Đo lường là một quá trình đánh giá định hướng đại lượng cần đo đểcó kết
quảbằng sốvới đơn vị đo.
Kết quả đo lường là giá trịbằng sốcủa đại lượng cần đo Ax, nó bằng tỷsốcủa
đại lượng cần đo X và đơn vị đo X0.
Vậy quá trình có thểviết dưới dạng:
Ax=
0 X
X
⇔X= Ax.X
0
Đây là phương trình cơbản của phép đo, nó chỉrõ sựso sánh đại lượng cần đo
với mẫu và cho ra kết quảbằng số.
Quá trình đo được tiến hành thông qua các thao tác cơbản về đo lường sau:
- Thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu.
- Thao tác so sánh.
- Thao tác biến đổi.
- Thao tác thểhiện kết quảhay chỉthị.
¾ Phân loại các cách thực hiện phương pháp đo
• Đo trực tiếp : là cách đo mà kết quảnhận được trực tiếp từmột
phép đo duy nhất .
• Đo gián tiếp : là cách đo mà kết quả được suy ra từphép đo ,từsự
phối hợp của nhiều phép đo trực tiếp.
• Đo thống kê : là phép đo nhiều lần một đại lượng nào đó , trong
cùng một điều kiện và cùng một giá.Từ đó dùng phép tính xác
suất đểthểhiện kết quả đo có độchính xác cần thiết.
65 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1505 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ chỉ thị số 5 kênh, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1
đề tài “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ CHỈ THỊ SỐ 5 KÊNH’’
PHẦN 1
TỔNG QUAN VỀ ĐO NHIỆT ĐỘ
1.1. Các vấn đề cơ bản về kỹ thuật đo lường
1.1.1 Khái niệm:
Đo lường là một quá trình đánh giá định hướng đại lượng cần đo để có kết
quả bằng số với đơn vị đo.
Kết quả đo lường là giá trị bằng số của đại lượng cần đo Ax, nó bằng tỷ số của
đại lượng cần đo X và đơn vị đo X0.
Vậy quá trình có thể viết dưới dạng:
Ax =
0X
X
⇔ X= Ax.X0
Đây là phương trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lượng cần đo
với mẫu và cho ra kết quả bằng số.
Quá trình đo được tiến hành thông qua các thao tác cơ bản về đo lường sau:
- Thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu.
- Thao tác so sánh.
- Thao tác biến đổi.
- Thao tác thể hiện kết quả hay chỉ thị.
¾ Phân loại các cách thực hiện phương pháp đo
• Đo trực tiếp : là cách đo mà kết quả nhận được trực tiếp từ một
phép đo duy nhất .
• Đo gián tiếp : là cách đo mà kết quả được suy ra từ phép đo ,từ sự
phối hợp của nhiều phép đo trực tiếp.
• Đo thống kê : là phép đo nhiều lần một đại lượng nào đó , trong
cùng một điều kiện và cùng một giá.Từ đó dùng phép tính xác
suất để thể hiện kết quả đo có độ chính xác cần thiết.
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2
1.1.2. Các đại lượng đặc trưng của kỹ thuật đo lường
1.1.2.1 Tín hiệu đo và đại lượng đo :
- Tín hiệu đo : là tín hiệu mang thông tin về giá trị của đại lượng đo.Nó có
thể:
+ Tín hiệu liên tục Analog (A)
+ Tín hiệu rời rạc Digital (D)
- Đại lượng đo : là một thông số xác định quá trình vật lý nào đó .
Đại lượng đo được phân loại như sau:
+ Theo tính chất :
o Đại lượng tiền định (đại lượng xác định được trước)
o Đại lượng đo ngẫu nhiên (đại lượng không xác định )
+ Theo bản chất :
- Đại lượng điện (bản thân nó mang năng lượng như : I ,U...
- Đại lượng thông số ( R, L, C...)
- Đại lượng không điện ( t0, F,P ,Q...)
- Đại lượng theo thời gian ( t,ϕ,f...)
+Theo dụng cụ đo :
- Vôn kế , Wattmet, tần số kế....
