Nguyên lý hoạt động này làm cho công nghệ này đặc biệt hữu ích đối với dầu sạch và chất lỏng nhớt khác, nhưng độ hở bên trong tương tự giúp có thể dịch chuyển chính xác cũng tạo ra những giới hạn quan trọng. Độ nhớt, chất bẩn, không khí cuốn theo, độ mài mòn, tốc độ dòng chảy và độ giảm áp suất đều có thể ảnh hưởng đến hiệu suất-trong thế giới thực.
Hướng dẫn sau đây giải thích nguyên lý làm việc của đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục từ chuyển động của bánh răng đến đầu ra điện, sau đó cho thấy nguyên lý đó ảnh hưởng như thế nào đến độ chính xác, sự phù hợp của ứng dụng, lắp đặt và lựa chọn đồng hồ.
Đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục là gì?
Đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục là một dụng cụ đo dịch chuyển dương có chứa hai rôto hình bầu dục bên trong buồng được gia công chặt chẽ. Khi chất lỏng đi vào, áp suất chênh lệch trên đồng hồ sẽ làm cho rôto quay. Các túi được hình thành giữa các rôto và thành buồng mang các khối riêng biệt từ đầu vào đến đầu ra.
Tùy thuộc vào thiết kế cơ khí, các rôto có thể tương tác trực tiếp hoặc sử dụng cách sắp xếp đồng bộ hóa riêng biệt. Nguyên tắc đo lường cơ bản là như nhau: mỗi chuyển động hoàn chỉnh tương ứng với một thể tích dịch chuyển có thể dự đoán được.
Bạn có thể thấy loại nhạc cụ này trên trang webphạm vi đo lưu lượng bánh răngvà một cái cụ thểcấu hình đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục.
Cơ chế cơ bản cũng được ghi lại trong tài liệu của OMEGA.hướng dẫn kỹ thuật máy đo độ dịch chuyển dương, mô tả các rôto hình bầu dục truyền một thể tích chính xác qua buồng đo trong quá trình quay.
Đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục hoạt động như thế nào?
1. Chất lỏng đi vào buồng đo
Chất lỏng xử lý đi vào đầu vào đồng hồ và tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa phía thượng nguồn và phía hạ lưu của rôto. Áp suất này cung cấp lực cơ học làm quay bánh răng. Do đó, các phần tử đo thường không cần động cơ bên ngoài.
2. Một khối lượng xác định bị cô lập
Khi một rôto di chuyển ra khỏi thành buồng, một túi sẽ mở ra giữa bề mặt rôto và vỏ. Chất lỏng lấp đầy không gian đó. Các khe hở bên trong chính xác hạn chế sự rò rỉ không kiểm soát được từ đầu vào đến đầu ra, do đó hầu hết chất lỏng đều đi theo đường dịch chuyển dự kiến.
Đây là điểm khác biệt chính giữa phép đo chuyển vị dương và công nghệ suy luận: đồng hồ đo liên tục xử lý một thể tích được xác định về mặt vật lý thay vì đo vận tốc đầu tiên và chuyển đổi giá trị đó thành lưu lượng thể tích.
3. Rotor chuyển chất lỏng
Hai rôto tiếp tục quay theo trình tự đồng bộ. Chất lỏng bị mắc kẹt xung quanh bên ngoài mỗi rôto được đưa về phía đầu ra trong khi một khoang khác lấp đầy ở đầu vào.
Một điểm quan trọng là số lượng sự kiện dịch chuyển chính xác trên mỗi vòng quay phụ thuộc vào hình dạng của đồng hồ đo. Do đó, nó phải xuất phát từ dữ liệu thiết kế và hiệu chuẩn của nhà sản xuất thay vì từ giả định chung về tất cả các đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục.
4. Khối lượng đo được rời khỏi đồng hồ
Khi một buồng chứa đầy đến phía hạ lưu, chất lỏng của nó sẽ được thải ra. Một buồng khác đã được lấp đầy, do đó việc quay bánh răng lặp đi lặp lại tạo ra sự chuyển giao khối lượng chất lỏng rời rạc gần như liên tục.
5. Xoay trở thành tín hiệu dòng chảy có thể sử dụng được
Chuyển động cơ học có thể điều khiển một thanh ghi cục bộ hoặc được phát hiện bằng điện tử. Đồng hồ đo điện tử có thể sử dụng hiệu ứng từ tính, hiệu ứng Hall{1}}hoặc các cách sắp xếp cảm biến khác để tạo ra các xung tương ứng với chuyển động của rôto.
Tín hiệu xung có thể được gửi đến màn hình, PLC, bộ điều khiển hàng loạt hoặctổng hợp lưu lượng. Thiết bị điện tử tiếp nhận sử dụng hệ số đồng hồ để chuyển đổi các xung đó thành thể tích tích lũy và tốc độ dòng chảy tức thời.
Tổng khối lượng và tốc độ dòng chảy được tính như thế nào?
Mối quan hệ cơ bản rất đơn giản:
Tổng khối lượng=khối lượng dịch chuyển trên mỗi chu kỳ đo × số chu kỳ
Tốc độ dòng chảy thêm một thành phần thời gian:
Tốc độ dòng chảy=thể tích đo được ÷ thời gian đã trôi qua
Đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục điện tử thường thể hiện mối quan hệ này thông qua hệ số K- hoặc hệ số mét, thường được xác định là một số xung nhất định trên mỗi đơn vị thể tích kỹ thuật. Bộ điều khiển đếm các xung đó có thể tổng cộng chất lỏng, trong khi tần số xung cho biết khối lượng đó truyền qua đồng hồ nhanh như thế nào.
Hệ số K-không được coi là một số phổ quát tùy ý. Nó thuộc về máy đo cụ thể và hiệu chuẩn của nó. Đối với các hệ thống đo lường có vấn đề về độ chính xác, hãy sử dụng hệ số được cung cấp hoặc thiết lập trong quá trình hiệu chuẩn thay vì chỉ tính hệ số từ kích thước bánh răng danh nghĩa.
Hướng dẫn của NIST vềhiệu chuẩn máy đo lưu lượng chất lỏngminh họa tại sao hệ số đồng hồ và độ không đảm bảo của nó là một phần của kết quả đo hoàn chỉnh. Để biết thêm nội dung trang web về chủ đề này, hãy xem hướng dẫn vềphương pháp hiệu chuẩn và truy xuất nguồn gốc của máy đo lưu lượng chất lỏng.
Tại sao độ nhớt lại quan trọng?
Độ nhớt ảnh hưởng đến phép đo bánh răng hình bầu dục theo hai cách khác nhau và chỉ xem xét một trong số chúng có thể dẫn đến việc lựa chọn đồng hồ kém.
Đầu tiên, một số chất lỏng có thể đi qua các khe hở nhỏ giữa các bộ phận chuyển động và cố định mà không được thể hiện đầy đủ bằng chu trình dịch chuyển dự định. Điều này thường được mô tả là rò rỉ hoặc trượt bên trong. Với chất lỏng rất mỏng, sự rò rỉ qua các khe hở đó có thể trở nên nghiêm trọng hơn, đặc biệt là ở lưu lượng thấp.
Khi độ nhớt tăng lên, dòng chảy qua khe hở thường bị hạn chế hơn. Đây là một lý do tại sao đồng hồ đo thể tích dương có thể hoạt động tốt với dầu nhớt và chất lỏng tương tự.
Tuy nhiên, độ nhớt cao cũng làm tăng khả năng chống chuyển động. Có thể cần nhiều áp suất chênh lệch hơn để quay rôto và độ sụt áp trên đồng hồ có thể tăng lên. Ở độ nhớt đủ cao, lưu lượng tối đa có thể sử dụng có thể phải giảm xuống.
Hướng dẫn của KO BÓNG vềmáy đo lưu lượng dịch chuyển dương, ví dụ, lưu ý cụ thể rằng chất lỏng có độ nhớt cao có thể yêu cầu giảm lưu lượng tối đa để giữ độ giảm áp suất trong phạm vi chấp nhận được.
