CÁC LOẠI CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG - giacavattu.comgiacavattu.com/uploads/cac-loai-cam-bien-luu-luong-giacavattu.com.pdf · Biết được lưu lượng chính xác chỉ khi

BẢO TRÌ CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Vinamain.com

----- ˜ - & - ™-----

CÁC LOẠI CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG

Tháng 08-2010

Các loại cảm biến lưu lượng Vinamain.com

Bảo trì công nghiệp Việt Nam Page 2

1. CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG

1.1. Vận tốc dòng chảy và lưu lượng

Nhiều dụng cụ đo đã được phát triển để đo lưu lượng; nó là một trong những chủ đề phức tạp nhất trong điều khiển quá trình. Trong mục này, chúng ta tìm hiểu những ví dụ về các cảm biến lưu lượng sử dụng các nguyên lý sau đây:

§ Áp suất sai lệch (chênh áp - Differential Pressure)

§ Tạo độ xoáy (Vortex/Swir generation)

§ Từ trường (Electromagnetic)

§ Thế chỗ (Positive displacement)

§ Tua bin

§ Cảm biến khối lượng (Mass)

§ Nhiệt

Một trong những công dụng phổ biến nhất của cảm biến lưu lượng là xác định lưu lượng của vật liệu qua đường ống với kích thước biết trước. Nhớ rằng lưu lượng là lượng chất lỏng, chất dạng vữa, khí hoặc thậm chí cả chất rắn dạng bột đi qua trong một khoảng thời gian xác định.

Máy đo lưu lượng có thể đo:

1. Lưu lượng thể tích – là thể tích trên một đơn vị thời gian như gallons trên phút (gal/min, gpm) hoặc feet khối trên phút (ft3/min)

2. Lưu lượng khối lượng - là khối lượng trên một đơn vị thời gian như pounds trên giây (lb/sec) hoặc pounds trên phút (lb/min)

3. Vận tốc dòng chảy – là khoảng cách trên một đơn vị thời gian như feet trên phút (ft/min)

Mối quan hệ cơ bản giữa lưu lượng và vận tốc là:

Lưu lượng thể tích = Vận tốc x diện tích tiết diện ngang của đường ống

Trong hình 1, chúng ta thấy đường kính của hai ống có kích thước khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến vận tốc dòng chảy khi xét cùng lưu lượng.

Các loại cảm biến lưu lượng

Bảo trì công nghiệp Việt Nam

1.2. Các yếu tố xem xét

Mối quan hệ giữa áp suất và vận tốc

Tổng năng lượng của bất cứ dòng chsuất, vận tốc và độ cao. Số lượng của mỗi thlượng vẫn không đổi trừ khi năng lnước khi nằm trên đỉnh của tòa nhà vcao lớn. Nếu nó bị đổ ra ngoài, chKhi nó chạm vào đất, nó không cvào mặt đất do năng lượng của vận tốc đđược truyền tới đất, nước thực chất không c

Dòng chất lỏng chảy qua đường ống tác động cũng giống nhtích cho trước được cho qua một đvì chất lỏng đã trao đổi năng lượng của áp suất cho năng l

Nếu lưu lượng thể tích duy trì không với tốc độ nhanh nhất.

Độ nhớt, khối lượng riêng và ma sát là nhloại cảm biến lưu lượng sao cho nó thật phsát nội trong bản thân vật chất, nó có ảnh hchảy trong đường ống. Độ nhớt c

Hình 1

ận tốc

òng chất lỏng nào cũng được tạo nên từ 3 thợng của mỗi thành phần có thể thay đổi, nhưng t

ợng vẫn không đổi trừ khi năng lượng bị lấy đi hay thêm vào chất lỏng. Ví dụ, một tách òa nhà vẫn không có áp suất hoặc vận tốc, nhài, chất lỏng sẽ trao đổi năng lượng của độ cao cho vận tốc.

ất, nó không còn vận tốc hoặc độ cao nhưng nó tác động một lực lớn ợng của vận tốc đã chuyển đổi thành áp suất. Khi lực va chạm đớc thực chất không còn năng lượng nữa.

ờng ống tác động cũng giống như thế. Nếu một lợc cho qua một đường ống nhỏ hơn, vận tốc sẽ tăng lên và áp su

ợng của áp suất cho năng lượng của vận tốc.

ì không đổi, áp suất sẽ thấp hơn ở nơi chất lỏng di chuyển

Hình 2

êng và ma sát là những yếu tố quan trọng phải xem xét khi chọn ợng sao cho nó thật phù hợp với quá trình đã xác định. Độ nhớt l

ội trong bản thân vật chất, nó có ảnh hưởng đến sự chuyển động của vật chất khi ờng ống. Độ nhớt càng cao thì lực cản dòng chảy càng lớn. Mật ong l

Vinamain.com

Page 3

ừ 3 thành phần: áp ưng tổng năng

ất lỏng. Ví dụ, một tách ẫn không có áp suất hoặc vận tốc, nhưng nó có độ

ợng của độ cao cho vận tốc. ộng một lực lớn

ất. Khi lực va chạm đã

ế. Nếu một lưu lượng thể ên và áp suất giảm

ất lỏng di chuyển

ững yếu tố quan trọng phải xem xét khi chọn ịnh. Độ nhớt là ma

ởng đến sự chuyển động của vật chất khi ớn. Mật ong là một



ví dụ về chất lỏng có độ nhớt cao. Nó không chảy dễ dàng như sữa khi mà độ nhớt của sữa thấp.

