Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ đo chi phí nhiên liệu điều khiển điện tử cho phòng thí nghiệm Bộ môn Động lực

Trong xu thế hiện nay, nền kinh tế thị trường việc nâng cao chất lượng công nghiệp đóng vai trò quang trọng.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu thế hiện nay, nền kinh tế thị trường việc nâng cao chất lượng côngnghiệp đóng vai trò quang trọng Để đạt được mục đích ấy đòi hỏi phải có những conngười hiện đại làm chủ được mọi công nghệ và nơi sản sinh ra những con người đó làcác trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp và các trường dạy nghề

Để theo kịp thời đại công nghệ, trường Đại Học Nha Trang đã không ngừngnâng cao chất lượng dạy và học, đồng thời không ngừng nâng cấp trang thiết bị hiệnđại cho các phòng thí nghiệm

Để đáp lại sự quan tâm của nhà trường đối với Bộ môn, Bộ môn Động lực thuộc

Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy đã giao cho tôi thực hiện đề tài:“ Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ đo chi phí nhiên liệu điều khiển điện tử cho phòng thí nghiệm Bộ môn Động lực ”

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm :

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐO CHI PHÍ NHIÊN LIỆU

Chương 2 : CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐOCHI PHI NHIÊN LIỆU

Chương 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐO CHI PHÍ NHIÊN LIỆU

Chương 4 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN

Trong thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót vì vậy tôi rất mongnhận được sự góp ý của quý thầy cùng các bạn

Tôi xin chân thành cảm ơn các phòng ban trong nhà trường cùng các bậc đànanh đã hỗ trợ tôi hoàn thành đề tài này Đặt biệt tôi xin chân thành cảm ơn Thầy

Th.s Đoàn Phước Thọ đã theo sát , hướng dẫn tận tình khi tôi thực hiện đề tài.

ĐẶT VẤN ĐỀ Mục đích, ý nghĩa của việc đo chi phí nhiên liệu.

Trong tổ chức vận hành động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu là một thông số quantrọng đánh giá chất lượng và hiệu quả sử dụng động cơ Bản thân giá trị thông số nàymang rất nhiều thông tin quan trọng mà qua đó đánh giá được tình trạng kỹ thuật động

cơ, chất lượng vận hành, hiệu quả tổ chức khai thác,…vv

Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge được xác định theo công thức:

Ne

G

g e 

Ở đây:

G- lượng chi phí nhiên liệu trong một giờ, kg/h

Ne- công suất có ích

Mặt khác để đánh giá hiệu suất có ích của động cơ e khi biết nhiệt trị thấp củanhiên liệu QH và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge Có thể xác định hiệu suất có ích e

của động cơ bằng công thức sau:

H e

e g Q

632



Như vậy muốn đánh giá tính kinh tế của động cơ thông qua ge và hiệu suất có ích e

không có cách nào khác là phải đo lượng tiêu thụ của nhiên liệu G

Mặt khác, đo lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ còn nhằm đánh giá trạngthái kỹ thuật của động cơ, trạng thái kỹ thuật của các hệ thống phục vụ như hệ thốngnhiên liệu, làm mát, dầu nhờn… trạng thái kỹ thuật của vỏ tàu và chân vịt, trên cơ sởcác số đo ấy mà có biện pháp khắc phục những trục trặc của động cở và các hệ thốngphục vụ nó

Sự cần thiết của của bộ đo chi phí nhiên liệu tại phòng thí nghiệm Bộ môn Động lực.

Phòng thí nghiệm là nơi đo đạc một cách chính xác các thông số kỹ thuật củađộng cơ sau khi chế tạo hoặc sau khi sửa chữa lớn nhằm mục đích lập lại hồ sơ chomáy trong qua trình đưa vào vận hành khai thác chúng

Những thông số được đo đạc cụ thể là:

o Công suất động cơ

o Momen tải động cơ

o Chế độ nhiệt của hệ thống làm mát

o Chế độ nhiệt của hệ thống bôi trơn

o Suất tiêu hao nhiên liệu

o Mức tiêu hao dầu bôi trơn

o Hệ số nạp không khí

o Thành phần khí xả

Qua những thông số trên tùy vào điều kiện yêu cầu mà ta có thể xác lập cho máynhững thông số cụ thể mà ta có thể áp dụng nhằm mục đích khai thác tối đa hiệu quả sửdụng máy

Trên thế giới, phòng thí nghiệm động cơ được xây dựng ở hầu hết các hãng sảnxuất động cơ, các nhà máy, công ty sửa chữa,… Trong những nơi ấy trang thiết bị rấtđầy đủ và hiện đại qua đó các thông số được cập nhật một cách chính xác

Tại Việt Nam hiện nay, các phòng thí nghiệm vẫn thiếu thốn về trang thiết bị,tính công nghệ còn rất thấp Trong quá trình hội nhập đòi hỏi công nghệ của chúng taphải hiện đại, máy móc phải có tính chính xác cao

Với mục tiêu đào tạo và nuôi dưỡng những sinh viên có chất lượng nhằm đápứng với mọi nhu cầu của xã hội nói chung và ngành Thủy sản nói riêng, Trường Đại

Học Nha Trang đã và đang xây đựng cho riêng mình những kế hoạch mang tính độtphá về chất lượng.

Đối với ngành động lực, tuy là một ngành có tính truyền thống của nhà trườngngay từ những ngày đầu thành lập, nhưng trang thiết bị phục vụ cho công tác học tậpvẫn còn hạn chế Vấn đề thực tiễn và nâng cao còn nhiều vướng mắc do thiếu thiết bị

hỗ trợ giảng dạy chuyên ngành Sinh viên ra trường còn thiếu khả năng thích ứng vớidụng cụ kiểm tra đo đạc và máy móc hiện đại

Chính vì lẽ đó mà cần phải có bộ đo chi phí nhiên liệu bằng thiết và các thiết

bị hiện đại khác tại phòng thí nghiệm Bộ môn Động lực

Từ đây, phòng thí nghiệm bộ môn Động lực sẽ có bước đột phá về trang thiết bị

và công nghệ Đối với sinh viên đây là cơ hội tốt cho việc thực tập, lĩnh hội kiến thức

sẽ nhanh chóng, và nâng cao khả năng thích ứng với trang thiết bị hiện đại, tạo bước đivững chắc khi vào nghề

Tuy nhiên, do quy mô và kinh phí còn hạn chế nên trang thiết bị không đượchiện đại so với những nơi khác

Mục tiêu của đề tài

Qua tình hình thực tế của trang thiết bị sẵn có, sự thiếu hoàn chỉnh của một sốthiết bị đo đạc và đứng trước nhu cầu cấp thiết, vì vậy đề tài được đặt ra với mục tiêu

“Chế tạo bộ đo chi phí nhiên liệu điều khiển điện tử phù hợp nhất cho phòng thínghiệm động cơ Bộ môn động lực.”

