Đồng hồ đo lưu lượng xoáy là gì?
Đồng hồ đo lưu lượng xoáy là thiết bị đo lưu lượng hoạt động dựa trên nguyên lý hình thành chuỗi xoáy Karman phía sau vật cản đặt trong dòng chảy. Thiết bị được sử dụng để đo lưu lượng thể tích, lưu lượng tiêu chuẩn hoặc lưu lượng khối lượng của khí, hơi nước và chất lỏng trong các hệ thống đường ống công nghiệp. Nhờ khả năng làm việc ổn định và độ chính xác cao, lưu lượng kế xoáy được ứng dụng rộng rãi trong các ngành dầu khí, hóa chất, năng lượng, thực phẩm, dược phẩm, xử lý nước và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.
Đặc điểm nổi bật của đồng hồ đo lưu lượng xoáy là tổn thất áp suất thấp, dải đo rộng và độ chính xác cao. Trong quá trình đo lưu lượng thể tích, kết quả đo hầu như không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mật độ môi chất, áp suất, nhiệt độ hay độ nhớt. Thiết bị không có bộ phận cơ khí chuyển động nên có độ bền cao, hoạt động ổn định trong thời gian dài và yêu cầu bảo trì rất thấp. Lưu lượng kế xoáy sử dụng cảm biến áp điện có độ nhạy cao, cho phép làm việc trong dải nhiệt độ từ -20°C đến +250°C hoặc cao hơn tùy từng phiên bản. Ngoài ra, thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu analog 4-20mA và tín hiệu xung kỹ thuật số, giúp dễ dàng kết nối với PLC, DCS, SCADA và các hệ thống điều khiển tự động hiện đại.
Giới thiệu đồng hồ đo lưu lượng xoáy
Đồng hồ đo lưu lượng xoáy (Vortex Flow Meter), còn được gọi là lưu lượng kế xoáy Karman, là thiết bị đo lưu lượng hiện đại hoạt động dựa trên nguyên lý hình thành chuỗi xoáy Karman phía sau vật cản trong dòng chảy. Thiết bị được nghiên cứu và phát triển dựa trên các công nghệ đo lường tiên tiến, kết hợp với kinh nghiệm ứng dụng thực tế trong nhiều ngành công nghiệp như hơi nước, khí nén, khí tự nhiên, hóa chất và xử lý nước.
Sản phẩm được thiết kế theo hướng thông minh hóa, tiêu chuẩn hóa và tối ưu hóa cho môi trường công nghiệp. Với cấu trúc chắc chắn, tiêu thụ điện năng thấp, dải đo rộng và khả năng làm việc ổn định trong thời gian dài, đồng hồ đo lưu lượng xoáy ngày càng được sử dụng phổ biến trong các hệ thống đo lường và điều khiển tự động. Ngoài ra, thiết bị còn có ưu điểm dễ lắp đặt, bảo trì đơn giản, tổn thất áp suất thấp và tuổi thọ vận hành cao.
Nguyên lý hoạt động đồng hồ đo lưu lượng xoáy
Khi một bộ tạo xoáy có hình dạng đặc biệt được đặt trong đường ống, dòng lưu chất đi qua sẽ tạo ra các xoáy luân phiên ở hai bên vật cản. Các xoáy này được gọi là xoáy Karman, hình thành liên tục và ổn định phía sau bộ tạo xoáy.
Đồng hồ đo lưu lượng xoáy hoạt động dựa trên việc phát hiện tần số xuất hiện của các xoáy này. Tần số xoáy sinh ra tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy của lưu chất. Cảm biến bên trong thiết bị sẽ ghi nhận tín hiệu dao động do các xoáy tạo ra và chuyển đổi thành tín hiệu điện để tính toán lưu lượng.
Khi chất lỏng, khí hoặc hơi đi qua bộ tạo xoáy, tần số phát sinh xoáy được xác định theo công thức:
f=St d v
Trong đó:
f: Tần số xoáy (Hz)
v: Vận tốc trung bình của lưu chất (m/s)
d: Chiều rộng đặc trưng của bộ tạo xoáy (m)
St: Số Strouhal (thường dao động từ 0,14 đến 0,27)
Khi số Reynolds của dòng chảy nằm trong phạm vi làm việc cho phép, giá trị số Strouhal gần như không đổi. Vì vậy, bằng cách đo chính xác tần số xoáy, thiết bị có thể xác định vận tốc dòng chảy và tính toán lưu lượng thể tích hoặc lưu lượng khối lượng với độ chính xác cao.
Sau khi xác định vận tốc dòng chảy, lưu lượng thể tích được tính theo công thức:
Q=A×v
Trong đó:
Q: Lưu lượng thể tích
A: Diện tích mặt cắt ngang của đường ống
v: Vận tốc trung bình của lưu chất
Nhờ nguyên lý đo không có bộ phận chuyển động, đồng hồ đo lưu lượng xoáy có độ ổn định cao, độ bền tốt và phù hợp để đo hơi nước, khí nén, khí công nghiệp, khí tự nhiên cũng như nhiều loại chất lỏng trong các hệ thống công nghiệp hiện đại.
Thông số kỹ thuật đồng hồ đo lưu lượng xoáy
Môi chất đo: Khí, chất lỏng, hơi nước bão hòa và hơi quá nhiệt.
Kiểu kết nối: Lắp mặt bích tiêu chuẩn.
Kích thước lắp đặt mặt bích: DN25, DN32, DN50, DN80, DN100.
Tùy chọn đường kính kết nối: DN100, DN150, DN200 và các kích thước khác theo yêu cầu.
Phạm vi đo lưu lượng: Làm việc trong dải số Reynolds từ 1,5 × 10⁴ đến 4 × 10⁶; vận tốc khí từ 5 ~ 50 m/s; vận tốc chất lỏng từ 0,5 ~ 7 m/s.
Độ chính xác: Cấp 1.0 hoặc 1.5 tùy model và điều kiện vận hành.
Nhiệt độ môi chất:
Phiên bản tiêu chuẩn: -25°C đến +100°C
Phiên bản nhiệt độ cao: -25°C đến +150°C
Phiên bản nhiệt độ cao đặc biệt: -25°C đến +250°C
Tín hiệu đầu ra xung: Điện áp mức cao 8 ~ 10V, mức thấp 0,7 ~ 1,3V.
Chu kỳ xung: Khoảng 50%, khoảng cách truyền tín hiệu tối đa 100 m.
Tín hiệu đầu ra analog: 4 ~ 20mA, hỗ trợ truyền tín hiệu khoảng cách lên đến 1000 m.
Điều kiện môi trường làm việc: Nhiệt độ môi trường -25°C ~ +55°C, độ ẩm tương đối 5% ~ 90% RH.
Vật liệu chế tạo: Thân bằng thép không gỉ hoặc hợp kim nhôm, phù hợp với nhiều môi trường công nghiệp.
Nguồn cấp: DC 24V hoặc pin lithium 3.6V đối với phiên bản độc lập.
Cấp chống cháy nổ: Ex iaIIbT3-T6 (an toàn nội tại).
Cấp bảo vệ: IP65, chống bụi và chống nước trong môi trường công nghiệp.
Thiết bị phù hợp cho các hệ thống đo lưu lượng khí nén, khí tự nhiên, hơi nước, dầu nhẹ, nước công nghiệp, hóa chất và nhiều ứng dụng tự động hóa trong nhà máy.
Đặc trưng của lưu lượng kế xoáy khí
Cấu trúc đơn giản, chắc chắn, không có bộ phận chuyển động cơ khí nên độ tin cậy cao, hoạt động ổn định và tuổi thọ sử dụng lâu dài.
Lắp đặt dễ dàng, việc bảo trì và kiểm tra định kỳ được thực hiện nhanh chóng, giúp giảm chi phí vận hành.
Cảm biến không tiếp xúc trực tiếp với môi chất đo, hạn chế hao mòn, duy trì độ ổn định và nâng cao tuổi thọ thiết bị.
