báo cáo thực hành đo lường tự động hóa

Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
I. Mục đích thí nghiệm:
-Vận dụng các bộ điều khiển ( ON/OFF,P, PI, PID) để điều khiển nhiệt độ.
-Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh đến kết quả đọc.
-Xác định độ chính xác , sai số và giá trị thực của phép đo
II. Báo cáo thí nghiệm:
2.1.Xác định các thông số đặc trưng của hệ thống:
Bảng 1: giá trị nhiệt độ đo được ở chế độ Manual tương ứng sự thay đổi của OP
STT

OP(%)

PV(%)

1

0

29,70

2

10

40,50

3

20

60,90

4

30

80,40

5

40

96,60

6

50

108.00

7

60

121.00

8

70

139,80

9

80

154.00

10

90

162,50

11

100

163,20

2.2. Xác định các thông số điều khiển theo phương pháp Broida:

Trang 1


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

Bảng 2: Giá trị OP=50% và OP=60% ở chế độ điều khiển Manual
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

OP

50

t (s)
0
15
30
45
60
75
90
105
120

135
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285
300
315
330
345
360
375
390
405
420
435
450
465
480
495
510
525
540
555
570

585

PV
120,10
120,10
120,20
120,50
120,60
121,00
121,50
122,20
122,70
123,30
123,80
124,40
125,00
125,40
125,90
126,60
127,20
127,80
128,30
128,80
129,30
129,70
130,10
130,40
130,70
131,10
131,50

131,90
132,10
132,40
132,70
132,80
133,30
133,80
134,00
134,30
134,50
134,80
135,00
135,10
135,30

III. Xử lý số liệu:
3.1. Các thông số đặc trưng của hệ thống:
Trang 2

STT
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51

52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81

82

OP

50

t (s)
600
615
630
645
660
675
690
705
720
735
750
765
780
795
810
825
840
855
870
885
900
915
930

945
960
975
990
1005
1020
1035
1050
1065
1080
1095
1110
1125
1140
1155
1170
1185
1200

PV
135,40
135,70
136,00
136,10
136,10
136,20
136,30
136,40
136,50
136,50

136,70
136,90
137,00
137,20
137,30
137,30
137,40
137,40
137,50
137,60
137,90
138,00
138,10
138,30
138,30
138,30
138,30
138,40
138,60
138,60
138,60
138,80
138,80
138,60
138,80
138,90
139,10
139,30
139,30
139,30

139,30


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

Bảng: Xác định độ khuếch đại tĩnh Gs
STT

OP

PV

∆OP (%)

∆PV(%)

Gs

1

0

29,70

10

6,6176

0,6618

2

10

40,50

10

12,5000

1,2500

3

20

60,90

10

11,9485

1,1949

4

30

80,40

10

9,9265

0,9926

5

40

96,60

10

6,9853

0,6985

6

50

108,00

10

7,9657

0,7966

7

60

121,00

10

11,5196

1,1520

8

70

139,80

10

8,7010

0,8701

9

80

154,00

10

5,2083

0,5208

10

90

162,50

10

0,4289

0,0429

11

100

163,20

Trang 3


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

Biểu diễn PV theo thời gian

Trang 4


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

IV. Tính toán:
4.1. Xác định ∆OP (%), ∆PV (%), Gs:
 Tính ∆OP:

∆OP =

OPi +1 − OP1
OPmax

 Tính cho dòng thứ 3 bảng 1:

∆OP =

30 − 20
*100% = 10 (với OPmax = 100% )
100

 Tính ∆PV:

∆PV =

PVi +1 − PVi
*100%
PVmax

 Tính cho dòng 3 bảng 1:

∆PV =

80.4 − 60.9
*100% = 11 .95
163.2

( với PVmax = 163.2 )

 Tính Gs cho dòng 3 bảng 1:

Gs =

∆PV 11 .9485
=
= 1.1949
∆OP
10

4.2. Xác hằng số thời gian và thời gian trễ:
Ta co:

∆t = 139.3 − 120.1 = 19.2

t1 = 19.2 × 0.28 + 120.1 = 125.5
⇒ τ 1 = 165
Tương tự: t 2 = 19.2 × 0.40 + 120.1 = 127.8
⇒ τ 2 = 240

t 63% = 19.2 × 0.63 + 120.1 = 132.2
⇒ τ 63% = 415
 Hằng số thời gian: τ = 5.5 × ( 240 − 165) = 412.5
 Thời gian trễ: τ m = τ 63% − τ = 415 − 412.5 = 2.5
Trang 5


Trung tâm máy – thiết bị

 Tính tỷ số:

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

τ
412.5
=
= 165 > 20
τm
2.5

Vậy là bộ điều khiển ON- OFF
Bài số 2: ĐIỀU KHIỂN VAN
I. Mục đích thí nghiệm:

-Trắc định hệ số hiệu chỉnh lưu lượng của van
-Khảo sát ảnh hưởng của kích thước van đến lưu lượng dòng chảy
-Khảo sát các đặc trưng của van khi độ chênh áp không đổi và biến đổi
II. Cơ sở lý thuyết:
2.1. Hệ số lưu lượng:
-Định nghĩa:
Hệ số lưu lượng CV là lượng nước đo bằng gallon US trong một đơn vị
thời gian thông qua một giới hạn khi độ chênh lệch áp suất là 1PSI.
Tương tự CV, KV được định nghĩa là lượng nước Q chảy qua một van
3
( m /h ) với độ chênh lệch áp suất là 1 bar.
Mối liên hệ giữa KV và CV trong cùng một van là:
CV = 1,16 KV
Tốc độ dòng chảy qua một van tỉ lệ theo căn bặc hai với độ chênh lệch áp
suất giữa đầu vào và đầu ra.
Mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy với độ chênh lệch áp suất:
QV = KV √∆P
∆P = P1 − P2
Hệ số lưu lượng KV là hằng số đặc trưng của van, nó tương đương với lưu
lượng dòng chảy thu được khi độ chênh lệch áp suất là 1 bar và van mở hoàn
toàn, nó phụ thuộc vào kích thước van.
2.2. Sự phụ thuộc của lưu lượng vào độ mở của van:
Tốc độ dòng chảy lớn nhất khi van mở hòan toàn.
Tốc độ dòng chảy nhỏ nhất khi van đóng hòan toàn.
Giữa hai độ mở trên, tốc độ dòng chảy có thể biến đổi theo những hướng
khác nhau.
Sự biến đổi này phụ thuộc vào hình dạng của lỗ mở giữa tốc độ lớn nhất
và nhỏ nhất.
Trang 6

Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ dòng chảy là đặc điểm, bản chất của van,
được định nghĩa dưới điểu kiện kiểm tra cụ thể khi xác định KV, ∆P là hằng số.
2.3.Bộ định vị:
Bộ định vị dùng để điều khiển độ mở van bằng tín hiệu điều khiển.
+Ưu điểm:
-Xác định vị trí của piston có tính lặp.
-Xác định đúng vị trí của piston.
-Xác định vị trí của piston độc lập với sự dao động của cột áp suất khi dòng lưu
chất chảy qua van.
Bộ định vị có hệ thống điều khiển van bằng tín hiệu điện hoặc tín hiệu số.
Bộ định vị có thể đưa ra thời gian trễ cho phép bộ cảm biến của quá trình:
-Cài đặt chế độ tuyến tính: cài đặt hình dạng của hệ thống đưa ra quan hệ tuyến
tính giữa độ mở van và áp lực lò xo.
-Cài đặt chế độ tỷ lệ: chế độ này cho phép đặt giá trị cực đại của tín hiệu ứng với
độ mở tối đa.
-Cài đặt chế độ zero: chế độ này cho phép đặt giá trị cực tiểu của tín hiệu ứng với
độ mở nhỏ nhất ( đóng van ).
2.4. Độ mở của van:
Hiện tương xâm thực là sự biến đổi một phần của chất lỏng thành hơi khi
có sự tăng tốc nhanh của dòng lưu chất chảy qua mặt tiếp xúc và vòng đệm của
van. Hiện tượng này gồm có sự biến mất bọt khí tại cửa ra của van, là nguyên
nhân gây ra va đập thủy lực. Va đập thủy lực là nguyên nhân gây ra ăn mòn khi
độ chênh lệch áp suất trong van lớn.
Hiện tượng xâm thực còn là nguyên nhân gây ra tiếng ồn và rung động
không phát hiện được.

