Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục

Đo lưu lượng chất lỏng chính xác là một nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực động lực học chất lưu và điều khiển quy trình công nghiệp. Trong số rất nhiều công nghệ trên thị trường, lưu lượng kế bánh răng hình bầu dục là một lựa chọn đặc biệt mạnh mẽ, chính xác và đáng tin cậy, đặc biệt là cho các ứng dụng chất lỏng nhớt khó. Nguyên lý hoạt động của nó, giống như một loại lưu lượng kế dịch chuyển dương (PD), thanh lịch ở sự đơn giản về mặt cơ khí nhưng mạnh mẽ về hiệu suất.

Bài viết chuyên sâu này khám phá cấu tạo của lưu lượng kế bánh răng hình bầu dục , cơ chế chuyển đổi chuyển động cơ học thành dữ liệu chính xác, những lợi ích chính và ứng dụng phổ biến nhất của nó trong công nghiệp.

Lưu lượng kế dịch chuyển tích cực là gì?

Trước khi tìm hiểu chi tiết về thiết kế bánh răng hình bầu dục, điều quan trọng là phải hiểu loại thiết bị này thuộc về loại nào. Lưu lượng kế dịch chuyển dương là thiết bị đo lưu lượng bằng cách liên tục giữ lại một thể tích chất lỏng cố định, đã biết và cho chảy từ đầu vào đến đầu ra. Tổng thể tích chất lỏng chảy qua là tổng của các phần rời rạc này.

Không giống như đồng hồ đo suy luận (inference meter) lấy lưu lượng từ vận tốc (như đồng hồ đo lưu lượng tuabin hoặc đồng hồ đo lưu lượng xoáy), đồng hồ đo PD đo trực tiếp thể tích. Sự khác biệt cơ bản này là lý do tại sao chúng có độ chính xác vượt trội và thường ít bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của chất lỏng, chẳng hạn như độ nhớt và mật độ. Đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục là một trong những thiết kế phổ biến và hiệu quả nhất trong dòng PD.

Nguyên lý hoạt động: Nhịp tim cơ học

"Trái tim" của lưu lượng kế bánh răng hình bầu dục bao gồm hai bánh răng hình bầu dục (còn gọi là rotor) được gia công chính xác, khớp nối với nhau, được lắp vào buồng đo có dung sai chặt chẽ. Hoạt động theo chu trình bốn bước liên tục, đảm bảo quá trình đo lường diễn ra trơn tru và không bị gián đoạn.

Sau đây là hướng dẫn từng bước về cách thức hoạt động của nó:

Bước 1: Đưa chất lỏng vào và giữ lại ban đầu

Khi chất lỏng đi vào cửa nạp của đồng hồ đo, lực của dòng chất lỏng tạo ra chênh lệch áp suất tác động lên các bánh răng. Áp suất này khiến bánh răng hình bầu dục đầu tiên quay. Khi bánh răng này quay, một lượng chất lỏng nhỏ, được xác định chính xác, bị giữ lại trong khoảng không hình lưỡi liềm giữa mép ngoài của bánh răng và thành trong của buồng đo.

Bước 2: Xoay và Chuyển

Bánh răng thứ nhất, lúc này đang chuyển động, dẫn động bánh răng thứ hai. Khi bánh răng thứ nhất tiếp tục quay, nó di chuyển qua cổng vào, tạm thời bịt kín cổng, và bắt đầu cuốn khối chất lỏng bị kẹt về phía cổng ra của đồng hồ đo.

Bước 3: Bẫy đồng thời bằng bánh răng thứ hai

Trong khi bánh răng thứ nhất xả chất lỏng, bánh răng thứ hai đồng thời thực hiện hành động giữ lại tương tự ở phía đối diện của buồng. Nó giữ lại một thể tích chất lỏng cố định giống hệt nhau trong không gian hình lưỡi liềm của chính nó, đảm bảo quá trình đo lường được liên tục.

Bước 4: Xả và Lặp lại Chu kỳ

Bánh răng thứ hai sau đó quay và xả thể tích chất lỏng bị giữ lại, trong khi bánh răng thứ nhất bắt đầu một chu kỳ giữ lại mới. Chuyển động ăn khớp đồng bộ của hai bánh răng hình bầu dục này đảm bảo luôn có một lớp đệm kín chất lỏng giữa các cổng vào và ra, ngăn không cho bất kỳ chất lỏng nào chưa được đo lường chảy ra ngoài hệ thống. Quá trình này lặp lại liền mạch, tạo ra phép đo lưu lượng trơn tru và liên tục.

Với mỗi vòng quay 360 độ trọn vẹn của cặp bánh răng, một thể tích chất lỏng cố định cụ thể sẽ bị dịch chuyển. Vì thể tích này là hằng số và đã biết, nên tổng lưu lượng thể tích của đồng hồ đo chỉ đơn giản là tổng của các thể tích rời rạc này. Do đó, lưu lượng tỷ lệ thuận và tuyến tính với tốc độ quay của bánh răng.

Từ chuyển động cơ học đến dữ liệu số

Mặc dù nguyên lý cơ học khá đơn giản, chuyển động này phải được chuyển đổi thành tín hiệu điện tử hữu ích cho các hệ thống điều khiển hiện đại. Điều này đạt được thông qua một hệ thống cảm biến và máy phát tinh vi.

