THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG
Nhóm 2
Tóm tắt
Đo lưu lượng đóng một vai trò quan trọng,
không chỉ vì nó phục vụ cho mục đích kiểm
kê, đo đếm mà còn bởi vì ứng dụng của nó
trong hệ thống tự động hóa các quá trình
sản xuất. Chính vì vậy việc hiểu rõ về
phương pháp đo, cũng như nắm vững các
đặc tính của thiết bị đo lưu lượng là điều hết
sức cần thiết.
Mở đầu

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.

Các yếu tố khác như các hạn chế về cơ khí và kết nối đầu 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.
o
Cảm biến đo lưu lượng trong công nghiệp
được lắp đặt ở môi trường nhiễu cao và
thường bị xung áp. 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 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:
o
Gắn với cảm biến đo lưu lượng có thể được cấp nguồn bởi chính
mạch vòng 4-20mA này hoặc bằng nguồn riêng
o
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
o
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
Cảm biến lưu
lượng dựa
vào chênh
lệch áp suất
Cảm biến lưu
lượng siêu âm
Cảm biến lưu
lượng Coriolis
Cảm biến lưu
lượng điện từ
O
. Dưới đây, bài TT sẽ trình bày tổng quát
về nguyên tắc hoạt động, ưu điểm và
nhược điểm, cũng như những đặc tính của
cảm biến lưu lượng chất lỏng, chất khí mà
nhóm đã tìm hiểu.
GE Panametrics TransPort
PT878 Ultrasonic Flow Meter
System
Có bốn nhóm chính dựa vào nguyên lý hoạt động của
chúng để đo lưu lượng, vậy PT878 thuộc loại nào ???
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 ?
Cảm biến lưu lượng siêu âm dựa vào hiệu ứng Doppler được thể
hiện trên .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 vật chất trong chất lỏng, nên nó không làm việc
được với các chất lỏng một pha, tinh khiết.
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
Lưu lượng thể tích 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.
Cảm biến siêu âm xuyên thẳng (transit-time). Cảm biến loại này 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.
O
Có thể hiểu đơn giản nguyên lý đo lưu
lượng không tiếp xúc giống như bài toán
chèo thuyền qua sông (Vật lý phổ thông).
Dựa trên sự chênh lệch giữa thời gian đi
và về ta sẽ suy ra được vận tốc của dòng
chảy.
PT878
Ưu điểm:
-
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
-
Không có thành phần lắp đặt trong ống, không làm giảm áp lực.
-
Điểm nổi bật của cảm biến siêu âm là kết quả phép đo độc lập với
hình dạng dòng chảy.
-
Nhỏ gọn, dễ đem đi
-
Đo độ dày tùy chọn
-
Thích hợp cho hầu hết các kích thước ống và vật liệu, bao gồm cả

ống lót
Nhược điểm:
-
Giá thành đắt và dòng chảy cần được điền đầy ống.
Thông số kỹ thuật
• Potable water
• Wastewater
• Cooling and heating water
• Ultrapure water and liquids • Water/glycol solutions
• Crude oil
• Refined hydrocarbons
• Diesel and fuel oils
• Lubricating oils
• Chemicals
• Beverages
• Other liquids
Ứng dụng :
C
Á
M

Ơ
N

M
Ọ
I

N
G

Ư
Ờ
I

Đ
Ã

C
H
Ú

Ý
T
H
E
O

D
Õ
I

V
À

L
Ắ
N
G

N

G
H
E