Báo cáo do luong nang cao luu luong

NỘI DUNG BÁO CÁO TIỂU LUẬNĐO LƯỜNG NÂNG CAO

PHẦN I: Cơ Sở Lý Thuyết Cảm Biến Lưu Lượng Chọn Làm Tiểu Luận

PHẦN II: Ứng Dụng Cảm Biến Lưu Lượng Trong Ngành Cơ Khí ÔTÔ

- Chất lưu là các môi trường vật chất ở dạng lỏng hoặc khí tồn tại dưới những điều kiện nhiệt độ, áp suất và thể tích được xác định bởi các định luật nhiệt động học.

- Dưới tác dụng của lực bên ngoài, thí dụ: sự chênh lệch áp suất, chất lưu có thể chuyển động. Nghiên cứu chuyển động này là đối tượng của cơ học chất lưu.

PHẦN I: Cơ Sở Lý Thuyết Cảm Biến Lưu Lượng Chọn Làm Tiểu Luận

1.1. Lưu lượng.

- Lĩnh vực ứng dụng của chất lưu bao gồm: hàng không, khí tượng học, sinh lý học. Để đáp ứng các lĩnh vực ứng dụng đa dạng này, các cảm biến đo lưu lượng của chất lưu cũng rất đa dạng cả về cấu tạo và phương pháp đo.

1.1 Lưu lượng.

- Chuyển động của chất lưu được đặt trưng bởi dòng chảy.

- Dòng chảy có thể là một pha hoặc nhiều pha.

- Tính chất vật lý của dòng chảy tại một điểm có thể thay đổi hoặc không thay đổi theo thời gian.

1.1.1. Đặc trưng của dòng chảy

- Để thuận lợi cho việc mô tả và đặc biệt là cho việc so sánh giữa các dòng chảy khác nhau, trong cơ học chất lưu thường sử dụng các đại lượng không thứ nguyên, điều này cho phép giảm số thông số của dòng chảy.

- Trường hợp dòng chảy không nén và đẳng nhiệt:

Tức là khối lượng riêng và nhiệt độ không đổi, thì chỉ cần một thông số không thứ nguyên cũng đủ để xác định dòng chảy, đó là thông số Reynolds Re: Re = UD/v


- Thông số Reynolds Re: Re = UD/v

- U: vận tốc đặc trưng của dòng chảy.

- D: kích thước đặc trưng.

- v: độ nhớt động học.

- Trong trường hợp ống thì vận tốc trung bình của dòng chảy : U = Q/S.

Q: Lưu lượng thể tích.

S: Tiết diện ống.


- Đối với những điều kiện giới hạn hoàn toàn giống nhau về hình học, hai dòng chảy không nén và đẳng nhiệt được coi là giống nhau nếu chúng có thông số Reynolds bằng nhau.

Để thoả mãn điều kiện Re1 = Re2 thì:

U1 x D1 / v1 = U2 x D2 / v2

Như vậy, nếu biết vận tốc u1 ở điểm cách thành ống của ống thứ nhất một khoảng x1 thì có thể xác định vận tốc u2 ở thành ống của ống thứ hai một khoảng x2 = x1(D2/D1) từ biểu thức:

U1 / u1 = U2 / u2 Cũng như vậy, có thể coi u1 / U1 là hàm của số Reynolds: u1 / U1 = f(Re)


Nói một cách tổng quát, mỗi đại lượng không thứ nguyên liên quan đến dòng chảy đều có thể biểu diễn dưới dạng hàm số phụ thuộc vào số Reynolds của dòng chảy đó.

Trong trường hợp phức tạp hơn khi nhiệt độ và khối lượng riêng thay đổi, số thông số cần thiết được mô tả một đại lượng A bổ sung sẽ tăng lên. Thí dụ, với chất khí có vận tốc lớn:

A = f(Re,Ma)


Trong đó: Ma = U1/c, c = γrT là vận tốc âm

với γ = Cp / Cv (tỷ số giữa nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi và thể tích cố định, trong không khí

γ =1,4).

r là hằng số của chất khí lý tưởng và T là nhiệt độ tuyệt đối.

