Nghiên cứu các thiết bị đo lưu lượng bằng phương pháp kiểu điện cảm mạch từ hở

Mục lục
Lời nói đầu.........................................................................1
1-Lu lợng kế dòng xoáy:.......................................................................3
5- Lu lợng kế Coriolis:...........................................................................7
6- Lu lợng kế dùng chuyển đổi cơ:........................................................8
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên.
Lời nói đầu
Trong nền kinh tế thị trờng mở cửa nớc ta hiện nay, việc mở rộng th-
ơng mại và giao lu kinh tế giữa các nớc trong khu vực và thế giới là một xu
thế tất yếu. Xu thế đó không chỉ tạo ra cơ hội hoà nhập và phất triển kinh tế
mà còn đặt nớc ta vào một môi trờng cạnh tranh gay gắt trong phạm vi khu
vực và thế giới. Trong đó nổi cộm lên vấn đề là nhằm nâng cao chất lợng
sản phẩm, vấn đề này luôn đợc coi là một nhân tố cơ bản của sự cạnh tranh,
nó không chỉ quyết định sự thành công hay thấy bại của mỗi một doanh
nghiệp mà còn ảnh hởng đến sự tăng trởng hay tụt hậu của nên kinh tế.

1
Để nâng cao chất lợng sản phẩm thì đòi hỏi rất nhiều yếu tố. Nhng
có một yếu tố quan trọng đó là đòi hỏi một quá trình sản xuất nghiêm túc.
Bởi khi có một quá trình sản xuất tốt sẽ tạo ra những sản phẩm có chất lợng
cao. Chất lợng của mỗi sản phẩm nó đợc hoà nhập vào và đợc thể hiện ra
ngay trên chất lợng lao động. Ta không thể hy vọng rằng có sản phẩm đạt
chất lợng cao nếu không thực sự lao động một cách nghiêm túc. Chính vì
thế trong sản xuất đo lờng là một phơng pháp để nhận biết chất lợng sản
phẩm. Và từ đó dụng cụ đo trở thành một trong những công cụ lao động
góp phần tạo ra lao động chất lợng cao và tạo ra các sản phẩm tốt.
Một trong các dụng cụ đo đó là thiết bị đo lu lợng. Đo lu lợng có tầm quan
trọng đặc biệt trong các mạng lới vận chuyển chất đốt (ống dẫn gas, ống
dẫn dầu) và trong mọi thiết bị công nghiệp khi cần khống chế lợng chất
lỏng tham gia vào các quá trình nh ở lò phản ứng hoá học, nhà máy sản
xuất xi măng, năng lợng, động cơ đốt trong v v

Các vấn đề đã đợc tìm hiểu:
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về đo lu lợng, các phơng pháp đo, các thiết
bị đã đợc sử dụng và chào bán tại Việt Nam.
- Nghiên cứu và thiết kế thiết bị đo lu lợng bằng phơng pháp kiểu điện
cảm mạch từ hở.
- Chế tạo và chạy thử.

2
Phần I : Tổng quan về các phơng pháp và thiết bi đo lu lợng đợc
truyền dẫn trong đờng ống kín.
1-Lu lợng kế dòng xoáy:
Lu lợng kế dòng xoáy dựa trên nguyên lý khi chất lỏng gặp một vật
cản sẽ bị phân thành các dòng xoáy ở phía sau vật (hình vẽ). Tốc độ dòng
chảy đợc xác định bằng cách đếm số xoáy trong một đơn vị thời gian và đ-
ợc đo cảm biến nhạy với biến thiên dao động áp suất.

3
V
Lưu lượng kế dòng xoáy.
V=tần số xoáy/k, ở đây k là hệ số phụ thuộc vào số Reynol và tỷ
trọng của chất lỏng nhng không đổi trong dải lu lợng rộng.
Đặc điểm của lu lợng kế dòng xoáy:
- Độ chính xác 1%.
- ít gây tổn hao lu lợng.
Phạm vi sử dụng:
- Đo lu lợng chất lỏng, chất khí và hơi nớc.
- Chịu đợc tốc độ cao nhng có thể nhạy với dao động bên ngoài.,
- ít đợc sử dụng để đo lu lợng thấp.
2-Lu lợng kế nhiệt:
Lu lợng kế nhiệt có cấu tạo gồm một ống mao dẫn bằng kim loại

mảnh có đờng kính nhỏ. Phía ngoài của ống kim loại đơc cuốn một sợi dây
đốt bằng điện trở, hai cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ của dòng chảy
ở đầu vào và đầu ra của ống dây( t
1
đo nhiệt độ ở đầu vào, t
2
đo nhiệt độ ở
đầu ra).