1.1.2.2 Điều kiện đo:
Các thông tin đo lường bao giờ cũng gắn chặt với môi trường sinh ra đại
lượng đo. Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hưởng của môi trường đến
kết quả đo và ngược lại khi dùng dụng cụ đo không được để dụng cụ đo ảnh
hưởng đến đối tượng đo. Cần phải tính đến các điều kiện đo khác nhau để chọn
thiết bị đo và tổ chức các phép đo cho tốt nhất.
1.1.2.3 Đơn vị đo:
Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lượng đo nào đấy được quốc
tế quy định mà mỗi quốc gia đều phải tuân theo. Trên thế giới người ta đã chế
tạo ra những đơn vị tiêu chuẩn được gọi là các chuẩn., trong đó có 7 đơn vị cơ
bản :
- Chiều dài là mét (m)
- Khối lượng là kilôgam (kg)
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3
- Thời gian là giây (s)
- Cường độ dòng điện là ampe (A)
- Nhiệt độ là độ Kelvin (K)
- Cường độ ánh sáng là Candela (cd)
- Số lượng vật chất là mol (mol)
Ngoài ra còn có các đơn vị kéo theo trong các lĩnh vực khác ...
1.1.3. Thiết bị đo và Các phương pháp đo.
1.1.3.1 Thiết bị đo :
Là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành
dạng tiện lợi cho người quan sát.
Thực hiện phép đo:
- Thiết bị tạo mẫu : Là thiết bị đo để khôi phục một đại lượng vật lý nhất
định. Thiết bị mẫu phải đạt độ chính xác cao.
- Dụng cụ đo : Là thiết bị để gia công các thông tin đo lường và thể hiện
kết quả đo dưới dạng con số, đồ thị hoặc bảng số...tuỳ theo cách biến đổi
tín hiệu và chỉ thị, dụng cụ đo được chia thành dụng cụ đo tương tự
(ânlog) và dụng cụ đo chỉ thị số (Digital)
- So sánh : + Thiết bị tự động
+ Người điều khiển
- Biến đổi
Kết quả đo trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lượng cần đo
với mẫu và cho ra kết quả bằng số.
Quá trình đo được tiến hành thông qua các thao tác cơ bản về đo lường sau:
- Thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu.
- Thao tác so sánh.
- Thao tác biến đổi.
- Thao tác thể hiện kết quả hay chỉ thị.
¾ Phân loại các cách thực hiện phương pháp đo
• Đo trực tiếp : là cách đo mà kết quả nhận được trực tiếp từ một
phép đo duy nhất .
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4
• Đo gián tiếp : là cách đo mà kết quả được suy ra từ phép đo ,từ sự
phối hợp của nhiều phép đo trực tiếp.
• Đo thống kê : là phép đo nhiều lần một đại lượng nào đó , trong
cùng một điều kiện và cùng một giá.Từ đó dùng phép tính xác
suất để thể hiện kết quả đo có độ chính xác cần thiết.
Kết quả đo Phương pháp biến đổi thẳng:
• Chuyển đổi (khâu đầu): biến đổi giữa hai đại lượng vật lý với nhau.
+ Chuyển đổi điện - điện
- liên tục rời rạc (A/D)
- rời rạc liên tục (D/A)
+ Chuyển đổi không điện - điện : là đại lượng không điện (t0 ,p ,F ...)
sang đại lượng điện (U, I....).
• Mạch đo (biến đổi ): các mạch tính toán như:
+ Mạch cộng, mạch trừ, mạch tích phân
+ Mạch khuyếch đại ,mạch logic (and, or, not....)
• Chỉ thị (khâu cuối): để thể hiện kết quả đo
+ Dùng kim chỉ , tự ghi
+ Chỉ thị số
Dùng biến đổi thẳng là những cái đo trực tiếp(vôn kế, ampe kế).
X ΔX Y Y’
XK
Chuyển
đổi
Mạch
đo
Chỉ thị
Chuyển
đổi
Mạch đo Chỉ thị
Chuyển đổi
ngược
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5
X: là đại lượng đo
XK: là đại lượng chuẩn phản hồi
ΔX = X − XK
- So sánh cân bằng : X − X = ΔX = 0
- So sánh không cân bằng : ΔX ≠ 0⇒ X = XK + ΔX
1.1.4.Các đại lượng đặc trưng cơ bản
- Sai số tuyệt đối : Δ = Xđo − Xthực
Xđo : do các dụng cụ đo được
Xthực : giá trị mẫu (do dụng cụ đo hay giá trị thực).
