Giáo trình đo lường nhiệt - Chương 5 đo mức cao môi chất pdf

ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 112 -

CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT

Trong thực tế thờng phải đo mức cao của mặt phân giới nhiên liệu thể nớc hoặc
nhiên liệu thể rắn ở dạng hạt, để biết đợc rõ số lợng trong bình chứa nhằm bảo
đảm kế hoạch sản xuất
Tùy theo phơng pháp đo và cấu tạo của đồng hồ mà có thể chia dụng cụ đo mức
cao thành nhiều loại khác nhau.
Có các phơng pháp để đo mức cao chủ yếu nh:
- Phơng pháp cơ khí (dùng phao).
- Phơng pháp bằng thủy tinh (bình thông nhau).
- Phơng pháp cột áp (đo hiệu áp giữa bình cần đo và bình chuẩn nào đó).
- Phơng pháp khí nén (sử dụng áp suất của chất khí khác để thổi vào bình cần
đo).
Ngoài ra còn có các phơng pháp gián tiếp khác nh phơng pháp dùng nồng độ
phóng xạ và phơng pháp điện dung.

5.1. ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT BằNG PHƯƠNG PHáP TIếP XúC
5.1.1. Phơng pháp cơ khí
Phao thả nổi trên mặt chất nớc nên vị trí của phao phản ánh mức cao của chất
nớc. Đây là một trong những dụng cụ đo đơn giản nhất và cũng đợc sử dụng
sớm nhất.

min
max
- Trờng hợp bình không có áp lực: loại
này là loại đơn giản nhất.
- Khi bình có áp lực : Ta cũn
g
dùn
g

p
hao
dùng cho bình có áp suất sai số đo cần
giảm đến mức tối thiếu do có lực ma sát.
Nguyên lý làm việc: Phao thờn
g
làm
bằn
g
kim loại rỗn
g
, khi mức chất lỏn
g

tha
y
đổi thì lực tác dụn
g

lên cánh ta
y
đòn
tạo thành mômen và có cơ cấu tru
y
ền tín
hiệu ra n
g
oài (đó là một ốn
g
thành mỏn
g

chịu xoắn), tín hiệu đó có thể là điện
hoặc khí nén.
Hình 5.1 Phơng pháp cơ khí
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 113 -

5.1.2. Phơng pháp đo mức kiểu thủy tinh






Hình 5.2

Hình 5.3 Phơng pháp đo mức kiểu thủy tinh





r : độ chênh mức chất lỏng trung gian ban đầu
Trờng hợp đầu :
Nhánh trái :
b
H
o
+ H
o
+ r
t

Nhánh phải : (H
o
+ H + r )
o


ot
bo
o

Hr




= .

Độ trên áp tơng ứng : Hình 5.4

grP
ot
).(



=

Vậy ta chọn
t
sao cho độ sai lệch nhỏ nhất.
Với loại nà
y
nhờ ốn
g
thủ
y
tinh tron
g

suốt nên nhìn rõ đợc mức nớc và

thấ
y
đợc trực tiế
p
số đo do mức chất
nớc chỉ trên thớc chia độ. Đồn
g
hồ
này thờng đợc gọi là ống thủy đo
mức. ốn
g
thủ
y
làm bằn
g
ốn
g
thủ
y
tinh
thì chỉ chịu đợc á
p
suất thấ
p
, còn nếu
dùn
g
2 tấm kim loại kẹ
p

g
iữa 1 hoặc 2
tấm thủ
y
tinh thì chịu á
p
lực cao hơn.
Nếu bình khôn
g
chịu á
p
lực thì ta chỉ
dùng 1 ống thông ra ngoài .
- Do có chênh nhiệt độ nên h H nên
gây sai số.
Trờng hợp bình có chịu áp lực
=>
ghgH
ob



=

H
H
h
o
b
o

b




==
.

Trờn
g
hợ
p
cần đo mức nớc ở nhữn
g

bình cao hoặc xa thì ta
p
hải đa tín
hiệu đến nơi làm việc.
min
ma
x

b

H

ọ

h

ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 114 -

Trờng hợp thứ 2 :
ootobbohb
hrHHhrhHhHH





).()2().()(. +++
=
+
+

+
+
Th
ay r trên vào và h
b
= h (điều kiện phải thỏa mãn).

Hình 5.5 Phơng pháp đo mức kiểu thủy tinh dùng ống chữ U
2
2
hbo
t

+
=
phụ thuộc nhiệt độ môi chất
Điều kiện : Dù cho môi chất trong bình thay đổi nhiệt độ thì
t
phải giữ 1 giá trị
xác định thì phép đo mới chính xác.
Thay ống chữ U bằng áp kế một ống thẳng
tơng tự ta có :


t
obh
f
F
f
F
=
+






+

+
1
1

Trờng hợp f << F
=+
+




tobh

Đây là điều thực tế dùng để chọn
t

Thực tế ta dùng Tetracluêtylen :

t
= 1623 kg/m
3



b
0

ô
0
h

b

H
H
o

0
r

ô
0
h
h

b

h


t

H
o

H
r

t

Hình 5.6 Dùng áp kế một ống thẳng

b

t
F

ô
f
h
r
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 115 -

5.1.3. Phơng pháp đo dùng áp kế
Để đo mức chất lỏng ngời ta dùng áp kế vi sai (hiệu áp kế) khắc độ theo đơn vị
chiều dài khi đo mức trong bình có áp ngời ta đặt thêm các bình cân bằng để tiện
lợi cho việc tính toán.

