1. Bản tài liệu lý thuyết:
Thiết bị đo lưu lượng Oval.
Bộ đo lưu lượng Oval đo dòng chất lỏng bằng cách sử dụng 1 áp lực chênh lệch yếu để quay đôi bánh răng oval. Hai bánh răng ăn khớp bịt kín đầu vào và đầu ra nhằm tạo ra độ chênh lệch áp lực.
Công tơ thể tích đo thể tích chất lưu chảy qua công tơ bằng các đếm trực tiếp lượng thể tích đi qua buồng chứa có thể tích xác định của công tơ.
Sơ đồ nguyên lý của công tơ thể tích kiểu bánh răng hình ôvan trình bày như hình 4.1
Công tơ gồm hai bánh răng hình ôvan (1) và (2) truyền động ăn khớp với nhau . Dưới tác động của dòng chất lỏng, bánh răng (2) quay và truyền chuyển động tới bánh răng (1) cho đến lúc bánh răng (2) ở vị trí thẳng đứng, bánh răng (1) nằm ngang. Chất lỏng trong thể tích V1 được đẩy sang cửa ra. Sau đó bánh răng (1) quay và quá trình tương tự lặp lại, thể tích chất lỏng trong buồng V2 được đẩy sang cửa ra. Trong một vòng quay của côngtơ thể tích chất lỏng qua công tơ bằng bốn lần thể tích V1 (bằng V2). Trục của một trong hai bánh răng liên kết với cơ cấu đếm đặt ngoài côngtơ.
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý công tơ thể tích
Do độ trượt giữa bánh răng và thành buồng là rất nhỏ, cho nên việc đo không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi độ nhớt của chất lỏng
Thể tích chất lưu chảy qua côngtơ trong thời gian Δt = t2 - t1 tỉ lệ với số vòng quay xác định bởi công thức:
Trong đó:
qV - thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với một vòng quay. N1, N2 - tổng số vòng quay của công tơ tại thời điểm t1 và t2.
Thông thường thể tích chất lưu chảy qua công tơ được biểu diễn dưới dạng:
qc - hệ số công tơ (thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với một đơn vị chỉ thị trên công tơ).
Nc1, Nc2 - số trên chỉ thị công tơ tại thời điểm t1 và t2. Lưu lượng trung bình:
Với:
Để đếm số vòng quay và chuyển thành tín hiệu điện người ta dùng một trong ba cách dưới đây:
- Dùng tốc độ kế quang.
- Dùng mạch đo thích hợp để đo tần số hoặc điện áp.
- Dùng một nam châm nhỏ gắn trên trục quay của của công tơ, khi nam châm đi qua một cuộn dây đặt cố định sẽ tạo ra xung điện. Đếm số xung điện theo thời gian sẽ tính được tốc độ quay của trục công tơ: Hình 4.2
Hình 4.2. Cơ cấu truyền động của 2 bánh răng oval Chú thích :
• Driven Magnet: Trục nam châm • Rotor: bánh răng oval
• Hollow shaft: Trục truyền động rỗng
• Output Gear: Bánh răng truyền động ăn khớp ra • Idler gear: Bánh răng dẫn động
• Transmission Gear: Bánh răng dẫn động
Cảm biến đo mức dung sóng âm.
Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,…các đại lượng vật lý không điện thành các tín hiệu điện.
Bộ truyền siêu âm hoạt động dựa trên việc gửi một sóng âm, được phát ra từ bộ biến năng áp điện, đến bề mặt của một vật liệu cần đo. Bộ truyền
âm đo thời gian từ lúc gửi tín hiệu cho tới khi nhận được tín hiệu phản hồi. Thành công của phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từ vật cần đo. Những yếu tố như bụi, hơi nước (chất lỏng) dày đặc; độ cản trở bình chứa, nhiễu loạn gây bởi bề mặt; những chất tạo bọt và thậm chí là độ gồ ghề hoặc góc tạo bởi chùm sóng với bề mặt cần đo đều góp phần tạo những thông tin không mong muốn ở tín hiệu phản hồi. Điều cần thiết là người sử dụng cần phải cân nhắc điều kiện hoạt động sẽ ảnh hưởng thế nào tới sóng âm khi phát ra.