Một hoặc cả hai bánh răng hình bầu dục được gắn nam châm vĩnh cửu mạnh mẽ. Một cảm biến, thường là cảm biến hiệu ứng Hall hoặc công tắc lưỡi gà, được gắn bên ngoài thân máy đo, gần với các bánh răng đang quay.

Khi bánh răng quay, các nam châm nhúng sẽ quét qua cảm biến. Mỗi lần nam châm đi qua, nó sẽ tạo ra một xung điện. Thiết kế này đảm bảo tạo ra một số lượng xung chính xác cho mỗi vòng quay hoàn chỉnh của cặp bánh răng.

Sau đó, một bộ phát hoặc màn hình hiển thị dựa trên bộ vi xử lý sẽ thực hiện bước cuối cùng. Nó sẽ đếm các xung có độ phân giải cao này trong một khoảng thời gian cụ thể. Bằng cách biết chính xác thể tích dịch chuyển trên mỗi xung, thiết bị có thể tính toán chính xác:

Lưu lượng: Thể tích chất lỏng chảy qua đồng hồ đo trên một đơn vị thời gian (ví dụ: Lít trên phút hoặc m3/h).
Tổng thể tích: Tổng số tích lũy của tổng thể tích chất lỏng đã đi qua đồng hồ đo kể từ lần đặt lại cuối cùng.

Ưu điểm chính của đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình bầu dục

Nguyên lý hoạt động độc đáo của đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục mang lại một số lợi thế đáng kể:

* Độ chính xác và khả năng lặp lại cao: Thường đạt độ chính xác ±0,5% hoặc cao hơn, chúng là một trong những máy đo chính xác nhất trên thị trường. Độ lặp lại tuyệt vời được đảm bảo bởi bản chất dịch chuyển tích cực của chúng.

* Lý tưởng cho chất lỏng nhớt: Đây có thể được coi là điểm mạnh nhất của chúng. Không giống như nhiều công nghệ khác (như lưu lượng kế TUF hoặc lưu lượng kế xoáy) thường gặp khó khăn với chất lỏng đặc, lưu lượng kế bánh răng hình bầu dục có thể đo chính xác dầu, nhiên liệu, mỡ, nhựa và xi-rô một cách dễ dàng.




* Không nhạy cảm với Hồ sơ Lưu lượng: Chúng không yêu cầu đường ống thẳng chạy ngược dòng hoặc xuôi dòng, giúp dễ dàng lắp đặt ở những không gian chật hẹp mà các lưu lượng kế khác không phù hợp.

* Đo lưu lượng thấp tuyệt vời: Có thể duy trì độ chính xác cao ngay cả ở lưu lượng rất thấp.

* Không cần nguồn điện (đối với lưu lượng kế bánh răng hình bầu dục loại cơ học): Các mẫu đơn giản có thể được trang bị bộ ghi và màn hình hiển thị hoàn toàn cơ học, khiến chúng trở nên hoàn hảo cho những vị trí xa xôi hoặc nguy hiểm, nơi không có nguồn điện.

Ứng dụng và ngành công nghiệp phổ biến

Tính linh hoạt và độ bền của lưu lượng kế bánh răng hình bầu dục khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên trong nhiều ngành công nghiệp:

* Nhiên liệu và dầu: Phân phối xăng, dầu diesel và dầu hỏa; giám sát mức tiêu thụ nhiên liệu cho lò hơi và máy phát điện; đo lường dầu bôi trơn.

* Hóa chất: Định lượng và tiêm chính xác các chất phụ gia, chất xúc tác và polyme.
* Thực phẩm và đồ uống: Đo các thành phần nhớt như xi-rô, sô-cô-la và dầu thực vật.
* Bột giấy và Giấy: Xử lý phụ gia hóa học và chất phủ.
* Chuyển giao quyền giám sát: Đo lường độ chính xác cao để lập hóa đơn và kiểm soát hàng tồn kho các chất lỏng có giá trị.

Những hạn chế cần xem xét

Mặc dù cực kỳ hiệu quả, đồng hồ đo bánh răng hình bầu dục có hai hạn chế chính. Thứ nhất, chúng chỉ dành cho chất lỏng sạch. Các hạt mài mòn hoặc chất rắn có thể gây mài mòn và hư hỏng cho các bánh răng được gia công chính xác, làm giảm độ chính xác. Lọc đúng cách thường là điều kiện tiên quyết. Thứ hai, chúng gây ra độ sụt áp cao hơn so với các đồng hồ đo không xâm lấn như loại từ tính hoặc siêu âm.

Phần kết luận

Hoạt động của lưu lượng kế bánh răng oval là minh chứng cho sức mạnh của kỹ thuật cơ khí sáng tạo. Các rotor lồng vào nhau cho phép đo trực tiếp các thể tích chất lỏng riêng biệt, mang lại độ chính xác và độ tin cậy khó có đối thủ, đặc biệt là đối với các chất lỏng khó đo và nhớt. Thiết kế đơn giản, chắc chắn mang lại giá trị vượt trội và độ tin cậy cao trong các ứng dụng đo lưu lượng quan trọng, đồng thời đảm bảo tuổi thọ dài với ít bảo trì. Lưu lượng kế bánh răng oval tiếp tục là lựa chọn hàng đầu cho bất kỳ quy trình nào đòi hỏi độ chính xác, độ tin cậy và khả năng thích ứng.

Video bên dưới có thể thấy rõ cách hoạt động của lưu lượng kế bánh răng hình bầu dục