CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG, MỨC CHẤT LƯU

Đặng Đức VượngIEP-HUST

I. Cảm biến đo lưu lượng

I.1. Lưu lượng và đơn vị đo, nguyên lý đo

Lưu lượng chất lưu là lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang của ống trong mộtđơn vị thời gian

Lưu lượng tính theo thể tích m3/s

Lưu lượng tính theo khối lượng Kg/s

Lưu lượng trung bình trong khoảng t=t2-t1

Lưu lượng tức thời:

Nguyên lý:

- Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ trong một khoảng thời gian xác định t. - Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ khi lưu lượng là hàm của vận tốc. - Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng là hàm phụ thuộc độ giảm áp.

I.2. Công tơ thể tích

Nguyên lý: Đo thể tích chất lưu chảy qua công tơ bằng cách đếm trực tiếplượng thể tích đi qua buồng chứa có thể tích xác định của công tơ.

Thể tích chất lưu chảy qua công tơ trong thời gian t=t2-t1

Thông thường

Lưu lượng trung bình

Lưu lượng tức thời

Để đếm số vòng quay và chuyển sang tín hiệu điện:

Giới hạn đo: 0,01 – 250 m3/h; độ chính xác: (0,5-1)%; tổn thất áp suất nhỏNhược điểm: - gây ồn khi làm việc; chất lỏng phải được lọc tốt

Đo lưu lượng dòng khí

Cấu tạo:

- Vỏ hình trụ (1)

- Các cánh (2,4,7,8)

- Tang quay (3)

- Cam (6)

Hoạt động:

-Khi cánh (4) ở vị trí như hình vẽ, áp suất chấtkhí tác động lên cánh làm tang (3) quay, trongquá trình quay các cánh luôn tiếp xúc với mặtngoài cam (6) nhờ các con lăn.

- Trong một vòng quay thể tích chất khí bằng thểtích vành chất khí giữa vỏ và tang

-Chuyển động quay của tang được truyền đến cơcấu đếm đặt bên ngoài vỏ công tơ

Dải đo: 100 – 300 m3/h; cấp chính xác: 0,25 và 0,5

I.3. Công tơ tốc độ

Tốc độ quay của công tơ

Trong thời gian từ t1 đến t2

Với

Khi đường kính tuabin: 50-300 mm thì phạm vi đo: 50-300 m3/hCấp chính xác: 1; 1,5; 2

Đo lưu lượng nhỏ

Đường kính tuabin: 10-40 mmPhạm vi đo: 3-20 m3/hCấp chính xác: 2;3

I.4. Đo lưu lượng bằng phương pháp chênh áp

Nguyên lý:Đo độ giảm áp của dòng chảy khi qua màng ngăn có lỗ thu hẹp. Độ chênháp được xác định thông qua áp kế vi sai.Giả sử chất lỏng không bị nén:

p1, p2 là áp suất ngay trước và sau lỗ thu hẹp

Có:

Thường không đo mà đo

Lưu lượng khối lượng của chất lưu:

Tiết diện:Lưu lượng khối:

Lưu lượng thể tích:

Với chất lưu chịu nén: đưa thêm hệ số hiệu chỉnh <1

Sơ đồ đo lưu lượng bằng phương pháp chênh áp

I.4. Lưu lượng kế điện từNguyên lý:

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

Đo Sđđ cảm ứng vận tốc, lưu lượng w

B

dsc

Cấu tạo:-Ống kim loại làm bằng vật liệu khôngtừ tính, mặt trong phủ chất cách điện- 2 điện cực- Từ trường: 10-3 – 10-2 T

Yêu cầu: độ dẫn điện chất lỏng ~ Scm-1

Độ chính xác ~ 1%; vận tốc 0,6 -1 m/s

I.5. Lưu lượng kế nhiệt

Nguyên lý: Nhiệt lượng truyền trong chất lưu phụ thuộc lưu lượng và hướngdòng chảy

Lưu lượng ~ T; dải đo rộng. Yêu cầu: dòng chảy ổn địnhĐộ chính xác: 0,5 -1%Thời gian đáp ứng: 2,5 – 150s phụ thuộc kiểu chế tạo

II. Đo mứcII.1. Mục đích và phương pháp đo:

Mục đích: xác định mức độ và khối lượng chất lưu trong bình chứa

Kiểu đo:

- Đo liên tục: biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thểtích chất lưu trong bình chứa

- Xác định ngưỡng: Cảm biến đưa tín hiệu dạng nhị phân chobiết tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.

