Ch9_cam Bien Do Luu Luong Va Muc Chat Luu

Ch−¬ng IX C¶m biÕn ®o l−u l−îng Vµ MøC CHÊT l−u 9.1. C¶m biÕn ®o l−u l−îng 9.1.1. L−u l−îng vµ ®¬n vÞ ®o L−u l−îng chÊt l−u lµ l−îng chÊt l−u ch¶y qua tiÕt diÖn ngang cña èng trong mét ®¬n vÞ thêi gian. Tuú theo ®¬n vÞ tÝnh l−îng chÊt l−u (theo thÓ tÝch hoÆc khèi l−îng) ng−êi ta ph©n biÖt: - L−u l−îng thÓ tÝch (Q) tÝnh b»ng m3/s, m3/giê ... - L−u l−îng khèi (G) tÝnh b»ng kg/s, kg/giê ... L−u l−îng trung b×nh trong kho¶ng thêi gian ∆t = t2 - t1 x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc: Q tb =

∆m ∆V hoÆc G tb = ∆t ∆t

(9.1)

Trong ®ã ∆V, ∆m lµ thÓ tÝch vµ khèi l−îng chÊt l−u ch¶y qua èng trong thêi kho¶ng gian kh¶o s¸t. L−u l−îng tøc thêi x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Q=

dV dt

hoÆc

G=

dm dt

(9.2)

§Ó ®o l−u l−îng ng−êi ta dïng c¸c l−u l−îng kÕ. Tuú thuéc vµo tÝnh chÊt chÊt l−u, yªu cÇu c«ng nghÖ, ng−êi ta sö dông c¸c l−u l−îng kÕ kh¸c nhau. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c l−u l−îng kÕ dùa trªn c¬ së: -

§Õm trùc tiÕp thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ trong mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh ∆t.

-

§o vËn tèc chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ khi l−u l−îng lµ hµm cña vËn tèc.

-

§o ®é gi¶m ¸p qua tiÕt diÖn thu hÑp trªn dßng ch¶y, l−u l−îng lµ hµm phô thuéc ®é gi¶m ¸p.

TÝn hiÖu ®o biÕn ®æi trùc tiÕp thµnh tÝn hiÖu ®iÖn hoÆc nhê bé chuyÓn ®æi ®iÖn thÝch hîp. 9.1.2. C«ng t¬ thÓ tÝch C«ng t¬ thÓ tÝch ®o thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ b»ng c¸c ®Õm trùc tiÕp l−îng thÓ tÝch ®i qua buång chøa cã thÓ tÝch x¸c ®Þnh cña c«ng t¬. S¬ ®å nguyªn lý cña c«ng t¬ thÓ tÝch kiÓu b¸nh r¨ng h×nh «van tr×nh bµy trªn h×nh 9.1.

- 142 -

C«ngt¬ gåm hai b¸nh r¨ng h×nh «van (1) vµ (2) truyÒn ®éng ¨n khíp víi nhau (h×nh 9.1a). D−íi t¸c ®éng cña dßng chÊt láng, b¸nh r¨ng (2) quay vµ truyÒn chuyÓn ®éng tíi b¸nh r¨ng (1) (h×nh 9.1b) cho ®Õn lóc b¸nh r¨ng (2) ë vÞ trÝ th¼ng ®øng, b¸nh r¨ng (1) n»m ngang. ChÊt láng trong thÓ tÝch V1 ®−îc ®Èy sang cöa ra. Sau ®ã b¸nh r¨ng (1) quay vµ qu¸ tr×nh t−¬ng tù lÆp l¹i, thÓ tÝch chÊt láng trong buång V2 ®−îc ®Èy sang cöa ra. Trong mét vßng quay cña c«ngt¬ thÓ tÝch chÊt láng qua c«ngt¬ b»ng bèn lÇn thÓ tÝch V0 (b»ng V1 hoÆc V2). Trôc cña mét trong hai b¸nh r¨ng liªn kÕt víi c¬ cÊu ®Õm ®Æt ngoµi c«ngt¬.

