Xem mẫu

  1. KHOA CÔNG NGH ðI N T N I DUNG MÔN H C K THU T C M BI N VÀ ðO LƯ NG • KHÁI NI M CHUNG Chương 5: C M BI N L C VÀ • C M BI N TI M C N ÁP SU T • C M BI N QUANG • C M BI N V TRÍ VÀ KHO NG CÁCH Biên so n: ThS. Tr n Văn Hùng • C M BI N L C VÀ ÁP SU T 03-2012 • C M BI N NHI T ð 2:56 PM 1 2:56 PM 2 N I DUNG CHƯƠNG 5 5.1 KHÁI NI M 5.1 Khái ni m 5.2 C m bi n l c (Force sensor) 5.3 C m bi n lưu lư ng (Flowmeters sensor) 5.4 C m bi n áp su t (Pressure sensor) 2:56 PM 3 2:56 PM 4 1
  2. 5.1 KHÁI NI M 5.1 KHÁI NI M Khi dây d n ch u bi n d ng cơ khí thì ñi n Chuy n ñ i ñi n tr ki u này ñư c chia tr c a nó cũng thay ñ i. Hi n tư ng ñó làm 3 lo i: Chuy n ñ i ñi n tr l c căng dây g i là hi u ng tenzo. Chuy n ñ i ñi n tr m nh làm vi c d a trên hi u ng này ñư c g i là Chuy n ñ i ñi n tr l c căng lá chuy n ñ i ñi n tr tenzo hay chuy n ñ i m ng Chuy n ñ i ñi n tr l c căng màng ñi n tr l c căng. m ng 2:56 PM 5 2:56 PM 6 5.1 KHÁI NI M 5.2 C M BI N L C FORCE SENSOR Lo i c m bi n này có 3 thông s chính: Kích thư c c a ñ Giá tr ñi n tr c a c m bi n Dòng ñi n t i ña cho phép 2:56 PM 7 2:56 PM 8 2
  3. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Phân lo i: có ba lo i chính C m C m bi n l c căng lo i không dán bi n (unbonded) l c C m bi n l c căng dán (bonded) C m bi n l c căng lo i bán d n 2:56 PM 9 2:56 PM 10 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Tóm t t: C m • Kh o sát ho t ñ ng c a strain gause. gause. bi n • Trình bày các d ng strain gause. gause. l c • Các m ch c u chuy n ñ i tín hi u. u. • Các ng d ng. ng. 2:56 PM 11 2:56 PM 12 3
  4. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Tóm t t: ði n tr c a dây d n: • D a trên s thay ñ i ñi n tr c a dây d n • “strain gauge” ñơn gi n là m t dây d n như hình sau: ho c ch t bán d n khi nó b bi n d ng. • S d ng ñ ño s co - gi n khi v t th b nén l i ho c kéo căng ra. ði n tr c a dây d n : • Có nhi u ng d ng như là ño l c, áp su t, ρ : ði n tr su t gia t c. 2:56 PM 13 2:56 PM 14 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C dR dl C u t o c a strain gauge: • K t qu : = [1 + 2ν + C (1 − 2ν )] Hay dR =G dl R l R l M t s i dây d n n i 2 ñi m - G: H s l c căng - guage factor: 2.0-4.5 v i kim lo i 2.0- - ði n tr v t d n : >150 v i bán d n - L c căng d c tr c - axial strain : εa =dl/l - Khi v t d n ch u l c kéo: - L c căng vuông góc - transverse strain : dR dρ dl dA εt=-v* εa = - v * dl/l t=- = + − R ρ l A K t lu n : có th dùng c u Wheatstone ñ ño s thay ñ i dρ CdV dl dA − 2νdl = = C (1 − 2ν ) = ñi n tr c a c m bi n ⇒ l c căng ρ V l A l V: h s Poisson C: h s Brigman 2:56 PM 15 2:56 PM 16 4
  5. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Khi có l c tác ñ ng vào thì strain gauge s b thay ñ v hình d ng, d n t i ñi n tr thay ñ i. ð gi n n : ði n tr thay ñ i theo ñ giãn n . 2:56 PM 17 2:56 PM 18 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Strain gauge lo i ñi n tr dán: G m 1 s i dây Các d ng c a strain gauge m ng hay màn m ng s p ñ ng ph ng và ñư c g n (dán) vào thanh ch u l c Ki u tuy n tính Ki u xo n 2:56 PM 19 2:56 PM 20 5
