Cảm biến lưu lượng và mức độ dùng cho dây truyền chiết rót chất lỏng công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN



 : 2
•  !" 
• #$%: NHÓM 2
• &'()*(+
• ,-./0(+,1
• +2'(34
• ,-5)6(+/7
• 89(:(;</
• +/7=('(>(+
• LỚP: ĐIỆN3K7
Hà Nội 2014
1
?@A. B%C
Ngày nay,cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp đã đặt
ra yêu cầu đưa các công nghệ mới vào dây truyền sản xuất để nâng cao
năng suất ,tạo ra nhiều sản phẩm hơn,dần dần thay thế sức lao động con
người trong dây truyền sản xuất, tạo ra nhiều sản phẩm, hạ giá thành,
tăng sức canh tranh cho sản phẩm.Một trong những ứng dụng rộng rãi
của công nghệ vào trong sản xuất ta có thể kể tới đó chính là :” Hệ thống
chiết rót chất lỏng”. Vậy” Hệ thống chiết rót chất lỏng là gì”?
Hệ thống chiết rót chất lỏng là một hệ thống liên tục kết hợp giữa băng
truyền công nghiệp đưa các thùng rỗng từ kho vào phía dưới bể chứa chất
lỏng cần chiết rót,các van tự động được điều khiển bởi các cảm biến lưu
lượng sẽ điều tiết lượng chất lỏng vừa đủ để rót vào thùng.
Với sự phát triển không ngừng về mặt công nghệ hệ thống chiết rót chất
lỏng trong càng được hoàn thiện đảm bảo được 3 yếu tố cơ bản của một

dây truyền sản xuất công nghiệp là:Giảm thiểu tối đa sức lao động con
người vào quá trình sản xuất,hoạt động ổn định với sự chính xác cao
trong quá trình sản xuất, an toàn với doanh nghiệp sử dụng công nghệ.
Do chất lỏng cần rót không có tính dẫn điện, không có tính ăn mòn hóa
học nên trong tài liệu này chúng tôi chỉ đề cập tới khâu rót chất lỏng vào
2
thùng, bỏ qua các hao phí khác trong quá trình sản xuất.Về cơ bản khâu
rót chất lỏng vào thùng gồm các thành phần sau:
• Động cơ kéo băng tải.
• Hệ thống khởi động gồm 2 nút start, stop.
• Bồn chứa chất lỏng cần rót,ác thùng rỗng được đẩy ra từ kho chứa
thùng.
• 2 van điều khiển để rót chất lỏng vào thùng và đưa chất lỏng vào
bồn chứa.
Ngoài ra,ở mỗi dây truyền sản xuất cần có sự giám sát của con người để
đảm bảo dây truyền hoạt động an toàn ,sữa chữa các thiết bị khi có sự cố
xảy ra để qua trình sản xuất không bị gián đoạn gây thiệt hại về kinh tế
cho cho doanh nghiệp sử dụng dây truyền.Bên cạnh đó việc tính toán và
chọn van điều khiển cũng phải chính xác tuyệt đối không được xảy ra sai
xót .Chính vì vậy người ta thường sử dụng các cảm biến để diều tiết
lượng chất lỏng và mức chất lỏng qua các van,như vậy đóng vai trò quan
trọng nhất trong dây truyền chiết rót chất lỏng công nghiệp chính là các
cảm biến.
Chúng em xin chân thành cảm ơn Giảng Viên, Th.s +/7=(/Dđã
hướng dẫn nhóm chúng em hoàn thành đề tài này.
3
?EF $%
E@+/7&(GH1,IJK(+4L0MIN(+.
Khi ta ấn nút khởi động start động cơ kéo băng tải bắt đầu làm việc, các
thùng rỗng được đưa từ kho chứa thùng đặt lên băng tải đưa tới phía dưới

