tram bơm xang dien tu

1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do thực hiện đề tài.
Nhiên liệu nói chung và xăng dầu nói riêng ngày nay đóng một vai trò
hết sức quan trọng trong đời sống công nghiệp. Sự hiện diện của nó góp phần
quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, hầu
hết các nhà máy, xí nghiệp, các cơ sở sản xuất … cho đến các phương tiện giao
thông đều sử dụng nhiên liệu chính là xăng dầu và chính vì thế việc phân phối
xăng dầu đến nơi tiêu thụ cũng là một vấn đề được đặt ra: Làm thế nào để đo
được một lượng chất lỏng chính xác tương ứng với số tiền mà khách hàng bỏ ra
để không gây thiệt hại cho nhà phân phối cũng như cho khách hàng.
Công việc này trước kia chủ yếu được thực hiện bằng tay hoặc bằng các
trạm xăng được điều khiển bằng cơ nên không mang lại kết quả như mong
muốn.
Ngày nay với việc ra đời của các thiết bị điều khiển chính xác như: Máy
tính, các bộ vi điều khiển, PLC ... và các cảm biến đo lường thì công việc trên
được giải quyết một cách hiệu quả, chính xác.
Các trạm bơm xăng hiện nay ở nước ta hầu hết đều sử dụng trạm bơm xăng
điện tử thay thế cho các trạm được điều khiển băng cơ. Các loại trụ bơm hiện có
như WAYVE, TOKHEM, RIBACO,… đều được thiết kế dựa trên các bộ vi điều
khiển như 8051, 89C51…Ưu điểm của việc dùng vi xử lý là chi phí thấp, thiết
kế đơn giản, vận hành tương đối tin cậy và có thể kết nối với các thiết bị đầu
cuối khác thông qua hai đường TXD và RXD.
Việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường và điều khiển đã đem lại
những kết quả đầy tính ưu việt. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển
ghép nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn,
nhưng còn đáng quan tâm hơn là mức độ tự độ tự động hóa trong việc thu thập
và xử lý các kết quả đo, kể cả việc lập bảng thống kê cũng như in ra kết quả.

2

Với những vốn kiến thức nhất định về đo lường điện, kỹ thuật truyền số
liệu, kỹ thuật vi xử lý, cấu trúc giao tiếp máy, tính tự động hoá quá trình điều
khiển, và những kiến thức cơ sở khác. Với nhu cầu tiếp cận với nền khoa học kỹ
thuật hiện đại. Với xu hướng hội nhập chung của đất nước. Để phần nào hoàn
thiện kiến thức của mình nhà trường đã giao cho em thực hiện đồ án môn học
với đề tài. “Thiết kế trạm bơm xăng điện tử dùng máy tính để giám sát, điều
khiển việc bơm xăng và thu thập số liệu từ trụ xăng”. Với sự hướng dẫn của cô
Nguyễn Thị Diệu Linh.
2. Mục đích thực hiện.
- Hoàn thiện nội dung chương trình đào tạo của nhà trường.
- Hệ thống lại được toàn bộ kiến thức đã học.
- Thiết kế trạm bơm xăng điện tử dùng máy tính để giám sát, điều khiển
việc bơm xăng và thu thập số liệu từ trụ xăng.
- Biết cách trình bày lôgíc sáng tạo, dễ hiểu về một sáng kiến khoa học kỹ
thuật.
- Tạo ra khả năng tư duy nhạy bén trong thiết kế sáng tạo kỹ thuật.
3. Nội dung thực hiện.
Để thực hiện được yêu cầu của đề tài em phải nghiên cứu về cấu tạo,
nguyên lý hoạt động và các tính năng của cây xăng để từ đó tính toán thiết kế,
lựa chọn phương án tối ưu để thực hiện yêu cầu của đề tài.
4. Phương pháp thực hiện.
Để đạt được những mục đích đã nêu trên em phải có những phương pháp
thực hiện sau:
- Nghiên cứu tài liệu.
- Đi quan sát thực tế tại các cây xăng.


3

- Phương pháp tính toán, lựa chọn và kiểm tra. Đây là phương pháp rất
quan trọng, nó cho ta nhưng thông số chính xác, các chương trình điều khiển tối
ưu sau khi thiết kế.
- Do vốn kiến thức còn hạn chế. Hiểu biết thực tế còn ít kinh nghiệm thiết
kế còn ít nên phương pháp tìm sự tư vấn, giúp đỡ của giáo và những người có
chuyên môn về cây xăng là rất cần thiết.
5. Cấu trúc đồ án.
Bố cục đồ án gồm 3 phần.
- Phần mở đầu: Trình bày lý do, mục đích, phương pháp thực hiện đề tài.
- Phần nội dung: Được bố cục theo chương.
Chương 1: Giới thiệu về cây xăng.
Chương 2: Tính toán lựa chọn thiết bị.
Chương 3: Thiết kế trạm bơm xăng điện tử dùng máy tính giám sát.
- Phần kết luận: Những kết quả mà đồ án đã đạt được và chưa đạt được.
Hướng phát triển của đề tài.


