1. Mức: là chiều cao điền đầy của chất lỏng hoặc bột trong bình chứa hoặc thùng chứa. Đo vị trí bề mặt vật liệu so với mặt phẳng tham chiếu (thường là đáy bình). 2. Hai dạng đo: - Đo liên tục (level indication) - Phát hiện theo ngưỡng (level switch) 3. Ba nhóm phương pháp: - Nhóm phương pháp đo mức dựa trên ảnh hưởng của khối lượng riêng (Measurements Using the Effects of Density) - Nhóm phương pháp đo mức dựa trên đo thời gian lan truyền sóng (Time-of-Flight Measurements) - Nhóm phương pháp đo mức dựa trên tính chất vật lý của môi trường (Level Measurements by Detecting Physical Properties) 4. Ứng dụng: - Trong công nghiệp hóa dầu, thực phẩm, dược phẩm, công nghệ thực phẩm, đo mức trong các thùng chứa di động trên phương tiện giao thông, tàu thủy. Đo mức của hồ, đập, đại dương … - Chiều cao của các bể chứa thường trong khoảng từ 0,5 đến 40m.
Level Measurement Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Basic definitions Mức: chiều cao điền đầy chất lỏng bột bình chứa thùng chứa Đo vị trí bề mặt vật liệu so với mặt phẳng tham chiếu (thường đáy bình) Hai dạng đo: - Đo liên tục (level indication) Phát theo ngưỡng (level switch) Ba nhóm phương pháp: - Nhóm phương pháp đo mức dựa ảnh hưởng khối lượng riêng (Measurements Using the Effects of Density) Nhóm phương pháp đo mức dựa đo thời gian lan truyền sóng (Time-of-Flight Measurements) Nhóm phương pháp đo mức dựa tính chất vật lý môi trường (Level Measurements by Detecting Physical Properties) Ứng dụng: - Trong công nghiệp hóa dầu, thực phẩm, dược phẩm, công nghệ thực phẩm, đo mức thùng chứa di động phương tiện giao thông, tàu thủy Đo mức hồ, đập, đại dương … Chiều cao bể chứa thường khoảng từ 0,5 đến 40m Installation Tất hệ thống đo liên tục sử dụng phát ngưỡng lập trình Bình chứa điển hình với vật liệu dạng lỏng rắn Sensor đo mức gá: - Ở đáy bình, tiếp xúc với vật liệu - Ở đỉnh bình chứa, không tiếp xúc - Ngập bình chứa - Đặt thành bình đề phát ngưỡng Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Gauge glass Ống đong: Đây biện pháp đơn giản để đo trực tiếp mức chất lỏng Người ta sử dụng ống suốt nối với đáy đỉnh bình chứa Chiều cao cột chất lỏng ống mức chất bình a Sử dụng với bình hở nhiệt độ áp suất môi trường b Sử dụng với bình kín có áp suất cao chứa phần Ống đong thủy tinh plastic dùng cho ứng dụng với áp suất lên tới 450 psig (pounds per square inch) nhiệt độ 4000F Để sử dụng phương pháp ứng dụng nhiệt độ áp suất cao sử dụng ống đong với vỏ kim loại lớp kính dày để quan sát mức chất lỏng Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Ống đong phản xạ (reflex gauge glass): Sử dụng tượng khúc xạ phản xạ toàn phần tia sáng qua hai môi trường khác chiết suất Ống đong loại khúc xạ (refraction type) Rất hữu ích sử dụng môi trường thiếu ánh sáng Nguồn sáng thường gắn kèm với ống đong Nguyên lý hoạt động dựa tượng khúc xạ ánh sáng tia sáng truyền qua môi trường suốt Tia sáng bị khúc xạ với góc khúc xạ lớn phần chứa chất lỏng ống đong, góc khúc xạ bé phần chứa chất khí Ở phần không khí phía mặt thoáng (có thể chứa hơi), đường tia sáng tương đối thẳng, thấu kính đỏ chiếu sáng Phần phía mặt thoáng, thấu kính màu xanh chiếu sáng Phần chứa chất lỏng màu xanh, mặt thoáng màu đỏ Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Ball float Phao cầu đọc trực tiếp mức chất lỏng kết cấu khí Thiết kế phổ biến cầu rỗng kim loại giới hạn kích thước, hình dạng vật liệu Khoảng