bồn chứa chất lỏng cần rót van 2 điều chỉnh lượng chất lỏng vừa đủ(đã
được cài đặt mặc định từ trước) vào thùng chứa,nếu lượng chất lỏng ở
bồn chứa không đủ van 1 sẽ mở để đưa thêm chất lỏng vào thùng bồn
chứa.
Hình ảnh về khâu chiết rót chất lỏng trong công nghiệp mà chúng ta
đang xét tới:
4
Trong thực tế việc kiểm tra mức chất lỏng, tính toán và điều chỉnh lưu
lượng của chất lỏng qua các van khá phức tạp nên người ta thường sử
dụng 2 loại cảm ứng:
• Cảm biến lưu lượng chất lỏng qua van.
• Cảm biến mức chất lỏng trong bể chứa.
EE)6(+O(GP04Q(4R-S;<(
EE@R-S;<(G)/G)T(+4UIGV(+W/0X0(
Lưu lượng kế là cảm biến đo không thể thiếu để đo lưu lượng của chất
khí, chất lỏng,hay hỗn hợp khí-lỏng trong các ứng dụng công nghiệp như
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 rất đa dạng và
luôn sẵn có cho bất kỳ ứng dụng công nghiệp hay dân dụng nào. Việc
chọn lựa cảm biến đo lưu lương loại nào cho ứng dụng cụ thể
thường 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.ra mở rộng cũng sẽ ảnh
hưởng đến quyết định chọn lựa này. Nói chung độ chính xác của lưu
lượng kế còn phụ thuộc vào cả môi trường đo xung quanh. Các ảnh hưởng
của áp suất, nhiệt độ, chất lỏng/khí hay bất kỳ tác động bên ngoài
nào đều có thể ảnh hưởng đến kết quả đo. Điều này đòi hỏi các cảm
biến đo lưu lượng phải hoạt động bình thường cả với xung điện áp
và bù được nhiễu để đảm bảo đưa ra tín hiệu đo với độ chính xác
5

cao. Thông thường, trong công nghiệp hay sử dụng giao diện truyền dẫn
tín hiệu 4-20mA giữa bộ truyền tín hiệu đo với thiết bị điều khiển.
Bộ truyền tín hiệu đo gắn với cảm biến đo lưu lượng có thể được
cấp nguồn bởi chính mạch vòng 4-20mA này hoặc bằng nguồn riêng.
Bộ truyền tín hiệu đo sử dụng mạch vòng 4-20mA có yêu cầu rất khắt khe
về công suất: tất cả các thiết bị điện thu thập/xử lý và truyền tin cần phải
hoạt động độc lập với nguồn cấp từ mạch vòng 4-20mA, chỉ những vi xử
lý/vi điều khiển tiêu thụ rất ít điện (ví dụ dòng vi điều khiển DSP) mới
được kết hợp dùng chung nguồn của mạch vòng 4-20mA. Bộ truyền
tín hiệu với kết nối truyền số liệu dạng số như tích hợp giao diện
bus trường (Profibus, I/O Link) hoặc kết nối không dây ngày càng
phổ biến, vì chúng làm giảm thời gian khởi động và cho phép giám
sát liên tục, cũng như chẩn đoán lỗi. Tất cả các yếu tố này góp phần cải
thiện đáng kể năng suất và hiệu quả của hệ thống tự động hóa.Các cảm
biến lưu lượng được phân làm bốn nhóm chính dựa vào nguyên lý 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 lưu
lượng siêu âm.
EE@04R-S;<(G)/G)T(+YP0XD14&(GM4OZ/UI
Lưu lượng kế loại này hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli. Tức là
sự chênh lệch áp suất xảy ra tại chỗ thắt ngẫu nhiên nào đó trên đường
chảy, 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 ống
6
venture. Hình 2.1 thể hiện loại cảm biến tâm lỗ orifice, lỗ này tạo ra nút
thắt trên dòng chảy. Khi chất lỏng chảy qua lỗ này, theo định luật bảo toàn
khối lượng, vận tốc của chất lỏng ra khỏi lỗ tròn lớn hơn vận tốc
của chất lỏng đến lỗ đó. Theo nguyên lý Bernoulli, điều này có nghĩ là
áp suất ở phía mặt vào cao hơn áp suất mặt ra. Tiến hành đo sự chênh
lệch áp suất này cho phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy.

Dựa vào vận tốc dòng chảy sẽ tính được lưu lượng thể tích dòng
chảy.
Hình 2.1: Cảm biến lưu
lượngchênh 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 từ biểu thức Q2=KΔp, p1 - áp suất trước tấm lỗ, p2 - áp suất sau tấm
lỗ,hệ số, phụ thuộc vào tỷ trọng chất lỏng, đường kính
Khi chọn lựa, lắp đặt thiết bị đo lưu lượng loại này trong ứng dụng
công nghiệp cần lưu ý các điểm sau:
• 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, vì
vậy 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 suất
đầu nguồn và điểm trích lỗ đo áp suất phía hạ nguồn dòng chảy .
Vì độ chính xác của loại cảm biến này rất thấp ở dãi lưu lượng nhỏ nên ta
không chọn cảm biến loại này cho hệ thống chiết rót chất lỏng công nghiệp.
7
EE@SR-S;<(G)/G)T(+J;M(I[
Cảm biến lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday
và được dùng để đo dòng chảy của chất lỏng có tính dẫn điện. Hai
cuộn dây điện từ để tạo ra từ trường (B) đủ mạnh cắt ngang mặt ống dẫn
chất lỏng (hình2.2). Theo định luật Faraday, khi chất lỏng chảy qua đường
ống sẽ sinh ra một điện áp cảm ứng. Điện áp này được lấy ra bởi hai điện
cực đặt ngang đường ống. Tốc độ của dòng chảy tỷ lệ trực tiếp với biên độ

