Trong quá trình đo lưu lượng của một số chất ngày nay chúng đóng vai trò quan trọng.

Đo lưu lượng phục vụ cho mục đích kiểm kê, đo đếm và việc sử dụng máy đo lưu lượng được ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa, sản xuất.

Vì thế người sử dụng sẽ cần hiểu rõ về các phương pháp đo lưu lượng, và nắm được các đặc tính của các máy đo lưu lượng khác nhau.

Tìm hiểu về thiết bị đo lưu lượng : lưu lượng kế là thiết bị cảm biến đo lưu lượng không thể thiếu khi cần biết lưu lượng của chất lỏng, khí, hỗn hợp khí-lỏng. Ứng dụng trong nhà máy thực phẩm-nước giải khát, hay khu công nghiệp dầu mỏ khí đốt, hóa chất, … Lưu lượng kế rất đa dạng và luôn sẵn có cho bất kỳ ứng dụng công nghiệp hay dân dụng nào. Khi chọn cảm biến đo lưu lương sẽ dựa vào đặc tính chất lỏng, dạng dòng chảy, dải lưu lượng và yêu cầu về độ chính xác phép đo.

Các yếu tố khác như các hạn chế về cơ khí và kết nối đầu ra mở rộng cũng sẽ ảnh hưởng đến quyết định chọn lựa này. Nói chung, độ chính xác của lưu lượng kế còn phụ thuộc vào cả môi trường đo xung quanh. Các ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ, chất lỏng/khí hay bất kỳ tác động bên ngoài nào đều có thể ảnh hưởng đến kết quả đo.

Vị trí lắp đặt cảm biến đo lưu lượng ở môi trường nhiễu cao và thường bị xung áp. Chính vì thế mà các cảm biến đo lưu lượng phải hoạt động bình thường cả với xung điện áp và bù được nhiễu để đảm bảo đưa ra tín hiệu đo với độ chính xác cao.

Trong công nghiệp hay sử dụng giao diện truyền dẫn tín hiệu 4-20mA giữa bộ truyền tín hiệu đo với thiết bị điều khiển.

Bộ truyền tín hiệu đo gắn với cảm biến đo lưu lượng có thể được cấp nguồn bởi chính mạch vòng 4-20mA này hoặc bằng nguồn riêng.

Bộ truyền tín hiệu đo sử dụng mạch vòng 4-20mA có yêu cầu rất khắt khe về công suất: tất cả các thiết bị điện thu thập/xử lý và truyền tin cần phải hoạt động độc lập với nguồn cấp từ mạch vòng 4-20mA, chỉ những vi xử lý/vi điều khiển tiêu thụ rất ít điện (ví dụ dòng vi điều khiển DSP) mới được kết hợp dùng chung nguồn của mạch vòng 4-20mA.

Bộ truyền tín hiệu với kết nối truyền số liệu dạng số như tích hợp giao diện bus trường (Profibus, I/O Link) hoặc kết nối không dây ngày càng phổ biến, vì chúng làm giảm thời gian khởi động và cho phép giám sát liên tục,cũng như chẩn đoán lỗi. Tất cả các yếu tố này góp phần cải thiện đáng kể năng suất và hiệu quả của hệ thống tự động hóa.

Thiết bị đo lưu lượng, cảm biến đo lưu lượng chia thành bốn nhóm theo nguyên lý hoạt động :

Cảm biến lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất

Cảm biến lưu lượng điện từ

Cảm biến lưu lượng Coriolis

Cảm biến lưu lượng siêu âm.

Đi sâu vào nguyên tắc hoạt động, ưu điểm và nhược điểm, cũng như những đặc tính của cảm biến lưu lượng chất lỏng, chất khí nhằm giúp người sử dụng chọn đúng cảm biến cho ứng dụng của mình.

Cảm biến đo lưu lượng dựa vào chênh lệch áp suất

Lưu lượng kế loại này hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli. Tức là sự chênh lệch áp suất xảy ra tại chỗ thắt ngẫu nhiên nào đó trên đường chảy, dựa vào sự chênh áp suất này để tính toán ra vận tốc dòng chảy. Cảm biến lưu lượng loại này thường có dạng lỗ orifice, ống pitot và ống venture. Hình 1 thể hiện loại cảm biến tâm lỗ orifice, lỗ này tạo ra nút thắt trên dòng chảy. Khi chất lỏng chảy qua lỗ này, theo định luật bảo toàn khối lượng, vận tốc của chất lỏng ra khỏi lỗ tròn lớn hơn vận tốc của chất lỏng đến lỗ đó. Theo nguyên lý Bernoulli, điều này có nghĩ là áp suất ở phía mặt vào cao hơn áp suất mặt ra. Tiến hành đo sự chênh lệch áp suất này cho phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy. Dựa vào vận tốc dòng chảy sẽ tính được lưu lượng thể tích dòng chảy.

Cảm biến đo lưu lượng điện từ

Cảm biến đo lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday và được dùng để đo dòng chảy của chất lỏng có tính dẫn điện. Hai cuộn dây điện từ để tạo ra từ trường (B) đủ mạnh cắt ngang mặt ống dẫn chất lỏng (hình 2). Theo định luật Faraday, khi chất lỏng chảy qua đường ống sẽ sinh ra một điện áp cảm ứng. Điện áp này được lấy ra bởi hai điện cực đặt ngang đường ống. Tốc độ của dòng chảy tỷ lệ trực tiếp với biên độ điện áp cảm ứng đo được.

Cuộn dây tạo ra từ trường B có thể được kích hoạt bằng nguồn AC hoặc DC. Khi kích hoạt bằng nguồn AC - 50Hz, cuộn dây sẽ được kích thích bằng tín hiệu xoay chiều. Điều này có thuận lợi là dòng tiêu thụ nhỏ hơn so với việc kích hoạt bằng nguồn DC. Tuy nhiên phương pháp kích hoạt bằng nguồn AC nhạy cảm với nhiễu. Do đó, nó có thể gây ra sai số tín hiệu đo. Hơn nữa, sự trôi lệch điểm “không” thường là vấn đề lớn đối với hệ đo được cấp nguồn AC và không thể căn chỉnh được. Bởi vậy, phương pháp kích hoạt bằng nguồn xung DC cho cuộn dây từ trường là giải pháp mang lại hiệu quả cao. Nó giúp giảm dòng tiêu thụ và giảm nhẹ các vấn đề bất lợi gặp phải với nguồn AC.

Cảm biến đo lưu lượng Coriolis

Đây là nhóm cảm biến đo lưu lượng khá phổ biến. Chúng thực hiện đo trực tiếp lưu lượng khối lượng của dòng chất lỏng chảy qua ống dẫn. Sự lắp đặt có thể thực hiện bởi ống thẳng đơn, hay ống đôi có đoạn cong (hình 3). Cấu trúc của ống thẳng đơn thì dễ dàng khi chế tạo, lắp đặt và bảo trì - bảo dưỡng nhưng thiết bị đo loại này rất nhạy cảm với nhiễu và tác động bên ngoài. Cấu trúc của ống đôi cong cho phép loại bỏ được nhiễu tác động vào kết quả đo vì hai ống dẫn dòng chảy dao động ngược pha nhau nên sẽ triệt tiêu được nhiễu.

Cảm biến đo lưu lượng siêu âm