ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -81-

CHƯƠNG 4 : ĐO LƯU LƯợNG CủA MÔI CHấT

Trong các quá trình nhiệt thờng đòi hỏi phải luôn luôn theo dõi lu lợng môi
chất. Đối với thiết bị truyền nhiệt và thiết bị vận chuyển môi chất thì lu lợng
môi chất trực tiếp đặc trng cho năng lực làm việc của thiết bị. Vì vậy khi kiểm tra
lu lợng môi chất sẽ giúp ta có thể trực tiếp phán đoán đợc phụ tải của thiết bị
và tình trạng làm việc của thiết bị về mặt an toàn và kinh tế.
Trong đời sống hàng ngày cũng nh trong công nghiệp, đo lu lợng là công việc
rất bức thiết. Ngời ta thờng phải đo lu lợng của các chất lỏng nh nớc, dầu,
xăng, khí than...
4.1. ĐịNH NGHĩA Và ĐƠN Vị LƯU LƯợNG
Lợng vật chất (hoặc năng lợng) đợc vận chuyển đi trong một đơn vị thời gian :

G
G
t
dG
dt
==



Lu lợng tích phân đó là tổng hợp lợng vật chất chuyển đi trong một khoảng
thời gian : G
S
=

2
1

.
t
t
dtG

Đơn vị : kg/s ; m
3
/s (khí)
Ngoài ra kg/h ; tấn /h ; l/phút ; m
3
/h .
Khi đơn vị là : m
3
/s => lu lợng thể tích Q
G = . Q ( - là trọng lợng riêng của môi chất cần đo)

4.2. ĐO LƯU LƯợNG THEO LƯU TốC
Nếu biết đợc tiết diện F và vận
tốc trung bình
tb
.
=> Q = F.
tb
(m

/s)
4.2.1. Cách xác định vận tốc trung bình
Ta sử dụng ống đo áp suất động
a- Xác định vận tốc trung bình = thực nghiệm:
Nguyên lý : Chia tiết diện ống thành nhiều diện tích nhỏ bằng nhau và phân bố

một cách đối xứng, và trong mỗi tiết diện nhỏ đó xem vận tốc tại mỗi điểm là nh
nhau.
F

ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -82-






tb
i
n
n
=


Nếu ta đặt ống đo áp suất động
tại điểm i thì áp suất tĩnh :
P
i
= (
h
- '). h
i



tb tb

g
P==
2
1
.
tbh
h
g
).(
2
'
1




: trọng lợng riêng của phần chất lỏng nằm trên
h
(thờng =
h
).

h
: trọng lợng riêng của chất có độ chênh áp là h
i
.

1
: trọng lợng riêng môi chất cần đo lu lợng.


h
n
hi
tb
=

1
.

Q =
tb
. F và G = .Q
Chú ý : - Nếu tiết diện ống hình chữ nhật thì ta chia thành nhiều hình chữ nhật
nhỏ đối xứng và đo tốc độ tại các diện tích nhỏ này.
- Nếu tiết diện ống là hình tròn thì ta dùng trong đờng tâm bán kính r
1

; r
i
; r
n

rR
i
n
i
=
2

Nếu R = 150 ữ 300 mm chọn n = 3

R > 300 mm chọn n = 5
Sau khi xác định đợc
1
tại r
i
=>
tb

b-Xác định

tb
theo quan hệ
(Re)
max
f
tb
=



Đồ thị
NICURáT

Nếu Re = 2.300
Nếu Re > Re
th
chảy rối
Nếu Re < Re
th
chảy tầng


34 5 6
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9

tb

max
lgRe = lg


P
1
d
P
1

1
h
P
a

'

h
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -83-



Đối với dòng chảy tầng

tb
=
1
2
max

Đối với dòng chảy rối

tb
= 084,
max

4.2.2. ống pi tô
a- Nguyên lý: Chất lỏng chảy trong ống
khi bị ngăn lại thì động năng -> thế năng
Đo sự biến đổi này và dựa vào đó
=> Vận tốc của chất lỏng.
P
1
- P
2
= P
đ
= h.
h

và theo phơng pháp becnulu





.dg
dp
p
p
=

1
2
1
2


1
: tốc độ dòng tại điểm đo.

2
: dòng chắn lại (= 0).



