Báo cáo khoa học - Thiết kế dụng cụ đo và khống chế lưu lượng chất lỏng

Môc lôc B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc sinh viªn. Lêi nãi ®Çu Trong nÒn kinh tÕ thÞ tr­êng më cöa n­íc ta hiÖn nay, viÖc më réng th­¬ng m¹i vµ giao l­u kinh tÕ gi÷a c¸c n­íc trong khu vùc vµ thÕ giíi lµ mét xu thÕ tÊt yÕu. Xu thÕ ®ã kh«ng chØ t¹o ra c¬ héi hoµ nhËp vµ phÊt triÓn kinh tÕ mµ cßn ®Æt n­íc ta vµo mét m«i tr­êng c¹nh tranh gay g¾t trong ph¹m vi khu vùc vµ thÕ giíi. Trong ®ã næi cém lªn vÊn ®Ò lµ nh»m n©ng cao chÊt l­îng s¶n phÈm, vÊn ®Ò nµy lu«n ®­îc coi lµ mét nh©n tè c¬ b¶n cña sù c¹nh tranh, nã kh«ng chØ quyÕt ®Þnh sù thµnh c«ng hay thÊy b¹i cña mçi mét doanh nghiÖp mµ cßn ¶nh h­ëng ®Õn sù t¨ng tr­ëng hay tôt hËu cña nªn kinh tÕ. §Ó n©ng cao chÊt l­îng s¶n phÈm th× ®ßi hái rÊt nhiÒu yÕu tè. Nh­ng cã mét yÕu tè quan träng ®ã lµ ®ßi hái mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nghiªm tóc. Bëi khi cã mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt tèt sÏ t¹o ra nh÷ng s¶n phÈm cã chÊt l­îng cao. ChÊt l­îng cña mçi s¶n phÈm nã ®­îc hoµ nhËp vµo vµ ®­îc thÓ hiÖn ra ngay trªn chÊt l­îng lao ®éng. Ta kh«ng thÓ hy väng r»ng cã s¶n phÈm ®¹t chÊt l­îng cao nÕu kh«ng thùc sù lao ®éng mét c¸ch nghiªm tóc. ChÝnh v× thÕ trong s¶n xuÊt ®o l­êng lµ mét ph­¬ng ph¸p ®Ó nhËn biÕt chÊt l­îng s¶n phÈm. Vµ tõ ®ã dông cô ®o trë thµnh mét trong nh÷ng c«ng cô lao ®éng gãp phÇn t¹o ra lao ®éng chÊt l­îng cao vµ t¹o ra c¸c s¶n phÈm tèt. Mét trong c¸c dông cô ®o ®ã lµ thiÕt bÞ ®o l­u l­îng. §o l­u l­îng cã tÇm quan träng ®Æc biÖt trong c¸c m¹ng l­íi vËn chuyÓn chÊt ®èt (èng dÉn gas, èng dÉn dÇu) vµ trong mäi thiÕt bÞ c«ng nghiÖp khi cÇn khèng chÕ l­îng chÊt láng tham gia vµo c¸c qu¸ tr×nh nh­ ë lß ph¶n øng ho¸ häc, nhµ m¸y s¶n xuÊt xi m¨ng, n¨ng l­îng, ®éng c¬ ®èt trong v v … C¸c vÊn ®Ò ®· ®­îc t×m hiÓu: T×m hiÓu c¬ së lý thuyÕt vÒ ®o l­u l­îng, c¸c ph­¬ng ph¸p ®o, c¸c thiÕt bÞ ®· ®­îc sö dông vµ chµo b¸n t¹i ViÖt Nam. Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ thiÕt bÞ ®o l­u l­îng b»ng ph­¬ng ph¸p kiÓu ®iÖn c¶m m¹ch tõ hë. ChÕ t¹o vµ ch¹y thö. PhÇn I : Tæng quan vÒ c¸c ph­¬ng ph¸p vµ thiÕt bi ®o l­u l­îng ®­îc truyÒn dÉn trong ®­êng èng kÝn. 1-L­u l­îng kÕ dßng xo¸y: L­u l­îng kÕ dßng xo¸y dùa trªn nguyªn lý khi chÊt láng gÆp mét vËt c¶n sÏ bÞ ph©n thµnh c¸c dßng xo¸y ë phÝa sau vËt (h×nh vÏ). Tèc ®é dßng ch¶y ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®Õm sè xo¸y trong mét ®¬n vÞ thêi gian vµ ®­îc ®o c¶m biÕn nh¹y víi biÕn thiªn dao ®éng ¸p suÊt. V L­u l­îng kÕ dßng xo¸y. V=tÇn sè xo¸y/k, ë ®©y k lµ hÖ sè phô thuéc vµo sè Reynol vµ tû träng cña chÊt láng nh­ng kh«ng ®æi trong d¶i l­u l­îng réng. §Æc ®iÓm cña l­u l­îng kÕ dßng xo¸y: §é chÝnh x¸c 1%. Ýt g©y tæn hao l­u l­îng. Ph¹m vi sö dông: §o l­u l­îng chÊt láng, chÊt khÝ vµ h¬i n­íc. ChÞu ®­îc tèc ®é cao nh­ng cã thÓ nh¹y víi dao ®éng bªn ngoµi., Ýt ®­îc sö dông ®Ó ®o l­u l­îng thÊp. 2-L­u l­îng kÕ nhiÖt: L­u l­îng kÕ nhiÖt cã cÊu t¹o gåm mét èng mao dÉn b»ng kim lo¹i m¶nh cã ®­êng kÝnh nhá. PhÝa ngoµi cña èng kim lo¹i ®­¬c cuèn mét sîi d©y ®èt b»ng ®iÖn trë, hai c¶m biÕn nhiÖt ®é dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é cña dßng ch¶y ë ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña èng d©y( t1 ®o nhiÖt ®é ë ®Çu vµo, t2 ®o nhiÖt ®é ë ®Çu ra). Khi cã dßng ch¶y Khi ch­a cã dßng ch¶y t 2 t 1 C¶m biÕn nhiÖt ®é PhÇn tö ®èt nãng L­u l­îng kÕ nhiÖt. Khi kh«ng cã dßng ch¶y( tøc lµ l­u l­îng ch¶y qua èng Q=0) th× sù truyÒn nhiÖt ra hai phÝa cña sîi ®èt lµ nh­ nhau, khi ®ã hiÖu øng nung nãng sÏ ®èi xøng vµ trong tr­êng hîp nµy t1=t2. Khi l­u l­îng Q¹0 th× lóc nµy t1 gi¶m vµ t2 t¨ng, sù kh¸c nhau gi÷a t1 vµ t2 (Dt = t1-t2) tØ lÖ víi l­u l­îng Q. Ph¹m vi sö dông: §a sè ®­îc sö dông trong lÜnh vùc khÝ. C«ng nghiÖp thùc phÈm, d­îc phÈm. §o l­u l­îng chÊt láng trong mét ph¹m vi h¹n chÕ. 3- L­u l­îng kÕ Pitot: C¶m biÕn Pitot ®o chªnh lÖch ¸p suÊt ë mét ®iÓm phÝa tr­íc dßng ch¶y vµ ¸p suÊt tÜnh cña chÊt láng phÝa c¹nh bªn (h×nh vÏ). Khi chÊt láng ch¹y qua vïng c¶m biÕn nã t¹o nªn mét vïng ¸p suÊt cao h¬n ¸p suÊt tÜnh trong èng. Khi chÊt láng ch¶y qua c¶m biÕn chóng bÞ t¨ng tèc vµ cã mét vïng gi¶m ¸p phÝa bªn c¹nh vµ sau c¶m biÕn. Trong mét èng Pitot trung b×nh cã nhiÒu ®Çu ¸p suÊt ®Æt trªn èng ë c¸c vÞ trÝ cã ®é cao kh¸c nhau cho phÐp thu ®­îc ¸p suÊt trung b×nh ®¹i diÖn cho dßng ch¶y trong toµn èng. Dßng xo¸y Vïng ¸p suÊt thÊp Vïng ¸p suÊt cao §Çu c¶m biÕn L­u l­îng kÕ Pitot. §Æc ®iÓm cña l­u l­îng kÕ Pitot: §é chÝnh x¸c 1-2%. Cã g©y tæn hao l­u l­îng. Ph¹m vi sö dông: Th­êng ®­îc sö dông ®o l­u l­îng khÝ. L¾p ®Æt trong c¸c èng trªn 300mm. 4- L­u l­îng kÕ ¸p suÊt vi sai: L­u l­îng kÕ ¸p suÊt vi sai ho¹t ®éng dùa theo ®Þnh luËt Becnuli (nhµ vËt lý BØ 1700-1782), biÓu diÔn quan hÖ gi÷a l­u l­îng vµ sù biÕn thiªn ¸p suÊt cña chÊt láng trong mét èng thu hÑp. §Çu ®o ¸p suÊt L­u l­îng kÕ ¸p suÊt vi sai Trªn h×nh vÏ khi dßng chÊt láng ch¶y qua mét èng cã lç thu hÑp th× tèc ®é cña dßng ch¶y sau lç sÏ t¨ng lªn so víi tèc ®é dßng ch¶y tr­íc lç thu hÑp, ¸p suÊt chÊt láng ë cöa ra gi¶m vµ t¹o nªn sù chªnh ¸p suÊt ë phÝa tr­íc vµ phÝa sau lç. Sö dông ¸p suÊt kÕ vi sai ®o ®é chªnh ¸p P nµy ta suy ra l­u l­îng. §èi víi c¸c chÊt cã hÖ sè Reynol nhá h¬n gi¸ trÞ tíi h¹n nh­ dÇu má, parafin... khi ®ã kh«ng dïng ®­îc c¸c lç hÑp tiªu chuÈn v× hÖ sè l­u l­îng kh«ng ph¶i lµ h»ng sè. Ng­êi ta sö dông thiÕt bÞ cã lç thu hÑp ®Æc biÖt nh­ mµng ng¨n cã lç c«n, gicl¬ h×nh trô, gicl¬ cong mµng kÐp. §Æc ®iÓm cña l­u l­îng kÕ ¸p suÊt vi sai: CÊu t¹o ®¬n gi¶n, ch¾c ch¾n. Lµm viÖc kh«ng g©y tiÕng ån, dÔ chÕ t¹o hµng lo¹t. L¾p ®Æt b»ng m¨ng sÐt hoÆc nèi xen kÏ. G©y tæn hao l­u l­îng dßng ch¶y. Ph¹m vi sö dông: §o ®­îc trong m«i tr­êng bÊt kú. Gi¸ thµnh thÊp vµ ®­îc sö dông trong nhiÒu lÜnh vùc. 5- L­u l­îng kÕ Coriolis: Nguyªn lý ho¹t ®éng cña l­u l­îng kÕ lµ gia tèc coriolit(nhµ vËt lý ph¸p 1792-1843) xuÊt hiÖn khi mét vËt ®ång thêi chÞu t¸c dông cña chuyÓn ®éng quay vµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn. Gia tèc Coriolit t­¬ng øng víi lùc: F=2m.W.v Trong ®ã: W: vËn tèc gãc. v : vËn tèc dµi. m : khèi l­îng cña chÊt láng. F=2m w v F=0 C B A L­u l­îng kÕ Coriolis. Trong l­u l­îng kÕ mét cuén d©y kÝch thÝch ®Æt ë vÞ trÝ C (h×nh vÏ). èng ®o chÞu t¸c ®éng xung quanh trôc AB. Khi c¸c h¹t chÊt láng di chuyÓn víi vËn tèc v chóng t¹o nªn l­c Coriolis t¸c dông nªn hai nöa èng theo hai chiÒu ng­îc nhau. Theo chiÒu AC tèc ®é chÊt láng bÞ chËm l¹i cßn theo chiÒu CB chóng ®­îc gia tèc thªm. §iÒu nµy lµm cho èng bÞ biÕn d¹ng rÊt nhá cïng víi dao ®éng c¬ së. ChuyÓn ®éng tæng hîp ®­îc ®o nhê c¶m biÕn ®iÖn c¶m ®Æt gi÷a A vµ B. Khi cã l­u l­îng ch¶y qua èng cã sù lÖch pha gi÷a dao ®éng ë A vµ B. Gãc lÖch pha nµy t­¬ng øng víi kho¶ng thêi gian vµ tû lÖ thuËn víi l­u l­îng cÇn ®o. ë ®©y k lµ mét h»ng sè, f lµ tÇn sè dao ®éng, Q lµ l­u l­îng cÇn ®o. §Æc ®iÓm cña l­u l­îng kÕ nµy lµ: §é chÝnh x¸c 0,1%. PhÐp ®o kh«ng phô thuéc vµo ®Æc tÝnh cña chÊt láng. §o l­u l­îng khèi. Tïy theo nhµ cung cÊp mµ èng cã d¹ng ®¬n, th¼ng, cong, kÐp. Ph¹m vi sö dông: §o l­u l­îng chÊt láng, chÊt khÝ s¹ch vµ nhít. §­êng kÝnh èng kh«ng qu¸ lín. 6- L­u l­îng kÕ dïng chuyÓn ®æi c¬: a. L­u l­îng kÕ tuabin: §­îc sö dông réng r·i trong c¸c øng dông ®o l­êng chÊt láng chÝnh x¸c. thiÕt bÞ ®o bao gåm mét rotor ®­îc ®Æt trong èng, vu«ng gãc víi dßng ch¶y cña chÊt láng. Rotor xoay khi chÊt láng ch¶y qua. VËn tèc quay tû lÖ víi l­u l­îng vµ cã thÓ ®­îc c¶m nhËn b»ng tõ, quang. C¸c xung ®iÖn cã thÓ ®­îc ®Õm vµ tÝnh tæng. Sè l­îng c¸c xung ®iÖn ®­îc ®Õm trong mét kho¶ng thêi gian cho tr­íc vµ tû lÖ trùc tiÕp ®Õn thÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua. Mét m¸y ph¸t tèc mét chiÒu cã thÓ ®­îc thªm vµo ®Ó ®o vËn tèc quay cña tuabin vµ chÝnh x¸c ®Þnh l­u l­îng cña chÊt láng. C¸c l­u l­îng kÕ tuabin khi ®­îc chän vµ l¾p ®Æt ®óng sÏ cã ®é chÝnh x¸c cao, ®Æc biÖt lµ ®èi víi c¸c chÊt láng cã ®é nhít thÊp. L­u l­îng kÕ tuabin t¹o nªn mét tÝn hiÖu l­u l­îng tuyÕn tÝnh, b»ng sè. Nã ®­îc dïng phæ biÕn trong c«ng nghÖ hãa dÇu vµ c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c. 6 5 4 2 3 1 L­u l­îng kÕ tuabin. Tuabin 1 ®­îc l¾p ®Æt trªn c¸c æ trôc g¸ trªn ch©n bªn trong èng dÉn 2. Trªn mét c¸nh tuabin g¾n chÆt mét m¶nh nam ch©m vÜnh cöu 3. Cuén d©y c¶m 4 t¹o nªn mét xung khi mçi lÇn m¶nh nam ch©m ®i qua phèi ghÐp 5 ®Ó vµo m¸y tÝnh 6 ®Õm hoÆc xö lÝ tiÕp tÝn hiÖu qu·ng nµy ®­îc dÉn qua bé hiÓn thÞ LED. Sè xung N cña tuabin cã quan hÖ víi thÓ tÝch V cña chÊt láng ch¶y qua l­u l­îng kÕ theo c«ng thøc: V = K.N Víi K lµ thÓ tÝch chÊt láng trªn mét xung. L­u l­îng trung b×nh trªn mét kho¶ng thêi gian Dt ®­îc tÝnh: Tû sè lµ sè xung trªn mét ®¬n vÞ thêi gian, tøc lµ tÇn sè xung f. Do ®ã c«ng thøc trªn cã thÓ viÕt l¹i: Q = K.f C¸c ®Æc tr­ng kü thuËt cña l­u l­îng kÕ tuabin nh­ sau: Ph¹m vi ®o: 0,3 m3/h ¸ 36000 m3/h ®èi víi chÊt khÝ 0,01 m3/h ¸ 14000 m3/h ®èi víi chÊt láng. §é chÝnh x¸c: ±1% ¸ ±2%. §é lÆp l¹i: tèt h¬n ±10,5%. §é tuyÕn tÝnh: ±0,5% ¸ ±1,5% phô thuéc vµo ®é nhít. Thêi gian håi ®¸p: mét vµi ms C¸c l­u l­îng kÕ tuabin cã ­u ®iÓm lµ dÔ xö lý tÝn hiÖu. Tuy vËy khi lµm viÖc víi chóng ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu lµ chÊt l­u kh«ng cã bät khÝ vµ c¸c sîi hoÆc h¹t cã kÝch th­íc ®¸ng kÓ. Thªm vµo ®ã, ®Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ ®o, l­u l­îng kÕ ph¶i ®­îc ®Æt ë ®o¹n èng th¼ng ®Ó tr¸nh dßng xo¸y. TÝn hiÖu ra xung cña l­u l­îng kÕ tuabin hoµn toµn phï hîp víi kû thuËt tÝnh to¸n vµ ®iÒu khiÓn, nªn nã ®­îc dïng ®Ó ®o l­u l­îng víi m¸y ®Õm, hoÆc dïng lµm tÝn hiÖu vµo cho m¸y tÝnh ®iÖn tö sè. b. L­u l­îng kÕ dïng l¸ ch¾n xoay: L¸ lß xo TÊm ch¾n S¬ ®å nguyªn lý cÊu t¹o cña l­u l­îng kÕ dïng l¸ ch¾n xoay. L­u l­îng kÕ dïng l¸ ch¾n xoay biÓu diÔn nh­ h×nh vÏ. L¸ ch¾n xoay chÞu lùc t¸c ®éng cña dßng ch¶y, träng l­îng vµ ph¶n lùc cña lß xo. VÞ trÝ gãc c©n b»ng cña l¸ guång phô thuéc vµo l­u l­îng cña chÊt l­u. TÝn hiÖu c¬ trong tr­êng hîp nµy cã thÓ chuyÓn thµnh tÝn hiÖu diÖn b»ng c¸ch dïng ®iÖn kÕ cã trôc g¾n liÒn víi trôc cña l¸ ch¾n xoay. ¦u ®iÓm cña l­u l­îng kÕ nµy lµ rÎ tiÒn vµ ch¾c ch¾n. c. L­u l­îng kÕ tiÕt diÖn thay ®æi: L­u l­îng kÕ gåm mét c¸nh quay hoÆc mét qu¶ phao ®Æt trong mét èng cã tiÕt diÖn t¨ng dÇn. Qu¶ phao ®­îc gi÷ c©n b»ng ë mét ®é cao phô thuéc vµo ba t¸c ®éng ®ã lµ: Träng l­îng cña nã, lùc ®Èy Archimede vµ lùc ®Èy cña chÊt láng. §¸nh dÊu vÞ trÝ cña phao nhê bé ghÐp quang hoÆc tõ. Dông cô ®­îc kh¾c ®é theo l­u l­îng chÊt láng cÇn ®o. G G a P 1 P 2 S¬ ®å tÝnh to¸n l­u l­îng kÕ R«tamet TÝnh to¸n l­u l­îng kÕ: L­u l­îng ch¶y qua khe gi÷a phao vµ èng c«n: Q = m.S.v Trong ®ã: S :diÖn tÝch tiÕt diÖn cña khe hë. v : vËn tèc cña dßng chÊt láng. m : hÖ sè. DiÖn tÝch ch¶y ®­îc tÝnh bëi c«ng thøc: NÕu gãc c«n a nhá th× ta cã thÓ bá qua thµnh phÇn bËc hai trong c«ng thøc trªn. Khi ®ã diÖn tÝch khe hë lµ: VËn tèc cña dßng chÊt láng: Trong ®ã: P1 : ¸p suÊt t¹i cöa vµo cña èng c«n. P2 : ¸p suÊt t¹i cöa ra cña èng c«n. g : gia tèc träng tr­êng. g : khèi l­îng riªng cña chÊt láng ch¶y trong èng. Khi phao ë vÞ trÝ c©n b»ng ta cã ph­¬ng tr×nh: (*) Trong ®ã: G : träng l­îng cña phao. V : thÓ tÝch chiÕm chç cña phao trong chÊt láng. Thay c«ng thøc (*) vµo c«ng thøc tÝnh vËn tèc ta ®­îc: Thay c«ng thøc tÝnh vËn tèc vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn khe hë vµo c«ng thøc tÝnh l­u l­îng ta cã: BiÓu thøc trªn cã thÓ viÕt d­íi d¹ng: Q = k.h víi §Ó ®o l­u l­îng, c¸ch ®¬n gi¶n nhÊt lµ chia ®é trùc tiÕp trªn èng thñy tinh. §Ó tiÖn xö lÝ kÕt qu¶ ®o, cã thÓ nèi phao víi mét chiÕc cÇn nhá liªn hÖ c¬ víi lâi cña biÕn thÕ vi sai ®Ó chuyÓn tÝn hiÖu c¬ thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. TÝn hiÖu ®iÖn nµy sÏ tû lÖ víi l­u l­îng cÇn ®o. Sau khi lÊy ®­îc tÝn hiÖu th× ta cã thÓ sè hãa tÝn hiÖu vµ cã thÓ dïng tÝn hiÖu ®ã ®Ó ®iÒu khiÓn mét qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nµo ®ã cã liªn quan. KÕt luËn Cßn rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ ®o l­u l­îng kh¸c ch­a ®­îc gi¶i ra ®©y, nh­ng ta thÊy ®o l­u l­îng mét lÜnh vùc khoa häc kü thuËt rÊt phong phó, trong sù phong phó Êy, ®Ò tµi tèt nghiÖp ®­îc chän lµ ph­¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ ®o l­u l­îng kiÓu Rotamet ®· ®­îc h×nh thµnh tõ ®ã. PhÇn II: TÝnh to¸n thiÕt kÕ l­u l­îng kÕ lo¹i R«tamet – hiÖn sè vµ hÖ thèng ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é. 1- CÊu t¹o vµ chøc n¨ng c¸c bé phËn chÝnh cña dông cô ®o. S¬ ®å khèi vµ chøc n¨ng cña tõng khèi. Giao tiÕp vµ t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn Vi xö lý ADC C¶m biÕn ThiÕt bÞ HiÓn thÞ ROM S¬ ®å khèi m¹ch ®o l­êng vµ khèng chÕ l­u l­îng chÊt láng NhiÖm vô cña tõng khèi: Khèi vi xö lý: ®iÒu hµnh mäi ho¹t ®én cña hÖ thèng. Khèi ROM: l­u tr÷ ch­¬ng tr×nh ®iÒu hµnh ho¹t ®éng. Khèi giao tiÕp vµ t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn: Khèi nµy cã nhiÖm vô lµ nhËn tÝn hiÖu tõ ngoµi ®Ó ®­a vµo xö lý vµ nhËn tÝn hiÖu tõ vi xö lý ®Ó ®iÒu khiÓn ®ãng ng¾t c¸c thiÕt bÞ. Khèi c¶m biÕn: cã nhiÖm vô lµ lÊy tÝn hiÖu tõ c¸c ®Çu c¶m biÕn. Khèi ADC: cã nhiÖm vô chuyÓn ®æi tÝn hiÖu tö t­¬ng tù sang sè. Khèi hiÓn thÞ: hiÓn thÞ gi¸ trÞ l­u l­îng ®o ®­îc. Tõ s¬ ®å khèi tæng qu¸t cña dông cô ®o ta cã s¬ ®å khèi cña dông cô ®o l­u l­îng kiÓu Rotamet - chØ thÞ sè: COÂNG TAÉC CHUYEÅN MAÏCH 12V R1 R1 R2 12V Nguoàn 3 Maïch ñieàu khieån ñoäng cô Ñoäng cô Loõi saét OÁng coân Cuoän daây Maïch chuyeån ñoåi soá So saùnh löu löôïng Ñaëtlöu löôïng Ñaët nhieät ñoä So saùnh nhieät ñoä Maïch chuyeån ñoåi ño nhieät ñoä Ñaàu ño nhieät ñoä Nguoàn1 Maïch khueách ñaïi ñieän aùp 5V,+12V,-12V Phao Buoàng ñoát 2-ThiÕt kÕ vµ ph©n tÝch ho¹t ®éng cña tõng khèi: a-Bé c¶m biÕn. §Ó ®o ®­îc l­u l­îng th× ta cÇn ph¶i cã mét bé c¶m biÕn, cã nhiÒu bé c¶m biÕn l­u l­îng kh¸c nhau vµ chóng còng ho¹t ®éng theo nguyªn lý kh¸c nhau. §Ó cã thÓ hiÓn thÞ sè l­u l­îng cÇn ®o th× bé c¶m biÕn ph¶i cã nhiÖm vô chuyÓn tõ gi¸ trÞ l­u l­îng ®o ®­îc sang tÝn hiÖu ®iÖn. D­íi ®©y giíi thiÖu bé c¶m biÕn l­u l­îng dïng èng Rotamet. 3 2 1 ChuyÓn ®æi sè Vµ ®iÒu khiÓn ChuyÓn ®æi ®iÖn ¸p S¬ ®å nguyªn lý cña dông cô ®o l­u l­îng. Theo s¬ ®å trªn ta thÊy khi phao 1 di chuyÓn trong èng c«n 2 nhê lùc ®Èy cña dßng chÊt láng ch¶y qua èng sÏ g©y nªn chuyÓn vÞ t­¬ng ®èi cña lâi s¾t 3 trong cuén d©y. Lâi s¾t vµ cuén d©y t¹o thµnh chuyÓn ®æi ®o dÞch chuyÓn b»ng ®iÖn c¶m kiÓu m¹ch tõ hë. §Ó lÊy ®­îc tÝn hiÖu ra ta cã s¬ ®å m¹ch chuyÓn ®æi ®iÖn ¸p nh­ sau: Zcd èng d©y Lâi thÐp U ra U R 1 R 2 R 3 Sau khi lÊy ®­îc tÝn hiÖu Ura ta sÏ chuyÓn ®æi nã thµnh tÝn hiÖu sè ®Ó chØ thÞ l­u l­îng vµ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh cung cÊp l­u l­îng theo yªu cÇu. b- TÝnh to¸n thiÕt kÕ chuyÓn ®æi ®iÖn – ®iÖn tö