ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA: các phương pháp và dụng cụ đo mức

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TS LÊ NGỌC TRÂN Email: lengoctranbvu@gmail.com Khái niệm đo mức Level Sensor sử dụng để đo mức chất lỏng, chất rắn dạng bột để xác định vật liệu đạt đến mức giới hạn dải đo thiết lập trước  Mục đích đo mức:  Đảm bảo mức trì giới hạn hoạt động lý tưởng để đạt hiệu suất cao  Kích hoạt báo động để cảnh báo mức vận hành khơng an tồn đóng van  Khởi động bơm mở van mức bồn giảm đến mức thấp thiết lập trước  Các phương pháp đo mức  Áp suất chênh lệch  Sóng siêu âm rada  Bọt khí  Những thiết bị điểm khác  Phao  Thế chỗ  Điện dung  Dẫn điện Đo mức theo phương pháp chênh áp Áp suất = trọng lượng riêng x chiều cao (p = .h) P = 4.33 psi (hoặc 4.33 lbs/in2)  = 62.4 lbs/ft3 0.0361 lbs/in3 h = 4.33 lbs/in2  0.0361 lbs/in3 = 120 in Đo mứctheo phương pháp chênh áp Xác định mức dựa áp suất Đo mức theo phương pháp chênh áp  Để xác định mức nước thực tế phải lấy áp suất đo đáy bình trừ áp suất Nitơ áp lên bề mặt cột nước, việc phải dùng đến thiết bị đo chênh lệch áp suất  Áp suất chênh lệch đáy đỉnh bồn là: P= 24.33 psi - 20 psi = 4.33 psi Đo mức phao cáp Phao bề mặt chất lỏng nối với sợi cáp dẫn đến thị cấu cảm biến vị trí Phao gắn với cân bên bồn sợi cáp vắt qua ròng rọc Khi phao chuyển động lên xuống theo thay đổi mức chất lỏng, vị trí cân thay đổi theo thị mức thang đo chia độ Với hệ thống này, để cung cấp tín hiệu đến vòng điều khiển, phải cần đến mạch điện tử để cảm nhận di chuyển cáp chuyển đổi thành tín hiệu mức Mạch điện tử động giữ cho độ căng cáp giống cân mà không nhấc phao lên khỏi bề mặt chất lỏng Đo mức phao từ  Nguyên lý: đặt nam châm phía bìa cứng, đinh đặt phía lại bìa Khi bạn di chuyển nam châm, đinh di chuyển theo Đo mức phao từ Đầu cảm biến đỉnh bồn,bộ nhận từ trường bên ống di chuyển lên xuống với phao Vị trí cáp cảm nhận điều khiển cáp cảm biến vị trí nhận từ trường mà cung cấp tín hiệu tỷ lệ với mức chất lỏng bồn Một số dạng phao từ Phao chuyển mạch Phao chứa chuyển mạch thủy ngân gắn vào bồn sợi cáp mềm sử dụng để xác định mức mức bình chứa đạt đến điểm mà chuyển mạch chuyển sang đóng hay ngắt Kiểu cảm biến dùng để đo mức liên tục, cách đơn giản để tín hiệu điện đạt đến mức cao hay mức thấp Phao chuyển mạch Thủy ngân làm đóng ngắt chuyển mạch phao di chuyển lên xuống theo mức chất lỏng bồn Khi thủy ngân lấp đầy khe hở hai vật dẫn, chuyển mạch đóng dẫn điện Chuyển mạch đóng mở phao xoay lên xuống từ vị trí ngang Khi phao nằm ngang, vị trí chuyển mạch khơng thay đổi so với trạng thái thiết lập vị trí nằm ngang bình thường Tại mức biết (cao thấp), cáp bắt đầu kéo phao khỏi vị trí nằm ngang Cáp dài, dải thay đổi mức lớn, dải cáp nằm ngang Ứng dụng phao chuyển mạch hệ thống bơm Cảm biến kiểu chỗ Tương tự với cảm biến kiểu phao cân nối với đòn bẩy Cảm biến gắn bên bình chứa bên hộp gắn bình chứa Bộ phận chỗ dài hình trụ (khơng giống phao) đặt chìm chất lỏng trình Bộ phận chỗ gắn với hệ thống đòn bẩy mà cho phép đo trọng lượng biểu kiến phận chỗ mức chất lỏng thay đổi Cảm biến kiểu chỗ Cảm biến mức kiểu điện dung  Đầu dò cực tụ điện  Thành bồn kim loại cực lại tụ  Điện mơi chất lỏng chất rắn q trình  Trong phép đo mức liên tục, giá trị điện dung tăng mức vật liệu cần đo tăng Cảm biến nhận thay đổi điện dung mức thay đổi chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng để kích hoạt cảnh báo chuyển mạch đưa đến vòng điều khiển Cảm biến mức kiểu điện dung Cảm biến có hai đầu dò khoảng cách từ thành bồn đến đầu dò khác theo độ cao, ngõ cảm biến khơng