Tài liệu Giáo trình kỹ thuật đo lường P17 pdf

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 1
C
C
H
H




N
N
G
G


1
1
7
7
.
.






O
O

L
L


U
U


L
L




N
N
G
G


C
C
H
H


T
T

L
L


N
N
G
G


V
V
À
À


C
C
H
H


T
T


K
K
H

H
Í
Í


(
(
2
2


L
L
T
T
)
)




17.1. C s chung và phân loi các phng pháp đo lu lng.
17.1.1. C s chung v đo lu lng cht lng và cht khí (cht lu):
Cht lu là các môi trng vt cht  dng lng hoc khí tn ti di nhng
điu kin nhit đ, áp sut, th tích đc xác đnh bi các đnh lut nhit đng
hc. Di tác dng ca lc bên ngoài, ví d s chênh lch áp sut, cht lu s
chuyn đng, chuyn đng này đc đc trng bi dòng chy vi các thông s:
vn tc, khi lng riêng, áp sut và nhit đ  các đim khác nhau ca cht lu,
đ nht, đ khuch tán nhit, nhit lng riêng… Thông s thng cn quan tâm
nht ca s chuyn đng này là vn tc và lu lng ca cht lu, khi đó thng

xem các thông s còn li là không đi. Mt trong s các tham s quan trng ca
quá trình công ngh là lu lng các cht chy qua ng dn.
Lu lng vt cht là s lng cht y chy qua tit din ngang ca ng dn
trong mt đn v thi gian. Mun nâng cao cht lng sn phm và hiu qu ca
h thng điu khin t đng các quá trình công ngh cn phi đo đc chính xác
th tích và lu lng các cht. Vic đo lu lng là mt phn thit yu trong mi
quá trình công nghip và trong các ngành công ngh. o lu lng đóng mt vai
trò vô cùng quan trng cng nh vic đo nhit đ, áp sut, mc cht lng…
Trong vic đo lu lng, ta cn phân bit:
- Lu lng đc tính bng th tích trên đn v thi gian:
Q
v
= V/t (m
3
/s)
- Lu lng đc tính bng trng khi trên mt đn v thi gian:
Q
m
= m/t (kg/s)
Khi bit t trng  ca môi trng cn đo thì hai loi lu lng trên đc tính
bng phng trình:
Q
m
= Q
v
.
- Lu lng tc thi: đc tính theo công thc:
dt
dV
Q =

vi V là th tích ca cht lu.
- Lu lng trung bình: đc tính theo công thc:
).(
12
ttVQ
tb
−=
vi )(
12
tt − là khong thi gian đo.
Trong quá trình sn xut ca các ngành công nghip hoá cht, ch bin, đin
nng… lu lng tính bng trng khi cn bit nhng cng khó đo đc hn.
Trong mt h thng khép kín, lu lng tính bng trng khi, lu khi c đnh
trong khi đó lu lng tính bng th tích thay đi theo nhit đ và áp sut.
Môi trng đo khác nhau đc đc trng bng tính cht hoá lý và các yêu cu
công ngh, do đó mà ta có nhiu phng pháp đo lu lng da trên nhng
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 2
nguyên lý khác nhau.  thích ng vi các nhu cu khác nhau trong công nghip,
ngi ta đã phát trin rt nhiu phng pháp đo lu lng cht lng, hi nc,
cht khí…
17.1.2. Phân loi thit b đo lu lng cht lng và cht khí:
Vn tc và lu lng ca cht lu thng đc đo gián tip thông qua nh
hng ca nó đn các đc trng vt lý ca vt trung gian hoc đn hin tng vt
lý trong đó vn tc, lu lng là mt thông s và vt trung gian ni xy ra hin
tng vt lý đó. Vt trung gian có th chính là cht lu hoc mt phn t cu
thành ca cm bin.
- Khi vt trung gian là bn thân cht lu: thì vn tc, lu lng ca nó đc
xác đnh thông qua áp sut đng U
2

/2, qua hiu ng Doppler tác đng bi laze
hoc siêu âm và thi gian truyn qua ca mt đng v phóng x. Trong trng
hp này phi s dng thêm các cm bin thích hp vi các đi lng trung gian
cn đo là áp sut, ánh sáng, siêu âm, tia phóng x.
- Khi vt trung gian là mt phn t ca cm bin đt trong cht lu: thì vn
tc ca cht lu s xác đnh mt trong các đc trng vt lý ca vt trung gian
nh: nhit đ ca vt trung gian, tc đ quay ca vt trung gian.
Các phng pháp đo lu lng c bn gm:
- Lu lng k c khí: lu lng k cánh qut-tuabin (Turbine flowmeters),
lu lng k phao ni (Variable-area flowmeters), lu lng k bn chn
(Palette flowmeters).
- Lu lng k đin t (Electro-magnetic flowmeters)
- Lu lng k tn s dòng xoáy.
- Lu lng k khi lng nhit
- Lu lng k đo đ gim áp sut (Differential pressure flowmeters)
17.2. Các phng pháp đo lu lng.
17.2.1. Lu tc k cánh qut (tucbin) (Turbine flowmeter):
Dùng đ đo tc đ dòng chy qua mt ng dn, thng là công t nc hoc
đo tc đ ca tàu bin.
a) Cu to: nh hình 17.1: gm có cánh qut 1 ging nh cánh tua bin, quay
trên giá đ 2 đc gn vào thanh đ 3 trong ng dn:

