L ỜI GIỚI THIỆU
4. Đo lƣu lƣợng bằng phƣơng pháp tiết lƣu
4.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo lƣu lƣợng bằng phƣơng pháp tiết
lƣu:
Định nghĩa: TBTL là thiết bị đặt trong đƣờng ống làm dòng chảy có hiện tƣợng thu hẹp cục bộ do tác dụng của lực quán tính và lực ly tâm.
* Cấu tạo:
Hình 5.6 : Cấu tạo của dụng cụđo lƣu lƣợng bằng phƣơng pháp tiết lƣu
* Nguyên lý làm việc:
Khi qua thiết bị tiết lƣu, chất lỏng sẽ bị mất mát áp suất (P dòng chảy bị thu hẹp nhiều thì P càng lớn thƣờng P < 1000 mmHg (P đƣợc đo bằng hiệu áp kế).
Xét về mặt cơ học chất lỏng thì quan hệ giữa lƣu lƣợng và độ chênh áp suất phụ thuộc rất nhiều yếu tốnhƣ: kích thƣớc, hình dạng thiết bị, tiết lƣu, tình trạng lƣu chuyển của dòng chảy, vị trí chỗ đo áp suất, tình trạng ống dẫn chất lỏng.
Quá trình tính toán tiết lƣu có quy định phƣơng pháp tính toán nhƣ sau : - Dòng chảy liên tục (không tạo xung).
- Đƣờng ống > 50 mm. Nếu dùng ống Venturi thì đƣờng ống > 100mm, vành trong ống phải nhẵn. Nhờ những nghiên cứu lý luận và thực nghiệm lâu dài và ngƣời ta giảđịnh một số thiết bị tiết lƣu quy chuẩn.
Hiện nay đây là phƣơng pháp đo lƣu lƣợng thông dụng nhất.
- TBTL quy chuẩn là thiết bị TL mà quan hệ giữa lƣu lƣợng và giáng áp hoàn toàn có thể dùng phƣơng pháp tính toán để xác định.
4.2. Đo lƣu lƣợng bằng phƣơng pháp tiết lƣu:
Ta chỉ xét vòng chắn:
Nhờ sự tổn thất của dòng khi qua thiết bị tiết lƣu, dựa vào phƣơng trình Becnuli tìm đƣợc tốc độ trung bình dòng tại tiết diện đo.
Xét tiết diện I và II ta có sựthay đổi động năng và thếnăng : 2 min 1 2 1 . F F F F F dP g d
Dựa vào phƣơng trình liên tục ta có : γ.F. = const
Bài 6. ĐO ĐỘ ẨM MĐĐL 15 - 06 1. Khái niệmcơ bản - phân loại các dụng cụ đo độ ẩm
1.1 Các khái niệm cơ bản:
- Độ ẩm : Là đại lƣợng đặc trƣng cho lƣợng hơi nƣớc tồn tại trong không khí. Độ ẩm đƣợc biểu diễn dƣới dạng độẩm tuyệt đối và độẩm tƣơng đối.
+ Độ ẩm tuyệt đối là khối lƣợng hơi nƣớc có trong 1 m3 không khí.
+ Độ ẩm tƣơng đối là tỷ số phần trăm lƣợng hơi nƣớc có trong 1 m3 không khí so với lƣợng hơi nƣớc cực đại có thể hòa tan trong 1 m3 không khí có cùng nhiệt độ.
(%) 100 . max G Gh
Trong đó : Gh – khối lƣợng hơi nƣớc hòa tan trong 1 m3 không khí.
Gmax – lƣợng hơi nƣớc cực đại có thể hòa tan trong 1 m3 không khí có cùng nhiệt độ. Từphƣơng 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 – thể tích T – nhiệt độ chất khí R – hệ số vạn năng của chất khí G – khối lƣợng của khí Các ký hiệu có chỉ sốh là đểcho hơi nƣớc. Nhƣ vậy ta sẽ có : (%) 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 nƣớc, nghĩa là nƣớc không thể bốc hơi tiếp vào trong không khí. Nếu nhiệt độ không khí tk < 100 oC thì khi tăng nhiệt độ lên, khả
năng hòa tan hơi nƣớc vào không khí tăng lên (Pmax tăng). Nhƣ vậy khi tk < 100 oC thì khi tăng nhiệt độ có thể chuyển trạng thái không khí bão hòa hơi nƣớc sang không bão hòa. Ngƣợc lại khi giảm nhiệt độ thì có thể chuyển trạng thái không bão hòa hơi nƣớc sang trạng thái bão hòa hơi nƣớc.
1.2. Phân loại các dụng cụđo ẩm: 1.2.1 Ẩm kế dây tóc: 1.2.1 Ẩm kế dây tóc:
Ẩm kế dây tóc là ẩm kế làm việc theo nguyên lý : Khi độ ẩm của môi trƣờng thay đổi thì chiều dài của dây tóc cũng thay đổi.
