KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG VÀ DỤNG CỤ ĐO pdf

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG VÀ DỤNG CỤ ĐO MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN: 1.1 Đo lường, đo lường học, kỹ thuật đo: 1.1.1 Đo lường: Đo lường trình xác định thực nghiệm mối tương quan số đại lượng A cần đo đại lượng B loại chọn quy ước làm đơn vị đo (đại lượng B gọi đại lượng chuẩn) Mối quan hệ tương quan số đại lượng A B biểu diễn qua biếu thức đo lường sau: A = k.B (1.1) Trong A: đại lượng cần đo B: đại lượng chuẩn (đơn vị đo) k: trị số kết đo, số nguyên, số thập phân Như vậy, tùy thuộc vào việc lựa chọn đại lượng chuẩn quy ước với đại lượng đo ta nhận số khác 1.1.2 Đo lường học: Đo lường học môn khoa học đo lường hay gọi lý thuyết vể đo lường Đây ngành khoa học nguyên cứu toàn diện lĩnh vực đo lường Nhiệm vụ nguyên cứu đo lường học: Nghiên cứu đơn vị đo lường Nghiên cứu vấn đề phương pháp, phương tiện đo lường Nghiên cứu vần đề “chuẩn hoá”, “mẫu hoá” đo lường Nghiên cứu sở lý thuyết, nguyên tắc, quy trình, quy phạm yêu cầu kỹ thuật,… đo lường Nghiên cứu phương pháp đánh giá mức độ xác kết đo Lý thuyết xử lý phân tích kết đo lường 1.1.3 Kỹ thuật đo: Kỹ thuật đo ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu áp dụng thành đo lường học nhằm phục vụ công tác nghiên cứu thực nghiệm, phát triển khoa học kỹ thuật hay phục vụ đời sống sản xuất 1.2 Điều kiện đo: Điều kiện đo điều kiện để thực việc đo lường điều kiện để đảm bảo đo lường đạt độ xác cao Hai loại điều kiện coi điều kiện cần đủ cho việc thực đo lường Một điều kiện thiếu trình đo lường (điều kiện bắt buột) phải xác định rõ đơn vị đo cụ thể 1.3 Đơn vị đo: Hệ mét: m, kg, kG, s Hệ SI (Systeme International Dunites): m, kg, s, A, Cd, K, mol 1.4 Tín hiệu đo chuyển đổi tín hiệu đo: 1.4.1 Tín hiệu đo: Tín hiệu đo hệ thống tín hiệu mà dựa vào ta thực phép đo để xác định đại lượng cần đo Có thể phân loại tín hiệu đo sau: Tín hiệu ban đầu, tín hiệu cuối cùng, tín hiệu trung gian Tín hiệu khơng điện, tín hiệu điện Tín hiệu vào, tín hiệu Tín hiệu thuận, tín hiệu ngược Tín hiệu có âm thanh, khơng âm 1.4.2 Chuyển đổi tín hiệu đo: Chuyển đổi tín hiệu đo thực biến đổi tín hiệu mối quan hệ hàm đơn trị hai đại lượng vật lý để dể dàng đo đại lượng cần đo với độ xác định CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO: 2.1 Phân loại theo nguyên lý đo: 2.1.1 Phương pháp đo theo nguyên lý biến đổi thẳng: Hình 1.1: Sơ đồ mạch đo theo nguyên lý biến đổi thẳng Trong đó: X: đại lượng cần đo CĐ1,2,…: chuyển đổi tín hiệu đo Y1, Y2,…: kết sau lần chuyển đổi tín hiệu đo Y: kết đo 2.1.2 Phương pháp đo theo nguyên lý biến đổi phản hồi: Hình 1.2: Sơ đồ mạch đo theo nguyên lý biến đổi phản hồi Trong X: đại lượng cần đo CĐT1,2,…: chuyển đổi tín hiệu thuận YT1, YT2,…: kết sau lần chuyển đổi tín hiệu thuận CĐN1,2,…: chuyển đổi tín hiệu nghịch YN1, YN2,…: kết sau lần chuyển đổi tín hiệu nghịch Y: kết đo 2.2 Phân loại theo cách thực phép đo: 2.2.1 Phương pháp đo trực tiếp phương pháp đo gián tiếp: - Đo trực tiếp: cách đo mà kết đo nhận trực tiếp từ việc đo lường dùng dụng cụ đo có khắc độ theo đơn vị đo lường tương ứng với đơn vị đại lượng cần đo - Đo gián tiếp: cách đo mà kết đo đại lượng A nhận sở số liệu thực nghiệm từ kết đo trực tiếp đại lượng a, b, c,… có liên quan tới đại lượng đo A thông qua phụ thuộc hàm số