Bài giảng Đo lường và cảm biến: Chương 7 - ThS. Trần Văn Lợi

Bài giảng Đo lường và cảm biến - Chương 7: Đo lưu lượng, chất lưu và mức trình bày đo lưu lượng và vận tốc, đo mức. Hi vọng tài liệu sẽ giúp ích cho các bạn trong quá trình học tập học phần này. Để nắm vững nội dung chi tiết mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Đo lường và cảm biến: Chương 7 - ThS. Trần Văn LợiChương 7ĐO LƯU LƯỢNG, VẬN TỐC CHẤT LƯU VÀ MỨC7.17.1.1ĐO LƯU LƯỢNG VÀ VẬN TỐCKhái niệm chungChất lưu là loại vật chất ở dạng lỏng hoặc khí tồn tại ở nhiệt độ, áp suất nhất định. Dướitác động của ngoại lực hoặc có độ chênh áp suất chất lưu có thể chuyển động.Lưu lượng vật chất là số lượng chất đó chảy qua tiết diện ngang của ống dẫn trong mộtđơn vị thời gian.Lưu lượng tức thời được tính theo công thức:Q=dvdtLưu lượng khối tức thời được tính theo công thức:G=dmdtTrong đó v: thể tích; m: khối lượng.Lưu lượng trung bình được tính:Qtb = v(t2 - t1 )Thể tích:t2V = ò Qdtt1Khối lượng:t2m = ò Gdtt1Trong đó: t1- thời điểm đầu; t2- thời điểm cuối.Đơn vị đo theo thể tích: m3/s hoặc m3/giờ;Đơn vị đo theo khối lượng: kg/s, kg/giờ hoặc tấn/giờ…7.1.2Đo lưu lượng bằng phương pháp đếm xungNguyên lý làm việc dựa trên số vòng quay của tua bin trong một đơn vị thời gian tỷ lệ vớitốc độ dòng chảy.n=k.vn- số vòng quay của tua bink- hệ sốv- vận tốc dòng chảy qua tiết diện của ốngLưu lượng thể tích qua ống dẫn được tính theo công thức:Q=v.SBài giảng Đo lường và cảm biếnTrang 78Suy ra:Q=Sn = knkS- tiết diện dòng chảyk, k’- hệ số phụ thuộc vào đặc tính và cấu tạo của cảm biến.Hình 7.1Hình 7.1 là sơ đồ thiết bị đo, trong đó gồm tua bin cánh quạt (1) quay trên giá đỡ (3), ổđỡ (2) và (4) có tác dụng làm giảm độ dịch chuyển của cánh tua bin. Trục tua bin làm bằng vậtliệu không dẫn từ, có gắn lõi thép (5) làm bằng vật liệu dẫn từ. Bên ngoài ống là một cảm biếnứng gồm nam châm vĩnh cửu (6) và cuộn dây cảm ứng (7).Khi tau bin quay, từ thông của nam châm sẽ tăng lên khi lõi thép nằm dọc trục của namchâm và giảm đi khi lõi thép nằm vuông góc với nó.Khi tử thông móc vòng trong cuộn dây thay đổi sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng:E = -wdfdtMỗi vòng quay của tua bin từ thông tăng giảm hai lần và tần số cảm ứng f trong lõi cũngtăng giảm hai lần.Việc đo tốc độ vòng quay có thể thực hiện theo hai phương pháp:§Biến đổi tần số thành điện áp (f→v), chỉ thị điện áp tỉ lệ với số vòng quay và xác địnhđược lưu lượng cần đo.§Đo tốc độ vòng quay bằng tần số kế (đếm xung) để xác định lưu lượng cần đoVới phương pháp trên sai số đạt từ ±1-0,3%Phạm vi đo từ 0,5 đến 150000 lit/phút với chất lỏng và 5 đến 100000 lit/phút đối với chấtkhí.7.1.3Đo lưu lượng kế bằng phương pháp chênh ápMột trong những phương pháp phổ biến để đo lưu lượng chất lỏng, khí và hơi là phươngpháp thay đổi độ giảm áp suất qua ống thu hẹp (hình 7.2).Khi dòng chảy qua một ống dẫn có đặt một thiết bị thu hẹp tốc độ của dòng chảy sau lỗthu hẹp sẽ tăng lên so với tốc độ phía trước lỗ thu hẹp vì vậy áp suất ở phía sau thiết bị thu hẹp bịgiảm xuống tạo nên tạo nên sự chênh lệch áp suất phía trước và phía sau thiết bị thu hẹp. Độ lệchBài giảng Đo lường và cảm biếnTrang 79áp suất phụ thuộc vào tốc độ của dòng chất lưu mà lưu lượng của nó lại phụ thuộc vào tốc độdòng chảy do đó lưu lượng qua thiết bị thu hẹp tỷ lệ với độ chênh áp suất.Hình 7.2Gọi P1 là áp suất ở thành ống phía trước thiết bị thu hẹp và P2 là áp suất ở thành ống phíasau thiết bị thu hẹp, ta có quan hệ giữa lưu lượng khối G và lưu lượng Q của dòng chảy đượcbiểu diễn:G =aQ =aTrong đó:α- hệ số;pd 22 r ( p1 - p2 )4pd 242( p1 - p2 )rd- đường kính lỗ hẹp;ρ- mật độ dòng chảyĐể đo độ chênh áp có thể sử dụng các cảm biến thông thường như cảm biến áp trở, biếnáp vi sai, điện dung… kết hợp với các khâu trung gian như màn đàn hồi, thanh dẫn, ống xi phôngtương tự như đo áp suất.Hình 7.3 là sơ đồ dùng cảm biến đo lưu lượng bằng phương pháp chênh áp. Áp suất P1 vàP2 qua ống dẫn được đưa vào hai phía màng đàn hồi. Cảm biến hỗ cảm có lõi thép di chuyểnđược gắn với màng. Bình thường chưa có dòng chảy áp suất P1=P2 màng đàn hối đứng yên lõithép nằm giữa hai cuộn dây thứ cấp của biến áp do đó tín hiệu ra bằng không. Khi có dòng chảyqua thiết bị thu hẹp áp suất P1 tăng, P2 giảm tạo nên độ chênh áp suất ∆P= P1 –P2 làm cho mànBài giảng Đo lường và cảm biếnTrang 80đàn hồi di chuyển kéo theo lõi của biến áp vi sai di chuyển theo do đó sức điện động đầu ra củacảm biến tăng với tỉ lệ độ chênh áp suất. Đo sức điện động có thể xác định được lưu lượng củadòng chảy.Hình 7.37.2ĐO MỨCMục đích việc đo và phất hiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc khối lượng chất lưutrong bình chứa. Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng.Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại trongbình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tinvề tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu:§§Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu.§7.2.1Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện.Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và c ...