- Sai số tương đối :
γ% =
ùcXth
Δ 100%
- Sai số quy đổi : X%(cấp chính xác dụng cụ đo)
γqd% =
maxX
maxΔ 100%
Xmax : là sai số lớn nhất của thang đo
Δmax : là sai số tuyệt đối của thang đo
- Độ nhạy (S):
S =
X
Y
Δ
Δ Tuyến tính
S =
dX
dY Phi tuyến tính
X : là đại lượng vào
Y : là đại lượng ra
Độ nhạy là độ biến thiên tương đối giữa đại lượng ra và vào:
S = S1.S2.S3.....Sn
- Tổng trở vào ,ra của dụng cụ:
- Tổng trở vào của dụng cụ là tổng trở của dụng cụ đó
- Tổng trở ra là tổng trở đầu ra.
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
6
- Các dụng cụ đo có tổng trở thích hợp để khi đo các tín hiệu không bị
sai lệch.
- Đặc tính động:
+ Khi xét các đặc tính động:
- Đặc tính biên độ (trong quá trình quá độ)
- Đặc tính pha tần .Vì các đại lượng đo (không biến thiên hoặc biến thiên
chậm và đại lượng biến thiên nhanh).
Độ tin cậy và tính kinh tế: phụ thuộc vào trình độ, khoa học
Q xác suất hỏng
P xác suất không hỏng
Q.P = 1⇒ Q↓ ⇒ P↑
1.2. ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN
ĐO NHIỆT ĐỘ
1.2.1. Khái niệm về nhiệt độ và thang đo nhiệt độ.
Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức chuyển động hỗn loạn của
các phân tử trong các vật thể.
Để đo được nhiệt độ thì phải có dụng cụ đo , thông thường trong công
nghiệp nhiệt độ được đo bằng cảm biến và phương pháp này tiện lợi là có thể
truyền tín hiệu nhiệt độ đi xa , không ảnh hưởng tới sự làm việc của hệ thống
khi cần xác định nhiệt độ.
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
7
Để đo chính xác nhiệt độ thì cần có hiệu số TX - T là cực tiểu với TX là nhiệt
độ môi trường cần đo ,T là nhiệt độ của cảm biến đặt trong môi trường cần đo.
Khi cảm biến được đặt trong môi trường cần đo nhiệt độ, thì nhiệt lượng cảm
biến hấp thụ từ môi trường tỷ lệ với độ chênh nhiệt giữa cảm biến và môi
trường theo biểu thức :
dQ = a.A(TX -T)dt
với a là độ dẫn nhiệt ,
A là diện tích bề mặt truyền nhiệt .
Mặt khác nếu cảm biến có khối lượng là m và nhiệt dung riêng(tỷ nhiệt)
là c thì nhiệt lượng hấp thụ được là:
dQ = m.c.dT
Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt môi trường , kết cấu kiểu giá đỡ thì ta có :
a.A(TX - T)dt = m.c.dT
Gọi τ là hằng số thời gian nhiệt
τ =
A.a
c.m
Vậy ta có phương trình vi phân cân bằng nhiệt
Tx-T
dT = τdt (1 - 1)
Nghiệm của phương trình (1 - 1)là :
T = TX − k.e- τ
t
, (1 - 2)
với k là hằng số
Từ phương trình (1 - 2) ta có đặc tuyến nhiệt độ theo thời gian hình
(1 -1a)
t t
τ τ
TX
TX
T1
0,63 TX 0,63 TX
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
8
τ τ
hình 1-1a hình1- 1b
Hình (1 - 1b) có tính tới tổn thất nhiệt từ môi trường cần đo truyền vào cảm
biến và TX – T1 = ΔT luôn luôn tồn tại
1.2.2 Thang đo nhiệt độ:
Là một dãy các mốc nằm trong khoảng nhiệt độ giới hạn bởi hai điểm sôi và
nóng chảy cố định của một vật chất tinh khiết, hai điểm này gọi là điểm gốc để
phân độ toàn thang.
