: Giới hạn điều kiện:Chất cần bơm là nước (điều kiện thường)Ống là kim loại cứng, đường kính trong 18cmDải đo lưu lượng (01500 lítgiờ)Bể chứa cao 2mThông số cần giám sát là lưu lượng nước chảy qua ống và mức nước trong bể chứaĐối tượng điều khiển Bơm và VanSai số yêu cầu 2%Yêu cầu:Trình bày tổng quan về phương pháp đo lưu lượng chất lưu?Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?Liệt kê các cảm biến có trong hệ thốngCác phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?Trình bày về loại cảm biến lựa chọn ? (Nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến)Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán, xử lý, đo tín hiệu đầu ra của cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?Đánh giá về sai số của hệ thống (giớ hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phục)LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, sự giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian học tập môn học Đo lường và cảm biến em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô bộ môn và đặc biệt là thầy Nguyễn Vũ Linh. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô đã cho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Linh đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập, cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ đề tài này của em sẽ rất khó để hoàn thiện được. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy. Bài thu hoạch này được thực hiện trong khoảng thời gian khoảng ngắn. Bước đầu đi vào thực tế kiến thức của em còn hạn chế. Do vậy không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chúc các thầy cô giảng dạy bộ môn Đo lường và cảm biến và đặc biệt là thầy Nguyễn Vũ Linh thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.Hà Nội, 062015Nhóm sinh viên thực hiệnNhóm 4CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU LƯỢNG CHẤT LƯU.Lưu lượng và đơn vị đoLưu lượng chất lưu là lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang của ống trong một đơn vị thời gian. Tuỳ theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích hoặc khối lượng) người ta phân biệt: Lưu lượng thể tích (Q) tính bằng m3s, m3giờ ... Lưu lượng khối (G) tính bằng kgs, kggiờ ...Lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian Δt = t2 t1 xác định bởi biểu thức:Q_tb= ∆V∆t hoặc Q_tb= ∆m∆t Trong đó ΔV, Δm là thể tích và khối lượng chất lưu chảy qua ống trong thời khoảng gian khảo sát.Lưu lượng tức thời xác định theo công thức:Q_ = dVdt hoặc Q_ = dmdt Để đo lưu lượng người ta dùng các lưu lượng kế. Tuỳ thuộc vào tính chất chất lưu, yêu cầu công nghệ, người ta sử dụng các lưu lượng kế khác nhau. Nguyên lý hoạt động của các lưu lượng kế dựa trên cơ sở: Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ trong một khoảng thời gian xác định Δt. Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ khi lưu lượng là hàm của vận tốc. Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng là hàm phụ thuộc độ giảm áp.Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện hoặc nhờ bộ chuyển đổi điện thích hợp.Các phương pháp đo lưu lượngPhương pháp đo lưu lượng bằng ống co.Phương pháp đo lun lượng bằng ống co dựa trên định luật liên tục và phương trình năng lượng của Bernoulli. Neu có một nơi nào đó trong một ống dẫn bị co lại, ở tất cả các vị trí khác lun lượng tính bằng thế tích và trọng khối đều bằng nhau. Với:A1: Diện tích trước vị trí coA2: Diện tích ở vị trí co.v1: Vận tốc trước vị trí co.v2: Vận tốc ở vị trí co.p1: Áp suất tĩnh trước vị trí co.p2: Áp suất tĩnh ở vị trí co.Phương trình liên tục:A1.v1. = A2.v2.Phương trình Bernoulli: Ớ nơi diện tích ống bị thu nho lại, vận tóc dòng chảy ở đó phải gia tăng. Với phương trình năng lượng của Bernoulli, năng lượng của một dòng chảy gồm năng lượng (áp suất) tĩnh và động năng (vận tócc) là một hằng số. Khi vận tốc gia tăng áp suất tĩnh lập tức bị giảm đi. Sự giảm áp suất hay hiệu áp Ap là thước đo cho lưu lượng Q. p = p1 p2 = Phương trình trên được giải theo v2 và v1 được tính theo v2 với phương trình (1) ta có: Với tỷ lê m = và hằng số dòng chảy = Ta có thể viết phương trình trên dưới dạng: Suy ra Từ đó ta có lưu lượng tính theo thế tích và khối lượng như sau: Qv = A2.V2 = A2. Qm= A2.V2 .= A2. Như thế lưu lượng tỉ lệ với căn bậc hai của hiệu áp khi tỷ trịng là một hằng số. Ta có thể đo lưu lượng bằng ống co với cảm biến hiệu áp được ứng dụng rất rộng trong công nghiệp. Có 3 loại ống co định chuến tiêu biếu theo DIN 1952 là:BlendeỐng phunỐng phun VenturiTiêu chuấn đế lựa chon loại ổng co nào tùy thuộc vào môi trường đo, khả năng thiết kế, giá cả và sự hao hụt áp suất. Ớ ngõ ra của ống co có nhiều dòng xoáy làm tiêu hao năng lượng. Điều này làm cho ta không có được một áp suất tĩnh của dòng chảy trường hợp có không bị khuấy sau ống co. Sự hao hụt áp suất đo điều này cần phải giữ càng bé càng tốt.Hiệu chuấn tỷ trọng.Tỷ trọng của môi trường do ảnh hưởng đến phép đo lun lượng. Trong quá trình sản xuất, tỷ trọng của môi trường đo thường không là một hằng số và ta cần phải chú ý đến. Tỷ trọng của chất lỏng tùy thuộc vào nhiệt độ. Trường hợp này đế hiệu chuân sai số tỷ trọng đo nhiệt độ. Trong hơi nước bão hòa hai đại lượng áp suất và nhiệt độ làm thay đổi đường biếu diễn của hơi nước bão hòa. Cả hai có sự ảnh hưởng lẫn nhau, chỉ cần một đại lượng đủ đế hiệu chỉnh tỷ trọng. Trường hợp hơi nước bị nung thật nóng, tỷ trọng của nó phụ thuộc vào cả nhiệt độ và áp suất. Các đại lượng này cần phải được đo. Tỷ trọng định chuấn ở 0°c và áp suất khí quyến cần được xác định. Lưu lượng được tính theo tỷ trọng định chuẩn này.Sự chính xác của phép đo.Neu diện tích cắt ngang của dòng chảy và tỷ trọng của lun chất coi như cối định, trong phương trình:Q=α.k.