dịch chuyển phao thường bị giới hạn thiết kế thường khoảng ±300 so với mặt phẳng ngang Dải đo thật định chiều dài tay đòn Người ta sử dụng miếng đệm (stuffing box) để ngăn rò rỉ chất lỏng Chain float Loại sử dụng phao với đường kính lên đến 12 inches có dải đo rộng Phao nối dây xích với phận quay Đầu lại dây xích nối với đối trọng Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Magnetic bond method Phương pháp sử dụng phao có từ tính dịch chuyển tùy theo mức chất lỏng dâng lên hay hạ xuống Phao dịch chuyển dọc theo trục rỗng làm vật liệu phi từ tính Bên ống chứa nam châm nối với thị mức Khi phao nâng lên hay hạ xuống, nam châm bên hút nam châm phía dẫn đến thay đổi thị mức Sử dụng hệ thống tiếp điểm ống dẫn hướng với mục đích phát ngưỡng Có thể thêm nhiều tiếp điểm vị trí khác để hệ thống báo mức gần liên tục Displacer Displacer đo vật rắn có phần ngập chất lỏng Sự thay đổi trọng lượng vật sở để xác định mức Trọng lượng FG vật: FG g m g A.b. D Với A tiết diện ngang vật, giả thiết không đổi b chiều cao vật ρD khối lượng riêng displacer Lực đẩy Acsimet: FB g A.Ld L g A. b Ld . A Với Ld chiều cao phần bị ngập chất lỏng ρL khối lượng riêng chất lỏng ρA khối lượng riêng không khí Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Displacer Giá trị hợp lực là: FR = FG – FB Chiều dài phần ngập chất lỏng xác định b D A Ld FR gA L A cách đo giá trị hợp lực FR xác định chiều cao displacer ngập chất lỏng Một cách ứng dụng khác sử dụng động chấp hành để di chuyển displacer lên xuống, qua xác định mặt thoáng chất lỏng lớp tiếp giáp chất lỏng khác thông qua thay đổi lực Displacer Thiết bị đo mức, phát hiên bề mặt tỷ trọng Động bước truyền động cho displacer hình cầu tới mức khác tới bề mặt chất lỏng Hợp lực trọng lượng lực đẩy acsimet đo từ tần số cộng hưởng hệ thống dây nối, cầu Một cuộn dây cảm ứng gắn với tay đòn (lever arm) đo tần số dao động Bộ chuyển đổi tín hiệu điều khiển động bước tính toán giá trị đo Khối lượng riêng chất lỏng tính theo biểu thức: F gV D L L D F gV Với ρD khối lượng riêng cầu Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Conductivity Probe Method Hệ thống kiểm tra mức theo phương pháp điện dẫn bao gồm nhiều điện cực, rơ le vận hành điều khiển Khi chất lỏng bình chứa làm ngắn mạch điện cực, xuất dòng điện qua điện cực đất làm rơ le chuyển trạng thái Các tiếp điểm rơ le điều khiển thiết bị chấp hành bơm, van dùng để cảnh báo Một hệ thống điển hình bao gồm điện cực: điện cực mức thấp, mức cao, cảnh báo mức cao Pressure gages Áp suất thủy tĩnh (hydrostatic head) p đáy bình chứa có mối liên hệ với mức chất lỏng theo biểu thức: p p0 g L L L p p0 g L - Trong p0 áp suất khí - L mức chất lỏng bình - ρL khối lượng riêng chất lỏng Thiết bị đo áp suất đặt đáy bình đo giá trị áp suất Trong hệ thống có áp suất phần khí mặt thoáng thay đổi, người ta sử dụng áp kế vi sai để đo độ chênh áp đáy đỉnh bình chứa Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Do áp suất tỷ lệ với khối lượng riêng ρL sai số ρL thay đổi Hình b sử dụng sensor đo áp suất Tín hiệu từ sensor đưa vào máy tính để tính toán bù sai số khối lượng riêng chất lỏng thay đổi Hệ thống có cấu trúc gọi HTG (hydrostatic tank gaging) p p p p0 L L l gl p2 p1 Hình c sử dụng ống thổi bọt (bubble tube) Khí trơ thổi vào ống cho bọt khí thoát từ đáy Nếu giữ lưu tốc dòng khí ổn định đo áp suất đáy bình chứa sensor đo áp suất đầu vào ống thổi Phương pháp thường dùng