- Áp suất cần có ựể duy trì dòng chảy ổn ựịnh theo chiều ngang: Pρ = ω2ρ
3.2. Ảnh hưởng của thiết bị ựo lưu lượng tới chất lượng mạch vòng ựiều chỉnh lưu lượng
chỉnh lưu lượng
Như chúng ta ựã biết, trong công nghệ lưu lượng dòng vật chất là một ựại lượng rất cần thiết công nghệ, ựặc biệt là công nghệ hoá chất và thực phẩm. Lưu lượng là một ựại lượng cần ựược biết, ựược ựo và ựược ựiều khiển phù hợp. Nó tồn tại trong hầu hết các thiết bị hay các hệ thống thiết bị. Chắnh vì thế trong một thiết bị, một dây chuyền sản xuất ựều có những thiết bị ựo lưu lượng.
Do sự cần thiết của lưu lượng nên các nhà nghiên cứu ựã ựưa ra rất nhiều loại thiết bị ựo lưu lượng với cơ sở tắnh toán và thiết kế khác nhau và hầu hết các nguyên lý ựo ựều cho kết quả khá chắnh xác. Trong luận văn này ựưa ra một số phương pháp ựo cơ bản và khá phổ biến, với mục ựắch giới thiệu các nguyên lý và các thiết bị ựo lưu lượng khác nhau.
đo lưu lượng có nhiều cách ựo:
- Phương pháp ựo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy - Các lưu lượng kế kiểu xoáy
- Phương pháp ựo lưu lượng bằng cảm ứng ựiện từ
- Phương pháp ựo lưu lượng bằng nguyên lý thay ựổi ựộ giảm áp suất (chênh áp)
3.2.1. Phương pháp ựo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy Nguyên lý ựo:
Phương pháp ựo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy dựa trên hiệu ứng sự phát sinh dòng xoáy khi một vật cản nằm trong lưu chất. Các dòng xoáy xuất hiện tuần tự và bị dòng chảy cuốn trôi ựi. Hiện tượng này ựã ựược Leonardo da Vinci ghi nhận và Strouhal trong năm 1878 ựã cố gắng giải thắch lần ựầu tiên. Ông nhận thấy rằng một sợi dây nằm trong dòng chảy có sự rung ựộng như một dây ựàn. Sự dao ựộng này tỉ lệ với vận tốc dòng chảy và tỉ lệ nghịch với ựường kắnh sợi dây.
Theo Dor von Karman ựã tìm ra nguyên nhân gây ra sự dao ựộng này: ựó là sự sinh ra và biến mấy của các dòng xoáy bên cạnh vật cản. Một con ựường dòng xoáy hình thành phắa sau vật cản khi một vật ựược ựặt trong một dòng chảy, phắa sau nó (phắa khuất gió) các dòng xoáy không liên tục ựược tạo ra.
Các dòng xoáy này rời bỏ vất cản tuần tự và trôi ựi theo dòng chảy. Phắa sau vật cản hình thành con ựường của dòng xoáy ựược ựặt tên là con ựường dòng xoáy Karman. Các dòng xoáy ở 2 cạnh bên của vật cản có chiều xoáy ngược nhau. Như thế với sự xuất hiện của dòng xoáy, năng lượng quay sẽ bị Ộ chuyên chởỢ ựi mất.
Cuối cùng, lực tác ựộng vào vật cản ựược hình thành. Dưới những ựiều kiện cần thiết, một dao ựộng phát sinh: các dòng xoáy mạnh mẽ ựược sinh ra rồi lại lần lượt biến mất theo dòng chảy. Tần số sự biến mất của dòng xoáy (và cả sự xuất hiện) là một hiệu ứng dùng ựể ựo lưu lượng tắnh bằng thể tắch.
Hình 3-1. Dòng xoáy xuất hiện sau vật cản
Lord Rayleigh ựã tìm thấy sự liên hệ giữa kắch thước hình học vật cản b, vận tốc lưu chất v và tần số biến mất của dòng xoáy f Ờ tần số dòng xoáy. Sự liên hệ này ựược diễn tả trong trị số Strouhal:
S = f.bv (3-5)
Trong ựó: b: ựường kắnh của vật cản f: tần số dòng xoáy v: vận tốc dòng xoáy
Ngoài ra Karman ựã tìm thấy rằng, hệ số S lại biến thiên rất ắt khi hệ số Reynolds (Re) thay ựổi trong một khoảng khá rộng.
Hình dáng của vật cản phải ựược cấu tạo sao cho trong một khoảng trị số Reynolds khá rộng mà trị số Strouhal vẫn là hằng số. Hình dưới cho thấy sự liên hệ giữa trị số Strouhal và trị số Reynold với hai vật cản khác nhau. Với vật cản có hình dạng lăng kắnh, ta có trị số S khá ổn ựịnh trong suốt một dải trị số Re khá rộng.
S = f (Re) (3-6)
∂S
∂(Re)≈ 0 (3-7)
Trên thực tế ta thường tìm thấy trên thị trường cảm biến loại này với hình dạng vật cản có dạng hình trục lăng, loại vật cản này có ựặc ựiểm là sự thay ựổi của hệ số S theo Re là rất ắt.
Tần số dao ựộng của vận tốc có thể ựược ựo với nhiều phương pháp khác nhau: Nhiệt ựiện trở ựun nóng ựược dùng ựến, nó có thể ựược gắn ở phắa trước, ở giữa hay phắa sau vật cản, sự thoát nhiệt của nhiệt ựiện trở thay ựổi theo hướng của lưu chất. Người ta cũng có thể ựo sự dao ựộng áp suất với màng sọc co giãn hoặc ựo các dòng xoáy với sóng siêu âm.
Khi ấy lưu lượng có thể tắnh qua công thức sau: Qv = 1
Sb.A.f (3-8)
Hình 3-3. Trị số Strouhal là hàm của trị số Reynolds
Phương pháp ựo lưu lượng với tần số dòng xoáy rất kinh tế và có ựộ tin cậy rất cao: - Tần số dòng xoáy không bị ảnh hưởng bởi sự dơ bẩn, sự hư hỏng nhẹ của vật cản - đường biểu diễn của nó tuyến tắnh và không thay ựổi theo thời gian sử dụng. Sai số phép ựo bé. Khoảng ựo lưu lượng tắnh bằng thể tắch từ 3 ựến 100%.
- Một tắnh chất rất ựặc biệt nữa của phép ựo bằng dòng xoáy là nó ựộc lập với các tắnh chất vật lý của môi trường dòng chảy. Sau một lần chỉnh ựịnh, sau ựó ta không cần chỉnh ựịnh lại với từng loại lưu chất.