BÀI tập lớn cơ học kỹ THUẬT 2 CHỦ đề THIẾT bị đo lưu LƯỢNG CHẤT LỎNG

- Đo lưu lượng là hoạt động xác định giá trị của lưu lượng chảy qua một đườngống hay kênh… - Đo lưu lượng giúp chúng ta có thể xác định được thời gian để lưu chất có thểlấp đầy bồn chứa

CHỦ ĐỀ: THIẾT BỊ ĐO LƯU LƯỢNG CHẤT LỎNG

Sinh viên : Trần Văn Bắc Mã SV : 20020874 Lớp : K65-H Mã Học Phần: EMA2037_1 Năm học : 2021-2022

Hà Nội, năm 2022

A KHÁI QUÁT ĐO LƯU LƯỢNG CHẤT LỎNG 1

I Lưu lượng là gì? 1

II Đo lưu lượng là gì? 1

III Cơ sở để đo lưu lượng chất lỏng 1

B Thiết bị đo lưu lượng 2

I Đo lưu lượng theo nguyên lý chênh lệch áp suất 3

Đo lưu lượng với ống Venturi 4

II Đo lưu lượng theo nguyên lý điện từ 7

1 Nguyên lý đo 7

2 Ưu nhược điểm 9

3 Ứng dụng 10

4 Hướng dẫn lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng điện từ 10

III Đo lưu lượng theo nguyên lý siêu âm 13

1 Đo lưu lượng siêu âm theo phương pháp thời gian chuyển tiếp 14

2 Đo lưu lượng siêu âm dựa vào hiệu ứng Doppler 15

3 Cách bố trí lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng siêu âm 16

Tài liệu tham khảo 18

A KHÁI QUÁT ĐO LƯU LƯỢNG CHẤT LỎNG

I Lưu lượng là gì?

- Lưu lượng là thuật ngữ chỉ số lượng hay khối lượng vật chất (vật thể) dichuyển qua một vị trí cụ thể nào đó trong khoảng thời gian nhất định

VD: lưu lượng sông là lưu lượng nước chảy qua mặt cắt ngang của lòng sông tại

một vị trí nào đó trong một đơn vị thời gian

II Đo lưu lượng là gì?

- Đo lưu lượng là hoạt động xác định giá trị của lưu lượng chảy qua một đườngống hay kênh…

- Đo lưu lượng giúp chúng ta có thể xác định được thời gian để lưu chất có thểlấp đầy bồn chứa hay mất bao lâu để lưu chất xả hết khỏi nơi chứa

VD: Các công ty nước sạch đo lưu lượng dòng chảy chảy qua các đường ống

cấp nước mà chúng ta sử dụng hàng ngày để xác định lưu lượng nước chúng ta

đã dùng, căn cứ vào đó để tính được tiền nước

III Cơ sở để đo lưu lượng chất lỏng

Để có thể đo lưu lượng của các lưu chất chúng ta căn cứ vào các cơ sở sau:

- Vận tốc chất lỏng: tính vận tốc của chất lỏng chạy qua một tiết diện đã biết

- Dung tích của chất lỏng chảy qua 1 đơn vị thời gian

- Khối lượng lưu chất chảy qua 1 đơn vị thời gian

- Sự chênh lệch áp suất của chất lỏng khi qua tiết diện hẹp

B Thiết bị đo lưu lượng

- Để có thể đo lưu lượng của chất lỏng, chúng ta dùng các thiết bị bao gồm lưulượng kế, cảm biến đo lưu lượng Các thiết bị đo lưu lượng hoạt động dựa trênxác định lượng chất lỏng chảy qua xung quanh các cảm biến đo lưu lượng từ đógiúp xác định chính xác các kết quả của phép đo lưu lượng

- Để có thể đo lưu lượng chất lỏng, ta có thể sử dụng các phương pháp sau:+ Đo lưu lượng theo nguyên lý chênh lệch áp suất