lắp cảm biến đáy bình chứa Differential Pressure Level Detectors Đây phương pháp đo mức sử dụng áp kế vi sai nối với đáy bình chứa Độ chênh áp ∆P đáy đỉnh bình chứa (hoặc đáy bình chứa khí quyển) tỷ lệ với mức chất lỏng bình Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Differential Pressure Level Detectors Nếu bình hở, cần nối đầu vào áp suất cao áp kế vi sai với đáy bình, đầu vào áp suất thấp áp kế thông với khí Khi độ chênh áp đo áp suất thủy tĩnh (hydrostatic head) đáy bình Mức cao đo chuyển đổi áp suất vi sai xác định chiều cao lớn chất lỏng phía chuyển đổi Mức thấp đo được xác định vị trí mà áp kế nối với bình chứa Không phải tất bình đươc đo mức bình hở Thực tế có nhiều bình chứa dạng kín để ngăn thoát bình áp suất cao Khi đó, phía chuyển đổi áp suất vi sai nối với bình chứa Differential Pressure Level Detectors Đầu vào cao áp áp kế nối với đáy bình đầu vào áp suất thấp nối với đỉnh bình kín qua ống nối (reference leg) Cần phải ngăn chất lỏng vào ống để tránh sai số Áp suất đáy bình, thành phần áp suất thủy tĩnh (hydrostatic head) bao gồm áp suất gây phần mặt thoáng Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Differential Pressure Level Detectors Trong ứng dụng đo mức chất lỏng, ngưng tụ chất lỏng ống nối (reference leg) tăng dần gây sai số Để khắc phục tượng này, ống nối điền đầy chất lỏng loại với chất lỏng bình chứa Phần chất lỏng gây áp suất thủy tĩnh tác động vào đầu vào cao áp áp kế vi sai với giá trị không đổi ta giữ ống nối đầy Khi thay đổi áp suất vi sai thay đổi mức chất lỏng bình chứa 10 Nếu khối lượng đối tượng quay (và đó, tần số cộng hưởng) bị ảnh hưởng việc gắn thiết bị đo lên đối tượng khoan lỗ xuyên qua housing ổ đỡ Một đầu đo tiệm cận không tiếp xúc phát chuyển động tương đối trục ổ đỡ Hạn chế phương pháp trục ổ đỡ rung bu lông liên kết (tie-down bolts) bị lỏng cảm biến tiệm cận phát Mạch điện tử thiết bị đo loại tích hợp tách rời Nếu thiết kế mạch điện tử tích hợp giá thành thấp hơn, bị ảnh hưởng nhiễu bị hạn chế nhiệt độ làm việc khả chịu rung Ưu điểm sensor tích cực không cần nguồn kích thích nhược điểm chúng không phù hợp để đo gia tốc không đổi, ví dụ đo gia tốc máy li tâm (centrifuge) Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Periodic Vibrations Đối với chuyển động rung có quy luật, chuyển động đối tượng lặp lại mô tả hàm điều hòa: x t X p sin t Trong x(t) độ dịch chuyển theo thời gian ω = 2πft tần số góc Xp biên độ chuyển động so với điểm tham chiếu Tốc độ rung gia tốc rung tương ứng là: dx v t X p cos t V p sin t / dt dv d x a t X p sin t Ap sin t dt dt Như vậy, tốc độ rung nhanh pha li độ góc 900 chậm pha gia tốc rung góc 900 Trong tự nhiên, chuyển động rung loại tuần hoàn không thiết dạng điều hòa Tuy nhiên, hàm tuần hoàn phân tích thành tổng hàm điều hòa theo phân tích Fourier: x t X X sin 1t 1 X sin 2t X n sin nt n Số số hạng phân tích Fourier lớn độ xác cao Những số hạng tạo thành phổ tần (frequency spectrum) Chuyển động rung mô tả miền thời gian (time domain) miền tần số (frequency domain) Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Stationary Random Vibrations Chuyển động rung loại ngẫu nhiên, dừng (tại chỗ): Chuyển động rung ngẫu nhiên loại thường gặp tự nhiên gồm chu kỳ chuyển động không theo quy luật không lặp lại tuyệt đối xác Theo lý thuyết, để mô tả chuyển động rung, cần thông tin chuyển động khoảng thời gian vô hạn Tuy nhiên, sử dụng lý thuyết xác suất thống kê để phân tích thông qua thời điểm trích mẫu Có thể sử dụng công cụ toán học phân bố xác suất (probability distributions), mật độ xác suất (probability densities), phổ tần (frequency spectra), tương quan chéo (cross-correlations), tự tương quan (autocorrelation), biến đổi Fourier số (digital Fourier transforms – DFTs), biến đổi Fourier nhanh (fast Fourier transforms – FFTs), phân tích phổ tự động (auto-spectral-analysis), giá trị quân phương (root-mean-square values) digital filter analysis Nonstationary Random Vibrations Chuyển động rung loại ngẫu nhiên, không dừng Trong trường hợp này, tính chất thống kê chuyển động rung thay đổi theo thời gian Các phương pháp tính trung bình theo thời gian kỹ thuật thống kê sử dụng Transients and Shocks Những chuyển động rung xảy đột ngột thời gian ngắn (transient) xem dạng va đập miêu tả dạng lực, gia tốc, tốc độ li độ rung Trong trường hợp va đập ngẫu nhiên, sử dụng phương pháp thống kê biến đổi Fourier FFTs để phân tích Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Seismic (inertial) sensors Vỏ sensor gắn vào nguồn gây rung Khi hệ thống rung, khối quán tính có xu hướng trì vị trí cũ chuyển động rung phân tích qua độ dịch chuyển tương đối khối lượng rung vỏ sensor Bằng cách lựa chọn hợp lý khối lượng rung, lò xo, giảm chấn, thiết bị sử dụng để đo gia tốc rung li độ rung Nhìn chung, khối quán tính lớn kết hợp với lò xo mềm thích hợp để đo độ dịch chuyển khối quán tính nhỏ kết hợp với lò xo có độ cứng cao thường sử dụng để đo gia tốc Tuy nhiên, thiết bị đo dạng thường sử dụng để đo rung chấn mức độ thấp mặt đất công trình kiến trúc Để mô tả đáp ứng gia tốc kế quán tính (seismic accelerometer), từ định luật Newton thiết lập biểu thức: m d x2 dx dx c kx2 c kx1 mg cos dt dt dt Trong x1 độ dịch chuyển vỏ sensor, x2 độ dịch chuyển khối lượng rung, c số vận tốc, θ góc hợp trục sensor trọng lực k độ cứng lò xo Biến đổi biểu thức ta được: m d 2z dz d2x c kz mg cos m 21 dt dt dt Trong z = x2 - x1 độ dịch chuyển tương đối khối lượng rung đế Biểu thức thiết lập với giả định lực cản giảm chấn tỷ lệ với vận tốc Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Nếu x1 biến đổi theo quy luật hình sin x1 t X sin 1t thì: d x1 mX sin 1t dt d 2z dz m c kz mg cos ma1 sin 1t dt dt m Với: a1 mX 012 10 Nghiệm phương trình vi phân có dạng: mg cos ma1 sin 1t k k m12 jc1 z z mg cos n a1 sin 1t 1 r 2 r n 2 Trong n k / m tần số riêng (natural frequency) khối quán tính c / km hay c/cc hệ số tắt dần (damping ratio) arctan c1 / km12 góc pha Và r 1 / n Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Piezoelectric Sensors Sensor áp điện cảm biến tích cực (self-generating), lý tưởng để đo rung động va đập Với tín hiệu lớn kích thước tương đối nhỏ gọn, đo rung chấn với tần số cao nên sensor áp điện phù hợp ứng dụng cao tần đo va Piezoelectric sensor đập (shock) Phần tử nhạy cảm (sensing element) kẹp vỏ thiết bị khối quán tính (thường vônfram) Do khối quán tính có khối lượng không đổi, lực tác dụng vào phần tử cảm biến tỷ lệ bậc với gia tốc (F = ma) 11 Nếu phần tử cảm biến tinh thể thạch anh muối chì-zirconatetitanate (PZT), điện tích sinh tỷ lệ với lực tác dụng tỷ lệ với gia tốc(nếu PZT điện tích sinh gấp thạch anh khoảng 150 lần) Điện lượng q sinh xác định bởi: q = dijF = dijma Với dij hệ số áp điện vật liệu Hàm truyền hệ thống mô tả gần hàm bậc 3: K q s e0 s 2 a s Cn s 1 s / n2 2 s / n 1 Với Kq số áp điện có liên quan đến điện tích τ số thời gian s toán tử Laplace Cần ý thân tinh thể áp điện số thời gian mà số thời gian xác định gia tốc kế nối với mạch đo Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Đáp ứng thấp tần xác cần τ lớn Có thể đạt điều cách sử dụng mạch khuếch đại điện áp với trở kháng cao Ở tần số thấp, nhiệt độ ảnh hưởng nghiêm trọng đên đặc tính vận hành Trong gia tốc kế áp điện, loại thường sử dụng: loại nén (compression-type accelerometers) loại biến dạng cắt (shearstress accelerometer) Trong gia tốc kế loại nén, tinh thể áp điện chịu biến dạng nén tải trọng đặt trước (preload), chuyển động rung làm thay đổi ứng suất nén tác dụng lên phần tử áp điện Với loại shear-stress, chuyển động rung làm biến dạng cắt tinh thể áp điện Gia tốc kế loại nén có độ nhạy lớn Khi phần vỏ phận tách rời hệ khối quán tính - lò xo, gây sai lệch tín hiệu kích thích tần số riêng 12 Gia tốc kế áp điện có dải đo rộng Một gia tốc kế đo va đập có độ nhạy 0,004 pC /g tần số riêng lên tới 250000 Hz với kích thước khoảng 3×3 mm2 khối lượng khoảng 0,5g kể cáp Chúng có dải nhiệt độ làm việc rộng số loại thiết kể để chịu môi trường phóng xạ cao lò phản ứng hạt nhân Tuy nhiên, gia tốc kế áp điện có độ nhạy ngang trục (cross-axis sensitivity) lớn loại khác khoảng ÷ % Một vài trường hợp, giảm độ nhạy ngang trục trình lắp đặt cách lựa chọn hướng hợp lý Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 The main components of a piezoelectric accelerometer are the body, the sensing element, and the seismic mass (Courtesy of Kistler Instrument Co.) Tín hiệu phần tử áp điện bị ảnh hưởng nhiệt độ thay đổi, Tuy nhiên, thạch anh loại vật liệu gốm áp điện mới, có độ nhạy nhiệt thấp vật liệu cũ barium titanate PZT Trong môi trường nhiễu điện, cần phải bọc chống nhiễu cho phần tử áp điện 13 Một số sensor gia tốc áp điện có kích thước trọng lượng nhỏ (khoảng 1g), thiết kế để làm việc nhiệt độ cao với khả đo gia tốc độ rung tần số lên tới 30000 Hz biên độ tới 100000g Các phần tử áp điện PZT thường sử dụng lò xo có độ cứng cao khối quán tính nhỏ, chúng có kích thước nhỏ phù hợp để đo độ rung tần số cao Gia tốc kế gá khí, dán, liên kết từ tính với bề mặt rung Các gia tốc kế có khối lượng nhẹ thường dán vào bề mặt keo Nếu bề mặt rung có cấu trúc đặc biệt, người ta sử dụng miếng lót (mounting pad) để tạo bề mặt gá phẳng cách ly với đất Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Với bề mặt vật liệu sắt từ, sử dụng liên kết từ tính nhằm mục đích kiểm tra nhanh độ rung với tần số tối đa 1000 Hz Các gá ba trục (triaxial mounting pad) sử dụng phân tích rung chấn hệ ba trục trực giao Khi gia tốc kế làm việc, dịch chuyển ứng suất căng tác dụng lên cáp tín hiệu gây ma sát tĩnh điện (triboelectric) Các ứng suất biến dạng dãn nở nhiệt vỏ bảo vệ ngoại lực không mong muốn tác động truyền áp lực vào phần tử áp điện gây sai số Ngoài ra, tín hiệu nhỏ, cáp tín hiệu cần chống nhiễu Nếu vỏ bọc chống nhiễu không liên tục, điện dung tản chỗ tiếp giáp gây nhiễu tĩnh điện (electrostatic noise), vỏ bọc chống nhiễu cần phải liên tục, không đứt gẫy Chỉ nối đất điểm để tránh tạo thành mạch vòng (ground loop) Nhiễu từ trường giảm thiểu cách dùng cáp xoắn kép không đặt cạnh dây động lực 14 Piezoresistive & Strain Gauge Sensors Các sensor áp trở (piezoresistive sensor) chất điện trở lực căng vật liệu bán dẫn với gauge factor cao Hầu hết gia tốc kế áp trở sử dụng áp trở để tạo thành mạch cầu Wheatstone Ngoài người ta sử dụng điện trở xác để điều chỉnh độ nhạy, để cân mạch cầu để bù nhiệt độ Các áp trở loại cảm biến tích cực chúng cần cấp nguồn Các phần tử áp trở hoạt động tần số 2000 Hz Do có độ nhạy cao, chúng thường đặt dầu để triệt cộng hưởng Việc thêm dầu vào phần tử áp trở làm chúng bền thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến đáp ứng tần Khi kích thích tần số công hưởng, phần tử áp trở bị hư hại Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Các sensor điện trở lực căng (strain-gauge sensor) dựa tính chất vật dẫn bị kéo dãn nén điện trở thay đổi thay đổi kích thước điện trở Điều rằng, điện trở suất ρ vật dẫn phụ thuộc vào ứng suất căng tác dụng lên Sự phụ thuộc thể qua gauge factor dR / R d / l 2 dL / L dL / L Trong đo l điện trở thay đổi chiều dài, 2ν điện trở thay đổi tiết diện thay đổi (dρ/ρ)/(dL/L) điện trở thay đổi điện trở suất thay đổi 15 Strain gauge vibration sensor (acceleration sensitive) Các sensor xếp cho đo nửa chịu kéo nửa chịu nén Toàn cấu trúc đặt môi trường dầu Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Bending-type vibration sensor (acceleration sensitive) 16 Giả sử giá trị ban đầu điện trở RG1 = RG2 = 1000 Ω RG 0,1 RG Thì điện áp lớn xác định bởi: RG1 RG R4 VO E RG1 RG RG RG R3 R4 1100 1000 VO 10 2000 2000 Thiết bị nối với VO phải có đầu vào trở kháng cao Trong ví dụ trên, sử dụng điện trở lực căng Có thể tăng độ nhạy cách sử dụng điện trở lực căng để tạo thành cầu Wheatstone hoàn chỉnh Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Electromechanical sensors Các gia tốc kế chấn động kế điện thường loại tự động cân Khối quán tính thường đặt điểm cân với độ dịch chuyển Khi khối quán tính dịch chuyển, lực từ sinh có tác dụng ngăn cản chuyển động khối quán tính kéo vị trí cân Ưu điểm phương pháp cho đặc tính tuyến tính giảm tượng trễ (hysteresis effect) so với gia tốc chấn động kế thông thường sử dụng lò xo khí Ngoài việc giảm chấn điện nhạy nhiệt cách thông thường Một khả quan trọng gia tốc kế điện kiểm tra trạng thái thiết bị cách tạo lực điện từ kích thích hệ thống Tính tự kiểm tra (self-checking feature) hữu ích phép đo xác đắt đỏ phức tạp Những thiết bị hữu ích hệ điều khiển gia tốc giá trị gia tốc tham chiếu tạo dòng điện kích thích tỷ lệ với Các gia tốc kế điện thường dùng để đo rung chấn với tần số thấp 17 Capacitive Accelerometers Gia tốc kế điện dung vi sai (differential-capacitance accelerometer) Trên khối quán tính có gắn cực động đối diện với hệ cực tĩnh đặt đế A differential-capacitance-type accelerometer Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Velocity sensor Gia tốc đạo hàm theo thời gian vận tốc Như vậy, đo gia tốc rung thông qua đo tốc độ rung Một sensor vận tốc điển hình bao gồm phần vỏ gắn với bề mặt rung lõi từ treo bên vỏ Chuyển động tương đối phần tạo điện áp tỷ lệ với tốc độ dịch chuyển Ưu điểm sensor sensor tích cực (self-generating), tín hiệu lớn (250 mV/in./sec) Ít chịu ảnh hưởng cách lắp đặt, mômen ngoại lực nhiễu Nhược điểm có kích thước trọng lượng tương đối lớn, dùng đo tốc độ rung với tần số nhỏ 10 Hz có tín hiệu nhỏ tần số vượt 1000 Hz Schematic representation of a velocity sensor 18 Sensor tốc độ bao gồm cuộn dây treo lò xo hệ lò xo đặt từ trường nam châm vĩnh cửu Toàn hệ thống đặt dầu silicon sử dụng cuộn dây sinh lực điện từ có tác dụng giảm chấn Điện áp cuộn dây tỷ lệ với tốc độ rung có tần số tần