Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 2

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

115
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đo nhiệt độ 2.1. Khái niệm chung 2.1.1. Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ Nhiệt độ là một thông số công nghệ quan trọng trong nhiều quá trình luyện kim. Bởi vậy, việc đo và kiểm tra nhiệt độ là một trong những khâu hết sức cần thiết trong công nghiệp luyện kim. Tuy nhiên việc xác định chính xác một nhiệt độ là một vấn đề không đơn giản. Đa số các đại l-ợng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với một đại l-ợng cùng bản chất, còn nhiệt độ là đại...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 2

Ch−¬ng 2 ®o nhiÖt ®é 2.1. Kh¸i niÖm chung 2.1.1. NhiÖt ®é vµ thang ®o nhiÖt ®é NhiÖt ®é lµ mét th«ng sè c«ng nghÖ quan träng trong nhiÒu qu¸ tr×nh luyÖn kim. Bëi vËy, viÖc ®o vµ kiÓm tra nhiÖt ®é lµ mét trong nh÷ng kh©u hÕt søc cÇn thiÕt trong c«ng nghiÖp luyÖn kim. Tuy nhiªn viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c mét nhiÖt ®é lµ mét vÊn ®Ò kh«ng ®¬n gi¶n. §a sè c¸c ®¹i l−îng vËt lý ®Òu cã thÓ x¸c ®Þnh trùc tiÕp nhê so s¸nh chóng víi mét ®¹i l−îng cïng b¶n chÊt, cßn nhiÖt ®é lµ ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho møc néi n¨ng cña vËt chØ cã thÓ ®o gi¸n tiÕp dùa vµo sù phô thuéc cña tÝnh chÊt vËt liÖu vµo nhiÖt ®é. a) Thang nhiÖt ®é §Ó ®o nhiÖt ®é tr−íc hÕt ph¶i thiÕt lËp thang nhiÖt ®é. Thang nhiÖt ®é tuyÖt ®èi ®−îc thiÕt lËp dùa vµo tÝnh chÊt cña khÝ lý t−ëng. Theo ®Þnh lý Carnot: hiÖu suÊt η cña mét ®éng c¬ nhiÖt thuËn nghÞch ho¹t ®éng gi÷a hai nguån cã nhiÖt ®é lµ θ1 vµ θ2 trong mét thang ®o bÊt kú chØ phô thuéc vµo θ1 vµ θ2: F (θ 1 ) η= (2.1) F (θ 2 ) D¹ng cña hµm F phô thuéc vµo thang nhiÖt ®é. Ng−îc l¹i viÖc chän d¹ng hµm F sÏ quyÕt ®Þnh thang nhiÖt ®é. §Æt F(θ) = T, khi ®ã hiÖu suÊt nhiÖt cña ®éng c¬ nhiÖt thuËn nghÞch ®−îc viÕt nh− sau: T1 η = 1− (2.2) T2 Trong ®ã T1 vµ T2 lµ nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi cña hai nguån. §èi víi chÊt khÝ lý t−ëng, néi n¨ng U chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña chÊt khÝ vµ ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng liªn hÖ gi÷a ¸p suÊt p, thÓ tÝch v vµ nhiÖt ®é cã d¹ng: p.v=G(θ) (2.3) Cã thÓ chøng minh ®−îc r»ng: G(θ)=RT (2.4) - 14 -
Trong ®ã R lµ h»ng sè khÝ lý t−ëng, T lµ nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi. §Ó cã thÓ g¸n mét gi¸ trÞ sè cho T, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®¬n vÞ cho nhiÖt ®é. Muèn vËy chØ cÇn g¸n gi¸ trÞ cho nhiÖt ®é t−¬ng øng víi mét hiÖn t−îng nµo ®ã víi ®iÒu kiÖn hiÖn t−îng nµy hoµn toµn x¸c ®Þnh vµ cã tÝnh lÆp l¹i. - Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): Thang nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi, ®¬n vÞ nhiÖt ®é lµ K. Trong thang ®o nµy ng−êi ta g¸n cho nhiÖt ®é cña ®iÓm c©n b»ng ba tr¹ng th¸i n−íc - n−íc ®¸ - h¬i mét gi¸ trÞ sè b»ng 273,15 K. - Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742): Thang nhiÖt ®é b¸ch ph©n, ®¬n vÞ nhiÖt ®é lµ oC. Trong thang ®o nµy nhiÖt ®é cña ®iÓm c©n b»ng tr¹ng th¸i n−íc - n−íc ®¸ b»ng 0oC, nhiÖt ®é ®iÓm n−íc s«i lµ 100oC. NhiÖt ®é Celsius x¸c ®Þnh qua nhiÖt ®é Kelvin theo biÓu thøc: T(oC)= T(K) - 273,15 (2.5) - Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): §¬n vÞ nhiÖt ®é lµ oF. Trong thang ®o nµy, nhiÖt ®é cña ®iÓm n−íc ®¸ tan lµ 32oF vµ ®iÓm n−íc s«i lµ 212oF. Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é Fahrenheit vµ nhiÖt Celssius: () {( ) } 5 T oC = T o F − 32 (2.6) 9 () () 9o T oF = T C + 32 (2.7) 5 B¶ng 2.1 Cho c¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña mét sè nhiÖt ®é quan träng theo c¸c thang ®o kh¸c nhau. B¶ng 2.1 NhiÖt ®é mét sè hiÖn t−îng quan träng theo c¸c thang ®o Celsius (oC) Fahrenheit (oF) NhiÖ ®é Kelvin (K) §iÓm 0 tuyÖt ®èi 0 -273,15 - 459,67 Hçn hîp n−íc - n−íc ®¸ 273,15 0 32 C©n b»ng n−íc - n−íc ®¸ - h¬i 273,16 0,01 32,018 N−íc s«i 373,15 100 212 b) NhiÖt ®é ®o ®−îc vµ nhiÖt ®é cÇn ®o VËt thÓ hoÆc m«i tr−êng cÇn ®o nhiÖt ®é gäi lµ m«i tr−êng ®o, phÇn tö c¶m nhËn cña dông cô ®o ®−îc gäi lµ vËt ®o. Gi¶ sö m«i tr−êng ®o cã nhiÖt ®é thùc b»ng - 15 -
Tx., ®iÒu kiÖn ®Ó ®o ®óng nhiÖt ®é cña m«i tr−êng ®o lµ ph¶i cã sù c©n b»ng nhiÖt gi÷a m«i tr−êng ®o vµ vËt ®o. Tuy nhiªn, do nhiÒu nguyªn nh©n, nhiÖt ®é cña vËt ®o kh«ng bao giê ®¹t tíi nhiÖt ®é m«i tr−êng Tx, do ®ã khi ®o ta chØ nhËn ®−îc nhiÖt ®é Tc lµ nhiÖt ®é cña vËt ®o. NhiÖt ®é Tx gäi lµ nhiÖt ®é cÇn ®o, nhiÖt ®é Tc lµ nhiÖt ®é ®o ®−îc. Gi÷a nhiÖt ®é cÇn ®o vµ nhiÖt ®é ®o ®−îc tån t¹i mét chªnh lÖch nhiÖt ®é Tx - Tc nhÊt ®Þnh. Chóng ta h·y kh¶o s¸t tr−êng hîp ®o b»ng dông cô ®o tiÕp xóc. L−îng nhiÖt truyÒn tõ m«i tr−êng vµo vËt ®o x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: dQ = αA (Tx − Tc )dt Trong ®ã: α - hÖ sè dÉn nhiÖt. A - diÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt. t - thêi gian trao ®æi nhiÖt. L−îng nhiÖt vËt ®o hÊp thô: dQ = mCdT c Trong ®ã: m - khèi l−îng cña vËt ®o. c - nhiÖt dung cña vËt ®o. NÕu bá qua tæn thÊt nhiÖt cña vËt ®o ra m«i tr−êng ngoµi vµ gi¸ ®ì, ta cã: αA(Tx − Tc )dt = mCdTc mC = τ , gäi lµ h»ng sè thêi gian nhiÖt, ta cã: §Æt αA dTc dt = T x − Tc τ T(oK) Tx Tc 0,63Tx τ t ( s) H×nh 2.1. Trao ®æi nhiÖt cña vËt ®o - 16 -
NghiÖm cña ph−¬ng tr×nh cã d¹ng: t − Tc = Tx − ke τ (2.8) Tõ (2.8) ta nhËn thÊy Tc → Tx chØ khi t→ ∞. Trªn thùc tÕ, thêi gian tiÕp xóc gi÷a vËt ®o vµ m«i tr−êng ®o lµ cã giíi h¹n, ®ång thêi cã sù truyÒn nhiÖt tõ vËt ®o ra m«i tr−êng bªn ngoµi do ®ã Tc < Tx , trong phÐp ®o lu«n tån t¹i sai lÖch ∆T = Tx − Tc . Sai lÖch ∆T cµng bÐ phÐp ®o cµng chÝnh x¸c. §Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c, khi ®o cÇn ph¶i: - T¨ng c−ênng sù trao ®æi nhiÖt gi÷a vËt ®o vµ m«i tr−êng ®o. - Gi¶m sù trao ®æi nhiÖt gi÷a vËt ®o vµ m«i tr−êng bªn ngoµi. §Ó t¨ng c−êng trao ®æi nhiÖt gi÷a m«i tr−êng ®o vµ vËt ®o ta ph¶i dïng vËt ®o cã tØ nhiÖt thÊp, hÖ sè dÉn nhiÖt cao. §Ó h¹n chÕ tæn thÊt nhiÖt tõ vËt ®o ra ngoµi th× c¸c tiÕp ®iÓm dÉn tõ vËt ®o ra m¹ch ®o bªn ngoµi ph¶i cã hÖ sè dÉn nhiÖt thÊp. 2.1.2. Ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é Nh− chóng ta ®· biÕt, nhiÖt ®é kh«ng thÓ ®o trùc tiÕp mµ ph¶i ®o gi¸n tiÕp th«ng qua sù thay ®æi tÝnh chÊt cña vËt liÖu theo nhiÖt ®é. Bëi vËy ®Ó ®o nhiÖt ®é cÇn ph¶i biÕt ®−îc quan hÖ phô thuéc cña tÝnh chÊt vËt lý cña vËt ®o, cña m«i tr−êng ®o vµo nhiÖt ®é, nh÷ng tÝnh chÊt nµy ph¶i phô thuéc ®¬n trÞ vµo nhiÖt ®é. D−íi t¸c ®éng cña nhiÖt ®é, tÝnh chÊt cña m«i tr−êng ®o vµ vËt ®o thay ®æi, th«ng qua x¸c ®Þnh tÝnh chÊt cña m«i tr−êng ®o vµ vËt ®o ta x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt ®é cña m«i tr−êng ®o. Theo nguyªn t¾c ®o, ng−êi ta chia ra hai ph−¬ng ph¸p ®o gåm ®o tiÕp xóc vµ ®o kh«ng tiÕp xóc. - Ph−¬ng ph¸p ®o tiÕp xóc: khi ®o, vËt ®o tiÕp xóc víi m«i tr−êng ®o, phÐp ®o dùa trªn c¸c hiÖn t−îng: + Gi¶n në cña vËt liÖu. + BiÕn ®æi tr¹ng th¸i cña vËt liÖu. + Thay ®æi ®iÖn trë cña vËt liÖu. + HiÖu øng nhiÖt ®iÖn. - Ph−¬ng ph¸p ®o kh«ng tiÕp xóc: khi ®o vËt ®o kh«ng tiÕp xóc víi m«i tr−êng ®o, phÐp ®o dùa vµo sù phô thuéc cña bøc x¹ nhiÖt cña m«i tr−êng ®o vµo nhiÖt ®é, vÝ dô ®o nhiÖt ®é b»ng háa kÕ. - 17 -
