điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn tuabin máy phát điện

đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải
Trờng đại học mỏ - địa chất
bộ môn tự động hoá xí nghiệp mỏ
-------------------------

Đề tài tốt nghiệp
Họ và tên:

Trần Văn Hải

Ngành:

Cơ điện mỏ

Khoá: 50

Hệ đào tạo: Chinh Quy

Mã số ngành:
Thời gian nhận đề tài: Ngày

tháng

năm 2008

Thời gian hoàn thành: Ngày

tháng

năm 2008

Tên đề tài

Điều khiển tự động nhiệt độ dầu bôi trơn Tuarbine máy phát
nhà máy nhiệt điện Uông Bí

Giáo viên hớng dẫn: PGS-TS Thái Duy Thức
Trởng bộ môn: TS. Nguyễn Chí Tình

- 1 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

lời mở đầu
Điện năng có một vị trí hết sức quan trọng trong đời sống thờng nhật của con ngời
thời hiện đại. So với các hiện tợng vật lý khác nh cơ, nhiệt, quang ... hiện tợng điện từ đợc
phát hiện chậm hơn.Tuy nhiên việc khám phá ra hiện tợng điện từ đã thúc đẩy mạnh mẽ
cuộc cách mạng khoa học và kỹ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí hóa, tự động hóa.
Điện năng có một u điểm nổi bật là có thể sản xuất tập trung với nguồn công suất
lớn, có thể truyền tải đi xa và phân phối tới nơi tiêu thụ với tổn hao tơng đối nhỏ. Điện năng
dễ dàng biến đổi thành các dạng năng lợng khác. Mặt khác quá trình biến đổi năng lợng và
tín hiệu điện từ dễ dàng tự động hóa và điều khiển từ xa, cho phép giải phóng lao động chân
tay và cả lao động trí óc của con ngời. Chính vì vậy con ngời đã không ngừng tìm tòi nhng
công nghệ mới và tối u nó để sản suất ra điện năng.
Hiện nay, các công nghệ sản xuất điện năng nh: nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên
tử, ngoài ra còn khai thác các nguồn năng lơng khác nh sức gió, năng lợng mặt trời để sản

suất ra điện năng.
ở Việt nam và các nớc tiên tiến trên thế giới công nghệ sản suất nhiệt điện vẫn phát
triển mạnh mẽ có một tơng lai bền vững. Các Nhà máy nhiệt điện sản xuất điện năng dựa
trên nguyên tắc cơ bản là biến nhiệt năng từ việc đốt các nhiên liệu hoá thạch thành cơ năng
quay máy phát điện và sinh ra điện. Tuy nhiên, các hệ thống trong Nhà máy nhiệt điện th ờng là các hệ thống nhiệt động phức tạp, làm việc trong môi trờng nhiệt độ cao, áp suất lớn,
rung và ồn. . .. Để cho các hệ thống này luôn làm việc một cách tin cậy, chính xác và giảm
thiểu sự tham gia của con ngời trong quá trình vận hành, ở các Nhà máy đều lắp đặt các hệ
thống điều chỉnh tự động. Trên đà phát triển chung của khoa học kỹ thuật, sự chuyển hớng
trong các giải pháp tự động điều khiển quá trình sản xuất đợc đánh dấu đậm nét bởi các tiến
bộ vợt bậc của công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin. Nhu cầu tích hợp hệ thống điều
khiển và giám sát cấp cao hơn trong một hệ thống thông tin tổng thể của một xí nghiệp sản
xuất và của cả công ty ngày nay trở nên quan trọng và cần thiết.
Trong xu thế đổi mới chung của cả nớc từ nền kinh tế bao cấp chuyển sang nền kinh
tế thị trờng, ngày càng có thêm nhiều các doanh nghiệp ra đời và lớn mạnh không ngừng.
Trớc sự cạnh tranh gay gắt để tồn tại và phát triển, các doanh nghiệp không còn cách nào
khác là phải tổ chức sản xuất một cách hợp lý và khoa học nhằm phát triển sản xuất và đạt
đợc lợi nhuận cao.
Để có có thể tồn tại và phát triển đợc Công ty nhiệt điện Uông Bí phải có đội ngũ cán bộ
công nhân viên có tay nghề cao, có trình độ chuyên môn và kinh nghiệm, máy móc thiết bị
hiện đại cũng giúp doanh nghiệp ngày càng phát triển.

- 2 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

Sau quá trình học tập đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy PGS.TS. Thái Duy Thức cùng các
thầy giáo trong bộ môn Tự động hoá, em đã hoàn thành cuốn đồ án tốt nghiệp với đề tài: "

Điều khiển tự động nhiệt độ dầu bôi trơn Tuarbine máy phát - Nhà máy Nhiệt điện
Uông Bí 300MW số 1".
Tuy nhiên do kiến thức và thời gian có hạn nên cuốn đồ án này khó tránh khỏi sai sót.
Em kính mong đợc sự góp ý của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng năm 2008
Sinh viên

- 3 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

Nội dung đồ án
Chơng 1: Giới thiệu khái quát chung về nhà máy Nhiệt điện Uông Bí.
I. Quá trình hình thành và phát triển của Nhiệt điện Uông Bí
1. Hình thành và phát triển công ty
2. Đặc điểm tổ chức bộ máy quản lý của Công ty
II. Sơ đồ tổ chức và phân công nhiệm vụ px: tự động điều khiển
1. Phạm vi quản lý thiết bị px: Tự động Điều khiển
2. Sơ đồ tổ chức
III. sơ đồ tổng quan va chu trình nhiệt tổ máy 300MW
1. Chu trình nhiệt chính của nhà máy
IV. Các hình thức đo lờng
1. Phân loại thiết bị đo lờng
2. Nguyên lý làm việc thiết bị đo lờng

V. Các hình thức bảo vệ
1. Bảo vệ turbine.
2. Bảo vệ lò hơi
3. Bảo vệ khối
Chơng 2: Mô tả công nghệ Hệ thống dầu bôi trơn
I .Hệ thống dầu bôi trơn
II. Vị trí và chức năng hệ thống
Chơng 3: Sơ đồ tự động điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn
I ,Sơ đồ
1. Sơ đồ điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn
2. Các phần tử trong sơ đồ
3. Nguyên lý làm việc
II . Cấu tạo và nguyên lý làm việc của van
1 .Cấu tạo
2. Các thành phần của van điều khiển
III. Bộ định vị van
1 .Giới thiệu bộ định vị van
2 . Nguyên lý hoạt động
3 . Bộ địng vị van điện khí
4 . Đặc tính của bộ biến đội vị trí thanh điều khiển van
Chơng 4: Xây dựng cấu trúc mô phỏng hệ thống dầu bôi trơn
1. Xây dựng mô hình mô phỏng điều khiển van ROTORK
2. Mô phỏng Matlap để tìm tham số tối u của bộ điều khiển PID