A=f(a,b,c,…) 2.2.2 Đo lần đo nhiều lần: Để đảm bảo độ tin cậy cao cho kết đo lường không đo lần mà người ta tiến hành đo nhiều lần với điều kiện đo để sở phát khắc phục sai số Phương pháp đo nhiều lần thực phương pháp đo trực tiếp gián tiếp 2.2.3 Phương pháp đo tiếp xúc phương pháp đo không tiếp xúc: - Phương pháp đo tiếp xúc: phẩn tử cảm biến dụng cụ đo đặt tiếp xúc với môi trường đo (dòng lưu chất, bề mặt vật rắn,…) PHƯƠNG TIẸN ĐO: 3.1 Phương tiện đo hệ thống đo: Các phương tiện kỹ thuật (thước đo, dụng cụ đo, máy đo, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi tín hiệu đo,…) có tính chất đo lường chuẩn hóa dùng để thực việc đo lường gọi phương tiện đo Một phương tiện đo sử dụng để đ nhiều đại lượng khác tuỳ thuộc vào việc ta sử dụng chuyển đổi tín đo trình đo Dụng cụ đo loại phương tiện đo đơn giản Nó thường sử dụng để đo đại lượng theo phương pháp đo trực tiếp Thiết bị đo, đồng hồ đo, máy đo,… phương tiện đo có thực việc chuyển đổi tín hiệu đo ban đầu sang tín hiệu đo khác dạng thuận tiện cho việc nhận biết kết đo qua cấu thị ghi báo Hệ thống đo tổ hợp phương tiện đo thiết bị phụ trợ để thực thu nhận tín hiệu đo, chuyển đổi tín hiệu đo, truyền tín hiệu đo, báo ghi lại kết đo kết hợp đo với điều khiển hay tự động tính tốn xử lý số liệu thực nghiệm 3.2 Phân loại phương tiện đo: - Dựa sở dạng đại lượng đo người ta chia thành: - Dựa sở phương pháp đo chia thành: - Dựa sở cách thể kết đo: - Dựa sở chức ý nghĩa sử dụng: 3.3 Cấu trúc phương tiện đo Bộ chuyển đổI sơ cấp Mạch đo Cơ cấu thị Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc phương tiện đo có chuyển đổi sơ cấp 3.3.1 Bộ chuyển đổi sơ cấp Khi thực đo đại lượng không điện phương pháp điện người ta sử dụng chuyển đổi chuyển đổi sơ cấp Các chuyển đổi sơ cấp phân loại theo sở sau: - Theo nguyên lý chuyển đổi: - Theo tính chất nguồn điện: - Theo phương pháp đo: 3.3.2 Mạch đo Mạch đo hệ thống trang thiết bị kỹ thuật có nhiệm vụ tiếp nhận thông tin sau chuyển đổi sơ cấp biến đổi xử lý thông tin kết đo theo yêu cầu phép đo 3.3.3 Cơ cấu hiển thị kết đo Cơ cấu hiển thị khâu cuối phương tiện đo có nhiệm vụ thể kết đo lường Kết đo cấu hiển thị theo cách sau: Hiển thị kim loại báo thang đo khắc độ sẳn Hiển thị dụng cụ tự ghi cho suốt trình đo Hiển thị dạng đồng hồ số (bảng điện tử,…) CHƯƠNG 2: ĐO NHIỆT ĐỘ KHÁI QUÁT 1.1 Nhiệt độ thang đo nhiệt độ: Định nghĩa: nhiệt độ đại lượng đặc trưng cho trạng thái nhiệt vật - đặt trưng cho mức độ ‘nóng’ vật (rắn, lỏng, khí) Các loại thang đo nhiệt độ: - Thang đo nhiệt độ Celsius, ký hiệu 0C, thang đo nhiệt độ bách phân - Thang đo nhiệt độ Kelvin, ký hiệu K, thang đo nhiệt độ sở nhiệt động, nhiệt độ tuyệt đối - Thang đo nhiệt độ Fahrenheir, ký hiệu 0F, sử dụng chủ yếu hệ đơn vị Anh – Mỹ - Thang đo nhiệt độ Rankin, ký hiệu 0R, sử dụng chủ yếu hệ đơn vị Anh – Mỹ 1.2 Phân loại phương pháp dụng cụ đo nhiệt độ - Nhóm 1: gồm loại nhiệt kế đo nhiệt độ áp dụng nguyên lý giản nở nhiệt chất lỏng bầu cảm nhiệt biến đổi áp suất nhiệt chất cảm nhiệt - Nhóm 2: gồm loại nhiệt kế đo nhiệt độ áp dụng nguyên lý biến đổi điện trở nhiệt – nhiệt kế điện trở - Nhóm 3: gồm loại nhiệt kế đo nhiệt độ áp dụng hiệu ứng nhiệt điện gọi chung nhiệt kế nhiệt điện hay cặp nhiệt điện - Nhóm 4: gồm loại nhiệt kế đo nhiệt độ dựa vào đầu dò điện tử sử dụng - Nhóm 5: gồm loại nhiệt kế đo nhiệt độ dựa vào biến đổi