Cảm biến lưu lượng nước và khí nạp được sử dụng trong các ứng dụng thực tiễn

Cảm biến lưu lượng tiếp xúc được sử dụng trong các ứng dụng mà chất lỏng hoặc khí được đo dự kiến ​​sẽ không bị tắc nghẽn trong đường ống khi nó tiếp xúc với các bộ phận chuyển động của cảm biến.

Cảm biến lưu lượng là gì

Cảm biến lưu lượng (thường được gọi là "đồng hồ đo lưu lượng”) là một thiết bị điện tử có chức năng đo hoặc điều chỉnh tốc độ dòng chảy của chất lỏng và khí trong ống. Cảm biến lưu lượng thường được kết nối với đồng hồ đo để hiển thị các phép đo của chúng, nhưng chúng cũng có thể được kết nối với máy tính và thiết bị điều khiển. Chúng thường được sử dụng trong các hệ thống HVAC, thiết bị y tế, nhà máy hóa chất và hệ thống xử lý nước. Cảm biến lưu lượng có thể phát hiện rò rỉ, tắc nghẽn, vỡ đường ống và thay đổi nồng độ chất lỏng do nhiễm bẩn hoặc ô nhiễm.

Cảm biến lưu lượng tiếng Anh

Cảm biến lưu lượng tiếng Anh được gọi là Flow sensor. Còn đồng hồ đo lưu lượng thì được gọi là Flow meter. Hai thiết bị này có quan hệ mật thiết với nhau. Và có thể chúng được tích hợp làm một trong một vài ứng dụng cụ thể.

Cảm biến lưu lượng công nghiệp

Cảm biến lưu lượng công nghiệp có thể được chia thành hai nhóm: cảm biến lưu lượng tiếp xúc và không tiếp xúc.

Cảm biến lưu lượng tiếp xúc được sử dụng trong các ứng dụng mà chất lỏng hoặc khí được đo dự kiến ​​sẽ không bị tắc nghẽn trong đường ống khi nó tiếp xúc với các bộ phận chuyển động của cảm biến. Ngược lại, cảm biến lưu lượng không tiếp xúc không có bộ phận chuyển động và chúng thường được sử dụng khi chất lỏng hoặc khí (thường là sản phẩm thực phẩm) đang được giám sát sẽ bị nhiễm bẩn hoặc thay đổi vật lý do tiếp xúc với các bộ phận chuyển động.

Hai loại cảm biến lưu lượng tiếp xúc phổ biến nhất là cảm biến lưu lượng xoáy và cảm biến lưu lượng cơ học. Cảm biến dòng xoáy nói cho dễ hiểu thì chúng bao gồm một chốt uốn cong về phía trước và phía sau khi tiếp xúc với chất lỏng hoặc khí đang chảy. Sự khác biệt về áp suất (tức là các xoáy) do chốt tạo ra được đo để xác định tốc độ dòng chảy. Cảm biến lưu lượng cơ học sử dụng cánh quạt quay với tốc độ tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy. Cảm biến lưu lượng cơ học cũng có thể được điều khiển để làm tăng hoặc giảm tốc độ dòng chảy.

Cảm biến lưu lượng siêu âm là loại cảm biến lưu lượng không tiếp xúc phổ biến nhất. Cảm biến dòng siêu âm gửi các xung âm thanh tần số cao qua môi trường chất lỏng hoặc khí đang chảy. Các cảm biến này đo thời gian từ khi phát ra âm thanh đến khi âm thanh tiếp xúc với bộ thu của cảm biến để xác định tốc độ dòng chảy của khí hoặc chất lỏng.

Nhưng trong lý thuyết, cảm biến lưu lượng lại được chia làm 3 loại dựa theo nguyên lý đo của chúng.

