Thiết bị đo lưu lượng kênh hở được sự dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lưu lựng nước thải, Có 2 phương pháp đo lưu lượng kênh hở:
- Dùng cảm biến siêu âm đo mức và thiết bị hạn chế dòng chảy [Máng dẫn – Flume, hoặc đập cản – Weir].
- Dùng cảm biến siêu âm hoặc radar để xác định vận tốc dòng chảy, kết với cảm biến do mức chất lỏng để tính toán tiết diện dòng chảy. Nhân vận tốc với tiết diện để tính ra lưu lượng. Loại này thường được gọi là: Area Velocity Meters
Bài viết này sẽ đi vào nguyên lý hoạt động, Ưu và nhược điểm của từng phương pháp đo
Phương pháp 1: Dùng cảm biến siêu âm và thiết bị hạn chế dòng chảy
Các thành phần chính
Thiết bị đo lưu lượng kênh hở gồm 3 bộ phận chính:
- Thiết bị hạn chế dòng chảy trong kênh [Primary device]
- Thiết bị đo mức [thường là cảm biến siêu âm đo mức]
- Bộ tính toán truyền tín hiệu lưu lượng
Nguyên lý hoạt động
Khi chất lỏng chảy qua thiết bị hạn chế dòng chảy, làm cho mực chất lỏng dâng cao ở phía thượng nguồn. Có 1 mối liên hệ giữa chiều cao chất lỏng và lưu lượng của chúng: Mức chất lỏng càng cao dẫn đến lưu lượng càng cao
Bằng cách xác định chiều cao mức chất lỏng [thông thường bằng cảm biến siêu âm], truyền tín hiệu về bộ tính toán để tính toán lưu lượng của chất lỏng bằng công thức tích hợp sẵn trong các bộ tính toán lưu lượng.
Mời bạn đọc thêm: Các loại Đồng hồ nước – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Ưu điểm
- Đơn giản để xác định lưu lượng với các phương trình thích hợp
- Tuổi thọ hoạt động lâu dài
- Bảo trì cảm biến “hết nước” dễ dàng
- Thích hợp cho các khu vực nguy hiểm
- Thích hợp cho nước thải, nước chứa nhiều mảnh vụn và cả phương tiện ăn mòn
- Không có bộ phận chuyển động
- Khả năng tự làm sạch [với thiết kế máng dẫn]
Nhược điểm:
- Các thiết bị phải được lắp đặt trong dòng chảy ở vị trí không bị gián đoạn dòng chảy ổn định ở thượng nguồn hoặc tắc ngẽn ở hạ nguồn
- Yêu cầu cấu hình dòng chảy nhất quán
- Chi phí lắp đặt và bảo trì liên tục các thiết bị chính [máng dẫn hoặc đập]
- Hình dạng ban đầu của các thiết bị chính có thể bị mài mòn / xói mòn / hư hỏng gây ra khả năng đo lường không chính xác theo thời gian
- Chất lắng, bụi bẩn và các mảnh vụn khác đôi khi có thể tích tụ dưới đáy của các thiết bị này, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo mức
Phương Pháp 2: Area Velocity Meters
Nguyên lý hoạt động
Hầu hết các máy đo lưu lượng vận tốc theo diện tích [Area Velocity Meters] đo vận tốc nước, độ sâu và cả nhiệt độ, sau đó tính lưu lượng bằng cách nhân vận tốc trung bình tính được với diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy.
Vận tốc nước:
Được đo theo 1 trong 3 cách:
- Incoherent or continuous Doppler: phát ra tín hiệu âm thanh không đổi và nhận tín hiệu phản xạ âm thanh [do các hạt, không khí, bong bóng, v.v.] trong chất lỏng đi qua. Sự thay đổi Doppler từ phản xạ âm thanh được sử dụng để xác định vận tốc kênh trung bình.
- Coherent Doppler: Phát ra các xung được mã hóa dọc theo nhiều chùm tia nhắm mục tiêu các bộ phản xạ âm cụ thể ở các độ sâu hoặc thời gian khác nhau.
- Non-Profiling: Sự thay đổi Doppler từ phản xạ âm thanh ra khỏi phản xạ âm được sử dụng để xác định vận tốc từ các mục tiêu trên một khoảng cách cố định. Biểu đồ vận tốc từ các lượt trả về được tạo và sau đó được sử dụng để xác định vận tốc kênh trung bình.