Hình 17.1. Cu to ca lu tc k cánh qut
 đ 4 có tác dng hn ch tc đ di chuyn ca cánh qut. Trc cánh qut
đc làm bng vt liu không dn t trong đó gn lõi thép 5 bng vt liu mm.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 3
Bên ngoài ng đt nam châm vnh cu 6 trên nó qun cun dây cm ng 7.
b) Nguyên lý hot đng: khi cánh qut quay, t thông ca nam châm s tng
lên khi lõi thép 5 nm dc trc ca nam châm và gim xung khi lõi thép nm

vuông góc vi nó.
Khi t thông móc vòng trong cun dây cm ng thay đi s xut hin mt
sut đin đng cm ng. Mi vòng quay t thông tng gim hai ln nên tn s
cm ng f trong cun dây cng tng gp hai ln s vòng ca trc. o tn s f
bng tn s k t đó suy ra tc đ dòng chy.
Vi phng pháp trên sai s ca thit b t 1÷0,3%. Nguyên nhân gây sai s
do quán tính ca cánh qut, ma sát gia trc quay và giá đ.
Có th gim sai s bng cách gim mômen quán tính ca cánh qut.
17.2.2. Lu tc k kiu cm ng (Electro-magnetic flowmeters):
Dùng đo tc đ dòng chy dn đin
a) Cu to: nh hình 17.2:

Hình 17.2. Cu to ca lu tc k kiu cm ng
b) Nguyên lý hot đng: ng 1 đc ch to bng vt liu không dn t cho
cht lng dn đin chy qua. T trng bin thiên do nam châm 2 to nên xuyên
qua dòng cht lng cm ng mt sc đin đng. Sc đin đng này đc ly ra
trên hai đin cc 3 và 4 và đa vào thit b đo.  ln ca sc đin đng đc
tính:
BdvkE
ω
=
trong đó: k - h s
ω - tn s góc ca t thông do nam châm to ra.
B - đ cm ng t
d - đng kính trong ng dn
v - tc đ trung bình ca cht lng theo tit din ng.
Sc đin đng có th biu din qua lu lng ca cht lng.
BQ
d
k

E .
4
π
ω
=
vi
4

2
dv
Q
π
= là lu lng, tc là s lng cht lng chy qua tit din ng
trong mt đn v thi gian.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 4
Lu tc k s dng phng pháp trên có u đim là không có quán tính do
vy có th đo đc lu tc bin thiên theo thi gian. Ch th ca dng c không
ph thuc vào thông s vt lý ca cht lng (áp sut, nhit đ, mt đ, đ nht),
ngoài ra nó không ph thuc vào sc cn ph đi vi dòng cht lng nh lu tc
cánh qut.
Sai s ca thit b do xut hin sc đin đng kí sinh hình thành  các đin
cc. Sai s c bn trong khong 1÷2,5%.
17.2.3. Phng pháp đo lu lng bng tn s dòng xoáy (Vortex Flow
Metter):
a) Nguyên lý hot đng: phng pháp đo lu lng bng tn s dòng xoáy
da trên hiu ng s phát sinh dòng xoáy khi mt vt cn nm trong lu cht.
Nguyên nhân gây ra s dao đng này là s sinh ra và bin mt ca các dòng
xoáy bên cnh vt cn. Các dòng xoáy  2 cnh bên ca vt cn có chiu xoáy
ngc nhau.

Hình 17.3. Dòng xoáy xut hin sau vt cn
Tn s s bin mt ca dòng xoáy (và c s xut hin) là mt hiu ng dùng
đ đo lu lng tính bng th tích. Liên h gia kích thc hình hc vt cn, vn
tc lu cht v và tn s bin mt ca dòng xoáy f- tn s dòng xoáy đc din t
trong hng s Strouhal S:
.
f
b
S
v
=

vi: b - đng kính ca vt cn
f - tn s dòng xoáy
v - vn tc dòng xoáy

Hình 17.4. Phng pháp đo lu lng bng dòng xoáy
Vi điu kin hng s Strouhal S không ph thuc vào tr s Reynold ta có
th tích lu lng theo th tích trên đn v thi gian đc tính:
1

v
QbAf
S
=
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 5
vi A là din tích ct ngang ca dòng chy.
 hình thành mt con đng dòng xoáy có tính xác đnh và lp li tht tt

yêu cu vt cn phi đáp ng đ mt s điu kin. Hình dáng mt s vt cn
đc trình bày di đây:

Hình 17.5. Hình dáng mt s vt cn
Hình dáng ca vt cn phi đc cu to sao cho trong mt khong tr s
Reynold khá rng mà tr s Strouhal vn là hng s. Vi vt cn có hình dng
lng kính, ta có tr s S khá n đnh trong sut mt di tr s Reynold khá rng
do vy các thit b đo đc bán trên th trng thng có vt cn hình lng kính
Tn s dao đng ca vn tc có th đc đo vi nhiu phng pháp khác
nhau. Cng có th đo s dao đng áp sut vi màng sc co giãn hoc đo các
dòng xoáy vi sóng siêu âm. Lc tác dng lên vt cn có hng thng góc vi
dòng chy và trc ca vt cn và đc đo bng các cm ng áp đin.
b) c đim ca phng pháp đo lu lng bng tn s dòng xoáy:
- Phng pháp này rt kinh t và có đ tin cy cao. Tn s dòng xoáy không
b nh hng bi s d bn hay s h hng nh ca vt cn. ng biu din
ca nó tuyn tính và không thay đi theo thi gian s dng. Sai s phép đo rt
bé. Khong đo lu lng tính bng th tích t 3 đn 100%.
Mt tính cht rt đc bit ca phép đo bng dòng xoáy là nó đc lp vi các
tính cht vt lý ca môi trng dòng chy. Sau mt ln chnh đnh, sau đó ta
không cn chnh đnh li vi tng loi lu cht.
Mt u đim na là các thit b đo lu lng bng dòng xoáy không có b
phn c hc chuyn đng và s đòi hi v cu trúc khá đn gin.
- Lu lng k kiu xoáy đc dùng đ đo các lu cht là cht lng, khí và
hi (tr các lu cht có đ nht quá ln) vi đ chính xác tng đi cao:
Lu cht  chính xác
Cht lng
± 1 %
Khí
± 1 %
Hi

