Khí nén và thủy lực trần thế san, trần thị kim lang

T H Ư V IỆ N
ĐẠI HỌC NHA TRANG

ẦN THẾ SAN - TRẦN THỊ KIM LANG
HỌC Sư PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ CHÍ MINH

NÉN


TRẦN THẾ SAN - TRAN t h ị k i m l a n g
TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHÍ NÉN
, và
THỦY Lực

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT


KHÍ NÉN VÀ THỦY

Lực

TRẦN THẾ SAN - TRẦN THỊ KIM LANG

C h ịu tr á c h n h iệ m x u ấ t b ả n : TS.PHẠM V Ă N DIỄN
B iên t ậ p

: TRƯƠNG Q U A N G H Ù N G

V ẽ b ìa

: KHÁNH THÀNH

K ỷ t h u ậ t vi tín h

: KHÁNH THÀNH

Liên k ế t x u ấ t b ả n
C .TY V Ă N H Ó A

TRÍ DÂN -

NS.

NGUYỄN TRẢI

9 6 /7 D u y T â n - p . 1 5 - Q. P hú N h u ậ n - Tp. H C M
ĐT: 08 39901846 - Fax: 08 39971765

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
70 TRẦN HƯNG ĐẠO - HÀ NỘI

In 1000 cu ố n khổ (lố X 24 Cm) tợ i xưởng
c ty c ổ ph â n văn h ó a V ợn Xuân.
Theo số đ ã n g kí 294
2
- 009/CXB/05
NXBKHKT c â p n g à y
13-4-2009. Inxong nộp lưu chiểu quí 2 năm 2009

-


/ j / '/ s ư '/
i ru khiến tự dộng các may móc ca qua trình sán Xíiât công nghiệp
ngay nay đã trơ thanh một bộ phận kh ổ n g t h ế thiêu trong hệ thống
sán x u ở t, nghiên cứu khổng gian, quản sự, và cả trong cuộc sống hàng
ngay. May nioc k h ổ n g thờ vận hanh một cách bán tự dộng vờ tự động
ÌÌCU không co họ thông diếu khiên.
Diều khiến tự dộng bao quát lĩnh vực rất rộng. Hơn 50 n ă m qua, hệ
thong diều k h iể n chu yếu bao gồm điểu khiến k h í nén, điểu kh iển thúy
lực, diều khiến diện - điện tủ, điều khiển lập trình với m áy tính,... Các
hệ thông này có t h ế hoạt động dộc lập, nhưng thường tích hợp với nhau.
Mỗi hệ thống dều co các ưu, nhược dicììi va p h ạ m VI ứng d ụ n g riêng, khi
tích hợp chúng sà phát huy cúc thế mạnh dặc thù, cho p h e p tăng độ
chinh xác, dô tin cậy, tính vận hành, hiệu suàt, vờ g iả m giá thành.
Khi nán va th ủ y lực là các hệ thòng được sứ d ụ n g rộng rãi trong
nhiều ngành công nghiệp, v è nguyên tấc dây là các quá trình chuyên dối
nang lượng, chuyên dộng quay thành chuyến dộng tịnh tiên và ngược lại,
thông qua lưu chát (chất công tác) lóng hoặc khí. Nguồn năng lượng
chính là m áy bơm thủy lực vờ máy nen khí, kết hợp với hệ thống dường
ô ng. ( C I C valve, các bộ cam biên, va các bộ tác dộng.
Khỉ nen va tỉiuy lực dang được ứng d ụ n g rộng rãi (ý nước ta. Các
trương dụi học kỹ thuật, trường dạy nghè,... dẻu co chương trình đào tạo
vê lĩnh vực này, nhưng dào tạo chuyên ngành về thủy lực và k h í nén
hiện nay chỉ có ớ vài trường. S ự quan tám của các nhà quán ly công
nghiệp, kỹ sư, công nhân... về hệ thông khí nén và thúy lực ngày càng
cao. Đó là nhu cầu thực tế. Mong ràng cuốn sách T h ủ y L ự c v à K h í
N é n c ỏ t i g N g h i ệ p sẽ cung cấp du thông tin cơ ban vả hữu ich vẻ thúy
lực và khí nen cho tát cá những người quan tâm đèn lĩnh vực này.

Đ

5


NGUYÊN LÝ cd BẢN
Cũ CÁU TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CÔNG NGHIỆP

Hầu h ế t các quá tr ìn h công nghiệp đòi hỏi những v ật th ể hoặc thực th ể
chuyên dịch từ vị trí này sang vị trí khác, hoặc tác dụng lực để n ắm giữ,
tao hình hoặc nén ép m ột sản phẩm nào đó. N hữ ng h o ạ t động này được
thực h iệ n nhờ cơ cấu truyền năng lượng, máy móc tru y ền động tro n g sản
xuất công nghiệp.
T rong nhiều trường hợp, cơ cấu truyền động thường sử dụng điện
nầng. C huyển động quay do các động cơ điện tạo ra. Chuyển động tịn h
tiến được chuyến đối từ chuyền động quay th ô n g qua các cơ cấu, chẳng
hạn cơ cấu tay quay - con trượt, bánh răng - th a n h răng... Đôi khi có th ể
sử dụng cuộn dây solenoid để tạo ra lực hoặc chuyển động th ẳ n g trê n
k h o án g cách ngần.
Tuy nh iên , tlìiêt bị diện không phai là phương tiện duy n h ấ t cung cấp
n ă n g lượng tru y ền động. Lưu chất trong hệ th ố n g kín (gồm cả ch ấ t lỏng
và c h ấ t khí) cùng được dùng đè truyền năng lượng từ vị trí này đến vị trí
khác, do đó có Ihế tạo ra chuyển động quay, tịn h tiến, hoặc tác dụng lực
N hững hệ th ố n g dựa tr ê n cơ sở lưu chất dùng ch ấ t lỏng làm môi ch ất
tru y ền động được gọi là hệ thống thủy lực (bắt nguồn từ tiến g Hy Lạp
hydra là nước và aulos là ống; hydraulic). N hững hệ th ố n g dựa tr ê n cơ sở
c h ấ t k h í được gọi là hệ thống khí nén (từ tiế n g Hy Lạp p n e u m n ,
pneumatics). H ầu h ế t khí thường dùng đơn giản chỉ là không khí nén.
Sự kh ác biột cơ bản giữa hệ thnpg khí n én và thùv lưc là ohât khí

