Ch−¬ng IX
C¶m biÕn ®o l−u l−îng Vµ MøC CHÊT l−u
9.1. C¶m biÕn ®o l−u l−îng
9.1.1. L−u l−îng vµ ®¬n vÞ ®o
L−u l−îng chÊt l−u lµ l−îng chÊt l−u ch¶y qua tiÕt diÖn ngang cña èng 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 = (9.1)
∆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.
L−u l−îng tøc thêi x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
dV dm
Q= hoÆc G= (9.2)
dt dt
§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 c«ng t¬ trong mét kho¶ng thêi
gian x¸c ®Þnh ∆t.
- §o vËn tèc chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ 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.
9.1.2. C«ng t¬ thÓ tÝch
C«ng t¬ thÓ tÝch ®o thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ b»ng c¸c ®Õm trùc tiÕp
l−îng thÓ tÝch ®i qua buång chøa cã thÓ tÝch x¸c ®Þnh cña c«ng t¬.
S¬ ®å nguyªn lý cña c«ng t¬ thÓ tÝch kiÓu b¸nh r¨ng h×nh «van tr×nh bµy trªn
h×nh 9.1.
- 142 -
C«ngt¬ gåm hai b¸nh r¨ng h×nh «van (1) vµ (2) truyÒn ®éng ¨n khíp víi nhau
(h×nh 9.1a). 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 9.1b) 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. Trong mét vßng quay cña c«ngt¬ thÓ tÝch chÊt láng qua
c«ngt¬ b»ng bèn lÇn thÓ tÝch V0 (b»ng V1 hoÆc V2). Trôc cña mét trong hai b¸nh
r¨ng liªn kÕt víi c¬ cÊu ®Õm ®Æt ngoµi c«ngt¬.
1 V2
2
V1
a) b) c)
H×nh 9.1 S¬ ®å nguyªn lý c«ng t¬ thÓ tÝch
ThÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ngt¬ 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 ) (9.3)
Trong ®ã:
qV - thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ øng víi mét vßng quay.
N1, N2 - tæng sè vßng quay cña c«ng t¬ t¹i thêi ®iÓm t1 vµ t2.
Th«ng th−êng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng:
∆V = q c (N c 2 − N c1 ) (9.4)
qc - hÖ sè c«ng t¬ (thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ øng víi mét ®¬n vÞ chØ thÞ
trªn c«ng t¬).
Nc1, Nc2 - sè trªn chØ thÞ c«ng t¬ t¹i thêi ®iÓm t1 vµ t2.
L−u l−îng trung b×nh:
∆V q v (N 2 − N 1 )
Q tb = = (9.5)
∆t t 2 − t1
L−u l−îng tøc thêi:
- 143 -
dV dN
Q= = qv = qvn (9.6)
dt dt
dN
Víi n = lµ tèc ®é quay trªn trôc c«ng t¬.
dt
§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 cña c«ng t¬, 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 c«ng t¬.
- Dïng tèc ®é kÕ quang.
- Dïng m¹ch ®o thÝch hîp ®Ó ®o tÇn sè hoÆc ®iÖn ¸p.
Giíi h¹n ®o cña c«ng t¬ lo¹i nµy tõ 0,01 - 250 m3/giê, ®é chÝnh x¸c cao ±(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.