V2

1

2

V1 a)

b)

c)

H×nh 9.1 S¬ ®å nguyªn lý c«ng t¬ thÓ tÝch

ThÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ngt¬ trong thêi gian ∆t = t2 - t1 tØ lÖ víi sè vßng quay x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: ∆V = q v (N 2 − N 1 )

(9.3)

Trong ®ã: qV - thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ øng víi mét vßng quay. N1, N2 - tæng sè vßng quay cña c«ng t¬ t¹i thêi ®iÓm t1 vµ t2. Th«ng th−êng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng: ∆V = q c (N c 2 − N c1 )

(9.4)

qc - hÖ sè c«ng t¬ (thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬ øng víi mét ®¬n vÞ chØ thÞ trªn c«ng t¬). Nc1, Nc2 - sè trªn chØ thÞ c«ng t¬ t¹i thêi ®iÓm t1 vµ t2. L−u l−îng trung b×nh: Q tb =

∆V q v (N 2 − N 1 ) = ∆t t 2 − t1

L−u l−îng tøc thêi: - 143 -

(9.5)

Q= Víi n =

dV dN = qv = qvn dt dt

(9.6)

dN lµ tèc ®é quay trªn trôc c«ng t¬. dt

§Ó ®Õm sè vßng quay vµ chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ng−êi ta dïng mét trong ba c¸ch d−íi ®©y: -

Dïng mét nam ch©m nhá g¾n trªn trôc quay cña cña c«ng t¬, khi nam

ch©m ®i qua mét cuén d©y ®Æt cè ®Þnh sÏ t¹o ra xung ®iÖn. §Õm sè xung ®iÖn theo thêi gian sÏ tÝnh ®−îc tèc ®é quay cña trôc c«ng t¬. -

Dïng tèc ®é kÕ quang.

-

Dïng m¹ch ®o thÝch hîp ®Ó ®o tÇn sè hoÆc ®iÖn ¸p.

Giíi h¹n ®o cña c«ng t¬ lo¹i nµy tõ 0,01 - 250 m3/giê, ®é chÝnh x¸c cao ±(0,5 1)%, tæn thÊt ¸p suÊt nhá nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ chÊt láng ®o ph¶i ®−îc läc tèt vµ g©y ån khi lµm viÖc. §Ó ®o l−u l−îng dßng khÝ ng−êi ta sö dông c«ng t¬ khÝ kiÓu quay. C«ng t¬ (h×nh 9.2) gåm vá h×nh trô (1), c¸c c¸nh (2,4,7,8), tang quay (3) vµ cam (6). Khi c¸nh (4) ë vÞ

1 8

2

trÝ nh− h×nh vÏ , ¸p suÊt chÊt khÝ t¸c ®éng lªn c¸nh lµm cho tang (3) quay. Trong qu¸ tr×nh quay c¸c c¸nh lu«n tiÕp xóc víi mÆt ngoµi cam (6) nhê c¸c con l¨n (5). Trong mét vßng quay thÓ tÝch chÊt khÝ b»ng thÓ

3

7 4 6

5

H×nh 9.2 C«ng t¬ khÝ kiÓu quay 1) Vá 2, 4,7&8) C¸nh 3) Tang quay 5) Con l¨n 6) Cam

tÝch vµnh chÊt khÝ gi÷a vá vµ tang. ChuyÓn ®éng quay cña tang ®−îc truyÒn ®Õn c¬ cÊu ®Õm ®Æt bªn ngoµi vá c«ng t¬. C«ng t¬ khÝ kiÓu quay cã thÓ ®o l−u l−îng ®Õn 100 - 300 m3/giê, cÊp chÝnh x¸c 0,25; 0,5. 9.1.3. C«ng t¬ tèc ®é