D−íi ®©y nghiªn cøu mét sè lo¹i dông cô ®o c¬ b¶n vµ c¸c dông cô thø cÊp th−êng dïng khi ®o nhiÖt ®é. 2.2. NhiÖt kÕ gi·n në 2.2.1. Nguyªn lý ®o Nguyªn lý ho¹t ®éng cña nhiÖt kÕ gi¶n në dùa vµo sù gi·n në cña vËt liÖu khi t¨ng nhiÖt ®é. Khi t¨ng nhiÖt ®é hÇu hÕt c¸c chÊt gi¶n në lµm t¨ng thÓ tÝch. ThÓ tÝch cña khèi chÊt phô thuéc nhiÖt ®é theo quan hÖ hµm sè: V = V0 (1 + α v t ) (2.9) Trong ®ã: Vo, V: thÓ tÝch khèi chÊt ë 0oC vµ ë nhiÖt ®é toC [m3]. αv: hÖ sè gi¶n në thÓ tÝch [1/®é]. §èi víi vËt thÓ r¾n, quan hÖ gi÷a chiÒu dµi vËt vµ nhiÖt ®é cã d¹ng: l = l 0 (1 + αt ) (2.10) Trong ®ã: lo, l: chiÒu dµi cña vËt thÓ ë 0oC vµ ë nhiÖt ®é toC. α: hÖ sè gi¶n në dµi [1/®é]. 2.2.2. C¸c lo¹i nhiÖt kÕ gi·n në a) NhiÖt kÕ gi·n në dïng chÊt r¾n Trong thùc tÕ, nhiÖt kÕ dïng chÊt r¾n th−êng cã hai lo¹i: gèm vµ kim lo¹i, kim lo¹i vµ kim lo¹i. - NhiÖt kÕ gèm - kim lo¹i(Dilatomet): gåm mét thanh gèm (1) ®Æt trong èng kim lo¹i (2), mét ®Çu thanh gèm liªn kÕt víi èng kim lo¹i, ®Çu cßn l¹i A nèi víi hÖ thèng truyÒn ®éng tíi bé phËn chØ thÞ. 2 1 4 2 2 1 a) b) H×nh 2.2 NhiÖt kÕ gi·n në a) NhiÖt kÕ gèm - kim lo¹i b) NhiÖt kÕ kim lo¹i - kim lo¹i - 18 -
HÖ sè gi·n në nhiÖt cña kim lo¹i vµ cña gèm lµ αk vµ αg. Do αk > αg, khi nhiÖt ®é t¨ng mét l−îng dt, thanh kim lo¹i gi·n thªm mét l−îng dlk, thanh gèm gi·n thªm mét l−îng dlg víi dlk>dlg, lµm cho thanh gèm dÞch sang ph¶i. DÞch chuyÓn cña thanh gèm phô thuéc (dlk - dlg) do ®ã phô thuéc nhiÖt ®é. - NhiÖt kÕ kim lo¹i - kim lo¹i: gåm hai thanh kim lo¹i (1) vµ (2) cã hÖ sè gi·n në nhiÖt kh¸c nhau liªn kÕt víi nhau theo chiÒu däc. Gi¶ sö α1 > α2 , khi gi·n në nhiÖt hai thanh kim lo¹i cong vÒ phÝa thanh (2). Dùa vµo ®é cong cña thanh kim lo¹i ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é. NhiÖt kÕ gi·n në dïng chÊt r¾n th−êng dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é d−íi 700oC. b) NhiÖt kÕ gi·n në dïng chÊt láng H×nh 2.3 tr×nh bµy cÊu t¹o cña mét nhiÖt kÕ dïng chÊt láng. NhiÖt kÕ gåm b×nh nhiÖt (1), èng mao dÉn (2) vµ chÊt láng (3). 2 ChÊt láng sö dông th−êng dïng lµ thuû ng©n cã hÖ sè gi·n në nhiÖt α =18.10-5/oC, vá nhiÖt kÕ 3 b»ng thuû tinh cã α =2.10-5/oC. Khi ®o nhiÖt ®é, b×nh nhiÖt ®−îc ®Æt tiÕp xóc 1 víi m«i tr−êng ®o. Khi nhiÖt ®é t¨ng, chÊt láng H×nh 2.3 NhiÖt kÕ gi¶n në dïng chÊt láng gi·n në vµ d©ng lªn trong èng mao dÉn. Thang ®o ®−îc chia ®é trªn vá theo däc èng mao dÉn. NhiÖt kÕ gi¶n në dïng chÊt láng ®¬n gi¶n vµ rÏ tiÒn, ®o t−¬ng ®èi chÝnh x¸c nh−ng kh«ng biÕn ®æi ®−îc thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. D¶i nhiÖt ®é lµm viÖc tõ - 50 ÷ 600oC tïy theo vËt liÖu chÕ t¹o vá bäc. 2.3. NhiÖt kÕ ®iÖn trë 2.3.1. Nguyªn lý ®o Nguyªn lý chung ®o nhiÖt ®é b»ng c¸c ®iÖn trë lµ dùa vµo sù thay ®æi ®iÖn trë suÊt cña vËt liÖu theo nhiÖt ®é. Trong tr−êng hîp tæng qu¸t, sù thay ®æi ®iÖn trë cña vËt liÖu theo nhiÖt ®é cã d¹ng: R(T ) = R 0 .F (T − T0 ) (2.11) - 19 -
