trong@yahoo.com

1. NỘI DUNG BÁO CÁO TIỂU LUẬN
ĐO LƯỜNG NÂNG CAO
PHẦN I: Cơ Sở Lý Thuyết Cảm Biến Lưu Lượng
Chọn Làm Tiểu Luận
PHẦN II: Ứng Dụng Cảm Biến Lưu Lượng Trong
Ngành Cơ Khí ÔTÔ

2. PHẦN I: Cơ Sở Lý Thuyết Cảm Biến Lưu Lượng
Chọn Làm Tiểu Luận
1.1. Lưu lượng.
- Chất lưu là các môi trường vật chất ở dạng
lỏng hoặc khí tồn tại dưới những điều kiện nhiệt
độ, áp suất và thể tích được xác định bởi các
định luật nhiệt động học.
- Dưới tác dụng của lực bên ngoài, thí dụ:
sự chênh lệch áp suất, chất lưu có thể chuyển
động. Nghiên cứu chuyển động này là đối tượng
của cơ học chất lưu.

3. 1.1 Lưu lượng.
- Lĩnh vực ứng dụng của chất lưu bao gồm:
hàng không, khí tượng học, sinh lý học. Để đáp
ứng các lĩnh vực ứng dụng đa dạng này, các
cảm biến đo lưu lượng của chất lưu cũng rất đa
dạng cả về cấu tạo và phương pháp đo.

4. 1.1.1. Đặc trưng của dòng chảy
- Chuyển động của chất lưu được đặt trưng
bởi dòng chảy.
- Dòng chảy có thể là một pha hoặc nhiều pha.
- Tính chất vật lý của dòng chảy tại một điểm
có thể thay đổi hoặc không thay đổi theo thời
gian.
- Để thuận lợi cho việc mô tả và đặc biệt là
cho việc so sánh giữa các dòng chảy khác
nhau, trong cơ học chất lưu thường sử dụng
các đại lượng không thứ nguyên, điều này cho
phép giảm số thông số của dòng chảy.

5. 1.1.1. Đặc trưng của dòng chảy
- Trường hợp dòng chảy không nén và đẳng nhiệt:
Tức là khối lượng riêng và nhiệt độ không đổi,
thì chỉ cần một thông số không thứ nguyên cũng
đủ để xác định dòng chảy, đó là thông số
Reynolds Re: Re = UD/v
- Thông số Reynolds Re:Re = UD/v
- U: vận tốc đặc trưng của dòng chảy.
- D: kích thước đặc trưng.
- v: độ nhớt động học.

6. 1.1.1. Đặc trưng của dòng chảy
- Trong trường hợp ống thì vận tốc trung bình của
dòng chảy : U = Q/S.
Q: Lưu lượng thể tích.
S: Tiết diện ống.
- Đối với những điều kiện giới hạn hoàn toàn
giống nhau về hình học, hai dòng chảy không
nén và đẳng nhiệt được coi là giống nhau nếu
chúng có thông số Reynolds bằng nhau.
Để thoả mãn điều kiện Re1 = Re2 thì:
U1 x D1 / v1 = U2 x D2 / v2

7. 1.1.1. Đặc trưng của dòng chảy
Như vậy, nếu biết vận tốc u1 ở điểm cách thành
ống của ống thứ nhất một khoảng x1 thì có thể xác
định vận tốc u2 ở thành ống của ống thứ hai một
khoảng x2 = x1(D2/D1) từ biểu thức:
U1 / u1 = U2 / u2
Cũng như vậy, có thể coi u1 / U1 là hàm
của số Reynolds: u1 / U1 = f(Re)
Nói một cách tổng quát, mỗi đại lượng không
thứ nguyên liên quan đến dòng chảy đều có thể
biểu diễn dưới dạng hàm số phụ thuộc vào số
Reynolds của dòng chảy đó.

8. 1.1.1. Đặc trưng của dòng chảy
Trong trường hợp phức tạp hơn khi nhiệt độ và
khối lượng riêng thay đổi, số thông số cần thiết
được mô tả một đại lượng A bổ sung sẽ tăng lên.
Thí dụ, với chất khí có vận tốc lớn:
A = f(Re,Ma)
Trong đó: Ma = U1/c, c = γrT là vận tốc âm
với γ = Cp / Cv (tỷ số giữa nhiệt dung riêng ở áp
suất không đổi và thể tích cố định, trong không
khí
γ =1,4).
r là hằng số của chất khí lý tưởng và T là nhiệt độ

9. 1.1.1. Đặc trưng của dòng chảy
Trên thực tế, các cảm biến dựa trên một
nguyên tắc hoạt động nhưng về kỹ thuật thì
không giống nhau khi dùng cho dòng chảy là chất
khí hoặc chất lỏng.

