Xem mẫu
- Đồ án tốt nghiệp cảm biến ô tô
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
CH NG 1
PHÂN TÍCH C S LÝ THUY T
1.1 Gi i thi u chung
Ngày nay, c m bi n là thi t b c s d ng r t ph bi n trong t t c các thi t b , t
dùng trong gia ình cho n các thi t b tiên ti n và trong ó có c ngành công
nghi p ô tô. Vì v y nghiên c u v c m bi n ng d ng nó cách hi u qu là v n
ang c quan tâm c bi t.
1.1.1 Công d ng c m bi n
C m bi n là thi t b ch u tác ng c a i l ng c n o không có tính ch t i n
u vào ký hi u là m và cho u ra m t i l ng mang b n ch t i n có th o
c ký hi u là s. i l ng i n s là hàm c a i l ng c n o m: s = F(m)
1.1.2 Phân lo i
C m bi n c phân lo i theo nhi u cách:
1. Theo nguyên lý chuy n i
Nguyên lý chuy n i v t lý;
Nguyên lý chuy n i hóa h c;
Nguyên lý chuy n i sinh h c.
2. Theo thông s! c a mô hình m ch thay th
C m bi n tích c"c: u ra là ngu n áp ho c ngu n dòng;
C m bi n th ng: c tr ng b i các thông s! R,C,L…tuy n tính hay
phi tuy n tính.
3. Theo tín hi u kích thích
C m bi n quang i n;
C m bi n nhi t i n;
C m bi n v trí, kho ng cách;
C m bi n v n t!c, gia t!c;
C m bi n o l #ng, th tích ch t l u;
C m bi n i n hóa;
C m bi n t ;
C m bi n l"c.
SVTH: HU NH H U LONG 1 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
1.1.3 Yêu c u
Phân tích c$ s lý thuy t và mô ph%ng ho t ng m t s! c m bi n s d ng trong
ngành c$ khí ô tô.
1.2 M c tiêu tài
Phân tích c$ s lý thuy t và nguyên lý ho t ng c a các c m bi n.
&ng d ng c a các c m bi n trong ngành c$ khí.
Mô ph%ng ho t ng, ki m tra các c m bi n ã ch n.
K t lu n – xu t.
1.3 Gi i h n tài
Vì th#i gian th"c hi n án không cho phép nên án ch' gi(i h n trong các
c m bi n sau:
C m bi n v n t!c, l u l ng, áp su t và m c ch t l u.
C m bi n o chân không, )m và i n hoá.
C m bi n o b c x h t nhân và thành ph n khí.
1.4 C s lý thuy t các lo i c m bi n nghiên c u trong tài
1.4.1 C m bi n o v n t c, l u l ng và m c ch t l u
Ch t l u là các môi tr #ng v t ch t d ng l%ng ho c khí t n t i d (i nh*ng i u
ki n nhi t , áp su t và th tích c xác nh b i các nh lu t nhi t ng h c.
D (i tác d ng c a l"c bên ngoài, thí d s" chênh l ch áp su t, ch t l u có th
chuy n ng. Nghiên c u chuy n ng này là !i t ng c a c$ h c ch t l u.
L+nh v"c ng d ng c a ch t l u bao g m: hàng không, khí t ng h c, sinh lý h c.
áp ng các l+nh v"c ng d ng a d ng này, các c m bi n o v n t!c, l u l ng và
m c ch t l u c a ch t l u c,ng r t a d ng c v c u t o và ph $ng pháp o.
1.4.1.1 c tr ng c a dòng ch y
Chuy n ng c a ch t l u c t tr ng b i dòng ch y. Trên th"c t mu!n mô t v t
lý m t dòng ch y c a m t ch t l u c n ph i o v n t!c, kh!i l ng riêng, áp su t và
nhi t các i m khác nhau c a ch t l u ó. Nh*ng c tính khác c a ch t l u nh
nh(t, khuy ch tán nhi t, nhi t l ng riêng… c coi là không i.
Dòng ch y có th là m t pha ho c nhi u pha. Các dòng ch y nhi u pha th #ng có
b n ch t r t khác nhau: có th là t h p c a các pha h$i, khí, l%ng, thí d nh s"
hình thành các lu ng khí do gió gây nên ho c tr #ng h p các lu ng khói b!c lên t
nh*ng ám cháy.
SVTH: HU NH H U LONG 2 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
Tính ch t v t lý c a dòng ch y t i m t i m có th thay i ho c không thay i
theo th#i gian. Khi tính ch t v t lý c a dòng ch y t i m t i m không thay i thì
ó là dòng ch y theo l(p, ng c l i, n u chúng thay i thì ó là dòng ch y r!i.
thu n l i cho vi c mô t và c bi t là cho vi c so sánh gi*a các dòng ch y khác
nhau, trong c$ h c ch t l u th òng s d ng các i l ng không th nguyên, i u
này cho phép gi m s! thông s! c a dòng ch y.
