Cảm biến - Chương 9 : Cảm biến đo lưu lượng Và Mức chấT lưu

Chia sẻ: Trần Thanh Phương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

802
lượt xem 241
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lưu lượng và đơn vị đo Lưu lượng chất lưu là lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang của ống trong một đơn vị thời gian. Tuỳ theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích hoặc khối lượng) người ta phân biệt: ư Lưu lượng thể tích (Q) tính bằng m3/s, m3/giờ ... ư Lưu lượng khối (G) tính bằng kg/s, kg/giờ ... Lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Cảm biến - Chương 9 : Cảm biến đo lưu lượng Và Mức chấT lưu

Ch−¬ng IX C¶m biÕn ®o l−u l−îng Vµ MøC CHÊT l−u 9.1. C¶m biÕn ®o l−u l−îng 9.1.1. L−u l−îng vµ ®¬n vÞ ®o L−u l−îng chÊt l−u lµ l−îng chÊt l−u ch¶y qua tiÕt diÖn ngang cña èng trong mét ®¬n vÞ thêi gian. Tuú theo ®¬n vÞ tÝnh l−îng chÊt l−u (theo thÓ tÝch hoÆc khèi l−îng) ng−êi ta ph©n biÖt: - L−u l−îng thÓ tÝch (Q) tÝnh b»ng m3/s, m3/giê ... - L−u l−îng khèi (G) tÝnh b»ng kg/s, kg/giê ... L−u l−îng trung b×nh trong kho¶ng thêi gian ∆t = t2 - t1 x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc: ∆V ∆m Q tb = hoÆc G tb = (9.1) ∆t ∆t Trong ®ã ∆V, ∆m lµ thÓ tÝch vµ khèi l−îng chÊt l−u ch¶y qua èng trong thêi kho¶ng gian kh¶o s¸t. L−u l−îng tøc thêi x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: dV dm Q= G= hoÆc (9.2) dt dt §Ó ®o l−u l−îng ng−êi ta dïng c¸c l−u l−îng kÕ. Tuú thuéc vµo tÝnh chÊt chÊt l−u, yªu cÇu c«ng nghÖ, ng−êi ta sö dông c¸c l−u l−îng kÕ kh¸c nhau. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c l−u l−îng kÕ dùa trªn c¬ së: - §Õm trùc tiÕp thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ trong mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh ∆t. - §o vËn tèc chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ khi l−u l−îng lµ hµm cña vËn tèc. - §o ®é gi¶m ¸p qua tiÕt diÖn thu hÑp trªn dßng ch¶y, l−u l−îng lµ hµm phô thuéc ®é gi¶m ¸p. TÝn hiÖu ®o biÕn ®æi trùc tiÕp thµnh tÝn hiÖu ®iÖn hoÆc nhê bé chuyÓn ®æi ®iÖn thÝch hîp. 9.1.2. C«ng t¬ thÓ tÝch C«ng t¬ thÓ tÝch ®o thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ b»ng c¸c ®Õm trùc tiÕp l−îng thÓ tÝch ®i qua buång chøa cã thÓ tÝch x¸c ®Þnh cña c«ng t¬. S¬ ®å nguyªn lý cña c«ng t¬ thÓ tÝch kiÓu b¸nh r¨ng h×nh «van tr×nh bµy trªn h×nh 9.1. - 142 -
