 3 loại :

- Q = F2 ω2 = n.F0 ω2

 Do F2 phụ thuộc chế độ dòng ( n )

=> Q phụ thuộc vào chế độ dòng , Thực tế F2 rất khó xác định khoảng cách giữa

F2 đến tấm chắn cũng không thể xác định Áp suất P1 và P2 ngay trước và sau tấm tiếtlưu => ta đưa ra hệ số α

Q=α ⋅ F0√2 g γ1

ΔPP

α : hệ số lưu lượng và xác định bằng thực nghiệm Thức tế α = f ( Re, m )

b ) Trường hợp môi chất dãn nở γ ≠ const :

Để đơn giản người ta đưa vào hệ số ε nhằm vẫn giữ nguyên công thức :

Trong trường hợp ống Venturi ε = 1

Re = ω D γ

- Dòng chảy tầng Re < Reth

- Dòng chảy rối Re > Reth

- Người ta xác định Re bằng cách dự đoán lưu lượng nằm trong khoảng nào đó

a3 đặc trưng độ côn đường ống

Trong trường hợp này : m=0,5 đến 0,7

Trong công nghiệp thường : m= 0,2 đến 0,4

c) Hệ số hiệu chỉnh ε :

ε = f ( m, ΔPP p

1 , k )Thường đồng hồ đo ứng với ΔP )P trong khoảng 2/3 Qmax :

Trường hợp : ΔPP p

1 < 0.06 Thì ta sử dụng công thức :

ε= 1- [ 0,41+ 0,35m2 ] k p ΔPP

1

Sai số khoảng 0,05%

Chú ý khi tính ε : Q thay đổi => ΔP )P cũng thay đổi => ε cũng biến đổi => khi

tính toán ta lấy lưu lượng trung bình

ΔP )P = g p h

5 Cách đặt thiết bị tiết lưu :

- Các thiết bị tiết lưu phải được đặt trên đường ống nằm ngang , thẳng đứng hoặc giữa hai mặt bích và phải đảm bảo đúng vị trí mới giảm được sai số đo Đoạn ống thẳng trước van khoảng L1 lớn hơn hoặc bằng 5D , phía sau L lớn hơn hoặc bằng 2D Dùng ống trong khoảng 2D phải nhẵn

Tiết lưu phải đặt đúng tâm , môi chất nằm trạng thái nhất định Hơi nước nên ởtrạng thái quá nhiệt , nếu khí thì không có tạp chất và hơi nước

Hình 4.13

6 Sai số đo lường

Đo lưu lượng là phép đo gián tiếp Trong công thức tính lưu lượng ta thấy có trị

số dùng để tính toán là do kết quả đo của rất nhiều lần và 1 loại thường chỉ là kết quả của 1 lần đo

-Loại thứ nhất gồm α và γ Cho phép sử dụng định luật công sai số trung bình bình phương

- Loại thứ hai gồm ΔP )P , t1 , P1, d Các trị số này thường là kết quả đo trực tiếp 1 lần

Nếu xét về chính xác thì chúng ta không thể sử dụng định luật cộng sai số trung bình bình phương để tính sai số đo lưu lượng từ hai loại sai số trên Ta phải xem sai sốloại thứ 2 là sai số giới hạn ( gấp 3 lần sai số trung bình bình phương khi đo liên tục )

4.4.2 Thiết bị tiết lưu ngoại tiểu chuẩn :

Là các thiết bị tiết lưu chưa đủ các số liệu thí nghiệm hoàn chỉnh , công thức tính lưu lượng hoàn toàn do tính toán tìm ra , không chắc chắn hoàn toàn , không kiểm nghiệm được sai số đo

Tuy vậy khi sử dụng chúng ta dùng thí nghiệm để chia dụng cu đo thì độ tin cậy của kết quả đo là khá cao

Trong 1 số trường hợp đặc biệt như khi Re nhỏ , khi D bé hơn 50mm , môi chất bẩn ta nên sử dụng các loại thiết bị tiết lưu ngoại tiêu chuẩn Các loại thiết bị tiết lưu ngoại tiêu chuẩn hay dùng :

Hình 4.14: Thiết bị tiết lưu

Q(G ) = f (√ΔPP )

Hệ thống gồm thiết bị tiết lưu , đường ống dẫn đo áp suất , hiệu áp kế và đồng hồthứ cấp chia độ theo đơn vị lưu lượng Khi hiệu áp kế không có thước chia thì tín hiệuđược đưa về đồng hồ thứ cấp nhờ hệ thống truyền tín hiệu

Theo nguyên lý làm việc chia làm hai loại : cột chất nước và đàn hồi

Hiệu áp kế kiểu cột chất nước đo hiệu áp hoặc giáng áp theo độ chênh cột chất nước ( loại ống thủy tinh , loại phao và vòng xuyến )

Hình 4.15a: Hiệu áp kế kiểu vòng xuyến

Hình 4.15b: Hiệu áp kế kiểu chuông

- Hiệu áp kế để đàn hồi là do hiệu áp hoặc giáng áp theo độ xê dịch của cơ cấu đàn hồi tạo nên khi lực đàn hồi đã cân bằng với hiệu áp và giáng áp cần đo, loại này gồm hiệu áp kế có màng đàn hồi bằng kim loại hoặc loại hộp màng

