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:
Q tb
G tb
∆ V ∆ t
∆ m ∆ t
hoÆc (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.
Q =
G =
L−u l−îng tøc thêi x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
dV dt
dm dt
(4.2) hoÆc
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
3
1
S¬ ®å nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ b¸nh r¨ng tr×nh bµy trªn h×nh 4.1.
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
V1
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
VVV 0 2
1
, do ®ã trong mét vßng quay cña trôc l−u l−îng kÕ, thÓ tÝch chÊt láng
0. Trôc cña mét trong hai b¸nh r¨ng liªn kÕt
qua l−u l−îng kÕ b»ng bèn lÇn thÓ tÝch V
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:
NqV
N
(
)
v
1
2
(4.3)
Trong ®ã:
N
)
1
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:
=
=
Q
tb
2 −
∆ V ∆ t
( Nq v t
− t
2
1
(4.4)
- 65 -
L−u l−îng tøc thêi:
=
=
=
Q
q
v
nq v
dV dt
dN dt
(4.5)
n =
dN dt
=∆
−
lµ tèc ®é quay cña trôc l−u l−îng kÕ. Víi
NqV
N
(
c
2c
1c
(4.6) Th«ng th−êng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua l−u l−îng kÕ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng: )
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
1
8
2
3
7
4
5
6
H×nh 4.2 L−u l−îng kÕ kiÓu c¸nh 1) Vá 2, 4,7&8) C¸nh 3) Tang quay 5) Con l¨n 6) Cam
4.2).
- 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:
S.vQ =
(4.7)
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
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
H×nh 4.3 tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o cña mét l−u l−îng kÕ tuabin h−íng trôc.
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).
n =
kv
Tèc ®é quay cña tuabin tØ lÖ víi tèc ®é dßng ch¶y:
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:
= S.vQ
n
F k
[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
=
=
dV
dt.dQ
dt.n
F k
2
=
V
ndt
F k
t ∫ t 1
=
V
kho¶ng thêi gian tõ t1 ®Õn t2 sÏ nhËn ®−îc thÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua l−u l−îng kÕ :
)
( − 2 NN
1
F k
t
2
ndt
(4.9) Hay
− NN 2
1
Víi
∫=
t
1
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 -
tuabin lµm quay tuabin. C¬ cÊu ®Õm liªn kÕt víi trôc tuabin ®Ó ®−a tÝn hiÖu ®Õn
1
2
3
H×nh 4.4 L−u l−îng kÕ tèc ®é kiÓu tuabin tiÕp tuyÕn 1) Tuabin 2) Mµng läc 3) èng dÉn
m¹ch ®o.
L−u l−îng kÕ tuabin 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.
4.4. L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p
4.4.1. Nguyªn lý ®o
L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c ®o
®é gi¶m ¸p suÊt cña dßng ch¶y khi ®i qua thiÕt bÞ thu hÑp.
Khi ch¶y qua thiÕt bÞ thu hÑp (h×nh 4.5), vËn tèc chÊt l−u t¨ng lªn vµ ®¹t cùc
®¹i (v2) t¹i tiÕt diÖn B-B, do ®ã t¹o ra sù chªnh ¸p tr−íc vµ sau thiÕt bÞ 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
F2
F0
F1
B
C
A
W1
p’1
W2 p’
∆p
δp
p’1
p3’
p1
p2
p’2
’
v2
v3
v1
H×nh 4.5 Ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt cña mét dßng ch¶y lý t−ëng qua thiÕt bÞ thu hÑp
ch¶y.
- 69 -
Gi¶ sö chÊt láng kh«ng bÞ nÐn, vµ dßng ch¶y lµ liªn tôc, vËn tèc cùc ®¹i cña
1
=
−
v
p
dßng ch¶y t¹i tiÕt diÖn B-B ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:
( p
)'
2
' 1
2
2
2
2 ρ
µ−ξ
m
Trong ®ã:
p1’, p2’ - ¸p suÊt tÜnh t¹i tiÕt diÖn A-A vµ B-B.
ρ - tØ träng chÊt l−u.
ξ - hÖ sè tæn thÊt thuû lùc.
m - tØ sè thu hÑp cña thiÕt bÞ, m = F0/F1.
µ - hÖ sè thu hÑp dßng ch¶y, µ = F2/F0.
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 thiÕt bÞ thu hÑp. Quan hÖ gi÷a ∆p’
−
ψ=
−
p
p
p
p
' 1
' 2
1
2
vµ ∆p cã d¹ng:
ψ
=
−
v
p
( p
2
1
)2
2
2
2 ρ
µ−ξ
m
Khi ®ã:
=ρ
= FvG 22
vµ l−u l−îng khèi l−îng cña chÊt l−u:
=
−
G
p
( ρ p2F
0
1
)2
µψ 2
2
µ−ξ
m
α=
ρ
−
ρµ Fv 0 2
G
p
( p2F
0
1
)2
(4.10) Hay:
=α
2
µψ 2mµ−ξ
Víi gäi lµ hÖ sè l−u l−îng.