Khối lượng riêng là khối lượng trên một đơn vị thể tích vật liệu. Ví dụ về đơn vị khối lượng riêng là pounds trên foot khối (lb/ft3) hoặc pounds trên gallon (lb/gallon) hoặc gam trên centimet khối (g/cm3). Khối lượng riêng của khí tùy thuộc vào thành phần cấu tạo, nhiệt độ và áp suất của nó. Bởi vì chất lỏng thì không chịu nén như chất khí, khối lượng riêng của chất lỏng là một hàm số của thành phần cấu tạo và nhiệt độ của nó. Chất lỏng nặng hơn sẽ khó đẩy hơn và sẽ chảy chậm hơn khi cùng chịu một lực tác dụng (áp suất đặt lên tiết diện ngang của đường ống) so với chất lỏng nhẹ hơn.

Biết được lưu lượng chính xác chỉ khi loại chất lỏng, nhiệt độ, áp suất và lưu lượng cho quá trình phù hợp với đặc tính kỹ thuật được thiết kế của cảm biến. Khi vật liệu quá trình, lưu lượng hoặc các điều kiện nằm ngoài dải đo đã xác định, cần thiết phải hiệu chuẩn lại cảm biến hoặc thay đổi cảm biến bằng một loại khác phù hợp với điều kiện hiện tại.

Khối lượng riêng được sử dụng để chuyển đổi giữa lưu lượng thể tích và lưu lượng khối lượng. Ví dụ, đối với dầu:

Lưu lượng thể tích x khối lượng riêng = Lưu lượng khối lượng

Ví dụ: 5 gpm x 7.2lb/gal = 36 lb/min

Ma sát

Cùng với ma sát nội liên quan đến độ nhớt, ma sát cũng là sự cản trở đối với dòng chảy của vật chất do sự tiếp xúc của dòng chảy với thành ống hoặc do sự tắc nghẽn. Ống càng nhám hoặc số lượng các đoạn khúc khuỷu, các van, các đầu nối càng nhiều thì ma sát càng lớn. Ma sát xảy ra khi vật liệu chảy qua đường ống dẫn đến sự mất mát áp suất hệ thống vĩnh viễn và tạo thành nhiệt. Trong khi sự tổn thất áp suất thường là hiển nhiên, bất kỳ sự thay đổi nhiệt độ nào đều không đáng kể so với các nguồn nhiệt khác.

Các dạng dòng chảy

Khối lượng riêng, ma sát và độ nhớt có thể ảnh hưởng đến dạng dòng chảy trong ống. Dạng dòng chảy có thể đoán trước bằng toán học từ đường kính ống, vận tốc dòng chảy, khối lượng riêng và độ nhớt. Hình 3 minh họa các ví dụ về 3 loại dòng chảy cơ bản. Các ví dụ này là cùng một lưu lượng, chỉ khác nhau về các yếu tố khác của dòng chảy. Hầu hết các thiết kế cảm biến lưu lượng dựa vào dòng chảy hỗn loạn đồng nhất cho các phép đo chính xác.



Bạn nhận thấy rằng, dòng chảy qua đphạm vi của tài liệu này, như là:

§ Chỗ uốn cong của ống

§ Góc tạo bởi đường ống so với ph

§ Khoảng cách di chuyển

§ Khả năng chịu nén của khí

Hầu hết các thiết kế cảm biến lưu lưđo lưu lượng thể tích. Để tránh dmột “meter run” của đường ống thẳng không gây tắc nghẽn dcảm biến để tạo một dòng chảy tcó đường kính 20-25 phía trước cảm biến vmột số trường hợp, những mãnh kim lodòng để đảm bảo có dòng chảy đồng nhất. Nếu không có đchính xác của cảm biến lưu lượng sẽ bị ảnh h

1.3. Áp suất sai lệch

Kiểu cảm biến lưu lượng được sử dụng phổ biến nhất lmột đoạn ống thu hẹp. Bởi vì lượng lớn thông tin vkiểu dựa vào sự thu hẹp đường ống ndụng chính xác.

Các ống “venturi”, các tấm “orifice” váp thường được đặt trong đường ống quá trchênh lệch áp suất mà có thể dễ dsố ưu điểm của phương pháp này là:

Hình 3

ảy qua đường ống bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác ngo

ờng ống so với phương ngang

ả năng chịu nén của khí

ưu lượng đều giả sử là dòng chảy hỗn loạn đồng nhất để ợng thể tích. Để tránh dòng chảy hỗn loạn không đồng nhất, thường phải lắp đặt

ờng ống thẳng không gây tắc nghẽn dòng chảy phía trảy tương đối đồng nhất. Thường sử dụng đường ống thẳng ớc cảm biến và đường kính 5-10 phía sau cảm biến. Trong

ãnh kim loại mỏng được lắp đặt bên trong ống song song với ảy đồng nhất. Nếu không có được dòng chảy đồng nhất, độ ợng sẽ bị ảnh hưởng.

ợc sử dụng phổ biến nhất là dựa vào phép đo áp suợng lớn thông tin và các thí nghiệm sẵn có, các cảm biến

ờng ống này cho kết quả có độ chính xác cao k

ống “venturi”, các tấm “orifice” và các “nozzle” là những ví dụ về các thiết bị giảm ờng ống quá trình để đo lưu lượng. Cả ba đều tạo n

ể dễ dàng đo được và từ đó tính được lưu lượng thể tích. Một ương pháp này là:

Vinamain.com

Page 5

ởng bởi nhiều yếu tố khác ngoài

ảy hỗn loạn đồng nhất để ờng phải lắp đặt

ảy phía trước và sau ờng ống thẳng

ảm biến. Trong ống song song với

ảy đồng nhất, độ

ào phép đo áp suất rơi trên ệm sẵn có, các cảm biến

ết quả có độ chính xác cao khi được sử

ững ví dụ về các thiết bị giảm ợng. Cả ba đều tạo nên một

ợng thể tích. Một



§ Giá thành tương đối thấp

§ Dễ lắp đặt và thay thế

§ Không có bộ phận chuyển động

§ Thích hợp với nhiều loại vật liệu, dải nhiệt độ v

Hình 4a là một ống venturi. Hình 4bqua một ống venturi.

