Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến cặp nhiệt điện, hỏa kế là những nội dung chính trong bài 5 "Cảm biến cặp nhiệt điện, hỏa kế" thuộc bài giảng Phần tử tự động. Mời các bạn cùng tham khảo.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Phần tử tự động: Bài 5 - GV. Vũ Xuân Đức
-
Bài 5
CẢM BIẾN CẶP NHIỆN ĐIỆN.
HỎA KẾ
Môn học: PTTĐ 1 1 GV: Vũ Xuân Đức
- *
3.2.1. Khái niệm, nguyên tắc hoạt động:
Khái niệm: Cặp nhiệt điện là loại cảm biến nhiệt dùng để đo nhiệt độ,
hoạt động dựa trên các hiệu ứng: Peltier, Thomson, và Seebek.
Môn học: PTTĐ 2 2 GV: Vũ Xuân Đức
- *
Hiệu ứng Peltier:
Hai dây dẫn A và B chế tạo từ vật liệu có bản chất hoá học khác nhau
được liên kết với nhau bằng mối hàn và tại đó có cùng nhiệt độ T thì
sẽ tạo nên một hiệu điện thế tiếp xúc EAB(T). U này phụ thuộc vào
bản chất vật dẫn và nhiệt độ
EAB(T) = VM VN
Hiệu ứng Thomson:
Trong một vật dẫn đồng nhất A. N
ếu ở hai điểm M và N có nhiệt độ khác
nhau thì sẽ xuất hiện một sức điện động. Sức điện động này phụ
thuộc vào bản chất vật dẫn và nhiệt độ tại hai điểm
TM
E A (TM ,TN ) = σ AdT
TN
σA – Hệ số Thomson
Môn học: PTTĐ 3 3 GV: Vũ Xuân Đức
- *
Hiệu ứng Seebek:
Một mạch kín tạo thành từ hai vật dẫn A, B và hai đầu chuyển tiếp của
chúng có nhiệt độ khác nhau T và T0 sẽ tạo thành một cặp nhiệt điện và
gây nên một sức điện động EAB do kết quả tác động đồng thời của hai
hiệu ứng Peltier và Thomson.
Sức điện động đó gọi là sức điện động Seebeck hay sức điện động nhiệt.
Độ lớn của SĐĐ này phụ thuộc vào các chất liệu dây dẫn và nhiệt độ
của các đầu nối
E AB = E AB ( T ) − E AB ( T0 ) − E A ( T ,T0 ) + EB ( T ,T0 )
EA(T,T0) và EB(T,T0) khá nhỏ, có thể bỏ qua:
E AB ( T , T0 ) = E AB ( T ) − E AB ( T0 )
Đây là phương trình cơ bản của cặp nhiệt điện
(Thông thường T0=00C)
Môn học: PTTĐ 4 4 GV: Vũ Xuân Đức
- *
Nhận xét: Sức điện động của cặp nhiệt không thay đổi khi nối thêm vào
mạch một dây dẫn thứ ba nếu nhiệt độ hai đầu nối của dây thứ ba giống
nhau.
T0
T0 T0
T1
T T
E ABC ( T , T0 ) = E AB ( T ) + EBC ( T0 ) + ECA ( T0 ) E ABC ( T , T1 , T0 ) = E AB ( T ) − E AB ( T0 )
+ EBC ( T1 ) + ECB ( T1 )
Vì E AB ( T0 ) + EBC ( T0 ) + ECA ( T0 ) = 0 Vì EBC ( T1 ) = − ECB ( T1 )
nên E ABC ( T , T0 ) = E AB ( T ) − E AB ( T0 ) nên E ABC ( T , T0 ) = E AB ( T ) − E AB ( T0 )
Môn học: PTTĐ 5 5 GV: Vũ Xuân Đức
- *
a. Vật liệu: Kim loại
Hợp kim
Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo:
Có sức điện động nhiệt điện đủ lớn;
Có đủ độ bền cơ học và hoá học trong dải nhiệt độ làm việc;
Dễ kéo sợi;
Giá thành phù hợp.
1.Telua; 2. Crôm; 3. Sắt; 4. Đồng;
5. Graphit; 6. Hợp kim PlatinRođi;
7. Platin; 8. Nhôm; 9. Niken;
10. Constan; 11. Côban.
Hình 3.1. Sức điện động của một số vật liệu chế tạo điện cực so với điện cực
Platin
Môn học: PTTĐ 6 6 GV: Vũ Xuân Đức
- *
Một số cặp nhiệt điện thường gặp:
Cặp nhiệt điện Ký Nhiệt độ E, mV Độ chính xác
hiệu làm việc 0C
Đồng/Constan T 270 ÷370 6,258 ÷ 19,027 (1000C ÷400C): ±2%
Ф = 1,63 mm (400C ÷1000C): ±0,8%
(1000C 3500C): ±0,75%
Sắt/Constan J 210 ÷800 8,096 ÷ 45,498 (00C ÷4000C): ±30C
Ф = 3,25 mm (4000C ÷8000C): ±0,75%
Crôm/Nhôm K 270 ÷1250 5,354 ÷ 50,633 (00C ÷4000C): ±30C
Ф = 3,25 mm (4000C ÷12500C): ±0,75%
Crôm/Constan E 270 ÷870 9,835 ÷ 66,473 (00C ÷4000C): ±30C
Ф = 3,25 mm (4000C ÷12500C): ±0,75%
PlatinRodi(10%)/Platin S 50 ÷1500 0,236 ÷ 15,576 (00C ÷6000C): ±2,5%
Ф = 0,51 mm (6000C ÷15000C): ±0,4%
PlatinRodi(13%)/Platin R 50 ÷1700 0,226 ÷ 17,445 (00C ÷5380C): ±1,4%
Ф = 0,51 mm (5380C ÷15000C): ±0,25%
PlatinRôđi(30%)/ PlatinRôđi (6%)). B 0 ÷1700 0 ÷ 12,42 (8700C ÷17000C): ±0,5%
Ф = 0,51 mm
Môn học: PTTĐ 7 7 GV: Vũ Xuân Đức
- *
E
E T0
T0
T1
T
T ( 0 C)
Hình 32. Sức điện động của một số cặp nhiệt điện thông dụng
Môn học: PTTĐ 8 8 GV: Vũ Xuân Đức
- *
b. Cấu tạo cặp nhiệt điện
ện cực; 4. Sứ cách điện;
