Tìm hiểu đo lưu lượng chất lỏng, chất khí trong công nghiệp

Tóm tắt Đo lưu lượng đóng một vai trò quan trọng, không chỉ vì nó phục vụ cho mục đích kiểm kê, đo đếm mà còn bởi vì ứng dụng của nó trong hệ thống tự động hóa các quá trình sản xuất. Chính vì vậy việc hiểu rõ về phương pháp đo, cũng như nắm vững các đặc tính của thiết bị đo lưu lượng là điều hết sức cần thiết
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tìm hiểu đo lưu lượng chất lỏng, chất khí trong công nghiệpĐo lưu lượng chất lỏng, chất khí trong công nghiệpTóm tắtĐo lưu lượng đóng một vai trò quan trọng, không chỉ vì nó phục vụ chomục đích kiểm kê, đo đếm mà còn bởi vì ứng dụng của nó trong hệthống tự động hóa các quá trình sản xuất. Chính vì vậy việc hiểu rõ vềphương pháp đo, cũng như nắm vững các đặc tính của thiết bị đo lưulượng là điều hết sức cần thiết.Mở đầuLưu lượng kế là cảm biến đo không thể thiếu để đo lưu lượng của chấtkhí, chất lỏng, hay hỗn hợp khí-lỏng trong các ứng dụng công nghiệpnhư thực phẩm-nước giải khát, dầu mỏ- khí đốt, hóa chất-dược phẩm,sản xuất giấy, điện, xi măng … Trên thị trường, các loại lưu lượng kế rấtđa dạng và luôn sẵn có cho bất kỳ ứng dụng công nghiệp hay dân dụngnào. Việc chọn lựa cảm biến đo lưu lương loại nào cho ứng dụng cụ thểthường dựa vào đặc tính chất lỏng (dòng chảy một hay hai pha, độ nhớt,độ đậm đặc, …), dạng dòng chảy (chảy tầng, chuyển tiếp, chảy hỗn loạn,…), dải lưu lượng và yêu cầu về độ chính xác phép đo. Các yếu tố khácnhư các hạn chế về cơ khí và kết nối đầu ra mở rộng cũng sẽ ảnh hưởngđến quyết định chọn lựa này. Nói chung, độ chính xác của lưu lượng kếcòn phụ thuộc vào cả môi trường đo xung quanh. Các ảnh hưởng của ápsuất, nhiệt độ, chất lỏng/khí hay bất kỳ tác động bên ngoài nào đều cóthể ảnh hưởng đến kết quả đo.Cảm biến đo lưu lượng trong công nghiệp được lắp đặt ở môi trườngnhiễu cao và thường bị xung áp. Điều này đòi hỏi các cảm biến đo lưulượng phải hoạt động bình thường cả với xung điện áp và bù được nhiễuđể đảm bảo đưa ra tín hiệu đo với độ chính xác cao. Thông thường,trong công nghiệp hay sử dụng giao diện truyền dẫn tín hiệu 4-20mAgiữa bộ truyền tín hiệu đo với thiết bị điều khiển. Bộ truyền tín hiệu đogắn với cảm biến đo lưu lượng có thể được cấp nguồn bởi chính mạchvòng 4-20mA này hoặc bằng nguồn riêng. Bộ truyền tín hiệu đo sử dụngmạch vòng 4-20mA có yêu cầu rất khắt khe về công suất: tất cả các thiếtbị điện thu thập/xử lý và truyền tin cần phải hoạt động độc lập với nguồncấp từ mạch vòng 4-20mA, chỉ những vi xử lý/vi điều khiển tiêu thụ rấtít điện (ví dụ dòng vi điều khiển DSP) mới được kết hợp dùng chungnguồn của mạch vòng 4-20mA. Bộ truyền tín hiệu với kết nối truyền sốliệu dạng số như tích hợp giao diện bus trường (Profibus, I/O Link) hoặckết nối không dây ngày càng phổ biến, vì chúng làm giảm thời gian khởiđộng và cho phép giám sát liên tục, cũng như chẩn đoán lỗi. Tất cả cácyếu tố này góp phần cải thiện đáng kể năng suất và hiệu quả của hệthống tự động hóa.Các cảm biến lưu lượng được phân làm bốn nhóm chính dựa vào nguyênlý hoạt động của chúng: cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất,cảm biến lưu lượng điện từ, cảm biến lưu lượng Coriolis, cảm biến lưulượng siêu âm. Dưới đây, bài báo sẽ trình bày tổng quát về nguyên tắchoạt động, ưu điểm và nhược điểm, cũng như những đặc tính của cảmbiến lưu lượng chất lỏng, chất khí nhằm giúp người sử dụng chọn đúngcảm biến cho ứng dụng của mình.Cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suấtLưu lượng kế loại này hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli. Tức là sựchênh lệch áp suất xảy ra tại chỗ thắt ngẫu nhiên nào đó trên đườngchảy, dựa vào sự chênh áp suất này để tính toán ra vận tốc dòng chảy.Cảm biến lưu lượng loại này thường có dạng lỗ orifice, ống pitot và ốngventure. Hình 1 thể hiện loại cảm biến tâm lỗ orifice, lỗ này tạo ra nútthắt trên dòng chảy. Khi chất lỏng chảy qua lỗ này, theo định luật bảotoàn khối lượng, vận tốc của chất lỏng ra khỏi lỗ tròn lớn hơn vận tốccủa chất lỏng đến lỗ đó. Theo nguyên lý Bernoulli, điều này có nghĩ làáp suất ở phía mặt vào cao hơn áp suất mặt ra. Tiến hành đo sự chênhlệch áp suất này cho phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy. Dựa vàovận tốc dòng chảy sẽ tínhđược lưu lượng thể tích dòngchảy. Hình 1: Cảm biến lưu lượng chênh lệch áp suất kiểu lỗ tròn (orifice): chênh lệch áp suất trước và sau lỗ tròn Δp=p1-p2; lưu lượng thể tích Q được xác định từKhi chọn lựa, lắp đặt thiết bị biểu thức Q2=KΔp, p1 - áp suất trướcđo lưu lượng loại này trong tấm lỗ, p2 - áp suất sau tấm lỗ, K - hệ số,ứng dụng công nghiệp cần lưu phụ thuộc vào tỷ trọng chất lỏng, đườngý các điểm sau: kính ống và lỗ orifice.- cảm biến được chế tạo dựa trên công nghệ cổ điển, hoạt động ổn định-bền vững, dễ bảo trì-bảo dưỡng;- phù hợp cho dòng chảy hỗn hợp;- độ chính xác thấp ở dải lưu lượng nhỏ;- sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng chiết tách trong một đoạn ống dẫn, vìvậy đỏi hỏi phải tiêu hao thêm năng lượng khi chạy bơm;- yêu cầu chính xác vị trí lắp đặt tấm lỗ orifice, điểm trích lỗ đo áp suấtđầu nguồn và điểm trích lỗ đo áp suất phía hạ nguồn dòng chảy.Cảm biến lưu lượng điện từCảm biến lư ...