- 4 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

Chơng1
khái quát chung về Công ty nhiệt điện Uông Bí
các hình thức đo lờng và bảo vệ
I. Quá trình hình thành và phát triển của Nhiệt điện Uông Bí.
1. Hình thành và phát triển công ty
Tên Công ty: Công ty nhiệt điện Uông Bí
Địa chỉ: phờng Quang Trung, Thị xã Uông Bí tỉnh Quảng Ninh với tổng diện tích là :
407.665,8m2 .
Công ty Nhiệt điện Uông Bí là doanh nghiệp nhà nớc, do nhà nớc đầu t vốn thành lập .
Công ty là đơn vị trực thuộc Tổng công ty Điện Lực Việt Nam, có t cách pháp nhân trong
phạm vi Tổng công ty uỷ quyền .
Ngày 19 tháng 5 năm 1961, Thủ tớng Phạm Văn Đồng thay mặt Trung ơng Đảng và
Chính phủ Việt Nam đã về thăm và bổ nhát cuốc đầu tiên khởi công xây dựng Nhà máy
Nhiệt điện Uông Bí . Đây là đứa con đầu lòng của ngành Điện Việt Nam đợc đặt trên vùng
Đông bắc của Tổ Quốc, vì vậy nguồn điện phát ra có ý nghĩa rất quan trọng cho nền công
nghiệp nớc ta, phục vụ trực tiếp cho khu mỏ và nền kinh tế quốc dân .
Nhà máy nhiệt điện Uông bí (nay là Công ty nhiệt điện Uông bí) là Nhà máy phát
điện do Liên xô (trớc đây) giúp đỡ xây dựng. Đợt I gồm 4 lò, 4 máy trung áp với công suất
tổng cộng 48 MW, đến cuối năm 1963 tổ máy số 1 đợc đa vào vận hành. Các tổ máy tiếp
theo đợc lần lợt thi công xây lắp và đa vào vận hành để cung cấp điện cho nhu cầu phát triển
kinh tế-xã hội và quốc phòng. Từ năm 1973, hai tổ máy cao áp 55 MW lần lợt đợc thiết kế,
thi công xây lắp và đa vào vận hành, nâng tổng công suất toàn Công ty lên 153 MW.
Trong những năm kháng chiến chống Mỹ cứu nớc Công ty đã bị đế quốc Mỹ ném
bom nhiều lần làm h hỏng nhiều máy móc thiết bị trong dây truyền sản xuất. Sau chiến
tranh Công ty vừa sản xuất vừa củng cố các thiết bị do chiến tranh làm h hỏng, vừa mở rộng
sản xuất. Dây chuyền công nghệ sản xuất của Công ty có đặc tính kỹ thuật cao, phức tạp,
hoạt động 24/24h . Máy móc thiết bị lớn và đồ sộ nhng hầu nh đã khấu hao hết. Do đó,
nhiệm vụ chủ yếu của Công ty hiện nay là sản xuất điện năng cung cấp cho hệ thống điện
quốc gia, đồng thời phấn đấu hoàn thành kế hoạch sửa chữa lớn máy móc thiết bị. Ngoài ra

Công ty còn sản xuất kinh doanh phụ một số mặt hàng nh chế biến, kinh doanh than, sản
xuất cột điện và các sản phẩm bằng bê tông ly tâm, sản xuất bi thép, kinh doanh dịch vụ ăn
uống, nhà hàng... Đến nay Công ty còn 4 lò 2 máy với tổng công suất 110 MW, tổng số cán

- 5 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

bộ công nhân viên là 1.247 ngời làm nhiệm vụ phát công suất cho lới điện khu vực Đông Bắc của Tổ quốc.
Công ty nhiệt điện Uông bí đợc Đảng, Nhà nớc mà trực tiếp là Bộ công nghiệp và
Tổng công ty điện lực Việt nam thờng xuyên quan tâm chỉ đạo, tạo điều kiện cho Công ty
nhiệt điện Uông bí phấn đấu hoàn thành tốt nhiệm vụ chính trị, góp phần vào sứ mệnh
chung của ngành then chốt số một phải đi trớc một bớc trong sự nghiệp công nghiệp hoá,
hiện đại hoá đất nớc.
Phát huy truyền thống và những thành tích đã đạt đợc, tập thể CBCNV Công ty luôn
luôn cố gắng nhằm phấn đấu vợt qua mọi khó khăn thử thách, phát huy mọi nguồn lực sẵn
có của mình để giữ và đa Công ty ngày càng phát triển đi lên về mọi phơng diện. Ngày 10
tháng 10 năm 2000 Thủ tớng Chính phủ đã ký Quyết định số : 994/QĐ - TTg phê duyệt đầu
t xây dựng Nhà máy nhiệt điện Uông bí mở rộng với 1 tổ máy có công suất 300 MW và
đang chuẩn bị tiến tới xây dựng Nhà máy 300 MW số 2 có công suất 300 MW.
Với vai trò, vị trí của một chủ lực của hệ thống điện Việt nam trong suốt thời gian
dài đầy khó khăn, thử thách trớc, trong và sau chiến tranh. Công ty nhiệt điện Uông bí đã
làm tròn nhiệm vụ cung cấp điện cho Tổ quốc phục vụ các nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội
và quốc phòng.
Trong 45 năm qua, Công ty nhiệt điện Uông bí đã lập đợc nhiều thành tích đặc biệt
xuất sắc trong sản xuất và bảo vệ sản xuất. Vì vậy, tập thể Cán bộ công nhân viên Công ty
đã vinh dự đợc Nhà nớc 2 lần phong tặng danh hiệu Anh hùng lao động (1973), Anh hùng

lực lợng vũ trang nhân dân (1998), đợc tặng thởng Huân chơng Độc lập hạng nhì, nhiều
Huân chơng lao động, Huân chơng kháng chiến và các phần thởng cao quý khác.
Hiện nay Công ty phát điện với tổng công suất 110 MW và trong năm 2007 Công ty
cố gắng hoàn thiện để đa Nhà máy 300 MW số 1 đi vào hoạt động, đang chuẩn bị tiến tới
xây dựng Nhà máy 300 MW số 2 để phục vụ điện cho khu vực Đông-Bắc của Tổ quốc và
Công ty không ngừng đào tạo cán bộ công nhân viên đi học nâng cao chuyên môn nghiệp
vụ để kịp thời đáp ứng, nắm bắt dây truyền công nghệ có tính kỹ thuật cao.
Thể hiện trên sơ đồ: Tổng công suất lắp đặt và Sản lợng điện đợc giao.

- 6 -


đồ án tốt nghiệp

M

SV: trần văn hải
Tổng công suất lắp đặt

W

710MW

700
600
410

500

M

W

400
300
153

200
48

Năm
Tổng công suất
lắp đặt của
UBTPC

M
W

M
W

100

1963

M
W

98

1964

196

1975

1976

197


3

1977

197
5

48MW
4 tổ máy trung áp
12MMW

1978

197
6

1979

197
7

110

1991

197
8

M
W

2007




9

199

20..



