L ỜI GIỚI THIỆU
4. Đo lưu lượng bằng phương pháp tiết lưu
4.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo lưu lượng bằng phương pháp tiết lưu: lưu:
Định nghĩa: TBTL là thiết bị đặt trong đường ống làm dòng chảy có hiện tượng thu hẹp cục bộdo tác dụng của lực quán tính và lực ly tâm.
* Cấu tạo:
* Nguyên lý làm việc:
Khi qua thiết bị tiết lưu, chất lỏng sẽ bị mất mát áp suất (P dòng chảy bị thu hẹp nhiều thì P càng lớn thường P < 1000 mmHg (P được đo bằng hiệu áp kế).
Xét về mặt cơ học chất lỏng thì quan hệ giữa lưu lượng và độ chênh áp suất phụ
thuộc rất nhiều yếu tốnhư: kích thước, hình dạng thiết bị, tiết lưu, tình trạng lưu chuyển của dòng chảy, vị trí chỗđo áp suất, tình trạng ống dẫn chất lỏng.
Quá trình tính toán tiết lưu có quy định phương pháp tính toán như sau : - Dòng chảy liên tục (không tạo xung).
- Đường ống > 50 mm. Nếu dùng ống Venturi thì đường ống > 100mm, vành trong ống phải nhẵn. Nhờ những nghiên cứu lý luận và thực nghiệm lâu dài và người ta giảđịnh một số thiết bị tiết lưu quy chuẩn.
Hiện nay đây là phương pháp đo lưu lượng thông dụng nhất.
- TBTL quy chuẩn là thiết bị TL mà quan hệ giữa lưu lượng và giáng áp hoàn toàn có thểdùng phương pháp tính toán đểxác định.
4.2. Đo lưu lượng bằng phương pháp tiết lưu:
Ta chỉxét vòng chắn:
Nhờ sự tổn thất của dòng khi qua thiết bị tiết lưu, dựa vào phương trình Becnuli tìm được tốc độtrung bình dòng tại tiết diện đo.
Xét tiết diện I và II ta có sự thay đổi động năng và thếnăng :
min 2 1 2 1 . F F F F F dP g d
Dựa vào phương trình liên tục ta có :
γ.F. = const
Bài 6. ĐO ĐỘ ẨM MĐĐL 15 - 06 1. Khái niệm cơ bản - phân loại các dụng cụ đo độ ẩm 1.1 Các khái niệm cơ bản:
- Độ ẩm : Là đại lượng đặc trưng cho lượng hơi nước tồn tại trong không khí. Độ ẩm
được biểu diễn dưới dạng độẩm tuyệt đối và độẩm tương đối. + Độẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước có trong 1 m3không khí.
+ Độ ẩm tương đối là tỷ số phần trăm lượng hơi nước có trong 1 m3 không khí so với
lượng hơi nước cực đại có thểhòa tan trong 1 m3không khí có cùng nhiệt độ. (%) 100 . max G Gh
Trong đó : Gh – khối lượng hơi nước hòa tan trong 1 m3 không khí.
Gmax – lượng hơi nước cực đại có thể hòa tan trong 1 m3 không khí có cùng nhiệt độ. Từphương trình trạng thái của chất khí : P.V = G.R.T Ta có : T R V P G h h h và T R V P G h max max Trong đó : P –áp suất V – thểtích T – nhiệt độ chất khí R – hệ số vạn năng của chất khí
G – khối lượng của khí
Các ký hiệu có chỉ sốh là đểcho hơi nước. Như vậy ta sẽcó :
(%) 100 . (%) 100 . . . max max P P T R V P T R V P h h h h
Khi = 100% thì không khí bão hòa hơi nước, nghĩa là nước không thể bốc hơi
tiếp vào trong không khí. Nếu nhiệt độ không khí tk < 100 oC thì khi tăng nhiệt độlên, khả năng hòa tan hơi nước vào không khí tăng lên (Pmaxtăng). Như vậy khi tk < 100 oC thì khi tăng nhiệt độ có thể chuyển trạng thái không khí bão hòa hơi nước sang không bão hòa. Ngược lại khi giảm nhiệt độ thì có thể chuyển trạng thái không bão hòa hơi nước sang trạng thái bão hòa hơi nước.
1.2. Phân loại các dụng cụđo ẩm: 1.2.1 Ẩm kế dây tóc: 1.2.1 Ẩm kế dây tóc:
Ẩm kếdây tóc là ẩm kếlàm việc theo nguyên lý: Khi độ ẩm của môi trường thay
đổi thì chiều dài của dây tóc cũng thay đổi.
Hình 6.1 Ẩm kếdây tóc
Sơ đồ cấu tạo của ẩm kếdây tóc
1- dây tóc (30 ÷ 50) mm với đường kính 0,05 mm ; 2 –dây kéo ; 3 –lò xo ; 4 –kim tím ; 5 –gương ; 6 – kim chỉ ; 7 – bộđiều chỉnh ; 8 – bảng điều khiển.
2.2.2 Ẩm kế ngưng tụ:
Để đo độ ẩm của môi chất ở nhiệt độ cao người ta phải sử dụng ẩm kế làm việc
trên nguyên tắc đo nhiệt độđiểm đọng sương.
Hình 6.2 Cấu tạo của ẩm kếngưng tụ
Nguyên lý hoạt động : Ống trụ tròn (1) mà mặt ngoài của nó được gia công nhẵn
bóng đóng vai trò như một mặt gương tiếp xúc với môi chất cần xác định độ ẩm. Phía trong hình trụ cho một chất lỏng làm lạnh liên tục chảy qua với nhiệt độđược điều chỉnh bởi bộđốt nóng bằng điện (2). Để duy trì nhiệt độ của dịch thểlàm lạnh người ta dùng rơ le điện từ (3) và tế bào quang điện (F). Tếbào quang điện (F) sẽ nhận được tia sáng của
bằng nhiệt độ đọng sương thì trên mặt gương sẽ xuất hiện sương mù. Chính sương mù đọng lại trên mặt gương đã làm giảm dòng ánh sáng phản xạ đến tếbào quang điện (F). Kết quả là rơ le điện từ (3) tác động và ngắt dòng điện vào bộ đốt nóng (2). Căn cứ vào
nhiệt độđọng sương người ta xác định được độẩm của môi chất.
2.2.3 Ẩm kế điện ly:
Loại này dùng để đo lượng hơi nước rất nhỏ trong không khí hoặc trong các chất
khí. Phần tử nhạy của ẩm kếlà một đoạn ống dài khoảng 10 cm.
Trong ống cuốn hai điện cực bằng platin hoặc rodi, giữa chúng là lớp P2O5. Khi chất khí nghiên cứu chạy qua ống đo hơi nước bị lớp P2O5 hấp thụ và hình thành H2PO3.
Đặt điện áp một chiều cỡ 70V giữa hai điện cực sẽgây hiện tượng điện phân nước và giải
phóng O2, H2và tái sinh P2O5.
Dòng điện điện phân I = k.Cv, tỉ lệ với nồng độ hơi nước Cv trong đó
c Q k . . 10 . 9 96500 3
, Qclà lưu lượng khí đi qua đầu đo (m3/s).
Hình 6.3 Ẩm kếđiện ly
2.2.4 Ẩm kế tụ điện polyme:
Ẩm kế tụ điện sử dụng điện môi là một màng mỏng polyme có khả năng hấp thụ phân tử nước. Hằng số điện môi ε của lớp polyme thay đổi theo độ ẩm, do đó điện dung của tụđiện polyme phụ thuộc vào ε, tức là phụ thuộc vào độẩm :
L C oA
ε – hằng sốđiện môi của màng polyme εo– hằng sốđiện môi của chân không
A –điện tích bản cực
L – chiều dày của màng polyme
Vì phân tử nước có cực tính cao, ngay cả khi hàm lượng ẩm rất nhỏ cũng dẫn tới sựthay đổi điện dung rất nhiều. Hằng số điện môi tương đối của nước là 80 trong khi đó
trên điện cực thứ nhất bằng tantan, sau đó là lớp Crdày 100 Aođến 1000 Aođược phủ tiếp
lên polyme bằng phương pháp bay hơi trong chân không.
Hình 6.4 Ẩm kế polyme
Các thông số chủ yếu của ẩm kế tụđiện polyme là : - Phạm vi đo từ0 đến 100%
- Dải nhiệt độ - 40 đến 100oC - Độchính xác ± 2% đến ± 3%
- Thời gian hồi đáp vài giây
- Ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, phần tử nhạy có thểnhúng vào nước mà không bị hư hỏng.
2. Đo độ ẩm bằng phương pháp điểm ngưng tụ
2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo độẩm bằng phương pháp điểm
ngưng tụ:
*Cấu tạo:
Hình 6.5 : Thiết bịđo độẩm bằng phương pháp điểm ngưng tụ
Cấu tạo của máy đo độẩm rất đơn giản, nó chỉ gồm có hai bộ phận chính đó là bộ thu tín hiệu códây đặt ngoài trời đểxác định nhiệt độ, độẩm không khí bên ngoài. Bộ
nhận là màn hình LCD được đặt trong nhà có hiển thị cả nhiệt độ, độẩm ngoài trời từ bộ
Loại nhiệt ẩm kếnày hoạt động dựa trên cảm biến kỹ thuật sốvì vậy độ nhạy cực kỳcao và chính xác. Cảm biến nhiệt có khảnăng ghi nhận những thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm từmôi trường xung quanh kể cảở những thay đổi nhỏ nhất. Sau đó các dữ liệu đó được truyền về bộthu là màn hình LCD đặt trong nhà giúp hiển thị mọi thông số theo dạng phần trăm.
2.2. Đo độẩm bằng phương pháp điểm ngưng tụ:
Dựa vào tính chất chuyển trạng thái của không khí từkhông bão hòa hơi nước sang
bão hòa hơi nước khi giảm nhiệt độ. Trước hết đo nhiệt độ của không khí dựa vào giá trị
nhiệt độ này xác định áp suất hơi nước bão hòa trong khí Pmax. Giảm nhiệt độ của không khí cho đến khi nó chuyển từ trạng thái không bão hòa sang trạng thái bão hòa hơi nước
và đo nhiệt độ ở trạng thái này. Nhiệt độnày được gọi là nhiệt độ điểm sương. Để phát
hiện thời khắc này thì đặt 1 cái gương đểquan sát, khi mặt gương có phủ mờ bụi nước thì đấy chính là điểm sương. Dựa vào điểm sương đểxác định phân áp suất hơi nước bão hòa
Pđs. Đây cũng chính là áp suất hơi nước trong không khí. Độẩm tương đối được xác định theo công thức : (%) 100 . max P Pđs
Như vậy phương pháp điểm sương đo được độẩm tuyệt đối và tương đối.
3. Đo độ ẩm bằng phương pháp điện trở
3.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo độẩm bằng phương pháp điện trở:
Các vật liệu cách điện khi thay đổi độ ẩm sẽ thay đổi khả năng cách điện của nó. Đo điện trở của vật liệu cách điện sẽ xác định được độ ẩm của nó, mà độẩm của vật liệu lại trực tiếp phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí bao quanh nó. Một vật liệu
cách điện được sử dụng làm cảm biến đo độ ẩm phải tuân thủ những yêu cầu cơ bản đã được nêu ra trên đây về độ nhạy, vềtính nhất quán và vềtính nhạy cảm với sựthay đổi độ ẩm môi trường xung quanh.
Hình 6.6: Cấu tạo dụng cụđo độẩm bằng điện trở
3.2. Đo độ ẩm bằng phương pháp điện trở:
Cảm biến độẩm (hoặc ẩm kế) cảm nhận, đo lường và báo cáo cảđộẩm và nhiệt độ không khí. Tỷ lệđộ ẩm trong không khí với độ ẩm cao nhất ở nhiệt độ không khí cụ thể được gọi là độ ẩm tương đối. Độẩm tương đối trởthành một yếu tố quan trọng để ta cảm thấy thoải mái
Cảm biến độẩm điện trở sử dụng các ion trong muối để đo trởkháng điện của các nguyên tử. Khi độẩm thay đổi, điện trở của các điện cực ở hai bên của môi trường muối
cũng vậy.
4. Đo độ ẩm bằng phương pháp điện dung
4.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo độẩm bằng phương pháp điện dung: dung:
Hình 6.7: Cấu tạo thiết bịđo độẩm bằng phương pháp điện dung
Thiết bao gồm một bộđiều chỉnh điện áp trên bo mạch cho nó có dải điện áp hoạt
động từ 3,3 ~ 5,5V. Module cảm biến đo độẩm đất tương tựtương thích với MCU điện áp
thấp (cảlogic 3,3V và 5V). Để sử dụng nó với Raspberry Pi, cần có bộ chuyển đổi ADC.
Khối cảm biến nhận độẩm từmôi trường ngoài chuyển thành điện dung đi vào khối sửlý điện dung thành tần số. Khối chuyển điện dung thành tần số sẽ chuyển đổi tín hiệu tần sốđo được từ cảm biến đi vào vi điều khiển, vi điều khiển nhận dữ liệu và xửlý dữ
liệu đưa ra mặt hiển thịđề hiển thị độẩm môi trường.
4.2. Đo độ ẩm bằng phương pháp điện dung:
* Cách hiệu chỉnh:
Bước 1: Lau thật sạch cảm biến đểkhô, cấp nguồn 5V và đo được giá trị ADC ( bằng
các cổng ADC của Arduino, stm32, stm8,...) được giá trịkhô ( tương ứng với0%) ( Giả sử là 520)
Bước 2: Cho cảm biến vào trong cốc nước sạch, đo được giá trị ADC ởchân Aout là giá trịbão hòa (100%) ( Giả sửlà 200).Độẩm càng tăng thì áp ra càng giảm.
Bước 3: Giá trịđộ ẩm từ0 đến 100% tương ứng là từ520 đến 200 là 320 đơn vị. Lưu ý: Giá trị % này không tương ứng với giá trịđộ ẩm đất tiêu chuẩn. Trong thực tế
cần dùng máy móc đo kiểm chính xác hoặc dựa vào kinh nghiệm để lấy giá trịcác mức
5. Đo độ ẩm bằngphương pháp nhiệt kế khô - ướt
5.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo độẩm bằng phương pháp nhiệt kếkhô - ướt: khô - ướt:
Hình 6.7: Cấu tạo thiết bị đo độẩm bằng phương pháp nhiệt kếkhô - ướt
Ẩm kếkhô ướt cấu tạo gồm hai nhiệt kế: nhiệt kếkhô và nhiệt kếướt. Bầu của một nhiệt kếướt được quấn quanh bằng một sợi dây vải bị thấm ướt - đầu dưới của dây nhúng
trong một hộp nhựa đựng nước phía sau ẩm kế. Nhiệt kế khô chỉ nhiệt độ không khí và
nhiệt kếướt chỉ nhiệt độ bay hơi của nước ở trạng thái bão hoà. Nếu không khí càng khô thì độẩm tỉđối càng nhỏ. Khi đó nước bay hơi từsơi dây vải ướt càng nhanh và bầu nhiệt kếướt bị lạnh càng nhiều.
5.2. Đo độ ẩm bằng phương pháp nhiệt kếkhô - ướt:
Nhiệt ẩm kếnày hoạt động dựa trên 2 nhiệt kế chất lỏng gắn song song nhau. Một nhiệt kếđược giữkhô và một nhiệt kếluôn giữẩm từ vải thấm nước quấn xung quanh bầu đo.
Chênh lệch nhiệt độ giữa 2 nhiệt kếnày, và thông số nhiệt độ môi trường (đo từ
nhiệt kế bầu khô) được áp dụng đểquy đổi sang độẩm theo bảng đính kèm của nhà sản xuất.
Loại nhiệt kếnày khi sử dụng cần phải thấm nước lên vải quấn ở bầu ướt, cần tăng thêm sựtrao đổi khí ẩm với môi trường xung quanh bằng cách xoay hoặc có quạt gió đi kèm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Văn Tài – Thực Hành Lạnh Cơ Bản – NXBGD - 2010 [2] Nguyễn Đức Lợi – Tủ lạnh, TủĐá, Tủ Kem – NXBKHKT - 2001
[3] Nguyễn Đức Lợi –Đo Lường TựĐộng Hóa Hệ Thống Lạnh – NXBKHKT – 2001 [4] Nguyễn Xuân Phú, Vật liệu điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật 1998.
[5] Nguyễn Xuân Phú, Cung cấp điện, Nxb Khoa học và Kỹ thuật 1998.
[6] Ngô Diên Tập, Đo lường và điều khiển bằng máy tính, Nxb Khoa học và Kỹ thuật 1997.
[7] Bùi Văn Yên, Sửa chữa điện máy công nghiệp, Nxb Đà nẵng, 1998.
[8] Đặng Văn Đào, Kỹ Thuật Điện, Nxb Giáo Dục 1999.
[9] Nguyễn Đình Thắng, Giáo trình An toàn điện, Nxb Giáo Dục 2002.
[10] Giáo trình đo lường kỹ thuật lạnh, Sở giáo dục và đào tạo Hà Nội, Nxb Hà Nội, 2007