Bài giảng Đo các đại lượng cơ bản - Chương 2: Đo nhiệt độ

6/25/2011<br /> <br /> Chương 2: Đo nhiệt độ<br />    <br /> <br /> 1 - Khái quát<br /> <br /> <br /> Khái quát Nhiệt kế thủy tinh<br /> <br /> Nhiệt độ là gì?<br /> Đại lượng vật lý, đặc trưng cho trạng thái nhiệt mức độ nóng của vật - Là đại lượng làm cơ sở để so sánh, đánh giá mức độ nóng của vật này so với vật khác<br /> -<br /> <br /> Nhiệt áp kế<br /> Nhiệt kế điện trở<br /> <br /> <br /> Thang đo nhiệt độ<br /> -<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Nhiệt kế nhiệt điện<br /> Sử dụng nhiệt kế<br /> <br /> -<br /> <br /> Celcius: 0C Kelvin: K Fahrenheit: 0F Rankin: 0R<br /> <br /> 1 - Khái quát<br /> <br /> <br /> Mối liên hệ giữa các thang đo nhiệt độ<br /> T ( K )  t (0C )  273,15<br /> t F ( 0F )  9 0 t ( C )  32 5<br /> <br /> <br /> 1 - Khái quát<br /> Phân loại phương tiện đo nhiệt độ<br /> Dựa vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động của dụng cụ đo - Giãn nở, biến đổi áp suất của chất cảm nhiệt hay dựa trên sự thay đổi thể tích, kích thước của vật cảm biến – nhiệt kế chất lỏng; nhiệt áp kế; nhiệt kế cơ học - Biến đổi điện trở của kim loại, bán dẫn – nhiệt kế điện trở<br /> <br /> 9 t R ( 0R)  t ( 0C )  491,67 5<br /> <br /> <br /> Theo lĩnh vực đo nhiệt độ:<br /> -<br /> <br /> Nhiệt độ thấp t  00C Nhiệt độ trung bình 00C  t  1800C Nhiệt độ cao t  1800C đo nhiệt độ<br /> <br /> 1<br /> <br /> 6/25/2011<br /> <br /> 1 - Khái quát<br /> <br /> <br /> 2 - Nhiệt kế thủy tinh – chất lỏng<br /> <br /> <br /> Phân loại phương tiện đo nhiệt độ<br /> Dựa trên hiệu ứng nhiệt điện – nhiệt kế nhiệt điện hay cặp nhiệt điện - Nhiệt kế điện tử - sử dụng đầu dò (sensor) điện tử: diode, transitor, IC - Biến đổi cường độ bức xạ của vật nóng ở nhiệt độ cao – nhiệt kế bức xạ hay hỏa kế - Nhiệt kế sử dụng cảm biến thạch anh, nhiệt kế sóng âm, khí động….<br /> -<br /> <br /> Sử dụng đo nhiệt độ: -200oC  750oC<br /> Dựa vào sự giãn nở về nhiệt của chất lỏng trong nhiệt kế: Vt = V0(1 + bt)<br /> <br /> <br /> <br /> Cấu tạo<br /> <br /> 4<br /> <br /> 3<br /> <br /> 2<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2 - Nhiệt kế thủy tinh – chất lỏng<br /> <br /> <br /> 2 - Nhiệt kế thủy tinh – chất lỏng<br /> <br /> <br /> Nhiệt kế thủy tinh • Nhiệt kế phòng thí nghiệm - Khắc độ trực tiếp trên vỏ thủy tinh - Thủy tinh trong suốt hơn - Tiết diện ống thủy tinh bên trong nhỏ, thon • Nhiệt kế kỹ thuật - Khắc độ trên giấy lót vào vỏ thủy tinh - Thủy tinh không trong suốt<br /> <br /> Ưu điểm<br /> -<br /> <br /> Đơn giản, độ chính xác tương đối cao Không cần thiết bị hỗ trợ Không cần năng lượng để hoạt động Dễ vỡ, dễ nhòe, đọc tại chỗ. Quán tính nhiệt lớn Không tự ghi kết quả, truyền kết quả đi xa<br /> <br /> <br /> <br /> Nhược điểm<br /> -<br /> <br /> 2<br /> <br /> 6/25/2011<br /> <br /> <br /> <br /> Cấu tạo<br /> <br /> 3 - Nhiệt áp kế<br /> <br /> <br /> Cấu tạo: tùy thuộc vào kết cấu ống đàn hồi<br /> -<br /> <br /> 3 - Nhiệt áp kế<br /> <br /> ống đàn hồi một vòng<br /> ống