Trong ®ã R0 lµ ®iÖn trë ë nhiÖt ®é T0, F lµ hµm ®Æc tr−ng cho vËt liÖu vµ F = 1 khi T = T0 . HiÖn nay th−êng sö dông ba lo¹i ®iÖn trë ®o nhiÖt ®é ®ã lµ: ®iÖn trë kim lo¹i, ®iÖn trë silic vµ ®iÖn trë hçn hîp c¸c oxyt b¸n dÉn. Tr−êng hîp ®iÖn trë kim lo¹i, hµm trªn cã d¹ng: ( ) R(T ) = R 0 1 + AT + BT 2 + CT 3 (2.11) Trong ®ã nhiÖt ®é T ®o b»ng oC, T0 = 0oC vµ A, B, C lµ c¸c hÖ sè thùc nghiÖm. C¸c hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c b»ng thùc nghiÖm khi ®o nh÷ng nhiÖt ®é ®· biÕt tr−íc. Khi ®· biÕt gi¸ trÞ c¸c hÖ sè, tõ gi¸ trÞ cña R ng−êi ta x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt ®é cÇn ®o. Khi ®é biÕn thiªn cña nhiÖt ®é ∆T (xung quanh gi¸ trÞ T) nhá, ®iÖn trë cã thÓ coi nh− thay ®æi theo hµm tuyÕn tÝnh: R(T + ∆T ) = R(T )(1 + α R ∆T ) (2.13) Trong ®ã αR lµ hÖ sè nhiÖt cña ®iÖn trë hay cßn gäi lµ ®é nh¹y nhiÖt ë nhiÖt ®é T, x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: 1 dR αR = (2.14) R(T ) dT §é nh¹y nhiÖt phô thuéc vµo vËt liÖu vµ nhiÖt ®é, ch¼ng h¹n ë 0oC platin (Pt) cã αR=3,9.10-3/oC. ∆R , do ®ã ChÊt l−îng thiÕt bÞ ®o x¸c ®Þnh gi¸ trÞ nhá nhÊt mµ nã cã thÓ ®o ®−îc R0 min còng x¸c ®Þnh sù thay ®æi nhá nhÊt cña nhiÖt ®é cã thÓ ph¸t hiÖn ®−îc: 1 ∆R ∆Tmin = (2.15) αR Ro min ∆R = 10 −6 vµ víi nh÷ng phÐp ®o quanh ®iÓm 0oC, vËt liÖu lµ platin th× VÝ dô nÕu R0 min ∆Tmin = 2,6.10 −4 oC. Thùc ra, ®iÖn trë kh«ng chØ thay ®æi khi nhiÖt ®é thay ®æi do sù thay ®æi ®iÖn trë suÊt mµ cßn chÞu t¸c ®éng cña sù thay ®æi kÝch th−íc h×nh häc cña nã. Bëi vËy ®èi víi mét ®iÖn trë d©y cã chiÒu dµi l vµ tiÕt diÖn s, hÖ sè nhiÖt ®é cã d¹ng: - 20 -
1 dR 1 dρ 1 dl 1 ds αR = = + − R dT ρ dT l dT s dT 1 dρ 1 dl 1 ds §Æt α ρ = , mÆt kh¸c α s = 2α l , ta cã: ; αl = ; αs = ρ dT l dT s dT αR = αρ + αl − αs = αρ − α l Trªn thùc tÕ th−êng α ρ >> α l nªn cã thÓ coi α R = α ρ . 2.3.2. C¸c lo¹i nhiÖt kÕ ®iÖn trë 2.3.2.1. NhiÖt kÕ ®iÖn trë kim lo¹i a) VËt liÖu VËt liÖu dïng ®Ó chÕ t¹o nhiÖt kÕ ®iÖn trë kim lo¹i ph¶i tháa m·n c¸c yªu cÇu: + Cã ®iÖn trë suÊt ρ ®ñ lín ®Ó ®iÖn trë ban ®Çu R0 lín mµ kÝch th−íc nhiÖt kÕ vÉn nhá. + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña nã tèt nhÊt lµ lu«n lu«n kh«ng ®æi dÊu, kh«ng triÖt tiªu. + Cã ®ñ ®é bÒn c¬, ho¸ ë nhiÖt ®é lµm viÖc. + DÔ gia c«ng vµ cã kh¶ n¨ng thay lÉn. Do vËy, vËt liÖu th−êng dïng ®Ó chÕ t¹o nhiÖt kÕ ®iÖn trë lµ Pt vµ Ni. Ngoµi ra cßn dïng Cu, W. - Platin : + Cã thÓ chÕ t¹o víi ®é tinh khiÕt rÊt cao (99,999%) do ®ã t¨ng ®é chÝnh x¸c cña c¸c tÝnh chÊt ®iÖn. + Cã tÝnh tr¬ vÒ mÆt ho¸ häc vµ tÝnh æn ®Þnh cÊu tróc tinh thÓ cao do ®ã ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh cao vÒ c¸c ®Æc tÝnh dÉn ®iÖn trong qu¸ tr×nh sö dông. + HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë ë 0oC b»ng 3,9.10-3/oC. + §iÖn trë ë 100oC lín gÊp 1,385 lÇn so víi ë 0oC. + D¶i nhiÖt ®é lµm viÖc kh¸ réng tõ -200oC ÷ 1000oC. §iÖn trë platin th−êng ®−îc chÕ t¹o víi ®−êng kÝnh d©y tõ 0,05 - 0,07 mm, ®iÖn trë Ro = 10Ω; 46Ω; 100 Ω. - Nikel: + Cã ®é nh¹y nhiÖt cao, b»ng 4,7.10-3/oC. - 21 -
+ §iÖn trë ë 100oC lín gÊp 1,617 lÇn so víi ë 0oC. + DÔ bÞ oxy ho¸ khi ë nhiÖt ®é cao lµm gi¶m tÝnh æn ®Þnh. + D¶i nhiÖt ®é lµm viÖc thÊp h¬n 250oC. §ång ®−îc sö dông trong mét sè tr−êng hîp nhê ®é tuyÕn tÝnh cao cña ®iÖn trë theo nhiÖt ®é. Tuy nhiªn, ho¹t tÝnh ho¸ häc cña ®ång cao nªn nhiÖt ®é lµm viÖc th−êng kh«ng v−ît qu¸ 180oC. §iÖn trë suÊt cña ®ång nhá, do ®ã ®Ó chÕ t¹o ®iÖn trë cã ®iÖn trë lín ph¶i t¨ng chiÒu dµi d©y dÉn ®Õn lµm t¨ng kÝch th−íc ®iÖn trë. Wonfram cã ®é nh¹y nhiÖt vµ ®é tuyÕn tÝnh cao h¬n platin, cã thÓ lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao h¬n. Wonfram cã thÓ chÕ t¹o d¹ng sîi rÊt m¶nh nªn cã thÓ chÕ t¹o ®−îc c¸c ®iÖn trë cao víi kÝch th−íc nhá. Tuy nhiªn, øng suÊt d− sau khi kÐo sîi khã bÞ triÖt tiªu hoµn toµn b»ng c¸ch ñ do ®ã gi¶m tÝnh æn ®Þnh cña ®iÖn trë. B¶ng 2.3. §Æc tr−ng vËt lý quan träng cña mét sè vËt liÖu lµm ®iÖn trë ®o Th«ng sè Cu Ni Pt W Tf (oC) 1083 1453 1769 3380 c (JoC-1kg-1) 400 