Tr ng h p dòng ch y không nén và ng nhi t:
Tr #ng h p này (kh!i l ng riêng và nhi t không i) thì ch' c n m t thông s!
không th nguyên c,ng xác nh dòng ch y, ó là thông s! Reynolds Re:
Re = UD/- (1.1)
V(i :
U – v n t!c c tr ng c a dòng ch y, trong tr #ng h p !ng thì v n t!c
trung bình c a dòng ch y U = Q/S;
D – kích th (c c tr ng (trong tr #ng h p !ng, D là #ng kính);
Q –l ul ng th tích;
S – ti t di n !ng;
-- nh(t ng h c.
!i v(i nh*ng i u ki n gi(i h n hoàn toàn gi!ng nhau v hình h c, hai dòng ch y
không nén và .ng nhi t c coi là gi!ng nhau n u chúng có thông s! Reynolds
b/ng nhau. Thí d : xét hai dòng ch y trong hai !ng có nhám b m t phía trong
thành !ng nh nhau và #ng kính t $ng ng b/ng D1 và D2. V n t!c dòng ch y (l u
l ng) là U1, U2 và nh(t là -1,-2. tho mãn i u ki n Re1 = Re2 thì:
U 1 D1 U 2 D2
=
ν1 ν2 (1.2)
Nh v y, n u bi t v n t!c u1 i m cách thành !ng c a !ng th nh t m t kho ng x1 thì
có th xác nh v n t!c u2 thành !ng c a !ng th hai m t kho ng x2 = x1(D2/D1) t
bi u th c:
u1 u
= 2
U1 U 2 (1.3)
C,ng nh v y, có th coi u1/U1 là hàm c a s! Reynolds:
u1
= f (Re )
U1 (1.4)
SVTH: HU NH H U LONG 3 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
Ngh+a là m t cách t ng quát, m0i i l ng không th nguyên liên quan n dòng
ch y u có th bi u di1n d (i d ng hàm s! ph thu c vào s! Reynolds c a dòng
ch y ó.
Dòng ch y m t pha có th là dòng ch y theo l(p ho c dòng r!i, i u này ph thu c
vào s! Reynolds. Trong m t #ng !ng d2n có ti t di n tròn, dòng ch y tr thành
dòng r!i n u có s! Reynolds l(n h$n 220.
Trong tr #ng h p ph c t p h$n khi nhi t và kh!i l ng riêng thay i, s! thông
s! c n thi t mô t m t i l ng A b sung s3 t4ng lên. Thí d , v(i ch t khí có
v n t!c l(n:
A = f(Re,Ma) (1.5)
Trong ó Ma = U1/c, c = 5rT là v n t!c âm v(i 5 = Cp/Cv (t6 s! gi*a nhi t dung
riêng áp su t không i và th tích c! nh, trong không khí 5 =1,4). r là h/ng s!
c a ch t khí lý t ng và T là nhi t tuy t !i.
Trên th"c t , các c m bi n d"a trên m t nguyên t7c ho t ng nh ng v k8 thu t thì
không gi!ng nhau khi dùng cho dòng ch y là ch t khí ho c ch t l%ng. Trong
b ng 1.1 gi(i thi u m t s! i m khác nhau c a hai môi tr #ng này.
B ng 1.1
Kh!i l ng riêng 9 nh(t : T!c ch y
Ch t l%ng Không i t 800 n 1000 ≈ 1 ÷ 10 4 PI 0 ≤ U ≤ 200m / s
kg/m3
Ch t khí Ph thu c vào T và P, !i v(i ≈ 10 5 PI
không khí nhi t phòng PI: posieuille 0 ≤ U ≤ 200m / s
3
ρ ≈ 1kg / m
1.4.1.2 C m bi n và ph ng pháp o v n t c c a ch t l u
V n t!c c a các ch t l u th #ng c o gián ti p thông qua nh h ng c a nó n
các c tr ng v t lý c a v t trung gian ho c n hi n t ng v t lý trong ó v n t!c
là m t thông s! và v t trung gian là n$i x y ra hi n t ng. V t trung gian có th
chính là ch t l u ho c m t ph n t c u thành c a c m bi n.
