Báo cáo thực hành môn cơ học chất lỏng thực nghiệm Đề tài tìm hiểu thiết bị Đo vận tốc , Áp suất, Độ nhớt, nhiệt Độ trong ptn

Mục tiêu nghiên cứu - Tổng kết và trình bày quá trình tìm hiểu thiết bị đo vận tốc, áp suất, độ nhớt, nhiệt độ của chất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton - Hiểu được cách thức vận hàn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

- -

BÁO CÁO THỰC HÀNH:

MÔN CƠ HỌC CHẤT LỎNG THỰC NGHIỆM

Đề tài:

Tìm hiểu thiết bị đo vận tốc , áp suất, độ nhớt, nhiệt độ trong PTN

GV đồng hướng dẫn : TS.Cao Văn Mai

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hà Nội – 2022

Mã lớp học phần : EMA3091 20

GV hướng dẫn : PGS.TS Bùi Đình Trí

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC KÝ HIỆU 7

MỞ ĐẦU 8

NỘI DUNG 10

A Đo độ nhớt và nhiệt độ 10

Phần 1: Nguyên lý hoạt động 10

1 Mô tả máy 10

2 Các bộ phận và chức năng 11

3 Các mode vận hành: 11

4 Đo đạc các đặc tính cơ bản của chất lỏng trên máy 12

Phần 2 : Cách lắp đặt (Sơ đồ lắp đặt) 15

Phần 3: Phương pháp, cách thức đo (vận hành đo) 16

Phần 4: Cách thu nhận, xử lý và biểu diễn kết quả đo 18

B Đo áp suất và vận tốc 22

Phần 1: Nguyên lý hoạt động 22

1 Cơ sở lý thuyết 22

2 Đo áp suất nước (chất lỏng không nén được) 24

3 Thu nhận, xử lí kết quả đo 24

4 Kết luận 25

C Kết luận 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI CẢM ƠN

Báo cáo “Tìm hiểu thiết bị đo vận tốc , áp suất, độ nhớt,nhiệt độ trong PTN”

được hoàn thành vào tháng 12 năm 2022, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Bùi Đình Trí và TS.Cao Văn Mai

Chúng em xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành đến thầy – người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho chúng em trong suốt quá trình giảng dạy và hướng dẫn rất tận tình trong thời gian học bộ môn Cơ học chất lỏng thực nghiệm thời gian qua

Trong khuôn khổ của bài báo cáo, do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy và các bạn để bài báo cáo của chúng em được hoàn thiện hơn

Kính chúc thầy luôn luôn dồi dào sức khỏe để dìu dắt nhiều thế hệ học trò đến những bến bờ trí thức và thành công hơn nữa trong sự nghiệp trồng người của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đây là bài báo cáo được thực hiện nhờ quá trình nghiên cứu của cá nhân, được hoàn thành với sự đóng góp tài liệu và hướng dẫn nhiệt tình của PGS.TS Bùi Đình Trí

Tất cả các nội dung nghiên cứu trong đề tài “Tìm hiểu thiết bị đo vận tốc , áp suất, độ nhớt, ” của chúng em là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố dưới

bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng phục vụ cho việc tính toán, phân tích, so sánh, nhận xét đều được cung cấp từ giáo viên hướng dẫn bộ môn

Nếu có phát hiện bất kỳ sự gian lận nào chúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chấp nhận mọi quyết định của giảng viên bộ môn

Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2022

Nhóm viên thực hiện

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Đầu côn và hệ thống cảm biến 10

Hình 2: Đồ thị của chất lỏng Newton 12

Hình 3: Đồ thị của chất lỏng phi Newton 12

Hình 4: Đồ thị của các chất có tính chất thay đổi 13

Hình 5: Đồ thị của chất lỏng có tính chất phụ thuộc vào thời gian 13

Hình 6: Đồ thị chất lỏng phi Newton 19

Hình 7: Đồ thị chất lỏng Newton 21

Hình 8: Cảm biến áp suất kiểu tụ 22

Hình 9: Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở 23

Hình 10: Đồ thị áp suất khi đo áp suất chất lỏng 24

Hình 11: Kết quả hiện thị thay đổi hiệu điện thế đo được 25

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Kết quả đo chất lỏng phi Newton 19 Bảng 2: Kết quả đo chất lỏng Newton 20

