bài tập lớn đo lường và cảm biến: HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG CHẤT LỎNG

31 1.1K 11
bài tập lớn đo lường và cảm biến: HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG CHẤT LỎNG

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG CHẤT LỎNG NHÓM 4: NGUYỄN VĂN TIẾN NGUYỄN HUYỀN TRANG CAO THANH TÚ PHẠM TIẾN CÔNG VŨ MINH ĐỨC GVHD:VÕ THỊ CẨM THÙY Hà Nội, 11/2016 [Type text] MỤC LỤC [Type text] Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng: Giới hạn điều kiện: Chất cần bơm nước (điều kiện thường) Ống kim loại cứng, đường kính 18cm Dải đo lưu lượng (0-1500 lít/giờ) Bể chứa cao 2m Thông số cần giám sát lưu lượng nước chảy qua ống mức nước bể chứa Đối tượng điều khiển Bơm Van Sai số yêu cầu 2% Yêu cầu: Trình bày tổng quan phương pháp đo lưu lượng chất lưu? Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? Liệt kê cảm biến có hệ thống Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống? Trình bày loại cảm biến lựa chọn ? (Nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến) Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến tính toán, xử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến để tác động đến đối tượng điều khiển? Đánh giá sai số hệ thống (giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phục) YÊU CẦU CHUNG: Page 1.Bìa gồm: -Tên đề tài -Danh sách SV nhóm -Tên GV hướng dẫn 2.Đầu có nội dung giao đề tài(Phiếu giao đề tài)- Và hướng dẫn yêu cầu chung Bố cục trình bày 3.Bố cục trình bày theo hướng dẫn sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống thiết kế Chương 2: Nội dung thực 2.1-Yêu cầu đề tài 2.2-Các hướng giải 2.3-Lý lựa chọn cho thiết kế 2.4-Tính chọn thiết kế Chương 3: Kết luận 3.1-Các kết đạt 3.2-Các hạn chế thực 3.3-Các biện pháp khắc phục Chương 4: Bài dịch tài liệu cảm biến 4.1- Bản tài liệu lý thuyết 4.2- Bản tài liệu sử dụng cảm biến Page LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển bùng nổ mạnh mẽ khoa học công nghệ,cuộc sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại, phục vụ công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước.Với phát triển ngành kĩ thuật điện góp phần không nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Trong môn đo lường & điều khiển phát triển mạnh mẽ dựa tiến công nghệ cảm biến có xử lý điều khiển kế hợp với với máy tính điện tử Từ thời gian đầu phát triển cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm.Những thành tựu biến tưởng chừng thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn “Đo lường cảm biến” chúng em sau thời gian học tập thầy , cô nhiệt tình giảng dạy kiến thức chuyên ngành,chúng em “Tìm hiểu, phân tích xây dựng hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng” Cùng với nỗ lực nhóm thời gian, kiến thức kinh nghiệm chúng em có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến cô bạn nhằm đóng góp phát triển đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! Page CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ I.Khái niệm lưu lượng đo lưu lượng Khái niệm Lưu lượng chất lưu lượng chất lưu chảy qua tiết diện ngang ống đơn vị thời gian Tuỳ theo đơn vị tính lượng chất lưu (theo thể tích khối lượng) người ta phân biệt: - Lưu lượng thể tích (Q) tính m3/s, m3/giờ - Lưu lượng khối (G) tính kg/s, kg/giờ Lưu lượng trung bình khoảng thời gian Δt = t - t1 xác định biểu thức: Trong ΔV, Δm thể tích khối lượng chất lưu chảy qua ống thời khoảng gian khảo sát Lưu