Đo lường - cảm biến
Cảm biến đo lưu lượng, vận tốc lưu chất và mức
Nội dung
• Đo lưu lượng bằng phương pháp đếm • Đo lưu lượng bằng chênh lệch áp suất • Đo tốc độ gió • Đo mức bằng phao • Đo mức bằng cảm biến điện dung • Đo mức bằng cảm biến siêu âm và quang
Đo lường – Cảm biến
Đo lưu lượng bằng phương pháp đếm
Đo lường – Cảm biến
Nguyên lý: đếm trực tiếp số lượng thể tích chất lỏng đi qua buồng chứa có thể tích biết trước. Khi chất lỏng đi vào buồng sẽ tác động làm quay bánh răng, đồng thời tác động đến cơ cấu đếm.
Đo lưu lượng bằng phao
Đo lường – Cảm biến
Rotameter: Dùng đo lưu lượng của khí hay chất lỏng, gồm 1 ống thủy tinh đặt đứng chứa một phao. Phao sẽ được nâng lên tỉ lệ với vận tốc lưu chất.
Đo lường – Cảm biến
Độ dịch chuyển của phao (hoặc nút) có thể được đo bởi cảm biến đo dịch chuyển
Đo lưu lượng bằng chênh lệch áp suất
Phương trình Bernoulli cho đường ống nằm ngang như hình:
Định luật bảo toàn khối lượng
Đo lường – Cảm biến
Lưu lượng chất lỏng:
Có 4 loại:
Đo lường – Cảm biến
Lưu lượng
• Một đồng hồ dạng Venturi có K = 0.008 m4N-0.5s-1. Tính lưu
lượng chất lỏng khi chênh lệch áp suất p = 180 Pa
• Một đồng hồ dạng Orifice có K = 0.004 m4N-0.5s-1. Tính lưu lượng chất lỏng khi chênh lệch áp suất đo được là 200 Pa
Đo lường – Cảm biến
K: hằng số đồng hồ
Đo lưu lượng bằng turbine hoặc cánh quạt
Nguyên lý: Phần tử cảm nhận là một rotor hướng trục, được đặt để quay do dòng chất lỏng đi qua.
Số vòng quay trong một đơn vị thời gian: n = k.v Trong đó, k là hệ số tỉ lệ và v là tốc độ dòng chảy qua tiết diện A. Lưu lượng bằng: Q = A.v
Đo lường – Cảm biến
Số vòng quay có thể được đo bằng cảm biến đo tốc độ (ví dụ, máy phát tốc)
Đo tốc độ gió
Đo lường – Cảm biến
Đo mức bằng phao
Đo lường – Cảm biến
Phao có chứa nam châm, sẽ tác động vào tiếp điểm trong ống dẫn hướng. Có thể đặt nhiều tiếp điểm trong ống để đo nhiều mức khác nhau.
Đo mức bằng cảm biến điện dung
Nguyên lý: Một điện cực cách điện được nhúng vào chất lỏng. Điện dung giữa thanh dẫn bên trong điện cực và thành bồn được đo về thay đổi theo mức chất lỏng (a) (b) Công tắc mức dạng điện dung
Đo lường – Cảm biến
Đo mức bằng cảm biến điện dung
Quan hệ giữa điện dung và mức L:
Nếu chất lỏng có độ dẫn điện cao, ta có thể đơn giản công thức trên:
Đo lường – Cảm biến
là hằng số điện môi 0 là hằng số điện môi chân không
Đo mức bằng siêu âm và quang
Sóng siêu âm được phản xạ tại bề mặt chất lỏng. Thời gian trễ được đo giữa lúc phát và nhận tín hiệu
Đo lường – Cảm biến
Bài tập
1 Psi = 6894.75729 Pa
Quan hệ giữa vận tốc v và sai lệch áp suất (đồng hồ dạng orifice)
Tính chất của chất lỏng: Mật độ chất lỏng = 1000 kg/m3 Đường kính ống (A1): 1cm Đường kính vòi (A2): 0.5cm Lưu lượng tối đa: 0.2 lít/giây (0.0002 m3/s)
Đo lường – Cảm biến
a/ Thiết kế 1 cảm biến dùng đồng hồ dạng orifice với tầm ngõ ra 0-5V để đo lưu lượng chất lỏng trên? Dùng cảm biến áp suất tầm đo 10psi/250mV b/ Ngõ ra bằng bao nhiêu tại ½ lưu lượng cực đại?
Bài tập
Thiết kế mạch điện đo lưu lượng chất lỏng, tầm đo 0V (lưu lượng min) tới 5V (lưu lượng max)
1 fluid ounce = 29.57 ml Dùng máy phát tốc, tầm đo 2.4V/1000rpm
Thiết kế mạch điện đo lưu lượng chất lỏng dùng ống dạng piot, tầm đo 0V (lưu lượng min) tới 5V (lưu lượng max)
Đo lường – Cảm biến
Dùng cảm biến áp suất, tầm đo 10psi/250mV
