ĐỀ TÀI 2 : Triết rót chất lỏng

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lao động sản xuất là một nhu cầu không thể thiếu.Nó quyết định việc tăng năng suất lao động,hạ giá thành sản phẩm,giảm nhẹ sức lao động cho người lao động,nâng cao hiệu quả kinh tế,chất lượng sản phẩm.Đối với một nước đang phát triển trong thời kì phát triển của sự nghiệp công hóahiện đại hóa như nước ta hiện nay,việc từng bước cở giới hóa hoạt động sản xuất là rất quan trọng và là một việc làm hết sức cần thiết.Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó,nhóm chúng em đã tìm hiểu đề tài:Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất”,nhằm phục vụ cho việc chiết rót sản phẩm cho các ngành sản xuất có nhu cầu.Việc thực hiện bài tập lớn này rất là bổ ích cho các sinh viên, nó sẽ giúpcác sinh viên tự tìm tòi học hỏi, và hiểu ra nhiều quy trình chiết rót và cách vận hành của nó, từ đó sẽ làm nền tảng và nguồn kiến thức dồi dào chocác sinh viên khi hoạt động trong các công tác chuyên ngành của mình vàcác hoạt động trong đời sống về lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thốngchiết rót. Các hệ chiết rót chất lỏng được ứng dụng rất rộng rãi .Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đề tài không tránh khỏi những sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đề tài của mình.Mong các thầy,cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm để đề tài của em có thể hoàn thiện hơn nữa.Em xin chân thành cảm ơn.Yêu cầu :1.Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất lỏng.2.Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?3.Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống.4.Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?5.Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?6.Thiết kế vị trí lắp đặt cảm biến va tính toán xử lý tín hiệu đầu ra của cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?7.Đánh giá về sai số của hệ thống (giới hạn, nguyên nhân và biện pháp khắc phục)1:Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống triết rót chất lỏngXét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất,mô tả công nghệ như hình vẽ: Hình 4.1aHệ thống gồm : Động cơ kéo băng tải, hai nút khởi động và dừng hệ thống : Start, Stop, Bồn chứa chất lỏng cần rót, thùng rỗng được đẩy ra từ kho chứa hang, Van 2 đươc điều khiển để rót chất lỏng vào thùng, Van 1 được điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa.Các thông số cần giám sát là mức chất lỏng trong bồn chứa và mức chất lỏng rót vào các thùng, vị trí các thùng trên băng tải. Đối tượng điều khiển là động cơ kéo băng tải, Van 1, Van 2 và thiết bị đẩy thùng rỗng từ kho xuống băng tải. Bồn chứa cao 2m và các thùng cao 0.5m. Chất lỏng cần rót có tính dẫn điện, không có tính chất ăn mòn hóa học.2 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống.Về cơ bản khâu rót chất lỏng vào thùng gồm các thành phần sau:•Động cơ kéo băng tải.•Hệ thống khởi động gồm 2 nút start, stop.•Bồn chứa chất lỏng cần rót,ác thùng rỗng được đẩy ra từ kho chứa thùng.•2 van điều khiển để rót chất lỏng vào thùng và đưa chất lỏng vào bồn chứa. Ngoài ra,ở mỗi dây truyền sản xuất cần có sự giám sát của con người để đảm bảo dây truyền hoạt động an toàn ,sữa chữa các thiết bị khi có sự cố xảy ra để qua trình sản xuất không bị gián đoạn gây thiệt hại về kinh tế cho cho doanh nghiệp sử dụng dây truyền.Bên cạnh đó việc tính toán và chọn van điều khiển cũng phải chính xác tuyệt đối không được xảy ra sai xót .Chính vì vậy người ta thường sử dụng các cảm biến để diều tiết lượng chất lỏng và mức chất lỏng qua các van,như vậy đóng vai trò quan trọng nhất trong dây truyền chiết rót chất lỏng công nghiệp chính là các cảm biến. Hình ảnh về khâu chiết rót chất lỏng trong công nghiệp mà chúng ta đang xét tới: HÌNH 6.1 Khi ta ấn nút khởi động start động cơ kéo băng tải bắt đầu làm việc, các thùng rỗng được đưa từ kho chứa thùng đặt lên băng tải đưa tới phía dưới bồn chứa chất lỏng cần rót van 2 điều chỉnh lượng chất lỏng vừa đủ(đã được cài đặt mặc định từ trước) vào thùng chứa,nếu lượng chất lỏng ở bồn chứa không đủ van 1 sẽ mở để đưa thêm chất lỏng vào thùng bồn chứ3.liệt kê các loại cảm biến có trong hệ thống.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN - -

BÀI TẬP LỚN MÔN

ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

ĐỀ TÀI 2 : Triết rót chất lỏng

Hà Nội 2015

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lao động sản xuất là một nhu cầu không thể thiếu.Nó quyết định việc tăng năng suất lao động,hạ giá thành sản phẩm,giảm nhẹ sức lao động cho người lao động,nâng cao hiệu

quả kinh tế,chất lượng sản phẩm

Đối với một nước đang phát triển trong thời kì phát triển của sự nghiệp cônghóa-hiện đại hóa như nước ta hiện nay,việc từng bước cở giới hóa hoạt động sản xuất là rất quan trọng và là một việc làm hết sức cần thiết

Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó,nhóm chúng em đã tìm hiểu đề tài:Xét

khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất”,nhằm phục vụ cho

việc chiết rót sản phẩm cho các ngành sản xuất có nhu cầu

Việc thực hiện bài tập lớn này rất là bổ ích cho các sinh viên, nó sẽ giúpcác sinh viên tự tìm tòi học hỏi, và hiểu ra nhiều quy trình chiết rót và cách vận hành của nó, từ đó sẽ làm nền tảng và nguồn kiến thức dồi dào chocác sinh viên khi hoạt động trong các công tác chuyên ngành của mình vàcác hoạt

động trong đời sống về lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thốngchiết rót Các hệ chiết rót chất lỏng được ứng dụng rất rộng rãi

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đề tài không tránh khỏi những sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đề tài của mình.Mong các thầy,cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm để đề tài của em có thể hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn

Yêu cầu :

1 Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rótchất lỏng

2 Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?

3 Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống

4 Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?

5 Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?

6 Thiết kế vị trí lắp đặt cảm biến va tính toán xử lý tín hiệu đầu ra củacảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?

7 Đánh giá về sai số của hệ thống (giới hạn, nguyên nhân và biện pháp

Hình 4.1a

Hệ thống gồm : Động cơ kéo băng tải, hai nút khởi động và dừng hệ thống :

Start, Stop, Bồn chứa chất lỏng cần rót, thùng rỗng được đẩy ra từ kho chứa hang, Van 2 đươc điều khiển để rót chất lỏng vào thùng, Van 1 được

điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa

Các thông số cần giám sát là mức chất lỏng trong bồn chứa và mức

chất lỏng rót vào các thùng, vị trí các thùng trên băng tải Đối tượng điều

khiển là động cơ kéo băng tải, Van 1, Van 2 và thiết bị đẩy thùng rỗng từkho xuống băng tải Bồn chứa cao 2m và các thùng cao 0.5m Chất lỏng cần

rót có tính dẫn điện, không có tính chất ăn mòn hóa học.

2 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống.

Về cơ bản khâu rót chất lỏng vào thùng gồm các thành phần sau:

 Động cơ kéo băng tải.

 Hệ thống khởi động gồm 2 nút start, stop

 Bồn chứa chất lỏng cần rót,ác thùng rỗng được đẩy ra từkho chứa thùng

 2 van điều khiển để rót chất lỏng vào thùng và đưa chấtlỏng vào bồn chứa

Ngoài ra,ở mỗi dây truyền sản xuất cần có sự giám sát của con người đểđảm bảo dây truyền hoạt động an toàn ,sữa chữa các thiết bị khi có sự cốxảy ra để qua trình sản xuất không bị gián đoạn gây thiệt hại về kinh tếcho cho doanh nghiệp sử dụng dây truyền.Bên cạnh đó việc tính toán vàchọn van điều khiển cũng phải chính xác tuyệt đối không được xảy ra saixót Chính vì vậy người ta thường sử dụng các cảm biến để diều tiếtlượng chất lỏng và mức chất lỏng qua các van,như vậy đóng vai trò quantrọng nhất trong dây truyền chiết rót chất lỏng công nghiệp chính là cáccảm biến

