Tài liệu Giáo trình kỹ thuật đo lường P17 pdf

GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ CH NG 17 OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ (2 LT) 17.1 C s chung phân lo i ph ng pháp o l u l ng 17.1.1 C s chung v o l u l ng ch t l ng ch t khí (ch t l u): Ch t l u môi tr ng v t ch t d ng l ng ho c khí t n t i d i nh ng i u ki n nhi t , áp su t, th tích c xác nh b i nh lu t nhi t ng h c D i tác d ng c a l c bên ngoài, ví d s chênh l ch áp su t, ch t l u s chuy n ng, chuy n ng c c tr ng b i dòng ch y v i thông s : v n t c, kh i l ng riêng, áp su t nhi t i m khác c a ch t l u, nh t, khu ch tán nhi t, nhi t l ng riêng… Thông s th ng c n quan tâm nh t c a s chuy n ng v n t c l u l ng c a ch t l u, ó th ng xem thơng s cịn l i khơng i M t s tham s quan tr ng c a q trình cơng ngh l u l ng ch t ch y qua ng d n L u l ng v t ch t s l ng ch t y ch y qua ti t di n ngang c a ng d n m t n v th i gian Mu n nâng cao ch t l ng s n ph m hi u qu c a h th ng i u n t ng q trình cơng ngh c n ph i o c xác th tích l u l ng ch t Vi c o l u l ng m t ph n thi t y u m i q trình cơng nghi p ngành công ngh o l u l ng óng m t vai trị vơ quan tr ng c ng nh vi c o nhi t , áp su t, m c ch t l ng… Trong vi c o l u l ng, ta c n phân bi t: - L u l ng c tính b ng th tích n v th i gian: (m3/s) Qv = V/t - L u l ng c tính b ng tr ng kh i m t n v th i gian: (kg/s) Qm = m/t Khi bi t t tr ng c a môi tr ng c n o hai lo i l u l ng c tính b ng ph ng trình: Q m = Q v - L u l ng t c th i: c tính theo cơng th c: Q= v i V th tích c a ch t l u - L u l ng trung bình: dV dt c tính theo cơng th c: Qtb = V (t − t1 ) v i (t − t1 ) kho ng th i gian o Trong trình s n xu t c a ngành cơng nghi p hố ch t, ch bi n, i n n ng… l u l ng tính b ng tr ng kh i c n bi t nh ng c ng khó o c h n Trong m t h th ng khép kín, l u l ng tính b ng tr ng kh i, l u kh i c nh ó l u l ng tính b ng th tích thay i theo nhi t áp su t Môi tr ng o khác c c tr ng b ng tính ch t hố lý u c u cơng ngh , ó mà ta có nhi u ph ng pháp o l u l ng d a nh ng GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ ngun lý khác thích ng v i nhu c u khác công nghi p, ng i ta ã phát tri n r t nhi u ph ng pháp o l u l ng ch t l ng, h i n c, ch t khí… 17.1.2 Phân lo i thi t b o l u l ng ch t l ng ch t khí: V n t c l u l ng c a ch t l u th ng c o gián ti p thơng qua nh h ng c a n c tr ng v t lý c a v t trung gian ho c n hi n t ng v t lý ó v n t c, l u l ng m t thông s v t trung gian n i x y hi n t ng v t lý ó V t trung gian có th ch t l u ho c m t ph n t c u thành c a c m bi n - Khi v t trung gian b n thân ch t l u: v n t c, l u l ng c a c xác nh thơng qua áp su t ng U /2, qua hi u ng Doppler tác ng b i laze ho c siêu âm th i gian truy n qua c a m t ng v phóng x Trong tr ng h p ph i s d ng thêm c m bi n thích h p v i i l ng trung gian c n o áp su t, ánh sáng, siêu âm, tia phóng x - Khi v t trung gian m t ph n t c a c m bi n t ch t l u: v n t c c a ch t l u s xác nh m t c tr ng v t lý c a v t trung gian nh : nhi t c a v t trung gian, t c quay c a v t trung gian Các ph ng pháp o l u l ng c b n g m: - L u l ng k c khí: l u l ng k cánh qu t-tuabin (Turbine flowmeters), l u l ng k phao n i (Variable-area flowmeters), l u l ng k b n ch n (Palette flowmeters) - L u l ng k i n t (Electro-magnetic flowmeters) - L u l ng k t n s dịng xốy - L u l ng k kh i l ng nhi t - L u l ng k o gi m áp su t (Differential pressure flowmeters) 17.2 Các ph ng pháp o l u l ng 17.2.1 L u t c k cánh qu t (tu cbin) (Turbine flowmeter): Dùng ot c dòng ch y qua m t ng d n, th ng công t n c ho c o t c c a tàu bi n a) C u t o: nh hình 17.1: g m có cánh qu t gi ng nh cánh tua bin, quay giá c g n vào ng d n: Hình 17.1 C u t o c a l u t c k cánh qu t có tác d ng h n ch t c di chuy n c a cánh qu t Tr c cánh qu t c làm b ng v t li u không d n t ó g n lõi thép b ng v t li u m m GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ Bên