± 1,5 %
- Các yu t cn quan tâm khi s dng lu lng k kiu xoáy là: cách lp
đt, nhit đ lu cht, t trng và đ nht ca lu cht, các yu t nhiu do rung
đng
Ví d: lu lng k kiu xoáy YEWFLO ca hãng Yokogawa - Nht Bn:
S
dDd
D
fQ
)
4
.
(
.
2
−
=
π

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 6
vi: Q - lu lng t l
d - đ rng ca thanh to xoáy
D - đng kính bên trong ca YEWFLO

Hình 17.6. Lu lng k kiu xoáy YEWFLO
Cu trúc ca lu lng k này nh hình 17.7:

Hình 17.7. Cu trúc ca lu lng k kiu xoáy YEWFLO
1. B chuyn đi 2. Ming đm

3. Thành phn cm bin 4. Thanh to xoáy
5. Màn hình hin th tín hiu đu ra 6. Dây tín hiu cm bin.
Thanh to xoáy s to ra các lc nâng có ng sut thay đi. Tn s ca các
thay đi v ng sut này tc là tn s xoáy s đc phát hin bi các thành phn
Chiu dòng chy
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 7
áp đin đc hàn kín trong trong thanh to xoáy. Có 2 thành phn áp đin đ
phân bit các lc to ra bi xoáy và các lc to ra do nhng yu t khác. Chúng
có nhim v chuyn đi các lc xoáy thành các tín hiu đin đc đa ti b
chuyn đi đ x lý. Nhng thành phn này đc đt trong thanh to xoáy và
không tip xúc vi lu cht nh hình 17.8:




Hình 17.8. Cu to ca cm bin áp đin đo lc to xoáy.
c) Nhiu và chng nhiu: cm bin áp đin rt nhy cm vi nhiu, đc bit
là do s rung trên các đng ng, do vy các cm bin lu lng tn s dòng
xoáy phi đc thit k đ hn ch đn mc ti đa tác đng ca nhiu k c vi
phn cng và phn mm.

Hình 17.9. Các nhiu tác đng lên lu lng k tn s dòng xoáy.
d) Các quy đnh v lp đt lu lng k tn s dòng xoáy: vic lp đt lu
lng k tn s dòng xoáy phi tuân theo các quy tc sau:
- Lp lu lng k theo chiu mi tên cùng chiu dòng chy vào:
- Phi đm bo khong cách ti thiu gia lu lng k vi các đon ni vi
các đim ni khác (van, đon cong…) theo chiu xuôi và chiu ngc dòng chy
đ thu đc các tín hiu đu vào chính xác nht (D là đng kính ca lu lng
k): nh hình 17.10.

- Vic lp đt các đim đo áp sut và nhit đ trên cùng mt đng ng vi
lu lng k có quy đnh v khong cách nh hình 17.11.
- Không đo nhng cht lng có cha c các cht rn nh cát, si… loi b
đnh k các vt rn bám vào thanh chn.
- Có th đo đc lu lng khí, cht lng hay hi khi không có s bin đi

Nhiu do rung đng
Nhiu do rung đng
c khí
Máy nén khí
ng c
Máy bm
Van
in cc
Cm bin
Phn tip xúc
v

i l
u

c
h
t

GIO N_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG V CHT KH
GV: Lờ Quc Huy_B mụn T-L_Khoa in 8
trng thỏi. Tuy nhiờn thng khụng th o cỏc lu cht khi dũng chy cú tp
cht, dũng chy phõn tng hoc dũng chy cú bt khớ.

Hỡnh 17.10. Khong cỏch ti thiu gia lu lng k vi cỏc on ni
vi cỏc im ni khỏc

Hỡnh 17.11. Khong cỏch lp t cỏc im o ỏp sut v nhit
trờn cựng mt ng ng vi lu lng k.
- Tt nht l lu lng k v ng ng phi cú cựng ng kớnh. Trong
trng hp khụng trỏnh khi phi khỏc nhau thỡ ng kớnh ca lu lng k
phi nh hn ng kớnh ng:

D
0
D
1
D
1
<
D
0
Khụng c
D
0
D
2
D
2
>
D
0
c
Dòn

g
chả
y
10D
5D
Khoảng cách với ống mở rộng
10D 5D
Dòn
g
chả
y
Khoảng cách với ống thu hẹp
20D 5D
Dòn
g
chả
y
Khoảng cách với các đoạn rẽ
20D - 40D 5D
Dòn
g
chả
y
Khoảng cách với các van
Chiều chả
y
n
g
ợc
Chiều chả

y
xuôi
Dòn
g
chả
y

Điểm đo
á
p
suấ
t
Điểm đo
nhiệt độ
2 đến 7D
1 hoặc 2D từ điểm đo áp suất
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 9
-  đo đc chính xác lu lng ca lu cht thì yêu cu phi đo vi nhng
đng ng luôn đy nh hình minh ha:
Dßng ch¶y vµo
Dßng ch¶y vµo
Dßng ch¶y vµo
Dßng ch¶y vµo
§îc §îc
Kh«ng ®îc
Kh«ng ®îc