1.Vỏ bảo vệ; 2. Mối hàn; 3. Dây đi
5. Bộ phận lắp đặt; 6. Vít nối dây; 7. Dây nối; 8. Đầu nối dây.
Môn học: PTTĐ 9 9 GV: Vũ Xuân Đức
- *
a. Ưu điểm:
Đơn giản, giá thành thấp;
Đo được nhiệt độ cao (tới );
Tác động nhanh với sự thay đổi nhiệt độ.
b. Nhược điểm:
Ít nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ trong giới hạn nhỏ;
Để đo chính xác nhiệt độ cần phải thực hiện bù nhiệt đầu tự do;
Dây dẫn nối dài phải cùng loại với dây kim loại dùng trong cặp nhiệt
điện;
Phái có bọc kim chống nhiễu trên dây d
ẫn.
Môn học: PTTĐ 10 10 GV: Vũ Xuân Đức
- *
a. Sơ đồ đo trực tiếp
T0 T0
T
Dụng cụ đo là đồng hồ milivôn hoặc micrôvôn kiểu từ điện.
Đầu 2,3 – đầu tự do (đầu lạnh)
Đầu 1 – đầu đo (đầu nóng)
Khi nhiệt độ hai đầu 2 và 3 bằng nhau thì sức điện động trong mạch chính
là sức điện động của cặp nhiệt, nếu chúng khác nhau thì trong mạch
xuất hiện suất điện động ký sinh ở các mối nối và làm sai lệch kết
quả đo.
Môn học: PTTĐ 11 11 GV: Vũ Xuân Đức
- *
b. Sơ đồ đo vi sai
T0 T0
T1 T2
Hình 33. Sơ đồ đo nhiệt kiểu vi sai Hình 34. Sơ đồ mắc nối tiếp các cặp nhiệt điện
ịnh trực tiếp giá trị của hiệu số
Kết quả đo theo sơ đồ vi sai cho phép xác đ
nhiệt độ T1T2.
Trường hợp nhiệt độ môi trường đo không khác nhiều nhiệt độ đầu tự do,
để tăng độ nhạy phép đo nhiệt độ có thể mắc theo sơ đồ nối tiếp n
cặp nhiệt điện (hình 34). Sức điện động tổng của các cặp nhiệt mắc
nối tiếp bằng n.EAB(T,T0). Đây chính là pin nhiệt điện.
Môn học: PTTĐ 12 12 GV: Vũ Xuân Đức
- *
c. Bù nhiệt độ đầu tự do
Thông thường cặp nhiệt điện được chuẩn hóa với T0=00C ứng với:
E AB ( T , T0 ) = E AB ( T ) − E AB ( T0 )
* 0
T 0 C
Giả định rằng, nhiệt độ đầu tự do bằng thì giá tr
0 ị sức điện động
đo được:
E AB ( T , T0* ) = E AB ( T ) − E AB ( T0* )
= E AB ( T ) − E AB ( T0 ) + E AB ( T0 ) − E AB ( T0* )
= E AB ( T , T0 ) − �
E
� AB ( T0
*
) − EAB ( T0 ) �
�
AB ( T0 , T0 )
= E AB ( T , T0 ) − E
*
Cần bù nhiệt độ đầu tự do hay chính là bù vào phần sức điện động
E AB ( T0* , T0 )
bị chênh lệch
Môn học: PTTĐ 13 13 GV: Vũ Xuân Đức
- *
Dùng dây bù: mắc thêm hai đoạn dây bù từ đầu ra cảm biến nhiệt
độ đến thiết bị đo T0
Sức điện động tại đầu vào thiết bị đo:
E ( T , T0 ) = E AB ( T ) − E AC ( T ) + E (T ) − E (T )
* * T0* T0* T0
0 BD 0 CD 0
Các dây dẫn bù và được chọn sao cho:
( )
E AC T0 = EBD T0
*
( ) *
(4.18) E ( T , T0 ) = E AB ( T ) − ECD ( T0
)
ECD ( T0 )
do đó: =0
Vì nên:
E ( T , T0 ) = E AB ( T ) = E AB ( T , T0 )
Môn học: PTTĐ 14 14 GV: Vũ Xuân Đức
- *
Dùng cầu bù:
Khi T0=00C, cầu cân bằng Ucd=0 U=E
AB
(T,T0)
Khi nhiệt độ đầu tự do tăng lên thì Rd tăng lên, cầu mất cân bằng Ucd ≠ 0
Chỉnh R* sao cho: E AB ( T0* , T0 ) = U cd
� U = E AB ( T , T0 ) − E AB ( T0* , T0 ) + U cd = E AB ( T ,T0 )
Sai số bù của cầu khi nhiệt độ T0 thay đổi trong khoảng 0÷500C là ±3%
Môn học: PTTĐ 15 15 GV: Vũ Xuân Đức
-
Môn học: PTTĐ 16 GV: Vũ Xuân Đức
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