200

1



2 tổ

20..
7

98MW

153MW

110MW

410MW

4 tổ máy 12MW
Máy 5: 50MW

4 tổ máy 12 MW
2 tổ máy cap áp 50MWW

2 tổ máy
Cao áp55MW

2 tổ máy55
1 tổmáy300

..

710M

Sản lượng điện tích luỹ

Triệu

m
á
y
W
3
0
0
k
M
W
hW

Tỷ

k
W
h

700

7

600

6

5

500

4

400

3

300

2

200
1

100

199

199
199
2000
7
8

9
Sản lượng điện năm

200

200
1

200
200
200
2
3
4
Sản lượng điện tích luỹ

200
5

6

Năm

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

Sản lượng điện
năm

540

601

574

428

489

697

731

641

669

759

Sản lượng điện
tích luỹ

540

1141

1715

2143

2632

3329

4060

4701

5370

6129

- 7 -

đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

2. Đặc điểm tổ chức bộ máy quản lý của Công ty
Công ty nhiệt điện Uông Bí sản xuất điện cung cấp cho lới điện Quốc gia theo kế
hoạch của Tổng công ty giao, để quản lý và chỉ huy mọi hoạt động trong toàn Công ty một
cách hiệu quả, công việc sản xuất kinh doanh của Công ty đợc chia thành các lĩnh vực sau
- Lĩnh vực tổ chức quản lý sản xuất kỹ thuật : Bao gồm điều hành toàn bộ dây truyền
sản xuất, vận hành đảm bảo an toàn, liên tục và hiệu quả kinh tế, sửa chữa các máy móc
thiết bị và công việc cải tiến khoa học kỹ thuật, đào tạo và bồi dỡng trình độ cho đội ngũ
cán bộ quản lý và công nhân kỹ thuật lành nghề.
- Lĩnh vực vật t .
- Lĩnh vực hành chính và đời sống.
- Lĩnh vực xây dựng cơ bản.
Bộ máy quản lý của Công ty đợc tổ chức theo phơng pháp tổng hợp , kết hợp giữa kiểu
tổ chức quản lý trực tuyến và kiểu quản lý chức năng.
Cơ cấu quản lý bao gồm :
- Ban giám đốc .
- Các phòng , ban chức năng tác nghiệp.
- Các phân xởng sản xuất.
ii. Sơ đồ tổ chức và phân công nhiệm vụ px: tự động điều khiển
1. Phạm vi quản lý thiết bị px: Tự động Điều khiển
- Hệ thống điều khiển phân tán (DCS).
- Điều khiển Logic khả trình (PLC).
- Mạng máy tính áp dụng cho mạng hệ thống điều khiển DCS và PLC.
- Hệ thống thông tin liên lạc.
- Nguyên lý điều khiển, sử dụng khí nén, dầu thuỷ lực.

- Sử dụng và xử lý sự cố máy tính và thiết bị ngoại vi.
- Phần mềm điều khiển.
- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cơ cấu chấp hành.
- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị và dụng cụ đo lờng.
+ Đo áp suất.
+ Đo lu lợng.
+ Đo mức nớc
+ Đo các đại lợng cơ học.
+ Đo nồng độ các hoá chất và đo nồng độ phần trăm các chất khí.
+ Đo khối lợng độ ẩm.
- Hệ thống giám sát ngọn lửa.
- Nguyên lý làm việc các chuyển đổi đo lờng, truyền tín hiệu điều khiển, các bộ biến
đổi A/D và D/A.

- 8 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

- Tín hiệu kỹ thuật tơng tự.
- Tín hiệu kỹ thuật số.
- Tín hiệu kỹ thuật quang.
- Thiết bị sử dụng trong nối mạng điều khiển (mạng cho DCS và mạng cho PLC).
- Nguyên lý làm việc của các van làm việc bằng điện, điều khiển bằng khí nén, điều
khiển thuỷ lực.
2. Sơ đồ tổ chức
Quản đốc phân xưởng
(Quản lý chung)

Phó Quản đốc
(Quản lý chuyên sâu
mảng kỹ thuật)

Kỹ thuật viên
(Công tác an toàn sản
suất & kỹ thuật )

Thống kê
(Tiền lương & vật tư

Tổ thiết bị
phần mềm

Tổ thiết bị
Đo lường

Tổ thiết bị
điều khiển

Tổ vận
hành c&I

( Quản lý kỹ
thuật & Vận
hành, bảo dư
ỡng sửa chữa
hệ thống điều
khiển DCS,

PLC, YOUR. )

( Quản lý kỹ
thuật &, bảo
dưỡng sửa chữa
thiết bị đo lư
ờng: áp suất,
nhiệt độ, lưu lư
ợng..vv)

( Quản lý kỹ
thuật &, bảo
dưỡng sửa chữa
thiết bị trường,
cơ cấu chấp
hành )

(Đi ca sửa chữa
thiết bị thuộc
phạm vi quản
lý của phân xư
ởng)

Tổ thiết bị
thông tin
liên lạc
( Quản lý kỹ
thuật & Vận
hành, bảo dư
ỡng sửa chữa

hệ thống thiết
bị thông tin )

Tổ thí
nghiệm
điện
( Quản lý kỹ
thuật bảo dư
ỡng sửa chữa
hệ thống
RƠLE và thiết
bị điện )

Tổ thiết bị
điện lạnh
( Quản lý kỹ
thuật & Vận
hành, bảo dư
ỡng sửa chữa
hệ thống thiết
bị điện lạnh )

- 9 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

III. sơ đồ tổng quan va chu trình nhiệt tổ máy 300MW

1. Chu trình nhiệt chính của nhà máy

- 10 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

Chu trình nhiệt ở nhà máy nhiệt điện là một chu trình khép kín của hơi và nớc. Hơi nớc sau khi đợc sinh công ở tầng cánh cuối Turbine hạ áp đợc đi xuống bình ngng.
Hơi đi vào trong bình ngng sẽ đợc trao đổi nhiệt với hệ thống nớc tuần hoàn đi trong
các ống sẽ làm cho hơi trong bình ngng tụ lại thành nớc.
Nớc sau khi ra khỏi bình ngng sẽ vào đầu hút bơm ngng và bơm ngng bơm lên khử
khí qua gia nhiệt hạ áp. Nớc qua gia nhiệt hạ áp sẽ đợc gia nhiệt bằng hơi từ cửa trích
Turbine hạ áp và nhiệt độ của nớc tăng lên.
Nớc sau khi qua các bình gia nhiệt hạ áp sẽ đợc đa đến bình khử khí. ở bình khử khí nớc sẽ đợc khử các tạp khí có ảnh hởng đến sự phá huỷ và ăn mòn kim loại.
Sau khi nớc qua bình khử khí sẽ đến đầu hút bơm cấp.
Nớc sau khi qua khử khí sẽ đi qua gia nhiệt cao áp ở đây nớc đợc gia nhiệt một lần nữa
để tăng nhiệt độ bằng hơi lấy từ turbine cao áp.
Sau khi đi qua gia nhiệt cao áp nớc đợc đi đến bộ hâm tại đây tận dụng nhiệt lợng
của khói thoát để tăng nhiệt độ nớc lên một cấp nữa để đa vào bao hơi.
Hơi và nớc vào trong bao hơi, nớc lại tiếp tục đợc đa xuống các đờng ống tờng lò để
đun chuyển tiếp từ nớc sang hơi, tiếp tục đa lên bao hơi tạo thành hơi bão hoà khô.
Hơi bão hoà khô này lại tiếp tục đợc đa sang bộ quá nhiệt (các bộ quá nhiệt tận dụng
lợng nhiệt của khói thải) tạo thành hơi quá nhiệt đa sang Turbine cao áp để sinh công quay
Turbine.
Hơi sau khi sinh công ở Turbine cao áp, hơi đợc đa trở về lò hơi qua đờng tái nhiệt
lạnh. Tại lò hơi, hơi đợc gia nhiệt đảm bảo nhiệt độ và áp suất sẽ đợc đa đến Turbine trung
áp theo đờng tái nhiệt nóng, sau khi sinh công tại Turbine trung áp hơi tiếp tục đợc đa đến
Turbine hạ áp để sinh công và sau khi sinh công hơi thoát về bình ngng.

Turbine đợc nối đồng trục với máy phát điện, khi Turbine quay máy phát cũng quay
theo và tạo ra điện năng.
Sơ đồ trên là sơ đồ chu trình nhiệt tổng quan, trên màn hình giao diện vận hành sơ đồ
chu trình nhiệt của tổ máy 300MW nhà máy điện Uông bí mở rộng:

- 11 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

IV. các hình thức đo lờng
- Khái niệm: Đo là sự so sánh của vật muốn đo với đơn vị đo và kết quả chỉ ra bằng số.
- Mục đích ý nghĩa của đo lờng nhiệt.
Trong các nhà máy điện, việc sử dụng các thiết bị đo lờng nhiệt có ý nghĩa rất quan
trọng, để đánh giá quá trình sản xuất, nâng cao năng suất lao động, đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị vận hành đòi hỏi công tác đo lờng nhiệt phải liên tục, nhanh chóng, chính xác
các đại lợng nh : Nhiệt độ, áp suất, lu lợng và mức nớc.
1. Phân loại thiết bị đo lờng
1.1. Đo nhiệt độ.
+ Có bốn phơng pháp đo nhiệt độ dựa trên các đặc điểm vật lý sau:
- Sự giãn nở của vật liệu theo nhiệt độ tạo ra sự thay đổi về chiều dài, thể tích hay áp
suất, đợc áp dụng trong các loại nhiệt kế thuỷ ngân.
- Sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ, đợc sử dụng trong các nhiệt điện trở.
- Sự thay đổi nhiệt độ ở điểm tiếp xúc giữa hai kim loại khác nhau, đợc dùng trong
cặp nhiệt điện.
- Sự thay đổi năng lợng phát ra theo nhiệt độ, đợc sử dụng trong cảm biến quang.
+ Đơn vị và thang đo nhiệt độ:
- Ký hiệu nhiệt độ theo thang Celsius là t và đơn vị là oC.
- Ký hiệu nhiệt độ theo thang Kelvin là T và đơn vị là oK

Quan hệ giữa thang Celsius và thang Kelvin nh sau:
T (oK) = t(oC) + 273,15
- Ký hiệu nhiệt độ theo thang Fahrenheit là t và đơn vị là oF
Quan hệ giữa thang Celsius và thang Fahrenheit nh sau:
Để đổi nhiệt độ Fahrenheit sang độ Celsius hoặc độ bách phân: Trừ 32 và nhân với 5/9.
Để đổi nhiệt độ Celsius hoặc độ bách phân sang Fahrenheit: Nhân với 9/5 và cộng 32.
1.2. Đo áp suất
* Đơn vị đo áp suất:
Đơn vị đo áp suất tiêu chuẩn theo công thức:
P=

F

S

;

(N)
m2

Đợc xác định bằng đơn vị lực phân bố đều theo phơng vuông góc với bề mặt chia cho
đơn vị diện tích.
Đơn vị đo áp suất tiêu chuẩn (hệ SI) là Pascal ký hiệu là Pa.
Pascal là áp suất gây lên bởi một lực giá trị 1N trên diện tích 1 m2 .

- 12 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

Các đơn vị bội là:
1 MPa = 1000 KPa
1 KPa = 1000 Pa
Ngoài ra, trong kỹ thuật ngời ta còn sử dụng một số đơn vị khác nh:
PSI (Pound per Square Inch); in. H2O; mm H2O; mm Hg.
Các bảng dới đây cho biết mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất:
Đơn vị
Pa(N/m2)
bar
at
Tor (mmHg)
2
-5
-5
Pa(N/m )
1
10
750.10-5
1,02.10
bar
105
1
750
1,02
4
at
9,81.10
0,981

1
735,56
-3
-3
Tor (mmHg) 133,322
1,33.10
1,359.10
1
3
-2
-1
mH2O
9,81.10
9,81.10
10
73,556

mH2O
1,02.10- 4
10,2
10
13,59.10-3
1

Inch.H2O ( at 39oC )
Convert unit
(Đơn vị quy đổi)
in. H2O
in. H2O
in. H2O

in. H2O
in. H2O
in. H2O
in. H2O

To
mbar
Torr
mtorr
Pa
KPa
PSI
cm. H2O ( at 4oC )

PSI (Pound per Square Inch) 1Trọng lợng/ in2
Covert unit
To
(Đơn vị quy đổi)
PSI
mbar
PSI
Torr
PSI
mtorr
PSI
Pa
PSI
KPa
PSI
cm. H2O ( at 39oC )

PSI
in.H2O ( at 39oC )

Multiply in. H2O by
(Từ in.H2O chuyển sang)
2.491
1.8683
1868.3
249.1
0.2491
3.6127*10-2
2.54

Multiply PSI by
(Từ PSI chuyển sang)
68.947
51.715
51715
6894.7
6.8947
70.308
51.715

* Có thể phân loại các dụng cụ đo áp suất theo 3 căn cứ chính là:
+ Theo dạng áp suất:
- áp suất khí quyển (dùng khí áp kế Ba- rô -mét).