Các cảm biến hoạt động dựa vào slưu lượng thể tích không đổi bị buộc đi qua một vsẽ tăng lên để đảm bảo cùng mgian. Sự thay đổi về vận tốc làm gitrên mỗi phía của vùng giới hạn có thể đo đthiết bị cảm biến áp suất chênh lhạn, và cái còn lại được đặt nơi dchảy qua vùng giới hạn có thể đ

ối thấp

ộ phận chuyển động

ợp với nhiều loại vật liệu, dải nhiệt độ và áp suất hoạt động rộng.

ình 4b cho thấy làm thế nào mà một chất lỏng di chuyển

Hình 4a

Hình 4b

ào sự giới hạn sử dụng một yếu tố đó là khi chợng thể tích không đổi bị buộc đi qua một vùng giới hạn, vận tốc dòng ch

ùng một lượng chất lỏng đi qua trong cùng một khoảng thời àm giảm áp suất tĩnh nơi mà dòng chảy tăng tốc. Áp suất

ới hạn có thể đo được nhờ sử dụng đồng hồ đo áp suất hoặc ênh lệch. Một đồng hồ áp suất được đặt phía trư

ơi dòng chảy hẹp nhất và có vận tốc cao nhất. Vận tốc dới hạn có thể được tính toán từ việc đo áp suất chênh lệch nếu đặc tính

Vinamain.com

Page 6

ất hoạt động rộng.

ột chất lỏng di chuyển

à khi chất lỏng có òng chảy khi đó ột khoảng thời

ảy tăng tốc. Áp suất ợc nhờ sử dụng đồng hồ đo áp suất hoặc

ước vùng giới ận tốc cao nhất. Vận tốc dòng

ệch nếu đặc tính



của vật chất chảy qua ống là biết trlệch áp suất tăng 4 lần. Quan hệ áp suất l

Các tấm “orifice” là thiết bị giới hạn đđặt trong dòng chảy quá trình giđứng. Hình 5 là một ví dụ về một tấm “orifice” tiqua tấm “orifice” có lỗ hở 1,345 inch.

Phía vào của tấm “orifice” thường đvào có thể được nhận dạng bằngxiên là phía ngõ ra. Nếu lỗ khoan không có cạnh xi“orifice” dùng cho ống có kích th

ết trước. Mỗi khi dòng chất lỏng tăng gấp đôi, đệch áp suất tăng 4 lần. Quan hệ áp suất lưu lượng này là một hàm căn bậc hai.

ết bị giới hạn được sử dụng phổ biến nhất. Tấm “orificie” đình giữa hai mặt bích nằm trên các ống nằm ngang hay thẳ

ột ví dụ về một tấm “orifice” tiêu biểu. Dòng chảy bị giới hạn khi đi ấm “orifice” có lỗ hở 1,345 inch.

Hình 5

ờng được đánh dấu trên tay cầm của nó. Nếu không, phía ợc nhận dạng bằng cách kiểm tra lỗ khoan. Nếu nó có một cạnh xi

ếu lỗ khoan không có cạnh xiên, đây là loại tiêu biểu cho các tấm ống có kích thước lớn, không cần phân biệt mặt nào là phía vào hay

Vinamain.com

Page 7

ất lỏng tăng gấp đôi, độ chênh ậc hai.

ợc sử dụng phổ biến nhất. Tấm “orificie” được ống nằm ngang hay thẳng

ảy bị giới hạn khi đi

ầm của nó. Nếu không, phía ểm tra lỗ khoan. Nếu nó có một cạnh xiên, cạnh

ểu cho các tấm ào là phía vào hay



ra. Thông thường, các tấm “orifice” đưvào.

Các tấm “orifice” có thể có các lỗ hở có hcủa chất lỏng mà chúng được thiết kế cho ph

§ Nếu dòng chất lỏng chứa bọt khí hoặc chứa chất khí cđỉnh ống, tấm “orifice” sẽ có một lỗ thông để cho phép các bọt khí đi qua đó mkhông qua lỗ hở đo lường.

§ Cũng giống như thế, nếu dngưng tụ này sẽ tập trung ở đáy của đđể cho phép chất lỏng đi qua mđo.

Hình 7 trình bày một phương pháp đ“orifice” để đo lưu lượng. Chúnghoặc lỗ mặt bích 2½D – 8D. 2½D đường kính ống về phía trước và mkính ống về phía sau. Một cấu hđược lắp đặt trong mặt bích để có thể giữ luôn tấm “orifice”.

orifice” được đánh dấu các thông tin nhận dạng b

ấm “orifice” có thể có các lỗ hở có hình dáng và vị trí khác nhau tùy theo đợc thiết kế cho phù hợp:

ất lỏng chứa bọt khí hoặc chứa chất khí có xu hướng tập trung trỉnh ống, tấm “orifice” sẽ có một lỗ thông để cho phép các bọt khí đi qua đó m

ờng.

ế, nếu dòng chảy quá trình là chất khí có thể bị ngẽ tập trung ở đáy của đường ống, tấm “orifice” sẽ có một lỗ thông

ể cho phép chất lỏng đi qua mà không phải đi qua lỗ chính gây sai lệch kết quả

Hình 6

ương pháp đặt các lỗ lấy áp suất trên đường ống nếu sử dụng tấm ợng. Chúng được gọi là bán kính hoặc lỗ D – D/2. Cách khác là l

8D. 2½D – 8D có một lỗ cách tấm “orifice” một đoạn 2à một lỗ khác cách tấm “orifice” một đoạn 8 lần đ

ống về phía sau. Một cấu hình khác là lỗ mặt bích, cấu hình này rất phổ biến vợc lắp đặt trong mặt bích để có thể giữ luôn tấm “orifice”.