§Ó ®o l−u l−îng dßng khÝ ng−êi ta sö
dông c«ng t¬ khÝ kiÓu quay. C«ng t¬ (h×nh
9.2) gåm vá h×nh trô (1), c¸c c¸nh (2,4,7,8), 1
tang quay (3) vµ cam (6). Khi c¸nh (4) ë vÞ 8 2
trÝ nh− h×nh vÏ , ¸p suÊt chÊt khÝ t¸c ®éng 3
7
lªn c¸nh lµm cho tang (3) quay. Trong qu¸ 4
tr×nh quay c¸c c¸nh lu«n tiÕp xóc víi mÆt 6
5
ngoµi cam (6) nhê c¸c con l¨n (5). Trong H×nh 9.2 C«ng t¬ khÝ kiÓu quay
1) Vá 2, 4,7&8) C¸nh 3) Tang
mét vßng quay thÓ tÝch chÊt khÝ b»ng thÓ quay 5) Con l¨n 6) Cam
tÝch vµnh chÊt khÝ gi÷a vá vµ tang. ChuyÓn
®éng quay cña tang ®−îc truyÒn ®Õn c¬ cÊu ®Õm ®Æt bªn ngoµi vá c«ng t¬.
C«ng t¬ khÝ kiÓu quay cã thÓ ®o l−u l−îng ®Õn 100 - 300 m3/giê, cÊp chÝnh x¸c
0,25; 0,5.
9.1.3. C«ng t¬ tèc ®é
H×nh 9.3 tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o cña mét c«ng t¬ tèc ®é tuabin h−íng trôc.
Bé phËn chÝnh cña c«ng t¬ 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 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).
- 144 -
4
2
1
3
H×nh 9.3 S¬ ®å cÊu t¹o c«ng t¬ tèc ®é 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
Tèc ®é quay cña c«ng t¬ tØ lÖ víi tèc ®é dßng ch¶y:
n = kW
Trong ®ã:
k - hÖ sè tØ lÖ phô thuéc cÊu t¹o c«ng t¬.
W- tèc ®é dßng ch¶y.
L−u l−îng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬:
F
Q = WF = n (9.7)
k
Víi:
F - tiÕt diÖn dßng ch¶y.
n - tèc ®é quay cña tuabin (sè vßng quay trong mét gi©y).
NÕu dïng c¬ cÊu ®Õm ®Ó ®Õm tæng sè vßng quay cña c«ng t¬ trong mét
kho¶ng thêi gian tõ t1 ®Õn t2 sÏ nhËn ®−îc thÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua c«ng t¬:
F
dV = dQdt = ndt
k
F t2
V= ∫ ndt
k t1
Hay:
V=
F
(N 2 − N1 ) (9.8)
k
F t2
Víi N 2 − N1 = ∫ ndt
k t1
- 145 -
C«ng t¬ tèc ®é 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.
§Ó ®o l−u l−îng nhá ng−êi ta dïng c«ng t¬ tèc ®é kiÓu tiÕp tuyÕn cã s¬ ®å cÊu
t¹o nh− h×nh 9.4.
Tuabin c«ng t¬ (1) ®Æt trªn trôc quay vu«ng gãc víi dßng ch¶y. ChÊt l−u qua
mµng läc (2) qua èng dÉn (3) vµo c«ng t¬ theo h−íng tiÕp tuyÕn víi tuabin lµm
quay tuabin. C¬ cÊu ®Õm liªn kÕt víi trôc tuabin ®Ó ®−a tÝn hiÖu ®Õn m¹ch ®o.
1
2
3
H×nh 9.4 C«ng t¬ tèc ®é kiÓu tuabin tiÕp tuyÕn
1) Tuabin 2) Mµng läc 3) èng dÉn
C«ng t¬ kiÓu 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.
9.1.4. L−u l−îng kÕ mµng ch¾n
a) Nguyªn lý ®o
C¸c c¶m biÕn lo¹i nµy ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c ®o ®é gi¶m ¸p suÊt cña
dßng ch¶y khi ®i qua mµng ng¨n cã lç thu hÑp. Trªn h×nh 9.5 tr×nh bµy s¬ ®å nguyªn
lý ®o l−u l−îng dïng mµng ng¨n tiªu chuÈn.
Khi ch¶y qua lç thu hÑp cña mµng ng¨n, vËn tèc chÊt l−u t¨ng lªn vµ ®¹t cùc
®¹i (W2) t¹i tiÕt diÖn B-B, do ®ã t¹o ra sù chªnh ¸p tr−íc vµ sau lç 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.