- 13 -

đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

- áp suất tuyệt đối (dùng áp kế và khí áp kế Ba- rô -mét ).
- áp suất d (dùng áp kế).
- áp kế thiếu hoặc chân không (dùng chân không kế, áp kế chân không)
- áp suất hiện sử dụng áp suất hiệu số.
+ Phân loại theo nguyên lý hoạt động.
- Dụng cụ đo kiểu lò xo.
- Dụng cụ đo kiểu píttông.
- Dụng cụ đo kiểu chất lỏng.
- Dụng cụ đo kiểu nguyên lý điện.
- Dụng cụ đo kiểu liên hợp.
+ Phân loại dụng cụ đo theo cấp chính xác.
Tất cả các dụng cụ đo áp suất ứng với các sử dụng khác nhau đợc phân loại theo cấp
chính xác. Cấp chính xác của dụng cụ đo đợc ký hiệu bằng số thập phân tơng ứng với độ lớn
của sai số giới hạn cho phép biểu thị theo phần trăm giá trị đo lớn nhất của dụng cụ đo.
Ví dụ: áp kế chính xác kiểu 2,5 phạm vi đo là 100 at thì giá trị sai số lớn nhất cho
phép là 2,5 at.
Cấp chính xác của dụng cụ đo áp suất đợc quy định nh sau:
Thiết bị của Nga: 0,0005; 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,16; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 1,0; 1,6;
2,5; 4; 6.
Thiết bị của Đức: 0,0005; 0,005; 0.01; 0,02; 0,05; 0,10; 0,02; 0,60; 1,00; 1,60; 2,00;
2,50; 4,00; 6,00
1.3. Đo mức:
Hiện nay, phép đo mức đợc thực hiện nhiều trong lĩnh vực công nghiệp theo nguyên
tắc hoạt động khác nhau, nhng thờng phổ biến nhất là phép đo mức bằng cột nớc thuỷ tĩnh,
cảm biến điện.
* Đơn vị đo mức nớc: Đơn vị đo mức nớc là đơn vị đo chiều dài.

- Phạm vi đo hẹp giới hạn từ ( 0 ữ 100 mm ) hay ( 0 ữ 450 mm )
- Phạm vi đo rộng giới hạn từ ( 0,5 ữ 20 m )
* Các phơng pháp đo mức.
+ Đo mức bằng ống thuỷ:
- ống thuỷ thấp áp
- ống thuỷ cao áp
+ Đo mức kiểu phao:
- Phạm vi hẹp
- Phạm vi rộng
- Đo mức bằng cách đo áp suất thuỷ tĩnh.

- Đo mức bằng phơng pháp điện dung.
- Đo mức bằng sóng siêu âm.
- Đo mức bằng phơng pháp gián tiếp.

- 14 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

1.4. Đo lu lợng.
Một trong các tham số quan trọng của quá trình công nghệ là đo lu lợng các chất
chảy qua ống dẫn trong một đơn vị thời gian. Muốn nâng cao chất lợng sản phẩm và hiệu
quả của hệ thống điều khiển tự động, các quá trình công nghệ cần phải đo đợc chính xác thể
tích và lu lợng các chất.
Do đó việc đo lu lợng là một phần thiết yếu trong quá trình công nghệ và các ngành
công nghiệp.
+ Đơn vị đo lu lợng.

Đơn vị đo lu lợng là đơn vị đo dẫn suất thờng hay sử dụng là: Kg/s; Kg/h ; T/h ;
lít/phút ; m3/s ; m3/h
+ Các phơng pháp đo lu lợng đợc ứng dụng trong công nghiệp:
- Đo lu lợng theo tốc độ trung bình.
- Đo lu lợng theo độ giảm áp biến thiên.
- Đo lu lợng bằng tần số dòng xoáy.
- Đo lu lợng bằng phơng pháp siêu âm.
- Đo lu lợng bằng cảm ứng điện từ.
- Đo lu lợng bằng nghẽn tiêu chuẩn ( hay nguyên lý thay đổi độ giảm áp suất ).
- Đo lu lợng chất rắn bằng các loại cân băng tải.
1.5. Một số dạng đo lờng khác.
- Đo nồng độ pH.
- Đo tỷ trọng.
- Đo nồng Silica.
- Đo CO2 và O2 trong khói.
- Đo điện dẫn.
- Đo tốc độ máy phát.
- Đo độ rung gối trục turbin máy phát.
- Đo cong, di trục turbin máy phát.
- Đo giãn nở Xi lanh cao, hạ áp.
2. Nguyên lý làm việc thiết bị đo lờng
2.1. Cảm biến thông minh.
2.1.1. Khái niệm về cảm biến thông minh.
Kỹ thuật đo lờng và điều khiển tự động hiện đại ngày nay có những tiến bộ vợt bậc
nhờ việc sử dụng kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý và vi điều khiển. Để thực hiện đợc các đặc tính
mới cho dụng cụ đo nh tự động chọn thang đo, tự động xử lý thông tin đo, tự động bù sai
số... Ngời ta phải sử dụng các bộ vi xử lý hay vi điều khiển kết hợp với các loại cảm biến
khác nhau gọi là cảm biến thông minh.
Trong hệ thống thông tin đo lờng và điều khiển, các loại dụng cụ đo, cảm biến làm
nhiệm vụ biến đổi đại lợng đo thành đại lợng điện. Đây là khâu cơ bản nhất quyết định sai

- 15 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

số của hệ thống đo hay dụng cụ đo bởi vì sai số của các loại cảm biến phụ thuộc chủ yếu
vào nguyên lý cấu tạo của cảm biến ( dựa trên các hiệu ứng vật lý) ta gọi là sai số ph ơng
pháp, ngoài ra các yếu tố khách quan nh nhiệt độ, độ ẩm của môi trờng, chế độ làm việc của
cảm biến cũng ảnh hởng đáng kể đến độ chính xác của dụng cụ đo và hệ thống đo. Vì vậy
để nâng cao độ chính xác của phép đo, trớc tiên ta phải cải tiến các đặc tính kỹ thuật của
cảm biến. Điều này chỉ có thể thực hiện đợc nếu ta biết áp dụng công nghệ của điện tử và
tin học.
Nhờ tính năng cao của mạch vi xử lý, các nhà kỹ thuật đo lờng đã đa ra đợc nhiều biện
pháp, nhiều phơng pháp đo để đa năng hoá các cảm biến, đa ra nhiều biện pháp xử lý để
nâng cao độ chính xác, khả năng thông tin, tăng độ tác động nhanh, nâng cao tính ổn định,
độ tuyến tính, hạn chế đến loại bỏ các yếu tố ảnh hởng đến độ chính xác của dụng cụ đo
cũng nh hệ thống đo.
2.1.2. Các u điểm của cảm biến thông minh.
Cảm biến thông minh có thể thực hiện đợc các chức năng mới mà cảm biến thờng không
thể thực hiện đợc đó là:
- Chức năng thu thập số liệu từ nhiều đại lợng đo khác nhau với các khoảng cách đo
khác nhau.
- Chức năng chơng trình hoá quá trình đo, tức là đo theo chơng trình đã định sẵn (có thể
thay đổi bằng thiết bị lập trình).
- Có thể gia công sơ bộ kết quả đo theo các thuật toán đã định sẵn.
- Tiến hành tính toán đa ra kết quả đo khi thực hiện các phép đo gián tiếp.
- Hiệu chỉnh sai số của phép đo.