- Các lu cht cha c cht lng và cht khí s gây ra các li trong quá trình
đo. Phi tránh các bt khí to ra trong cht lng vì vy mà đng ng phi lp

đt sao cho tránh đc s to thành ca các bt khí. Nên lp đt van theo chiu
xuôi dòng chy vì s gim áp sut khi dòng chy qua van s làm các bt khí
thoát đi:

- Lu ý tránh lp đt lu lng k trong trng hp có mc cht lng trong
ng gi nguyên  mt trng thái không đi.
- Không lp đt lu lng k trong môi trng có nhit đ thay đi đt ngt:

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 10
- Trong mt môi trng có các thit b phát nhit nóng thì phi lp đt lu
lng k  ch có thông gió. Không lp đt lu lng k trong môi trng d b
n mòn.
- Không đc cho lu lng k vào trong bt k mt cht lng nào.
- Nên lp đt lu lng k trong nhng môi trng hn ch thp nht mc va
chm và chn đng.


17.2.4. Phng pháp đo lu lng bng siêu âm.
a) Nguyên lý hot đng: tn s ca siêu âm cao hn tn s mà thính giác ca
con ngi có th cm nhn đc. Trong k thut, tn s hu ích ca siêu âm tri
dài t 20 kHz đn 10 MHz. Tn s, đ dài sóng và vn tc truyn sóng đc liên
kt vi nhau theo công thc:
C
o
= f.
Vn tc truyn sóng l thuc vào đc tính ca môi trng và đc bit vào
nhit đ ca môi trng.
- Phng pháp hiu s thi gian truyn sóng:
Hình 17.12 trình bày mt cu trúc dùng đ đo lu lng: các cm bin siêu

âm nm cách nhau mt khong L trong ng dn có lu cht dch chuyn mt vn
tc v. Cm bin 1 phát sóng và cm bin 2 thu sóng, vn tc truyn sóng đc
gia tng thêm thành phn v.cos.
Vi phng pháp đo sóng siêu âm ta đc vn tc v ca dòng chy và sau khi
nhân v vi din tích mt ct ngang ca ng, ta thu đc lu lng tính bng th
tích.

Hình 17.12. Cu trúc ng đo lu lng bng siêu âm
Nu gi t
1
là thi gian truyn sóng t 1 đn 2 và t
2
t 2 đn 1 thì ta có đc vn
tc dòng chy v đc tính là:
v =
21
12
2cos
tt
L
tt
a
-

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 11
 đo đc thi gian truyn sóng mt cách chính xác thì các cm bin siêu
âm phi hot đng nhanh. Các cm bin này cn phi phát đc các sóng có
sn dc thng đng. C 2 cm bin đi din nhau phát cùng lúc mt sóng siêu
âm. C 2 hot đng đu tiên nh ngun phát và sau đó hot đng nh hai cm

bin thu sóng siêu âm ca nhau. Vn tc dòng chy đc xác đnh rt nhanh
chóng vi phng pháp này.
- Phng pháp hiu s tn s:
Các cm bin vn đc đt nh hình 17.12 tuy nhiên chúng đc vn hành
khác đi. Cm bin 1 gi mt xung cho cm bin 2. Cm bin 2 tr li bng mt
xung cho cm bin 1 và làm cho cm bin 1 phát đi mt xung. Tn s f
1
ca cm
bin 1 và tn s f
2
ca cm bin 2 đc đo ln lt :
f
1
=
1
cos
1
o
Cv
t
L
a+
=
; f
2
=
2
cos
1
o

Cv
t
L
a-
=

t hiu s: f
1
– f
2
=
2cosv
L
a

tính đc vn tc dòng chy v đc lp vi vn tc truyn sóng C
o
:
v =
12
()
2cos
L
f
f
a
-
và do:

21

12
12 1 2
11
tt
f
f
tt t t
-
=- = -
nên ta có cùng kt qu nh  phng pháp đo trên.
Vì tn s đc đo t mt chui xung, do đó phép đo mt thi gian hn. Ngoài
ra do s phn hi sóng siêu âm t các bt nc, vt rn trong cht lng… nên
phép đo này b nhiu nhiu hn so vi phép đo hiu s thi gian.
- Phng pháp hiu chnh đ dài sóng (hiu chnh pha):
Vi s liên h C
o
= f., khi vn tc truyn sóng thay đi và vi tn s không
đi thì đ dài sóng phi thay đi.
Chn tn s f
o
sao cho vi vn tc dòng chy v = 0 thì khong cách gia hai
cm bin bng n
o
. Khi vn tc dòng chy khác không ta có C
1
= C
o
+ vcos và
C
2

= C
o
- vcos và vi tn s không thay đi ta có đ dài sóng:

1
=
1
o
C
f
; 
2
=
2
o
C
f

Vi phng pháp hiu chnh pha thì tn s siêu âm đc thay đi sao cho dù
vi vn tc dòng chy nào ta luôn có n
o
là khong cách L gia hai cm bin. 
dài sóng 
o
đc gi c đnh do đó vi hai hng truyn sóng khác nhau ta có:
f
1
=
1
o

C
l
; f
2
=
2
o
C
l

T hiu s:
f
1
– f
2
=
12cos
[( cos ) ( cos )
oo
oo
v
Cv Cv
a
aa
ll
+ =
suy ra vn tc dòng chy v đc lp vi vn tc sóng siêu âm C
o
:
v =