C«ngt¬ gåm hai b¸nh r¨ng h×nh «van (1) vµ (2) truyÒn ®éng ¨n khíp víi nhau (h×nh 9.1a). D−íi t¸c ®éng cña dßng chÊt láng, b¸nh r¨ng (2) quay vµ truyÒn chuyÓn ®éng tíi b¸nh r¨ng (1) (h×nh 9.1b) cho ®Õn lóc b¸nh r¨ng (2) ë vÞ trÝ th¼ng ®øng, b¸nh r¨ng (1) n»m ngang. ChÊt láng trong thÓ tÝch V1 ®−îc ®Èy sang cöa ra. Sau ®ã b¸nh r¨ng (1) quay vµ qu¸ tr×nh t−¬ng tù lÆp l¹i, thÓ tÝch chÊt láng trong buång V2 ®−îc ®Èy sang cöa ra. Trong mét vßng quay cña c«ngt¬ thÓ tÝch chÊt láng qua c«ngt¬ b»ng bèn lÇn thÓ tÝch V0 (b»ng V1 hoÆc V2). Trôc cña mét trong hai b¸nh r¨ng liªn kÕt víi c¬ cÊu ®Õm ®Æt ngoµi c«ngt¬. V2 1 2 V1 a) c) b) H×nh 9.1 S¬ ®å nguyªn lý c«ng t¬ thÓ tÝch ThÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ngt¬ trong thêi gian ∆t = t2 - t1 tØ lÖ víi sè vßng quay x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: ∆V = q v (N 2 − N 1 ) (9.3) Trong ®ã: qV - thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ øng víi mét vßng quay. N1, N2 - tæng sè vßng quay cña c«ng t¬ t¹i thêi ®iÓm t1 vµ t2. Th«ng th−êng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng: ∆V = q c (N c 2 − N c1 ) (9.4) qc - hÖ sè c«ng t¬ (thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ øng víi mét ®¬n vÞ chØ thÞ trªn c«ng t¬). Nc1, Nc2 - sè trªn chØ thÞ c«ng t¬ t¹i thêi ®iÓm t1 vµ t2. L−u l−îng trung b×nh: ∆V q v (N 2 − N 1 ) Q tb = = (9.5) ∆t t 2 − t1 L−u l−îng tøc thêi: - 143 -
dV dN Q= = qv = qvn (9.6) dt dt dN Víi n = lµ tèc ®é quay trªn trôc c«ng t¬. dt §Ó ®Õm sè vßng quay vµ chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ng−êi ta dïng mét trong ba c¸ch d−íi ®©y: - Dïng mét nam ch©m nhá g¾n trªn trôc quay cña cña c«ng t¬, khi nam ch©m ®i qua mét cuén d©y ®Æt cè ®Þnh sÏ t¹o ra xung ®iÖn. §Õm sè xung ®iÖn theo thêi gian sÏ tÝnh ®−îc tèc ®é quay cña trôc c«ng t¬. - Dïng tèc ®é kÕ quang. - Dïng m¹ch ®o thÝch hîp ®Ó ®o tÇn sè hoÆc ®iÖn ¸p. Giíi h¹n ®o cña c«ng t¬ lo¹i nµy tõ 0,01 - 250 m3/giê, ®é chÝnh x¸c cao ±(0,5 - 1)%, tæn thÊt ¸p suÊt nhá nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ chÊt láng ®o ph¶i ®−îc läc tèt vµ g©y ån khi lµm viÖc. §Ó ®o l−u l−îng dßng khÝ ng−êi ta sö dông c«ng t¬ khÝ kiÓu quay. C«ng t¬ (h×nh 9.2) gåm vá h×nh trô (1), c¸c c¸nh (2,4,7,8), 1 tang quay (3) vµ cam (6). Khi c¸nh (4) ë vÞ 8 2 trÝ nh− h×nh vÏ , ¸p suÊt chÊt khÝ t¸c ®éng 3 7 lªn c¸nh lµm cho tang (3) quay. Trong qu¸ 4 tr×nh quay c¸c c¸nh lu«n tiÕp xóc víi mÆt 5 6 H×nh 9.2 C«ng t¬ khÝ kiÓu quay ngoµi cam (6) nhê c¸c con l¨n (5). Trong 1) Vá 2, 4,7&8) C¸nh 3) Tang mét vßng quay thÓ tÝch chÊt khÝ b»ng thÓ quay 5) Con l¨n 6) Cam tÝch vµnh chÊt khÝ gi÷a vá vµ tang. ChuyÓn ®éng quay cña tang ®−îc truyÒn ®Õn c¬ cÊu ®Õm ®Æt bªn ngoµi vá c«ng t¬. C«ng t¬ khÝ kiÓu quay cã thÓ ®o l−u l−îng ®Õn 100 - 300 m3/giê, cÊp chÝnh x¸c 0,25; 0,5. 9.1.3. C«ng t¬ tèc ®é H×nh 9.3 tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o cña mét c«ng t¬ tèc ®é tuabin h−íng trôc. Bé phËn chÝnh cña c«ng t¬ lµ mét tuabin h−íng trôc nhá (2) ®Æt theo chiÒu chuyÓn ®éng cña dßng ch¶y. Tr−íc tuabin cã ®Æt bé chØnh dßng ch¶y (1) ®Ó san ph¼ng dßng rèi vµ lo¹i bá xo¸y. ChuyÓn ®éng quay cña tuabin qua bé b¸nh r¨ng - trôc vÝt (3) truyÒn tíi thiÕt bÞ ®Õm (4). - 144 -
4 2 1 3 H×nh 9.3 S¬ ®å cÊu t¹o c«ng t¬ tèc ®é tuabin h−íng trôc 1) Bé chØnh dßng ch¶y 2) Tuabin 3) Bé truyÒn b¸nh r¨ng-trôc vÝt 4) ThiÕt bÞ ®Õm Tèc ®é quay cña c«ng t¬ tØ lÖ víi tèc ®é dßng ch¶y: n = kW Trong ®ã: k - hÖ sè tØ lÖ phô thuéc cÊu t¹o c«ng t¬. W- tèc ®é dßng ch¶y. L−u l−îng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬: F Q = WF = n (9.7) k Víi: F - tiÕt diÖn dßng ch¶y. n - tèc ®é quay cña tuabin (sè vßng quay trong mét gi©y). NÕu dïng c¬ cÊu ®Õm ®Ó ®Õm tæng sè vßng quay cña c«ng t¬ trong mét kho¶ng thêi gian tõ t1 ®Õn t2 sÏ nhËn ®−îc thÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua c«ng t¬: F dV = dQdt = ndt k F t2 V= ∫ ndt k t1 Hay: (N 2 − N1 ) F V= (9.8) k F t2 Víi N 2 − N1 = ∫ ndt k t1 - 145 -
C«ng t¬ tèc ®é tuabin h−íng trôc víi ®−êng kÝnh tuabin tõ 50 - 300 mm cã ph¹m vi ®o tõ 50 - 300 m3/giê, cÊp chÝnh x¸c 1; 1,5; 2. §Ó ®o l−u l−îng nhá ng−êi ta dïng c«ng t¬ tèc ®é kiÓu tiÕp tuyÕn cã s¬ ®å cÊu t¹o nh− h×nh 9.4. Tuabin c«ng t¬ (1) ®Æt trªn trôc quay vu«ng gãc víi dßng ch¶y. ChÊt l−u qua mµng läc (2) qua èng dÉn (3) vµo c«ng t¬ theo h−íng tiÕp tuyÕn víi tuabin lµm quay tuabin. C¬ cÊu ®Õm liªn kÕt víi trôc tuabin ®Ó ®−a tÝn hiÖu ®Õn m¹ch ®o. 1 2 3 H×nh 9.4 C«ng t¬ tèc ®é kiÓu tuabin tiÕp tuyÕn 1) Tuabin 2) Mµng läc 3) èng dÉn C«ng t¬ kiÓu tiÕp tuyÕn víi ®−êng kÝnh tuabin tõ 15 - 40 mm cã ph¹m vi ®o tõ 3 - 20 m3/giê, cÊp chÝnh x¸c 2; 3. 9.1.4. L−u l−îng kÕ mµng ch¾n a) Nguyªn lý ®o C¸c c¶m biÕn lo¹i nµy ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c ®o ®é gi¶m ¸p suÊt cña dßng ch¶y khi ®i qua mµng ng¨n cã lç thu hÑp. Trªn h×nh 9.5 tr×nh bµy s¬ ®å nguyªn lý ®o l−u l−îng dïng mµng ng¨n tiªu chuÈn. Khi ch¶y qua lç thu hÑp cña mµng ng¨n, vËn tèc chÊt l−u t¨ng lªn vµ ®¹t cùc ®¹i (W2) t¹i tiÕt diÖn B-B, do ®ã t¹o ra sù chªnh ¸p tr−íc vµ sau lç thu hÑp. Sö dông mét ¸p kÕ vi sai ®o ®é chªnh ¸p nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc l−u l−îng cña dßng ch¶y. Gi¶ sö chÊt láng kh«ng bÞ nÐn, vµ dßng ch¶y lµ liªn tôc, vËn tèc cùc ®¹i cña dßng ch¶y t¹i tiÕt diÖn B-B ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: (p1 − p 2 ) 1 2 W2 = ρ ξ−µ m 2 2 Trong ®ã: p1’, p2’ - ¸p suÊt tÜnh t¹i tiÕt diÖn A-A vµ B-B. ρ - tØ träng chÊt l−u. - 146 -
ξ - hÖ sè tæn thÊt thuû lùc. m - tØ sè thu hÑp cña mµng ng¨n, m = F0/F1. µ - hÖ sè thu hÑp dßng ch¶y, µ = F2/F0. B F2 F0 F1 A C W1 W2 p’1 p’2 ∆p δp p ’1 p3’ p1 p2 p’ 2 w2 w3 w1 H×nh 9.5 Ph©n bè v©n tèc vµ ¸p suÊt cña mét dßng ch¶y lý t−ëng qua lç thu hÑp Th−êng ng−êi ta kh«ng ®o ®é gi¶m ¸p ∆p’ = p’1 - p’2 ë tiÕt diÖn A-A vµ B-B, mµ ®o ®é gi¶m ¸p ∆p = p1 - p2 ngay tr−íc vµ sau lç thu hÑp. Quan hÖ gi÷a ∆p’ vµ ∆p cã d¹ng: p 1 − p '2 = ψ p 1 − p 2 ' Khi ®ã: ψ (p1 − p 2 ) 2 W2 = ρ ξ − µ2 m 2 vµ l−u l−îng khèi l−îng cña chÊt l−u: µψ F0 2ρ(p 1 − p 2 ) G = W2 F2 ρ = W2 µF0 ρ = ξ−µ m 2 2 Hay: G = αF0 2ρ(p 1 − p 2 ) (9.9) µψ Víi α = gäi lµ hÖ sè l−u l−îng. ξ−µ m 2 2 - 147 -
Tõ c¸c biÓu thøc trªn vµ F0 = πd2/4, ta nhËn ®−îc c«ng thøc x¸c ®Þnh l−u l−îng khèi (G) vµ l−u l−îng thÓ tÝch (Q) cña dßng chÊt l−u: πd 2 2ρ(p 1 − p 2 ) G=α (9.10) 4 πd 2 (p1 − p 2 ) 2 Q=α (9.11) ρ 4 Trong tr−êng hîp m«i tr−êng chÊt l−u chÞu nÐn, th× khi ¸p suÊt gi¶m, chÊt l−u gi¶n në, lµm t¨ng tèc ®é dßng ch¶y so víi khi kh«ng chÞu nÐn, do ®ã ph¶i ®−a thªm vµo hÖ sè hiÖu chØnh ε (ε < 1), khi ®ã c¸c ph−¬ng tr×nh trªn cã d¹ng: G = cαε ρ(p 1 − p 2 ) (9.12) (p1 − p 2 ) 1 Q = cαε (9.13) ρ ë ®©y: ( ) c = π 2 / 4 lµ h»ng sè. ρ - tØ träng chÊt l−u t¹i cöa vµo cña lç thu hÑp. §èi víi c¸c dßng chÊt l−u cã trÞ sè Reynol nhá h¬n gi¸ trÞ tíi h¹n, khi ®o kh«ng thÓ dïng mµng ng¨n lç thu hÑp tiªu chuÈn v× khi ®ã hÖ sè l−u l−îng kh«ng ph¶i lµ h»ng sè. Trong tr−êng hîp nµy, ng−êi ta dïng c¸c mµng ng¨n cã lç thu hÑp ®Æc biÖt nh− mµng ng¨n cã lç c«n (h×nh 9.6a), gicl¬ h×nh trô (h×nh 9.6b), gicl¬ cong (h×nh 9.6c) ... Trªn c¬ së thùc nghiÖm ng−êi ta x¸c ®Þnh hÖ sè l−u l−îng cho mçi lç thu hÑp vµ xem nh− kh«ng ®æi trong ph¹m vi sè Reynol giíi h¹n. c) b) a) H×nh 9.6 CÊu t¹o mµng ng¨n lç thu hÑp ®Æc biÖt dïng ®Ó ®o l−u l−îng dßng ch¶y chÊt l−u cã sè Reynol nhá - 148 -
b) S¬ ®å hÖ thèng ®o Tuú theo yªu cÇu sö dông, ng−êi ta cã thÓ sö dông hÖ thèng ®o thÝch hîp. Trªn h×nh 9.7 tr×nh bµy s¬ ®å khèi cña mét sè hÖ thèng ®o dïng mµng ch¾n. 1 1 1 Q Q Q 5 8 3 3 2 4 4 7 6 a) b) c) 1 1 Q Q 9 12 3 9 10 11 3 4 4 7 7 6 6 ®) d) H×nh 9.7 S¬ ®å hÖ thèng ®o l−u l−îng dïng mµng ng¨n 1) Mµng ng¨n 2) L−u l−îng kÕ vi sai 3) Bé biÕn ®æi ®é gi¶m ¸p 4) Dông cô ®o thø cÊp 5) Bé tÝch ph©n l−u l−îng 6) Dông cô tÝnh khèi l−îng chÊt l−u 7) ThiÕt bÞ tÝnh to¸n 8) BiÕn ®æi tØ träng chÊt l−u trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc 9) Bé biÕn ®æi nhiÖt ®é 10) Bé biÕn ®æi ¸p suÊt 11) Bé biÕn ®æi tØ träng trong ®iÒu kiÖn ®Þnh møc 12) Bé biÕn ®æi tØ träng chÊt l−u ë 20oC 9.1.5. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ Nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ dùa trªn ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ: khi cã mét d©y dÉn chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng, c¾t c¸c ®−êng søc cña tõ tr−êng th× trong d©y dÉn xuÊt hiÖn mét suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng tØ lÖ víi tèc ®é chuyÓn ®éng cña d©y dÉn. S¬ ®å nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ biÓu diÔn trªn h×nh 9.8. 5 2 N S 3 4 1 H×nh 9.8 S¬ ®å l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ 1 & 2) §iÖn cùc 3) èng kim lo¹i 4) Miliv«n kÕ 5) Nam ch©m - 149 -
L−u l−îng kÕ gåm èng kim lo¹i kh«ng tõ tÝnh (3) bªn trong cã phñ líp vËt liÖu c¸ch ®iÖn (s¬n ªmay, thuû tinh h÷u c¬) ®Æt gi÷a hai cùc cña mét nam ch©m (5) sao cho trôc èng vu«ng gãc víi ®−êng søc cña tõ tr−êng. Trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi ®−êng søc, cã hai ®iÖn cùc (1) vµ (2) ®−îc nèi víi miliv«n kÕ (4). Khi chÊt l−u cã tÝnh dÉn ®iÖn ch¶y qua èng, trong chÊt l−u xuÊt hiÖn mét suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng (E) : 4B E = BWD = (9.14) Q πD Trong ®ã: B - c−êng ®é tõ tr−êng. W- tèc ®é trung b×nh cña dßng ch¶y. D - ®−êng kÝnh trong cña èng. Q - l−u l−îng thÓ tÝch cña chÊt l−u. Khi B = const th× E søc ®iÖn ®éng c¶m øng tØ lÖ víi l−u l−îng thÓ tÝch Q. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ víi tõ tr−êng kh«ng ®æi cã nh−îc ®iÓm lµ trªn c¸c cùc xuÊt hiÖn c¸c søc ®iÖn ®éng phô (do ph©n cùc) lµm sai lÖch kÕt qu¶ ®o. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm trªn, ng−êi ta dïng l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ dïng nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu, tuy nhiªn tõ tr−êng xoay chiÒu l¹i lµm mÐo tÝn hiÖu ra. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ ®−îc dïng ®Ó ®o l−u l−îng cña chÊt láng cã ®é dÉn ®iÖn kh«ng nhá h¬n 10-5 - 10-6 Simen/m. Chóng cã −u ®iÓm: ®o l−u l−îng kh«ng cÇn ph¶i ®o tØ träng chÊt láng, c¸c phÇn tö h¹t, bät khÝ vµ t¸c ®éng cña m«i tr−êng (nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt, ...) nÕu chóng kh«ng lµm thay ®æi ®é dÉn ®iÖn cña chÊt l−u sÏ kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn kÕt qu¶ ®o. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ víi ®−êng kÝnh èng tõ 10 - 1.000 mm cã thÓ ®o l−u l−îng trong tõ 1 - 2.500 m3/giê víi vËn tèc dßng ch¶y tõ 0,6 - 10 m/s víi cÊp chÝnh x¸c 1; 2,5. 9.2. C¶m biÕn ®o vµ ph¸t hiÖn møc chÊt l−u 9.2.1. Môc ®Ých vµ ph−¬ng ph¸p ®o Môc ®Ých viÖc ®o vµ phÊt hiÖn møc chÊt l−u lµ x¸c ®Þnh møc ®é hoÆc khèi l−îng chÊt l−u trong b×nh chøa. Cã hai d¹ng ®o: ®o liªn tôc vµ x¸c ®Þnh theo ng−ìng. - 150 -
Khi ®o liªn tôc biªn ®é hoÆc tÇn sè cña tÝn hiÖu ®o cho biÕt thÓ tÝch chÊt l−u cßn l¹i trong b×nh chøa. Khi x¸c ®Þnh theo ng−ìng, c¶m biÕn ®−a ra tÝn hiÖu d¹ng nhÞ ph©n cho biÕt th«ng tin vÒ t×nh tr¹ng hiÖn t¹i møc ng−ìng cã ®¹t hay kh«ng. Cã ba ph−¬ng ph¸p hay dïng trong kü thuËt ®o vµ ph¸t hiÖn møc chÊt l−u: - Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh dïng biÕn ®æi ®iÖn. - Ph−¬ng ph¸p ®iÖn dùa trªn tÝnh chÊt ®iÖn cña chÊt l−u. - Ph−¬ng ph¸p bøc x¹ dùa trªn sù t−¬ng t¸c gi÷a bøc x¹ vµ chÊt l−u. 9.2.2. Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh dïng ®Ó ®o møc chÊt l−u trong b×nh chøa. Trªn h×nh 9.9 giíi thiÖu mét sè s¬ ®å ®o møc b»ng ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh. 2 2 34 6 p0 1 h 5 1 h 1 H×nh 9.9 S¬ ®å ®o møc theo ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh a) Dïng phao cÇu b) Dïng phao trô c) Dïng c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai Trong s¬ ®å h×nh 9.9a, phao (1) næi trªn mÆt chÊt l−u ®−îc nèi víi ®èi träng (5) b»ng d©y mÒm (2) qua c¸c rßng räc (3), (4). Khi møc chÊt l−u thay ®æi, phao (1) n©ng lªn hoÆc h¹ xuèng lµm quay rßng räc (4), mét c¶m biÕn vÞ trÝ g¾n víi trôc quay cña rßng