Thiết bị này ựược phân biệt với các loại khác: Không có các bộ phận ựộng hay tĩnh bên trong ống dẫn.
Có thể ựo lưu lượng tức thời của chất lỏng tinh khiết, hoặc chất lỏng có vật chất rắn ở dạng huyền phù, hoặc chứa các bọt khắ.
Trong y học, dùng ựể ựo vận tốc máu trong các mạch. Có 2 loại: - Lưu lượng kế thời gian hành trình
- Lưu lượng kế hiệu ứng Doppler. 2.3.7.1. Lưu lượng kế thời gian hành trình
A. Nguyên lý
Vận hành dựa trên cơ sở sự thay ựổi vận tốc lan truyền của âm thanh trong chất lỏng chảy so với vận tốc lan truyền âm thanh trong chất lỏng tĩnh: Vận tốc tăng khi các siêu âm lan truyền theo chiều dòng chảy, vận tốc này giảm khi lan truyền theo chiều ngược lại.
Sự khác nhau về thời gian hành trình của các sóng âm, phát sinh từ sự khác nhau giữa 2 vận tốc lan truyền biểu kiến là hàm của tốc ựộ chảy.
Do vậy thiết bị bao gồm 2 bộ phát - thu siêu âm bằng cách mỗi ựầu dò nhận các sóng phát ra từ các ựầu dò khác, hoặc các sóng truyền qua chất lỏng ựang lưu chuyển theo 2 chiều (Hình 2.19)
- Nếu chiều dòng chảy trùng với trục lan truyền của sóng âm: (H 2.19a) v = ∆t l c 2 2
v : Vận tốc chảy của chất lỏng giữa 2 ựầu dò ;
∆t : Chênh lệch thời gian của ựiểm ựầu và cuối của lộ trình; c : Vận tốc lan truyền của siêu âm trong chất lỏng tĩnh; l : Khoảng cách giữa 2 ựầu dò ;
- Nếu cả 2 ựầu dò ựược bố trắ chéo nhau thì: (H2.19b) v = ∆t θ cos 2 2 l c
Với θ là góc giữa trục dòng chảy với trục lan truyền. Khoảng cách giữa 2 ựầu dò hơn 3 lần so với ựường kắnh ống dẫn.
- đối với lưu lượng và ựường kắnh lớn, người ta thường dùng ựầu dò kim, các ựầu phát và nhận ựược ựặt tại nơi có vận tốc tương ứng với vận tốc trung bình, nói chung các ựầu này cách thành bình một khoảng là D/5 (D: ựường kắnh ựường ống dẫn). (H 2.19c)
B. Thiết bị và lắp ựặt
Các ựầu dò hay bộ chuyển ựổi có thể ựược lắp ựặt bên ngoài hay bên trong ống dẫn.
Tần số của các sóng siêu âm phát ra gần bằng 7 MHz.
Thiết bị ựo sự khác nhau của các thời gian hành trình ∆t truyền các tắn hiệu ựiện tiêu chuẩn tỷ lệ với vận tốc chất lỏng và lưu lượng thể tắch của nó.
K : Hằng số, phụ thuộc vào ựặc trưng của sóng tới.
∆ f : độ chênh lệch giữa 2 tần số.
A. Thiết bị
Bộ chuyển ựổi hay ựầu do thu phát nằm ngoài ống dẫn (Hình 2.20), ựiều quan trọng là thành ống dẫn phải truyền âm, các ống dẫn bằng bê tông, ựất sét hoặc gang có ựộ xốp cao không thắch hợp do chúng hấp thụ toàn bộ sóng âm.
Hình 2.20 Lưu lượng kế siêu âm hiệu ứng Doppler B. đặc trưng
- Phương pháp này ựược áp dụng cho các chất lỏng có bọt khắ hay các chất lỏng chứa 0,2% - 60% các chất rắn ở dạng huyền phù, hoặc chất rắn ở dạng bụi trong dòng chảy.
- Lưu lượng kế hiệu ứng doppler có thể sử dụng cho các chất lỏng có lẫn không khắ mà lưu lượng kế thời gian hành trình không áp dụng ựược.
- Sai số của phép ựo là gần bằng ổ 3%. 2.3.8. Lưu lượng kế turbine
Các lưu lượng kế turbine cho phép ựo lưu lượng thể tắch tức thời hay lấy giá trị trung bình.