450 135 125 λ (WoC-1m-1) 400 90 73 120 αl x106 (oC) 16,7 12,8 8,9 6 ρ x108 (Ωm) 1,72 10 10,6 5,52 α x103 (oC-1) 3,9 4,7 3,9 4,5 b) CÊu t¹o §Ó tr¸nh sù lµm nãng ®Çu ®o, dßng ®iÖn ch¹y qua ®iÖn trë th−êng giíi h¹n ë gi¸ trÞ mét vµi mA. MÆt kh¸c, ®Ó ®iÖn trë cã ®é nh¹y nhiÖt cao th× ®iÖn trë ph¶i cã gi¸ trÞ ®ñ lín, muèn vËy ph¶i gi¶m tiÕt diÖn d©y hoÆc t¨ng chiÒu dµi d©y. Tuy nhiªn khi gi¶m tiÕt diÖn d©y ®é bÒn l¹i thÊp, d©y ®iÖn trë dÔ bÞ ®øt, viÖc t¨ng chiÒu dµi d©y l¹i lµm t¨ng kÝch th−íc ®iÖn trë. §Ó hîp lý ng−êi ta th−êng chän ®iÖn trë R ë 0oC cã gi¸ trÞ vµo kho¶ng 100Ω, khi ®ã víi ®iÖn trë platin sÏ cã ®−êng kÝnh d©y cì vµi µm vµ chiÒu dµi kho¶ng 10cm, sau khi quÊn l¹i sÏ nhËn ®−îc nhiÖt kÕ cã chiÒu dµi cì 1cm. C¸c s¶n phÈm th−¬ng m¹i th−êng cã ®iÖn trë ë 0oC lµ 50Ω, 500Ω vµ 1000Ω, c¸c ®iÖn trë lín th−êng ®−îc dïng ®Ó ®o ë d¶i nhiÖt ®é thÊp. - 22 -
- NhiÖt kÕ c«ng nghiÖp: §Ó sö dông cho môc ®Ých c«ng nghiÖp, c¸c nhiÖt kÕ ph¶i cã vá bäc tèt chèng ®−îc va ch¹m m¹nh vµ rung ®éng. Do vËy, ®iÖn trë kim lo¹i ®−îc cuèn trªn lâi vµ bao bäc trong bªn ngoµi b»ng thuû tinh hoÆc gèm, ®ång thêi ®Æt trong vá b¶o vÖ b»ng thÐp. Trªn h×nh 2.4 tr×nh bµy cÊu t¹o mét sè ®Çu ®o ®iÖn trë th−êng dïng trong c«ng nghiÖp. 1 6 1 2 3 2 5 4 5 7 1 H×nh 2.4 §Çu ®o nhiÖt kÕ c«ng nghiÖp dïng ®iÖn trë platin 1) D©y platin 2) Gèm c¸ch ®iÖn 3) èng sø c¸ch ®iÖn 4) D©y nèi 5) Trôc g¸ 6) Vá bäc 7) Xi m¨ng - NhiÖt kÕ bÒ mÆt: NhiÖt kÕ bÒ mÆt dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é trªn bÒ mÆt cña vËt r¾n. Chóng th−êng ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p quang ho¸ vµ sö dông vËt liÖu lµm ®iÖn trë lµ Ni, Fe-Ni hoÆc Pt. CÊu tróc cña mét nhiÖt kÕ bÒ mÆt cã d¹ng nh− h×nh vÏ 2.5. ChiÒu dµy líp kim lo¹i cì vµi µm vµ kÝch th−íc nhiÖt kÕ cì 1cm2. H×nh 2.5 NhiÖt kÕ bÒ mÆt §Æc tr−ng chÝnh cña nhiÖt kÕ bÒ mÆt: ~5.10-3/oC ®èi víi tr−êng hîp Ni vµ Fe-Ni. - §é nh¹y nhiÖt : ~4.10-3/oC ®èi víi tr−êng hîp Pt. -195oC ÷ 260 oC ®èi víi Ni vµ Fe-Ni. - D¶i nhiÖt ®é sö dông: - 23 -
-260oC ÷ 1400 oC ®èi víi Pt. Khi sö dông nhiÖt kÕ bÒ mÆt cÇn ®Æc biÖt l−u ý ®Õn ¶nh h−ëng biÕn d¹ng cña bÒ mÆt ®o. 2.3.2.2. NhiÖt kÕ ®iÖn trë silic Silic tinh khiÕt hoÆc ®¬n tinh thÓ silic cã hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë ©m, tuy nhiªn khi ®−îc kÝch t¹p lo¹i n th× trong kho¶ng nhiÖt ®é thÊp chóng l¹i cã hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë d−¬ng, hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë ~0,7%/oC ë 25oC. R(Ω) 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 ToC -50 0 50 100 H×nh 2.6 Sù phô thuéc nhiÖt ®é cña ®iÖn trë silic §Çu ®o cña nhiÖt kÕ ®iÖn trë silic ®−îc chÕ t¹o cã kÝch th−íc cì 500x500x240 µm, ®−îc m¹ kim lo¹i ë mét phÝa cßn phÝa kia lµ bÒ mÆt tiÕp xóc. Trong d¶i nhiÖt ®é lµm viÖc (-55 ÷ 200oC) cã thÓ lÊy gÇn ®óng gi¸ trÞ ®iÖn trë cña c¶m biÕn theo nhiÖt ®é theo c«ng thøc: [ ] R T = R 0 1 + A (T − T0 ) + B (T − T0 ) 2 Trong ®ã R0 vµ T0 lµ ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi ë ®iÓm chuÈn. Sù thay ®æi nhiÖt cña ®iÖn trë t−¬ng ®èi nhá nªn cã thÓ tuyÕn tÝnh ho¸ b»ng c¸ch m¾c thªm mét ®iÖn trë phô. 2.3.2.3. NhiÖt kÕ ®iÖn trë oxyt b¸n dÉn a) VËt liÖu chÕ t¹o NhiÖt kÕ ®iÖn trë oxyt b¸n dÉn ®−îc chÕ t¹o tõ hçn hîp oxyt b¸n dÉn ®a tinh thÓ nh−: MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4. Sù phô thuéc cña ®iÖn trë cña nhiÖt ®iÖn trë theo nhiÖt ®é cho bëi biÓu thøc: - 24 -