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:
W2 =
1 2
(p1 − p 2 )
ξ−µ m 2 2 ρ
Trong ®ã:
p1’, p2’ - ¸p suÊt tÜnh t¹i tiÕt diÖn A-A vµ B-B.
ρ - tØ träng chÊt l−u.
- 146 -
ξ - hÖ sè tæn thÊt thuû lùc.
m - tØ sè thu hÑp cña mµng ng¨n, m = F0/F1.
µ - hÖ sè thu hÑp dßng ch¶y, µ = F2/F0.
F1 A F0 B F2 C
W1
W2
p’1 p’2
∆p δp
p’1
p1 p3’
p2 p’2
w1 w2 w3
H×nh 9.5 Ph©n bè v©n tèc vµ ¸p suÊt
cña mét dßng ch¶y lý t−ëng qua lç thu hÑp
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 lç thu hÑp. Quan hÖ gi÷a ∆p’ vµ ∆p
cã d¹ng:
p 1 − p '2 = ψ p 1 − p 2
'
Khi ®ã:
ψ
W2 =
2
(p1 − p 2 )
ξ − µ2 m 2 ρ
vµ l−u l−îng khèi l−îng cña chÊt l−u:
µψ
G = W2 F2 ρ = W2 µF0 ρ = F0 2ρ(p 1 − p 2 )
ξ−µ m 2 2
Hay:
G = αF0 2ρ(p 1 − p 2 ) (9.9)
µψ
Víi α = gäi lµ hÖ sè l−u l−îng.
ξ−µ m 2 2
- 147 -
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
G=α 2ρ(p 1 − p 2 ) (9.10)
4
πd 2
Q=α
2
(p1 − p 2 ) (9.11)
4 ρ
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 ) (9.12)
Q = cαε
1
(p1 − p 2 ) (9.13)
ρ
ë ®©y:
( )
c = π 2 / 4 lµ h»ng sè.
ρ - tØ träng chÊt l−u t¹i cöa vµo cña lç thu hÑp.
§èi víi c¸c dßng chÊt l−u cã trÞ sè Reynol nhá h¬n gi¸ trÞ tíi h¹n, khi ®o
kh«ng thÓ dïng mµng ng¨n lç thu hÑp tiªu chuÈn v× khi ®ã hÖ sè l−u l−îng kh«ng
ph¶i lµ h»ng sè. Trong tr−êng hîp nµy, ng−êi ta dïng c¸c mµng ng¨n cã lç thu hÑp
®Æc biÖt nh− mµng ng¨n cã lç c«n (h×nh 9.6a), gicl¬ h×nh trô (h×nh 9.6b), gicl¬ cong
(h×nh 9.6c) ... 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 sè Reynol giíi h¹n.
a) b) c)
H×nh 9.6 CÊu t¹o mµng ng¨n lç thu hÑp ®Æc biÖt
dïng ®Ó ®o l−u l−îng dßng ch¶y chÊt l−u cã sè Reynol nhá
- 148 -
b) S¬ ®å hÖ thèng ®o
Tuú theo yªu cÇu sö dông, ng−êi ta cã thÓ sö dông hÖ thèng ®o thÝch hîp. Trªn
h×nh 9.7 tr×nh bµy s¬ ®å khèi cña mét sè hÖ thèng ®o dïng mµng ch¾n.