√∆pCó hai yếu tố ảnh hưởng đến độ chính sác của phép đo đó là a và AP. Các thông số có thể ảnh hưởng đến trị số a là tỷ lệ điện tích, vị trí nơi đo áp suất Pi và p2, độ nhám của ống và sự mềm dẻo của lưu chất. Hiệu áp Ap tỷ lệ bình phương với lưu lượng. Khi lượng có 30% của thang đo, hiệu áp chỉ còn 9%. Hiệu áp càng thấp, sai số tương đối của càng lớn. Với hiệu áp 9% của thang đo ta có sai số tương đối lớn gấp 11 lần so với sai số ở cuối thang đo. Do đó khi thực hiện phép đo với lưu lượng thấp, sai số của phép đo tương đối lớn. Chỉ nên thực hiện việc đo lưu lượng bằng ống co từ 30% đến 100% của thang đo. Người ta có thế đo hiệu áp bằng các loại sensor bán dẫn. Ngoài ra các loại đo hiệu áp Ap theo cách cơ học cũng được dùng đến. + Cân hình vành khăn: Góc quay của cân là thước đo Ap. Phân nửa trống hình vành khăn được đố đầy nước, dầu hay thủy ngân tùy theo Ap và môi trường cần đo. Buồng phía trên chất lỏng được ngăn cách bởi một vách ngăn và có hai ống thông với Pi và p2. Dưới tác dụng của sự khác biệt về áp suất giữa Pi và p2 cân quay một góc cho đến khi có sự cân bằng với mômen của đối trọng. Đối trọng được treo bên cạnh 1 lá thép đàn hồi. Để cho việc đo và hiệu chỉnh lưu lượng của hai lưu chất cùng một lúc.Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy: Phương pháp này dựa trên hiệu ứng sự phát sinh dòng xoáy khi một vật cản nằm trong lun chất. Các dòng xoáy xuất hiện tuần tự và bị dòng chảy cuốn chôi đi. Hiện tượng này đã được Leonardo da Vinci ghi nhận và Strouhal trong năm 1878 đã cổ gắng giải thích lần đầu tiên, ông đã nhận thấy rằng một sợi dây nằm trong dòng chảy có sự dung động như một dây đờn. Sự dao động này tỷ lệ với vận tốc dòng chảy và tỷ lệ nghịch với đường kính sợi dây. Theo dor von Kàmàn đã tìm thấy nguyên nhân gây ra sự dao động này. Đó là sự sinh ra và biến mất cỷa các dòng xoáy bên cạnh vật cản. Một con đường dòng xoáy hình thành phía sau vật cản khi một vật cản được đặt trong một dòng chảy, phía sau nó các dòng xoáy không liên tục được tạo ra.Các dòng xoáy này rời bỏ vật cản tuần tự và trôi đi theo dòng chảy. Phía sau vật cản hình thành con đường của dòng xoáy được đặt tên là con đường dòng xoáy Kàrmàn. Các dòng xoáy ở hai cạnh bên của vật cản có chiều xoáy ngược nhau. Như thế với sự xuất hiện của dòng xoáy, năng lượng quay bị “chuyên chở đi mất”. Cuối cùng lực tác động vào vật cản được hình thành. Dựa dưới những điều kiện cần thiết một dao động phát sinh. Các dòng xoáy mạnh mẽ sinh ra rồi lại lần lượt biến mất theo dòng chảy. Tần số sự biến mất của sòng xoáy (và cả sự xuất hiện) là một hiệu ứng đế đo lưu lượng tính bằng thể tích.Lord Rayleigh đã tìm thấy sự liên hệ giữa kích thước nhình thành vật cản, vận tốc lưu chat V và tần số biến mất của dòng xoáy tần số dòng xoáy. Sự liên hệ này được diễn tả trong trị số Strouhal:
`TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN ĐỀ TÀI: Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lưu Hà Nội, 06/2015 ĐỀ TÀI: Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lưu Bài tập lớn môn Đo lường & Cảm biến Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng hình vẽ: Giới hạn điều kiện: Chất cần bơm nước (điều kiện thường) Ống kim loại cứng, đường kính 18cm Dải đo lưu lượng (0-1500 lít/giờ) Bể chứa cao 2m Thông số cần giám sát lưu lượng nước chảy qua ống mức nước bể chứa 6. Đối tượng điều khiển Bơm Van 7. Sai số yêu cầu 2% 1. 2. 3. 4. 5. Yêu cầu: Trình bày tổng quan phương pháp đo lưu lượng chất lưu? Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? Liệt kê cảm biến có hệ thống Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống? Trình bày loại cảm biến lựa chọn ? (Nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến) 6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến tính toán, xử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến để tác động đến đối tượng điều khiển? 1. 2. 3. 4. 5. 7. Đánh giá sai số hệ thống (giớ hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phục) LỜI CẢM ƠN Trên thực tế thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác. Trong suốt thời gian học tập môn học "Đo lường cảm biến" em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy cô môn đặc biệt thầy Nguyễn Vũ Linh. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô cho chúng em tiếp cận với môn học mà theo em hữu ích sinh viên. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Linh với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập, buổi nói chuyện, thảo luận. Nếu lời hướng dẫn, dạy bảo thầy em nghĩ đề tài em khó để hoàn thiện được. Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy. Bài thu hoạch thực khoảng thời gian khoảng ngắn. Bước đầu vào thực tế kiến thức em hạn chế. Do tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện hơn. Cuối em xin chúc thầy cô giảng dạy môn "Đo lường cảm biến" đặc biệt thầy Nguyễn Vũ Linh thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau. Hà Nội, 06/2015 Nhóm sinh viên thực Nhóm CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU LƯỢNG CHẤT LƯU. Lưu lượng đơn vị đo Lưu lượng chất lưu lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang ống đơn vị thời gian. Tuỳ theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích khối lượng) người ta phân biệt: - Lưu lượng thể tích (Q) tính m3/s, m3/giờ . - Lưu lượng khối (G) tính kg/s, kg/giờ . Lưu lượng trung bình khoảng thời gian Δt = t - t1 xác định biểu thức: Trong ΔV, Δm thể tích khối lượng chất lưu chảy qua ống thời khoảng gian khảo sát. Lưu lượng tức thời xác định theo công thức: Để đo lưu lượng người ta dùng lưu lượng kế. Tuỳ thuộc vào tính chất chất lưu, yêu cầu công nghệ, người ta sử dụng lưu lượng kế khác nhau. Nguyên lý hoạt động lưu lượng kế dựa sở: - Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ khoảng thời gian xác định Δt. - Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ lưu lượng hàm vận tốc. - Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp dòng chảy, lưu lượng hàm phụ thuộc độ giảm áp. Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện nhờ chuyển đổi điện thích hợp. A. Các phương pháp đo lưu lượng 1. Phương pháp đo lưu lượng ống co. - Phương pháp đo lun lượng ống co dựa định luật liên tục phương trình lượng Bernoulli. Neu có nơi ống dẫn bị co lại, tất vị trí khác lun lượng tính tích trọng khối nhau. Với: A1: Diện tích trước vị trí co A2: Diện tích vị trí co. v1: Vận tốc trước vị trí co. v2: Vận tốc vị trí co. p1: Áp suất tĩnh trước vị trí co. p2: Áp suất tĩnh vị trí co. - Phương trình liên tục: A1.v1. ρ = A2.v2.ρ p1 + ρ ρ v = p + v 22 = const 2 Phương trình Bernoulli: Ớ nơi diện tích ống bị thu nho lại, vận tóc dòng chảy phải gia tăng. Với phương trình lượng Bernoulli, lượng dòng chảy gồm lượng (áp suất) tĩnh động (vận tócc) số. Khi vận tốc gia tăng áp suất tĩnh bị giảm đi. Sự giảm áp suất hay hiệu áp Ap thước đo cho lưu lượng Q. - ρ ( v − v12 ) ∆p = p1 - p2 = Phương trình giải theo v2 v1 tính theo v2 với phương trình (1) ta có: A 2 v 22 = (p1 − p ) + v12 = (p1 − p ) + .v 22 ρ ρ A1 A2 A1 Với tỷ lê m = số dòng chảy α= Ta viết phương trình dạng: v 22 = 2(p1 − p ) v 22 = α (1 − m ).ρ Suy − m2 . p1 − p ρ Từ ta có lưu lượng tính theo tích khối lượng sau: α Qv = A2.V2 = A2. Qm= A2.V2 .ρ= A2. . p1 − p = α.k. ∆p ρ α 2ρ. p1 − p = α.k. ∆p Như lưu lượng tỉ lệ với bậc hai hiệu áp tỷ trịng số. Ta đo lưu lượng ống co với cảm biến hiệu áp ứng dụng rộng công nghiệp. Có loại ống co định chuến tiêu biếu theo DIN 1952 là: - Blende - Ống phun - Ống phun Venturi Tiêu chuấn đế lựa chon loại co tùy thuộc vào môi trường đo, khả thiết kế, giá hao hụt áp suất. Ớ ngõ ống co có nhiều dòng xoáy làm tiêu hao lượng. Điều làm cho ta áp suất tĩnh dòng chảy trường hợp có không bị khuấy sau ống co. Sự hao hụt áp suất đo điều cần phải giữ bé tốt. * Hiệu chuấn tỷ trọng. Tỷ trọng môi trường ảnh hưởng đến phép đo lun lượng. Trong trình sản xuất, tỷ trọng môi trường đo thường không số ta cần phải ý đến. Tỷ trọng chất lỏng tùy thuộc vào nhiệt độ. Trường hợp đế hiệu chuân sai số tỷ trọng đo nhiệt độ. Trong nước bão hòa hai đại lượng áp suất nhiệt độ làm thay đổi đường biếu diễn nước bão hòa. Cả hai có ảnh hưởng lẫn nhau, cần đại lượng đủ đế hiệu chỉnh tỷ trọng. Trường hợp nước bị nung thật nóng, tỷ trọng phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất. Các đại lượng cần phải đo. Tỷ trọng định chuấn 0°c áp suất khí quyến cần xác định. Lưu lượng tính theo tỷ trọng định chuẩn này. * Sự xác phép đo. Neu diện tích cắt ngang dòng chảy tỷ trọng lun chất coi cối định, phương trình: Có hai yếu tố ảnh hưởng đến độ sác phép đo a AP. Các thông số ảnh hưởng đến trị số a tỷ lệ điện tích, vị trí nơi đo áp suất Pi p2, độ nhám ống mềm dẻo lưu chất. Hiệu áp Ap tỷ lệ bình phương với lưu lượng. Khi lượng có 30% thang đo, hiệu áp 9%. Hiệu áp thấp, sai số tương đối lớn. Với hiệu áp 9% thang đo ta có sai số tương đối lớn gấp 11 lần so với sai số cuối thang đo. Do thực phép đo với lưu lượng thấp, sai số phép đo tương đối lớn. Chỉ nên thực việc đo lưu lượng ống co từ 30% đến 100% thang đo. Người ta đo hiệu áp loại sensor bán dẫn. Ngoài loại đo hiệu áp Ap theo cách học dùng đến. + Cân hình vành khăn: Góc quay cân thước đo Ap. Phân nửa trống hình vành khăn đố đầy nước, dầu hay thủy ngân tùy theo Ap môi trường cần đo. Buồng phía chất lỏng ngăn cách vách ngăn có hai ống thông với Pi p2. Dưới tác dụng khác biệt áp suất Pi p2 cân quay góc có cân với mômen đối trọng. Đối trọng treo bên cạnh thép đàn hồi. Để cho việc đo hiệu chỉnh lưu lượng hai lưu chất lúc. 2. Phương pháp đo lưu lượng tần số dòng xoáy: Phương pháp dựa hiệu ứng phát sinh dòng xoáy vật cản nằm lun chất. Các dòng xoáy xuất bị dòng chảy chôi đi. Hiện tượng Leonardo da Vinci ghi nhận Strouhal năm 1878 cổ gắng giải thích lần đầu tiên, ông nhận thấy sợi dây nằm dòng chảy có dung động dây đờn. Sự dao động tỷ lệ với vận tốc dòng chảy tỷ lệ nghịch với đường kính sợi dây. Theo dor von Kàmàn tìm thấy nguyên nhân gây dao động này. Đó sinh biến cỷa dòng xoáy bên cạnh vật cản. Một đường dòng xoáy hình thành phía sau vật cản vật cản đặt dòng chảy, phía sau dòng xoáy không liên tục tạo ra. Các dòng xoáy rời bỏ vật cản trôi theo dòng chảy. Phía sau vật cản hình thành đường