lượng tức thời xác định theo công thức: Đo lưu lượng Đo lưu lượng thực chất đo lưu lượng chất lỏng chảy qua ống dẫn đơn vị thời gian Để đo lưu lượng người ta dùng lưu lượng kế Tuỳ thuộc vào tính chất chất lưu, yêu cầu công nghệ, người ta sử dụng lưu lượng kế khác Nguyên lý hoạt động lưu lượng kế dựa sở: - Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua công tơ khoảng thời gian xác định Δt - Đo vận tốc chất lưu chảy qua công tơ lưu lượng hàm vận tốc - Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp dòng chảy, lưu lượng hàm phụ thuộc độ giảm áp Page Tín hiệu đo biến đổi trực tiếp thành tín hiệu điện nhờ chuyển đổi điện thích hợp II– Tổng quan công nghệ ứng dụng hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng Ngày nay, với phát triển nhanh chóng khoa học công nghệ, nhu cầu người đặt ngày cao Để đánh giá chất lượng sản phẩm thiếu phương pháp sản xuất đo lường Vì dụng cụ đo lường công cụ lao động tạo chất lượng cao tạo sản phẩm tốt Một dụng cụ đo thiết bị đo lưu lượng Đo lưu lượng có tầm quan trọng đặc biệt công nghiệp cần khống chế lượng chất lỏng tham gia vào trình lò phản ứng hóa học, nhà máy sản xuất xi măng, động đốt… Về công nghệ: Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng sử dụng cảm biến, để điều khiển hệ thống cho hệ thống hoạt động xác, hiệu Hệ thống gồm: -Bơm: Dùng để bơm chất lỏng vào bồn chứa - Van: Dùng để điều khiển rót chất lỏng từ bồn chứa - Bể chứa: Chứa chất lỏng cần rót - Thiết bị đo lưu lượng: Dùng để đo lưu lượng chất lỏng - Hai nút khởi động dừng hệ thống: Start Stop Về ứng dụng: Hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng ứng dụng rộng rãi thực tế như: - Đo mức xăng dầu khai thác dầu khí - Khống chế lượng chất lỏng tham gia vào trình phản ứng thí nghiệm công nghiệp - Đo điều khiển lượng nước trông ngành thủy điện - Đo điều khiển lưu lượng nước tiêu thụ sinh hoạt Tùy theo nhu cầu sử dụng khác để đo điều khiển lưu lượng khác cho phù hợp với mục đích sử dụng Page CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN I - Yêu cầu đề tài Trình bày tổng quan phương pháp đo lưu lượng chất lưu Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống Liệt kê cảm biến có hệ thống Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống Trình bày loại cảm biến lựa chọn (Nguyên lý hoạt động, số lượng cảm biến) Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến tính toán, xử lý, đo tín hiệu đầu cảm biến để tác động đến đối tượng điều khiển Đánh giá sai số hệ thống (giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phục) II - Các hướng giải Đối với hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng chúng em sử dụng cảm biến đo lưu lượng để điều khiển lưu lượng nước đưa bồn chứa, cảm biến mức lưu lượng để đo mức nước bồn để điều khiển bơm van Mục đích phương pháp đo: - Mục đích: đo phát mức chất lưu để xác định mức độ khối lượng chất lưu có bồn chứa.Có hai dạng đo đo liên tục xác định theo ngưỡng Khi đo liên tục biên độ tần số tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu lại bồn chứa.Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa tín hiệu dạng nhị phân chobiết thông tin tình trạng mức ngưỡng có đạt hay không - Phương pháp đo: Hiện có nhiều phương pháp đo mức chênh áp, phao nổi, độ dẫn điện, đo lực căng, siêu âm… • • Chênh áp: thông dụng, đo liên tục, giá hợp lý, dễ lắp đặt Dễ bị ảnh hưởng tỷ trọng vật liệu, không phù hợp đo chất lỏng có dạng hột, khoảng đo nhỏ khó sử dụng, đặc biệt lưu ý đến ăn mòn hoá chất Phao nổi: Phương pháp không giới hạn mức cao bồn, độ xác không cao, phí đầu tư thấp phần hiển thị từ Page • • xa, giới hạn mức áp suất làm việc Cho kết đo liên tục đo điểm Khi đo điểm đo mặt cách ly Phương pháp không phù hợp với chất lỏng xệt hột ảnh hưởng đến độ xác Siêu âm: Kỹ thuật đo liên tục không tiếp xúc, phần tử dịch chuyển Phương pháp nhạy cảm vị trí kỹ thuật khác Ảnh hưởng nước, bọt khí, dải nhiệt độ áp suất làm việc không cao cấu trúc bên bồn bể Không thể hoạt động môi trường chân không Độ dẫn điện: Phương pháp có ưu điểm đơn giản phương pháp trên, giá rẻ, phận di chuyển, đo điểm, dùng cho chất lỏng dẫn điện, dễ bị ảnh hưởng lớp vật liệu bám dính điện cực Các phương án chọn cảm biến hệ thống A Một số loại cảm biến đo lưu lượng chất lưu * Công tơ thể tích Công tơ thể tích đo thể tích chất lưu chảy qua công tơ đếm trực tiếp lượng thể tích qua buồng chứa tích xác định công tơ Sơ đồ nguyên lý công tơ thể tích kiểu bánh hình ôvan trình bày hình 2.1 Công tơ gồm hai bánh hình ôvan (1) (2) truyền động ăn khớp với (hình 2.1a) Dưới tác động dòng chất lỏng, bánh (2) quay truyền chuyển động tới bánh (1) (hình 2.1b) lúc bánh (2) vị trí thẳng đứng, bánh (1) nằm ngang Chất lỏng thể tích V đẩy sang cửa Sau bánh (1) quay trình tương tự lặp lại, thể tích chất lỏng buồng V2 đẩy sang cửa Trong vòng quay công tơ thể tích chất lỏng qua công tơ bốn lần thể tích V (bằng V1 V2) Trục hai bánh liên kết với cấu đếm đặt công tơ Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý công tơ thể tích Page Thể tích chất lưu chảy qua côngtơ thời gian Δt = t - t1 tỉ lệ với số vòng quay xác định công thức: Trong đó: qV - thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với vòng quay N1, N2 - tổng số vòng quay công tơ thời điểm t1 t2 Thông thường thể tích chất lưu chảy qua công tơ biểu diễn dạng: qc - hệ số công tơ (thể tích chất lưu chảy qua công tơ ứng với đơn vị thị công tơ) Nc1, Nc2 - số thị công tơ thời điểm t1 t2 Lưu lượng trung bình: Lưu lượng tức thời: Với: n-là tốc độ quay trục công tơ Để đếm số vòng quay chuyển thành tín hiệu điện người ta dùng ba cách đây: - Dùng nam châm nhỏ gắn trục quay của công tơ, nam châm qua cuộn dây đặt cố định tạo xung điện Đếm số xung điện theo thời gian tính tốc độ quay trục công tơ - Dùng tốc độ kế quang - Dùng mạch đo thích hợp để đo tần số điện áp Giới hạn đo công tơ loại từ 0,01 - 250 m 3/giờ, độ xác cao ±(0,5 - 1)%, tổn thất áp suất nhỏ có nhược điểm chất lỏng đo phải lọc tốt gây ồn làm việc Page 10 1-Phiến áp điện 2-Vật liệu tương thích âm học 3-Gá đỡ hình vành khăn Cấu trúc nguồn phát siêu âm với hiệu ứng áp điện Sóng siêu âm tạo nên vật liệu áp điện Trường hợp đóng vai trò phát sóng lượng điện biến thành lượng có học Dưới điện áp xoáy chiều phiến áp điện rung với tần số riêng sóng siêu âm phát thắng góc với bề mặt Với cấu trúc đặc biệt người ta tạo nên mặt sóng nằm nghiêng Để thu nhận sóng siêu âm người ta dùng linh kiện có cấu trúc giống nguồn ơhát Trường hợp lượng học biến thành lượng điện Các sóng siêu âm làm rung phiến áp điện Với hiệu ứng áp điện ngược lại ta có tín hiệu điện từ sóng siêu âm Trong thực tế thường với linh kiện vừa đóng vai trò phát thu B.Một số cảm biến đo mức chất lưu * Phương pháp thủy tĩnh Hình 2.8: Sơ đồ đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh Page 17 a) Dùng phao cầu b) Dùng phao trụ c) Dùng cảm biến áp suất vi sai - Trong sơ đồ hình 2.8a, phao (1) mặt chất lưu nối với đối trọng (5) dây mềm (2) qua ròng rọc (3), (4) Khi mức chất lưu thay đổi, phao (1) nâng lên hạ xuống làm quay ròng rọc (4), cảm biến vị trí gắn với trục quay ròng rọc cho tín hiệu tỉ lệ với mức chất lưu - Trong sơ đồ hình 2.8b, phao hình trụ (1) nhúng chìm chất lưu, phía treo cảm biến đo lực (2) Trong trình đo, cảm biến chịu tác động lực F tỉ lệ với chiều cao chất lưu: Trong đó: P - trọng lượng phao h - chiều cao phần ngập chất lưu phao S - tiết diện mặt cắt ngang phao ρ - khối lượng riêng chất lưu g - gia tốc trọng trường - Trên sơ đồ hình 2.8c, sử dụng cảm biến áp suất vi sai dạng màng (1) đặt sát đáy bình chứa Một mặt màng cảm biến chịu áp suất chất lưu gây ra: Mặt khác màng cảm biến chịu tác động áp suất p áp suất đỉnh bình chứa Chênh lệch áp suất p - p sinh lực tác dụng lên màng cảm biến làm biến dạng Biến dạng màng tỉ lệ với chiều cao h chất lưu Page 18 bình chứa chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ biến đổi điện thích hợp *Phương pháp điện Các cảm biến đo mức phương pháp điện hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính chất điện chất lưu Các cảm biến thường dùng cảm biến dộ dẫn cảm biến điện dung: Cảm biến độ dẫn Các cảm biến loại dùng để đo mức chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện ~ 50μScm-1) Trên hình 2.9 giới thiệu số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng (a) Cảm biến hai điện cực (b) Cảm biến điện cực (c) Cảm biến phát mức Sơ đồ cảm biến hình 2.9a gồm hai điện cực hình trụ nhúng chất lỏng dẫn điện Trong chế độ đo liên tục, điện cực nối với nguồn nuôi xoay chiều ~ 10V (để tránh tượng phân cực điện cực) Dòng điện chạy qua điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài phần điện cực nhúng chìm chất lỏng Sơ đồ cảm biến hình 2.9b sử dụng điện cực, điện cực thứ hai bình chứa kim loại Sơ đồ cảm biến hình 2.9c dùng để phát ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực lại nối với thành bình kim loại,vị trí điện cực ngắn ứng với mức ngưỡng Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện mạch thay đổi mạnh biên độ Page 19 Cảm biến tụ điện Khi chất lỏng chất cách điện, tạo tụ điện hai điện cực hình trụ nhúng chất lỏng điện cực kết hợp với điện cực thứ hai thành bình chứa thành bình làm kim loại Chất điện môi hai điện cực chất lỏng phần điện cực bị ngập không khí phần chất lỏng Việc đo mức chất lưu chuyển thành đo điện dung tụ điện, điện dung thay đổi theo mức chất lỏng bình chứa Điều kiện để áp dụng phương pháp số điện môi chất lỏng phải lớn đáng kể số điện môi không khí (thường gấp đôi) Trong trường hợp chất lưu chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng điện cực kim loại bên có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai * Phương pháp xạ Cảm biến xạ cho phép đo mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môi trường đo, ưu điểm thích hợp đo mức điều kiện môi trường đo có nhiệt độ, áp suất cao môi trường có tính ăn mòn mạnh Trong phương pháp cảm biến gồm nguồn phát tia (1) thu (2) đặt hai phía bình chứa Nguồn phát thường nguồn xạ tia γ (nguồn 60Co 137Cs), thu buồng ion hoá Ở chế độ phát mức ngưỡng (hình 2.10a), nguồn phát thu đặt đối diện vị trí ngang mức ngưỡng cần phát hiện, chùm tia nguồn phát mảnh gần song song Tuỳ thuộc vào mức chất lưu (3) cao hay thấp mức ngưỡng mà chùm tia đến thu bị suy giảm không, thu phát tín hiệu tương ứng với trạng thái so với mức ngưỡng Page 20 Ở chế độ đo mức