2 ⎧ ⎛1 1 ⎞⎫ ⎡T⎤ R(T ) = R 0 ⎢ ⎥ exp⎨β⎜ − ⎟⎬ (2.16) ⎜ ⎟ ⎣ T0 ⎦ ⎩ ⎝ T T0 ⎠⎭ Trong ®ã R0(Ω) lµ ®iÖn trë ë nhiÖt ®é T0(K). §é nh¹y nhiÖt cã d¹ng: β+b αR = T2 V× ¶nh h−ëng cña hµm mò ®Õn ®iÖn trë chiÕm −u thÕ nªn biÓu thøc (2.16) cã thÓ viÕt l¹i: ⎧ ⎛1 1 ⎞⎫ R(T ) = R 0 exp ⎨B⎜ − ⎟⎬ (2.17) ⎜ ⎟ ⎩ ⎝ T T0 ⎠⎭ B αR = − Vµ ®é nh¹y nhiÖt: T2 Víi B cã gi¸ trÞ trong kho¶ng 3.000 - 5.000K. c) CÊu t¹o Hçn hîp bét oxyt ®−îc trén theo tØ lÖ thÝch hîp sau ®ã ®−îc nÐn ®Þnh d¹ng vµ thiªu kÕt ë nhiÖt ®é ~ 1000oC. C¸c d©y nèi kim lo¹i ®−îc hµn t¹i hai ®iÓm trªn bÒ mÆt ®· ®−îc phñ b»ng mét líp kim lo¹i. MÆt ngoµi cã thÓ bäc b»ng vá thuû tinh. 2 3 1 H×nh 2.7 CÊu t¹o nhiÖt ®iÖn trë cã vá bäc thuû tinh 1) Vá bäc 2) §iÖn trë 3) D©y nèi NhiÖt ®iÖn trë cã ®é nh¹y nhiÖt rÊt cao nªn cã thÓ dïng ®Ó ph¸t hiÖn nh÷ng biÕn thiªn nhiÖt ®é rÊt nhá cì 10-4 - 10-3K. §Çu ®o cã kÝch th−íc nhá nªn cã thÓ ®o nhiÖt ®é t¹i tõng ®iÓm vµ nhiÖt dung nhá nªn thêi gian håi ®¸p bÐ. Tïy thuéc thµnh phÇn chÕ t¹o, d¶i nhiÖt ®é lµm viÖc cña c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë tõ vµi ®é ®Õn kho¶ng 300oC. 2.3.2.4. M¹ch ®o vµ dông cô thø cÊp a) M¹ch ®o dïng logomet S¬ ®å m¹ch ®o tr×nh bµy trªn h×nh 2.8. - 25 -
Logomet gåm r«to (1) trªn ®ã bè trÝ hai cuén d©y (2) b¾t chÐo nhau, ®Æt trong tõ tr−êng cña nam ch©m vÜnh c÷u (3). R«to ®−îc nèi víi hai lß xo c¶n (4), dßng ®iÖn ®i vµo c¸c cuén d©y qua c¸c lß xo c¶n. 2 I1 I2 M2 M1 N S 3 Rp2 Rp1 1 4 4 R2 R1 Rt H×nh 2.8 S¬ ®å m¹ch ®o dïng logomet 1) R«to 2) Cuén d©y 3) Nam ch©m vÜnh cöu 4) Lß xo c¶n Gi¶ sö Rt = Rt0, khi ®ã: R p 2 + R 2 + R t = R p1 + R1 (2.18) I1 = I 2 Vµ M« men quay M1 vµ M2 sinh ra do hai dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c cuén d©y: M 1 = n.c.l.r.B 2 .i 2 M 2 = n.c.l.r.B 1 .i 1 Trong ®ã: n, l, r - sè vßng, chiÒu dµi c¹nh vµ b¸n kÝnh cña khung d©y. B1, B2 - tõ th«ng qua c¸c cuén d©y. c - h»ng sè. Do c¸c lß xo c¶n vµ c¸c khung d©y cã cÊu t¹o gièng nhau vµ bè trÝ ®èi xøng, M 1 = M 2 vµ ng−îc chiÒu nªn r«to ®øng yªn. Khi nhiÖt ®é t¨ng lªn Rt t¨ng, lµm cho: R p 2 + R 2 + R t > R p1 + R1 (2.19) - 26 -
Khi ®ã I 1 > I 2 vµ M 2 > M 1 lµm cho r«to quay theo chiÒu cña M2, khi r«to quay M2 gi¶m xuèng vµ M1 t¨ng lªn cho ®Õn khi M 1 = M 2 th× ngõng quay. ë vÞ trÝ c©n b»ng: B 2 I 2 = B 1I1 E R p1 + R 1 B 2 I1 ⇒ == E B1 I 2 R p2 + R p + R t B 2 R p2 + R p + R t = ⇒ (2.20) R p1 + R 1 B1 Gãc quay cña r«to lµ hµm cña tØ sè tõ th«ng qua c¸c cuén d©y vµ lµ hµm cña nhiÖt ⎛B ⎞ ⎟ = f (t ) . ®é: ϕ = f ⎜ 2 ⎜B ⎟ ⎝1 ⎠ Logomet dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é th−êng ®−îc chÕ t¹o víi cÊp chÝnh x¸c 1 vµ 2. b) M¹ch ®o dïng cÇu c©n b»ng - CÇu hai d©y dÉn: G a R3 R3 R2 R2 G E E R1 R1 b Rd2 Rd1 Rd2 Rd1 Rt a) b) Rt H×nh 2.9 S¬ ®å m¹ch ®o dïng cÇu c©n b»ng a) CÇu hai d©y dÉn b) CÇu ba d©y dÉn Trong s¬ ®å cÇu hai d©y dÉn (h×nh 2.9a) khi ë nhiÖt ®é t0 = 0oC th×: R 1 .R 3 = R 2 . R t 0 (2.21) - 27 -
Khi ®ã, ®iÖn ¸p U ab = 0 , dßng ®iÖn qua ®iÖn kÕ b»ng 0 vµ kim ®iÖn thÕ kÕ (G) chØ kh«ng. Khi ë nhiÖt ®é t, Rt thay ®æi vµ R 1 .R 3 ≠ R 2 .R t lµm cho cÇu mÊt c©n b»ng ( U ab ≠ 0 ), ®iÒu chØnh R2 sao cho cÇu ®¹t c©n b»ng míi, nÕu bá qua thay ®æi cña ®iÖn trë d©y nèi th× vÞ trÝ cña con ch¹y cña biÕn trë R2 phô thuéc ®¬n trÞ vµo nhiÖt ®é cÇn ®o. - CÇu ba d©y dÉn: khi tÝnh ®Õn ®iÖn trë cña d©y nèi, ë nhiÖt ®é t ta cã: R 1 .R 3 = R 2 .(R t + R d1 + R d 2 ) (2.22) Nh− vËy R2 kh«ng phô thuéc ®¬n trÞ vµo nhiÖt ®é ®o nªn g©y ra sai sè. §Ó kh¾c phôc sai sè nµy ng−êi ta dïng s¬ ®å cÇu ba d©y dÉn nh− h×nh 2.9b, khi ®ã: (R1 + R d 2 ).R 3 = R 2 .