GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 1
C
C
H
H
N
N
G
G1
1
7
7
.
.
O
O
L
L
N
N
G
GV
V
À
ÀC
C
H
H
T
TK
K
H
xem các thông s còn li là không đi. Mt trong s các tham s quan trng ca
quá trình công ngh là lu lng các cht chy qua ng dn.
Lu lng vt cht là s lng cht y chy qua tit din ngang ca ng dn
trong mt đn v thi gian. Mun nâng cao cht lng sn phm và hiu qu ca
h thng điu khin t đng các quá trình công ngh cn phi đo đc chính xác
th tích và lu lng các cht. Vic đo lu lng là mt phn thit yu trong mi
quá trình công nghip và trong các ngành công ngh. o lu lng đóng mt vai
trò vô cùng quan trng cng nh vic đo nhit đ, áp sut, mc cht lng…
Trong vic đo lu lng, ta cn phân bit:
- Lu lng đc tính bng th tích trên đn v thi gian:
Q
v
= V/t (m
3
/s)
- Lu lng đc tính bng trng khi trên mt đn v thi gian:
Q
m
= m/t (kg/s)
Khi bit t trng ca môi trng cn đo thì hai loi lu lng trên đc tính
bng phng trình:
Q
m
= Q
v
.
- Lu lng tc thi: đc tính theo công thc:
dt
dV
Q =
/2, qua hiu ng Doppler tác đng bi laze
hoc siêu âm và thi gian truyn qua ca mt đng v phóng x. Trong trng
hp này phi s dng thêm các cm bin thích hp vi các đi lng trung gian
cn đo là áp sut, ánh sáng, siêu âm, tia phóng x.
- Khi vt trung gian là mt phn t ca cm bin đt trong cht lu: thì vn
tc ca cht lu s xác đnh mt trong các đc trng vt lý ca vt trung gian
nh: nhit đ ca vt trung gian, tc đ quay ca vt trung gian.
Các phng pháp đo lu lng c bn gm:
- Lu lng k c khí: lu lng k cánh qut-tuabin (Turbine flowmeters),
lu lng k phao ni (Variable-area flowmeters), lu lng k bn chn
(Palette flowmeters).
- Lu lng k đin t (Electro-magnetic flowmeters)
- Lu lng k tn s dòng xoáy.
- Lu lng k khi lng nhit
- Lu lng k đo đ gim áp sut (Differential pressure flowmeters)
17.2. Các phng pháp đo lu lng.
17.2.1. Lu tc k cánh qut (tucbin) (Turbine flowmeter):
Dùng đ đo tc đ dòng chy qua mt ng dn, thng là công t nc hoc
đo tc đ ca tàu bin.
a) Cu to: nh hình 17.1: gm có cánh qut 1 ging nh cánh tua bin, quay
trên giá đ 2 đc gn vào thanh đ 3 trong ng dn:
Hình 17.1. Cu to ca lu tc k cánh qut
đ 4 có tác dng hn ch tc đ di chuyn ca cánh qut. Trc cánh qut
đc làm bng vt liu không dn t trong đó gn lõi thép 5 bng vt liu mm.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 3
Bên ngoài ng đt nam châm vnh cu 6 trên nó qun cun dây cm ng 7.
b) Nguyên lý hot đng: khi cánh qut quay, t thông ca nam châm s tng
lên khi lõi thép 5 nm dc trc ca nam châm và gim xung khi lõi thép nm
E .
4
π
ω
=
vi
4
2
dv
Q
π
= là lu lng, tc là s lng cht lng chy qua tit din ng
trong mt đn v thi gian.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 4
Lu tc k s dng phng pháp trên có u đim là không có quán tính do
vy có th đo đc lu tc bin thiên theo thi gian. Ch th ca dng c không
ph thuc vào thông s vt lý ca cht lng (áp sut, nhit đ, mt đ, đ nht),
ngoài ra nó không ph thuc vào sc cn ph đi vi dòng cht lng nh lu tc
cánh qut.
Sai s ca thit b do xut hin sc đin đng kí sinh hình thành các đin
cc. Sai s c bn trong khong 1÷2,5%.