(trọng lượng riên g th ấp ) có thê nén được, và c h ấ t lỏng (trọng lượng riêng
tương đối cao) không th ể nén được.
Ví dụ, hệ th ố n g khí nén có khuynh hướng h o ạ t động “linh h o ạt hơn”,
hộ th ố n g thủy lực thường gây ra tiếng ồn, mài mòn, và va đập bên trong
ống dẫn. Tuy nhiên, hệ thống thủy lực trên cơ sở c h ấ t lỏng có th ể vận
h à n h với áp su ấ t cao hơn nhiều so với hệ thống khí n én , vì thế, có th ể áp
dụng để tạo ra lực r ấ t lớn.
SO SÁNH CÁC HỆ THONG TRUYỀN Lực

Điều cần xem xét là phương pháp nâng một v ậ t n ặ n g lên k h o ản g cách
500 mm. Đây là loại h o ạ t động phố biến tro n g sả n xuất công nghiệp.
7


Hệ thống diện

Với hệ thống điện chúng ta có ba lựa chọn cơ bản: cuộn dây solenoid,
động cơ điện m ột chiều (DC), hoặc động cơ cảm ứng xoay chiều (AC).
Trong các hệ th ố n g này, cuộn solenoid tạo ra h à n h trìn h tuyến tín h m ột
cách trực tiếp nhưng thường bị giới h ạ n trong khoảng cách cực đại
100 mm.
Cả động cơ m ột chiều (DC) và xoay chiều (AC) đều là th iế t bị quay và
đầu ra cua chúng cần được chuyến đổi th à n h chuyền động th ẳ n g b ằ n g cơ
cấu cơ khí, ch ẳn g h ạ n trục vít hoặc b án h ră n g - th a n h răng. Điều này đã
được áp dụng nhiều trong sản xuất thực tế.
Việc lựa chọn động cơ phụ thuộc p h ần lớn vào yêu cầu điều k h iể n tốc
độ. Động cơ m ột chiều DC lắp với tốc k ế và được dẫn động b ằn g m ạch
điều khiên th y risto r có thê cung cấp sự điều khiển tốc độ tu y ệ t vời,
nhưng yêu cầu bảo dường cao đối với chổi điện và vành góp.
Tăng

Động cơ

30

■-j í - o

415 V

1Y

Quá tải

Giảm

(a) Mạch điện

LS1
Công tẳc giới hạn trên

LS2
Công tắc giới hạn dưới

Hình 1-1 Giải pháp điện trên cơ sở động cơ ba pha

8


D ộng cơ xoay chiều AC háu như không cần bảo dưỡng, nhưng cần
th iè t bị th ay đòi tốc độ cò định (với tốc độ được xác định báng sô cực và
tần sô nguồn). Tốc độ có thế được điều chinh b ằn g bộ điều k h iể n th ay đổi

tần số (m ạch biến tần), nhưng phải tr á n h quá n h iệ t, dù ph ần lớn các
động cơ được làm m á t bằng quạt bên trong gắn tr ê n trục động cơ. Nêu
yẻu cáu tốc độ tần g /g iam theo các giá trị xác định, động cơ xoay chiều AC
dần động kích vít có lẽ là sự lựa chọn hợp lý.
K hông loại động cơ nào dược phép ngừng quay khi tiế n đến cừ chặn
h à n h trìn h , (điều này cũng không hoàn toàn đúng; động cơ m ột chiều DC
được th iế t k ế dặc biệt, có thổ điều chính dòng điện ốn định với bộ điều
k h iể n th y risto r cùng với quạt làm m át bên ngoài, có th ê được phép ngừng
quay), vì th ê ở cuối giới hạn h àn h trìn h cần phải dừng truyền động.
Hệ th ố n g được trìn h bày trên H ìn h 1-1 gồm th iế t bị n â n g cơ khí được
dán đọng bân g động cơ xoay chiều AC, động cơ này được điều k h iến bằng
bộ khơi động đảo. T h iế t bị phụ gồm hai công tắc giới h ạ n và m ạch bảo vệ
quá tai động cơ. Không có giới hạn tai thực tế theo ti sô tru y ền giừa hộp
số/trục vít, kích thước động cơ và công suất công tắc tơ được tín h toán
chính xác.
Hệ thống thủy lực

Giải p h áp thủy lực được trìn h bày trê n H ình 1-2. Bộ tác động thủy lực
tuvên tín h phù hợp với ứng dụng nàv là piston trụ trượt, được trìn h bày
dưới d ạn g sơ đồ trê n H ìn h l-2a, gồm một piston di trượt nối trực tiếp với
trục đầu ra. Nếu lưu c h ấ t được bơm vào ông A, piston sẽ di chuyền lên và
trục sẽ đi lên; nếu lưu ch â t được bơm vào ống B, trục sẽ lùi lại T ấ t nhiên
phai phôi hợp vài phương pháp thu chất long về từ phía khô n g có áp suất
của piston.
Lực tối đa từ bộ piston - cylinder tùy thuộc vào áp su ất lưu ch ấ t và
diộn tích bề m ặ t piston. Ví dụ, áp suất ch ất lỏng 150 b a r sè tạo ra áp lực
n ân g 150 kg/cm2 diện tích piston. Vì th ế đường k ín h bề m ặ t piston 4.2
cm co thé n àn g tai đến 2000 kg.
Hộ th o n g thuy lực được trình bày trên H ình l-2b. Hệ th ô n g này cần
dòng c h ấ t long đê vận h à n h , đắt tiền và dề bị bụi bám , vì thê đường ống

phái h o ạt động theo vòng kín, chất lỏng đi từ th ù n g chứa đèn một phía
cua piston và trơ về th u n g chứa từ phía khác của piston. C h ấ t lóng được
bơm ra khỏi th ù n g chứa bằng bơm thủy lực, với lưu lượng theo yêu cầu áp
suất 150 bar. Nếu bơm liên tục, áp suất sè tă n g cao đ ến mức phá hủy hệ
th ố n g đường ống, do đó cần có th iế t bị điều áp và đưa lưu ch ấ t trở về
th ù n g chứa theo kiêu vòng kín.
H oạt động của cylinder được điều khiển b ằ n g valve chuyền đổi ba vị
trí. Đế kéo dài cylinder, cổng A được nối với đường áp su ất và cổng B nối
với th ù n g chứa. Đế đáo ngược chuyên động, cổng B được nối với đường áp
su ấ t và cống A nối với th ù n g chứa, ơ vị trí giữa, valve ngăn không cho
dòng ch ất lỏng vào cylinder (do đó giừ nguyên vị trí đó) và đóng đường
9


