Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đo lưu lượng 4.1. Khái niệm chung 4.2.1. L-u l-ợng và đơn vị đo L-u l-ợng là l-ợng chất l-u chảy qua tiết diện ngang của ống dẫn trong một đơn vị thời gian.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 4

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: ∆V ∆m Q tb = hoÆc G tb = (4.1) ∆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 ∆t. L−u l−îng tøc thêi x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: dV dm Q= G= hoÆc (4.2) dt dt 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. 3 V2 1 2 V1 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 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 V1 = V2 = V0 , 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 V0. 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: ∆V = q v (N 2 − N 1 ) (4.3) 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: ∆V q v (N 2 − N 1 ) Q tb = = (4.4) ∆t t 2 − t1 - 65 -
L−u l−îng tøc thêi: dV dN Q= = qv = qvn (4.5) dt dt dN Víi n = lµ tèc ®é quay cña trôc l−u l−îng kÕ. dt Th«ng th−êng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua l−u l−îng kÕ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng: ∆V = q c (N c 2 − N c1 ) (4.6) 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). 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 - 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: Q = v.S (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 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: n = kv 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: F Q = v.S = [m3/s] (4.8) n k 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 : F dV = dQ.dt = n.dt k F t2 V= ∫ ndt k t1 (N 2 − N1 ) F V= Hay (4.9) k t2 N 2 − N 1 = ∫ ndt Víi t1 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 m¹ch ®o. 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 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 ch¶y. F2 F0 F1 A B C W1 W2 p’1 p’ ∆p δp p’1 p3’ p1 p2 p’2 v3’ v2 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 - 69 -
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: ( ) 1 2' v2 = p 1 − p '2 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. 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’ vµ ∆p cã d¹ng: p 1 − p '2 = ψ p 1 − p 2 ' Khi ®ã: ψ (p1 − p 2 ) 2 v2 = ρ ξ − µ2m2 vµ l−u l−îng khèi l−îng cña chÊt l−u: G = v 2 F2 ρ = v 2 µF0 ρ µψ F0 2ρ(p 1 − p 2 ) G= ξ−µ m2 2 G = αF0 2ρ(p 1 − p 2 ) Hay: (4.10) µψ Víi α = gäi lµ hÖ sè l−u l−îng. ξ−µ m2 2 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 (4.11) 4 - 70 -
πd 2 (p1 − p 2 ) 2 Q=α (4.12) 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 ) (4.13) (p1 − p 2 ) 1 Q = cαε (4.14) ρ ë ®©y: () c = π 2 / 4 lµ h»ng sè. 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 mçi lç thu hÑp vµ xem nh− kh«ng ®æi trong ph¹m vi trÞ sè Reynol giíi h¹n. 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 - 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 vµ l¾p ®Æt. H×nh 4.7 S¬ ®å cÊu t¹o cña èng thu hÑp chuÈn 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 l−u l−îng tøc thêi (A) vµ bé phËn tÝch ph©n l−u l−îng (B) . 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 - 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 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: U a1 = U b1 ⇒ U 1 = U a1 − U b1 = 0 U a2 = U b2 vµ ⇒ U 2 = U a 2 − U b2 = 0 . Khi ®ã ∆U = U 1 − U 2 = 0 , ®éng c¬ (5) ®øng yªn vµ kim chØ (7) chØ 0. §Ó chØnh ®iÓm kh«ng, ®ãng khãa (K) vµ ®iÒu chØnh lâi s¾t (3). Khi lµm viÖc, l−u l−îng t¨ng lªn, gi¶ sö lâi s¾t (1) dÞch chuyÓn lªn, U a1 t¨ng, U b1 gi¶m dÉn ®Õn U 1 = U a1 − U b1 > 0 vµ ∆U = U 1 − U 2 > 0 , 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× ∆U = U1 − U 2 = 0 , ®éng c¬ (5) ngõng quay. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña bé tÝch ph©n l−u 10 l−îng: α Khi kim chØ 0, th× hai chæi than (9) vµ (10) cña vµnh khuyªn (11) hîp víi t©m vµnh khuyªn (11) mét gãc β = 180 o , chØ cã ®éng c¬ (8) ®−îc cÊp 9 ®iÖn. Khi l−u l−îng t¨ng, ®éng c¬ (5) liªn ®éng H×nh 4.10 S¬ ®å vÞ trÝ chæi than cña vµnh b¸n khuyªn víi chæi than (10) quay, lµm dÞch chuyÓn chæi than (10) ®i mét gãc α, gãc hîp bëi hai chæi than vµ t©m vµnh khuyªn β = 180 − α gi¶m xuèng. Khi chæi than (9) vµ (10) nèi ®iÖn 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: Q ∑ = k .n (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 b»ng ªb«nit, ®uyra hoÆc thÐp. 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 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, ¸p lùc t¸c dông lªn phao: P1 = p 1 .S P2 = p 2 .S - 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, 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: P1 = G + P2 ⇒ p 1 .S = G + p 2 .S G ⇒ p1 − p 2 = = ∆p = const (4.16) S MÆt kh¸c ta cã: 2 Q = α.F .∆p (4.17) ρ 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 cña d©y dÉn. S¬ ®å nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ biÓu diÔn trªn h×nh 4.12. 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 - 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) : 4B E = B.v.D = (4.14) Q πD Trong ®ã: B - c−êng ®é tõ tr−êng. v - 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× 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 -