cường độ phát xạ vật đo - Nhóm 6: loại nhiệt kế khác NHIỆT KẾ THỦY TINH (NHIỆT KẾ CHẤT LỎNG): 2.1 Nguyên lý hoạt động: Nhiệt kế thủy tinh hoạt động dựa vào giản nở nhiệt chất lỏng nhiệt kế 2.2 Cấu tạo: (1) Bầu chứa chất cảm nhiệt (2) Ống mao dẫn (3) Thang chia đo nhiệt độ (4) Vỏ bảo vệ thủy tinh Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo nhiệt kế chất lỏng 2.3 Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: nhiệt kế chất lỏng sử dụng rộng rãi không cần thiết bị hỗ trợ không cần cung cấp lượng cho hoạt động Độ xác tương đối cao - Nhược điểm: dể vỡ, dể gây sai số đọc tính chất khơng rõ nét thang đo chia nhiệt độ Chỉ cho phép đo đọc kết chổ khơng có khả đưa kết xa vào trình tự ghi Quán tính nhiệt lớn NHIỆT KẾ ÁP KẾ: 3.1 Nguyên lý hoạt động: Nhiệt kế áp kế làm việc dựa sở biến đổi áp suất tăng giảm thể tích chất cảm nhiệt tác động nhiệt độ vật đo Mức độ thay đổi áp suất tăng giảm thể tích đo đồng hồ đo áp suất 3.2 Cấu tạo: Sơ đồ cấu tạo hình 2.4 Bầu cảm nhiệt Bánh hình quạt Ống áp lực Thanh dẫn Vỏ áp kế Ống mao dẫn Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo nhiệt kế áp kế 3.3 Ưu, nhược điểm: - Ưu điểm: tự ghi kết đo nhiệt độ, kết cấu đơn giản, đảm bảo độ bền học cao, đặt thiết bị đo thứ cấp cách xa thiết bị đo có khả ổn định độ rung - Nhược điểm: nhiệt áp kế có độ xác khơng cao, hạn chế khoảng cách để truyền kết qủa xa NHIỆT KẾ ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TRỞ VÌ NHIỆT – NHIỆT KẾ ĐIỆN TRỞ: 4.1 Nguyên lý hoạt động: Đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở dựa sở biến đổi điện trở vật biến đổi nhiệt độ gây nên Dựa vào mức độ biến đổi điện trở nhiệt vật mà người ta xác định nhiệt độ tương ứng vật 4.2 Cấu tạo: Cấu tạo nhiệt kế điện trở bao gồm: phần tử cảm biến nhiệt, chất cách điện, vỏ bảo vệ nhiệt kế (bộ phận cảm biến nhiệt) - Nhiệt kế điện trở bạch kim Tấm mica cách điện Dây bạch kim Đầu nối vào mạch đo Nhiệt kế điện trở đồng Thanh hình trụ Dây dẩn đồng tráng men cách điện Đầu nối vào mạch đo Hình 2.5: Cấu tạo cảm biến nhiệt kế điện trở 4.3 Mạch đo nhiệt độ sử dụng nhiệt kế điện trở: 4.3.1 Mạch đo sử dụng vôn kế ampe kế Cấu tạo: điện trở nhiệt kế Rt; điện trở hai dây dẫn Rd1; Rd2 Mạch cung cấp nguồn UN Hình 2.6: Mạch đo dùng vơn kế ampe kế 4.3.2 Mạch nhiệt kế sử dụng mạch cầu cân bằng: Cấu tạo: điện trở nhiệt kế Rt; điện trở mạch cầu R1, R2, R3 Mạch cung cấp nguồn UN Hoạt động: tác động nhiệt độ, điện trở nhiệt kế Rt biến đổi, biến đổi làm thay đổi điện trở tổng cộng mạch đo Khi người ta điều chỉnh biến trở cho mạch cân (Ic=0), thay đổi khoảng điện trở nhiệt kế thay đổi nhiệt tác động vào NHIỆT KẾ ÁP DỤNG HIỆU ỨNG NHIỆT ĐIỆN - NHIỆT KẾ NHIỆT ĐIỆN: 5.1 Nguyên lý hoạt động: Nhiệt kế nhiệt điện hoạt động dựa hiệu ứng nhiệt điện Hiệu ứng nhiệt điện: hai dây dẫn A B nối với đầu chung hai dầu chung Nếu đốt nóng đầu chung, cịn đầu để tự hai đầu sinh hiệu điện hay sức điện động Sức điện động lớn nhiệt độ hai đầu làm việc đầu tự cao 5.2 Sơ đồ cấu tạo: CHƯƠNG 3: ĐO ÁP SUẤT KHÁI QUÁT 1.1 Một số khái niệm bản: 1.1.1 Áp suất: Áp suất đại lượng vật lý biểu thị lượng tích lũy mơi trường chất khí chất lỏng Áp suất lực tác động lên đơn vị diện tích Áp suất phân bố đồng không đồng lên bề mặt chịu lực Trường hợp lực phân bố đồng áp suất tính: F (3.1) p= S Trong đó: F: lực tác động lên bề mặt chịu lực, N S: diện tích bề mặt chịu lực, m2 1.1.2 Các dạng áp suất: Áp suất khí quyển: áp lực khốI khơng khí bao quanh trái đất (khí quyển) tác động lên mơi trường khơng khí (vật thể) nơi đo Áp suất khí đo barômét Áp suất dư: phần trị số áp suất cao áp suất khí quyển, tức trị số áp suất lấy điểm “0” quy ước tương ứng với áp suất khí Áp suất dư đo manơmét Áp suất tuyệt đối: áp lực toàn phần tác động lên bề mặt chịu lực Trị số áp suất tuyệt đốI tính từ giá trị chân khơng tuyệt đối Áp suất chân không: biểu thị mức độ thấp áp suất tuyệt đối so vớI áp suất khí Độ chân khơng: đại lượng khơng thứ nguyên đo tỉ số áp suất chân không áp suất khí quyển: P D = CK 100% (3.2) B 1.1.3 Đơn vị đo áp suất: Atmôtphe kỹ thuật at, Atmôtphe vật lý atm, mmHg, Toor, kg/cm2 , H2O, PSI,… 1.2 Phân loại dụng cụ đo áp suất: Áp kế thủy tĩnh (áp kế chất lỏng) Áp kế học (áp kế đàn hồI hay áp kế lò xo) Áp kế pittông Áp kế điện ÁP KẾ THỦY TĨNH: 2.1 Nguyên tắc hoạt động: Áp kế thủy tĩnh gọi áp kế chất lỏng họat động theo nguyên tắc áp suất thủy tĩnh Chất lỏng thường dùng áp suất thủy tĩnh nước, thủy ngân rượu,… 2.2 Manômét chất lỏng kiểu chữ “U” 2.2.1 Cấu tạo Manơmét loại có cấu tạo đơn giản gồm: ống thủy tinh hai nhánh hình chữ “U”, chứa nước, thủy ngân rượu 2.2.2 Hoạt động: Một đầu đựơc nối với môi trường cần đo áp suất, đầu để tự (nối với môi trường áp suất khí quyển) Đo độ chênh áp suất hai đầu ống tạo độ chênh lệch mực chất lỏng hai nhánh áp kế Với độ chênh lệch h hai cột chất lỏng ta xác định gí trị áp suất dư: Pd = ρ g h (3.3) Trong đó: h: độ chênh lệch hai nhánh áp kế, m ρ : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 g: gia tốc trọng trường nơi đo áp suất, m/s2 Hình 3.1: Manơmét chữ “U” 2.3 Vi áp kế: 2.3.1 Cấu tạo: Vi áp kế cấu tạo hai nhánh: nhánh bình chứa lỏng đường kính lớn, nhánh ống thẳng có đường kính nhỏ để đo cột chất lỏng hay cịn gọi ống đo áp suất a b Hình 3.2: Sơ đồ cấu tạo vi áp kế 2.3.2 Hoạt động: Khi đo áp suất nhánh có bình chứa lỏng đựơc nối với mơi trường có áp suất cao hơn, cịn nhánh có ống áp suất nối với mơi trường có áp suất nhỏ Nếu bình áp kế nối với môi trường áp suất cần đo, ống đo áp suất để tự 10 2.3.2 Vòi tiết lưu Vòi tiết lưu thiết lưu có tiết diện tiết lưu hình trịn phần miệng vào có dạng thu hẹp dần, phần có dạng hình trụ (cấu tạo hình 4.5) Hình 4.5: Vịi tiết lưu 2.3.3 Ống tiết lưu Thường sử dụng ống Ventury Ống Ventury thiết bị có tiết diện tiết lưu hình trịn phần “miệng vào” thu hẹp dần đều, phần có dạng hình trụ, cịn phần miệng leo hình (cấu tạo hình 4.6 4.7) Hình 4.6: Cấu tạo phận tiết lưu ống ventury 15 LƯU LƯỢNG KẾ CĨ ĐỘ CHÊNH ÁP KHƠNG ĐỔI (ROTAMET) 3.1 Ngun tắc hoạt động Lưu lượng kế có độ chênh áp khơng đổi dựa sở phương pháp chảy bao trùm qua “vật chướng” vật chướng luôn trạng thái cân tức hiệu áp suất trước sau vật chướng không đổi “Vật chướng” thường phao hay đội Khi vật chướng chuyển động tiết diện dịng lưu chất qua thay đổi Tiết diện thay đổi nhiều hay tùy thuộc vào lưu lượng qua 3.2 Cấu tạo rotamet (a) Ống hình (b) Phao hình ống thẳng (c) Ống thẳng dạng pittơng Hình 4.8: Sơ đồ cấu tạo số dạng rôtamet thông dụng 3.3 Hoạt động rotamet Do tác dụng dòng lưu chất chảy từ phía lên, đội dịch chuyển tạo biến đổi tiết diện thành ống đội Lưu lượng lớn đội đẩy lên cao đội dừng vị trí ổn định lực tác dụng dòng lưu chất cân với trọng lưu 3.4 Ưu nhược điểm rotamet thủy tinh Ưu điểm: - Kết cầu đơn giản - Có thể đo lưu lượng nhỏ - Đơn giản dể dàng đo (thang đo chia đều, dể dọc kết quả) - Khoảng đo tương đối rộng - Có thể sử dụng để đo lưu lượng lưu chất có tính chất phá hủy mạnh Nhược điểm: - Khơng thích hợp với việc đo lưu lượng dịng lưu chất có nhiệt độ 16 cao 1000C áp suất cao (trên 0,5 – 0,6 MPa) - Không cho phép truyền kết đo xa ĐO LƯU LƯỢNG BẰNG LƯU TỐC KẾ 4.1 Đo lưu lượng lưu tốc kế kiểu tuabin Dụng cụ đo lưu lượng tuabin với cánh cong hay cánh thẳng, đặt dòng chảy Tần số quay tuabin tỉ lệ với vận tốc dòng lưu chất Trên sở người ta dùng cấu khí để đếm tần số quay tuabin tương ứng với lưu lượng dòng chảy Trên máy đếm có khắc độ theo đơn vi đo lưu lượng Cánh quạt Biến trở thay đổi theo tốc độ Bộ phận cung cấp điện Thân Trụ cacbon nhựa có tỉ trọng cao Roto Vịng hãm tốc độ Hình 4.11: Cấu tạo lưu tốc kế tuabin 4.2 Đo lưu lượng ống lưu tốc 4.2.1 Nguyên tắc hoạt động Một phương pháp đo lưu lượng dòng chảy xác định vận tốc trung bình dịng chảy qua tiết diện khơng đổi, từ xác định gí trị lưu lượng Q = v.F (4.10) Q: lưu lượng thể tích, m3/s v: vận tốc bình dòng chảy qua tiết diện F, m/s F: tiết diện dịng lưu chất, m2 4.2.2 Cấu tạo Trong Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý ống Pitô 17 4.2.3 Ưu, nhược điểm Các ống đo vận tốc ưu điểm độ xác cao, gây ảnh hưởng trở lực cục Nhược điểm: dể bị tắc phần tắt hồn tồn lổ tiếp nhận áp suất Vì vậy, thường khơng sử dụng đo thời gian lâu dài mà phổ biến sử dụng làm dụng cụ kiểm định loại dụng cụ đo khác 4.3 Đo lưu lượng lưu tốc kế kiểu cảm ứng điện từ Lưu tốc kế loại cảm ứng điện từ hoạt động nguyên lý: dòng lưu chất có tính dẫn điện chảy ống dẫn đặt từ trường, tác động từ trường dòng lưu chất sinh ta sức điện động E Theo định luật cảm ứng điện từ sức điện động sinh tỉ lệ với vận tốc dịng chảy theo cơng thức sau: E = K B.D.v (4.15) Trong K: hệ số phụ thuộc cấu tạo biến đổi B: độ cảm ứng D: đường kính ống dẫn v: vận tốc trung bình dịng lưu chất ống qua tiết diện ống vị trí đo Vậy ta tiến hành đo sức điện động sinh ta xác định giá trị lưu lượng dòng lưu chất chuyển động Nam châm điện Ống dẫn không nhiểm từ Hai cực điện Bộ phận đo Bộ khuếch đại Đồng hồ hiển thị kết Hình 4.16: Sơ đồ thiết bị lưu lượng kế cảm ứng Lưu lượng kế dạng có ưu điểm sau: khơng có qn tính, dể sử dụng để đo vận tốc lưu lượng biến thiên theo thời gian; không gây tổn thất áp suất (vì khơng có cản trở chuyển động dịng chảy); đo lưu lượng dịng lưu chất ống dẫn với khoảng đường kính rộng (100mm); đo lưu lượng khoảng rộng; áp dụng để đo lưu lượng dòng lưu chất có tính phá hủy mạnh; trị số đo khơng chịu ảnh hưởng số tính chất vật lý chất lỏng: nhiệt độ, áp suất, độ nhớt, khối lượng riêng,… Nhược điểm: độ xác khơng cao (sai số tới khoảng – 3%); hạn chế phạm vi áp dụng (chỉ áp dụng với chất lỏng có tính dẫn điện tương đối tốt) 18 Bài ĐO MỨC CHẤT LỎNG KHÁI QUÁT 1.1 Một số khái niệm Mức kế dụng cụ đo mức chất lỏng vật liệu rời sử dụng rộng rãi sản xuất, chế biến vận chuyển chất lỏng, thông số quan trọng hệ thống đo lường kiểm tra điều khiển quy trình cơng nghệ Trong đo lường ta có mức kế đo liên tục thông qua đồng hồ thị để kiểm tra thay đổi liên tục mức vật chất mức kế báo hiệu đồng hồ báo dùng để số vị trí quan trọng quy trình sản xuất 1.2 Phân loại dụng cụ đo mức chất lỏng - Mức kế học: mức kế phao nổi, mức kế màng đàn hồi,… - Mức kế thủy tĩnh: mức kế