CB VẬN TỐC LƯU LƯỢNG VÀ MỨC CHẤT LƯU

2.7 CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯƠNG VA MƯC CHÂT LƯU

1. Khái niệm chung

2. Cam biên đo lưu lượng và vận tốc

3. Cam biên đo mức chất lưu

Khái niệm chung

• Đại cương về cơ lưu chất và lưu lượng:– Có ba trạng thái kêt tập chính là rắn, lỏng và khí. – Trong trạng thái khí, các phân tử chuyển động hỗn độn tự

do, vì thê chất khí có thể chiêm toàn bộ thể tích bình chứa, không phụ thuộc kích thước khoang không gian bình chứa trong nhiệt độ không đổi.

– Trạng thái rắn là trạng thái trong đó vật chất có một thể tích nhất định và một hình dạng nhất định. Các chất ở trạng thái rắn chia thành hai loại: các tinh thể và các chất vô định hình. Các phân tử chất rắn, tinh thể hay vô định hình, chỉ dao động quanh một vị trí nhất định.

Khái niệm chung

• Trạng thái lỏng là trạng thái trong đó chất lỏng có hình dạng phụ thuộc hình dạng bình chứa và có thể tích không đổi.

• Các phân tử chất lỏng phân bố theo một cấu trúc nhất định nào đó, chúng luôn luôn dao động quanh vị trí cân bằng một thời gian rồi lại chuyển sang vị trí cân bằng mới bằng cách đổi chỗ, chính vì vậy chất lỏng có thể tích nhất định nhưng không có hình dạng nhất định

Khái niệm chung

• Chất lưu (hay lưu chất) là tên gọi chung chất lỏng và khí. • Cơ lưu chất là bộ phận của cơ học nghiên cứu chuyển động

của các môi trường lỏng và khí và tương tác của chúng với các vật rắn có biên giới chung (như bình chứa). Trong cơ học chất lưu, cấu trúc phân tử thực của các chất lỏng và khí được thay thế bằng khái niệm lý tưởng hóa về một môi trường vật chất có hai tính chất cơ bản: tính liên tục và tính linh động (tính chảy).

• Lưu lượng là lượng chất lỏng hay chất khí chảy qua tiết diện ngang của dòng chảy trong một đơn vị thời gian.

khái niệm chung

• Lưu lượng có thể đo bằng [kg/s] hoặc bằng [m3/s ] Nếu tính theo thể tích thì lưu lượng Q :

Q = v.S

Trong đó: v là vận tốc chất lỏng tại tiết diện đang xét

S là diện tích tiết diện của dòng chảy

Nếu chất lỏng chảy theo ống và không chịu nén thì lưu lượng Q là không đổi ở mọi tiết diện.

Khái niệm chung

Máy đo lưu lượng chất lưu thông qua đường dẫn được gọi là lưu-lượng-kế hay công-tơ lưu lượng, chỉ thị lưu lượng trung bình chảy trong một khoảng thời gian.• Trạng thái môi trường đo, thường phải được quy đổi

về điều kiện tiêu chuẩn:– nhiệt độ đo T = 200C;– áp suất khí quyển P=101325 [Pa]= 760 [mm thủy

ngân];– độ ẩm tương đối RH%=0[%]).

2.1. Lưu lượng và đơn vị đo

a) Lưu lượng : lượng chất lưu chay qua tiêt diện ngang của ống dẫn trong một đơn vị thời gian.

• Lưu lượng thể tích (Q) tính bằng m3/s, m3/giờ ...

• Lưu lượng khối lượng (G) tính bằng kg/s, kg/giờ ...


• Lưu lượng trung bình:

• Lưu lượng tức thời:

dtdV

Q hoăcdtdm

G(m3/s)

tV

Qtb

tm

Gtb

(m3/s) (kg/s)hoăc


b) Phương pháp đo:• Đêm trực tiêp thể tích chất lưu trong một

khoang thời gian xác định t.• Đo vận tốc chất lưu khi lưu lượng là hàm của

vận tốc.• Đo độ giam áp khi lưu lượng là hàm phụ

thuộc độ giam áp.• Tín hiệu đo biên đổi trực tiêp thành tín hiệu

điện hoăc nhờ bộ chuyển đổi điện thích hợp.