räc sÏ cho tÝn hiÖu tØ lÖ víi møc chÊt l−u. Trong s¬ ®å h×nh 9.9b, phao h×nh trô (1) nhóng ch×m trong chÊt l−u, phÝa trªn ®−îc treo bëi mét c¶m biÕn ®o lùc (2). Trong qu¸ tr×nh ®o, c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng cña mét lùc F tØ lÖ víi chiÒu cao chÊt l−u: F = P − ρgSh Trong ®ã: P - träng l−îng phao. h - chiÒu cao phÇn ngËp trong chÊt l−u cña phao. S - tiÕt diÖn mÆt c¾t ngang cña phao. ρ - khèi l−îng riªng cña chÊt l−u. - 151 -
g - gia tèc träng tr−êng. Trªn s¬ ®å h×nh 9.9c, sö dông mét c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai d¹ng mµng (1) ®Æt s¸t ®¸y b×nh chøa. Mét mÆt cña mµng c¶m biÕn chÞu ¸p suÊt chÊt l−u g©y ra: p = p 0 + ρgh MÆt kh¸c cña mµng c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng cña ¸p suÊt p0 b»ng ¸p suÊt ë ®Ønh b×nh chøa. Chªnh lÖch ¸p suÊt p - p0 sinh ra lùc t¸c dông lªn mµng cña c¶m biÕn lµm nã biÕn d¹ng. BiÕn d¹ng cña mµng tØ lÖ víi chiÒu cao h cña chÊt l−u trong b×nh chøa, ®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn nhê c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn thÝch hîp. 9.2.3. Ph−¬ng ph¸p ®iÖn C¸c c¶m biÕn ®o møc b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c chuyÓn ®æi trùc tiÕp biÕn thiªn møc chÊt láng thµnh tÝn hiÖu ®iÖn dùa vµo tÝnh chÊt ®iÖn cña chÊt l−u. C¸c c¶m biÕn th−êng dïng lµ c¶m biÕn dé dÉn vµ c¶m biÕn ®iÖn dung. a) C¶m biÕn ®é dÉn C¸c c¶m biÕn lo¹i nµy dïng ®Ó ®o møc c¸c chÊt l−u cã tÝnh dÉn ®iÖn (®é dÉn ®iÖn ~ 50µScm-1). Trªn h×nh 9.10 giíi thiÖu mét sè c¶m biÕn ®é dÉn ®o møc th«ng dông. h h hmin c) a) b) H×nh 9.10 C¶m biÕn ®é dÉn a) C¶m biÕn hai ®iÖn cùc b) C¶m biÕn mét ®iÖn cùc c) C¶m biÕn ph¸t hiÖn møc S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10a gåm hai ®iÖn cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng dÉn ®iÖn. Trong chÕ ®é ®o liªn tôc, c¸c ®iÖn cùc ®−îc nèi víi nguån nu«i xoay chiÒu ~ 10V (®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ph©n cùc cña c¸c ®iÖn cùc). Dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c ®iÖn cùc cã biªn ®é tØ lÖ víi chiÒu dµi cña phÇn ®iÖn cùc nhóng ch×m trong chÊt láng. S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10b chØ sö dông mét ®iÖn cùc, ®iÖn cùc thø hai lµ b×nh chøa b»ng kim lo¹i. - 152 -