12
()
2cos
o
f
f
l
a
-
Phng pháp này cho ta kt qu chính xác nht trong 3 phng pháp đo lu
lng bng siêu âm. Hình 17.13 là mt ct dc theo mt cm bin đo lu lng
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 12
bng siêu âm trong công nghip:

Hình 17.13. ng đo lu lng vi siêu âm trong công nghip
Ví d: lu lng k siêu âm SITRAN F US ca hãng Siemens - c:

Hình 17.14. Lu lng k siêu âm SITRAN F US ca Siemens
- Nguyên lý làm vic: nh hình 17.15:

Hình 17.15. Nguyên lý làm vic ca lu lng k sóng siêu âm
Vi: A, B: 2 b chuyn đi sóng siêu âm.
R: vt phn x
L: khong cách gia 2 b chuyn đi.
VM: vn tc ca dòng chy
t
AB
/V
AB

: t s gia thi gian và vn tc truyn sóng âm t A đn B
t
BA
/V
BA
: t s gia thi gian và vn tc truyn sóng âm t B đn A.
Tc đ truyn âm thanh v ca sóng siêu âm trong mt môi trng ph thuc
vào vn tc âm thanh C
M
trong môi trng đó và vn tc dòng chy V
M
(hiu
ng mang).
V
AB
= C
M
+ V
M
; V
BA
= C
M
- V
M
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 13
Hiu ng này đc Siemens ng dng trong lu lng k siêu âm. Hai b
chuyn đi sóng siêu âm s ln lt gi cho nhau nhng tín hiu sóng siêu âm và
đo đc 2 đi lng thi gian thc tAB và tBA qua li gia các tín hiu này.

t
AB
= L/(C
M
+ V
M
) ; t
BA
= L/(C
M
- V
M
)
Nu có dòng chy vào thì thi gian qua li gia các tín hiu s nhanh hn vi
chiu xuôi và chm hn vi chiu ngc dòng chy. S chênh lch v thi gian
này chính là giá tr vn tc ca dòng chy V
M
:
()
2. .
A
BBA
M
AB BA
L
tt
V
tt
−
=

Kt qu này không ph thuc vào tc đ âm thanh trong môi trng và do đó
không ph thuc vào môi trng đo.
- Lp đt lu lng k siêu âm: vic lp đt lu lng k sóng siêu âm h
SITRANS F US phi tuân theo nhng quy tc sau:
̇ Lu lng k có th đc lp trên nhng đng ng nm ngay hay dc.
̇ m bo khong cách hp lý gia lu lng k vi các thit b lp trên
cùng đng ng.
Lu lng k có th nm ngang hoc dc
̇ Giá tr đo ch chính xác khi đng ng luôn đy, do đó nên lp đt
SITRANS F US sao cho đng ng đo luôn  trong môi trng đy. Nu
đng ng đc đt dc, nên đt thêm mt ng xi phông:

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 14
̇ Vi nhng đng ng có đu ra m, không nên lp lu lng k  ngay
phía đu ra, phi đm bo rng đng ng luôn đy:

̇ Nên tránh lp đt lu lng k  nhng đim cao nht do các bt khí có
th nh hng ti đ chính xác ca thit b đo:

- c đim k thut:
̇ Lu lng k sóng siêu âm đc dùng đ đo các lu cht là cht lng vi
đ chính xác:
Lu cht  chính xác
Cht lng
± 0,5 – 2 %
̇ Các yu t cn quan tâm khi s dng lu lng k sóng siêu âm: cách lp
đt và nhit đ lu cht.
17.2.5. Phng pháp đo lu lng bng cm ng đin t

a) Nguyên lý hot đng: theo đnh lut cm ng đin t ca Farađay, mt dây
dn mang đin di chuyn trong mt t trng s sinh ra mt đin th, đin th
này t l vi vn tc di chuyn ca dây dn đin và cng đ ca t trng.
Hiu ng này đc dùng trong phng pháp đo lu lng các cht lng dn đin
có cha các ion mang đin tích.

Hình 17.16. o lu lng bng hiu ng cm ng đin t:
a) Nguyên lý b) Mch đin thay th
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 15
Vi đin trng E ta có mt đin th U đo đc  hai đin cc nm trên ng
lu cht có đng kính D:
U = D.v.B (1)
Vi vn tc v, ta có lu lng tính theo th tích khi din tích mt ct ngang
ng là:
B
UD
v
D
Q
v
.
4
.
4
2
ππ
==
Nh th đin th đo đc là thc đo ca lu lng cht lng đc tính bng th
tích trên đn v thi gian.

Trong phng trình (1) ta thy không có thành phn đ dn đin . Nó không
đóng vai trò nào cho tr s hiu đin th U, tuy nhiên nó li xác đnh tr s đin
tr trong R
q
ca ngun đin. ó là đin tr ca ct cht lng gia hai đin cc.
Vi D là đng kính ca ng dn lu cht, A là din tích ca đin cc ta có:
R
q
=
1 D
as

Thit b đo lu lng vi cm ng đin vi cm ng đin t là mt ngun
đin có đin tr trong rt ln (hình 17.16.b).  đo đc đin th ca nó ta cn
mt mch khuych đi có đin tr vào cng khá ln.
b) Các tính cht k thut: lu lng k cm ng đin t có đu ra là mt đin
th t l vi lu lng trong mt t trng đng nht khi mà hình dng dòng
chy có đi xng xoay. Mt u đim ca phng pháp đo lu lng bng cm
ng đin t là mt ct ca dòng chy không b thu hp bi các ng blende hay
ng phun.
Phng pháp đo này có th thc hin đ đo lu lng các cht lng d bn,
cht kem sn st hay ngay c vi môi trng có tính cht n mòn cao nh acid,
kim… T 10 đn 100% thang đo ta có sai s phép đo nh hn 1%.
Hình 17.17 là cm bin đo lu lng bng phng pháp cm ng đin t
trong công nghip.

