Môn học các cảm biến (202702) đề tài FLOW SENSOR

Đại học Bách Khoa TPHCM
Môn học: CÁC CẢM BIẾN (202702)

Đề tài: FLOW SENSOR
GVHD: TS. Trần Hải Nam


Nội dung

Tổng quan

Nguyên lý vật lý của cảm biến lưu lượng

Vật liệu và công nghệ

Hàm truyền

Sơ đồ mạch điện


1. Tổng quan


Cơ bản về động lực học lưu chất




Một trong những nguyên tắc cơ bản của vật lý là khối lượng là một đại lượng bảo tồn.





Lưu lượng:



Lưu lượng thể tích = Vận tốc x diện tích tiết diện ngang của đường ống

Khối lượng đi vào hệ thống (Min) bằng khối lượng đi ra hệ thống (Mout):

Mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích đối với vật liệu khơng nén được là thông qua khối lượng riêng:


Hình 1‑1: a. Ống dịng chảy và b. Dịng chảy qua mặt cắt


Đặc trưng của lưu chất



Khối lượng riêng: là khối lượng của 1 đơn vị thể tích lưu chất:



Tính nhớt: là tính chống lại sự dịch chuyển, nó biểu hiện sức dính phân tử hay khả năng lưu động của lưu chất




Trị số Reynold (Re): đại lượng thể hiện đặc trưng các yếu tố ảnh hưởng đến lưu chất

Trạng thái dòng chảy


2. Nguyên lý vật lý


Đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp




Sử dụng lưu lượng kế đo dựa trên hiệu áp (differential pressure flowmeter).
Bao gồm 2 thành phần chính:

Thành phần 1: Là nguyên nhân gây lên sự thay đổi trong năng lượng động học, tạo nên sự thay đổi áp suất trong ống, thành phần này phải phù hợp với kích
thước của đường ống, điều kiện dịng chảy, tính chất của lưu chất.
Thành phần 2: Đo sự chênh lệch áp và tín hiệu đầu ra được chuyển đổi thành giá trị lưu lượng.



Từ sự thay đổi áp suất, suy ra lưu lượng thể tích.


Sử dụng các thiết bị tạo chênh áp bằng cách thay đổi tiết diện ngang của ống (theo hướng nhỏ lại) như:
− Tấm Orifice.
− Venturi and flow tube.
− Pilot tube.
− Elbow meters.

− Flow nozzle …

Hình 2‑1: Tiết diện ngang của một số dạng ống đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp


Hình 2‑2: Hình ảnh cảm biến lưu lượng sử dụng nguyên lý chênh áp


Hình 2‑3: Ống venturi


Đo lưu lượng theo nguyên lý turbine

Hình 2‑12: Cấu tạo thiết bị đo lưu lượng bằng nguyên lý turbine


Đo lưu lượng theo nguyên lý turbine

Hình 2‑11: Sơ đồ đo lưu lượng bằng nguyên lý turbine


Đo lưu lượng theo nguyên lý điện từ

Hình 2‑13: Nguyên lý đo lưu lượng bằng điện từ


Hình 2‑14: Cấu tạo máy đo lưu lượng bằng điện từ


Đo lưu lượng theo nguyên lý Vortex

Hình 2‑16: Sơ đồ cấu trúc nguyên lý Vortex


Đo lưu lượng theo nguyên lý chiếm chổ Positive Displacement

Hình 2‑19: Sơ đồ ngun lý cơng tơ thể tích


Hình 2‑22: Hình ảnh thực tế cảm biến lưu lượng sử dụng nguyên lý chiếm chổ


Đo lưu lượng theo nguyên lý siêu âm



Phương pháp thời gian chuyển tiếp (transit time)

Hình 2‑23: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp thời gian chuyển tiếp




Phương pháp Doppler

Hình 2‑24: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp Doppler


Đo lưu lượng theo nguyên lý gia nhiệt

Các cảm biến lưu lượng sử dụng phương pháp trên là
− Lưu kế dây nóng (Hot-wire anemometer)
− Nhiệt lưu kế ba thành phần (Three-Part Thermoanemometer)
− Nhiệt lưu kế hai thành phần (Two-Part Thermoanemometer)
− Nhiệt lưu kế cho dịng vi mơ (Microflow Thermal Transport Sensors)


Lưu kế dây nóng (Hot-wire anemometer)

Hình 2‑28: Cầu cân bằng về không cấp nhiệt không đổi cho lưu kế dây nóng


Hình 2‑29: a. Đầu dị dây nóng và b. Đầu dị màng nóng dạng hình nón