2.2. CB đo lưu lượng theo thể tích

1.2.1. Nguyên ly đo: đêm trực tiêp lượng thể tích chất lưu đi qua buồng chứa có thể tích xác định của cam biên.

dt

dnn - Tôc đô quay cua truc lưu kê)(

nqdtdN

qdtdV

Q vv • Lưu lượng tức thời:

12

12vtb tt

NNq

t

VQ

• Lưu lượng trung bình:

(qv – thê tich chât lưu đi qua cam biên trong môt vong quay cua truc cam biên)

2.2.1. Nguyên ly đo

• Phương pháp đêm số vong quay và đo tốc độ quay:

+ Dung nam châm quay + cuộn dây xung điện.

+ Dung tốc độ kê quang.

+ Dung mạch đo tần số hoăc điện áp.

2.2. CB đo lưu lượng theo thể tích

1.2.1. Lưu lượng kế bánh răng:

a) Câu tao và nguyên ly làm việc:

1&2. Bánh răng 3. Vỏ 4. Chât lưu5. Cua vao6. Cưa ra

V1 2

1

3

4

56

2.2.1. Lưu lượng kế bánh răng

• Ơ vị trí (a) chất lưu làm quay bánh răng (2) đây thể tích chất lỏng (V1) sang cửa ra đồng thời làm bánh răng (1) quay theo (vị trí b).

• Ơ vị trí (c) chất lưu làm bánh răng (1) quay quá trình lăp lại.

• Thể tích chất lưu đây sang cửa ra:

V2

2 2

V1

21 1

1

021v V2VVq


• Thường đo thể tích chất lưu V trong khoang thời gian t1 đên t2:

( qc - hệ sô lưu lượng kê ; Nc1, Nc2 - sô trên chỉ thị cua lưu lượng kê tại thời điêm t1 và t2)

1c2cc NNqV

• Đêm số vong quay hoăc đo tốc độ Q tức trung bình hoăc Q tức thời.


b) Đăc điểm:• Giới hạn đo từ 0,01 - 250 m3/giờ,• Cấp chính xác 0,5; 1,• Tổn thất áp suất nhỏ,• Yêu cầu chất lỏng đo phai được lọc tốt,• Gây ồn khi làm việc.

2.2.2. Lưu lượng kế kiểu cánh


1

2

3

2

4

2

2

5

1. Vỏ

2. Cánh

3. Tang quay

4. Con lăn

5. Cam


• Thể tích chất lưu đi qua lưu lượng kê trong

một vong quay (qv) bằng thể tích vành khí

giưa vỏ và tang quay.

• Đêm số vong quay hoăc đo tốc độ nhờ cơ

cấu liên kêt với trục lưu lượng kê Q tức trung

bình hoăc Q tức thời.


b) Đăc điểm:• Đo lưu lượng chất khí.• Đo lưu lượng đên 100 - 300 m3/giờ• Cấp chính xác 0,25; 0,5.

2.3. CB đo lưu lượng theo tốc độ

1.3.1. Nguyên ly đo:

• Dựa trên quan hệ:

v – tôc đô dong chay;

S – tiêt diện ngang cua ông dân.

• Biêt S đo v Q.

S.vQ

2.3.2. Lưu lượng kế tuabin hướng trục


1

2

3

41. Bộ chỉnh dòng

chảy

2. Tuabin

3. Bộ truyền bánh răng-trục vít

4. Thiết bị đếm


• Đo thể tích chất lưu đi qua lưu lượng kê trong khoang thời gian t1 t2:

• Tốc độ quay của trục tuabin: v.kn

• Lưu lượng: nk

SS.vQ

12 NNk

SV

(Vơi - tổng số vong quay của lưu

lượng kê trong khoang thời gian t1 t2)

2

1

t

t

12 dt.nNN


b) Đăc điểm:• Đường kính tuabin từ 50 300 mm,• Phạm vi đo từ 50 300 m3/giờ,• Cấp chính xác 1; 1,5; 2.