Hình 17.17. Cm bin đo lu lng bng cm ng đin t
Phng pháp đo lu lng bng cm ng đin t có s liên h rt tuyn tính
gia lu lng th tích và đin th cn đo. Khong đo rt rng và tr s đo không
b nh hng bi các thông s ca lu cht nh đ nht, t trng, áp sut, nhit

đ. Trong ng dn lu cht không có vt cn.
Cm bin đc ch to có có đ rng chun t vài milimet đn vài mét. Trong
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 16
công nghip, thit b đo lu lng vi phng pháp cm ng đin t đc dùng
 nhng ni áp sut cao và nhit đ rt cao cng nh  nhng ni d gây cháy
n, ngp lt…
Phng pháp đo lu lng bng cm ng đin t dù có đt tin và phc tp
hn các phng pháp khác nhng nó đã đc nghiên cu và th nghim lâu dài
trong công nghip. Nó t ra bn b, ít b h hng dù phi làm vic vi nhng lu
cht đc hi, n mòn cao nh nc thi, hoá cht.
Lu lng k đin t đc dùng đ đo các lu cht là cht lng dn đin vi
đ chính xác cao:
Lu cht  chính xác
Cht lng
± 0,2 – 1 %
Các yu t c bn cn quan tâm khi s dng lu lng k đin t gm cách
lp đt, nhit đ lu cht và đ dn đin ca lu cht
Ví d: lu lng k cm ng đin t ADMAG AE ca hãng Yokogawa -
Nht Bn:


Hình 17.18. Lu lng k cm ng đin t ADMAG AE
- Nhiu và chng nhiu: khi đo các cht lng bng lu lng k đin t, đ
chính xác ca lu lng k có th thay đi ph thuc vào đ dn đin. Mi quan
h gia đ chính xác và đ dn đin đc mô t nh hình 17.19.  dn đin ca
cht lng li ph thuc rt nhiu vào nhit đ.


Hình 17.19.  chính xác thay đi ph thuc vào chiu dài cáp và đ dn đin

Mt nguyên nhân khác cng dn đn s sai lch v đ chính xác ca phép đo
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 17
đó là nh hng ca các cht n mòn do trong quá trình hot đng lâu ngày bám
lên đin cc.
- Cách lp đt lu lng k cm ng đin t: đm bo khong cách và v trí
hp lý: nh hình 17.20 và hình 17.21:

Hình 17.20. Các khong cách hp lý khi lp đt lu lng k cm ng đin t.


Hình 17.21. V trí lp đt hp lý ca lu lng k cm ng đin t.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 18
17.2.6. Phng pháp đo lu lng bng cách đo đ gim áp sut (Differential
pressure flowmeters)
a) Nguyên lý hot đng: mt trong nhng nguyên tc ph bin đ đo lu
lng cht lng, khí và hi là nguyên tc thay đi đ gim áp sut qua ng thu
hp nh hình 17.22: mt thit b thu hp đc đt trong lòng đng ng khi có
lu cht chy qua s có s chênh áp sut trc và sau l thu hp, đ chênh áp
sut này ph thuc vào lu lng chy qua ng:


Hình 17.22. Nguyên lý hot đng ca lu lng k đ gim áp sut
Nguyên lý này đc ng dng rt rng rãi trong công nghip đ đo lu lng
da trên các thit b nh tm chn (blende, orifice plate), ng venturi (Venturi
tube), ng Dall (Dall flow tube), ng phun (flow nozzle).
 đc dùng nh mt thit b đo lu lng, ta cn tính toán lu lng da
trên đ chênh áp sut:
- Vi các lu cht không chu nén: trong trng hp đn gin, ta coi đng

ng nm ngang ta có lu lng đc tính là:
ρ
)(2
.
)/(1
.
21
2
12
2
PP
AA
A
CQ
D
−
−
=
vi:  - t trng ca lu cht
C
D
- h s phóng (discharge coefficient): vi ng venturi C
D
= 0,97;
vi tm chn C
D
= 0,6
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 19
Trong tính toán thc t, vi đng kính ng là D và đng kính vt thu hp là

d ta có:
PK
PP
D
ECQ
D
∆=
−
= .
)(2
.
4

21
2
ρ
π

vi: m = A
2
/A
1
= d
2
/D
2

; E =
2
1

(1 )m-

P - đ chênh áp ; K - hng s theo nhng ng dng thc t.
Giá tr C
D
có th đc thành lp bng cách thí nghim và có th tính toán
đc C
D
da theo các đ th cho sn (ví d nh chun ISO 5167:1980 cho phép
tính toán C
D
da trên phng trình Stolz hay chun BS 1042 cho phép tính ra C
D

t các đ th).
- Vi các lu cht chu nén: vi các cht khí thì t trng ca lu cht s thay
đi khi đi qua thit b thu hp vì vy t trng ca lu cht cng thay đi làm cho
vic tính toán lu lng khí tr nên phc tp hn:
PAECPP
AA
A
CQ
DDm
∆=−
−
= 2 ).(.2.
)/(1