điện áp cảm ứng đo được.
Cuộn dây tạo ra từ trường B có thể được kích hoạt bằng nguồn AC
hoặc DC. Khi kích hoạt bằng nguồn AC - 50Hz, cuộn dây sẽ được kích
thích bằng tín hiệu xoay chiều. Điều này có thuận lợi là dòng tiêu thụ
nhỏ hơn so với việc kích hoạt bằng nguồn DC. Tuy nhiên phương
pháp kích hoạt bằng nguồn AC nhạy cảm với nhiễu. Do đó, nó có thể gây
ra sai số tín hiệu đo. Hơn nữa, sự trôi lệch điểm “không” thường là vấn đề
lớn đối với hệ đo được cấp nguồn AC và không thể căn chỉnh được.
Bởi vậy, phương pháp kích hoạt bằng nguồn xung DC cho cuộn dây
trường là giải pháp mang lại hiệu quả cao. Nó giúp giảm dòng tiêu thụ và
giảm nhẹ các vấn đề bất lợi gặp phải với nguồn AC.
8
Hình 2.2: Cảm biến lưu lượng điện từ: điến áp cảm ứng E=KDBv, B - từ
trường, D - chiều dài chất dẫn điện (khoảng cách 2 điện cực đo điện áp
cảm ứng), v - vận tốc dòng chảy, K - hệ số.
Đối với hệ thống lắp đặt cảm biến lưu lượng điện từ cần lưu ý đến
các điểm sau:
• chỉ có thể đo chất lỏng có khả năng dẫn điện
• sự chọn lựa các điện cực thay đổi tùy thuộc vào độ dẫn
điện,cấu tạo đường ống và cách lắp đặt
• không có tổn hao trong hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dải đo lưu
lượng thấp
• rất thích hợp đo lưu lượng chất lỏng ăn mòn, dơ bẩn, đặc sệt như xi
măng, thạch cao, … vì cảm biến đo loại này không có các bộ phận lắp
đặt phía trong ống dẫn
• độ chính xác cao, sai số ±1% dải chỉ thị lưu lượng
• giá thành cao hơn
Cảm ứng loại này chỉ có thể đo chất lỏng có khả năng dẫn điện nên ta
không chọn cảm ứng loại này cho dây truyền chiết rót chất lỏng
9

EE@4R-S;<(G)/G)T(+18;1G;
Đây là nhóm cảm biến đo lưu lượng khá phổ biến. Chúng thực hiện
đo trực tiếp lưu lượng khối lượng của dòng chất lỏng chảy qua ống dẫn. Sự
lắp đặt có thể thực hiện bởi ống thẳng đơn, hay ống đôi có đoạn cong
(hình 2.3). Cấu trúc của ống thẳng đơn thì dễ dàng khi chế tạo, lắp đặt và
bảo trì - bảo dưỡng nhưng thiết bị đo loại này rất nhạy cảm với nhiễu
và tác động bên ngoài. Cấu trúc của ống đôi cong cho phép loại bỏ được
nhiễu tác động vào kết quả đo vì hai ống dẫn dòng chảy dao động ngược pha
nhau nên sẽ triệt tiêu được nhiễu
Hình 2.3: Cảm biến lưu lượng Coriolis ống đôi dạng cong Delta
10