Tõ c¸c biÓu thøc trªn vµ F0 = πd2/4, ta nhËn ®−îc c«ng thøc x¸c ®Þnh l−u l−îng khèi
2
α=
−
G
p
(G) vµ l−u l−îng thÓ tÝch (Q) cña dßng chÊt l−u:
( ρ p2
1
)2
π d 4
(4.11)
- 70 -
2
α=
−
Q
p
( p
1
)2
2 ρ
π d 4
(4.12)
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
ραε
−
vµo hÖ sè hiÖu chØnh ε (ε < 1), khi ®ã c¸c ph−¬ng tr×nh trªn cã d¹ng:
= cG
p
( p
1
)2
αε
−
= cQ
p
(4.13)
( p
1
)2
1 ρ
(4.14)
c
ë ®©y:
lµ h»ng sè.
( π=
) 4/2
ρ - tØ träng chÊt l−u t¹i cöa vµo cña lç thu hÑp.
4.4.2. ThiÕt bÞ thu hÑp
a) Mµng ng¨n
Mµng ng¨n cã hai lo¹i: mµng ng¨n chuÈn vµ mµng ng¨n cã lç thu hÑp ®Æc biÖt.
Mµng ng¨n chuÈn cã lç thu hÑp h×nh trô (h×nh 4.8a), ®−îc chÕ t¹o víi nhiÒu cì
kÝch th−íc kh¸c nhau. Mµng ng¨n chuÈn cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt
nh−ng tæn thÊt cña dßng ch¶y qua thiÕt bÞ thu hÑp kh¸ lín, ®−îc sö dông khi ®o l−u
l−îng c¸c dßng ch¶y cã trÞ sè Reynol lín h¬n trÞ sè tíi h¹n.
Mµng ng¨n cã lç thu hÑp ®Æc biÖt nh− mµng ng¨n cã lç c«n (h×nh 4.8b), lç
h×nh phÓu (h×nh4.8c), ... ®−îc sö dông khi ®o l−u l−îng c¸c dßng ch¶y cã trÞ sè
Reynol nhá h¬n gi¸ trÞ tíi h¹n, v× khi ®ã hÖ sè l−u l−îng kh«ng ph¶i lµ h»ng sè.
Trong tr−êng hîp nµy, trªn c¬ së thùc nghiÖm ng−êi ta x¸c ®Þnh hÖ sè l−u l−îng cho
c)
b)
a)
H×nh 4.6 CÊu t¹o mµng ng¨n dïng ®Ó ®o l−u l−îng dßng ch¶y a) Mµng ng¨n chuÈn b) Mµng ng¨n lç c«n c) Mµng ng¨n h×nh phÓu
mçi lç thu hÑp vµ xem nh− kh«ng ®æi trong ph¹m vi trÞ sè Reynol giíi h¹n.
- 71 -
b) èng thu hÑp
èng thu hÑp chuÈn cã cÊu t¹o d¹ng èng venturi (h×nh 4.7), cã biªn d¹ng gÇn
gièng víi biªn d¹ng dßng ch¶y khi bÞ thu hÑp, nhê ®ã dßng ch¶y biÕn ®æi tõ tõ, gi¶m
tæn thÊt ¸p suÊt khi qua thiÕt bÞ thu hÑp nh−ng lo¹i nµy cã nh−îc ®iÓm lµ khã chÕ t¹o
H×nh 4.7 S¬ ®å cÊu t¹o cña èng thu hÑp chuÈn
vµ l¾p ®Æt.
4.4.3. S¬ ®å thiÕt bÞ ®o
§èi víi hÖ thèng ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p th«ng dông gåm hai bé phËn c¬
b¶n: thiÕt bÞ thu hÑp vµ thiÕt bÞ ®o ¸p. Ngoµi ra tïy theo yªu cÇu sö dông trong hÖ
thèng ®o cã thÓ trang bÞ thªm c¸c bé phËn: biÕn ®æi ®iÖn, tÝch ph©n l−u l−îng, tÝnh
khèi l−îng chÊt l−u, tÝnh to¸n xö lý sè liÖu, biÕn ®æi tØ träng chÊt l−u trong ®iÒu kiÖn
lµm viÖc …
§èi víi thiÕt bÞ thu hÑp, trong c«ng nghiÖp sö dông réng r·i c¸c mµng ng¨n,
khi cÇn gi¶m tæn thÊt dßng ch¶y sö dông èng thu hÑp venturi. §Ó nhËn ®−îc kÕt qu¶
®o chÝnh x¸c cao, khi ®Æt thiÕt bÞ thu hÑp ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau:
+ Lç cña thiÕt bÞ thu hÑp ph¶i ®ång t©m víi èng dÉn.