12211
2

12
2
ρερε

vi: 
1
- t trng ca khí ti áp sut P
1

 - h s t l m rng.
Vic tính toán đc  là khá phc tp do  ph thc vào  (t l nhit dung
riêng C
p
/C
v
), P
1
, P
2
, A
1
, A
2
. Chun BS 1042 dùng mt đ th chuyên kho đ tính
toán ra  còn ISO 5167 đa ra mt phng trình đc dùng lp đi lp li cho vic
tính toán liên tc các giá tr gn đúng ca  cho đn khi đt đc giá tr chính xác
theo yêu cu.
b) Các đc đim và lu ý trong quá trình s dng:
- Tm chn: đc dùng đ to ra mt s thay đi đt ngt trong đng ng,
đn gin ch gm mt tm kim loi hình tròn đc chèn thêm vào mt bích ca

đng ng nh hình 17.23. Tm chn có tác dng to ra mt s chênh áp đo
đc ti D và D/2 vi D là đng kính ca ng:

Hình 17.23. Cu trúc và lp đt tm chn.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 20
Ta có th thy áp sut sau tm chn thp hn áp sut trc khi đi qua tm
chn do tm chn đã gây ra mt tn hao áp sut (permanent pressure loss). Vi
tm chn tn hao này t 0,51.∆P ÷ 0,96.∆P, vi ng venturi là 0,1.∆P ÷ 0,15.∆P.
Khi lu cht chy qua tm chn, s có mt lc đáng k tác dng lên b mt
tm chn do vy b mt phi đ cng đ chng li tác đng ca lc này. Chun
BS 1042 đa ra đ dày chun ti đa là 0,1D. Tm chn cng phi có cnh sc,
cnh này s phi chu đc các nh hng ca s mài mòn t dòng chy ca lu
cht nên đc làm t các vt liu nh thép chng g đ tránh s n mòn quá mc.
Trên b mt tm chn cùng phi khoan mt l nh, đi vi cht lng, l nh
này đc đt  phía trên đ làm đng thoát cho các khí và hi; đi vi các lu
cht là khí hay hi, l li phi nm  phía di, nm ngang bng vi thành ng
đ cho phép các hi ngng t có th đi qua.
- Lp đt tm chn: cn thn trng khi tin hành lp đt tm chn trên đng
ng. Vic lp đt quá gn nhng ch r hay van điu khin có th gây ra s thay
đi áp sut cc b, do vy nên đ mt khong trng ít nht là mi ln đng
kính ng (10D) trc và sau tm chn.
Có nhiu cách b trí các vòi ly tín hiu áp sut đc s dng vi các tm
chn. Các cách b trí thng gp nht đc trình bày nh hình 17.24:

Hình 17.24. Các cách b trí và lp đt tm chn trên đng ng
Các tm chn đc s dng trong rt nhiu các ng dng thc t và có th nói
là mt thit b đo lu lng thông dng nht hin nay.
- o đ chênh áp: vic chuyn đi tín hiu chênh áp thành tín hiu đin đòi
hi phi có mt b bin đi áp sut vi sai (P). B bin đi P đc kt ni qua

mt khi ng phân phi nh hình 17.25a. Khi này cho phép b bin đi đc
cách ly đ tháo lp hay bo dng thông qua các van B và C.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 21
Van A là van cân bng và đc s dng trong quá trình điu chnh đim
không khi van B và C đóng còn van A m. Trong quá trình vn hành bình
thng, van A luôn đóng. Khi vn hành các van này, phi đm bo rng áp sut
không th đi qua đc trong toàn b đng ng đ tránh h hng màng ca b
bin đi. Luôn phi đm bo th t: van A m, van B, C đóng hay m van B, C,
đóng van A.

a)

b)
Hình 17.25. o đ chênh áp sut trong lu lng k áp sut vi sai
Vic lp đt đng ng dn áp sut cng phi thn trng đ tránh các vn đ
xy ra do s ngng t ca các cht lng (đi vi đo khí) và các túi khí (đi vi
đo cht lng): vi cht khí nên đt BC P  trên tm chn vi đng ng thng
ly áp sut đi xung di; vi cht lng thì BC P nên đt  di tm chn vi
đng ng thng ly tín hiu áp sut đi lên. Nu nh vì điu kin v trí mt bng
không cho phép thc hin đc cách lp đt nh trên thì phi b trí đng ng
vi các vòi thoát (ng dn khí hay ng thoát cht lng) nh hình 17.25b.
- Lu lng k chênh áp đc dùng đ đo các lu cht là cht lng, cht khí
và hi vi đ chính xác 0,5 ± 2 %.
- Các yu t cn quan tâm khi s dng lu lng k chênh áp gm cách lp
đt, nhit đ lu cht và tn hao áp sut.
Ví d: lu lng k chênh áp EJA ca Yokogawa - Nht Bn: hình 17.26:

Hình 17.26. Lu lng k đo chênh áp EJA và tm chn ly tín hiu áp sut
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ

GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 22
Bng 17.1 trình bày s so sánh mt s phng pháp đo lu lng thng
dùng trong công nghip:
Bng 17.1. So sánh mt s phng pháp đo lu lng thng dùng trong công nghip
Dòng xoáy Siêu âm in t Chênh áp