MỞ ĐẦU

1 Mục tiêu nghiên cứu

- Tổng kết và trình bày quá trình tìm hiểu thiết bị đo vận tốc, áp suất, độ nhớt, nhiệt độ của chất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton

- Hiểu được cách thức vận hành, nguyên lý của các thiết bị đo đã được làm quen

Với đề tài “Tìm hiểu các thiết bị đo vận tốc, áp suất, độ nhớt, nhiệt độ”, chúng

em muốn tìm hiểu rõ hơn về những kiến thức của môn học (thiết bị, cách lắp đặt, phương pháp đo và lấy kết quả) trong thực nghiệm với chất lỏng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu:

+Các thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, độ nhớt, vận tốc của chất lỏng

+Nội dung môn học Cơ học chất lỏng thực nghiệm

Phạm vi nghiên cứu: Nội dung của hai đối tượng trên

4 Phương pháp nghên cứu của đề tài

Bài báo cáo sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp thu thập số liệu

- Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết

5 Đóng góp của đề tài:

Bài báo cáo giúp chúng em có thể hiểu hơn về các thiết bị đo áp suất, độ nhớt, vận tốc của chất lỏng, không những vậy còn giúp chúng em tiếp thu và hiểu hơn về bài giảng của thầy khi lên lớp

Mong rằng đề tài cũng sẽ giúp các bạn trong lớp nói riêng và mọi người tìm hiểu về bộ môn Cơ học chất lỏng thực nghiệm nói chung có thêm tài liệu để bổ sung cùng đối chiếu kiến thức cho mình

6 Kết cấu của đề tài

Bài tiểu luận gồm các thành phần chính

- Phần 3: Phương pháp, cách thức đo ( vận hành đo)

- Phần 4: Cách thu nhận, xử lý và biểu diễn kết quả đo

• Đo áp suất:

➢ Kết luận

➢ Tài liệu tham khảo

NỘI DUNG

A Đo độ nhớt và nhiệt độ Phần 1: Nguyên lý hoạt động

1 Mô tả máy

a Cấu hình máy VT – 550

Trục đo VT – 550

Hệ sensor PK – 100, kèm theo 2 đầu côn PK1 (1.00) và PK5 (1.00)

Hình 1: Đầu côn và hệ thống cảm biến

Bộ nguồn

b Nguyên lý vận hành

Chất cần đo được cho vào khoảng giữa của hệ sensor Roto sẽ quay ở tốc độ do

ta đặt trước Giá trị moment xoắn của chuyển động quay (Md) tác động lên trục

đo của VT – 550 Máy tính cài sẵn trong VT – 550 sẽ từ các tham số về dạng

hình học của sensor các thông số hệ thống được khai báo, sự thay đổi của vận

tốc, moment xoắn mà tính các giá trị sau đây:

- Độ nhớt 𝜂 (𝑚𝑃𝑎𝑠)

- Tốc độ biến dạng 𝛾̇(𝑠−1)

- Ứng suất biến dạng 𝛾

Nhiệt độ T của chất được đo cũng tính theo ℃

Các kết quả được thực hiện trên màn hình của VT – 550 hay chuyển cho máy tính cá nhân hoặc máy in nhờ cáp RS – 232

2 Các bộ phận và chức năng

Mặt dưới của VT – 550 có các bộ phận sau:

- Điểm nối cho bộ nắn nguồn

- Công tắc

- Điểm nối dành cho sensor nhiệt độ Pt- 100

- Trục đo

- Điểm nối dành cho cáp RS -232

Đường đặc trưng moment xoắn và tốc độ của VT-550 có các điểm đáng chú ý:

Biểu diễn toán học: 𝜂 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

Biểu diễn bằng đồ thị:

