Cảm biến đo trực tiếp lưu tốc khối lượng khí ga dựa trên công nghệ nhiệt

t Bài viết trình bày rõ thêm về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến đo trực tiếp lưu tốc khối lượng khí gas dựa trên công nghệ nhiệt. Abstract This article presents about the principles of operation and applications of sensors directly measure mass flow rate of gas-based thermal technology. Mở đầu Việc đo lường khí ga trong công nghiệp là điều hết sức quan trọng. Vì vậy đã có rất nhiều các nghiên cứu về dòng cảm biến này nhằm đưa ra các thiế bị đo với dải đo rộng và độ chính xác cao....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cảm biến đo trực tiếp lưu tốc khối lượng khí ga dựa trên công nghệ nhiệtCảm biến đo trực tiếp lưutốc khối lượng khí ga dựa trên công nghệ nhiệtTóm tắtBài viết trình bày rõ thêm về nguyên lý hoạt động và ứngdụng của cảm biến đo trực tiếp lưu tốc khối lượng khí gasdựa trên công nghệ nhiệt.AbstractThis article presents about the principles of operation andapplications of sensors directly measure mass flow rate ofgas-based thermal technology.Mở đầuViệc đo lường khí ga trong công nghiệp là điều hết sức quantrọng. Vì vậy đã có rất nhiều các nghiên cứu về dòng cảmbiến này nhằm đưa ra các thiế bị đo với dải đo rộng và độchính xác cao. Và một trong những loại cảm biến phải kế đếnkhi chọn giải pháp đo lường khí ga là cảm biến đo lưu tốckhối lượng dựa trên công nghệ nhiệt. Đây là cảm biến đo trựctiếp lưu tốc khối lượng của khí ga. Nếu như kết quả đo lườngtheo nguyên lý thể tích bị ảnh hưởng bới môi trường xungquanh, điều kiện quá trình đo, sự thay đổi áp suất thì nguyênlý đo lường khối lượng không bị ảnh hưởng bới độ nhợt, tỷtrọng, nhiệt độ, hay áp suất.Cảm biến đo lưu tốc khối lượng dựa trên công nghệ nhiệtthường dùng trong việc theo dõi, kiểm soát điều khiển cácquá trình liên quan đến khối lượng, như trong các lò phảnứng hóa học mà tỷ lệ khối lượng của các thành phần tham giaphản ứng là yếu tố quan trọng. Còn trong việc phát hiện rò rỉkhí ga, hơi áp lực cao thì việc đo lường không bị ảnh hưởngbởi sự thay đổi nhiệt độ, áp suất. Một trong những tính năngnổi bật của cảm biến đo lưu tốc khối lượng dựa trên côngnghệ nhiệt là đo chính xác lưu tốc khí ga ở dải thấp (tốc độđộ bị giới hạn và không đảm bảo độ chuẩn xác cũng như dảiđo của cảm biến. Với dòng chảy bình thường thì sai số đo là1-2% toàn dải đo. Cảm biến đo loại này cũng được thiết kếcho các ứng dụng đo trong môi trường áp suất cao, nhiệt độcao và được chế tạo bằng loại vật liệu đặc biệt. Nó cho phépđo ở dải lưu lượng thấp các chất tinh khiết (loại nhiệt điệndung), trong khi loại bypass và probe cho phép đo lườngdòng chảy lớn trong ống dẫn, ống loe và ở dạng khô.Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo lưu tốc khối lượngdựa trên công nghệ nhiệtCảm biến loại này thường dùng để đo lưu lượng của khí ga ởdải lưu tốc thấp. Chúng hoạt động bằng cách cung cấp mộtlượng nhiệt chuẩn từ bộ tạo nhiệt vào trong dòng chảy khí gavà đo lường sự thay đổi của nhiệt độ này hoặc bằng cách duytrì sự thăm dò tại một nhiệt độ ổn định và đo năng lượng cầnthiết để sinh ra lượng nhiệt này. Cảm biến đo lưu tốc khốilượng dựa trên công nghệ nhiệt cơ bản bao gồm hai đầu đonhiệt và bộ tạo nhiệt đặt ở giữa chúng. Bộ tạo nhiệt có thể đặtbên trong dòng chảy (hình 1a) hoặc đặt bên ngoài đường ống(hình 1b).Đối với loại cảm biến lưu tốc truyền nhiệt trực tiếp thì mộtlượng nhiệt xác định (q) được đưa thêm vào nhờ bộ tạo nhiệt.Khi dòng khí chảy qua ống các đầu dò nhiệt điện trở đolường sự gia tăng nhiệt độ, trong khi lượng nhiệt đưa vàođược giữ không đổi. Hình 1: Các thành phần cơ bản của cảm biến đo lưu tốc dựa trên công nghệ nhiệtLưu tốc khối lượng được xác định dựa vào sai lệch nhiệt độđo lường (T2-T1), hệ số cảm biến (K), tốc độ truyền nhiệtcủa bộ tạo nhiệt (q) và nhiệt dung riêng của chất khí (Cp),theo công thức: m=Kq/[Cp(T2-T1)]; T2-nhiệt độ của chất khítrước khi lượng nhiệt được đưa thêm vào, T2-nhiệt độ củachất khí sau khi đã truyền nhiệt thêm vào.Loại cảm biến lưu tốc truyền nhiệt trực tiếp vào dòng chảy cónhiều hạn chế (hình 1a). Các đầu đo nhiệt điện trở và bộ tạonhiệt phải được đưa vào trong dòng chảy ống đo. Vì vậy, cácbộ phận này rất dễ bị hư hỏng do bị ăn mòn. Hơn nữa, tínhnguyên vẹn của đường ống bị biến đổi bởi những chỗ lồi lõmcần thiết của dòng chảy, làm tăng nguy cơ rò rỉ.Cảm biến đo lưu tốc loại truyền nhiệt qua đường ốngT, đối với cảm biến đo lưu tốc khối lượng loại truyền nhiệtqua đường ống: nơi phân bố sai lệch nhiệt độ tăng theo dòngchảy. Để hiểu được nguyên lý hoạt động của cảm biến loạinày, chúng ta phải xem xét những ảnh hưởng của cơ học chấtđo và cơ chế truyền nhiệt. Khi dòng chất đo chảy vào trongống (hỗn loạn hoặc chẩy tầng), một lớp mỏng chất đo (thinfilm layer) sẽ tồn tại giữa thành phần chính của chất đo vàthànĐể khắc phục những vấn đề này, bộ truyền nhiệt và đầuđo nhiệt độ phía dòng chảy vào/ra có thể được lắp bên ngoàiđường ống (hình 1b). Đối với loại cảm biến này, cơ chếtruyền nhiệt trở nên phức tạp hơn và mối quan hệ giữa lưutốc khối lượng và sai lệch nhiệt độ trở nên phi tuyến. Hình 2minh họa sự thay đổi phi tuyến này theo sai lệch nhiệt độ hống. Khi nhiệt truyền qua thành ống tới chất đo, lớp nàychống lại dòng chảy do tác động của nhiệt. Nếu bộ truyềnnhiệt cách ly hiệu quả và nếu chất liệu đường ống dẫn nhiệttốt, thì nhiệt truyền từ bộ tạo nhiệt đến chất đo có thể đượcthể hiện qua công thức sau: q=hA(Tw-Tf); h-hệ số truyềnnhiệt lớp mỏng giáp với vỏ ống ...