  6. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Strain gauge lo i bán d n: - Cũng d a vào hi u ng áp tr (piezoresistive effect) như trư ng h p kim lo i. - Có gauge factor (G) cao hơn ⇒ ñ nh y l n hơn - Giá thành cao. Strain gauge lo i - D b hư t n ñi n tr dán - Ít thông d ng hơn lo i kim lo i. 2:56 PM 21 2:56 PM 22 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C • ði n tr thay ñ i c a strain gauge là r t nh , c vài ph n trăm ho c nh hơn m t Ohm. • ð phát hi n ra s thay ñ i nh như th , ta ph i áp d ng các m ch c u Ho t ñ ng c a strain gauge Ho t ñ ng c a strain gauge 2:56 PM 23 2:56 PM 24 6
  7. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Phương pháp ño b ng m ch c u WheatStone Phương pháp ño b ng m ch c u WheatStone • C u¼ (Quarter- (Quarter-bridge) R1=R2=R3=R D ng này nh hư ng D ng này h n ch , nhưng Vo= ñi n tr dây n i không lo i b hoàn toàn 2:56 PM 25 2:56 PM ñi n tr dây n i 26 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Phương pháp ño b ng m ch c u WheatStone Phương pháp ño b ng m ch c u WheatStone • C u bán (Half bridge) D ng này Lo i b nh hư ng c a nhi t lên strain gage 2:56 PM 27 2:56 PM 28 7
  8. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Phương pháp ño b ng m ch c u WheatStone Phương pháp ño b ng m ch c u • ð u tiên ta s ch nh các giá tr ñi n tr sao cho • ð ñơn gi n ta cho các giá tr ñi n tr là b ng V1=V2 nhau=R. nhau=R. Khi có s thay ñ i ñi n tr strain gauge ∆R thì: thì: Sai l ch ñi n áp trên m ch c u (V1 – V2) 4R s l n hơn r t nhi u so v i 2∆R vì th : ∆R = s thay ñ i ñi n tr c a strain-gauge R = giá tr ñi n tr c a các ñi n tr trong m ch c u ∆V = sai l ch ñi n áp Vs= ngu n ñi n áp c p trong m ch c u 2:56 PM 29 2:56 PM 30 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Phương pháp ño b ng m ch c u WheatStone M i liên h gi a ñ n dài và ñi n tr • C u ñ y ñ (Full bridge) • Khi strain gauge b tác ñ ng, ñi n tr nó tăng lên. lên. M i quan h gi a ñ n dài và ñi n tr ñư c bi u di n như sau: sau: V i: ε = ñ n dài(∆L/L) R = ñi n tr strain-gauge GF =gauge factor, h s ñư c cung c p b i nhà s n xu t (GF là t s (∆R/R)/(∆L/L) 2:56 PM 31 2:56 PM 32 8
  9. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C H ng s liên h gi a áp và ñ n dài H ng s liên h gi a áp và ñ n dài • Young’s modulus (E) h ng s mô t m i quan h • Young’s modulus (E) h ng s mô t m i quan h gi a áp và ñ n dài c a v t: gi a áp l c và ñ n dài c a v t: Young’s modulus (E) Pound-force per square Ch t li u Lb/in2 N/cm2 V i: S t 30.106 2,07.107 inch (Lb/in2 = psi) E = H ng s (h ng s ph thu c vào v t li u) ð ng 15.106 1,07.107 Lb: vi t t t t ti ng la Nhôm 10.106 6,9.106 ρ = L c tác ñ ng trên m t vùng tinh Libra=pound-foot ðá 7,3.106 5,0.106 G c ng 1,5 . 106 1,0.106 ε = ð n dài 2:56 PM 33 2:56 PM 34 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C M ch ño th c t Ngư i ta phân loadcell thành nhi u lo i d a trên các cơ s sau: Tr ng thái tương tác l c T m ño Nhu c u c a ngư i s d ng Môi trư ng làm vi c 2:56 PM 35 2:56 PM 36 9
  10. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Có hai d ng tín hi u ñư c ñưa ra t Loadecell Analog Volt output: 0 to ± 5 V , 0 to± 10 V Current output: 4 to 20 mA Ưu ñi m: kích thư c nh g n, d s d ng, giá thành th p Digital Ph n ñi n tr bù nhi t ñư c ñ t g n strain Gauges A/D 24 bit ch u tác ñ ng, ñ ñ m b o cùng nhi t ñ . Nó không Ưu ñi m: ñáp ng cao, ch ng nhi u t t b thay ñ i dư i tác ñ ng c a l c. 2:56 PM 37 2:56 PM 38 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Cho m ch ño strain Ví d Ví d Gi i gain như hình. Di n hình. ð thay ñ i ñi n tr khi thanh ch u tác ñ ng tích b m t tr (c u t o b ng thép) là 2 in2 R=120 R=120 th a s GF=2 GF=2. Ngu n cung c p 10 V. Khi thanh chưa b ð n dài : tác ñ ng ngõ ra c u là 0V. Khi thanh ch u tác ñ ng, ngõ ra c u là 0.0005V. Tìm l c tác 0005V ñ ng lên thanh. thanh. 2:56 PM 39 2:56 PM 40 10
