Tác dụng của thiết bị này để đo tốc độ dòng chảy qua một ống dẫn, thường là công tơ nước hoặc đo tốc độ của tàu biển.
(1) Cánh quạt như cánh tua bin (2) Quay trên giá đỡ 2 được gắn vào thanh đỡ (3) trong ống dẫn (4) Ổ đỡ tác dụng hạn chế tốc độ di chuyển của cánh quạt. Trục cánh quạt được làm bằng vật liệu không dẫn từ trong đó gắn lõi thép (5) bằng vật liệu mềm.
Bên ngoài ống đặt nam châm vĩnh cửu 6 trên nó quấn cuộn dây cảm ứng (7).
Cấu tạo của lưu tốc kế cánh quạt
Nguyên lý hoạt động thiết bị đo lưu lượng tua bin : khi cánh quạt quay, từ thông của nam châm sẽ tăng lên khi lõi thép 5 nằm dọc trục của nam châm và giảm xuống khi lõi thép nằm vuông góc với nó. Khi từ thông móc vòng trong cuộn dây cảm ứng thay đổi sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng. Mỗi vòng quay từ thông tăng giảm hai lần nên tần số cảm ứng f trong cuộn dây cũng tăng gấp hai lần số vòng của trục. Đo tần số f bằng tần số kế từ đó suy ra tốc độ dòng chảy. Với phương pháp trên sai số của thiết bị từ 1¸0,3%. Nguyên nhân gây sai số do quán tính của cánh quạt, ma sát giữa trục quay và giá đỡ. Có thể giảm sai số bằng cách giảm momen quán tính của cánh quạt.
Cấu tạo của lưu tốc kế kiểu cảm ứng
Nguyên lý hoạt động thiết bị đo lưu lượng lưu tốc kế : ống 1 được chế tạo bằng vật liệu không dẫn từ cho chất lỏng dẫn điện chảy qua. Từ trường biến thiên do nam châm 2 tạo nên xuyên qua dòng chất lỏng cảm ứng một sức điện động. Sức điện động này được lấy ra trên hai điện cực 3 và 4 và đưa vào thiết bị đo. Độ lớn của sức điện động được tính:
E = kwBdv
k - hệ số w - tần số góc của từ thông do nam châm tạo ra. B - độ cảm ứng từ d - đường kính trong ống dẫn v - tốc độ trung bình của chất lỏng theo tiết diện ống. Sức điện động có thể biểu diễn qua lưu lượng của chất lỏng.
Thiết bị đo lưu lượng lưu tốc kế sử dụng phương pháp trên có ưu điểm là không có quán tính do vậy có thể đo được lưu tốc biến thiên theo thời gian. Chỉ thị của dụng cụ không phụ thuộc vào thông số vật lý của chất lỏng (áp suất, nhiệt độ, mật độ, độ nhớt), ngoài ra nó không phụ thuộc vào sức cản phụ đối với dòng chất lỏng như lưu tốc cánh quạt. Sai số của thiết bị do xuất hiện sức điện động kí sinh hình thành ở các điện cực. Sai số cơ bản trong khoảng 1¸2,5%.
Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy :
Nguyên lý hoạt động: phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy dựa trên hiệu ứng sự phát sinh dòng xoáy khi một vật cản nằm trong lưu chất. Nguyên nhân gây ra sự dao động này là sự sinh ra và biến mất của các dòng xoáy bên cạnh vật cản. Các dòng xoáy ở 2 cạnh bên của vật cản có chiều xoáy ngược nhau. Dòng xoáy xuất hiện sau vật cản Tần số sự biến mất của dòng xoáy (và cả sự xuất hiện) là một hiệu ứng dùng để đo lưu lượng tính bằng thể tích.
Phương pháp thiết bị đo lưu lượng bằng dòng xoáy Với điều kiện hằng số Strouhal S không phụ thuộc vào trị số Reynold ta có thể tích lưu lượng theo thể tích trên đơn vị thời gian được tính.
Để hình thành một con đường dòng xoáy có tính xác định và lập lại thật tốt yêu cầu vật cản phải đáp ứng đủ một số điều kiện. Hình dáng một số vật cản được trình bày dưới đây:
Hình dáng một số vật cản
Hình dáng của vật cản phải được cấu tạo sao cho trong một khoảng trị số Reynold khá rộng mà trị số Strouhal vẫn là hằng số. Với vật cản có hình dạng lăng kính, ta có trị số S khá ổn định trong suốt một dải trị số Reynold khá rộng do vậy các thiết bị đo được bán trên thị trường thường có vật cản hình lăng kính.. Tần số dao động của vận tốc có thể được đo với nhiều phương pháp khác nhau. Cũng có thể đo sự dao động áp suất với màng sọc co giãn hoặc đo các dòng xoáy với sóng siêu âm. Lực tác dụng lên vật cản có hướng thẳng góc với dòng chảy và trục của vật cản và được đo bằng các cảm ứng áp điện.
Đặc điểm của phương pháp thiết bị đo lưu lượng lưu tốc kế đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy:
Phương pháp này rất kinh tế và có độ tin cậy cao. Tần số dòng xoáy không bị ảnh hưởng bởi sự dơ bẩn hay sự hư hỏng nhẹ của vật cản. Đường biểu diễn của nó tuyến tính và không thay đổi theo thời gian sử dụng. Sai số phép đo rất bé. Khoảng đo lưu lượng tính bằng thể tích từ 3 đến 100%.
Một tính chất rất đặc biệt của phép đo bằng dòng xoáy là nó độc lập với các tính chất vật lý của môi trường dòng chảy. Sau một lần chỉnh định, sau đó ta không cần chỉnh định lại với từng loại lưu chất. Một ưu điểm nữa là các thiết bị đo lưu lượng bằng dòng xoáy không có bộ phận cơ học chuyển động và sự đòi hỏi về cấu trúc khá đơn giản.
Lưu lượng kế kiểu xoáy được dùng để đo các lưu chất là chất lỏng, máy đo lưu lượng khí nén và hơi (trừ các lưu chất có độ nhớt quá lớn) với độ chính xác tương đối cao:
Lưu chất
Độ chính xác
Chất lỏng
± 1 %
Khí
Hơi
± 1,5 %
Các yếu tố cần quan tâm khi sử dụng lưu lượng kế kiểu xoáy là: cách lắp đặt, nhiệt độ lưu chất, tỉ trọng và độ nhớt của lưu chất, các yếu tố nhiễu do rung động.