Hình ảnh về khâu chiết rót chất lỏng trong công nghiệp mà chúng ta đangxét tới:

HÌNH 6.1

Khi ta ấn nút khởi động start động cơ kéo băng tải bắt đầu làm việc, cácthùng rỗng được đưa từ kho chứa thùng đặt lên băng tải đưa tới phía dướibồn chứa chất lỏng cần rót van 2 điều chỉnh lượng chất lỏng vừa đủ(đãđược cài đặt mặc định từ trước) vào thùng chứa,nếu lượng chất lỏng ởbồn chứa không đủ van 1 sẽ mở để đưa thêm chất lỏng vào thùng bồnchứ

3.liệt kê các loại cảm biến có trong hệ thống.

Trong thực tế việc kiểm tra mức chất lỏng, tính toán và điều chỉnh lưulượng của chất lỏng qua các van khá phức tạp nên người ta thường sửdụng 2 loại cảm ứng:

 Cảm biến lưu lượng chất lỏng qua van

 Cảm biến mức chất lỏng trong bể chứa

Qua tìm hiểu hệ thống trên thì nhóm chúng em đã lựa chọn rõ một số loạicảm biến phù hợp với hệ thống chiết rót chất lỏng như:

4, Phương pháp lựa chọn cảm biến cho hệ thống

Khi lựa chọn một phương pháp cho bất kỳ ứng dụng cụ thể , nhiều yếu tốngoài như chi phí ban đầu phải được xem xét Các yếu tố quan trọng nhất

mà các nhà sản xuất cảm biến cần biết về một ứng dụng đo lường mức độ là:

 Tên và đặc điểm của vật liệu được đo , cho dù rắn, lỏng , bùn, bột,hoặc dạng hạt K hằng số điện môi là đặc biệt quan trọng , cũng như

độ nhớt, mật độ , độ dẫn điện , và nhất quán ( độ thấm dầu , độ thấm

ẩm , vv )

Sử dụng chính của tàu có chứa có vật liệu được đo ( lưu trữ, nước tách, thùng đựng nước thải , vv ) , và kích thước và hình dạng của nó , và vị trícủa bất kỳ vật cản.sau đây là một số phương pháp lựa chọn cảm biến:

4.1 Cảm biến lưu lượng chất lỏng qua van

Lưu lượng kế là cảm biến đo không thể thiếu để đo lưu lượng của chất khí, chất lỏng,hay hỗn hợp khí-lỏng trong các ứng dụng công nghiệp như thực phẩm-nước giải khát, dầu mỏ- khí đốt, hóa chất-dược phẩm, sản xuất giấy, điện, xi măng … Trên thị trường, các loại lưu lượng kế rất đa dạng và luôn sẵn có cho bất kỳ ứng dụng công nghiệp hay dân dụng nào Việc chọn lựa cảm biến đo lưu lương loại nào cho ứng dụng

cụ thể thường dựa vào đặc tính chất lỏng (dòng chảy một hay hai pha, độnhớt, độ đậm đặc, …), dạng dòng chảy (chảy tầng, chuyển tiếp, chảy hỗn loạn, …), dải lưu lượng và yêu cầu về độ chính xác phép đo.ra mở rộng cũng sẽ ảnh hưởng đến quyết định chọn lựa này Nói chung độ chính xáccủa lưu lượng kế còn phụ thuộc vào cả môi trường đo xung quanh Các ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ, chất lỏng/khí hay bất kỳ tác động bên ngoài nào đều có thể ảnh hưởng đến kết quả đo Điều này đòi hỏi các cảm biến đo lưu lượng phải hoạt động bình thường cả với xung điện áp và bù được nhiễu để đảm bảo đưa ra tín hiệu đo với độ chính xác cao Thông thường, trong công nghiệp hay sử dụng giao diện truyền dẫn tín hiệu 4-20mA giữa bộ truyền tín hiệu đo với thiết bị điều khiển Bộ truyền tín hiệu đo gắn với cảm biến đo lưulượng có thể được cấp nguồn bởi chính mạch vòng 4-20mA này