17.2.3. Phng pháp đo lu lng bng tn s dòng xoáy (Vortex Flow
Metter):
a) Nguyên lý hot đng: phng pháp đo lu lng bng tn s dòng xoáy
da trên hiu ng s phát sinh dòng xoáy khi mt vt cn nm trong lu cht.
Nguyên nhân gây ra s dao đng này là s sinh ra và bin mt ca các dòng
xoáy bên cnh vt cn. Các dòng xoáy 2 cnh bên ca vt cn có chiu xoáy
ngc nhau.
yêu cu vt cn phi đáp ng đ mt s điu kin. Hình dáng mt s vt cn
đc trình bày di đây:
Hình 17.5. Hình dáng mt s vt cn
Hình dáng ca vt cn phi đc cu to sao cho trong mt khong tr s
Reynold khá rng mà tr s Strouhal vn là hng s. Vi vt cn có hình dng
lng kính, ta có tr s S khá n đnh trong sut mt di tr s Reynold khá rng
do vy các thit b đo đc bán trên th trng thng có vt cn hình lng kính
Tn s dao đng ca vn tc có th đc đo vi nhiu phng pháp khác
nhau. Cng có th đo s dao đng áp sut vi màng sc co giãn hoc đo các
dòng xoáy vi sóng siêu âm. Lc tác dng lên vt cn có hng thng góc vi
dòng chy và trc ca vt cn và đc đo bng các cm ng áp đin.
b) c đim ca phng pháp đo lu lng bng tn s dòng xoáy:
- Phng pháp này rt kinh t và có đ tin cy cao. Tn s dòng xoáy không
b nh hng bi s d bn hay s h hng nh ca vt cn. ng biu din
ca nó tuyn tính và không thay đi theo thi gian s dng. Sai s phép đo rt
bé. Khong đo lu lng tính bng th tích t 3 đn 100%.
Mt tính cht rt đc bit ca phép đo bng dòng xoáy là nó đc lp vi các
tính cht vt lý ca môi trng dòng chy. Sau mt ln chnh đnh, sau đó ta
không cn chnh đnh li vi tng loi lu cht.
Mt u đim na là các thit b đo lu lng bng dòng xoáy không có b
phn c hc chuyn đng và s đòi hi v cu trúc khá đn gin.
- Lu lng k kiu xoáy đc dùng đ đo các lu cht là cht lng, khí và
hi (tr các lu cht có đ nht quá ln) vi đ chính xác tng đi cao:
Lu cht chính xác
Cht lng
± 1 %
Khí
± 1 %
Hi
3. Thành phn cm bin 4. Thanh to xoáy
5. Màn hình hin th tín hiu đu ra 6. Dây tín hiu cm bin.
Thanh to xoáy s to ra các lc nâng có ng sut thay đi. Tn s ca các
thay đi v ng sut này tc là tn s xoáy s đc phát hin bi các thành phn
Chiu dòng chy
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 7
áp đin đc hàn kín trong trong thanh to xoáy. Có 2 thành phn áp đin đ
phân bit các lc to ra bi xoáy và các lc to ra do nhng yu t khác. Chúng
có nhim v chuyn đi các lc xoáy thành các tín hiu đin đc đa ti b
chuyn đi đ x lý. Nhng thành phn này đc đt trong thanh to xoáy và
không tip xúc vi lu cht nh hình 17.8:
Hình 17.8. Cu to ca cm bin áp đin đo lc to xoáy.
c) Nhiu và chng nhiu: cm bin áp đin rt nhy cm vi nhiu, đc bit
là do s rung trên các đng ng, do vy các cm bin lu lng tn s dòng
xoáy phi đc thit k đ hn ch đn mc ti đa tác đng ca nhiu k c vi
phn cng và phn mm.
Hình 17.9. Các nhiu tác đng lên lu lng k tn s dòng xoáy.
d) Các quy đnh v lp đt lu lng k tn s dòng xoáy: vic lp đt lu
lng k tn s dòng xoáy phi tuân theo các quy tc sau:
- Lp lu lng k theo chiu mi tên cùng chiu dòng chy vào:
- Phi đm bo khong cách ti thiu gia lu lng k vi các đon ni vi
các đim ni khác (van, đon cong…) theo chiu xuôi và chiu ngc dòng chy
đ thu đc các tín hiu đu vào chính xác nht (D là đng kính ca lu lng
k): nh hình 17.10.