Chúng ựược sử dụng trong công nghiệp với ựộ chắnh xác rất cao, thắch hợp với các hoạt ựộng liên tục, chế ựộ vận hành ổn ựịnh.
Thường ựược dùng ựể ựo lưu lượng chất lỏng, ựể ựo chất khắ, lưu lượng kế có 1 chút thay ựổi ở cấu tạo turbine.
2.3.8.1. Nguyên lý hoạt ựộng
Turbine hay cánh quạt nhiều mái chèo, còn ựược gọi là rotor ựược ựặt ựồng trục với ống dẫn.
Chất lỏng chảy qua làm quay turbine với vận tốc góc tỷ lệ với vận tốc trung bình của chất lỏng qua tất cả tiết diện của ống dẫn và tỷ lệ với lưu lượng thể tắch của nó.
B. đo vận tốc quay
Vận tốc quay của turbine ựược ựo nhờ vào một detector ựặt ngoài thân lưu lượng kế.
Detector có cấu tạo bao gồm một cuộn dây ựiện từ, có thể hoạt ựộng theo 2 cách: Réluctance và Inductance.
*Réluctance
Trong phương pháp này, từ trường ựược tập trung về 1 ựiểm.
Các cánh quạt của rotor làm bằng vật liệu thuận từ và có thể bị hút bởi 1 nam châ. Khi qua mỗi cánh quạt gần mặt nó, từ tắnh lại thay ựổi làm phát ra một ựiện thế trong cuộn dây.
Tần số dao ựộng của ựiện thế này tỷ lệ vứoi vận tốc và lưu lượng của chất lỏng .
đối với phương pháp này, nam châm vĩnh cửu ựược lồng khắt vào bên trong rotor.
đối với mỗi vòng quay hoàn toàn, nam châm cung cấp một ựiện thế có xung ựộng, với tần số tỷ lệ với vận tốc chảy và lưu lượng của chất lỏng (Hình 2.23)
Module ựiện này sẽ tập hợp các tắn hiệu tương ứng với các dao ựộng dưới dạng phân tắch hay số tùy theo yêu cầu ựiều khiển: Hiển thị, ựếm hay ựiều chỉnh.
C. Kiểm ựịnh
Việc kiểm ựịnh lưu lượng kế turbine ựược thực hiện trong các nhà máy, hoặc bởi 1 thiết bị thắt dòng cài vào phần ựầu hay phần cuối của lưu lượng kế.
Nhà sản xuất sẽ cung cấp một ựồ thị có liên quan ựến những ựiều kiện làm việc khác nhau (nhiệt ựộ, ựộ nhớt, lưu chất ...), dựa vào ựó ựể ựánh giá.
Bộ tập hợp tắn hiệu có một nhiệt ựộ nền thiết lập tại thời ựiểm ựánh giá nhờ vào ựó, cóthể xử lý cáctắn hiệu của capteur ựể cho ra các giá trị lưu lượng tức thời hay toàn phần.
3.1.3. Phân loại
1. Dựa vào chức năng: Phân thành . - đo mức môi trường làm việc. - đo khối lượng chất lỏng. 2. Theo phạm vi ựo: Phân thành
- Phạm vi ựo rộng: Giới hạn từ 0,5 - 20m. - Phạm vi ựo hẹp: Giới hạn từ 0 - 500mm. 3. Dựa vào nguyên lý hoạt ựộng: Phân thành.
- đo mức bằng cột nước thuỷ tĩnh.
- đo mức bằng các chuyển ựổi ựiện (biến trở, ựiện dung ...)
3.2. đO MỨC BẰNG PHƯƠNG PHÁP đO ÁP SUẤT THỦY TĨNH 3.2.1. Nguyên tắc
Nguyên tắc của phương pháp là ựo áp suất thủy tĩnh P của cột chất lỏng có ựộ cao h và tỉ trọng ς không ựổi.