+ Đo lưu lượng theo nguyên lý điện từ

+ Đo lưu lượng theo nguyên lý siêu âm

Cảm biến đo lưu lượng điện từ Máy đo lưu lượng siêu âm

I Đo lưu lượng theo nguyên lý chênh lệch áp suất

- Đây là nguyên lý đo được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành công nghiệp.Nguyên lý đo lưu lượng theo nguyên lý chênh lệch áp suất dựa trên phươngtrình tính lưu lượng thể tích với Q : lưu lượng thể tích

Đo lưu lượng với ống Venturi

Ống Venturi

Cấu tạo: gồm 3 phần

+ Phần hội tụ: Thiết diện của ống giảm dần theo chiều dòng chảy khiến vận tốc

dòng chảy tăng lên và áp suất giảm xuống

+ Phần cổ ống: thiết diện của ống là nhỏ nhất Tại đây, áp suất đạt giá trị thấp

nhất, đồng thời vận tốc đạt giá trị lớn nhất

+ Phần phân kỳ: thiết diện của ống tăng dần theo chiều dòng chảy Vận tốc của

chất lỏng giảm dần đồng thời áp suất chất lỏng tăng lên

Cấu tạo ống Venturi

Xét môi trường chất lỏng đang chảy, trong ống sẽ có các dạng năng lượng sau

m: khối lượngg: gia tốc trọng trườngh: chiều cao so với gốc thế năngNăng lượng do áp

 + = +  (P1-P2) = ( 1)

* Xét tại phần hội tụ có tiết diện D: A1=

Tại cổ ống có tiết diện d: A2=

Theo phương trình liên tục: cùng một lúc, cùng một khối lượng chảy qua mỗimặt cắt ngang tức là tốc độ dòng chảy như nhau đối với chất lưu không nénđược

 Lưu lượng được tính theo công thức: Q=

Để xác định độ chênh áp ∆P, ta lắp một áp kế vào ống Venturi như hình sau:

Bên trong áp kế chứa chất lỏng khác với chất lỏng cần đo, có khối lượng riênglớn (như thuỷ ngân ρm= 13600 kg/m3), độ chênh mực chất lỏng ở 2 bên ống là hKhi đó độ chênh áp được tính theo công thức: ∆P= ρm.g.h

- Nguyên lý hoạt động của lưu lượng kế dạng từ tính dựa trên cơ sở của địnhluật cảm ứng điện từ Faraday: Nếu một dây dẫn điện chuyển động trong từtrường vuông góc với phương chuyển động và với dây dẫn thì trong dây dẫnxuất hiện một hiệu điện thế có độ lớn tỉ lệ với cường độ từ trường và vận tốccủa chuyển động

- Đặc điểm của định luật cảm ứng này cũng áp dụng cho chuyển động của chấtlỏng dẫn điện trong ống qua từ trường

Cấu tạo đồng hồ đo lưu lượng điền từ

- Trong máy đo lưu lượng điện từ, 1 dòng điện được đặt vào cuộn dây gắn bênngoài thân máy đo để tạo ra từ trường Chất lỏng chảy qua đường ống đóng vaitrò là chất dẫn điện và tạo ra một điện áp ( E ) tỷ lệ với tốc độ dòng chảy (v)

- Theo định luật cảm ứng điện từ : ( 3)

với E: điện áp tạo ra trong chất dẫn điện

V: vận tốc chất dẫn điện

B: Cường độ từ trường

L: Khoảng cách 2 đầu bản cực

(Đường kính ống)

- Theo nguyên tắc này, khi chất dẫn điện đi qua từ trường B, điện áp E tạo ra tỷ

lệ thuận với vận tốc V của chất lỏng, mật độ từ trường B và chiều dài chất dẫn Điện áp E được nhận bởi các điện gắn trong thân máy đo và được gửi đến máy phát để tính toán lưu lượng Q dựa trên kích thước ống