Cylinder

(b) Những bộ phận vật lý

Hình 1-2 Giải pháp thủy lực

ch ât long (làm cho toàn bộ c h ấ t long được bơm trở về th ù n g chứa qua bộ
điều chinh áp suất).
Có vài vấn đề cần xem xét. Thứ n h ấ t, điều k h iển tốc độ được thực
hiện b ằn g cách điều chỉnh lưu lượng th ể tích ch ấ t lỏng đ ến cylinder.
Điều k h iể n chính xác ở k h o ản g tốc độ th ấ p là m ột tro n g nh ữ n g ưu điếm
chính của hệ th ố n g thủy lực.
Thứ hai, giới h ạ n h à n h trìn h được xác định b ằn g h à n h tr ìn h cylinder,
và nói chung, cylinder thường dừng lại ở cuối h ạ n h trìn h , vì t h ế k h ô n g
cần sự bảo vệ vượt quá h à n h trìn h .
l()

Thứ ba, bơm quay bằng nguồn n ă n g lượng bên ngoài, thường sử dụng
động cơ cam ứng xoay chiều AC, bộ khới động động cơ và m ạch bảo vệ
quá tải.
T hứ tư, c h ấ t lóng cần phải r ấ t sạch, do đó bộ lọc được dùng đế loại bỏ
tạ p c h ấ t (H ình l-2b) khi chất lỏng đi từ th ù n g chứa đ ến bơm.
Điều đ á n g quan tâ m cuối cùng là ch ấ t lỏng rò rỉ ra khỏi hệ th ố n g sẽ
d ần đôn ỏ nhiẻm , trơn trượt (do đó gây nguy hiếm ) và ả n h hưởng xấu
đ ến môi trường.
Khi mới quan sát, H ình l-2b dường như quá phức tạ p so với hệ th ố n g
đ iện (H ình 1-1), nhưng nên nhớ rằ n g t ấ t cả n hữ ng chi tiế t được đóng
khu n g bèn trong đường n é t đứt ớ H ìn h 1-2 là b ìn h thường đối với th iế t bị
th ủ y lực công nghiệp, và r ấ t th ô n g dụng tro n g n h iều hệ th ố n g tru y ền lực.
Hệ thông khí nén

H ìn h 1-3 m inh họa các bộ phận của hệ th ố n g k h í nén. Bộ d ẫ n động cơ
ban vẩn là cylinder, với lực cực đại trê n trục được xác định b ằn g áp su ất
khí và diện tích bề m ặ t piston. Áp su ất vận h à n h tro n g hệ th ố n g khí n én
th ấ p hơn nhiều so với áp suất tro n g hệ th ố n g thủy lực, th ô n g thường là
10 bar, có áp lực n â n g 10 kg/cm2 diện tích piston, vì th ê cần dùng piston
đường k ính 16 cm đế n â n g 2000 kg tải trọng. Do đó, hệ th ố n g k h í n én
yêu cầu bộ d ẩn động lớn hơn hệ th ố n g thủy lực với cùng tả i trọng.
Valve p h â n phối khí đến cylinder vận h à n h tương tự hệ th ố n g thủy
lực. Sự khác biệt chính là không khí không phải mua, k h ô n g khí trở về
đơn giản là xả ra xung quanh.
Không khí được h ú t từ khí quyến qua bộ lọc khí và n é n đến áp su ất
yêu cầu b ằn g ináy n én khí (thường được d ẫn động b ằ n g động cơ xoay
chiều AC). N h iệ t độ khí sau khi nén sẽ tă n g đ án g kể. K hông k h í luôn
luôn chứa m ột lượng hơi nước đ án g kể. Trước khi sử dụng, k h ô n g khí

11


phải được làm nguội và k ết quả là tạo ra nước ngưng tụ. Vì th ế , máy nén
khí phải kèm theo bộ làm nguội và xử lý k h ô n g khí.
Do tín h nén được của không khí nên cần tích trừ m ột lượng khí nén
trong bình chứa đê đưa vào tải. Nếu không có b ìn h chứa này, sự tă n g áp
su ất theo h àm số mũ làm cho cylinder chuyền động k h ô n g ổn định. Do dó
bộ xứ lý khí được đi kèm theo bình chứa khí.
Hệ thống thủy lực cần có bộ điều chỉnh áp su ấ t để đưa c h ấ t lỏng dư
trở về th ù n g chứa, như ng bộ điều khiển áp su ấ t tro n g hệ th ố n g khí n én
thường đơn g iản hơn nhiều. Công tắc áp suất lắ p ở b ìn h chứa khí sẽ khởi
động động cơ m áy n é n khi áp su ấ t giảm xuống và dừng động cơ khi áp
su ất đ ạ t mức yêu cầu.
N hiều n h à máy sả n xuất khí nén ở một trạ m tru n g tâ m và p h ân phối
bằng đường ống đ ến các bộ p h ận sử dụng, tương tự hệ th ố n g điện, nước,
khí đốt...
So sánh

Bảng 1-1 trìn h bày các đặc điểm so sán h sơ bộ về hệ th ố n g điện, thủy
lực, và khí nén.

Bảng 1-1 So sánh hệ thống diện, thủy lực và khí nén.
Đ iện

Thủy lực

K h í nén

Nguồn năng
lượng

Nguổn bẽn ngoải

Động cơ điện,
động cơ đốt trong

Động cơ điện, động
cơ đot trong

Tích lũy
năng lượng

Hạn chế (Ăcqui)

Han chế (bô tích
lũy)

Tốt (bình chứa)

Hệ thống
phân phối

Tổn thất nhỏ

Hạn chế

Tốt

Chi phí năng
lượng

Thấp nhất

Trung bình

Cao nhất

Bộ dẫn động
quay

Động cơ AC và DC.
Điều khiển tót với
động cơ DC. Động cơ
AC rẻ.

Tốc độ thấp. Điều
khiển tốt. Có thể
dửng lại.

Phạm vi tốc độ rộng.
Khó điều khiển tốc
độ chính xác.

Bộ dần động
tuyến tỉnh

Solenoid, cơ cấu cơ
khí

Cylinder. Lực rất
cao.

Cylinder. Lực trung
bình.

Điều khiển
lực

Cuộn dây solenoid,
động cơ DC. Yéu cầu
làm nguội

Dễ điều khiển lực
cao

Dễ điều khiển lực
trung bình

Nhược điểm

Nguy hiểm, điện giật,
cháy nổ.

Nguy hiểm và dơ
bẩn vì rò rĩ. Dễ
bắt cháy.