2.3.3. Lưu lượng kế tuabin tiếp tuyến

a) Câu tao & nguyên ly làm việc:

12

3

1. Tuabin 2. Màng lọc 3. ống dẫn

2.3.3. Lưu lượng kế tuabin tiếp tuyến

b) Đăc điểm:• Đường kính tuabin từ 15 - 40 mm;• Phạm vi đo từ 3 - 20 m3/giờ;• Cấp chính xác thấp 2; 3.

2.4. CB đo lưu lượng theo độ giảm áp

1.4.1. Nguyên ly đo: • Dựa vào sự phụ thuộc của độ giam áp vào tốc

độ của dong chay khi đi qua tiêt diện bị thu hep.

Khao sát trường hợp dong chay ly tưởng qua màng chắn (chất lưu không bị nen).

F1F0

F2

W1 W2

p’2p’1

A B C


• Phân bố vận tốc của một dong chay ly tưởng qua thiêt bị thu hep: (v) tăng dần từ v1

(A-A) đạt vmax (B-B) giam dần đên v3’(C-C).

• Phân bố áp suất: (p) tăng dần từ p1’ (A-A) p1(trước màng chắn), giam xuống p2 (sau màng chắn) cực tiểu p2’ (B-B) tăng dần trở lại p3’ (C-C).

F1F0

F2

W1 W2p’2p’1

p’1

p’2p2

p

p1

v1v2

p3’

p

v3’

A B C


• Vận tốc dong chay tại B-B:

'2'1222 pp

2

m

1v

p1’, p2’ - á.s. tĩnh tại A-A & B-B. - tỉ trọng chất lưu. - hệ số tổn thất thuỷ lực.M=F0/F1 - tỉ số thu hep của TB, = F2/F0 - hệ số thu hep DC

21'2

'1 pppp • Thay

21222 pp2

mv


• Lưu lượng:

21

2

pp24d

G

21

2

pp2

4d

Q

hoăc

4

2c

Với

• Khi chất lưu chịu nen đưa vào hệ số hiệu chỉnh ( <1):

21 ppcG hoăc 21 pp1

cQ

- hệ số lưu lượng22m

Với

2.4.2. Thiết bị thu hẹp

a) Màng ngăn:

b ) Mang ngăn lỗ hình côn

c) Mang ngăn hình phểu

a) Mang ngăn chuẩn


Đăc điểm: • Màng ngăn chuân (a) cấu tạo đơn gian; dễ chê

tạo, lắp đăt; tổn thất của dong chay lớn đo lưu lượng các dong chay có trị số Re > Re tới hạn.

• Màng ngăn có lỗ thu hep đăc biệt (b, c) khó chê tạo; tổn thất của dong chay nhỏ; hệ số xác định theo mỗi thiêt bị đo lưu lượng các dong chay có trị số Re < Re tới hạn.


b) Ông thu hẹp (ống venturi): Câu tao:

Đăc điểm: biên dạng gần giống với biên dạng dong chay khi bị thu hep; dong chay biên đổi từ từ tổn thất be; khó chê tạo và lắp đăt.

2.5 Lưu lượng kế điện từ

Nguyên ly hoat động: định luật Faraday: khi từ thông qua một vong dây dẫn khep kín biên thiên, thì trong vong dây sẽ xuất hiện một thê điện động cam ứng , suất điện động cam ứng này chỉ tồn tại trong thời gian từ thông biên thiên và tỷ lệ với tốc độ biên thiên từ thông:

.

CUTe

CUTe d dt


Nêu vong dây dẫn khep kín đó là dong chay của chất lỏng dẫn điện thì có thể ứng dụng nguyên ly cam ứng điện-từ để xác định tốc độ hay lưu lượng thể tích của chất lỏng.

Sức điện động cam ứng trong từ trường không đổi (nam châm vĩnh cửu) là:

B – cường độ từ cảm; v – tốc độ dòng chảy; D – đường kính trong của ống dẫn; Q – lưu lượng thể tích của chất lỏng

4. . .CUT

Be B v D Q kQ

D


Bộ phận cấu thành cơ ban của lưu lượng kê là đoạn ống bằng kim loại không từ tính đăt vuông góc với đường sức của từ trường nam châm, có hai điện cực đưa ra, nối với đồng hồ đo (millivolt-kê hay điện thê kê).