4

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY XĂNG.
1.1

Hình dáng ngoài của cây xăng (hình 1.1)

350
TRỤ BƠM XĂNG ĐIỆN TỬ
AMUONT TOTAL
LITERS

PRICE

Vòi bơm

Bàn phím

1700

850
1.2Hình 1.1 Hình dáng ngoài của cây xăng.


5

Cây xăng là hình hộp chữ nhật có các kích thước sau: Cao 1700 cm, chiều
rộng 850 cm, chiều ngang 350 cm.
Ngay trên của cây xăng có 3 hàng led hiện thị số. Hàng led trên cùng hiện
thị số tiền tương ứng với số xăng đang bơm ra. Hàng led thứ 2 hiện thị số lít mà
nhân viên bán xăng đang bơm ra. Hàng led thứ 3 hiện thị giá xăng lúc hiện hành
(Vnđ/lit).
Bên hông của cây xăng có vị trí đặt vòi bơm. Tại vị trí này cũng là công tắc
thực hiện reset lại số tiền hoặc số lít vừa nhập vào hoặc đã bán.
Ngay dưới vị trí đặt vòi bơm có 1 bàn phím. Bàn phím có chức năng nhập
vào số tiền hoặc số lít xăng cần bán. Sau khi nhập song nhập song số tiền hoặc
số lít xăng cần bán thì việc bơm xăng sẽ tự động cho tới khi đạt đủ số tiền hoặc
số xăng yêu cầu rồi dừng lại.
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cây xăng.
1.2.1. Cấu tạo (hình 1.2).

6

Bo mạch
điều khiển

Van 2

Vòi bơm

Cánh
quạt
Mạch
tạo
xung

Lưới lọc
tinh

Hệ thống
bánh
răng

Thiết bị
đo lường

Lưới lọc
thô
Bộ lốc

Máy

bơm

Van 1

Van một
chiều

Bể chứa xăng

Mạch
công
suất
Ống thoát xăng
khi thiết bị đo
lường quá áp
suất


7

Hình 1.2 Cấu tạo bên trong cây xăng.

1.2.2. Nguyên lý hoạt động của cây xăng.
Khi động cơ hoạt động, truyền chuyển động cho lốc máy (Cấu tạo lốc máy
là một hệ thống cánh quạt giống như cánh quạt của máy bơm), dầu được hút lên
đẩy vào hệ thống, bộ cảm biến lưu lượng nằm bên trong bộ lường khi có chất
lỏng chảy qua tạo một áp lực làm Roto của cảm biến quay, qua mạch tạo xung
tạo ra số xung tương ứng với tốc độ quay của roto, chuỗi xung này được đưa
vào bo mạch điều khiển của bộ vi xử lý để xử lý.
Khi nhắc vòi bơm khỏi vị trí, động cơ được kích hoạt động, bộ lốc hút

xăng lên, nếu chưa bơm lượng xăng bị đẩy ngược trở lại qua đường ống thoát
xăng ( Hình vẽ 1.2).
Van một chiều có tác dụng không cho xăng chảy ngược xuống dưới, giữ
cho hệ thống luôn đầy xăng (không có không khí) để việc bơm xăng luôn sẵn
sàng được thực hiện.
Ra khỏi lốc, xăng sẽ đi qua hai bộ lọc thô và tinh, khi bóp cò do áp suất bên
ngoài thấp hơn áp suất bên trong ống nên van áp suất 2 mở, xăng trong ống tràn
ra ngoài. Khi ngừng bóp cò do chênh lệch áp suất nên van 2 đóng lại không cho
xăng chảy ra ngoài.
Khi bơm ở chế độ cài đặt, từ số tiền (số lít) đặt máy sẽ tính ra số xung
tương ứng, khi bơm vi xử lý sẽ đếm số xung và so sánh với số xung định trước
cho đến khi bằng thì bộ vi xử lý sẽ phát xung kích mạch điều khiển tắt động cơ.
Sau khi động cơ ngừng không còn lực đẩy nữa nên van 2 đóng lại cho dù còn
bóp cò hay không.
1.3. Phương án thiết kế.