Vinamain.com

Page 8

ợc đánh dấu các thông tin nhận dạng bên phía mặt

ùy theo đặc tính

ớng tập trung trên ỉnh ống, tấm “orifice” sẽ có một lỗ thông để cho phép các bọt khí đi qua đó mà

ất khí có thể bị ngưng tụ, phần ấm “orifice” sẽ có một lỗ thông

ải đi qua lỗ chính gây sai lệch kết quả

ờng ống nếu sử dụng tấm D/2. Cách khác là lỗ

ột lỗ cách tấm “orifice” một đoạn 2½ lần ột lỗ khác cách tấm “orifice” một đoạn 8 lần đường

ất phổ biến và



Hình 7

Trong hình 8 sử dụng một đồng hồ đo chhình 7

Trong ví dụ ở hình 8, giả sử một vagấp đôi. Nếu chúng ta sử dụng các phép toán phức tạp để tính lsuất đo được, chúng ta nhận thấy rằng độ chtăng gấp đôi tương ứng, nhưng ltuyến tính với căn bậc hai của độ cháp suất. Bảng ở hình 9 sau đây đưa ra snước) với lưu lượng tương ứng đgallons/phút.

Hình 7

ử dụng một đồng hồ đo chênh áp thay vì sử dụng hai đồng hồ ri

Hình 8

ả sử một van được mở trên đường ống, và lưu lượng thể tích tăng ấp đôi. Nếu chúng ta sử dụng các phép toán phức tạp để tính lưu lượng từ các giá trị áp

ợc, chúng ta nhận thấy rằng độ chênh lệch áp suất qua tấm “orifice” không lại tăng 4 lần. Điều này là bởi vì lưu lượng thể tích tỷ lệ

ến tính với căn bậc hai của độ chênh lệch áp suất chứ không phải chính độ chđây đưa ra sự so sánh giữa sự thay đổi độ chứng được tính theo phần trăm thang đo, pounds/giờ, v

Vinamain.com

Page 9

ử dụng hai đồng hồ riêng như ở

ợng thể tích tăng ợng từ các giá trị áp

ệch áp suất qua tấm “orifice” không ợng thể tích tỷ lệ

ệch áp suất chứ không phải chính độ chênh lệch ự so sánh giữa sự thay đổi độ chênh áp (inch

ợc tính theo phần trăm thang đo, pounds/giờ, và



Áp suất sai lệch (inchs H2O)

Lưu lượng (gal/phút)

Lưu lượng (lbs/giờ)

% thang đo

100 90 80 75 60 50 40 30 25 20 10

6.25 5 0

50.0 47.4 44.7 43.3 38.7 35.3 31.6 27.4 25.0 22.3 15.8 12.5 11.2 0.0

25,000 23,171 22,361 21,651 19,365 17,678 15,811 13,693 12,500 11,180 7,906 6,250 5,590

0

100.0% 94.9% 89.4% 86.6% 77.5% 70.7% 63.2% 54.8% 50.0% 44.7% 31.6% 25.0% 22.4% 0.0%

Hình 9

1.4. Cảm biến dựa vào độ xoáy của dòng chất lỏng (Cảm biến kiểu Vortex)

Cảm biến độ xoáy sử dụng một đặc tính khác của chất lỏng để xác định lưu lượng. Khi một dòng chất lỏng chảy nhanh tác động vào một dốc đứng đặc vuông góc với dòng chảy sẽ tạo ra các vùng xoáy. Tốc độ tạo xoáy trong dòng chất lỏng tăng lên khi lưu lượng tăng. Các cảm biến lưu lượng kiểu xoáy này được tạo ra để hoạt động với chất lỏng, khí hoặc hơi.

Cảm biến lưu lượng kiểu xoáy thường gồm có 3 phần:

1. Thân gián đoạn dòng chảy – có chức năng tạo ra các kiểu xoáy định trước tùy thuộc vào hình dáng thân.

2. Một cảm biến bị làm rung bởi dòng xoáy, chuyển đổi sự rung động này thành các xung điện.

3. Một bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu đơn (transmitter) – có chức năng gởi tín hiệu đã được hiệu chuẩn đến các thành phần khác của vòng điều khiển.

Hình 2.70 trình bày một kiểu dòng chảy tiêu biểu trong đường ống chứa các phần tử cảm biến độ xoáy.



Hình 11: C

1.5. Cảm biến lưu lượng kiểu từ tr

Các máy đo lưu lượng kiểu từ trlỏng hoặc chất dạng vữa dẫn điện. Chúng sử dụng nguykhi vật dẫn điện đi qua từ trường, một điện áp sẽ đlượng kiểu từ trường, vật liệu dẫn điện lnhanh, điện áp tạo ra càng lớn.

Hình 10

Hình 11: Cảm biến kiểu Vortex đặc trưng

ợng kiểu từ trường

ợng kiểu từ trường được sử dụng để đo lưu lượng thể tích của chất ặc chất dạng vữa dẫn điện. Chúng sử dụng nguyên lý tương tự với máy phát điện ;

ờng, một điện áp sẽ được tạo ra. Khi sử dụng máy đo lờng, vật liệu dẫn điện là chất lỏng hay chất dạng vữa. Dòng ch

Vinamain.com

Page 11

ợng thể tích của chất ự với máy phát điện ;

ợc tạo ra. Khi sử dụng máy đo lưu òng chảy càng



Máy đo lưu lượng kiểu từ trường không có bộ phận chuyển động. Hai cuộn dây từ, đđặt đối diện nhau trong một ống cách ly, tạo ra một từ tráp tạo ra khi vật liệu dẫn điện chạy qua ốnthành ống. Các cảm biến chuyển đổi điện áp nlưu lượng thể tích.