2.4.3. Mạch đo

a) Các bộ phân cua mach đo:• Các bộ phân cơ bản:

+ Thiêt bị thu hep;

+ Thiêt bị đo áp.• Các bộ phân khác:

+ Bộ biên đổi điện;

+ Bộ tích phân lưu lượng;

+ Bộ tính khối lượng chất lưu;

+ Bộ tính toán xử ly số liệu;

+ Bộ biên đổi tỉ trọng chất lưu …

2.4.3. Mạch đo

b) Yêu câu lăp đăt:• Lỗ của thiêt bị thu hep phai đồng tâm với

ống dẫn.• Ông đo áp phai đăt ngay trước và sau thiêt

bị thu hep.• Trước và sau thiêt bị thu hep, ống dẫn phai

có một đoạn thẳng không thay đổi tiêt diện, không có van hoăc các vật can làm thay đổi dong chay với chiều dài cần thiêt.

2.4.3. Mạch đo

c) Một số mạch đo:

G

gh

a) Ông Pito b) Ap kế vanh khuyên c) Mang đan hồi

2.4.3. Mạch đo

• Hệ thống đo lưu lượng kiểu ЭΤИД

AB

a1

b1

a2

b2

12

3

4

5

6

7

8

9

10

1415

16

10

11

12

13

1, 2 & 3) Cuộn dây và lõi săt 4) Bộ phân so sánh 5) Động cơ xoay chiều 6) Cam 7) Kim chỉ 8) Động cơ đồng bộ 9&10) Chổi điện 11) Vành bán

khuyên 12 &13) Vành khuyên dẫn điện 14) Cuộn dây 15) Ly hợp 16) Hộp số

9

10

Vị trí chổi than trên vanh bán khuyên

2.5. CB đo lưu lượng theo độ giảm áp không đổi

a) Cấu tạo và nguyên ly làm việc:

a) Sơ đồ câu tạo b) Sơ đồ có bộ biến đổi điện

1. Ông hình côn

2. Phao

3. Thươc đo

4. B biến đổi đi nô ê

3P2

P1G

1

2

4


• Khi phao đang ở vị trí cân bằng, gia sử Q tăng p1 tăng phao bị đây lên tiêt diện khe hở (F) tăng p1 giam cho đên khi đạt cân bằng mới:

21 PGP S.pGS.p 21

constS

Gpp 21

• Lưu lượng: F.kp.2

F.Q

)constp.2

.k(

Q=f(F) Q phụ thuộc vị trí phao.


b) Đăc điểm và ứng dụng:• Cấu tạo đơn gian;• Dễ lắp đăt.• Ưng dụng: đo lưu lượng nhỏ.

2.6. CB đo lưu lượng điện từ

a) Cấu tạo & nguyên ly làm việc:

N S

1

2

3 6

5

1 & 2. Điện cực 3. ống kim loại

4. Lơp cách đi nê5. Nam châm

6. Milivôn kế

4


• Dựa vào hiệu ứng cam ứng điện từ:

Khi chất lưu có tính dẫn điện chay qua ống xuất hiện suất điện động cam ứng:

Q.kQD

B4D.v.BE

(B- cường đô tư trường; v- tôc đô trung binh cua dong chay; D- đường kinh ông; k =4B/D = const - hệ sô tỉ lệ)


b) Đăc điểm, ưng dụng:• Không cần phai đo tỉ trọng chất lỏng,• Các phần tử hạt, bọt khí và tác động của môi

trường (như nhiệt độ, áp suất, ...) không làm thay đổi độ dẫn điện của chất lưu sẽ không anh hưởng đên kêt qua đo.

• Đường kính ống từ 10 1.000 mm;• Phạm vi đo 1 2.500 m3/giờ với v = 0,610 m/s,

chất lưu có độ dẫn điện >10-5 - 10-6 simen/m;• Cấp chính xác 1; 2,5.