- Bù các kết quả đo bị sai lệch do ảnh hởng của sự biến động môi trờng nh nhiệt độ, độ
ẩm...
- Tự động chọn thang đo.
- Mã hoá tín hiệu đo.
- Ghép nối với các thiết bị ngoại vi.
- Giao tiếp với bus trờng.
- Sử dụng vi xử lý có thể thực hiện đợc các phép tính nh : Cộng, trừ, nhân, chia, tích
phân, vi phân, phép tuyến tính hoá đặc tính phi tuyến của cảm biến, điều khiển quá trình
đo, điều khiển sự làm việc của các khâu khác nh: Chuyển đổi A/D , các bộ dồn kênh Mux ...
- Sử dụng vi xử lý có khả năng phát hiện những vị trí hỏng hóc trong thiết bị đo và đ a ra
các thông tin về chúng nh cài đặt chơng trình kiểm tra và chuẩn đoán kỹ thuật về sự làm
việc của thiết bị đo.

- 16 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

2.2. Đo nhiệt độ .
2.2.1. Nguyên lý của nhiệt kế nhiệt điện
Bộ biến đổi nhiệt điện là một mạch gồm hai thanh dẫn A và B. Chỗ nối giữa hai thanh
kim loại 1 và 2 đợc hàn với nhau. Leebek đã chứng minh rằng, nếu nhiệt độ các mối hàn t
và t0 khác nhau thì trong mạch khép kín có một dòng điện chạy qua. Chiều của dòng điện
phụ thuộc vào nhiệt độ tơng ứng của mối hàn, nghĩa là nếu t > t 0 thì dòng điện chạy theo hớng ngợc lại. Nếu để hở một đầu thì giữa hai cực xuất hiện một Sđđ tổng.
t0
Khi hai mối hàn có cùng nhiệt độ, ví dụ bằng t0 thì Sđđ tổng:
EAB = eAB(t0) + eBA(t0) = 0
2

Từ đó ta rút ra:
eAB(t0) = - eBA(t0)
Khi t0 và t khác nhau thì Sđđ tổng:
EAB = eAB(t) + eBA(t0)
hay EAB = eAB(t) - eAB(t0) (4-1)

A

B
1
t

Phơng trình (4-1) là phơng trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu, nghĩa là Sđđ phụ thuộc vào
hiệu số nhiệt độ của mạch vòng t và t0 .
2.2.2. Bộ biến đổi nhiệt điện trở.
Đo nhiệt độ bằng bộ biến đổi nhiệt điện trở dựa trên
cơ sở là điện trở của kim loại hay bán dẫn thay đổi khi nhiệt
độ thay đổi. Nếu ta biết trớc sự thay đổi của điện trở R(t) của
bộ biến đổi và nhiệt độ R(t) = f(t) thì đo R(t) ta có thể xác
định nhiệt độ môi trờng.
Cấu trúc của nhiệt kế biến đổi nhiệt điện trở cho trên
hình vẽ : Dây dẫn mỏng (1) bằng Platin hay đồng đợc cuốn
chập đôi trên lõi (2) bằng sứ, mica, thạch anh hay thuỷ tinh.
Việc cuốn chập đôi để loại trừ điện cảm, sau khi cuốn các
dây Platin không cách điện với lõi mà ngời ta phủ một lớp
mica. Chiều dài phần lõi cuốn dây Platin từ 50ữ 100mm, còn
đối với dây đồng bằng 40mm, vỏ bảo vệ đặt trong vỏ nhôm
(3). Để tạo sự truyền nhiệt từ môi trờng cho đến phần cuốn
dây và vỏ bảo vệ (3) ngời ta đặt chúng vào phiến kim loại (4)
hay ống lót bằng kim loại dày. Vỏ (3) và tất cả các dây điện

trở đợc đặt trong vỏ kín (5) và đặt vào môi trờng đo nhờ

8

7
9
6

5

4
- 17 - 3
2
1


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

bulông giữ (6), vỏ ngoài đợc nối tới đầu (8) có đặt các cực
nối (7) có vít giữ các dây dẫn đa qua chuỗi cách điện (9).

*. Đặc tính của bộ biến đổi có thể biểu diến bằng hàm truyền :
ở đây K là hệ số biến đổi, T, hằng số thời gian trễ. Giá trị T, phụ thuộc vào kích thớc
vỏ bảo vệ vật liệu làm ra chúng, nhiệt dung của các phần tử đa vào trong vỏ và ngay cả điều
kiện trao đổi nhiệt.
Ví dụ : Khi nhiệt độ từ 30 ữ 100oC trong bể nớc đối với bộ biến đổi có
vỏ bọc bằng thép thì = 8s và T = 120s, với vỏ bọc bằng đồng = 3s và T =33s.
Các bộ biến đổi dùng điện trở bán dẫn đo đợc nhiệt độ từ 100 ữ 300oC vật liệu là Ôxít

8
Magiê, Côban, Mangan, Titan, Đồng và tinh thể Silic.
Ưu điểm của nhiệt điện trở bán dẫn là có hệ số nhiệt điện trở âm lớn. Khi tăng nhiệt
độ của bán dẫn lên 1oC điện trở của nó giảm 3 ữ 5% cho nên nó rất nhạy cảm với sự thay
đổi của nhiệt độ. Ngoài ra, nó có điện trở suất lớn cho nên với một kích thớc nhỏ nó có điện
7
trở đáng kể (từ một vài đến vài trăm ). Điều đó cho phép không cần6 phải chú ý đến
5
điện trở dây nối và các phần tử sơ đồ đo. Do vậy, với kích thớc nhỏ bộ biến đổi nhiệt điện
9
trở bán dẫn có thể đo nhiệt độ không quán tính.
2.2.3. Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện
Các yêu cầu đối với vật liệu làm điện cực nhiệt và
các thiết bị biến đổi. Đồng nhất và có sự phụ thuộc của
Sđđ nhiệt vào nhiệt độ gần tuyến tính, chịu đợc nhiệt độ,
4
có độ bền cơ học ở nhiệt độ cao. Độ bền hoá học, tính
đồng nhất của vật liệu dọc theo chiều dài. Để đảm bảo
3
tránh h hỏng cơ học và ảnh hởng bất ngờ của đối tợng

- 18 2
1


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

đo, các điện cực nhiệt đợc đặt trong vỏ thép bảo vệ.