dòng xoáy đặt tên đường dòng xoáy Kàrmàn. Các dòng xoáy hai cạnh bên vật cản có chiều xoáy ngược nhau. Như với xuất dòng xoáy, lượng quay bị “chuyên chở mất”. Cuối lực tác động vào vật cản hình thành. Dựa điều kiện cần thiết dao động phát sinh. Các dòng xoáy mạnh mẽ sinh lại biến theo dòng chảy. Tần số biến sòng xoáy (và xuất hiện) hiệu ứng đế đo lưu lượng tính thể tích. Lord Rayleigh tìm thấy liên hệ kích thước nhình thành vật cản, vận tốc lưu chat V tần số biến dòng xoáy / - tần số dòng xoáy. Sự liên hệ diễn tả trị số Strouhal: S= với a - Đường kính vật cản f - Tần số dòng xoáy. v - Vận tốc dòng xoáy. Con đường dòng xoáy Kàrmàn cho tính chất vô quan trọng kỹ thuật đo lường: Khoảng cách thể tích cục dòng xoáy hai dòng xoáy sổ! Sự hình thành dòng xoáy cách xác điều kiện tiên để đo toàn thể tích cách đến thể tích cục bộ. Hệ số đếm cho chất lỏng khí giống nhau. Với điều kiện số Strouhal s không tùy thuộc vào trị số Reynold ta tính lun lượng theo tích đơn vị thời gian. Với A diện tích cắt ngang dòng chảy từ phương trình ta có: Q=.a.A.f Đe hình thành đường dòng xoáy có tính xác định cà lặp lại thực tốt vật cản phải đáp ứng đủ số điều kiện hình dạng. Hình dạng vật cản phải cấu tạo cho khoảng trị số Reynold rộng mà trị số Strouhal số. Hình dạng số vật cản Với biến suất dòng xoáy vận tốc dòng chảy hai bên vật cản đường dòng xoáy thay đối cách cục bộ. Tần số dao động vận tốc đo với nhiều phương pháp khác nhau. Nhiệt điện trở nung nóng dùng đến, gắn phía trước, vật cản hay phía sau. Sự thoát nhiệt nhiệt điện trở thay đổi theo hướng lưu chất. Người ta đo dao động áp suất với màng sọc co giãn, đo đạc dòng xoáy sóng siêu âm. Phương pháp đo lun lượng với tần số dòng xoáy kinh tế có độ tin cậy cao. Tần số dòng xoáy không bị ảnh hưởng dơ bẩn hay hư hỏng vật cản. Đường biểu diễn tuyến tính không thay đổi theo thời gian sử dụng, sai số phép đo bé. 3. Phương pháp đo lưu lượng cảm ứng điện từ. Theo định luật cảm ứng điện tù’ Faraday, dây dẫn điện phát sinh điện dịch chuyến từ trường. Điện tỷ lệ với vận tốc di chuyến dây dẫn điện cường độ từ trường. Hiệu ứng dòng phương pháp đo lun lượng chất lỏng dẫn điện có chứa ion mang điện tích. Khi ion mang điện tích q dịch chuyển với lưu chất với vận tốc V có hướng thẳng góc với tù' trường B, ion bị kéo lệch bên với lực Fm = q.v.B. Do phân bố ion ta có điện trường E phát sinh tạo lực Fc =q.E tác dụng lên ion. Với điện trường E ta có điện u đo hai điện cực nằm ống dẫn lưu chất có đường kính D. q = v.B = q.E = q. u = D.v.B Nguyên tắc đo lưu lượng hiệu ứng Mạch điện thay cảm ứng điện từ Hình 3.1 Với vận tốc V, ta có lun lượng tính theo tích điện tích mặt cắt ngang ống π.; Qv = . D2.v hay Qv = . U Như điện đo thước đo lưu lượng chất lỏng tính tích đơn vị thời gian với thứ nguyên [ m3/s ]. Trong hình 3.1 ta thấy thành phần độ dẫn điện σ. Nó đóng vai trò cho trị số điện U, nhiên lại xác định trị số điện trở Rq nguồn điện. Đó điện trở cột chất lỏng hai điện cực. Với D đường kính dẫn lưu chất, A điện tích điện cực, ta có: Rq = Với σ = 10 μS/cm (Độ dẫn điện nước sạch) D = 100 cm, A= cm2 Thì Rq= 100cm = 107Ω Máy đo lưu lượng với cảm ứng điện từ nguồn điện có điện trở lớn. Đe đo điện ta cần mạch khuyếch đại có điện trở vào lớn. • Các tính chất kỹ thuật. Máy đo lun lượng cảm ứng điện từ cho ta điện tỷ lệ với lun lượng từ trường đồng mà hình dạng dòng chảy có đối xứng xoay. Một lợi điếm phương pháp đo lun lượng cảm ứng điện tù’ mặt cắt dòng chảy không bị thu hẹp blende hay phun. Phương pháp đo thực đế đo lun lượng chất lỏng dơ bẩn, chất kem sền sệt hay với môi trường có tính ăn mòn cao acid, kiềm Từ 10 đến 100% thang đo ta có sai số phép đo nhở 1%. Cảm biến đo lưu lượng phương pháp điện từ Tóm lại, với phương pháp cảm ứng điện tù' ta có liên hệ thật tuyến tính tích đơn vị thời gian điện đo. Khoảng đo rải rộng trị số đo không bị ảnh hưởng thông số chất độ nhót, tỷ trọng, áp suất nhiệt độ. Trong ống dẫn chuân từ vài millimet đến vài met. Trong công nghiệp máy đo lun lượng với phương pháp cảm ứng điện từ dùng nơi có áp suất nhiệt độ cao nơi dễ gây cháy nố, ngập lụt . Phương pháp đo lưu lượng cảm ứng điện từ dù có đắt tiền phức tạp phương pháp khác nghiên cứu thử nghiệm chín mùi công nghiệp. Nó tỏ bền bỉ, bị hư hỏng dù phải làm việc với chất độc hại, ăn mòn cao nước thải, hóa chất . 4. Phương pháp đo lưu lượng siêu âm. a. Cảm biến nguồn phát siêu âm vật liệu áp điện. Tần số siêu âm cao tần số mà thính giác người cảm nhận được. Trong kỹ thuật tần số hữu ích siêu âm trải dài từ 16 kHz đến 10 MHz. Tần số, độ dài sóng vận tốc truyền sóng liên kết với nhau. C =ƒ. λ Hình 20.14: Công tơ khí kiểu quay Với: 1- Vỏ; 2, 4,7&8 - Cánh 3- Tang quay 5- Con lăn 6- Cam Để đo lưu lượng dòng khí người ta sử dụng công tơ khí kiểu quay. Công tơ (hình 20.14) gồm vỏ hình trụ (1), cánh (2,4,7,8), tang quay (3) cam (6). Khi cánh (4) vị trí hình vẽ , áp suất chất khí tác động lên cánh làm cho tang (3) quay. Trong trình quay cánh tiếp xúc với mặt cam (6) nhờ lăn (5). Trong vòng quay thể tích chất khí thể tích vành chất khí vỏ tang. Chuyển động quay tang truyền đến cấu đếm đặt bên vỏ công tơ. Công tơ khí kiểu quay đo lưu lượng đến 100 - 300 m 3/giờ, cấp xác 0,25; 0,5. Hình 20.15: Trình bày sơ đồ cấu tạo công tơ tốc độ tuabin hướng trục. Bộ phận công tơ tuabin hướng trục nhỏ (2) đặt theo chiều chuyển động dòng chảy. Trước tuabin có đặt chỉnh dòng chảy (1) để san phẳng dòng rối loại bỏ xoáy. Chuyển động quay tuabin qua bánh - trục vít (3) truyền tới thiết bị đếm (4). Hình 20.15: Sơ đồ cấu tạo công tơ tốc độ tuabin hướng trục 1) Bộ chỉnh dòng chảy 2) Tuabin 3) Bộ truyền bánh răng-trục vít 4) Thiết bị đếm Tốc độ quay công tơ tỉ lệ với tốc độ dòng chảy: n=k.W Trong đó: k - hệ số tỉ lệ phụ thuộc cấu tạo công tơ. W- tốc độ dòng chảy. Lưu lượng thể tích chất lưu chảy qua công tơ: Q=W.F=.n Với: F - tiết diện dòng chảy. n - tốc độ quay tuabin (số vòng quay giây). Nếu dùng cấu đếm để đếm tổng số vòng quay công tơ khoảng thời gian từ t1 đến t2 nhận thể tích chất lỏng chảy qua công tơ: Hay: Với Công tơ tốc độ tuabin hướng trục với đường kính tuabin từ 50 - 300 mm có phạm vi đo từ 50 - 300 m3/giờ, cấp xác 1; 1,5; 2. Để đo lưu lượng nhỏ người ta dùng công tơ tốc độ kiểu tiếp tuyến có sơ đồ cấu tạo hình 20.16. Tuabin công tơ (1) đặt trục quay vuông góc với dòng chảy. Chất lưu qua màng lọc (2) qua ống dẫn (3) vào công tơ theo hướng tiếp tuyến với tuabin làm quay tuabin. Cơ cấu đếm liên kết với trục tuabin để đưa tín hiệu đến mạch đo. Hình 20.16: Công tơ tốc độ kiểu tuabin tiếp tuyến 1) Tuabin 2) Màng lọc 3) ống dẫn Công tơ kiểu tiếp tuyến với đường kính tuabin từ 15 - 40 mm có phạm vi đo từ 3-20m3/giờ, cấp xác 2; 3. 1. Lưu lượng kế màng chắn * Nguyên lý đo Các cảm biến loại hoạt động dựa nguyên tắc đo độ giảm áp suất dòng chảy qua màng ngăn có lỗ thu hẹp. Trên hình 20.17 trình bày sơ đồ nguyên lý đo lưu lượng dùng màng ngăn tiêu chuẩn. Khi chảy qua lỗ thu hẹp màng ngăn, vận tốc chất lưu tăng lên đạt cực đại (W2) tiết diện B-B, tạo chênh áp trước sau lỗ thu hẹp. Sử dụng áp kế vi sai đo độ chênh áp xác định lưu lượng dòng chảy. Giả sử chất lỏng không bị nén, dòng chảy liên tục, vận tốc cực đại dòng chảy tiết diện B-B xác định theo biểu thức: = Trong đó: p1’, p2’ - áp suất tĩnh tiết diện Aưa B-B. ρ - tỉ trọng chất lưu. ξ - hệ số tổn thất thuỷ lực. m - tỉ số thu hẹp màng ngăn, m = F0/F1. μ - hệ số thu hẹp dòng chảy, μ = F2 /F0 . Hình 20.17: Phân bố vân tốc áp suất dòng chảy lý tưởng qua lỗ thu hẹp Thường người ta không đo độ giảm áp Δp’ = p’ - p’2 tiết diện Aưa B-B, mà đo độ giảm áp Δp = p - p2 trước sau lỗ thu hẹp. Quan hệ Δp’ Δp có dạng: Khi đó: = lưu lượng khối lượng chất lưu: G=W2F2 ρ= W2μF0ρ= Hay: G=αF0 Với: α= gọi hệ số lưu lượng Từ biểu thức F = πd2/4, ta nhận công thức xác định lưu lượng khối (G) lưu lượng thể tích (Q) dòng chất lưu: G= α Q= α Trong trường hợp môi trường chất lưu chịu nén, áp suất giảm, chất lưu giản nở, làm tăng tốc độ dòng chảy so với không chịu nén, phải đưa thêm vào hệ số hiệu chỉnh ε (ε < 1), phương trình có dạng: G=cα Q= cα đây: c=( số ρ - tỉ trọng chất lưu cửa vào lỗ thu hẹp. Đối với dòng chất lưu có trị số Reynol nhỏ giá trị tới hạn, đo dùng màng ngăn lỗ thu hẹp tiêu chuẩn hệ số lưu lượng số. Trong trường hợp này, người ta dùng màng ngăn có lỗ thu hẹp đặc biệt màng ngăn có lỗ côn (hình 10.18a), giclơ hình trụ (hình 20.18b), giclơ cong (hình 20.18c) . Trên sở thực nghiệm người ta xác định hệ số lưu lượng cho lỗ thu hẹp xem không đổi phạm vi số Reynol giới hạn. Hình 20.18: Cấu tạo màng ngăn lỗ thu hẹp đặc biệt dùng để đo lưu lượng dòng chảy chất lưu có số Reynol nhỏ 3. Lưu lượng kế điện từ Cảm biến lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday dùng để đo dòng chảy chất lỏng có tính dẫn điện. Hai cuộn dây điện từ để tạo từ trường (B) đủ mạnh cắt ngang mặt ống dẫn chất lỏng (hình 2). Theo định luật Faraday, chất lỏng chảy qua đường ống sinh điện áp cảm ứng. Điện áp lấy hai điện cực đặt ngang đường ống. Tốc độ dòng chảy tỷ lệ trực tiếp với biên độ điện áp cảm ứng đo được. Cuộn dây tạo từ trường B kích hoạt nguồn AC DC. Khi kích hoạt nguồn AC - 50Hz, cuộn dây kích thích tín hiệu xoay chiều. Điều có thuận lợi dòng tiêu thụ nhỏ so với việc kích hoạt nguồn DC. Tuy nhiên phương pháp kích hoạt nguồn AC nhạy cảm với nhiễu. Do đó, gây sai số tín hiệu đo. Hơn nữa, trôi lệch điểm “không” thường vấn đề lớn hệ đo cấp nguồn AC chỉnh được. Bởi vậy, phương pháp kích hoạt nguồn xung DC cho cuộn dây từ trường giải pháp mang lại hiệu cao. Nó giúp giảm dòng tiêu thụ giảm nhẹ vấn đề bất lợi gặp phải với nguồn AC. Hình 4: Cảm biến lưu lượng điện từ: điến áp cảm ứng E=KDBv, B - từ trường, D - chiều dài chất dẫn điện (khoảng cách điện cực đo điện áp cảm ứng), v - vận tốc dòng chảy, K - hệ số. Đối với hệ thống lắp đặt cảm biến lưu lượng điện từ cần lưu ý đến điểm sau: - đo chất lỏng có khả dẫn điện; - chọn lựa điện cực thay đổi tùy thuộc vào độ dẫn điện, cấu tạo đường ống cách lắp đặt; - tổn hao hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dải đo lưu lượng thấp; - độ xác cao, sai số ±1% dải thị lưu lượng; b. Một số loại cảm biến đo mức chất lưu Mục đích phương pháp đo Mục đích việc đo phất mức chất lưu xác định mức độ khối lượng chất lưu bình chứa. Có hai dạng đo: đo liên tục xác định theo ngưỡng. Khi đo liên tục biên độ tần số tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu lại bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin tình trạng mức ngưỡng có đạt hay không. Có ba phương pháp hay dùng kỹ thuật đo phát mức chất lưu: - Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện. - Phương pháp điện dựa tính