liên tục (hình 2.10b), nguồn phát (1) phát chùm tia với góc mở rộng quét lên toàn chiều cao mức chất lưu cần kiểm tra thu Hình 2.10: Cảm biến đo mức tia xạ a) Cảm biến phát ngưỡng b) Cảm biến đo mức liên tục (1) Nguồn phát tia xạ (2) Bộ thu (3) Chất lưu Khi mức chất lưu (3) tăng hấp thụ chất lưu tăng, chùm tia đến thu (2) bị suy giảm, tín hiệu từ thu giảm theo Mức độ suy giảm chùm tia xạ tỉ lệ với mức chất lưu bình chứa III Lí lựa chọn cho thiết kế Lựa chọn cảm biến lưu lượng Việc lựa chọn dụng cụ không thích hợp giải thích đến 90% vấn đề thường mắc phải với máy đo lưu lượng Yêu cầu quan trọng việc lựa chọn mợt cảm biến hiểu biết cách xác mà dụng cụ phải thực Dưới câu hỏi quan trọng cần phải đặt suốt trình lựa chọn cảm biến: - Có phải phép đo áp dụng để điều khiển trình công nghệ mà mối quan tâm chủ yếu khả lặp lại repeatability, nhằm lí giải Page 21 - - accounting khảo sát chuyền chuyển custody transfer, mà độ xác cao quan trọng? Chỉ thị kết chỗ hay liệu có cần tín hiệu từ xa remote không? Nếu đòi hỏi phải có đầu từ xa phải tín hiệu tỷ lệ tín hiệu đong mở tiếp điểm để kích hoạt ngưng dụng cụ khác? Chất lỏng cần đo chất sạch, chất dẻo dính sền sệt, chất hồ cement, bùn phân bón dạng sệt? Chất lỏng cần đo liệu có dẫn điện? Đặc tính trọng lượng hay mật độ đặc trưng chất lỏng cần đo gì? Phạm vi (độ lớn) lưu lượng liên quan đến ứng dụng nào? Nhiệt độ áp suất vận hành trình nào? Liệu có phải tính đến số độ xác, phạm vi độ lớn, độ tuyến tính , tính lặp lại, yêu cầu đường ống dẫn? =>Đối với hệ thống này, nhóm chúng em chọn cảm biến lưu lượng loại siêu âm nó: - đo chất lỏng tính ăn mòn - kết phép đo độc lập với hình dạng dòng chảy, thành phần lắp đặt ống - Không giảm áp lực dòng chảy qua van - Độ xác cao, sai số không lớn Lựa chọn cảm biến mức Khi lựa chọn phương pháp cho ứng dụng cụ thể đó, phải ý dến nhiều yếu tố giá thành ban đầu Nhưng yếu tố quan trọng ứng dụng đo mức mà nhà sản xuất cảm biến cần thiết là: - - Tên đặc trưng vật liệu cần đo, liệu có phải chất rắn hay lỏng,dạng sệt, dạng bột hay dạng hạt Hằng số điện môi k đặc tính quan trọng đặc biệt, mật độ, độ nhớt, độ dẫn nhiệt, tính tương thích (dầu mỡ, nước…) Thông tin trình, áp suất nhiệt độ, mức dộ chảy rối, vật liệu bể bình chứa Những yêu cầu công suất Ứng dụng chủ yếu bình chứa có chứa vật liệu cần đo, (tích trữ, tách lọc nước, hầm chứa, …), kích cỡ, hình dạng nó, vị trí vật ngăn (nếu có) => Đối với hệ thống nhóm chúng em chọn cảm biến mức áp suất vi sai dạng màng nó: - Giá thành rẻ Dễ điều chỉnh tín hiệu Đo chất lỏng tính ăn mòn Page 22 IV Tính chọn thiết bị Thiết kế lắp đặt Đối với hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng này, sử dụng cảm biến: cảm biến lưu lượng cảm biến mức: - - - Cảm biến lưu lượng: (cảm biến FDT-81) + Vị trí: Đặt đường ống dẫn nước từ máy bơm vào bể chứa + Nhiệm vụ: Để đo thể tích nước chảy qua ống dẫn khoảng thời gian Cảm biến mức: (cảm biến áp suất vi sai có màng keller 26Y) + Vị trí: Đặt vị trí sát đáy bể nước + Nhiệm vụ: Đo mức nước có bể, xử lí truyền tín hiệu để điều khiển động đóng mở Các nút Start, Stop để khởi động dừng toàn hệ thống Hình vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống Page 23 - Khi ta nhấn nút (on/off) mạch cấp nguồn Giả sử nước bình mức dưới, lúc Một mặt màng cảm biến áp suất vi sai dạng màng chịu áp suất chất lưu gây : p= P0+ρgh : g- gia tốc trọng trường h- chiều cao mực chất lỏng(h=2m chiều cao bể chứa chất lỏng) ρ- khối