Một cảm biến lưu lượng kiểu từ trlớn để có thể đo được. Axít, chất ăn da, thép nóng chảy sẽ lchất như nước cất và các hydrocarbon sbiến sẽ được hiệu chuẩn để phù hkiểu từ trường có thể được sử dụng với các chất ăn mvữa phải di chuyển tương đối nhanh để tránh bám dích trcủa chúng phù hợp với hệ thống. Chúng có thể đtương đối ít nhạy cảm với nhiệt độ. Các hcực có thể làm hỏng máy đo. Cẩn thận mỗi khi sử dụng hmang các cảm biến lưu lượng kiểu từ tr

Hình 12

ờng không có bộ phận chuyển động. Hai cuộn dây từ, đặt đối diện nhau trong một ống cách ly, tạo ra một từ trường qua đường kích ống. Điện

ạo ra khi vật liệu dẫn điện chạy qua ống được đo bởi các điện cực cảm biến lắp trống. Các cảm biến chuyển đổi điện áp này thành tín hiệu điện ngõ ra t

ợng kiểu từ trường chỉ làm việc chính xác khi điện áp đợc. Axít, chất ăn da, thép nóng chảy sẽ làm việc tốt, nhưng nhà các hydrocarbon sẽ không làm việc được bởi vì dẫn điện kém. Cảm

ù hợp với vật liệu dẫn điện cần đo. Các cảm biến lợc sử dụng với các chất ăn mòn và chất lỏng dạng vữa (chất dạng

ối nhanh để tránh bám dích trên máy đo) nếu tính dẫn điện ợp với hệ thống. Chúng có thể được sử dụng với các vật liệu nhớt v

ạy cảm với nhiệt độ. Các hư hỏng đối với bộ phận cách ly ống vỏng máy đo. Cẩn thận mỗi khi sử dụng hơi để làm sạch đ

ợng kiểu từ trường. Nếu hơi bị giữ lại bên trong, nó s

Vinamain.com

Page 12

ờng không có bộ phận chuyển động. Hai cuộn dây từ, được ờng kích ống. Điện

ợc đo bởi các điện cực cảm biến lắp trên õ ra tỷ lệ thuận với

ệc chính xác khi điện áp được tạo ra đủ ưng những vật

ẫn điện kém. Cảm ợp với vật liệu dẫn điện cần đo. Các cảm biến lưu lượng

ất lỏng dạng vữa (chất dạng ếu tính dẫn điện

ợc sử dụng với các vật liệu nhớt và ỏng đối với bộ phận cách ly ống và các điện

ạch đường ống có ên trong, nó sẽ tạo ra



một vùng chân không trong ống khi nó bị ngưng tụ. Vùng chân không này sẽ phá hỏng hầu hết các cảm biến bởi vì nó thường làm hỏng băng làm kín.

1.6. Cảm biến kiểu thế chỗ

Các cảm biến kiểu thế chỗ tích cực có nhiều kiểu thiết kế, nhưng tất cả đều dựa vào nguyên lý là tính toán các lượng chất lỏng riêng biệt khi nó chảy liên tục qua một khoang chứa của thiết bị. Thể tích của khoang chứa – và vì thế là thể tích của mỗi lượng chất lỏng chảy vào đấy – là một hằng số biết trước. Làm thế nào để tính toán các lượng chất lỏng này theo một hàm cơ học của thiết bị. Mỗt thiết bị sẽ bao gồm:

§ Khoang chứa

§ Các phần tử cơ khí di chuyển theo chất lỏng

§ Các van để điều khiển khoang chứa đầy và rỗng.

§ Một cảm biến - bộ chuyển đổi để tính toán số chu kỳ thực hiện và gởi tín hiệu đến các phần tử khác trong vòng điều khiển.

Các máy đo lưu lượng kiểu thế chỗ tích cực có thể sử dụng một trong những cơ chế sau đây để cách ly và chuyển động mỗi khi có một lượng chất lỏng đi qua:

§ Các màng ngăn mềm dẻo

§ Pittông chuyển động qua lại

§ Pittông chuyển động quay

§ Cánh quạt quay

§ Bánh công tác và hộp số

Các cảm biến kiểu thế chỗ tích cực gởi ra một tín hiệu mỗi khi một khoang chứa đầy. Lưu lượng được xác định bằng cách nhân thể tích của khoang chứa (vì thế, là thể tích của chất lỏng nằm trong khoang) với số lượng tín hiệu trên một phút. Các tín hiệu này cũng được sử dụng để tính tổng dòng chảy.

Hình 13 trình bày một cảm biến lưu lượng kiểu thế chỗ tích cực sử dụng kiểu bánh công tác khi có dòng chất lỏng đi qua làm bánh công tác quay một chu kỳ.



Các cam này khi quay sẽ tự khóa lẫn nhau, lần llỏng đi qua máy đo. Khoang chứa đđo. Các phần phải được làm bằng máy thật tinh vi để cho cảm biến vận hkhông bị bất kỳ sự rò rỉ nào giữa các ngăn. Số vbánh công tác được dùng để tính lđược dùng để tính tổng thể tích đo đ

Hình 14 trình bày một kiểu cảm biến t– rotor. Khi vật liệu quá trình chtrong ngăn được tạo bởi các cánh quạt vrotor quay nhờ các lò xo, trụt vàođến cạnh của vỏ má đo và cho phép chđược gởi ra từ máy đo mỗi khi trục rotor hotrên phút có thể được sử dụng để xác định lmáy đo là biết trước.

Hình 13

ẽ tự khóa lẫn nhau, lần lượt đóng và mở khoang chứa khi chất ỏng đi qua máy đo. Khoang chứa được tạo nên bởi bánh công tác và phần vỏ của máy

ằng máy thật tinh vi để cho cảm biến vận hành trơn tru mà ữa các ngăn. Số vòng quay trên phút của trục gắn tr

ể tính lưu lượng thể tích. Số vòng quay được nhân với thể tích ể tính tổng thể tích đo được.

