Bằng việc thu được tín hiệu ra trên cảm biến ta hoàn toàn tính toán được vậntốc dòng chảy. Thời điểm các tác nhân tác động vào cảm biến từ lúc bắt đầu (t1) và thời điểm kết thúc (t2) việc thay đổi hằng số điệnmôi trong kênh dẫn chất lưu đã được lưu
0 50 100 150 200 250 300 350 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 V o lta g e - V Time - x30ms Salt water 3mm Water 3mm Tin particle 0.3mm
trong file log của card DAQ. Với chiều dài chính xác kênh dẫn (L) đặt trên bản cực của cảm biến tụ điện đồng phẳng.
Với thí nghiệm xác định vận tốc dòng chảy, vì chiều dài kênh dẫn (L) nhỏ cỡ 100 mm,chất lưu là không nén (nhiệt độ, áp suất không thay đổi trong suốt quá trìnhnghiên cứu)tacoi chuyển động của chất lỏng trong kênh dẫn là chuyển động đều (gia tốc =0).Vận tốc dòng chảy vclcủa chất lưu trong kênh dẫn xác định theo công thức vật lý bằng tỷ số của chiều dài kênh dẫn với khoảng thời gian tác nhân đi qua kênh dẫn của cảm biến.
Vcl = L
(t2−t1) (4.1)
4.4 Định hƣớng, ứng dụng của cảm biến vào công nghệ lọc dầu.
Thực tế cho thấy khi nghiên cứu dòng hai pha có đặc trưng bởi sự tồn tại đồng thời trong cùng một ống dẫn sự kết hợp của hai loại chất lỏng hoặc chất lỏng và chất rắn trong ống dẫn. Khi nghiên cứu loại hình dòng chảy này có liên quan nhiều tới thực tế khi chúng ta gặp nhiều trong nhiều lĩnh vực đời sống, ứng dụng công nghiệp chẳng hạn như trong các nhà máy hóa chất cần vận chuyển hóa chất bằng đường ống, hoặc công nghiệp lọc dầu vận chuyển dầu bằng đường ống. Sự kết hợp giữa các dòng chảy có tốc độ khác nhau bản chất do độ nhớt giữa chất lỏng khác nhau với thành ống.
Bài toán đặt ra khi nghiên cứu một dòng dầu - nước trong đường ống dẫn dầu. Điều này quyết định đến điện năng tiêu thụ trong việc bơm đẩy dòng dầu - nước trong ống dẫn. Chế độ dòng chảy sẽ là dòng dầu chuyển động trong lõi ống, nước sẽ chuyển động xung quanh với tiết diện ống là hình tròn thì nơi dòng chảy của dầu tại trung tâm của ống và dòng chảy của nước xung quanh.
Hình 4. 9 Mô hình dầu và nước trong mặt cắt của ống dẫn [10]
Một định hướng nghiên cứu khi đặt hệ thống cảm biến điện dung (Capacitive Sensing System) trên đường ống để xác định phần nhỏ khu vực bị chiếm đóng bởi dầu. Dựa trên đặc tính điện khác nhau của hai chất lỏng nước và dầu. Thực tế đặc tính điện đó chính là sự phân phối khác nhau của hằng số điện môi trong một khu vực khảo sát trên ống. Những thay đổi về hằng số điện môi có thể được đo thành công bởi cặp cảm
biến điện dung hoạt động như một tụ điện. Với ưu điểm khi sử dụng kỹ thuật đo đạc này là tối ưu cho việc nghiên cứu và mô tả đặc điểm của dòng chảy mà không làm ảnh hưởng đến bản chất, hành vi của dòng chảy.
Hình 4. 10Phác họa hệ thống đo đạc, nghiên cứu dòng chảy hai pha dầu - nước [10]
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 1. Kết luận
Về phương diện thiết kế cảm biến dòng chảy dựa trên nguyên lý tụ đồng phẳng đã được thiết kế chế tạo thành công tại Đại học công nghệ Hà Nội.
Với thiết kế đơn giản nhưng vẫn đạt được yêu cầu về hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, mỹ thuật và hiệu quả trong sử dụng cảm biến để giải quyết các bài toán đặt ra cũng như trong nghiên cứu.
Do cấu trúc cảm biến là tụ đồng phẳng (các bản cực nằm trên một mặt phẳng) nên có khả năng ứng dụng lớn so với cấu trúc tụ thông thường (hai bản cực đặt song song) có thể đặt bên trên, bên dưới, áp vào thành kênh dẫn, đặt bên trong kênh dẫn…. mà không bị giới hạn về kích thước như cảm biến tụ điện thường.
