ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 109 - CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT Trong thực tế thờng phải đo mức cao của mặt phân giới nhiên liệu thể nớc hoặc nhiên liệu thể rắn ở dạng hạt, để biết đợc rõ số lợng trong bình chứa nhằm bảo đảm kế hoạch sản xuất Tùy theo phơng pháp đo và cấu tạo của đồng hồ mà có thể chia dụng cụ đo mức cao thành nhiều loại khác nhau. Có các phơng pháp để đo mức cao chủ yếu nh: - Phơng pháp cơ khí (dùng phao). - Phơng pháp bằng thủy tinh (bình thông nhau). - Phơng pháp cột áp (đo hiệu áp giữa bình cần đo và bình chuẩn nào đó). - Phơng pháp khí nén (sử dụng áp suất của chất khí khác để thổi vào bình cần đo). Ngoài ra còn có các phơng pháp gián tiếp khác nh phơng pháp dùng nồng độ phóng xạ và phơng pháp điện dung. 5.1. ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT BằNG PHƯƠNG PHáP TIếP XúC 5.1.1. Phơng pháp cơ khí Phao thả nổi trên mặt chất nớc nên vị trí của phao phản ánh mức cao của chất nớc. Đây là một trong những dụng cụ đo đơn giản nhất và cũng đợc sử dụng sớm nhất. min ma x - Trờng hợp bình không có áp lực: loại này là loại đơn giản nhất. - Khi bình có áp lực : Ta cũn g dùn g p hao dùn g cho bình có á p suất sai số đo cần giảm đến mức tối thiếu do có lực ma sát. Nguyên lý làm việc: Phao thờn g làm bằn g kim loại rỗn g , khi mức chất lỏn g tha y đổi thì lực tác dụn g lên cánh ta y đòn tạo thành mômen và có cơ cấu tru y ền tín hiệu ra n g oài (đó là một ốn g thành mỏn g chịu xoắn), tín hiệu đó có thể là điện hoặc khí nén. ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 110 - 5.1.2. Phơng pháp đo mức kiểu thủy tinh r : độ chênh mức chất lỏng trung gian ban đầu Trờng hợp đầu : Nhánh trái : b H o + H o + r t Nhánh phải : (H o + H + r ) o ot bo o Hr = . Độ trên áp tơng ứng : grP ot ).( = Với loại nà y nhờ ốn g thủ y tinh tron g suốt nên nhìn rõ đợc mức nớc và thấ y đợc trực tiế p số đo do mức chất nớc chỉ trên thớc chia độ. Đồn g hồ nà y thờn g đợc g ọi là ốn g thủ y đo mức. ốn g thủ y làm bằn g ốn g thủ y tinh thì chỉ chịu đợc á p suất thấ p , còn nếu dùn g 2 tấm kim loại kẹ p g iữa 1 hoặc 2 tấm thủ y tinh thì chịu á p lực cao hơn. Nếu bình khôn g chịu á p lực thì ta chỉ dùng 1 ống thông ra ngoài . - Do có chênh nhiệt độ nên h H nên gây sai số. Trờng hợp bình có chịu áp lực => ghgH ob = H H h o b o b == . Trờn g hợ p cần đo mức nớc ở nhữn g bình cao hoặc xa thì ta p hải đa tín hiệu đến nơi làm việc. min ma x b H ọ h ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 111 - Vậy ta chọn t sao cho độ sai lệch nhỏ nhất. Trờng hợp thứ 2 : ootobbohb hrHHhrhHhHH ).()2().()(. + + += + + + + Thay r trên vào và h b = h (điều kiện phải thỏa mãn). 2 2 hbo t + = phụ thuộc nhiệt độ môi chất Điều kiện : Dù cho môi chất trong bình thay đổi nhiệt độ thì t phải giữ 1 giá trị xác định thì phép đo mới chính xác. Thay ống chữ U bằng áp kế một ống thẳng tơng tự ta có : t obh f F f F = + + + 1 1 Trờng hợp f << F =+ + tobh Đây là điều thực tế dùng để chọn t b 0 ọ 0 hb H Ho 0 r ọ 0 h h b h t t Ho Hr b t F ọ f h r ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 112 - Thực tế ta dùng Tetracluêtylen : t = 1623 kg/m 3 5.1.3. Phơng pháp đo dùng áp kế Để đo mức chất lỏng ngời ta dùng áp kế vi sai (hiệu áp kế) khắc độ theo đơn vị chiều dài khi đo mức trong bình có áp ngời ta đặt thêm các bình cân bằng để tiện lợi cho việc tính toán. Để g iảm sai số đo n g ời ta dùn g sơ đồ đo có bình cân bằn g chất lỏn g tron g đó khôn g n g ừn g đốt nón g bởi hơi và nhiệt độ chất lỏn g xem bằn g nhiệt độ trong buồn g