ỏn

12


THUẬT NGỮ KỸ THUẬT

Nói chung, h iện nay chưa có hộ thống tiêu chuẩn hóa đơn vị đo tro n g
còng nghiệp. Hệ th ố n g thủy lực và khí nén sử dụng nhiều đơn vị đo khác
nhau cho cùng một đại lượng, ví dụ bar, Pascal và psi.
Tô chức tiêu chuẩn hóa quốc tê (ISO) đã đưa ra hệ đơn vị quôc tê (SI),
tuy dược sứ dụng rộng rãi nhưng vẫn chưa hoàn chinh và chưa được áp
dụng n h iề u ớ một số quốc gia (Anh, Canada, Hoa Kỳ,...)
Mọi hệ th ố n g đo lường đều yêu cầu định n ghĩa sáu đại lượng chính,
bao gồm:
• Chiều dài.
• Khối lượng.
• Thời gian.
• N h iệ t độ.
• D òng điện.
• Cường độ án h sáng.
Lĩnh vực thuy lực/khí nén quan tâm đặc b iệ t đến ba đại lượng đầu.
Các đại lượng khác (vận tốc, lực, áp suất...) có th ể được định n ghĩa dựa
vào ba đại lượng cơ bản này. Ví dụ, định nghĩa vận tốc dưới d ạn g chiều
dài/thời gian.
Hộ đơn vị đo lường Anh dùng đơn vị foot, pound và giây (được gọi là
hẹ fps). Hộ m é t cũ dùng centim ét, gram và giây (được gọi là hệ cgs) và
mét, kilogram và giây (hệ mks). Hệ mks p h á t triể n th à n h hệ S I với các
định n g h ĩa hợp lý hơn về lực và áp suất. B ảng 1-2 cung cấp hệ số chuyền
đổi giữa các đơn vị cơ bản.

Bảng 1-2 Những đơn vị cơ học cơ bản
Khối lượng
l kg = 2.2046 pound (lb) = 1000 g
L lb = 0.4536 kg
I tấ n (Anh) - 2240 lb - lOlC kg - 1.12 tấ n (US)
I ta n = 1000 kg = 2204.6 lb = 0.9842 ta n (Anh)
\ ta n (US) = 0.8929 ta n (Anh)_______________________________
Chiều dài
I m et = 3.281 foot (ft) = 1000 mm = 100 cm
l inch = 25.4 mm = 2.54 cm
I yard = 0.9144 m
T h e tick
1 lit = 0.2200 gallon (Anh) = 0.2642 gallon (US)
1 gallon (Anh) = 4.546 lit = 1.2011 gallon (US) = 0.161 ft khối
l gallon (US) = 3.785 lit = 0.8326 gallon (Anh)
1 m é t khối = 220 gallon (Anh) = 35.315 feet khối
I inch khôi = 16.387 centim et khối
13


Khối lượng và lực

Hệ th ô n g th u y lực và khí n én thường dựa vào áp su ấ t lưu chất. Trước khi
định n g h ĩa áp suất, cần phải hiểu rõ các định n g h ĩa về trọ n g lượng, khối
lượng và lực.
Đ ịnh n g h ĩa phố th ô n g về trọ n g lượng cho b iế t đây là lực p h á t sin h từ
lực h ấp d ẫn giữa khối lượng v ậ t th ể và trá i đất. Ví dụ, trọ n g lượng của
người lớn là 75 kg, có th ế hiểu là có 75 kg lực giữa người đó và m ặ t đất.
Vì th ế trọ n g lượng tùy thuộc vào lực trọ n g trường. T rên m ặ t trăn g ,
lực h ú t b ằ n g m ộ t p h ầ n sáu tr ê n m ặ t đ ất, trọ n g lượng 75 kg trê n m ặ t đ ấ t

chi còn k h o ản g 12.5 kg. Khi rơi tự do, trọ n g lượng sè b ằn g khỏng, nhưng
tro n g mọi trư ờng hợp, khối lượng luôn luôn k h ô n g đổi.
Hệ đơn vị đo lường Anh fps và hệ m é t cũ liên k ế t khối lượng và trọng
lượng (lực) b ằ n g cách xác đ ịnh đơn vị lực là lực h ấ p d ẫn khối lượng đơn vị
tại bề m ặ t tr á i đất. Vì t h ế chúng ta có khối lượng được định n g h ĩa b ằn g
pound và lực xác định b ằn g pound lực (lbsf) ở hệ th ố n g fps, và khối lượng
b ằn g kilogram và lực b ằn g kg lực (kgf) tro n g hệ mks.
Nếu lực tác dụng vào khối lượng, làm tă n g tốc (hoặc giảm tốc) sẽ có
k ế t quả theo công thức Newton:
F = ma

(1.1)

P h ải cẩn th ậ n với các đơn vị khi lực F được xác định b ằn g lb sf hoặc
kgf và khối lượng được đ ịnh n g h ĩa b ằ n g lbs hoặc kg, bởi vì gia tốc cho k ế t
quá là b ằn g đơn vị g, gia tốc trọ n g trường. Một lực 25 kgf tác dụng vào
khối lượng 75 kg sè tạo ra gia tốc 0.333 g.
Theo hệ đơn vị SI, lực là new ton (N), kh ô n g xác định từ lực h ú t của
trá i đ ất, được tín h m ộ t cách trực tiế p từ biếu thức 1.1. Một new ton được
đinh n g h ĩa là lực tạo r a gia tốc 1 m /s2 khi tác dụng vào khối lượng 1 kg.
Một kgf tạo ra gia tốc 1 g (9.81 m /s2) khi tác dụng vào khối lượng 1 kg.
M ột new ton tạo ra gia tốc 1 m /s2 khi tác dụng vào khối lượng 1 kg. Do đó:
1 kgf = 9.81 N
H ầu h ế t các dụng cụ đo tro n g hệ th ố n g công nghiệp với độ chính xác
2% có th ể áp dụng ¿ông thức:
lk g f = 10 N
cho n h ữ n g ứng dụng thực tế.
B ản g 1-3 cung cấp hệ số chuyển đổi giữa các đơn vị lực k h ác nhau.

Bảng 1-3 Đơn vị lực

1 new ton (N) = 0.2248 pound lực (lb f) = 0.1019 kilogram lực (kgf)
1 lbf = 4.448 N = 0.4534 kgf
1 kgf = 9.81 N = 2.205 lb


Các đơn vị khác bao gồm:
dynes (Cgs unit); 1 N = 10 ’ dynes
ponds (gram lực); 1 N = 102 ponds
Đơn vi SI là newton:
N = kgms 2______________________________________________________
Áp suât

Ap su ấ t trong lưu ch ất là k ết quả của lực tác dụng. T rê n H ình 1-4, lực F
tác dụng vào lưu ch ấ t kín qua piston có diện tích A, tạo ra áp su ất p. Khi
tă n g lực tác dụng, áp suất sẽ tă n g theo tỉ lệ th u ậ n , và giảm diện tích
piston (nghĩa là giảm diện tích chịu lực) cùng làm tă n g áp suất. Vì t h ế áp
suất trong lưu c h ấ t có th ể được xác định theo tỷ số giữa lực tác động và
diện tích chịu lực:
P = F/A

(1.2)

F

Hình 1-4 Áp suất trong
lưu chất dưới tác động
của lực.