10. 1.1.2. Các phương pháp đo lưu lượng
Đo lưu lượng có tầm quan trọng đặc biệt trong
các mạng lưới vận chuyển chất lưu (ống dẫn khí,
ống dẫn dầu) và trong mọi thiết bị công nghiệp khi
cần khống chế lượng chất lưu tham gia vào các
quá trình như ở lò phản ứng hoá học, nhà máy
sản xuất năng lượng, động cơ đốt trong.
a) Lưu lượng kế điện từ:

11. a) Lưu lượng kế điện từ:
Nguyên lý
Khi cho đoạn dây M1M2 chiều dài l chuyển động
tịnh tiến trong trường cảm ứng từ
B với vận tốc U trong khoảng thời gian dt, có thể viết
biểu thức cho các đại lượng cơ bản sau đây:
Diện tích cắt: dSc = l.U sin.dt
Hoặc dưới dạng vectơ : dSc = l ^ U. dt

12. a) Lưu lượng kế điện từ:
Từ thông bị cắt : dθc = B dSc.dt
Suất điện động cảm ứng: e = - dθc / dt = B ^ U. l
Khi U vuông góc với l và B vuông góc với mặt
phẳng tạo bởi l và B ta có: e = B. l. U
Công thức này có thể tổng kết hóa cho trường hợp
chất lưu dẫn điện chảy trong đường ống đường kính D
có vận tốc U vuông góc với B: suất điện động cảm ứng
dọc theo đường kính vuông góc với U và B có dạng:
e = B. l. U
Trên thực tế vận tốc thay đổi tùy vị trí của điểm trên
bán kính ống, nhưng nó phân bố quanh trục của ống, cho
nên U đo được là vận tốc trung bình của dòng chảy. Trong
những điều kiện như vậy, tín hiệu e tỉ lệ với lưu lượng.

13. a) Lưu lượng kế điện từ:
:Cấu tạo của cảm biến
Từ trường từ 10-3 ÷ 10-2 T được tạo ra bằng cách
dùng hai cuộn dây đặt ở hai phía đường ống. Đường
ống dẫn được làm bằng vật liệu không từ tính, mặt bên
trong ống được phủ chất cách điện hai điện cực lấy tín
hiệu đặt ở hai đầu đường kính vuông góc với đường sức
của từ trường. Các cuộn dây được nuôi bằng nguồn
.xoay chiều tần số 30 Hz
Tín hiệu thu được ở đầu ra có dạng:
e = UDB0 .cos(ω t + θ)
Trong đó B0 là trị cực đại của cảm ứng từ B0 = Bmax
ω là tần số của cảm ứng từ.
Biên độ của tín hiệu tỉ lệ với U và có trị cỡ mV.

14. a) Lưu lượng kế điện từ:

15. a) Lưu lượng kế điện từ:
.Các đặc trưng
Các chất lưu phải có độ dẫn điện không nhỏ hơn
cỡ ≈ µScm-1. Lý do là bởi vì điện trở trong của cảm biến
phải nhỏ hơn rất nhiều so với điện trở vào của thiết bị
đo. Phạm vi đo của lưu lượng kế điện từ là hàm của
đường kính ống dẫn. Đường kính càng rộng thì giới
hạn thấp và cao càng dịch chuyển về phía lưu lượng
.lớn

16. a) Lưu lượng kế điện từ:
.Độ chính xác của lưu lượng kế đạt cỡ ≈ 1%
Ưu điểm của lưu lượng kế điện tử là ở chỗ việc đo
đạc không phụ thuộc vào đặc tính vật lý của chất lưu
(như mật độ, độ nhớt, độ dẫn điện với điều kiện nó phải
lớn hơn một vài ≈ µScm -1). Ngoài ra, thiết bị này có khả
năng chống ăn mòn bằng cách chọn lớp phủ và kim
.(loại điện cực thích hhợp (Ti, Pt