1 1 1
Q Q Q
5
2 3 8 3
4
4
7
a) 6
b) c)
1 1
Q Q
9 12 3
9 10 11 3
4 4
7 7
6 6
®)
d)
H×nh 9.7 S¬ ®å hÖ thèng ®o l−u l−îng dïng mµng ng¨n
1) Mµng ng¨n 2) L−u l−îng kÕ vi sai 3) Bé biÕn ®æi ®é gi¶m ¸p 4) Dông cô ®o thø cÊp
5) Bé tÝch ph©n l−u l−îng 6) Dông cô tÝnh khèi l−îng chÊt l−u 7) ThiÕt bÞ tÝnh to¸n 8) BiÕn
®æi tØ träng chÊt l−u trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc 9) Bé biÕn ®æi nhiÖt ®é 10) Bé biÕn ®æi ¸p suÊt
11) Bé biÕn ®æi tØ träng trong ®iÒu kiÖn ®Þnh møc 12) Bé biÕn ®æi tØ träng chÊt l−u ë 20oC
9.1.5. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ
Nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ dùa trªn ®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 9.8.
5 2
N S
3 4
1
H×nh 9.8 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
- 149 -
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 = BWD = Q (9.14)
πD
Trong ®ã:
B - c−êng ®é tõ tr−êng.
W- 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× E søc ®iÖn ®éng c¶m øng 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 víi cÊp chÝnh x¸c 1;
2,5.
9.2. C¶m biÕn ®o vµ ph¸t hiÖn møc chÊt l−u
9.2.1. Môc ®Ých vµ ph−¬ng ph¸p ®o
Môc ®Ých viÖc ®o vµ phÊt hiÖn møc chÊt l−u lµ x¸c ®Þnh møc ®é hoÆc khèi
l−îng chÊt l−u trong b×nh chøa.
Cã hai d¹ng ®o: ®o liªn tôc vµ x¸c ®Þnh theo ng−ìng.
- 150 -
Khi ®o liªn tôc biªn ®é hoÆc tÇn sè cña tÝn hiÖu ®o cho biÕt thÓ tÝch chÊt l−u
cßn l¹i trong b×nh chøa. Khi x¸c ®Þnh theo ng−ìng, c¶m biÕn ®−a ra tÝn hiÖu d¹ng
nhÞ ph©n cho biÕt th«ng tin vÒ t×nh tr¹ng hiÖn t¹i møc ng−ìng cã ®¹t hay kh«ng.
Cã ba ph−¬ng ph¸p hay dïng trong kü thuËt ®o vµ ph¸t hiÖn møc chÊt l−u:
- Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh dïng biÕn ®æi ®iÖn.
- Ph−¬ng ph¸p ®iÖn dùa trªn tÝnh chÊt ®iÖn cña chÊt l−u.
- Ph−¬ng ph¸p bøc x¹ dùa trªn sù t−¬ng t¸c gi÷a bøc x¹ vµ chÊt l−u.
9.2.2. Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh
Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh dïng ®Ó ®o møc chÊt l−u trong b×nh chøa. Trªn h×nh 9.9
giíi thiÖu mét sè s¬ ®å ®o møc b»ng ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh.
2
2
3 4
6 p0
1
h
5
1 h
1
H×nh 9.9 S¬ ®å ®o møc theo ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh
a) Dïng phao cÇu b) Dïng phao trô c) Dïng c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai
Trong s¬ ®å h×nh 9.9a, phao (1) næi trªn mÆt chÊt l−u ®−îc nèi víi ®èi träng
(5) b»ng d©y mÒm (2) qua c¸c rßng räc (3), (4). Khi møc chÊt l−u thay ®æi, phao (1)
n©ng lªn hoÆc h¹ xuèng lµm quay rßng räc (4), mét c¶m biÕn vÞ trÝ g¾n víi trôc quay
cña rßng räc sÏ cho tÝn hiÖu tØ lÖ víi møc chÊt l−u.
Trong s¬ ®å h×nh 9.9b, phao h×nh trô (1) nhóng ch×m trong chÊt l−u, phÝa trªn
®−îc treo bëi mét c¶m biÕn ®o lùc (2). Trong qu¸ tr×nh ®o, c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng
cña mét lùc F tØ lÖ víi chiÒu cao chÊt l−u:
F = P − ρgSh
Trong ®ã:
P - träng l−îng phao.
h - chiÒu cao phÇn ngËp trong chÊt l−u cña phao.