Hình 14

ột kiểu cảm biến thế chỗ tích cực khác, một cảm biến kiểu cánh quạt ình chảy qua máy đo, cánh quạt sẽ lập tức cách ly chất lỏng

ợc tạo bởi các cánh quạt và vỏ của máy đo. Các cánh quạt, đào hoặc ló ra sẽ bịt kín thành cho đến khi chúng di chuyển

à cho phép chất lỏng tiếp tục chạy dọc đường ống. Một tín hiệu ợc gởi ra từ máy đo mỗi khi trục rotor hoàn thành một vòng quay. Số lượng v

ể xác định lưu lượng thể tích bởi vì thể tích của các ngăn

Vinamain.com

Page 14

ở khoang chứa khi chất ần vỏ của máy ành trơn tru mà

ủa trục gắn trên mỗi ợc nhân với thể tích

ế chỗ tích cực khác, một cảm biến kiểu cánh quạt ảy qua máy đo, cánh quạt sẽ lập tức cách ly chất lỏng

ỏ của máy đo. Các cánh quạt, được gắn với ến khi chúng di chuyển

ờng ống. Một tín hiệu ợng vòng quay

ể tích của các ngăn



Các máy đo kiểu thế chỗ tích cực rất chính xác. Chúng có thể đtích hoặc một phần cũng như để đo lđo nước và khí gia đình sử dụng loạkiểu thế chỗ tích cực tiêu biểu cùng v

Do các bộ phận chuyển động của đồng hồ đo kiểu thế chỗ tích cực cần phải đbằng máy tinh vi, nó ít được lựa chọn sử dụng trong trchất lỏng có đặc tính phủ lên hay bào mòn thi

1.7. Cảm biến lưu lượng kiểu tuabin

Các cảm biến lưu lượng kiểu tuabin hoạt động theo nguyqua sẽ làm tuabin xoay với tốc độ tỷ lệ với lkhắp cánh rotor, chúng quay. Một đầu cảm biến đsẽ phát hiện được sự hiện diện của từ trhoặc trên một trong các cánh của rotor) khi nó đi qua ứng với mỗi vCảm biến từ trường sẽ gởi ra một tín hiệu xung ứng với mỗi vlượng xung trong một khoảng thời gian cho trlượng.

ểu thế chỗ tích cực rất chính xác. Chúng có thể được dùng để tính tổng thể ể đo lưu lượng thể tích của chất lỏng và khí. Các đ

ử dụng loại thế chỗ tích cực này. Hình 15 cho thấy một đồng hồ ùng với thiết bị đọc giá trị tổng.

Hình 15

ộ phận chuyển động của đồng hồ đo kiểu thế chỗ tích cực cần phải đợc lựa chọn sử dụng trong trường hợp các chất ăn mên hay bào mòn thiết bị nó tiếp xúc.

ợng kiểu tuabin

ợng kiểu tuabin hoạt động theo nguyên lý là khi một chất ới tốc độ tỷ lệ với lưu lượng chất lỏng. Khi chất lỏng đi qua

ắp cánh rotor, chúng quay. Một đầu cảm biến được gắn trên thành của tuabin, máy đo ợc sự hiện diện của từ trường nam châm vĩnh cửu (được gắn tr

ột trong các cánh của rotor) khi nó đi qua ứng với mỗi vòng quay cờng sẽ gởi ra một tín hiệu xung ứng với mỗi vòng quay c

ợng xung trong một khoảng thời gian cho trước có thể được sử dụng để xác

Vinamain.com

Page 15

ể tính tổng thể à khí. Các đồng hồ

ấy một đồng hồ

ộ phận chuyển động của đồng hồ đo kiểu thế chỗ tích cực cần phải được làm ờng hợp các chất ăn mòn hoặc các

ột chất lỏng chạy ợng chất lỏng. Khi chất lỏng đi qua

ủa tuabin, máy đo ợc gắn trên rotor

òng quay của tuabin. òng quay của tuabin. Số

ợc sử dụng để xác định lưu



Các cảm biến lưu lượng kiểu tuabin có thể đchúng được thiết kế để hoạt động trong một giới hạn ldòng chảy quá trình là gì, nó không Một bộ lọc và dòng chảy thẳng thdòng chảy là các phần của đường ống chứa nhiều miếng kim loại mỏng để buộc dchảy vào theo dạng thẳng. Để chính xác, điều quan trọng lnhất và sự hỗn loạn là nhỏ nhất khi nó tiếp xúc với tuabin.

1.8. Các cảm biến lưu lượng khối l

Các cảm biến lưu lượng khối lượng đo lđược biểu thị tiêu biểu dưới dạng poundsvới lưu lượng thể tích là thể tích trbiến này sử dụng các thay đổi về lực, phnó di chuyển qua đường ống để xác định lkhi thành phần, khối lượng riêng, áp su

Loại cảm biến này làm việc tốt nhất với các chất lỏng hoặc chất dạng vữa. Thỉnh thoảng nó cũng được sử dụng với chất khíthường không đủ độ nhạy để đo lkhối lượng riêng của nó rất thấp so với các chất lỏng.

Các cảm biến dựa vào động lực

Hầu hết các cảm biến lưu lượng khối llà lực động lực. Lực này có thể hnếu bạn cố gắng đi bộ theo đường thẳng từ tâm đến cạnh của một vđang quay.