Lu lng k

Môi trng đo
lng, hi,
khí
lng
lng (dn
đin)
lng, hi,
khí
ng kính ng mm 10 ÷ 300 25 ÷ 100 2,5 ÷ 3000 10 ÷ 1000
Di nhit đ
0
C -200 ÷ 400 -20 ÷ 180 -40 ÷ 180 -200 ÷ 500
Áp sut ln nht bar 64 40 40 315
 chính xác %
± 1 ± 0,5 ÷ 2 ± 0,2 ÷ 1 ± 0,5 ÷ 2
Tn hao áp sut (liên
quan đn đ chênh áp)
% 1 ÷ 2 0 0 0,4 ÷ 0,95
Di đ nht 0,01 ÷ 20 0,1 ÷ 1000 0,1 ÷ 1000 0 ÷ 1000
17.2.7. o lu lng cht rn bng các loi cân bng ti
Ngoài vic đo lu lng ca cht lng, cht khí thì trong các dây chuyn sn
xut ca mt h thng t đng hóa vic đo lu lng ca cht rn cng đóng mt

vai trò quan trng. Ví d nh vic xác đnh lu lng nhiên liu than cp vào lò
ca nhà máy nhit đin hay xác đnh lu lng phi liu, clinker, thch cao, ph
gia… trong các dây chuyn sn xut xi mng  đo đc lu lng ca các vt
liu rn này, trong các nhà máy công nghip ngi ta thng s dng các cân
bng ti (cân bng đnh lng).
a) Nguyên lý hot đng: cân bng ti là thit b cung cp nhiên liu kiu
trng lng: vt liu đc chuyên ch trên bng ti có tc đ đc điu chnh đ
nhn đc lu lng tng ng vi giá tr đt trc ca ngi vn hành.
Tc đ ca bng ti chính là tc đ ca vt liu đc truyn ti v (m/s). Ti
ca bng chuyn chính là trng lng ca vt liu đc chuyn ti trên mt đn
v chiu dài  (kg/m). Các cân bng ti đc trang b b phn đo trng lng
(load cell) đ đo  (ti bng truyn) và b điu khin đ điu chnh tc đ bng
ti v sao cho  đim đ nhiên liu, lu lng dòng chy vt liu bng giá tr đt
do ngi vn hành đt trc.
Lu lng dòng chy vt liu đc tính bng tích gia trng lng vt liu
trên mt mét chiu dài bng ti vi vn tc chuyn đng dài ca bng ti (cng
chính là vn tc chuyn đng ca vt liu):
Q = .v
trong đó: Q - lu lng dòng chy vt liu (kg/s)
 - trng lng vt liu trên mt đn v chiu dài (kg/m)
v - tc đ bng ti (m/s)
Cu trúc chung ca mt h cân bng ti gm các thit b đc minh ha nh
hình 17.27 bao gm hai b phn:
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 23
- Các b phn c bn, gm: bng truyn 1, phu cp liu 2, cng điu chnh
đ cao ca liu trên bng ti 3.
- Các b phn truyn đng cân bng, gm: đng c có điu chnh tc đ 4,
cm bin tc đ đng c 5, hp gim tc 6, tang b đng 7, bulông c khí 8, tang
truyn đng 9, load-cell 10.

Hình 17.27. Cu trúc chung ca h thng cân bng ti.
Ví d: cân bng ti vi b điu khin lu lng: hình 17.28:

Hình 17.28. S đ cu trúc ca h thng điu chnh lu lng cht rn
6
5
4
1
7
8
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 24
Hình 17.28 là s đ cu trúc mt h thng điu chnh lu lng cht rn s
dng cân bng ti. Ngoài các thit b c bn ca mt h cân bng ti, h thng
điu chnh này còn bao gm thit b đnh v ca bng ti đt trên bng ti mt
du hiu bng kim loi gi là “belt index” giúp cho vic phân đon bng ti và
làm tng đ chính xác ca cân, đng thi xác đnh s trt ca bng ti.
B điu khin điu chnh tc đ bng ti đ nhn lu lng nhiên liu  đim
đ tng ng vi giá tr đt. Lu lng liu là tích s ca ti trên mt mét dài
bng truyn vi tc đ bng truyn.
Giao din SWS (Smart Weighing System) ni gia cân bng ti và b điu
khin. Tt c các tín hiu t đu ra ca các cm bin s đc ni vi h SWS đt
trên bng ti. H SWS thu thp các tín hiu ri gi v b điu khin theo th tc
truyn tin ni tip.
 đo ti ca bng truyn, h dùng mt load-cell bin đi trng lng thành
tín hiu đin. Tc đ bng ti đo đc nh mt máy phát tc kiu xung đt gia
đng c và hp gim tc bánh rng. S xung phát ra t l vi tc đ ca đng c.
Nh vy, có hai yu t chính cn quan tâm trong h điu chnh lu lng cân
bng ti đó là đo trng lng ca nhiên liu trên bng ti và điu chnh tc đ

đng c.
- o trng lng ca nhiên liu trên bng ti: trng lng đo đc t tín
hiu ca load-cell bao gm c trng lng ca bng ti và trng lng ca nhiên
liu trên bng. Vì vy, đ có đc trng lng ca nhiên liu, ta phi tin hành
“tr bì”. B điu khin xác đnh đc trng lng ca nhiên liu nh t đng tr
bì các phân đon bng ti.
- iu chnh tc đ đng c: đ điu chnh tc đ đng c, các h thng cân
bng ti thng s dng bin tn. ng c s dng là loi đng c xoay chiu 3
pha rotor lng sóc.
Tc đ đng c đo đc nh máy phát xung. S xung phát ra t máy phát
xung t l vi tc đ đng c và đc đa ti SWS, sau khi đc x lý đc
truyn ti b điu khin.
B điu khin có nhim v tính toán lu lng bng cách nhân ti trên bng
truyn  thi đim đ liu vi tc đ bng truyn. B điu chnh PID trong b
điu khin s chnh đnh tc đ bng truyn ph thuc vào lu lng  cu cân.
B điu khin đm bo lu lng không đi ca dòng nhiên liu  đim đ liu
ca bng cân.