Trên thực tế, các cảm biến dựa trên một nguyên tắc hoạt động nhưng về kỹ thuật thì không giống nhau khi dùng cho dòng chảy là chất khí hoặc chất lỏng.


Đo lưu lượng có tầm quan trọng đặc biệt trong các mạng lưới vận chuyển chất lưu (ống dẫn khí, ống dẫn dầu) và trong mọi thiết bị công nghiệp khi cần khống chế lượng chất lưu tham gia vào các quá trình như ở lò phản ứng hoá học, nhà máy sản xuất năng lượng, động cơ đốt trong.

1.1.2. Các phương pháp đo lưu lượng

a) Lưu lượng kế điện từ:

Nguyên lýKhi cho đoạn dây M1M2 chiều dài l chuyển động

tịnh tiến trong trường cảm ứng từB với vận tốc U trong khoảng thời gian dt, có thể viết biểu thức cho các đại lượng cơ bản sau đây: Diện tích cắt: dSc = l.U sin.dt

Hoặc dưới dạng vectơ : dSc = l ^ U. dt


Từ thông bị cắt : dθc = B dSc.dt

Suất điện động cảm ứng: e = - dθc / dt = B ^ U. l Khi U vuông góc với l và B vuông góc với mặt

phẳng tạo bởi l và B ta có: e = B. l. U

Công thức này có thể tổng kết hóa cho trường hợp chất lưu dẫn điện chảy trong đường ống đường kính D có vận tốc U vuông góc với B: suất điện động cảm ứng dọc theo đường kính vuông góc với U và B có dạng:


e = B. l. U Trên thực tế vận tốc thay đổi tùy vị trí của điểm trên bán kính ống, nhưng nó phân bố quanh trục của ống, cho nên U đo được là vận tốc trung bình của dòng chảy. Trong những điều kiện như vậy, tín hiệu e tỉ lệ với lưu lượng.

Cấu tạo của cảm biến: Từ trường từ 10-3 ÷ 10-2 T được tạo ra bằng cách

dùng hai cuộn dây đặt ở hai phía đường ống. Đường ống dẫn được làm bằng vật liệu không từ tính, mặt bên trong ống được phủ chất cách điện hai điện cực lấy tín hiệu đặt ở hai đầu đường kính vuông góc với đường sức của từ trường. Các cuộn dây được nuôi bằng nguồn xoay chiều tần số 30 Hz.


Tín hiệu thu được ở đầu ra có dạng: e = UDB0 .cos(ω t + θ) Trong đó B0 là trị cực đại của cảm ứng từ B0 = Bmax ω là tần số của cảm ứng từ. Biên độ của tín hiệu tỉ lệ với U và có trị cỡ mV.


Các đặc trưng. Các chất lưu phải có độ dẫn điện không nhỏ hơn

cỡ ≈ µScm-1. Lý do là bởi vì điện trở trong của cảm biến phải nhỏ hơn rất nhiều so với điện trở vào của thiết bị đo. Phạm vi đo của lưu lượng kế điện từ là hàm của đường kính ống dẫn. Đường kính càng rộng thì giới hạn thấp và cao càng dịch chuyển về phía lưu lượng lớn.


Độ chính xác của lưu lượng kế đạt cỡ ≈ 1%. Ưu điểm của lưu lượng kế điện tử là ở chỗ việc đo

đạc không phụ thuộc vào đặc tính vật lý của chất lưu (như mật độ, độ nhớt, độ dẫn điện với điều kiện nó phải lớn hơn một vài ≈ µScm-1 ). Ngoài ra, thiết bị này có khả năng chống ăn mòn bằng cách chọn lớp phủ và kim loại điện cực thích hhợp (Ti, Pt).


b) Lưu lượng kế cơ dùng chuyển đổi điện

Lưu lượng kế loại này có cấu tạo gồm một phao nhỏ đặt trong ống thẳng đứng hình nón.