Khi v t trung gian là b n thân ch t l u, v n t!c c a nó xác nh áp su t ng 9U2/2,
hi u ng Doppler tác ng b i laze ho c siêu âm và th#i gian truy n qua c a m t
ng v phóng x . Trong tr #ng h p này ph i s d ng các c m bi n thích h p v(i
i l ng o là áp su t, ánh sáng, siêu âm, tia phóng x .
SVTH: HU NH H U LONG 4 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
Khi v t trung gian là m t ph n t c a c m bi n t trong ch t l u, v n t!c c a ch t
l u s3 xác nh m t trong các c tr ng v t lý nh nhi t c a dây d2n t trong
ch t l u và nuôi b/ng dòng m t chi u, ho c t!c quay c a m t chong chóng ho c
bánh xe t trong ch t l u.
a) Phong k dây và phong k màng m ng
Nguyên t c ho t ng
Khi t trong dòng ch y m t dây d2n ho c m t màng m%ng có nhi t cao h$n
nhi t c a ch t l u thì s3 x y ra s" trao i nhi t !i l u. S" trao i nhi t ph
thu c vào tính ch t v t lý c a dòng ch y, v n t!c c a ch t l u và s" chênh l ch
nhi t gi*a ph n t nóng và ch t l u.
Nhi t cân b/ng T0 c a dây ho c màng (c m bi n) xác nh b/ng cách o i n tr
R c a chúng. i n tr này ph thu c vào nhi t l ng Joule t%a ra và v n t!c c a
ch t l u.
Trên hình 1.1 bi u di1n các d ng dây d2n và các lo i màng m%ng th #ng s d ng
o v n t!c dòng ch y. Các kim lo i dùng cho m c ích này c n có h s! nhi t i n
tr R cao. Thí d : o v n t!c dòng ch y trong ch t khí dùng dây platin và wonfram
có #ng kính 0,6µm< D < 10mµ, trong ch t l%ng dùng màng m%ng platin.
Công su t Pj t%a ra trên i n tr nhi t T s3 b/ng:
2
Pj = R(T). Ι (1.6)
Trong ó I là dòng m t chi u ch y qua i n tr R.
Hình 1.1 Các d ng dây d n và màng m ng dùng o v n t c dòng ch y.
SVTH: HU NH H U LONG 5 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
N u gi thi t s" trao i nhi t ch' x y ra do hi n t ng !i l u c a ch t l u nhi t
Ta thì công su t trao i c bi u di1n b i bi u th c:
Pc = h.Sl.(T – Ta) (1.7)
Trong ó h là h s! trao i nhi t và Sl là di n tích m t xung quanh c a c m bi n.
!i v(i dây d2n Sl = ;Dl, D là #ng kính và l là chi u dài. !i v(i màng m%ng
Sl = 2;Dl, D là chi u r ng và l là chi u dài.
Khi có cân b/ng nhi t, Pj = Pc , ngh+a là:
R(T ).I 2 = h.S L .(T − Ta ) (1.8)
V n t!c U c a ch t l u liên quan n h s! trao i nhi t. Nhi u công th c th"c
nghi m ã c a ra ph n ánh m!i liên h này, thí d công th c c a King:
h = a+b U (1.9)
Trong ó a,b là các h/ng s! ph thu c vào ch t l u và c m bi n. N u s d ng bi u
th c c a King ta s3 có:
( )
R(T ).I 2 = A + B U .(T −T a )
(1.10)
Trong ó A = a.Sl và B = b.Sl.
S o
1. Ch dòng không i
Hình 1.2 S o trong ch dòng không i.
Trong tr #ng h p này dòng ch y qua dây d2n c gi* giá tr không i
I = const (b/ng cách dùng ngu n dòng). Vì công su t nhi t trao i ph thu c vào
v n t!c U nên n u U thay i thì nhi t c,ng thay i theo. M c khác i n tr R
ph thu c vào nhi t , ngh+a là i n áp u ra c,ng ph thu c vào nhi t . S$
nguyên lý m ch o dùng dòng không i c bi u di1n trên hình 1.2.
SVTH: HU NH H U LONG 6 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
Do dây d2n có nhi t dung nh t nh nên s3 phát sinh m t h/ng s! th#i gian.
Trong m ch này có ghép thêm m t ph n t bù tr quán tính nhi t c i thi n
th#i gian áp ng.
2. Ch nhi t không i
Trong tr #ng h p này nhi t
(và do ó i n tr ) c gi*
không i. S$ o bi u di1n
trên hình 1.3.
Trong s$ nhi t không i,
c m bi n óng vai trò là m t
nhánh c a c u Wheatstone. Dòng
i n c n thi t cân b/ng c u ph
thu c vào v n t!c c a ch t l u.