ngồi ng t nam châm v nh c u qu n cu n dây c m ng b) Nguyên lý ho t ng: cánh qu t quay, t thông c a nam châm s t ng lên lõi thép n m d c tr c c a nam châm gi m xu ng lõi thép n m vng góc v i Khi t thơng móc vịng cu n dây c m ng thay i s xu t hi n m t su t i n ng c m ng M i vòng quay t thông t ng gi m hai l n nên t n s c m ng f cu n dây c ng t ng g p hai l n s vòng c a tr c o t n s f b ng t n s k t ó suy t c dòng ch y V i ph ng pháp sai s c a thi t b t 1÷0,3% Ngun nhân gây sai s qn tính c a cánh qu t, ma sát gi a tr c quay giá Có th gi m sai s b ng cách gi m mơmen qn tính c a cánh qu t 17.2.2 L u t c k ki u c m ng (Electro-magnetic flowmeters): Dùng o t c dòng ch y d n i n a) C u t o: nh hình 17.2: Hình 17.2 C u t o c a l u t c k ki u c m ng b) Nguyên lý ho t ng: ng c ch t o b ng v t li u không d n t cho ch t l ng d n i n ch y qua T tr ng bi n thiên nam châm t o nên xuyên qua dòng ch t l ng c m ng m t s c i n ng S c i n ng c l y hai i n c c và a vào thi t b o l n c a s c i n ng c tính: E = kωBdv ó: S c i n v i Q= k-h s ω - t n s góc c a t thơng nam châm t o Bc m ng t dng kính ng d n v - t c trung bình c a ch t l ng theo ti t di n ng ng có th bi u di n qua l u l ng c a ch t l ng 4kω Q.B E= πd v.π d l u l m t ng, t c s l ng ch t l ng ch y qua ti t di n ng n v th i gian GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ L u t c k s d ng ph ng pháp có u i m khơng có qn tính v y có th o c l u t c bi n thiên theo th i gian Ch th c a d ng c không ph thu c vào thông s v t lý c a ch t l ng (áp su t, nhi t , m t , nh t), ngồi khơng ph thu c vào s c c n ph i v i dòng ch t l ng nh l u t c cánh qu t Sai s c a thi t b xu t hi n s c i n ng kí sinh hình thành i n c c Sai s c b n kho ng 1÷2,5% 17.2.3 Ph ng pháp o l u l ng b ng t n s dịng xốy (Vortex Flow Metter): a) Ngun lý ho t ng: ph ng pháp o l u l ng b ng t n s dịng xốy d a hi u ng s phát sinh dịng xốy m t v t c n n m l u ch t Nguyên nhân gây s dao ng s sinh bi n m t c a dịng xốy bên c nh v t c n Các dịng xốy c nh bên c a v t c n có chi u xốy ng c Hình 17.3 Dịng xốy xu t hi n sau v t c n T n s s bi n m t c a dịng xốy (và c s xu t hi n) m t hi u ng dùng o l u l ng tính b ng th tích Liên h gi a kích th c hình h c v t c n, v n t c l u ch t v t n s bi n m t c a dịng xốy f- t n s dịng xốy c di n t h ng s Strouhal S: S = fvb v i: bng kính c a v t c n f - t n s dịng xốy v - v n t c dịng xốy Hình 17.4 Ph ng pháp o l u l ng b ng dịng xốy V i i u ki n h ng s Strouhal S không ph thu c vào tr s Reynold ta có th tích l u l ng theo th tích n v th i gian c tính: Qv = b.A f S GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ v i A di n tích c t ngang c a dịng ch y hình thành m t ng dịng xốy có tính xác nh l p l i th t t t yêu c u v t c n ph i áp ng m t s i u ki n Hình dáng m t s v t c n c trình bày d i ây: Hình 17.5 Hình dáng m t s v t c n Hình dáng c a v t c n ph i c c u t o cho m t kho ng tr s Reynold r ng mà tr s Strouhal v n h ng s V i v t c n có hình d ng l ng kính, ta có tr s S n nh su t m t d i tr s Reynold r ng v y thi t b o c bán th tr ng th ng có v t c n hình l ng kính T n s dao ng c a v n t c có th c o v i nhi u ph ng pháp khác C ng có th o s dao ng áp su t v i màng s c co giãn ho c o dịng xốy v i sóng siêu âm L c tác d ng lên v t c n có h ng th ng góc v i dòng ch y tr c c a v t c n c o b ng c m ng áp i n b) c i m c a ph ng pháp o l u l ng b ng t n s dịng xốy: - Ph ng pháp r t kinh t có tin c y cao T n s dịng xốy khơng b nh h ng b i s d b n hay s h h ng nh c a v t c n ng bi u di n c a n tính không thay i theo th i gian s d ng Sai s phép o r t bé Kho ng o l u l ng tính b ng th tích t n 100% M t tính ch t r t c bi t c a phép o b ng dịng xốy c l p v i tính ch t v t lý c a mơi tr ng dòng ch y Sau m t l n ch nh nh, sau ó ta khơng c n ch nh nh l i v i t ng lo i l u ch t M t u i m n a thi t b o l u l ng b ng dịng xốy khơng có b ph n c h c chuy n ng s òi h i v c u trúc n gi n - L u l