Tín hiệu đầu ra dạng xung tỷ lệ thuận với lưu lượng, không xuất hiện hiện tượng trôi điểm 0, cho độ chính xác đo cao và ổn định.
Dải đo rộng, tỷ lệ đo có thể đạt tới 1:10, đáp ứng nhiều điều kiện lưu lượng khác nhau.
Tổn thất áp suất thấp, giúp giảm chi phí vận hành và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống.
Trong phạm vi số Reynolds cho phép, tần số tín hiệu đầu ra không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi mật độ, độ nhớt hoặc thành phần môi chất. Hệ số hiệu chuẩn chỉ phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của bộ tạo xoáy, do đó thông thường không cần hiệu chuẩn lại sau khi thay thế các bộ phận liên quan.
Ứng dụng đa dạng, có thể đo lưu lượng của khí nén, khí tự nhiên, hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt và nhiều loại chất lỏng công nghiệp.
Chu kỳ kiểm định dài, thời hạn kiểm định thông thường lên đến 2 năm.
Dải kích thước đo rộng:
Loại lắp đường ống: DN25 ~ DN300.
Loại chèn (Insertion): DN350 ~ DN1200.
Độ chính xác đo lường:
Chất lỏng (loại đường ống): ±1,0%.
Khí và hơi nước (loại đường ống): ±1,5%.
Chất lỏng (loại chèn): ±2,0%.
Khí và hơi nước (loại chèn): ±2,5%.
Nhiệt độ môi chất làm việc:
-20°C ~ +150°C.
-40°C ~ +250°C.
+100°C ~ +350°C (đối với phiên bản nhiệt độ cao).
Tín hiệu đầu ra đa dạng:
Xung điện áp 3 dây.
Tín hiệu dòng 4–20mA loại 3 dây.
Tín hiệu dòng 4–20mA loại 2 dây.
Nhờ những ưu điểm về độ ổn định, độ chính xác và khả năng làm việc trong môi trường nhiệt độ cao, lưu lượng kế xoáy khí được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống hơi nước, khí nén, khí tự nhiên, hóa chất, năng lượng, thực phẩm, dược phẩm và xử lý nước công nghiệp.
Chức năng của lưu lượng kế xoáy khí
Tích hợp chức năng bù nhiệt độ và áp suất, cho phép đo trực tiếp lưu lượng thể tích tiêu chuẩn hoặc lưu lượng khối lượng của khí và hơi nước với độ chính xác cao.
Mạch điện tử thông minh hoàn toàn số hóa, có khả năng tự động tính toán và bù mật độ môi chất, đồng thời chuyển đổi lưu lượng làm việc sang lưu lượng tiêu chuẩn theo các điều kiện cài đặt.
Ứng dụng công nghệ lọc số và hiệu chỉnh tín hiệu tiên tiến, giúp nâng cao độ chính xác đo lường, giảm nhiễu và tăng độ ổn định của dữ liệu trong quá trình vận hành.
Phiên bản sử dụng pin Lithium công suất cao có thể hoạt động liên tục trên 2 năm mà không cần nguồn điện bên ngoài, phù hợp với các vị trí lắp đặt độc lập hoặc khó cấp nguồn.
Màn hình LCD ma trận điểm kích thước lớn, hiển thị rõ ràng các thông số như lưu lượng tức thời, lưu lượng tích lũy, nhiệt độ, áp suất và trạng thái hoạt động của thiết bị, giúp việc cài đặt và vận hành trở nên thuận tiện hơn.
Hỗ trợ nhiều dạng tín hiệu đầu ra, bao gồm xung, 4–20mA và các giao thức truyền thông công nghiệp, thuận tiện cho việc kết nối với PLC, DCS và hệ thống giám sát tự động.
Lưu trữ dữ liệu khi mất nguồn, bảo vệ các giá trị lưu lượng tích lũy và thông số cài đặt, đảm bảo dữ liệu vận hành không bị mất khi xảy ra sự cố điện.
Tự chẩn đoán và cảnh báo lỗi, giúp người vận hành nhanh chóng phát hiện các bất thường trong quá trình đo lường và giảm thời gian bảo trì hệ thống.
Lắp đặt và lắp đặt lưu lượng kế xoáy khí
Điều kiện đường ống
Để đảm bảo độ chính xác đo lường, lưu lượng kế xoáy khí cần được lắp đặt trên hệ thống đường ống có đủ chiều dài đoạn ống thẳng ở phía trước và phía sau cảm biến. Thông thường, chiều dài đoạn ống thẳng được xác định theo đường kính danh nghĩa của ống (D), nhằm tạo điều kiện cho dòng chảy ổn định trước khi đi qua thiết bị đo.
|
Điều kiện đường ống
|
Thượng nguồn
|
Hạ lưu
|
|
Van cổng mở hoàn toàn của ống co đồng tâm
|
15D
|
5D
|
|
góc vuông 90°
|
20D
|
5D
|
|
Hai đoạn uốn cong 90° trên cùng một mặt phẳng
|
25D
|
5D
|
|
Van điều tiết van cổng mở một nửa
|
50D
|
5D
|
|
Hai đoạn uốn cong 90° trên hai mặt phẳng khác nhau
|
40D
|
5D
|
|
Với bó ống chỉnh lưu
|
12D
|
5D
|
Điều kiện lắp đặt
Cảm biến có thể được lắp trên đường ống nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng, với hướng dòng chảy đi từ dưới lên trên. Đoạn ống thẳng phía trước cảm biến nên đạt từ 15D đến 20D, trong khi đoạn ống thẳng phía sau nên đạt từ 5D đến 10D.
Đối với phép đo chất lỏng, đường ống tại vị trí lắp đặt phải luôn được đổ đầy môi chất để đảm bảo kết quả đo chính xác.
Không nên lắp đặt cảm biến tại các vị trí có rung động cơ học mạnh hoặc rung động liên tục.
Đường kính trong của đường ống nên tương đồng với đường kính của cảm biến. Nếu có sai lệch, mức chênh lệch không nên vượt quá 3% đường kính danh nghĩa hoặc tối đa 5 mm.
Tránh lắp đặt thiết bị tại nơi có từ trường mạnh, nhiễu điện từ lớn, không gian chật hẹp hoặc khó tiếp cận để bảo trì.
Yêu cầu lắp đặt
1. Lựa chọn vị trí lắp đặt phù hợp
Tránh lắp đặt gần máy biến áp, động cơ công suất lớn, thiết bị tần số cao hoặc nguồn phát nhiệt mạnh. Đồng thời cần tránh môi trường có tính ăn mòn cao, rung động lớn và đảm bảo thuận tiện cho việc kiểm tra, bảo trì.
2. Đảm bảo chiều dài đoạn ống thẳng
Nếu phía trước cảm biến có hai co 90° trên cùng một mặt phẳng:
Đoạn ống thẳng phía trước ≥ 25D.
Đoạn ống thẳng phía sau ≥ 5D.
Nếu phía trước cảm biến có hai co 90° trên hai mặt phẳng khác nhau:
Đoạn ống thẳng phía trước ≥ 40D.
Đoạn ống thẳng phía sau ≥ 5D.
Nếu van điều khiển được lắp phía trước cảm biến:
Đoạn ống thẳng phía trước ≥ 50D.
Đoạn ống thẳng phía sau ≥ 5D.
Nếu van điều khiển lắp phía sau cảm biến:
Khoảng cách tối thiểu từ cảm biến đến van ≥ 5D.
3. Đảm bảo độ đồng tâm của đường ống
Đường ống phía trước và phía sau cảm biến phải đồng tâm với thân đồng hồ. Độ lệch tâm không nên vượt quá 0,5DN.
4. Thực hiện các biện pháp chống rung
Nếu bắt buộc phải lắp đặt tại vị trí có rung động, nên gia cố đường ống bằng giá đỡ hoặc bộ giảm chấn tại vị trí cách cảm biến khoảng 2D ở cả hai phía.