Dùng s$ trên ây có u i m Hình 1.3 S o trong ch nhi t không
i.
là quán tính nhi t nh% h$n tr #ng
h p dùng dòng không i.
b) Phong k ion
Có nhi u lo i c m bi n o t!c gió trên c$ s o dòng ion, chúng khác nhau ch
y u v hình d ng.
A4 A2(I2) I2
A2
u A0
A1(I1) A3 U
I1
(I1
Hình 1.4 Phong k ion: a) nguyên lý c u t o; b) m ch o.
Trên hình 1.4 bi u di1n s$ nguyên lý c a m t c m bi n o t!c gió b/ng cách
o dòng ion.
SVTH: HU NH H U LONG 7 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
u o g m m t dây d2n có i n th cao, xung quanh nó là b!n i n c"c góp. Dây
d2n c t sao cho h (ng c a nó vuông góc v(i h (ng c a dòng ch y.
Trong không khí g n s i dây cao áp luôn có các ion, thí d ion (H2O)nH+. T!c
di chuy n c a các ion này gi*a các i n c"c t6 l v(i l(n c a i n tr #ng. Khi
không khí ng yên, dòng i n o các i n c"c b/ng nhau. Khi không khí chuy n
ng v(i v n t!c U, h tr nên b t !i x ng. Hi u s! dòng i n (I1 – I2) c a m t c p
i n c"c A1 và A2 liên quan n hình chi u c a U trên #ng th.ng A1 A2, trong khi
ó t ng (I1 + I2) h u nh không i.
nh y S c a c m bi n là hàm c a thông s!
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
Hình 1.5 Phong k dùng chén bán c u:
a) lo i 3 chén bán c u; b) s b trí c a lo i 4 chén bán c u.
tìm ph $ng trình cân b/ng ta xét hai bán c u 1 và 3 t vuông góc v(i v n t!c U
c a dòng ch y và coi l"c tác d ng lên hai bán c u 2 và 4 là nh nhau. Các bán c u 1
và 3 có v n t!c th.ng v và - v , th#i i m ang xét chung cùng h (ng v(i v n t!c
U c a dòng ch y. L"c c n !i v(i các bán c u:
1
F1 = ρC X S (U − ν )2
2 (1.13)
1
F3 = ρC ′ S (U − ν )2
X
2 (1.14)
Trong ó 9 là kh!i l ng riêng c a ch t l u, Cx và C’x là h s! l"c c n !i v(i hai
m t c u, S là di n tích c a m t c n chính c a bán c u (di n tích hình chi u c a bán
c u trên m t ph.ng vuông góc v(i v n t!c U ).
T bi u th c trên rút ra:
2 2
C X (U − ν ) = C ′ (U + ν )
X (1.15)
Do ó:
CX + C′
X
U =ν
CX − C′
X (1.16)
Minh h a b/ng s!: CX = 1,42; C’x = 0,38; U = 3,1-.
SVTH: HU NH H U LONG 9 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
u o gió dùng cánh qu t (chong chóng)
u o gió dùng cánh qu t bi u di1n trên hình 1.6. Tr c c a u o c t song
song v(i h (ng c a t!c dòng ch y. N u b% qua ma sát thì có th coi nh cánh
qu t (b/ng m t cách nào ó) c g7n vào dòng ch y, khi ó:
U = h. N (1.17)
Trong ó U là v n t!c, N là s! vòng quay và h là h/ng s! c a u o. N u tính n
ma sát và ng =ng kh i ng thì bi u th c c a t!c gió s3 là:
U = a + bN (1.18)
Các h/ng s! a và b c tr ng cho cánh qu t và ch t l u. m c s! vòng quay
c a cánh qu t ng #i ta dùng m t trong ba cách d (i ây:
Hình 1.6 o t c gió b ng u o chong chóng.
Dùng m t nam châm nh% g7n trên cánh qu t, khi cánh qu t quay nam
châm i qua cu n dây và gây nên xung i n. m s! xung theo th#i gian
s3 tính c t!c quay c a cánh qu t.
Dùng c m bi n quang i n: khi cánh qu t quay nó s3 che ánh sáng, t o
nên xung i n.
Dùng m ch o thích h p o t ng s! ho c i n áp.
Tr (c khi o ph i chu)n u o b/ng m t trong hai cách: t u o trong dòng
ch y có v n t!c ã bi t tr (c ho c di chuy n u o v(i t!c quy nh tr (c trong
n (c ng yên.
Ph m vi o c a u o cánh qu t khác nhau !i v(i các ch t l u. Trong không khí
d i o n/m trong kho ng t 0,1 ên 30 m/s, trong ch t l%ng t 0,05 n 10 m/s.