lượng riêng chất lưu - - - Mặt lại chịu tác động áp suất p0 áp suất đỉnh bình chứa Độ chênh lệch áp suất p-p0 sinh lực tác dụng lên màng cảm biến làm biến dạng Biến dạng màng tỉ lệ với chiều cao h chất lưu bể chứa, chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ biến đổi điện, tín hiệu làm tiếp điếm thường mở K1 (của cuộn dây K 1) đóng lại nhằm trì dòng điện cho cuộn dây K1 Tiếp điểm thường đóng K2vẫn trì Bơm bắt đầu hoạt động bơm nước lên bế Khi nước bơm lên bể, mực nước dâng lên đến mức làm thay đổi áp suất tác động lên mặt cảm biến, chênh lệch áp suất làm biến dạng màng cảm biến Biến dạng chuyển đổi thành tín hiệu nhờ biến đổi điều khiển điện làm tiếp điểm thường đóng K2 (của cuộn dây K2) mở làm ngắt mạch cuộn dây K1 Bơm ngừng hoạt động Sau thời gian sử dụng, nước bể hạ xuống tới mức bể làm thay đổi chênh lệch áp suất đặt vào mặt cảm biến áp suất vi sai, cảm biến truyền tín hiệu bơm lại hoạt động bơm nước vào bế Cứ theo chu kỳ bơm nước tự động hoạt động bơm nước vào bế cách bình thường Trong trình bơm nước vào bể, cảm biến đo lưu lượng đo lượng nước cung cấp cho bể, (trường hợp vừa xả van vừa bơm nước lượng nước tính tổng thể tích nước cấp cho bể suốt trình) Page 24 - Trường hợp mức nước thấp cảm biến mức xác định truyền tín hiệu hệ thống để đóng van Mức nước đầy cảm biến mức xác định truyền tín hiệu hệ thống để ngắt điện máy bơm Tính chọn thiết bị A.Tính chọn cảm biến lưu lượng Với chất lưu nước, ống kim loại cứng đường kính 18cm nhóm em lựa chọn sử dụng cảm biến FDT-81(hình 4.1)cho phép hiển thị trực tiếp lưu lượng chất lỏng qua đường ống vào bể hình cảm biến Sử dụng cảm biến đo lưu lượng chất lỏng loại giá thành đắt dòng chảy cần điền đầy ống, không đo loại chất lỏng có tính dẫn diện ăn mòn hóa học ,nhưng cảm biến loại thường lắp đặt bên đường ống dẫn chất lỏng nên dễ bảo trì sử dụng cảm biến loại cho kết đo xác với sai số không lớn, điểm bật cảm biến kết phép đo độc lập với hình dạng dòng chảy thành phần lắp đặt ống, không làm giảm áp lực dòng chảy qua van .Dưới số thông số kỹ thuật cảm biến FDT-81 • Nhiệt độ làm việc: 200c -800c • Đơn vị đo : m3 , lít • Dải đo : 1500 lít/h = 0,42 lít/s • Đường kính ống từ 100 đến 1000 mm • Đầu • Tiêu chuẩn Vật liệu cảm biến: CPVC, Ultem ® Nylon • Màn hình hiển thị: 128×64 điểm đồ họa LED,LCD • Sai số : Analog 4-20mA, tối đa mô- đun : ± 0,5% Hình 4.1:Cảm biến FDT-81 Ta lập sơ đồ khối mô tả quy trình tính toán sử lý số liệu vào cảm biến sau: Page 25 Sóng siêu âm phát Start Khối thu sóng Khối tạo xung đếm Stop Khối đếm Hiển thị Với sơ đồ khối ta thấy tín hiệu đầu vào sóng siêu âm phát sóng siêu âm thu từ thiết bị sóng siêu âm lắp dọc theo thành ống,về dựa vào chênh lệch thời gian sóng siêu âm xuôi dòng sóng siêu âm ngược dòng ta đo lưu lượng thể tích qua ống theo biểu thức thức: Q=K(t1-t2)/(t1t2) Trong đó: - t1 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy xuôi dòng t2 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy ngược dòng K - số, phụ thuộc chiều dài đường âm thanh, tỉ số trục đường tâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang Để phép đo xác, ta phải đưa vào hệ thống thu phát sóng siêu âm sóng siêu âm với tần số f 1=0,5-10MHz vào chất lỏng với vận tốc v Ta sử dụng đếm xung để đo tần số sóng siêu âm phát thu thực bước tính toán để tính số xung thu từ thu phát sóng.Ta đưa phép đo đo tần số để thực tính toán Từ số xung mà đếm xung đếm ta hoàn toàn tính độ chênh lệch thời