Hệ số lưu lượng tới hạn Cf:
Hệ số lưu lượng tới hạn là trị số ở dưới điều kiện áp suất mà van phải chịu
hiện tương xâm thực.
∆PC là độ chênh lệch áp suất tới hạn ( ở điều kiện hiện tương xâm thực
xảy ra )
∆PC = Cf2(P1 − PV)
P1: áp suất đầu vào cửa van của chất lỏng (bar)
PV: áp suất hơi chất lỏng ở nhiệt độ dòng chảy chất lỏng vào (bar)
Để phòng tránh hiện tượng xâm thực thì độ chênh lệch áp suất trong van
phải dưới ∆PC bằng cách:
Trang 7


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

- Tăng áp suất đầu vào P1.
- Van cần lắp đặt ở vi trí thấp trên hệ thống để tăng giá trị tới hạn của áp suất
thủy tĩnh.
III.Tiến hành thí nghiệm:
3.1.Xác định hệ số lưu lượng của van:
Chế độ vận hành không có bộ định vị
-Chọn chế độ hạn chế vận hành không có định vị
-Cài đặt tính hiệu điều khiển van giá trị 100% (van mở hoàn toàn)
-Điều chỉnh giá trị lưu lượng 20 l/ giờ bằng lưu lượng bằng tay và ghi nhận độ
chênh lệch áp suất qua van.
-Tăng dần lưu lượng dòng chảy với gia số 20l/ giờ và ghi nhận chênh lệch áp
suất
-Thay đổi vòng đệm của van và lặp lại các bước trên

3.2.Xác định các đặc trưng của van khi độ chênh lệch áp suất qua van không
đổi:
Thiết lập mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy với tín hiệu điều khiển
khi độ chênh lệch ấp suất qua van không đổi. Chế độ vận hành không có định vị
-Chọn chế độ vận hành không có định vị
-Mở van hoàn toàn bằng tay.
-Cài đặt tín hiệu điều khiển giá trị 10 %
-Đóng dần van điều chỉnh bằng tay để độ chênh lệch áp suất đạt giá trị số 2 bar.
-Ghi nhận kết quả lưu lượng dòng chảy đạt được.
-Lặp lại các bước trên nhưng tăng dần tín hiệu điều khiển lên 100% với gia số
10%
Chú ý: mỗi điểm cài đặt mới phải chỉnh van đều chỉnh bằng tay để độ chênh
lệch áp suất qua van là 2 bar và ghi nhận kết quả lưu lượng dòng chảy thu được.
-Tiếp tục ghi nhận kết quả phép đo khi giảm tính hiệu điều khiển với gia số 10%.
-Thay đổi vòng đệm của van và lặp lại như các bước trên
3.3. Xác định các đặc trưng của van khi độ chênh lệch áp suất qua van thay đổi
Thiết lập mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy với tín hiệu điều khiển
khi vàn điều chỉnh bằng tay mở hoàn toàn
Chế độ vận hành không có định vị
-Chọn chế độ vận hành không có bộ định vị.
-Mưor van điều chỉnh bằng tay hoàn toàn
Trang 8