SVTH: HU NH H U LONG 10 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
1.4.1.3 o l u l ng
o l u l ng có t m quan tr ng c bi t trong các m ng l (i v n chuy n ch t l u
(!ng d2n khí, !ng d2n d u) và trong m i thi t b công nghi p khi c n kh!ng ch
l ng ch t l u tham gia vào các quá trình nh lò ph n ng hoá h c, nhà máy s n
xu t n4ng l ng, ng c$ !t trong.
a) L u l ng k i nt
Nguyên lý
Khi cho o n dây M1M2 chi u dài l chuy n ng t nh ti n trong tr #ng c m ng t
B v(i v n t!c U trong kho ng th#i gian dt, có th vi t bi u th c cho các i l ng
c$ b n sau ây:
Hình 1.7 S d ch chuy n c a m t o n dây d n trong tr ng c m ng t .
Di n tích c7t:
dSc = l.U sin.dt (1.19)
Ho c d (i d ng vect$:
dS c = l ∧ Udt
(1.20)
T thông b c7t :
dθ c = B.dS c .dt
(1.21)
SVTH: HU NH H U LONG 11 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
Su t i n ng c m ng:
− dθ c
e= = B ∧ U .l
dt (1.22)
Khi U vuông góc v(i l và B vuông góc v(i m t ph.ng t o b i l và U ta có:
e = B. l. U (1.23)
Công th c này có th t ng quát hóa cho tr #ng h p ch t l u d2n i n ch y trong
#ng !ng #ng kính D có v n t!c U vuông góc v(i B : su t i n ng c m ng
d c theo #ng kính vuông góc v(i U và B có d ng:
e = BDU (1.24)
Trên th"c t v n t!c thay i tu> v trí c a i m trên bán kính !ng, nh ng nó phân
b! !i x ng quanh tr c c a !ng, cho nên U o c là v n t!c trung bình c a dòng
ch y. Trong nh*ng i u ki n nh v y, tín hi u e t' l v(i l u l ng.
C u t o c a c m bi n
T tr #ng 10-3÷ 10-2 T c t o ra b/ng cách dùng hai cu n dây t hai phía c a
#ng !ng. #ng !ng d2n làm b/ng v t li u không t tính, m t bên trong !ng
Cu n dây
i n c"c
Khuy ch
i vi sai
Cu n dây
Hình 1.8 L u l ng k i nt .
c ph ch t cách i n. Hai i n c"c l y tín hi u t hai u #ng kính vuông
góc v(i #ng s c c a t tr #ng. Các cu n dây c nuôi b/ng ngu n xoay chi u
t n s! 30 Hz.
Tín hi u thu c u ra có d ng:
e = UDB0 cos(ϖt + θ ) (1.25)
Trong ó B0 là tr c"c i c a c m ng t B0 = Bmax, ? là t n s! c a c m ng t .
Biên c a tín hi u t6 l v(i U và có tr c= mV.
SVTH: HU NH H U LONG 12 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
Các c tr ng
Các ch t l u c n ph i có d2n i n không nh% h$n c= @ :Scm-1. Lý do là b i vì i n
tr trong c a c m bi n ph i nh% h$n r t nhi u so v(i i n tr vào c a thi t b o.
Ph m vi o c a l u l ng k i n t là hàm c a #ng kính !ng d2n. #ng kính
càng r ng thì gi(i h n th p và cao càng d ch chuy n v phía l u l ng l(n. Thí d :
D = 10 mm, l u l ng nh% nh t Qmin = 0,28 m3/h, l u l ng l(n nh t
Qmax = 2,8 m3/h.
D = 1 m, Qmin = 2800 m3/h, Qmax = m3/h, Qmax = 28000 m3/h.
chính xác c a l u l ng k t c= @1%.
&u i m c a l u l ng k i n t là ch0 vi c o c không ph thu c vào c
tính v t lý c a ch t l u (nh m t , nh(t, d2n i n v(i i u ki n nó ph i l(n
-1
h$n m t vài @ :Scm ). Ngoài ra, thi t b này có kh n4ng ch!ng 4n mòn b/ng cách
ch n l(p ph và kim lo i i n c"c thích h p (Ti, Pt).
b) L u l ng k c dùng chuy n i i n
L ul ng k phao n i
Hình 1.9 S nguyên lý c u t o c a l u l ng k phao n i.
L ul ng k lo i này có c u t o g m m t phao nh% t trong !ng th.ng ng hình nón.