Phạm vi nghiên cứu của đề tài.

Trong bài toán xây dựng bộ đo chi phí nhiên liệu điều khiển điện tử phục vụ chonhu cầu giảng dạy của giảng viên và học tập của sinh viên, nên phạm vi nghiên cứuthuộc quy mô nhà trường

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐO CHI PHÍ NHIÊN LIỆU

Việc xác định lượng tiêu hao nhiên liệu được dựa trên các phương pháp đo sau:

o Phương pháp đo trọng lượng

o Phương pháp đo thể tích

1.1 Phương pháp đo thể tích.

Trong quá trình tiến hành thử nghiệm hầu hết các trường hợp người ta dùngphương pháp thể tích Số lượng nhiên liệu sử dụng của động cơ được đo theo sự thayđổi mức nhiên liệu trong két đo nhờ những thiết bị đo

Trong phương pháp đo thể tích thì có phương pháp đo mức và phương pháp đolưu lượng

1.1.1 Phương pháp đo mức

a) Đo mức chất lỏng bằng tia 

Mức chất lỏng trong các bồn chứa có áp suất rất cao hay có thép chảy lỏng có

thể xác định bằng tia  Người ta chiếu trực tiếp tia  của một chất phóng xạ lên trên bồn chứa và có độ suy giảm của tia  sau khi đi qua bồn chứa.

h là chiều cao của chất lỏng

S là diện tích mặt cắt ngang của bồn chứa

c) Đo mức chất lỏng bằng nhiệt điện trở PTC.

Mức chất lỏng ( xăng, dầu…) có thể kiểm soát bằng điện trở PTC Điện trở PTCđược nối tiếp với một điện trở R và cả hai chịu dưới một điện áp 24V Sự thay đổi điệntrở PTC làm dòng điện thay đổi theo Kết quả là đo được mức chất lỏng có trong bìnhchứa.

d) Đo mức bằng quang điện tử.

Một LED hồng ngoại phát tia sáng theo một thanh thủy tinh và đến đầu vạt nhọncủa thanh thủy tinh nó bị phản xạ và chiếu lên một photodiot Trong trường hợp đầunhọn của thanh thủy tinh được bao quanh bởi môi trường chất lỏng, do sự sai biệt chiếtsuất giảm đi, ánh sáng được phát ra môi trường nhiều hơn, photodiot nhận ra ít ánhsáng hơn Điện áp rơi trên photodiot gia tăng, một bộ so sánh sẽ làm transistor dẫnđiện Khi tín hiệu được truyền đến vi xử lý ta sẽ biết được mức nhiên liệu có trong bồnchứa

e) Đo mức chất lỏng với sóng vi ba.

Sóng vi ba là sóng có tấn số trải dài từ 300 kHz đến 300 GHz Với tần số 10GHz sóng vi ba có chiều dài sóng khoảng 30 mm Để đo mức chất lỏng ta cần mộtphần phát và một phần thu sóng vi ba với hệ thống FMCW ( Frequency ModulatedContinuos Wave) Trong hệ thống này tần số được biến điệu trong X-Band từ 8,5 GHzđến 9,5 GHz Một radar phát đi tín hiệu vi ba được biến điệu tần số tuyến tính với biên

độ cố định Tín hiệu này được phản hồi từ mặt chất lỏng Tín hiệu phản hồi được thulại sau thời gian t0 được trộn với một phần của tín hiệu phát Tần số giữa (hiệu số tầnsố) được lọc và tần số này tỉ lệ trực tiếp với thời gian t0, do vậy nó là thước đo chínhxác khoảng cách đến môi trường cần đo Từ đây ta có thể đo được mức chất lỏng

f) Xác định mức chất lỏng bằng sự dẫn nhiệt.

Một dây điện trở được quấn bên trong một cột có chứa chất dẫn nhiệt và đượcđặt vuông góc với mặt cắt ngang của bồn chứa Một dòng điện cố định nung nóng dâyđiện trở này Dây điện trở có 2 vai trò : dây nung và cũng là cảm biến nhiệt Điện trởcủa dây nung tùy thuộc vào cảm biến chung quanh và điều kiện dẫn nhiệt của môi

trường Với điện thế Usens và cường độ dòng điện ta có được của dây nung Điện trởsuất của kim loại tùy thuộc tuyến tính vào nhiệt độ, trong một khoảng nhiệt độ khárộng.

)]

( 1

R

R   Lúc ban đầu dây nung có cùng nhiệt độ với môi trường bên ngoài Khi nungnhiệt độ dây nung gia tăng và như thế điện trở dây nung cũng tăng, công suất nungcũng tăng do sự dẫn nhiệt qua môi trường xung quanh có một trị số giới hạn

National Semiconductor Corp đã phát triển IC LM1042 dùng để xác nhận mức chấtlỏng bằng sự dẫn nhiệt

2 1

) (

V L

L L V L

1.1.2 Phương pháp đo lưu lượng, sau đó cộng dần.

Theo phương pháp đo lưu lượng ta có thể tính được thể tích trên một đơn vị thờigian:

t Q

V  v.

V là thể tích cần tính (m3)

QV là lưu lượng tính bằng thể tích trên một đơn vị thời gian (m3/s)

t là thời gian chất lỏng chảy qua tiết diện (s)

a) Đo lưu lượng theo độ giảm áp thay đổi

Nguyên lý làm việc

Một trong những phương pháp khá phổ biến để đo lưu lượng chảy trong đường ống

là hiệu áp suất hai bên thiết bị thu hẹp Thiết bị thu hẹp đóng vai trò cảm biến đo, đượcđặt trong đường ống tạo nên điểm thắt dòng chảy cục bộ trong đường ống dẫn Tạivùng đặt thiết bị thu hẹp sẽ có hiện tượng chuyển đổi thế năng sang động năng của

dòng chảy Hai bên thiết bị thu hẹp xuất hiện áp suất ΔP phụ thuộc vào lưu lượng củaP phụ thuộc vào lưu lượng củadòng chảy Giá trị ΔP phụ thuộc vào lưu lượng củaP = P1 – P2 gọi là hiệu áp suất do thiết bị thu hẹp tạo ra (H.2-1).