Phương pháp lắp đặt theo từng môi chất
5. Lắp đặt trên đường ống nằm ngang
Đây là phương pháp phổ biến nhất.
Khi đo khí có chứa hơi ẩm hoặc chất lỏng ngưng tụ, nên lắp cảm biến ở phần trên của đường ống.
Khi đo chất lỏng có chứa bọt khí, nên lắp cảm biến ở phần dưới của đường ống.
6. Lắp đặt trên đường ống thẳng đứng
Đối với khí: có thể lắp theo bất kỳ hướng dòng chảy nào, tuy nhiên nếu có nước ngưng tụ nên để dòng khí đi từ dưới lên trên.
Đối với chất lỏng: nên để môi chất chảy từ dưới lên trên nhằm tránh ảnh hưởng của trọng lượng cột chất lỏng đến cảm biến.
7. Lắp đặt ngang bên hông đường ống
Phương pháp này đặc biệt phù hợp để đo hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt hoặc chất lỏng nhiệt độ thấp vì giúp giảm ảnh hưởng của nhiệt độ môi chất lên bộ điện tử.
8. Lắp đặt ngược dưới đáy đường ống
Thông thường không được khuyến khích. Chỉ áp dụng trong một số trường hợp đặc biệt như đo hơi nước bão hòa hoặc hệ thống cần vệ sinh đường ống thường xuyên.
9. Lắp đặt trên đường ống cách nhiệt
Khi đo hơi nước nhiệt độ cao, lớp bảo ôn không được phủ quá một phần ba chiều cao của bộ phận cảm biến nhằm đảm bảo khả năng tản nhiệt.
10. Bố trí điểm đo nhiệt độ và áp suất
Khi cần bù nhiệt độ hoặc áp suất:
Điểm lấy áp suất nên đặt cách cảm biến từ 3D đến 5D về phía hạ lưu.
Điểm đo nhiệt độ nên đặt cách cảm biến từ 6D đến 8D về phía hạ lưu.
Các lưu ý quan trọng
Không được hàn cảm biến trực tiếp lên đường ống hoặc mặt bích trong quá trình thi công.
Hướng mũi tên trên thân đồng hồ phải trùng với hướng dòng chảy thực tế của môi chất.
Trước khi lắp đặt cần đặt đúng gioăng làm kín giữa hai mặt bích để tránh rò rỉ.
Đối với môi chất nhiệt độ cao, tuyệt đối không quấn vật liệu bảo ôn lên phần đầu cảm biến hoặc hộp điện tử.
Cáp tín hiệu chống nhiễu phải được đi riêng, tránh xa cáp động lực, biến tần và các nguồn gây nhiễu điện từ mạnh. Chiều dài cáp nên ngắn nhất có thể và không vượt quá 200 m.
Trước khi lắp đặt cần vệ sinh sạch đường ống để loại bỏ cặn bẩn, xỉ hàn hoặc vật thể lạ có thể ảnh hưởng đến hoạt động của cảm biến.
Khi đo chất lỏng, đường ống phải luôn đầy môi chất; khi đo khí, cần tránh hiện tượng tích tụ chất lỏng trong đường ống.
Khi thay thế đầu dò hoặc cảm biến trong hệ thống nhiệt độ và áp suất cao, phải thực hiện đầy đủ các biện pháp an toàn, xả áp và làm nguội đường ống trước khi thao tác.
Quản lý tiêu chuẩn hóa của lưu lượng kế xoáy khí
Việc lắp đặt và quản lý tiêu chuẩn hóa lưu lượng kế xoáy khí giúp nâng cao độ chính xác đo lường, đảm bảo tính ổn định trong vận hành và tạo điều kiện thuận lợi cho công tác giám sát, bảo trì cũng như quản lý dữ liệu lưu lượng về sau. Các yêu cầu kỹ thuật sau đây được áp dụng rộng rãi trong thực tế và đã chứng minh hiệu quả trong nhiều hệ thống đo lường công nghiệp.
Lưu lượng kế xoáy khí thông minh cần hỗ trợ đồng thời tín hiệu đầu ra 4-20mA và xung tần số, đáp ứng nhu cầu kết nối với các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại.
Thiết bị truyền dữ liệu từ xa GPRS/4G/IoT sử dụng cho lưu lượng kế xoáy khí phải hỗ trợ đầu vào tín hiệu xung và tín hiệu dòng 4-20mA để bảo đảm khả năng thu thập dữ liệu chính xác.
Hệ thống phải được trang bị chức năng chống nhiễu, chống xung điện áp và bảo vệ tín hiệu truyền thông, giúp thiết bị hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp.
Tủ điều khiển và tủ thiết bị của lưu lượng kế xoáy khí cần được trang bị nguồn điện UPS, aptomat bảo vệ, ổ cắm kỹ thuật, đồng thời bộ chuyển đổi tín hiệu, thiết bị truyền thông và các phụ kiện liên quan phải được lắp đặt tập trung bên trong tủ có khóa bảo vệ.
Tủ thiết bị phải được cố định chắc chắn trên bệ bê tông, đạt tiêu chuẩn bảo vệ ngoài trời, có khả năng chống nước, chống bụi và được trang bị lớp cách nhiệt hoặc mái che nhằm hạn chế tác động trực tiếp của ánh nắng mặt trời.
Tại vị trí lắp đặt lưu lượng kế cần bố trí đủ không gian và chiều dài đường ống để thuận tiện cho việc kiểm tra, hiệu chuẩn, đối chiếu kết quả đo và công tác bảo trì định kỳ.
Khi thiết kế hệ thống đo lưu lượng bằng đồng hồ đo lưu lượng xoáy khí, cần bảo đảm đoạn ống thẳng phía trước tối thiểu 10DN và đoạn ống thẳng phía sau tối thiểu 5DN nhằm duy trì trường dòng chảy ổn định và nâng cao độ chính xác đo.
Lưu lượng kế phải được lắp đặt đúng theo hướng dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất. Sau khi hoàn thành lắp đặt, cần kiểm tra hệ thống tiếp địa; điện trở tiếp đất phải nhỏ hơn 10Ω. Dây tiếp địa đẳng thế nên sử dụng cáp đồng nhiều sợi có tiết diện tối thiểu 16mm², trong khi dây tiếp địa thiết bị nên có tiết diện tối thiểu 6mm². Việc thi công hệ thống nối đất cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành về chống sét và an toàn điện công nghiệp.
Đối với các hệ thống giám sát lưu lượng từ xa, dữ liệu đo nên được lưu trữ và truyền về trung tâm điều khiển theo thời gian thực để phục vụ công tác quản lý sản xuất, thống kê tiêu thụ và phát hiện bất thường trong vận hành.
Cần thực hiện kiểm định, hiệu chuẩn và bảo dưỡng định kỳ theo quy định của nhà sản xuất hoặc tiêu chuẩn quản lý chất lượng của doanh nghiệp nhằm duy trì độ chính xác và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Trong môi trường có độ rung lớn, nhiệt độ cao hoặc nhiễu điện từ mạnh, nên áp dụng thêm các biện pháp chống rung, chống nhiễu và bảo vệ tín hiệu để đảm bảo lưu lượng kế hoạt động ổn định trong thời gian dài.
Hồ sơ kỹ thuật của lưu lượng kế cần được lưu trữ đầy đủ, bao gồm thông số cài đặt, biên bản nghiệm thu, kết quả hiệu chuẩn, lịch sử bảo trì và các thông tin vận hành nhằm phục vụ công tác quản lý và truy xuất dữ liệu khi cần thiết.