+ èng ®o ¸p ph¶i ®Æt ngay tr−íc vµ sau thiÕt bÞ thu hÑp.
+ Tr−íc vµ sau thiÕt bÞ thu hÑp, èng dÉn ph¶i cã mét ®o¹n th¼ng kh«ng thay
®æi tiÕt diÖn, kh«ng cã van hoÆc c¸c vËt c¶n lµm thay ®æi dßng ch¶y víi chiÒu dµi
cÇn thiÕt.
§èi víi thiÕt bÞ ®o hiÖu ¸p suÊt, tïy theo ph¹m vi ®o, tÝnh chÊt chÊt l−u, yªu
cÇu sö dông kÕt qu¶ ®o cã thÓ dïng c¸c lo¹i ¸p kÕ kh¸c nhau. Trªn h×nh 4.8 tr×nh
bµy mét sè hÖ thèng ®o víi thiÕt bÞ thu hÑp mµng ng¨n vµ ¸p kÕ ®o hiÖu ¸p kh¸c
nhau.
- 72 -
α
ρgh
G
b)
a)
c)
H×nh 4.8 S¬ ®å hÖ thèng ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p a)Víi èng Pito b) Víi ¸p kÕ vµnh khuyªn c) Víi mµng ®µn håi
Trªn h×nh 4.9 tr×nh bµy s¬ ®å hÖ thèng ®o l−u l−îng ®−îc dïng réng r·i trong
nhµ m¸y luyÖn kim vµ nhµ m¸y hãa chÊt. HÖ thèng gåm hai bé phËn: Bé phËn ®o
3
8
9
1
2
a1
11
10
a2
12
10
b1
b2
13
14
15
4
16
7
6
A
B
5
H×nh 4.9 HÖ thèng ®o l−u l−îng kiÓu 1, 2 & 3) Cuén d©y vµ lâi s¾t 4) Bé phËn so s¸nh 5) §éng c¬ xoay chiÒu 6) Cam 7) Kim chØ 8) §éng c¬ ®ång bé 9) Vµnh b¸n khuyªn 10 & 11) Chæi ®iÖn 12 &13) Vµnh khuyªn dÉn ®iÖn 14) Cuén d©y 15) Ly hîp 16) Hép sè
l−u l−îng tøc thêi (A) vµ bé phËn tÝch ph©n l−u l−îng (B) .
- 73 -
Nguyªn t¾c lµm viÖc cña bé ph©n ®o l−u l−îng tøc thêi:
Khi ch−a lµm viÖc, l−u l−îng b»ng 0, c¸c lâi s¾t (1) vµ (2) ë gi÷a c¸c cuén d©y
U =
a U
1
b 1
=
−
=
U
U
U
0
thø cÊp, v× sè vßng d©y cña c¸c cuén d©y a1, b1 vµ a2, b2 b»ng nhau vµ ®Êu ng−îc pha, ta cã:
1
a
1
b 1
=
U
U
⇒
a
2
=
−
=
U
U
U
0
vµ 2b
2
a
b
2
2
=∆
−
=
⇒ .
0
UUU 1
2
, ®éng c¬ (5) ®øng yªn vµ kim chØ (7) chØ 0. §Ó Khi ®ã
chØnh ®iÓm kh«ng, ®ãng khãa (K) vµ ®iÒu chØnh lâi s¾t (3).
1aU
=
−
>
=∆
−
>
U
U
U
0
t¨ng, Khi lµm viÖc, l−u l−îng t¨ng lªn, gi¶ sö lâi s¾t (1) dÞch chuyÓn lªn,
0
1
a
UUU 1
2
1bU
b 1
1
gi¶m dÉn ®Õn vµ , sai lÖch ®iÖn ¸p qua
khuÕch ®¹i (4) lµm cho ®éng c¬ (5) quay cam (6) vµ kim (7). Cam (6) quay lµm cho
=∆
−
=
lâi s¾t (2) dÞch chuyÓn lªn cho ®Õn khi vÞ trÝ t−¬ng ®èi cña nã nh− lâi s¾t (1) th×
0
UUU 1
2
10
, ®éng c¬ (5) ngõng quay.
