Thiết kế dụng cụ đo & khống chế lưu lượng chất lỏng
Tài liệu Thiết kế dụng cụ đo & khống chế lưu lượng chất lỏng: ... Ebook Thiết kế dụng cụ đo & khống chế lưu lượng chất lỏng
Tóm tắt tài liệu Thiết kế dụng cụ đo & khống chế lưu lượng chất lỏng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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;
}
}
._.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
DAN391.doc
