Thiết kế và chế tạo bộ đo lưu lượng thể tích ứng dụng trong các hệ thống điều khiển động cơ báo cáo tổng kết kết quả đề tài khoa học công nghệ cấp trường msđt t ktgt 2010 07

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA FOG BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Thiết kế & chế tạo đo lưu lượng thể tích ứng dụng hệ thống điều khiển động Mã số đề tài : T-KTGT-2010-07 Thời gian thực : 04/2010 đến 04/2011 Chủ nhiệm đề tài : ThS ĐINH QUỐC TRÍ Cán tham gia đề tài : TS.NGUYỄN NGỌC DŨNG TS.NGUYỄN ANH THI ThS.LÊ VĂN CƯỜNG ThS.TRẦN ĐĂNG LONG ThS.HỒTHANH THƠ KS.TRƯƠNG HOÀI LINH KS.VÕ LÊ HOÀI PHƯƠNG Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng ……/…… Danh sách cán tham gia thực đề tài (Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm môn, Khoa/Trung tâm) TS.Nguyễn Ngọc Dũng Đơn vị: Bộ môn Kỹ Thuật Ơ tơ – Máy Động Lực, khoa KTGT TS.Nguyễn Anh Thi Đơn vị: Bộ môn Kỹ Thuật Hàng ThS Lê Văn Cường Đơn vị: Bộ môn Kỹ Thuật Ơ tơ – ThS.Trần Đăng Long Đơn vị: Bộ mơn Kỹ Thuật Ơ tơ – Khơng, khoa KTGT Máy Động Lực, khoa KTGT Máy Động Lực, khoa KTGT KS.Trương Hoài Linh Đơn vị: PTNTĐ Động Cơ Đốt Trong, ĐHQG Tp.HCM KS.Võ Lê Hoài Phương Đơn vị: PTNTĐ Động Cơ Đốt Trong, ĐHQG Tp.HCM ThS.Hồ Thanh Thơ Kéo (đã tốt nghiệp) Học viên Cao học Ngành Ơ tơ – Máy TĨM TẮT Ngày nay, đo lưu lượng thể tích ngày ứng dụng phổ biến lĩnh vực khác nhau, đặc biệt lĩnh vực động đốt Trong động cơ, thông số như: nhiệt độ, áp suất lượng khơng khí nạp có ảnh hưởng lớn khả làm việc động Đối với lĩnh vực thử nghiệm động cơ, tất thông số như: lượng khơng khí nạp, lượng nhiên liệu, lưu lượng khí lọt, lượng khí xả…có tầm quan trọng định giúp điều khiển động hiệu xác Do đó, vai trị đo lưu lượng quan trọng Khi xác định mức độ xác tầm quan trọng đo lưu lượng, chọn phương pháp đo phù hợp để đáp ứng nhu cầu đặt ra, ví dụ cơng nghệ đo kiểu chênh áp (Differential Pressure), công nghệ đo kiểu từ trường (Magnetic), công nghệ kiểu siêu âm (Ultrasonic), Tuabin (Turbine) , thiết bị đo kiểu phao (Rotameter), ống Coriolis, thiết bị đo kiểu Karman (Vortex Shedding), công nghệ dây nhiệt số công nghệ khác Việc sử dụng công nghệ có độ xác cao : ống Coriolis, công nghệ dây nhiệt, công nghệ siêu âm…giá thành lắp đặt hệ thống cao nhiều so với công nghệ chênh áp như: ống venturi, ống pitot, ống orifice… Cuối cùng, mục tiêu đề tài tập trung nghiên cứu chế tạo thiết bị đo lưu lượng kiểu chênh áp có khả đo lưu lượng lưu chất (bao gồm chất khí chất lỏng) có độ xác chấp nhận q trình sử dụng mà giá thành thấp so với thiết bị khác Trong trình khảo sát đặc tính làm việc phương án đo lưu lượng dựa phương án chênh áp, với hỗ trợ cơng cụ tính tốn mơ Ansys Fluent, cuối chọn ống venturi phù hợp với yêu cầu đặt đề tài Bước tiến hành cân chuẩn đo lưu lượng thể tích kiểu ống venturi với đo chuẩn kiểu dây nhiệt ABB, đánh giá khả làm việc đo thơng qua thơng số như: độ xác, độ nhạy, độ tin cậy, độ ổn định hệ số cản đo MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Ứng dụng thiết bị đo lưu lượng đo lường điều khiển động đốt 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2 1.3 Nội dung thực 2 Chương 2: TÌM HIỂU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU LƯỢNG 3 2.1 Kỹ thuật đo lưu lượng nguyên lý độ chênh áp 3 2.2 Kỹ thuật đo lưu lượng nguyên lý dây nhiệt 3 2.3 Kỹ thuật đo lưu lượng hoạt động dựa nguyên tắc khác 4 2.3.1 Kiểu Karman 4 2.3.2 Kiểu dao động - ống Coriolis 4 2.3.3 Kiểu điện từ 4 2.4 So sánh phương pháp đo 5 