chất điện chất lưu. - Phương pháp xạ dựa tương tác xạ chất lưu. 1. Phương pháp thủy tĩnh Phương pháp thuỷ tĩnh dùng để đo mức chất lưu bình chứa. Trên hình 20.20 giới thiệu số sơ đồ đo mức phương pháp thuỷ tĩnh. Hình 20.20: Sơ đồ đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh a) Dùng phao cầu b) Dùng phao trụ c) Dùng cảm biến áp suất vi sai Trong sơ đồ hình 20.20a, phao (1) mặt chất lưu nối với đối trọng (5) dây mềm (2) qua ròng rọc (3), (4). Khi mức chất lưu thay đổi, phao (1) nâng lên hạ xuống làm quay ròng rọc (4), cảm biến vị trí gắn với trục quay ròng rọc cho tín hiệu tỉ lệ với mức chất lưu. Trong sơ đồ hình 20.20b, phao hình trụ (1) nhúng chìm chất lưu, phía treo cảm biến đo lực (2). Trong trình đo, cảm biến chịu tác động lực F tỉ lệ với chiều cao chất lưu: F = P - ρgSh Trong đó: P - trọng lượng phao. h - chiều cao phần ngập chất lưu phao. S - tiết diện mặt cắt ngang phao. ρ - khối lượng riêng chất lưu. g - gia tốc trọng trường. Trên sơ đồ hình 20.20c, sử dụng cảm biến áp suất vi sai dạng màng (1) đặt sát đáy bình chứa. Một mặt màng cảm biến chịu áp suất chất lưu gây ra: p = p0 + pgh Mặt khác màng cảm biến chịu tác động áp suất p áp suất đỉnh bình chứa. Chênh lệch áp suất p - p sinh lực tác dụng lên màng cảm biến làm biến dạng. Biến dạng màng tỉ lệ với chiều cao h chất lưu bình chứa chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ biến đổi điện thích hợp. Phương pháp điện Các cảm biến đo mức phương pháp điện hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính chất điện chất lưu. Các cảm biến thường dùng cảm biến dộ dẫn cảm biến điện dung. Phương pháp xạ Cảm biến xạ cho phép đo mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môi trường đo, ưu điểm thích hợp đo mức điều kiện môi trường đo có nhiệt độ, áp suất cao môi trường có tính ăn mòn mạnh. Trong phương pháp cảm biến gồm nguồn phát tia (1) thu (2) đặt hai phía bình chứa. Nguồn phát thường nguồn xạ tia γ (nguồn 60Co 137Cs), thu buồng ion hoá. Ở chế độ phát mức ngưỡng (hình 20.21a), nguồn phát thu đặt đối diện vị trí ngang mức ngưỡng cần phát hiện, chùm tia nguồn phát mảnh gần song song. Tuỳ thuộc vào mức chất lưu (3) cao hay thấp mức ngưỡng mà chùm tia đến thu bị suy giảm không, thu phát tín hiệu tương ứng với trạng thái so với mức ngưỡng. Ở chế độ đo mức liên tục (hình 20.21b), nguồn phát (1) phát chùm tia với góc mở rộng quét lên toàn chiều cao mức chất lưu cần kiểm tra thu. Hình 20.21: Cảm biến đo mức tia xạ a) Cảm biến phát ngưỡng b) Cảm biến đo mức liên tục 1) Nguồn phát tia xạ 2) Bộ thu 3) Chất lưu Khi mức chất lưu (3) tăng hấp thụ chất lưu tăng, chùm tia đến thu (2) bị suy giảm, tín hiệu từ thu giảm theo. Mức độ suy giảm chùm tia xạ tỉ lệ với mức chất lưu bình chứa 2. Cảm biến độ dẫn Các cảm biến loại dùng để đo mức chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~ 50μScm-1). Trên hình 20.22 giới thiệu số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng. Hình 20.22: Cảm biến độ dẫn a) Cảm biến hai điện cực b) Cảm biến điện cực c) Cảm biến phát mức Sơ đồ cảm biến hình 20.22a gồm hai điện cực hình trụ nhúng chất lỏng dẫn điện. Trong chế độ đo liên tục, điện cực nối với nguồn nuôi xoay chiều ~ 10V (để tránh tượng phân cực điện cực). Dòng điện chạy qua điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài phần điện cực nhúng chìm chất lỏng. Sơ đồ cảm biến hình 20.22b sử dụng điện cực, điện cực thứ hai bình chứa kim loại. Sơ đồ cảm biến hình 20.22c dùng để phát ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực lại nối với thành bình kim loại,vị trí điện cực ngắn ứng với mức ngưỡng. Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện mạch thay đổi mạnh biên độ. 3. Cảm biến tụ điện Khi chất lỏng chất cách điện, tạo tụ điện hai điện cực hình trụ nhúng chất lỏng điện cực kết hợp với điện cực thứ hai thành bình chứa thành bình làm kim loại. Chất điện môi hai điện cực chất lỏng phần điện cực bị ngập không khí phần chất lỏng. Việc đo mức chất lưu chuyển thành đo điện dung tụ điện, điện dung thay đổi theo mức chất lỏng bình chứa. Điều kiện để áp dụng phương pháp số điện môi chất lỏng phải lớn đáng kể số điện môi không khí (thường gấp đôi). Trong trường hợp chất lưu chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng điện cực kim loại bên có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai. CHƯƠNG IV: LỰA CHỌN, THIẾT KẾ LẮP ĐẶT CẢM BIẾN CHO HỆ THỐNG. A. Cơ sở lý thuyết. Lựa chọn cảm biến lưu lượng Việc lựa chọn dụng cụ không thích hợp giải thích đến 90% vấn đề thường mắc phải với máy đo lưu lượng. Yêu cầu quan trọng việc lựa chọn mợt cảm biến hiểu biết cách xác mà dụng cụ phải thực hiện. Dưới câu hỏi quan trọng cần phải đặt suốt trình lựa chọn cảm biến: - - - Có phải phép đo áp dụng để điều khiển trình công nghệ mà mối quan tâm chủ yếu khả lặp lại repeatability, nhằm lí giải accounting khảo sát chuyền chuyển custody transfer, mà độ xác cao quan trọng? Chỉ thị kết chỗ hay liệu có cần tín hiệu từ xa remote không? Nếu đòi hỏi phải có đầu từ xa phải tín hiệu tỷ lệ tín hiệu đong mở tiếp điểm để kích hoạt ngưng dụng cụ khác? Chất lỏng cần đo chất sạch, chất dẻo dinhsm sền sệt, chất hồ cement, bùn phân bón dạng sệt? Chất lingr cần đo liệu có dẫn điện? Đặc tính trọng lượng hay mật độ đặc trưng chất lỏng cần đo gì? Phạm vi (độ lớn) lưu lượng liên