S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10c dïng ®Ó ph¸t hiÖn ng−ìng, gåm hai ®iÖn cùc ng¾n ®Æt theo ph−¬ng ngang, ®iÖn cùc cßn l¹i nèi víi thµnh b×nh kim lo¹i,vÞ trÝ mçi ®iÖn cùc ng¾n øng víi mét møc ng−ìng. Khi møc chÊt láng ®¹t tíi ®iÖn cùc, dßng ®iÖn trong m¹ch thay ®æi m¹nh vÒ biªn ®é. b) C¶m biÕn tô ®iÖn Khi chÊt láng lµ chÊt c¸ch ®iÖn, cã thÓ t¹o tô ®iÖn b»ng hai ®iÖn cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng hoÆc mét ®iÖn cùc kÕt hîp víi ®iÖn cùc thø hai lµ thµnh b×nh chøa nÕu thµnh b×nh lµm b»ng kim lo¹i. ChÊt ®iÖn m«i gi÷a hai ®iÖn cùc chÝnh lµ chÊt láng ë phÇn ®iÖn cùc bÞ ngËp vµ kh«ng khÝ ë phÇn kh«ng cã chÊt láng. ViÖc ®o møc chÊt l−u ®−îc chuyÓn thµnh ®o ®iÖn dung cña tô ®iÖn, ®iÖn dung nµy thay ®æi theo møc chÊt láng trong b×nh chøa. §iÒu kiÖn ®Ó ¸p dông ph−¬ng ph¸p nµy h»ng sè ®iÖn m«i cña chÊt láng ph¶i lín h¬n ®¸ng kÓ h»ng sè ®iÖn m«i cña kh«ng khÝ (th−êng lµ gÊp ®«i). Trong tr−êng hîp chÊt l−u lµ chÊt dÉn ®iÖn, ®Ó t¹o tô ®iÖn ng−êi ta dïng mét ®iÖn cùc kim lo¹i bªn ngoµi cã phñ c¸ch ®iÖn, líp phñ ®ãng vai trß chÊt ®iÖn m«i cßn chÊt l−u ®ãng vai trß ®iÖn cùc thø hai. 9.2.4. Ph−¬ng ph¸p bøc x¹ C¶m biÕn bøc x¹ cho phÐp ®o møc chÊt l−u mµ kh«ng cÇn tiÕp xóc víi m«i tr−êng ®o, −u ®iÓm nµy rÊt thÝch hîp khi ®o møc ë ®iÒu kiÖn m«i tr−êng ®o cã nhiÖt ®é, ¸p suÊt cao hoÆc m«i tr−êng cã tÝnh ¨n mßn m¹nh. Trong ph−¬ng ph¸p nµy c¶m biÕn gåm mét nguån ph¸t tia (1) vµ bé thu (2) ®Æt ë hai phÝa cña b×nh chøa. Nguån ph¸t th−êng lµ mét nguån bøc x¹ tia γ (nguån 60 Co hoÆc 137Cs), bé thu lµ mét buång ion ho¸. ë chÕ ®é ph¸t hiÖn møc ng−ìng(h×nh 9.11a), nguån ph¸t vµ bé thu ®Æt ®èi diÖn nhau ë vÞ trÝ ngang møc ng−ìng cÇn ph¸t hiÖn, chïm tia cña nguån ph¸t m¶nh vµ gÇn nh− song song. Tuú thuéc vµo møc chÊt l−u (3) cao h¬n hay thÊp h¬n møc ng−ìng mµ chïm tia ®Õn bé thu sÏ bÞ suy gi¶m hoÆc kh«ng, bé thu sÏ ph¸t ra tÝn hiÖu t−¬ng øng víi c¸c tr¹ng th¸i so víi møc ng−ìng. ë chÕ ®é ®o møc liªn tôc (h×nh 9.11b), nguån ph¸t (1) ph¸t ra chïm tia víi mét gãc më réng quÐt lªn toµn bé chiÒu cao cña møc chÊt l−u cÇn kiÓm travµ bé thu. - 153 -
1 2 1 2 3 3 h a) b) H×nh 9.11 C¶m biÕn ®o møc b»ng tia bøc x¹ a) C¶m biÕn ph¸t hiÖn ng−ìng b) C¶m biÕn ®o møc liªn tôc 1) Nguån ph¸t tia bøc x¹ 2) Bé thu 3) ChÊt l−u Khi møc chÊt l−u (3) t¨ng do sù hÊp thô cña chÊt l−u t¨ng, chïm tia ®Õn bé thu (2) sÏ bÞ suy gi¶m, do ®ã tÝn hiÖu ra tõ bé thu gi¶m theo. Møc ®é suy gi¶m cña chïm tia bøc x¹ tØ lÖ víi møc chÊt l−u trong b×nh chøa - 154 -