Hình 4.16: a/ Hiệu áp kế kiểu màng b/ Hiệu áp kế kiểu hộp màng

Một số điều kiện :

- Đối với áp kế vòng xuyến :khi đo môi chất là khí thường áp suất các nhánh < 1kG/ cm2

chế tạo cho loại này có ΔPP = 25-160 kG/m2 Cấp chính xác 1 hoặc 1,6

- Loại chuông : áp suất các nhánh còn < 2,5 kG/cm2 còn ΔPP = 10-100 kG/m2 Cấp chính xác 1 hoặc 1,6 Nếu ΔPP càng nhỏ cấp chính xác càng cao

-Loại phao : ΔPP = 630 kG/m2 – 1 kG/ cm2 áp suất các nhánh P1, P2 có thể đến 400kG/m2

- Loại kiểu màng : Cho phép áp suất của nhánh max = 4 kG/cm2 ; ΔPP = 160 –

- Qi là lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian ΔP )t

Bộ tích phân cơ khí : Có rất nhiều loại nhưng đơn giản nhất là loại đếm số , tathường gặp ở trong các đồng hồ nước

Bộ tích phân li hợp điện từ : Khi có dòng điện chạy 1 chiều chạy qua cuộn dây thì lõi sắt 1 biến thành nam châm hút gông 2 vào và kéo gông 2 quay làm hộp

số Động cơ thuận nghịch 3 làm lõi sắt 1 và các vòng xuyến 4,5,6 quay với vận tốc

3 vòng / phút ( vòng 4 chia làm 2 nửa cách điện nhau ), vị trí của chổi quét phía trên cố định còn vị trí chổi dưới thay đổi tuỳ theo lưu lượng Q

Nếu Q = 0 => 2 chổi quét nằm 2 nửa riêng biệt không có dòng điện

Q ≠ 0 => Chổi dưới lệch đi 1 góc tỉ lệ thuận với Q

Nếu Q càng lớn thì thời gian 2 chổi nằm trên nửa vòng xuyến càng dài

Thay đổi áp suất của bơm ta tìm được Qkt khác

Sai số tương đối theo giáng áp suất là :

δ1=h cd−h Kt 1

h cdmax 100%

δ2=h cd−h Kt 2

h cdmax 100%

( hkt được đọc trên bảng chữ U khi cho kim đồng hồ nằm ở Qkt )

Mỗi thang đo chia độ phải kiểm tra 6 vạch trở lên, trong đó có giá trị max và min

4.5 Lưu lượng kế

Để đo lưu lượng của chất lỏng chảy qua ống trong một khoảng thời gian nhất định, người ta thường sử dụng lưu lượng kế Đây là thiết bị giúp chúng ta quan sát và xác định được tốc độ dòng chảy một cách dễ dàng

Cấu tạo:

Lưu lượng kế bao gồm các thành phần chính như cân đo, ống đo và phao Đây là mộtthiết bị không thể thiếu trong việc đo lưu lượng của chất khí, chất lỏng hoặc hỗn hợpkhí-lỏng Trên thị trường hiện nay có nhiều loại lưu lượng kế phù hợp cho nhiều hoạtđộng công nghiệp hoặc dân dụng

Hình 4.19: Cấu tạo của lưu lượng kế

4.5.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của lưu lượng kế là tự động đo lường khi có dòng chảy đi quaống mà không cần sử dụng bất kỳ nguồn năng lượng bên ngoài nào Tuy nhiên, sựthay đổi nhiệt độ, áp suất, độ nhớt và mật độ chất lỏng cũng có thể ảnh hưởng đến độchính xác của thiết bị

Để kiểm soát tốt tốc độ dòng chảy, ta có thể trang bị van điều tiết dòng chảy Nếu cầnthiết, ta có thể lắp đặt thêm van này

Khi sử dụng lưu lượng kế, ta cần đặt thiết bị theo chiều dọc hướng chảy của chất lỏng.Phao được thiết kế với đường kính gần bằng đường kính ống hút gió của dòng chảy và

sẽ được nâng lên khi chất lỏng đi vào ống Khi nổi lên, phao sẽ giúp chất lỏng chảyqua và sẽ dừng lại ở điểm mà dòng chảy đủ lớn để toàn bộ lượng chất lỏng chảy quađược

Các vạch đo in chìm trên mặt sản phẩm cùng với phao đo chế tạo một cách tinh tế đểđảm bảo việc đo luôn ổn định ngay khi có dòng chảy đi qua và dễ dàng cho việc quansát thang đo tiện lợi

Giả sử phao có thể tích Vp Tiết diện lớn nhất của phao là fp.Trọng lượng riêng trung bình Ốp trọng lực tác dụng lên là G = G =Vp γ p Lực tácdụng lên phao do mất mát áp suất là : F=(P-P2).f p

Ngoài ra còn lực tác động lên vận tốc W=ω2

2 γ f p

ω−là vận tốc

φ hệ số phụ thuộc vào kích thước của phao

k- là hệ số phụ thuộc vào dòng chảy

lực ma sát F=k ωk n F b

ω k−vận tốctrung bìnhcủa dòng tại khe hở

n- số mũ phụ thuộc vào vân tốc

F b−tiết diệnmặt bên của phao