α
Nguyªn t¾c lµm viÖc cña bé tÝch ph©n l−u l−îng:
Khi kim chØ 0, th× hai chæi than (9) vµ (10) cña
o
=
180
vµnh khuyªn (11) hîp víi t©m vµnh khuyªn (11)
9
H×nh 4.10 S¬ ®å vÞ trÝ chæi than cña vµnh b¸n khuyªn
, chØ cã ®éng c¬ (8) ®−îc cÊp mét gãc β ®iÖn. Khi l−u l−îng t¨ng, ®éng c¬ (5) liªn ®éng
víi chæi than (10) quay, lµm dÞch chuyÓn chæi
α−
=β 180
than (10) ®i mét gãc α, gãc hîp bëi hai chæi than
gi¶m xuèng. Khi chæi than (9) vµ (10) nèi ®iÖn vµ t©m vµnh khuyªn
cuén d©y (14) hót khíp nèi (15) lµm quay hép sè (16). Sè vßng quay trªn hép sè
(16) tØ lÖ víi thêi gian nèi ®iÖn cho cuén d©y, do ®ã tØ lÖ víi gãc dÞch chuyÓn chæi
than (10) lµ α. Ta cã:
n.k
Q =∑
(4.15)
- 74 -
Trong ®ã:
∑Q
- tæng l−îng l−u l−îng.
k - hÖ sè tØ lÖ.
n - sè vßng quay trªn trôc sè.
4.4.4. L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p kh«ng ®æi
Ngoµi l−u l−îng kÕ dïng thiÕt bÞ thu hÑp ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p biÕn
®æi, trong c«ng nghiÖp ng−êi ta cßn sö dông l−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m
¸p kh«ng ®æi. Trªn h×nh h×nh 4.11a tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o mét l−u l−îng kÕ lo¹i
nµy.
CÊu t¹o cña l−u l−îng kÕ gåm hai bé phËn c¬ b¶n: èng h×nh c«n (1) vµ phao
(2). èng h×nh c«n chÕ t¹o b»ng thñy tinh hoÆc vËt liÖu kh«ng s¾t tõ, phao chÕ t¹o
P2
P1 G
a)
b)
H×nh 4.11 S¬ ®å cÊu t¹o l−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p kh«ng ®æi a) S¬ ®å cÊu t¹o b) S¬ ®å cã bé biÕn ®æi ®iÖn
b»ng ªb«nit, ®uyra hoÆc thÐp.
Nguyªn t¾c ho¹t ®éng: phao n»m trong dßng chÊt l−u ®−îc ®Èy lªn nhê lùc ®Èy
acsimet vµ ®éng n¨ng cña dßng khÝ, ®ång thêi chÞu t¸c dông cña träng l−îng b¶n
th©n. Khe hë gi÷a thµnh èng vµ phao ®ãng vai trß thiÕt bÞ thu hÑp dßng ch¶y.
Do gi¶m ¸p qua phao nªn ¸p suÊt tr−íc phao (p1) vµ sau phao kh¸c (p2) nhau,
1 = P
S.p 1
2 = P
S.p 2
¸p lùc t¸c dông lªn phao:
- 75 -
Trong ®ã S lµ tiÕt diÖn ngang cña phao.
Gi¶ sö ë mét l−u l−îng nµo ®ã phao ë vÞ trÝ c©n b»ng. Khi l−u l−îng t¨ng lªn,
+
=
PGP 1
p1 t¨ng, phao bÞ ®Èy lªn trªn lµm khe hë t¨ng lªn lµm cho p1 gi¶m cho ®Õn lóc phao ë vÞ trÝ c©n b»ng míi:
=
+
2
2
1
⇒ S.pGS.p
−
=
p
p
=∆= p
const
1
2
G S
⇒ (4.16)
α=
Q
F.
∆ p.
MÆt kh¸c ta cã:
2 ρ
(4.17)
Tõ (4.16) vµ (4.17) ta nhËn thÊy Q phô thuéc ®¬n trÞ vµo tiÕt diÖn khe hë F do
®ã phô thuéc vµo vÞ trÝ cña phao. Nh− vËy c¨n cø vµo vÞ trÝ cña phao ta biÕt ®−îc l−u
l−îng.
L−u l−îng kÕ lo¹i nµy th−êng dïng ®Ó ®o l−u l−îng nhá, khi cÇn truyÒn kÕt
qu¶ ®i xa ng−êi ta dïng bé biÕn ®æi ®iÖn kiÓu biÕn ¸p vi sai (h×nh 4.11b), khi ®ã
phao ®−îc chÕ t¹o b»ng vËt liÖu s¾t tõ.
4.5. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ
Nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ dùa trªn c¬ së ®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
5
2
N
S
3
4
1
H×nh 4.12 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
cña d©y dÉn. S¬ ®å nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ biÓu diÔn trªn h×nh 4.12.
- 76 -
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) :
=
=
D.v.BE
Q
B4 π D
(4.14)
Trong ®ã:
v - tèc ®é trung b×nh cña dßng ch¶y.
B - c−êng ®é tõ tr−êng.
D - ®−êng kÝnh trong cña èng.
Q - l−u l−îng thÓ tÝch cña chÊt l−u.
Khi B = const th× søc ®iÖn ®éng c¶m øng E 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, cÊp chÝnh x¸c 1; 2,5.
- 77 -