Các lỗi thường gặp của lưu lượng kế xoáy khí
Trong quá trình sử dụng lưu lượng kế xoáy khí, người dùng đôi khi gặp hiện tượng thiết bị không đạt độ chính xác ở vùng lưu lượng thấp hoặc kết quả đo không ổn định. Một ví dụ điển hình là lưu lượng kế xoáy DN50 có dải đo chất lỏng được công bố từ 3 – 50 m³/h. Tuy nhiên, khi hiệu chuẩn trên hệ thống chuẩn lưu lượng dầu, thiết bị chỉ đạt yêu cầu độ chính xác trong khoảng 10 – 50 m³/h, còn dưới 10 m³/h thì sai số vượt mức cho phép.
Để đánh giá đúng trường hợp này, cần hiểu rằng dải đo được nhà sản xuất công bố thường dựa trên môi chất chuẩn, phổ biến nhất là nước sạch ở nhiệt độ thường. Khi đo các môi chất khác, đặc biệt là dầu, hóa chất hoặc chất lỏng có độ nhớt cao, giới hạn làm việc thực tế của lưu lượng kế sẽ thay đổi theo các đặc tính vật lý của môi chất như độ nhớt, mật độ và số Reynolds.
Đối với hệ thống hiệu chuẩn sử dụng dầu diesel hoặc dầu công nghiệp, độ nhớt của môi chất thường cao hơn nước và mật độ khác biệt đáng kể. Điều này làm thay đổi quá trình hình thành xoáy Karman phía sau vật cản, khiến tín hiệu xoáy ở lưu lượng thấp trở nên yếu hơn và khó được cảm biến nhận biết chính xác. Kết quả là ngưỡng lưu lượng tối thiểu của thiết bị tăng lên, làm thu hẹp dải đo thực tế so với thông số công bố.
Vì vậy, nếu lưu lượng kế xoáy hoạt động chính xác trong khoảng 10 – 50 m³/h nhưng không đáp ứng yêu cầu ở lưu lượng thấp hơn khi đo dầu, điều đó không nhất thiết cho thấy thiết bị bị lỗi. Đây là hiện tượng bình thường do sự khác biệt giữa môi chất hiệu chuẩn và môi chất tham chiếu của nhà sản xuất.
Ngược lại, khi hiệu chuẩn bằng các môi chất có độ nhớt thấp hơn như khí hóa lỏng, khí tự nhiên hoặc một số loại dung môi nhẹ, hiệu quả tạo xoáy thường tốt hơn. Trong trường hợp này, lưu lượng kế có thể duy trì độ chính xác ở mức lưu lượng thấp hơn so với khi sử dụng nước hoặc dầu, từ đó mở rộng phạm vi đo hiệu quả.
Ngoài hiện tượng trên, một số lỗi thường gặp khác của lưu lượng kế xoáy khí bao gồm:
Tín hiệu đo dao động do rung động cơ học từ đường ống hoặc thiết bị lân cận.
Giá trị lưu lượng hiển thị không ổn định do đoạn ống thẳng trước và sau không đáp ứng yêu cầu lắp đặt.
Mất tín hiệu đầu ra do đứt dây, nguồn cấp không ổn định hoặc kết nối điện bị lỏng.
Sai số lớn khi trong môi chất có nhiều hơi ẩm, tạp chất hoặc dòng chảy không đều.
Cảm biến bị bám bẩn sau thời gian dài sử dụng làm giảm khả năng phát hiện tần số xoáy.
Nhiễu điện từ từ biến tần, động cơ công suất lớn hoặc hệ thống truyền dẫn điện cao áp gây ảnh hưởng đến tín hiệu đo.
Để đảm bảo độ chính xác lâu dài, cần lựa chọn đúng loại lưu lượng kế theo môi chất sử dụng, lắp đặt đúng tiêu chuẩn về đoạn ống thẳng, kiểm tra định kỳ hệ thống dây tín hiệu và thực hiện hiệu chuẩn theo chu kỳ khuyến nghị của nhà sản xuất.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của lưu lượng kế xoáy khí
Bộ chuyển đổi của lưu lượng kế xoáy khí thường sử dụng tín hiệu đầu ra hai dây 4-20mA để truyền dữ liệu đến hệ thống điều khiển, PLC hoặc thiết bị giám sát từ xa. Nguồn cấp tiêu chuẩn thường là 24VDC ±10%, với điện trở tải tối đa của mạch đầu ra khoảng 600Ω, bao gồm cả điện trở của cáp tín hiệu. Trong điều kiện làm việc thông thường, có thể sử dụng dây hoặc cáp cách điện PVC để đấu nối. Tuy nhiên, tại các khu vực có nhiễu điện từ mạnh như gần biến tần, động cơ công suất lớn hoặc thiết bị điện cao áp, nên sử dụng cáp tín hiệu chống nhiễu có lớp lưới bọc và thực hiện nối đất đúng kỹ thuật để đảm bảo tín hiệu truyền ổn định.
Nhiệt độ môi trường thường không ảnh hưởng đáng kể đến bộ chuyển đổi của lưu lượng kế xoáy. Tuy nhiên, khi đo hơi nóng, khí nhiệt độ cao hoặc các môi chất trong đường ống cần vệ sinh định kỳ, cảm biến có thể được lắp theo kiểu ngược hoặc lắp ngang để giảm tác động nhiệt lên bộ điện tử. Đối với các hệ thống đường ống có bảo ôn, không được bọc kín hoàn toàn phần cổ nối giữa cảm biến và bộ chuyển đổi. Lớp vật liệu cách nhiệt chỉ nên bao phủ tối đa khoảng một phần ba chiều cao của cổ cảm biến nhằm bảo đảm khả năng tản nhiệt và duy trì tuổi thọ thiết bị. Phần thân cảm biến vẫn có thể được bọc cách nhiệt theo yêu cầu vận hành.
Không nên lắp đặt lưu lượng kế xoáy khí trên các đường ống treo quá dài hoặc thiếu điểm đỡ cố định. Sau thời gian vận hành, trọng lượng của thiết bị và rung động đường ống có thể gây võng, dẫn đến rò rỉ tại các vị trí mặt bích hoặc mối nối. Trong trường hợp bắt buộc phải lắp đặt trên đường ống dài, cần bố trí giá đỡ hoặc thiết bị cố định đường ống tại vị trí cách cảm biến khoảng 2D ở cả phía trước và phía sau nhằm tăng độ ổn định cơ học cho hệ thống.
Rung động cơ học là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của lưu lượng kế xoáy. Nếu đường ống có rung động mạnh từ máy bơm, máy nén khí hoặc các thiết bị quay, tín hiệu xoáy có thể bị nhiễu và gây sai số đo. Khi đó cần lắp thêm các gối đỡ, bộ giảm rung hoặc đệm chống rung tại khu vực lắp đặt để hạn chế tác động từ môi trường bên ngoài.
Trong thực tế vận hành, lưu lượng làm việc thường thấp hơn đáng kể so với lưu lượng thiết kế của hệ thống. Khi lưu lượng thực tế nằm gần hoặc dưới giới hạn đo thấp của lưu lượng kế, thiết bị sẽ không hoạt động trong vùng đo tối ưu và độ chính xác có thể suy giảm. Để khắc phục tình trạng này, người ta thường sử dụng phương pháp giảm đường kính đường ống tại vị trí lắp đặt nhằm tăng vận tốc dòng chảy và đưa lưu lượng về vùng làm việc hiệu quả của thiết bị.
Tuy nhiên, việc sử dụng côn thu hoặc giảm đường kính cần tuân thủ đúng yêu cầu kỹ thuật. Giữa vị trí thay đổi đường kính và lưu lượng kế phải bố trí đoạn ống thẳng đủ dài, thông thường tối thiểu 15D, nhằm ổn định trường dòng chảy trước khi đi vào cảm biến. Nếu không đáp ứng yêu cầu này, dòng chảy có thể bị xoáy rối hoặc phân bố không đồng đều, làm giảm độ chính xác của phép đo.