A tr ng thái cân b/ng phao ch u tác d ng c a ba l"c ch y u là l"c )y Archimede,
l"c c n và tr ng l ng. Tr ng thái cân b/ng này c bi u di1n b i ph $ng trình:
ρSU 2
ρgV + C x . = ρ 0 gV
2 (1.26)
Trong ó:
SVTH: HU NH H U LONG 13 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
V là th tích và 90 là kh!i l #ng riêng c a phao.
U là v n t!c và 9 là kh!i l ng riêng c a ch t l u.
Cx là h s! l"c c n và S là di n tích c a hình chi u c a phao trên m t
ph.ng vuông góc v(i v n t!c U , S = BD2/4.
g là gia t!c tr ng tr #ng.
M c ích c a vi c o và phát hi n m c ch t l u là xác nh m c ho c kh!i l ng
ch t l u trong các bình ch a. Có hai d ng o: o liên t c và xác nh theo ng =ng.
Khi o liên tuc, biên ho c t n s! c a tín hi u o cho bi t th tích ch t l u còn l i
trong bình ch a.
Khi xác inh theo ng =ng, c m bi n a ra tín hi u d ng nh phân cho bi t thông
tin v tình tr ng hi n t i m c ng =ng có t hay không.
V trí c a phao c xác nh sao cho v n t!c c a U c bi u di1n b i bi u th c
(t i u ki n cân b/ng c a các l"c tác d ng lên phao) :
2 gV ρ 0
U= −1
Cx S ρ
(1.27)
#ng kính D c a !ng d2n thay i tuy n tính theo chi u cao z:
D = D0 + az (1.28)
Cho nên bi u th c c a l u l ng có d ng:
π 2 gV ρ 0
Q=
4
[(D 0
2
+ az ) − D0
2
] Cx S ρ
−1
(1.29)
Nên s&qugt; thay ic a #ng kính !ng r t nh% thì trên th"c t bi u th c c a Q s3 là:
2 gV ρ 0
Q = πaz . − 1 = Kz
Cx ρ
(1.30)
o l u l ng, cách $n gi n nh t là chia tr"c ti p trên !ng th y tinh. ti n
x lý k t qu o, có th n!i phao v(i m t chi c c n nh% có liên h c$ v(i lõi c a
bi n th vi sai chuy n tín hi u c$ thành tín hi u i n. Tín hi u i n này s3 t6 l
v(i l u l ng c n o.
L ul ng k lá ch n
L u l ng k dùng lá ch7n bi u di1n trên hình 1.10. Lá ch7n ch u l"c tác ng c a
dòng ch y, tr ng l ng và ph n l"c c a lò xo. V trí cân b/ng c a lá ch7n ph thu c
vào l u l ng c a ch t l u. Tín hi u c$ trong tr #ng h p này có th chuy n thành
tín hi u i n b/ng cách dùng i n k có tr c g7n li n v(i tr c c a lá ch7n. &u i m
c a l u l ng k dùng lá ch7n là rC ti n và ch7c ch7n.
SVTH: HU NH H U LONG 14 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
lò xo
lá ch7n
Hình 1.10 L u l ng k dùng lá ch n.
L ul ng k kh i l ng nhi t
c m bi n
không có có dòng ch y
dòng ch y
Hình 1.11 L u l ng k kh i l ng nhi t: a) s nguyên lý c u t o;
b) ng cong nhi t ; c) m ch t nóng và m ch o dùng chung hai i n tr nhi t
L u l ng k kh!i l ng nhi t có c u t o g m m t !ng d2n b/ng kim lo i m nh có
#ng kính nh%. Phía ngoài c a !ng kim lo i c cu!n m t s i dây !t b/ng i n
tr chính gi*a, hai c m bi n nhi t o T1 th ng ngu n ( u vào) và T2
h l u ( u ra) c t hai phía c a s i !t và !i x ng v(i nhau qua s i !t.
Khi không có dòng ch y l u l ng b/ng không (Q = 0), s" truy n nhi t ra hai phía c a
s i !t là nh nhau, hi u ng nung nóng s3 !i x ng và trong tr #ng h p này T1 = T2.
Khi l u l ng khác không, T1 gi m và T2 t4ng. S" khác nhau gi*a T1 và T2
(DT = T1- T2) t6 l v(i l u l ng Q.
Trên hình 1.11c bi u di1n c u t o c a l u l ng k kh!i l ng nhi t. Các c m
bi n nhi t có th là c p nhi t ho c nhi t k i n tr . N u là hai i n tr nhi t
SVTH: HU NH H U LONG 15 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
thì chúng làm thành hai nhánh k nhau c a c u Wheatstone, hai nhánh khác là hai
i n tr có giá tr không i. i n áp không cân b/ng trên c u s3 là tín hi u o.
Tr #ng h p trên hình v3, ch c n4ng nung nóng và o DT th"c hi n b/ng hai i n
tr nhi t có dòng i n l(n ch y qua.
1.4.1.4 o và phát hi n m c ch t l u
M c ích c a vi c o và phát hi n m c ch t l u là xác nh m c ho c kh!i l ng
ch t l u trong các bình ch a. Có hai d ng o: o liên t c và xác nh theo ng =ng.
Khi o liên tuc, biên ho c t n s! c a tín hi u o cho bi t th tích ch t l u còn l i
trong bình ch a.
Khi xác inh theo ng =ng, c m bi n a ra tín hi u d ng nh phân cho bi t thông
tin v tình tr ng hi n t i m c ng =ng có t hay không. Thí d , n u phát hi n th y
m c cao thì c m bi n s3 phát ra tín hi u ng ng vi c ch t l u vào bình ch a.
Khi phát hi n th y ng =ng th p, tín hi u s3 phát l nh ng ng vi c hút ch t l u t
bình ch a m b o m c d" tr* t!i thi u. Thông th #ng ng #i ta hay k t h p c
hai lo i u o phát hi n ng =ng cao và ng =ng th p t" ng hóa quy trình cung
c p và hút ch t l u t bình ch a.
Có ba ph $ng pháp hay dùng trong k8 thu t o và phát hi n m c:
Ph $ng pháp th y t+nh dùng bi n i i n;
Ph $ng pháp i n d"a trên tính ch t i n c a ch t l u;
Ph $ng pháp b c x d"a trên s" t $ng tác gi*a b c x và ch t l u.
a) Ph ng pháp th y t nh
Trong ph $ng pháp này ch' s! do c m bi n cung c p là hàm liên t c ph thu c vào
chi u cao c a ch t l u trong bình ch a. Nó không ph thu c vào tính ch t i n c a
ch t l u nh ng ph thu c vào kh!i l ng riêng c a ch t l u.
Trên hình 1.12 bi u di1n ba cách khác nhau c a ph $ng pháp o th y t+nh.
Cách th nh t: m t phao n i trên m t ch t l u c g7n b/ng dây (qua m t ròng r c)
v(i m t c m bi n v trí. C m bi n v trí s3 cho tín hi u t6 l v(i m c c a ch t l u.
Cách th hai: m t v t hình tr c nhúng trong ch t l u, chi u cao c a hình tr
ph i b/ng ho c l(n h$n m c cao nh t c a ch t l u. Hình tr này c treo trên m t
c m bi n o l"c. Trong quá trình o c m bi n ch u s" tác ng c a m t l"c F t6 l
v(i chi u cao c a ch t l%ng:
F = p – 9gSh (1.31)
Trong ó p, S và h là tr ng l ng, ti t di n m t c7t ngang và chi u cao ph n ng p trong
ch t l%ng c a hình tr , 9 là kh!i l ng riêng c a ch t l%ng, g là gia t!c tr ng tr #ng.
SVTH: HU NH H U LONG 16 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
S! h ng th hai 9gSh trong bi u th c là l"c )y Archimede tác d ng lên hình tr . Tín
hi u do c m bi n cung c p s3 t6 l v(i h – m c ch t l u còn l i trong bình.
c m bi n
v trí
c m bi n l"c
c m bi n áp
su t vi sai
Hình 1.12 ph ng pháp th y t nh: a) phao; b) hình tr treo;
c) c m bi n áp su t vi sai.
Cách th ba: s d ng c m bi n áp su t vi sai t áy c a bình ch a. T i áy bình
áp su t c bi u di1n b i bi u th c:
p = p0 + 9gh (1.32)
trong ó p0 là áp su t 'nh c a bình ch a, 9gh là áp su t thu6 l"c t i áy bình, 9 là
kh!i l ng riêng c a ch t l%ng, g là gia t!c tr ng tr #ng.
C m bi n óng vai trò v t trung gian có d ng m t màng m%ng. M t m t c a màng
ch u tác ng c a áp su t p và m t kia ch u tác ng c a áp su t p0. Do có s" chênh
l ch gi*a p và p0 nên hai m t c a màng ch u hai l"c tác ng khác nhau làm cho nó
b bi n d ng. S" bi n d ng này s3 cung c p tín hi u c$ c chuy n i thành tín
hi u i n có l(n t6 l v(i chi u cao h c a ch t l%ng trong bình ch a.
b) Ph ng pháp i n
ây là ph $ng pháp ph i s d ng n các c m bi n c thù. Các c m bi n này
chuy n i tr"c ti p m c thành tín hi u i n. Tuy th , yêu c u t ra là u o ph i
có c u t o $n gi n và d ch t o.