Ngày nay trên thế giới tồn tại 3 loại thang đo nhiệt độ:
1.2.2.1 Thang nhiệt độ động học tuyệt đối hay còn gọi là thang Kelvin đơn
vị là K
do nhà vật lý người Anh là Thomson đề ra năm 1852.
Trong thang nhiệt độ này người ta lấy 3 trạng thái của nước ở điểm cân bằng
nước - nước đá - hơi nước một giá trị số bằng 273,150K.
Từ thang nhiệt độ Kelvin người ta xác định các thang nhiệt độ mới là thang
Celsíu và thang Fahrenheit.
1.2.2.2 Thang nhiệt độ bách phân (Thang Celsius).
Trong thang đo này đơn vị nhiệt độ là 0C . Do nhà vật lý người Thụy Điển
Celsius đưa ra năm 1742 dựa vào điểm tan của nước đá và điểm sôi của nước
chia ra 100 khoảng. Quan hệ giữa thang Celsius và thang Kelvin được xác định
bởi biểu thức :
t (0C) = t (0K) - 273,15 (1 - 3)
1.2.2.3 Thang đo nhiệt độ 0F do nhà vật lý Hà Lan Fahrenheit đưa ra
năm1706,
lấy nhiệt độ của nước đá đang tan là 32 0F và sôi ở 212 0F.
Đổi từ thang 0C ra nhiệt độ 0F và ngược lại theo công thức:
t(0C ) = {t(0F) - 32}
9
5
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
9
t(0F ) =
5
9 {t(0C ) + 32}
Năm1948 hội nghị đo lường quốc tế thứ 19 đã lấy thang nhiệt độ bách phân
(Celsius) là thang nhiệt độ quốc tế
Xây dựng thang đo nhiệt độ quốc tế người ta ghi nhận các điểm cố định sau :
- Điểm sôi của O2 là -182,97 0C
- Điểm tan của nước đá (điểm gốc) 0,000C
- Điểm sôi của nước ( điểm gốc ) 100,000C
- Điểm sôi của lưu huỳnh 444,600C
- Điểm kết tinh của bạc 960,800C
- Điểm kết tinh của vàng 1063,000C
BẢNG TRẠNG THÁI ĐO NHIỆT ĐỘ
Trạng thái
0K
0C
0F
Điểm 0 tuyệt đối
0
-273,15
-459,6
Hoà hợp nước - Nước đá 273,15 0 32
Cân bằng nước-nước đá-
hơi nước
273,16
0,01
32,108
Nước sôi 373,15
100 212
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
10
1.2.3 Phân loại hệ thống đo nhiệt độ
Phân loại hệ thống đo nhiệt độ có nhiều cách , nếu theo nguyên tắc
làm việc của máy đo nhiệt độ thì có thể phân thành các nhóm :
+ Nhiệt kế giãn nở :
Dựa trên sự biến đổi thể tích của chất lỏng hay chiều dài của chất rắn khi nhiệt
độ thay đổi .
+ Nhiệt áp kế :
Dựa trên nguyên tắc biến đổi thể tích chất lỏng, chất khí, hơi
trong hệ thống kín khi nhiệt độ môi trường thay đổi .
+ Nhiệt kế cặp nhiệt điện :
Dựa trên nguyên tắc thay đổi sức điện động khi cặp nhiệt điện thay đổi.
+ Nhiệt kế điện trở :
Dựa trên sự phụ thuộc gữa nhiệt độ của dây dẫn , bán dẫn với điện trở của
chúng.
+ Hoả kế bức xạ , hoả kế phát quang :
Dựa vào biên độ sóng ánh sáng thay đổi khi nhiệt độ vùng cần đo thay đổi.
+ Siêu âm nhiệt độ :
Nguyên lý hoạt động dựa trên quan hệ giữa nhiệt độ và môi trường truyền âm
Ví dụ : trong không khí khô ,ở áp suất khí quyển thông thường quan hệ giữa
vận tốc truyền âm và nhiệt độ theo biểu thức :
C = 331,5
15,273
T (m/s)
với C : vận tốc truyền âm.