gian giũa sóng siêu âm xuôi dòng sóng siêu âm ngược dòng từ tính lưu lượng thể tích qua ống Q Bộ đếm xung hoạt động nguyên lý đếm số xung N tương ứng với số chu kỳ tần số cần đo fx khoảng thời gian gọi thời gian Tdo Như sai số phép đo chủ yếu độ không ổn định tần số máy phát âm chuẩn f0 đo tần số thấp sai số chủ yếu sai số lượng tử B, Cảm biến mức chất lỏng bể chứa Page 26 Các hệ thống bồn bể thực tế công nghiệp: cần giám sát liên tục mức chất lỏng đó, thường nhà thiết kế sử dụng cảm biến điện cực để đo mức chất lỏng Trong trường hợp ta sử dụng phương pháp thuỷ tĩnh cụ thể sử dụng cảm biến vi sai dạng màng đặt sát đáy bể chứa Cảm biến vi sai dạng màng chế tạo theo phương pháp cổ điển nên giá thành không đắt, độ xác không cao trình vận hành màng cảm biến phải tiếp súc trực tiếp với chất lỏng gây nên sai số trình đo.Việc bảo trì cảm biến loại gặp nhiều khó khăn cảm biến phải đặt vào bể lắp đặt trước có chất lỏng chảy vào bể chứa 4.2 Cảm biến áp suất vi sai dạng màng keller 26Y Thông số cảm biến áp suất đo mức nướckeller 26Y – Dãy đo độ cao cột nước từ 1m đến 100m tương đương 100mbar đến 10bar – Tín hiệu chuẩn 4-20ma dây – Cấp độ bảo vệ loại cảm biến IP68 nên ngâm chìm cảm biến nước thoải mái – Áp suất chịu đựng cảm biến cao lên đến lần dãy áp suất hoạt động – Độ sai số thấp từ 0,25% – Loại cảm biến hoạt động dựa áp suất thủy tĩnh nước Tức độ cao nước tăng lên cao dần tạo áp lực lên đáy bồn tăng theo với tỷ lệ 1m nước tạo 100mbar Dựa nguyên lý người ta dùng áp suất để báo hiển thị mức nước bồn xác Page 27 – Thông thường cảm biến loại thả ngâm vào bồn (vị trí đáy bồn) tùy thuộc vào độ cao mực nước mà chọn loại cảm biến có dãy đo phù hợp Ứng dụng cho bồn nước cấp, nước thải - Một mặt màng (1) chịu áp suất chất lưu gây : p= P0+ρgh : g- gia tốc trọng trường h- chiều cao mực chất lỏng(h=2m chiều cao bể chứa chất lỏng) ρ- khối lượng riêng chất lưu Mặt lại chịu tác động áp suất p áp suất đỉnh bình chứa Độ chênh lệch áp suất p-p0 sinh lực tác dụng lên màng cảm biến làm biến dạng Biến dang màng tỉ lệ với chiều cao h chất lưu bể chứa, chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ biến đổi điện Những tín hiệu điện truyền tới từ biến đổi điện tín hiệu kích hoạt đưa vào khối tạo xung đếm, xung đếm tới khối đếm Up/Down đưa khối hiển thị dạng tín hiệu điện Analog 4-20mA tần số f=50Hz Bất kỳ bồn bể công nghiệp chứa chất lỏng phải có cảm biến mức cận trên/dưới (đầy-H; đầy-HH; cạn-L; cạn-LL) để tạo tín hiệu: khởi động, dừng bình thường, dừng khẩn cấp,… cho hệ thống bơm van Thông thường, cảm biến dùng loại đơn giản kiểu công tắc Việc dùng cảm biến mức nêu tùy theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể hệ thống Thời gian cho việc bơm đầy bồn bể (từ mức “L” đến mức “H”) tháo cạn bồn bể theo công suất bơm (lưu lượng) Van điện hoàn toàn đo đếm Dựa yếu tố nêu, hoàn toàn lập trình, tạo “Tags” để thực việc hiển thị tức thời mức chất lỏng bồn bể theo cấu trúc hình 4.3 Tín hiệu kích hoạt Tín hiệu kích hoạt Tín hiệu dừng Khối tạo xung đếm Up Khối tạo xung đếm Down Page 28 Khối đếm Up/Down Tín hiệu bắt đấu Hiển thị kết đo Hình 4.3: Tags hiển thị mức chất lỏng bể chứa Trong đó: - Tín hiệu kích hoạt, nên sử dụng “Cờ” có liên quan đến Khởi động động bơm liên quan đến Mở van; - Tín hiệu dừng, nên sử dụng “Cờ” có liên quan đến đóng-cắt cặp tiếp điểm cảm biến mức Có thể tùy chọn mức Cao (H), Cao (HH), Thấp (L) Thấp (LL) theo yêu cầu cụ thể thực tế; - Khối tạo xung