2.1.4 Bơm DC
Khí được một máy bơm khí thổi qua một ống chất chứa chất rắn hấp thụ, sau khi khí cần lấy mẫu được chất rắn trong ống hấp thụ thì được tách ra và đưa vào thiết bị đựng mẫu khí. Các khí còn lại vẫn chịu lực đẩy của máy bơm được thổi ra ngoài.
Trong hệ lấy mẫu bụi, máy bơm được chọn là bơm hút chân không TOPSFLO với các thông sốnhư sau:
+ Tên: Micro Diaphragm Gas Pump . + Kiểu: TM30A – B24 V6004. + Điện áp: 24VDC.
+ Vacuum: 60 kpa.
+ Lưu lượng tối đa: 4.5L/min. + Cấu trúc: màng bơm.
+ Kiểu bơm: bơm không khí, bơm hút chân không. + Tiếng ồn: 48dB. + Cân nặng: 220g. Chức năng 2 Vị trí/ 2 Cổng Kích thước ống G1/4 Đường kính(mm) 2.5 Giá trị áp dụng Air Phạm vi áp lực 0 ~ 0.8Mpa Phương pháp khởi động Khởi động trong
Tần số hoạt động tối đa 5 vòng/s
Dầu bôi trơn Không cần
27
2.1.5 Van tay
Nó là một van điều khiển dòng chảy một chiều có thể điều chỉnh dòng chảy của khí nén cho không khí đi qua. Nó sẽ kiểm soát về phía trước dòng chảy và không kiểm soát dòng chảy đảo ngược, để thay đổi một cách tốc độ chuyển động của các thành phần điều hành như xi lanh khí.
Hình 2. 4 Van tay
2.1.6 Cảm biến đo lưu lượng
Yêu cầu của bài toán này là đo và điều khiển được lưu lượng với các thông sốnhư sau:
+ Lưu lượng tối đa >= 4,5 L/min. + Khoảng áp suất tác dụng >= 60kpa.
Từ 2 điều kiện ở trên ta chọn cảm biến đo lưu lượng khí Argon do Kenyencesản xuất:
+ Kháng áp suất: 1.0 Mpa. + Khoảng đo: 1.5 ~ 50 L/min.
+ Khoảng áp suất tác dụng: -0.07 ~ 0.7 Mpa. + Đường kính kết nối: Rc (PT) ¼.
28
2.1.7 Bình lấy mẫu
2.1.7.1 Phương pháp lấy mẫu bụi
Nguyên tắc: Một mẫu đại diện của khí được lấy từ bên trong đường ống bằng một đầu dò lấy mẫu, và được chuyển đến bộ phần thu mẫu qua hệ thống ổn định khí mẫu và đường ống dẫn mẫu. Trên quá trình mẫu chuyển đến bộ phận lấy mẫu, các khí được ổn định để loại khí, bụi và các chất cản trở khác. Hệ thống thu mẫu có thể là: hệ thống hấp phụ, hấp thụ, ngưng tụ hoặc lấy mẫu khí vào dụng cụ chứa.
Kỹ thuật đơn giản nhất để lấy một mẫu khí có chứa bụi là bơm không khí vào trong một dụng cụ có thểtích xác định, hoặc thông thường là hút không khí qua dụng cụ thu giữ (phin lọc hoặc ống hấp thụ). Các thiết bị hút thường có tốc độ bơm từ0,25 đến 2,50 lít/phút.
Trong hệ thống lấy mẫu bụi này, không khí sẽđược máy bơm hút, qua màng lọc, các van rồi đi vào bình lấy mẫu. Từ bình lấy mẫu, không khí sẽ đi theo hai đường: đi vào cảm biến và đi ra ngoài môi trường.
