CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT Trong thực tế thường phải đo mức cao của mặt phân giới nhiên liệu thể nước hoặc nhiên liệu thể rắn ở dạng hạt, để biết được rõ số lượng trong bình chứ
Trang 1
CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT
Trong thực tế thường phải đo mức cao của mặt phân giới nhiên liệu thể nước hoặc nhiên liệu thể rắn ở dạng hạt, để biết được rõ số lượng trong bình chứa nhằm bảo
đảm kế hoạch sản xuất
Tùy theo phương pháp đo và cấu tạo của đồng hồ mà có thể chia dụng cụ đo mức cao thành nhiều loại khác nhau
Có các phương pháp để đo mức cao chủ yếu như:
- Phương pháp cơ khí (dùng phao)
- Phương pháp bằng thủy tinh (bình thông nhau)
- Phương pháp cột áp (đo hiệu áp giữa bình cần đo và bình chuẩn nào đó)
- Phương pháp khí nén (sử dụng áp suất của chất khí khác để thổi vào bình cần
đo)
Ngoài ra còn có các phương pháp gián tiếp khác như phương pháp dùng nồng độ phóng xạ và phương pháp điện dung
5.1 ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT BằNG PHƯƠNG PHáP TIếP XúC
5.1.1 Phương pháp cơ khí
Phao thả nổi trên mặt chất nước nên vị trí của phao phản ánh mức cao của chất nước Đây là một trong những dụng cụ đo đơn giản nhất và cũng được sử dụng sớm nhất
min
max
- Trường hợp bình không có áp lực: loại này là loại đơn giản nhất
- Khi bình có áp lực : Ta cũng dùng phao
dùng cho bình có áp suất sai số đo cần giảm đến mức tối thiếu do có lực ma sát
Nguyên lý làm việc: Phao thường làm
bằng kim loại rỗng, khi mức chất lỏng thay đổi thì lực tác dụng lên cánh tay đòn tạo thành mômen và có cơ cấu truyền tín hiệu ra ngoài (đó là một ống thành mỏng chịu xoắn), tín hiệu đó có thể là điện hoặc khí nén Hình 5.1 Phương pháp cơ khí
Trang 2
5.1.2 Phương pháp đo mức kiểu thủy tinh
Hình 5.2
Hình 5.3 Phương pháp đo mức kiểu thủy tinh
r : độ chênh mức chất lỏng trung gian ban đầu Trường hợp đầu :
Nhánh trái : ρbHo + Hρo + rρt Nhánh phải : (Ho + H + r )ρo
o t
b o
o
H r
ρ ρ
ρ
ρ
ư
ư
=
Độ trên áp tương ứng : Hình 5.4
∆ P = r ( ρ t ư ρ o ) g
Vậy ta chọn ρt sao cho độ sai lệch nhỏ nhất
Với loại này nhờ ống thủy tinh trong suốt nên nhìn rõ được mức nước và thấy được trực tiếp số đo do mức chất nước chỉ trên thước chia độ Đồng hồ này thường được gọi là ống thủy đo mức ống thủy làm bằng ống thủy tinh thì chỉ chịu được áp suất thấp, còn nếu dùng 2 tấm kim loại kẹp giữa 1 hoặc 2 tấm thủy tinh thì chịu áp lực cao hơn
Nếu bình không chịu áp lực thì ta chỉ dùng 1 ống thông ra ngoài
- Do có chênh nhiệt độ nên h ≠ H nên gây sai số
Trường hợp bình có chịu áp lực
=> ρ b.H g = ρ o.h.g
H
H h
o b o
b
ρ
ρ ρ
=
Trường hợp cần đo mức nước ở những bình cao hoặc xa thì ta phải đưa tín hiệu đến nơi làm việc
min
max
ρb H
ρọ h
Trang 3
Trường hợp thứ 2 :
o o
t o
b b o h
ay r trên vào và hb = h (điều kiện phải thỏa mãn)
Hình 5.5 Phương pháp đo mức kiểu thủy tinh dùng ống chữ U
2
t
ρ ρ
ρ
Điều kiện : Dù cho môi chất trong bình thay đổi nhiệt độ thì ρt phải giữ 1 giá trị xác định thì phép đo mới chính xác
Thay ống chữ U bằng áp kế một ống thẳng tương tự ta có :
f F
f F
=
+
⎛
+
1
1
Trường hợp f << F
⇒ ρt = ρo + ρb + ρh