T : nhiệt độ tuyệt đối của không khí khô cần đo
Bảng dưới đây giới thiệu các khoảng đo của các máy đo chủ yếu
Tên máy đo nhiệt độ
Giới hạn đo 0C
Min
Max
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
11
1- Nhiệt kế giãn nở ( đo tiếp xúc)
Nhiệt kế cơ khí
Nhiệt kế thuỷ ngân
Nhiệt kế chất lỏng
-100
-35
-190
600
350
150
2- Nhiệt áp kế (đo tiếp xúc)
Nhiệt áp kế chất lỏng
Nhiệt áp kế thuỷ ngân
Nhiệt áp kế chất khí
Nhiệt áp kế chất hơi
-120
-35
-120
-60
600
600
600
300
3- Nhiệt kế điện trở (đo tiếp xúc)
Nhiệt kế điện trở bằng đồng
Nhiệt kế điện trở bạch kim (Pt)
Nhiệt kế điện trở Niken
Nhiệt kế bán dẫn Silic
-50
-250
-200
-50
180
650
180
120
4- Cặp nhiệt điện (đo tiếp xúc)
Bạch kim - Rodi - Bạch kim
Crom - Nhôm
Crom - Copen
Đồng - Constantan
-20
-50
-50
-100
1600
1000
600
400
5- Hoả kế (đo không tiếp xúc)
Hoả kế bức xạ
Hoả kế quang học
800
800
1800
6000
1.2.3.1 Nhiệt kế giãn nở :
+ Nhiệt kế hai thanh kim loại :
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
12
8
Hình 1.2 : Nhiệt kế hai thanh kim loại
1- ống
2- Thanh kéo.
3- Đáy ống.
4- 6, Lò xo.
5- Vỏ máy
7- Kim máy đo
8- Hai thanh kim loại của nhiệt kế
Hình 1.2 là nhiệt kế hai thanh kim loại khác nhau uốn thành lò xo , ống xoắn
nhiều vòng hàn lại với nhau thành thanh , khi nhiệt độ đốt nóng hai thanh nó sẽ
dài ra không giống nhau và lò xo sẽ uốn về phía kim loại nào có hệ số giãn nở
nhỏ làm kim chỉ chuyển dịch ta đọc được nhiệt độ bên trong.
Chiều dài của 1 thanh ở 1 nhiệt độ được tính theo công thức :
lt = l0(1 + αt)
Với l0 là chiều dài của thanh ở nhiệt độ 00C , α là hệ số giãn nở nhiệt của kim
loại của thanh đó
Hình 1-2b là nhiệt kế kiểu thanh gồm 1 ống và 1 thanh kéo chế tạo bằng hai vật
liệu khác nhau .Thanh kéo 1 được đặt trong ống , một đầu được gắn chặt vào
đáy ống , khi bị đốt nóng và thanh kéo dài ra không giống nhau ,tác động cơ
khí lên kim chỉ quay đi 1 góc tương ứng với nhiệt độ cần đo chia trên thang mặt
đồng hồ.
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
13
Nhiệt kế giãn nở có độ chính xác thấp , nên dùng trong các hệ thống cần đo và
điều khiển nhiệt độ đơn giản.
+ Nhiệt kế thuỷ tinh chất lỏng.
Hình 1-3 Nhiệt kế thuỷ ngân
Nguyên tắc làm việc của loại nhiệt kế này là dựa trên hiện tượng giãn nở vì
nhiệt của chất lỏng chứa trong bầu thuỷ tinh , khi chất lỏng trong bầu bị đốt
nóng , chất lỏng được dâng lên theo ống nối ngắn với bầu chứa , quan sát chiều
cao cột chất lỏng ta sẽ có nhiệt độ tương ứng được khắc trrên thang đo.
Tiết diện càng nhỏ thì nhiệt kế càng nhạy với nhiệt độ, chất lỏng chứa trong
bầu thuỷ tinh có thể là ruợu hoặc thuỷ ngân .
Hình 1-3 là nhiệt kế thuỷ ngân . Hình 1-3 a là loại nhiệt kế thuỷ ngân thanh
thẳng, có ống nối nhỏ ,dài và dày làm bằng thuỷ tinh chịu nhiệt hoặc bằng
thạch anh. Loại nhiệt kế này có độ chính xác cao hay sử dụng trong phòng thí
nhiệm.