H×nh 9.3 tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o cña mét c«ng t¬ tèc ®é tuabin h−íng trôc. Bé phËn chÝnh cña c«ng t¬ lµ mét tuabin h−íng trôc nhá (2) ®Æt theo chiÒu chuyÓn ®éng cña dßng ch¶y. Tr−íc tuabin cã ®Æt bé chØnh dßng ch¶y (1) ®Ó san ph¼ng dßng rèi vµ lo¹i bá xo¸y. ChuyÓn ®éng quay cña tuabin qua bé b¸nh r¨ng trôc vÝt (3) truyÒn tíi thiÕt bÞ ®Õm (4). - 144 -

4 2

1

3

H×nh 9.3 S¬ ®å cÊu t¹o c«ng t¬ tèc ®é tuabin h−íng trôc 1) Bé chØnh dßng ch¶y 2) Tuabin 3) Bé truyÒn b¸nh r¨ng-trôc vÝt 4) ThiÕt bÞ ®Õm

Tèc ®é quay cña c«ng t¬ tØ lÖ víi tèc ®é dßng ch¶y: n = kW

Trong ®ã: k - hÖ sè tØ lÖ phô thuéc cÊu t¹o c«ng t¬. W- tèc ®é dßng ch¶y. L−u l−îng thÓ tÝch chÊt l−u ch¶y qua c«ng t¬: Q = WF =

F n k

(9.7)

Víi: F - tiÕt diÖn dßng ch¶y. n - tèc ®é quay cña tuabin (sè vßng quay trong mét gi©y). NÕu dïng c¬ cÊu ®Õm ®Ó ®Õm tæng sè vßng quay cña c«ng t¬ trong mét kho¶ng thêi gian tõ t1 ®Õn t2 sÏ nhËn ®−îc thÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua c«ng t¬: dV = dQdt =

F ndt k

V=

F t2 ∫ ndt k t1

V=

F (N 2 − N1 ) k

Hay:

Víi N 2 − N1 =

(9.8)

F t2 ∫ ndt k t1

- 145 -

C«ng t¬ tèc ®é tuabin h−íng trôc víi ®−êng kÝnh tuabin tõ 50 - 300 mm cã ph¹m vi ®o tõ 50 - 300 m3/giê, cÊp chÝnh x¸c 1; 1,5; 2. §Ó ®o l−u l−îng nhá ng−êi ta dïng c«ng t¬ tèc ®é kiÓu tiÕp tuyÕn cã s¬ ®å cÊu t¹o nh− h×nh 9.4. Tuabin c«ng t¬ (1) ®Æt trªn trôc quay vu«ng gãc víi dßng ch¶y. ChÊt l−u qua mµng läc (2) qua èng dÉn (3) vµo c«ng t¬ theo h−íng tiÕp tuyÕn víi tuabin lµm quay tuabin. C¬ cÊu ®Õm liªn kÕt víi trôc tuabin ®Ó ®−a tÝn hiÖu ®Õn m¹ch ®o. 1

2

3

H×nh 9.4 C«ng t¬ tèc ®é kiÓu tuabin tiÕp tuyÕn 1) Tuabin 2) Mµng läc 3) èng dÉn

C«ng t¬ kiÓu tiÕp tuyÕn víi ®−êng kÝnh tuabin tõ 15 - 40 mm cã ph¹m vi ®o tõ 3 - 20 m3/giê, cÊp chÝnh x¸c 2; 3.

9.1.4. L−u l−îng kÕ mµng ch¾n a) Nguyªn lý ®o C¸c c¶m biÕn lo¹i nµy ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c ®o ®é gi¶m ¸p suÊt cña dßng ch¶y khi ®i qua mµng ng¨n cã lç thu hÑp. Trªn h×nh 9.5 tr×nh bµy s¬ ®å nguyªn lý ®o l−u l−îng dïng mµng ng¨n tiªu chuÈn. Khi ch¶y qua lç thu hÑp cña mµng ng¨n, vËn tèc chÊt l−u t¨ng lªn vµ ®¹t cùc ®¹i (W2) t¹i tiÕt diÖn B-B, do ®ã t¹o ra sù chªnh ¸p tr−íc vµ sau lç thu hÑp. Sö dông mét ¸p kÕ vi sai ®o ®é chªnh ¸p nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc l−u l−îng cña dßng ch¶y. Gi¶ sö chÊt láng kh«ng bÞ nÐn, vµ dßng ch¶y lµ liªn tôc, vËn tèc cùc ®¹i cña dßng ch¶y t¹i tiÕt diÖn B-B ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: W2 =