Trong một cảm biến lưu lượng khcảm biến hình bán nguyệt hoặc htrước khi nó còn rỗng. Khi ống đ

Hình 16

ợng kiểu tuabin có thể được sử dụng với các chất lỏng vợc thiết kế để hoạt động trong một giới hạn lưu lượng xác định tr

ình là gì, nó không được lẫn các hạt có thể làm hỏng các cánh tuabin. ảy thẳng thường gắn liền với các máy đo tuabin. Thiết bị nắn thẳng

ờng ống chứa nhiều miếng kim loại mỏng để buộc dạng thẳng. Để chính xác, điều quan trọng là dòng chảy thẳng ở dạng đồng

ỏ nhất khi nó tiếp xúc với tuabin.

ợng khối lượng

ợng đo lưu lượng khối lượng thực. Lưu lượng khối lới dạng pounds-khối lượng trên đơn vị thời gian (lb/min) khác

ể tích trên đơn vị thời gian (ft3/min hoặc gal/min). Các cảm ử dụng các thay đổi về lực, phương chiều và tốc độ của chất lỏng quá tr

ờng ống để xác định lưu lượng khối lượng. Chúng chính xác ngay cả êng, áp suất, nhiệt độ của dòng chất lỏng quá tr

ệc tốt nhất với các chất lỏng hoặc chất dạng vữa. Thỉnh thoảng ợc sử dụng với chất khí áp suất cao. Các cảm biến lưu lượng khối l

ờng không đủ độ nhạy để đo lưu lượng khối lượng của dòng khí áp suủa nó rất thấp so với các chất lỏng.

ộng lực

ợng khối lượng thực được dựa vào một ảnh hưể hình dung như là lực về một phía tác động v

ờng thẳng từ tâm đến cạnh của một vòng quay ng

khối lượng dựa vào động lực, lưu lượng đi qua một ống ệt hoặc hình tròn mà nó bị dao động với biên độ v

ỗng. Khi ống được điền đầy chất lỏng, tần số và biên độ dao động giảm

Vinamain.com

Page 16

ợc sử dụng với các chất lỏng và khí, nhưng ợng xác định trước. Cho dù

ỏng các cánh tuabin. ờng gắn liền với các máy đo tuabin. Thiết bị nắn thẳng

ờng ống chứa nhiều miếng kim loại mỏng để buộc dòng ảy thẳng ở dạng đồng

ợng khối lượng ị thời gian (lb/min) khác

ặc gal/min). Các cảm ốc độ của chất lỏng quá trình khi

ợng. Chúng chính xác ngay cả ất lỏng quá trình thay đổi.

ệc tốt nhất với các chất lỏng hoặc chất dạng vữa. Thỉnh thoảng ợng khối lượng

òng khí áp suất thấp bởi vì

ưởng được gọi ực về một phía tác động vào cơ thể bạn

òng quay ngựa gỗ

ợng đi qua một ống ộ và tần số biết

ộ dao động giảm



xuống. Chất lỏng càng nặng, tần số vống dao động bị uốn cong làm chbị xoắn. Độ xoắn tăng khi lưu lưlượng.

Hình 17 trình bày cách đặt các bộ phát hiện vị trí (ví dụ đồng hồ đo lực căng) trcảm biến trong một thiết kế của một hang. Các ống cảm biến bị tách xa nhau ở một đầu do động lực và bị kéo lại gần nhau htoán nhờ các mạch điện tử từ sự dịch chuyển của ống đ

Hình 18 trình bày một thiết kế khác cũng dựa vmà chúng dao dộng rất giống với một âm thoa. Các nguồn dao động bra sai số cho các cảm biến lưu lượng khối l

ần số và biên độ càng giảm. Động lực của chất lỏng đi qua àm chất lỏng tác dụng một lực lên thành ống làm cho

ưu lượng khối lượng tăng và nó được sử dụng để đo l

ặt các bộ phát hiện vị trí (ví dụ đồng hồ đo lực căng) trảm biến trong một thiết kế của một hang. Các ống cảm biến bị tách xa nhau ở một đầu

ị kéo lại gần nhau hơn ở đầu còn lại. Lưu lượng khối lượng đử từ sự dịch chuyển của ống đã được phát hiện.

Hình 17

ột thiết kế khác cũng dựa vào động lực. Thiết kế này dùng hai ộng rất giống với một âm thoa. Các nguồn dao động bên ngoài có th

ợng khối lượng dựa vào động lực.

Vinamain.com

Page 17

ảm. Động lực của chất lỏng đi qua àm cho ống hơi

ợc sử dụng để đo lưu

ặt các bộ phát hiện vị trí (ví dụ đồng hồ đo lực căng) trên ống ảm biến trong một thiết kế của một hang. Các ống cảm biến bị tách xa nhau ở một đầu

ợng được tính

ày dùng hai ống ên ngoài có thể gây



Các cảm biến dựa vào nhiệt

Các cảm biến lưu lượng dựa vào nhisạch và hiếm khi được sử dụng với các chất lỏng. Nguymột lượng nhiệt nhỏ vào dòng quá trình và sđặc trưng của vật liệu quá trình lượng năng lượng cần thiết để làm tăng nhi10C

Ví dụ sau đây sẽ giúp bạn hình dung lưu lượng. Giả sử một phần tử nhiệt với một ngcó lưu lượng khối lượng 2lb/min. Nhiệt độ dnhiệt. Nếu lưu lượng khối lượng giảm xuống clên 40F khi nó đi qua phần tử nhiệt. Cnửa, vì thế nhiệt độ của vật liệu tăng 2 lần.

Các cảm biến lưu lượng khối lượng thực tế sử dụng một trong hai phMột phương pháp, được trình bày dụng độ thay đổi nhiệt độ tổng hợp để tính ldõi nhiệt độ của dòng quá trình (T2) theo nhiệt độ của dòng quá trình ra khlưu lượng càng lớn bởi vì cùng mmột lượng vật liệu nhiều hơn.