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
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 THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 9
- đo đc chính xác lu lng ca lu cht thì yêu cu phi đo vi nhng
đng ng luôn đy nh hình minh ha:
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 lu cht cha c cht lng và cht khí s gây ra các li trong quá trình
đo. Phi tránh các bt khí to ra trong cht lng vì vy mà đng ng phi lp
âm nm cách nhau mt khong L trong ng dn có lu cht dch chuyn mt vn
tc v. Cm bin 1 phát sóng và cm bin 2 thu sóng, vn tc truyn sóng đc
gia tng thêm thành phn v.cos.
Vi phng pháp đo sóng siêu âm ta đc vn tc v ca dòng chy và sau khi
nhân v vi din tích mt ct ngang ca ng, ta thu đc lu lng tính bng th
tích.
Hình 17.12. Cu trúc ng đo lu lng bng siêu âm
Nu gi t
1
là thi gian truyn sóng t 1 đn 2 và t
2
t 2 đn 1 thì ta có đc vn
tc dòng chy v đc tính là:
v =
21
12
2cos
tt
L
tt
a
-
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 11
đo đc thi gian truyn sóng mt cách chính xác thì các cm bin siêu
âm phi hot đng nhanh. Các cm bin này cn phi phát đc các sóng có
sn dc thng đng. C 2 cm bin đi din nhau phát cùng lúc mt sóng siêu
âm. C 2 hot đng đu tiên nh ngun phát và sau đó hot đng nh hai cm
Cv
t
L
a-
=
t hiu s: f
1
– f
2
=
2cosv
L
a
tính đc vn tc dòng chy v đc lp vi vn tc truyn sóng C
o
:
v =
12
()
2cos
L
f
f
a
-
và do:
21
= C
o
- vcos và vi tn s không thay đi ta có đ dài sóng:
1
=
1
o
C
f
;
2
=
2
o
C
f
Vi phng pháp hiu chnh pha thì tn s siêu âm đc thay đi sao cho dù
vi vn tc dòng chy nào ta luôn có n
o
là khong cách L gia hai cm bin.
dài sóng
o
đc gi c đnh do đó vi hai hng truyn sóng khác nhau ta có:
f
1
=
1
o
12
()
2cos
o
f
f
l
a
-
Phng pháp này cho ta kt qu chính xác nht trong 3 phng pháp đo lu
lng bng siêu âm. Hình 17.13 là mt ct dc theo mt cm bin đo lu lng
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 12
bng siêu âm trong công nghip:
Hình 17.13. ng đo lu lng vi siêu âm trong công nghip
Ví d: lu lng k siêu âm SITRAN F US ca hãng Siemens - c:
Hình 17.14. Lu lng k siêu âm SITRAN F US ca Siemens
- Nguyên lý làm vic: nh hình 17.15:
Hình 17.15. Nguyên lý làm vic ca lu lng k sóng siêu âm
Vi: A, B: 2 b chuyn đi sóng siêu âm.
R: vt phn x
L: khong cách gia 2 b chuyn đi.
VM: vn tc ca dòng chy
t
AB
/V
AB
t
AB
= L/(C
M
+ V
M
) ; t
BA
= L/(C
M
- V
M
)
Nu có dòng chy vào thì thi gian qua li gia các tín hiu s nhanh hn vi
chiu xuôi và chm hn vi chiu ngc dòng chy. S chênh lch v thi gian
này chính là giá tr vn tc ca dòng chy V
M
:
()
2. .
A
BBA
M
AB BA
L
tt
V
tt
−
=
a) Nguyên lý hot đng: theo đnh lut cm ng đin t ca Farađay, mt dây
dn mang đin di chuyn trong mt t trng s sinh ra mt đin th, đin th
này t l vi vn tc di chuyn ca dây dn đin và cng đ ca t trng.
Hiu ng này đc dùng trong phng pháp đo lu lng các cht lng dn đin
có cha các ion mang đin tích.
Hình 17.16. o lu lng bng hiu ng cm ng đin t:
a) Nguyên lý b) Mch đin thay th
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 15
Vi đin trng E ta có mt đin th U đo đc hai đin cc nm trên ng
lu cht có đng kính D:
U = D.v.B (1)
Vi vn tc v, ta có lu lng tính theo th tích khi din tích mt ct ngang
ng là:
B
UD
v
D
Q
v
.