1 ξ−µ m 2

2

2 (p1 − p 2 ) ρ

Trong ®ã: p1’, p2’ - ¸p suÊt tÜnh t¹i tiÕt diÖn A-A vµ B-B. ρ - tØ träng chÊt l−u. - 146 -

ξ - hÖ sè tæn thÊt thuû lùc. m - tØ sè thu hÑp cña mµng ng¨n, m = F0/F1. µ - hÖ sè thu hÑp dßng ch¶y, µ = F2/F0. B F2

F0

F1 A

C

W1

W2

p’1

p’2

∆p

p’1

δp p3’

p1

p2

p’2

w2

w1

w3

H×nh 9.5 Ph©n bè v©n tèc vµ ¸p suÊt cña mét dßng ch¶y lý t−ëng qua lç thu hÑp

Th−êng ng−êi ta kh«ng ®o ®é gi¶m ¸p ∆p’ = p’1 - p’2 ë tiÕt diÖn A-A vµ B-B, mµ ®o ®é gi¶m ¸p ∆p = p1 - p2 ngay tr−íc vµ sau lç thu hÑp. Quan hÖ gi÷a ∆p’ vµ ∆p cã d¹ng: p 1' − p '2 = ψ p 1 − p 2

Khi ®ã: W2 =

ψ

2 (p1 − p 2 ) ρ

ξ − µ2 m 2

vµ l−u l−îng khèi l−îng cña chÊt l−u: G = W2 F2 ρ = W2 µF0 ρ =

µψ ξ−µ m 2

2

F0 2ρ(p 1 − p 2 )

Hay: G = αF0 2ρ(p 1 − p 2 )

Víi α =

µψ ξ−µ m 2

2

(9.9)

gäi lµ hÖ sè l−u l−îng.

- 147 -

Tõ c¸c biÓu thøc trªn vµ F0 = πd2/4, ta nhËn ®−îc c«ng thøc x¸c ®Þnh l−u l−îng khèi (G) vµ l−u l−îng thÓ tÝch (Q) cña dßng chÊt l−u: G=α

πd 2 2ρ(p 1 − p 2 ) 4

(9.10)

Q=α

πd 2 4

(9.11)

2 (p1 − p 2 ) ρ

Trong tr−êng hîp m«i tr−êng chÊt l−u chÞu nÐn, th× khi ¸p suÊt gi¶m, chÊt l−u gi¶n në, lµm t¨ng tèc ®é dßng ch¶y so víi khi kh«ng chÞu nÐn, do ®ã ph¶i ®−a thªm vµo hÖ sè hiÖu chØnh ε (ε < 1), khi ®ã c¸c ph−¬ng tr×nh trªn cã d¹ng: G = cαε ρ(p 1 − p 2 )

(9.12)

1 (p1 − p 2 ) ρ

(9.13)

Q = cαε

ë ®©y:

(

)

c = π 2 / 4 lµ h»ng sè.

ρ - tØ träng chÊt l−u t¹i cöa vµo cña lç thu hÑp. §èi víi c¸c dßng chÊt l−u cã trÞ sè Reynol nhá h¬n gi¸ trÞ tíi h¹n, khi ®o kh«ng thÓ dïng mµng ng¨n lç thu hÑp tiªu chuÈn v× khi ®ã hÖ sè l−u l−îng kh«ng ph¶i lµ h»ng sè. Trong tr−êng hîp nµy, ng−êi ta dïng c¸c mµng ng¨n cã lç thu hÑp ®Æc biÖt nh− mµng ng¨n cã lç c«n (h×nh 9.6a), gicl¬ h×nh trô (h×nh 9.6b), gicl¬ cong (h×nh 9.6c) ... Trªn c¬ së thùc nghiÖm ng−êi ta x¸c ®Þnh hÖ sè l−u l−îng cho mçi lç thu hÑp vµ xem nh− kh«ng ®æi trong ph¹m vi sè Reynol giíi h¹n.

