Phương pháp thiết bị đo lưu lượng sử dụng ống co

Việc đo lưu lượng bằng ống co dựa trên định luật liên tục và phương trình năng lượng của Bernoulli. Khi có một nơi nào đó trong một ống dẫn bị co lại, ở tất cả các vị trí khác lưu lượng tính bằng thể tích và trọng khối đều bằng nhau.

Với

Ở nơi diện tích ống bị thu nho lại, vận tóc dòng chảy ở đó phải gia tăng. Với phương trình năng lượng của Bernoulli, năng lượng của một dòng chảy gồm năng lượng (áp suất) tĩnh và động năng (vận tócc) là một hằng số. Khi vận tốc gia tăng áp suất tĩnh lập tức bị giảm đi. Sự giảm áp suất hay hiệu áp ∆p là thước đo cho lưu lượng Q.

Phương trình được giải theo v2 và v1 được tính theo v2 với phương trình (1) ta có :

Như thế lưu lượng tỉ lệ với căn bậc hai của hiệu áp khi tỷ trịng là một hằng số.

Ta có thể đo lưu lượng bằng ống co với cảm biến hiệu áp được ứng dụng rất rộng trong công nghiệp.

Có 3 loại ống co định chuển tiêu biểu theo DIN 1952 : Blende, Ống phun, Ống phun Venturi

Tiêu chuẩn để lựa chon loại ống co nào tùy thuộc vào môi trường đo, khả năng thiết kế, giá cả và sự hao hụt áp suất. Ở ngõ ra của ống co có nhiều dòng xoáy làm tiêu hao năng lượng. Điều này làm cho ta không có được một áp suất tĩnh của dòng chảy trường hợp có không bị khuấy sau ống co. Sự hao hụt áp suất đo điều này cần phải giữ càng bé càng tốt.

Hiệu chuẩn tỷ trọng của môi trường do ảnh hưởng đến phép đo lưu lượng. Trong quá trình sản xuất thiết bị đo lưu lượng, tỷ trọng của môi trường đo thường không là một hằng số và ta cần phải chú ý đến. Tỷ trọng của chất lỏng tùy thuộc vào nhiệt độ. Trường hợp này để hiệu chuẩn sai số tỷ trọng đo nhiệt độ. Trong hơi nước bão hòa hai đại lượng áp suất và nhiệt độ làm thay đổi đường biểu diễn của hơi nước bão hòa. Cả hai có sự ảnh hưởng lẫn nhau, chỉ cần một đại lượng đủ để hiệu chỉnh tỷ trọng. Trường hợp hơi nước bị nung thật nóng, tỷ trọng của nó phụ thuộc vào cả nhiệt độ và áp suất. Các đại lượng này cần phải được đo. Tỷ trọng định chuẩn ở 0 oC và áp suất khí quyển cần được xác định. Lưu lượng được tính theo tỷ trọng định chuẩn này.

Phương pháp thiết bị đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy.

Phương pháp thiết bị đo lưu lượng này dựa trên hiệu ứng sự phát sinh dòng xoáy khi một vật cản nằm trong lưu chất. Các dòng xoáy xuất hiện tuần tự và bị dòng chảy cuốn chôi đi. Hiện tượng này đã được Leonardo da Vinci ghi nhận và Strouhal trong năm 1878 đã cố gắng giải thích lần đầu tiên. Ông đã nhận thấy rằng một sợi dây nằm trong dòng chảy có sự dung động như một dây đờn. Sự dao động này tỷ lệ với vận tốc dòng chảy và tỷ lệ nghịch với đường kính sợi dây.

Theodor von Kàmàn đã tìm thấy nguyên nhân gây ra sự dao động này. Đó là sự sinh ra và biến mất cỷa các dòng xoáy bên cạnh vật cản. Một con đường dòng xoáy hình thành phía sau vật cản khi một vật cản được đặt trong một dòng chảy, phía sau nó các dòng xoáy không liên tục được tạo ra.

Các dòng xoáy này rời bỏ vật cản tuần tự và trôi đi theo dòng chảy. Phía sau vật cản hình thành con đường của dòng xoáy được đặt tên là con đường dòng xoáy Kàrmàn. Các dòng xoáy ở hai cạnh bên của vật cản có chiều xoáy ngược nhau. Như thế với sự xuất hiện của dòng xoáy, năng lượng quay bị “chuyên chở đi mất”.

Cuối cùng lực tác động vào vật cản được hình thành. Dựa dưới những điều kiện cần thiết một dao động phát sinh. Các dòng xoáy mạnh mẽ sinh ra rồi lại lần lượt biến mất theo dòng chảy. Tần số sự biến mất của sòng xoáy (và cả sự xuất hiện) là một hiệu ứng để đo lưu lượng tính bằng thể tích.

Con đường dòng xoáy Kàrmàn cho một tính chất vô cùng quan trọng trong kỹ thuật đo lường: Khoảng cách và như thế thể tích cục bộ của dòng xoáy giữa hai dòng xoáy luôn là một hằng số! Sự hình thành các dòng xoáy một cách chính xác là điều kiện tiên quyết để có thể đo toàn bộ thể tích bằng cách đến các thể tích cục bộ. Hệ số đếm cho chất lỏng và khí giống nhau. Với điều kiện hằng số Strouhal S không tùy thuộc vào trị số Reynold ta có thể tính lưu lượng theo thể tích trên đơn vị thời gian. Với A là diện tích cắt ngang của dòng chảy và từ phương trình trên ta có:

Để hình thành một con đường dòng xoáy có tính xác định cà lặp lại thực tốt thì vật cản phải đáp ứng đủ một số điều kiện về hình dạng.

Với sự biến mất và suất hiện của dòng xoáy vận tốc dòng chảy ở hai bên vật cản và trên đường dòng xoáy thay đổi một cách cục bộ. Tần số dao động của vận tốc có thể được đo với nhiều phương pháp khác nhau. Nhiệt điện trở nung nóng được dùng đến, nó có thể được gắn phía trước, ở giữa vật cản hay phía sau. Sự thoát nhiệt của nhiệt điện trở thay đổi theo hướng lưu chất. Người ta cũng có thể đo sự dao động áp suất với màng sọc co giãn, hoặc đo đạc các dòng xoáy bằng sóng siêu âm.

Thiết bị đo lưu lượng với tần số dòng xoáy rất kinh tế và có độ tin cậy cao. Tần số dòng xoáy không bị ảnh hưởng của bởi sự dơ bẩn hay sự hư hỏng của vật cản

Một số phương pháp thiết bị đo lưu lượng phổ biến hiện nay

Phương pháp thiết bị đo lưu lượng sử dụng ống co

Ta có thể đo lưu lượng bằng ống co với cảm biến hiệu áp được ứng dụng rất rộng trong công nghiệp.

Phương pháp thiết bị đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy.

Xem thêm : Khái niệm cơ bản về lưu lượng và các phép đo lưu lượng