S - tiÕt diÖn mÆt c¾t ngang cña phao.
ρ - khèi l−îng riªng cña chÊt l−u.
- 151 -
g - gia tèc träng tr−êng.
Trªn s¬ ®å h×nh 9.9c, sö dông mét c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai d¹ng mµng (1) ®Æt
s¸t ®¸y b×nh chøa. Mét mÆt cña mµng c¶m biÕn chÞu ¸p suÊt chÊt l−u g©y ra:
p = p 0 + ρgh
MÆt kh¸c cña mµng c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng cña ¸p suÊt p0 b»ng ¸p suÊt ë ®Ønh b×nh
chøa. Chªnh lÖch ¸p suÊt p - p0 sinh ra lùc t¸c dông lªn mµng cña c¶m biÕn lµm nã
biÕn d¹ng. BiÕn d¹ng cña mµng tØ lÖ víi chiÒu cao h cña chÊt l−u trong b×nh chøa,
®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn nhê c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn thÝch hîp.
9.2.3. Ph−¬ng ph¸p ®iÖn
C¸c c¶m biÕn ®o møc b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c
chuyÓn ®æi trùc tiÕp biÕn thiªn møc chÊt láng thµnh tÝn hiÖu ®iÖn dùa vµo tÝnh chÊt
®iÖn cña chÊt l−u. C¸c c¶m biÕn th−êng dïng lµ c¶m biÕn dé dÉn vµ c¶m biÕn ®iÖn
dung.
a) C¶m biÕn ®é dÉn
C¸c c¶m biÕn lo¹i nµy dïng ®Ó ®o møc c¸c chÊt l−u cã tÝnh dÉn ®iÖn (®é dÉn
®iÖn ~ 50µScm-1). Trªn h×nh 9.10 giíi thiÖu mét sè c¶m biÕn ®é dÉn ®o møc th«ng
dông.
h h
hmin
a) b) c)
H×nh 9.10 C¶m biÕn ®é dÉn
a) C¶m biÕn hai ®iÖn cùc b) C¶m biÕn mét ®iÖn cùc c) C¶m biÕn ph¸t hiÖn møc
S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10a gåm hai ®iÖn cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng
dÉn ®iÖn. Trong chÕ ®é ®o liªn tôc, c¸c ®iÖn cùc ®−îc nèi víi nguån nu«i xoay chiÒu
~ 10V (®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ph©n cùc cña c¸c ®iÖn cùc). Dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c
®iÖn cùc cã biªn ®é tØ lÖ víi chiÒu dµi cña phÇn ®iÖn cùc nhóng ch×m trong chÊt
láng.
S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10b chØ sö dông mét ®iÖn cùc, ®iÖn cùc thø hai lµ b×nh
chøa b»ng kim lo¹i.
- 152 -
S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10c dïng ®Ó ph¸t hiÖn ng−ìng, gåm hai ®iÖn cùc ng¾n
®Æt theo ph−¬ng ngang, ®iÖn cùc cßn l¹i nèi víi thµnh b×nh kim lo¹i,vÞ trÝ mçi ®iÖn
cùc ng¾n øng víi mét møc ng−ìng. Khi møc chÊt láng ®¹t tíi ®iÖn cùc, dßng ®iÖn
trong m¹ch thay ®æi m¹nh vÒ biªn ®é.