8

Thiết kế và thi công kit vi xử lý dùng vi xử lý 89C51, dùng máy tính để
điều khiển cây xăng qua chuẩn giao tiếp.

PC

CHUẨN
GIAO
TIẾP

CÂY
XĂNG

Hình 1.3: Sơ đồ kết nối PC với cây xăng qua chuẩn giao tiếp.
- Phần mềm dùng cho vi xử lý viết bằng ngôn ngữ Assembler
- Phần mềm điều khiển trên máy tính viết bằng ngôn ngữ C#
- Ứng dụng của máy tính trong đề tài:
Truyền giá tiền /1lit nhập từ máy tính xuống vi xử lý.
Truyền số lít hoặc số tiền cần đổ xuống vi xử lý.
Đọc đơn giá hiện hành từ vi xử lý.
Điều khiển quá trình bơm xăng và ngưng bơm.
- Thống kê theo yêu cầu:
Tính tổng số lít còn lại trong bồn xăng
Thống kê theo ngày về: Tổng số tiền thu vào, tổng số lít bán ra,
thống kê theo từng cây xăng và nhiều cây xăng
Thống kê theo tuần: Những thông số như trên
Thống kê theo tháng: những thông số như trên


9

Trong khoảng thời gian ngắn, cùng với những hạn chế về kiến thức, hiểu
biết những vấn đề liên quan, nên khi thực hiện đề tài em gặp rất nhiều khó khăn
và do đó trong đề tài còn có nhiều thiếu sót, hạn chế.
Với điều kiện hiện nay ở nước ta thì việc ứng dụng đề tài vào thực tế ở các
trạm bơm xăng là hoàn toàn có thể.
Các bộ vi điều khiển ( Microcontroller) được chế tạo và phát triển gắn liền
với các bộ vi xử lý (Microprocesser), đang được ứng dụng rộng rãi trong các
thiết bị điều khiển công nghiệp, trong các thiết bị điện điện tử dân dụng. Với sự
cải tiến không ngừng của các thế hệ vi xử lý, vi điều khiển thì việc ứng dụng
chúng đã làm thay đổi hẳn kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại. Thêm vào đó
nhờ các tiến bộ của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện

tử và tin học, các cảm biến ngày nay đã được giảm thiểu kích thước, cải thiện
tính năng và có mặt hầu hết trong các hệ thống điều khiển tự động. Để đo cùng
một đại lượng có thể có nhiều loại cảm biến khác nhau, hoạt động theo các
phương thức khác nhau, tuy nhiên chúng đều dựa trên nguyên tắc chung là biến
đổi các đại lượng cần đo thành các đại lượng điện có thể đo được (dòng điện,
điện áp, điện dung, trở kháng…).
Trong điều kiện như vậy người thiết kế có nhiều phương án để thiết kế
mạch điều khiển cũng như lựa chọn các cảm biến đo lường để có được một hệ
thống điều khiển tự động hoạt động hiệu quả, chính xác và phù hợp với điều
kiện hiện có .
Với đề tài này em giới thiệu một số phương án như sau:
1.3.1. Phương án 1.
Dùng máy tính để điều khiển hoạt động của cây xăng, thu thập quản lý
dữ liệu từ xăng
• Sơ đồ khối


10

Máy tính

Mạch điền khiển

Khối hiện
thị
Mạch đếm

Cảm biến
lưu lượng
Bàn phím

Động cơ

Cây xăng

Hình 1.4: Dùng máy tính để điều khiển cây xăng

Giải thích sơ đồ khối :


11

1.

Khối hiển thị: Dùng LED 7 đoạn để hiển thị kết quả bơm, hiển

thị nội dung nhập từ bàn phím, hiện thị giá xăng được bán.
2.

Mạch đếm: Có thể sử dụng phần mềm để xử lý việc đếm xung,

tuy nhiên chương trình sẽ rất phức tạp, do đó ở đây thiết kế cứng bằng cách sử
dụng các IC đếm chuyên dụng như 74LS193 kết nối tuần tự với nhau để có được
module đếm lớn hơn.
3.

Bàn phím: Bao gồm 10 phím số từ 0 đến 9 và các phím chức

năng khác để nhập dữ liệu từ người dùng.
4.

Động cơ: Sử dụng động DC hoặc AC với công suất phù hợp để

truyền động cho máy bơm, nó được điều khiển bởi máy tính thông qua mạch
công suất.
5.