4
.
4
2
ππ
==
Nh th đin th đo đc là thc đo ca lu lng cht lng đc tính bng th
tích trên đn v thi gian.
đ. Trong ng dn lu cht không có vt cn.
Cm bin đc ch to có có đ rng chun t vài milimet đn vài mét. Trong
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 16
công nghip, thit b đo lu lng vi phng pháp cm ng đin t đc dùng
nhng ni áp sut cao và nhit đ rt cao cng nh nhng ni d gây cháy
n, ngp lt…
Phng pháp đo lu lng bng cm ng đin t dù có đt tin và phc tp
hn các phng pháp khác nhng nó đã đc nghiên cu và th nghim lâu dài
trong công nghip. Nó t ra bn b, ít b h hng dù phi làm vic vi nhng lu
cht đc hi, n mòn cao nh nc thi, hoá cht.
Lu lng k đin t đc dùng đ đo các lu cht là cht lng dn đin vi
đ chính xác cao:
Lu cht chính xác
Cht lng
± 0,2 – 1 %
Các yu t c bn cn quan tâm khi s dng lu lng k đin t gm cách
lp đt, nhit đ lu cht và đ dn đin ca lu cht
Ví d: lu lng k cm ng đin t ADMAG AE ca hãng Yokogawa -
Nht Bn: Hình 17.18. Lu lng k cm ng đin t ADMAG AE
- Nhiu và chng nhiu: khi đo các cht lng bng lu lng k đin t, đ
chính xác ca lu lng k có th thay đi ph thuc vào đ dn đin. Mi quan
h gia đ chính xác và đ dn đin đc mô t nh hình 17.19. dn đin ca
cht lng li ph thuc rt nhiu vào nhit đ. Hình 17.19. chính xác thay đi ph thuc vào chiu dài cáp và đ dn đin
ng nm ngang ta có lu lng đc tính là:
ρ
)(2
.
)/(1
.
21
2
12
2
PP
AA
A
CQ
D
−
−
=
vi: - t trng ca lu cht
C
D
- h s phóng (discharge coefficient): vi ng venturi C
D
= 0,97;
vi tm chn C
D
= 0,6
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 19
Trong tính toán thc t, vi đng kính ng là D và đng kính vt thu hp là
(1 )m-
P - đ chênh áp ; K - hng s theo nhng ng dng thc t.
Giá tr C
D
có th đc thành lp bng cách thí nghim và có th tính toán
đc C
D
da theo các đ th cho sn (ví d nh chun ISO 5167:1980 cho phép
tính toán C
D
da trên phng trình Stolz hay chun BS 1042 cho phép tính ra C
D
t các đ th).
- Vi các lu cht chu nén: vi các cht khí thì t trng ca lu cht s thay
đi khi đi qua thit b thu hp vì vy t trng ca lu cht cng thay đi làm cho
vic tính toán lu lng khí tr nên phc tp hn:
PAECPP
AA
A
CQ
DDm
∆=−
−
= 2 ).(.2.
)/(1
12211
2
đng ng nh hình 17.23. Tm chn có tác dng to ra mt s chênh áp đo
đc ti D và D/2 vi D là đng kính ca ng:
Hình 17.23. Cu trúc và lp đt tm chn.
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 20
Ta có th thy áp sut sau tm chn thp hn áp sut trc khi đi qua tm
chn do tm chn đã gây ra mt tn hao áp sut (permanent pressure loss). Vi
tm chn tn hao này t 0,51.∆P ÷ 0,96.∆P, vi ng venturi là 0,1.∆P ÷ 0,15.∆P.
Khi lu cht chy qua tm chn, s có mt lc đáng k tác dng lên b mt
tm chn do vy b mt phi đ cng đ chng li tác đng ca lc này. Chun
BS 1042 đa ra đ dày chun ti đa là 0,1D. Tm chn cng phi có cnh sc,
cnh này s phi chu đc các nh hng ca s mài mòn t dòng chy ca lu
cht nên đc làm t các vt liu nh thép chng g đ tránh s n mòn quá mc.
Trên b mt tm chn cùng phi khoan mt l nh, đi vi cht lng, l nh
này đc đt phía trên đ làm đng thoát cho các khí và hi; đi vi các lu
cht là khí hay hi, l li phi nm phía di, nm ngang bng vi thành ng
đ cho phép các hi ngng t có th đi qua.