2
2
1
2
21
2


=
g
PP()
thờng
2
= 0 =>
2
=
1
12
)(2

PPg

Vậy muốn đo
2
ta cần đo giáng áp tại điểm đó.
Đối với chất khí:
Thì phụ thuộc áp suất => ta đa ra đại lợng số max M =
a


Khi M < 0,2 thì dùng công thức trên
Khi M > 0,2 thì :





















=

1
1
.2
1
1
2
2
K
K
P
P
TR
K

K
g


a : Tốc độ âm thanh
k : Số mũ đoạn nhiệt
T : nhiệt độ tuyệt đối khi khí cha bị nén áp
Chú ý : khi đo bằng ống pitô thì dòng chảy cần phải ổn định, do đó cách này
không phù hợp với vận tốc thay đổi vì có tổn thất áp suất P
1
và P
2
đo ở những
điểm khác nhau => cần thêm một số hiệu chỉnh
P
2
P
1
h

1

ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -84-

= 0,98 ữ 0,99
T
= .
1

ống đo P

2
phải bền về cơ học và không thu hẹp dòng chảy rõ rệt.
d < 0,1 D thờng, d = 0,05 D
ống đo P
1
phải nhỏ để giảm áp lực do sức hút của dòng chảy.
b- Cấu tạo ống pitô













ống đo gồm hai ống ghép lại ống đo áp suất toàn phần P
2
nằm chính giữa và có lỗ
đặt trực giao với dòng chảy, ống ngoài bao lấy ống đo P
2
có khoan lỗ để đo áp suất
tĩnh P
1
. Phần đầu của ống pitô là nửa hình cầu, lỗ lấy áp suất động có vị trí (3ữ4)d
Nhánh I là nhánh không chịu ảnh hởng của ống đỡ (L), nhánh II là nhánh chịu

ảnh hởng của ống đỡ .
Khi đo, ống có thể đặt lệch phơng của dòng chảy đến (5ữ6)
o
mà không ảnh
hởng đến kết quả đo, số lợng lỗ khoan từ 7 ữ 8 lỗ.
Trong thực tế ta dùng ống pitô để đo có đờng kính là d = 12mm và trong phòng
thí nghiệm dùng loại d = 5 ữ 12 mm, áp dụng sao cho tỷ số d/D < 0,05 là tốt
nhất (D : là đờng kính ống chứa môi chất)
Khi đặt ở vị trí khác nhau thì phải thêm hệ số bổ chính .



P
1
A A
P
2
d
0,3d
A-A
0,1d
8-10d3-4d
L
d
l
0
1
0,5
8
3

III

2g
P
2

- P
1

2
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -85-

4.2.3. Đồng hồ đo tốc độ
Các loại đồng hồ dùng đo trực tiếp tốc độ dòng chảy thờng đợc dùng khá phổ
biến, nhất là khi tốc độ dòng chảy tơng đối nhỏ, khi đó dùng ống đo áp suất động
để đo tốc độ dòng chảy không đảm bảo đợc độ chính xác cần thiết.


a- Đồng hồ đo tốc độ của gió: Anêmômet
Cấu tạo : gồm 1 bộ phận nhạy cảm là một chong chóng rất nhẹ với các cánh
hớng theo bán kính, làm bằng nhôm (mêca).












n = C.
n : Số vòng đợc xác định n =
12


N
( vg/ph)
C : hệ số đợc xác định bằng thực nghiệm.
Loại cánh phẳng thì có trục của nó song song dòng chảy và cánh nghiêng 45
o
.
Loại cánh gáo thì có trục vuông góc dòng chảy.
ứng dụng : Dùng đo tốc độ dòng khí có áp suất d không lớn, tốc độ dòng thu
đợc là lu tốc tại chỗ đặt đồng hồ. Loại này cũng không dùng đợc các khí có
tính chất xung (thay đổi đột ngột) hớng trục và hớng dòng phải đặt chính xác.
Thay đổi vị trí đồng hồ trên tiết diện đờng ống thì sẽ biết đợc trờng tốc độ
trong ống =>

tb
.
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -86-

Đồng hồ gió thờng dùng để xác định khả năng làm việc của quạt gió trong công
nghiệp. Đặc biệt là các thiết bị thông gió nó cũng dùng phổ biến trong đo lờng
của ngành khí tợng.
Đồng hồ đo tốc độ gió có thể dùng cơ cấu đếm số để đếm số vòng quay của chong
chóng và cũng có loại không dùng cơ cấu đếm số mà dùng kim chỉ nhờ tác dụng
của lực ly tâm. Loại này có đặt trên trục chong chóng 1 tải trọng li tâm hoặc giá

quay nối với kim, nên kim sẽ di chuyển tới 1 vị trí nào đó thì dừng lại chỉ cho biết
tốc độ dòng khí nên không cần thêm đồng hồ đo thời gian.
b- Đồng hồ nớc:
Bộ phận nhạy cảm là chong chóng và
trục của nó gắn với bộ phận đếm số :
Q = n.F/C
C : giá trị thực nghiệm.
F : tiết diện.
n : Số vòng quay vg/s.
Các cánh là cánh phẳng dùng đo
nớc có t = 90
o
C , P = 15 kG/ cm
2

và Q < 6 m

/h
Các loại đồng hồ nớc chong
chóng xoắn thay cánh phẳng bằng trục vít đo đợc lu lợng Q = 400
ữ
600 m

/h
n = K .

tb
/l
l : bớc răng trục vít.
Chú ý : Nếu lu lợng quá nhỏ thì nớc lọt qua khe hở giữa cánh nớc chong

chóng và vỏ đồng hồ, ma sát tại điểm đỡ chong chóng sẽ làm quan hệ n và

tb
sẽ
sai lệch => sai số. Muốn giảm bớt sai số do ma sát thì phải làm chong chóng và
trục thật nhẹ (làm bằng vật liệu nhẹ, rỗng).
Khi phân bố tốc độ dòng nớc thay đổi thì quan hệ giữa n và

tb
cũng biến đổi,
muốn tránh nguyên nhân này gây nên thì phải đặt đồng hồ xa những nơi đờng
ống có trở lực cục bộ (van, cút, tê) làm dòng chảy bị rối loại.
Đồng hồ nớc chỉ đợc đặt trên những đoạn ống thẳng ngang đờng kính ống
bằng cửa vào và cửa ra của đồng hồ, đoạn ống thẳng trớc đồng hồ phải đảm bảo
30D và phía sau phải > 15D.
Có thể đặt ống xiên và nớc đi từ dới lên.
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -87-

Khi đặt thẳng đứng thì phía trớc > 10D phía sau > 5D.
Các loại này khi chế tạo chú ý đến chất lợng chong chóng. Có thể làm từ kim
loại rỗng hoặc nhựa sao cho trọng lợng riêng gần bằng trọng lợng của nớc, khi
lắp phải đúng tâm.
Ta thờng dùng loại này để đo lu lợng kiểu tích phân cơ cấu đếm số kiểu cơ khí
và thờng chia độ theo thể tích.

4.3. ĐO LƯU LƯợNG THEO PHƯƠNG PHáP DUNG TíCH
Nguyên lý: Cho môi chất vào đầy buồng đong có dung tích đã biết, đồng thời tác
dụng lên píttông là đĩa để tạo nên chuyển động có tính chu kỳ và môi chất trong
buồng đong thoát đi để tiếp nhận môi chất mới. Ta dùng máy đếm số để đếm chu
kỳ chuyển động trong khoảng thời gian


nào đó để xác định lu lợng dòng
chảy.
4.3.1. Lu lợng kế kiểu bánh răng



















Chất nớc có áp suất P
1
sau khi qua
lu lợng kế sẽ có áp suất P
2
. Vậy
độ chênh lệch áp suất của dòng chảy

P
1
P
2
P
1
P
2
Buọửng õong
II
I

Thờng dùng loại này để đo
môi chất có độ nhớt cao nh
dầu mỏ

ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -88-










ở vị trí nh bánh răng II thì mômen quay do P
1
tạo nên lớn hơn mômen quay do

P
2
tạo nên => bánh răng II sẽ quay theo chiều tác động của P
1
và kéo theo bánh
răng I chuyển động => bánh răng II là bánh chủ động còn bánh răng I là bị động.
Nhiệm vụ chủ động và bị động của 2 bánh răng trên lần lợt thay thế và diễn ra
liên tiếp nhau. Buồng đong chất nớc rồi chuyển đi chính là do vỏ lu lợng kế và
bánh răng lúc ở vị trí nh bánh răng II.
Đặc điểm : -Mất mát áp suất nhỏ có thể đo đợc những chất có độ nhớt lớn.
-Sai số nhỏ và có thể đạt đến (0,3
ữ
0,5)% .
-Cấu tạo gọn nhẹ nhng khó chế tạo nên tơng đối đắt.
Khi đo lu lợng là khí (môi chất khí) thì ta thay bánh răng trên thành bánh hình
số 8. Độ chính xác có thể đạt đợc (1
ữ
1,6)%.

4.3.2. Lu lợng kế kiểu piston








Bên ngoài xilanh của lu lợng kế có thể thêm hộp áo hơi để gia nhiệt giảm độ
nhớt môi chất.