Cảm biến lưu lượng: Sử dụng các lưu lượng kế cơ khí với bộ

biến đổi tín hiệu điện như: Lưu lượng kế tuabin, lưu lượng kế dùng lá guồng …
 Ưu điểm của phương án là:
- Máy tính trực tiếp điều khiển hoạt động của trạm xăng, thu thập dữ liệu từ
cây xăng để xử lý theo yêu cầu người dùng nên tận dụng được các ưu điểm của
máy tính trong đo lường và điều khiển: Tốc độ xử lý, độ chính xác cao, mức độ
tự động hóa trong việc thu thập và xử lý dữ liệu cao.
-

Thiết kế mạch điều khiển đơn giản.

 Khuyết điểm:
Nếu muốn dùng máy tính để điều khiển nhiều cây xăng thì sẽ gặp
những khó khăn sau:
-

Truyền dữ liệu theo kiểu song song nên khoảng cách truyền ngắn, cáp

truyền dùng quá nhiều sợi vì vậy rất đắt tiền .
-

Rất khó khăn trong thực hiện việc nối mạng các trụ xăng, do yêu cầu

số đầu ra lớn nên sẽ rất phức tạp, hơn nữa kích thước của Card giao tiếp được


12

giới hạn bởi nhà sản xuất máy tính nên ta không thể tăng kích thước của Card để
đáp ứng yêu cầu.
1.3.2. Phương án 2.
Dùng vi xử lý điều khiển qúa trình bơm xăng.
• Sơ đồ khối:

KIT vi xử lý

Bàn phím

Động cơ

Khối hiện
thị

Mạch đếm

Cảm biến
lưu lượng

Hình 1.5: dùng vi xử lý điều khiển quá trình bơm xăng

Giải thích sơ đồ khối:
Trong phương án này vi xử lý sẽ điều khiển mọi hoạt động của một cây
xăng từ việc nhận tín hiệu từ cảm biến lưu lượng đến việc điều khiển tốc độ

động cơ, nhận tín hiệu từ bàn phím, giải mã phím cũng như điều khiển khối hiển
thị, tính toán các thông số như: tiền, lit, giá cài đặt…


13

KIT vi xử lý: Có thể dùng các vi xử lý như 68HC11, 8051, 89C51…
Được thiết kế bao gồm IC chính là vi xử lý và các IC hỗ trợ như các IC
chốt 74573, RAM ngoài, ROM ngoài, IC giải mã và các IC mở rộng I/O như
8255…
Có thể nêu ra sơ đồ khối của một kit vi xử lý như sau:

Mạch tạo
dao động
thạch
anh

Mạch
reset

IC
chốt

ROM
ngoài

RAM
ngoài

Vi

xử
lý
Mạch
giải mã
địa chỉ

8255

Hình 1.6: Sơ đồ khối của 1 kit vi xử lý

Các khối bàn phím, khối hiển thị, động cơ tương tự như phương án 1
Cảm biến lưu lượng: Trong trường hợp dùng cảm biến lưu lượng loại lưu
lượng kế chuyển đổi điện từ như: Lưu lượng kế tuabin, lưu lượng kế quay, lưu
lượng kế lá guồng thì có thể cần hoặc không cần mạch đếm.
Khi không dùng mạch đếm, chuỗi xung tạo ra bởi cảm biến lưu lượng được
vi điều khiển xử lý bằng phần mềm, bởi vì vi điều khiển cung cấp các ngắt cho
người sử dụng, ở đây có thể sử dụng các ngắt timer để đếm sự kiện ngoài.
Khi dùng mạch đếm thì có thể sử dụng các IC 74193 kết nối tuần tự với
nhau như trong phương án 1. Ưu điểm của phương án này là đơn giản được
phần mềm và bộ đếm thiết kế phần cứng hoạt động tương đối tin cậy.


14

Nếu sử dụng cảm biến lưu lượng loại lưu lượng kế điện từ thì phải thêm bộ
biến đổi A/D để biến đổi tín hiệu tương đồng được tạo ra bởi cảm biến lưu lượng
thành tín hiệu digital là tín hiệu mà vi xử lý có thể hiểu được.
Ưu điểm của loại cảm biến này là độ chính xác cao, kết quả đo đạt không
phụ thuộc vào đặt tính vật lý của chất lưu (như mật độ, độ nhớt, độ dẫn điện …).
Khuyết điểm của nó là thiết kế phần cứng cho mạch vi xử lý phức tạp và khó

