ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA: các phương pháp và dụng đo lưu lượng

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TS LÊ NGỌC TRÂN Email: lengoctranbvu@gmail.com Định nghĩa lưu lượng Là lượng lưu chất (lỏng, rắn, khí) chảy qua tiết diện ngang ống dẫn đơn vị thời gian  Đơn vị đo lưu lượng: Lưu lượng thể tích: Q = dV/dt (m3/s; m3/h) Lưu lượng khối: G = dm/dt (kg/s; kg/h) Vận tốc dòng chảy: V=dl/dt (ft/min) Lưu lượng thể tích = Vận tốc x diện tích tiết diện ngang đường ống  Mối quan hệ áp suất vận tốc: Tổng dòng chất lỏng = Áp suất + Vận tốc + Độ cao Ví dụ:  Tách nước nằm đỉnh tòa nhà  Dòng chất lỏng chảy qua đường ống thay đổi với lưu lượng thể tích cho trước Độ nhớt, khối lượng riêng ma sát ảnh hưởng đến lưu lượng  Độ nhớt ma sát nội thân vật chất, có ảnh hưởng đến chuyển động vật chất chảy đường ống Độ nhớt cao lực cản dòng chảy lớn  Khối lượng riêng khối lượng đơn vị thể tích vật liệu Chất lỏng nặng khó đẩy chảy chậm chịu lực tác dụng (áp suất đặt lên tiết diện ngang đường ống) so với chất lỏng nhẹ  Ma sát cản trở dòng chảy vật chất tiếp xúc dòng chảy với thành ống tắc nghẽn Ống nhám số lượng đoạn khúc khuỷu, van, đầu nối nhiều ma sát lớn Các dạng dòng chảy Hầu hết thiết kế cảm biến lưu lượng giả sử dòng chảy hỗn loạn đồng để đo lưu lượng thể tích Đo lưu lượng phương pháp đo chênh áp  Kiểu cảm biến lưu lượng sử dụng phổ biến dựa vào phép đo áp suất rơi đoạn ống thu hẹp  Các ống “venturi”, “orifice” “nozzle” ví dụ thiết bị giảm áp thường đặt đường ống trình để đo lưu lượng  Đo lưu lượng ống venturi Tốc độ thấp Tốc độ cao Đo lưu lượng phương pháp đo chênh áp Công thức Bernoli G  Q  d  ( p1  p2 ) d 2  ( p1  p2 ) Trong đó: α-hệ số; d-đường kính lỗ thu hẹp; ρ-mật độ dòng chảy  Đo lưu lượng orifice Trong đó: C- Hằng số; F- Diện tích tiết diện ống, m2 Đo lưu lượng phương pháp đo chênh áp  Đo lưu lượng orifice Đo lưu lượng dựa vào tốc độ xốy dòng chất lỏng  Nguyên lý: Khi dòng chất lỏng chảy nhanh tác động vào dốc đứng đặc vng góc với dòng chảy tạo vùng xốy Tốc độ tạo xốy dòng chất lỏng tăng lên lưu lượng tăng Cảm biến lưu lượng kiểu xoáy thường gồm có phần:  Thân gián đoạn dòng chảy – có chức tạo kiểu xốy định trước tùy thuộc vào hình dáng thân  Một cảm biến bị làm rung dòng xốy, chuyển đổi rung động thành xung điện  Một chuyển đổi truyền tín hiệu đơn (transmitter) – có chức gởi tín hiệu hiệu chuẩn đến thành phần khác vòng điều khiển Lưu lượng kế Turbin 1-Cánh tua bin; 2,4-Ổ đỡ; 3-Giá đỡ tua bin 5-Lõi thép; 6-Nam châm 7-Cuộn dây cảm ứng Nguyên lý: Dựa vào số vòng quay tua bin đơn vị thời gian tỉ lệ với tốc độ vòng chảy: n=k.v n- số vòng quay tua bin; k-hệ số; v-tốc độ dòng chảy qua tiết diện ống dẫn S- tiết diện dòng chảy; k- hệ số phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo cảm biến Lưu lượng