17. b) Lưu lượng kế cơ dùng chuyển đổi điện
Lưu lượng kế loại này có cấu tạo gồm một phao nhỏ
.đặt trong ống thẳng đứng hình nón
Ở trạng thái cân bằng phao chịu tác dụng của ba lực
chủ yếu là lực đẩy Archimede, lực cản và trọng lượng.
Trạng thái cân bằng này được biểu diễn bởi phương
:trình

18. b) Lưu lượng kế cơ dùng chuyển đổi điện
:Trong đó
V :là thể tích vàρ0 . là khối lượng riêng của phao
U:là vận tốc vàρ. là khối lượng riêng của chất lưu
Cx : là hệ số lực cản và S là diện tích của hình chiếu
của phao trên mặt phẳng vuông góc với vận tốc U, S
= D2/4.
g: là gia tốc trọng trường.
Mục đích của việc đo và phát hiện mức chất lưu là xác
định mức độ hoặc khối lượng chất lưu trong các bình
.chứa
.Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng
Khi đo liên tuc, biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho
.biết thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa

19. b) Lưu lượng kế cơ dùng chuyển đổi điện
Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín
hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng
.hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không
Vị trí của phao được xác định sao cho vận tốc của
U được biểu diễn bởi biểu thức (tại điều kiện cân
:(bằng của các lực tác dụng lên phao
Đường kính D của ống dẫn thay đổi tuyến tính theo
chiều cao z: D = D0 + az
:Cho nên biểu thức của lưu lượng có dạng

20. b) Lưu lượng kế cơ dùng chuyển đổi điện
Nên sự thay đổi của đường kính ống rất nhỏ thì trên
:thực tế biểu thức của Q sẽ là
Để đo lưu lượng, cách đơn giản nhất là chia độ trực
tiếp trên ống thủy tinh. Để tiện xử lý kết quả đo, có thể
nối phao vối một chiếc cần nhỏ có liên hệ cơ với lõi của
biến thế vi sai để chuyển tín hiệu cơ thành tín hiệu điện.
. Tín hiệu điện này sẽ tỉ lệ với lưu lượng cần đo

21. c.Lưu lượng kế lá chắn
Lá chắn chịu lực tác dụng của dòng chảy, trọng lượng
và phản lực của lò xo. Vị trí cân bằng của lá chắn phụ
thuộc vào lưu lượng của chất lưu. Tín hiệu cơ trong
trường hợp này có thể chuyển thành tín hiệu điện bằng
cách dùng điện kế có trục gắn liền với trục của lá chắn.
Ưu điểm của lưu lượng kế dùng lá chắn là rẻ tiền và
.chắc chắn

22. d. Lưu lượng kế khối lượng nhiệt
Các cảm biến nhiệt độ có thể là cặp nhiệt hoặc nhiệt
kế điện trở. Nếu là hai điện trở nhiệt thì chúng làm thành
hai nhánh kề nhau của cầu Wheatstone, hai nhánh khác
là hai điện trở có giá trị không đổi. Điện áp không cân
.bằng trên cầu sẽ là tín hiệu đo

23. d. Lưu lượng kế khối lượng nhiệt
Trường hợp trên hình vẽ, chức năng nung nóng
và đo ∆T thực hiện bằng hai điện trở nhiệt có dòng
.điện đủ lớn chạy qua

24. PHẦN II: Ứng Dụng Cảm Biến Lưu Lượng Trong
Ngành Cơ Khí ÔTÔ
2.1. Cảm biến lưu lượng
Ở động cơ sử dụng bộ chế hòa khí cổ điển,
lượng xăng được cung cấp qua các giclơ tùy theo
sự chênh lệch áp suất trong đường ống nạp, tức là
tùy theo mức độ ”hút khí“ của động cơ. Việc định
lượng như thế sẽ không được hoàn hảo. Với Hệ
Thống Phun Xăng, lưu lượng không khí thực tế nạp
vào xylanh là một thông số căn bản cần được đo
liên tục được xác định lượng nhiên liệu tốiưu cần
.cung cấp cho động cơ

25. 2.1. Cảm biến lưu lượng
.1Hệ thống phun xăng với lưu
:lượng kế
Hệ Thống Phun Xăng loại
này được trang bị một thiết bị đo
lưu lượng cho phép đo trực tiếp
thể tích hay khối lượng không
khí lưu thông trong đường ống
nạp. Thông tin về lưu lượng khí
được cung cấp cho bộ điều
khiển trung tâm dưới dạng tín
hiệu điện để làm cơ sở tính toán
.thời gian phun

