chapter 4

Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐO LƢU LƢỢNG VÀ MỘT
SỐ LƢU LƢỢNG KẾ ĐẶC BIỆT
4.1.1 Định nghĩa và đơn vị đo
• Lưu lượng là lượng vật chất (hoặc năng lượng) được
chuyển đi trong một đơn vị thời gian; nghĩa là nếu trong
khoảng thời gian , lượng vật chất được chuyển đi tính
theo trọng lượng là G (hoặc Q khi tính theo thể tích)
thì tính bình qn ta được G =
(hoặc Q =
), G là
lưu lượng trọng lượng, cịn Q là lưu lượng thể tích.

Đồng hồ đo lưu lượng gọi là lưu lượng kế.


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Các giá trị số G, Q tính trên chỉ là trị số trung bình của
lưu lượng trong khoảng thời gian , muốn có trị số lưu
lượng tức thời tại một điểm nào đó ta phải xét với
khoảng thời gian rất nhỏ do đó:
Gt =

; hoặc Qt =

Lượng vật chất (hoặc năng lượng) được vận chuyển đi
trong khoảng thời gian từ 1 đến 2 được gọi là lưu

lượng tích phân Gtp, hoặc Qtp hoặc tổng lượng:

Đơn vi: Gam, Kg, Tấn, lít, m3 v.v

Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Đơn vị đo lưu lượng là đơn vị dẫn xuất, thông thường
hay dùng KG/sec, KG/giờ, KG/phút, Tấn/giờ, l/sec,
m3/giờ …
• G = Q;  là trọng lượng riêng của môi chất cần đo và
phụ thuộc vào các tham số trạng thái của môi chất cần
đo lưu lượng
• Khi đo lưu lượng khí người ta thường dùng lưu lượng
thể tích tiêu chuẩn Qtc, đơn vị đo thể tích tính ở điều
kiện tiêu chuẩn là m3 tiêu chuẩn/giờ (m3 tc/giờ), lít tiêu
chuẩn/giờ (ltc/giờ), … Từ đó ta được: G = tcQt
• tc là  ở điều kiện tiêu chuẩn


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
4.1.2 Các đặc điểm, phƣơng pháp đo lƣu lƣợng và chia loại
lƣu lƣợng kế

• Khi dịng chảy có tiết diện F đã xác định, lưu lượng và lưu tốc
của nó tỷ lệ thuận với nhau. ta có: Q = tbF ; G = tbF
tb là lưu tốc trung bình của dịng chảy

• Có nhiều phương pháp đo lưu lượng
• Các phương pháp đo phụ thuộc rất nhiều vào đối tượng cần
đo.

• VD: Đo lưu lượng của môi chất trong máng dẫn hở khác với
cách đo lưu lượng ống dịng (ống dẫn chứa đầy mơi chất); đo

lưu lượng dịng chảy có tốc độ siêu âm, có tốc độ rất nhỏ …
cũng khác hẳn nhau, một số vấn đề đo lưu lượng cho đến
nay vẫn chưa tìm được cách đo hợp lý ví dụ: đo lưu lượng
dịng 2 pha, dòng nhiều pha…


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
Ở đây ta chỉ xét các phương pháp đo lưu lượng
trong công nghiệp thường dùng và chỉ giới thiệu
một số lưu lượng kế thường hay dùng, đồng
thời do đặc điểm của q trình cơng nghệ nên
chỉ xét các phương pháp đó trong các điều kiện
sau:
1. Ống dòng của đường chứa chất lỏng.
2. Chất lỏng tồn tại ở 1 pha nhất định và khơng có
biến đổi trong một khoảng cách nhất định ở
trước và sau nơi đo.
3. Chất lỏng là đồng nhất, khơng có tạp chất, có
thể tách riêng bằng phương pháp cơ giới như
lắng lọc, phân ly ly tâm …


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Tuỳ theo nguyên lý đo lưu lượng, có thể chia
loại lưu lượng kế như sau:
1. Loại giáng áp biến đổi - đo lưu lượng môi chất
theo biến đổi giáng áp của dòng chảy qua thiết
bị tiết lưu (quy chuẩn hoặc ngoài quy chuẩn).
Nếu dùng thiết bị chế tạo theo quy chuẩn thì
phạm vi sử dụng sẽ bị hạn chế bởi độ nhớt của

môi chất và đường kính ống dẫn. Loại này được
sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp.


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
2. Loại giáng áp không đổi - đo lưu lượng
theo biến đổi tiết diện dòng chảy ở chỗ bị
thắt hẹp mà giáng áp của dòng chảy ở
chỗ đó khơng đổi.
3. Loại khí động - đo lưu lượng theo tốc độ
dòng chảy tại 1 hoặc vài điểm trên tiết
diện đường ống dẫn hoặc máng dẫn. Loại
này thường dùng đo các chất khí.