Ngoài các yếu tố trên, độ sạch của môi chất, điều kiện lắp đặt, chất lượng nguồn điện, hệ thống nối đất và mức độ nhiễu điện từ trong khu vực vận hành cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định và tuổi thọ của lưu lượng kế xoáy khí. Vì vậy, việc lựa chọn đúng thiết bị, lắp đặt theo tiêu chuẩn và bảo trì định kỳ là điều cần thiết để đảm bảo hiệu quả đo lường lâu dài.
Lựa chọn sản phẩm đồng hồ đo lưu lượng xoáy
Việc lựa chọn đúng lưu lượng kế xoáy khí là điều kiện tiên quyết để đảm bảo độ chính xác đo lường và vận hành ổn định trong hệ thống đường ống công nghiệp. Các yếu tố quan trọng cần xem xét bao gồm: đường kính đường ống (DN), phương pháp lắp đặt, nhiệt độ và áp suất môi chất, tín hiệu đầu ra cũng như loại môi chất cần đo.
Việc lựa chọn đúng loại đồng hồ đo lưu lượng xoáy đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hiệu suất vận hành. Cần xác định model phù hợp dựa trên đặc tính vật lý và hóa học của môi chất để đảm bảo đường kính danh nghĩa, dải đo lưu lượng, vật liệu thân đồng hồ, cảm biến đo và tín hiệu đầu ra đáp ứng đúng yêu cầu thực tế.
|
DN (mm)
|
Chất lỏng
|
Khí
|
Hơi nước
|
|
20
|
0,8-10
|
5-40
|
8-80
|
|
25
|
1-12
|
7.2-60
|
10-120
|
|
32
|
1,5-20
|
12-100
|
15-200
|
|
40
|
2-30
|
18-150
|
20-300
|
|
50
|
3-50
|
30-300
|
30-450
|
|
65
|
6-80
|
50-420
|
60-800
|
|
80
|
10-130
|
70-600
|
100-1300
|
|
100
|
20-200
|
120-1000
|
200-2000
|
|
125
|
30-300
|
180-1500
|
300-3000
|
|
150
|
45-450
|
240-2000
|
450-4500
|
|
200
|
90-900
|
480-4000
|
900-9000
|
|
250
|
120-1200
|
700-8000
|
1200-12000
|
|
300
|
180-2000
|
900-10000
|
1600-16000
|
1. Kiểm tra độ chính xác và chức năng đo
Cần lựa chọn cấp chính xác và chức năng của thiết bị theo yêu cầu ứng dụng nhằm tối ưu hiệu quả đầu tư. Đối với các ứng dụng liên quan đến thanh toán thương mại, giao nhận sản phẩm hoặc đo lường năng lượng, nên lựa chọn cấp chính xác cao như 0.5%, 1.0% hoặc cao hơn. Đối với các ứng dụng điều khiển quy trình công nghiệp, có thể lựa chọn cấp chính xác phù hợp theo yêu cầu hệ thống. Trường hợp chỉ giám sát lưu lượng thông thường, có thể sử dụng các cấp chính xác 1.5% hoặc 2.5% để tiết kiệm chi phí đầu tư.
2. Lựa chọn theo môi chất đo
Khi đo lưu lượng khí, hơi hoặc chất lỏng, vận tốc dòng chảy làm việc nên nằm trong phạm vi khuyến nghị của nhà sản xuất để đảm bảo độ chính xác cao nhất. Thông thường:
Khí và hơi: 5 – 50 m/s.
Chất lỏng: 0,5 – 7 m/s.
Đường kính của lưu lượng kế không nhất thiết phải trùng với đường kính đường ống hiện hữu. Nếu vận tốc dòng chảy quá thấp, nên lựa chọn thiết bị có đường kính nhỏ hơn hoặc sử dụng đoạn thu để tăng vận tốc môi chất, giúp thiết bị hoạt động trong vùng đo tối ưu.
3. Lựa chọn cảm biến lưu lượng xoáy
Đối với các ứng dụng đo hơi nước bão hòa hoặc hơi quá nhiệt, nên lựa chọn cảm biến lưu lượng xoáy có khả năng chịu nhiệt cao và hỗ trợ bù nhiệt độ, áp suất. Trong quá trình vận hành, cần đảm bảo lưu lượng thực tế luôn cao hơn ngưỡng lưu lượng tối thiểu của thiết bị nhằm duy trì độ chính xác đo ổn định.
Kích thước của lưu lượng kế nên được lựa chọn dựa trên lưu lượng tiêu thụ thực tế thay vì chỉ căn cứ vào kích thước đường ống.
4. Lựa chọn bộ truyền áp suất và nhiệt độ
Đối với hệ thống hơi hoặc khí có áp suất thay đổi thường xuyên, nên trang bị thêm bộ cảm biến áp suất và nhiệt độ để thực hiện chức năng bù lưu lượng tự động. Việc bù áp suất và nhiệt độ giúp tính toán chính xác lưu lượng thể tích tiêu chuẩn hoặc lưu lượng khối lượng, đặc biệt trong các ứng dụng đo hơi nước, khí nén và khí tự nhiên.
5. Lựa chọn bộ hiển thị và truyền tín hiệu
Nên lựa chọn bộ chuyển đổi thông minh có khả năng hiển thị lưu lượng tức thời, lưu lượng tích lũy, nhiệt độ, áp suất và các thông số vận hành khác. Thiết bị hiện đại thường hỗ trợ nhiều chuẩn tín hiệu như:
4–20mA.
Xung tần số.
RS485/Modbus RTU.
HART (tùy chọn).
Các chức năng này giúp lưu lượng kế dễ dàng tích hợp với PLC, SCADA, DCS và các hệ thống giám sát tự động trong nhà máy.
6. Lựa chọn theo điều kiện lắp đặt
Cần xem xét vị trí lắp đặt, chiều dài đoạn ống thẳng, nhiệt độ môi trường và mức độ rung động của đường ống. Đối với môi trường ngoài trời hoặc khu vực có độ ẩm cao, nên lựa chọn thiết bị có cấp bảo vệ từ IP65 trở lên. Trong các khu vực có yêu cầu an toàn cao, cần sử dụng phiên bản chống cháy nổ theo tiêu chuẩn Ex phù hợp.
7. Lựa chọn theo ngành ứng dụng
Lưu lượng kế xoáy khí được ứng dụng rộng rãi trong:
Hệ thống hơi nước công nghiệp.
Khí nén nhà máy.
Khí tự nhiên (Natural Gas).
LPG, biogas.
Hệ thống HVAC.
Nhà máy điện.
Hóa chất và hóa dầu.
Thực phẩm, đồ uống và dược phẩm.
Hệ thống cấp thoát nước và xử lý môi trường.
Việc lựa chọn đúng model lưu lượng kế xoáy theo từng ứng dụng sẽ giúp nâng cao độ chính xác đo lường, kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí vận hành trong suốt quá trình sử dụng.
Lựa chọn sản phẩm đồng hồ đo lưu lượng xoáy
Việc lựa chọn đúng loại lưu lượng kế xoáy khí là điều kiện tiên quyết để đảm bảo sử dụng hiệu quả và đạt độ chính xác cao trong quá trình đo lưu lượng. Các yếu tố quan trọng cần xem xét bao gồm: đường kính đường ống (DN), phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi chất, áp suất làm việc, tín hiệu đầu ra và loại môi chất cần đo.
Tiêu chí lựa chọn
Việc lựa chọn đúng loại lưu lượng kế xoáy là rất quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu. Loại lưu lượng kế cần chọn phải được xác định dựa trên các đặc tính vật lý của môi chất cần đo. Điều này đảm bảo rằng đường kính danh nghĩa, phạm vi đo lưu lượng, vật liệu thân đồng hồ, khả năng chịu nhiệt, khả năng chịu áp suất và tín hiệu đầu ra của thiết bị đều phù hợp với yêu cầu vận hành và đo lường thực tế.