Van 4 n
gả đợc tự động thay đổi vị trí
nhờ trang bị đặc biệt và có liên hệ với
chuyển động của piston. Khi Piston
chạ
y đến các đầu xi lanh chất nớc lần
lợt đợc đa vào phía dới và phía
trên piston làm piston chuyển động và
đẩy chất nớc đã chứa đi.
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -89-

Lu lợng kế có thể làm việc với áp suất 16
ữ
40 kG/cm
2
, nhiệt độ chất nớc tới
185
o
C và có thể đo lu lợng từ 1,3m
3
/h
ữ
80m
3
/h.
Loại này dùng đo chất lỏng độ nhớt lớn (dầu madút) sai số (1
ữ
1,5)%.
4.3.3. Thùng đong và phễu lật
Dùng để đo môi chất lỏng và rắn.
















Phơng pháp đo lu lợng bằng thùng đong và phễu lật rất đơn giản dung tích của
thùng đong và phễu lật đều đã biết cho nên chỉ cần đếm số lần máy dẫn và phễu
lật chuyển động tơng ứng trong 1 thời gian nào đó thì sẽ tính đợc lu lợng chất
nớc. Loại này chỉ đo lu lợng của chất nớc ở áp suất khí quyển.
- Kiểu thùng đong rất chính xác.
- Kiểu phễu lật không đợc chính xác lắm vì chất nớc sẽ bị bắn ra ngoài phễu,
nhất là khi đo lu lợng lớn mặt nớc trong phễu bị sóng.





4.4. ĐO LƯU LƯợNG THEO PHƯƠNG PHáP TIếT LƯU
Thuỡng chổùa
ng hổùng

Thuỡng õong Phóựu lỏỷt
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -90-

4.4.1. Thiết bị tiết lu qui chuẩn







2- Cấu tạo: Nh hình vẽ
Khi qua thiết bị tiết lu,
chất lỏng sẽ bị mất mát áp
suất (P dòng chảy bị thu hẹp nhiều thì

P càng lớn thờng

P < 1000mmHg (

P
đợc đo bằng hiệu áp kế).
Xét về mặt cơ học chất lỏng thì quan hệ giữa lu lợng và độ chênh áp suất phụ
thuộc rất nhiều yếu tố nh : kích thớc, hình dạng thiết bị, tiết lu, tình trạng lu
chuyển của dòng chảy, vị trí chỗ đo áp suất, tình trạng ống dẫn chất lỏng.
Quá trình tính toán tiết lu có quy định phơng pháp tính toán nh sau :
- Dòng chảy liên tục (không tạo xung).
- Đờng ống > 50 mm. Nếu dùng ống Venturi thì đờng ống > 100 mm, vành
trong ống phải nhẵn trong khoảng 2D. Nhờ những nghiên cứu lý luận và thực
nghiệm lâu dài và ngời ta đã giả định một số thiết bị tiết lu quy chuẩn.

Hiện nay đây là phơng pháp đo lu lợng thông dụng nhất.
-Thiết bị TL qui chuẩn là thiết bị TL mà quan hệ giữa lu lợng và giáng áp hoàn
toàn có thể dùng phơng pháp tính toán để xác định.








Thiết bị tiết lu quy chuẩn gồm 3 loại :
1- Định nghĩa : TBTL là
thiết bị đặt tron
g đờng ống
làm dòng chảy có hiện
tợng thu hẹp cục bộ do tác
dụng của lực quán tính và
lực ly tâm.

d

0,03d

0,1d

0,02d

0,03d
D

45
o
+
-
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 4 -91-

















3- Nguyên lý đo lu lợng:









=
=
min
2
1
2
1
.
FF
F
F
F
dP
gd


(1)
Dựa vào phơng trình liên tục ta có :


.F .

= const (2)
a/ Trờng hợp môi chất ít dãn nở

= const :
Giả sử trong dòng chảy tổn thất năng lợng không có, vận tốc tại các điểm trên
tiết diện F
1

bằng vận tốc trung bình

1
, trên F
2
là

2
.


P =
p
1
-
p
2
F1, P1,
1
Fo
F2, P2,
2
F2
p
P2'
P1'
P1
P2
Pm
p

P1'
P2'
P2
P1
Pm
F1, P1,
1
F2, P2,
2
Fo=F2
p
P1'
P1
Pm
Fo=F2
P2=P2'
- Voỡng chừn tióỳt lổu - ng phun - ng Venturi quy chuỏứn
( cổớa ngheợn)

Ta chỉ xét vòng chắn :
Nhờ sự tổn thất của dòng khi qua
thiết bị tiết lu, dựa vào phơng
trình Bécnuli tìm đợc tốc độ
trung bình dòng tại tiết diện đo.
Xét tiết diện I và II ta có sự thay
đổi động năng và thế năng :



P =

p
1
-
p
2
Fo F2
F2, P2,
2, 1
F1, P1,
1, 1