ng k ki u xoáy c dùng o l u ch t ch t l ng, khí h i (tr l u ch t có nh t q l n) v i xác t ng i cao: L u ch t Ch t l ng Khí H i xác ±1% ±1% ± 1,5 % - Các y u t c n quan tâm s d ng l u l ng k ki u xoáy là: cách l p t, nhi t l u ch t, t tr ng nh t c a l u ch t, y u t nhi u rung ng Ví d : l u l ng k ki u xoáy YEWFLO c a hãng Yokogawa - Nh t B n: π D Q = f ( GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n − d D).d S GIÁO ÁN_K THU T v i: OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ Q - l u l ng t l d - r ng c a t o xoáy Dng kính bên c a YEWFLO Hình 17.6 L u l C u trúc c a l u l ng k ki u xoáy YEWFLO ng k nh hình 17.7: Chi u dịng ch y Hình 17.7 C u trúc c a l u l ng k ki u xoáy YEWFLO B chuy n i Thành ph n c m bi n Màn hình hi n th tín hi u u Thanh t o xốy s t o l c nâng có thay i v ng su t t c t n s xoáy s GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n Mi ng m Thanh t o xốy Dây tín hi u c m bi n ng su t thay i T n s c a c phát hi n b i thành ph n GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ áp i n c hàn kín trong t o xốy Có thành ph n áp i n phân bi t l c t o b i xoáy l c t o nh ng y u t khác Chúng có nhi m v chuy n i l c xốy thành tín hi u i n c at ib chuy n i x lý Nh ng thành ph n c t t o xốy khơng ti p xúc v i l u ch t nh hình 17.8: i nc c C m bi n Ph n ti p xúc v i l u ch t Hình 17.8 C u t o c a c m bi n áp i n o l c t o xoáy c) Nhi u ch ng nhi u: c m bi n áp i n r t nh y c m v i nhi u, c bi t s rung ng ng, v y c m bi n l u l ng t n s dịng xốy ph i c thi t k h n ch n m c t i a tác ng c a nhi u k c v i ph n c ng ph n m m Máy b m Nhi u rung Nhi u rung ng c khí Van ng Máy nén khí ng c Hình 17.9 Các nhi u tác ng lên l u l ng k t n s dòng xoáy d) Các quy nh v l p t l u l ng k t n s dịng xốy: vi c l p t l u l ng k t n s dịng xốy ph i tn theo quy t c sau: - L p l u l ng k theo chi u m i tên chi u dòng ch y vào: - Ph i m b o kho ng cách t i thi u gi a l u l ng k v i o n n i v i i m n i khác (van, o n cong…) theo chi u xuôi chi u ng c dịng ch y thu c tín hi u u vào xác nh t (D ng kính c a l u l ng k ): nh hình 17.10 - Vi c l p t i m o áp su t nhi t m t ng ng v i l u l ng k có quy nh v kho ng cách nh hình 17.11 - Không o nh ng ch t l ng có ch a c ch t r n nh cát, s i… lo i b nh k v t r n bám vào ch n - Có th o c l u l ng khí, ch t l ng hay h i khơng có s bi n i GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ tr ng thái Tuy nhiên th ng không th o l u ch t dịng ch y có t p ch t, dịng ch y phân t ng ho c dịng ch y có b t khớ Dòng chảy 5D 10D Khoảng cách với ống mở rộng Dòng chảy 10D 5D Khoảng cách với ống thu hẹp Dòng chảy 20D 5D Khoảng cách với đoạn rẽ Dòng chảy 20D - 40D 5D Khoảng c¸ch víi c¸c van Hình 17.10 Kho ng cách t i thi u gi a l u l ng k v i o n n i v i i m n i khỏc Điểm đo áp suất Chiều chảy ng ợc Điểm đo nhiệt độ Dòng chảy Chiều chảy xuôi đến 7D 2D từ điểm ®o ¸p st Hình 17.11 Kho ng cách l p t i m o áp su t nhi t m t ng ng v i l u l ng k - T t nh t l u l ng k ng ng ph i có ng kính Trong tr ng h p khơng tránh kh i ph i khác ng kính c a l u l ng k ph i nh h n ng kính ng: Khơng D1 c c D2 D0 D1 < D GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n D0 D2 > D GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ o c xác l u l ng c a l u ch t yêu c u ph i o v i nh ng ng ng luụn y nh hỡnh minh h a: Dòng chảy vào Không đợc Không đợc Dòng chảy vào Đợc Đợc Dòng chảy vào Dòng chảy vào - Cỏc l u ch t ch a c ch t l ng ch t khí s gây l o Ph i tránh b t khí t o ch t l ng v y mà t cho tránh c s t o thành c a b t khí Nên l p xi dịng ch y s gi m áp su t dòng ch y qua van s i: i q trình ng ng ph i l p t van theo chi u làm b t khí - L u ý tránh l p t l u l ng k tr ng h p có m c ch t l ng ng gi nguyên m t tr ng thái không i - Không l p t l u l ng k mơi tr ng có nhi t thay i t ng t: GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n GIÁO ÁN_K THU T - Trong m l ng k ch n mịn - Khơng - Nên