Khi chất lỏng không bị nén, công thức tính lưu lượng có dạng:

) (

2 F0 P1 P2

2 F0 P1 P2

H.1-2 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo lưu lượng

Hệ thống đo lưu lượng

Hệ thống đo lưu lượng theo độ giảm áp thay đổi bao gồm : thiết bị thu hẹp đểchuyển tín hiệu lưu lượng sang tín hiệu áp suất, thiết bị chuyển đổi tín hiệu áp suấtsang dạng tín hiệu cần thiết thích hợp với thiết bị chỉ thị đo, thông thường nó là tín hiệuđiện và phần tử cuối cùng là thiết bị chỉ thị đo

H.1-3 : Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống đo lưu lượng hiện đại

H.2-3 mô tả sơ đồ khối cấu trúc hệ thống đo lưu lượng hay được sử dụng hiện nay.Cấu trúc của nó bao gồm : cảm biến đo là thiết bị thu hẹp chuyển tín hiệu lưu lượng qsang hiệu áp suất ΔP phụ thuộc vào lưu lượng củaP Thiết bị chuyển đổi II chuyển tín hiệu hiệu áp suất ΔP phụ thuộc vào lưu lượng củaP sang tínhiệu dòng chuẩn điện áp một chiều (0÷5mA; 0÷20mA; 4÷20mA) Phần tử III là bộ xử

lý tín hiệu, thực hiện chức năng đầu tiên là chuyển tín hiệu dòng nhận được sang tínhiệu áp chuẩn (0÷5V hoặc 0÷10V một chiều), sau đó nó xác định giá trị lưu lượng tứcthời q trên cơ sở điện áp U và các thông số của công thức tính lưu lượng Đồng thời nócũng tính tổng lượng vật chất chảy qua đường ống qua công thức tích phân :



 qdt

Các giá trị Q và q được hiển thị bằng số trên bảng số

Ưu điểm của thiết bị này là khi truyền tín hiệu dòng, có thể truyền đi xa màkhông bị tổn thất trên đường dẫn Nhưng nhược điểm là khi đánh giá sai số đo của hệthống rất phức tạp vì giá trị nhiệt độ và áp suất của dòng chảy thực khác với điều kiệntính toán và thường phải sử dụng thêm các thiết bị hiệu chỉnh

b) Đo lưu lượng theo độ giảm áp không đổi

P F C

q  với C – là hệ số tỷ lệNhư vậy, nếu tạo ra được thiết bị thay đổi được F khi q thay đổi và đảm bảođược ΔP phụ thuộc vào lưu lượng củaP=const thì sẽ có mối liên hệ gần như tuyến tính giữa q và F Lưu lượng củadòng chảy được xác định thông qua giá trị diện tích F Thiết bị dựa trên nguyên lý nàygọi là rôtamét

Sơ đồ nguyên ý như H.2-4, là một ống hình côn 1 đặt theo phương thẳng đứng,đáy lớn phía trên, trong ống hình côn có phao 2 Dòng chảy được dẫn từ dưới lên trên,dưới áp lực đó phao được đẩy lên, tiết diện thoát cuả dòng chảy tăng lên, áp lực củadòng chảy lên phao giảm xuống Khi áp lực của dòng chảy lên phao cân bằng với trọnglượng của phao thì phao sẽ ngừng dịch chuyển Để xây dựng phương trình lưu lượngqua rôtamét, ta giả sử dòng chảy qua nó là chất lỏng không bị nén Phương trìnhBecnuli cho mặt cắt dưới và trên của phao được viết:

p F P b F n Kv p F

P1   2     Trong đó :

Fp, Fb – tương ứng là diện tích mặt cắt ngang lớn nhất và mặt bên của phao

v – là tốc độ trung bình của dòng chảy tại vòng xuyến quanh phao

K – là hệ số trở lực giữa dòng chảy và mặt bên của phao

gl P

P F F v

q  2( 1 2) 2





Với α : hệ số lưu lượng, phụ thuộc vào cấu trúc ống côn của rôtamét và phao

l : chiều cao của phao

Công thức trên chỉ ra rằng: lưu lượng của dòng chảy phụ thuộc vào hai biến số α

và tiết diện vòng xuyến quanh phao F

Hệ thống đo lưu lượng rôtamét

Cấu trúc của rôtamét rất đa dạng, nhưng có thể chia thành 2 loại : đó là loại chỉthị tại chỗ (rôtamét phòng thí nghiệm) và rôtamét có thiết bị chuyển đổi để truyền tínhiệu đi xa (rôtamét công nghiệp) Ở đây chỉ giới thiệu loại thứ hai

Rôtamét công nghiệp là cảm biến đo lưu lượng theo độ giảm áp không đổi cótrang bị các bộ chuyển đổi sang tín hiệu điện (hoặc khí nén) để truyền đi xa Trong đó,phao sẽ được gắn cố định với một lõi pherit của biến áp vi sai; và ứng với một vị trí xácđịnh của phao sẽ cho ta một vị trí của lõi pherit hay một điện áp Ur tương ứng của biến

áp vi sai để biểu thị lưu lượng của dòng chảy (H.2-5)

H.2-5 : Rôtamét công nghiệp

Trong đó :

1 phao;

2 thân và bệ tựa;

3 lõi từ

Rôtamét cũng được chế tạo với bộ chuyển đổi có tín hiệu ra là dòng chuẩn điệnmột chiều 0÷5mA; 0÷20mA và 4÷20mA như Hình 2-6.

Hệ thống gồm hai phần cơ bản đó là bộ chuyển đổi chuyển sang tín hiệu dòngchuẩn I và thiết bị chỉ thị đo II Cảm biến đo tác động theo nguyên lý rôtamét chuyểntín hiệu lưu lượng q sang độ xê dịch của phao X Độ xê dịch X được bộ chuyển đổichuyển sang tín hiệu dòng chuẩn I và truyền cho thiết bị chỉ thị đo Đầu vào của thiết bịchỉ thị đo là bộ chuyển đổi tín hiệu dòng chuẩn I sang điện áp chuẩn Ur Tín hiệu Ur

được bộ chỉ thị đo CTĐ sử dụng để chuyển sang chỉ số lưu lượng tức thời đo được q,đồng thời được bộ tích phân xử lý để xác định tổng lượng vật chất chảy qua rôtaméttheo công thức Q qdt