Mặc dù biểu thức 1.2 r ấ t đơn giản, nhưng có nhiều đơn vị áp su ất
th ô n g dụng. Ví dụ, trong hệ đo lường Anh fps, F tín h b ằ n g lbsf và A tín h

theo inch vuông, áp suất được đo bằng pound lực tr ê n inch vuông (psi).
Trong hệ mét, F thường được tính bằng kgf và A bằng centim ét vuông,
do đó đơn vị áp su ất sẽ là kilogram lực trên cen tim ét vuông (kgfcm'2).
Hệ ST dịnh n ghía áp suất th°o đơn 'ậ ne\vton trô n m é t vuông (Nrr/2).
Đơn vị áp su ất trong hệ SI là Pascal (với 1 Pa = 1 Nm 2). Tuy nhiên,
Pascal là áp su ấ t r ấ t th ấ p đế dùng trong thực tế, vì th ế thường dùng
kiloPascal (1 k P a = 103 Pa) hoặc megaPascal (1 M Pa = 106 Pa).
Ap su ất cũng có thề p h á t sinh trong lưu c h ấ t do khối lượng của lưu
chất. Điều này thường được gọi là áp lực cột lưu ch ấ t và tùy thuộc vào
chiều cao của cột lưu chất. Hình 1-5 minh họa áp su ất tại đáy của cột lưu
c h ấ t tỉ lệ th u ậ n với chiều cao h.
Trong hệ m é t và hệ đo lường Anh, áp lực cột lưu c h ấ t được tín h theo
công thức:
P=

ph.

(1.3)

Trong đó p là trọng lượng riêng và h là chiều cao (cả hai với đơn vị
ch ín h xác) cho p bằng psi hoặc kgcm 2.
15


Hình 1-5 Ap lực cột
nước trong lưu chất.
Áp suất lưu chất tại đáy bình:
p = ph (psi hoặc kgcrrv2
p = pgh (pascal)

T rong hệ SI, biểu thức 1.3 được định nghĩa lại là:
p = pgh

(1.4)

T rong đó g là gia tốc trọng trường (9.81 ms'2), đơn vị áp su ấ t là pascal.
Nói chung, áp suất trong th ù n g ch ất lỏng được định nghĩa dưới d ạn g
áp lực cột nước tương đương. Đơn vị thường dùng là m ilim ét thủy ngân
và centim et, inch, feet hoặc m ét nước.
Chúng ta sống tại đáy của khối k hông khí, vì th ế phải chịu áp lực
đán g kê từ trọ n g lượng khối không khí bên tr ê n chúng ta. Ap su ất này,
15 psi, 1.05 kgfcm 2 hoặc 101 kPa, được gọi là áp suất khí quyến và cũng
được dùng làm đơn vị đo áp suất.
T rong thực tế, 100 kP a được coi là m ột atm osphere, đây là đơn vị
th u ậ n tiệ n cho nhiều ứng dụng. 100 k P a (10;) P a hoặc 0.1 MPa) dược gọi
là bar. Với độ chính xác của các th iế t bị đo công nghiệp, 1 b ar tương
đương 1 atm osphere.
Nói chung, có ba phương ph áp đo áp su ất th ô n g dụng (H ình 1-6). H ầu
h ế t các bộ chuyển đổi áp suất đều đo sự chênh lệch áp su ất giữa hai cổng
vào. Áp su ất này được gọi là hiệu á p , P] - P-2 , (Hình l-6a).
Áp kê
Pl

Áp kê
p2

Cao Tháp

Pi
—►

Cao Thấp
Thông VỚI
khí quyển

V

(a) Chênh áp p, - p ?

(b) Áp suất đo

Áp kế

Hình 1-6 Các dạng
đo chênh áp

16

(c) Áp suất tuyệt đối


T rê n H ìn h l-6b, áp suất th ấp ở cổng n ạp được mở th ô n g với khí
quyến, vì th ế , áp kế biểu thị áp suất cao hơn áp su ấ t khí quyển. Áp su ất
này được gọi là áp suất đo, còn được gọi là áp su ấ t tương đối. Giá trị áp
su ấ t đo được dùng trong hầu h ế t các hệ th ố n g thủy lực và khí nén.
H ình l-6c trìn h bày áp kế đo áp suất quy chiếu theo chân không,
được gọi là áp suất tuyệt dối và quan trọ n g khi xem x ét quy trìn h n én
khí. Mối liên hệ giừa áp suất đo và áp suất tu y ệt đối được m inh họa trê n
H ình 1-7. B áng 1-4 so sá n h các đơn vị áp suất. Hệ th ố n g thủy lực thường
có á p su ấ t kho ản g 150 bar, còn hệ thống khí n én thường có áp su ất

k h o an g 10 bar.
u
Áp suất
tuyệt đối

Hình 1-7 Quan hệ

Áp suất đo
(áp suất tương đối)

giữa áp suất đo vả

Áp suất khí quyển

ap suất tuyệt đối

0

— Chân không

Bảng 1-4 Đơn vị áp suất
1 b a r = 100 kP a
= 14.5 psi
= 750 mmHg
- 4 0 1 . 8 in c h w G = 1 .0197 k g
... - _________
= .0.9872 a t m o s p h e r e
TW ử u O b Ạ l HỤC M A ÎWftlÜ
1 kilopascal = 1000 Pa
= 0.01 bar

thư
■
= 0.145 psi
= 1.0197 X 10 2 k g f c m '2
/ 7 .
- 1.0IS inch w G
/vỉ A i ' i s
= 9.872 X 10 1 a t m o s p h e r e
1 pound/inch vuông (psi)
= 6.895 k P a
= 0.0703 kgf cm'2
= 27.7 inch w G
1 kilogram lực/cm vuông (kgf cm'2) = 98.07 k P a
= 14.223 psi
1 A tm osphère
= 1.013 bar
= 14.7 psi
= 1.033 kgf cm '2
Đơn vị á p su ấ t trong hệ SI là pascal (Pa) 1 P a = 1 N m •2
Các đơn vi thông dụng là bar và psi._______________

VIE lí
m

fị

/)

ỊS

r\

17


Công, năng lượng và cồng suất

Công được sin h ra (hoặc n ă n g lượng được truyền) khi v ậ t th ể di chuyển
dưới tác dụng cua lực, và được đ ịnh nghĩa:
Công = Lực

X

k h o ản g cách di chuyển

(1.5)

Trong hệ Anh fps, biểu thức 1.5 được tín h theo đơn vị ftlbf. Với hệ
m ét, dơn vị là cmkgf. T rong hệ SI, đơn vị công íà joule, 1 J = 1 Nm (= 1
n r k g s "). Bang 1-5 so sá n h các dơn vị công.