Những yếu tố quan trọng khác cần chú ý khi dùng bộ truyền âm gồm:
* Sóng âm-điều kiện tiên quyết của phép đo là sóng âm phải đi qua chất cần đo. Thông thường là không khí, nếu môi trường là chân không lại không phù hợp do trong chân không, không có đủ số phân tử khí làm giảm khả năng truyền sóng.
*Điều kiện bề mặt-bọt và những hạt bụi bẩn bám trên bề mặt của chất lỏng có thể hấp thụ sóng âm và làm cản trở sóng phản hồi về đầu phát;
* Góc tới và góc phản xạ-sóng âm cần được phát và nhận theo đường thẳng, mặt phản xạ cần là mặt phẳng;
* Nhiệt độ hoạt động-những phần mà siêu âm được gửi đến để đo thường làm bằng nhựa với nhiệt độ cao nhất cỡ 60°C. Dĩ nhiên, việc thay đổi nhiệt độ sẽ làm phép đo mức kém chính xác;
* Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường không tiếp xúc với áp suất quá cao; giá trị lớn nhất loại cảm biến này có thể chịu được là 30 psi (~2 bar);
* Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng), môi trường đọng nước, và tạp chất có thể làm thay đổi tốc độ của sóng âm qua môi trường không khí và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của tín hiệu hồi đáp. Để tránh sai số do môi trường gây ra cần gắn cảm biến vào những vị trí và môi trường có thể dự đoán trước.
Lợi ích lớn nhất của công nghệ đo mức thông qua môi trường khí như siêu âm, rada và laze là những thiết bị đo không tiếp xúc với vật cần đo (hình 4.3). Chỉ có một vài điểm tín hiệu cần tiếp xúc với bề mặt chất cần đo nhằm tạo ra những tín hiệu phản hồi về cảm biến. Điều này giải thích tại sao chất lượng không khí giữa bề mặt chất lỏng với cảm biến luôn là vấn đề và tại sao chất lượng của bề mặt chất lỏng (hoặc bình chứa)
Hình 4.3. Sơ đồ bố trí cảm biến
cần luôn được tính đến khi sản xuất và lắp đặt cảm biến vì mọi nhiễu loạn về tín hiệu sẽ góp phần vào sai số của phép đo.
Như vậy, cảm biến đo mức dùng siêu âm là một giải pháp phù hợp cho những đối tượng với những yêu cầu về hình dạng, môi trường ổn định và có thể biết trước. Khi lắp đặt chúng ta không được quên rằng bộ phát siêu âm chỉ có hiệu quả khi cảm biến đón nhận được tín hiệu phản hồi.
Cảm biến siêu âm SFR
a) Giới thiệu
Cảm biến siêu âm có nhiều loại, tùy thuộc theo công dụng như để nhận biết vật trong khoảng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác nhau và trong những điều kiện hoạt động khác nhau mà người ta chế tạo các loại cảm biến siêu âm cũng khác nhau.
b) Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF ( Time Of Flight )
Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s. Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian. Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF: d = v* t/2
c) Tầm quét của cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm có thể được mô hình hóa thành một hình quạt, trong đó các điểm ở giữa dường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì dường như có chướng ngài vật nằm ở đâu đó.
*: Ước tính góc của hình nón cảm biến ở ½ cảm biến
**: Số vọng ghi lại bởi cảm biến. Đây là những tiếng vọng ghi từ đọc gần đây nhất, và được ghi đè mới bằng mỗi lần khác nhau.
A: Những cảm biến nhỏ hơn điển hình ( SRF05/04) kích thước.
B: Phạm vi thời gian có thể được điều chỉnh xuống bằng cách điều chỉnh được.
C: Cảm biến này cũng bao gồm một photocell ở mặt trước để phát hiện ánh sáng.
D: Hoạt động ở một tần số 235kHz cao hơn.
Cảm biến đo nhiệt độ Pt-100
Là để đo lường nhiệt độ, sử dụng điện trở của plantium. Loại thông thường nhất (PT100) là điện trở 100 ohms tương ứng với nhiệt độ là 0˚ C và 138 ohms ở 100˚ C.
Cũng có cảm biến PT1000 mà điện trở 1000 ohms ở 0 ˚ C.
Mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở được xấp xỉ trên một khoảng nhiệt độ: cho ví dụ, giả sử tuyến tính hóa nhiệt độ ở khoảng 0˚ C đến 100˚ C, sai số cho 50˚ C là 0,4˚C.