hoặc bằng nguồn riêng Bộ truyền tín hiệu đo sử dụng mạch vòng 20mA có yêu cầu rất khắt khe về công suất: tất cả các thiết bị điện thu thập/xử lý và truyền tin cần phải hoạt động độc lập với nguồn cấp từ mạch vòng 4-20mA, chỉ những vi xử lý/vi điều khiển tiêu thụ rất ít điện (ví dụ dòng vi điều khiển DSP) mới được kết hợp dùng chung nguồn củamạch vòng 4-20mA Bộ truyền tín hiệu với kết nối truyền số liệu dạng số như tích hợp giao diện bus trường (Profibus, I/O Link) hoặc kết nối không dây ngày càng phổ biến, vì chúng làm giảm thời gian khởi động và cho phép giám sát liên tục, cũng như chẩn đoán lỗi Tất cả các yếu tố này góp phần cải thiện đáng kể năng suất và hiệu quả của hệ thống tự động hóa.Các cảm biến lưu lượng được phân làm bốn nhóm chính dựa vào nguyên lý hoạt động của chúng: cảm biếnlưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất, cảm biến lưu lượng điện từ,cảm biến lưu lượng Coriolis, cảm biến lưu lượng siêu âm.

4.1a: cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất

Lưu lượng kế loại này hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli Tức là

sự chênh lệch áp suất xảy ra tại chỗ thắt ngẫu nhiên nào đó trên đườngchảy, dựa vào sự chênh áp suất này để tính toán ra vận tốc dòng chảy Cảmbiến lưu lượng loại này thường có dạng lỗ orifice, ống pitot và ốngventure Hình 8.1 thể hiện loại cảm biến tâm lỗ orifice, lỗ này tạo ra nútthắt trên dòng chảy Khi chất lỏng chảy qua lỗ này, theo định luật bảo toàn

áp suất ở phía mặt vào cao hơn áp suất mặt ra Tiến hành đo sự chênhlệch áp suất này cho phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy.Dựa vào vận tốc dòng chảy sẽ tính được lưu lượng thể tích dòngchảy.

Hình 10.1: Cảm biến lưu lượngchênh lệch áp suất kiểu lỗ tròn (orifice): chênh lệch áp suất trước và

sau lỗ tròn Δp=p1-p2p=p1-p2; lưu lượng thể tích Q được xác định từ biểu thức

Q2=KΔpΔp=p1-p2p, p1 - áp suất trước tấm lỗ, p2 - áp suất sau tấm lỗ,hệ số, phụ thuộc

 độ chính xác thấp ở dải lưu lượng nhỏ

 sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng chiết tách trong một đoạn ống dẫn, vìvậy đỏi hỏi phải tiêu hao thêm năng lượng khi chạy bơm

 yêu cầu chính xác vị trí lắp đặt tấm lỗ orifice, điểm trích lỗ đo áp suấtđầu nguồn và điểm trích lỗ đo áp suất phía hạ nguồn dòng chảy

Vì độ chính xác của loại cảm biến này rất thấp ở dãi lưu lượng nhỏ nên takhông chọn cảm biến loại này cho hệ thống chiết rót chất lỏng công nghiệp

2.2.1b: Cảm biến lưu lượng điện từ

Cảm biến lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday

và được dùng để đo dòng chảy của chất lỏng có tính dẫn điện Haicuộn dây điện từ để tạo ra từ trường (B) đủ mạnh cắt ngang mặt ống dẫnchất lỏng (hình10.1) Theo định luật Faraday, khi chất lỏng chảy qua đườngống sẽ sinh ra một điện áp cảm ứng Điện áp này được lấy ra bởi hai điệncực đặt ngang đường ống Tốc độ của dòng chảy tỷ lệ trực tiếp với biên độđiện áp cảm ứng đo được

Cuộn dây tạo ra từ trường B có thể được kích hoạt bằng nguồn AChoặc DC Khi kích hoạt bằng nguồn AC - 50Hz, cuộn dây sẽ được kíchthích bằng tín hiệu xoay chiều Điều này có thuận lợi là dòng tiêu thụnhỏ hơn so với việc kích hoạt bằng nguồn DC Tuy nhiên phươngpháp kích hoạt bằng nguồn AC nhạy cảm với nhiễu Do đó, nó có thể gây

ra sai số tín hiệu đo Hơn nữa, sự trôi lệch điểm “không” thường là vấn đềlớn đối với hệ đo được cấp nguồn AC và không thể căn chỉnh được.Bởi vậy, phương pháp kích hoạt bằng nguồn xung DC cho cuộn dâytrường là giải pháp mang lại hiệu quả cao Nó giúp giảm dòng tiêu thụ vàgiảm nhẹ các vấn đề bất lợi gặp phải với nguồn AC

Hình 12.1: Cảm biến lưu lượng điện từ: điến áp cảm ứng E=KDBv, B - từtrường, D - chiều dài chất dẫn điện (khoảng cách 2 điện cực đo điện áp cảm ứng), v - vận tốc dòng chảy, K - hệ số.

Đối với hệ thống lắp đặt cảm biến lưu lượng điện từ cần lưu ý đếncác điểm sau:

 chỉ có thể đo chất lỏng có khả năng dẫn điện

 sự chọn lựa các điện cực thay đổi tùy thuộc vào độ dẫnđiện,cấu tạo đường ống và cách lắp đặt

 không có tổn hao trong hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dải đo lưulượng thấp

 rất thích hợp đo lưu lượng chất lỏng ăn mòn, dơ bẩn, đặc sệt như ximăng, thạch cao, … vì cảm biến đo loại này không có các bộ phận lắpđặt phía trong ống dẫn

 độ chính xác cao, sai số ±1% dải chỉ thị lưu lượng

 giá thành cao hơn

Cảm ứng loại này chỉ có thể đo chất lỏng có khả năng dẫn điện nên takhông chọn cảm ứng loại này cho dây truyền chiết rót chất lỏng

4.1c: Cảm biến lưu lượng Coriolis

Đây là nhóm cảm biến đo lưu lượng khá phổ biến Chúng thực hiện

đo trực tiếp lưu lượng khối lượng của dòng chất lỏng chảy qua ống dẫn Sựlắp đặt có thể thực hiện bởi ống thẳng đơn, hay ống đôi có đoạn cong(hình 11.1) Cấu trúc của ống thẳng đơn thì dễ dàng khi chế tạo, lắp đặt

và bảo trì - bảo dưỡng nhưng thiết bị đo loại này rất nhạy cảm vớinhiễu và tác động bên ngoài Cấu trúc của ống đôi cong cho phép loại bỏđược nhiễu tác động vào kết quả đo vì hai ống dẫn dòng chảy dao độngngược pha nhau nên sẽ triệt tiêu được nhiễu

Hình 13.1: Cảm biến lưu lượng Coriolis ống đôi dạng cong Delta

Đối với cảm biến đo lưu lượng Coriolis, hai ống dẫn chất lỏng chảy quađược cho dao động ở tần số cộng hưởng đặc biệt bởi từ trường mạnhbên ngoài Khi chất lỏng bắt đầu chảy qua các ống dẫn chất lỏng, nó tạo

ra lực Coriolis Dao động rung của các ống dẫn cùng với chuyển độngthẳng của chất lỏng, tạo ra hiện tượng xoắn trên các ống dẫn này.Hiện tượng xoắn này là do tác động của lực Coriolis ở hướng đốinghịch với hướng bên kia của các ống dẫn và sự cản trở của chấtlỏng chảy trong ống dẫn đến phương chuyển động thẳng đứng Cácsensor điện cực đặt cả phía dòng chảy vào (Inlet pickoff) và phía dòng chảy

ra trên thành ống để xác định sai lệch thời gian về sự dịch pha (Δt) của tínt) của tínhiệu vào (Inlet pickoff signal) và tín hiệu ra (Outlet pickup signal) Sự

dịch pha này (Δt) của tínt) được dùng để xác định trực tiếp lưu tốc khốilượng dòng chảy qua ống Hình 12.1 minh họa hoạt động của cảm biến lưulượng Coriolis khi chất lỏng đứng im (No flow) và chất lỏng di chuyển(Flow)

Hình 14.1 minh họa hoạt động của cảm biến lưu lượngCoriolis khi chất lỏng đứng im (No flow) và chất lỏng di chuyển (Flow)

Cảm biến lưu lượng Coriolis có đặc tính sau:

 đo trực tiếp lưu tốc khối lượng, loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt

độ, áp suất, hình dạng dòng chảy đến phép đo

 độ chính xác cao

 cảm biến đo cho phép mô phỏng quá trình đo lưu lượng và tỷ trọngbởi vì tần số dao động cơ bản của ống phụ thuộc vào tỷ trọng chấtlỏng chảy qua ống

 không đo được lưu lượng chất lỏng dạng đặc biệt (ví dụ nhưchất lỏng với chất khí hay hạt rắn; chất khí với chất lỏng có bọt)bởi vì các hạt/vật chất đặc biệt này làm giảm sự dao động của ốngdẫn, gây ra sai số phép đo

4.1d: Cảm biến lưu lượng siêu âm

Cảm biến lưu lượng siêu âm dựa vào hiệu ứng Doppler được thể hiệntrên hình 14.1 Cảm biến này bao gồm bộ phát và bộ thu Bộ phátthực hiện lan truyền sóng siêu âm với tần số f1=0.5-10MHz vào trongchất

lỏng với vận tốc là v Giả sử rằng hạt vật chất hoặc các bọt trong chấtlỏng di chuyển với cùng vận tốc Những hạt vật chất này phản xạ sónglan truyền đến bộ thu với một tần số f2 Sai lêch giữa tần số phát ra và tần sốthu về của sóng cao tần được dùng để đo vận tốc dòng chảy Bởi vì loạicảm biến lưu lượng siêu âm này yêu cầu hiệu quả phản xạ của hạtvậtchất trong chất lỏng, nên nó không làm việc được với các chất lỏng mộtpha, tinh khiết

Hình 16.1: Cảm biến lưu lượng siêu âm dựa trên hiệu ứng Doppler: lưulượng thể tích Q=KΔt) của tín(f1,f2), f1 - tần số sóng phát, f2 -tần số sóng thu

về, K - hệ số, phụ thuộc góc tới/phản xạ, vị trí vật chất phản xạ, mặt cắtngang

Cảm biến siêu âm xuyên thẳng (transit-time) Cảm biến loại này(hình 14.1) có thể cho phép đo lưu lượng đối với chất lỏng/khí rất sạch(không lẫn tạp chất) Cấu tạo của nó bao gồm một cặp thiết bị biến đổisóng siêu âm lắp dọc hai bên thành ống dẫn dòng chảy, đồng thờilàm với trục của dòng chảy một góc xác định trước Mỗi thiết bịbiến đổi bao gồm bộ thu và bộ phát, chúng phát và nhận tín hiệuchéo nhau (thiết bị này phát thì thiết bị kia thu) Dòng chảy trongống gây ra sự sai lệch thời gian của chùm sóng siêu âm khi dichuyển ngược dòng và xuôi dòng chảy Đo giá trị sai lệch về thời gian của chùm sóng xuyên qua dòng chảy này cho phép ta xác định vận tốcdòng chảy Sự sai lệch thời gian này vô cùng nhỏ (nano-giây), do đó cầnphải dùng thiết bị điện từ, điện tử có độ chính xác cao để thực hiện phép đo,hoặc tiến hành đo trực tiếp thời gian này

Hình 17.1: Cảm biến lưu lượng siêu âm xuyên thẳng Q=K(t1t2)/(t1t2), t1 thời gian sóng xuyên qua dòng chảy xuôi dòng, t2 - thời gian sóng xuyênqua dòng chảy ngược dòng, K - hằng số, phụ thuộc chiều dài đường âmthanh, tỉ số giữa trục và đường tâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang.

Khi lắp đặt cảm ứng loại này cần chú ý những điểm sau:

Cảm ứng lưu lượng dựa vào hiệu ứng doppler không đắt

 cảm biến lưu lượng xuyên thẳng đưa ra kỹ thuật đo chất lỏngkhông dẫn điện và ăn mòn

 cảm biến lưu lượng siêu âm lắp đặt gá, kẹp vào đường ống hiệntại, cho phép không cần cắt bỏ hoặc phá hủy một phần đườngống, loại bỏ đến tổi thiểu sự tác động con người đến chất lỏngđộc hại và giảm sự bụi bẩn cho hệ thống;

 giá thành đắt và dòng chảy cần được điền đầy ống

 điểm nổi bật của cảm biến siêu âm là kết quả phép đo độc lậpvới hình dạng dòng chảykhông có thành phần lắp đặt trong

Với những đặc tính nổi trội ở trên nên chúng tôi chọn cảm biến lưu lượngsiêu âm Transit-time cho hệ thống chiết rót chất lỏng công nghiệp

4.1e: Các bước tính toán cho cảm ứng lưu lượng

Như chúng tôi đã đề cập tới ở mục 4.1d,loại cảm biến phù hợp với dâytruyền chiết rót chất lỏng công nghiệp là cảm biến đo lưu lượng siêu âmtransit-time,trở lại với các bước tính toán

Ta chọn ống dẫn chất lỏng chảy qua van 1 và 2 có đường kính bằng nhauCác thùng chứa chất lỏng hình lập phương có chiều cao 0,5m vậy thể tíchcủa thùng là:0,5.0,5.0,5=0,125(m3)

Bể chứa chất lỏng mà chúng tôi đang xết đến ở đây có dạng hình lập phươngcao 2m, vậy thể tích của bể chứa là:

V=2.2.2= 8m3

Hiện nay, cảm biến đo lưu lượng bằng sóng siêu âm rất phổ biến.Trong tài liệu này chúng tôi quyết định sử dụng cảm biến FDT-81(hình 2.7)cho phép hiển thị trực tiếp lưu lượng chất lỏng qua van 1trên màn hình của cảm

biến.Dưới đây là một số thông số kỹ thuật của cảm biến FDT-81

 Nguồn cung cấp : pin 12 (v) hoạt động trong 24h và có thể sạc lại

 Nhiệt độ làm việc: 200c -800c

 Đơn vị đo : m3 , lít

 Đầu ra : Analog 4-20mA, tối đa 2 mô- đun

 Tiêu chuẩn Vật liệu cảm biến: CPVC, Ultem ® và Nylon

 Màn hình hiển thị: 128×64 điểm đồ họa LED,LCD

 Sai số : ± 0,5%

 Dải đo : 1500 lít/h = 0,42 lít/s

Sóng siêu âm phát ra Khối thu sóng về

Khối tạo xung đếm

Từ sơ đồ khối ta có thể xác định được tín hiệu đầu vào là sóng siêu âm phát

ra từ thiết bị sóng siêu âm lắp dọc hai bên thành ống dẫn dòngchảy,tín hiệu đầu ra là sóng siêu âm thu về dựa vào sự chênh lệch thời giancủa sóng siêu âm xuôi dòng và sóng siêu âm ngược dòng ta có thể đo đượclưu lượng thể tích qua ống theo công thức:

Q=K(t1-t2)/(t1t2)Trong đó: t1 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy xuôi dòng

T2- thời gian sóng xuyên qua dòng chảy ngược dòng

K - hằng số, phụ thuộc chiều dài đường âm thanh, tỉ số giữa trục và đườngtâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang.

Thời gian để chất lỏng chảy đầy vào 1 thùng : T1=

Như vậy,để phép đo được chính xác ta phải đưa vào trong hệ thống thu vàphát sóng siêu âm một sóng siêu âm với tần số f1=0,5-10MHz vào trongchất lỏng với vận tốc v.Ta có thể sử dụng một bộ đếm xung(tương tự mộttần số kế chỉ thị số) ở bộ thu sóng siêu âm để đo tần số sóng siêu âm phát ra

và thu về và thực hiện các bước tính toán để tính được số xung thu được từ

bộ thu và phát sóng.Ta sẽ đưa phép đo về đo tần số để thực hiện tính toán

Từ số xung mà bộ đếm xung đếm được ta hoàn toàn có thể tính được độchênh lệch thời gian giũa sóng siêu âm xuôi dòng và sóng siêu âm ngượcdòng từ đó tính được lưu lượng thể tích qua ống Q

Bộ đếm xung hoạt động trên nguyên lý đếm số xung N tương ứng với sốchu kỳ của tần số cần đo fx trong khoảng thời gian gọi là thời gian Tdo

Trong khoảng thời gian Tdo ta đếm được N xung tỷ lệ với tần số fx cần đo