H.1-6 : Hệ thống đo lưu lượng rôtamét có bộchuyển đổi sang dòng chuẩn và thiết bị chỉ thị đoTuy nhiên các rôtamét được chế tạo ra lại không thể chia độ bằng giải tích trênthang đo như thiết bị thu hẹp tiêu chuẩn mà phải chia độ bằng thực nghiệm Phần lớncác thang chia độ của rôtamét là giá trị tương đối (tính theo %) so với giá trị cực đại.Trong tài liệu hướng dẫn sử dụng thường chỉ rõ phương pháp chuyển đổi thang chia độcủa rôtamét sang môi trường đo thực tế theo khối lượng riêng và độ nhớt của nó

c) Lưu lượng kế điện từ

Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, khi một ion chuyểnđộng cắt ngang đường sức của một từ trường thì nó sẽ chịu tác động một lực vuông gócvới chiều chuyển động của nó và đường sức của từ trường Trong dịch thể dẫn điện cóchứa các ion dương và âm, vì vậy khi dịch thể này chuyển động trong từ trường thì cácion dương và âm sẽ chịu lực tác động về hai hướng khác nhau làm cho chúng tách sanghai bên đường ống và hình thành sức điện động E Đo sức điện động này sẽ biết đượctốc độ trung bình của dòng chảy, tức là biết được lưu lượng thể tích của dòng chảy Từtrường ở đây có thể là từ trường một chiều hoặc từ trường xoay chiều

Khi sử dụng từ trường một chiều, tuy không bị nhiễu do từ trường xoay chiềugây lên, không cần nguồn cung cấp và tốc độ nhanh nhưng nhược điểm của nó là chịuảnh hưởng của hiện tượng phân cực sinh ra sức điện động ngược chiều với sức điệnđộng E, phá vỡ đặc tính chia độ của cảm biến đo, dẫn đến cảm biến làm việc không ổnđịnh ngay cả trong khoảng thời gian ngắn (kể cả khi sử dụng các điện cực không phâncực như platin, graphit vv…); ngoài ra sức điện động một chiều E có nội trở rất lớn nênkhó tạo ra bộ khuyếch đại có đủ độ tin cậy cần thiết

Người ta sử dụng hệ thống đo lưu lượng dịch thể dẫn điện tác động theo nguyên

lý điện từ với cảm biến đo sử dụng từ trường xoay chiều như H.2-10

H.1-7: Lưu lượng kế điện từ với từ trường xoay chiều

Hệ thống gồm hai phần cơ bản là thiết bị sơ cấp I và thứ cấp II Thiết bị sơ cấp Ibao gồm cảm biến đo và bộ khuếch đại cùng chuyển đổi Cảm biến đo tác động theonguyên lý điện từ với từ trường xoay chiều được hình thành bởi cuộn kích từ KT vàkhung dẫn từ KĐT.

Dưới tác động của dòng xoay chiều chạy qua cuộn kích từ, trong KĐT có từtrường xoay chiều với mật độ từ trường B :

B = Bmax sinωttSức điện động E hình thành giữa hai điện cực được xác định theo công thức :

E = v D Bmax sinωttTrong đó : v- là vận tốc dòng chảy

D- đường kính trong của đường ống (khoảng cách giữa hai điện cực).Mối liên hệ giữa E và và lưu lượng q được mô tả dưới dạng :

t q D

Tín hiệu này được khuếch đại lên và chuyển đổi sang tín hiệu dòng chuẩn điện

áp một chiều để truyền cho thiết bị thứ cấp II Biến trở thấp R sử dụng khi hiệu chỉnhchuyển đổi (khi dịch thể điền đầy đường ống nhưng không chuyển động thì hiệu chỉnh

R sao cho tín hiệu bằng không).Thiết bị chỉ thị đo CTĐ sẽ xử lý tín hiệu điện áp U đểxác định giá trị lưu lượng tức thời đo được Bộ tích phân xử lý tín hiệu U để xác địnhgiá trị tổng lưu lượng chảy qua đường ống theo công thức Q qdt

Cần thấy rằng sử dụng từ trường xoay chiều tạo ra sức điện động xoay chiềukhông triệt tiêu được hiện tượng phân cực mà chỉ giảm rất lớn ảnh hưởng của nó Tần

số dao động của từ trường càng tăng thì ảnh hưởng của sự phân cực lên kết quả đocàng giảm Ảnh hưởng của sự phân cực cũng giảm nếu tăng điện trở đầu vào của bộkhuếch đại và chuyển đổi KĐ/I

Cảm biến đo lưu lượng bằng phương pháp điện từ có thể chế tạo để đo lưulượng trong đường ống có đường kính từ 10 đến 300 mm Cấp chính xác của cảm biến

là 1,5

d) Đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy.

Phương pháp đo lưu lượng bằng dòng xoáy dựa trên hiệu ứng sự phát sinh dòngxoáy khi một vật cản nằm trong lưu chất Các dòng xoáy xuất hiện tuần tự và bị dòngchảy cuốn đi Với sự biến mất và xuất hiện của dòng xoáy, vận tốc dòng chảy ở hai bênvật cản và trên đường dòng xoáy thay đổi một cách cục bộ Tần số dao động của vậntốc có thể đo được với nhiều phương pháp khác nhau Nhiệt trở đun nóng được dùngđến, nó có thể gắn phía trước, ở giữa, hay phía sau vật cản Sự thoái nhiệt của nhiệtđiện trở thay đổi theo hướng của lưu chất Người ta cũng có thể đo sự dao động áp suấtvới màng Soc co giãn, hoặc đo đạc các dòng xoáy với sóng siêu âm

f A a S

e) Phương pháp đo lưu khối với lực Coriolis.

Nguyên tắc: lực coriolis là lực quán tính, lực này tỉ lệ với trọng khối và vận tốc

v của vật ném, vận tốc quay của đĩa

M = rFVới hướng ra và vô của lưu chất lỏng, momen này có lúc âm, lúc dương Do đó ta có

sự xoắn của ống một góc α cho đến khi momen cơ học Mmech với hằng số lò xo c : Mmech

= c α

Với M = Mmech ta có thể tính được:

m

m k Q Q

Để xác định lưu khối góc α được đo trực tiếp, hằng số tỉ lệ k chứa đựng hằng số lò xo

c, kích thước của ống cong và vận tốc quay

Khi có được Qm ta có thể tính được Qv



m

Q

 v

Q  : tỉ trọng của môi trường cần đo

f) Phương pháp đo lưu lượng bằng siêu âm.