3. Cảm biến đo mưc chât lưu

2.1. Khái niệm và phương pháp đo

2.2. CB đo mưc theo phương pháp thuy tĩnh

2.3. CB đo mưc theo phương pháp điện

2.4. CB đo mưc theo phương pháp bưc xa


a) Khái niệm:• Đo mức: xác định mức hoăc lượng chất

lưu trong bình chứa (dạng đo liên tục)

+Xác định ngưỡng: phát hiện mức ngưỡng có đạt hay không (dạng đo theo ngưỡng).


b) Phương pháp đo:• Phương pháp thuỷ tĩnh dung biên đổi điện.• Phương pháp điện dựa trên tính chất điện

của chất lưu.• Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác

giưa bức xạ và chất lưu.

3.2. CBĐM theo PP thuy tĩnh

a) Cấu tạo và nguyên ly làm việc:

a) Dùng phao câu1. Phao 2. Dây mềm3. Rong rọc 4.Đối trọng5. CB vị trị

c) Dùng CB áp suất vi sai1. Cam biến2. Ông nối

b) Dùng phao trụ1. Phao2. Thanh truyền3. CB đo lực

1

2

1

23

1

2 3 5

4

3.2. CBĐM theo PP thuy tĩnh

• Trường hợp (a): phao nâng hạ theo mức chất lỏng đo mức đo vị trí bằng CB đo vị trí.

• Trường hợp (b): mức chất lỏng thay đổi lực nâng phao thay đổi đo mức đo lực bằng CB đo lực:

• Trường hợp (c): mức chất lỏng thay đổi áp suất p thay đổi:

đo mức đo lực chên lệc áp suất bằng CB áp suất vi sai.

gShPF

ghpp 0 ghppp 0

3.3. CBĐM theo phương pháp điện

3.3.1. Cảm biến độ dẫn

3.3.2. Cảm biến tụ điện


a) Cấu tạo & nguyên ly làm việc:

h h

hmin

a) CB đo mưc hai điện cực

c) Cam biến phát hiện mưc

b) CB đo mưc một điện cực

hmax

Điện cực 2

Điệncực

1

~ 10V ~ 10V

Điệncực 2

ĐiệnCực 1

Điệncực

1

Điệncực

2


• Trường hợp (a) và (b): Biên độ dong điện trong mạch tỉ lệ chiều dài phần điện cực nhung trong kim loại: I0 = k.h.

• Trường hợp (c): Biên độ dong điện trong mạch tăng đột ngột khi chất lưu chạm điện cực ở các mức ngưỡng.


b) Đăc điểm:• Cấu tạo đơn gian, dễ lắp đăt;• Dễ biên đổi thành tín hiệu điện;• Chỉ đo với chất lưu có độ dẫn điện > 50Scm-1.

3.3. Cảm biến tụ điện

a) CB đo mưc chât lưu không dẫn điện:

h

a) CB đo mưc 2 điện cực

Điệncực 2

Điệncực 1

h

b) CB đo mưc 1 điện cực

Thành bình

Điệncực

1

0

1

0

• Do 10 mức chất lưu (h) thay đổi Ctụ thay đổi. Đo Ctụ h.

3.3. Cảm biến tụ điện

b) Cảm biến đo mưc chât lưu không dẫn điện:

h

Lớp cách điện

Điện cực 1

Điện cực 2

• Mức chất lưu (h) thay đổiStụ thay đổiCtụ thay đổi . Đo Ctụ h.

3.4. CBĐM theo PP bưc xa


1 2

3

a) Phát hiện ngưỡng

h

1 2

3

b) Đo mức liên tục

1. Nguồn phát tia 2. Bộ thu 3. Chất lưu (60Co hoăc 137Cs)


• Trương hợp (a): Khi chất lưu đạt ngưỡng hấp thụ tăng nhanh chum tia giam mạnh thay đổi đột ngột tín hiệu ra giam đạt ngưỡng.

• Trương hợp (b): Khi mức chất lưu tăng hấp thụ tăng dần chum tia giam dần tín hiệu ra giam theo. Mức độ suy giam của chum tia bức xạ tỉ lệ với mức chất lưu trong bình chứa.


b) Đăc điểm:• Đo mức không cần tiêp xuc với môi

trường đo;• Đo mức ở điều kiện môi trường có nhiệt

độ, áp suất cao hoăc môi trường có tính ăn mon mạnh.

Documents

CB VẬN TỐC LƯU LƯỢNG VÀ MỨC CHẤT LƯU