Cảm biến đo lưu lượng

Cảm biến đo lưu lượng Cảm biến đo lưu lượng Bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên 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 = t2 - t1 xác định biểu thức: (20.27) 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: (20.28) 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 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 1/10 Cảm biến đo lưu lượng - 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 Một số loại cảm biến đo lưu lượng Công tơ thể tích Công tơ thể tích đo thể tích chất lưu chảy qua công tơ đếm trực tiếp lượng thể tích qua buồng chứa tích xác định công tơ Sơ đồ nguyên lý công tơ thể tích kiểu bánh hình ôvan trình bày hình 20.13 Công tơ gồm hai bánh hình ôvan (1) (2) truyền động ăn khớp với (hình 20.13a) Dưới tác động dòng chất lỏng, bánh (2) quay truyền chuyển động tới bánh (1) (hình 20.13b) lúc bánh (2) vị trí thẳng đứng, bánh (1) nằm ngang Chất lỏng thể tích V1 đẩy sang cửa Sau bánh (1) quay trình tương tự lặp lại, thể tích chất lỏng buồng V2 đẩy sang cửa Trong vòng quay côngtơ thể tích chất lỏng qua công tơ bốn lần thể tích V0 (bằng V1 V2) Trục hai bánh liên kết với cấu đếm đặt côngtơ Hình 20.13: Sơ đồ nguyên lý công tơ thể tích Thể tích chất lưu chảy qua côngtơ thời gian Δt = t2 - t1 tỉ lệ với số vòng quay xác định công thức: (20.29) Trong đó: qV - thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với vòng quay 2/10 Cảm biến đo lưu lượng N1, N2 - tổng số vòng quay công tơ thời điểm t1 t2 Thông thường thể tích chất lưu chảy qua công tơ biểu diễn dạng: (20.30) qc - hệ số công tơ (thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với đơn vị thị công tơ) Nc1, Nc2 - số thị công tơ thời điểm t1 t2 Lưu lượng trung bình: (20.31) Lưu lượng tức thời: (20.32) Với tốc độ quay trục công tơ Để đếm số vòng quay chuyển thành tín hiệu điện người ta dùng ba cách đây: - Dùng nam châm nhỏ gắn trục quay của công tơ, nam châm qua cuộn dây đặt cố định tạo xung điện Đếm số xung điện theo thời gian tính tốc độ quay trục công tơ - Dùng tốc độ kế quang - Dùng mạch đo thích hợp để đo tần số điện áp 3/10 Cảm biến đo lưu lượng Giới hạn đo công tơ loại từ 0,01 - 250 m3/giờ, độ xác cao ±(0,5 - 1)%, tổn thất áp suất nhỏ có nhược điểm chất lỏng đo phải lọc tốt gây ồn làm việc Hình 20.14: Công tơ khí kiểu quay 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 m3/giờ, cấp xác 0,25; 0,5 b Công tơ tốc độ 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) 4/10 Cảm biến đo lưu lượng 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: 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: (20.33) 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: 5/10 Cảm biến đo lưu lượng Hay: (20.34) 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; 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 - 20 m3/giờ, cấp xác 2; Lưu lượng kế màng chắn * Nguyên lý đo 6/10 Cảm biến đo lưu lượng 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 7/10 Cảm biến đo lưu lượng dòng chảy lý tưởng qua lỗ thu hẹp Thường người ta không đo độ giảm áp Δp’ = p’1 - p’2 tiết diện Aưa B-B, mà đo độ giảm áp Δp = p1 - p2 trước sau lỗ thu hẹp Quan hệ Δp’ Δp có dạng: Khi đó: lưu lượng khối lượng chất lưu: Hay: (20.35) Với gọi hệ số lưu lượng Từ biểu thức F0 = πd2/4, ta nhận công thức xác định lưu lượng khối (G) lưu lượng thể tích (Q) dòng chất lưu: (20.36) 8/10 Cảm biến đo lưu lượng (20.37) 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: (20.38) (20.39) đây: 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 * Sơ đồ hệ thống đo 9/10 Cảm biến đo lưu lượng Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, người ta sử dụng hệ thống đo thích hợp Trên hình 20.19 trình bày sơ đồ khối số hệ thống đo dùng màng chắn Hình 20.19: Sơ đồ hệ thống đo lưu lượng dùng màng ngăn 1) Màng ngăn 2) Lưu lượng kế vi sai 3) Bộ biến đổi độ giảm áp 4) Dụng cụ đo thứ cấp5) Bộ tích phân lưu lượng 6) Dụng cụ tính khối lượng chất lưu 7) Thiết bị tính toán 8) Biến đổi tỉ trọng chất lưu điều kiện làm việc 9) Bộ biến đổi nhiệt độ 10) Bộ biến đổi áp suất 11) Bộ biến đổi tỉ trọng điều kiện định mức 12) Bộ biến đổi tỉ trọng chất lưu 20 o C 10/10 ... tuabin từ 15 - 40 mm có phạm vi đo từ - 20 m3/giờ, cấp xác 2; Lưu lượng kế màng chắn * Nguyên lý đo 6/10 Cảm biến đo lưu lượng Các cảm biến loại hoạt động dựa nguyên tắc đo độ giảm áp suất dòng chảy... (20.35) Với gọi hệ số lưu lượng Từ biểu thức F0 = πd2/4, ta nhận công thức xác định lưu lượng khối (G) lưu lượng thể tích (Q) dòng chất lưu: (20.36) 8/10 Cảm biến đo lưu lượng (20.37) Trong trường.. .Cảm biến đo lưu lượng - 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