C m bi n d n
C m bi n lo i này ch' dùng cho ch t l u d2n i n, không có tính 4n mòn và không
l2n th v2n cách i n, thí d d u nh#n.
SVTH: HU NH H U LONG 17 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
C u t o c a u o g m hai i n c"c hình tr , n u bình ch a b/ng kim lo i thì bình
là m t c"c và ch' c n thêm m t c"c hình tr . u o c nuôi b/ng ngu n i n áp
xoay chi u ~10V tránh hi n t ng phân c"c c a các i n c"c.
Trong ch o liên t c, u o t theo v trí th.ng ng, chi u dài c a u o
chi m c d i chi u cao c a m c c n o. Dòng i n ch y gi*a các i n c"c có biên
t6 l v(i chi u dài c a i n c"c b ng p trong ch t l u. l(n c a tín hi u c,ng
ph thu c vào d2n c a ch t l u.
Trong ch phát hi n theo ng =ng, i n c"c ng7n và t theo ph $ng n/m ngang,
v trí c a m0i i n c"c t $ng $ng v(i m t m c ng =ng. Khi m c ch t l%ng t
t(i i n c"c, dòng i n I có biên không i.
h
h
Hình 1.13 C m bi n d n o m c ch t l u: a) s hai i n c c;
b) s m t i n c c; c) phát hi n theo m c.
C m bi n t i n
Khi ch t l%ng là ch t cách i n, có th t o t i n b/ng hai i n c"c hình tr (ho c
m t i n c"c k t h p v(i thành bình kim lo i c a bình ch a).
Ch t i n môi gi*a hai i n c"c là ch t l%ng ph n ng p và không khí ph n khô.
Vi c o m c ch t l u c chuy n thành o i n dung c a t i n. i n dung này
thay i theo m c ch t l u trong bình ch a. i u ki n c n thi t áp d ng ph $ng
pháp này là h/ng s! i n môi c a ch t l u ph i l(n h$n h/ng s! i n môi c a không
khí, thông th #ng là g p ôi.
Trong tr #ng h p ch t l u d2n i n, ch' c n s d ng m t i n c"c bên ngoài có ph
v t li u cách i n, l(p ph óng vai trò l(p i n môi c a t , còn i n c"c th hai
chính là ch t l u.
SVTH: HU NH H U LONG 18 12/8/2007
- GVHD: ThS V TH NG LONG ÁN T T NGHI P
c) Ph ng pháp dùng b c x
&u i m c a ph $ng pháp b c x là cho phép o mà không c n ti p xúc v(i ch t
l u. &u i m này r t thích h p khi o m c ch t l u nh*ng i u ki n kh7c nghi t
nh nhi t cao, áp su t cao ho c khi ch t l u có tính 4n mòn m nh.
nb
x lý
Detector
Hình 1.14 o m c ch t l u b ng b c x gama.
1.4.2 C m bi n o áp su t ch t l u
Áp su t tác ng nh m t bi n s! trong các hi n t ng liên quan n ch t l%ng ho c
ch t khí, do v y nó là thông s! quan tr ng trong nhi u l+nh v"c nh nhi t ng h c,
khí ng l"c h c, âm h c, c$ h c ch t l%ng, c$ h c t, lý sinh…
Trong s! các ngành công nghi p khác nhau, các c m bi n áp su t c ng d ng
nhi u nh t trong l+nh v"c công nghi p n4ng l ng. ó là vì trong các thi t b cung
c p n4ng l ng th y l"c, nhi t h t nhân, c n ph i o và theo dõi áp su t m t cách
liên t c, n u áp su t v t quá gi(i h n ng =ng nó s3 làm h%ng bình ch a và #ng
!ng d2n, th m chí có th gây n0 làm thi t h i nghiêm tr ng n c$ s v t ch t và
tính m ng con ng #i.
Áp su t là thông s! quang tr ng can thi p vào vi c ki m tra và i u khi n các b
ph n máy móc t" ng ho c do con ng #i i u khi n. o áp su t c,ng óng vai tr
áng k trong ho t ng c a ng #i máy. Trong tr #ng h p này áp su t c om t
cách tr"c ti p trong các b khiên ch ho c gián ti p thay th cho xúc giác c a
con ng #i (nh da nhân t o) khi c n xác nh hình d ng hay l"c c m n7m các v t.
T t c các ho t ng nói trên u c n n nhi u công c trong ó c m bi n áp su t
là m7c xích u tiên. Các c m bi n này s3 cung c p d* li u liên quan n áp su t
SVTH: HU NH H U LONG 19 12/8/2007
nguon tai.lieu . vn