đếm lên (Up) khối tạo xung đếm xuống (Down) tạo chương trình Điều khiển Chu kỳ xung tính trình lập trình dựa thể tích bồn bể,lưu lượng chất lỏng đưa vào đưa c, Van: - Được đóng mở tín hiệu từ xử lý trung tâm đóng mở tay trường hợp cần khóa nước để sửa chữa,lắp đặt hệ thống sau van - Chất liệu:có sức bền học tốt - Van điều khiển đóng/mở - On/Off Control Valves d, Bơm: - Công dụng : để nước bơm đẩy cao - Công suất : 35w - Đẩy cao : 2,3m - Lưu lượng tối đa : 2000 lit/h - Kích thước : 130 x 92 x 125mm e, Bồn chứa: Page 29 -Tổng dung tích 3000 lít -Chất liệu: inox -Cách lắp đặt:bồn chứa đặt thẳng đứng đặt giá inox không gỉ vững có độ cao đủ lớn so với mặt đất để tạo áp lực nước lớn cung cấp cho hệ thống f, Ống dẫn: -Chất liệu: inox thép không gỉ -Đường kính ống:18cm CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Các kết đạt I - Hiểu rõ khâu đo điều khiển lưu lượng chất lỏng vào thùng hệ thống sản xuất - Hiểu rõ nguyên lý, cấu tạo cách sử dụng phối hợp cảm biến cách hiệu - Biết chọn thiết bị phù hợp với giá thành chất lượng tốt - Biết đánh giá khâu, cách thức lắp đặt, cách thức vận hành hệ thống tự động - Tích lũy thêm nhiều kiến thức bổ ích Nâng cao khả làm việc nhóm Các hạn chế thực II - Do kinh nghiệm thực tế nên làm nhiều sai sót, hạn chế sơ sài Page 30 - Chưa lắp đặt cảm biến thực tế nên chưa thấy cách vận hành thực tế thiết bị, chưa đánh giá cách thức hoạt động, độ ổn định, cấu hệ thống Biện pháp khắc phục III - Làm mô hình nhóm để đánh giá rõ nét hơn, có kinh nghiệm cảm biến định, tăng đáng kể việc tiếp thu từ lý thuyết đến thực hành - Đi tìm hiểu thực tế Page 31 ... tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính chất điện chất lưu Các cảm biến thường dùng cảm biến dộ dẫn cảm biến điện dung: Cảm biến độ dẫn Các cảm biến loại dùng để đo mức... 50μScm-1) Trên hình 2.9 giới thiệu số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng (a) Cảm biến hai điện cực (b) Cảm biến điện cực (c) Cảm biến phát mức Sơ đồ cảm biến hình 2.9a gồm hai điện cực hình trụ... hiệu Đo chất lỏng tính ăn mòn Page 22 IV Tính chọn thiết bị Thiết kế lắp đặt Đối với hệ thống đo điều khiển lưu lượng chất lỏng này, sử dụng cảm biến: cảm biến lưu lượng cảm biến mức: - - - Cảm biến

Ngày đăng: 10/04/2017, 20:45

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • MỤC LỤC

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ

    • I.Khái niệm lưu lượng và đo lưu lượng

      • 1. Khái niệm

      • 2. Đo lưu lượng

    • II– Tổng quan công nghệ và ứng dụng hệ thống đo và điều khiển lưu lượng chất lỏng.

      • 1. Về công nghệ:

      • 2. Về ứng dụng:

  • CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

    • I - Yêu cầu của đề tài.

    • II - Các hướng giải quyết.

      • 1. Mục đích và các phương pháp đo:

      • 2. Các phương án chọn cảm biến trong hệ thống.

      • A. Một số loại cảm biến đo lưu lượng chất lưu

      • B.Một số cảm biến đo mức chất lưu

    • III. Lí do lựa chọn cho thiết kế.

      • 1. Lựa chọn cảm biến lưu lượng

      • 2. Lựa chọn cảm biến mức.

    • IV. Tính chọn thiết bị.

      • 1. Thiết kế lắp đặt

      • 2. Hình vẽ sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống.

      • 3. Tính chọn thiết bị

  • CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

    • I. Các kết quả đạt được

    • II. Các hạn chế khi thực hiện

    • III. Biện pháp khắc phục

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan