Cấu tạo đồng hồ nước là phần kiến thức quan trọng, và nhận được nhiều sự quan tâm của người dùng, trong nhiều năm làm việc trong lĩnh vực thiết kế công trình đường ống nước, và giám sát kỹ thuật. Chúng tôi không ít lần nhận được những câu hỏi liên quan đến cấu tạo và hoạt động của đồng hồ nước.

Khái quát về đồng hồ nước

Đồng hồ nước là loại đồng hồ đo lưu lượng được thiết kế, để phù hợp cho việc đo lưu lượng nước chảy bên trong các hệ thống đường ống. Đồng hồ nước là một thiết bị quan trọng trong việc đo lường và quản lý tiêu thụ nước. Chúng thường được sử dụng tại các hộ gia đình, doanh nghiệp, tổ chức và cơ quan chính phủ để theo dõi lượng nước đã sử dụng và tính toán chi phí nước.

Đồng hồ nước còn được gọi với nhiều cái tên khác nhau như:

Đồng hồ đo lưu lượng nước.
Công tơ nước.
Đồng hồ đo nước.

Có nhiều loại đồng hồ đo lưu lượng khác nhau, mỗi loại thực hiện việc đo lưu lượng dòng chảy của nước, thông qua những công nghệ đo lường khác nhau, điều này dẫn đến sự khác biệt về cấu tạo của đồng hồ nước.

Đặc điểm của đồng hồ nước

Đồng hồ đo lưu lượng nước là thiết bị đo lưu lượng, của nước chảy qua một vị trí nhất định trên hệ thống đường ống. Chúng có những đặc điểm như sau:

Kích thước: Được thiết kế để lắp đặt trên hệ thống đường ống, kích thước của đồng hồ nước, tương đồng với kích thước của đường ống, thường là từ DN15 đến DN600 và có những thiết bị được thiết kế ngoại cỡ.
Cách thức lắp đặt: Thiết bị được cung cấp với nhiều tùy chọn về cách thức lắp đặt khác nhau bao gồm, lắp ren, lắp bích, lắp clamp. Việc lựa chọn kiểu lắp của đồng hồ, cần cân nhắc dựa trên các yếu tố áp suất làm việc, nhiệt độ làm việc, yêu cầu vệ sinh định kỳ,…
Vật liệu chế tạo: Đồng hồ đo lưu lượng được chế tạo từ nhiều loại vật liệu có thể là nhựa, đồng thau, thép, gang, thép không gỉ,… Điều này giúp cho thiết bị có thể ứng dụng tốt trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau.
Áp suất làm việc: Trong quá trình thực hiện việc đo lưu lượng dòng chảy của nước bên trong hệ thống, thiết bị tiếp xúc trực tiếp với dòng chảy và trực tiếp chịu tác dụng từ áp lực của nước lên trên thân của đồng hồ. Điều này đòi hỏi đồng hồ đo lưu lượng, cần đáp ứng được khả năng chịu áp lực của nước, các ngưỡng áp suất mà thiết bị được thiết kế là 10 bar, 16 bar, 20 bar,…
Nhiệt độ làm việc: Xuất phát từ đặc tính của nước (đóng băng dưới 0℃ sôi ở khoảng 100℃), đồng hồ đo nước được chế tạo để có thể làm việc, trong phạm vi nhiệt độ khoảng từ 0℃ đến 90℃, tùy từng loại đồng hồ cụ thể.

Cấu tạo đồng hồ nước

Ở thời điểm hiện tại, đồng hồ nước được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, điều này dẫn đến sự phát triển nhiều loại đồng hồ đo nước, nếu xét về cấu tạo và chức năng, đồng hồ đo nước, có thể được chia ra làm 2 nhóm chính bao gồm: Đồng hồ nước dạng cơ và đồng hồ nước điện tử.

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo của một số loại đồng hồ phổ biến.

Cấu tạo đồng hồ nước dạng cơ

Đồng hồ nước dạng cơ là những thiết bị đo lượng nước, được cầu thành từ nhiều chi tiết cơ khí, chúng liên kết lại với nhau thành những cơ cấu truyền động.

Cấu tạo đồng hồ nước cánh quạt (tuabin)

Đồng hồ nước cánh quạt, còn được gọi là đồng hồ nước tuabin, là một thiết bị đo áp dụng kiểu thiết kế cổ điển, để đo lượng nước tiêu thụ trong một hệ thống cung cấp nước.