đàn hồi nhiều vòng<br /> <br /> 3 - Nhiệt áp kế<br /> <br /> -<br /> <br /> 4 - Nhiệt kế cơ học<br /> <br /> <br /> Ưu điểm<br /> Cấu tạo đơn giản, bền cơ học Có thể tự động ghi kết quả Có khả năng ổn định độ rung<br /> <br /> Sử dụng đo nhiệt độ: -185oC  550oC<br /> Dựa vào sự giãn nở chiều dài của hai vật rắn có hệ<br /> <br /> số giãn nở vì nhiệt khác nhau<br /> -<br /> <br /> Hai vật rắn độc lập nhau: nhiệt kế dilatomet Thanh lưỡng kim: nhiệt kế lưỡng kim<br /> <br /> <br /> -<br /> <br /> Nhược điểm:<br /> Độ chính xác không cao Có thể truyền kết quả đo đi xa (khoảng 20m)<br /> <br /> 3<br /> <br /> 6/25/2011<br /> <br /> 5 - Nhiệt kế điện trở<br /> <br /> <br /> Sử dụng đo nhiệt độ:<br /> Dựa trên sự biến đổi điện trở của vật do sự biến đổi nhiệt độ của nó gây nên.<br /> Sự biến đổi điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ được đặt trưng bằng biểu thức sau<br /> <br /> 5 - Nhiệt kế điện trở<br /> <br /> <br /> Bộ phận cảm biến: phần tử cảm biến; chất cách<br /> điện; vỏ bảo vệ nhiệt kế.<br /> -<br /> <br /> Phần tử cảm biến: kim loại và bán dẫn<br /> Vật liệu cách điện: Cách điện; bền cơ học; chịu<br /> <br /> Rt = R0(1+t.t)<br /> <br /> nhiệt tốt<br /> -<br /> <br /> Nhiệt kế điện trở<br /> <br /> Chuyển đổi sơ cấp<br /> Thiết bị đo thứ cấp<br /> <br /> Vật liệu làm vỏ bảo vệ: bền cơ học; không thấm nước; dẫn nhiệt tốt; nhẹ; không gây tác hại hóa học với vật liệu phần tử cảm biến<br /> <br /> 5.1 - Nhiệt kế điện trở kim loại<br /> <br /> <br /> 5.2 - Nhiệt kế điện trở bán dẫn<br /> <br /> <br /> Yêu cầu phần tử cảm biến nhiệt độ<br /> <br /> Hệ số dẫn nhiệt độ cao: Oxit mangan; Oxit Đồng; Oxit Coban….(giảm 3%/độ) Hệ số nhiệt độ của điện trở lớn và điện trở suất cao: nhiệt kế điện trở bán dẫn có kích thước nhỏ gọn<br /> <br /> + Tinh khiết, bền hóa học<br /> + Không thay đổi tính chất vật lý<br /> <br /> + Khi đốt nóng không bị oxyhoa.<br /> + Hệ số nhiệt độ điện trở lớn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> + Quan hệ tuyến tính Ưu nhược điểm – SV tham khảo giáo trình<br /> <br /> <br /> <br /> Mối liên hệ giữa điện trở và biến đổi nhiệt độ theo quy luật phi tuyến tính (hàm mũ) Ưu nhược điểm – SV tham khảo giáo trình<br /> <br /> <br /> <br /> 4<br /> <br /> 6/25/2011<br /> <br /> 5.2 - Nhiệt kế điện trở bán dẫn<br /> <br /> 5.3 – Mạch đo<br /> <br /> <br /> Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế điện trở phải xác<br /> định điện trở của phần tử cảm biến nhiệt độ:<br /> + Phương pháp dùng von kế – ampe kế<br /> <br /> + Phương pháp dùng mạch cầu<br /> + Phương pháp Lôgomet<br /> <br /> + phương pháp bù<br /> <br /> 5.3 – Mạch đo<br /> <br /> <br /> 5.3 – Mạch đo<br /> <br /> <br /> Mạch đo dùng volt ke – ampeke:<br /> <br /> Dùng mạch cầu cân bằng<br /> N<br /> o<br /> <br /> A I R2 I0 I2<br /> <br /> Ω C<br /> <br /> R3 I3 B<br /> <br /> Rd1 Rd3 Rt Rd4 Rd2<br /> I = const<br /> <br /> D I1 R1<br /> <br /> CB K<br /> <br /> It<br /> <br /> Rd<br /> <br /> OD<br /> <br /> V<br /> C Rt<br /> <br /> 5<br /> <br />