Đối với cảm biến đo lưu lượng Coriolis, hai ống dẫn chất lỏng chảy qua
được cho dao động ở tần số cộng hưởng đặc biệt bởi từ trường mạnh
bên ngoài. Khi chất lỏng bắt đầu chảy qua các ống dẫn chất lỏng, nó tạo
ra lực Coriolis. Dao động rung của các ống dẫn cùng với chuyển động
thẳng của chất lỏng, tạo ra hiện tượng xoắn trên các ống dẫn này.
Hiện tượng xoắn này là do tác động của lực Coriolis ở hướng đối
nghịch với hướng bên kia của các ống dẫn và sự cản trở của chất
lỏng chảy trong ống dẫn đến phương chuyển động thẳng đứng. Các
sensor điện cực đặt cả phía dòng chảy vào (Inlet pickoff) và phía dòng chảy
ra trên thành ống để xác định sai lệch thời gian về sự dịch pha (Δt) của tín
hiệu vào (Inlet pickoff signal) và tín hiệu ra (Outlet pickup signal). Sự
dịch pha này (Δt) được dùng để xác định trực tiếp lưu tốc khối
lượng dòng chảy qua ống. Hình2. 4 minh họa hoạt động của cảm biến lưu
lượng Coriolis khi chất lỏng đứng im (No flow) và chất lỏng di chuyển
(Flow)
11
Cảm biến lưu lượng Coriolis có đặc tính sau:
• đo trực tiếp lưu tốc khối lượng, loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt

độ, áp suất, hình dạng dòng chảy đến phép đo
• độ chính xác cao
• cảm biến đo cho phép mô phỏng quá trình đo lưu lượng và tỷ trọng
bởi vì tần số dao động cơ bản của ống phụ thuộc vào tỷ trọng chất
lỏng chảy qua ống
• không đo được lưu lượng chất lỏng dạng đặc biệt (ví dụ như
chất lỏng với chất khí hay hạt rắn; chất khí với chất lỏng có bọt)
bởi vì các hạt/vật chất đặc biệt này làm giảm sự dao động của ống
dẫn, gây ra sai số phép đo.
EE@YR-S;<(G)/G)T(+;&/\-
Cảm biến lưu lượng siêu âm dựa vào hiệu ứng Doppler được thể hiện
trên hình 2. 5. Cảm biến này bao gồm bộ phát và bộ thu. Bộ phát
thực hiện lan truyền sóng siêu âm với tần số f1=0.5-10MHz vào trong
chất
lỏng với vận tốc là v. Giả sử rằng hạt vật chất hoặc các bọt trong chất
lỏng di chuyển với cùng vận tốc. Những hạt vật chất này phản xạ sóng
lan truyền đến bộ thu với một tần số f2. Sai lêch giữa tần số phát ra và tần số
thu về của sóng cao tần được dùng để đo vận tốc dòng chảy. Bởi vì loại
cảm biến lưu lượng siêu âm này yêu cầu hiệu quả phản xạ của hạt
vậtchất trong chất lỏng, nên nó không làm việc được với các chất lỏng một
pha, tinh khiết.
12
Hình 2.5: Cảm biến lưu lượng siêu âm dựa trên hiệu ứng Doppler: lưu lượng
thể tích Q=KΔ(f1,f2), f1 - tần số sóng phát, f2 -tần số sóng thu về, K - hệ số,
phụ thuộc góc tới/phản xạ, vị trí vật chất phản xạ, mặt cắt ngang
Cảm biến siêu âm xuyên thẳng (transit-time). Cảm biến loại này
(hình 2.6) có thể cho phép đo lưu lượng đối với chất lỏng/khí rất sạch
(không lẫn tạp chất). Cấu tạo của nó bao gồm một cặp thiết bị biến đổi
sóng siêu âm lắp dọc hai bên thành ống dẫn dòng chảy, đồng thời
làm với trục của dòng chảy một góc xác định trước. Mỗi thiết bị