Dưới đây là cấu tạo đồng hồ nước dạng cánh quạt:

Vỏ ngoài: Bộ phận vỏ được chế tạo từ nhựa hoặc hợp kim (đồng thau, thép, hoặc thép không gỉ), có hai đầu kết nối để liên kết với hệ thống đường ống cần đo. Với chức năng là liên
Cánh quạt (tuabin): Cánh quạt là một bộ phận quan trọng cấu tạo của đồng hồ nước. Nó được thiết kế để xoay khi nước chảy qua. Số vòng quay của cánh quạt được sử dụng để, dẫn động cho bộ đếm của đồng hồ. Chi tiết này được chế tạo từ nhựa hoặc thép không gỉ.
Bộ đếm vòng quay: Đây là bộ phận được cấu thành từ nhiều chi tiết bánh răng lên kết với nhau, và các vòng đếm số phía trên mặt đồng hồ. Chuyển động quay của cánh quạt được sử dụng để vận hành bộ đếm. Khi bộ đến vòng quay hoạt động, nó kéo theo chuyển động của các bánh xe số, từ đó cho biết giá trị về lượng nước đi qua đồng hồ.
Mặt đồng hồ: Mặt của đồng hồ đo lưu lượng là nơi quan sát giá trị mà thiết bị đo được, bề mặt trên cùng bảo vệ bằng một lớp kính, không cho bụi bẩn lọt vào trong, đồng thời mặt kính trong suốt đảm bảo khả năng quan sát dễ dàng.

Cấu tạo đồng hồ nước dạng đĩa lắc (Nutating Disk)

Đồng hồ nước đĩa lắc (Nutating Disk) là loại đồng hồ nước sử dụng chuyển động mất cân bằng của một cái đĩa để, dẫn động cho bộ đếm.

Dưới đây là cấu tạo cơ bản của một đồng hồ nước đĩa lắc:

Vỏ ngoài: Bộ phận vỏ của đồng hồ vẫn được chế tạo từ những loại vật liệu giống với, đồng hồ loại cánh quạt tuy nhiên nó có đặc điểm hình dạng khác nhau.
Đĩa lắc (Nutating Disk): Bộ phận đĩa lắc được có được đặt bên trong thân của đồng hồ, khi có dòng chảy của nước đi qua thân đồng hồ, làm cho bộ phận này chuyển động. Chi tiết đĩa lắc thường được chế tạo từ kim loại hoặc nhựa.
Bộ đếm vòng quay: Bộ đếm vòng quay được cấu thành từ thống nhiều chi tiết bánh răng cơ khí ăn khớp với nhau, chúng tiếp nhận chuyển động từ bộ phận đĩa lắc, sau đó biến đổi thành chuyển động của bánh xe số và các kim, trên mặt đồng hồ.
Mặt đồng hồ: Thông qua mặt đồng hồ người dùng có thể quan sát để thu thập thông tin về lượng nước mà đồng hồ đo được.

Cấu tạo đồng hồ nước dạng đĩa lắc (Nutating Disk)

Cấu tạo đồng hồ nước điện tử

Đồng hồ nước điện tử (electronic water meter), hay còn được gọi là đồng hồ nước kỹ thuật số (digital water meter), là thiết bị đo lượng nước, được hợp giữa các bộ phận cơ khí và các loại linh kiện điện tử với nhau. Một số công nghệ đo lường, được áp dụng trên đồng hồ nước điện tử, có thể kể đến như:

Đo lưu lượng bằng sóng siêu âm, đối với đồng hồ đo lưu lượng siêu âm.
Đo lưu lượng nhờ vào định luật Faraday, đối với đồng hồ đo lưu lượng điện từ.
Đo lưu lượng bằng cách đếm số vòng quay của cánh quạt, đối với đồng hồ đo lưu lượng tuabin, và một số công nghệ khác.

Sau đây là cấu tạo của các loại đồng hồ nước điện tử, được ứng dụng phổ biến.