  11. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Ví d Gi i Áp d ng công th c : ð tính toán l c tác ñ ng lên thanh. Tra b ng Young’s modulus. T b ng, ta tìm ñư c 30,000,000 lb/in2 cho b i: ðó là l c tác ñ ng lên m t in2 m t c t, theo ñ là 2.in2 nên l c tác ñ ng ph i là 6000lb/in2 Dùng bán c u 2:56 PM 41 2:56 PM 42 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Dùng bán c u Ngõ ra c u bán ph n ñây có hai train gain chính, 2 train gain ph 2:56 PM 43 2:56 PM 44 11
  12. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Dùng m ch c u ñ y ñ Dùng m ch c u ñ y ñ 2:56 PM 45 2:56 PM 46 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C ði n áp ra m ch c u ñ y ñ S d ng Loadcell ñúng cách ñ tránh làm hư h i Loadcell Lưa ch n t m ño phù h p tránh tình tr ng quá t i L a ch n lo i Loadcell phù h p v i môi trư ng làm vi c Khi s d ng Loadcell thì chúng ta ph i quan tâm ñ n tu i th c a nó 2:56 PM 47 2:56 PM 48 12
  13. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C T m ño c a m t vài lo i Loadcell HC 2001: 0 to 50 - 100-200 - 300Kg. (Al). HC 2001: 0 to 500 - 1000 Kg. (Fe). HC 2002: 0 to 2 ton. HC 2005: 0 to 5 tons. HC 2015: 0 to 10 – 15 tons. HC 2030: 0 to 30 tons. HC 2080: 0 to 50 – 80 tons. Hình d ng th c t Loadcell 2:56 PM 49 2:56 PM 50 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C Loadcell lo i vòng tròn Hình d ng th c t Loadcell 2:56 PM 51 2:56 PM 52 13
  14. 5.2 C M BI N L C 5.2 C M BI N L C ng d ng: Loadcell lo i tr 2:56 PM 53 2:56 PM 54 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG FLOWMETERS SENSOR Khái ni m S lư ng v t ch t ñư c xác ñ nh b ng kh i lư ng và th tích c a nó tương ng v i các ñơn v ño (kg, t n) hay ñơn v th tích (m3, lít) Lưu lư ng v t ch t là s lư ng ch t y ch y qua ti t di n ngang c a ng d n trong m t ñơn v th i gian. V • Lưu lư ng th tích: QV = t m • Lưu lư ng kh i: Qm = t 2:56 PM 55 2:56 PM 56 14
  15. 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG V n t c dòng ch y và lưu lư ng ð c trưng c a lưu ch t Các c m bi n lưu lư ng s d ng các nguyên lý sau ñây: • Áp su t sai l ch (chênh áp - Differential Pressure) M i lưu ch t ñư c ñ c trưng b i nh ng y u • T o ñ xoáy (Vortex/Swir generation) t sau: • T trư ng (Electromagnetic) • Kh i lư ng riêng • Th ch (Positive displacement) • H s nh t ñ ng l c • Tua bin • H s nh t ñ ng h c • C m bi n kh i lư ng (Mass) • Nhi t 2:56 PM 57 2:56 PM 58 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG Tính nh t Kh i lư ng riêng H s nh t ñ ng l c s ñư c tính theo phương trình Kh i lư ng riêng là kh i lư ng c a 1 ñơn 2 2.∆ρ .g .r sau: µ= v th tích lưu ch t 9.u m • µ: H s nh t ñ ng l c (Pa s) ρ= (kg / m 3 ) V • ∆ρ: S khác nhau gi a kh i lư ng riêng qu c u m: kh i lư ng c a kh i lưu ch t và ch t l ng (kg/m3). V: th tích c a kh i lưu ch t • g: Gia t c tr ng trư ng 9,81 m/s2. • r: Bán kính qu c u (m). • u: V n t c rơi c a qu c u u= d/t (m/s) • Pa s= Ns/m2= 103 cP (centiPoise) = 10 P (Poise) 2:56 PM 59 2:56 PM 60 15