4
Khi có dòng
chảy
Khi chưa có
dòng chảy
t
2
t
1
Cảm biến nhiệt độ
Phần tử đốt nóng
Lưu lượng kế nhiệt.
Khi không có dòng chảy( tức là lu lợng chảy qua ống Q=0) thì sự
truyền nhiệt ra hai phía của sợi đốt là nh nhau, khi đó hiệu ứng nung nóng
sẽ đối xứng và trong trờng hợp này t
1
=t
2
.
Khi lu lợng Q0 thì lúc này t
1

giảm và t
2
tăng, sự khác nhau giữa t
1
và t
2
(t = t
1
-t
2
) tỉ lệ với lu lợng Q.
Phạm vi sử dụng:
- Đa số đợc sử dụng trong lĩnh vực khí.
- Công nghiệp thực phẩm, dợc phẩm.
Đo lu lợng chất lỏng trong một phạm vi hạn chế.
3- Lu lợng kế Pitot:
Cảm biến Pitot đo chênh lệch áp suất ở một điểm phía trớc dòng
chảy và áp suất tĩnh của chất lỏng phía cạnh bên (hình vẽ). Khi chất lỏng
chạy qua vùng cảm biến nó tạo nên một vùng áp suất cao hơn áp suất tĩnh
trong ống. Khi chất lỏng chảy qua cảm biến chúng bị tăng tốc và có một
vùng giảm áp phía bên cạnh và sau cảm biến. Trong một ống Pitot trung
bình có nhiều đầu áp suất
đặt trên ống ở các vị trí có độ cao khác nhau cho phép thu đợc áp suất trung
bình đại diện cho dòng chảy trong toàn ống.
Đặc điểm của lu lợng kế Pitot:

5
Dòng xoáy
Vùng áp
suất thấp

Vùng áp
suất cao
Đầu cảm biến
Lưu lượng kế Pitot.
- Độ chính xác 1-2%.
- Có gây tổn hao lu lợng.
Phạm vi sử dụng:
- Thờng đợc sử dụng đo lu lợng khí.
- Lắp đặt trong các ống trên 300mm.
4- Lu lợng kế áp suất vi sai:
Lu lợng kế áp suất vi sai hoạt động dựa theo định luật Becnuli (nhà
vật lý Bỉ 1700-1782), biểu diễn quan hệ giữa lu lợng và sự biến thiên áp
suất của chất lỏng trong một ống thu hẹp.
Trên hình vẽ khi dòng chất lỏng chảy qua một ống có lỗ thu hẹp thì
tốc độ của dòng chảy sau lỗ sẽ tăng lên so với tốc độ dòng chảy trớc lỗ thu
hẹp, áp suất chất lỏng ở cửa ra giảm và tạo nên sự chênh áp suất ở phía trớc
và phía sau lỗ. Sử dụng áp suất kế vi sai đo độ chênh áp P này ta suy ra lu l-
ợng.
Đối với các chất có hệ số Reynol nhỏ hơn giá trị tới hạn nh dầu mỏ,
parafin... khi đó không dùng đợc các lỗ hẹp tiêu chuẩn vì hệ số lu lợng
không phải là hằng số. Ngời ta sử dụng thiết bị có lỗ thu hẹp đặc biệt nh
màng ngăn có lỗ côn, giclơ hình trụ, giclơ cong màng kép.
Đặc điểm của lu lợng kế áp suất vi sai:

6
Đầu đo áp suất
Lưu lượng kế áp suất vi sai
- Cấu tạo đơn giản, chắc chắn.
- Làm việc không gây tiếng ồn, dễ chế tạo hàng loạt.
- Lắp đặt bằng măng sét hoặc nối xen kẽ.

- Gây tổn hao lu lợng dòng chảy.
Phạm vi sử dụng:
- Đo đợc trong môi trờng bất kỳ.
Giá thành thấp và đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực.
5- Lu lợng kế Coriolis:
Nguyên lý hoạt động của lu lợng kế là gia tốc coriolit(nhà vật lý
pháp 1792-1843) xuất hiện khi một vật đồng thời chịu tác dụng của chuyển
động quay và chuyển động tịnh tiến. Gia tốc Coriolit tơng ứng với lực:
F=2m..v
Trong đó:
: vận tốc góc.
v : vận tốc dài.
m : khối lợng của chất lỏng.