quan đến ứng dụng nào? Nhiệt độ áp suất vận hành trình nào? Liệu có phải tính đến số độ xác, phạm vi độ lớn, độ tuyến tính , tính lặp lại, yêu cầu đường ống dẫn? Lựa chọn cảm biến mức. Khi lựa chọn phương pháp cho ứng dụng cụ thể đó, phải yws dến nhiều yếu tố giá thành ban đầu. Nhưng yếu ố quan trọng ứng dụng đo mức mà nhà sản xuất cảm biến cần thiết là: - Tên đặc trưng vật liệu cần đo, liệu có phải chất rắn hay lỏng,dạng sệt, dạng bột hay dạng hạt. Hằng số điện môi k đặc tính quan trọng đặc biệt, mật độ, độ nhớt, độ dẫn nhiệt, tính tuong thích (dầu mỡ, nước…) Thông tin trình, áp suất nhiệt độ, mức dộ chảy rối, vật liệu bể bình chứa. - Những yêu càu công suất - Ứng dụng chủ yếu bình chứa có chứa vật liệu cần đo, (tích trữ, tách lọc nước, hầm chứa, …), kích cỡ, hình dạng nó, vị trí vật ngăn (nếu có). B. Lựa chọn cảm biến. 1. Tính chọn cảm biến lưu lượng điện từ - Với chất lưu nước, ống kim loại cứng đường kính 18cm Nhóm lựa chọn sử dụng cảm biến FDT-81(hình 2.7) cho phép hiển thị trực tiếp lưu lượng chất lỏng qua đường ống vào bể hình cảm biến. Sử dụng cảm biến đo lưu lượng chất lỏng loại giá thành đắt dòng chảy cần điền đầy ống, không đo loại chất lỏng có tính dẫn diện ăn mòn hóa học ,cảm biến loại thường lắp đặt bên đường ống dẫn chất lỏng nên dễ bảo trì .Tuy nhiên sử dụng cảm ứng loại cho kết đo xác với sai số không lớn, điểm bật cảm biến siêu âm kết phép đo độc lập với hình dạng dòng chảy thành phần lắp đặt ống, không làm giảm áp lực dòng chảy qua van . Dưới số thông số kỹ thuật cảm biến FDT-81. • Nhiệt độ làm việc: 200c -800c • Đơn vị đo • Dải đo • Đường kính ống từ 100 đến 1000 mm • Đầu • Tiêu chuẩn Vật liệu cảm biến: CPVC, Ultem ® Nylon • Màn hình hiển thị: 128×64 điểm đồ họa LED,LCD • Sai số : m3 , lít : 1500 lít/h = 0,42 lít/s : Analog 4-20mA, tối đa mô- đun : ± 0,5% Hình 2.7:Cảm biến FDT-81 Ta lập sơ đồ khối mô tả quy trình tính toán sử lý số liệu vào cảm biến sau: Sóng siêu âm phát Start Khối thu sóng Khối tạo xung đếm Stop Khối đếm Hiển thị Với sơ đồ khối ta thấy tín hiệu đầu vào sóng siêu âm phát sóng siêu âm thu từ thiết bị sóng siêu âm lắp dọc theo thành ống, dựa vào chênh lệch thời gian sóng siêu âm xuôi dòng sóng siêu âm ngược dòng ta đo lưu lượng thể tích qua ống theo biểu thức thức: Q=K(t1-t2)/(t1t2) Trong đó: - t1 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy xuôi dòng t2 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy ngược dòng K - số, phụ thuộc chiều dài đường âm thanh, tỉ số trục đường tâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang. Để phép đo xác, ta phải đưa vào hệ thống thu phát sóng siêu âm sóng siêu âm với tần số f1=0,5-10MHz vào chất lỏng với vận tốc v. Ta sử dụng đếm xung để đo tần số sóng siêu âm phát thu thực bước tính toán để tính số xung thu từ thu phát sóng.Ta đưa phép đo đo tần số để thực tính toán. Từ số xung mà đếm xung đếm ta hoàn toàn tính độ chênh lệch thời gian giũa sóng siêu âm xuôi dòng sóng siêu âm ngược dòng từ tính lưu lượng thể tích qua ống Q Bộ đếm xung hoạt động nguyên lý đếm số xung N tương ứng với số chu kỳ tần số cần đo fx khoảng thời gian gọi thời gian Tdo Như sai số phép đo chủ yếu độ không ổn định tần số máy phát âm chuẩn f .còn đo tần số thấp sai số chủ yếu sai số lượng tử. B. Cảm biến mức chất lỏng bể chứa Các hệ thống bồn bể thực tế công nghiệp: cần giám sát liên tục mức chất lỏng đó, thường nhà thiết kế sử dụng cảm biến điện cực để đo mức chất lỏng. Trong trường hợp ta sử dụng phương pháp thuỷ tĩnh cụ thể sử dụng cảm biến vi sai dạng màng đặt sát đáy bể chứa. Cảm biến vi sai dạng màng chế tạo theo phương pháp cổ điển nên giá thành không đắt, độ xác không cao trình vận hành màng cảm biến phải tiếp súc trực tiếp với chất lỏng gây nên sai số trình đo.Việc bảo trì cảm biến loại gặp nhiều khó khăn cảm biến phải đặt vào bể lắp đặt trước có chất lỏng chảy vào bể chứa. Cảm biến áp suất vi sai Một mặt màng (1) chịu áp suất chất lưu gây : p= P0-ρgh : g- gia tốc trọng trường chất h- chiều cao mực chất lỏng(h=2m chiều cao bể chứa lỏng) ρ- khối lượng riêng chất lưu Mặt lại chịu tác động áp suất p0 áp suất đỉnh bình chứa .Độ chênh lệch áp suất p-p0 sinh lực tác dụng lên màng cảm biến làm biến dạng .Biến dang màng tỉ lệ với chiều cao h chất lưu bể chứa ,được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ biến đổi điện. Những tín hiệu điện truyền tới từ biến đổi điện tín hiệu kích hoạt đưa vào khối tạo xung đếm, xung đếm tới khối đếm Up/Down đưa khối hiển thị dạng tín hiệu điện Analog 4-20mA tần số f=50Hz. Bất kỳ bồn bể công nghiệp chứa chất lỏng phải có cảm biến mức cận trên/dưới (đầy-H; đầy-HH; cạn-L; cạn-LL) để tạo tín hiệu: khởi động, dừng bình thường, dừng khẩn cấp,… cho hệ thống bơm van. Thông thường, cảm biến dùng loại đơn giản kiểu công tắc. Việc dùng cảm biến mức nêu tùy theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể hệ thống. Thời gian cho việc bơm đầy bồn bể (từ mức “L” đến mức “H”) tháo cạn bồn bể theo công suất bơm (lưu lượng) Van điện hoàn toàn đo đếm được. Dựa yếu tố nêu, hoàn toàn lập trình, tạo “Tags” để thực việc hiển thị tức thời mức chất lỏng bồn bể theo cấu trúc hình 2.11 . Tín hiệu kích hoạt Tín hiệu dừng Tín hiệu kích hoạt Khối tạo xung đếm Up Khối tạo xung đếm Down Khối đếm Up/Down Tín hiệu bắt đấu Hiển thị kết đo Hình 2.11: Tag hiển thị mức chất lỏng bể chứa Trong đó: - Tín hiệu kích hoạt, nên sử dụng “Cờ” có liên quan đến Khởi động động bơm liên quan đến Mở van; - Tín hiệu dừng, nên sử dụng “Cờ” có liên quan đến đóng-cắt cặp tiếp điểm cảm biến mức. Có thể tùy chọn mức Cao (H), Cao (HH), Thấp (L) Thấp (LL) theo yêu cầu cụ thể thực tế; - Khối tạo xung đếm lên (Up) khối tạo xung đếm xuống (Down) tạo chương trình Điều khiển . Chu kỳ xung tính trình lập trình dựa thể tích bồn bể,lưu lượng chất lỏng đưa vào đưa . . Mục lục: [...]