l p ch m ch n OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ t mơi tr ng có thi t b phát nhi t nóng ph i l p t l u có thơng gió Khơng l p t l u l ng k môi tr ng d b c cho l u l ng k vào b t k m t ch t l ng t l u l ng k nh ng môi tr ng h n ch th p nh t m c va ng 17.2.4 Ph ng pháp o l u l ng b ng siêu âm a) Nguyên lý ho t ng: t n s c a siêu âm cao h n t n s mà thính giác c a ng i có th c m nh n c Trong k thu t, t n s h u ích c a siêu âm tr i dài t 20 kHz n 10 MHz T n s , dài sóng v n t c truy n sóng c liên k t v i theo công th c: Co = f V n t c truy n sóng l thu c vào c tính c a mơi tr ng c bi t vào nhi t c a môi tr ng - Ph ng pháp hi u s th i gian truy n sóng: Hình 17.12 trình bày m t c u trúc dùng o l u l ng: c m bi n siêu âm n m cách m t kho ng L ng d n có l u ch t d ch chuy n m t v n t c v C m bi n phát sóng c m bi n thu sóng, v n t c truy n sóng c gia t ng thêm thành ph n v.cos V i ph ng pháp o sóng siêu âm ta c v n t c v c a dòng ch y sau nhân v v i di n tích m t c t ngang c a ng, ta thu c l u l ng tính b ng th tích Hình 17.12 C u trúc ng o l u l N u g i t1 th i gian truy n sóng t t c dịng ch y v c tính là: v= ng b ng siêu âm n t2 t n ta có cv n L t2 - t1 2cos a t1t2 GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 10 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ o c th i gian truy n sóng m t cách xác c m bi n siêu âm ph i ho t ng nhanh Các c m bi n c n ph i phát c sóng có s n d c th ng ng C c m bi n i di n phát lúc m t sóng siêu âm C ho t ng u tiên nh ngu n phát sau ó ho t ng nh hai c m bi n thu sóng siêu âm c a V n t c dòng ch y c xác nh r t nhanh chóng v i ph ng pháp - Ph ng pháp hi u s t n s : Các c m bi n v n c t nh hình 17.12 nhiên chúng c v n hành khác i C m bi n g i m t xung cho c m bi n C m bi n tr l i b ng m t xung cho c m bi n làm cho c m bi n phát i m t xung T n s f1 c a c m c ol nl t: bi n t n s f2 c a c m bi n f1 = t = Co + v cos a ; L f1 – f2 = 2v cos a t hi u s : tính f2 = t1 = Co - v cos a L L c v n t c dòng ch y v c l p v i v n t c truy n sóng Co : v= L (f - f ) 2cos a do: t2 - t1 1 = - = f1 - f t1t2 t1 t2 nên ta có k t qu nh ph ng pháp o Vì t n s c o t m t chu i xung, ó phép o m t th i gian h n Ngồi s ph n h i sóng siêu âm t b t n c, v t r n ch t l ng… nên phép o b nhi u nhi u h n so v i phép o hi u s th i gian - Ph ng pháp hi u ch nh dài sóng (hi u ch nh pha): V i s liên h Co = f , v n t c truy n sóng thay i v i t n s không i dài sóng ph i thay i Ch n t n s fo cho v i v n t c dịng ch y v = kho ng cách gi a hai c m bi n b ng n o Khi v n t c dòng ch y khác khơng ta có C1 = Co + vcos dài sóng: C2 = Co - vcos v i t n s khơng thay i ta có = C1 fo ; = C2 fo V i ph ng pháp hi u ch nh pha t n s siêu âm c thay i cho dù v i v n t c dòng ch y ta ln có n o kho ng cách L gi a hai c m bi n c gi c nh ó v i hai h ng truy n sóng khác ta có: dài sóng o f1 = C1 lo ; f2 = C2 lo T hi u s : f1 – f2 = [(Co + v cos a ) - (Co - v cos a ) = 2v cos a lo suy v n t c dòng ch y v lo c l p v i v n t c sóng siêu âm Co : v= l lo (f - f ) 2cos a Ph ng pháp cho ta k t qu xác nh t ph ng pháp o l u ng b ng siêu âm Hình 17.13 m t c t d c theo m t c m bi n o l u l ng GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 11 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ b ng siêu âm cơng nghi p: Hình 17.13 ng o l u l Ví d : l u l ng v i siêu âm công nghi p ng k siêu âm SITRAN F US c a hãng Siemens - Hình 17.14 L u l c: ng k siêu âm SITRAN F US c a Siemens - Nguyên lý làm vi c: nh hình 17.15: Hình 17.15 Nguyên lý làm vi c c a l u l ng k sóng siêu âm V i: A, B: b chuy n i sóng siêu âm R: v t ph n x L: kho ng cách gi a b chuy n i VM: v n t c c a dòng ch y tAB/VAB: t s gi a th i gian v n t c truy n sóng âm t A n B tBA/VBA: t s gi a th i gian v n t c truy n sóng âm t B n A T c truy n âm v c a sóng siêu âm m t mơi tr ng ph thu c vào v n t c âm CM mơi tr ng ó v n t c dòng ch y VM (hi u ng mang) ; VBA = CM - VM