Bảng 1-5 Đơn vị công (năng lượng)
1 joule (J)

=
=
=
=

2.788 X 10'4 W h ( 2 .7 8 8 X 1CT7 k W h )

0.7376 ft lbf
0.2388 calori
9.487 X 10'4 đ ơ n vị n h i ệ t A n h (B T u - B r i t i s h
t h e r m a l u n it)
= 0.102 kgf m
= 107 e r g s (đ ơ n vị cgs)
Đơn vị công tro n g hệ SI là joule (J)
1J
= 1N m
_____________ = 1 m 2k g s 2______________________________________
Công su ất là công thực h iệ n tro n g m ộ t đơn vị thời gian:
Công su ất = công/thời gian
(1.6)
ị
Trong hệ SI, đơn vị công su ất là w att, tương ứng 1 J s '. Đây là n h ữ n g
đơn vị thường dùng của công suất, cũng được dùng phổ biến để đo công
su ất điện.
Hệ Anh dùng m ã lực (Hp), tro n g lịch sử được d ù n g đế xác đ ịnh công
su ất động cơ. M ột m.ã lực tương đương 550 ftlbfs \ B ả n g 1-6 so s á n h các
đơn vị công suất.

Bảng 1-6 Đơn vị công suất
1 k w a tt (kw) =
=
=
=
1 m ã lực (Hp)

1.34 Hp
1.36 m etric Hp

102 k g fm s '1
1000 W
= 0.7457 kw
= 550 F t lb s ' 1
= 2545 BTU h '
Đơn vi công s u ấ t tro n g hệ SI (đơn vị th ô n g dụng) là w a tt (W).

18


Moment

T h u ậ t ngữ
m o m e n t được dùng đế xác định lực quay, là tích sô giữa lực và
bán k ín h h iệu dụng (H ình 1-8). Do đó ta có:

!

T = F

X

d

(1.7).
H
I
I

1

r

F

Hình 1-8 Định nghĩa moment

Trong hệ Anh, đơn vị là lbf ft; trong hệ m ét, đơn vị là kgf m hoặc
kgf cm; và trong hệ SI, đơn vị lă Nm.
ĐỊNH LUẬT PASCAL

Áp su ấ t tro n g c h ấ t lỏng kín có th ể được xem là đồng n h ấ t tro n g to àn bộ
hệ th ố n g thực tế. Có sự chênh lệch nhỏ do áp lực cột nước ở n hữ ng độ cao
khác nhau, nhưng thường không đáng kế so với áp su ấ t v ận h à n h hệ
thống. Áp su ấ t b ằn g nhau này được gọi là đ ịn h luật Pascal (H ình 1-9), ở
đó lực 5 k g f tác dụn g vào piston diện tích 2 cm2. Lực này tạo áp su ấ t 2.5
kg f cm'2 tạ i mọi điểm trong ch ất lỏng và tác dụng lực b ằ n g nhau lên
k h ắ p d iện tích vách hệ thống.
G iá sứ đáy b ình b ên trá i là 0.1 X 0.1 m có diện tích tồ n g cộng là 100
cm2. T ổng lực tác dụn g lên đáy bình sẽ là 250 kgf. Nếu đ ỉn h của b ìn h bên
ph ai là 1 m X 1.5 m, lực hướng lên r ấ t lớn, đến 37.500 kgf. Chú ý, kích cỡ
ống nối h ầu như k h ô n g ả n h hưởng đến lực tác dụng. N guyên tắc cơ b ản
nòy cri^i fJ-mçVl lý çio çr\ +1>Ố Ì£>rp Hp
chai pư^c b4ng cápb t^c
m ột
lực nhỏ vào n ú t chai (Hình l-9b).
Lực tá c dụng tạo ra áp suất, được tín h theo biểu thức:
p =!
a

(1.8)

Lực tr ê n m ặ t đáy là:
F = P

X

A

(1.9)

từ đó có th ể chuyển th à n h :
F = f X( 1 . 10 )
a
Biểu thức 1.10 cho th ấ y có th ế dùng dòng c h ấ t lỏng k ín đế khuếch đại
lực. T rê n H ìn h 1-10, tả i 2000 kg d ặ t tr ê n piston d iện tích 500 cm2 (bán
19


kính k h o ả n g 12 cm). P istón nhỏ có diện tích 2 cm 2. Lực f được tín h n h ư
sau:
f = 2000 X —
500
sẽ n â n g được tải trọ n g 2000kg, do đó độ

8= kgf
về công là 250 lần.

F = 5kg

Diện tích đáy 100 cm2
Lực = 250 kgf
(a) Lực và áp suất trong bình kín

(b) Áp suất trong chai

Hình 1-9 Áp

suất trong chất lỏng kín.

f = 8 kgf

2000 kgf

Hình 1-10
20

Lợi về cồng


/////S /A
o
u
’Z ZZZ2Z2ỊZZZZZZ2Z22jQ 3ịỊZn£L

(a) Đòn bẩy

K y

n

F
(b) Ròng rọc

Hình 1-11 Độ lợi công cơ học, lực f nhỏ ở đầu vào tạo ra lực F lớn ở đầu ra.

Tuy n h iên , n ă n g lượng luôn luôn bảo toàn. Để m in h họa điều này, giả
sử piston bên trá i di chuyến xuống 100 cm (1 m). Do c h ấ t lỏng k h ô n g nén
được, th ề tích c h ấ t rỏng 200 cm3 được chuyển từ cylinder bên tr á i qua
cylinder bên phải, tải được nâng lên 4 cm. Vì thế, mặc dù lực được
khuếch đại lên 250 lần, khoảng cách di chuyển sẽ giảm với cùng hệ số.
Bởi vì công là tích của lực và khoảng cách dịch chuyển, lực được khuếch
đại và k h o án g cách dịch chuyến giảm xuống'với cùng hệ số, chính là sự
bao toàn n ăn g lượng. Do đó hoạt động trê n H ình l-io tương tự hệ th ố n g
cơ trô n H ìn h 1-11, cũng biểu thị độ lợi về công.
Nguyên tắc cơ b ản (H ình 1-10) được ứng dụng rộng rãi khi có yêu cầu
lực lớn với k h o ản g di chuyển nhỏ. Ví dụ gá kẹp, m áy ép, kích thủy lực,
th ắ n g xe ôtỏ, cơ cấu vận h àn b ly hợp...
Cần lưu ý, áp su ấ t bên trong cylinder chỉ được xác định b ằn g tải và
diện tích piston ở tìn h tr ạ n g ổn định và k h ô n g phụ thuộc vào vận tốc của
pistcn khi đ ạt được tốc độ không đổi. Quan hệ giữa lực, áp suất, lưu lượng
và tốc độ được m in h họa trê n Hình 1-12.
T rên H ìn h l-1 2 a, ch ấ t lỏng được phân phối vào cylinder với lưu tốc
Q c m V 1. Khi valve n ạp mở ra trước, đỉnh áp su ất có th ể quan s á t khi tải
tă n g tốc, nhưng áp su ất d ần dần ổn định đến giá trị xác định p = F/A
kgf cm 2 với A là d iệ n tích piston tính theo cm 2 và F được đo b ằ n g kgf.
Tải tă n g lên với v ậ n tốc V = Q/A cm s*1 và có th ể điều k h iể n vận tốc b ằn g
cách điều k h iể n lưu tốc Q.
T rên H ìn h l-12b, valve nạp đóng và valve xả mở, cho phép R cm 3 s 1
lưu ch ất chảy ra khỏi cylinder. ớ đây cũng xuất h iệ n đỉnh áp su ấ t (âm)