26. a.: Lưu lượng kế thể tích
Thiết bị này làm việc theo nguyên Ví dụ: Bosch L –
tắc đo lực của dòng khí tác động lên Jetronic, Bosch
một cửa đo quay quanh một trục lắp .Motronic
trên đường nạp. Góc quay của cửa
phụ thuộc lưu lượng khí nạp và
được xác định bởi một điện thế kế.
Như vậy, thiết bị sẽ cung cấp một tín
hiệu điện tỉ lệ với lưu lượng khí cho
bộ điều khiển trung tâm. Để tăng độ
chính xác của phép đo, người ta
thường sử dụng thêm một nhiệt kế
để đo nhiệt độ không khí trong quá
.trình nạp

27. b.: Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốt nóng
Phần tử đo là một dây Ví dụ.: Bosch LH –Jetronic
platin đường kính 70µm,
được căng bên trong đoạn
ống đo lắp phía sau bộ lọc
khí. Thành ống bên trong
còn được lắp các điện trở đo
và cảm biến nhiệt độ. Hai
đầu ống đo có lưới bảo vệ.
Các linh kiện điện tử
của thiết bị được lắp trong
một hộp nhỏ gắn bên ngoài
.ống đo

28. b.: Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốt nóng
Hình 2.3 giới thiệu sơ đồ mạ chđo dùng cầu
điện trở . Dây đốt nóng có điện trở Rh là một phần
của cầu đo. Cầu được giữ cân bằng thông qua
một mạch đốt nóng dây nhằm duy trì nhiệt độ không
đổi ( tức là điện trở của dây). Khi có lưu lượng không
khí, dây đo sẽ bị làm nguội bởi dòng khí, nhiệt độ và
điện trở sẽ giảm dẫn đến sự mất cân bằng trong cầu
điện trở. Khi đó mạch điều chỉnh sẽ tự thay đổi
cương độ dòng điện đốt nóng dây để thiết lập lại sự
cân bằng ban đầu. Như vậy có một quan hệ giữa
cường độ dòng điện đốt nóng dây đo và lưu lượng
.không khí

29. b.: Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốt nóng
Quá trình điều chỉnh này được thực hiện khá
nhanh (vài ms) do dây đo có kích thước rất nhỏ. Từ
đó, lưu lượng kế này có một ưu điểm quan trọng: các
xung động áp suất trên đường nạp, nhất là chế độ
toàn tải, tần số lớn hơn thời gian đáp ứng của cầu đo
và không gây ảnh hưởng đến phép đo lưu lượng.
.Nhờ đó, lưu lượng kế loại này làm việc khá ổn định
Điện áp đo Um được lấy từ điện trở đo chính xác
R3. Các giá trị điện trở của dây đo và R3 được chọn
sao cho cường độ dòng điện đốt nóng dây nằm trong
.phạm vi 500 ÷1200 mA

30. c.: Lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt nóng
Thiết bị này hooạt động theo cùng một nguyên lý
như loại dùng dây đốt. Tuy nhiên phần tử đo được sử
dụng ở đây là các tấm có điện trở phụ thuộc nhiệt độ,
cho phép tăng độ chính xác và tuổi thọ làm việc của
.lưu lượng kế

31. c.: Lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt nóng
Hình 2.4 trình bày sơ đồ cấu tạo của lưu
lượng kế khối lượng dùng trên Hệ Thống Phun
Xăng điện tử Pierburg Ecojet M. Một đoạn ống
đo có lưới bảo vệ hai đầu được đặt trong
đường nạp. Bên trong ống này có một ống nhỏ
có dạng tiết lưu như họng khuyếch tán của bộ
chế hòa khí, với hai tấm đo chế tạo từ hợp kim
gốm. Một tấm đo dùng để xác định lưu lượng,
còn tấm thứ hai cho phép xác định nhiệt độ khí
nạp. Hai tấm đo này được mắc với hai điện trở
.khác đặt bên ngoài ống trong hộp riêng