Cảm biến tuy mới được thử nghiệm nhưng đã cho được kết quả tốt khi phát hiện được những giọt chất lỏng cỡ mm với tín hiệu đầu ra xử lý tốt, ít nhiễu. Tuy nhiên đây mới là những đánh giá mang tính định tính. Để có những đánh giá chính xác cần phải cho cảm biến trải qua những kịch bản đánh giá bằng thực nghiệm với trang bị hiện đại để có được những thông số chính xác nhất cho cảm biến.
2. Hƣớng phát triển của luận văn
Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là cơ sở ban đầu cho các nghiên cứu, thực nghiệm tiếp theo để có thể ứng dụng cảm biến vào thực tế. Một số hướng cần nghiên cứu cần triển khai để hoàn thiện kết quả nghiên cứu trong luận văn này:
- Tiến hành các thực nghiệm để đánh giá định lượng cảm biến dòng chảy kiểu tụ đã được nhóm nghiên cứu đề xuất thiết kế và chế tạo.
- Bằng việc xác định sự thay đổi hằng số điện môi của chất lưu cảm biến dòng chảy dựa trên nguyên lý cảm biến tụ điện đồng phẳng hoàn toàn có thể nghiên cứu áp dụng trong việc xác định, định lượng nước trong các sản phẩm của dầu mỏ như dầu mazút (FO), Dầu Diesel (DO); Dầu thủy lực, dầu nhớt, dầu phanh, xăng máy bay, dầu thực vật,…. Áp dụng trong các đường ống xuất, nhập của các nhà máy nhiệt điện, nhà máy kính, nhà máy thủy tinh, nhà máy thép, tàu biển chạy FO hoặc DO; hoặc các nhà máy sử dụng nhiều dầu đốt.
Có thể lắp trên giàn khoan để xác định phần trăm (%) của nước trong dầu thô. Trong các dây chuyền công nghệ của nhà máy lọc dầu, nhà máy sản xuất dầu nhớt.
Lắp cùng bộ thiết bị trộn nhũ tương mazút - nước để kiểm soát nước trong nhũ tương. Hoặc dùng trong phòng thí nghiệm, trong xưởng.
Cảm biến cũng có thể nghiên cứu để sử dụng đo hàm lượng nước trong máy phát, hộp số của các máy cán thép, máy cuốn giấy...
- Tiến hành thử nghiệm cảm biến dòng chảy đã chế tạo trong việc xác định bọt khí trong máu và thành phần bột sắt trong dầu máy, bọt khí trong dầu, nước muối trong dầu, hóa chất trong kênh dẫn….
- Thiết kế và chế tạo một cảm biến dòng chảy hoạt động đồng thời trên cả hai nguyên lý áp điện trở và tụ điện để tận dụng được những ưu thế của hai nguyên lý này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Daiying Zhang 1, Liqiu Men 2 and Qiying Chen 1,3,* Microfabrication and Applications of Opto-Microfluidic Sensors,2011
[2] Caglar Elbuken, Tomasz Glawdel, Danny Chan, Carolyn L. Ren,Detection of microdroplet size and speed using capacitive sensors,2011
[3] Trịnh Lương Miên, Đo lưu lượng chất lỏng chất khí trong công nghiệpTạp chí tự động hóa ngày nay, số 142(10/2012)
[4] Hoàng Minh Công, Giáo trình cảm biến công nghiệp, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng,2004
[5] http://vi.wikipedia.org/wiki/Áp_điện
[6] Andreas Ernst, Klaus Mutschler 1, Laurent Tanguy, Nils Paust, Roland Zengerle 1 and Peter Koltay Numerical Investigations on Electric Field Characteristics with Respect to Capacitive Detection of Free-Flying Droplets,2012
[7] Jacobson, SC,. McKnight,TE., and Ramsey J.M., Microfluidic devices for electrokinetcally driven paralled and serial mixing, Anal,Chem.,71,4455,1999
[8] http://vi.wikipedia.org/wiki/N%C6%B0%E1%BB%9Bc_bi%E1%BB%83n [9] http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/icl7/icl7660.pdf
[10] Marco Demoria,*, Vittorio Ferraria, Domenico Strazzab ,A sensor system for oil fraction estimation in a two phase oil-water flow, 2009