ĐỀ TÀI 2 : Triết rót chất lỏng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN



 : Triết rót chất lỏng
Hà Nội 2015
1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lao động sản xuất là một
nhu cầu không thể thiếu.Nó quyết định việc tăng năng suất lao động,hạ giá
thành sản phẩm,giảm nhẹ sức lao động cho người lao động,nâng cao hiệu
quả kinh tế,chất lượng sản phẩm.
Đối với một nước đang phát triển trong thời kì phát triển của sự nghiệp công
hóa-hiện đại hóa như nước ta hiện nay,việc từng bước cở giới hóa hoạt động
sản xuất là rất quan trọng và là một việc làm hết sức cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó,nhóm chúng em đã tìm hiểu đề tài:
 !"#$%&'()*%&)%&+,%& %/"”,nhằm phục vụ cho
việc chiết rót sản phẩm cho các ngành sản xuất có nhu cầu.
Việc thực hiện bài tập lớn này rất là bổ ích cho các sinh viên, nó sẽ giúpcác
sinh viên tự tìm tòi học hỏi, và hiểu ra nhiều quy trình chiết rót và cách vận
hành của nó, từ đó sẽ làm nền tảng và nguồn kiến thức dồi dào chocác sinh
viên khi hoạt động trong các công tác chuyên ngành của mình vàcác hoạt
động trong đời sống về lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thốngchiết rót.
Các hệ chiết rót chất lỏng được ứng dụng rất rộng rãi .
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đề tài không tránh khỏi
những sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đề tài của mình.Mong
các thầy,cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm để đề tài của em có thể hoàn thiện
hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn.
2

01!23
1. Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót
chất lỏng.
2. Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?
3. Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống.
4. Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?
5. Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?
6. Thiết kế vị trí lắp đặt cảm biến va tính toán xử lý tín hiệu đầu ra của
cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?
7. 4%&54'6-75-,!87+,%& (giới hạn, nguyên nhân và biện pháp
khắc phục)
93:%&;7%'6!<%&%&+'(=%&>?%&!87+,%&5@ !"
#$%&
Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất,mô tả công nghệ
như hình vẽ:
3
AB%CD97
Hệ thống gồm : E%&!F kéo băng tải, hai nút khởi động và dừng hệ thống :
G7HG)IHJ%!=7 chất lỏng cần rót, thùng rỗng được đẩy ra từ )
!=77%&H7%đươc điều khiển để rót chất lỏng vào thùng, 7%9được
điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa.
Các thông số cần giám sát là K=!!"#$%&)%&LJ%!=7 và K=!
!"#$%& '()!4!*%&, 'MN các thùng trên băng tải. Đối tượng điều
khiển là động cơ kéo băng tải, Van 1, Van 2 và thiết bị đẩy thùng rỗng từ
kho xuống băng tải. Bồn chứa cao 2m và các thùng cao 0.5m. Chất lỏng cần
rót ! N%>O%P5+%, <%&! N%!"Q%KR% 7S!.
<.%&T1%#U)VPE%&!87+,%&.
Về cơ bản khâu rót chất lỏng vào thùng gồm các thành phần sau:
4
• 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.
Hình ảnh về khâu chiết rót chất lỏng trong công nghiệp mà chúng ta đang
xét tới:
5
HÌNH 6.1
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
chứ
WD#5+1!4!#)V5!.KL5@%! )%&+,%&D
6
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.
Qua tìm hiểu hệ thống trên thì nhóm chúng em đã lựa chọn rõ một số loại
cảm biến phù hợp với hệ thống chiết rót chất lỏng như:
- Cảm biến vị trí
- Cảm biến siêu âm
- Cảm biến mức quang
- Cảm biến tiệm cận
- Cảm biến quang( hồng ngoại)
- Cảm biến mức dạng phao
4,XF%&I4I#Y7!S%!.KL5@%!)+,%&
Khi lựa chọn một phương pháp cho bất kỳ ứng dụng cụ thể , nhiều yếu tố
ngoài như chi phí ban đầu phải được xem xét . Các yếu tố quan trọng nhất
mà các nhà sản xuất cảm biến cần biết về một ứng dụng đo lường mức độ là:
• Tên và đặc điểm của vật liệu được đo , cho dù rắn, lỏng , bùn, bột,
hoặc dạng hạt. K hằng số điện môi là đặc biệt quan trọng , cũng như
độ nhớt, mật độ , độ dẫn điện , và nhất quán ( độ thấm dầu , độ thấm
ẩm , vv. )
• Xử lý thông tin , chẳng hạn như áp lực và nhiệt độ , mức độ bất ổn và
bồn chứa hoặc các vật liệu chứa .
• Yêu cầu nhân lực .
7
Sử dụng chính của tàu có chứa có vật liệu được đo ( lưu trữ, nước tách,
thùng đựng nước thải , vv. ) , và kích thước và hình dạng của nó , và vị trí
của bất kỳ vật cản.sau đây là một số phương pháp lựa chọn cảm biến:
CD9.KL5@%#X#XZ%&!"#$%&;7'7%
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 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
8
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.
CD973!.KL5@%#X#XZ%&>Y7'()!1%#+!4I-"

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
venture. Hình 8.1 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
9
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 10.1: 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
10
• 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.
DD9L3.KL5@%#X#XZ%&P5+%[
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 (hình10.1). 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.
11
Hình 12.1: 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
12
CD9!3.KL5@%#X#XZ%&)5)#5-
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 11.1). 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 13.1: Cảm biến lưu lượng Coriolis ống đôi dạng cong Delta
13

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. Hình 12.1 minh họa hoạt động của cảm biến lưu
lượng Coriolis khi chất lỏng đứng im (No flow) và chất lỏng di chuyển
(Flow)
Hình 14.1 minh họa hoạt động của cảm biến lưu lượng
Coriolis khi chất lỏng đứng im (No flow) và chất lỏng di chuyển (Flow)
14
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.
CD9>3.KL5@%#X#XZ%&-51K
Cảm biến lưu lượng siêu âm dựa vào hiệu ứng Doppler được thể hiện
trên hình 14.1. 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.
15
Hình 16.1: 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 14.1) 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.
16
Hình 17.1: 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
17
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
CD9\34!LX]!N%)4%!)!.K=%&#X#XZ%&
Như chúng tôi đã đề cập tới ở mục 4.1d,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
18
Sóng siêu âm phát ra Khối thu sóng về
Khối tạo xung đếm
Khối đếm
Hiển thị
Hình 19.1: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

19
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
20
Hình 21.1: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 20.1)
Bộ vào Tạo xung
K
Bộ đếm HT
ĐK
Bộ chia
tần
MF TS chuẩn
f
0
21
Hình 22.1: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
22
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:
23
==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
CD.KL5@%K=!!"#$%&)%&L^!=7
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
24
• 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 23.1 đặt sát đáy bể chứa.
Hình 25.1: 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
25