đo, mực nớc tron g ốn g nhỏ và bình bằng nhau : bo sai lệch do nhiệt 0 Sơ đồ nối á p kế vào hệ thốn g đo. óỳn aùp kóỳ Bỗnh cỏn bũng Hồi Tờn hióỷu õi ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 113 - Nếu không cho môi chất trực tiếp vào đồng hồ ta dùng thiết bị khí nén : bằng cách này sai số đo tăng lên 5.1.4. Phơng pháp đo mức dùng khí nén Trờng hợp không dùng đợc các loại khác : Tờn hióỷu õi Tióỳt lổu Khờ neùn t Px H b D h ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 114 - Cách làm việc : Dùng dòng khí thổi vào chất lỏng ở độ sâu nào đó dới mặt thoáng, luồng không khí đợc khống chế bởi cửa ngăn D có thể điều chỉnh đợc sao cho vận tốc nhỏ => coi tổn thất áp suất sau cửa ngăn = 0. ghgHPP bx = = =hH b . = =HhKh b Phơng pháp này dùng phổ biến để đo những bình đặt dới đất, bình khó đến gần và các bình chứa chất độc. Loại này sai số tơng đối lớn. 5.1.5. Dụng cụ đo mức chất nớc kiểu điện Chất nớc cần đo mức cao thờng có tính dẫn điện nhất định, vì vậy có thể dùng các phần tử nhạy cảm kiểu điện để xác định mức cao của chất nớc. Ví dụ : Dùng phần tử nhạy cảm là điện trở hoặc điện dung có trị số thay đổi theo mức cao của chất nớc. Loại này các cực của phần tử nhạy cảm thờng hay bị bám bẩn, do đó giảm độ chính xác. 5.1.6. Dụng cụ đo mức cao của chất rắn ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 115 - Phơng pháp dùng phao Nh than bột Loại này sử dụng nguyên tắc cơ điện nhằm dùng truyền tín hiệu đi xa Phơng pháp dùng mô men cản ( masát ) 5.2. ĐO MứC CAO MÔI CHấT BằNG PHƯƠNG PHáP GIáN TIếP Dụng cụ đo mức cao kiểu tiếp xúc có nhiều hạn chế và không thích hợp với những điều kiện đo lờng đặc biệt, vì vậy trong công nghiệp đã dùng nhiều dụng cụ đo mức cao môi chất kiểu gián tiếp (không tiếp xúc trực tiếp). 5.2.1. Phơng pháp dùng chất phóng xạ ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 116 - Nguyên lý : Dựa vào sự hấp thụ của lớp vật chất đối với các hạt phóng xạ, lớp vật chất càng dày thì tác dụng hấp thụ càng mạnh (tất nhiên là tính chất hấp thụ này phụ thuộc vào tính chất của các hạt phóng xạ ( , , , ). Khả năng hấp thụ của mỗi loại môi chất đối với mỗi hạt đợc biểu thị bằng mối quan hệ giữa hệ số hấp thụ, độ dày l của lớp môi chất và cờng độ tia phóng xạ đi qua lớp môi chất đó. I = I o . e - à .l Trong đó I 0 , I là cờng độ tia phóng xạ trớc và sau khi qua lớp môi chất. 5.2.2. Phơng pháp dùng sóng siêu âm Loại dụng cụ này có độ chính xác cao, quán tính nhỏ và ngày càng đợc dùng rộng rãi trong công nghiệp nh : xác định độ sâu của sông biển, xác định độ dày kim loại, xác định mức cao của các môi chất độc hại nguy hiểm. Nhờ các p hần tử đặt ở dới bình chứa lần lợt tha y nhau làm nhiệm vụ p hát và thu tín hiệu chấn độn g xun g có tần số són g siêu âm, ta có thể đo khoản g thời gian từ lúc p hát xun g đến lúc nhận đợc xun g p hản xạ lại từ mặt p hân g iới g iữa 2 lớ p môi chất, và t ừ g iá trị thời g ian nà y ta tính đợc độ dày lớp môi chất. . pháp điện dung. 5.1. ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT BằNG PHƯƠNG PHáP TIếP XúC 5.1.1. Phơng pháp cơ khí Phao thả nổi trên mặt chất nớc nên vị trí của phao phản ánh mức cao của chất nớc. Đây là một. ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 109 - CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT Trong thực tế thờng phải đo mức cao của mặt phân giới nhiên liệu thể nớc hoặc. dùng phổ biến để đo những bình đặt dới đất, bình khó đến gần và các bình chứa chất độc. Loại này sai số tơng đối lớn. 5.1.5. Dụng cụ đo mức chất nớc kiểu điện Chất nớc cần đo mức cao thờng có