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
4. Loại điện tử hoặc cảm ứng - đo lưu lượng theo
sức điện động cảm ứng của dịng mơi chất có
tính dẫn điện khi đi qua từ trường.
5. Loại siêu âm - đo lưu lượng theo thời gian dao
động âm trong dịng chảy.
6. Loại có rơto - đo lưu lượng theo tốc độ quay của
rôto, đĩa hoặc tấm cánh mỏng đặt trong dịng
chảy.
• Ngồi ra đơi khi còn dùng các lưu lượng kế kiểu
nhiệt lượng kế, kiểu phong tốc kế nhiệt, kiểu iôn,
kiểu chất đồng vị phóng xạ, v.v …


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG

4.2 LƢU LƢỢNG KẾ KIỂU THỂ TÍCH
4.2.1 Lƣu lƣợng kế kiểu Bánh răng


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Mỗi vịng quay của hệ thống bánh răng sẽ chuyển đi được
một lượng chất nước bằng 4 lần dung tích buồng đong đó.

• Ưu điểm: Mất mát áp suất của dòng chảy khi qua lưu
lượng kế khá nhỏ; cho phép đo được các chất nước có độ
nhớt nhỏ hoặc rất lớn, thậm chí có thể đặc gần như hồ;
sai số đo tương đối nhỏ (có thể tới  0,5 ~  1,5%); có thể
chế tạo để đo rất nhạy và đo được các lưu lượng rất lớn
mà cấu tạo về thể tích và trọng lượng lại nhỏ hơn tất cả
các loại lưu lượng kế khác. Khuyết điểm chủ yếu của nó
là khó chế tạo nên giá thành đắt và kẹt bánh răng.
• Thiết kế lưu lượng kế này gồm tính tốn kích thước bánh
răng, dung tích buồng đong và cơ cấu truyền động đếm
số.


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
4.2.2 Lƣu lƣợng kế kiểu pittông


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Đo lưu lượng, các chất lỏng nhớt như dầu
madút, sản phẩm dầu mỏ, v.v…
• Thường chỉ dùng loại có 1 pittơng,
• Sai số đo của loại này khoảng 1~1,5%.

• Lượng chất nước qua lưu lượng kế được xác
định theo số lần đi lại của pittơng.
• Bên ngồi xilanh của lưu lượng kế có thể có
thêm hộp áo hơi để gia nhiệt cho chất nước bớt
nhớt, áp suất hơi nước gia nhiệt không trên
6KG/cm2, nhiệt độ chất nước tới 1850C và có
thể đo lưu lượng từ 1,8cm3/giờ đến 80m3/giờ.


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Lưu lượng kế kiểu tốc độ
• Ngun lý :
Số vịng quay của tuabin hoặc cánh quạt trong một đơn
vị thời gian tỷ lệ với tốc độ dịng chảy.
Ta có: n = k

(1)

n- số vịng quay; k- hệ số tỷ lệ; - tốc độ dòng
chảy qua một tiết diện F của cơngtơ.
• Lưu lượng thể tích qua cơngtơ bằng:
Q = .F

(2)

• Từ hai phương trình (1) và (2) ta tìm được

n = k.Q/F

(3)

Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Cơngtơ tuabin hướng trục được chế tạo có
đường kính từ 50 – 300mm, để đo khối lượng
các chất có lưu lượng 50 – 300 m3/giờ, cấp
chính xác, 1; 1,5; 2.
• Cơngtơ với tuabin tiếp tuyến có đường kính 15 –
40 mm, giới hạn trên là 3 – 20 m3/giờ cấp chính
xác 2, 3.
• Khơng dùng để đo chất lỏng có độ nhớt cao
• Kết cấu đơn giản rẻ tiền


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG

Hình 4.4: cấu tạo cơng tơ tua bin hƣớng trục


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG

Hình 4.5: cấu tạo cơng tơ tua bin kiểu tiếp tuyến


Một vài hình ảnh


Một vài hình ảnh

Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
4.4 Đo lƣu lƣợng bằng TB tiết lƣu
4.4.1 SƠ LƢỢC VỀ CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI THIẾT BỊ
TIẾT LƢU QUY CHUẨN
•

Thiết bị tiết lưu là những vật đặt trong đường ống làm dòng chảy có hiện
tượng thu hẹp cục bộ.

