Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

49
BI 3
PHNG PHP O LU LNG
GII THIU
Cm bin o lu lng c s dng nhiu trong cỏc lnh vc o c
cht lng, cht khớ, dựng trong cỏc mụi trng cú tớnh cht lý hoỏ cao, c hi,
ngoi ra nú cũn lm nhim v giỏm sỏt v iu khin t ng trong quỏ trỡnh
sn xut.

MC TIấU BI HC
Sau khi hc xong bi ny hc viờn cú kh nng:
- ỏnh giỏ/xỏc nh c v trớ, nhim v v ng dng ca cỏc b cm bin o
lu lng.
- Mụ t c chc nng, nhim v v cỏc iu kin lm vic ca cỏc b cm
bin o lu lng.
- Bit c phm vi ng dng, cỏch lp t cỏc b cm bin
o lu lng.

NI DUNG
* i cng.
* Phng phỏp o lu lng da trờn nguyờn tc chờnh lch ỏp sut.
* Phng phỏp o lu lng bng tn s dũng xoỏy.
* Cỏc bi thc hnh ng dng cm bin o lu lng.

HOT NG I : HC Lí THUYT TRấN LP

1. i cng.
Cỏc cm bin o lu lng c s dng o c cht lng v cht khớ
trong nhiu ng dng giỏm sỏt v iu khin, vi cht lng, khi lng riờng cú

trung bỡnh. Chng hn lu lng th tớch: lu lng trung bỡnh Q
tb
= V(t
1
t
2
),
Lu lng tc thi: Q
V
= d
V
/d
t
(V l th tớch vt cht o c trong thi gian (t
1

t
2
).
i vi cht khớ, kt qu o khụng ph thuc vo iu kin ỏp sut,
nhit , ta quy i v iu kin chun (nhit 200
0
C, ỏp sut 760 mm thu
ngõn).
thớch ng vi cỏc nhu cu khỏc nhau trong cụng nghip, ngi ta phỏt
trin rt nhiu phng phỏp khỏc nhau o lu lng cht lng, hi nc.
1.2. c trng ca lu cht.
Mi lu cht c c trng bi nhng yu t sau:
- Khi lng riờng.
- H s nht ng lc.


* Khi lng riờng: l khi lng ca 1 n v th tớch lu cht:
Trong ú m l khi lng ca lu cht, V l th tớch ca khi lu cht.
(P) k
g
/m
3
1.000
900
800
700
300
250 200
150
100
50 0
Nớc (ở trạng
thái bão hoà)
Temperture (
0
C)
(P) kg/m
3
50
40
20
0
300
250 200
150

9
2
2
Δ
=
μ

Trong đó: ( là hệ số nhớt động lực (Pas)

pΔ : Sự khác nhau giữa khối lượng riêng của quả cầu và chất lỏng
(kg/m
3
).
g là gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2
r là bán kính quả cầu (m)
u là vận tốc rơi của quả cầu: u = d/t (m/s)
Đơn vị của hệ số nhớt động lực: Pas = Ns/m2 = 103 cP (centiPoise) = 10 P
(Poise)
Để nhấn mạnh mối quan hệ giữa tính nhớt và khối lượng riêng của lưu
chất người ta đưa ra hệ số nhớt động học: Ġ
Trong đó: v là hệ số nhớt động học, đơn v
ị centistokes (cSt)
( là hệ số nhớt động lực
( là khối lượng riêng của lưu chất (kg/m3)
Đơn vị hệ số nhớt động học là cSt (centistokes), St (stokes), m
2
/s
1St = 100 cSt = 1 cm
2
/s = 10

o
C, ỏp sut khớ quyn).
1.4. Trng thỏi dũng chy.