3.2.2. Các phương pháp
1. đo mức bằng áp kế (Hình 3.1a)
Áp suất ựo ựược từ áp kế liên quan ựến hiều cao h của mức: P = ς. g . h
2. đo mức bằng áp kế vi sai trong các bể hở: (Hình 3.1b) a. Cấu tạo
1. Áp kế vi sai 3. Bình so sánh (Bình cân bằng) 2. Ống ựẩy 4. Van
b. Nguyên tắc
Áp kế vi sai (1) ựược nối qua ống ựẩy (2) nối với bể chứa và bình so sánh (3). Bình cân bằng (3) dùng ựể bù áp suất tĩnh tạo ra do cột chất lỏng h1 trong ống ựẩy.
Trong qúa trình ựo bình cân bằng gĩư không ựổi van (4) dùng ựể duy trì mức không ựổi trong bình (3).
Khi trọng lượng riêng không ựổi với h1 == h2 ta có ựộ giảm áp suất ựo bằng áp kế vi sai.
∆P = ς. g . h
3. đo mức bằng áp kế vi sai với bể có áp suất cao (Hình 3.1c)
Bình cân bằng (3) ựặt tương ứng với mức cao nhất và nối vào thiết bị . Áp suất tĩnh P ựược ựưa vào cả hai ống dẫn và ựộ giảm áp suất ựược tắnh:
2. Sợi dây 6. Biến trở
3. Puly 7. Lò xo xoắn
4. Trục 8. Cơ cấu cam.
2. Nguyên tắc
Phao nổi (1) phản ánh mức lỏng cần ựo ựược nối với sợi dây (2) gắn vào puli (3). Khi puli quay thì trục (4) gắn với con trượt (5) quay theo và trượt trên biến trở (6)
đầu dây ra của biến trở ựược mắc vào mạch ựo.
đường kắnh của puli ựược tắnh sao cho chu vi của nó có ựộ dài ựúng bằng khoảng cách mức cần ựo.
để giữ cho dây treo phao luôn ựược căng, hệ thống ựược gắn thêm lò xo xoắn (7) và cơ cấu cam (8) ựể puli chỉ có thể quay ựược một vòng.
3. Ứng dụng
- Thiết bị dùng ựể ựo mức chất lỏng có phạm vi từ vài chục centi met ựến vài mét.
3.3.2. đo mức bằng chuyển ựổi ựiện dung 1. Cấu tạo (Hình 3.3) 1. Cấu tạo (Hình 3.3)
1. Chuyển ựổi ựiện dung: Là thanh kim loại thẳng, phủ lớp chống ăn mòn hóa học.
2. Thùng kim loại: đựng chất lỏng. MC - Mạch cầu không cân bằng. C1, C2 - Tụ ựiện MF - Máy phát cao tần
CL - Bộ chỉnh lưu Rự/c - điện trở ựiều chỉnh . đTK - điện thế tự ựộng.
2. Nguyên tắc
Chuyển ựổi ựiện dung (1) ựược ựặt trong thùng chất lỏng (2)
Khi thùng rỗng, ựiện dung của thùng là 8pF. Lúc ựầy chất lỏng ựiện dung tăng lên ựến 30pF.
Chuyển ựổi ựiện dung ựược mắc vào một nhánh của mạch cầu không cân bằng (MC), nhánh thứ hai gồm tụ C1 (8pF) và tụ C2 (22pF) mắc song song qua khoá K.
Hai nhánh khác của MC là các cuộn dây thứ cấp của máy biến áp.
Mạch cầu ựược cung cấp bằng một máy phát cao tần (MF) có tần số 1 - 10MHz.
điện áp ra của MC ựược chỉnh lưu qua bộ chỉnh lưu (CL)
để ựiều chỉnh cho chỉ thị có giá trị cực ựại, thực hiện bằng cách ựóng khoá k và ựiều chỉnh ựiện trở Rự/c
CHƯƠNG IV: đO ÁP SUẤT
4.1. KHÁI NIỆM CHUNG 4.1.1. định nghĩa 4.1.1. định nghĩa
Áp suất là lực tác dụng ựều trên một ựơn vị diện tắch theo phương thẳng ựứng
F = F/S = Áp lực / diện tắch.
Áp suất là một ựại lượng cơ bản ựể xác ựịnh trạng thái nhiệt ựộng học của các chất.