Chương 3: SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU LƯỢNG DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ CHÊNH ÁP 7 3.1 Các điều kiện mô 7 3.1.1 Điều kiện kích thước 7 3.1.2 Điều kiện lưu chất mô 8 3.1.3 Điều kiện lưới mơ hình 8 3.2 Kết mô 8 3.2.1 Ống venturi 8 3.2.2 Ống orifice 9 3.2.3 Ống nozzle 9 3.2.4 Ống phân kỳ - hội tụ 10 3.2.5 So sánh phương án 10 Chương 4: THIẾT KẾ BỘ ĐO LƯU LƯỢNG KHƠNG KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHÊNH ÁP 12 4.1 Yêu cầu 13 4.2 Thiết kế kỹ thuật đo 13 i 4.2.1 Thiết kế kỹ thuật ống venturi 13 4.2.2 Thiết kế kỹ thuật hệ thống đo điện tử cho đo lưu lượng 14 4.3 Thiết kế công nghệ cho đo 16 4.3.1 Thiết kế công nghệ ống venturi 16 4.3.2 Thiết kế mạch điều khiển điện tử cho đo lưu lượng khơng khí nạp 16 Chương 5: CÂN CHUẨN VÀ ĐÁNH GIÁ BỘ ĐO LƯU LƯỢNG 20 5.1 Thực nghiệm cân chuẩn dùng cho q trình thiết lập thơng số đo 20 5.1.1 Thiết bị cân chuẩn 20 5.2 Đánh giá đặc tính đo LTAFM 21 5.2.1 Độ xác 22 5.2.2 Tầm đo 23 5.2.3 Độ nhạy 23 5.2.4 Độ phân giải 24 5.2.5 Hệ số cản 25 Chương 6: ỨNG DỤNG 26 Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 27 7.1 Kết luận 27 7.2 Hướng phát triển 27 PHỤ LỤC ii MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Ứng dụng đo lưu lượng vị trí khác động 1 Hình 2.1 Phương pháp đo ống venturi 3 Hình 2.2 Phương pháp đo lỗ orifice 3 Hình 2.3 Phương pháp đo ống nozzle 3 Hình 2.4 Phương pháp đo ống pitot 3 Hình 2.5 Phương pháp đo kiểu dây nhiệt kiểu Karman 4 Hình 2.6 Phương pháp đo kiểu ống Coriolis kiểu điện từ 4 Hình 3.1 Ống venturi 7 Hình 3.2 Ống nozzle 7 Hình 3.3 Ống orifice 7 Hình 3.4 Ống phân kỳ - hội tụ 7 Hình 3.5 Mơ hình chia lưới ống venturi 8 Hình 3.6 Mơ hình chia lưới ống nozzle 8 Hình 3.7 Mơ hình chia lưới ống orifice 8 Hình 3.8 Mơ hình chia lưới ống phân kỳ-hội tụ 8 Hình 3.9 Kết mơ ống ventui 8 Hình 3.10 Kết mơ ống orifice 9 Hình 3.11 Kết mơ phổng ống nozzle 9 Hình 3.12 Kết mơ ống phân kỳ - hội tụ 10 Hình 3.13 So sánh kết mô phương án 10 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý tính tốn ống venturi 11 Hình 4.1 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý ống venturi 13 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện – điện tử đo lưu lượng 14 Hình 4.3 Sơ đồ giải thuật đo 15 Hình 4.4 Ống venturi chế tạo 16 Hình 4.5 Bản vẽ lắp ống venturi 16 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn ổn áp +5VDC +8VDC 17 Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tín hiệu từ cặp áp suất chênh áp 17 Hình 4.8 Sơ đồ ngun lý mạch đọc tín hiệu cảm biến áp suất khơng khí 18 Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch đọc tín hiệu cảm biến nhiệt độ khơng khí 18 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý mạch xuất tín hiệu analog 18 Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý mạch đọc/xuất tín hiệu digital 18 Hình 4.12 Sơ đồ bố trí linh kiện bo mạch đo 19 Hình 4.13 Bo mạch điều khiển đo chế tạo 19 Hình 5.1 Sơ đồ thực nghiệm cân chuẩn đo lưu lượng khơng khí 20 Hình 5.2 Sơ đồ thực đo lưu lượng khơng khí xe Daewoo Lanos 20 iii Hình 5.3 Đặc tuyến quan hệ điện áp V lưu lượng khơng khí Q 21 Hình 5.4 Đồ thị xác đo lưu lượng khơng khí tồn dãy đo 22 Hình 5.5 Phân bố xác suất đo LTAFM ABB lưu lượng khác 23 Hình 5.6 Độ nhạy đo lưu lượng khơng khí tĩnh 24 Hình 5.7 Độ nhạy đo lưu lượng khơng khí dao động 24 Hình 6.1 Bộ đo lưu lượng khơng khí biogas máy phát điện cơng suất lớn dùng 100% biogas………………………………………………………………………………………… 24 