chØ thÞ sè. - TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña chuyÓn ®æi vµ m¹ch ®iÖn. ChuyÓn ®æi ®­îc dïng ë ®©y lµ chuyÓn ®æi ®o dÞch chuyÓn b»ng ®iÖn c¶m biÕn thiªn ®iÖn tÝch cã m¹ch tõ hë. M¹ch ®iÖn cung cÊp cho cuén d©y lµ m¹ch xoay chiÒu. TÝn hiÖu ra ®ång thêi ph¶n ¸nh ®é lín vµ chiÒu cña dÞch chuyÓn t­¬ng ®èi gi÷a lâi s¾t vµ cuén d©y. Lâi thÐp Cuén d©y §¹i l­îng cÇn ®o lµ dÞch chuyÓn cña lâi thÐp, di chuyÓn nµy dÉn ®Õn biÕn ®æi ®iÖn c¶m cña cuén d©y. ë ®©y lâi thÐp kh«ng lµm thµnh mét khung kÝn nªn gäi lµ m¹ch tõ hë. Lo¹i chuyÓn ®æi nµy cho kÝch th­íc nhá gän lùc tõ t¸c dông lªn lâi lµ nh­ nhau theo mäi h­íng do ®ã lâi tõ khi di chuyÓn coi nh­ kh«ng cã lùc t¸c dông v× vËy rÊt thÝch hîp cho di chuyÓn lín. C«ng thøc tÝnh gi¸ trÞ diÖn c¶m L lµ : Trong ®ã : L : gi¸ trÞ ®iÖn c¶m, H (Henry) m0 : §é tõ thÈm cña kh«ng khÝ m0 = 4.p.10-7 H/m. mf : §é tõ thÈm t­¬ng ®èi cña lâi thÐp kh«ng thø nguyªn m0 = (103 ¸ 104) s0 : diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña cuén d©y, m2. sf : diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña lâi thÐp, m2. lf: ®é dµi cña lâi thÐp n»m trong cuén d©y, m2. l : ChiÒu dµi cuén d©y, m2. k : hÖ sè ghÐp nèi. k = (0 ¸ 1). N: sè vßng cña cuén d©y. ThiÕt kÕ vá quÊn d©y VËt liÖu lµm vá quÊn d©y lµ : phi kim §­êng kÝnh trong cña vá : D0 = 18 mm §­êng kÝnh phÇn quÊn d©y : D1 =20 mm §­êng kÝnh ngoµi cña vá : D2 = 38 mm ChiÒu cao cña vá : H = 100 mm c-Khèi chuyÓn ®æi t­¬ng tù - sè. 1 - Nguyªn t¾c thùc hiÖn chuyÓn ®æi ADC. M¹ch chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang sè, chuyÓn mét tÝn hiÖu ngâ vµo t­¬ng tù (dßng ®iÖn hay ®iÖn ¸p) thµnh d¹ng m· sè nhÞ ph©n cã gi¸ trÞ t­¬ng øng. ChuyÓn ®æi ADC cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p. Tuy nhiªn, c¸c ph­¬ng ph¸p ®Òu cã nh÷ng th«ng sè c¬ b¶n sau: + §é chÝnh x¸c cña chuyÓn ®æi AD. +Tèc ®é chuyÓn ®æi. +D¶i biÕn ®æi cña tÝn hiÖu t­¬ng tù ngâ vµo. + Startcommand V1 V’1 Control Unit Register D/A converter Comparator clock Digital output S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¹ch ADC Ho¹t ®éng - §Çu tiªn kÝch xung start ®Ó bé ADC ho¹t ®éng - T¹i mét tÇn sè ®­îc x¸c ®Þnh b»ng xung clock bé ®iÒu khiÓn lµm thay ®æi thµnh sè nhÞ ph©n ®­îc l­u tr÷ trong thanh ghi(Register). - Sè nhÞ ph©n trong thanh ghi ®­îc chuyÓn thµnh d¹ng ®iÖn ¸p V’1 b»ng bé chuyÓn ®æi DA. - Bé so s¸nh, so s¸nh V’1 víi ®iÖn ¸p ngâ vµo V1. NÕu V’1V1 th× ngâ ra cña bé so s¸nh xuèng møc thÊp vµ qu¸ tr×nh thay ®æi sè cña thanh ghi ng­ng. Lóc nµy V’1 gÇn b»ng V1, nh÷ng sè trong thanh ghi lµ nh÷ng sè cÇn chuyÓn ®æi. C¸c ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi sè: Ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n. Ph­¬ng ph¸p song song. Ph­¬ng ph¸p xÊp xØ liªn tiÕp. Giíi thiÖu bé chuyÓn ®æi sè ADC0809. Bé ADC 0809 lµ mét thiÕt bÞ CMOS tÝch hîp víi mét bé chuyÓn ®æi tõ tÝn hiÖu t­¬ng tù sang sè 8 bit, bé chän kªnh vµ mét bé logic ®iÒu khiÓn t­¬ng thÝch. Bé