Kiểm tra độ chính xác của chức năng
Cần lựa chọn cấp độ chính xác và chức năng của thiết bị dựa trên yêu cầu đo lường và kịch bản ứng dụng để đảm bảo hiệu quả chi phí. Ví dụ, đối với các ứng dụng liên quan đến thanh toán thương mại, giao nhận sản phẩm và đo lường năng lượng, nên chọn cấp độ chính xác cao hơn, chẳng hạn như 1.0 hoặc tốt hơn. Đối với các ứng dụng điều khiển quy trình, nên chọn các cấp độ chính xác khác nhau dựa trên yêu cầu điều khiển. Trong một số ứng dụng chỉ đo lưu lượng quy trình mà không cần điều khiển và đo lường chính xác, có thể chọn cấp độ chính xác thấp hơn một chút, chẳng hạn như 1.5 hoặc 2.5, giúp giảm chi phí đầu tư và vận hành.
Phương tiện đo lường được
Khi đo vận tốc dòng chảy của một môi chất, lưu lượng toàn thang đo của lưu lượng kế xoáy có thể được lựa chọn trong khoảng vận tốc phù hợp đối với từng loại môi chất, đây là một phạm vi tương đối rộng. Thông số kỹ thuật của thiết bị (đường kính) không nhất thiết phải giống với đường ống dẫn. Nó nên được xác định dựa trên việc lưu lượng đo được có nằm trong phạm vi vận tốc làm việc tối ưu hay không. Nghĩa là, khi vận tốc trong đường ống quá thấp so với yêu cầu của lưu lượng kế, hoặc khi độ chính xác đo không thể được đảm bảo ở vận tốc này, cần phải giảm đường kính thiết bị để tăng vận tốc dòng chảy trong ống và thu được kết quả đo đạt yêu cầu.
Lựa chọn bộ truyền tín hiệu dòng xoáy
Trong phép đo hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt hoặc khí công nghiệp, thường sử dụng cảm biến lưu lượng xoáy có khả năng chịu nhiệt và chống rung tốt. Vì bộ truyền lưu lượng xoáy có phạm vi đo nhất định, trong các ứng dụng thực tế điều cần cân nhắc chính là lưu lượng đo được không được thấp hơn giới hạn dưới của bộ truyền; nghĩa là vận tốc môi chất không được thấp hơn giá trị tối thiểu mà nhà sản xuất quy định. Đường kính của bộ truyền lưu lượng xoáy nên được lựa chọn dựa trên lưu lượng tiêu thụ thực tế của hệ thống chứ không chỉ dựa vào đường kính đường ống hiện có.
Lựa chọn bộ truyền áp suất bù áp
Do đường ống dẫn hơi nước hoặc khí thường có chiều dài lớn và áp suất làm việc thay đổi theo tải vận hành, cần phải sử dụng phương pháp bù áp suất hoặc bù nhiệt độ và áp suất. Xét đến mối tương quan giữa áp suất, nhiệt độ và mật độ môi chất, việc sử dụng cảm biến áp suất giúp nâng cao độ chính xác của phép đo. Tùy thuộc vào áp suất vận hành thực tế của hệ thống, có thể lựa chọn phạm vi đo phù hợp để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong thời gian dài.
Lựa chọn thiết bị hiển thị
Thiết bị hiển thị lưu lượng thông minh có các chức năng bù nhiệt độ, bù áp suất, hiển thị lưu lượng tức thời và tính toán lưu lượng tích lũy. Ngoài ra, thiết bị còn có thể hỗ trợ các tín hiệu truyền thông như 4-20mA, xung tần số, RS485 hoặc Modbus, giúp dễ dàng kết nối với PLC, DCS, SCADA và các hệ thống điều khiển tự động trong nhà máy, đáp ứng yêu cầu giám sát và quản lý dữ liệu hiện đại.
Tính toán lưu lượng
Pn, P — lần lượt là áp suất tuyệt đối trong điều kiện tiêu chuẩn và điều kiện làm việc thực tế, đơn vị Pa;
Tn, T — lần lượt là nhiệt độ tuyệt đối trong điều kiện tiêu chuẩn và điều kiện vận hành, đơn vị Kelvin (K);
Zn, Z — lần lượt là hệ số nén của khí trong điều kiện tiêu chuẩn và điều kiện vận hành thực tế.
Khi đo lưu lượng khí bằng lưu lượng kế xoáy khí, các thông số áp suất, nhiệt độ và hệ số nén được sử dụng để quy đổi lưu lượng thể tích thực tế về lưu lượng thể tích tiêu chuẩn hoặc lưu lượng khối lượng, giúp nâng cao độ chính xác trong các ứng dụng đo khí nén, khí tự nhiên, khí công nghiệp và hơi nước.
Kiểm định và hiệu chuẩn
Trong bối cảnh yêu cầu quản lý năng lượng ngày càng được chú trọng, các quy định hiện hành yêu cầu những lưu lượng kế xoáy khí sử dụng cho mục đích thanh toán thương mại hoặc kiểm soát năng lượng phải được kiểm định bởi các cơ quan có thẩm quyền và được cấp chứng nhận trước khi đưa vào sử dụng.
Hiện nay có hai phương pháp thường được sử dụng để hiệu chuẩn lưu lượng kế xoáy khí:
Phương pháp đồng hồ chuẩn
Một lưu lượng kế có độ chính xác cao được sử dụng làm thiết bị chuẩn và được mắc nối tiếp với lưu lượng kế cần kiểm định. Việc hiệu chuẩn có thể thực hiện theo phương pháp tĩnh hoặc động. Bằng cách so sánh kết quả đo giữa thiết bị chuẩn và thiết bị cần kiểm định, có thể xác định sai số của lưu lượng kế.
Đặc điểm của phương pháp sử dụng đồng hồ chuẩn:
Thiết bị chuẩn phù hợp với nhiều loại môi chất khác nhau như không khí, khí nén, khí tự nhiên và một số loại khí công nghiệp khác, đồng thời có thể áp dụng cho nhiều điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau.
Trong quá trình kiểm định, lưu lượng kế chuẩn và lưu lượng kế cần kiểm tra được lắp trên cùng một hệ thống đường ống kín, giúp hạn chế sai số do thời gian đo.
Lưu lượng kế chuẩn có thể cùng loại hoặc khác loại với lưu lượng kế đang được kiểm định, miễn đáp ứng yêu cầu về cấp chính xác.
Phương pháp này cho phép thực hiện hiệu chuẩn mà không cần dừng hoàn toàn quá trình vận hành của hệ thống, phù hợp với việc kiểm định trực tuyến trong các nhà máy và hệ thống công nghiệp.
Quy trình kiểm định có thể tự động hóa cao, đảm bảo độ kín, an toàn vận hành và không gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
Thiết bị kiểm định thường có kết cấu gọn nhẹ, dễ vận hành, thuận tiện cho việc di chuyển, lắp đặt và giảm chi phí đầu tư.
Các đồng hồ chuẩn cần được kiểm định định kỳ để duy trì độ chính xác và độ ổn định lâu dài. Chu kỳ hiệu chuẩn của thiết bị chuẩn thường ngắn hơn so với các thiết bị đo thông thường.
Phương pháp chuông thủy tinh
Phương pháp chuông thủy tinh sử dụng một bình hình chuông được úp ngược trong bể chứa chất lỏng làm kín như nước hoặc dầu. Bình nổi trong môi trường chất lỏng kín và có thể tích đã được xác định trước. Bằng cách đo thể tích khí đi vào hoặc thoát ra khỏi chuông trong một khoảng thời gian nhất định, lưu lượng khí có thể được xác định một cách chính xác.
Phương pháp chuông thủy tinh là một trong những phương pháp chuẩn dùng để hiệu chuẩn lưu lượng khí thể tích.