Hình 6.1 Ẩm kế dây tóc
Sơ đồ cấu tạo của ẩm kế dây tóc
1- dây tóc (30 ÷ 50) mm với đƣờng kính 0,05 mm ; 2 – dây kéo ; 3 – lò xo ; 4 – kim tím ; 5 –gƣơng ; 6 – kim chỉ ; 7 – bộđiều chỉnh ; 8 – bảng điều khiển.
1.2.2 Ẩm kế ngƣng tụ:
Để đo độ ẩm của môi chất ở nhiệt độ cao ngƣời ta phải sử dụng ẩm kế làm việc trên nguyên tắc đo nhiệt độđiểm đọng sƣơng.
Hình 6.2 Cấu tạo của ẩm kếngưng tụ
Nguyên lý hoạt động : Ống trụ tròn (1) mà mặt ngoài của nó đƣợc gia công nhẵn bóng đóng vai trò nhƣ một mặt gƣơng 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 độ đƣợc điều chỉnh bởi bộđốt nóng bằng điện (2). Để duy trì nhiệt độ của dịch thể làm lạnh ngƣời ta dùng rơ le điện từ (3) và tế bào quang điện (F). Tế bào quang điện (F) sẽ nhận đƣợc tia sáng của bóng đèn (4) qua sự phản xạ của gƣơng. Khi nhiệt độ vách trụ hay nhiệt độ mặt gƣơng bằng nhiệt độ đọng sƣơng thì trên mặt gƣơng sẽ xuất hiện sƣơng mù. Chính sƣơng mù đọng lại trên mặt gƣơng 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 độ đọng sƣơng ngƣời ta xác định đƣợc độ ẩm của môi chất.
1.2.3 Ẩm kế điện ly:
Loại này dùng để đo lƣợng hơi nƣớc rất nhỏ trong không khí hoặc trong các chất khí. Phần tử nhạy của ẩm kế là 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 nƣớc bị lớp P2O5 hấp thụ và hình thành H2PO3. Đặt điện áp một chiều cỡ 70V giữa hai điện cực sẽ gây hiện tƣợng điện phân nƣớc và giải phóng O2, H2 và tái sinh P2O5.
Dòng điện điện phân I = k.Cv, tỉ lệ với nồng độ hơi nƣớc Cv trong đó
c Q k . . 10 . 9 96500 3
Hình 6.3 Ẩm kếđiện ly
1.2.4 Ẩm kế tụ điện polyme:
Ẩm kế tụ điện sử dụng điện môi là một màng mỏng polyme có khả năng hấp thụ phân tửnƣớc. 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 số điện 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 nƣớc có cực tính cao, ngay cả khi hàm lƣợng ẩm rất nhỏ cũng dẫn tới sựthay đổi điện dung rất nhiều. Hằng số điện môi tƣơng đối của nƣớc là 80 trong khi đó vật liệu polyme có hằng số điện môi từ 2 đến 6 vì vậy ẩm kế tụ điện polyme đƣợc phủ trên điện cực thứ nhất bằng tantan, sau đó là lớp Cr dày 100 Aođến 1000 Aođƣợc phủ tiếp lên polyme bằng phƣơng pháp bay hơi trong chân không.
Hình 6.4 Ẩm kế polyme
- Phạm vi đo từ 0 đến 100% - Dải nhiệt độ - 40 đến 100oC - Độchính xác ± 2% đến ± 3% - Thời gian hồi đáp vài giây
- Ít chịu ảnh hƣởng của nhiệt độ, phần tử nhạy có thểnhúng vào nƣớc mà không bị hƣ hỏng.
2. Đo độ ẩm bằng phƣơng pháp điểm ngƣng tụ
2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđođộẩm bằng phƣơng pháp điểm
ngƣng 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 có dây đặt ngoài trời đểxác định nhiệt độ, độẩm không khí bên ngoài. Bộ nhận là màn hình LCD đƣợc đặt trong nhà có hiển thị cả nhiệt độ, độẩm ngoài trời từ bộ thu tín hiệu truyền về.
Loại nhiệt ẩm kế này hoạt động dựa trên cảm biến kỹ thuật số vì vậy độ nhạy cực kỳ cao và chính xác. Cảm biến nhiệt có khảnăng ghi nhận những thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm từmôi trƣờng xung quanh kể cảở những thay đổi nhỏ nhất. Sau đó các dữ liệu đó đƣợc 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 phƣơng pháp điểm ngƣng tụ:
Dựa vào tính chất chuyển trạng thái của không khí từkhông bão hòa hơi nƣớc sang bão hòa hơi nƣớc khi giảm nhiệt độ. Trƣớc hết đo nhiệt độ của không khí dựa vào giá trị nhiệt độ này xác định áp suất hơi nƣớc 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 nƣớc và đo nhiệt độ ở trạng thái này. Nhiệt độ này đƣợc gọi là nhiệt độ điểm sƣơng. Để phát hiện thời khắc này thì đặt 1 cái gƣơng để quan sát, khi mặt gƣơng có phủ mờ bụi nƣớc thì đấy chính là điểm sƣơng. Dựa vào điểm sƣơng đểxác định phân áp suất hơi nƣớc bão hòa Pđs. Đây cũng chính là áp suất hơi nƣớc trong không khí. Độẩm tƣơng đối đƣợc xác định theo công thức : (%) 100 . max P Pđs
Nhƣ vậy phƣơng pháp điểm sƣơng đo đƣợc độẩm tuyệt đối và tƣơng đối.