a)

c)

b)

H×nh 9.6 CÊu t¹o mµng ng¨n lç thu hÑp ®Æc biÖt dïng ®Ó ®o l−u l−îng dßng ch¶y chÊt l−u cã sè Reynol nhá

- 148 -

b) S¬ ®å hÖ thèng ®o Tuú theo yªu cÇu sö dông, ng−êi ta cã thÓ sö dông hÖ thèng ®o thÝch hîp. Trªn h×nh 9.7 tr×nh bµy s¬ ®å khèi cña mét sè hÖ thèng ®o dïng mµng ch¾n. 1

1

1

Q

Q

Q

5 4

2

8

3

3 7

a)

b)

c)

4 6

1

1 Q

Q

9

10

11

9

3 4 6

7

12 7

3 4 6

®)

d)

H×nh 9.7 S¬ ®å hÖ thèng ®o l−u l−îng dïng mµng ng¨n 1) Mµng ng¨n 2) L−u l−îng kÕ vi sai 3) Bé biÕn ®æi ®é gi¶m ¸p 4) Dông cô ®o thø cÊp 5) Bé tÝch ph©n l−u l−îng 6) Dông cô tÝnh khèi l−îng chÊt l−u 7) ThiÕt bÞ tÝnh to¸n 8) BiÕn ®æi tØ träng chÊt l−u trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc 9) Bé biÕn ®æi nhiÖt ®é 10) Bé biÕn ®æi ¸p suÊt 11) Bé biÕn ®æi tØ träng trong ®iÒu kiÖn ®Þnh møc 12) Bé biÕn ®æi tØ träng chÊt l−u ë 20oC

9.1.5. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ Nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ dùa trªn ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ: khi cã mét d©y dÉn chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng, c¾t c¸c ®−êng søc cña tõ tr−êng th× trong d©y dÉn xuÊt hiÖn mét suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng tØ lÖ víi tèc ®é chuyÓn ®éng cña d©y dÉn. S¬ ®å nguyªn lý cña l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ biÓu diÔn trªn h×nh 9.8. 5

2

N

S

3

4

1

H×nh 9.8 S¬ ®å l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ 1 & 2) §iÖn cùc 3) èng kim lo¹i 4) Miliv«n kÕ 5) Nam ch©m - 149 -

L−u l−îng kÕ gåm èng kim lo¹i kh«ng tõ tÝnh (3) bªn trong cã phñ líp vËt liÖu c¸ch ®iÖn (s¬n ªmay, thuû tinh h÷u c¬) ®Æt gi÷a hai cùc cña mét nam ch©m (5) sao cho trôc èng vu«ng gãc víi ®−êng søc cña tõ tr−êng. Trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi ®−êng søc, cã hai ®iÖn cùc (1) vµ (2) ®−îc nèi víi miliv«n kÕ (4). Khi chÊt l−u cã tÝnh dÉn ®iÖn ch¶y qua èng, trong chÊt l−u xuÊt hiÖn mét suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng (E) : E = BWD =

4B Q πD

(9.14)