(R t + R d1 ) (2.23) Trong ph−¬ng tr×nh (2.23) ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é tíi ®iÖn trë d©y nèi ph©n ra hai vÕ nªn t¨ng ®é chÝnh x¸c phÐp ®o, do ®ã cã thÕ ®¹t cÊp chÝnh x¸c 0,2. - CÇu c©n b»ng ®iÖn tõ: H×nh 2.10 tr×nh bµy s¬ ®å cÊu t¹o cña mét m¹ch ®o dïng cÇu c©n b»ng ®iÖn tõ. C¸c bé ph©n c¬ b¶n cña m¹ch ®o gåm: cÇu c©n b»ng (1), bé khuÕch ®¹i (2) vµ ®éng c¬ (3). A RP §C 1 ∆U RH Rm Rk 3 4 RCu Rm Rt H×nh 2.10 S¬ ®å m¹ch dïng cÇu c©n b»ng ®iÖn tõ 1) CÇu c©n b»ng 2) Bé khuÕch ®¹i 3) §éng c¬ Nguyªn lý ho¹t ®éng: Gi¶ sö ë nhiÖt ®é t0 cÇu c©n b»ng, khi ®ã ∆U = 0 , ®éng c¬ (3) vµ con ch¹y cña biÕn trë Rp ®øng yªn. Khi Rt thay ®æi, cÇu mÊt c©n b»ng vµ - 28 -
∆U ≠ 0 , tÝn hiÖu qua bé khuÕch ®¹i (2) vµo ®éng c¬ (4), ®éng c¬ quay mét mÆt lµm quay kim chØ, mét mÆt lµm dÞch chuyÓn con ch¹y cña biÕn trë Rp cho ®Õn khi cÇu ®¹t c©n b»ng míi. ThiÕt bÞ ®o ®−îc chÕ t¹o víi cÊp chÝnh x¸c 0,5 vµ cÇu c©n b»ng cña nhãm nµo th× ®i cïng víi nhiÖt kÕ ®iÖn trë cña nhãm Êy. 2.4. CÆp nhiÖt ngÉu 2.4.1. HiÖu øng nhiÖt ®iÖn Ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é b»ng cÆp nhiÖt ngÉu dùa trªn c¬ së hiÖu øng nhiÖt ®iÖn. Ng−êi ta nhËn thÊy r»ng khi hai d©y dÉn t0 2 chÕ t¹o tõ hai vËt liÖu cã b¶n chÊt ho¸ häc kh¸c nhau ®−îc nèi víi nhau b»ng mèi hµn thµnh mét m¹ch kÝn vµ nhiÖt ®é hai mèi hµn A B lµ t vµ t0 kh¸c nhau th× trong m¹ch xuÊt hiÖn mét dßng ®iÖn. Søc ®iÖn ®éng xuÊt hiÖn do 1 t hiÖu øng nhiÖt ®iÖn gäi lµ søc ®iÖn ®éng nhiÖt ®iÖn. NÕu mét ®Çu cña cÆp nhiÖt ngÉu hµn nèi H×nh 2.11 S¬ ®å nguyªn lý cÆp nhiÖt ngÉu víi nhau, cßn ®Çu thø hai ®Ó hë th× gi÷a hai cùc xuÊt hiÖn mét hiÖu ®iÖn thÕ. HiÖn t−îng trªn cã thÓ gi¶i thÝch nh− sau: Trong kim lo¹i lu«n lu«n tån t¹i mét nång ®é ®iÖn tö tù do nhÊt ®Þnh phô thuéc b¶n chÊt kim lo¹i vµ nhiÖt ®é. Th«ng th−êng khi nhiÖt ®é t¨ng, nång ®é ®iÖn tö t¨ng. Gi¶ sö ë nhiÖt ®é t0 nång ®é ®iÖn tö trong A lµ NA(t0), trong B lµ NB(t0) vµ ë nhiÖt ®é t nång ®é ®iÖn tö trong A lµ NA(t), trong B lµ NB(t), nÕu NA(t0) > NB(t0) th× nãi chung NA(t) > NB(t). XÐt ®Çu lµm viÖc (nhiÖt ®é t), do NA(t) > NB(t) nªn cã sù khuÕch t¸n ®iÖn tö tõ A → B vµ ë chæ tiÕp xóc xuÊt hiÖn mét hiÖu ®iÖn thÕ eAB(t) cã t¸c dông c¶n trë sù khuÕch t¸n. Khi ®¹t c©n b»ng eAB(t) sÏ kh«ng ®æi. T−¬ng tù, t¹i mÆt tiÕp xóc ë ®Çu tù do (nhiÖt ®é t0) còng xuÊt hiÖn mét hiÖu ®iÖn thÕ eAB(t0). - 29 -
Gi÷a hai ®Çu cña mét d©y dÉn còng cã chªnh lÖch nång ®é ®iÖn tö tù do, do ®ã còng cã sù khuÕch t¸n ®iÖn tö vµ h×nh thµnh hiÖu ®iÖn thÕ t−¬ng øng trong A lµ eA(t,t0) vµ trong B lµ eB(t,t0). Søc ®iÖn ®éng tæng sinh ra do hiÖu øng nhiÖt ®iÖn x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc sau: E AB = e AB ( t ) + e BA ( t 0 ) + e A ( t 0 , t ) + e B ( t, t 0 ) (2.24) V× eA(t0,t) vµ eB(t,t0) nhá vµ ng−îc chiÒu nhau cã thÓ bá qua, nªn ta cã: E AB = e AB ( t ) + e BA ( t 0 ) NÕu nhiÖt ®é hai mèi hµn b»ng nhau, ch¼ng h¹n b»ng t0 khi ®ã søc ®iÖn ®éng tæng: E AB = e AB ( t 0 ) + e BA ( t 0 ) = 0 Hay: e BA ( t 0 ) = −e AB ( t 0 ) (2.25) Nh− vËy: E AB = e AB ( t ) − e AB ( t 0 ) (2.26) Ph−¬ng tr×nh (2.26) gäi lµ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña cÆp nhiÖt ngÉu. Tõ ph−¬ng tr×nh (2.26) nhËn thÊy nÕu gi÷ nhiÖt ®é t0 = const th×: E AB = e AB ( t ) + C = f ( t ) (2.27) Chän nhiÖt ®é ë mét mèi hµn t0 = const biÕt tr−íc lµm nhiÖt ®é so s¸nh vµ ®o søc ®iÖn ®éng sinh ra trong m¹ch ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt ®é t ë mèi hµn thø hai. Søc ®iÖn ®éng cña cÆp nhiÖt kh«ng thay ®æi nÕu chóng ta nèi thªm vµo m¹ch mét d©y dÉn thø ba (h×nh 2.12) nÕu nhiÖt ®é hai ®Çu nèi cña d©y thø ba gièng nhau. t0 C 2 t0 t0 B 3 2 t1 3 C A B 4 A t1 1 B 1 t t a) b) H×nh 2.12 S¬ ®å nèi cÆp nhiÖt víi d©y dÉn thø ba - 30 -