số rung Có thể xác định li độ rung (theo đơn vị mil (1mil = 10-3 in.)) cách lấy tích phân tốc độ Nếu giảm chấn dạng nhúng dầu, sensor nhạy với nhiệt độ độ nhớt dầu thay đổi theo nhiệt độ Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Noncontact or proximity sensors Eddy current probe schematic Các cảm biến tiệm cận có khả đo khoảng cách tới đối tượng, chúng sử dụng để đo tần số biên độ rung 19 Đối với vật liệu dẫn điện, sử dụng đầu đo kiểu dòng xoáy Hai cuộn dây quấn đầu đo với hai điện trở tạo thành mạch cầu Khi không gần bề mặt dẫn điện, cầu cân cầu cân đầu đo gần bề mặt dẫn điện tín hiệu tỷ lệ với khoảng cách tới đối tượng Nguồn cấp nguồn xoay chiều cao tần tạo dòng xoáy đối tượng đo Biên độ tín hiệu tỷ lệ với độ rung tần số thay đổi biên độ tần số rung Mạch cầu cấp nguồn cao tần với tần số từ 100 kHz ÷ MHz Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 20 References [1] Principles of Measurement Systems - John P Bentley – Prentice Hall 4th Edition [2] Instrumentation and Control Fundamentals Handbook - U.S Department of Energy Washington, D.C 20585 [3] Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook - John G Webster – CRC Press [4] Dynamics of turbine flow meters - Petra Wilhelmina Stoltenkamp -Eindhoven : Technische Universiteit Eindhoven, 2007 - Proefschrift [5] Resistance thermometry: Principles and applications of resistance thermometers and thermistors - Application aid #18 [6] Sensors & Instruments solutions guide – MINCO [7] Modern Sensor Handbook - Pavel Ripka, Alois Tipek - ISBN 978-1-905209-66Thiet bi & dieu khien cong nghiep - ISTE Ltd, 2007 Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 [8] Posistor for circuit protection - Murata Manufacturing Co., Ltd Cat.No.R90E-13 [9] NTC Thermistors - Murata Manufacturing Co., Ltd - Cat.No.R44E-12 [10] Temperature measurement – L.Michalski, K.Eckersdorf, J.Kucharski, J.McGhee – JOHN WILEY & SONS Ltd – 2nd Edition [11] Practical Temperature Measurements - Application Note 290 – Agilent Technologies [12] Instrument engineers’ handbook – Process measurement and analysis – Vol.1 - Bela G Liptak – CRC Press 4th Edition [13] http://vietsciences.free.fr/ [14] Tài liệu giảng dạy hệ thống đo lường – TS Hoàng Ngọc Nhân [...]... thang 1 nam 2013 Bộ điều khiển mức 61F 1 Tổng quan: Được sử dụng để đo mức các chất lỏng có khả năng dẫn điện Có nhiều Model phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau như yêu cầu khoảng cách từ bộ điều khiển đến bể chứa xa, yêu cầu độ nhạy cao … Có đèn báo trạng thái LED Thỏa mãn tiêu chuẩn IEC và các yêu cầu về tương hợp điện từ (EMC) 31 Bộ điều khiển mức 61F 2 Nguyên lý Bộ điều khiển mức 61F sử... thang 1 nam 2013 Bộ điều khiển mức 61F b, Sơ đồ 4 điện cực: Có báo mức thấp Báo mức thấp bằng còi hoặc đèn báo 34 Bộ điều khiển mức 61F Sơ đồ 4 điện cực có báo mức cao: Trình tự điều khiển bơm cấp và bơm xả ngược nhau Có báo mức cao bằng còi hoặc đèn báo Thiet bi do & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang 1 nam 2013 Bộ điều khiển mức 61F c,... hiệu vào: Gồm 2 loại Loại active: dải điện áp vào 12-24 VDC Loại passive: tiết diện dây đề xuất 1.5 mm2 Chú ý không thể sử dụng đồng thời hai kiểu active và passive Xung vào cần có độ rộng ít nhất 200 ms 27 Silopilot 6 Lắp đặt Điểm đo nên chọn quanh điểm giữa của sườn dốc Cần chọn vị trí phù hợp để tránh hư hại đến băng đo, hạn chế quả nặng bị phủ vật liệu hoặc dao động trong quá trình đo. .. được dùng để đo mức chất rắn dạng hạt hoặc bột như silo chứa bột mỳ, hạt nhựa, than đá … Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chất dẻo, xi măng, giấy, khai khoáng … Sensing weight (quả nặng) được chế tạo khác nhau cho các ứng dụng khác nhau như đo mức chất dạng bột, hạt thô, hạt nhỏ 24 Silopilot 2 Đặc tính kỹ thuật Dải đo 0 ÷ 25m (có thể lên tới 70m) không phụ thuộc vào tính chất... độ chính xác của phép đo 11 Time-of-Flight Measurement Phương pháp này gián tiếp đo mức thông qua đo thời gian lan truyền sóng Về cơ bản, đây là phép đo khoảng cách từ vị trí lắp đặt cảm biến đến bề mặt chất (hoặc từ bề mặt chất đến đáy bình) Những yêu cầu ngày càng cao của công nghiệp cho các hệ thống đo mức liên tục, không tiếp xúc đã thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật đo mức dùng sóng Thiet... xung không điều biến, chuỗi xung điều biến thường được ưa dùng hơn Do thời gian đo được rất ngắn (vài ns) nên cần phải sử dụng thiết bị đo thời gian rất ngắn hoặc các phương pháp tính toán đặc biệt Thiet bi do & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang 1 nam 2013 Ultrasonic Sóng siêu âm là sóng âm với tần số trên 20 kHz Nó là sóng dọc và chỉ có... thông qua việc phát hiện các thông số vật lý thay đổi rõ rệt giữa không khí và môi trường cần đo mức Ví dụ như điện dẫn, tính nhớt hoặc sự suy giảm của bức xạ Trên cơ sở phát hiện sự thay đổi tính chất vật lý, có thể chế tạo các thiết bị phát hiện mức (level switch) hoặc các thiết bị đo mức liên tục (level indicator) 20 Đo mức bằng điện dung Trong hầu hết các ứng dụng, một điện cực được đặt dọc... phát sóng sơ cấp và 1 bộ phản xạ phụ tạo ra chùm tia góc hẹp (Cassegrain model) 14 Microwave Trong hệ thống đo mức, người ta mong muốn tạo ra góc phát nhỏ để tránh nhiễu do phản xạ từ thành bình chứa và các bề mặt không mong muốn khác Góc phát càng nhỏ thì dải đo càng tăng Biểu thức cân bằng công suất được thể hiện: PR PT GT RGR D2 Trong đó PR: công suất nhận được PT : công suất được... sáng và F/T là tốc độ quét 18 Hình vẽ trên thể hiện sơ đồ khối của hệ thống FMCW radar Do độ lệch tần số không cao, kỹ thuật xử lý tín hiệu khá đơn giản và rất chính xác Thông thường, việc đo đạc được thực hiện nhờ mạch xử lý tín hiệu số Một bộ vi xử lý điều khiển bộ dao động điện áp VCO (voltage-controlled oscillator) để đạt được tần số quét mong muốn Tín hiệu này được khuếch đại và cấp vào antenna... VDC tùy thuộc vào model Động cơ truyền động: Động cơ 1 pha hoặc 3 pha 3 Cấu tao: 25 Silopilot 4 Nguyên lý hoạt động Về cơ bản, Silopilot gồm một băng đo bằng thép không rỉ với một đầu được gắn quả nặng và được quấn trong tời truyền động bằng động cơ Nguyên lý hoạt động của Silopilot dựa trên quá trình trùng dây khi quả nặng tiếp xúc với bề mặt chất trong quá trình đo Ở đầu chu kỳ đo, quả nặng ... Extension Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai hoc Dien Luc Hanoi, thang nam 2013 Pointek PLS200 Nối dây lắp đặt 42 Flow meters Thiet bi & dieu khien cong nghiep. .. không điều bi n, chuỗi xung điều bi n thường ưa dùng Do thời gian đo ngắn (vài ns) nên cần phải sử dụng thiết bị đo thời gian ngắn phương pháp tính toán đặc bi t Thiet bi & dieu khien cong nghiep. .. phản ứng hóa học), cảm bi n nhiệt sử dụng công tắc mức cách tạo tín hiệu chất lỏng tiếp xúc với cảm bi n đốt nóng Thiet bi & dieu khien cong nghiep Tac gia: Nguyen Ngoc Van Khoa CNTD truong Dai