Giáo trình Thiết bị đo lường (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:255

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Thiết bị đo lường (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Hệ đo lường Met (Metric system); Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, mức và lưu lượng (Temperature, Pressure, Level, and Flow); Cảm biến, phần tử đo thứ cấp, bộ biến đổi và bộ truyền tín hiệu; Van điều khiển, cơ cấu chấp hành và bộ định vị van; Công tắc và thiết bị quang điện. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thiết bị đo lường (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số:216/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Tài liệu này thuộc giáo trình biên soạn theo chương trình đào tạo được lưu hành trong trường Cao đẳng Dầu khí; các nguồn thông tin được sử dụng để tham khảo biên soạn/hiệu chỉnh giáo trình có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích đào tạo. Giáo trình Thiết bị đo lường được dịch và biên soạn dành cho học sinh hệ trung cấp và cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) của Trường Cao Đẳng Dầu Khí và thuộc môn học chuyên ngành. Các học sinh, sinh viên nghề SCTBTĐH trước khi học môn học này cần hoàn thành môn học Điện kỹ thuật 1. Nội dung của giáo trình gồm 05 chương: Chương 1: Hệ đo lường Met (Metric system) Chương 2: Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, mức và lưu lượng (Temperature, Pressure, Level, and Flow) Chương 3: Cảm biến, phần tử đo thứ cấp, bộ biến đổi và bộ truyền tín hiệu Chương 4: Van điều khiển, cơ cấu chấp hành và bộ định vị van Chương 5: Công tắc và thiết bị quang điện Tác giả chân thành gửi lời cám ơn đến các đồng nghiệp khoa Điện – Tự Động Hóa đã giúp tác giả hoàn thiện giáo trình này. Tuy đã nỗ lực nhiều, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được sự kiến đóng góp để lần ban hành tiếp theo được hoàn thiện hơn. Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2022 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên ThS. Phạm Thị Thu Hường 2. ThS. Nguyễn Xuân Thịnh 3. ThS. Phan Đúng 4. ThS. Đỗ Mạnh Tuân
MỤC LỤC 1. CHƯƠNG 1: HỆ ĐO LƯỜNG MET (METRIC SYSTEM) ................................ 23 1.1. Các loại đơn vị đo ............................................................................................ 25 1.2. Chiều dài, diện tích và thể tích......................................................................... 28 1.2.1. Chiều dài ................................................................................................ 28 1.2.2. Diện tích ................................................................................................. 29 1.2.3. Thể tích .................................................................................................. 31 1.2.4. Đo thể tích ướt ....................................................................................... 33 1.3. Chuyển đổi trọng lượng ................................................................................... 34 1.4. Áp suất và nhiệt độ .......................................................................................... 35 1.4.1. Áp suất tuyệt đối .................................................................................... 36 1.4.2. Áp suất tĩnh ............................................................................................ 38 1.4.3. Chân không ............................................................................................ 40 1.4.4. Nhiệt độ.................................................................................................. 40 1.4.5. Chuyển đổi nhiệt độ ............................................................................... 42 2. CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT, MỨC VÀ LƯU LƯỢNG (TEMPERATURE, PRESSURE, LEVEL, AND FLOW) ............................................ 46 2.1. Đo nhiệt độ ....................................................................................................... 47 2.1.1. Thang đo nhiệt độ .................................................................................. 48 2.1.2. Nhiệt kế lưỡng kim ................................................................................ 50 2.1.3. Cặp nhiệt điện (TC) ............................................................................... 51 2.1.4. Cảm biến nhiệt kiểu điện trở (RTD) ...................................................... 54 2.1.5. Điện trở nhiệt (thermistor) ..................................................................... 55 2.1.6. Thiết bị đo nhiệt hồng ngoại (Infrared Pyrometer)................................ 57 2.2. Đo áp suất......................................................................................................... 59 2.2.1. Đơn vị đo áp suất ................................................................................... 60 2.2.2. Tính toán áp suất .................................................................................... 62 2.2.3. Áp suất chênh lệch ................................................................................. 63