Hình 1-3b là loại nhiệt kế thuỷ ngân thanh thẳng có ống nối riêng và bảng chia
độ riêng.
Nhiệt kế thuỷ ngân chế tạo đơn giản , giá thành hạ.Nhược điểm khó đọc số, số
chỉ báo chậm , độ bền kém, không thể tự ghi và truyền tín hiệu đi xa.
1.2.3.2 Nhiệt áp kế
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
14
Nhiệt áp kế có cơ cấu đo kiểu lò xo áp kế . Khi tăng nhiệt độ của túi nhiệt làm
cho chất lỏng, chất khí chứa trong nó tăng thể tích nhưng do túi nhiệt là thể tích
kín nên làm cho tăng áp suất và làm biến dạng lò xo, truyền qua cơ cấu truyền
động tới kim chỉ của áp kế , ống nối với túi nhiệt có đường kính từ 0,2 ÷
0,5mm gọi là ống lò xo đàn hồi. ống lò xo này có thể là một hoặc nhiều vòng
tuỳ theo thiết kế của nhà chế tạo.
Nhiệt áp kế phân theo tính chất làm việc như : nhiệt áp kế chất lỏng, chất khí,
chất hơi. Với nhiệt áp kế chất lỏng chủ yếu là thuỷ ngân và ruợu. Nhiệt áp kế
chất hơi thường dùng chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp như benzen, axeton
Trong nhiệt áp kế chất khí thì trong toàn bộ hệ thống áp suất đều chứa khí trơ
như : heli, nitơ, ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển.
Hình 1-4
1- Túi nhiệt
2- ống nối
3- Lò xo đàn hồi
4- Kim chỉ
5 -Thang đo
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
15
Hình 1-4 là cấu tạo của nhiệt áp kế. Túi nhiệt được chế tạo từ thép hoặc
đồng thau , ống dẫn nối chế tạo từ vật liệu là thép hoặc đồng, lò xo ống đàn hồi
làm bằng đồng thau. áp suất tối đa trong hệ thống kín của nhiệt áp kế có thể đạt
tới 60atmotphe, phía ngoài của nhiệt áp kế có thể lắp thêm công tắc tín hiệu,
các bộ phận truyền tín hiệu đi xa, các cơ cấu tự ghi các thông số đo
Sai số của các loại nhiệt áp kế chất lỏng , chất khí không quá ± 1,5%; sai số
của nhiệt áp kế chất hơi có thể tới ±2,5%. Nhược điểm của các loại nhiệt áp kế
là độ bền cơ học của ống nối thấp, thời gian báo kết quả đo chậm, khó sửa chữa
và lắp ráp.
1.2.3.3 Đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện.
+ Nguyên tắc làm việc và cấu tạo của cặp nhiệt độ.
Nguyên tắc làm việc của cặp nhiệt điện là khi có hai thanh kim loại A và
Β khác nhau được hàn lại với nhau ở hai đầu 1 và 2
(như hình1-5). Đầu 1 có nhiệt độ là t (đầu đo nhiệt độ)
Đầu 2 có nhiệt độ là t0 (đầu tự do).
Do tính chất kim loại của hai thanh A , Β khác
nhau nên lượng điện tử tự do trong hai thanh
cũng khác nhau . Số lượng điện tử tự do khuyếch
tán sang qua mối hàn cũng khác nhau, khi cân
bằng ở nhiệt độ nào đó thì ở mối nối giữa hai
thanh sẽ xuất hiện một sức điện động xác lập .
Nếu đầu 1 và 2 có cùng nhiệt độ
là t0 ta có phương trình sức điện động tổng:
EAB = eAB(t0) + eBA(t0) = 0 (2-1) Hình: 1- 5
từ đây ta rút ra
eBA(t0) = - eAB(t0) (2-2)
khi t và t0 khác nhau thì ta có:
EAB = eAB(t) + eBA(t0) (2-3)
hay
EAB = eAB(t) − eÂB(t0) (2-4)
Trị số của EAB phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ của 2 đầu. Nếu t0 = const thì
2 t0
A B
1 t
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
16
EAB(t) = eAB(t) − c = f(t) (2-5)
với c là hằng số và c = cAB(t0) = const
Từ phương trình (2-5) . Nếu bằng cách nào đó làm cho t0 không đổi thì sức
điện động là hàm số của nhiệt độ t ở đầu 1. Vật liệu làm điện cực cặp nhiệt điện
phải có yêu cầu là đồng chất , sức điện động phụ thộc vào nhiệt độ gần tuyến
tính , chịu được nhiệt độ, độ bền cơ học ở nhiệt độ cao, có độ bền hoá học, tính
đồng nhất của vật liệu dọc chiều dài điện cực.