b) C¶m biÕn tô ®iÖn
Khi chÊt láng lµ chÊt c¸ch ®iÖn, cã thÓ t¹o tô ®iÖn b»ng hai ®iÖn cùc h×nh trô
nhóng trong chÊt láng hoÆc mét ®iÖn cùc kÕt hîp víi ®iÖn cùc thø hai lµ thµnh b×nh
chøa nÕu thµnh b×nh lµm b»ng kim lo¹i. ChÊt ®iÖn m«i gi÷a hai ®iÖn cùc chÝnh lµ
chÊt láng ë phÇn ®iÖn cùc bÞ ngËp vµ kh«ng khÝ ë phÇn kh«ng cã chÊt láng. ViÖc ®o
møc chÊt l−u ®−îc chuyÓn thµnh ®o ®iÖn dung cña tô ®iÖn, ®iÖn dung nµy thay ®æi
theo møc chÊt láng trong b×nh chøa. §iÒu kiÖn ®Ó ¸p dông ph−¬ng ph¸p nµy h»ng sè
®iÖn m«i cña chÊt láng ph¶i lín h¬n ®¸ng kÓ h»ng sè ®iÖn m«i cña kh«ng khÝ
(th−êng lµ gÊp ®«i).
Trong tr−êng hîp chÊt l−u lµ chÊt dÉn ®iÖn, ®Ó t¹o tô ®iÖn ng−êi ta dïng mét
®iÖn cùc kim lo¹i bªn ngoµi cã phñ c¸ch ®iÖn, líp phñ ®ãng vai trß chÊt ®iÖn m«i
cßn chÊt l−u ®ãng vai trß ®iÖn cùc thø hai.
9.2.4. Ph−¬ng ph¸p bøc x¹
C¶m biÕn bøc x¹ cho phÐp ®o møc chÊt l−u mµ kh«ng cÇn tiÕp xóc víi m«i
tr−êng ®o, −u ®iÓm nµy rÊt thÝch hîp khi ®o møc ë ®iÒu kiÖn m«i tr−êng ®o cã nhiÖt
®é, ¸p suÊt cao hoÆc m«i tr−êng cã tÝnh ¨n mßn m¹nh.
Trong ph−¬ng ph¸p nµy c¶m biÕn gåm mét nguån ph¸t tia (1) vµ bé thu (2)
®Æt ë hai phÝa cña b×nh chøa. Nguån ph¸t th−êng lµ mét nguån bøc x¹ tia γ (nguån
60
Co hoÆc 137Cs), bé thu lµ mét buång ion ho¸.
ë chÕ ®é ph¸t hiÖn møc ng−ìng(h×nh 9.11a), nguån ph¸t vµ bé thu ®Æt ®èi diÖn
nhau ë vÞ trÝ ngang møc ng−ìng cÇn ph¸t hiÖn, chïm tia cña nguån ph¸t m¶nh vµ
gÇn nh− song song. Tuú thuéc vµo møc chÊt l−u (3) cao h¬n hay thÊp h¬n møc
ng−ìng mµ chïm tia ®Õn bé thu sÏ bÞ suy gi¶m hoÆc kh«ng, bé thu sÏ ph¸t ra tÝn
hiÖu t−¬ng øng víi c¸c tr¹ng th¸i so víi møc ng−ìng.
ë chÕ ®é ®o møc liªn tôc (h×nh 9.11b), nguån ph¸t (1) ph¸t ra chïm tia víi
mét gãc më réng quÐt lªn toµn bé chiÒu cao cña møc chÊt l−u cÇn kiÓm travµ bé thu.
- 153 -
1 2
1 2
3 3
h
a) b)
H×nh 9.11 C¶m biÕn ®o møc b»ng tia bøc x¹
a) C¶m biÕn ph¸t hiÖn ng−ìng b) C¶m biÕn ®o møc liªn tôc
1) Nguån ph¸t tia bøc x¹ 2) Bé thu 3) ChÊt l−u
Khi møc chÊt l−u (3) t¨ng do sù hÊp thô cña chÊt l−u t¨ng, chïm tia ®Õn bé thu
(2) sÏ bÞ suy gi¶m, do ®ã tÝn hiÖu ra tõ bé thu gi¶m theo. Møc ®é suy gi¶m cña
chïm tia bøc x¹ tØ lÖ víi møc chÊt l−u trong b×nh chøa
- 154 -
Copyright by webtailieu.net