phao chìm, mức kế áp suất, mức kế áp lực, mức kế dùng hiệu áp kế,… - Mức kế điện: mức kế điện dẫn, mức kế điện dung - Các loại mức kế khác: mức kế đồng vị phóng xạ, mức kế sóng vơ tuyến sóng âm,… ĐO MỨC CHẤT LỎNG 2.1 Mức kế học 2.1.1 Mức kế phao nổi: 2.1.1.1 Nguyên lý hoạt động Mức kế phao dụng cụ đo mức chất lỏng dựa ứng dụng dịch chuyển phao mặt chất lỏng, dịch chuyển truyền đến phần tử đo dụng cụ qua cấu truyền động học Mức kế phao có nhiều dạng khác cấu trúc, đặc tính đo (liên tục, cố định giá trị đo), giới hạn đo, điều kiện đo, đo truyền xa,… 2.1.1.2 Cấu tạo hoạt động (1) Phao (2) Dây tời (3) Ròng rọc (4) Kim thị (5) Bánh đai đo (6) Vật đối trọng Hình 5.1: Mức kế phao 19 Sự thay đổi mức chất lỏng bồn chứa xác định nhờ phao (1) mặt chất lỏng, dịch chuyển phao tác dụng lưu chất truyền nhờ dây tời (2) qua ròng rọc (3), (4) đến bánh đai đo (5) có gắn kim thị mực lưu chất chứa thiết bị Phao dây cân vật đối trọng (6) Phao sử dụng phải không độc hại độc hại 2.1.2 Mức kế màng đàn hồi Mức kế màng đàn hồi thường sử dụng chủ yếu để báo mức hạt vật liệu rời không kết dính, khơng sử dụng đo mức chất lỏng Cấu tạo chủ yếu gồm màng đàn hồi làm vải pha cao su với đĩa kim loại cứng tâm, tác dụng áp lực hạt màng dịch chuyển làm chuyển đổi tiếp diểm điện cầu dao nằm vỏ cảm biến 2.2 Mức kế thủy tĩnh Trong đo mức chất lỏng, đặc biệt chất lỏng có tính ăn mịn kết tinh nhanh mức kế thủy tĩnh có vai trị quan trong đo lường 2.2.1 Mức kế phao chìm 2.2.1.1 Nguyên lý hoạt động Nguyên tắc hoạt động mức kế phao chìm dựa sở thay đổi lực đẩy tỷ lệ với độ sâu phao chìm chất lỏng 2.2.1.2 Cấu tạo hoạt động Hình 5.2: Mức kế phao chìm Phần tử cảm biến dụng cụ phao hình trụ (2) treo đầu đòn (3) buồng (1) làm thép Đầu đòn (3) kẹp chặt đầu tự ống xoắn đàn hồi (4) cố định vào thân Bên ống có (5) có đầu hàn vào đầu tự ống, đầu nối với biến đổi Khi khơng có chất lỏng buồng (1), phao (2) cân với lực đàn 20 hồi ống (4) Khi có chất lỏng, theo độ dâng mức chất lỏng phao bắt đầu ngập làm tải trọng ống đàn hồi giảm, lò xo bung ra, dịch chuyển truyền đến (5) đến biến đổi tương ứng Cấp xác dụng cụ thường ÷ 1,5, áp suất dư làm việc tối đa cho phép 10Mpa 2.3 Mức kế điện dẫn Mức kế điện dẫn (thuần trở) dựa phép đo điện trở hai điện cực có hình dạng tương thích nằm mơi trường đo Mức kế điện dẫn đơn giản dụng cụ báo mức khởi động chập mạch hai điện cực nằm lưu chất dẫn điện Một điện cực thành kim loại dụng cụ nối đất, điện cực thứ hai phải cách điện tốt Hình 5.6: Sơ đồ nguyên lý báo hiệu mức Trên sơ đồ nguyên lý điện báo hiệu mức, điện xoay chiều (12÷36V) đưa đến cảm biến hai điện cực chập mạch mức sản phẩm đạt đến điện cực Khi rơle điện từ khởi động mở cơng tắc báo hiệu điều chỉnh tương ứng Vỏ bọc Thanh kim loại cách điện Thân Đầu điện cực 21 Hình 5.7: Cảm biến báo hiệu mức Dụng cụ báo hiệu mức dẫn điện dùng để đo mức liên tục cách lắp thêm hệ thống theo dõi tự động đảm bảo cho cảm biến nằm mặt môi trường đo Tuy nhiên dung cụ cồng kềnh độ tin cậy không cao nên sử dụng ĐO MỨC VẬT LIỆU RỜI 3.1 Khái quát Đo mức vật liệu rời chứa thùng thiết bị khác thông số quan trọng hệ thống đo lường kiểm tra điều khiển quy trình cơng nghệ Đặc tính vật liệu rời khác hẳn đặc tính lưu chất trình đo mức vật liệu rời khác xa trình đo mức lưu chất Bề mặt vật liệu rời thường nhấp nhô phụ thuộc vào tương tác hạt mối liên kết hạt thành thiết bị chứa