VAB = CM + VM GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 12 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ Hi u ng c Siemens ng d ng l u l ng k siêu âm Hai b chuy n i sóng siêu âm s l n l t g i cho nh ng tín hi u sóng siêu âm o c i l ng th i gian th c tAB tBA qua l i gi a tín hi u tBA = L/(CM - VM) tAB = L/(CM + VM) ; N u có dịng ch y vào th i gian qua l i gi a tín hi u s nhanh h n v i chi u xuôi ch m h n v i chi u ng c dòng ch y S chênh l ch v th i gian giá tr v n t c c a dòng ch y VM: VM = L(t AB − tBA ) 2.t AB t BA K t qu không ph thu c vào t c âm mơi tr ng ó khơng ph thu c vào môi tr ng o - L p t l u l ng k siêu âm: vi c l p t l u l ng k sóng siêu âm h SITRANS F US ph i tuân theo nh ng quy t c sau: ̇ L u l ng k có th c l p nh ng ng ng n m hay d c ̇ m b o kho ng cách h p lý gi a l u l ng k v i thi t b l p ng ng L ul ng k có th n m ngang ho c d c ̇ Giá tr o ch xác ng ng ln y, ó nên l p t SITRANS F US cho ng ng o môi tr ng y N u ng ng c t d c, nên t thêm m t ng xi phông: GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 13 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ ̇ V i nh ng phía ng ng có u m , không nên l p l u l u ra, ph i m b o r ng ng ng y: ng k ̇ Nên tránh l p th - nh h t l u l ng k nh ng i m cao nh t b t khí có ng t i xác c a thi t b o: c i m k thu t: ̇ L u l ng k sóng siêu âm xác: c dùng L u ch t xác ± 0,5 – % Ch t l ng ̇ Các y u t c n quan tâm s d ng l u l t nhi t o l u ch t ch t l ng v i ng k sóng siêu âm: cách l p l u ch t 17.2.5 Ph ng pháp o l u l ng b ng c m ng i n t a) Nguyên lý ho t ng: theo nh lu t c m ng i n t c a Fara ay, m t dây d n mang i n di chuy n m t t tr ng s sinh m t i n th , i n th t l v i v n t c di chuy n c a dây d n i n c ng c a t tr ng Hi u ng c dùng ph ng pháp o l u l ng ch t l ng d n i n có ch a ion mang i n tích Hình 17.16 o l u l a) Nguyên lý ng b ng hi u ng c m ng i n t : b) M ch i n thay th GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 14 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ V i i n tr ng E ta có m t i n th U o c hai i n c c n m ng l u ch t có ng kính D: U = D.v.B (1) V i v n t c v, ta có l u l ng tính theo th tích di n tích m t c t ngang ng là: πD πD U Qv = v = B Nh th i n th o c th c o c a l u l ng ch t l ng c tính b ng th tích n v th i gian Trong ph ng trình (1) ta th y khơng có thành ph n d n i n Nó khơng óng vai trị cho tr s hi u i n th U, nhiên l i xác nh tr s i n tr Rq c a ngu n i n ó i n tr c a c t ch t l ng gi a hai i n c c V i D ng kính c a ng d n l u ch t, A di n tích c a i n c c ta có: Rq = s D a Thi t b o l u l ng v i c m ng i n v i c m ng i n t m t ngu n i n có i n tr r t l n (hình 17.16.b) o c i n th c a ta c n m t m ch khuy ch i có i n tr vào c ng l n b) Các tính ch t k thu t: l u l ng k c m ng i n t có u m t i n th t l v i l u l ng m t t tr ng ng nh t mà hình d ng dịng ch y có i x ng xoay M t u i m c a ph ng pháp o l u l ng b ng c m ng i n t m t c t c a dịng ch y khơng b thu h p b i ng blende hay ng phun Ph ng pháp o có th th c hi n o l u l ng ch t l ng d b n, ch t kem s n s t hay c v i môi tr ng có tính ch t n mịn cao nh acid, ki m… T 10 n 100% thang o ta có sai s phép o nh h n 1% Hình 17.17 c m bi n o l u l ng b ng ph ng pháp c m ng i n t cơng nghi p Hình 17.17 C m bi n o l u l ng b ng c m ng i n t Ph ng pháp o l u l ng b ng c m ng i n t có s liên h r t n tính gi a l u l ng th tích i n th c n o Kho ng o r t r ng tr s o không b nh h ng b i thông s c a l u ch t nh nh t, t tr ng, áp su t, nhi t Trong ng d n l u ch t khơng có v t c n C m bi n c ch t o có có r ng chu n t vài milimet n vài mét Trong GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 15 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ công nghi p, thi t b o l u l ng v i ph ng pháp c m ng i n t c dùng nh ng n i áp su t cao nhi t r t cao c ng nh nh ng n i d gây cháy n , ng p l t… Ph ng pháp o l u l ng b ng c m ng i n t dù có t ti