Ch−¬ng 4
§o l−u l−îng
4.1. Kh¸i niÖm chung
4.2.1. L−u l−îng vµ ®¬n vÞ ®o
L−u l−îng lµ l−îng chÊt l−u ch¶y qua tiÕt diÖn ngang cña èng dÉn 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
∆
∆
= (4.1)
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 ∆t.
L−u l−îng tøc thêi x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
dt
dV
Q= hoÆc dt
dm
G= (4.2)
4.1.2. Ph−¬ng ph¸p ®o l−u l−îng
§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 l−u l−îng kÕ trong mét kho¶ng thêi
gian x¸c ®Þnh ∆t.
- §o vËn tèc chÊt l−u ch¶y qua l−u l−îng kÕ 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.
4.2. L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo thÓ tÝch
L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo thÓ tÝch lµm viÖc theo nguyªn t¾c ®Õm trùc tiÕp
l−îng thÓ tÝch chÊt l−u ®i qua buång chøa cã thÓ tÝch x¸c ®Þnh cña l−u l−îng kÕ.
-64-
Theo cÊu t¹o, l−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo thÓ tÝch ®−îc chia ra: l−u l−îng
kÕ b¸nh r¨ng, l−u l−îng kÕ c¸nh.
4.2.1. L−u l−îng kÕ b¸nh r¨ng
S¬ ®å nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ b¸nh r¨ng tr×nh bµy trªn h×nh 4.1.
L−u l−îng kÕ gåm hai b¸nh r¨ng h×nh «van (1) vµ (2) truyÒn ®éng ¨n khíp víi
nhau trong vá (3) (h×nh 4.1a). 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 4.1b) 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. Th«ng th−êng thÓ tÝch buång chøa
, do ®ã trong mét vßng quay cña trôc l−u l−îng kÕ, thÓ tÝch chÊt láng
qua l−u l−îng kÕ b»ng bèn lÇn thÓ tÝch V
021 VVV ==
0. Trôc cña mét trong hai b¸nh r¨ng liªn kÕt
víi c¬ cÊu ®Õm ®Æt ngoµi vá l−u l−îng kÕ.
ThÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua l−u l−îng kÕ trong thêi gian ∆t = t2 - t1 tØ lÖ víi sè
vßng quay x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc:
(
12v NNqV
)
−
=∆ (4.3)
3
V1
1
2
V2
a) c)
b)
H×nh 4.1 S¬ ®å nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ b¸nh r¨ng
1&2) B¸nh r¨ng 3) Vá
Trong ®ã:
qV - thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua l−u l−îng kÕ øng víi mét vßng quay.
N1, N2 - tæng sè vßng quay cña l−u l−îng kÕ t¹i thêi ®iÓm t1 vµ t2.
L−u l−îng trung b×nh:
(
)
12
12v
tb tt
NNq
t
V
Q−
−
=
∆
∆
= (4.4)
-65-
L−u l−îng tøc thêi:
nq
dt
dN
q
dt
dV
Qvv === (4.5)
Víi dt
dN
n= lµ tèc ®é quay cña trôc l−u l−îng kÕ.
Th«ng th−êng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua l−u l−îng kÕ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng:
(4.6)
(
1c2cc NNqV −=∆
)
Trong ®ã:
qc - hÖ sè l−u l−îng kÕ (thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua l−u l−îng kÕ øng víi mét
®¬n vÞ chØ thÞ trªn l−u l−îng kÕ).
Nc1, Nc2 - sè trªn chØ thÞ cña l−u l−îng kÕ t¹i thêi ®iÓm t1 vµ t2.
§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 l−u l−îng kÕ, 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 l−u l−îng kÕ.
- Dïng tèc ®é kÕ quang.
- Dïng m¹ch ®o thÝch hîp ®Ó ®o tÇn sè hoÆc ®iÖn ¸p.
Giíi h¹n ®o cña l−u l−îng kÕ lo¹i nµy tõ 0,01 - 250 m3/giê, cÊp chÝnh x¸c 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.