Cơ sở để phân loại mức kế đo mức vật liệu rời thường dựa nguyên lý đo: - Theo nguyên lý áp lực: thường sử dụng để báo mức không sử dụng để đo mức liên tục (mức kế màng đàn hồi,…) - Dựa sở ứng dụng tính chất điện: mức kế điện dẫn điện dung,… 3.2 Các loại mực kế đo mức vật liệu rời 3.2.1 Mức kế màng đàn hồi Thiết bị báo mức loại thường tác động theo nguyên lý áp lực đặc tính vật liệu gây áp lực lên đáy lên thành thùng chứa liệu Cấu tạo dụng cụ báo mức loại chi tiết chủ yếu màng đàn hồi cơng tắc chuyển mạch Hình 5.11: Sơ đồ ngun lý cấu tạo thiết bị báo mức Trong hình hộp vỏ thiết bị (1) gắn thành chứa Phía ngồi vỏ hộp gắn màng đàn hồi (2) tiếp xúc trực tiếp với vật liệu hạt Phía hộp lắp công tắc chuyển mạch (3) Khi mức vật liệu thùng đạt đến giá trị cần thiết màng đàn hồi (2) tác động lên đẩy công tắc chuyển mạch (3) thay đổi trạng thái công tắc, phát tín hiệu báo mức 22 thùng chứa đạt đến giá trị cần thiết 3.2.2 Mức xúc học Đối với việc đo mức vật liệu rời thay đổi dải rộng đến vài chục mét, ta thường sử dụng dụng cụ đặc biệt, mức kiểm tra liên tục định kỳ nhờ tải trọng nằm bề mặt vật liệu 3.2.2.1 Cấu trúc Hình 5.12: Sơ đồ đo mức xúc Phần mức kế tời điện (1) với phanh điện (2) quay động điện Trên tang quay tời có quấn sợi cáp treo tải trọng (4).Trục tang quay qua cấu truyền động nối với xenxin cảm biến (5) liên kết điện với xenxin thu (6) đồng hồ thứ cấp Cáp treo tải trọng qua ròng rọc định hướng ròng rọc rơle (3) phần tử cảm biến dụng cụ Dụng cụ điều khiển từ cụm điều khiển (7) có nút điều khiển, mạch rơle, rơle thời gian thiết bị báo hiệu 3.2.2.2 Hoạt động Trước đo, tải trọng nằm thùng vị trí cố định phía Khi cần đo nhấn lần nút “khởi động” Sau chu kỳ đo thực Khi đo, tời điện mở, tải trọng tụt xuống đến mức vật liệu nằm đó, độ căng dây giảm Dây chùn lại kích thích rơle tắt động làm tời điện dừng lại Sau vài giây trì đủ để đếm mức thang đo, tời mở để nâng tải trọng lên Khi đến vị trí ban đầu tời dừng lại nhờ cơng tắc cuối Sau bắt đầu chu kỳ đo 3.2.3 Đo mức cân Có thể xây dựng hệ thống đo liên tục mức liệu thông qua khối lượng liệu thùng chứa Nguyên lý hoạt động hệ thống xác định áp lực thùng chứa vật liệu tác động lên chân bệ 23 Hình 5.16: Sơ đồ đo mức cân Thùng chứa (1) đặt lên hai chân bệ (2) (3) Chân bệ (2) có cấu tạo lề chân bệ (3) cảm biến áp lực Tín hiệu từ cảm biến áp lực truyền cho áp lực kế (4) Khi mức thùng chứa khơng hiệu chỉnh cho kim áp lực kế không 24 ĐO ĐỘ NHỚT Bài 5: Khái quát Dụng cụ đo độ nhớt chất lỏng gọi nhớt kế Độ nhớt tham số xác định chất lượng thành phần nhiều sản phẩm khác nhau, nhớt kế sử dụng rộng rãi để phân tích thành phần tính chất chúng Tính chất nhớt chất lỏng có đặc tính độ nhớt động lực, đại lượng tỉ lệ lực ma sát nội tác động lên bề mặt lớp chất lỏng với diện tích lớp gradien vận tốc đơn vị Độ nhớt động lực μ xác định từ công thức cho lực ma sát nội F: Δν F = μ ΔS (6.33) Δl Trong đó: Δν/Δl – gradien vận tốc, s-1 ΔS - diện tích bề mặt lớp phân bổ lực ma sát nội, m2 Từ phương trình (10.1) suy công thức để xác định độ nhớt động lực: F μ= (6.34) (Δν / Δl)ΔS Đơn vị độ nhớt động lực (Pa.s) gọi pascal-giây Trong thực tế sử dụng đơn vị độ nhớt động lực Poa (P) có ước số Centipoa (cP), có liên hệ với đơn vị hệ SI: 1P = 0,1Pa.s; 1cP = 1mPa.s Phân loại Ta có loại nhớt kế thông dụng thường dùng: + Nhớt kế mao dẫn + Nhớt kế bi rơi + Nhớt kế quay + Nhớt