Nu b i nh hng ca nht v s ma sỏt vi thnh ng dn thỡ vn
tc dũng chy s nh nhau p mi v trớ trờn mt ct ngang ca ng dn (hỡnh v
3.2).
Tuy nhiờn ú ch l trng hp lý tng, trong thc t nht nh hng

n tc dũng chy, cựng vi s ma sỏt ca ng dn lm gim vn tc ca lu
cht v trớ gn thnh ng (hỡnh 3.3).
Vi tr s Reynold nh (Re

ình 3.
5

Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

53
- Thnh phn 1: L nguyờn nhõn gõy lờn s thay i trong nng lng
ng hc, to nờn s thay i ỏp sut trong ng, thnh phn ny phi phự hp
vi kớch thc ca ng ng, iu kin dũng chy, tớnh cht ca lu cht.
- Thnh phn 2: o s chờnh lch ỏp v tớn hiu u ra c chuyn i
thnh giỏ tr lu lng.
2.1. nh ngha ỏp sut.
* ỏp sut l lc tỏc d
ng trờn mt n v din tớch:
o ỏp sut ngi ta s dng mt nguyờn tc ging nhau, ỏp sut c
cho tỏc dng lờn mt b mt xỏc nh, nh th ỏp sut bin thnh lc, vic o ỏp
sut c a v o lc, tt c cỏc lc tỏc dng lờn mt mt phng xỏc nh l
thc o ỏp sut.

S
F
P =

Trong ú: P l ỏp sut; S l din tớch; F l lc.
* n v ỏp sut.
U ban quc t cho vic o c vi nh lut ó chn Pascal (Pa) = N/m2
l n v ỏp sut (ISO 1.000, DIN 1.301). Vic phõn chia thang o ca mỏy o ỏp
sut c dựng vi bi s ca n v Pa.
1 mbar = 10
2

2
= psi) = 7,531.10
-2
at
1 ounce/ square foot (oz/ff
2
) = 3,052. 10
-5
at
1 ounce/ square inch (oz/in
2
) = 4,394. 10
-3
at
1 Ton/ square foot (Ton/ff
2
) = 2,540. 10
-3
at
1 inch of water (trong nc) = 2,40. 10
-3
at
1 inch of mecuri (trong thu ngõn) = 3,455. 10
-2
at

2.2. B phn to nờn s chờnh lch ỏp sut.
Dự hin nay ó cú nhiu phng phỏp o lu lng c phỏt trin,
phng phỏp o lu lng bng ng co vn c ng dng rt rng rói trong
cụng nghip v cỏc lnh vc khỏc, ng co dựng to s chờnh lch ỏp sut (gia

là vận tốc trước vị trí co.
u
2
là vận tốc ở vị trí co.
p
1
là áp suất trước vị trí co.
P
2
là áp suất ở vị trí co.

ρ
là khối lượng riêng.
h
1
là độ cao ở vị trí trước co.
h
2
là độ cao ở vị trí sau co.
ở nơi ống có diện tích bị thu nhỏ, vận tốc dòng chảy gia tăng, với phương trình
nằn lượng của Bernoulli, năng lượng của dòng chảy là tổng năng lượng áp suất
tĩnh và động năng (vận tốc) là một hằng số.
.
22
u
A
A
PPuPPu
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
+−=+−=
ρρ

ĐặtĠ là hằng số dòng chảy, ta có:Ġ.
Từ đó ta có lưu lượng tính theo thể tích và khối lượng như sau:
H
×nh 3.
6
A
1
A
2
A
1
u
1
u
1

* Oriffice plate
Oriffice plate l mt trong cỏc cỏch thc n gin nht v kinh t nht
tỏc ng n dũng chy, t ú cú th tớnh c lu lng.
Oriffice plate dy khong 1/16 n 1/4 inch, thng cú 3 loi Oriffice
plate ú l Concentric (ng tõm); Eccentric (lch tõm); Segmental (hỡnh cung)
nh
hỡnh v 3.7.
Trong 3 loi, loi Concentric (ng tõm) c s dng nhiu nht, khi lu
cht I qua Oriffice plate, dũng chy hi t, tc lu cht tng lờn mc ti a,
ti im ny, ỏp sut l nh nht, khi dũng chy phõn k, tc lu cht gim
tr li mc ban u.
Hai loi Eccentric (lch tõm); Segmental (hỡnh cung) cng cú chc nng
hon ton ging nh Concentric (
ng tõm), thit b c lp t ng tõm vi
ng dn lu cht (ng dn t nm ngang), vi loi Segmental (hỡnh cung), v trớ
hỡnh cung trũn (phn ó c ct) ph thuc vo dng cht lng cú th trờn
hoc di nhm mc ớch ngn chn xỏc. Loi Eccentric (lch tõm) cng c
thit k vi cựng mc ớch trờn.

- Cỏc thụng s c bn:
2.4. Mch ng dng (xem mc 4 bi ny)
3. Phng phỏp o lu lng bng tn s dũng xoỏy.
3.1. Nguyờn tc hot ng.
Phng phỏp o lu lng bng dũng xoỏy da trờn hiu ng s phỏt sinh
dũng xoỏy khi mt vt cn nm trong lu cht, cỏc dũng xoỏy xut hin tun t
v b dũng chy cu
n i. Hin tng ny ó c Leonardo da Vinci ghi nhn
Strouhal trong nm 1878 ó c gng gii thớch ln u tiờn, ụng nhn thy rng
mt si dõy nm trong dũng chy cú s dung ng nh mt dõy n, s dao ng
ny t l thun vi vn tc dũng chy v t l nghch vi ng kớnh si dõy.
Theo dor von Karman ó tỡm thy nguyờn nhõn gõy ra s dao ng ny:
ú l s sinh ra v bin m
t ca cỏc dũng xoỏy bờn cnh vt cn, mt con ng
dũng xoỏy hỡnh thnh phớa sau vt cn khi mt vt c t trong mt dũng chy.
Cỏc dũng xoỏy ny ri b vt cn tun t v trụi theo dũng chy, phớa sau
vt cn hỡnh thnh con ng ca dũng xoỏy c t tờn l con ng xoỏy
Karman. Cỏc dũng xoỏy 2 bờn ca vt cn cú chiu xoỏy ngc nhau, tn s s
bin mt (v c s xut hin) l hiu ng dựng o l
u lng bng th tớch.
Lord Rayleigh ó tỡm thy s liờn h gia kớch thc hỡnh hc vt cn,
vn tc lu cht v v tõnd s bin mt ca dũng xoỏy f, s liờn h ny c din
t vi tr s Strouhal:.
Trong ú l ng kớnh vt cn; f l tn s dũng xoỏy; v l vn tc dũng
xoỏy.
Tr s Strouhal l hm ca tr s Reynold (Reynold: l t l gia l
c quỏn
tớnh v lc nht trong mt lu cht, biu th s ma sỏt ca mt dũng chy. l
khi lng riờng ca lu cht, u l vn tc ca lu cht, D l ng kớnh bờn
trong ng dn, ( l nht).

Hình lăng
Hình 3 8
: Sự liên hệ giữa trị số Strouhal và trị số
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

57

Vi iu kin hng s Strouhal S khụng tu thuc vo tr s Reynold ta cú
th tớnh lu lng th tớch trờn n v thi gian theo cụng thc sau:
fAa
S
Q
1
=

Trong ú A l in tớch mt ct ngang ca dũng chy.
* Nguyờn tc tn s dũng xoỏy.
Vi s bin mt v xut hin ca dũng xoỏy, vn tc ca dũng chy 2 bờn ca
vt cn v trờn ng dũng xoỏy thay i mt cỏch cc b. Tn s dao ng ca
vn tc cú th o vi nhng phng phỏp khỏc nhau. Cỏc nh sn xut cỏc lu
lng k s dng nguyờn tc tn s dũng xoỏy dựng cỏc k thut khỏc nhau
ghi nhn tn s. Mt s s dng cỏc võy cỏ c khớ ghi nhn nhng dung ng
ca dũng chy. Mt s khỏc s
dng k thut cm bin ỏp in hoc súng siờu
õm cm nhn s thay i ca ỏp sut, ngoi ra cũn cú mt s phng phỏp
khỏc ghi nhn s liu nh o s dao ng ỏp sut vi mng sc co giónvv.
3.2. Cỏc u im ni bt v hn ch ca phng phỏp o lu lng vi
nguyờn tc tn s dũng xoỏy.
* Cỏc u i
m:

Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

58
4. Cỏc bi thc hnh ng dng cm bin o lu lng.
- Thc hnh vi cm bin o lu lng (nguyờn tc tn s dũng xoỏy) ca
hóng KROHNE Messtechnik GmbH.
a/ Ghi nhn cỏc thụng s ca cm bin OPTISWIRL 4070 C.
* Mc ớch - yờu cu
Ghi nhn cỏc thụng s ca cm bin OPTISWIRL 4070 C.
* Thit b:
+ cm bin OPTISWIRL 4070 C (s dng o lu lng ca khớ, hi
nc v ch
t lng)
o lu lng vi gii hn vn tc:
+ Tc 0,3m n 9m/s cho cht lng
+ Tc 3m n 80m/s cho khớ v hi nc
o lu lng nc:
+ Q
min
= 0,36m
3
/h
+ Q
max
= 5,7m
3
/h
Ti liu Quich Start Manual kốm theo thit b cm bin
* Thc hin
* Ghi cỏc thụng s k thut

59 1 và 5: Phím Enter; 2 và 6: Phím phải; 3 và 4: Phím lên; 7: Màn hình hiển thị
(Các phím 1, 2, 3 tác động bằng thanh nam châm)
* Cấu trúc menu

Main menu Submenu
Functions
Chuyển từ chế độ Measuring mode đến chế độ Main menu.
Di chuyển giữa các cấp menu (theo chiều xuống).
Mở 1 m
ụ
c menu
Di chuyển giữa các cấp menu (theo chiều lên)
Khi thiết lập các thông số cài đặt: Quay trở lại chế độ Measuring mode
Ở chế độ Measuring mode: di chuyển từ giá trị và thông báo lỗi.
Di chuyển giữa các mục menu trong một cấp menu.
Khi thiết lập các thông số cài đặt: Thay đổi giá trị, di chuyển giữa các
ký tự, di chuyển dấu chấm về bên phải (dấu thập phân)
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

60
- Giỏ tr lu lng o ln nht: 5,7m
3
/h (cp menu 1.1.1)
- Trỡnh by giỏ tr o vi n v o tuyt i (m
3
/h) hay tng i (%):
chn m
3
/h (cp menu 1.1.1).
- Giỏ tr lu lng nh nht: 0,36m
3
/h (cp menu 1.1.5)
- Thit lp cỏc thụng s loi lu cht cm bin phi o l cht lng (cp
menu 3.4.1)


HOT NG II: HC VIấN T NGHIấN CU TI LIU
Hc viờn tham kho cỏc ti liu di õy:
1. Cỏc b cm bin trong k thut o lng v iu khin.
Lờ Vn Doanh, Phm Thng Hn, Nguyn Vn Ho, o Vn Tõn
Nh xut bn Khoa hc v k thut H Ni.
2. Cm bin ng dng Dng Minh Trớ - Nh xut bn Khoa hc v k
thut H Ni.
3. Giỏo trỡnh cm bin - Phm Quc Phụ, Nguyn c Chin - Nh xut
bn Khoa hc v k thut H Ni.
4. Giỏo trỡnh cm bin Trung tõm Vit - c phỏt hnh

HOT NG III: HC TP, THC TP TI XNG TRNG

* Ni dung:
- Nghiờn cu ng dng ca tng loi cm bin o lu lng.
- Tỡm hiu cỏch phõn loi, ng dng ca tng cm bin o lu lng.
1/ Hỡnh thc t chc:
Chia thnh cỏc nhúm nh t 2 n 3 hc sinh di s hng dn ca giỏo viờn.
2/ Dng c, thit b: Cỏc mụ hỡnh, tranh v v cỏc loi cm bin o lu lng.
Cỏc loi cm bin o lu lng, ngun nc, mỏy bm to dũng chy, ng co
vv.
3/ Quy trỡnh thc hin:
- Giỏo viờn tp trung c lp hc viờn, s lc v cỏch nhn bit, ng dng, cỏch
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

61
lắp đặt các bộ cảm biến đo lưu lượng.
- Giáo viên hướng dẫn làm mẫu, khảo sát lắp đặt các bộ cảm biến đo lưu lượng.
- Cuối bài học, giáo viên hướng dẫn kiểm tra, đánh giá và nhận xét tới từng học