- 142 -
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:
t
V
Qtb ∆
∆
= hoÆc t
m
Gtb
∆
∆
= (9.1)
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:
dt
dV
Q= hoÆc dt
dm
G= (9.2)
§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.
- 143 -
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¬.
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:
()
12v NNqV −=∆ (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:
()
1c2cc NNqV
−
=∆ (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:
(
)
12
12v
tb tt
NNq
t
V
Q−
−
=
∆
∆
= (9.5)
L−u l−îng tøc thêi:
V1
V2
2
1
H×nh 9.1 S¬ ®å nguyªn lý c«ng t¬ thÓ tÝch
a) b) c)
- 144 -
nq
dt
dN
q
dt
dV
Qvv === (9.6)
Víi dt
dN
n= lµ tèc ®é quay trªn trôc c«ng t¬.
§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.
®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).
§Ó ®o l−u l−în
g
dßn
g
khÝ n
g
−êi ta s
ö
dôn
g
c«n
g
t¬ khÝ kiÓu
q
ua
y
. C«n
g
t¬ (h×n
h
9.2)
g
åm vá h×nh trô (1), c¸c c¸nh (2,4,7,8),
tan
g
q
ua
y
(3) vµ cam (6). Khi c¸nh (4) ë vÞ
trÝ nh− h×nh vÏ , ¸
p
suÊt chÊt khÝ t¸c ®én
g
lªn c¸nh lµm cho tan
g
(3)
q
ua
y
. Tron
g
q
u¸
tr×nh quay c¸c c¸nh lu«n tiÕ
p
xóc víi mÆ
t
n
g
oµi cam (6) nhê c¸c con l¨n (5). Tron
g
mét vßn
g
q
ua
y
thÓ tÝch chÊt khÝ b»n
g
thÓ
tÝch vµnh chÊt khÝ gi÷a vá vµ tang. ChuyÓn
H×nh 9.2 C«ng t¬ khÝ kiÓu quay
1) Vá 2, 4,7&8) C¸nh 3) Tang
quay 5) Con l¨n 6) Cam
1
2
3
4
5
7
8
6
- 145 -
Tèc ®é quay cña c«ng t¬ tØ lÖ víi tèc ®é dßng ch¶y:
kWn =
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¬:
n
k
F
WFQ == (9.7)
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¬:
ndt
k
F
dQdtdV ==
∫
=2
1
t
t
ndt
k
F
V
Hay:
()
12 NN
k
F
V−= (9.8)
Víi ∫
=− 2
1
t
t
12 ndt
k
F
NN
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
1
2
3
4
- 146 -
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.
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:
()
21
22
2pp
2
m
1
W−
ρ
µ−ξ
=
Trong ®ã:
p
1’, p2’ - ¸p suÊt tÜnh t¹i tiÕt diÖn A-A vµ B-B.
ρ - tØ träng chÊt l−u.
H×nh 9.4 C«ng t¬ tèc ®é kiÓu tuabin tiÕp tuyÕn
1) Tuabin 2) Mµng läc 3) èng dÉn
1
2 3