  16. 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG Tính nh t Tr s Reynold: (Re) µ.103 H s nh t ñ ng h c: V = ρ ρ .u.D Tr s Reynold: Re = µ • v: h s nh t ñ ng h c, ñơn v centistokes (cSt) • ρ: Kh i lư ng riêng c a lưu ch t (kg/m3) • µ: H s nh t ñ ng l c. • D: ðư ng kính trong c a ng d n lưu ch t (m) • ρ: Kh i lư ng riêng c a lưu ch t (kg/m3). • u: V n t c c a lưu ch t (m/s) • ðơn v h s nh t ñ ng h c là cSt (centistokes), St • µ: H s nh t ñ ng l c (Pa s) (stokes), m2/s. (1St=100 cSt=1cm2/s=10-4 m2/s) 2:56 PM 61 2:56 PM 62 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG Hi u chu n kh i lư ng riêng Tr ng thái dòng ch y • Kh i lư ng riêng thư ng không là m t h ng s N u b ñi nh hư ng c a ñ nh t và s ma sát v i • Kh i lư ng riêng c a ch t l ng tùy thu c vào nhi t thành ng d n thì v n t c dòng ch y s như nhau ñ . ð hi u chu n kh i lư ng riêng ta ch c n ño m i v trí trên m t c t ngang c a ng d n nhi t ñ . • Khí thư ng là m t h n h p g m nhi u thành ph n. • Kh i lư ng riêng l thu c vào áp su t và nhi t ñ . Lý tư ng Th c t 2:56 PM 63 2:56 PM 64 16
  17. 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG Tr ng thái dòng ch y ðo lưu lư ng Xác ñ nh lư ng lưu ch t ñi qua ti t di n Các khí ( tr ng thái bão ngang c a ng d n trong 1 ñơn v th i gian. hòa) và h u h t các ch t Có r t nhi u phương pháp khác nhau ñ ño l ng thư ng ñư c v n lưu lư ng, tuỳ thu c vào ñ i tư ng ñư c ño chuy n b ng ng d n và m c ñ chính xác yêu c u. tr ng thái dòng ch y r i. Tr s Reynold. 2:56 PM 65 2:56 PM 66 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG T i sao c n ph i ño lưu lư ng? Các phương pháp ño lưu lư ng ð nh lư ng ch t l ng trong bình ch a, có Phương pháp dùng Tuabin th tích không xác ñ nh S d ng Piston Lưu l ơng nh ñ n áp su t và nhi t ñ ðo lưu lư ng thông qua s chênh l ch áp Tính toán và phân b h th ng ng d n su t trên cùng 1 ñư ng dây d n (nư c ho c gas) cho phù h p ð dâng cao c a các c t ch t l ng trên ng ðo th tích xăng ñã bơm tr m xăng… r ng có 1 ñ u n i v i ñư ng ng c n ño Quang h c, siêu âm,…. 2:56 PM 67 2:56 PM 68 17
  18. 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG S d ng hai ñ ng h ño S d ng m t ñ ng h chênh áp C m bi n d a vào ñ xoáy c a dòng ño chênh áp ch t l ng (C m bi n ki u Vortex) 2:56 PM 69 2:56 PM 70 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG C m bi n lưu lư ng ki u t trư ng C m bi n ki u th ch 2:56 PM 71 2:56 PM 72 18
  19. 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG C m bi n lưu lư ng ki u tuabin Các c m bi n lưu lư ng kh i 2:56 PM 73 2:56 PM lư ng 74 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG Các c m bi n d a vào nhi t Các c m bi n d a vào kh i lư ng 2:56 PM 75 2:56 PM 76 19
  20. 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG Hình d ng các lo i c m bi n ño lưu Hình d ng các lo i c m bi n ño lưu lư ng lư ng Magnetic-Flowmeter Mass-Flow-Meter Vortex Flowmeters 2:56 PM 77 2:56 PM 78 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG 5.3 C M BI N LƯU LƯ NG Hình d ng các lo i c m bi n ño lưu lư ng Hình d ng các lo i c m bi n ño lưu lư ng C m bi n lưu lư ng ki u tuabin C m bi n lưu lư ng ki u tuabin 2:56 PM 79 2:56 PM 80 20
nguon tai.lieu . vn