2.2.4. Các thiết bị đo áp suất ............................................................................ 63 2.2.5. Manometer ............................................................................................. 63 2.2.6. Cảm biến áp suất kiểu hộp xếp (bellows-type)...................................... 66 2.2.7. Ống Bourdon.......................................................................................... 67 2.2.8. Màng (diaphragm) ................................................................................. 68 2.2.9. Các điều kiện gây hỏng thiết bị đo áp suất ............................................ 69 2.3. Đo mức ............................................................................................................. 72 2.3.1. Đo mức trực tiếp .................................................................................... 73 2.3.2. Đo mức gián tiếp.................................................................................... 77 2.3.3. Đo mức dựa vào áp suất ........................................................................ 83 2.3.4. Thiết bị đo mức dựa vào áp suất ............................................................ 87 2.4. Đo lưu lượng .................................................................................................... 89 2.4.1. Đơn vị đo lưu lượng............................................................................... 92 2.4.2. Quan hệ giữa lưu lượng và áp suất chênh.............................................. 93 2.4.3. Thiết bị đo lưu lượng kiểu chênh áp ...................................................... 94 2.4.4. Các loại thiết bị đo lưu lượng khác ........................................................ 98 3. CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN, PHẦN TỬ ĐO THỨ CẤP, BỘ BIẾN ĐỔI VÀ BỘ TRUYỀN TÍN HIỆU ...................................................................................................105 3.1. Các thành phần của điều khiển quá trình .......................................................107 3.1.1. Các thành phần của kênh đo lường và điều khiển cơ bản ...................108 3.1.2. Ôn tập kỹ thuật đo lường .....................................................................114 3.1.3. Các tiêu chuẩn và các phần tử đo lường ..............................................120 3.2. Cảm biến ........................................................................................................126 3.2.1. Cảm biến nhiệt độ ................................................................................128 3.2.2. Cảm biến áp suất ..................................................................................136 3.2.3. Cảm biến mức ......................................................................................142 3.2.4. Cảm biến lưu lượng .............................................................................151 3.3. Bộ biến đổi .....................................................................................................167 3.3.1. Bộ biến đổi I/P và P/I...........................................................................167
3.3.2. Cảm biến lực căng kiểu kim loại và cảm biến áp suất kiểu lực căng ..172 3.3.3. Các loại bộ biến đổi khác.....................................................................175 3.4. Bộ truyền tín hiệu...........................................................................................176 3.4.1. Bộ truyền tín hiệu khí nén chênh áp cân bằng lực ...............................177 3.4.2. Các ứng dụng bộ truyền tín hiệu cân bằng lực khí nén .......................182 3.4.3. Bộ truyền tín hiệu điện tử ....................................................................185 4. CHƯƠNG 4: VAN ĐIỀU KHIỂN, CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ BỘ ĐỊNH VỊ VAN.............................................................................................................................190 4.1. Van điều khiển ...............................................................................................194 4.1.1. Van cầu (globe valve) ..........................................................................194 4.1.2. Van cổng (gate valve) ..........................................................................198 4.1.3. Van dao (knife valve) ..........................................................................203 4.1.4. Van bi (ball valve) ...............................................................................204 4.1.5. Van nút (plug valve) ............................................................................206 4.1.6. Van bướm (butterfly valve) .................................................................209 4.1.7. Van kim (needle valve) ........................................................................211 4.2. Cơ cấu chấp hành ...........................................................................................212 4.2.1. Mở khi cấp nguồn (Power-to-Open) ....................................................213 4.2.2. Đóng khi cấp nguồn (Power-to-Close) ................................................214 4.2.3. Đứng yên khi mất nguồn (Fail-as-Positioned).....................................215 4.3. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của các loại bộ định vị ...............................215 4.3.1. Bộ định vị tác động thuận hoặc nghịch ...............................................216 4.3.2. Bộ định vị kiểu khí nén ........................................................................217 4.3.3. Bộ định vị kiểu tương tự ......................................................................218 4.3.4. Bộ định vị số/thông minh ....................................................................218 4.3.5. Biện pháp phòng ngừa cho bộ định vị .................................................219 4.4. Các yếu tố chọn lựa van .................................................................................220 4.5. Ký hiệu van và thông tin thẻ tên ....................................................................222 4.5.1. Chỉ dẫn giá trị danh định (Rating Designation) ...................................224
4.5.2. Xác định các bộ phận bên trong van (trim identification) ...................225 4.5.3. Chỉ dẫn kích thước ...............................................................................225 4.5.4. Ký hiệu kiểu ren ...................................................................................226 4.5.5. Các biểu tượng van trên sơ đồ nguyên lý ............................................226 5. CHƯƠNG 5: CÔNG TẮC VÀ THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN ................................230 5.1. Định nghĩa công tắc .......................................................................................232 5.2. Phân loại công tắc ..........................................................................................233 5.2.1. Các tiếp điểm của công tắc ..................................................................233 5.2.2. Đầu cực và vị trí của công tắc..............................................................234 5.3. Các ứng dụng của công tắc ............................................................................235 5.3.1. Công tắc kiểu gắn panel .......................................................................235 5.3.2. Công tắc phao và mức .........................................................................236 5.3.3. Công tắc áp suất ...................................................................................238 5.3.4. Công tắc giới hạn .................................................................................241 5.3.5. Công tắc điện tử ...................................................................................243 5.4. Các thiết bị quang điện ..................................................................................244 5.4.1. Công tắc tế bào quang điện ..................................................................244 5.4.2. Pin mặt trời ..........................................................................................247 5.5. Các thiết bị hồng ngoại ..................................................................................249 5.5.1. Cảm biến chuyển động ........................................................................249 5.5.2. Cảm biến hồng ngoại trong công nghiệp .............................................250 5.6. Sợi quang .......................................................................................................251 5.7. Cảm biến tiệm cận .........................................................................................252
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các giá trị đo hệ Anh và hệ met phổ biến ..................................................... 25 Hình 1-2: So sánh inch với centimet ............................................................................. 28 Hình 1-3: Hình dạng của ống ........................................................................................ 30 Hình 1-4: Chuyển đổi diện tích hình vuông từ hệ Anh sang hệ met ............................. 30 Hình 1-5: Chuyển đổi diện tích hình chữ nhật từ hệ Anh sang hệ met ......................... 30 Hình 1-6: Chuyển đổi diện tích hình tròn thừ hệ met sang hệ Anh .............................. 31 Hình 1-7: Chuyển đổi thể tích của một hối hình hộp chữ nhật ..................................... 32 Hình 1-8: Tính toán thể tích của một bồn chứa hình trụ tròn theo đơn vị đo hệ met .... 33 Hình 1-9: Chuyển đổi thể tích trụ tròn từ hệ met sang hệ Anh ..................................... 33 Hình 1-10: Các tiếp đầu ngữ hệ met phổ biến được dùng cho thể tích ướt .................. 34 Hình 1-11: Nhãn áp suất của lốp ô tô ............................................................................ 36 Hình 1-12: Đồng hồ áp suất có đơn vị đo hệ Anh và hệ met ........................................ 36 Hình 1-13: So sánh các thang đo nhiệt độ ..................................................................... 41 Hình 1-14: Ví dụ chuyển đổi đơn vị đo nhiệt độ ........................................................... 43 Hình 2-1: Các thang đo nhiệt độ.................................................................................... 49 Hình 2-2: Nhiệt kế lưỡng kim ....................................................................................... 51 Hình 2-3: Cặp nhiệt điện ............................................................................................... 52 Hình 2-4: Giếng nhiệt (thermowell) .............................................................................. 53 Hình 2-5: TC được lắp vào trong một giếng nhiệt ........................................................ 54 Hình 2-6: RTD ............................................................................................................... 55 Hình 2-7: Các loại điện trở nhiệt ................................................................................... 56 Hình 2-8: Đồ thị quan hệ điện trở - nhiệt độ của điện trở nhiệt .................................... 57 Hình 2-9: Súng IR ......................................................................................................... 58 Hình 2-10: Dùng súng IR để xác định vị trí bị nứt hoặc rò rỉ trong đường ống ........... 58 Hình 2-11: Minh họa tỷ số D:S ..................................................................................... 59 Hình 2-12: Quan hệ giữa diện tích, áp suất và lực ........................................................ 60 Hình 2-13: Áp suất chênh .............................................................................................. 63 Hình 2-14: Manometer kiểu ống chữ U (U-tube manometer)....................................... 64
Hình 2-15: Manometer kiểu giếng (Well manometer) .................................................. 65 Hình 2-16: Manometer kiểu giếng nghiêng (Inclined-well manometer) ...................... 66 Hình 2-17: Bộ chỉ thị áp suất kiểu hộp xếp (Bellows-type) .......................................... 67 Hình 2-18: Các kiểu ống Bourdon................................................................................. 68 Hình 2-19: Van có cơ cấu chấp hành kiểu màng........................................................... 69 Hình 2-20: Đồng hồ áp suất loại điền chất lỏng ............................................................ 71 Hình 2-21: Bộ cách ly đồng hồ áp suất ......................................................................... 71 Hình 2-22: Bộ giảm sốc ................................................................................................. 72 Hình 2-23: Đo mức dùng que thăm ............................................................................... 74 Hình 2-24: Kính ngắm đo mức ...................................................................................... 75 Hình 2-25: Hệ thống đo mức bằng phao – cáp .............................................................. 75 Hình 2-26: Bộ thế chỗ và ống momen xoắn để đo mức trong bồn hở .......................... 76 Hình 2-27: Hệ thống đo mức kiểu phao từ .................................................................... 78 Hình 2-28: Đo mức bằng đầu dò dẫn điện .................................................................... 78 Hình 2-29: Đo mức bằng đầu dò điện dung .................................................................. 79 Hình 2-30: Đo mức bằng 2 đầu dò điện dung ............................................................... 80 Hình 2-31: Đo mức bằng đầu dò điện dung loại có vỏ bọc ........................................... 81 Hình 2-32: Đo mức bằng sóng siêu âm ......................................................................... 82 Hình 2-33: Cảm biến mức bằng radar loại GWR và loại không tiếp xúc ..................... 83 Hình 2-34: Hệ thống đo mức kiểu bọt khí ..................................................................... 89 Hình 2-35: Dòng chất lưu, mũi tên ngắn hơn chỉ thị vận tốc nhỏ hơn .......................... 91 Hình 2-36: Straightening vanes ..................................................................................... 92 Hình 2-37: Áp suất do chất lưu tác dụng lên ống .......................................................... 94 Hình 2-38: Tấm đục lỗ .................................................................................................. 96 Hình 2-39: Ống nozzle .................................................................................................. 97 Hình 2-40: Ống venturi ................................................................................................. 97 Hình 2-41: Ống pitot cơ bản .......................................................................................... 98 Hình 2-42: Lưu lượng kế va chạm khí nén (pneumatic target flowmeter) ................... 99 Hình 2-43: Lưu lượng kế điện từ .................................................................................100
Hình 2-44: Lưu lượng kế tuabin ..................................................................................101 Hình 2-45: Lưu lượng kế xoáy cuộn ...........................................................................101 Hình 2-46: Lưu lượng kế rotameter.............................................................................102 Hình 2-47: Lưu lượng kế coriolis ................................................................................103 Hình 3-1: Thiết bị cơ bản và các kênh điều khiển quá trình .......................................109 Hình 3-2: Cảm biến nhiệt độ loại nhúng .....................................................................110 Hình 3-3: Bộ biến đổi áp suất ......................................................................................112 Hình 3-4: Bộ điều chế tín hiệu ....................................................................................113 Hình 3-5: Bộ truyền tín hiệu áp suất ...........................................................................114 Hình 3-6: Biểu diễn độ chính xác theo đơn vị đo hệ Mỹ và đơn vị đo hệ met. ..........115 Hình 3-7: Sai số do mắt ...............................................................................................118 Hình 3-8: Vòng hồi trễ điển hình ................................................................................119 Hình 3-9: Đồ thị vòng hồi trễ đặc trưng ......................................................................119 Hình 3-10: Các phần tử cảm biến lưỡng kim ..............................................................128 Hình 3-11: Công tắc nhiệt tĩnh ....................................................................................129 Hình 3-12: Nhiệt kế lưỡng kim công nghiệp sử dụng phần tử xoắn ốc ......................129 Hình 3-13: Mạch điện TC của Seebeck .......................................................................130 Hình 3-14: Các loại mối nối TC khác nhau .................................................................132 Hình 3-15: TC có vỏ bọc .............................................................................................133 Hình 3-16: Đặc tuyến quan hệ điện áp - nhiệt độ của các loại TC ..............................135 Hình 3-17: Ống Bourdon kiểu C .................................................................................136 Hình 3-18: Đồng hồ áp suất.........................................................................................137 Hình 3-19: Ống Bourdon kiểu xoắn ốc .......................................................................138 Hình 3-20: Ống Bourdon kiểu lò xo xoắn ...................................................................138 Hình 3-21: Đồng hồ áp suất loại màng cơ bản ............................................................139 Hình 3-22: Đồng hồ hộp áp suất xếp chồng ................................................................140 Hình 3-23: Hộp xếp cơ bản .........................................................................................141 Hình 3-24: Cảm biến áp suất điện dung ......................................................................142 Hình 3-25: Tụ điện ......................................................................................................143
Hình 3-26: Đầu dò điện dung trần ...............................................................................144 Hình 3-27: Đầu dò điện dung cách điện ......................................................................145 Hình 3-28: Mạch điện để tính Cm tại các mức khác nhau ...........................................146 Hình 3-29: Đầu dò được bọc bảo vệ kiểu đồng tâm ....................................................148 Hình 3-30: Đo mức bằng sóng siêu âm .......................................................................149 Hình 3-31: Cảm biến mức bằng sóng siêu âm bên dưới bề mặt .................................150 Hình 3-32: Tấm đục lỗ .................................................. Error! Bookmark not defined. Hình 3-33: Tấm đục lỗ đồng tâm có các lỗ thoát nước và thoát hơi ...........................153 Hình 3-34: Vị trí lỗ đo mặt bích và lỗ đo góc .............................................................154 Hình 3-35: Vị trí lỗ đo Vena contracta và lỗ đo bán kính ...........................................155 Hình 3-36: Vị trí lỗ đo trên đường ống .......................................................................155 Hình 3-37: Vị trí lỗ đo của tấm đục lỗ.........................................................................156 Hình 3-38: Ống venturi ...............................................................................................157 Hình 3-39: Ống venturi lệch tâm .................................................................................157 Hình 3-40: Ống pitot ...................................................................................................158 Hình 3-41: Ống pitot-venturi .......................................................................................158 Hình 3-42: Ống Annubar .............................................................................................159 Hình 3-43: Quy tắc bàn tay phải để xác định sức động cảm ứng ................................160 Hình 3-44: Các thành phần của lưu lượng kế từ tính ..................................................161 Hình 3-45: Các biến dạng của thạch anh áp điện ........................................................163 Hình 3-46: Lưu lượng kế siêu âm................................................................................164 Hình 3-47: Đo lưu lượng bằng sóng siêu âm ..............................................................166 Hình 3-48: Đo lưu lượng kiểu sóng siêu âm bằng phương pháp dịch tần số ..............166 Hình 3-49: Bộ biến đổi I/P ..........................................................................................168 Hình 3-50: Quan hệ về sự dịch chuyển giữa cuộn dây và thanh chặn ........................169 Hình 3-51: Bộ biến đổi I/P ..........................................................................................169 Hình 3-52: Lắp đặt bộ biến đổi P/I ..............................................................................170 Hình 3-53: Bố trí của một bộ biến đổi P/I điển hình ...................................................170 Hình 3-54: Hộp xếp và cuộn dây của bộ biến đổi P/I .................................................171
Hình 3-55: Vị trí của bộ điều chỉnh trong bộ biến đổi P/I...........................................172 Hình 3-56: Ứng dụng của cảm biến lực căng ..............................................................173 Hình 3-57: Mạch cầu điện trở để đo lực căng .............................................................174 Hình 3-58: Ứng dụng của cảm biến lực căng để đo áp suất ........................................174 Hình 3-59: Bộ biến đổi áp điện trong hệ thống đo áp suất ..........................................175 Hình 3-60: Biến áp so lệch biến thiên tuyến tính được sử dụng để đo gia tốc............176 Hình 3-61: Thiết bị DP khí nén ...................................................................................177 Hình 3-62: Phần đo lường của bộ truyền tín hiệu .......................................................178 Hình 3-63: Phần thanh lực ...........................................................................................179 Hình 3-64: Ảnh hưởng của sự dịch chuyển màng lên vị trí của thanh chặn-ống nozzle .....................................................................................................................................179 Hình 3-65: Phần cân bằng ...........................................................................................180 Hình 3-66: Phần vào/ra khí nén ...................................................................................181 Hình 3-67: Rơle khí nén ..............................................................................................182 Hình 3-68: Bộ truyền tín hiệu nhiệt độ kiểu cân bằng lực ..........................................182 Hình 3-69: Thiết bị DP đo áp suất ...............................................................................183 Hình 3-70: Ứng dụng đo mức chất lỏng bằng thiết bị DP...........................................184 Hình 3-71: Lắp đặt một thiết bị DP đo lưu lượng .......................................................185 Hình 3-72: Bộ truyền tín hiệu thông minh ..................................................................186 Hình 3-73: Thiết bị giao tiếp cầm tay ..........................................................................189 Hình 4-1: Các chức năng của van ................................................................................194 Hình 4-2: Van cầu........................................................................................................195 Hình 4-3: Van cầu góc .................................................................................................196 Hình 4-4: Bố trí ổ đỡ/đĩa .............................................................................................197 Hình 4-5: Các thiết kế nút van cầu ..............................................................................198 Hình 4-6: Van cổng lớn ...............................................................................................199 Hình 4-7: Các loại hình nêm .......................................................................................200 Hình 4-8: Hình nêm đặc hoặc đơn...............................................................................200 Hình 4-9: Nêm linh hoạt ..............................................................................................201
Hình 4-10: Đĩa hình nêm loại chia đôi ........................................................................202 Hình 4-11: Van cổng đĩa song song ............................................................................202 Hình 4-12: Van cổng đĩa song song nén bằng lò xo ...................................................203 Hình 4-13: Van dao .....................................................................................................203 Hình 4-14: Các bộ phận của van bi .............................................................................204 Hình 4-15: Van bi kiểu ống venturi .............................................................................205 Hình 4-16: Van cầu loại top-entry và split-body .........................................................205 Hình 4-17: Van nút ......................................................................................................206 Hình 4-18: Nút van và bố trí dòng chảy ......................................................................207 Hình 4-19: Các dạng lỗ thông của van nút ..................................................................208 Hình 4-20: Van nút không bôi trơn điển hình với lớp phủ ống tay áo đàn hồi ...........209 Hình 4-21: Van bướm ..................................................................................................210 Hình 4-22: Các loại van bướm ....................................................................................211 Hình 4-23: Van kim .....................................................................................................212 Hình 4-24: Cơ cấu chấp hành kiểu lò xo và màng ......................................................213 Hình 4-25: Van cầu với cơ cấp chấp hành bằng động cơ điện ....................................213 Hình 4-26: Cơ cấu chấp hành loại power-to-open/spring-to-close .............................214 Hình 4-27: Cơ cấu chấp hành loại power-to-close/spring-to-open .............................215 Hình 4-28: Đáp ứng của bộ định vị tác động thuận và tác động nghịch .....................217 Hình 4-29: Bộ định vị kiểu khí nén .............................................................................217 Hình 4-30: Bộ định vị tương tự (I/P) ...........................................................................218 Hình 4-31: Bộ điều khiển (bộ định vị) van kỹ thuật số Fisher ....................................219 Hình 4-32: Các ký hiệu hướng dòng chảy van ............................................................222 Hình 4-33: Ý nghĩa của các ký hiệu hướng dòng chảy trên van .................................223 Hình 4-34: Thẻ tên và các ký hiệu trên thân van.........................................................224 Hình 4-35: Các biểu tượng nguyên lý hệ thống đường ống điển hình ........................227 Hình 5-1: Một mạch điện cơ bản .................................................................................232 Hình 5-2: Tiếp điểm lưỡi dao và tiếp điểm đầu mút ...................................................234 Hình 5-3: Các đầu cực công tắc...................................................................................234
Hình 5-4: Các công tắc một ngõ ra và hai ngõ ra ........................................................235 Hình 5-5: Sơ đồ ngắt mạch điện ba cực, một vị trí .....................................................235 Hình 5-6: Các công tắc loại gắn bảng điển hình .........................................................236 Hình 5-7: Công tắc phao vận hành bằng thanh nối cùng với ký hiệu nguyên lý ........237 Hình 5-8: Công tắc mức được bọc kín hoặc cách lý ...................................................237 Hình 5-9: Công tắc mức phòng nổ, tác động dựa vào áp suất đo vật liệu khô hoặc chất lỏng ..............................................................................................................................237 Hình 5-10: Các công tắc áp suất điển hình ..................................................................238 Hình 5-11: Công tắc áp suất có thể điều chỉnh được................................................... 239 Hình 5-12: Công tắc áp suất chênh..............................................................................240 Hình 5-13: Ứng dụng công tắc áp suất chênh .............................................................241 Hình 5-14: Công tắc giới hạn cùng với biểu tượng nguyên lý ....................................242 Hình 5-15: Bảo vệ công tắc giới hạn ...........................................................................242 Hình 5-16: Các vi công tắc điển hình ..........................................................................243 Hình 5-17: Bộ chỉnh lưu có điều khiển bằng silicon (SCR) .......................................243 Hình 5-18: Góc nhìn mặt cắt của một tế bào quang điện hoặc LDR ..........................245 Hình 5-19: Công tắc tế quang điện và ứng dụng điển hình .........................................245 Hình 5-20: Phương pháp quét trực tiếp .......................................................................246 Hình 5-21: Cảm biến quang điển hình trong tự động hóa sử dụng để quét trực tiếp ..247 Hình 5-22: Phương pháp quét phản xạ được sử dụng để đếm và đóng nắp chai ........247 Hình 5-23: Lắp đặt bảng pin mặt trời ..........................................................................248 Hình 5-24: Lắp đặt điện của một hệ thống năng lượng pin mặt trời ...........................249 Hình 5-25: Đèn pha cảm biến chuyển động ................................................................250 Hình 5-26: Sơ đồ một sợi của bộ điều khiển đèn với cảm biến chuyển động cùng với cảm biến tế bào quang điện .........................................................................................250 Hình 5-27: Các thiết bị dựa vào IR điển hình .............................................................251 Hình 5-28: Các ứng dụng sợi quang ............................................................................252 Hình 5-29: Cảm biến tiệm cận.....................................................................................252 Hình 5-30: Cảm biến tiệm cận cảm ứng đường dây điện ............................................253
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1: Các đơn vị đo hệ Anh và hệ met................................................................... 26 Bảng 1-2: Các đơn vị đo hệ Anh phổ biến .................................................................... 27 Bảng 1-3: Các tiếp đầu ngữ hệ met ............................................................................... 27 Bảng 1-4: Số nhân chuyển đổi chiều dài ....................................................................... 28 Bảng 1-5: Các mối quan hệ thể tích ướt ........................................................................ 34 Bảng 1-6: Trọng lượng tương đương ............................................................................ 35 Bảng 1-7: Bảng chuyển đổi đơn vị đo áp suất............................................................... 38 Bảng 2-1: Bảng cặp nhiệt điện ...................................................................................... 52 Bảng 2-2: Các hệ số chuyển đổi áp suất phổ biến ......................................................... 62 Bảng 3-1: Liệt kê các loại cảm biến điển hình theo tham số đo..................................111 Bảng 3-2: Các phần tử đo lường cơ và điện ................................................................125 Bảng 3-3: Ký hiệu cực tính của dây TC ......................................................................134 Bảng 3-4: Mã màu của dây TC theo chuẩn ISA ..........................................................134 Bảng 3-5: Hằng số điện môi của các vật liệu phổ biến ...............................................144 Bảng 3-6: Các kiểu bộ biến đổi phổ biến ....................................................................167 Bảng 4-1: Nhiệt độ hoạt động tối đa của vật liệu ổ đỡ ................................................206 Bảng 4-2: Các chỉ dẫn giá trị danh định của van.........................................................224
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG 1. Tên môn học: Thiết bị đo lường 2. Mã môn học: AUTM55005 Thời gian thực hiện môn học: 90 giờ; (Lý thuyết: 60 giờ; Thực hành/Bài tập: 30 giờ). Số tín chỉ: 05 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: 3.1 Vị trí: môn học chuyên môn ngành nghề sửa chữa thiết bị tự động hoá và học sau mô đun kĩ thuật số và trước môn học cơ sở điều khiển quá trình. 3.2 Tính chất: Thiết bị đo lường là môn học chuyên ngành. Môn học trang bị các kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các loại thiết bị đo lường tự động hoá. Môn học này là cơ sở để học sinh sẽ học các môn chuyên ngành hiệu chuẩn, lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị đo lường tự động hoá. 3.3 Ý nghĩa và vai trò của môn học: Đo lường, cảm biến là những thành phần phải kể đến đầu tiên và không thể thiếu trong các quá trình điều khiển tự động có nhiệm vụ thu thập dữ liệu, cảm nhận, đo đạc và phát hiện các kích thích rồi truyền tín hiệu về bộ điều khiển. Có thể nói, các bộ cảm biến trong hệ thống điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng giống như các giác quan của con người. Tất nhiên đi kèm với hệ thống điều khiển cần có các thiết bị đo tương ứng và thiết bị điều khiển cuối. Nội dung chủ yếu của chương trình này là lĩnh vực đo lường các đại lượng vật lý thường gặp trong công nghiệp chủ yếu là giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các thiết bị đo trực tiếp và thiết bị đo gián tiếp - các bộ cảm biến, transmitter, transducer thông dụng, và các loại van điều khiển – là thiết bị điều khiển cuối trong một vòng điều khiển cùng với một số ứng dụng cơ bản của chúng. Môn học này đã được đưa vào giảng dạy tại trường Cao Đẳng Dầu Khí từ năm 2017 đến nay. 4. Mục tiêu môn học: 4.1 Về kiến thức: + A1. Chuyển đổi được các đơn vị đo lường nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và mức từ hệ inch sang hệ mét và ngược lại; + A2. Mô tả được quá trình đo nhiệt độ, đo áp suất, đo mức kiểu trực tiếp và gián tiếp, và đo lưu lượng; + A3. Xác định và mô tả được 4 thành phần chính của một kênh điều khiển quá trình cơ bản; + A4. Nhận dạng được và trình bày được hoạt động của các loại cảm biến, các phần tử đo thứ cấp, bộ biến đổi và bộ truyền tín hiệu + A5. Trình bày được và mô tả được các loại van điều khiển, cơ cấu chấp hành và bộ định vị van. 4.2 Về kỹ năng: + B1. Nhận biết được các loại thiết bị đo cụ thể và chỉ ra được thông số được đo của từng loại thiết bị; + B2. Nhận biết được các loại cặp nhiệt điện bằng chuẩn đa năng và bằng mã màu; + B3. Kết nối được thiết bị truyền thông với bộ truyền tín hiệu thông minh;
+ B4. Lắp đặt được một bộ định vị van cho một van điều khiển; + B5. Xác định được hướng dòng của một van cầu và từ đó xác định được hướng chuyển động của cần van và packing; 4.3 Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + C1. Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc, + C2. Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn khi sử dụng thiết bị đo lường và làm việc với các hệ thống đo lường tự động hoá. 5. Nội dung môn học: 5.1 Chương trình khung: Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Thực Kiểm tra Tên môn học, mô hành/ STT Mã MH/MĐ tín Tổng đun thực tập/ chỉ Lý số thí thuyết LT TH nghiệm/ bài tập/ thảo luận Các môn học I 23 465 180 260 17 8 chung bắt buộc 1 COMP64002 Chính trị 4 75 41 29 5 0 2 COMP62004 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 3 COMP62008 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 0 4 Giáo dục quốc 4 COMP62010 4 75 36 35 2 2 phòng và An ninh 5 COMP63006 Tin học 3 75 15 58 0 2 6 FORL66001 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 0 An toàn vệ sinh 7 SAEN52001 2 30 23 5 2 0 lao động Các môn học, mô II đun chuyên môn 79 1845 602 1170 43 30 ngành, nghề Môn học, mô đun II.1 cơ sở 20 375 196 159 15 5 8 AUTM52101 An toàn TĐH 2 45 14 29 1 1 9 ELEI53154 Điện kỹ thuật 1 3 60 28 29 2 1 10 AUTM53102 Điện tử cơ bản 3 60 28 29 2 1 11 ELEI53011 Khí cụ điện 3 45 28 14 3 0 12 ELEI53110 Đo lường điện 3 60 28 29 2 1
Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Thực Kiểm tra Tên môn học, mô hành/ STT Mã MH/MĐ tín Tổng đun thực tập/ chỉ Lý số thí thuyết LT TH nghiệm/ bài tập/ thảo luận Bản vẽ thiết bị đo 13 AUTM53006 3 45 42 0 3 0 lường 14 AUTM53104 Mạch logic số 3 60 28 29 2 1 Môn học, mô đun II.2 chuyên môn 59 1470 406 1011 28 25 ngành, nghề 15 AUTM55005 Thiết bị đo lường 5 90 56 29 4 1 Hiệu chuẩn thiết 16 AUTM55107 5 120 28 87 2 3 bị đo lường Lắp đặt hệ thống 17 AUTM54108 4 90 28 58 2 2 TĐH 1 Lắp đặt hệ thống 18 4 90 28 58 2 2 AUTM54109 TĐH 2 Cơ sở điều khiển 19 AUTM53110 3 60 28 29 2 1 quá trình 20 AUTM52112 Đấu nối dây 2 45 14 29 1 1 Hệ thống điều 21 AUTM54113 khiển thủy lực - 4 90 28 58 2 2 khí nén 22 AUTM55115 PLC 5 120 28 87 2 3 23 AUTM64125 Vi điều khiển 4 90 28 58 2 2 Hệ thống điều 24 AUTM63117 khiển phân tán 4 90 28 58 2 2 (DCS) Điều khiển quá 25 AUTM64118 4 90 28 58 2 2 trình nâng cao Kiểm tra, chạy thử 26 AUTM62119 và xử lý lỗi vòng 3 75 14 58 1 2 điều khiển Thiết bị phân tích 27 AUTM64020 4 60 42 14 4 0 và theo dõi
Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Thực Kiểm tra Tên môn học, mô hành/ STT Mã MH/MĐ tín Tổng đun thực tập/ chỉ Lý số thí thuyết LT TH nghiệm/ bài tập/ thảo luận Khóa luận tốt 28 AUTM63221 3 135 14 121 0 0 nghiệp 29 AUTM55222 Thực tập sản xuất 5 225 14 209 0 2 Tổng số 102 2310 782 1430 60 38 5.2 Chương trình chi tiết môn học: Thời gian (giờ) Thực Kiểm tra hành, thí Số TT Nội dung tổng quát Tổng Lý nghiệm, số thuyết LT TH thảo luận, bài tập Chương 1: Hệ đo lường mét 1 10 6 4 (Metric system) Chương 2: Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, mức và lưu lượng 2 20 14 5 1 (Temperature, Pressure, Level, and Flow) Chương 3: Các đầu dò, các phần tử đo thứ cấp, bộ biến đổi và bộ 3 truyền tín hiệu (Detectors, 30 20 9 1 Secondary Elements, Transducers, and Transmitters) Chương 4: Van điều khiển, cơ 4 20 10 9 1 cấu chấp hành và bộ định vị van Chương 5: Công tắc và thiết bị 5 10 6 2 1 1 quang điện Cộng 90 56 29 4 1 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: + Phòng học lý thuyết: Đáp ứng phòng học chuẩn
+ Phòng học thực hành: tham quan các thiết bị đo lường tại phòng cơ-điện tử, phòng thiết bị đo lường, phòng DCS. 6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, các thiết bị đo lường tại phòng thiết bị đo lường, mô hình nhà máy tại phòng DCS, các cảm biến tiệm cận tại phòng cơ điện tử. 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình nhà máy tại phòng DCS, 8 trạm điều khiển tại phòng cơ điện tử. 6.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về ứng dụng các loại thiết bị đo lường trong các nhà máy, doanh nghiệp. 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp đánh giá: 7.2.1 Kiểm tra thường xuyên: - Số lượng bài: 02. - Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện tại thời điểm bất kỳ trong quá trình học thông qua việc kiểm tra vấn đáp trong giờ học, kiểm tra viết với thời gian làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội dung thực hành, thực tập, chấm điểm bài tập. 7.2.2 Kiểm tra định kỳ: - Số lượng bài: 05, trong đó 04 bài lý thuyết và 01 bài thực hành. - Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện theo theo số giờ kiểm tra được quy định trong chương trình môn học ở mục III có thể bằng hình thức kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút, chấm điểm bài tập lớn, tiểu luận, làm bài