biến đổi bao gồm bộ thu và bộ phát, chúng phát và nhận tín hiệu
chéo nhau (thiết bị này phát thì thiết bị kia thu). Dòng chảy trong
ống gây ra sự sai lệch thời gian của chùm sóng siêu âm khi di
chuyển ngược dòng và xuôi dòng chảy. Đo giá trị sai lệch về thời
gian của chùm sóng xuyên qua dòng chảy này cho phép ta xác định vận tốc
dòng chảy. Sự sai lệch thời gian này vô cùng nhỏ (nano-giây), do đó cần
phải dùng thiết bị điện từ, điện tử có độ chính xác cao để thực hiện phép đo,
hoặc tiến hành đo trực tiếp thời gian này.
13
Hình 2.6 : Cảm biến lưu lượng siêu âm xuyên thẳng Q=K(t1-t2)/(t1t2), t1 -
thời gian sóng xuyên qua dòng chảy xuôi dòng, t2 - thời gian sóng xuyên
qua dòng chảy ngược dòng, K - hằng số, phụ thuộc chiều dài đường âm
thanh, tỉ số giữa trục và đường tâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang.
Khi lắp đặt cảm ứng loại này cần chú ý những điểm sau:
• Cảm ứng lưu lượng dựa vào hiệu ứng doppler không đắt
• cảm biến lưu lượng xuyên thẳng đưa ra kỹ thuật đo chất lỏng
không dẫn điện và ăn mòn
• cảm biến lưu lượng siêu âm lắp đặt gá, kẹp vào đường ống hiện
tại, cho phép không cần cắt bỏ hoặc phá hủy một phần đường
ống, loại bỏ đến tổi thiểu sự tác động con người đến chất lỏng
độc hại và giảm sự bụi bẩn cho hệ thống;
• giá thành đắt và dòng chảy cần được điền đầy ống
• điểm nổi bật của cảm biến siêu âm là kết quả phép đo độc lập
với hình dạng dòng chảy không có thành phần lắp đặt trong
ống, không làm giảm áp lực
14
Với những đặc tính nổi trội ở trên nên chúng tôi chọn cảm biến lưu lượng
siêu âm Transit-time cho hệ thống chiết rót chất lỏng công nghiệp
EE@]O4S)^4I_(I1O(414R-3(+G)/G)T(+
Như chúng tôi đã đề cập tới ở mục 2.2.1d,loại cảm biến phù hợp với dây

truyền chiết rót chất lỏng công nghiệp là cảm biến đo lưu lượng siêu âm
transit-time,trở lại với các bước tính toán.
Ta chọn ống dẫn chất lỏng chảy qua van 1 và 2 có đường kính bằng nhau
Các thùng chứa chất lỏng hình lập phương có chiều cao 0,5m vậy thể tích
của thùng là:0,5.0,5.0,5=0,125(m
3
)
Bể chứa chất lỏng mà chúng tôi đang xết đến ở đây có dạng hình lập phương
cao 2m, vậy thể tích của bể chứa là:
V=2.2.2= 8m
3
Hiện nay, cảm biến đo lưu lượng bằng sóng siêu âm rất phổ biến.Trong tài
liệu này chúng tôi quyết định sử dụng cảm biến FDT-81(hình 2.7)cho phép
hiển thị trực tiếp lưu lượng chất lỏng qua van 1trên màn hình của cảm
biến.Dưới đây là một số thông số kỹ thuật của cảm biến FDT-81.
• Nguồn cung cấp : pin 12 (v) hoạt động trong 24h và có thể sạc lại
• Nhiệt độ làm việc: 20
0
c -80
0
c
• Đơn vị đo : m
3
, lít
• Đầu ra : Analog 4-20mA, tối đa 2 mô- đun
• Tiêu chuẩn Vật liệu cảm biến: CPVC, Ultem ® và Nylon
• Màn hình hiển thị: 128×64 điểm đồ họa LED,LCD
• Sai số : ± 0,5%
• Dải đo : 1500 lít/h = 0,42 lít/s
15

Sóng siêu âm phát ra Khối thu sóng về
Khối tạo xung đếm
Khối đếm
Hiển thị
Hình 2.7:Cảm biến FDT-81
Ta có thể lập được sơ đồ khối mô tả quy trình tính toán và sử lý số liệu ra
vào cảm biến như sau:


Start stop

16
Từ sơ đồ khối ta có thể xác định được tín hiệu đầu vào là sóng siêu âm phát
ra từ thiết bị sóng siêu âm lắp dọc hai bên thành ống dẫn dòng
chảy,tín hiệu đầu ra là sóng siêu âm thu về dựa vào sự chênh lệch thời gian
của sóng siêu âm xuôi dòng và sóng siêu âm ngược dòng ta có thể đo được
lưu lượng thể tích qua ống theo công thức:
Q=K(t1-t2)/(t1t2)
Trong đó: t1 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy xuôi dòng
T2- thời gian sóng xuyên qua dòng chảy ngược dòng
K - hằng số, phụ thuộc chiều dài đường âm thanh, tỉ số giữa trục và đường
tâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang.
Thời gian để chất lỏng chảy đầy vào 1 thùng : T
1
=
Như vậy,để phép đo được chính xác ta phải đưa vào trong hệ thống thu và
phát sóng siêu âm một sóng siêu âm với tần số f1=0,5-10MHz vào trong
chất lỏng với vận tốc v.Ta có thể sử dụng một bộ đếm xung(tương tự một
tần số kế chỉ thị số) ở bộ thu sóng siêu âm để đo tần số sóng siêu âm phát ra
và thu về và thực hiện các bước tính toán để tính được số xung thu được từ