Trong ®ã: B - c−êng ®é tõ tr−êng. W- tèc ®é trung b×nh cña dßng ch¶y. D - ®−êng kÝnh trong cña èng. Q - l−u l−îng thÓ tÝch cña chÊt l−u. Khi B = const th× E søc ®iÖn ®éng c¶m øng tØ lÖ víi l−u l−îng thÓ tÝch Q. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ víi tõ tr−êng kh«ng ®æi cã nh−îc ®iÓm lµ trªn c¸c cùc xuÊt hiÖn c¸c søc ®iÖn ®éng phô (do ph©n cùc) lµm sai lÖch kÕt qu¶ ®o. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm trªn, ng−êi ta dïng l−u l−îng kÕ ®iÖn tõ dïng nam ch©m ®iÖn xoay chiÒu, tuy nhiªn tõ tr−êng xoay chiÒu l¹i lµm mÐo tÝn hiÖu ra. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ ®−îc dïng ®Ó ®o l−u l−îng cña chÊt láng cã ®é dÉn ®iÖn kh«ng nhá h¬n 10-5 - 10-6 Simen/m. Chóng cã −u ®iÓm: ®o l−u l−îng kh«ng cÇn ph¶i ®o tØ träng chÊt láng, c¸c phÇn tö h¹t, bät khÝ vµ t¸c ®éng cña m«i tr−êng (nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt, ...) nÕu chóng kh«ng lµm thay ®æi ®é dÉn ®iÖn cña chÊt l−u sÏ kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn kÕt qu¶ ®o. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ víi ®−êng kÝnh èng tõ 10 - 1.000 mm cã thÓ ®o l−u l−îng trong tõ 1 - 2.500 m3/giê víi vËn tèc dßng ch¶y tõ 0,6 - 10 m/s víi cÊp chÝnh x¸c 1; 2,5.

9.2. C¶m biÕn ®o vµ ph¸t hiÖn møc chÊt l−u 9.2.1. Môc ®Ých vµ ph−¬ng ph¸p ®o Môc ®Ých viÖc ®o vµ phÊt hiÖn møc chÊt l−u lµ x¸c ®Þnh møc ®é hoÆc khèi l−îng chÊt l−u trong b×nh chøa. Cã hai d¹ng ®o: ®o liªn tôc vµ x¸c ®Þnh theo ng−ìng.

- 150 -

Khi ®o liªn tôc biªn ®é hoÆc tÇn sè cña tÝn hiÖu ®o cho biÕt thÓ tÝch chÊt l−u cßn l¹i trong b×nh chøa. Khi x¸c ®Þnh theo ng−ìng, c¶m biÕn ®−a ra tÝn hiÖu d¹ng nhÞ ph©n cho biÕt th«ng tin vÒ t×nh tr¹ng hiÖn t¹i møc ng−ìng cã ®¹t hay kh«ng. Cã ba ph−¬ng ph¸p hay dïng trong kü thuËt ®o vµ ph¸t hiÖn møc chÊt l−u: -

Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh dïng biÕn ®æi ®iÖn.

-

Ph−¬ng ph¸p ®iÖn dùa trªn tÝnh chÊt ®iÖn cña chÊt l−u.

-

Ph−¬ng ph¸p bøc x¹ dùa trªn sù t−¬ng t¸c gi÷a bøc x¹ vµ chÊt l−u.

9.2.2. Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh Ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh dïng ®Ó ®o møc chÊt l−u trong b×nh chøa. Trªn h×nh 9.9 giíi thiÖu mét sè s¬ ®å ®o møc b»ng ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh.

2

2 3 4

6

p0

1

h 5 1

h 1

H×nh 9.9 S¬ ®å ®o møc theo ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh a) Dïng phao cÇu b) Dïng phao trô c) Dïng c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai

Trong s¬ ®å h×nh 9.9a, phao (1) næi trªn mÆt chÊt l−u ®−îc nèi víi ®èi träng (5) b»ng d©y mÒm (2) qua c¸c rßng räc (3), (4). Khi møc chÊt l−u thay ®æi, phao (1) n©ng lªn hoÆc h¹ xuèng lµm quay rßng räc (4), mét c¶m biÕn vÞ trÝ g¾n víi trôc quay cña rßng räc sÏ cho tÝn hiÖu tØ lÖ víi møc chÊt l−u. Trong s¬ ®å h×nh 9.9b, phao h×nh trô (1) nhóng ch×m trong chÊt l−u, phÝa trªn ®−îc treo bëi mét c¶m biÕn ®o lùc (2). Trong qu¸ tr×nh ®o, c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng cña mét lùc F tØ lÖ víi chiÒu cao chÊt l−u: F = P − ρgSh