khi tai gia tốc hướng xuống, nhưng áp suất trở lại tr ạ n g th á i p = F/A khi
đ ạ t được tốc độ ổn định V = R/A cm s*1.
Cuối cùng, t r ê n H ình l-12c, cả hai valve đều mở. Lưu lượng thực là
(Q-R) cho vận tốc cylinder là (Q-R)/A có th ể dương (tăng) hoặc âm (giảm)
21


V (nộu Q > R)
Valve nap
Valve x
P

O
(d) So do õp suõt

H inh 1-12 Moi lien hờ giỹa lue, õp suõt, li/u lUỗfng v toc dụ

tựy thuục vo lifu luong no lụn hon. Tuy nhiờn, tr a n g th õ i õp su õt on
dinh van k h ụ n g doi, P = F/A.
BO P SUT

H oat dụng cỹa lifu ch a t thuụng cụ th ộ duoc suy lu õ n tựr k e t qua do lUu
luỗrng hoac õp suõt. Bụ chuyờn doi lifu luong phõi duoc d t vo ong dan
lifu chat. Dung eu tim sai hụng co ban trong cõ hai hờ th o n g th ỹ y lue v
khi nộn th ụ n g dung l õp kờ, dõy l dụng hụ don g iõn thucmg cụ the gn
vo nhỹfng bụ p h õ n khõc nhau cỹa hờ th o n g qua k h ụ p nụi linh hoat.
Cõc dụng hụ kiem tra õp suõt thucmg do õp su õ t tuong doi b õ n g õp ke
Bourdon (H inh 1-13). p ke Bourdon cụ ong chỷf C p h õn g duoc cụ dinh
m ot dõu (H inh l-13a). Khi õp su õt tac dung vo ong, du tu do cụ khuynh
huụng di lờn v vờ phia phi. Trong k h o õn g õp s u õ t th õ p , cụ th e dung

ong xon ục de t n g dụ nhay.
Su di chuyờn ny duoc bien doi th n h chuyờn dụng quay cỹa kim
dụng hụ b õn g ca cõu gục p h õn tu v b õ n h rang. N ờu cn cụ tin hiờu diờn
ụ ngụ ra, cụ th ờ th ay kim dụng hụ b õn g chiờt õp (H inh l-13b).
Hờ th ụ n g thỹy lue v khi n ộn cụ k h uynh huụng biờu th i dụ chờnh õp
rụng khi tõi t n g toc hoac gim toc (H inh l-12c). Cụ th ờ t n g dụ nhay
cỹa cõm bien õp su õ t b õn g each lp th ờ m bụ g im chõn (H inh l-13c).
Nhỹfng bụ chuyờn doi dua theo õp k ờ Bourdon th u ụ n g tuong doi
m an h , nhUng cụ dụ chinh xõc th õ p (khoõng 2%). Giụi h an p h õn gii thi
giõc cỹa vi tr i kim dụng hụ cỹng khụ n g hon 2%.
22


Hình 1-13 Đ ồ n g
h5 áp suất
Bourdon

(a) Gấu tạo áp kế ống Bourdon
Quay thuận
chiều kim

DC+

(b) Tín hiêu điện từ áp kế Bourdon

(c) Bộ giảm chấn

Khi cần đo áp su â t chính xác hơn, có th ể sử dụng bộ chuyển đối dựa
trên nguyên lý cân b ằ n g lực (Hình 1-14). T h iế t bị n ày sứ dụng bộ chuyến
đố chênh lệch áp su ất, trong đó, ngõ nạp (LP) áp su ấ t th ấ p b ên trá i mở

th in g với khí quyển và ngõ nạp áp suât cao (HP) nối với hệ thống. Do đó,
tín hiệu n h ậ n được (HP-LP) là áp suất đo (tương dối).
Áp su ấ t trong hệ th ố n g tă n g làm lệch m à n g cảm b iến áp su ấ t về bên
23


Màng cảm biến áp suất

Hình 1-14 Bộ
chuyển đổi áp
suất cân bằng lực.

đại

trái. Sự di chuyển này được p h á t h iệ n nhờ bộ chuyển dổi dịch chuyển,
qua bộ khuếch đại servo, dẫn đến tă n g dòng điện tro n g cuộn dây cân
bằng.
Vì lực cuộn dây cân b ằn g luôn luôn cân b ằn g ch ín h xác với lực p h á t
sinh do ch ên h lệch áp su ất giữa LP và HP, dòng đ iện đi qua bộ chuyển
đối tỉ lệ th u ậ n với độ chênh lệch áp suất.
N hững bộ chuyển dổi chỉ báo từ xa thường được bố tr í với nguồn điện
xa, bộ chi thị và bộ ghi nối vào m ột dây (H ình 1-15) đê có hệ th ố n g hai
dây. K hoảng tín hiệu 'thông dụng là 4 đến 20 mA, với mức zero là 4 mA,
cung cấp dòng điện nguồn cho bộ khuếch đại servo của bộ chuyển đổi và
biểu thị tín h liên tục của m ạch (m ạch hở sẽ k h ô n g có dòng điện).
Bộ ghi đổ thị

Àp kê khí quyển

LƯU LƯỢNG LƯU CHẮT

}
Hệ th ố n g k h í n én và thủy lực đều liên quan với dòng lưu c h á t (c h ấ t lỏng
hoặc ch ấ t khí) đi xuống ống. Lưu lượng là th u ậ t ngữ chung th ư ờ n g có ba
định nghĩa:
24