Hình 5.8 Phơng pháp đo dùng áp kế


Để
g
iảm sai số đo n
g
ời ta
dùn
g
sơ đồ đo có bình cân
bằn
g
chất lỏn
g
tron
g
đó khôn

g

n
g
ừn
g
đốt nón
g
bởi hơi và
nhiệt độ chất lỏn
g
xem bằn
g

nhiệt độ tron
g
buồn
g
đo, mực
nớc tron
g
ốn
g
nhỏ và bình
bằng nhau :


bo

sai

lệch do nhiệt 0
Sơ đồ nối á
p
kế vào hệ thốn
g

đo.
Hình 5.7 Phơng pháp đo dùng áp kế
Tờn hióỷu õi
óỳn aùp kóỳ
Bỗnh
cỏn
bũng
Hồi
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 116 -


Nếu không cho môi chất trực tiếp vào đồng hồ ta dùng thiết bị khí nén :

bằng cách này sai số đo tăng lên
Hình 5.9 Phơng pháp đo dùng áp kế
5.1.4. Phơng pháp đo mức dùng khí nén
Trờng hợp không dùng đợc các loại khác :


Hình 5.10 Phơng pháp đo mức dùng khí nén

t
Px
H

b
D
h
Tờn hióỷu õi
Tióỳt lổu
Khờ neùn
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 117 -

Cách làm việc : Dùng dòng khí thổi vào chất lỏng ở độ sâu nào đó dới mặt
thoáng, luồng không khí đợc khống chế bởi cửa ngăn D có thể điều chỉnh đợc
sao cho vận tốc nhỏ => coi tổn thất áp suất sau cửa ngăn = 0.
ghgHPP
bx



=

=

=hH
b


.

= =HhKh
b




Phơng pháp này dùng phổ biến để đo những bình đặt dới đất, bình khó đến gần
và các bình chứa chất độc. Loại này sai số tơng đối lớn.
5.1.5. Dụng cụ đo mức chất nớc kiểu điện
Chất nớc cần đo mức cao thờng có tính dẫn điện nhất định, vì vậy có thể dùng
các phần tử nhạy cảm kiểu điện để xác định mức cao của chất nớc.
Ví dụ : Dùng phần tử nhạy cảm là điện trở hoặc điện dung có trị số thay đổi theo
mức cao của chất nớc.

Hình 5.11 Dụng cụ đo mức chất nớc kiểu điện
Loại này các cực của phần tử nhạy cảm thờng hay bị bám bẩn, do đó giảm độ
chính xác.


ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 118 -

5.1.6. Dụng cụ đo mức cao của chất rắn
Phơng pháp dùng phao nh than bột


Hình 5.12 Dụng cụ đo mức cao của chất rắn
Loại này sử dụng nguyên tắc cơ điện nhằm dùng truyền tín hiệu đi xa
Phơng pháp dùng mô men cản ( masát )

5.2. ĐO MứC CAO MÔI CHấT BằNG PHƯƠNG PHáP GIáN TIếP
Dụng cụ đo mức cao kiểu tiếp xúc có nhiều hạn chế và không thích hợp với những
điều kiện đo lờng đặc biệt, vì vậy trong công nghiệp đã dùng nhiều dụng cụ đo
mức cao môi chất kiểu gián tiếp (không tiếp xúc trực tiếp).




ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 119 -

5.2.1. Phơng pháp dùng chất phóng xạ
Nguyên lý : Dựa vào sự hấp thụ của lớp vật chất đối với các hạt phóng xạ, lớp vật
chất càng dày thì tác dụng hấp thụ càng mạnh (tất nhiên là tính chất hấp thụ này

phụ thuộc vào tính chất của các hạt phóng xạ ( , , , ).
Khả năng hấp thụ của mỗi loại môi chất đối với mỗi hạt đợc biểu thị bằng mối
quan hệ giữa hệ số hấp thụ, độ dày l của lớp môi chất và cờng độ tia phóng xạ đi
qua lớp môi chất đó.
I = I
o
. e
-
à
.l
Trong đó I
0
, I là cờng độ tia phóng xạ trớc và sau khi qua lớp môi chất.

Hình 5.13 Phơng pháp dùng chất phóng xạ
5.2.2. Phơng pháp dùng sóng siêu âm
Loại dụng cụ này có độ chính xác cao, quán tính nhỏ và ngày càng đợc dùng
rộng rãi trong công nghiệp nh : xác định độ sâu của sông biển, xác định độ dày
kim loại, xác định mức cao của các môi chất độc hại nguy hiểm.

Nhờ các
p
hần tử đặt ở dới bình chứa
lần lợt tha
y
nhau làm nhiệm vụ
p
hát
và thu tín hiệu chấn độn
g

xun
g
có tần
số són
g
siêu âm, ta có thể đo khoản
g

thời
g
ian từ lúc
p
hát xun
g
đến lúc
nhận đợc xun
g

p
hản xạ lại từ mặt
p
hân
g
iới
g
iữa 2 lớ
p
môi chất, và từ
g
iá trị thời

g
ian nà
y
ta tính đợc độ
dày lớp môi chất.
Hình 5.14 Phơng pháp dùng sóng siêu âm