Ở trạng thái cân bằng phao chịu tác dụng của ba lực chủ yếu là lực đẩy Archimede, lực cản và trọng lượng. Trạng thái cân bằng này được biểu diễn bởi phương

trình :

Trong đó: V :là thể tích và ρ0 là khối lượng riêng của phao. U:là vận tốc và ρ là khối lượng riêng của chất lưu.

Cx : là hệ số lực cản và S là diện tích của hình chiếu

của phao trên mặt phẳng vuông góc với vận tốc U, S = D2/4. g: là gia tốc trọng trường.


Mục đích của việc đo và phát hiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc khối lượng chất lưu trong các bình chứa.

Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng. Khi đo liên tuc, biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho

biết thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa.

Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.

Vị trí của phao được xác định sao cho vận tốc của U được biểu diễn bởi biểu thức (tại điều kiện cân bằng của các lực tác dụng lên phao):


Đường kính D của ống dẫn thay đổi tuyến tính theo chiều cao z: D = D0 + az

Cho nên biểu thức của lưu lượng có dạng:

Nên sự thay đổi của đường kính ống rất nhỏ thì trên thực tế biểu thức của Q sẽ là:


Để đo lưu lượng, cách đơn giản nhất là chia độ trực tiếp trên ống thủy tinh. Để tiện xử lý kết quả đo, có thể nối phao vối một chiếc cần nhỏ có liên hệ cơ với lõi của biến thế vi sai để chuyển tín hiệu cơ thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này sẽ tỉ lệ với lưu lượng cần đo.

c. Lưu lượng kế lá chắn

Lá chắn chịu lực tác dụng của dòng chảy, trọng lượng và phản lực của lò xo. Vị trí cân bằng của lá chắn phụ thuộc vào lưu lượng của chất lưu. Tín hiệu cơ trong trường hợp này có thể chuyển thành tín hiệu điện bằng cách dùng điện kế có trục gắn liền với trục của lá chắn. Ưu điểm của lưu lượng kế dùng lá chắn là rẻ tiền và chắc chắn.

d. Lưu lượng kế khối lượng nhiệt

Các cảm biến nhiệt độ có thể là cặp nhiệt hoặc nhiệt kế điện trở. Nếu là hai điện trở nhiệt thì chúng làm thành hai nhánh kề nhau của cầu Wheatstone, hai nhánh khác là hai điện trở có giá trị không đổi. Điện áp không cân bằng trên cầu sẽ là tín hiệu đo.

Trường hợp trên hình vẽ, chức năng nung nóng và đo ∆T thực hiện bằng hai điện trở nhiệt có dòng điện đủ lớn chạy qua.

d. Lưu lượng kế khối lượng nhiệt

PHẦN II: Ứng Dụng Cảm Biến Lưu Lượng Trong Ngành Cơ Khí ÔTÔ

2.1. Cảm biến lưu lượng

Ở động cơ sử dụng bộ chế hòa khí cổ điển, lượng xăng được cung cấp qua các giclơ tùy theo sự chênh lệch áp suất trong đường ống nạp, tức là tùy theo mức độ “hút khí” của động cơ. Việc định lượng như thế sẽ không được hoàn hảo. Với Hệ Thống Phun Xăng, lưu lượng không khí thực tế nạp vào xylanh là một thông số căn bản cần được đo liên tục được xác định lượng nhiên liệu tối ưu cần cung

cấp cho động cơ.

2.1. Cảm biến lưu lượng

1 .Hệ thống phun xăng với lưu lượng kế:

Hệ Thống Phun Xăng loại này được trang bị một thiết bị đo lưu lượng cho phép đo trực tiếp thể tích hay khối lượng không khí lưu thông trong đường ống nạp. Thông tin về lưu lượng khí được cung cấp cho bộ điều khiển trung tâm dưới dạng tín hiệu điện để làm cơ sở tính toán thời gian phun.

a. Lưu lượng kế thể tích: Thiết bị này làm việc theo nguyên

tắc đo lực của dòng khí tác động lên một cửa đo quay quanh một trục lắp trên đường nạp. Góc quay của cửa phụ thuộc lưu lượng khí nạp và được xác định bởi một điện thế kế. Như vậy, thiết bị sẽ cung cấp một tín hiệu điện tỉ lệ với lưu lượng khí cho bộ điều khiển trung tâm. Để tăng độ chính xác của phép đo, người ta thường sử dụng thêm một nhiệt kế để đo nhiệt độ không khí trong quá trình nạp.