Chúng gồm ba loại:

• Cảm biến lưu lượng thể tích
• Cảm biến lưu lượng khối lượng
• Cảm biến lưu lượng vận tốc

Cảm biến lưu lượng thể tích

Cảm biến lưu lượng thể tích là duy nhất trong số các cảm biến lưu lượng thực hiện phép đo trực tiếp thể tích chất lỏng đi qua thiết bị. Tất cả các loại cảm biến lưu lượng khác không trực tiếp đo tốc độ dòng chảy mà thay vào đó, đo một thông số khác (chẳng hạn như áp suất) và sau đó sử dụng thông tin đó để lấy hoặc suy ra tốc độ dòng chảy từ phép đo được thực hiện. Với cảm biến lưu lượng thể tích, một thể tích chất lỏng đã biết sẽ được cuốn vào và di chuyển qua cảm biến bằng cách sử dụng các bộ phận quay để truyền một cách hiệu quả chất lỏng có thể tích đã biết này theo tuần tự trước khi cho phép nhiều chất lỏng hơn đi vào thiết bị. Khi các bộ phận quay hoàn thành một vòng quay, một lượng chất lỏng đã biết đã được chuyển qua cảm biến. Đếm số vòng quay xảy ra trên một đơn vị thời gian sau đó thiết lập thể tích chất lỏng đi qua trên một đơn vị thời gian. Vì dòng chất lỏng chuyển động trực tiếp các thành phần quay nên vận tốc quay tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy.

Việc giữ chất lỏng bên trong cảm biến lưu lượng được thực hiện thông qua việc sử dụng các phốt cơ khí được thiết kế để ngăn chặn sự đi qua của bất kỳ chất lỏng nào qua thiết bị mà không đo. Với các thành phần chính xác cao có khe hở tối thiểu, cảm biến lưu lượng đo thể tích có độ chính xác cao. Chúng cũng có khả năng hoạt động trên nhiều độ nhớt chất lỏng, có yêu cầu bảo trì thấp và có tuỳ chọn giao diện cơ học hoặc điện tử. Dùng cho các ứng dụng như đo dầu, xăng, chất lỏng thủy lực và đo nước và khí…

Cảm biến lưu lượng khối

Cảm biến lưu lượng khối thường được tìm thấy trong các ứng dụng ô tô, nơi chúng được sử dụng để đo khối lượng không khí đi vào hệ thống nạp khí của động cơ đốt trong. Đầu ra của cảm biến được đưa đến hệ thống điều khiển động cơ điện tử, nơi nó được sử dụng làm đầu vào để xác định lượng nhiên liệu cần cung cấp cho động cơ để thu được hỗn hợp nhiên liệu-không khí thích hợp cho quá trình đánh lửa.

Một kiểu khác của cảm biến lưu lượng khối lượng được gọi là đồng hồ đo lưu lượng Coriolis. Kiểu dáng của đồng hồ đo lưu lượng khối lượng này sử dụng nguyên tắc rằng chất lỏng chảy qua một ống dao động sẽ thể hiện quán tính, làm cho ống xoắn và mức độ xoắn của nó tỷ lệ với tốc độ dòng chảy của chất lỏng.

Chất lỏng quá trình được tách ra và đi qua hai ống trong cảm biến được kích thích bởi một cuộn dây dẫn động, khiến chúng dao động đối nghịch với nhau ở tần số cộng hưởng của chúng. Khi các ống dao động, các cảm biến điện tử gắn trong các ống sẽ chuyển chuyển động của các ống thành sóng hình sin.

Khi không có dòng chảy qua các ống, sóng sin vào và ra cùng pha, nghĩa là các ống chuyển động đồng bộ. Khi có dòng chất lỏng chảy trong các ống, hiệu ứng Coriolis gây ra chuyển động xoắn trong các ống chảy ngược chiều với nhau. Chuyển động này dẫn đến sự lệch pha của sóng sin phản ánh chuyển động không đồng bộ của hai ống. Chênh lệch thời gian quan sát được giữa hai sóng sin, được gọi là Δt, tỷ lệ với tốc độ dòng chảy của chất lỏng trong ống.

Tần số của sóng sin có thể được sử dụng để đo mật độ của chất lỏng trong ống. Mật độ chất lỏng tỷ lệ nghịch với bình phương tần số. Chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn sẽ thể hiện tần số dao động thấp hơn. Biết được tốc độ dòng chảy khối lượng và mật độ chất lỏng cho phép dễ dàng tính được lưu lượng thể tích.