Tần số siêu âm cao hơn tần số mà thính giác con người có thể cảm nhận được.Trong kỹ thuật tần số hữu ích của siêu âm trải dài từ 20 kHz đến 10 MHz Tần số, độdài sóng và vận tốc truyền sóng được liên kết với nhau

C0 = f.λ

- Phương pháp hiệu số thời gian truyền sóng

Trong phương pháp này, các cảm biến siêu âm nằm cách nhau một khoảng L trong ốngdẫn có lưu chất dịch chuyển một vận tốc v Một cảm biến phát sóng và một cảm biếnthu sóng, vận tốc truyền sóng được gia tăng thêm vcosα do vận tốc chảy của lưu chất,trường hợp ngược lại nó giảm đi cùng thành phần vcosα Với phương pháp đo sóngsiêu âm ta được vận tốc v của dòng chảy và sau khi nhận v với diện tích mặt cắt ngangcủa ống ta tính được lưu lượng bằng thể tích

a

H.1-9: Cấu trúc ống đo lưu lượng bằng siêu âm

Nếu t1 là thời gian truyền sóng từ cảm biến 1 đến cảm biến 2 và t2 thì ngược lại:

 cos 0

L t

0 2 1

2

v C

v L t







Nếu vận tốc chảy trong chất lỏng trong khoảng m/s, thành phần vcosα có thể coi như

bé đối với C0 trong chất lỏng và có thể bỏ đi mẫu số của phương trình trên Vận tốcdòng chảy v có thể được tính gần đúng:

) ( cos

2

0 t t L

C



Kết quả trên cho thấy kết quả đo vẫn còn lệ thuộc vào C0 Sự thay đổi của vận tốctruyền sóng có thể làm thay đổi đến độ chính xác của phép đo Để có thể độc lập với

C0, t1, t2 có thể đo được riêng lẻ và nhân với nhau:

 2 2 2 0

2 2

1

cos

.

v C

L t

t



Thay phương trình trên vào phương trình (t2-t1):

2 1 2 1

2 2 .cos t .t

L

v L t

Từ đó ta được vận tốc dòng chảy v mà không cần sự tính toán gần đúng:

1 2

1 2

cos

t t L



Để đo được thời gian truyền sóng một cách chính xác, các cảm biến siêu âm phải hoạtđộng nhanh Các cảm biến này cần phát được các sóng có sườn dốc thẳng đứng Cả haicảm biến đối diện nhau phát cùng một lúc sóng siêu âm Cả hai hoạt động đầu tiên nhưnguồn phát và sau đó hoạt động như hai cảm biến thu sóng siêu âm của nhau Vận tốcdòng chảy được xác định rất nhanh chóng

1 1

2 2

f1  2 2 .cos

Ta được vận tốc dòng chảy v độc lập với vận tốc truyền sóng C0:

) (

Vì tần số đo được từ một chuỗi xung, do đó phép đo mất thời gian hơn và hơn nữa do

sự phản hồi sóng siêu âm từ bọt nước, vật rắn trong chất lỏng… phép đo này bị nhiễunhiều hơn so với phép đo hiệu số thời gian

- Phương pháp hiệu chỉnh độ dài sóng (hiệu chỉnh pha).

Với sự liên hệ C0= f.λ, khi vận tốc truyền sóng thay đổi, với tần số không đổi độdài sóng phải thay đổi

Ta chọn tần số f0 sao cho, với vận tốc chảy v = 0, khoảng cách giữa hai cảmbiến bằng nλ0 Khi v # 0 ta có C1= C0 + vcosα và C2= C0 – vcosα, với tần số không thayđổi ta có độ dài sóng:

được giữ cố định, do đó với hai hướng truyền sóng khác nhau ta có:

0

1 1



C

f 

0 0

0 0 2 1

cos 2 ) vcos C

( ) vcos C

Cho ta vận tốc dòng chảy v độc lập đối với vận tốc sóng siêu âm C0:

) (

Phương pháp đơn giản nhất để đo vận tốc hay hay lưu lượng tính bằng thể tíchtrên đơn vị thời gian của khí là cánh quạt Trục xoay có thể nằm thẳng đứng hay nằmngang Điều kiện cần là lực ma sát không có hay rất bé Sự biến đổi vận tốc quay thànhtín hiệu điện được thực hiện với công tắt ánh sáng Tín hiệu đo được biến thành tần sốxung được xử lý dễ dàng với kỹ thuật số Nhược điểm của phương pháp này là cánhquạt có một trở lực đối với dòng khí không nhỏ đưa đến sự hao hụt áp suất, ngoài racòn có sự mài mòn nơi điểm tựa của trục theo thời gian và trường hợp trong khí có bụi,

…

Để thích hợp cho việc đo lưu lượng của chất lỏng, hình dạng của cánh quat bị biếntướng thành hình dạng xoắn ốc

- Máy đếm thể tích với học chứa chất lỏng chuyển động

Đặc điểm của loại máy đếm này dựa trên sức nặng của chất lỏng Máy đếm loạinày dùng để do thể tích nước ngưng tụ Trọng tâm của các học chứa chất lỏng bị dịchchuyển dần khi mực chất lỏng gia tăng Đến một mức nào đó, vị trí của học trở nên mất

ổn định và chuyển động nghiêng, chất lỏng được đổ ra Với việc đếm chuyển độngnghiêng ta có thể tính được thể tích của lưu chất

H.1-10: Máy đếm thể tích

- Đồng hồ nước với cánh quạt

H.1-11: Đồng hồ nước

1.2 Phương pháp đo trọng lượng.

1.2.1 Xác định mức chất lỏng bằng cách đo khối lượng.

Để xác định mức chất lỏng có trong bồn chứa người ta có thể cân khối lượngbồn chứa chất lỏng, từ đó có thể xác định thể tích chất lỏng mất đi

 1

m

V 

V là thể tích có trong bồn chứa

m1 là khối lượng bồn chứa có chứa chất lỏng

 là khối lượng riêng của chất lỏng

1.2.2 Xác định mức chất lỏng bằng cách đo trọng lượng.

Để xác định mức chất lỏng trong các bồn chứa người ta có thể dùng cách cântrọng lượng Bồn chứa có thể được đặt lên trên một hoặc nhiều hộp đo lực với hiệu ứngđàn hồi Thể còn lại trong các bồn chứa được xác định theo công thức sau:



G

V 

Trong đó : V : thể tích cần đo

G : trọng lượng của khối chất lỏng

 : trọng lượng riêng của khối chất lỏng

Chương II PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐO CHI PHI NHIÊN LIỆU 2.1 Phân tích các phương án đo chi phí nhiên liệu.