Áp suất tuyệt ựối (Ptự), áp suất khắ quyển (Pkg) và áp suất ựo (Pự) quan hệ theo ựẳng thức: Ptự = Pkq + Pự
4.1.2. đơn vị ựo
đơn vị ựo áp suất phụ thuộc vào hệ thống ựo. đơn vị ựo áp suất là Pascal (Pa). Pa = N/m2.
Ngoài ra có thể dùng: Bar, atm, mm H2O, mmHg (Tor) Dãi ựo áp suất từ 10-12 , 1011 Pa.
4.1.3. Phân loại
1. Dựa vào áp suất cần ựo
- Áp kế: đo áp suất dư.
- Khắ áp kế: đo áp suất khắ khắ quyển. - Chân không kế: đo ựộ chân không.
- Áp kế tuyệt ựối: đo áp suất tắnh từ 0 tuyệt ựối. - Áp kế vi sai: đo ựộ chênh áp.
2. Dựa vào nguyên lý làm việc
- đo bằng phương pháp trực tiếp. - đo bằng phương pháp gián tiếp. 4.1.4. Các phương pháp ựo áp suất
đo áp suất cũng như ựo lực có thể theo hai phương pháp:
1. đo áp suất bằng các chuyển ựổi phản ánh trực tiếp ựại lượng ựo
- Chuyển ựổi áp từ có thể ựo ựược áp suất ựến 10 MN/m2. - Chuyển ựổi áp ựiện có thể ựo ựược áp suất ựến 100 MN/m2.
- Chuyển ựổi ựiện trở dây có thể ựo ựược áp suất ựến 100 - 400MN/m2.
- Giới hạn ựo của Baromet từ 680 - 800mm Hg. 1. Baromet chất lỏng a. Cấu tạo (Hình 4.1) 1. Ống thuỷ tinh hình chữ U 2. Cột thủy ngân 3. Thang ựo. b. Nguyên tắc
Ống chữ U (1) gồm một ựầu kắn khá dài so với ựầu hở, trong ống chứa ựầy thuỷ ngân (2) và ở ựầu kắn tạo thành khoảng chân không.
Trọng lượng của cột Hg ở ựầu kắn ựược cân bằng với trọng lượng của cột không khắ chất lỏng.
Thang ựo milimét (3) ựặt giữa hai khuỷu ống, và chỉ số ựo thể hiện hiệu số ựộ cao trong hai ống.
Hiệu số này bằng áp suất của không khắ theo mmHg.
Chỉ số ựo phụ thuộc vào nhiệt ựộ của môi trường cần ựo, do vậy cần phải nhân với hiệu số ựiều chỉnh kèm theo loại Baromet.
2. Baromet hình ống: a. Cấu tạo (Hình 4.2)
1. Ống kim loại rỗng 2. Hệ thống ựòn bẫy. 3. Kim chỉ .
b. Nguyên tắc
Áp suất không khắ tác dụng lên ống kim loại kắn rỗng ựược uốn cong (1). Nhờ vào hệ thống ựòn bẫy (2) nên các dao ựộng do áp suất ựược khuyết ựại và ựược kim (3) chỉ trên thang ựo.
3. Baromet tự ghi (Hình 4.3)
Cấu tạo chắnh gồm cánh tay ựòn ựè lên ngòi bút ựặt trên băng giản ựồ áp suất - Thời gian. Băng giản ựồ ựược dán trên trống quay.
Trống quay chuyển ựộng ựược nhờ bộ phận dây cót. 4.2.2. đo áp suất lớn hơn áp suất khắ quyển:
Thiết bị sử dụng là Manomet.
1. Manomet chất lỏng, hở loại thẳng (Hình 4.4)
Cấu tạo chắnh là một ống hình chữ U hở hai ựầu, một ựầu ựược nối với hệ thống có áp suất cần ựo.
Loại này có ựộ nhạy cao hơn so với áp kế thẳng, vì trong nhánh nghiêng chất lỏng sẽ di chuyển trên một khoảng lớn hơn.
Áp suất của cột h (tắnh bằng mmHg) ựược tắnh: h = 1.sin α
Với: l - Chiều dài cột chất lỏng.
α - góc nghiêng.
3. Manomet chất lỏng kắn (Hình 4.6)
Gồm 1 ống hình chữ U kắn một ựầu, ựầu hở ựược nối với hệ thống áp suất cần ựo.