Khi hiệu chuẩn lưu lượng kế xoáy khí bằng phương pháp chuông, có thể áp dụng hai hình thức là phương pháp hút và phương pháp xả. Với phương pháp hút, áp suất làm việc thường lớn hơn áp suất trong chuông nên tạo ra lưu lượng lớn hơn. Đối với phương pháp xả, áp suất làm việc thấp hơn áp suất trong chuông nên lưu lượng tạo ra nhỏ hơn.
Có hai loại chuông thủy tinh phổ biến gồm chuông kín bằng nước và chuông kín bằng dầu. Đối với hệ thống chuông kín bằng nước, khi thực hiện hiệu chuẩn bằng phương pháp xả khí và nhiệt độ của khí thấp hơn nhiệt độ nước trong chuông, cần tính đến sai số do hơi nước ngưng tụ trong quá trình đo.
Phương pháp chuông thủy tinh chủ yếu được sử dụng để kiểm định các thiết bị đo khí hoạt động ở áp suất gần áp suất khí quyển. Phương pháp này thường được áp dụng để hiệu chuẩn đồng hồ đo khí dân dụng, đồng hồ đo khí công nghiệp và lưu lượng kế khí lưu lượng nhỏ. Dải lưu lượng hiệu chuẩn thường không quá 3000–5000 m³/h và độ chính xác của hệ thống có thể đạt từ 0,2% đến 0,5%.
Ứng dụng công nghiệp đồng hồ đo lưu lượng xoáy
Môi trường đo lường: Chất lỏng, khí và hơi nước.
Đường kính danh nghĩa: DN15–DN300 (có thể sản xuất các kích thước phi tiêu chuẩn theo yêu cầu của khách hàng).
Dải nhiệt độ làm việc: -40℃ ~ 350℃.
Áp suất làm việc: PN1.6MPa; PN2.5MPa; PN4.0MPa. Các mức áp suất cao hơn có thể được chế tạo theo yêu cầu thực tế.
Tỷ lệ đo: Tỷ lệ tiêu chuẩn 1:10, tỷ lệ mở rộng 1:15.
Hệ số tổn thất áp suất: Cd ≤ 2.6.
Độ chính xác của hệ thống: Chất lỏng và khí ±1%; hơi nước ±1,5%; lưu lượng kế kiểu chèn ±2,5%.
Nguồn cấp: Cảm biến sử dụng +12VDC hoặc +24VDC (tùy chọn), bộ chuyển đổi tín hiệu sử dụng +24VDC.
Thiết bị hiển thị tại chỗ được tích hợp pin lithium 3.6V và hỗ trợ các dạng tín hiệu đầu ra khác nhau, bao gồm tín hiệu xung tần số 0.1~3000Hz, mức thấp ≤1V và mức cao ≥6V.
Bộ chuyển đổi hỗ trợ tín hiệu dòng điện chuẩn 4~20mA hai dây.
Gia tốc rung cho phép: Loại áp điện ≤0,2g.
Nhiệt độ môi trường: -40℃~55℃ đối với loại thông thường, -20℃~55℃ đối với loại chống cháy nổ.
Độ ẩm môi trường: Độ ẩm tương đối 5~85%.
Khoảng cách truyền tín hiệu: ≤500m.
Giao diện dây tín hiệu: Ren trong M20×1.5.
Cấp chống cháy nổ: Ex ia IIC T2-T5.
Cấp bảo vệ: IP65 đối với loại tiêu chuẩn, IP68 đối với loại ngâm nước.
Vật liệu chế tạo: Vỏ bộ chuyển đổi bằng hợp kim nhôm, thân lưu lượng kế bằng inox 304 (1Cr18Ni9Ti). Có thể lựa chọn các vật liệu đặc biệt khác theo yêu cầu sử dụng.
Phạm vi áp dụng
Công nghệ và thiết bị đo lưu lượng bằng lưu lượng kế xoáy được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau.
Quy trình sản xuất công nghiệp
Lưu lượng kế là một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống đo lường và tự động hóa công nghiệp. Thiết bị được sử dụng rộng rãi trong các ngành luyện kim, điện lực, khai thác than, hóa chất, dầu khí, giao thông vận tải, xây dựng, dệt may, thực phẩm và dược phẩm.
Lưu lượng kế giữ vai trò quan trọng trong hoạt động sản xuất và quản lý kinh tế, góp phần tiết kiệm năng lượng, nâng cao chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa hiệu quả vận hành. Trong hệ thống điều khiển tự động, lưu lượng kế vừa đóng vai trò là thiết bị phát hiện tín hiệu, vừa là thiết bị đo tổng lượng môi chất phục vụ công tác giám sát và điều khiển quy trình.
Đo lường năng lượng
Năng lượng được phân thành năng lượng sơ cấp như than đá, dầu thô và khí tự nhiên; năng lượng thứ cấp như điện năng, hơi nước, khí công nghiệp và nhiên liệu tinh chế; cùng các môi chất truyền tải năng lượng như khí nén, oxy, nitơ, hydro và nước.
Đo lường năng lượng là công cụ quan trọng trong quản lý tiêu thụ năng lượng, thực hiện tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải. Đồng hồ đo lưu lượng là thành phần không thể thiếu trong các hệ thống đo lường năng lượng. Các môi chất như nước, khí tự nhiên, khí công nghiệp, hơi nước và các sản phẩm dầu mỏ đều cần sử dụng lưu lượng kế để phục vụ công tác quản lý và hạch toán năng lượng.
Kỹ thuật bảo vệ môi trường
Khí thải, nước thải và chất thải công nghiệp là những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng không khí và nguồn nước. Vì vậy, việc kiểm soát lưu lượng và giám sát phát thải đóng vai trò quan trọng trong công tác bảo vệ môi trường.
Tại các nhà máy nhiệt điện, xi măng, hóa chất và luyện kim, lưu lượng kế được sử dụng kết hợp với hệ thống phân tích khí thải để tạo thành hệ thống quan trắc hoàn chỉnh. Tuy nhiên, việc đo lưu lượng khí thải thường gặp nhiều khó khăn do kích thước ống lớn, thành phần khí thay đổi liên tục, nhiệt độ cao, môi trường ăn mòn và điều kiện lắp đặt hạn chế.
Vận tải
Hiện nay có năm phương thức vận tải chính gồm đường sắt, đường bộ, đường hàng không, đường thủy và đường ống. Trong đó, vận tải bằng đường ống ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực dầu khí, hóa chất, khí công nghiệp và cấp thoát nước.
Trong các hệ thống đường ống, lưu lượng kế đóng vai trò như “mắt xích” quan trọng giúp giám sát lưu lượng, điều phối vận hành, kiểm soát an toàn và thực hiện công tác hạch toán kinh tế. Đây là thiết bị không thể thiếu trong quá trình quản lý và vận hành hệ thống vận chuyển môi chất.
Lưu lượng kế xoáy yêu cầu các đoạn ống thẳng phía trước và phía sau vị trí lắp đặt để đảm bảo độ chính xác đo lường. Nếu không đáp ứng đúng yêu cầu kỹ thuật, sai số đo có thể tăng lên và ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành của hệ thống.
Ưu điểm trong điều kiện vận hành thực tế
Lưu lượng kế xoáy sử dụng công nghệ vi xử lý tiết kiệm năng lượng kết hợp nguồn pin lithium tuổi thọ cao, cho phép thiết bị hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không cần nguồn cấp bên ngoài. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư cáp tín hiệu, nguồn điện và thiết bị hiển thị. Thiết bị có khả năng hiển thị trực tiếp lưu lượng tức thời, lưu lượng tích lũy và các thông số vận hành ngay tại hiện trường, thuận tiện cho việc giám sát và quản lý.
Lưu lượng kế xoáy tích hợp chức năng bù nhiệt độ được trang bị cảm biến nhiệt độ chuyên dụng, cho phép đo trực tiếp nhiệt độ của hơi nước bão hòa và tự động tính toán các thông số liên quan để hiển thị lưu lượng khối lượng một cách chính xác. Đối với phiên bản tích hợp bù nhiệt độ và áp suất, thiết bị được trang bị đồng thời cảm biến nhiệt độ và cảm biến áp suất, giúp đo trực tiếp các thông số của môi chất khí và tính toán lưu lượng thể tích tiêu chuẩn theo điều kiện chuẩn.