Hình 2: Đồ thị của chất lỏng Newton

- Chất lỏng phi Newton

Quan sát: độ nhớt của chúng thay đổi khi vận tốc của VT – 550 thay đổi

Giải thích: các chất mang tính chất phi Newton không có độ nhớt cố định Độ nhớt của chung được đặc trưng bởi cặp giá trị: 𝜏/𝛾̇

Biểu diễn toán học : 𝜂 = 𝜂(𝛾̇)

Biểu diễn bằng đồ thị :

Hình 3: Đồ thị của chất lỏng phi Newton

Hình 4: Đồ thị của các chất có tính chất thay đổi

Các chất có tính chất thay đổi và chất lỏng Newton được gọi chung là chất lỏng Bingham

- Chất lỏng có tính chất phụ thuộc vào thời gian:

Quan sát: độ nhớt của chúng được thay đổi theo thời gian khi tốc độ của VT550 không thay đổi

Nguyên nhân: sự phá hủy của cấu trúc bên trong do ảnh hưởng của vận tốc Biểu diễn toán học: 𝜂 = 𝜂(𝛾̇, 𝑡)

Biểu diễn đồ thị

Hình 5: Đồ thị của chất lỏng có tính chất phụ thuộc vào thời gian

Dòng này có động cơ bước và trình điều khiển hiệu suất cao, theo các quy trình được thiết lập chính xác và chạy trơn tru, cảm biến mô-men xoắn dẫn động động cơ bằng tốc độ quay không đổi của rôto Khi rôto được đo bằng điện trở nhớt lỏng và phản hồi lực đến cảm biến mô-men xoắn, sau đó sau quá trình xử lý và hoạt động bên trong tương ứng, dữ liệu độ nhớt có thể được hiển thị trên chất lỏng

đo được trên màn hình LCD

Về việc sử dụng hoạt động của thiết bị, thiết bị có một loạt các phép đo cho giá trị toàn thang đo 100% phạm vi chức năng, hiển thị cảnh báo, chức năng quét tự

động, người dùng có thể dựa vào những điều này, roto trực quan, nhanh chóng và chính xác tốc độ kết hợp có sẵn để lựa chọn bên phải, và có thể lưu các điều kiện thử nghiệm để xác định, thuận tiện và sử dụng nhanh chóng ra khỏi quá trình thử nghiệm trong sản xuất trong ngày Dòng dụng cụ này được sử dụng rộng rãi trong chất kết dính dung môi, cao su, sản phẩm sinh hóa, sơn, chất phủ, mỹ phẩm, mực, bột giấy, thực phẩm và các ngành công nghiệp khác

Nguyên tắc của phép đo độ nhớt là:

Chất lỏng có độ nhớt cao sử dụng rôto (thể tích) nhỏ với tốc độ chậm;

Chất lỏng có độ nhớt thấp sử dụng rôto (thể tích) lớn, nhanh và nhanh

và vít chặt với sàn dưới lỗ lắp vít sáu góc bên trong Thanh kết nối được lắp vào máy chủ được lắp trong thanh trượt nâng, ngay sau khi vặn chặt núm

Núm nâng được điều chỉnh đến độ chặt nâng phù hợp, máy chủ không tự động rơi xuống và khi tay nâng vừa phải damping là thích hợp, chẳng hạn như quá lỏng hoặc quá chặt có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh thanh trượt nâng vít phía trước

Bằng cách điều chỉnh ba bàn chân nằm ngang dưới đế, bong bóng phía trước của thiết bị nằm ở trung tâm của vòng tròn màu đen

Tháo nắp bảo vệ bên dưới thiết bị

Bật nguồn thiết bị Sau khi lắp ráp, hình dạng được hiển thị bên dưới

Phần 3: Phương pháp, cách thức đo (vận hành đo)