chế tạo cảm biến.
 Ưu điểm của phương án:
- Thiết kế phần cứng đơn giản, chi phí thấp, mạch hoạt động tương đối tin
cậy, đáp ứng được yêu cầu, có thể lắp đặt ở các cây xăng thực tế.
- Có thể thiết kế một trạm xăng gồm nhiều trụ xăng hoạt động độc lập với
nhau ,mỗi trụ xăng được điều khiển b”ng một kit vi xử lý riêng biệt .
 Khuyết điểm của phương án:
- Không thể thống kê được các thông số như: Số tiền bán được trong ngày,
số lít còn lại trong bồn xăng…
- Nếu quản lý nhiều trạm xăng thì rất khó khăn cho nhà phân phối trong
việc tổng kết số liệu.
1.3.3. Phương án 3.
Sử dụng máy tính và vi xử lý điều khiển hoạt động của cây xăng.
• Sơ đồ khối :
Máy tính

Chuẩn giao tiếp

KIT vi xử lý

Cây xăng
Hình 1.7: Dùng máy tính và vi xử lý để điều khiển cây xăng:


15

Giải thích sơ đồ khối:
Sử dụng máy tính thông qua cổng truyền thông COM là cổng truyền thông
nối tiếp để điều khiển quá trình bơm xăng cũng như thu thập các số liệu mà
người dùng quan tâm từ trụ xăng lên máy tính.

Sơ lược về truyền thông qua cổng nối tiếp:
Cổng nối tiếp RS232 là giao diện phổ biến rộng rãi nhất. Người sử dụng
máy tính PC còn gọi các cổng này là COM 1, COM 2 được tự do sử dụng cho
các ứng dụng khác. Giống như cổng máy in, cổng nối tiếp RS232 cũng sử dụng
một cách rất thuận tiện cho mục đích đo lường và điều khiển.
Việc truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được tiến hành theo cách nối
tiếp, nghĩa là các bit dữ liệu được gửi đi nối tiếp nhau trên một đường dẫn, loại
truyền này có khả năng dùng cho những khoảng cách lớn hơn bởi vì các khả
năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn khi dùng một cổng song song.
Trong phương án này , các trụ xăng được điều khiển hoàn toàn bằng vi xử
lý, máy tính chỉ tham gia vào việc thu thập dữ liệu từ các trụ xăng hoặc điều
khiển hoạt động của các trụ xăng thông qua các kit vi xử lý bằng cách gửi các
lệnh yêu cầu vi xử lý làm việc.
 Ưu điểm của phương án này là:
-

Tận dụng được các tính năng ưu việc của máy tính trong đo lường và

điều khiển, tự động thu thập, xử lý dữ liệu và có thể in ra kết quả.
-

Rất thuận tiện trong việc nối mạng các trạm xăng.

 Khuyết điểm của phương án là:
- Tốc độ truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp thấp.
Với các phương án trên trong đề tài của mình em chọn phương án 3.
Dùng vi xử lý kết hợp với máy tính để điều khiển hoạt động của trạm bơm
xăng vì thiết kế phần cứng và chương trình điều khiển được thực hiện tương đối

16

dễ dàng. Xử lý số liệu với tốc độ cao cho kết quả chính xác. Có thể in ra được số
liệu phục vụ cho việc tổng kết, báo cáo kinh tế.
Về hướng phát triển cho tương lai đây là phương án tốt cho việc dùng máy
tính quản lý nhiều cây xăng.

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ.
2.1 Thiết bị đo lưu lượng.
Lưu lượng là số lượng vật chất chảy qua tiết diện ngang của ống dẫn trong
một đơn vị thời gian. Muốn nâng cao chất lượng và hiệu quả của hệ thống điều
khiển tự động các quá trình công nghệ cần được đo chính xác thể tích và lưu
lượng. Việc đo lưu lượng là một phần thiết yếu trong mọi quá trình công nghiệp
và trong các ngành công nghệ. Đo lưu lượng đóng một vai trò vô cùng quan
trọng cũng như việc đo nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng…
Trong việc đo lưu lượng ta cần phân biệt:
Lưu lượng được tính bằng thể tích trên một đơn vị thời gian.
Qv =

V
t

(m 3 / s )

(2.1)

Lưu lượng được tính bằng khối lượng trên một đơn vị thời gian.
Qm =

m

t

(kg / s)

(2.2)


17

Khi biết tỷ trọng ρ của môi chất cần đo thì lưu lượng thể tích và lưu lượng
khối lượng được tính theo công thức.
Qm=Qv. ρ

(2.3)

Lưu lượng tức thời được tính theo công thức.
Q=

dV
dt

(2.4)

Lưu lượng trung bình được tính theo công thức
Qtb=V.(t2-t1)

(2.5)