32. c.: Lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt nóng
Mạch đo nhiệt độ khí với tấm đo nhiệt độ sẽ điều
chỉnh dòng điện đốt nóng tấm đo lưu lượng sao cho nhiệt
độ của tấmnày luôn được giữ ở khoảng 1000C lớn hơn
nhiệt độ không khí. Cường độ dòng điện tỉ lệ với lưu
lượng khối lượng cần đo. Độ chính xác của thiết bị này
.khá cao, khoảng 2%
Hãng Bosch cũng đưa ra một lưu lượng kế tương tự,
nhưng tấm đo được đặt ở một khu vực tiết lưu phụ. Kết
ảo vệ thiết bị đo tránh hiện tượngcấu này cho phép b
cháy ngược lên đường nạp khi có trục trặc về góc đánh
lửa sớm. Ngoài ra, khả năng bụi bám bẩn tấm đo được
.giảm bớt vì chỉ có một phần khí nạp đi qua khu vực đo

33. c.: Lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt nóng
Các điểm hạn chế của Hệ Thống Phun Xăng kiểu
:lưu lượng kế là
.Hệ thống nạp phải thật kín -
Tăng sức cản trên đường nạp (với loại lưu -
.(lượng kế thể tích
Việc tính toán lưu lượng dễ bị sai số do tính chất -
dao động áp suất trên đường nạp, nhất là
.động cơ ít xylanh, làm việc ở các chế độ tải nhỏ
Giá thành chế tạo, điều chỉnh bảo dưỡng lưu -
.lượng kế cao

34. Hệ thống phun xăng với lưu lượng kế dùng 2 .2
.hiệu ứng Karman
Lưu lượng kế kiểu Karman – vortex (dùng sóng .1
(siêu âm
Nguyên tắc chung của loại thiết bị đo này là tạo ra
những vòng xoáy lốc của không khí trong đường nạp
ở khu vực đo. Tần số của các chuyển động xoáy lốc
tỉ lệ với lưu lượng không khí và sẽ được xác định bởi
một thiết bị dùng sóng siêu âm hoặc một cảm biến áp
.suất

35. Lưu lượng kế kiểu Karman – vortex (dùng sóng .1
(siêu âm
Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị này được trình
.bày trên hình 2.5
Không khí nạp trước khi đi vào khu vực đo được đưa
qua một bộ phận hướng dòng dòng tổ ong, có tác dụng
làm đồng nhất dòng chảy tránh các chuyển động rối hoặc
xoáy lốc ban đầu làm ảnh hưởng đến độ chính xác của
.phép đo

36. Tiếp đó, dòng khí nạp sẽ được chia thành hai luồng nhờ
một bộ phận phân dòng có tiết diện tam giác đặt ở giữa
ống nạp. Dưới tác dụng của tấm phân dòng này, các
vòng xoáy Karman sẽ được luân phiên tạo ra ở hai bên
tấm, với chiều xoáy ngược nhau. Số lượng các vòng
xoáy được tạo ra tỉ lệ với tốc độ dòng khí qua khu vực
.đo

37. Một máy phát đặt ở thành ống nạp sẽ phát sóng siêu
âm có tần số xác định theo hướng vuông góc với dòng
khí (hướng kính của ống). Một thiết bị lắp ở thành ống
đối diện sẽ tiếp nhận các sóng truyền tới và gửi tín hiệu
.đo đến bộ xử lý điều khiển trung tâm
Khi chưa có dòng chảy không khí, tức là khi chưa có
các chuyển động xoáy Karman, thời gian lan truyền của
sóng siêu âm qua ống là không đổi. Ngược lại sự có mặt
của các vòng xoáy không khí sẽ làm tăng hoặc giảm tốc
độ lan truyền của sóng qua ống, tùy theo chiều xoáy

38. Như vậy thời gian lan truyền sóng từ máy phát đến máy
thu sẽ có dạng hình sin. Mạch đo sẽ gửi một xung vuông
đến bộ xử lý điều khiển trung tâm mỗi khi tín hiệu hình
sin đi qua một cực tiểu. Tần số các xung vuông tỉ lệ với
lưu lượng khí nạp, sẽ được xử lý để xác định thời gian
.phun xăng

39. Lưu lượng kế kiểu Karman – quang .2
Tương tự như kiểu dùng
sóng siêu âm, ở đây các
dòng xoáy Karman đi theo
rãnh hướng làm rung một
gương mỏng được phủ
nhôm làm thay đổi hướng
phản chiếu từ đèn LED đến
photo - transistor. Như vậy,
tần số đóng mở của
transistor này sẽ thay đổi
theo lưu lượng khí nạp và
được gửi về ECU để xác
định lượng xăng phun cần
.thiết

40. NỘI DUNG BÁO CÁO TIỂU LUẬN
ĐO LƯỜNG NÂNG CAO
CHÂN THÀNH CẢM ƠN !