Cảm biến lưu lượng vận tốc

Cảm biến lưu lượng vận tốc là những cảm biến trong đó cảm biến lấy được tốc độ dòng chảy bằng cách thực hiện phép đo vận tốc của chất lỏng thông qua cảm biến. Loại cảm biến lưu lượng này có nhiều loại, bao gồm:

• Cơ khí (ví dụ: Tuabin, Cánh quạt và Bánh xe chèo)
• Điện từ
• Siêu âm

Với cảm biến lưu lượng cơ học, một thiết bị cơ học quay, chẳng hạn như bánh xe cánh khuấy được gắn trên ổ trục, nằm trực tiếp trong đường dẫn dòng chảy. Khi chất lỏng chuyển động, cánh khuấy quay và chuyển động quay của nó được phát hiện bởi một cảm biến như hiệu ứng Hall, cuộn dây từ tính hoặc cảm biến hồng ngoại. Sau đó, thiết bị điện tử của cảm biến lưu lượng sẽ chuyển đổi các vòng quay thành tín hiệu đầu ra, chẳng hạn như xung sóng hình chữ nhật, có thể được lập trình để thể hiện một đầu ra nhất định trên một đơn vị thời gian.

Cảm biến lưu lượng cánh khuấy tiết kiệm chi phí với nguyên lý hoạt động đơn giản, nhỏ gọn và cũng cần rất ít năng lượng để hoạt động. Một ưu điểm chính khác là các cảm biến này có thể hoạt động với nhiều loại chất lỏng vì không phụ thuộc vào việc có chất lỏng dẫn điện. Các hạn chế là cảm biến liên quan đến các bộ phận chuyển động bị mài mòn và tích tụ ô nhiễm từ chất lỏng không sạch, điều này cản trở hoạt động của nó và cần được bảo trì.

Cảm biến lưu lượng điện từ, đôi khi được gọi là cảm biến lưu lượng EMF hoặc cảm biến lưu lượng từ tính, hoạt động dựa trên định luật cảm ứng Faraday. Các thiết bị chứa một cuộn dây tạo ra từ trường trong chất lỏng được đo và sau đó sử dụng một bộ điện cực để đo điện áp cảm ứng tạo ra từ dòng chất lỏng dẫn điện qua từ trường. Điện áp gây ra sẽ tỷ lệ với vận tốc của chất lỏng trong ống. Biết vận tốc và kích thước của mặt cắt ngang của đường ống, phép đo vận tốc có thể được chuyển đổi thành tốc độ dòng chảy thể tích.

Cảm biến lưu lượng điện từ yêu cầu rằng chất lỏng được đo có độ dẫn điện tối thiểu nhất và có ưu điểm là không gây giảm áp suất trong đường ống. Mặc dù chúng thích hợp với các chất lỏng có mức độ ô nhiễm nhất định, nhưng chúng không hoạt động với các chất lỏng không dẫn điện như dầu, hơi nước hoặc khí.

Ngoài ra, còn một dòng cảm biến lưu lượng dạng siêu âm đang rất phổ biến trên thị trường, sẽ được Việt Nhất giới thiệu chi tiết trong bài sau. Các bạn nhớ đón theo dõi nhé!

Ứng dụng cảm biến lưu lượng trong công nghiệp

Trong các hệ thống bơm xử lý trong công nghiệp tuỳ theo điều và yêu cầu theo dõi vận hành, mà sẽ có một hay nhiều thiết bị cảm biến lưu lượng được sử dụng. Các cảm biến này đóng vai trò là điều kiện cần để máy bơm hoạt động theo quy trình được thiết kế.

Các dây chuyền, hệ thống hay sử dụng cảm biến lưu lượng, ví dụ như:

• Hệ thống chiết rót trong các nhà máy sản xuất F&B
• Hệ thống xử lý nước thải
• Hệ thống cung cấp nước
• Hệ thống phòng cháy chữa cháy
• Hệ thống sản xuất năng lượng
• Theo dõi lưu lượng xả trong các tank chứa…

Việt Nhất với sứ mệnh cung cấp giải pháp bơm chất lượng Châu Âu đến Việt Nam. Các giải pháp Việt Nhất đưa ra đều mang tính ưu việt và chi phí hợp lý. Các bạn có nhu cầu tư vấn hay thiết kế hệ thống bơm lưu chất, hãy liên hệ ngay với Việt Nhất để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng nhé!