- Trong tr−êng hîp a: E ABC ( t, t 0 ) = e AB ( t ) + e BC ( t 0 ) + e CA ( t 0 ) V×: e AB ( t 0 ) + e BC ( t 0 ) + e CA ( t 0 ) = 0 Nªn: E ABC ( t, t 0 ) = e AB ( t ) − e AB ( t 0 ) Tr−êng hîp b: - E ABC ( t, t 1 , t 0 ) = e AB ( t ) − e AB ( t 0 ) + e BC ( t 1 ) + e CB ( t 1 ) V×: e BC ( t 1 ) = −e CB ( t 1 ) Nªn: E ABC ( t, t 0 ) = e AB ( t ) − e AB ( t 0 ) NÕu nhiÖt ®é hai ®Çu nèi kh¸c nhau sÏ lµm xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng ký sinh. 2.4.2. VËt liÖu chÕ t¹o cùc nhiÖt ®iÖn §Ó chÕ t¹o cùc nhiÖt ®iÖn cã thÓ dïng nhiÒu kim lo¹i vµ hîp kim kh¸c nhau. Tuy nhiªn chóng ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: + Søc ®iÖn ®éng ®ñ lín (®Ó dÔ dµng chÕ t¹o dông cô ®o thø cÊp). + Cã ®ñ ®é bÒn c¬ häc vµ ho¸ häc ë nhiÖt ®é lµm viÖc. + DÔ kÐo sîi. + Cã kh¶ n¨ng thay lÉn. + Gi¸ thµnh rÏ. H×nh 2.13 biÓu diÔn quan hÖ gi÷a søc ®iÖn ®éng vµ nhiÖt ®é cña c¸c vËt liÖu dïng ®Ó chÕ t¹o ®iÖn cùc so víi ®iÖn cùc chuÈn platin. CÆp Platin - Ro®i/Platin: Cùc d−¬ng lµ hîp kim Platin (90%) vµ r«®i (10%), cùc - ©m lµ platin s¹ch. §Æc tÝnh: + NhiÖt ®é lµm viÖc ng¾n h¹n cho phÐp tíi 1600oC , E® =16,77mV. + NhiÖt ®é lµm viÖc dµi h¹n
+ Trong m«i tr−êng cã SiO2 cã thÓ háng ë nhiÖt ®é 1000 - 1100oC. C¸c cùc cña cÆp nhiÖt ngÉu PtRd - Pt th−êng ®−îc chÕ t¹o víi ®−êng kÝnh φ = 0,5 mm. Do sai kh¸c cña c¸c cÆp nhiÖt kh¸c nhau t−¬ng ®èi nhá nªn lo¹i cÆp nhiÖt nµy th−êng ®−îc dïng lµm cÆp nhiÖt chuÈn. E® 1 2 4 5 3 6 7 T 8 9 10 11 H×nh 2.13 Søc ®iÖn ®éng cña mét sè vËt liÖu chÕ t¹o cùc 1) Telua 2) Chromel 3) S¾t 4) §ång 5) Graphit 6) Hîp kim platin-ro®i 7) Platin 8) Alumel 9) Niken 10) Constantan 11) Coben CÆp nhiÖt Chromel/ - Alumel: - Cùc d−¬ng lµ Chromel (hîp kim gåm 80%Ni + 10%Cr + 10%Fe), cùc ©m lµ Alumen (hîp kim gåm 95%Ni + 5%(Mn + Cr+Si)). §Æc tÝnh: + NhiÖt ®é lµm viÖc ng¾n h¹n ~1100oC, E® = 46,16 mV. + NhiÖt ®é lµm viÖc dµi h¹n < 900oC. + §−êng kÝnh cùc φ = 3 mm. CÆp nhiÖt Chromel - Coben: - Cùc d−¬ng lµ chromel, cùc ©m lµ coben (hîp kim gåm 56%Cu + 44% Ni). §Æc tÝnh: + NhiÖt ®é lµm viÖc ng¾n h¹n 800oC, E® = 66 mV. + NhiÖt ®é lµm viÖc dµi h¹n < 600oC. CÆp nhiÖt §ång - Coben: - Cùc d−¬ng lµ ®ång s¹ch, cùc ©m lµ coben. §Æc tÝnh: - 32 -
+ NhiÖt ®é lµm viÖc ng¾n h¹n 600oC. + NhiÖt ®é lµm viÖc dµi h¹n < 300oC. Lo¹i nµy ®−îc dïng nhiÒu trong thÝ nghiÖm v× dÔ chÕ t¹o. Quan hÖ gi÷a søc ®iÖn ®éng vµ nhiÖt ®é cña mét sè cÆp nhiÖt cho ë h×nh 2.14. E® E J K R S B toC H×nh 2.14 Søc ®iÖn ®éng cña mét sè cÆp nhiÖt ngÉu E - Chromel - Constantan R - PlatinRodi (13%) - Platin J - S¾t - Constantan S - PlatinRodi (10%) - Platin K - Chromel - Alumel B - PlatinRodi (30%) - Platin-rodi 2.4.3. C¸c cÆp nhiÖt ngÉu dïng trong c«ng nghiÖp CÊu t¹o ®iÓn h×nh cña mét cÆp nhiÖt c«ng nghiÖp tr×nh bµy trªn h×nh 2.15. §Çu lµm viÖc cña c¸c cùc (3) ®−îc hµn nèi víi nhau b»ng hµn v¶y, hµn khÝ hoÆc hµn b»ng tia ®iÖn tö. §Çu tù do nèi víi d©y nèi (7) tíi dông cô ®o nhê c¸c vÝt nèi d©y (6) ®Æt trong ®Çu nèi d©y (8). §Ó c¸ch ly c¸c ®iÖn cùc ng−êi ta dïng c¸c èng sø c¸ch ®iÖn (4), sø c¸ch ®iÖn ph¶i tr¬ vÒ ho¸ häc vµ ®ñ ®é bÒn c¬ vµ nhiÖt ë nhiÖt ®é lµm viÖc. 5 4 3 6 2 7 8 1 H×nh 2.15 CÊu t¹o cÆp nhiÖt 1) Vá b¶o vÖ 2) Mèi hµn 3) D©y cùc 4) Sø c¸ch ®iÖn 5) Bé phËn l¾p ®Æt 6) VÝt nèi d©y 7) D©y nèi 8) §Çu nèi d©y §Ó b¶o vÖ c¸c ®iÖn cùc, c¸c cÆp nhiÖt cã vá b¶o vÖ (1) lµm b»ng sø chÞu nhiÖt hoÆc thÐp chÞu nhiÖt. HÖ thèng vá b¶o vÖ ph¶i cã nhiÖt dung ®ñ nhá ®Ó gi¶m bít - 33 -