Để lựa chọn một phương pháp đo chi phí nhiên liệu tối ưu cho phòng thínghiệm, cần phải xem xét và phân tích các phương án sẵn có trước đó

2.1.1 Phương án đo mức tiêu hao nhiên liệu theo khối lượng.

Sơ đồ nguyên lý :

H.2-1: Sơ đồ nguyên lý đo mức tiêu hao nhiên liệu theo khối lượng

Trong đó :

1: két dự trữ nhiên liệu 6: két thí nghiệm

2: đường cấp nhiên liệu 7: cân đo nhiên liệu

3: két nhiên liệu hằng ngày 8: đường cấp nhiên liệu cho máy

5: van ba ngã điều khiển tay 10: đường dầu hồi

Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu được bơm cấp lên két trực nhật (3) theo đường dẫn (2) Tại đây nhiênliệu đi vào động cơ(9) theo hai cách sau (van khóa đã mở) :

Theo cách 1: theo cách này, van ba ngã (5) được đưa về vị trí 1 (VT1) nhiên liệu vừacung cấp cho động cơ (9) vừa cung cấp cho két thí nghiệm (6)

Theo cách 2: theo cách này, van ba ngã (5) được đưa về vị trí 2 (VT2) nhiên liệu đượccung cấp từ két thí nghiệm (6) vào động cơ

Sau khi nhiên liệu đi vào động cơ lượng nhiên liệu hồi sẽ được đưa trở lại két thínghiệm theo đường dầu hồi (10) Dựa vào mức nhiên liệu trong két thí nghiệm hiển thịtrên cân (7) mà ta có thể xác lập lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ khi kết hợp vớiđồng hồ bấm giây

Ưu nhược điểm:

 Không thể tự động hóa các giai đoạn được

 Phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của cân đo và người đọc thông số

 Vẫn phải sử dụng đồng hồ và đo thời gian bằng phương pháp thủ côngdẫn đến nhiều sai lệch

Để đơn giản trong điều khiển người ta lấy thêm các thiết bị điều khiển từ xa

là van điều khiển điện từ:

Sơ đồ nguyên lý:

H.2-2: Sơ đồ nguyên lý đo mức tiêu hao nhiên liệu theo khối lượng van điều khiển điện

từTrong đó:

1: két dự trữ nhiên liệu 6: két thí nghiệm

2: đường cấp nhiên liệu 7: cân đo nhiên liệu

3: két nhiên liệu hằng ngày 8: đường cấp nhiên liệu cho máy

5: van ba ngã điều khiển điện từ 10: đường dầu hồi

Theo cách 2: theo cách này, van ba ngã (5) không nhận được điện nhiên liệu được cấp

từ két thí nghiệm (6) vào động cơ

Sau khi nhiên liệu đi vào động cơ lượng nhiên liệu hồi sẽ được đưa trở lại két thínghiệm theo đường dầu hồi (10) Dựa vào mức nhiên liệu trong két thí nghiệm hiển thị

trên cân (7) mà ta có thể xác lập lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ khi kết hợp vớiđồng hồ bấm giây.

Ưu nhược điểm:

Ưu điểm:

 Đơn giản dễ vận hành

 Lắp đặt thuận tiện

 Có thể tự động hóa được một số khâu

 Giảm được thời gian có mặt trong phòng máy

Nhược điểm:

 Phải thiết kế lắp đặt hệ thống điện sao cho hợp lý

 Phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của cân đo và người đọc thông số

2.1.2 Phương án đo mức tiêu hao nhiên liệu theo thể tích.

a) Phương án đo mức tiêu hao nhiên liệu của trường Học Viện Hải Quân :

Sơ đồ nguyên lý:

H 2-3: Sơ đồ nguyên lý đo mức tiêu hao nhiên liệu của trường Học Viện Hải Quân

Trong đó :

1 : két nhiên liệu 5: đường cấp dầu

Nguyên lý hoạt động:

Trước khi khởi động máy và tiến hành đo đạc ta đổ nhiên liệu vào két (1) và mởcác van khóa ( 2, 4) sao cho mức nhiên liệu chỉ vạch cao nhất (hoặc vạch dễ nhận biếtnhất) trong ống thủy (3) Khi khởi động và tiến hành đo đạc ta quan sát mức nhiên liệutrong ống thủy kết hợp với đồng hồ bấm giây ta được mức tiêu hao nhiên liệu

Ưu nhược điểm :

 Các thông số đo được thiếu chính xác

 Không có sự khắc phục hiện tượng giãn nở vì nhiệt của nhiên liệu sau khi

b) Phương án đo mức tiêu hao nhiên liệu theo thể tích:

Sơ đồ nguyên lý:

H.2-4: Sơ đồ nguyên lý đo mức tiêu hao nhiên liệu theo thể tích

Trong đó:

1: két dự trữ nhiên liệu 6: két thí nghiệm kiểu thể tích

2: đường cấp nhiên liệu 7: bình làm mát dầu hồi

3: két nhiên liệu hằng ngày 8: đường cấp nhiên liệu cho máy

5: van ba ngã điều khiển tay 10: đường dầu hồi

Sau khi nhiên liệu đi vào động cơ lượng nhiên liệu hồi sẽ được đưa trở lại két thínghiệm theo đường dầu hồi (10) Để khắc phục tình trạng giãn nở vì nhiệt của nhiênliệu sau khi qua động cơ ta bố trí trên đường dầu hồi một bộ phận làm mát nhiên liệutrước khi về két thí nghiệm Dựa vào mức nhiên liệu trong két thí nghiệm (6) mà ta cóthể xác lập lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ khi kết hợp với đồng hồ bấm giây.

Nguyên lý của bộ báo mức nhiên liệu theo thể tích được thể hiện như sơ đồ sau:

H.2-5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống hiển thị mức nhiên liệu trong két thí nghiệm.Trong đó:

3: tấm sắt (được gắn với kim hiển thị) 8: phao

4: kim hiển thị

5, 6, 10, 11: các đầu mối

Nguyên lý hoạt động:

Khi mức nhiên liệu trong két đầy phao nổi (8) đến vị trí cao nhất , do được gắnvới kim của biến trở (7) nên điện trở sẽ chỉ vị trí có điện trở bằng “0” khi đó cường độdòng điện qua hai nam châm điện bằng nhau dẫn tới điện từ tác dụng lên lá sắt bằngnhau và kim chỉ số “0”

Khi mức nhiên liêu trong bình giảm đi biến trở sẽ dịch chuyển lần lên phía trênkhi ấy điện trở của biến trở tăng, cường độ dòng điện qua nam châm điện số (2) giảm

đi và có sự chênh lệch cường độ dòng điện giữa hai nam châm , do vậy kim sẽ lệch vềphía nam châm (1) Dựa vào số chỉ của kim hiển thị mà ta biết được mức tiêu thụ nhiênliệu theo thể tích của động cơ

Ưu nhược điểm:

 Không thể tự động hóa các giai đoạn được

 Cần phải tính toán thiết kế lắp đặt hệ thống làm mát dầu hồi

 Vẫn phải sử dụng đồng hồ và đo thời gian bằng phương pháp thủ côngdẫn đến nhiều sai lệch