Ví dụ: Bosch L –Jetronic, Bosch Motronic.

b. Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốt nóng:

Phần tử đo là một dây platin đường kính 70µm, được căng bên trong đoạn ống đo lắp phía sau bộ lọc khí. Thành ống bên trong còn được lắp các điện trở đo và cảm biến nhiệt độ. Hai đầu ống đo có lưới bảo vệ. Các linh kiện điện tử của thiết bị được lắp trong một hộp nhỏ gắn bên ngoài ống đo.

Ví dụ: Bosch LH –Jetronic.

Hình 2.3 giới thiệu sơ đồ mạch đo dùng cầu điện trở. Dây đốt nóng có điện trở Rh là một phần của cầu đo. Cầu được giữ cân bằng thông qua một mạch đốt nóng dây nhằm duy trì nhiệt độ không đổi ( tức là điện trở của dây). Khi có lưu lượng không khí, dây đo sẽ bị làm nguội bởi dòng khí, nhiệt độ và điện trở sẽ giảm dẫn đến sự mất cân bằng trong cầu điện trở. Khi đó mạch điều chỉnh sẽ tự thay đổi cương độ dòng điện đốt nóng dây để thiết lập lại sự cân bằng ban đầu. Như vậy có một quan hệ giữa cường độ dòng điện đốt nóng dây đo và lưu lượng không khí.


Quá trình điều chỉnh này được thực hiện khá nhanh (vài ms) do dây đo có kích thước rất nhỏ. Từ đó, lưu lượng kế này có một ưu điểm quan trọng: các xung động áp suất trên đường nạp, nhất là chế độ toàn tải, tần số lớn hơn thời gian đáp ứng của cầu đo và không gây ảnh hưởng đến phép đo lưu lượng. Nhờ đó, lưu lượng kế loại này làm việc khá ổn định.

Điện áp đo Um được lấy từ điện trở đo chính xác R3. Các giá trị điện trở của dây đo và R3 được chọn sao cho cường độ dòng điện đốt nóng dây nằm trong phạm vi 500 ÷1200 mA.


c. Lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt nóng:

Thiết bị này hooạt động theo cùng một nguyên lý như loại dùng dây đốt. Tuy nhiên phần tử đo được sử dụng ở đây là các tấm có điện trở phụ thuộc nhiệt độ, cho phép tăng độ chính xác và tuổi thọ làm việc của lưu lượng kế.

Hình 2.4 trình bày sơ đồ cấu tạo của lưu lượng kế khối lượng dùng trên Hệ Thống Phun Xăng điện tử Pierburg Ecojet M. Một đoạn ống đo có lưới bảo vệ hai đầu được đặt trong đường nạp. Bên trong ống này có một ống nhỏ có dạng tiết lưu như họng khuyếch tán của bộ chế hòa khí, với hai tấm đo chế tạo từ hợp kim gốm. Một tấm đo dùng để xác định lưu lượng, còn tấm thứ hai cho phép xác định nhiệt độ khí nạp. Hai tấm đo này được mắc với hai điện trở khác đặt bên ngoài ống trong hộp riêng.


Mạch đo nhiệt độ khí với tấm đo nhiệt độ sẽ điều chỉnh dòng điện đốt nóng tấm đo lưu lượng sao cho nhiệt độ của tấm này luôn được giữ ở khoảng 1000C lớn hơn nhiệt độ không khí. Cường độ dòng điện tỉ lệ với lưu lượng khối lượng cần đo. Độ chính xác của thiết bị này khá cao, khoảng 2%.