Hình 6.2 Bộ đo lưu lượng khí thải kiểu venturi…………………………………………….24 MỤC LỤC BẢNG Bảng 3-1 Bảng thơng số khơng khí 250C 8 Bảng 5-1 Độ tin cậy đo lưu lượng khơng khí mức lưu lượng khác 23 iv Chương 1: 1.1 GIỚI THIỆU Ứng dụng thiết bị đo lưu lượng đo lường điều khiển động đốt Lưu lượng chất khí lỏng thơng số quan trọng đo lường, điều khiển đánh giá động đốt (Hình 1-1) Cụ thể: Lưu lượng khơng khí nạp thơng số quan trọng cho q trình điều khiển động cơ, đặc biệt động đánh lửa cưỡng (điều khiển cung cấp nhiên liệu, đánh lửa, phân phối khí…) Lưu lượng khí xả thơng số quan trọng cho q trình đánh giá phát thải ô nhiễm động cơ, chuyển đổi thành phần khí thải định lượng theo thể tích thành định lượng theo khối lượng Lưu lượng nhiên liệu (lỏng, khí) thơng số quan trọng đáng giá tính làm việc, tính kinh tế động Ngồi ra, lưu lượng hồi lưu khí xả lưu lượng lọt khí thơng số cần khảo sát Hình 1.1 Ứng dụng đo lưu lượng vị trí khác động Nhu cầu phát triển hệ thống điều khiển động – đặc biệt hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu đánh lửa động đốt cháy cưỡng động nhiều xilanh/động xe gắn máy dùng LPG/CNG/biogas/nhiên liệu sinh học, đặt yêu cầu quan trọng cho việc nghiên cứu chế tạo thành cơng đo lưu lượng thể tích, đo lưu lượng khơng khí nạp cho động lưu lượng nhiên liệu khí Các đo lưu lượng khơng khí (kiểu đo gió kiểu dây nhiệt/màng nhiệt) qua sử dụng có thị trường phù hợp cho ứng dụng đo lưu lượng khơng khí nạp với động có thông số làm việc tương đương Những đo khó áp dụng cho động có dung tích lớn (VD: động dùng nhiên liệu khí chuyển đổi từ động diesel), hay kích thước nhỏ (VD: động xe gắn máy), hay chất khác (nhiên liệu lỏng/khí, khí Chương 1: Giới thiệu thải, lọt khí) Do đó, việc nghiên cứu xác định công nghệ phù hợp để tự phát triển đo lưu lượng điều kiện Việt Nam công tác quan trọng cần thiết 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ¾ Xác định phương pháp đo lưu lượng thể tích phù hợp cho ứng dụng đo lường điều khiển động đốt ¾ Chế tạo thử nghiệm đo lưu lượng thể tích mẫu với điều kiện cơng nghệ nước, đạt độ xác, độ tin cậy, độ nhạy độ ổn định cao 1.3 Nội dung thực Tìm hiểu kỹ thuật đo lưu lượng, xác định phương pháp đo lưu lượng phù hợp cho ứng dụng đo lường điều khiển động đốt Thiết kế, tính tốn mơ đặc tính đo lưu lượng cho đối tượng cụ thể động xe Lanos (động xăng 04 xilanh, dung tích xilanh 1,5l) với lưu lượng thiết kế: Qmax = ηv_max n max 6500 ΣVi = 0,75× ×1,5 ≈ 61( l/s ) hay 219,6 m3/h (255,7 kg/h) 2×60 2×60 Thiết kế nguyên lý hệ thống điện – điện tử giải thuật làm việc chương trình đo Thiết kế chế tạo đo lưu lượng thể tích mẫu Cân chuẩn xác định đặc tuyến đo lưu lượng chế tạo Thử nghiệm đánh giá tính đo lưu lượng chế tạo Báo cáo tổng hợp nội dung đề tài Chương 1: Giới thiệu ... với ứng dụng đo lường lưu lượng khí thử nghiệm điều khiển động đ? ?t trong, đặc bi? ?t công nghệ chế t? ??o đơn giản, giá thành thấp Đây kỹ thu? ?t chọn thực đề t? ?i 01 đo lưu lượng thể t? ?ch mẫu chế t? ??o. .. 2×60 Thi? ?t kế nguyên lý hệ thống điện – điện t? ?? giải thu? ?t làm việc chương trình đo Thi? ?t kế chế t? ??o đo lưu lượng thể t? ?ch mẫu Cân chuẩn xác định đặc tuyến đo lưu lượng chế t? ??o Thử nghiệm... venturi Chương 4: Thi? ?t kế đo lưu lượng khơng khí phương pháp chênh áp 13 4.2.2 Thi? ?t kế kỹ thu? ?t hệ thống đo điện t? ?? cho đo lưu lượng 4.2.2.1 Thi? ?t kế kỹ thu? ?t hệ thống điện – điện t? ?? cho đo lưu

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	11,31 MB