n ph c t p h n ph ng pháp khác nh ng ã c nghiên c u th nghi m lâu dài cơng nghi p Nó t b n b , b h h ng dù ph i làm vi c v i nh ng l u ch t c h i, n mòn cao nh n c th i, hoá ch t L u l ng k i n t c dùng o l u ch t ch t l ng d n i n v i xác cao: L u ch t Ch t l ng xác ± 0,2 – % Các y u t c b n c n quan tâm s d ng l u l ng k i n t g m cách l p t, nhi t l u ch t d n i n c a l u ch t Ví d : l u l ng k c m ng i n t ADMAG AE c a hãng Yokogawa Nh t B n: Hình 17.18 L u l ng k c m ng i n t ADMAG AE - Nhi u ch ng nhi u: o ch t l ng b ng l u l ng k i n t , xác c a l u l ng k có th thay i ph thu c vào d n i n M i quan h gi a xác d n i n c mơ t nh hình 17.19 d n i nc a ch t l ng l i ph thu c r t nhi u vào nhi t Hình 17.19 xác thay i ph thu c vào chi u dài cáp M t nguyên nhân khác c ng d n GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n n s sai l ch v d n i n xác c a phép o 16 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ ó nh h ng c a ch t n mòn trình ho t ng lâu ngày bám lên i n c c - Cách l p t l u l ng k c m ng i n t : m b o kho ng cách v trí h p lý: nh hình 17.20 hình 17.21: Hình 17.20 Các kho ng cách h p lý l p Hình 17.21 V trí l p tl ul t h p lý c a l u l GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n ng k c m ng i n t ng k c m ng i n t 17 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ 17.2.6 Ph ng pháp o l u l ng b ng cách o gi m áp su t (Differential pressure flowmeters) a) Nguyên lý ho t ng: m t nh ng nguyên t c ph bi n ol u l ng ch t l ng, khí h i nguyên t c thay i gi m áp su t qua ng thu h p nh hình 17.22: m t thi t b thu h p c t lòng ng ng có l u ch t ch y qua s có s chênh áp su t tr c sau l thu h p, chênh áp su t ph thu c vào l u l ng ch y qua ng: Hình 17.22 Nguyên lý ho t ng c a l u l ng k gi m áp su t Nguyên lý c ng d ng r t r ng rãi công nghi p o l u l ng d a thi t b nh t m ch n (blende, orifice plate), ng venturi (Venturi tube), ng Dall (Dall flow tube), ng phun (flow nozzle) c dùng nh m t thi t b o l u l ng, ta c n tính tốn l u l ng d a chênh áp su t: - V i l u ch t không ch u nén: tr ng h p n gi n, ta coi ng ng n m ngang ta có l u l ng c tính là: Q = CD A2 − ( A2 / A1 ) 2( P1 − P2 ) ρ v i: - t tr ng c a l u ch t CD - h s phóng (discharge coefficient): v i ng venturi CD = 0,97; v i t m ch n CD = 0,6 GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 18 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH Trong tính tốn th c t , v i d ta có: Q = C D E v i: NG 17: OL UL ng kính ng D πD m = A2/A1 = d2/D2 ; 2( P1 − P2 ) E= ρ NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ ng kính v t thu h p = K ∆P (1- m2 ) P - chênh áp ; K - h ng s theo nh ng ng d ng th c t c thành l p b ng cách thí nghi m có th tính tốn Giá tr CD có th th cho s n (ví d nh chu n ISO 5167:1980 cho phép c CD d a theo tính tốn CD d a ph ng trình Stolz hay chu n BS 1042 cho phép tính CD t th ) - V i l u ch t ch u nén: v i ch t khí t tr ng c a l u ch t s thay i i qua thi t b thu h p v y t tr ng c a l u ch t c ng thay i làm cho vi c tính tốn l u l ng khí tr nên ph c t p h n: Qm = C D ε v i: A2 − ( A2 / A1 ) 2.ρ1 ( P1 − P2 ) = C D ε E A2 2.ρ1 ∆P - t tr ng c a khí t i áp su t P1 - h s t l m r ng Vi c tính tốn c ph c t p ph th c vào (t l nhi t dung th chuyên kh o tính riêng Cp/Cv), P1, P2, A1, A2 Chu n BS 1042 dùng m t toán cịn ISO 5167 a m t ph ng trình c dùng l p i l p l i cho vi c tính tốn liên t c giá tr g n úng c a cho n t c giá tr xác theo yêu c u b) Các c i m l u ý trình s d ng: - T m ch n: c dùng t o m t s thay i t ng t ng ng, n gi n ch g m m t t m kim lo i hình trịn c chèn thêm vào m t bích c a ng ng nh hình 17.23 T m ch n có tác d ng t o m t s chênh áp o c t i D D/2 v i D ng kính c a ng: Hình 17.23 C u trúc l p GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n t t m ch n 19 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ Ta có th th y áp su t sau t m ch n th p h n áp su t tr c i qua t m ch