Để có nhiệt độ chính xác mỗi loai kế nhiệt trở luôn có 1 hệ số tuyến tính riêng. Hệ số nhiệt độ này phải tuân theo tiêu chuẩn quốc tế 90 (ITS-90).
Hình 4.4. Cảm biến PT100
Sự tuyến tính hóa này được tự động trong phần mềm, sự tuyến tính hóa được tính bằng:
Rt = R0 * (1 + A* t + B*t2 + C*(t-100)* t3) Trong đó:
Rt là điện trở ở nhiệt độ t, R0 là điện trở ở nhiệt độ 0°C và: A=3.916E-3
B=-5.775E-7
C=-4.183E-12 (dưới 0° C), hoặc C = 0 (trên 0° C)
Mọi cảm biến Pt-100 được sản xuất với tiêu chuẩn điện trở 100 ohm để tạo ra đọ tin cậy và chính xác cao. Tuy nhiên, có hai tiêu chuẩn kỹ thuật tồn tại: tiêu chuẩn châu Âu: A = 0.00385, và tiêu chuẩn Hoa Kỳ: A = 0.003916. Cả hai tiêu chuẩn này đều được sử dụng phổ biến và điều quan trọng là xác định tiêu chuẩn nào được bộ xử lí chấp nhận.
2. Tài liệu sử dụng cảm biến :
Cảm biến đo nhiệt độ Pt100.
Thiết bị đo nhiệt độ Pt100 hay còn gọi là can nhiệt Pt có cấu tạo là một điện trở nhiệt (điện trở thay đổi khi nhiệt độ thay đổi). Điện trở này là một dây kim loại có bọc các đoạn sứ bao quanh toàn bộ dây kim loại. Phần bao bọc này lại được đặt trong một ống bảo vệ (thermowell) thường có dạng hình tròn. Phần ống bảo vệ sẽ được đặt ở nơi cần đo nhiệt độ. Hai đầu dây kim loại để chừa ra ở phần ống bảo vệ được kết nối tới một thiết bị gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện phục vụ cho việc truyền tới phòng điều khiển giám sát. Thiết bị chuyển đổi có cấu tạo chẳng qua là một cầu điện trở có một nhánh chính là Pt100 có điện trở là 100 ôm ở 0 độ C)
PT 100 có đầu đo nhiệt độ và các dây được bọc trong 1 ống cáp bằn thép mềm chịu nhiệt dài khoản 1m5
PT 100 có 3 dây thì 2 dây dung để cấp nguồn đối xứng (- +) 1 dây còn lại để ra ngoài nối với bộ biến đổi ADC hoặc nối thẳng vào chân vi điều khiển trong trường hợp vi điều khiển đó có tích hợp sẵn bộ biến đổi ADC ở bên trong
Khi sử dụng :
Đầu đo của cảm biến PT 100 ta cho tiếp xúc mới môi trường cần đo.Trong đầu đo là 1 điện trở PT có trị số thay đổi theo nhiệu độ. Ta tính toán sử dụng, sao cho các giá trị điện trở đầu ra của cảm biến tỷ lệ với giá trị của dòng điện đầu ra qua bộ biến đổi ADC
Cảm biến đo mức SRF05 .
- Chế độ 1 tách biệt kích hoạt và phản hồi
• VCC cấp nguồn nuôi 5v
• TRIGE (T) Ngõ vào kích hoạt • ECHO (R) Ngõ ra phản hồi • OUT+ chế độ không kết nối • GND nối đất
Chế độ này sử dụng tách biệt chân kích hoạt và phản hồi thường không được dụng nhiều
- Chế độ 2: Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để sử dụng chế độ này, chân chế độ kết nối vào chân mát.
Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một chân với tín hiệu kích hoạt. SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt. Bạn đã có thời gian để kích hoạt pin xoay quanh và làm cho nó trở thành một đầu vào và để có pulse đo mã của bạn đã sẵnsàng. Lệnh PULSIN được tìm ra và được dùng phổ biến hiện nay để điều khiển tự động. Các SRF05 có thể được kích hoạt nhanh như mỗi 50ms , hoặc 20 lần mỗi giây . Bạn nên chờ 50ms trước khi tiếp theo kích hoạt, thậm chí nếu SRF05 phát hiện một đối tượng gần và xung echo là ngắn hơn. Điều này là để đảm bảo siêu âm " beep " đã biến mất và sẽ không gây ra một tiếng vang giả về sau.