chuyÓn ®æi AD 8 bit nµy dïng ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi xÊp xØ liªn tiÕp. Bé chän kªnh cã thÓ truy xuÊt bÊt k× kªnh nµo trong c¸c ngâ vµo t­¬ng tù mét c¸ch ®éc lËp. Bé chuyÓn ®æi ADC0809 dÔ dµng giao tiÕp víi c¸c bé vi xö lý. IN2 IN1 IN0 A B C D2 D0 D4 D5 D7 D6 ALE REF- 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 S¬ ®å ch©n cña ADC0809 ADC0809 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 D1 GND REF+ Vcc D3 OEC Start IN7 IN6 IN5 IN4 CLK OE IN3 *ý nghÜa c¸c ch©n: . IN0 ®Õn IN7 : 8 ngâ vµo t­¬ng tù. . A, B, C : gi¶i m· chän mét trong 8 ngâ vµo. . D0 ®Õn D7 : ngâ ra song song 8 bit. . ALE : cho phÐp chèt ®Þa chØ. . START : xung b¾t ®Çu chuyÓn ®æi. . CLK : xung ®ång hå. .REF(+) : ®iÖn thÕ tham chiÕu. .REF(-) : ®iÖn thÕ tham chiÕu. .Vcc : nguån cung cÊp. *C¸c ®Æc ®iÓm cña ADC0809: .§é ph©n gi¶i 8 bit. .Thêi gian chuyÓn ®æi:110ms ë tÊn sè 640kHz. .Nguån cung cÊp +5V. .§iÖn ¸p ngâ vµo 0-5V. .TÇn sè xung clock 10kHz -1280kHz. .NhiÖt ®é ho¹t ®éng - 40oC ®Õn 85oC. .DÔ dµng giao tiÕp víi vi xö lý hoÆc dïng riªng. .Kh«ng cÇn ®iÒu chØnh zero hoÆc ®Èy thang. *Nguyªn lý ho¹t ®éng: ADC0809 cã 8 ngâ vµo t­¬ng tù, 8 ngâ ra 8 bit cã thÓ chän 1 trong 8 ngâ vµo t­¬ng tù ®Ó chuyÓn ®æi sang sè 8 bit. C¸c ngâ vµo ®­îc chän b»ng c¸ch gi¶i m·. Chän 1 trong 8 ngâ vµo t­¬ng tù ®­îc thùc hiÖn nhê 3 ch©n A, B, C nh­ ë b¶ng tr¹ng th¸i sau: A B C Ngâ vµo ®­îc chän 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Sau khi kÝch xung Start th× bé chuyÓn ®æi b¾t ®Çu ho¹t ®éng ë c¹nh xuèng cña xung Start, ngâ ra OEC sÏ xuèng møc thÊp sau kho¶ng 8 xung clock (tÝnh t­ c¹nh xuèng cña xung start). Lóc nµy bit c¬ träng sè lín nhÊt(MSB) ®­îc ®Æt lªn møc 1, tÊt c¶ c¸c bit cßn l¹i ë møc 0, ®ång thêi t¹o ra ®iÖn thÕ cã gi¸ trÞ Vref/2, ®iÖn thÕ nµy ®­îc so s¸nh víi ®iÖn thÕ vµo Vin. - NÕu Vin > Vref/2 th× bit MSB vÉn ë møc 1. - NÕu Vin < Vref/2 th× bit MSB ë møc 0. T­¬ng tù nh­ vËy bit kÕ tiÕp MSB ®­îc ®Æt lªn 1 vµ t¹o ra ®iÖn thÕ cã gi¸ trÞ Vref/4 vµ còng so s¸nh víi ®iÖn ¸p ngâ vµo Vin. Qóa tr×nh cø tiÕp tôc nh­ vËy cho ®Õn khi x¸c ®Þnh ®­îc bit cuèi cïng. Khi ®ã ch©n EOC lªn møc 1 b¸o cho biÕt ®· kÕt thóc chuyÓn ®æi. Trong suèt qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi ch©n OE ®­îc ®Æt ë møc 1, muèn ®äc d÷ liÖu ra th× ch©n OE xuèng møc thÊp. Trong suèt qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi nÕu cã mét xung start t¸c ®éng th× ADC sÏ ng­ng chuyÓn ®æi. M· ra N cho mét ngâ vµo tïy ý lµ mét sè nguyªn. Trong ®ã: Vin : ®iÖn ¸p ngâ vµo hÖ so s¸nh. Vref(+) : ®iÖn ¸p t¹i ch©n REF(+). Vref(-) : ®iÖn ¸p t¹i ch©n REF(-). NÕu chän Vref(-) =0 th× N= 256 Vref(+) =Vcc=5V th× ®Çy thang lµ 256. Gi¸ trÞ b­íc: 1LSB ==0,0196 V. VËy víi 256 b­íc th× Vin =5V. Giíi thiÖu bé vi ®iÒu khiÓn AT89C51. AT89C51 lµ mét hÖ vi tÝnh 8-bit ®¬n chip CMOS cã hiÖu suÊt cao c«ng suÊt nguån tiªu thô thÊp vµ cã 4 K byte bé nhí ROM . Chip AT89C51 còng t­¬ng thÝch víi víi tËp