n t m ch n ã gây m t t n hao áp su t (permanent pressure loss) V i t m ch n t n hao t 0,51 P ÷ 0,96 P, v i ng venturi 0,1 P ÷ 0,15 P Khi l u ch t ch y qua t m ch n, s có m t l c k tác d ng lên b m t t m ch n v y b m t ph i c ng ch ng l i tác ng c a l c Chu n BS 1042 a dày chu n t i a 0,1D T m ch n c ng ph i có c nh s c, c nh s ph i ch u c nh h ng c a s mài mòn t dòng ch y c a l u ch t nên c làm t v t li u nh thép ch ng g tránh s n mòn m c Trên b m t t m ch n ph i khoan m t l nh , i v i ch t l ng, l nh c t phía làm ng cho khí h i; i v i l u ch t khí hay h i, l l i ph i n m phía d i, n m ngang b ng v i thành ng cho phép h i ng ng t có th i qua - L p t t m ch n: c n th n tr ng ti n hành l p t t m ch n ng ng Vi c l p t g n nh ng ch r hay van i u n có th gây s thay i áp su t c c b , v y nên m t kho ng tr ng nh t m i l n ng kính ng (10D) tr c sau t m ch n Có nhi u cách b trí vịi l y tín hi u áp su t c s d ng v i t m ch n Các cách b trí th ng g p nh t c trình bày nh hình 17.24: Hình 17.24 Các cách b trí l p t t m ch n ng ng Các t m ch n c s d ng r t nhi u ng d ng th c t có th nói m t thi t b o l u l ng thông d ng nh t hi n - o chênh áp: vi c chuy n i tín hi u chênh áp thành tín hi u i n ịi h i ph i có m t b bi n i áp su t vi sai ( P) B bi n i P c k t n i qua m t kh i ng phân ph i nh hình 17.25a Kh i cho phép b bi n i c cách ly tháo l p hay b o d ng thông qua van B C GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 20 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ Van A van cân b ng c s d ng trình i u ch nh i m khơng van B C óng cịn van A m Trong trình v n hành bình th ng, van A ln óng Khi v n hành van này, ph i m b o r ng áp su t không th i qua c toàn b ng ng tránh h h ng màng c a b bi n i Luôn ph i m b o th t : van A m , van B, C óng hay m van B, C, óng van A b) a) Hình 17.25 o chênh áp su t l u l ng k áp su t vi sai Vi c l p t ng ng d n áp su t c ng ph i th n tr ng tránh v n x y s ng ng t c a ch t l ng ( i v i o khí) túi khí ( i v i o ch t l ng): v i ch t khí nên t BC P t m ch n v i ng ng th ng l y áp su t i xu ng d i; v i ch t l ng BC P nên t d i t m ch n v i ng ng th ng l y tín hi u áp su t i lên N u nh i u ki n v trí m t b ng khơng cho phép th c hi n c cách l p t nh ph i b trí ng ng v i vịi ( ng d n khí hay ng ch t l ng) nh hình 17.25b - L u l ng k chênh áp c dùng o l u ch t ch t l ng, ch t khí h i v i xác 0,5 ± % - Các y u t c n quan tâm s d ng l u l ng k chênh áp g m cách l p t, nhi t l u ch t t n hao áp su t Ví d : l u l ng k chênh áp EJA c a Yokogawa - Nh t B n: hình 17.26: Hình 17.26 L u l ng k o chênh áp EJA t m ch n l y tín hi u áp su t GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 21 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: B ng 17.1 trình bày s so sánh m t s ph dùng công nghi p: B ng 17.1 So sánh m t s ph L ul Môi tr NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ ng pháp o l u l ng th ng th mm ng ng dùng cơng nghi p Dịng xốy Siêu âm i nt Chênh áp l ng, h i, khí ng k ng o ng kính ng ng pháp o l u l OL UL l ng l ng (d n i n) l ng, h i, khí 25 ÷ 100 2,5 ÷ 3000 10 ÷ 1000 10 ÷ 300 D i nhi t -200 ÷ 400 -20 ÷ 180 -40 ÷ 180 -200 ÷ 500 Áp su t l n nh t bar 64 40 40 315 xác % ±1 ± 0,5 ÷ ± 0,2 ÷ ± 0,5 ÷ % 1÷ 0 0,4 ÷ 0,95 0,01 ÷ 20 0,1 ÷ 1000 0,1 ÷ 1000 ÷ 1000 T n hao áp su t (liên quan n chênh áp) D i nh t C 17.2.7 o l u l ng ch t r n b ng lo i cân b ng t i Ngoài vi c o l u l ng c a ch t l ng, ch t khí dây chuy n s n xu t c a m t h th ng t ng hóa vi c o l u l ng c a ch t r n c ng óng m t vai trị quan tr ng Ví d nh vi c xác nh l u l ng nhiên li u than c p vào lò c a nhà máy nhi t i n hay xác nh l u l ng ph i li u, clinker, th ch cao, ph gia… dây chuy n s n xu t xi m ng o c l u l ng c a v t li u r n này, nhà máy công nghi p ng i ta th ng s d ng cân b ng t i (cân b ng nh l ng) a) Nguyên lý ho t ng: cân b ng t i thi t b cung c p nhiên li u ki u tr ng l ng: v t li u c chuyên ch b ng