3. Đo độ ẩm bằng phƣơng pháp điện trở
3.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo độẩm bằng phƣơng 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 đƣợc độ ẩm của nó, mà độẩm của vật liệu lại trực tiếp phụ thuộc vào độ ẩm của môi trƣờng không khí bao quanh nó. Một vật liệu cách điện đƣợc sử dụng làm cảm biến đo độ ẩm phải tuân thủ những yêu cầu cơ bản đã đƣợc nêu ra trên đây về độ nhạy, về tính nhất quán và về tính nhạy cảm với sựthay đổi độ ẩm môi trƣờng xung quanh.
3.2. Đo độ ẩm bằng phƣơng pháp điện trở:
Cảm biến độẩm (hoặc ẩm kế) cảm nhận, đo lƣờng 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 đƣợc gọi là độ ẩm tƣơng đối. Độ ẩm tƣơng đối trở thành 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 độ ẩm thay đổi, điện trở của các điện cực ở hai bên của môi trƣờng muối cũng vậy.
4. Đo độ ẩm bằng phƣơng pháp điện dung
4.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo độẩm bằng phƣơng 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 độ ẩm từ môi trƣờng 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 đƣợc từ cảm biến đi vào vi điều khiển, vi điều khiển nhận dữ liệu và xử lý dữ liệu đƣa ra mặt hiển thị đề hiển thị độ ẩm môi trƣờng.
4.2. Đo độ ẩm bằng phƣơng pháp điện dung:
* Cách hiệu chỉnh:
Bƣớc 1: Lau thật sạch cảm biến để khô, cấp nguồn 5V và đo đƣợc giá trị ADC ( bằng các cổng ADC của Arduino, stm32, stm8,...) đƣợc giá trịkhô ( tƣơng ứng với0%) ( Giả sử là 520)
Bƣớc 2: Cho cảm biến vào trong cốc nƣớc sạch, đo đƣợc giá trị ADC ở chân Aout là giá trị bão hòa (100%) ( Giả sửlà 200).Độẩm càng tăng thì áp ra càng giảm.
Bƣớc 3: Giá trịđộ ẩm từ0 đến 100% tƣơng ứng là từ520 đến 200 là 320 đơn vị. Lƣu ý: Giá trị % này không tƣơng 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 trị các mức khô- vừa- ƣớt để đƣa vào các thuật toán điều khiển.
5. Đo độ ẩm bằngphƣơng pháp nhiệt kế khô - ƣớt
5.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụđo độẩm bằng phƣơng pháp nhiệt kế
khô - ƣớt:
Ẩm kế khô ƣớt cấu tạo gồm hai nhiệt kế: nhiệt kế khô và nhiệt kế ƣớt. Bầu của một nhiệt kếƣớt đƣợc quấn quanh bằng một sợi dây vải bị thấm ƣớt - đầu dƣới của dây nhúng trong một hộp nhựa đựng nƣớc phía sau ẩm kế. Nhiệt kế khô chỉ nhiệt độ không khí và nhiệt kế ƣớt chỉ nhiệt độ bay hơi của nƣớc ở trạng thái bão hoà. Nếu không khí càng khô thì độẩm tỉđối càng nhỏ. Khi đó nƣớc bay hơi từsơi dây vải ƣớt càng nhanh và bầu nhiệt kếƣớt bị lạnh càng nhiều.
5.2. Đo độ ẩm bằng phƣơng pháp nhiệt kế khô - ƣớt:
Nhiệt ẩm kế này hoạt động dựa trên 2 nhiệt kế chất lỏng gắn song song nhau. Một nhiệt kếđƣợc giữ khô và một nhiệt kế luôn giữẩm từ vải thấm nƣớc quấn xung quanh bầu đo.
Chênh lệch nhiệt độ giữa 2 nhiệt kế này, và thông số nhiệt độ môi trƣờng (đo từ nhiệt kế bầu khô) đƣợc áp dụng để quy đổi sang độẩm theo bảng đính kèm của nhà sản xuất.
Loại nhiệt kế này khi sử dụng cần phải thấm nƣớc lên vải quấn ở bầu ƣớt, cần tăng thêm sự trao đổi khí ẩm với môi trƣờng 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 Lƣờng Tự Động 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 lƣờng 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 lƣờng kỹ thuật lạnh, Sở giáo dục và đào tạo Hà Nội, Nxb Hà Nội, 2007