thể tích: Q=v.S Lưu lượng kế kiểu từ trường Nguyên lý:  vật dẫn điện qua từ trường, điện áp tạo Khi sử dụng máy đo lưu lượng kiểu từ trường, vật liệu dẫn điện chất lỏng hay chất dạng vữa Dòng chảy nhanh, điện áp tạo lớn  Dựa định luật Faraday cảm ứng điện từ: dây dẫn mang điện di chuyển từ trường sinh điện áp cảm ứng E, điện tỷ lệ với vận tốc di chuyển dây dẫn điện cường độ từ trường Q=vA E=cBDv E D Q c.B D A E: điện áp cảm ứng (Volt) c: Hệ số - có giá trị phụ thuộc vào đơn vị sử dụng (trong hệ SI, c = 10) B: Cảm ứng điện từ dòng từ (tesla) D: Chiều dài dây dẫn (m) v: Vận tốc di chuyển dây dẫn (m/s) A: tiết diện ống Lưu lượng kế kiểu từ trường Hai cuộn dây từ, đặt đối diện ống cách ly, tạo từ trường qua đường kính ống Điện áp tạo vật liệu dẫn điện chạy qua ống đo điện cực cảm biến lắp thành ống Các cảm biến chuyển đổi điện áp thành tín hiệu điện ngõ tỷ lệ thuận với lưu lượng thể tích Lưu lượng kế kiểu từ trường Ví dụ: lưu lượng kế cảm ứng điện từ ADMAG AE hãng Yokogawa - Nhật Bản: Lưu lượng kế kiểu nhiệt  Được sử dụng để đo lưu lượng khí sử dụng với chất lỏng  Nguyên lý hoạt động dựa việc đặt lượng nhiệt nhỏ vào dòng q trình sử dụng độ thay đổi nhiệt độ giá trị nhiệt đặc trưng vật liệu q trình để tính tốn lưu lượng khối lượng Nhiệt đặc trưng lượng lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ đơn vị khối lượng vật chất lên 10C Lưu lượng kế kiểu nhiệt  Một đầu đốt nóng làm giá trị điện trở Sensor tăng mạch cầu cân  Khi có dòng lưu chất, nhiệt độ sensor giảm nên mạch cầu cân  Đo điện áp ngõ xác định tốc độ dòng chảy Q = dV/dt = A.dx/dt =A.v A: tiết diện V: vận tốc dòng chảy Lưu lượng kế kiểu siêu âm Dựa sở thay đổi vận tốc lan truyền âm chất lỏng chảy so với vận tốc lan truyền âm chất lỏng tĩnh (vận tốc tăng siêu âm lan truyền theo chiều dòng chảy, giảm lan truyền theo chiều ngược lại) Thiết bị bao gồm phát - thu siêu âm cách đầu dò nhận sóng phát từ đầu dò khác, sóng truyền qua chất lỏng lưu chuyển theo chiều Lưu lượng kế kiểu siêu âm L: khoảng cách cảm biến siêu âm v: vận tốc dịch chuyển chất lỏng Cảm biến phát sóng cảm biến thu sóng L= v.cos Thời gian sóng siêu âm : lưu lượng kế siêu âm SITRAN F US hãng Siemens - Đức: Tốc độ dòng chảy tính cơng thức: ... ρ-mật độ dòng chảy  Đo lưu lượng orifice Trong đó: C- Hằng số; F- Diện tích tiết diện ống, m2 Đo lưu lượng phương pháp đo chênh áp  Đo lưu lượng orifice Đo lưu lượng dựa vào tốc độ xoáy dòng... số lượng đo n khúc khuỷu, van, đầu nối nhiều ma sát lớn Các dạng dòng chảy Hầu hết thiết kế cảm biến lưu lượng giả sử dòng chảy hỗn loạn đồng để đo lưu lượng thể tích Đo lưu lượng phương pháp. .. thuận với lưu lượng thể tích Lưu lượng kế kiểu từ trường Ví dụ: lưu lượng kế cảm ứng điện từ ADMAG AE hãng Yokogawa - Nhật Bản: Lưu lượng kế kiểu nhiệt  Được sử dụng để đo lưu lượng khí sử dụng