bộ thu và phát sóng.Ta sẽ đưa phép đo về đo tần số để thực hiện tính toán.
Từ số xung mà bộ đếm xung đếm được ta hoàn toàn có thể tính được độ
chênh lệch thời gian giũa sóng siêu âm xuôi dòng và sóng siêu âm ngược
dòng từ đó tính được lưu lượng thể tích qua ống Q
Bộ đếm xung hoạt động trên nguyên lý đếm số xung N tương ứng với số
chu kỳ của tần số cần đo f
x
trong khoảng thời gian gọi là thời gian T
do
Trong khoảng thời gian T
do
ta đếm được N xung tỷ lệ với tần số f
x
cần đo
17
Hình 2.8:Sơ đồ khối của bộ đếm xung
sử dụng phương pháp biến đổi thẳng ở đầu vào là “bộ vào” bao gồm một bộ
khuếch đại dải rộng với dải tần từ 10Hz đến 10MHz và một bộ suy giảm tín
hiệu mục đích để hòa hợp tần số kế với nguồn tín hiệu có tần số cần đo.
Đồng thời để khuếch đại hay hạn chế điện áp vào đến giá trị đủ để kích
mạch tạo xung làm việc.
Mạch tạo xung có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu hình sin hoặc tín hiệu xung có
chu kỳ thành một dãy xung có biên độ không đổi(không phụ thuộc vào biên
độ của tín hiệu vào nhưng tần số của nó bằng tần số của tín hiệu vào
(hình 2.9)
Bộ vào Tạo xung
K
Bộ đếm HT
ĐK
Bộ chia

tần
MF TS chuẩn
f
0
18
Hình 2.9:Biểu đồ thời gian xung
Tín hiệu có tần số f
0
được đưa qua bộ chia tần theo các nấc với hệ số chia là
10
n
tần số chuẩn f
0
=10MHz,được chia đến 0,001Hz.Nghĩa là ở đầu ra của
mạch điiều khiển theo 10
n
(n=1,2,… 9) ta có thể nhận được khoảng thời gian
T
do
=10
-6
;10
-5
;10
-4
;10
-3
;10
-2
;10

-1
;1;10; 100s.
Thời gian này sẽ điều khiển để mở khóa K(khóa có 2 đầu vào).Tín hiệu f
x
theo đầu vào thứ 2 sẽ đi vào bộ đém ra cơ cấu chỉ thị.
Số xung đếm được là:
N===K
Trong đó:T
do
=1s;T
x
=;f
0
=50Hz
Ta tính được K=5.10
-11
; N=1.10
6
xung
Thời gian để chất lỏng chảy hết ra khỏi bể là T= (giây) với Q là lưu lượng
qua van trong 1s
Khi máy đếm xung đếm được .10
6
(Q là lưu lượng qua van 1 trong 1s) xung
nó sẽ đưa ra tín hiệu stop để khóa van 1 lại và mở van 2 cho chất lỏng được
19
bơm đầy vào bể chứa.Sau khoảng thơì gian T
1
(thời gian chất lỏng chảy đầy
1 thùng chứa)tương ứng với số xung đếm được là :

N
1
= .10
6
(xung)
Tín hiệu từ bộ điều khiển sẽ khóa van 1 lại, sau khoảng thời gian trì hoãn là
∆T
1
van 1 sẽ được mở ra và tiếp tục rót chất lỏng vào thùng chứa.Thời gian
trì hoãn ∆T
1
phun thuộc vào độ dài của băng truyền và khoảng cách giữa
các thùng.
Nếu thời gian đo là 1s thì số xung N(tức là số chu kỳ) sẽ chính là tần số
cần đo f
x
=N
Mạch điều khiển phụ trách việc điều khiển qua trình đo;đảm bảo thời gian
biểu thị kết quả đo cỡ từ 0.3÷5s trên chỉ thị số; xóa kết quả đo đưa về trạng
thái 0 ban đầu trước mỗi lần đo; điều khiển chế độ làm việc:tự động, bằng
tay hay khởi động bên ngoài ; chọn dải tần số(cho ra xung mở kháo K) và
cho xung điều khiển máy in số….
Bộ hiện số thường có nhiều digit(hàng đơn vị,hàng trục,hàng trăm…) bảo
đảm chỉ thị toàn bộ dải tần số cần đo.
Sai số tương đối phép đo tần số được tính như sau:
γ
f
==+
Thành phần phụ thuộc vào tỉ số thời gian đo và chu kỳ của tín hiệu cần đo
T

x
=.
Sai số lượng tử theo thời gian là do quá trình không trùng nhau giữa thời
điểm bắt đầu thời gian T
do
và thời điểm bắt đầu thời gian T
x
.Nếu T
do
và T
x
là
bội số của nhau thì sai số ∆N=0, nếu T
x
và T
do
không là bội số của nhau thì
sai số lớn nhất của quá trình lượng tử hóa ∆N±1 xung thuộc dãy bé nhất của
bộ đếm.
Thành phần thứ 2 của sai số là được xác định bởi đọ biến động của tần số
chuẩn f
0
từ máy ra cửa sổ T
do
.Sai số cỡ 10
-7
và được tính là:
20
==γt
0