Bài học thực tế là không bao giờ nên đánh giá độ nhớt một mình. Kiểm tra nó cùng với tốc độ dòng chảy, áp suất chênh lệch có sẵn, nhiệt độ xử lý và kích thước đồng hồ.
Độ chính xác, độ lặp lại và độ trượt bên trong không giống nhau
Thông số kỹ thuật của đồng hồ đo lưu lượng thường sử dụng một số thuật ngữ dễ dàng được coi là có thể thay thế cho nhau.
Sự chính xácmô tả mức độ phù hợp của kết quả được chỉ định với giá trị tham chiếu hoặc giá trị được chấp nhận trong các điều kiện được chỉ định.
Độ lặp lạimô tả mức độ ổn định của thiết bị tạo ra cùng một kết quả khi phép đo được lặp lại trong cùng điều kiện.
Máy đo có thể có độ lặp lại cao nhưng vẫn có sai số đo hệ thống. Hiệu chuẩn có thể xác định và khắc phục một phần sự khác biệt mang tính hệ thống đó, nhưng nó không loại bỏ được các vấn đề cơ học, điều kiện vận hành không phù hợp hoặc thay đổi các đặc tính của quy trình.
Đối với đồng hồ bánh răng hình bầu dục, một số yếu tố đáng được quan tâm đặc biệt.
Dòng chảy thấp
Ở lưu lượng thấp, rò rỉ qua khe hở bên trong trở nên lớn hơn so với tổng lượng đi qua đồng hồ. Ngay cả khi độ trượt tuyệt đối thay đổi rất ít thì phần trăm thông lượng đo được của nó có thể tăng lên. Điều này giúp giải thích tại sao giới hạn dưới của phạm vi hoạt động lại đáng được quan tâm cẩn thận.
Do đó, các ứng dụng tập trung vào số lượng nhỏ phải phù hợp với kích thước đồng hồ đo cho phạm vi hoạt động thực tế thay vì chỉ đơn giản là kết nối đường ống. Các trang của trang web trênđồng hồ đo tốc độ dòng chảy thấpcung cấp bối cảnh bổ sung cho loại ứng dụng này.
Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến vật liệu đồng hồ nhưng cũng làm thay đổi chất lỏng. Dầu có thể nhớt hơn đáng kể khi khởi động nguội so với sau khi quá trình đạt đến nhiệt độ vận hành. Do đó, đồng hồ có thể gặp hiện tượng giảm áp và trượt áp suất khác nhau tại các điểm khác nhau trong cùng một chu kỳ sản xuất.
Mặc
Sự mài mòn trên bề mặt rôto, ổ trục hoặc buồng đo có thể làm thay đổi độ hở bên trong. Khoảng hở lớn hơn có thể thay đổi đặc tính rò rỉ và cuối cùng là hiệu suất của đồng hồ đo dịch chuyển. Đây là lý do tại sao lịch sử hiệu chuẩn có thể hữu ích: sự thay đổi dần dần về hệ số đồng hồ có thể chỉ ra nhiều vấn đề hơn là vấn đề về điện tử.
Không khí cuốn theo
Đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục đo thể tích chiếm buồng đo của nó. Nếu một phần của buồng đó chứa khí thay vì chất lỏng dự kiến, rôto vẫn có thể chuyển động và đồng hồ đo vẫn có thể ghi lại thể tích dịch chuyển. Do đó, kết quả hiển thị có thể không còn biểu thị thể tích chất lỏng mà người vận hành dự định đo.
Đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục hoạt động tốt ở đâu?
Các ứng dụng mạnh nhất thường liên quan đến chất lỏng sạch trong đó phép đo thể tích trực tiếp rất hữu ích. Ví dụ điển hình bao gồm dầu bôi trơn, dầu thủy lực, nhiên liệu, nhựa, chất kết dính, xi-rô, dầu ăn và các hóa chất xử lý tương thích.