tuyến tính theo thay đổi mức bồn thành bồn sử dụng cực tụ điện Để đo xác, khoảng cách hai cực (hai vật dẫn) tụ điện phải ln giống tồn dải đo Có thể sử dụng cảm biến mức với hai đầu dò thành bình khơng phải vật liệu dẫn điện sử dụng ống kim loại đứng bao quanh đầu dò hoạt động điện cực thứ hai Cảm biến kiểu sóng siêu âm Rada  Nguyên lý đo: Sử dụng sóng siêu âm rada phát sóng âm sóng điện từ trực tiếp bề mặt chất lỏng chất rắn cần đo mức, cảm biến đo thời gian từ lúc phát tín hiệu đến nhận sóng phản xạ từ bề mặt chất lỏng  Sóng âm với vận tốc xấp xỉ 1054 feet/second khơng khí sóng rada xấp xỉ 186000 miles/second  Nếu biết tốc độ thời gian truyền sóng, khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt tính tốn V truyền sóng = S x t truyền sóng Ưu điểm: cảm biến siêu âm rada không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu trình nên sử dụng trường hợp :  Vật liệu có độ axit kiềm cao làm hỏng thiết bị đo  Vật liệu mà bề mặt cần đo mức sần sùi  Vật liệu nhớt có độ bám bám vào dụng cụ đo Đo mức sóng siêu âm Cảm biến mức sóng siêu âm: bao gồm phát nhận sóng xung siêu âm phát từ dao động thạch anh đến bề mặt phản xạ ngược lại (thạch anh) Ví dụ, 0.0189 second để sóng siêu âm từ nơi phát (đầu cảm biến) đến bề mặt cách 10 feet trở lại đầu cảm biến Độ xác đo mức sóng siêu âm bị ảnh hưởng bọt, bụi bẩn, ngưng tụ Chúng không phù hợp để sử dụng bồn nhỏ sóng dội làm sai lệch kết đo Đo mức sóng Rada Cảm biến đo mức sóng rada (kiểu xung kiểu điều tần liên tục-FMCW  Sóng rada tạo máy phát gởi ngồi anten Thời gian để sóng rada phản xạ trở xấp xỉ phần triệu so với sóng siêu âm  Các cảm biến đo mức sóng rada khơng bị ảnh hưởng thay đổi trọng lượng riêng, bề mặt, bọt, nhiệt độ Chúng có độ xác cao giá vận hành bảo dưỡng thấp  Các hệ thống xung hoạt động giống thiết bị siêu âm kiểu xung đo thời gian để xung từ nơi phát đến bề mặt phản xạ ngược lại  Các thiết bị FMCW so sánh tín hiệu truyền tín hiệu nhận phân tích mạch điện tử thay đổi dạng sóng bị gây phản xạ trệch hướng từ bề mặt đến mức cần xác định Nguyên lý chuyển mạch mức kiểu siêu âm Cảm biến phát điểm mức đơn cách tiếp xúc với vật liệu trình Hai thạch anh áp điện gắn đối diện Khi khơng có chất lỏng điền vào khe hở chúng, tín hiệu sóng âm mà gởi thạch anh tích cực nhận thạch anh thứ hai Khi mức chất lỏng tăng đủ để điền vào khe hở, tín hiệu truyền qua chất lỏng đến thạch anh đối diện, tích cực Các loại cảm biến mức điểm khác Một kiểu công tắc mức dạng tiếp xúc khác sử dụng dao động Thiết bị hoạt động âm thoa Áp điện thạch anh điều khiển dao động tần số tự nhiên âm thoa khơng khí làm cho âm thoa dao động Khi mức chất lỏng tăng đến hai nhánh âm thoa, dao động chậm lại dừng hẳn Mạch điện tử bên cảm biến mức nhận biết điều âm thoa khơng dao động tần số ban đầu thạch anh tạo ra, cho biết mức chất lỏng đạt đến điểm thiết lập Các loại cảm biến mức điểm khác Chuyển mạch cánh quạt trình bày ví dụ cảm biến đo mức điểm sử dụng với bột Một cánh quạt quay liên tục vật liệu trình tăng đến mức làm cản trở cánh quạt quay Khi cánh quạt dừng quay, động điều khiển dừng theo Trong dừng, động quay thêm vài độ tác động vào công tắc Nếu mức vật liệu giảm xuống cánh quạt giải phóng, bắt đầu quay trở lại, giải phóng cơng tắc Các loại cảm biến mức điểm khác Một ứng dụng dùng cảm biến mức cánh quạt để theo dõi mức mức thùng chứa Tóm tắt chương 3.3          Khái niệm đo mức phương pháp đo mức Đo mức theo phương pháp chênh áp Đo mức phao cáp Đo mức phao từ Kiểu phao với đòn bẩy Nguyên lý phao chuyển mạch Cảm biến kiểu chỗ Cảm biến mức kiểu điện dung Cảm biến kiểu sóng siêu âm Rada