Hình vẽ: Ngời ta đặt điện cực (3) trong vỏ bảo
vệ(1) có cách điện (4) mối hàn(2) tiếp xúc với đáy vỏ
bảo vệ hay có thể cách ly bằng sứ. Dây dẫn nối dài (7) đợc nối với điện cực ở đầu nối (8) vít (6) trên phích cắm
(5). Vỏ bảo vệ đợc giữ chắc và đa vào đối tợng đo, giữ
chặt bằng Bulong (9). để đảm bảo tiếp xúc chắc chắn
mối hàn (2) thực hiện bằng máy hàn hơi, vỏ bảo vệ có
dạng hình trụ hay hình côn bằng vật liệu không thấm
khí, có đờng kính 15 ữ 25mm và có chiều dài tuỳ thuộc
vào yêu cầu của đối tợng đo từ 100mm ữ 3000mm, vật
liệu làm vỏ bảo vệ là các loại thép khác nhau. Đối với
nhiệt độ cao, vỏ bảo vệ có thể bằng thạch anh hay gốm.
2.2.4. Đặc tính của các loại cặp nhiệt.
- Liên xô thờng chế tạo các loại cặp nhiệt sau:
+ Đồng Kopen Ký hiệu là M
+ Sắt Kopen Ký hiệu là
+ Crôm Nhôm Ký hiệu là XA
- Cặp nhiệt Crôm - Nhôm đo đợc nhiệt độ từ 0 ữ 9000C có thể đo nhanh tới 13000C có u
điểm là không bị ôxy hoá nhng không bền trong môi trờng có S, Ôxit lu huỳnh hoặc
Sunfua- Hyđrô.
- Crôm Côpen đo đợc nhiệt độ từ 0 ữ 6000C có thể đo ngắn tới 8000C, không bền
trong môi trờng ôxy hoá, suất điện động phát ra lớn nhng phạm vi đo thấp.
- Platin Platinrôđi ký hiệu : Đo đợc nhiệt độ từ 0 ữ 13000C có thể đo ngắn tới
16000C, khó bị ôxy hoá, đặc tính ổn định trong thời gian dài, thờng đợc chế tạo thành cặp
nhiệt tiêu chuẩn.

Bảng dới đây trình bày các loại cặp nhiệt do Liên xô chế tạo:
Số
Thành phần
Mã hiệu Đo lâu dài
Đo ngắn

E(1000)mV
TT
hạn
0
1
Platin Platinrôđi
1300 C
16000C
0,64

0
0
2 Crôm Nhôm
XA
900 C
1300 C
4,1
0
0
3 Crôm Kopen
600 C
800 C
6,95
X
0
0
4
Sắt Kopen
600 C
800 C

5,37

0
0
5 Đồng Kopen
350 C
500 C
4,75
M

- 19 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

Bảng dới đây liệt kê các loại cặp nhiệt tiêu chuẩn quốc tế IEC 584-3:
Thành phần
Kiểu
Đo
Đo
Dây dơng
Dây âm
liên tục ngắn hạn
(+)
(-)
0
0
PtRh10% - Pt 13%

S
1400 C
1772 C
Cam
Trắng
PtRh30% - PtRh6%
B
15000C
18100C
Xám
Trắng
0
0
NICr
- Ni
K
1260 C
1350 C
Xanh lá cây
Trắng
0
0
Cu
- CuNi
T
300 C
371 C
Nâu
Trắng
0

0
Fe
- CuNi
J
760 C
1299 C
Đen
Trắng
NICr
- CuNi
E
8710C
10000C
Tím
Trắng
0
0
NICRSi - NiSi
N
1200 C
1300 C
Hồng
Trắng
2. 3. Đo áp suất.
2. 3.1. Giới thiệu chung.
Việc đo áp suất của khí, chất lỏng là công việc cần thiết bắt buộc trong thiết bị, máy
móc cơ khí, các dây chuyền sản xuất ...Trớc đây, ngời ta dùng các loại cảm biến áp suất
hoàn toàn bằng cơ học. Hiện nay và trong tơng lai, ngời ta đã phát triển các loại cảm biến áp
suất với vật liệu bán dẫn rẻ tiền hơn, bền hơn, chính xác hơn cho các công việc kiểm soát và
điều khiển từ xa, công việc tự động hoá trong toàn bộ hệ thống máy móc, dây chuyền sản

xuất của nhà máy. Một số lớn các cảm biến áp suất hiện nay đợc chế tạo từ vật liệu Silic với
hiệu ứng điện trở áp điện. Khác với các loại thiết bị đo áp suất cơ học dùng lò xo và kim chỉ
trực tiếp qua hệ thống truyền cơ học, các loại cảm biến áp suất bán dẫn biến đại lợng vật lý
là áp suất thành tín hiệu điện. Trong hầu hết các cảm biến áp suất đều có một phần tử biến
đổi trị số đầu đo từ năng lợng cơ học thành năng lợng điện gắn trên một màng đàn hồi.
Màng đàn hồi này có thể đợc chế tạo với vật liệu kim loại, silic, hay gốm....
Hình dới cho ta cấu trúc, nguyên tắc của biến áp đo áp suất: (a) màng đàn hồi bị uốn
cong bởi áp suất (b) và (c) cấu trúc, nguyên tắc của cảm biến áp suất tuyệt đối và hiệu áp.
a,

F

Màng mỏng
màng mỏng

b,

cảm biến
P1
áp
c, suất cần đo
áp suất
cần đo P1

Chân không hay
không khí bảo vệ
áp suất
cần đo P2

- 20 -

đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

2.3.2. Cấu tạo nguyên lý làm việc của đồng hồ đo áp suất kiểu lò xo đơn.
Cấu tạo chính của áp kế này là một lò xo vòng làm bằng đồng thau hoặc thép, đầu tự
do gắn với tay đòn và bánh răng rẻ quạt để khuếch đại góc quay của kim.
Phạm vi đo của áp kế lò xo là 0,3 ữ 1000 Kg/cm2. Những áp kế đo áp suất thấp thì
dùng ống lò xo bằng đồng thau và những áp kế đo áp suất cao thì dùng ống lò xo bằng thép.
Đầu tự do của ống lò xo có thể di chuyển nhiều nhất là 8 mm cấp chính xác đạt từ 1 ữ 4
áp kế này có hai loại: Loại dùng răng khía để khuếch đại chuyển động của kim chỉ
quay đợc 270 0, loại này nhạy nhng không bền và không chịu đợc chấn động. Loại làm bằng
đòn bẩy chỉ làm kim quay đợc 900 nhng bền thích hợp với nơi có chấn động.
áp kế lò xo vòng đơn thờng dùng chỉ thị, Liên xô trớc đây sản xuất các loại nh: ,
, dùng cho vận hành, dùng để kiểm tra và dùng làm đồng hồ mẫu.