Trong đó:
- V là thể tích của chất lỏng qua một tiết diện ngang trong một đơn vị thời

gian.
-

m là khối lượng của chất lỏng qua một tiết diện ngang trong một đơn

vị thời gian.
-

t là thời gian mà chất lỏng đi qua một tiết diện ngang
- (t2-t1) là khoảng thời gian đo

Sau đây em xin giới thiệu một số dụng cụ đo lưu lượng.
2.1.1 Lưu lượng kế tua bin
a) Cấu tạo. (Hình 2.1)

Hình 2.1: Cấu tạo của lưu lượng kế tua bin
Cấu tạo gồm cánh quạt 1 giống như cánh tua bin quay trên giá đỡ 2 được
gắn vào thanh đỡ 3 trong ống dẫn. Ổ đỡ 4 có tác dụng hận chế tốc độ di chuyển
của cánh quạt. Trục cánh quạt được làm bằng vật liệu không dẫn từ trong đó lõi


18

thép 5 bằng vật liệu mền. Bên ngoài ống đặt nam châm vĩnh cửu 6 trên nó quấn
cuộn dây cảm ứng 7.
b) Nguyên lý hoạt động.
Khi cánh quạt quay, từ thông của nam châm sẽ tăng lên. Khi lõi thép 5 nằm
dọc trục của nam châm và gảm xuống khi lõi thép nằm vuông góc với nó.
Khi từ thông móc vòng trong cuộn dây cảm ứng thay đổi sẽ xuất hiện một
sức điện động cảm ứng, mỗi vòng quay từ thông tăng 2 lần nên tần số cảm ứng f

trong cuộn dây cũng tăng gấp 2 lần số vòng của trục. Đo tần số f bằng tần số kế
từ đó suy ra tốc độ dòng chảy.
Với phương pháp trên sai số từ 0.3 đến 1%. Nguyên nhân sai số do quán
tính của cánh quạt, ma sát giữa trục quay và và giá đỡ.
Có thể giảm sai số bằng cách giảm mômen quán tính của cánh quạt.

2.1.2 Lưu lượng kế kiểu xoáy.
a) Cấu tạo. (hình 2.2 và hình 2.3)


19

Hình 2.2: Lưu lượng kế kiểu xoáy

Hình 2.3: Cấu tạo của lưu lượng kế dòng xoáy
1: Bộ biến đổi
2: Miếng đệm.
3: Thành phần cảm biến.
4: Thanh tạo xoáy.
5: Màn hình hiện thị tín hiệu đầu ra.
6: Dây tín hiệu cảm biến.
Thanh tạo coáy sẽ tạo ra các lực nâng có ứng suất thay đổi. Tần số của các
thay đổi về ứng suất này tức là tần số xoaysex được phát hiện bởi các thành
phần áp điện được hàn kín trong thanh tạo xoáy. Có hai thành phần áp điện để
phân biệt các lực tạo ra bởi xoáy và các lực tạo ra do các yếu tố khác, chúng có
nhiệm vụ chuyển đổi các lực xoáy thành các tín hiệu điện được đưa tới bộ
chuyển đổi tín hiệu để xử lý. Những thành phần này được đặt trong thanh tạo
xoáy và không tiếp xúc với lưu chất.
b) Nguyên lý hoạt động.

20

Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy dựa trên hiệu ứng sự phát
sinh dòng xoáykhi có một vật cản nằn trong lưu chất.
Nguyên nhân gây sự dao động này là sự sinh ra và biến mất của các dòng
xoáy bên cạnh vật cản. Các dòng xoáy ở hai cạnh bên của vật cản có chiều xoáy
ngược nhau như (hình 2.4)
k
2

4

v

1

3

Hình 2.4: Các dòng xoáy sau vật cản
Tần số sự biến mất của dòng xoáy (và cả sự suất hiện) là một hiệu ứng
dùng để đo lưu lượng tính bằng thể tích. Liện hệ giữa kích thước hình học của
vật cản. Vận tốc lưu chất V và tần số biến mất của dòng xoáy f.
Để hình thành con đường dòng xoáy có tính chất xác định và lập lại thật tốt
theo yêu cấu vật cản đáp ứng một số điều kiện. Hình dáng của một vật cản được
trình bày trong (hình 2.5).

Hình 2.5: Hình dáng của một số vật cản.