- Lp đt tm chn: cn thn trng khi tin hành lp đt tm chn trên đng
ng. Vic lp đt quá gn nhng ch r hay van điu khin có th gây ra s thay
đi áp sut cc b, do vy nên đ mt khong trng ít nht là mi ln đng
kính ng (10D) trc và sau tm chn.
Có nhiu cách b trí các vòi ly tín hiu áp sut đc s dng vi các tm
chn. Các cách b trí thng gp nht đc trình bày nh hình 17.24:
Hình 17.24. Các cách b trí và lp đt tm chn trên đng ng
Các tm chn đc s dng trong rt nhiu các ng dng thc t và có th nói
là mt thit b đo lu lng thông dng nht hin nay.
- o đ chênh áp: vic chuyn đi tín hiu chênh áp thành tín hiu đin đòi
hi phi có mt b bin đi áp sut vi sai (P). B bin đi P đc kt ni qua
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 22
Bng 17.1 trình bày s so sánh mt s phng pháp đo lu lng thng
dùng trong công nghip:
Bng 17.1. So sánh mt s phng pháp đo lu lng thng dùng trong công nghip
Dòng xoáy Siêu âm in t Chênh áp
Lu lng k
Môi trng đo
lng, hi,
khí
lng
lng (dn
đin)
lng, hi,
khí
ng kính ng mm 10 ÷ 300 25 ÷ 100 2,5 ÷ 3000 10 ÷ 1000
Di nhit đ
0
C -200 ÷ 400 -20 ÷ 180 -40 ÷ 180 -200 ÷ 500
Áp sut ln nht bar 64 40 40 315
chính xác %
± 1 ± 0,5 ÷ 2 ± 0,2 ÷ 1 ± 0,5 ÷ 2
Tn hao áp sut (liên
quan đn đ chênh áp)
% 1 ÷ 2 0 0 0,4 ÷ 0,95
Di đ nht 0,01 ÷ 20 0,1 ÷ 1000 0,1 ÷ 1000 0 ÷ 1000
17.2.7. o lu lng cht rn bng các loi cân bng ti
Ngoài vic đo lu lng ca cht lng, cht khí thì trong các dây chuyn sn
xut ca mt h thng t đng hóa vic đo lu lng ca cht rn cng đóng mt
Hình 17.27. Cu trúc chung ca h thng cân bng ti.
Ví d: cân bng ti vi b điu khin lu lng: hình 17.28:
Hình 17.28. S đ cu trúc ca h thng điu chnh lu lng cht rn
6
5
4
1
7
8
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 17: O LU LNG CHT LNG VÀ CHT KHÍ
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 24
Hình 17.28 là s đ cu trúc mt h thng điu chnh lu lng cht rn s
dng cân bng ti. Ngoài các thit b c bn ca mt h cân bng ti, h thng
điu chnh này còn bao gm thit b đnh v ca bng ti đt trên bng ti mt
du hiu bng kim loi gi là “belt index” giúp cho vic phân đon bng ti và
làm tng đ chính xác ca cân, đng thi xác đnh s trt ca bng ti.
B điu khin điu chnh tc đ bng ti đ nhn lu lng nhiên liu đim
đ tng ng vi giá tr đt. Lu lng liu là tích s ca ti trên mt mét dài
bng truyn vi tc đ bng truyn.
Giao din SWS (Smart Weighing System) ni gia cân bng ti và b điu
khin. Tt c các tín hiu t đu ra ca các cm bin s đc ni vi h SWS đt
trên bng ti. H SWS thu thp các tín hiu ri gi v b điu khin theo th tc
truyn tin ni tip.
đo ti ca bng truyn, h dùng mt load-cell bin đi trng lng thành
tín hiu đin. Tc đ bng ti đo đc nh mt máy phát tc kiu xung đt gia
đng c và hp gim tc bánh rng. S xung phát ra t l vi tc đ ca đng c.
Nh vy, có hai yu t chính cn quan tâm trong h điu chnh lu lng cân
bng ti đó là đo trng lng ca nhiên liu trên bng ti và điu chnh tc đ
Copyright: Tài liệu đại học ©