Đây là điều thực tế dùng để chọn ρt Thực tế ta dùng Tetracluêtylen :
ρt = 1623 kg/m3
ρb
0
ρô
0
hb
Ho
0
ρô
ρb
ρh
ρt
Ho
ρt
Hình 5.6 Dùng áp kế một ống thẳng
ρb
ρt
F
ρô
f
Trang 4
5.1.3 Ph−¬ng ph¸p ®o dïng ¸p kÕ
§Ó ®o møc chÍt lâng ng−íi ta dïng ¸p kÕ vi sai (hiÖu ¸p kÕ) kh¾c ®ĩ theo ®¬n vÞ chiÒu dµi khi ®o møc trong b×nh cê ¸p ng−íi ta ®Ưt thªm c¸c b×nh c©n b»ng ®Ó tiÖn lîi cho viÖc tÝnh to¸n
H×nh 5.8 Ph−¬ng ph¸p ®o dïng ¸p kÕ
§Ó gi¶m sai sỉ ®o ng−íi ta dïng s¬ ®ơ ®o cê b×nh c©n b»ng chÍt lâng trong ®ê kh«ng ngõng ®ỉt nêng bịi h¬i vµ nhiÖt ®ĩ chÍt lâng xem b»ng nhiÖt ®ĩ trong buơng ®o, mùc n−íc trong ỉng nhâ vµ b×nh b»ng nhau :ρb ≈ ρo ⇒ sai lÖch do nhiÖt ≈ 0
S¬ ®ơ nỉi ¸p kÕ vµo hÖ thỉng
®o
H×nh 5.7 Ph−¬ng ph¸p ®o dïng ¸p kÕ
Tín hiệu đi
Đến áp kế
Bình cân bằng Hơi
Trang 5
NÕu kh«ng cho m«i chÍt trùc tiÕp vµo ®ơng hơ ta dïng thiÕt bÞ khÝ nÐn :
b»ng c¸ch nµy sai sỉ ®o t¨ng lªn
H×nh 5.9 Ph−¬ng ph¸p ®o dïng ¸p kÕ
5.1.4 Ph−¬ng ph¸p ®o møc dïng khÝ nÐn
Tr−íng hîp kh«ng dïng ®−îc c¸c lo¹i kh¸c :
H×nh 5.10 Ph−¬ng ph¸p ®o møc dïng khÝ nÐn
ρt
Px
D
Tín hiệu đi
Tiết lưu
Khí nén
Trang 6
Cách làm việc : Dùng dòng khí thổi vào chất lỏng ở độ sâu nào đó dưới mặt
thoáng, luồng không khí được khống chế bởi cửa ngăn D có thể điều chỉnh được sao cho vận tốc nhỏ => coi tổn thất áp suất sau cửa ngăn = 0
g h g H
P
⇒
b
ρ
Phương pháp này dùng phổ biến để đo những bình đặt dưới đất, bình khó đến gần
và các bình chứa chất độc Loại này sai số tương đối lớn
5.1.5 Dụng cụ đo mức chất nước kiểu điện
Chất nước cần đo mức cao thường 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 nước
Ví dụ : Dùng phần tử nhạy cảm là điện trở hoặc điện dung có trị số thay đổi theo mức cao của chất nước
Hình 5.11 Dụng cụ đo mức chất nước kiểu điện
Loại này các cực của phần tử nhạy cảm thường hay bị bám bẩn, do đó giảm độ chính xác
Trang 7
5.1.6 Dụng cụ đo mức cao của chất rắn
Phương pháp dùng phao như than bột
Hình 5.12 Dụng cụ đo mức cao của chất rắn
Loại này sử dụng nguyên tắc cơ điện nhằm dùng truyền tín hiệu đi xa Phương 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 lường 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)
Trang 8
5.2.1 Phương pháp dùng chất phóng xạ
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 ( α, β, γ, )
Khả năng hấp thụ của mỗi loại môi chất đối với mỗi hạt được biểu thị bằng mối quan hệ giữa hệ số hấp thụ, độ dày l của lớp môi chất và cường độ tia phóng xạ đi qua lớp môi chất đó
I = Io e-à l Trong đó I0, I là cường độ tia phóng xạ trước và sau khi qua lớp môi chất
Hình 5.13 Phương pháp dùng chất phóng xạ
5.2.2 Phương pháp dùng sóng siêu âm
Loại dụng cụ này có độ chính xác cao, quán tính nhỏ và ngày càng được dùng rộng rãi trong công nghiệp như : 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 phần tử đặt ở dưới bình chứa lần lượt thay nhau làm nhiệm vụ phát
và thu tín hiệu chấn động xung có tần
số sóng siêu âm, ta có thể đo khoảng thời gian từ lúc phát xung đến lúc nhận được xung phản xạ lại từ mặt phân giới giữa 2 lớp môi chất, và từ giá trị thời gian này ta tính được độ dày lớp môi chất
Hình 5.14 Phương pháp dùng sóng siêu âm