21

Tần số dao động của vận tốc có thể được đo với nhiều phương pháp khác
nhau. Cũng có thể đo sự dao động áp suất với màng sọc co giãn hoặc đo dòng
xoáy với dòng siêu âm. Lực tác dụng của vật cản có hướng thẳng góc với dòng
chảy và trục của vật cản được đo băng cảm ứng áp điện.
c) Đặc điểm của phương pháp dòng xoáy.
Phương pháp này rất kinh tế và có độ tin cậy cao. Tấn số dòng xoáy không
bị ảnh hưởng bởi sự dơ bẩn hoặc hư hỏng nhẹ của vật cản. Đường biểu diễn
tuyến tính và không thay đổi theo thời gian sử dụng. Sai số phép đo rất bé.
Khoảng đo lưu lượng thể tích từ 3 đến 100%.
Một số tính chất đặc biệt của phép đo dòng xoáy là nó độc lập với tính chất
vật lý của môi trường dòng chảy. Sau một lần chỉnh định ta không phải chỉnh
định lại với từng loại lưu chất.
Một ưu điểm nữa là các thiết bị đo lưu lượng bằng dòng xoáy không có bộ
phận cơ học chuyển động và đòi hỏi cấu trúc khá đơn giản.
2.1.3. Lưu lượng kế dùng lá guồng:
Lưu lượng kế dùng lá guồng biểu diển như (hình 2.6). Lá guồng chịu
lực tác động của dòng chảy, trọng lượng và phản lực của lò xo. Vị trí cân bằng
của lá guồng phụ thuộc vào lưu lượng của chất lưu. Tín hiệu cơ trong trường
hợp này có thể chuyển thành tín hiệu điện bằng cách dùng điện kế có trục gắn
liền với trục của lá guồng.
Ưu điểm của lưu lượng kế dùng lá guồng là rẻ tiền và chắc chắn.
Dịch
chuyển
Lá lò xo
Lá chắn
U

22

Hình 2.6: Lưu lượng kế lá guồng.
Sau khi tim hiểu về thiết bị đo lưu lượng ta thấy thiết bị đo lưu lượng kiểu
dòng xoáy có ưu thế hơn cả nên ta chọn lưu lượng kế kiểu xoáy.
Sau khi tìm kiếm trên thị trường về lưu lượng kế kiểu xoáy ta chọn lưu
lượng kế của hãng YEWFLO.
2.2. Chọn chuẩn giao tiếp.
2.2.1. Chuẩn giao tiếp RS_ 232:
1) Cổng nối tiếp RS_232: Chuẩn RS_232 lần đầu tiên được giới thiệu vào
năm 1962 do hiệp hội kỹ thuật điện tử EIA (Electronics Industries Association)
như là chuẩn giao tiếp truyền thông giữa một máy tính và một thiết bị ngoại vi
(modem, máy vẽ, mouse, máy tính khác ...).
Cổng giao tiếp RS_232C là giao diện phổ biến rộng rãi nhất. Giống như
cổng máy in, cổng nối tiếp RS_232 được sử dụng rất thuận tiện cho mục đích đo
lường và điều khiển.
2) Đặc điểm của RS_232: Việc truyền dữ liệu qua RS_232 được tiến hành
theo cách nối tiếp, nghĩa là các bit dữ liệu được gửi đi nối tiếp nhau trên một
đường truyền dẫn. Hình thức truyền này có khả năng dùng cho những khoảng
cách lớn hơn, bởi vì các khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn là dùng cổng
song song. Việc dùng cổng song song có một nhược điểm đáng kể là cáp truyền
quá nhiều sợi, vì vậy rất đắt tiền. Hơn nữa tín hiệu nằm trong khoảng 0 đến 5 V
tỏ ra không thích ứng với khoảng cách lớn.
Cổng nối tiếp RS232 không phải là một hệ thống bus, nó cho phép dễ dàng
tạo ra dưới hình thức điểm với điểm giữa hai máy tính cần trao đổi thông tin với
nhau. Một thành viên thứ ba không thể tham gia vào cuộc trao đổi thông tin này.
Hình 2.7: Sơ đồ chân của RS_232 loại 9 chân.
1

6

5

9


23

Bảng chức năng chân của RS_232
Chân
1

Chức năng
DCD: Data Carrier Detect (lối vào)

2

RxD : Receive Data (lối vào)

3

TxD : Transmit Data (lối ra)

4

DTR : Data Terminal Ready (lối ra)

5

GND : Ground (nối đất)

6

DSR : Data set Ready (lối vào)

7

RTS : Request To Send (lối ra)

8

CTS : Clear To Send (lối vào)