•

Có 3 dạng là vòng chắn tiết lưu (cửa nghẽn), ống phun và ống Venturi quy
chuẩn

•

Kết quả của sự thu hẹp dịng chảy làm tăng lưu tốc ở tiết diện dòng chảy bị
thu hẹp,hai phía trước và sau vật chắn tiết lưu có một độ chênh lệch áp
suất phụ thuộc lưu lượng dòng chảy và cấu tạo thiết bị tiết lưu có một độ
chênh lệch áp suất phụ thuộc lưu lượng dòng chảy và cấu tạo thiết bị tiết
lưu.

•

Quan hệ giữa lưu lượng và áp suất trước sau TB tiết lưu phụ thuộc nhiều
yéu tố, như kích thước, hình dạng thiết bị tiết lưu, tình trạng lưu chuyển của
dịng chảy, vị trí chỗ đo áp suất, tình trạng ống dẫn chất lỏng …


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG

• Những nghiên cứu lý luận và thực nghiệm lâu dài nên
người ta qui định được các kiểu thiết bị tiết lưu qui
chuẩn, phương pháp đo áp suất và vị trí điểm đo, khi
dùng thiết bị tiết lưu quy chuẩn thì quan hệ giữa lưu
lượng và độ chênh lệch áp suất có thể dựa vào những
số liệu thí nghiệm và tính tốn để tìm ra một cách chính
xác,
• Qui trình tính tốn tiết lưu có quy định một số điều kiện:
- Dịng chảy khơng ở trạng thái mạch xung
- Đường ống có đường kính D khơng dưới 50 mm, nếu
dùng thiết bị tiết lưu là ống Venturi thì u cầu D khơng
dưới 100 mm. Đó là vì khi D càng nhỏ thì độ nhám của
vách ống càng có ảnh hưởng lớn, nếu D q nhỏ thì
thực tế khơng có cách nào thực hiện được đồng dạng.
- Vách trong ống ở hai bên thiết bị tiết lưu trong khoảng
2D khơng được có nhấp nhơ và độ thơ, độ nhám mà mắt
trần có thể thấy được. Nói cách khác: khoảng vách ống
quy định trên phải nhẵn bóng.


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Khi qua thiết bị tiết lưu, chất lỏng sẽ bị mất mát áp suất,
dòng chảy càng bị thu hẹp nhiều thì mất mát áp suất
càng lớn, độ chênh áp suất (giáng áp) cũng lớn. Thông
thường nên dùng thiết bị tiết lưu có giáng áp khơng lớn
hơn 1000mm cột Hg là tốt nhất. Giáng áp được đo bằng
hiệu áp kế. Chúng có thước chia độ theo lưu lượng, và
thường phải làm việc với các môi chất có áp suất cao,
nhiệt độ cao. Hiện nay các hiệu áp kế kiểu cột nước hầu
như khơng cịn được dùng, mà càng ngày hiệu áp kế

kiểu đàn hồi càng được sử dụng nhiều hơn. Ống dẫn tín
hiệu áp suất từ bộ cảm biến tới hiệu áp kế và thiết bị phụ
đặt trên đường ống đó cũng có những yêu cầu riêng
nhằm đảm bảo độ chính xác đo lường, những điều này
đều có quy định trong quy trình.


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
4.4.2 NGUYỄN LÝ ĐO LƢU LƢỢNG BẰNG
THIẾT BỊ TIẾT LƢU
• Sự chuyển hố giữa thế năng và động năng của
dòng chảy khi chảy qua cửa tiết lưu tn theo
luật bảo tồn năng lượng nên ta có:

Ở đây P là áp suất, là tốc độ dòng chảy,
trọng lượng riêng của môi chất, g là gia tốc.
Định luật bảo tồn khối lượng dịng chảy cho biết:
F = const, F là tiết diện dòng chảy


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
Pm

D, P1’, 1, F1

F2’, ’2, P’2

d0, F0

F1

F0 =F2
Pm

Hình 4.6: a) Tấm chắn tiết lưu
b) Ống phun
c) Ống Venturi

F1

F0=F2
Pm


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
a)

Trƣờng hợp mơi chất ít dãn nở ( = const)
Giả thiết có dịng chảy lý tưởng:
- Khơng có tổn thất năng lượng, lưu tốc tại các điểm
trên tiết diện F1 bằng lưu tốc trung bình 1
- Lưu tốc tại các điểm trên tiết diện F2 là 2
- Dòng chảy tại F1 và F2 chuyển động song song với
đường tâm ống, cịn đường ống thì đặt nằm ngang
khơng có chênh lệch độ cao. Khi đó theo định luật bảo
tồn năng lượng Becnuli ta có:


Ch IV: ĐO LƯU LƯỢNG
• Mặt khác định luật bảo tồn khối lượng dịng chảy cho

biết:

Gọi

Vậy:

;

suy ra