- Frofiling: Sự thay đổi Doppler từ phản xạ âm thanh được sử dụng để xác định vận tốc trong các ô có độ sâu và kích thước xác định. Các cấu hình vận tốc được tạo và sử dụng để xác định vận tốc kênh trung bình.
- Đồng hồ đo lưu lượng Điện từ: nước di chuyển trong từ trường tạo ra một điện áp [định luật Faraday] tỷ lệ thuận với vận tốc của nước. Vận tốc càng cao thì hiệu điện thế tạo ra càng lớn. Điện áp đo được được sử dụng để xác định vận tốc tại cảm biến, được sử dụng để ước tính vận tốc kênh trung bình dựa trên các cấu hình vận tốc lý thuyết.
Độ sâu [Mức chất lỏng]
Được thực hiện bằng cảm biến siêu âm riêng biệt hoặc bộ chuyển đổi áp suất tích hợp.
Ưu điểm:
- Lắp đặt mà không cần thiết bị chính [Máng dẫn hoặc đập]
- Lắp đặt đơn giản và nhanh chóng
- Chi phí thấp so với Flumes & Weirs
- Có các Model chạy bằng pin di động
- Thích hợp cho các khu vực nguy hiểm
- Thích hợp cho nước thải, nước chứa nhiều mảnh vụn và cả môi chất ăn mòn
- Không mất áp suất
Nhược điểm:
- Các thiết bị phải được lắp đặt trong dòng chảy ở vị trí không bị gián đoạn dòng chảy ổn định do tắc nghẽn thượng nguồn hoặc hạ lưu
- Ràng buộc cụ thể về độ sâu chất lỏng tối thiểu
- Chất lắng, bụi bẩn và các mảnh vụn khác đôi khi có thể tích tụ xung quanh cảm biến ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo mức
Cảm ơn bạn đã đọc bài chia sẻ
Chúc bạn thành công!
Tâm Mr. – Admin
Thư viện bài viết:
- Đo Áp Suất
- Đo Lưu Lượng
- Đo Mức
- Đo Nhiệt Độ
- Khí Nén
- Uncategorized
Chia sẻ Bài viết cho Bạn của Bạn!
Chia sẻ Facebook
Nước là nguồn tài nguyên không thể thiếu đối với cuộc sống của con người, đồng thời cũng tiềm ẩn những nguy cơ như lũ lụt, sạt lở, xâm nhập mặn. Hoạt động quan trắc nguồn nước là một nỗ lực để giảm thiểu sự nguy hiểm của nước, đồng thời cũng đòi hỏi quan trắc để sử dụng nước như một nguồn tài nguyên, và giữa hai yếu tố này có một mối quan hệ không thể tách rời. Khái niệm về đo lưu lượng và máy đo lưu lượng đã được biết đến hàng nghìn năm trước, nhất là khi việc trữ nước để sinh hoạt, canh tác và phòng tránh thiên tai trở nên quan trọng đối với nền văn minh của loài người. Đo lưu lượng trong kênh hở bằng phương pháp đập tràn là giải pháp đo lưu lượng truyền thống cổ điển nhất trong lịch sử đo lưu lượng. Ngày nay phương pháp đo lưu lượng qua đập tràn vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước, trạm quan trắc nước thải công nghiệp, trạm quan trắc nước cấp sinh hoạt, trạm quan trắc nước nông nghiệp, sông ngòi, đập, v.v.
2. Căn cứ pháp lý về đo lưu lượng qua đập tràn
-
Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8193 : 2015, đề cập đến “Đo đạc thủy văn - Đo dòng trong kênh hở sử dụng đập thành mỏng”.
-
Tiêu chuẩn ngành 10TCN 922:2006 về “Máy nông lâm nghiệp và thuỷ lợi - Đo lưu lượng nước trong kênh hở bằng đập tràn thành mỏng và máng lường venturi - Phần 1[a]: Đập tràn thành mỏng”.
3. Khái niệm về đo lưu lượng trong kênh hở phương pháp đập tràn
Khi tấm chắn [tấm đập] được bố trí ở giữa hoặc ở cuối đường dẫn nước để nước chảy tràn ra khỏi đỉnh của tấm chắn thì giữa lưu lượng và mực nước ở thượng lưu [phía trước của tấm đập] có mối quan hệ nhất định. Đo lưu lượng sử dụng mối quan hệ này được gọi là đo lưu lượng đập tràn. Phương pháp đập tràn là phương pháp đại biểu cho đo lưu lượng kênh hở, được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước, nhà máy, nước thải sinh hoạt, đập, v.v.