Thao tác khai báo các tham số:

a Chọn hệ sensor

Các đặc điểm hình học của hệ sensor được mô tả bởi hệ factor bao gồm hai tham số F và M Chúng được dùng để tính các giá trị của ứng suất trượt, vận tốc trượt, và độ nhớt từ các giá trị moment xoắn và tốc độ quay Mỗi hệ sensor đều có số, tên và các factor tương ứng

VT 550 có thể lưu giữa được 45 cặp giá trị factor F và M dưới các số 0

-44

Từ 0-29 được xác định một cách tự động, từ số 30-44 dành cho người sử dụng tự quy định Các số từ 30 – 39 có thể được đặt trước dành riêng cho hệ

PK và PQ

Việc khai báo được thực hiện như sau:

- Bấm phím Prog cho đến khi xuất hiện S.1

- Sử dụng phím ↑ 𝑣à ↓ để khai báo số của hệ sensor: Ví dụ S.4 hoặc S.5…

- Chờ khoảng 5s để máy ghi nhận và trở lại trạng thái làm việc tiếp

Quá trình tính toán được thực hiện như sau:

Độ nhớt được định nghĩa như tỷ số giữa ứng suất trượt 𝜏 và vận tốc trượt 𝛾̇

𝜂 = 𝜏/𝛾̇

Khi đã đo được moment xoắn 𝑀𝑑và tốc độ quay n, phối hợp với các thông

số hình học của sensor, công thức trên được thay bằng:

𝜂 = 𝑓.𝑀𝑑

𝑀 𝑛 Các tham số cơ bản của hệ sensor PK được tính như sau:

𝑓 = 0.032𝜋𝑅𝑖5 𝑣à 𝑀 = 𝜋/30 𝛼

Với:

𝑅𝑖: bán kính ngoài của côn [m]

𝛼: góc nghiêng của côn [rad]

Việc khai báo được thực hiện như sau:

- Bấm phím Prog cho đến khi xuất hiện d.1

- Sử dụng phím ↑ 𝑣à ↓ để khai báo số của chương trình tốc độ Ví du d.4 hoặc d.5…

- Bấm phím Prog cho đến khi xuất hiện P.1

- Sử dụng phím ↑ 𝑣à ↓ để khai báo số của chương trình tốc độ Ví du P.4 hoặc P.5…

b Khai báo quá trình đo (chỉ dành cho mode vận hành kết hợp với máy tính)

c Hiển thị nhiệt độ

Sử dụng phím D để hiển thị nhiệt độ

Mỗi khi thay đổi đầu sensor hoặc chỉnh nhiệt độ ta sử dụng phím Prog

Cần đọc vào số hiệu chỉnh này bằng cách:

- Nhấn phím Prog đợi màn hình xuất hiện số chính dạng 0.x

- Sử dụng phím ↑ 𝑣à ↓ đưa vào số 0.0.8

- Đợi khoảng 5 chờ máy ghi nhận và trở lại làm việc tiếp tục

Phần 4: Cách thu nhận, xử lý và biểu diễn kết quả đo

Sử dụng Mode vận hành thông dụng trực tiếp từ bàn phím của máy

Trong mode này các thông số được đưa vào nhờ bàn phím của VT550

Các kết quả được thể hiện trên màn hình của VT550 hoặc chuyển tới máy in

Quá trình thực hiện được mô tả theo thứ tự các bước sau:

1 Cố định hệ thống cảm biến với roto vào VT550

2 Hiệu chỉnh điểm không

3 Cho chất cần được kiểm tra vào chén thử

4 Hạ VT550 xuống và nhúng vào bình đo

5 Kiểm tra nhiệt độ của chất thử trong hệ sensor

6 Vào số liệu của hệ sensor bằng bàn phím

12 Chuyển hiển thị màn hình sang độ nhớt (𝜂) Phím D > Pas

13 Đọc và ghi lại các giá trị hiển thị

14 Chuyển hiển thị màn hình sang tốc độ trượt (𝛾̇) Phím D > 1/s

15 Đọc và ghi lại các giá trị hiển thị

16 Chọn mức tốc độ (ví dụ: 2)

17 Chuyển màn hình sang độ nhớt (𝜂) Phím D > Pas

18 Đọc và ghi lại các giá trị hiển thị

19 Chuyển hiển thị màn hình sang tốc độ trượt (𝛾̇) Phím D > 1/s

20 Đọc và ghi lại các giá trị hiển thị

Và tiếp tục như vậy tùy theo yêu cầu đo

21 Dừng moto

Các chất có tính chất phụ thuộc vào thời gian

Bảng ghi kết quả đo

Quan sát: các chất có tính newton được đặc trưng bởi độ nhớt không đổi Tuy nhiên

độ nhớt này thay đổi theo nhiệt độ

Nguyên nhân: Nhiệt độ tăng dẫn đến giảm độ nhớt vì nhiệt độ lớn hơn có nghĩa là các hạt có năng lượng nhiệt lớn hơn và dễ dàng thắng lực hấp dẫn liên kết chúng với nhau

Hình 7: Đồ thị chất lỏng Newton

Quan sát: các chất có tính newton được đặc trưng bởi độ nhớt không đổi Tuy nhiên

độ nhớt này thay đổi theo nhiệt độ

Nguyên nhân: Nhiệt độ tăng dẫn đến giảm độ nhớt vì nhiệt độ lớn hơn có nghĩa là các hạt có năng lượng nhiệt lớn hơn và dễ dàng thắng lực hấp dẫn liên kết chúng với nhau

lý xử lý tín hiệu rồi đưa tín hiệu ra

c Cấu tạo: gồm 2 phần chính

- Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý

Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển tín hiệu cơ của áp suất sang tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện, … về khối xử lý

- Khối xử lý: có chức năng nhận các tín hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý

để chuyển đổi các tín hiệu đó sang tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA (tín hiệu thường được dùng nhất), 0 ~ 10 VDC, 1 ~ 5 VDC

➢ Tùy thuộc vào từng loại cảm biến là cách thức hoạt động cũng khác nhau, có loại hoạt động dựa trên sử biến dạng vật liệu để làm sự thay đổi điện trở, loại thì thay đổi điện dung, loại thì sử dụng vật liệu áp điện, trong đó dạng áp điện điện trở và kiểu điện dùng là được sử dụng nhiều nhất

d Phân loại

- Cảm biến áp suất kiểu tụ:

Hình 8: Cảm biến áp suất kiểu tụ

• Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử dùng để đo áp suất hoặc ứng dụng có liên quan đến áp suất chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất là có nguồn tác động lên cảm biến, đưa về vi xử lý rồi đưa ra tín hiệu Cảm biến áp suất kiểu tụ là loại cảm biến thông dụng và có nhiều ứng dụng hay trong cuộc sống

• Nguyên lý hoạt động của cảm biến: dựa vào giá trị điện dung để xác định chỉ số áp suất Khi thay đổi khoảng cách của cực tụ thì điện dung của tụ cũng sẽ thay đổi Lớp màng bị biến dạng khi có áp suất tác động vào làm cho bản cực lại gần với nhau hoặc kéo bản cực ra xa làm giá trị của tụ thay đổi Qua hệ thống xử lý của thiết bị cảm biến đo áp suất xác định được áp suất

- Cảm biến áp suất dạng áp điện trở:

Hình 9: Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở

• Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử dùng để đo áp suất hoặc ứng dụng có liên quan đến áp suất chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện

• Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất là có nguồn tác động lên cảm biến, đưa

về vi xử lý rồi đưa ra tín hiệu

• Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở là loại cảm biến thông dụng và có nhiều ứng dụng hay trong cuộc sống

• Nguyên lý làm việc của cảm biến loại này dựa trên sự biến dạng của cấu trúc màng ( khi có áp suất tác động đến) được chuyển thành tín hiệu điện nhờ cấy trên đó các phần tử áp điện trở Khi lớp màng bị biến dạng uốn cong, các áp điện trở sẽ thay đổi giá trị Độ nhạy và tầm đo của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào màng và kích thước, cấu trúc, vị trí các áp điện trở trên màng