Trong kĩ thuật sử dụng các cặp nhiệt độ : crôm-crôm ; crôm-copen;
đồng-constantan; đồng-copen; sắt-copen; ở nhiệt độ cao người ta còn sử dụng
cặp nhiệt điện vonfram-reni.
Trên hình 1.6 là đặc tuyến sức điện động theo nhiệt độ của các cặp nhiệt, ứng
với đầu tự do có t0 = 00C
Hình 1.6 Đặc tuyến sức điện động của các cặp nhiệt
Đặc tính kỹ thuật của cặp nhiệt điện thông dụng
Cặp nhiệt điện
Dải nhiệt độ
làm việc(0C)
Sức điện
động (mV)
Độ chính xác
30
40
20
10
200 600
60
50
1000 1400
E (mv)
T (0C)
E : Chromel/Constantan
J: S¾t/Constantan
T: §ång/Constantan
K : Chromel/Alumel
R : Platin- Ro®i ( 13%)/Platin
S : Platin- Ro®i (10%)/Platin
B: Platin- Ro®i (30%)/Platin-Ro®i(6%)
E
J
K
R
S
B
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
17
Đồng – Constantan
φ = 1,63 mm
-270 ÷ 370
-6,26÷19,03 -100 ÷ 400C; ± 2%
-80 ÷ 1000C; ±0,8%
100 ÷ 3500C;
±0,75%
Sắt – Constantan
φ = 3,25mm
-210 ÷ 800 -8,1÷45,5 0 ÷ 4000C; ±3%
400 ÷ 8000C;
±0,75%
Chromel – Alumen
φ = 3,25mm
-270 ÷ 1250 -5,35÷50,63 0 ÷ 4000C; ±3%
400 ÷ 12500C;
±0,75%
Platin – Rodi(10%)Platin
φ = 0,51mm
-50 ÷ 1500 -0,24÷15,58 0 ÷ 6000C; ±2,5%
600 ÷ 15000C; 0,4%
Chromel – Constantan
φ = 3,25mm
-276 ÷ 870 -9,84÷66,48 0 ÷ 4000C; ±3%
400 ÷ 8700C;
±0.75%
Platin -Rodi(13%)platin
φ = 3,25mm
-50 ÷ 1500 -0,23÷17,4 0 ÷ 5380C; ±1,4%
538 ÷ 15000C;
±0,25%
Platin-Rodi (30%)
platin-Rodi(6%); φ =
0,51mm
0 ÷ 1700 0 ÷ 12,426 870 ÷ 17000C;
±0,5%
Vonfram – Reni
(5%)Vonfram-
Reni(26%)
0 ÷ 2700 0 ÷ 38,45
+ Sử dụng đồng hồ milivôn kế kiểu từ điện đo tín hiệu cặp nhiệt điện
Trên sơ đồ nguyên lý hình (1-7) là sơ đồ sử dụng đồng hồ milivôn kiểu từ
điện để đo tín hiệu của cặp nhiệt điện
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
18
Hình 1.8 Sơ đồ đo sđđ nhiệt bằng milivôn kế
Dòng điện chạy trong mạch đo do sức điện động EAB (t,t0) tạo ra tính theo
công thức :
Ι =
fpdccFDAB
0AB
RRRRRR
)t,t(E
+++++ = Mng
0AB
RR
)t,t(E
+
với điện trở ngoài:
Rng = RAB+RFD+R0+Rdc
Điện trở của dụng cụ đo :
RM = RP + Rf với RP là điện trở của khung dây ,Rf là điện trở phụ trong
mạch đồng hồ đo
Điện áp đặt lên đồng hồ là:
Uab = I.RM