kế dao động Cấu tạo nguyên lý hoạt động 3.1 Nhớt kế mao dẫn Hoạt động nhớt kế mao dẫn dựa định luật Puazein cho dịng chảy chất lỏng từ ống mao dẫn có dạng sau: πd Q= Δp μl (6.37) Trong đó: Q – lưu lượng thể tích chất lỏng, chảy từ ống, m3/s d- đường kính ống, m; l- chiều dài ống, m μ- độ nhớt động chất lỏng, Pa.s; Δp- hiệu áp hai đầu ống, Pa 25 l 3.2 Nhớt kế bi rơi Cơ sở nguyên tắc hoạt động nhớt kế bi rơi lý thuyết Stôc, sử dụng chuyển động viên bi có đường kính nhỏ chất lỏng tóm tắt sau: viên bi rơi vào môi trường nhớt, tiếp nhận vận tốc chuyển động không đổi sau khoảng thời gian tương đối ngắn Công thức độ nhớt động lực Stơc-Ladenburg có tính ảnh hưởng thành đáy ống trụ nơi bi rơi có dạng: ρ − ρ2 g μ = r2 (6.40) ν + 2,4(d / D) Trong đó: μ- độ nhớt, Pa.s; r- bán kính viên bi, m; D- đường kính ống trụ, m ρ1, ρ2- khối lượng riêng vật liệu bi chất lỏng, kg/m3 ν- vận tốc rơi bi, m/s; d- đường kính bi, m Sơ đồ nguyên tắc phận tự động đo độ nhớt có tính thời gian rơi bi thể hình 10.3 Viên bi (1) tự động nâng đến vị trí đầu dịng chảy lên chất lỏng nhờ máy bơm bánh (2) có động điện (3) Song song với việc nâng viên bi, máy bơm lấy mẫu thử chất lỏng Vào thời điểm tiếp xúc bi với lưới giới hạn phía trên, máy bơm tắt viên bi rơi môi trường đứng yên Các cuộn cảm biến (7) đếm thời gian qua đoạn đường cố định viên bi Khi viên bi ngang qua cuộn dây, tín hiệu cân đối xuất khuếch đại khuếch đại điện tử (6) Tư động mở máy bơm tự động đếm thời gian thực nhờ ụm rơle (4) đồng hồ đo (5) 26 3.3 Nhớt kế quay Nhớt kế quay dựa phép đo mômen cản mômen xoắn tạo chất lỏng cần phân tích Thường sử dụng dụng cụ có ống trụ đồng trục, vật thể quay đĩa quay song song ngập chất lỏng đo ~ 3 ~ Trên hình thể sơ đồ nguyên tắc dạng nhớt kế quay Nhớt kế với ống trụ đồng trục hai ống trụ có chất lỏng phân tích Khi quay ống trụ ngồi (2) với vận tốc không đổi động (1), chất lỏng quay chuyển mômen quay đến ống trụ (3) Để giữ ống trụ đứng yên, cần đặt vào mơmen lực tải trọng hiệu chuẩn (4) tạo giá trị trái dấu Với chuyển động thành lớp, mômen lực độ nhớt chất lỏng có liên hệ theo biểu thức: R2r2 M = 4πlωμ 2 (6.42) R −r Trong đó: M – mômen lực, N.m; l - chiều dài ống trụ trong, m ϖ - vận tốc góc ống trụ ngồi, 1/s R, r – bán kính ngồi ống trụ, m 27 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Ngũ, Dụng Cụ Đo (tài liệu lưu hành nội bộ), trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, 1995 Lê Phan Hồng Chiêu, Kỹ thuật đo lường Dụng cụ đo, nhà xuất Giáo Dục, Tp.HCM, 2003 Nguyễn Văn Hòa, Cơ sở tự động hóa – tập 1, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2000 Gregory K.McMillan, Douglas M.Considine, Process Industrial instruments and controls handbook – fifth edition, Mc.Graw Hill, 1999 29 ... cách thực phép đo: 2.2.1 Phương pháp đo trực tiếp phương pháp đo gián tiếp: - Đo trực tiếp: cách đo mà kết đo nhận trực tiếp từ việc đo lường dùng dụng cụ đo có khắc độ theo đơn vị đo lường tương... ĐO: 3.1 Phương tiện đo hệ thống đo: Các phương tiện kỹ thuật (thước đo, dụng cụ đo, máy đo, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi tín hiệu đo, …) có tính chất đo lường chuẩn hóa dùng để thực việc đo. .. lường gọi phương tiện đo Một phương tiện đo sử dụng để đ nhiều đại lượng khác tuỳ thuộc vào việc ta sử dụng chuyển đổi tín đo q trình đo Dụng cụ đo loại phương tiện đo đơn giản Nó thường sử dụng