Để đơn giản trong điều khiển người ta lấy thêm các thiết bị điều khiển từ xa

là van điều khiển điện từ:

Sơ đồ nguyên lý:

H.2-6: Sơ đồ nguyên lý đo mức tiêu hao nhiên liệu theo thể tích van điều khiển điện từ

Trong đó:

1: két dự trữ nhiên liệu 6: két thí nghiệm kiểu thể tích

2: đường cấp nhiên liệu 7: bình làm mát dầu hồi

3: két nhiên liệu hằng ngày 8: đường cấp nhiên liệu cho máy

5: van ba ngã điều khiển điện từ 10: đường dầu hồi

Theo cách 2: theo cách này, van ba ngã (5) không nhận được điện nhiên liệu được cấp

từ két thí nghiệm (6) vào động cơ

Sau khi nhiên liệu đi vào động cơ lượng nhiên liệu hồi sẽ được đưa trở lại két thínghiệm theo đường dầu hồi (10) qua bộ làm mát dầu (7) Dựa vào mức nhiên liệu trong

két thí nghiệm(6) mà ta có thể xác lập lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ khi kếthợp với đồng hồ bấm giây.

Ưu nhược điểm:

Ưu điểm:

 Đơn giản dễ vận hành

 Lắp đặt thuận tiện

 Thông số đo được có tính chính xác cao

 Có thể tự động hóa được một số khâu

 Có thể cách ly với phòng máy trong thời gian vận hành đo đạc

Nhược điểm:

 Phải thiết kế lắp đặt hệ thống điện sao cho hợp lý

 Cần phải tính toán thiết kế lắp đặt hệ thống làm mát dầu hồi

 Vẫn phải sử dụng đồng hồ và đo thời gian bằng phương pháp thủ côngdẫn đến nhiều sai lệch

Đối với phương pháp đo chi phí nhiên liệu theo kiểu này thì giá trị của bộ đophụ thuộc rất nhiều giá trị của biến trở R (7) Không có gì chắc chắn rằng giá trị đokhông sai sót trong quá trình làm việc do:

o Áp lực thay đổi khi phao dịch chuyển làm khả năng tiếp xúc kém đi

o Do mật độ tiếp xúc của biến trở bị bụi bẩn bám vào

Thông thường để đảm bảo độ tin cậy của thiết bị đo người ta tráng lên bề mặt tiếp xúccủa biến trở một lớp kim loại quý, có điện trở tiếp xúc rất bé (vàng) Vì vậy, biến trởnày rất khó chế tạo trong thực tế, nếu chế tạo được thì giá thành cũng rất cao Do đókhông phù hợp để bố trí trong phòng thí nghiệm

2.1.3 Phương án đo mức tiêu hao nhiên liệu phối hợp giữa kiểu đo thể tích với đo khối lượng :

Sơ đồ nguyên lý:

H.2-7: Sơ đồ nguyên lý đo mức tiêu hao nhiên liệu phối hợp giữa kiểu đo thể tích với

đo khối lượngTrong đó :

1: két dự trữ nhiên liệu 7: đường cấp nhiên liệu cho máy 2: đường cấp nhiên liệu 8: động cơ

3: két nhiên liệu hằng ngày 9: đường dầu hồi

5: van ba ngã điều khiển điện từ 11: đối trọng vỏ bình

6: két thí nghiệm 12: đối trọng thủy lực

Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu được bơm cấp lên két hằng ngày (3) theo đường cấp (2) Từ két hằngngày (3) nhiên liệu được cung cấp vào két thí nghiệm (6) và động cơ (8) (khi van điện

từ nhận được tín hiệu điện ) và ngừng cấp nhiên liệu khi van điện từ không nhân đượctín hiệu điện.Nhờ hệ thống đòn bẩy mà ta có thể xác định được lượng tiêu thụ nhiênliệu của động cơ Sau khi nhiên liệu qua động cơ lượng dầu hồi sẽ trở về ngay két thínghiệm mà không qua thiết bị nào

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo

H.2-8: Sơ đồ nguyên lý bộ đo mức tiêu hao nhiên liệuKhi mức nhiên liệu trong két thí nghiệm (Measuring vessel) đầy, piston của đốitrọng kiểu thủy lực (Hydraulic damping device) đi lên phía trên, lượng chất lỏng đi vàođối trọng khối lượng , đối trọng tăng lên tác dụng lên đòn gánh (Measuring beam) trởlại trạng thái cân bằng Trạng thái cân bằng được xác định bằng đầu cảm biến(Capacitive sensor) khi nó chỉ vạch số “0” Đồng thời lúc ấy người ta xác định mứcchất lỏng của bình chứa cấp cho đối trọng

Khi vận hành động cơ và tiến hành đo đạc mức nhiên liệu trong két thí nghiệmgiảm xuống, đồng thời để cân bằng đòn gánh thì mức chất lỏng trong đối trọng cũnggiảm theo Lượng chất lỏng giảm đi ấy được trở về bình chứa Tùy thuộc vào mức chấtlỏng của bình chứa và đồng hồ bấm giây ta xác định được mức tiêu hao nhiên liệu.thông qua thể tích chất lỏng của đối trọng dư ra sau khi thí nghiệm ở chế độ tương ứng.

Do chất lỏng cấp cho đối trọng có tính ổn định vì không tham gia trao đổi nhiệtnên không chịu tác động của nhiệt độ , đồng thời đã biết khối lượng riêng của nó nên tahoàn toàn xác định được khối lượng nhiên liệu tiêu thụ

Ưu nhược điểm :

Ưu điểm:

 Độ chính xác cao hơn các phương pháp trước đó

 Khả năng tự động hóa cao

Nhược điểm:

 Khó chế tạo do kết cấu của thiết bị có nhiều chi tiết phức tạp, do đó nếumua thì giá thành thiết bị cao

 Do độ chính xác cao nên đòi hỏi quá trình đo đạc phải cẩn thận

 Vẫn phải sử dụng đồng hồ và đo thời gian bằng phương pháp thủ côngdẫn đến nhiều sai lệch

2.2 Phân tích lựa chọn phương án:

Việc tính toán lựa chọn phương án là một khâu quan trọng trong toàn bộ quátrình thiết kế Trong lựa chọn, thông thường người ta lựa chọn theo những tiêu chí sau:

 Chỉ tiêu kinh tế: theo tiêu chí này việc phân tích lựa chọn phải ưu tiên giá thànhthiết bị làm mục tiêu đề tài

 Chỉ tiêu thẩm mỹ: với chỉ tiêu này trong quá trình tính toán thiết kế ta phải có sựphối hợp giữa lắp đặt thiết bị, tổng thể không gian chứa thiết bị, không gian vậnhành và sửa chữa thiết bị