Trong ®ã: P - träng l−îng phao. h - chiÒu cao phÇn ngËp trong chÊt l−u cña phao. S - tiÕt diÖn mÆt c¾t ngang cña phao. ρ - khèi l−îng riªng cña chÊt l−u. - 151 -

g - gia tèc träng tr−êng. Trªn s¬ ®å h×nh 9.9c, sö dông mét c¶m biÕn ¸p suÊt vi sai d¹ng mµng (1) ®Æt s¸t ®¸y b×nh chøa. Mét mÆt cña mµng c¶m biÕn chÞu ¸p suÊt chÊt l−u g©y ra: p = p 0 + ρgh

MÆt kh¸c cña mµng c¶m biÕn chÞu t¸c ®éng cña ¸p suÊt p0 b»ng ¸p suÊt ë ®Ønh b×nh chøa. Chªnh lÖch ¸p suÊt p - p0 sinh ra lùc t¸c dông lªn mµng cña c¶m biÕn lµm nã biÕn d¹ng. BiÕn d¹ng cña mµng tØ lÖ víi chiÒu cao h cña chÊt l−u trong b×nh chøa, ®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn nhê c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn thÝch hîp.

9.2.3. Ph−¬ng ph¸p ®iÖn C¸c c¶m biÕn ®o møc b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c chuyÓn ®æi trùc tiÕp biÕn thiªn møc chÊt láng thµnh tÝn hiÖu ®iÖn dùa vµo tÝnh chÊt ®iÖn cña chÊt l−u. C¸c c¶m biÕn th−êng dïng lµ c¶m biÕn dé dÉn vµ c¶m biÕn ®iÖn dung.

a) C¶m biÕn ®é dÉn C¸c c¶m biÕn lo¹i nµy dïng ®Ó ®o møc c¸c chÊt l−u cã tÝnh dÉn ®iÖn (®é dÉn ®iÖn ~ 50µScm-1). Trªn h×nh 9.10 giíi thiÖu mét sè c¶m biÕn ®é dÉn ®o møc th«ng dông.

h

h hmin

a)

c)

b)

H×nh 9.10 C¶m biÕn ®é dÉn a) C¶m biÕn hai ®iÖn cùc b) C¶m biÕn mét ®iÖn cùc c) C¶m biÕn ph¸t hiÖn møc

S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10a gåm hai ®iÖn cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng dÉn ®iÖn. Trong chÕ ®é ®o liªn tôc, c¸c ®iÖn cùc ®−îc nèi víi nguån nu«i xoay chiÒu ~ 10V (®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ph©n cùc cña c¸c ®iÖn cùc). Dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c ®iÖn cùc cã biªn ®é tØ lÖ víi chiÒu dµi cña phÇn ®iÖn cùc nhóng ch×m trong chÊt láng. S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10b chØ sö dông mét ®iÖn cùc, ®iÖn cùc thø hai lµ b×nh chøa b»ng kim lo¹i. - 152 -

S¬ ®å c¶m biÕn h×nh 9.10c dïng ®Ó ph¸t hiÖn ng−ìng, gåm hai ®iÖn cùc ng¾n ®Æt theo ph−¬ng ngang, ®iÖn cùc cßn l¹i nèi víi thµnh b×nh kim lo¹i,vÞ trÝ mçi ®iÖn cùc ng¾n øng víi mét møc ng−ìng. Khi møc chÊt láng ®¹t tíi ®iÖn cùc, dßng ®iÖn trong m¹ch thay ®æi m¹nh vÒ biªn ®é.