- Xét lưu lượng Q được tính theo công thức:

Với A: diện tích mặt cắt ngang của ống đo lưu lượng  ( 4 )

Từ (3) 

Thay vào (4) 

- Để có thể sử dụng nguyên tắc đo lưu

lượng theo nguyên lý từ tính cần phải tồn

tại từ trường trong ống đo, do đó ống đo

cần làm từ vật liệu không cản trở từ

trường

- Ống đồng hồ phải có lớp lót bên trong

cách điện để tránh ngăn mạch tín hiệu đo

- Điện áp E được đo bằng 2 điện cực kim

loại tiếp xúc điện với môi chất

2 Ưu nhược điểm

 Đồng hồ được sử dụng rộng rãi cho các dịch vụ bùn nhờ các lớp lót nhưpolyurethane, cao su và cao su có độ mài mòn tốt hoặc chống xói mòn.

* Nhược điểm:

 Chỉ sử dụng cho các chất lỏng có độ dẫn điện hợp lý

 Kích thước, chi phí của các cuộn dây và các mạch không tăng tương thíchvới kích thước của ống đo khiến đồng hồ đo cho ống có kích thước nhỏthường cồng kềnh và đắt tiền

Đồng hồ đo lưu lượng điện từ trong các nhà máy

4 Hướng dẫn lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng điện từ

a Yêu cầu về môi trường lắp

- Lắp đồng hồ ở nơi thoáng mát, rộng rãi, thuận tiện cho việc bảo dưỡng Nênthêm mái che cách nhiệt và thông gió cho đồng hồ nếu lắp đồng hồ ngoài trời.Đảm bảo môi trường xung quang dao động từ 50C  550C

- Tránh các nguồn có rung động mạnh, nếu đường ống có độ rung lớn cần có giá

đỡ cố định 2 bên lưu lượng kế điện từ

- Tránh lắp ở các nơi có khí ăn mòn, khi lắp cần có biện pháp thông gió

- Do đồng hồ đo dựa trên nguyên tắc của định luật cảm ứng điện từ , vì vậykhông nên lắp đặt ở nơi có từ trường gây hiện tượng nhiễu điện như động cơđiện, máy biến áp, máy biến tần,… khi đó bức xạ từ trường mạnh sẽ làm ảnhhưởng đến sự chính xác của phép đo

- Độ dẫn của chất lỏng phải đồng đều, không nên lắp đặt đồng hồ đo lưu lượngđiện tử ở những nơi không có độ dẫn ổn định

- Đảm bảo chắc chắn không tạo ra bọt khí khi lắp lưu lượng kế điện từ vào hệthống, đường ống phải luôn luôn chứa đầy lưu chất

b Yêu cầu về đường ống

- Lưu lượng kế điện từ phải lắp đặt nằm ngang trên đường ống Trục của lưulượng kế phải đồng tâm với trục đường ống

- Đường kính trong của đường ống phải bằng với đường kính trong của lưulượng kế

- Yêu cầu của ống rẽ nhánh: Để đảm bảo môi chất sử dụng bình thường không

đường ống trước và sau đồng hồ Đồng thời khi bảo dưỡng cần lắp đặt thêmđường ống dẫn lưu chất tránh hiện tượng bị nghẽn khi bảo dưỡng

- Không nên ngâm cả đồng hồ vào môi trường lưu chất Mặc dù nó có khả năngchống nước nhưng chúng ta chỉ nên để ngập phần thân của đồng hồ vào lưu chất

để cho phần hiển thị hoạt động tốt nhất

c Phương pháp lắp đặt lưu lượng kế dạng điện từ

Đồng hồ đo lưu lượng dạng điện thường được kết nối với ống nước bằngmặt bích Khi lắp đặt ta cần một vài lưu ý như sau:

- Đồng hồ nên được lắp ở phần dưới

của ống nằm ngang và hướng thẳng

đứng lên trên, tránh lắp đặt ở điểm

cao nhất của đường ống và hướng

thẳng đứng xuống dưới

- Không lắp trực tiếp ở vị trí tiếp

nối với đường ống có rẽ nhánh đi

xuống

- Không lắp van điều khiển hoặc

van chặn trước đồng hồ

- Tìm vị trí thấp nhất trong hệ thống

đường ống để lắp đồng hồ

- Đối với đường ống thẳng thì

khoảng cách tối ưu nhất trước đồng

hồ là 10D và sau đồng hồ là 5D

D: đường kính ống

- Đối với đường ống gấp khúc đi

xuống hình chữ U ngược thì khoảng

cách tối tiểu giữa đồng hồ với

đường ống phía sau là 5m

- Đường ống có độ dốc nghiêng và

đoạn ống thẳng quá ngắn, lắp đồng

hồ tại vị trí nghiêng này để đảm bảo

lượng nước tối thiểu có trong ống

- Các van điều khiển và đóng ngắt nên được lắp đặt ở phía hạ lưu của đồng hồ,không nên lắp ở phần phía trên của đồng hồ gây nên hiện tượng sai lệch về kếtquả đo

- Ống đo của đồng hồ phải luôn luôn đầy lưu chất Đó là yêu cầu bắt buộc đểđồng hồ có thông số là chính xác nhất

- Chú ý đến hướng mũi tên chỉ dòng chảy của lưu chất Đồng hồ chỉ đo được kếtquả chính xác khi lắp đúng chiều đo của nó

- Nếu sử dụng cho lưu lượng có lắng cặn hạt rắn hoặc các loại bùn chúng ta nênlắp thiết bị đo lưu lượng điện từ theo phương thẳng đứng hướng từ dưới lên trêntránh hiện tượng lắng cặn trong ống đo của thiết bị

- Dây nguồn cấp và dây tín hiệu phải gọn gàng, an toàn Tránh tình trạng đứt, hởgây nguy hiểm cho người sử dụng và ảnh hưởng tới kết quả đo của đồng hồ

III Đo lưu lượng theo nguyên lý siêu âm

- Lưu lượng kế siêu âm hoạt động dựa theo sự thay đổi của sóng siêu âm truyềntrong môi chất ở mức tần số nằm ngoài phạm vi mà con người có thể ngheđược Tai người nghe được âm thanh trong khoảng 20Hz20kHz Máy đo lưulượng siêu âm sẽ hoạt động ở tần số nằm ngoài phạm vi này, từ mức 25kHz trởlên

- Vận tốc C là giá trị vận tốc truyền của sóng trong môi chất và thay đổi theomật độ của môi chất đo Khi một xung âm thanh truyền từ vị trí cố định A đến

vị trí B sẽ có vận tốc C=L.t

trong đó C: Vận tốc âm thanh

L: khoảng cách từ A đến B

t : khoảng thời gian âm thanh truyền từ A đến B

Thời gian thay đổi khi vật mang âm thanh đang chuyển động, vận tốc khi đó làtổng của vận tốc âm thanh trong môi chất đo và vận tốc môi chất đo Tính năngnày được áp dụng trong lưu lượng kế siêu âm

1 Đo lưu lượng siêu âm theo phương pháp thời gian chuyển tiếp

Xét chất lỏng có vận tốc V Xung âm truyền từ A  B trong chất lỏng với vậntốc C+V sau khoảng thời gian t1: t1 =

Thời gian cần thiết để xung lực đi từ B về A là t2: t2=

Giả thiết vận tốc truyền âm C=const 

 Vận tốc dòng chảy trong môi chất:

Trên thực tế, khi thiết kế đồng hồ đo, người ta thường lắp đặt đầu dò theo đườngchéo, sóng âm tạo với dòng chảy 1 góc α như hình vẽ Khi đó vận tốc dòng chảytrong môi chất là:

2 Đo lưu lượng siêu âm dựa vào hiệu ứng Doppler

- Đối với phép đo lưu lượng siêu âm sử dụng hiệu ứng Doppler, trong môitrường đo phải có các chất không đồng nhất hoặc tạp chất để một phần nănglượng âm thanh có thể bị phản xạ

- Cảm biến này bao gồm bộ phát và bộ thu Bộ phát thực hiện lan truyền sóngsiêu âm với tần số f1 vào trong chất lỏng có vận tốc là v Giả sử rằng hạt vậtchất hoặc các bọt trong chất lỏng di chuyển với cùng vận tốc Những hạt vậtchất này phản xạ sóng lan truyền đến bộ thu với một tần số f2

- Sự thay đổi tần số được tính theo công thức:

với: f1-tần số phát xạ

f2- tần số phản xạ V: tốc độ dòng chảy C: vận tốc âm thanh

Vận tốc dòng chảy tính được:

3 Cách bố trí lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng siêu âm

a Lắp đặt:

Lưu lượng kế siêu âm có 2 thiết kế: hệ thống in-line và hệ thống kẹp (calm on)

- Trong thiết kế inline, đầu dò siêu âm được lắp cứng trong thành ống và tiếpxúc trực tiếp hoặc gián tiếp với phương tiện đo, khi đó xung âm thanh khôngcần đi qua thành ống giúp hệ thống đo in-line có thể đạt được độ chính xác tốthơn

In-line tiếp xúc trực tiếp với máy đo In-line tiếp xúc gián tiếp với máy đo

- Trong hệ thống kẹp (clamp on), các đầu dò siêu âm được gắn bên ngoài đườngống Chùm siêu âm phải đi qua thành ống và bất kỳ lớp phủ nào, khi đó chùmsiêu âm sẽ không truyền thẳng mà bị khúc xạ, các định luật phản xạ và khúc xạ

sẽ được xem xét

Clamp on

b Bố trí đầu dò

- Cảm biến lưu lượng siêu âm theo phương pháp thời gian chuyển tiếp thường

có 2 phương pháp lắp đặt đầu dò, đó là phương pháp W và phương pháp V

- Nếu đường kính ống D<200mm và có 1 trong các điều kiện sau:

+ Độ đục của chất lỏng cần đo cao, không nhận được tín hiệu hoặc tín hiệu yếukhi đo bằng phương pháp chữ V

+ Thành trong của đường ống được lót

+ Tuổi thọ đường ống quá lâu, thành trong bị bám bẩn nghiêm trọng

Khi đó sẽ lắp đặt đầu do theo phương pháp Z

Hình chiếu đứng Hình chiếu cạnh

Tài liệu tham khảo

1.74195/

http://luanvan.net.vn/luan-van/de-tai-cam-bien-do-luu-luong-muc-chat-long-2.http://tudonghoa247.com/cac-phuong-phap-do-luu-luong-trong-cong-nghiep

3.https://bkaero.vn/ung-dung-cua-phuong-trinh-bernoulli-ong-venturi/

4.nhuoc-diem/

https://drgauges.net/page/ultrasonic-flow-meters-nguyen-ly-hoat-dong-uu-5.dien-tu-electromagnetic-flow-meter/

https://drgauges.net/page/nguyen-ly-hoat-dong-cua-dong-ho-do-luu-luong-6.tu-bid145.html

https://vancongnghiepvn.net/huong-dan-lap-dat-dong-ho-do-luu-luong-dien-7.https://vandongho.vn/cach-lap-dat-dong-ho-nuoc-sieu-am/

8.https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F

%2Fcambiendoapsuat.vn%2Fdong-ho-luu-luong-sieu-la-gi

%2F&psig=AOvVaw0PI1befEv5bmCN2TvXIvbf&ust=1653743593489000&source=images&cd=vfe&ved=0CA0QjhxqFwoTCMj-

54_h cCFQAAAAAdAAAAABAD