Khoảng không nằm trên chất lỏng (Hg) trong nhánh kắn là vật ựo. đo chiều dài cột Hg theo thang ựo.
Nhược ựiểm: độ chia của thang ựo không ựều, giảm dần khi áp suất càng cao.
4. Manomet kim loại dạng lò xo (Hình 4.7)
Cấu tạo chắnh là nắp ựàn hồi nối với hệ thống ựòn bẫy ựược gắn với kim chỉ.
Áp suất cần ựo sẽ tác dụng lên một bên của nắp, còn áp suất khắ quyển sẽ tác dụng lên phắa kia.
Kim chỉ trên thang ựo sẽ chỉ hiệu số giữa hai áp suất ựó.
5. Manomet kim loại dạng hình ống (Hình 4.8)
Cấu tạo chắnh là một ống hở một ựầu ựược uốn cong, ựầu hở ựược nối với hệ thống cần ựo áp suất .
Khi có áp suất , ống kim loại sẽ tác ựộng lên hệ thống ựòn bẫy, và dao ựộng sẽ ựược khuyếch ựại và ựược kim chỉ trên thang ựo.
4.2.3. đo áp suất nhỏ hơn áp suất khắ quyển Thiết bị sử dụng là chân không kế Thiết bị sử dụng là chân không kế
Cấu tạo chắnh là một ống thuỷ tinh hình chữ U 1. Khoá nối với hệ thống 3. Bầu Hg 2. Khoá thông với khắ quyển 4. Bầu khắ c. Nguyên tắc
- Vị trắ ban ựầu: Mực Hg trong bầu cân bằng
- Vị trắ khi ựo: Mở khoá trên (1) ựể nối với hệ thống cần ựo, ựồng thời mở khoá (2) từ từ ựể cho không khắ vào bầu Hg (3).
- Dưới tác dụng của áp suất khắ quyển, Hg ựược dâng lên trên áp kế và nén khoảng không trong bầu (4)
Áp suất của khắ bằng hiệu số h giữa hai mực Hg và ựược ựo trên thang chia. Thường tiến hành ựo nhiều lần.
2. Áp kế Maxleot a. Ứng dụng
b. Cấu tạo (Hình 4.10)
Cấu tạo chắnh là một ống thuỷ tinh hình chữ U 1. Bầu thuỷ ngân 5. Bầu
2,8. Các ống 6,7. Ống mao quản
3,4. Các khoá
c. Nguyên tắc
đầu trên của ống (8) ựược gắn với hệ thống cần ựo
Khi ựo, mở từ từ khoá (3) ựể không khắ vào bầu (1), dưới tác dụng của áp suất khắ quyển, Hg dâng lên ựầy bầu (5), trước ựó áp suất trong bầu (5) bằng áp suất cần ựo.
Có thể ựiều chỉnh tốc ựộ không khắ nhờ khoá (4). Lúc này khắ trong bầu (5) nặng bị nén lại trong mao quản (6).
Áp suất của khắ nén bằng hiệu số h giữa hai mực thuỷ ngân trong mao quản (6) và (7).
a. Nguyên tắc: Giống áp kế Maxleot
Khi ựo quay áp kế ngược chiều kim ựồng hồ, dựa vào mức chỉ của Hg, ựồng thời nhánh bên trong có lắp thang ựo logarit ta sẽ xác ựịnh ựược áp suất trong hệ. Thường áp kế có 3 vùng ựo: - Từ 10-4 - 10-1 mmHg - Từ 10-1 - 10 mmHg - Từ 10 - 500 mmHg b. Ưu ựiểm: Lượng Hg sử dụng ắt (khoảng 80 - 300g) 4.2.4. Áp kế ựiện trở lực căng 1. Cấu tạo: (Hình 4.12)
Thiết bị gồm ống rỗng tròn bằng thép, trên bề mặt ống có dắnh 2 ựiện trở lực căng RT và RX mắc cùng với 2 ựiện trở R tạo thành mạch cầu
RT, RX - điện trở lực căng (ựiện trở Tenxơ) R - điện trở
2. Nguyên tắc:
Khi có áp suất Px cần ựo, bề mặt của ống bị nén biến dạng độ biến dạng ựược tắnh: ε = Px. r/ E. h Trong ựó: PX - Áp suất cần ựo r - đường kắnh ống