Các phương pháp đo:

- Phương pháp thủy tĩnh dùng biến đổi điện

- Phương pháp điện: dựa trên tính chất điện của chất lưu

- Phương pháp bức xạ: dựa trên tương tác giữa bức xạ và chấtlưu

II.2. Phương pháp thủy tĩnh

Chỉ số đo của cảm biến là hàm liên tục của chiều cao mức chất lưu

II.3. Phương pháp điện

II.3.1. Cảm biến độ dẫn

Chỉ dùng cho chất lưu dẫn điện ~ 50Scm-1; không có tính ănmòn, không lẫn vẩn cách điện.

- Nguồn nuôi xoay chiều ~ 10V- Dòng điện chạy giữa các điện cực tỉ lệ vớichiều dài của điện cực bị ngập trong chất lưu.Độ lớn tín hiệu phụ thuộc vào độ dẫn của chấtlưu

- Điện cực theo phươngngang- Chất lỏng đạt ngưỡngthì dòng điện I có biên độkhông đổi.

II.3.2. Cảm biến tụ điện

- Chất lỏng cách điện: Tụ điện dạng hai điện cực hình trụ nhúngtrong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ 2 làthành bình.

- Chất lỏng dẫn điện: một điện cực bên ngoài phủ chất cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi.

: hằng số điện môi chất lỏng0: hằng số điện môi không khíH0: chiều cao phần không khíH: chiều cao mức chất lỏngR2: Bán kính trụ trongR1: Bán kính ngoài (thành bình)

Sơ đồ đo cảm biến tụ điện

Sóng siêu âm lan truyền trong kim loại, chất lỏng, không khí

Cảm biến siêu âm gồm một thiết bị phát sóng và một thiết bị thusóng.

II.3.3. Đo mức bằng cảm biến siêu âm

Đo t, biết v và H ta tính được H2.

Hệ gồm các nguồn phát quang (bức xạ ) và các đầu thu

Khi ánh sáng (bức xạ ) qua chất lỏng sẽ bị suy giảm. Từ việc thutín hiệu xác định được mức chất lỏng

II.3.4. Đo mức bằng cảm biến quang

III. Đo tốc độIII.1. Phong tốc kế khí

Dùng để đo véc tơ tốc độ của không khí trong môi trường tự do

Phân loại:

- Phong kế dây và màng mỏng

- Phong kế chén và cánh quạt

III.1.1. Phong kế dây và màng mỏng

Nguyên lý:

Dây kim loại điện trở R nung nóng tới nhiệt độ T bằng dòng một chiều I

Công suất Pj tỏa nhiệt trên điện trở Pj=R(T)I2

Công suất trao đổi với chất lưu Pc=hS(T-Ta)

h-hệ số trao đổi nhiệt; S – diện tích bề mặt CB; Ta- nhiệt độ chất lưu

Khi có cân bằng nhiệt Pj=Pc R(T)I2 =hS(T-Ta)

a,b: hằng số phụ thuộc chất lưu và cảm biến

Đo R, T và biết a,b, S, Ta U

Ubah

Cấu tạo

Sơ đồ mạch đo của phong kế

Cảm biến đóng vai trò một nhánh của cầu WheatstoneMạch phản hồi làm quán tính nhiệt giảm nhanh cho phép đo tốcđộ biến thiên đến 100 KHz

III.1.2. Phong kế chénNguyên lý: Chất lưu tác dụng lực đẩy làm quay cánh quạtTốc độ quay ~ vận tốc chất lưu

Lực tác dụng lên bán cầu 1 và 3:

3

k1 và k2: hệ số lực cản của hai bán cầun: vận tốc bán cầu ở thời điểm xétv: vận tốc dòng khí: khối lượng riêng của khí

Do cân bằng F1=F3.

Như vậy v n

Cách đếm số vòng quay n của cánh quạt :

- Nam châm gắn trên cánh quạt,

Cuộn dây cố định trên vỏ xung điện

- CB quang điện: cánh quạt che ánh sáng

xung điện

Phạm vi đo:

- Trong không khí: 0,1 đến 30 m/s

- Trong chât lỏng: 0,05 đến 10 m/s