Tên chất lỏng chính xác không đủ để phê duyệt đơn đăng ký. Độ nhớt của nó ở nhiệt độ vận hành, độ sạch, khả năng tương thích hóa học, áp suất, phạm vi dòng chảy dự kiến và tổn thất áp suất cho phép vẫn phải được kiểm tra.
Công nghệ bánh răng hình bầu dục cũng phù hợp với các hệ thống điều khiển-phân mẻ và xử lý vì sự dịch chuyển thể tích lặp đi lặp lại tạo ra tín hiệu có thể được tính tổng hoặc đếm. Các ví dụ-định hướng ứng dụng khác có sẵn trong các phần của trang web trênđo lưu lượng bánh răng để kiểm soát quá trìnhVàứng dụng đo lưu lượng bánh răng công nghiệp.
Khi nào đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục là một lựa chọn tồi?
- Chất lỏng chứa đầy chất mài mòn hoặc hạt:chất rắn có thể làm hỏng bề mặt bên trong hoặc hạn chế chuyển động của rôto.
- Các quá trình có lượng khí cuốn theo đáng kể:khí chiếm một phần của buồng đo có thể làm sai lệch kết quả về thể tích chất lỏng dự kiến.
- Các hệ thống có chênh lệch áp suất sẵn có rất hạn chế:sự dịch chuyển cơ học tạo ra tổn thất áp suất, đặc biệt khi độ nhớt và lưu lượng tăng lên.
- Chất lỏng không tương thích về mặt hóa học:thân máy, cánh quạt, vòng đệm, vòng bi và các bộ phận bị ướt khác phải tương thích với môi trường xử lý.
- Các ứng dụng yêu cầu dòng chảy trực tiếp:đồng hồ bánh răng hình bầu dục về cơ bản đo thể tích chứ không phải khối lượng.
Bánh răng hình bầu dục so với các công nghệ đo lưu lượng khác
| Công nghệ | Đặc tính đo lường | Lý do điển hình để xem xét nó |
|---|---|---|
| Bánh răng hình bầu dục | Đo thể tích dịch chuyển dương | Làm sạch chất lỏng nhớt, ứng dụng trộn và{0}}lưu lượng thấp |
| Tua bin | Đo tốc độ-liên quan đến rôto | Chất lỏng chảy sạch, tương đối tự do-trong đó điều kiện áp suất và dòng chảy phù hợp với đồng hồ đo |
| Điện từ | Đo vận tốc dựa trên cảm ứng điện từ | Chất lỏng dẫn điện, bao gồm nhiều quá trình nước và hóa học |
| coriolis | Đo lưu lượng khối trực tiếp | Các quy trình yêu cầu lưu lượng khối lượng, thông tin mật độ hoặc khả năng đo lường cao trong các điều kiện chất lỏng thay đổi |
Đây là những khác biệt chung, không phải là quy tắc lựa chọn phổ quát. Độc giả so sánh công nghệ có thể xem lại trang webđồng hồ đo lưu lượng tuabin, lưu lượng kế điện từvà hướng dẫn cácNguyên lý làm việc của đồng hồ đo lưu lượng Coriolistrước khi lựa chọn phương pháp đo.
Cách chọn đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục
Đừng bắt đầu chỉ với đường kính ống. Bắt đầu với quá trình này.
- Xác định chất lỏng.Ghi lại môi trường thực tế và thành phần hoặc nồng độ của nó, nếu thích hợp.
- Xác định độ nhớt ở nhiệt độ vận hành.Nếu nhiệt độ thay đổi đáng kể, hãy cung cấp phạm vi độ nhớt thay vì một giá trị-nhiệt độ phòng duy nhất.
- Xác định lưu lượng tối thiểu, bình thường và tối đa.Việc định cỡ xung quanh phạm vi hoạt động thực tế giúp tránh hiệu suất dòng chảy-thấp kém hoặc tốc độ rôto quá cao.
- Kiểm tra áp suất và áp suất chênh lệch có sẵn.Đồng hồ phải đáp ứng định mức áp suất của hệ thống mà không tạo ra tổn thất quá trình không thể chấp nhận được.
- Xác nhận giới hạn nhiệt độ.Kiểm tra cả vật liệu cơ khí và điện tử.
- Kiểm tra khả năng tương thích của vật liệu-bị ướt.Bao gồm thân máy, cánh quạt, vòng đệm và các bộ phận khác tiếp xúc với chất lỏng.
- Chọn đầu ra cần thiết.Quyết định xem hệ thống có cần chỉ báo cục bộ, đầu ra xung, truyền tín hiệu tương tự, tổng hợp hay tích hợp với bộ điều khiển hay không.
- Xác định hiệu suất đo cần thiết.Tách biệt các yêu cầu về độ chính xác thực tế khỏi khả năng lặp lại hoặc nhu cầu giám sát-quy trình đơn giản.
Nếu các điều kiện ứng dụng không ổn định, hãy xác định trường hợp vận hành đáng tin cậy nhất thay vì chỉ chọn đồng hồ từ các điều kiện bình thường.
Thực hành lắp đặt và vận hành
Giữ chất gây ô nhiễm ra khỏi buồng đo. Bộ lọc ngược dòng thích hợp thường được khuyên dùng khi có thể có vật lạ. Tài liệu về bánh răng hình bầu dục của OMEGA cũng cảnh báo rằng bụi bẩn có thể làm hỏng cơ cấu và khuyến nghị đổ đầy đồng hồ từ từ thay vì để nó bị thanh lọc không khí đột ngột.
Đồng hồ phải luôn đầy chất lỏng trong quá trình đo. Khi không khí có thể xâm nhập vào quy trình, hãy giải quyết nguồn thay vì chỉ coi các kết quả đọc không ổn định là sự cố điện tử.
Thực hiện theo hướng dòng chảy và giới hạn vận hành được chỉ định của nhà sản xuất. Tránh chạy liên tục trên phạm vi lưu lượng định mức và xem xét xung động của bơm khi thiết bị thượng nguồn tạo ra lưu lượng thay đổi mạnh.
Sau khi cài đặt, hãy xác minh chuỗi tín hiệu cũng như bản thân đồng hồ đo: đầu ra cảm biến, tỷ lệ xung, hệ số K{0}}, cấu hình màn hình và cài đặt PLC hoặc bộ tổng đều phải đại diện cho cùng một đơn vị kỹ thuật.
Các vấn đề thường gặp và những điều cần kiểm tra trước tiên
| Triệu chứng | Nguyên nhân có thể | Kiểm tra đầu tiên |
|---|---|---|
| Số đọc thấp hơn mong đợi | Trượt, mòn bên trong, hệ số K-không chính xác hoặc hoạt động dưới phạm vi phù hợp | Kiểm tra phạm vi dòng chảy, độ nhớt, hệ số hiệu chuẩn và lịch sử dịch vụ |
| Đọc không ổn định | Không khí bị cuốn theo, dòng chảy dao động hoặc điều kiện quy trình không ổn định | Kiểm tra dòng chất lỏng và so sánh sự mất ổn định với hoạt động của bơm |
| Rôto dừng hoặc dòng chảy bị hạn chế | Ô nhiễm, độ nhớt quá mức hoặc hư hỏng bên trong | Kiểm tra bộ lọc, độ giảm áp và khả năng chuyển động tự do của rôto theo hướng dẫn bảo trì |
| Giảm áp suất tăng | Bộ lọc bị tắc, ô nhiễm, độ nhớt cao hơn hoặc dòng chảy quá mức | So sánh nhiệt độ, độ nhớt và lưu lượng hiện tại với điều kiện hoạt động bình thường |
| Âm lượng hiển thị luôn sai | Chia tỷ lệ, hệ số K- hoặc dịch chuyển hiệu chuẩn không chính xác | Xác minh cấu hình xung trước khi thay đổi đồng hồ cơ |
Khi cần hiệu chuẩn, hãy sử dụng phương pháp tham chiếu được ghi lại và lưu giữ kết quả để có thể so sánh các thay đổi theo thời gian. Bài viết của trang web vềcách hiệu chuẩn đồng hồ đo lưu lượngcung cấp thêm nền tảng.
Câu hỏi thường gặp
Đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục có phải là đồng hồ đo dịch chuyển dương không?
Đúng. Nó đo chất lỏng bằng cách cô lập liên tục và chuyển các thể tích xác định qua buồng đo, đây là nguyên lý dịch chuyển dương cơ bản.
Đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục có đo được lưu lượng khối không?
Không. Đại lượng đo chính của nó là thể tích. Dòng khối đòi hỏi thông tin mật độ hoặc công nghệ được thiết kế để đo khối lượng trực tiếp.
Tại sao đồng hồ bánh răng hình bầu dục thường được sử dụng để đo dầu?
Nhiều loại dầu sạch và tương đối nhớt, những điều kiện có thể phù hợp với phép đo độ dịch chuyển dương. Sự lựa chọn cuối cùng vẫn phụ thuộc vào phạm vi dòng chảy, độ nhớt ở nhiệt độ quy trình, độ giảm áp suất, vật liệu và độ chính xác cần thiết.
Độ nhớt có ảnh hưởng đến độ chính xác không?
Nó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất vì độ nhớt ảnh hưởng đến độ trượt bên trong và tổn thất áp suất. Chất lỏng mỏng có thể rò rỉ dễ dàng hơn qua các khe hở bên trong, trong khi chất lỏng có độ nhớt cao có thể yêu cầu áp suất chênh lệch lớn hơn để di chuyển các rôto.
Đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục có cần chạy ống thẳng dài không?
Phép đo của nó không phụ thuộc vào việc phát triển hồ sơ vận tốc giống như cách mà nhiều máy đo-dựa trên vận tốc thực hiện, vì vậy, các yêu cầu-chạy thẳng thường ít khắt khe hơn. Vẫn phải tuân theo hướng dẫn cài đặt cho kiểu máy cụ thể.
Tại sao bộ lọc lại quan trọng?
Đồng hồ chứa các yếu tố chuyển động và khoảng trống gần. Vật liệu lạ có thể hạn chế chuyển động quay, tăng tốc độ mài mòn hoặc thay đổi hiệu suất đo.
Cần cung cấp những thông tin gì trước khi lựa chọn máy đo?
Cung cấp chất lỏng, độ nhớt ở nhiệt độ vận hành, lưu lượng tối thiểu và tối đa, áp suất, nhiệt độ, yêu cầu kết nối,-yêu cầu về vật liệu ướt, đầu ra mong muốn và mục tiêu hiệu suất đo lường-.
Phần kết luận
Nguyên lý làm việc của đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục dựa trên sự dịch chuyển thể tích trực tiếp. Các rôto liên tục cô lập các thể tích chất lỏng đã biết, di chuyển chúng qua buồng đo và chuyển chuyển động quay của chúng thành chỉ báo cơ học hoặc tín hiệu điện tử.
Cơ chế đó giải thích cả điểm mạnh và hạn chế của công nghệ. Chất lỏng nhớt sạch có thể rất phù hợp với phép đo bánh răng hình bầu dục, trong khi ô nhiễm, không khí bị cuốn theo, tổn thất áp suất quá mức, vật liệu không phù hợp và hoạt động ngoài phạm vi dòng chảy dự định có thể làm giảm hiệu suất.
Để lựa chọn, hãy tập trung vào điều kiện vận hành hoàn chỉnh thay vì một thông số kỹ thuật duy nhất. Các đặc tính chất lỏng, độ nhớt, phạm vi dòng chảy, nhiệt độ, áp suất, vật liệu, sản lượng và các yêu cầu đo lường phải được đánh giá cùng nhau. Khi các yếu tố đó phù hợp với nguyên lý dịch chuyển dương, đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục có thể cung cấp giải pháp thiết thực để đo thể tích, trộn mẻ và giám sát quy trình.