2.1.7.2 Thiết bị lấy mẫu
Bình hấp thụthường là hình trụ có thể làm bằng thủy tinh, PS, PP hay PTFE tuỳ thuộc vào yêu cầu của phương pháp. Bình phải có nắp/nút kín, có một ống dẫn khí vào và có đầu phân phối khí phù hợp đặt ở vị trí gần sát đáy bình và một ống dẫn khí ra có miệng đặt ở phía trên của bình. Trong khi lấy mẫu có thể sử dụng 1 hoặc 2 bình hấp thụ mắc nối tiếp nhau. Bình bảo vệđược dung chủ yếu để tránh sự xâm nhập của dung dịch hấp thụ vào làm hại máy bơm cũng như thiết bị đo. Hiện nay các máy bơm chuyên dụng thường gắn liền với bình bảo vệ và thiết bị đo lưu lượng.
Bình lấy mẫu được chọn trong hệ thống là bình thủy tinh, có dung tích 1500ml, có nắp đậy kín và 3 đường ống dẫn khí.
29
Hình 2. 6 Mô phỏng dòng khí trong bình lấy mẫu
2.1.7.3 Tính toán bình lấy mẫu
* Tính toán vận tốc và dạng dòng chảy:
+ Vận tốc dòng chảy trong ống 1:
+ Giả sử lưu lượng khí đi vào ống 2 và 3 là như nhau khi không khí trong bình đã ổn định. Vận tốc dòng chảy trong ống 2 và 3: Cảm Biến Bình lấy mẫu 1 2 3
30
+ Xác định loại dòng chảy: ta sử dụng sốReynolds như một tiêu chí để phân loại dòng chảy. SốReynolds được tính theo công thức dưới đây (đối với ống có mặt cắt là hình tròn):
Với:
p: mật độ vật chất trong môi trường (ở đây chỉ xét đến bụi) (kg/m3). v: vận tốc dòng chảy (m/s).
l: độ dài dòng chảy (trong trường hợp hệ lấy mẫu là 50m) (m/s).
µ: độ nhớt của môi trường (không khí tại 0oC là 0.000171 và tại 99oC là 0.0022).
Vậy số Reynolds tối đa của dòng chảy (ứng với mật độ cho phép của PM10 là 150µg/m3) nằm trong khoảng:
0.0077 < Re < 0.1 => Đây là dòng chảy tầng, có dạng như hình vẽdưới đây:
Hình 2. 7 Hình dạng dòng chảy tầng của không khí trong đường ống
* Tính toán nồng độ bụi trong bình:
+ Nếu nồng độ PM10 và PM2.5 nhỏ hơn giá trị tối đa cho phép, tức là không khí an toàn. Do thiết bị lấy mẫu được dùng để khảo sát trong công nghiệp, nơi có nồng độ bụi trong không khí cao nên sẽ đảm bảo được khả năng hoạt động của cảm biến.
+ Nếu nồng độ PM10 và PM2.5 lớn hơn giá trị tối đa cho phép:
Nồng độ PM10 và PM2.5 tối đa cho phép lần lượt là 150µg/m3và 40µg/m3
=> Nồng độ tối thiểu của PM10 và PM2.5 có trong bình chứa là (tính theo PM2.5): )
31
vẫn nằm trong dải đo được của cảm biến. Vậy cảm biến hoàn toàn hoạt động tốt.
2.1.8 Cảm biến
- Cảm biến SDS011 sử dụng nguyên lý tán xạ laser trong không khí:
+ Khi chùm tia laser qua phát hiện vị trí các hạt sẽ phân tán ánh sáng yếu, ánh sáng tán xạ sóng và hạt trong một hướng cụ thểliên quan đến đường kính và sự tập trung sốlượng hạt. Từđó ta có thểxác định được nồng độ của các hạt có đường kính khác nhau.
- Một sốưu điểm nổi bật:
+ Dữ liệu chính xác: phát hiện laser, ổn định, nhất quán tốt. + Phản ứng nhanh: thay đổi thời gian phản ứng ít hơn 10 giây.
+ Tích hợp thuận tiện: đầu ra nối tiếp (hoặc IO đầu ra có thểđược tùy chỉnh). + Độ phân giải cao: độ phân giải lên đến 0.3micron - đường kính tối thiểu của hạt.