Điều kiện đường ống của lưu lượng kế xoáy
1. Điều kiện môi chất
Dòng chảy phải là dòng chảy một chiều và lấp đầy hoàn toàn tiết diện đường ống. Môi chất cho phép chứa một lượng nhỏ bọt khí hoặc hạt rắn lơ lửng trong chất lỏng; đối với môi trường khí có thể chứa lượng nhỏ bụi, hạt rắn hoặc sương mù. Đối với hơi nước bão hòa, độ khô yêu cầu không được thấp hơn 85%. Không cho phép dòng chảy xoáy mạnh hoặc dao động xung. Số Reynolds phải lớn hơn 4000 và nhiệt độ, áp suất vận hành phải nằm trong phạm vi cho phép của thiết bị.
2. Điều kiện đường ống
Trước và sau cảm biến cần bố trí các đoạn ống thẳng có chiều dài phù hợp, đường kính trong đồng đều và tương ứng với đường kính danh nghĩa DN của thiết bị. Chiều dài đoạn ống thẳng phụ thuộc vào điều kiện dòng chảy phía thượng lưu nhằm bảo đảm môi chất đạt trạng thái dòng chảy ổn định trước khi đi qua cảm biến.
1. Lắp đặt bộ chỉnh lưu
Trong trường hợp không gian lắp đặt hạn chế và không đáp ứng được yêu cầu về đoạn ống thẳng, nên sử dụng bộ chỉnh lưu dòng chảy. Bộ chỉnh lưu nhiều lỗ với kết cấu đơn giản, tổn thất áp suất thấp và dễ lắp đặt sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng dòng chảy trước khi đi vào lưu lượng kế.
2. Điều kiện lắp đặt
Thiết bị cần được lắp đặt tránh xa các nguồn rung động mạnh. Nếu không thể tránh khỏi rung động, nên bố trí thêm giá đỡ và đệm cao su giảm chấn tại vị trí cách cảm biến khoảng 2D ở cả hai phía. Đường kính của cảm biến phải đồng tâm với đường kính trong của đường ống. Khi hàn mặt bích, không được để vật liệu hàn hoặc gioăng làm nhô vào bên trong đường ống. Hướng lắp đặt phải tuân thủ đúng chiều mũi tên chỉ hướng dòng chảy trên thân thiết bị. Đối với môi chất nhiệt độ cao, ưu tiên các vị trí lắp ngang hoặc bên hông đường ống; đối với môi chất nhiệt độ thường hoặc thấp, có thể lắp đặt theo vị trí tiêu chuẩn.
3. Hệ thống bù nhiệt độ và áp suất
Trong các ứng dụng yêu cầu đo lưu lượng khối lượng hoặc lưu lượng tiêu chuẩn, bộ truyền áp suất (P) và cảm biến nhiệt độ (T) cần được lắp đặt trên đoạn ống thẳng phù hợp để đảm bảo độ chính xác của quá trình bù nhiệt độ và áp suất.
4. Lắp đặt tại khu vực dễ cháy nổ
Trong quá trình vận chuyển và lắp đặt, gia tốc tác động lên thiết bị không được vượt quá 2g. Việc lắp đặt phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn điện đối với khu vực nguy hiểm có nguy cơ cháy nổ. Lưu lượng kế xoáy phải được sử dụng cùng nguồn cấp và rào chắn an toàn chuyên dụng hoặc lựa chọn phiên bản chống cháy nổ phù hợp. Thiết bị không được kết nối trực tiếp với các hệ thống nguồn điện không đáp ứng yêu cầu an toàn phòng nổ.
Đo hơi nước
Lưu lượng kế xoáy được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đường ống công nghiệp để đo lưu lượng của nhiều loại môi chất như khí, chất lỏng và hơi nước. Với độ chính xác cao, phạm vi đo rộng và khả năng làm việc ổn định, đây là một trong những dòng lưu lượng kế hiện đại và được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất, lò hơi và hệ thống năng lượng.
Có ba phương pháp chính để đo hơi nước bằng lưu lượng kế xoáy:
Thứ nhất, phổ biến nhất hiện nay là lưu lượng kế xoáy tích hợp bù nhiệt độ và áp suất. Đây là phương pháp đo lưu lượng khối lượng gián tiếp. Thiết bị đo lưu lượng thể tích thông qua nguyên lý xoáy Karman, đồng thời thu thập tín hiệu nhiệt độ và áp suất để tính toán mật độ hơi. Từ đó, hệ thống tự động quy đổi và hiển thị lưu lượng khối lượng với độ chính xác cao. Đây là giải pháp được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo hơi nước công nghiệp.
Thứ hai là lưu lượng kế xoáy đo trực tiếp lưu lượng khối lượng. Nguyên lý hoạt động dựa trên mối quan hệ tỷ lệ giữa cường độ xoáy và lưu lượng khối lượng của môi chất. Thông qua việc phân tích cường độ xoáy hình thành sau vật cản, thiết bị có thể tính toán trực tiếp khối lượng môi chất đi qua. Dòng sản phẩm này từng được phát triển bởi các hãng lớn như Yokogawa, tuy nhiên do chi phí cao và độ chính xác thực tế chưa đạt kỳ vọng nên chưa được sử dụng rộng rãi trên thị trường.
Thứ ba là lưu lượng kế khối lượng xoáy kết hợp áp suất chênh lệch. Phương pháp này sử dụng đồng thời tín hiệu lưu lượng xoáy và tín hiệu chênh áp để xác định lưu lượng khối lượng. Hai điểm lấy áp được bố trí ở phía thượng lưu và hạ lưu của bộ tạo xoáy trên cùng một trục. Khoảng cách giữa hai điểm lấy áp ảnh hưởng trực tiếp đến độ lớn và độ ổn định của tín hiệu chênh áp. Khoảng cách càng nhỏ thì tín hiệu càng lớn nhưng độ ổn định giảm; khoảng cách càng lớn thì tín hiệu ổn định hơn nhưng giá trị chênh áp nhỏ hơn. Vì vậy, việc lựa chọn vị trí lấy áp phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ chính xác của phép đo. Hiện nay, công nghệ này đã được nhiều đơn vị trong nước nghiên cứu, phát triển và đưa vào ứng dụng thực tế.
Hướng dẫn đấu dây đồng hồ đo lưu lượng xoáy
Cảm biến lưu lượng kế xoáy thường sử dụng hệ thống đấu dây ba dây, bao gồm dây nguồn, dây tín hiệu và dây nối đất nguồn. Cáp kết nối nên sử dụng loại cáp chống nhiễu ba lõi có lớp bọc bảo vệ. Lớp chống nhiễu chỉ được nối đất tại đầu cảm biến và không nối đất tại đầu thiết bị thứ cấp nhằm tránh hình thành vòng lặp nhiễu. Ba lõi dây lần lượt được kết nối với cực nguồn, cực tín hiệu và cực nối đất theo đúng sơ đồ kỹ thuật của nhà sản xuất.
Đối với bộ chuyển đổi hoặc bộ phát tín hiệu dạng hai dây 4–20mA, việc đấu nối được thực hiện bằng cáp hai lõi. Cực “+” của bộ phát được kết nối với nguồn cấp +24VDC và đồng thời nối vào cực dương của thiết bị nhận tín hiệu. Cực “-” của bộ phát được nối về cực âm của nguồn điện 24VDC. Sau khi hoàn thành đấu nối, thiết bị sẽ xuất tín hiệu dòng điện chuẩn 4–20mA để truyền dữ liệu lưu lượng đến PLC, DCS, bộ hiển thị hoặc hệ thống giám sát trung tâm.
