Một số đặc điểm của máy đo lưu lượng

Vận tốc dòng chảy và lưu lượng của máy đo lưu lượng

Trên thực thế có các dụng cụ đo đã được sản xuất để thực hiện việc đo lưu lượng.

Dưới đây ta tìm hiểu về các cảm biến lưu lượng, máy đo lưu lượng, đồng hồ đo lưu lượng sử dụng các nguyên lý : chênh áp, tạo độ xoáy, từ trường, thế chỗ, tua bin, cảm biến khối lượng,  nhiệt.

Một trong những công dụng phổ biến nhất của cảm biến lưu lượng, máy đo lưu lượng là xác định lưu lượng của vật liệu qua đường ống với kích thước biết trước. Nhớ rằng lưu lượng là lượng chất lỏng, chất dạng vữa, khí hoặc thậm chí cả chất rắn dạng bột đi qua trong một khoảng thời gian xác định.

Máy đo lưu lượng có thể đo:

• Lưu lượng thể tích – là thể tích trên một đơn vị thời gian như gal/min, gpm hoặc ft3/min.
• Lưu lượng khối lượng – là khối lượng trên một đơn vị thời gian như pounds trêngiây hoặc pounds trên phút.
• Vận tốc dòng chảy – là khoảng cách trên một đơn vị thời gian như feet trên phút(ft/min)

Mối quan hệ cơ bản giữa lưu lượng và vận tốc là:

Lưu lượng thể tích = Vận tốc x diện tích tiết diện ngang của đường ống

Mối quan hệ giữa áp suất và vận tốc

Tổng năng lượng của bất cứ dòng chất lỏng nào cũng được tạo nên từ 3 thành phần: áp suất, vận tốc và độ cao. Số lượng của mỗi thành phần có thể thay đổi, nhưng tổng năng lượng vẫn không đổi trừ khi năng lượng bị lấy đi hay thêm vào chất lỏng.

Ví dụ máy đo lưu lượng , một tách nước khi nằm trên đỉnh của tòa nhà vẫn không có áp suất hoặc vận tốc, nhưng nó có độ cao lớn. Nếu nó bị đổ ra ngoài, chất lỏng sẽ trao đổi năng lượng của độ cao cho vận tốc. Khi nó chạm vào đất, nó không còn vận tốc hoặc độ cao nhưng nó tác động một lực lớn vào mặt đất do năng lượng của vận tốc đã chuyển đổi thành áp suất. Khi lực va chạm đã được truyền tới đất, nước thực chất không còn năng lượng nữa.

Dòng chất lỏng chảy qua đường ống tác động cũng giống như thế. Nếu một lưu lượng thể tích cho trước được cho qua một đường ống nhỏ hơn, vận tốc sẽ tăng lên và áp suất giảm vì chất lỏng đã trao đổi năng lượng của áp suất cho năng lượng của vận tốc.

Nếu lưu lượng thể tích duy trì không đổi, áp suất sẽ thấp hơn ở nơi chất lỏng di chuyển với tốc độ nhanh nhất.

Độ nhớt, khối lượng riêng và ma sát là những yếu tố quan trọng phải xem xét khi chọn  loại cảm biến lưu lượng sao cho nó thật phù hợp với quá trình đã xác định. Độ nhớt là ma sát nội trong bản thân vật chất, nó có ảnh hưởng đến sự chuyển động của vật chất khi   chảy trong đường ống. Độ nhớt càng cao thì lực cản dòng chảy càng lớn. Mật ong là một

Khối lượng riêng là khối lượng trên một đơn vị thể tích vật liệu. Ví dụ về đơn vị khối lượng riêng là pounds trên foot khối (lb/ft3) hoặc pounds trên gallon (lb/gallon) hoặc gam trên centimet khối (g/cm3). Khối lượng riêng của khí tùy thuộc vào thành phần cấu tạo, nhiệt độ và áp suất của nó. Bởi vì chất lỏng thì không chịu nén như chất khí, khối lượng riêng của chất lỏng là một hàm số của thành phần cấu tạo và nhiệt độ của nó. Chất lỏng nặng hơn sẽ khó đẩy hơn và sẽ chảy chậm hơn khi cùng chịu  một  lực tác dụng (áp suất đặt lên tiết diện ngang của đường ống) so với chất lỏng nhẹ hơn.

Biết được lưu lượng chính xác chỉ khi loại chất lỏng, nhiệt độ, áp suất và lưu lượng cho quá trình phù hợp với đặc tính kỹ thuật được thiết kế của cảm biến. Khi vật liệu quá trình, lưu lượng hoặc các điều kiện nằm ngoài dải đo đã xác định, cần thiết phải hiệu chuẩn lại cảm biến hoặc thay đổi cảm biến bằng một loại khác phù hợp với điều kiện hiện tại.

Khối lượng riêng được sử dụng để chuyển đổi giữa lưu lượng thể tích và lưu lượng khối lượng.

Ví dụ, đối với dầu: Lưu lượng thể tích x khối lượng riêng = Lưu lượng khối lượng

Ma sát máy đo lưu lượng

Cùng với ma sát nội liên quan đến độ nhớt, ma sát cũng là sự cản trở đối với dòng chảy của vật chất do sự tiếp xúc của dòng chảy với thành ống hoặc do sự tắc nghẽn. Ống càng nhám hoặc số lượng các đoạn khúc khuỷu, các van, các đầu nối càng nhiều thì ma sát  càng lớn. Ma sát xảy ra khi vật liệu chảy qua đường ống dẫn đến sự mất mát áp suất hệ thống vĩnh viễn và tạo thành nhiệt. Trong khi sự tổn thất áp suất thường là hiển nhiên, bất kỳ sự thay đổi nhiệt độ nào đều không đáng kể so với các nguồn nhiệt khác.

Các dạng dòng chảy máy đo lưu lượng

Khối lượng riêng, ma sát và độ nhớt có thể ảnh hưởng đến dạng dòng chảy trong ống. Dạng dòng chảy có thể đoán trước bằng toán học từ đường kính ống, vận tốc dòng chảy, khối lượng riêng và độ nhớt. Hình 3 minh họa các ví dụ về 3 loại dòng chảy cơ bản. Các  ví dụ này là cùng một lưu lượng, chỉ khác nhau về các yếu tố khác của dòng chảy.  Hầu  hết các thiết kế cảm biến lưu lượng dựa vào dòng chảy hỗn loạn đồng nhất cho các phép đo của máy đo lưu lượng chính xác.