9
RI : Ring Indicator ( lối vào)
Hình 2.8: Sơ đồ chân của RS_232 loại 25 chân.
1

13

14

25

Bảng1:Chức năng chân của RS_232
Chân
1
2
3
4

5
6
7
8
9/10
11
12
13
14
15

Tên
AA
BA
BB
CA
CB
CC
AB
CF
SCF
SCB
SBA
DB

Mô tả
Protective ground
Transmitted data
Received data
Request to send

Clear to send
Data set ready
Signal ground
Received line signal detecter
(received for data set testing)
Unassigned
Secondary received line
Secondary clear to send
Secondary transmitted data
Transmit signal elementtiming (DCE sourse)


24

16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

SBB
DD
SCA
CD
CG

CE
CH/CI
DA
-

Secondary
Received signal element timing
Unassigned
Secondary request to send
Data terminal ready
Signal quality detector
Ring indicator
Data signal rate select (DTE/DCE source)
Transmit signal element timing (DTE source)
Unassigned

Jack cắm RS_232 có tổng cộng 8 đường dẫn chưa kể đường nối đất. Trên
thực tế có hai loại Jack cắm, loại 9 chân và loại 25 chân. Cả hai loại này đều có
chung một đặc điểm khác hẳn cổng máy in là chổ nối ở máy tính PC là ổ cắm,
trong khi ở cổng nối tiếp lại là Jack cắm nhiều chân.
Việc truyền dữ liệu xảy ra ở trên hai đường dẫn. Qua chân cắm ra TxD
(Transmit data), máy tính gởi các dữ liệu của nó đến máy kia. Trong khi các dữ
liệu mà máy tính nhận được, lại dẫn đến chân nối RxD (Receive Data). Các tín
hiệu khác đóng vai trò như là những tín hiệu hổ trợ khi trao đổi thông tin và vì
thế không phải trong mọi ứng dụng đều dùng đến.
3) Việc truyền dữ liệu: Mức tín hiệu chân ra RxD tùy thuộc vào đường dẫn
TxD và thông thường nằm trong khoảng -12V đến +12V. Các bit dữ liệu được
gửi đảo ngược lại. Mức điện áp đối với mức hight nằm giữa -3V và -12V và
mức low nằm giữa +3V đến +12V.
Ở trạng thái tĩnh trên đường dẫn có điện áp -12V. Một bit khởi động

(startbit) sẽ mở đầu việc truyền dữ liệu. Tiếp sau đó các bit dữ liệu riêng lẻ sẽ
đến, trong đó các bit có giá trị thấp được gửi trước tiên. Con số của các bit dữ
liệu thay đổi giữa 5 và 8. Ở cuối dòng dữ liệu còn có một bit dừng (Stopbit) để
đặt lại trạng thái lối ra (-12V).


25

Tốc độ baud có giá trị thông thường là: 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600,
19200 baud. Ký hiệu baud tương ứng với số bit được truyền trong một giây.
Chẳng hạn như khi tốc độ baud bằng 9600 có nghĩa là có 9600 bit dữ liệu được
truyền trong một giây. Từ đó suy ra rằng còn có một bit bắt đầu và một bit dừng
được gửi kèm theo với một byte dữ liệu. Như vậy với một byte đã có 10 bit
được truyền đi. Nhờ vậy mà có thể ước đoán một cách dễ dàng lượng dữ liệu
cực đại đã được truyền. Với tốc độ 9600 baud cho phép truyền nhiều nhất là
Start bit

Stop bit

+12
-12

D0

D1

D2

D3

D4

D5 D6

D7

T=1/fbaud
1,04ms
960 byte mỗi giây. Qua cách tính đơn giản này ta cũng thấy được một nhược
điểm không nhỏ của cổng nối tiếp là tốc độ truyền dữ liệu bị hạn chế. Dạng dữ
liệu cần phải được thiết lập như nhau ở cả hai bên gửi cũng như nhận.
Hình 2.9 : Dòng dữ liệu trên cổng RS_232 với tốc độ baud 9600baud.
Một trong những yêu cầu quan trọng của RS_232 là thời gian chuyển đổi từ
một mức logic này tới mức logic khác không vượt quá 4% thời gian 1 bit. Vì thế
ở tốc độ 19200 thời gian chuyển mức logic phải nhỏ hơn

0.04
= 2.1µs . Vấn đề
19200

này làm giới hạn chiều dài đường truyền. Với tốc độ truyền 19200 baud có thể
truyền xa nhất là 50ft (1ft = 30.48cm, 15.24cm).
Một trong những vấn đề quan trọng cần chú ý khi sử dụng RS_232 là mạch
thu phát không cân bằng (đơn cực). Điều này có nghĩa là tín hiệu vào được so
với đất. Vì vậy nếu điện thế tại hai điểm đất của hai mạch thu phát không bằng