P

áp kế chữ U là áp kế chất lỏng 2 nhánh
có kết cấu đơn giản đợc dùng để đo áp suất d
lò xo
ốnglàvòng
hay hiệu áp. áp
Kếtkếcấu
thờng
một đơn
ống thuỷ tinh áp kế lòexo vòng đơn
có quạt răng khía

dùng đòn
e bẩy
đờng kính trong = 6 ữ 8 mm có chiều dài cần

thiết lớn hơn hai lần áp suất cần đo khoảng 10 ữ
2.3.3. áp kế chữ U.
20% và tiết diện không đổi theo chiều dài và
ống đợc uốn cong theo dạng chữ U trên đó có
đặt thang đo và dây dọi.

h1

E
e
c

P

td

1

kq

f
2

h2
h

d

- 21 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

Trớc khi đo, đổ chất lỏng công tác vào trong ống sao cho mực chất lỏng ở hai nhánh
trùng với điểm 0 của thang đo.
Cần chú ý: Chất lỏng công tác dính ớt hay không dính ớt thuỷ tinh, tuỳ thông số và
cách lắp, ta có thể đo đợc áp xuất d, hiệu áp hay chân không.
Giả sử, ống bên có áp suất tuyệt đối Ptd mức chất lỏng trong ống này này hạ xuống
một khoảng h1, nhánh bên phải chịu áp suất khí quyển nhỏ hơn so với áp tuyệt đối Ptd, mức
chất lỏng dâng lên một khoảng h2 so với điểm 0, sau đó hệ thống cân bằng.

áp suất tác dụng lên tiết diện ống ở bên trái và bên
phải của các mặt ef và cd là nh nhau.Nó bằng tổng P tác
dụng trên bề mặt chất lỏng ở mỗi ống và áp suất cột chất
lỏng nằm giữa các mặt cắt cd và ef của mỗi nhánh ống ta có
phơng trình: Ptd + (h1 + h) = Pkq + (h1+h2) 1
Từ đó, ta rút ra phơng trình tổng quát của áp kế chữ U là:
Pd = Ptd Pkq = ( h1 + h2 ) (1 2)

chất
lỏng
dính ướt

chất

lỏng
không
dính ướt

Trong đó: Ptd là áp suất tuyệt đối cần đo.
Pkq là áp suất khí quyển.
h1, h2 là đoạn dịch chuyển của chất lỏng công tác.
1 là trọng lợng riêng của chất lỏng công tác.
2 là trọng lợng riêng của mỗi chất cần đo.

- 22 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

Tiết diện ống chữ U không ảnh hởng đến kết quả đo vì số 0 đặt ở mức cân bằng giữa
thớc đo nên muốn có h ta phải đọc h1, h2 rồi cộng lại, không nên đọc h1 rồi lấy h = 2 h1 hoặc
đọc h2 rồi lại h = 2 h2. Vì làm nh vậy dễ mắc phải sai số do thớc chia không chính
xác.
2.4. Đo mức.
2.4.1. Đo mức bằng ống thuỷ.
Đây là phơng pháp khá đơn giản, khá chính xác dựa trên
nguyên lý bình thông nhau. Nhờ ống thuỷ tinh trong suốt
nên có thể nhìn rõ mức chất lỏng ( bề mặt phân cách) và
đọc trực tiếp số chỉ trên thớc đo độ.
+ ống thuỷ thấp áp:Kết cấu là một ống thuỷ tinh
dựa trên một gía bên cạnh có thớc chia độ, dài không quá
0,8m, trờng hợp đặc biệt cho phép quá 1,5m nhng loại

này chỉ đo mức bình hở hay có áp suất thấp.
+ ống thuỷ cao áp: Kết cấu là một khung kẹp giữa
một hay hai tấm thuỷ tinh chịu áp phía sau có đặt nguồn
sáng cho dễ đọc, thớc chia độ đặt bên cạnh, loại ống này
không đợc dài hơn 0,35 m.

2.4.2 Đo mức bằng phơng pháp gián tiếp
Đây là phơng pháp biến đổi đại lợng không điện thành điện để đo mức.
+ Thiết bị lấy mẫu
Mặt cắt thiết bị lấy mẫu đo mức bao hơi lò K20 là bình cân bằng 3.50.50-570-01
(CT20)
Phơng pháp tính toán của thiết bị lấy mẫu viết cho mặt cắt AB nh sau.

H

h

L
n

n

H

- 23 -

+


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

- Trạng thái tĩnh:
P = P+ P- = Ln - [ Hn + (L H) h] = ( L H) (n - h)
Do ống xung âm nằm trong lòng ống dơng, gần bao hơi và bảo ôn kỹ nên coi n= n
- Trạng thái động:
P = Ln' - [ Hn + (L H) h H(n - h)]
Coi n = n P = (L H H) (n - h)
Coi h << ... n P = (L H H) n
Trong đó: p chênh áp cột nớc (+) và (-)
L mức nớc từ cao nhất và thấp nhất.
H mức nớc thực tế bao hơi.
H là biến thiên mức nớc tức thời.
n, h là tỷ trọng của nớc và hơi ở áp suất và nhiệt độ tính toán của bao hơi.
Từ phơng trình cân bằng ở trạng thái tĩnh với khoảng cách L đã biết, n, h tra bảng I
d theo áp suất và nhiệt độ tính toán của bao hơi, ở mức ổn định H = 0, ta sẽ lần
lợt tính toán đợc các trị số P cho các giá trị khác nhau của H.
Với thang đo 1 chiều:
H

[0

20

40

Pmax
Pmax

50

60

80

Pmax/2

100 ] % L
0

P

Pmax/2

0

50%

100%

H

Với thang đo hai chiều:

- 24 -


đồ án tốt nghiệp

SV: trần văn hải

H

-L/2

0

+L/2

P

Pmax

Pmax/2

0

P
Pmax

-L/2

0

H

+L/2

Từ phơng trình trên sau khi tính toán đợc Pmax dựa trên quan hệ P / Pmax =

H/Hmax ta lần lợt xác định đợc các giá trị của P.
Từ đó, ta kiểm tra đợc đồng hồ đo mức ở cả hai phía tăng và giảm. Sai số và biến sai phải
nhỏ hơn cho phép. Với hợp bộ, sai số hợp bộ bằng tổng đại số các sai số thành phần.
+ Với kiểu lấy mẫu này thì độ chênh áp P sẽ bị ảnh hởng bởi sự thay đổi của n mà
n lại phụ thuộc vào áp suất bao hơi. Vì vậy nó sẽ gây ra sai số cho phép đo mức n ớc bao hơi
trong giai đoạn khởi động đốt lò (giai đoạn cha ổn định áp suất trong bao hơi).
Để khắc phục nhợc điểm này ngời ta đã cải tiến phơng pháp lấy mẫu mức nớc bao
hơi theo sơ đồ khác.
VD *. Hệ thống lấy mẫu mức nớc bao hơi theo kiểu hỗn hợp
P = [(H + h1) n + h2n ] - [Hn + (h1+ h2) h]
= (H + h1) n - (H h2) n - (h1- h2) h

h

'

h
n

P

h2 L
h1

n

'

H

n

- 25 P-

P

+