Cấu tạo đồng hồ nước điện từ

Đồng hồ nước điện từ hay còn được gọi là đồng hồ đo lưu lượng điện từ, đây là loại đồng hồ đo được đánh giá rất phù hợp cho việc đo lưu lượng của chất lỏng. Một điều cần hết sức lưu ý là đồng hồ điện từ chỉ có thể đo lưu lượng đối với những loại chất lưu có khả năng dẫn điện.

Cấu tạo đồng hồ nước điện từ bao gồm:

Thân đồng hồ: Có hình dáng giống như một đoạn đường ống, phần thân được liên kết trực tiếp với đường ống, nước từ bên trong hệ thống sẽ chảy vào bên trong đồng hồ. Vật liệu chế tạo thường là thép cacbon, bề mặt bên trong được phủ một lớp teflon (nhằm mục đích không cho chất lỏng tiếp xúc trực tiếp với thành đồng hồ, gây ra nhiễu điện từ đó, ảnh hưởng đến độ chính xác trong đo lường.
Cuộn dây: Bên ngoài đường ống được bố trí hai cuộn dây đồng, đối xứng nhau, chúng được sử dụng với mục đích tạo ra một từ trường ổn định bên trong thân đồng hồ. Khi nước hoặc lưu chất cần đo, đi vào trong vùng từng trường này, bên trong dòng nước sẽ phát sinh dòng điện (điều này được giải thích bằng định luật Faraday). Cuộn dây được cuốn nhiều vòng từ sợi dây đồng được sơn cách điện.
Điện cực: Điện cực được đặt vào ống đo lưu lượng và nằm ở hai bên thành đường ống, chúng được bố trí đối xứng nhau. Các điện cực này làm việc trực tiếp với chất lỏng cần đo, dưới tác dụng của dòng điện, là điều kiện để thúc đẩy một số phản ứng điện hóa. Vì vậy chúng được chế tạo từ những loại vật liệu bền bỉ như inox 316, inox 316L.
Dây cáp kết nối: Các dây cáp dẫn điện được kết nối từ điện cực đến một bộ xử lý hoặc bộ điều khiển để ghi nhận và xử lý dữ liệu lưu lượng.
Bộ xử lý và hiển thị: Bộ xử lý nhận dữ liệu từ cảm biến và tính toán lưu lượng, dựa trên nguyên lý làm việc của đồng hồ điện từ. Sau đó, nó hiển thị thông tin lưu lượng trên một màn hình hoặc gửi dữ liệu đó đến các hệ thống điều khiển và giám sát khác.

Cấu tạo đồng hồ nước siêu âm

Đồng hồ đo lưu lượng sử dụng sóng siêu âm để đo lưu lượng của dòng chảy, do không có bộ phận tương tác trực tiếp với chất lỏng, nên đồng hồ đo lưu lượng siêu âm gây cản trở dòng chảy, hoặc xáo trộn dòng chảy

Cấu tạo đồng hồ nước siêu âm bao gồm:

Thân đồng hồ: Không giống với những loại đồng hồ đo lưu lượng còn lại, đồng hồ nước dạng siêu âm, có thể được thiết kế có hoặc không có bộ phận thân. Loại đồng hồ có thân sẽ phù hợp để sử dụng cho những vị trí cố định, trong khi loại đồng hồ không có thân dễ dàng tháo rời để đo lượng tại nhiều vị trí hay nhiều hệ thống khác nhau.
Đầu thu và phát sóng siêu âm: Bộ phận đầu phát có nhiệm phát ra sóng siêu âm với một tần số nhất định và trong lòng đường ống, đầu thu sóng sẽ có nhiệm vụ thu lấy sóng âm đã được phát ra, do tấn số của sóng âm có sự biến đổi phụ thuộc vào tốc độ của dòng chảy, căn cứ vào đó để xác định lưu lượng của nước.
Bộ phận xử lý: Tất cả các loại máy đo lưu lượng loại điện tử, đều có bộ phận xử lý để phân tích và tính toán các số liệu mà cảm biến đo được, từ đó xuất giá trị về lưu lượng đo được lên màn hình đồng hồ.

Cấu tạo của đồng hồ nước tuabin

Đồng hồ nước tuabin sử dụng bộ máy điện tử, và đồng hồ đo lưu lượng tuabin sử dụng bộ máy truyền động cơ học có cấu tạo gần tương đồng với nhau, chúng đều sử dụng chuyển động quay của bộ phận cánh quạt đặt ở bên trong thân đồng hồ, để xác định lưu lượng của dòng chảy cần đo.

Cấu tạo của đồng hồ nước tuabin bao gồm:

Thân đồng hồ: Là thiết kế của một đoạn đường ống bằng thép, hoặc thép không gỉ, hai đầu được thiết kế kiểu lắp ren hoặc lắp bích, để có thể lắp đặt lên hệ thống.
Cánh tuabin: Đa phần được chế tạo từ các loại vật liệu như thép không gỉ hoặc nhựa, chi tiết này được bố trí trong lòng đường ống (thân đồng hồ), nó sẽ quay khi có sự dịch chuyển của dòng chảy chất lỏng. Trên cánh tuabin thường được gắn một viên nam châm, nhằm mục đích tạo ra tín hiệu từ trường cho bộ phận cảm biến vòng quay phía trên hoạt động.
Cảm biến vòng quay: Bộ phận này thường được thiết kế dưới dạng cuộn dây điện, và nó được đặt cố định ngay phía trên cánh tuabin, khi cánh tuabin quay làm nam châm di chuyển, dẫn đến từ trường tác động đến cuộn dây (cảm biến vòng quay) biến động, điều này làm suất hiện một dòng điện bên trong cuộn dây. Dòng điện này được sử dụng làm căn cứ để tính toán lưu lượng.
Bộ phận xử lý: Với thành phần chính là con chip cùng với một số loại linh kiện điện tử cơ bản khác, là bộ phận tiếp nhận tín hiệu dòng điện từ bộ phận cảm biến, kết hợp với những chương trình được nạp vào trước đó, để phân tích và đưa ra dữ liệu về lưu lượng của dòng chảy đi qua đồng hồ đo.

So sánh đồng hồ nước điện tử và đồng hồ nước dạng cơ học

Ở phần trên chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về cấu tạo của hai dòng đồng hồ nước cơ bản, với sự khác biệt về cấu tạo, dẫn chức năng giữa đồng hồ dạng cơ học và đồng hồ dạng điện tử sẽ có những ưu điểm riêng biệt.

Một số điểm cần lưu ý khi so sánh hai dòng đồng hồ đo này bao gồm:

Năng lượng: Đồng hồ đo nước điện tử cần được cung cấp năng lượng điện, để vận hành các bộ phận như cảm biến, bộ phận chip xử lý, màn hình hiển thị,… Trong khi đồng hồ cơ học, vận hành hoàn toàn bằng chính lực được tạo ra từ dòng chảy.
Độ chính xác: Do có nhiều bộ phận cảm biến hiện đại hỗ trợ, có thể hiệu chỉnh một thông số liên quan đến ứng dụng thực tiễn, đồng hồ nước dạng điện tử là giải pháp đo lưu lượng với mức độ chính xác cao hơn.
Độ bền: Đồng hồ nước cơ học, do được cấu thành hoàn toàn từ các chi tiết cơ khí, ngoài ra số lượng bộ phận cũng ít hơn, điều này dẫn đến độ bền của chúng cũng cao hơn.
Giá thành: Do có cấu tạo phức tạp, áp dụng những nguyên lý đo lường hiện đại, đồng hồ đo lưu lượng nước điện tử có giá thành cao hơn rất nhiều so với đồng hồ đo lưu lượng nước dạng cơ.

Đồng hồ nước cơ học và đồng hồ nước điện tử

Kết luận

Trong bài viết này chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo chung và cơ bản, của thiết bị đồng hồ đo nước, tiếp đến là đi sâu vào tìm hiểu cấu tạo chi tiết của một số loại đồng hồ đo lưu lượng được sử dụng phổ biến.

Sự khác biệt về cấu tạo của những loại đồng hồ nước này, bắt nguồn từ việc chúng sử dụng những nguyên lý đo lường khác nhau, từ đó ta có những thiết bị đo lưu lượng nước, có những tính năng phụ trợ đa dạng, để có thể thực hiện công tác đo lường, một cách tối ưu nhất cho từng ứng dụng cụ thể.

Hy vọng bài viết này cung cấp được đến bạn đọc, thông tin hữu ích về cấu tạo đồng hồ nước, từ đó có thể áp dụng để giải quyết những vấn đề trong thực tiễn.