Trước đây, đo mực nước ở thượng lưu được thực hiện bằng mắt thường thông qua thang đo mực nước được khắc trên các đập tràn. Ngày nay, với sự pháp triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và các thiết bị quan trắc, việc đo mực nước tự động ngày càng được sử dụng nhiều hơn thông qua các trạm quan trắc tự động. Các công thức để tính lưu lượng phương pháp đập tràn đã được công bố trong tiêu chuẩn quốc tế ISO, tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản JIS, tiêu chuẩn Việt Nam TCVN, ...
4. Giải pháp đo lưu lượng
4.1 Đo mực nước bằng cảm biến SL-180C
Nguyên lý hoạt động và cấu tạo thiết bị đo mực nước SL-180C có thể được miêu tả đơn giản như sau: Khi áp lực của áp suất cột áp tác dụng lên vật đàn hồi [hộp xếp và lò xo], chúng sẽ bị nén lại và biến dạng theo áp lực; lực đàn hồi của chúng cân bằng tại một vị trí nhất định và độ chuyển dịch cơ khí của lõi [theo đường thẳng dọc theo trục trong cuộn dây] được chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua một bộ biến áp vi sai. Sau đó tín hiệu này sẽ được truyền đến máy ghi.
Một sợi cáp rỗng được sử dụng để điều chỉnh cân bằng sự khác biệt giữa áp suất khí quyển [trên mặt nước] và áp suất cảm biến [ở trong nước]
Sản phẩm được đặt tên là “máy đo mực nước phương pháp đo áp suất đặt trong nước” [Submersion Level Detector]. Đây là sản phẩm đầu tiên loại này ở Nhật Bản
Đặc trưng của thiết bị đo mực nước SL-180C
-
Có thể dễ dàng đo mực nước của các hồ chứa, bể, đập, kênh thoát nước, cống, giếng lấy nước, cống thoát nước, bể chứa nước thải, sông, v.v.
-
Cảm biến đo mực nước có khả năng chống bùn và có khả năng chống sét rất tốt.
4.2 Bộ chuyển đổi lưu lượng HQC-630A
Bộ chuyển đổi lưu lượng HQC-630A được tích hợp mạch điện CPU có khả năng hoạt động như một máy tính với tín hiệu đầu vào là mực nước sẽ được tính toán ra lưu lượng theo các công thức tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế ISO, JIS, v.v. Tất cả các cài đặt được thực hiện thông qua tương tác trên màn hình vì vậy có thể thực hiện ngay lập tức tại hiện trường.
Bộ chuyển đổi lưu lượng được trang bị tất cả các chức năng cần thiết của một máy đo lưu lượng như: có các đầu ra lưu lượng tức thời và tổng lưu lượng, dưới hình thức tín hiệu analog 4-20 mA, tín hiệu xung [pulse] có thể được kết nối đến thiết bị bên ngoài. Ngoài ra, còn có các chức năng như chọn lựa bộ lọc tín hiệu, v.v.
Công thức tính lưu lượng qua đập tràn
5. Chú ý khi thiết kế máng đo lưu lượng
6.Kết luận
Phương pháp đo lưu lượng qua đập tràn là phương pháp đại biểu cho đo lưu lượng kênh hở, được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý cấp thoát nước sinh hoạt, nông nghiệp, nước xử lý công nghiệp, suối, sông ngòi, hồ chứa, đập, v.v. Hệ thống đo lưu lượng kiểu đập tràn của hãng JFE Advantech với độ chính xác cao, hoạt động ổn định, hộp nối mạch điện, bộ chuyển đổi mực nước/lưu lượng HQC-630A có tích hợp hoàn bị mạch chống nhiễu và chống sét cảm ứng điện từ. Cảm biến đo mực nước SL-180C dễ dàng cài đặt và bảo trì, có khả năng chịu đựng được hoàn cảnh bùn lầy đã được đón nhận nồng hậu, sử dụng trong hầu hết các cơ quan quản lý, nhà máy xử lý nước thải các thành phố ở Nhật Bản, liên tục trong suốt chiều dài lịch sử hơn 60 năm qua vì hoạt động ổn định, bền bỉ lâu dài./.
---------------------------------------------------
Vui lòng liên hệ để biết thêm thông tin
HỢP PHÁT - CHUYÊN GIA QUAN TRẮC VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
Mobile/Zalo: 086.222.0171
Email:
Website: www.hotech.com.vn
Facebook: www.facebook.com/hotech.com.vn
Linkedin: www.linkedin.com/company/hợp-phát