Hãng Bosch cũng đưa ra một lưu lượng kế tương tự, nhưng tấm đo được đặt ở một khu vực tiết lưu phụ. Kết

cấu này cho phép bảo vệ thiết bị đo tránh hiện tượng cháy ngược lên đường nạp khi có trục trặc về góc đánh lửa sớm. Ngoài ra, khả năng bụi bám bẩn tấm đo được giảm bớt vì chỉ có một phần khí nạp đi qua khu vực đo.


Các điểm hạn chế của Hệ Thống Phun Xăng kiểu lưu lượng kế là:

-Hệ thống nạp phải thật kín. -Tăng sức cản trên đường nạp (với loại lưu lượng

kế thể tích). -Việc tính toán lưu lượng dễ bị sai số do tính chất

dao động áp suất trên đường nạp, nhất là động cơ ít xylanh, làm việc ở các chế độ tải nhỏ.

-Giá thành chế tạo, điều chỉnh bảo dưỡng lưu lượng kế cao.


2 .2 Hệ thống phun xăng với lưu lượng kế dùng hiệu ứng Karman.

Nguyên tắc chung của loại thiết bị đo này là tạo ra những vòng xoáy lốc của không khí trong đường nạp ở khu vực đo. Tần số của các chuyển động xoáy lốc tỉ lệ với lưu lượng không khí và sẽ được xác định bởi một thiết bị dùng sóng siêu âm hoặc một cảm biến áp

suất.

1. Lưu lượng kế kiểu Karman – vortex (dùng sóng siêu âm)

Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị này được trình bày trên hình 2.5.

Không khí nạp trước khi đi vào khu vực đo được đưa qua một bộ phận hướng dòng dòng tổ ong, có tác dụng làm đồng nhất dòng chảy tránh các chuyển động rối hoặc xoáy lốc ban đầu làm ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.

1. Lưu lượng kế kiểu Karman – vortex (dùng sóng siêu âm)

Tiếp đó, dòng khí nạp sẽ được chia thành hai luồng nhờ một bộ phận phân dòng có tiết diện tam giác đặt ở giữa ống nạp. Dưới tác dụng của tấm phân dòng này, các vòng xoáy Karman sẽ được luân phiên tạo ra ở hai bên tấm, với chiều xoáy ngược nhau. Số lượng các vòng xoáy được tạo ra tỉ lệ với tốc độ dòng khí qua khu vực đo .

Một máy phát đặt ở thành ống nạp sẽ phát sóng siêu âm có tần số xác định theo hướng vuông góc với dòng khí (hướng kính của ống). Một thiết bị lắp ở thành ống đối diện sẽ tiếp nhận các sóng truyền tới và gửi tín hiệu đo đến bộ xử lý điều khiển trung tâm.

Khi chưa có dòng chảy không khí, tức là khi chưa có các chuyển động xoáy Karman, thời gian lan truyền của sóng siêu âm qua ống là không đổi. Ngược lại sự có mặt của các vòng xoáy không khí sẽ làm tăng hoặc giảm tốc độ lan truyền của sóng qua ống, tùy theo chiều xoáy

Như vậy thời gian lan truyền sóng từ máy phát đến máy thu sẽ có dạng hình sin. Mạch đo sẽ gửi một xung vuông đến bộ xử lý điều khiển trung tâm mỗi khi tín hiệu hình sin đi qua một cực tiểu. Tần số các xung vuông tỉ lệ với lưu lượng khí nạp, sẽ được xử lý để xác định thời gian phun xăng.

Tương tự như kiểu dùng sóng siêu âm, ở đây các dòng xoáy Karman đi theo rãnh hướng làm rung một gương mỏng được phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo - transistor. Như vậy, tần số đóng mở của transistor này sẽ thay đổi theo lưu lượng khí nạp và được gửi về ECU để xác định lượng xăng phun cần thiết.

2. Lưu lượng kế kiểu Karman – quang

NỘI DUNG BÁO CÁO TIỂU LUẬNĐO LƯỜNG NÂNG CAO

CHÂN THÀNH CẢM ƠN !

Education

Báo cáo do luong nang cao luu luong