... tùy thuộc vào độ dẫn điện, cấu tạo đường ống và cách lắp đặt; - không có tổn hao trong hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dải đo lưu lượng thấp; - độ chính xác cao, sai số ±1% dải chỉ thị lưu lượng; b Một số loại cảm biến đo mức chất lưu Mục đích và phương pháp đo Mục đích việc đo và phất hiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc khối lượng chất lưu trong bình chứa Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định... Quan hệ giữa Δp’ và Δp có dạng: Khi đó: = và lưu lượng khối lượng của chất lưu: G=W2F2 ρ= W2μF0ρ= Hay: G=αF0 Với: α= gọi là hệ số lưu lượng Từ các biểu thức trên và F 0 = πd2/4, ta nhận được công thức xác định lưu lượng khối (G) và lưu lượng thể tích (Q) của dòng chất lưu: G= α Q= α Trong trường hợp môi trường chất lưu chịu nén, thì khi áp suất giảm, chất lưu giản nở, làm tăng tốc độ dòng chảy so với... biến mức sẽ xác định và truyền tín hiệu về hệ thống để đóng van Mức nước quá đầy cảm biến mức sẽ xác định và truyền tín hiệu về hệ thống để ngắt điện máy bơm CHƯƠNG III: LIỆT KÊ CÁC CẢM BIẾN, PHƯƠNG ÁN CHỌN CẢM BIẾN TRONG HỆ THỐNG A Liệt kê các cảm biến trong hệ thống Hệ thống bao gồm 2 cảm biến: cảm biến lưu lượng và cảm biến mức Cảm biến lưu lượng: Vị trí: Vị trí đặt cảm biến lưu lượng là ở trên đường... bơm vào bể chứa Nhiệm vụ: Cảm biến lưu lượng này là để đo thể tích nước đã chảy qua ống dẫn trong một khoảng thời gian Cảm biến mức: - Vị trí: Đặt ở vị trí bể chứa Nhiệm vụ: Đo mức nước có trong bể, xử lý và truyền tín hiệu để điều khiển động cơ đóng hoặc mở B Các phương án chọn cảm biến trong hệ thống a Một số loại cảm biến đo lưu lượng chất lưu Công tơ thể tích Công tơ thể tích đo thể tích chất lưu. .. Trên cơ sở thực nghiệm người ta xác định hệ số lưu lượng cho mỗi lỗ thu hẹp và xem như không đổi trong phạm vi số Reynol giới hạn Hình 20.18: Cấu tạo màng ngăn lỗ thu hẹp đặc biệt dùng để đo lưu lượng dòng chảy chất lưu có số Reynol nhỏ 3 Lưu lượng kế điện từ Cảm biến lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday và được dùng để đo dòng chảy của chất lỏng có tính dẫn điện Hai cuộn dây... quả cao Nó giúp giảm dòng tiêu thụ và giảm nhẹ các vấn đề bất lợi gặp phải với nguồn AC Hình 4: Cảm biến lưu lượng điện từ: điến áp cảm ứng E=KDBv, B - từ trường, D - chiều dài chất dẫn điện (khoảng cách 2 điện cực đo điện áp cảm ứng), v - vận tốc dòng chảy, K - hệ số Đối với hệ thống lắp đặt cảm biến lưu lượng điện từ cần lưu ý đến các điểm sau: - chỉ có thể đo chất lỏng có khả năng dẫn điện; - sự... thị trực tiếp lưu lượng chất lỏng qua đường ống vào bể trên màn hình của cảm biến Sử dụng cảm biến đo lưu lượng chất lỏng loại này giá thành đắt và dòng chảy cần được điền đầy ống, không đo được loại chất lỏng có tính dẫn diện và ăn mòn hóa học ,cảm biến loại này thường được lắp đặt bên ngoài đường ống dẫn chất lỏng nên rất dễ bảo trì Tuy nhiên khi sử dụng cảm ứng loại này cho kết quả đo chính xác với... trục và đường tâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang Để phép đo được chính xác, ta phải đưa vào trong hệ thống thu và phát sóng siêu âm một sóng siêu âm với tần số f1=0,5-10MHz vào trong chất lỏng với vận tốc v Ta có thể sử dụng một bộ đếm xung để đo tần số sóng siêu âm phát ra và thu về và thực hiện các bước tính toán để tính được số xung thu được từ bộ thu và phát sóng.Ta sẽ đưa phép đo về đo tần... đong mở tiếp điểm để kích hoạt hoặc ngưng dụng cụ khác? Chất lỏng cần đo là chất sạch, chất dẻo dinhsm sền sệt, hay là chất hồ cement, bùn hoặc phân bón dạng sệt? Chất lingr cần đo liệu có dẫn điện? Đặc tính trọng lượng hay mật độ đặc trưng của chất lỏng cần đo là gì? Phạm vi (độ lớn) của lưu lượng liên quan đến ứng dụng này là thế nào? Nhiệt độ và áp suất vận hành của quá trình như thế nào? Liệu có... đó: qV - thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với một vòng quay N1, N2 - tổng số vòng quay của công tơ tại thời điểm t1 và t2 Thông thường thể tích chất lưu chảy qua công tơ được biểu diễn dưới dạng: qc - hệ số công tơ (thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với một đơn vị chỉ thị trên công tơ) Nc1, Nc2 - số trên chỉ thị công tơ tại thời điểm t1 và t2 Lưu lượng trung bình: Lưu lượng tức thời: Với: . mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau. Hà Nội, 06/2015 Nhóm sinh viên thực hiện Nhóm 4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU LƯỢNG CHẤT LƯU. Lưu lượng và đơn vị. nhiệt độ của môi trường. Ở nhiệt độ bình thường sóng siêu âm lan truyền với vận tốc 344 m/s trong không khí và 148 3 m/s trong nước. Như thế với sóng siêu âm 100 kHz có độ dài sóng là 15 mm trong. Hình 20. 14: Công tơ khí kiểu quay Với: 1- Vỏ; 2, 4, 7&8 - Cánh 3- Tang quay 5- Con lăn 6- Cam Để đo lưu lượng dòng khí người ta sử dụng công tơ khí kiểu quay. Công tơ (hình 20. 14) gồm vỏ