b) C¶m biÕn tô ®iÖn Khi chÊt láng lµ chÊt c¸ch ®iÖn, cã thÓ t¹o tô ®iÖn b»ng hai ®iÖn cùc h×nh trô nhóng trong chÊt láng hoÆc mét ®iÖn cùc kÕt hîp víi ®iÖn cùc thø hai lµ thµnh b×nh chøa nÕu thµnh b×nh lµm b»ng kim lo¹i. ChÊt ®iÖn m«i gi÷a hai ®iÖn cùc chÝnh lµ chÊt láng ë phÇn ®iÖn cùc bÞ ngËp vµ kh«ng khÝ ë phÇn kh«ng cã chÊt láng. ViÖc ®o møc chÊt l−u ®−îc chuyÓn thµnh ®o ®iÖn dung cña tô ®iÖn, ®iÖn dung nµy thay ®æi theo møc chÊt láng trong b×nh chøa. §iÒu kiÖn ®Ó ¸p dông ph−¬ng ph¸p nµy h»ng sè ®iÖn m«i cña chÊt láng ph¶i lín h¬n ®¸ng kÓ h»ng sè ®iÖn m«i cña kh«ng khÝ (th−êng lµ gÊp ®«i). Trong tr−êng hîp chÊt l−u lµ chÊt dÉn ®iÖn, ®Ó t¹o tô ®iÖn ng−êi ta dïng mét ®iÖn cùc kim lo¹i bªn ngoµi cã phñ c¸ch ®iÖn, líp phñ ®ãng vai trß chÊt ®iÖn m«i cßn chÊt l−u ®ãng vai trß ®iÖn cùc thø hai.

9.2.4. Ph−¬ng ph¸p bøc x¹ C¶m biÕn bøc x¹ cho phÐp ®o møc chÊt l−u mµ kh«ng cÇn tiÕp xóc víi m«i tr−êng ®o, −u ®iÓm nµy rÊt thÝch hîp khi ®o møc ë ®iÒu kiÖn m«i tr−êng ®o cã nhiÖt ®é, ¸p suÊt cao hoÆc m«i tr−êng cã tÝnh ¨n mßn m¹nh. Trong ph−¬ng ph¸p nµy c¶m biÕn gåm mét nguån ph¸t tia (1) vµ bé thu (2) ®Æt ë hai phÝa cña b×nh chøa. Nguån ph¸t th−êng lµ mét nguån bøc x¹ tia γ (nguån 60

Co hoÆc 137Cs), bé thu lµ mét buång ion ho¸.

ë chÕ ®é ph¸t hiÖn møc ng−ìng(h×nh 9.11a), nguån ph¸t vµ bé thu ®Æt ®èi diÖn nhau ë vÞ trÝ ngang møc ng−ìng cÇn ph¸t hiÖn, chïm tia cña nguån ph¸t m¶nh vµ gÇn nh− song song. Tuú thuéc vµo møc chÊt l−u (3) cao h¬n hay thÊp h¬n møc ng−ìng mµ chïm tia ®Õn bé thu sÏ bÞ suy gi¶m hoÆc kh«ng, bé thu sÏ ph¸t ra tÝn hiÖu t−¬ng øng víi c¸c tr¹ng th¸i so víi møc ng−ìng.

ë chÕ ®é ®o møc liªn tôc (h×nh 9.11b), nguån ph¸t (1) ph¸t ra chïm tia víi mét gãc më réng quÐt lªn toµn bé chiÒu cao cña møc chÊt l−u cÇn kiÓm travµ bé thu.

- 153 -

1

1

2

2

3

3

h

a)

b)

H×nh 9.11 C¶m biÕn ®o møc b»ng tia bøc x¹ a) C¶m biÕn ph¸t hiÖn ng−ìng b) C¶m biÕn ®o møc liªn tôc 1) Nguån ph¸t tia bøc x¹ 2) Bé thu 3) ChÊt l−u

Khi møc chÊt l−u (3) t¨ng do sù hÊp thô cña chÊt l−u t¨ng, chïm tia ®Õn bé thu (2) sÏ bÞ suy gi¶m, do ®ã tÝn hiÖu ra tõ bé thu gi¶m theo. Møc ®é suy gi¶m cña chïm tia bøc x¹ tØ lÖ víi møc chÊt l−u trong b×nh chøa

- 154 -