lÖnh vµ c¸c ch©n ra cña chuÈn c«ng nghiÖp MCS-51. Flash trªn chip nµy cho phÐp bé nhí ch­¬ng tr×nh ®­îc lËp tr×nh l¹i trªn hÖ thèng hoÆc b»ng bé lËp tr×nh bé nhí kh«ng mÊt néi dung qui ­íc. B»ng c¸ch kÕt hîp mét CPU linh ho¹t 8-bit ®¬n chip víi Flash trªn mét chip ®¬n thÓ. AT89C51 lµ mét hÖ vi tÝnh 8-bit ®¬n chip m¹nh cho ta mét gi¶i ph¸p cã hiÖu qu¶ vÒ chi phÝ vµ rÊt linh ho¹t ®èi víi c¸c øng dông ®iÒu khiÓn. AT89C51 cã c¸c ®Æc tr­ng chuÈn sau: 4 K byte ROM (®­îc t¹o ra bëi nhµ s¶n xuÊt). 128 byte RAM . 32 ®­êng xuÊt nhËp. Hai bé ®Þnh thêi/®Õm 16-bit. Mét cÊu tróc ng¾t hai møc ­u tiªn vµ 5 nguyªn nh©n ng¾t. M¹ch dao ®éng vµ t¹o xung trªn clock trªn chip. Ngoµi ra, AT89C51 cßn hç trî hai chÕ ®é tiÕt kiÖm n¨ng l­îng ®­îc lùa chän b»ng phÇn mÒm. ChÕ ®é nghØ dõng CPU trong khi vÉn cho phÐp RAM, c¸c bé ®Þnh thêi/®Õm, port nèi tiÕp vµ hÖ thèng ng¾t tiÕp tôc ho¹t ®éng. ChÕ ®é nguån gi¶m duy tr× néi dung cña RAM nh­ng kh«ng cho m¹ch dao ®éng cung cÊp xung clock nh»m v« hiÖu hãa c¸c ho¹t ®éng kh¸c cña chip cho ®Õn khi cã reset cøng tiÕp theo. AT89C51 (AD 15) (AD 14) (AD 13) (AD 12) (AD 11) (AD 10) (AD 9) (AD 8) (AD 7) (AD 6) (AD 5) (AD 4) (AD 3) (AD 2) (AD 1) (AD 0) VCC P0 7 EA/VPP P2 2 P2 1 P2 0 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 ALE/PROG PSEN P2 7 P2 6 P2 5 P2 4 P2 3 (RD) (WR) (T1) (T0) (INT1) (INT0) (TXD) (RXD) P3 7 P3 6 P3 5 P3 4 P3 3 P3 2 P3 1 P1 7 P1 6 P1 5 P1 4 P1 3 P1 2 P1 1 GND XTAL1 XTAL2 P3 0 RST P1 0 22 21 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 PhÇn III -ThiÕt kÕ hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh l­u l­îng cung cÊp. S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh l­u l­îng. 4N35 4N35 6 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 470 W 470 W 100 W 100 W §éng c¬ Ch©n sè 20 cña AT89C51 Ch©n sè 21 cña AT89C51 +5V +12V +5V - + U 0 12V §Ó vi ®iÒu khiÓn cã thÓ ho¹t ®éng ®­îc cÇn ph¶i cã ch­¬ng tr×nh ®Ó n¹p vµo IC vi ®iÒu khiÓn. §Ó viÕt ch­¬ng tr×nh th× cã thÓ dïng c¸c ng«n ng÷ kh¸c nhau nh­ ng«n ng÷ C, Assembly… Trong ®å ¸n nµy sö dông ng«n ng÷ C. D­íi ®©y lµ ch­¬ng tr×nh n¹p cho vi ®iÒu khiÓn: #include " AT89x51.h" unsigned int i,T,s; unsigned int x,y,z,k; void tre(void) { for(i=0;i<20000;i++) {}; } //------------------------- void int0(void) interrupt 0 //Ngat 0 { tre(); if(P2_7==0) { s=s+1; } if (P2_7==1) { s=s-1; } tre(); tre(); x=s/10; //Lay phan thuong y=x*16; z=s%10;//Lay so du P0=y+z; k=P0;//so he thap phan tre(); tre(); } //-------------------------------------- void main(void) { unsigned int c,d,e,f; s=50;//Gan gia tri ban dau cho s while(1) { P1=0xff;//Chon cong 1 la cong lay du lieu vao P2_3=1; P2_3=0; tre(); P2_2=1; c=P1;//Lay du lieu tu cong tre(); d=c/10; e =d*16; f =c%10; P0= e+f; //Hien thi LED IE =0x85; //Cho phep ngat INT0 IT0 =0; PX1=1; tre(); IT1=0; //---------------------------- if (P0>k) { P2_0=0; P2_1=1; } if(P0<k) { P2_0=1; P2_1=0; } if(P0==k) { P2_0=0; P2_1=0; } P2_2=0; } }