4.2.2. L−u l−îng kÕ kiÓu c¸nh
§Ó ®o l−u l−îng dßng khÝ ng−êi ta sö dông l−u l−îng kÕ kiÓu c¸nh (h×nh
4.2).
7
8
65
4
1
2
3
H×nh 4.2 L−u l−în
g
kÕ kiÓu c¸nh
1) Vá 2, 4,7&8) C¸nh 3) Tang quay 5) Con l¨n 6) Cam
-66-
L−u l−îng kÕ gåm vá h×nh trô (1), c¸c c¸nh (2,4,7,8), tang quay (3) vµ cam (6).
Khi c¸nh (4) ë vÞ trÝ nh− h×nh vÏ, ¸p suÊt chÊt khÝ t¸c ®éng lªn c¸nh lµm cho tang (3)
quay. Trong qu¸ tr×nh quay c¸c c¸nh lu«n tiÕp xóc víi mÆt ngoµi cam (6) nhê c¸c
con l¨n (5). Trong mét vßng quay, thÓ tÝch chÊt khÝ ®i qua l−u l−îng kÕ b»ng thÓ tÝch
vµnh chÊt khÝ gi÷a vá vµ tang. ChuyÓn ®éng quay cña tang ®−îc truyÒn ®Õn c¬ cÊu
®Õm ®Æt bªn ngoµi vá l−u l−îng kÕ.
L−u l−îng kÕ kiÓu c¸nh cã thÓ ®o l−u l−îng ®Õn 100 - 300 m3/giê, cÊp chÝnh
x¸c 0,25; 0,5.
4.3. L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo tèc ®é
4.3.1. Nguyªn lý ®o
L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo tèc ®é dùa trªn c«ng thøc:
(4.7)
S.vQ =
Trong ®ã:
Q - l−u l−îng.
v - tèc ®é dßng ch¶y.
S - diÖn tÝch tiÕt diªn ngang èng dÉn.
TiÕt diÖn S biÕt tr−íc, ®o v x¸c ®Þnh ®−îc Q.
4.3.2. L−u l−îng kÕ tuabin h−íng trôc
H×nh 4.3 tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o cña mét l−u l−îng kÕ tuabin h−íng trôc.
4
2
1
3
H×nh 4.3 S¬ ®å cÊu t¹o l−u l−îng kÕ 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
Bé phËn chÝnh cña l−u l−îng kÕ 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
-67-
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).
Tèc ®é quay cña tuabin tØ lÖ víi tèc ®é dßng ch¶y:
k
v
n=
Trong ®ã:
k - hÖ sè tØ lÖ phô thuéc cÊu t¹o l−u l−îng kÕ.
v- tèc ®é dßng ch¶y.
L−u l−îng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua l−u l−îng kÕ:
n
k
F
S.vQ == [m3/s] (4.8)
Víi:
S - tiÕt diÖn dßng ch¶y [m2].
n - tèc ®é quay cña tuabin [vßng/s].
NÕu dïng c¬ cÊu ®Õm ®Ó ®Õm tæng sè vßng quay cña l−u l−îng kÕ trong mét
kho¶ng thêi gian tõ t1 ®Õn t2 sÏ nhËn ®−îc thÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua l−u l−îng kÕ :
dt.n
k
F
dt.dQdV ==
∫
=2
1
t
t
ndt
k
F
V
Hay
(
12 NN
k
F
V−=
)
(4.9)
Víi
∫
=− 2
1
t
t
12 ndtNN
L−u l−îng kÕ 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.
4.3.3. L−u l−îng kÕ tuabin tiÕp tuyÕn
§Ó ®o l−u l−îng nhá ng−êi ta dïng l−u l−îng kÕ tuabin tiÕp tuyÕn cã s¬ ®å
cÊu t¹o nh− h×nh 4.4.
Tuabin (1) cña l−u l−îng kÕ ®Æt trªn trôc quay vu«ng gãc víi dßng ch¶y. ChÊt
l−u qua mµng läc (2) qua èng dÉn (3) vµo l−u l−îng kÕ theo h−íng tiÕp tuyÕn víi
-68-