Hình 20.15 trình bày sơ đồ cấu tạo của một công tơ tốc độ tuabin hướng trục. Bộ phận chính của công tơ là một tuabin hướng trục nhỏ (2) đặt theo chiều chuyển động của dòng chảy. Trước tuabin có đặt bộ chỉnh dòng chảy (1) để san phẳng dòng rối và loại bỏ xoáy. Chuyển động quay của tuabin qua bộ bánh răng - trục vít (3) truyền tới thiết bị đếm (4).
Hình 20.15: Sơ đồ cấu tạo công tơ tốc độ tuabin hướng trục
1) Bộ chỉnh dòng chảy 2) Tuabin
3) Bộ truyền bánh răng-trục vít 4) Thiết bị đếm Tốc độ quay của công tơ tỉ lệ với tốc độ dòng chảy:
Trong đó:
k - hệ số tỉ lệ phụ thuộc cấu tạo công tơ. W- tốc độ dòng chảy.
Lưu lượng thể tích chất lưu chảy qua công tơ:
(20.33) Với:
F - tiết diện dòng chảy.
n - tốc độ quay của tuabin (số vòng quay trong một giây).
Nếu dùng cơ cấu đếm để đếm tổng số vòng quay của công tơ trong một khoảng thời gian từ t1đến t2sẽ nhận được thể tích chất lỏng chảy qua công tơ:
Công tơ tốc độ tuabin hướng trục với đường kính tuabin từ 50 - 300 mm có phạm vi đo từ 50 - 300 m3/giờ, cấp chính xác 1; 1,5; 2.
Để đo lưu lượng nhỏ người ta dùng công tơ tốc độ kiểu tiếp tuyến có sơ đồ cấu tạo như hình 20.16.
Tuabin công tơ (1) đặt trên trục quay vuông góc với dòng chảy. Chất lưu qua màng lọc (2) qua ống dẫn (3) vào công tơ theo hướng tiếp tuyến với tuabin làm quay tuabin. Cơ cấu đếm liên kết với trục tuabin để đưa tín hiệu đến mạch đo.
Hình 20.16: Công tơ tốc độ kiểu tuabin tiếp tuyến
1) Tuabin 2) Màng lọc 3) ống dẫn
Công tơ kiểu tiếp tuyến với đường kính tuabin từ 15 - 40 mm có phạm vi đo từ 3 - 20 m3/giờ, cấp chính xác 2; 3.
Lưu lượng kế màng chắn
* Nguyên lý đo
Các cảm biến loại này hoạt động dựa trên nguyên tắc đo độ giảm áp suất của dòng chảy khi đi qua màng ngăn có lỗ thu hẹp. Trên hình 20.17 trình bày sơ đồ nguyên lý đo lưu lượng dùng màng ngăn tiêu chuẩn.
Khi chảy qua lỗ thu hẹp của màng ngăn, vận tốc chất lưu tăng lên và đạt cực đại (W2) tại tiết diện B-B, do đó tạo ra sự chênh áp trước và sau lỗ thu hẹp. Sử dụng một áp kế vi sai đo độ chênh áp này có thể xác định được lưu lượng của dòng chảy.
Giả sử chất lỏng không bị nén, và dòng chảy là liên tục, vận tốc cực đại của dòng chảy tại tiết diện B-B được xác định theo biểu thức:
Trong đó:
p1’, p2’ - áp suất tĩnh tại tiết diện Aưa và B-B. ρ - tỉ trọng chất lưu.
ξ - hệ số tổn thất thuỷ lực.
m - tỉ số thu hẹp của màng ngăn, m = F0/F1. μ - hệ số thu hẹp dòng chảy, μ = F2/F0.
Hình 20.17: Phân bố vân tốc và áp suất
của một dòng chảy lý tưởng qua lỗ thu hẹp
Thường người ta không đo độ giảm áp Δp’ = p’1- p’2ở tiết diện Aưa và B-B, mà đo độ giảm áp Δp = p1- p2ngay trước và sau lỗ thu hẹp. Quan hệ giữa Δp’ và Δp có dạng:
và lưu lượng khối lượng của chất lưu:
Hay:
(20.35) Với
gọi là hệ số lưu lượng.
Từ các biểu thức trên và F0 = πd2/4, ta nhận được công thức xác định lưu lượng khối (G) và lưu lượng thể tích (Q) của dòng chất lưu:
(20.36)
(20.37)
Trong trường hợp môi trường chất lưu chịu nén, thì khi áp suất giảm, chất lưu giản nở, làm tăng tốc độ dòng chảy so với khi không chịu nén, do đó phải đưa thêm vào hệ số hiệu chỉnh ε (ε < 1), khi đó các phương trình trên có dạng:
(20.39) ở đây:
ρ - tỉ trọng chất lưu tại cửa vào của lỗ thu hẹp.
Đối với các dòng chất lưu có trị số Reynol nhỏ hơn giá trị tới hạn, khi đo không thể dùng màng ngăn lỗ thu hẹp tiêu chuẩn vì khi đó hệ số lưu lượng không phải là hằng số. Trong trường hợp này, người ta dùng các màng ngăn có lỗ thu hẹp đặc biệt như màng ngăn có lỗ côn (hình 10.18a), giclơ hình trụ (hình 20.18b), giclơ cong (hình 20.18c) ... Trên cơ sở thực nghiệm người ta xác định hệ số lưu lượng cho mỗi lỗ thu hẹp và xem như không đổi trong phạm vi số Reynol giới hạn.
Hình 20.18: Cấu tạo màng ngăn lỗ thu hẹp đặc biệt
dùng để đo lưu lượng dòng chảy chất lưu có số Reynol nhỏ * Sơ đồ hệ thống đo
Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, người ta có thể sử dụng hệ thống đo thích hợp. Trên hình 20.19 trình bày sơ đồ khối của một số hệ thống đo dùng màng chắn.
Hình 20.19: Sơ đồ hệ thống đo lưu lượng dùng màng ngăn
1) Màng ngăn 2) Lưu lượng kế vi sai 3) Bộ biến đổi độ giảm áp 4) Dụng cụ đo thứ cấp5) Bộ tích phân lưu lượng
6) Dụng cụ tính khối lượng chất lưu 7) Thiết bị tính toán 8) Biến đổi tỉ trọng chất lưu trong điều kiện làm việc 9) Bộ biến đổi nhiệt độ 10) Bộ biến đổi áp suất 11) Bộ biến đổi tỉ trọng trong điều kiện định mức