t i có t c c i u ch nh nh n c l u l ng t ng ng v i giá tr t tr c c a ng i v n hành T c c a b ng t i t c c a v t li u c truy n t i v (m/s) T i c a b ng chuy n tr ng l ng c a v t li u c chuy n t i m t n v chi u dài (kg/m) Các cân b ng t i c trang b b ph n o tr ng l ng (load cell) o (t i b ng truy n) b i u n i u ch nh t c b ng t i v cho i m nhiên li u, l u l ng dòng ch y v t li u b ng giá tr t ng i v n hành t tr c L u l ng dòng ch y v t li u c tính b ng tích gi a tr ng l ng v t li u m t mét chi u dài b ng t i v i v n t c chuy n ng dài c a b ng t i (c ng v n t c chuy n ng c a v t li u): Q = v ó: Q - l u l ng dòng ch y v t li u (kg/s) - tr ng l ng v t li u m t n v chi u dài (kg/m) v - t c b ng t i (m/s) C u trúc chung c a m t h cân b ng t i g m thi t b c minh h a nh hình 17.27 bao g m hai b ph n: GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 22 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ - Các b ph n c b n, g m: b ng truy n 1, ph u c p li u 2, c ng i u ch nh cao c a li u b ng t i - Các b ph n truy n ng cân b ng, g m: ng c có i u ch nh t c 4, c m bi n t c ng c 5, h p gi m t c 6, tang b ng 7, bulơng c khí 8, tang truy n ng 9, load-cell 10 Hình 17.27 C u trúc chung c a h th ng cân b ng t i Ví d : cân b ng t i v i b Hình 17.28 S i u n l u l ng: hình 17.28: c u trúc c a h th ng i u ch nh l u l GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n ng ch t r n 23 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ Hình 17.28 s c u trúc m t h th ng i u ch nh l u l ng ch t r n s d ng cân b ng t i Ngoài thi t b c b n c a m t h cân b ng t i, h th ng i u ch nh bao g m thi t b nh v c a b ng t i t b ng t i m t d u hi u b ng kim lo i g i “belt index” giúp cho vi c phân o n b ng t i làm t ng xác c a cân, ng th i xác nh s tr t c a b ng t i B i u n i u ch nh t c b ng t i nh n l u l ng nhiên li u i m t ng ng v i giá tr t L u l ng li u tích s c a t i m t mét dài b ng truy n v i t c b ng truy n Giao di n SWS (Smart Weighing System) n i gi a cân b ng t i b i u n T t c tín hi u t u c a c m bi n s c n i v i h SWS t b ng t i H SWS thu th p tín hi u r i g i v b i u n theo th t c truy n tin n i ti p o t i c a b ng truy n, h dùng m t load-cell bi n i tr ng l ng thành tín hi u i n T c b ng t i o c nh m t máy phát t c ki u xung t gi a ng c h p gi m t c bánh r ng S xung phát t l v i t c c a ng c Nh v y, có hai y u t c n quan tâm h i u ch nh l u l ng cân b ng t i ó o tr ng l ng c a nhiên li u b ng t i i u ch nh t c ng c - o tr ng l ng c a nhiên li u b ng t i: tr ng l ng o c t tín hi u c a load-cell bao g m c tr ng l ng c a b ng t i tr ng l ng c a nhiên li u b ng Vì v y, có c tr ng l ng c a nhiên li u, ta ph i ti n hành “tr bì” B i u n xác nh c tr ng l ng c a nhiên li u nh t ng tr bì phân o n b ng t i - i u ch nh t c ng c : i u ch nh t c ng c , h th ng cân b ng t i th ng s d ng bi n t n ng c s d ng lo i ng c xoay chi u pha rotor l ng sóc T c ng c o c nh máy phát xung S xung phát t máy phát xung t l v i t c ng c c a t i SWS, sau c x lý c truy n t i b i u n B i u n có nhi m v tính tốn l u l ng b ng cách nhân t i b ng truy n th i i m li u v i t c b ng truy n B i u ch nh PID b i u n s ch nh nh t c b ng truy n ph thu c vào l u l ng c u cân B i u n m b o l u l ng không i c a dòng nhiên li u i m li u c a b ng cân GV: Lê Qu c Huy_B môn T - L_Khoa i n 24 ... Khoảng cách với đo? ??n rẽ Dòng chảy 20D - 40D 5D Khoảng cách với c¸c van Hình 17.10 Kho ng cách t i thi u gi a l u l ng k v i o n n i v i i m n i khỏc Điểm đo áp suất Chiều chảy ng ợc Điểm đo nhiệt độ... môn T - L_Khoa i n 20 GIÁO ÁN_K THU T OL NG CH NG 17: OL UL NG CH T L NG VÀ CH T KHÍ Van A van cân b ng c s d ng trình i u ch nh i m khơng van B C óng cịn van A m Trong trình v n hành bình th... m t tốn cịn ISO 5167 a m t ph ng trình c dùng l p i l p l i cho vi c tính tốn liên t c giá tr g n úng c a cho n t c giá tr xác theo yêu c u b) Các c i m l u ý trình s d ng: - T m ch n: c dùng