Hình 18

ào nhiệt hầu hết được sử dụng để đo lưu lượng của các khí ợc sử dụng với các chất lỏng. Nguyên lý hoạt động dựa tr

ào dòng quá trình và sử dụng độ thay đổi nhiệt độ vình để tính toán lưu lượng khối lượng. Nhiệt đặc tr

àm tăng nhiệt độ của mỗi đơn vị khối lượng vật chất l

ình dung được mối quan hệ giữa nhiệt đặc trưng, nhiợng. Giả sử một phần tử nhiệt với một ngõ ra cố định được đặt trong d

ợng 2lb/min. Nhiệt độ dòng quá trình tăng 20F khi nó qua ợng giảm xuống còn 1lb/min, nhiệt độ dòng quá trình s

ần tử nhiệt. Cùng lượng nhiệt đặt vào lượng vật liệu ít hế nhiệt độ của vật liệu tăng 2 lần.

ợng thực tế sử dụng một trong hai phương pháp cơ bình bày ở hình 19, là đưa vào một lượng nhiệt không đổi v

ụng độ thay đổi nhiệt độ tổng hợp để tính lưu lượng. Cảm biến nhiệt thứ nhất (Tquá trình đi vào cảm biến lưu lượng và cảm biến nhiệt độ thứ hai

òng quá trình ra khổi cảm biến lưu lượng. Nhiệt độ tăng cì cùng một lượng nhiệt sẽ làm độ tăng nhiệt độ ít h

Vinamain.com

Page 18

ợng của các khí ạt động dựa trên việc đặt

ử dụng độ thay đổi nhiệt độ và giá trị nhiệt ợng. Nhiệt đặc trưng là

ợng vật chất lên

ưng, nhiệt độ và ợc đặt trong dòng quá trình

F khi nó qua phần tử òng quá trình sẽ tăng

ợng vật liệu ít hơn một

ương pháp cơ bản. ợng nhiệt không đổi và sử

ợng. Cảm biến nhiệt thứ nhất (T1) theo ảm biến nhiệt độ thứ hai

ợng. Nhiệt độ tăng càng ít, ộ tăng nhiệt độ ít hơn đối với



Phương pháp thứ hai, trình bày trong hình 2độ sai lệch nhiệt độ giữa hai cảm biến ltính bằng cách đo lượng nhiệt cần thiết để duy tr

Hình 2

Trong các cảm biến lưu lượng khối lcảm biến không luôn luôn nằm trong dống nằm trong cảm biến. Hình 21 trình bày

Hình 19

ình bày trong hình 20, là thay đổi lượng nhiệt đầu vộ sai lệch nhiệt độ giữa hai cảm biến là không đổi. Lưu lượng khối lượng có thể đ

ợng nhiệt cần thiết để duy trì độ sai lệch nhiệt độ là không đ

Hình 20

ợng khối lượng dựa vào nhiệt thực tế, các phần tử nhiệt vảm biến không luôn luôn nằm trong dòng quá trình mà được lắp đặt trên thành c

1 trình bày một cảm biến lưu lượng khối lư

Vinamain.com

Page 19

ợng nhiệt đầu vào để giữ cho ợng có thể được

à không đổi.

ệt thực tế, các phần tử nhiệt và các ên thành của đoạn

ượng tiêu biểu.



Trong kiểu dụng cụ đo này, chỉ một phần trăm nhỏ dtrong khi phần còn lại thì chạy thẳng qua m

Nếu thành phần của dòng quá trình thay với những gì mà cảm biến lưu lưquả sai. Nếu dòng khí bị ngưng tnhiệt, nó sẽ làm sai lệch kết quả đo. Điều ncó đặc tính truyền nhiệt rất khác với chất khí.

Trong đường ống dẫn khí, lưu lưĐiển hình là, dòng chảy ở giữa nhanh hsẽ không cho kết quả chính xác toàn bcảm biến lưu lượng kiểu nhiệt đưTrong trường hợp này, các mạch điện tử xác định lbình của các cảm biến.

ỉ một phần trăm nhỏ dòng chảy quá trình đưạy thẳng qua mà không được gia nhiệt.

òng quá trình thay đổi, như vậy lượng nhiệt đặc trưng sưu lượng khối lượng đã được hiệu chuẩn, cảm biến sẽ cho kết ưng tụ và đọng lại trên các cảm biến nhiệt độ hoặc phần tử

ệch kết quả đo. Điều này xảy ra là do chất ngưng tụ là chặc tính truyền nhiệt rất khác với chất khí.

Hình 21

ưu lượng không giống nhau trên toàn bộ mặt cắt đảy ở giữa nhanh hơn ở phía thành ống, và một cảm biến

xác toàn bộ dòng chảy. Hình 22 trình bày cách mà mược đặt trong ống để cảm nhận dòng chảy tại nhiều điểm.

ạch điện tử xác định lưu lượng bằng cách tính giá

Vinamain.com

Page 20

được gia nhiệt,

ưng sẽ khác so ợc hiệu chuẩn, cảm biến sẽ cho kết

ảm biến nhiệt độ hoặc phần tử à chất lỏng và

ộ mặt cắt đường ống. ột cảm biến nhiệt đơn

2 trình bày cách mà một số ảy tại nhiều điểm.

ợng bằng cách tính giá trị trung



2. HÌNH ẢNH CÁC LOẠI CẢM BIẾN - Magnetic-Flowmeter

- Mass-Flow-Meter

Hình 22

ẢNH CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG

Vinamain.com

Page 21



- Sdgt



- vortex Flowmeters



- Mass Flowmeters



- Positive displacement Flowmeters

Positive displacement Flowmeters

Vinamain.com

Page 25



Documents

CÁC LOẠI CẢM BIẾN LƯU LƯỢNG - giacavattu.comgiacavattu.com/uploads/cac-loai-cam-bien-luu-luong-giacavattu.com.pdf · Biết được lưu lượng chính xác chỉ khi