• L ư u lượng t h ể tích được dùng để đo th ế tích lưu c h ấ t đi qua một điểm
tr o n g m ột đơn vị thời gian. Nếu lưu ch ấ t là ch ấ t khí có thế n én được,
n h n ệt độ va áp su ât phai được định rỏ hoặc lưu lượng được tiêu chuẩn
h ó a với n h iệ t độ và áp suất chuẩn. Lưu lượng th ể tích là số đo th ô n g
d ụ n g tro n g điều k h iển quá trình.
• L ư u lượng khối đo khối lượng lưu chất đi qua m ộ t điểm tro n g m ột đơn
vị th ờ i gian.
• L ư u tốc (tốc độ lưu động) đo tốc độ th ă n g (ví dụ, m s '1) qua m ột điểm
đo. Lưu tốc là đại lượng r ấ t quan trọng khi th iế t k ế hệ th ố n g thủy lực
và khí nén.
C á c d ạ n g lưu động của lưu chất được m inh họa tr ê n H ình 1-16. Với
vận tố c lưu động đủ th ấ p , dòng cháy êm và th ẳ n g với vận tốc th ấ p ở vách
ống v à cao n h ấ t tạ i tâ m ống. T rạn g thái này được gọi là chảy tầ n g .
K-hi vạn tốc lưu động tă n g lèn, các cuộn xoáy b ắ t đầu h ìn h th à n h cho
đến các vận tốc cao sè xuất hiện các dòng chảy rối h o àn toàn (H ình
l-16b). Lúc này, vận tốc lưu động gần như đồng n h ấ t qua m ặ t cắt ống,
trạ n g th á i nảy được gọi là chảy rối.

\

Chảy tầng

Biên dạng vận tốc,
thấp ở vách,
cao dần ở giữa

Biên dạng vận
tốc hầu như
đổng nhất
(b) Dòng chảy rối

(a) Dòng chảy tầng

Hình 1-16 Các kiểu chảy của lưu chất.

B ả n c h ấ t của lưu động được xác định theo tiêu chuẩn Reynolds.
R, = ^

( 1 . 12 )

'1
Với V là vận tốc, d là đường kính ống, p là trọ n g lượng riên g của lưu
chất, v à q là độ nhớt. Số Reynolds là một tỉ số, vì t h ế k h ô n g có thứ
nguyêm. Nêu R( < 2000, dòng là chảy tầng. Nếu Rc > 10;) dòng là chảy rối.
D òng chảy rối thường được dùng trong các th iế t bị điều k h iến quá
trìn h , do đơn gián hóa cách đo lưu lượng th ế tích (bằng lưu lượng k ế
chênh lệch áp suất). Tuy n h iên , dòng chảy rối làm tă n g tổn t h ấ t n ă n g
lượng do m a sát, và có th ế d ẫ n đến mòn sớm. Sự sủi bọt (hình th a n h và
p h ân h ủ y các bọt khí) xảy ra trong dòng chảy rối có th ể ă n m òn bề m ặ t
valve. Vì th ế, dòng chảy tầ n g được dùng tro n g hệ th ố n g khí n én và thủy
lực, k ế t quả là vận tôc dòng mong muốn khoảng 5 m s*2.
N ă n g lượng tro n g m ột đơn vị khối lượng lưu c h ấ t có ba th à n h phần:

• D ộng năng, được tín h theo v2/2, ở đó v là vận tốc dòng chảy.
• T h ế n ă n g do chiều cao của lưu chất.
25


• N ăn g lượng p h á t sin h từ áp su ấ t lưu chất, được tín h th e o p/p, p là áp
su ấ t v à p là trọ n g lượng riêng.
Lưu c h ấ t đi dọc qua ống được m in h họa tr ê n H ình 1-17. K hông kể
n ă n g lượng bị m ấ t do ma sát, n ă n g lượng tạ i điểm X, Y v à
là tương
đương. Tuy n h iên , vận tốc dòng chảy tại điểm Y cao hơn tạ i điểm X vả
bơi vi đường kính ống nhỏ hơn. T h ế n ă n g tại mỗi điểm là h ằ n g số bởi vì
òng n ăm ngang. Vì thế, có thề viết:

z

2
N ăn g
lượng
tai X

H ăn g
lượng
tai Y

z,

(1.13)

r

N ăng
lượng
ta i

z

Lưu c h ấ t không n én được (chất lỏng), có n ghĩa là trọ n g lượng riên g p
khô n g thay đổi trong quá trìn h lưu động. Biểu thức 1.13 tr ở th à n h phức
tạ p hơn V Ơ I c h ả t khí, vì trọ n g lượng riên g biến th iê n th e o áp suất.
K ết quả thực của biểu thức là áp su ất dòng giảm khi v ận tốc dòng
tăn g . Mặc dù áp su ấ t được hồi phục khi vận tốc dòng g iả m tạ i điểm
Phương p h á p đo lưu tốc đơn giản n h ấ t (gọi là lưu lượng k ế tiế t diện
b iến thiên), sử dụng phao trong ống th ẳ n g bố trí n h ư tr ê n H ìn h 1-18. Sự
cản trở của phao làm tă n g Ịưu tốc cục bộ, gây ra sụ t áp s ư ấ t n g an g qua
phao, k ế t quả là có m ột lực hướng lên. T rọng lượng phao tạ o ra lực hướng
xuống. Vì th ê phao nổi lên hay hạ xuống tùy thuộc vào lực nào lớn hơn.
Tuy n h iên , d iện tích xung quanh phao càng tăn g , phao c à n g nổi do độ
côn của ống. Việc tă n g diện tích này làm giảm độ sụ t áp s u ấ t qua phao và
lực hướng lên. Vì th ế phao được bố trí ở vị trí th ẳ n g đứng nơi trọ n g lượng
cua phao và lực hướng lên do chênh lệch áp su ấ t tương h ợ p V Ớ I nhau. Vì
t h ế tốc độ dòng có thế được xác định theo vị trí phao.
Lưu lượng k ế chi báo từ xa có thế được xây dựng từ m ộ t ống lắp cán h
q u ạt (H ình 1-19). Dòng lưu ch ấ t làm quay cánh q u ạt với tố c độ tỷ lệ với
tốc độ dòng chảy. Sự quay của cánh được đếm bằng điện tử n h ờ bộ dò cảm
biến bên ngoài cấp tín hiệu điện cho dụng cụ chỉ báo tốc độ (dòng từ xa.

z.

Vận tốc cao
áp suất thấp

Vân tốc tháp
áp suất cao

l

Vận tốc ttháp
áp suất cao

Hình 1-17 Quan hệ giữa ỈƯU lượng và áp suất

26


H ình 1-19 Lưu lượng kế
cánh quạ t

■►Tín hiệu ra = (HP - LP)

Hình 1-20 Lưu
lương kế tiế t
lưu

Áp suất

27