Cảm biến đo lưu lượng và mức chất lưu. Qua bài viết này, sẽ giúp các bạn hiểu hơn về cảm biên đo lưu lượng và mức chất lưu. Nguyên lý làm việc, công thức tính, mục đích đo và các phương pháp đo.
Cảm biến đo lưu lượng
Danh mục
Lưu lượng chất lưu là lưu lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang của ống trong một đơn vị thời gian. Tùy theo đơn vị tính lượng chất lưu ( theo thể tích hoặc khối lượng) người ta phân biệt:
- Lưu lượng thể tích (Q) tính bằng m³/s, m³/ giờ…
- Lưu lượng khối (G) tính bằng kg/s/ kg/giờ…
Lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian Δt = t2 – t1 xác định bởi biểu thức:
Trong đó ΔV, Δm là thể tích và khối lượng chất lưu chảy qua ống trong khoảng thời gian khảo sát.
Lưu lượng tức thời xác định theo công thức:
Để đo lưu lượng ngươi ta dùng các lưu lượng kế. Tùy thuộc vào tính chất chất lưu, yêu cầu công nghệ, người ta sử dụng các lưu lượng kế khác nhau. Nguyên lý hoạt động của các lưu lượng kế dựa trên cơ sở:
- Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ trong một khoảng thời gian xác định Δt.
- Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ khi lưu lượng là hàm của vận tốc.
- Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng là hàm phụ thuộc độ giảm áp.
Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện nhờ bộ chuyển đổi điện thích hợp.
Cảm biến đo và phát hiện mức chất lưu
Mục đích và phương pháp đo – Cảm biến đo lưu lượng
Mục đích việc đo và phát hiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc khối lượng chất lưu trong bình chứa.
Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng.
Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.
Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lưu:
- Phương pháp thủy tĩnh dùng biến đổi điện.
- Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu.
- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu.
1. Phương pháp thủy tĩnh – Cảm biến đo lưu lượng
Phương pháp thủy tĩnh dùng để đo mức chất lưu trong bình chứa. Trên hình giới thiệu một số sơ đồ đo mức bằng phương pháp thủy tĩnh.
a. Dùng phao cầu
b. Dùng phao trụ
c. Dùng cảm biến áp suất vi sai
2. Phương pháp điện – Cảm biến đo lưu lượng
Các cảm biến đo mức bằng phương pháp điện hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính chất điện của chất lưu. Các cảm biến thường dùng là cảm biến độ dẫn và cảm biến điện dung.
a.Cảm biến độ dẫn -Cảm biến đo lưu lượng
Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện ( độ dẫn điện ~50μSc‾¹). Trên hình giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng.
a) Cảm biến hai điện cực
b) Cảm biến một điện cực
c) Cảm biến phát hiện mức
Sơ đồ cảm biến hình a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫn điện. Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~10V ( để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực). Dòng điện chạy qua các điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng chìm trong chất lỏng.
Sơ đồ cảm biến hình b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình chứa bằng kim loại.
Sơ đồ cảm biến hình c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại, vị trí mỗi điện cực ngắn ứng với một mức ngưỡng. Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện trong mạch thay đổi mạnh về biên độ.
b. Cảm biến tụ điện
Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng hoặc một điện cực thứ hai là thành bình chứa nếu thành bình làm bằng kim loại. Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chất lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng. Việc đo mức chất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi theo mức chất lỏng trong bình chứa. Điều kiện để áp dụng phương pháp này hằng số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí ( thường là gấp đôi).
Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một điện cực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi còn chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai.
3.Phương pháp bức xạ
Cảm biến bức xạ cho phép đo mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môi trường đo, ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức ở điều kiện môi trường đo có nhiệt độ áp suất cao hoặc môi trường có tính ăn mòn mạnh.
Trong phương pháp này cảm biến gồm một nguồn phát tia (1) và bộ thu (2) đặt ở hai phía của bình chứa. Nguồn phát thường là một nguồn bức xạ tia Y (nguồn 60 Co hoặc 137Cs), bộ thu là một buồng ion hóa.
Ở chế độ phát hiện mức ngưỡng, nguồn phát và bộ thu đặt đối diện nhau ở vị trí ngang mức ngưỡng cần phát hiện, chùm tia của nguồn phát mảnh và gần như song song. Tùy thuộc vào mức chất lưu (3) cao hơn hay thấp hơn mức ngưỡng mà chùm tia đến bộ thu sẽ bị suy giảm hoặc không, bộ thu sẽ phát ra tín hiệu tương ứng với các trạng thái so vơi mức ngưỡng.
Ở chế độ đo mức liên tục, nguồn phát (1) phát ra chùm tia với một góc mở rộng quét toàn bộ chiều cao của mức chất lưu cần kiểm tra và bộ thu.
a) Cảm biến phát hiện ngưỡng
b) Cảm biến đo mức liên tục
- Nguồn phát tia bức xạ
- Bộ thu
- Chất lưu
Khi mức chất lưu 3 tăng do sự hấp thụ của chất lưu tăng, chùm tia đến bộ thu 2 sẽ bị suy giảm, do đó tín hiệu ra từ bộ thu giảm theo. Mức độ suy giảm của chùm tia bức xạ tỉ lệ với mức chất lưu trong bình chứa.
Vừa rồi Tâm vừa giới thiệu đến các bạn cảm biến đo lưu lượng chất, bài viết mang tính chất chia sẽ, hy vọng giúp ích được các bạn trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Xem thêm: Cảm biến quang
Xem thêm: Bộ ghi dữ liệu Data Logger