7
F=2m

v
F=0
C
B
A
Lưu lượng kế Coriolis.
Trong lu lợng kế một cuộn dây kích thích đặt ở vị trí C (hình vẽ).
ống đo chịu tác động xung quanh trục AB. Khi các hạt chất lỏng di chuyển
với vận tốc v chúng tạo nên lc Coriolis tác dụng nên hai nửa ống theo hai
chiều ngợc nhau. Theo chiều AC tốc độ chất lỏng bị chậm lại còn theo
chiều CB chúng đợc gia tốc thêm. Điều này làm cho ống bị biến dạng rất
nhỏ cùng với dao động cơ sở. Chuyển động tổng hợp đợc đo nhờ cảm biến
điện cảm đặt giữa A và B. Khi có lu lợng chảy qua ống có sự lệch pha giữa

dao động ở A và B. Góc lệch pha này tơng ứng với khoảng thời gian và tỷ lệ
thuận với lu lợng cần đo.
ở đây k là một hằng số, f là tần số dao động, Q là lu lợng cần đo.
Đặc điểm của lu lợng kế này là:
- Độ chính xác 0,1%.
- Phép đo không phụ thuộc vào đặc tính của chất lỏng.
- Đo lu lợng khối.
- Tùy theo nhà cung cấp mà ống có dạng đơn, thẳng, cong, kép.
Phạm vi sử dụng:
- Đo lu lợng chất lỏng, chất khí sạch và nhớt.
- Đờng kính ống không quá lớn.
6- Lu lợng kế dùng chuyển đổi cơ:
a. Lu lợng kế tuabin:
Đợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lờng chất lỏng chính
xác. thiết bị đo bao gồm một rotor đợc đặt trong ống, vuông góc với dòng
chảy của chất lỏng. Rotor xoay khi chất lỏng chảy qua. Vận tốc quay tỷ lệ
với lu lợng và có thể đợc cảm nhận bằng từ, quang. Các xung điện có thể đ-
ợc đếm và tính tổng.
Số lợng các xung điện đợc đếm trong một khoảng thời gian cho trớc
và tỷ lệ trực tiếp đến thể tích chất lỏng chảy qua. Một máy phát tốc một
chiều có thể đợc thêm vào để đo vận tốc quay của tuabin và chính xác định

8
lu lợng của chất lỏng. Các lu lợng kế tuabin khi đợc chọn và lắp đặt đúng sẽ
có độ chính xác cao, đặc biệt là đối với các chất lỏng có độ nhớt thấp.
Lu lợng kế tuabin tạo nên một tín hiệu lu lợng tuyến tính, bằng số. Nó đợc
dùng phổ biến trong công nghệ hóa dầu và các ngành công nghiệp khác.
Tuabin 1 đợc lắp đặt trên các ổ trục gá trên chân bên trong ống dẫn
2. Trên một cánh tuabin gắn chặt một mảnh nam châm vĩnh cửu 3. Cuộn
dây cảm 4 tạo nên một xung khi mỗi lần mảnh nam châm đi qua phối ghép

5 để vào máy tính 6 đếm hoặc xử lí tiếp tín hiệu quãng này đợc dẫn qua bộ
hiển thị LED.
Số xung N của tuabin có quan hệ với thể tích V của chất lỏng chảy qua lu l-
ợng kế theo công thức:
V = K.N
Với K là thể tích chất lỏng trên một xung.
Lu lợng trung bình trên một khoảng thời gian t đợc tính:

9
6
5
4
2
3
1
Lưu lượng kế tuabin.
t
V KN
Q
t t
= =

Tỷ số
N
t
là số xung trên một đơn vị thời gian, tức là tần số xung f. Do đó
công thức trên có thể viết lại:
Q = K.f
Các đặc trng kỹ thuật của lu lợng kế tuabin nh sau:
Phạm vi đo: 0,3 m

3
/h ữ 36000 m
3
/h đối với chất khí
0,01 m
3
/h ữ 14000 m
3
/h đối với chất lỏng.
Độ chính xác: 1% ữ 2%.
Độ lặp lại: tốt hơn 10,5%.
Độ tuyến tính: 0,5% ữ 1,5% phụ thuộc vào độ nhớt.
Thời gian hồi đáp: một vài ms
Các lu lợng kế tuabin có u điểm là dễ xử lý tín hiệu. Tuy vậy khi làm
việc với chúng phải đảm bảo yêu cầu là chất lu không có bọt khí và các sợi
hoặc hạt có kích thớc đáng kể. Thêm vào đó, để đảm bảo độ chính xác của
kết quả đo, lu lợng kế phải đợc đặt ở đoạn ống thẳng để tránh dòng xoáy.
Tín hiệu ra xung của lu lợng kế tuabin hoàn toàn phù hợp với kỷ
thuật tính toán và điều khiển, nên nó đợc dùng để đo lu lợng với máy đếm,
hoặc dùng làm tín hiệu vào cho máy tính điện tử số.
b. Lu lợng kế dùng lá chắn xoay:

10
Lá lò xo
Tấm chắn
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của lưu lượng kế dùng lá chắn xoay.