Vậy sai số phép đo là:
=+=+γt
0
= + γt
0
Nếu γt
0
= 10
-7
thì: γf
x
=100=± (+10
-7
)= 10%
Với f
x
=10MHz.
Như vậy sai số phép đo chủ yếu là do độ không ổn định của tần số máy phát
âm chuẩn f
0
.còn khi đo tần số thấp sai số chủ yếu là sai số lượng tử.
Sử dụng cảm biến đo lưu lượng chất lỏng transit-time giá thành đắt và
dòng chảy cần được điền đầy ống, không đo được loại chất lỏng có tính dẫn
diện và ăn mòn hóa học ,cảm biến loại này thường được lắp đặt bên ngoài
đường ống dẫn chất lỏng nên rất dễ bảo trì .Tuy nhiên khi sử dụng cảm ứng
loại này cho kết quả đo chính xác với sai số không quá lớn, điểm nổi bật của
cảm biến siêu âm là kết quả phép đo độc lập với hình dạng dòng chảy không
có thành phần lắp đặt trong ống, không làm giảm áp lực dòng chảy qua van
EEER-S;<(-344UIGV(+I81(+S`430
Các hệ thống bồn bể thực tế trong công nghiệp: khi cần giám sát liên tục

mức chất lỏng trong đó, thường được các nhà thiết kế sử dụng các cảm biến
điện cực để đo mức chất lỏng.
Có 3 phương pháp để đo và phát hiện mức chất lỏng trong bể là:
• Phương pháp thủy tĩnh dùng biến đổi điện
• Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu
21
• Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu
Trong trường hợp này ta sử dụng phương pháp thuỷ tĩnh cụ thể là sử dụng
một cảm biến vi sai dạng màng (1) hình 2.10 đặt sát đáy bể chứa.
Hình 2.10: cảm biến áp suất vi sai
Một mặt của màng (1) chịu áp suất chất lưu gây ra :
p= P
0
-ρgh
trong đó :g- là gia tốc trọng trường
h- là chiều cao mực chất lỏng(h=2m chiều cao của bể chứa chất
lỏng)
ρ- khối lượng riêng chất lưu
Mặt còn lại chịu tác động của áp suất p
0
bằng áp suất ở đỉnh bình chứa .Độ
chênh lệch áp suất p-p
0
sinh ra lực tác dụng lên màng cảm biến làm nó biến
dạng .Biến dang của màng tỉ lệ với chiều cao h của chất lưu trong bể chứa
,được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ các bộ biến đổi điện.
Những tín hiệu điện được truyền tới từ bộ biến đổi điện sẽ là tín hiệu kích
hoạt ở hình 9 các tín hiệu từ bộ biến đổi điện sẽ là tín hiệu kích hoạt đưa vào
các khối tạo xung đếm, các xung đếm này sẽ đi tới khối đếm Up/Down và
được đưa ra khối hiển thị dưới dạng tín hiệu điện Analog 4-20mA tần số