 Chỉ tiêu sử dụng: việc tính toán thiết kế, lựa chọn phương án phải đảm bảo tính

sử dụng lâu dài, vận hành, đo đạc dễ dàng Phương án phải áp dụng được sựphát triển của công nghệ, kỹ thuật Ngoài ra, còn có thể khắc phục, sửa chữathiết bị khi gặp sự cố bất trắc

Ưu – nhược điểm phương án trên:

Ưu điểm:

 Vận hành đơn giản

 Kết cấu nhỏ gọn

Nhược điểm:

 Giá thành thiết bị tương đối cao

 chính xác không cao, sai số còn lớn

 Khả năng tự động thấp

 Áp dụng sự phát triển của công nghệ và kỹ thuật chưa cao

Qua một số chỉ tiêu nói trên và ưu nhược điểm của các phương án đã nêu tôi đề xuất

phương án : Xây dựng bộ đo chi phí nhiên liệu theo phương pháp đo mức điều khiển bằng thiết bị điện tử

Ưu – nhược điểm so với phương án khác

Ưu điểm:

 So với phương án khác phương án này có độ chính xác rất cao

 Khả năng tự động hóa cao

 Vận hành đơn giản

 Kết cấu nhỏ gọn

 Áp dụng được sự phát triển của công nghệ và kỹ thuật

Nhược điểm:

 Giá thành thiết bị tương đối cao

 So với một số trang thiết bị hiện đại thì phương án này vẫn còn sai số

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐO CHI PHÍ NHIÊN LIỆU 3.1 Yêu cầu kỹ thuật và nhiệm vụ của bộ đo chi phí nhiên liệu

Yêu cầu kỹ thuật

 Thiết bị phải hoạt động ổn định, không mắc những sai sót trong quá trình sửdụng

 Thiết bị phải đơn giản, gọn nhẹ, tháo lắp dễ dàng

 Tốc độ xử lý nhanh, chính xác

 Dễ sử dụng

 Có khả năng kết nối với máy tính để thu thập dữ liệu

 Thông số hiển thị bao gồm :

 Lượng tiêu thụ nhiên liệu

 Thời gian bắt đầu và kết thúc hoạt động của động cơ

 Có khả năng chống nhiễu trong quá trình hoạt động

Nhiệm vụ của thiết bị.

Nhiệm vụ của bộ đo chi phí nhiên liệu là kiểm tra, theo dõi lượng tiêu hao nhiênliệu của động cơ

Nội dung :

- Thiết kế hệ thống chung

- Thiết kế chế tạo cơ cấu đo theo phương pháp đo mức

- Thiết kế chế tạo mạch điều khiển điều khiển điện tử cho hệ thống

3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo chi phí nhiên liệu điều khiển bằng điện tử.

2

3 4 5

6 7

8 9

10 11

H.3-1: Phương án đo mức tiêu hao nhiên liệu bằng thiết bị điện tử

Trong đó :

1: két dự trữ nhiên liệu 7: két thí nghiệm

2: đường cấp nhiên liệu 8: đường cấp nhiên liệu cho máy

3, 4, 5: van điều khiển điện từ 9: đường dầu hồi

6: đường cấp nhiên liệu cho két thí nghiệm 10: đường dầu hồi

11: van ba ngã điều khiển điện từNguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu từ két hằng ngày (1) theo đường dẫn(2) vào két thí nghiệm theođường dẫn (6) ( khi van điều khiển từ 3, 4 mở ; van từ 5 đóng) Và nhiên liệu đi vàođộng cơ(9) theo đường dẫn (8) ( khi van từ 4, 5 mở ; van từ 3 đóng) Và khi không cần

đo mức tiêu hao nhiên liệu thì nhiên liệu từ két hằng ngày sẽ đưa xuống động cơ (9)qua van từ 3, 5

Sau khi nhiên liệu đi vào động cơ lượng nhiên liệu hồi sẽ được đưa trở lại két thínghiệm theo đường dầu hồi(10) qua van ba ngã điều khiển điện từ (11)

Dựa vào mức nhiên liệu trong két thí nghiệm(6) mà ta có thể xác lập lượng nhiên liệutiêu thụ của động cơ

3.3 Thiết kế chế tạo cơ cấu đo cho bộ đo chi phí nhiên liệu.

Để xác định quãng đường dịch chuyển của chất lỏng trong két chứa ta có thể sửdụng các phương pháp sau:

o Dùng cảm biến khoảng cách

o Sử dụng encoder

Đối với việc sử dụng cảm biến khoảng cách thì yêu cầu mặt phản xạ phải phảnquang tốt Tuy nhiên mặt chất lỏng ở đây có sự dao động làm tín hiệu về bị sai lệch.Hơn nữa, bảm biến khoảng cách rất khó tìm trên thị trường và nếu tìm được thì giáthành cũng rất cao nên phương án này không được sử dụng

Còn đối với phương án sử dụng encoder thì encoder là cảm biến đo góc khá phổbiến trên thị trường, giá thành cũng không cao và đo cũng chính xác Trong việc xâydựng bộ đo chi phí nhiên liệu, từ góc quay đo được ta dễ dàng tính được khoảng dịchchuyển của chất lỏng trong két chứa theo công thức sau:

R

s  2 Trong đó: α : là góc quay đo được

R : là bán kính Puli

Vì vậy, tôi chọn phương án sử dụng encoder

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo

1 3

3

4 5

H.3-2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống hiển thị mức nhiên liệu trong két thí nghiệm.Trong đó :

1: cảm biến đo góc (encoder) 4: bộ điều khiển trung tâm ECU

3: PuliKhi vận hành động cơ mức nhiên liệu trong két thí nghiệm giảm xuống, phaotrong két thí nghiệm chuyển động xuống làm quay encoder Tín hiệu encoder nhậnđược chuyển về khối điều khiển trung tâm ECU Qua xử lý, lượng tiêu hao nhiên liệu

và thời gian vận hành động cơ sẽ được xuất ra thiết bị hiển thị LCD Nhìn vào thiết bịhiển thị LCD ta biết được tiêu hao nhiên liệu

Chọn Encoder.

Do yêu cầu về lượng nhiên liệu tiêu thụ tại phòng thí nghiệm, số xung củaencoder đang có trên thị trường và giá thành của nó Hơn nữa trong phạm vi nghiêncứu chế tạo bộ đo chi phí nhiên liệu cho phòng thí nghiệm nhằm phục vụ nhu cầugiảng dạy của giảng viên và sinh viên nên tôi chọn Encoder với số xung là 300 xung

Tính chọn két thí nghiệm