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

-Cài đặt tín hiệu điều khiển giá trị 0 % ghi nhận kết quả lưu lượng dòng chảy đạt
được

-Tăng dần tín hiệu điều khiển lên 100% với gia số 10% ghi nhận kết quả lưu
lượng dòng chảy đạt được
-Giảm dần tín hiệu điều khiển về 0 % với gia số 10% ghi nhận kết quả dòng
chảy lưu lượng đạt được.
IV. Báo cáo thí nghiệm:
1. Thí nghiệm 1: Xác định hệ số lưu lượng của van
 Thí nghiệm 1: chế độ vận hành không có bộ định vị:
Q(lít/giờ)

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

∆P (bar)

0,19

0,35

0,53

0,79

1,08

1,42

1,81

2,24

100,0

Tính hệ số lưu lượng của van theo công thức:
ρ
KV = Q
∆P
KV: hệ số lưu lượng của van (m3/h)
ρ = 1000 kg/m3 = 1 kg/dm3
Q: lưu lượng lưu chất chảy qua van (m3/h)
 Thí nghiệm 2: chế độ vận hành có bộ dịnh vị:
Q(lít/giờ)
∆P (bar)
Q(lít/giờ)
∆P (bar)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,07
110

0,08
120

0,09
130

0,12
140

0,14
150

0,17
160

0,21

0,25

0,3

0,35

0,41

0,47

0,53

0,61

0,68

4.2. Xác định các đặc trưng của vankhi độ chênh lệch áp suất qua van không đổi
 TN3: chế độ vận hành không có bộ định vị:
Độ mở
Q (lít/giờ)
khi mở
Q (lít/giờ)
khi đóng

0

10

20

30

40

0

0

0

0

0

0

0

0 <16

23

Trang 9

50

60

70

80

90

100

0 <16

24

35

54

85

67

80

81

85

31

47


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng và bộ điều khiển tín hiệu
trong các trường hợp:
* Khi tăng dần tín hiệu:

* Khi tăng dần tín hiệu:

Trang 10


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

 TN4: chế độ vận hành có bộ định vị:
Độ mở
Q (lít/giờ)
khi mở
Q (lít/giờ)
khi đóng

0

10

20

30

0

60

85

125

0

58

86

127

40

4.3. Xác định các đặc trưng của vankhi độ chênh lệch áp suất qua van thay đổi:
 TN5: chế độ vận hành không có bộ định vị:
Độ mở
∆P (bar)
khi mỡ

Q
(lít/giờ)
khi mỡ
∆P (bar)
khi đóng
Q
(lít/giờ)
khi đóng

0

10

20

2,59 2,55 2,52
0

0

0

30
2,5
0

40

50

60

70

80

2,53 2,49 2,49 2,41 2,35 2,31
0

0

18

27

37

2,61 2,59 2,55 2,51 2,52 2,43 2,36 2,24 2,21
0

0

0

16

90

16

35

54

79

84

*Đồ thị lưu lượng và bộ điều khiển khi tăng dần tín hiệu:

Trang 11

100
2,21

57

85

2,2

2,21

84

85


Trung tâm máy – thiết bị

báo cáo thực hành đo lường-tự động hóa

*Đồ thị lưu lượng và bộ điều khiển khi tăng dần tín hiệu:

 TN6: chế độ vận hành có bộ định vị:
Độ mở
∆P (bar)
khi mỡ
Q
(lít/giờ)
khi mỡ
∆P (bar)
khi đóng
Q
(lít/giờ)
khi đóng

0

10

20

30

2,71

2,3

2,19

2,11

1,79 1,76 1,75 1,77 1,75 1,77

1,77

0

64

89

129

max

max

max

1,74 1,76 1,76 1,76 0,18 1,76

1,77

max

max

2,79 2,38 2,28 2,18

0

65

92

136

40

50

max

max

Trang 12

60

max

max

70

max

max

80

max

max

90

max

100