f=50Hz.
Bất kỳ bồn bể công nghiệp chứa chất lỏng đều phải có cảm biến mức ở cận
trên/dưới (đầy-H; quá đầy-HH; cạn-L; quá cạn-LL) để tạo các tín hiệu: khởi
động, dừng bình thường, dừng khẩn cấp,… cho hệ thống các bơm hoặc van.
Thông thường, các cảm biến được dùng là loại đơn giản kiểu công tắc. Việc
22
dùng bao nhiêu cảm biến mức nêu trên là tùy theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể
của từng hệ thống.
Thời gian cho việc bơm đầy bồn bể (từ mức “L” đến mức “H”) và tháo cạn
bồn bể theo công suất bơm (lưu lượng) hoặc Van điện là hoàn toàn đo đếm
được. Dựa trên các yếu tố như đã nêu, hoàn toàn có thể lập trình, tạo “Tags”
để thực hiện việc hiển thị tức thời mức chất lỏng trong bồn bể theo cấu trúc
như hình 2.11 .
Hiển thị kết quả đo được
Hình 2.11: Tag hiển thị mức chất lỏng trong bể chứa
Trong đó:
- Tín hiệu kích hoạt, nên sử dụng các “Cờ” có liên quan đến Khởi động động
cơ bơm hoặc liên quan đến Mở van;
- Tín hiệu dừng, nên sử dụng các “Cờ” có liên quan đến sự đóng-cắt các cặp
tiếp điểm của cảm biến mức. Có thể tùy chọn các mức Cao (H), quá Cao
(HH), Thấp (L) hoặc quá Thấp (LL) theo từng yêu cầu cụ thể thực tế;
23
- Khối tạo xung đếm lên (Up) và khối tạo xung đếm xuống (Down) được tạo
ra trong chương trình Điều khiển . Chu kỳ xung được tính trong quá trình
lập trình dựa trên thể tích bồn bể,lưu lượng chất lỏng được đưa vào và đưa ra
bồn hoặc bể. Sau đó, phải hiệu chỉnh trong thực tế cho phù hợp
Để nhận tín hiệu kích hoạt mở van số 2.Số xung mà khối đếm nhận được
từ tín hiệu điện của bộ biến đổi điện sẽ là:
N== 50 xung
Trong đó: T

do
=1s ; T
x
=. với f
x
= 50Hz
Vậy sau khoảng thời gian T= (giây) với Q là lưu lượng qua van 1 trong
1s tần số kế chỉ thị số này sẽ nhận được .50(xung) nó sẽ đưa ra tín hiệu cờ để
đóng van 2.Lúc này mức chất lỏng ở trong bể sẽ ở mức đầy( mức H).
Ở mức H ta có thể đổ đầy chất lỏng vào =64 thùng
Sai số tương đối phép đo tần số được tính như sau:
γ
f
==+
Trong đó: Thành phần phụ thuộc vào tỉ số thời gian đo và chu kỳ của tín
hiệu cần đo T
x
=.
Sai số lượng tử theo thời gian là do quá trình không trùng nhau giữa thời
điểm bắt đầu thời gian T
do
và thời điểm bắt đầu thời gian T
x
.Nếu T
do
và T
x
là
bội số của nhau thì sai số ∆N=0, nếu T
x

và T
do
không là bội số của nhau thì
sai số lớn nhất của quá trình lượng tử hóa ∆N±1 xung thuộc dãy bé nhất của
bộ đếm.
Cảm biến vi sai dạng màng được chế tạo theo phương pháp cổ điển nên rất
giá thành không đắt, độ chính xác không cao do trong quá trình vận hành
màng trong của cảm biến phải tiếp súc trực tiếp với chất lỏng sẽ gây nên sai
số trong quá trình đo.Việc bảo trì cảm biến loại này cũng gặp rất nhiều khó
khăn do cảm biến phải đặt vào trong bể và được lắp đặt trong trước khi có
chất lỏng chảy vào trong bể chứa.
24
)6(+a5<I/b(
Trên đây là toàn bộ bài làm của chúng em về đề tàic\/4;<I8dI4UI
GV(+I81(+42(+(+;MZ
Với bài làm trên chúng em đã đạt được một số kết quả cũng như vẫn gặp
một số hạn chế như sau:
a@5<IW/RJ,IJ)T4
Với bản thân:
• Nâng cao được kỹ năng làm việc nhóm
• Tích lũy thêm một số kiến thức bổ ích về môn:Đo lường và cảm biến
Với bài làm:
• Phân tích được một cách khái quát về công nghệ chiết rót chất lỏng
trong công nghiệp và một số công nghệ về cảm biến được sử dụng
trong hệ thống
• Xây dựng một hệ thống chiết rót chất lỏng với đầy đủ các công nghệ
thiết yếu
aEO4,(4<c;IP4;M(
• Do kiến thức còn hạn chế nên bài làm không được đầy đủ,sơ sài về
nội dung . Bố cục bài làm còn nhiều thiếu xót

• Chưa có đầy đủ kiến thức từ thực tế nên bài làm còn nhiều sai sót
aa;M(ZOZce4Zf4
• Chúng em đã tìm hiểu nhiều nguồn tài liệu khác nhau để bổ xung vào
bài làm
• Chúng em đã làm hết sức mình để hệ thống sát với thực tế nhất
Chúng em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ thầy cô để hoàn
thiện thêm về đề tài này
25