Giáo trình Đo lượng điện, nhiệt

 khởi động kho lạnh, máy sấy chạy ổn định tiến hành đưa thiết bị và dụng cụ đo vào vị trí cần đo.
- Đối với dụng cụ đo chất lỏng thì chỉ cần cho dòng chất lỏng chảy qua và quan sát lưu lượng chất lỏng chảy qua.
- Tiến hành đo lưu lượng trong kho lạnh cũng như máy sấy tại nhiều vị trí khác nhau đối với thiết bị đo lưu lượng khí
- Quan sát bảng điện tử hiện thị: chỉ số của dụng cụ đo sẽ tăng nhanh à dừng hẳn.
d. Tổng hợp và xử lý kết quả đo
- Tiến ghi lại kết quả đo được tại nhiều vị trí khác nhau trong kho lạnh cũng như trong máy sấy.
- Lấy trung bình kết quả đo được sau đó so sánh với giá trị cần đạt được trong kho lạnh cũng như máy sấy xem đã phù hợp hay chưa.
- Thông qua kết quả đo dựng mối quan hệ giữa lưu lượng và các thông số của máy.
e. Đóng máy, thực hiện vệ sinh công nghiệp
Sau khi lấy số liệu cần đo tiến hành ngắt máy và vệ sinh kho lạnh cũng như máy sấy, đặt các thiết bị đo vào trong hộp rồi cất vào vị trí theo quy định.
* Bài tập thực hành của học sinh, sinh viên: 
1. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư.
2. Chia nhóm: 
	Mỗi nhóm từ 2 – 4 SV thực hành trên 1 bộ thiết bị đo với các kho lạnh và máy sấy. Sau đó luân chuyển các nhóm sinh viên với nhau để đo được với nhiều kho lạnh và máy sấy khác nhau.
3. Thực hiện qui trình tổng quát và cụ thể.
* Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: 
 Mục tiêu
Nội dung
Điểm
Kiến thức
- Trình bày được cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của các thiết bị đo.
- Trình bày được nguyên lý làm việc của thiết bị đo cụ thể. 
4
Kỹ năng
- Vận hành được các mô hình lạnh và máy sấy đúng qui trình đảm bảo an toàn điện lạnh.
- Thực hành được thao tác đo các loại thiết bị đo ẩm khác nhau, đọc đúng kết quả giá trị đo.
4
Thái độ
- Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh công nghiệp
2
Tổng
10
* Ghi nhớ:
1. Phân tích được nhiệm vụ của các bộ phận trong tứng thiết bị đo lưu lượng cụ thể; Phạm vi ứng dụng của các thiết bị này.
2. Phân biệt được cách thức đo cụ thể của từng thiết bị đo lưu lượng khác nhau.
Bài 6 : ĐO ĐỘ ẨM
Mã bài: MĐ 24 - 06
Giới thiệu: 
Bài này giúp học sinh sinh viên kiến thức về thiết bị đo lường đo độ ẩm. khái niệm, tính chất của nước và không khí ẩm, các phương pháp đo độ ẩm, các dụng cụ đo độ ẩm và cách điều chỉnh dụng cụ đo.
Mục tiêu:
- Trình bày được mục đích và phương pháp đo độ ẩm
- Trình bày được khái niệm, tính chất của nước và không khí ẩm
- Phân biệt được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại các dụng cụ đo độ ẩm
- Lựa chọn, kết nối được dụng cụ đo
- Điều chỉnh được các dụng cụ đo
- Đo kiểm độ ẩm
- Ghi, chép kết quả đo
- Đánh giá, so sánh các kết quả đo được
- Cẩn thận, chính xác, an toàn
- Yêu nghề, ham học hỏi.
Nội dung chính: 
1. KHÁI NIỆM CHUNG:
* Mục tiêu: 
Trình bày được về độ ẩm và các phương pháp đo độ ẩm.
1.1. Các khái niệm cơ bản:
1.1.1. Độ ẩm: 
Là đại lượng đặc trưng cho lượng hơi nước tồn tại trong không khí. Độ ẩm được biểu diễn dưới dạng độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối.
+ Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước có trong 1 m3 không khí.
+ Độ ẩm tương đối j là tỷ số phần trăm lượng hơi nước có trong 1 m3 không khí so với lượng hơi nước cực đại có thể hòa tan trong 1 m3 không khí có cùng nhiệt độ.
	Trong đó: 	Gh – khối lượng hơi nước hòa tan trong 1 m3 không khí.
	Gmax – lượng hơi nước cực đại có thể hòa tan trong 1 m3 không khí có cùng nhiệt độ.
Từ phương trình trạng thái của chất khí:
P.V = G.R.T
Ta có:	và 	
Trong đó:	P – áp suất	V – thể tích	T – nhiệt độ chất khí	R – hệ số vạn năng của chất khí	G – khối lượng của khí
Các ký hiệu có chỉ số h là để cho hơi nước. Như vậy ta sẽ có:
	Khi j = 100% thì không khí bão hòa hơi nước, nghĩa là nước không thể bốc hơi tiếp vào trong không khí. Nếu nhiệt độ không khí tk < 100 oC thì khi tăng nhiệt độ lên, khả năng hòa tan hơi nước vào không khí tăng lên (Pmax tăng). Như vậy khi tk < 100 oC thì khi tăng nhiệt độ có thể chuyển trạng thái không khí bão hòa hơi nước sang không bão hòa. Ngược lại khi giảm nhiệt độ thì có thể chuyển trạng thái không bão hòa hơi nước sang trạng thái bão hòa hơi nước.
1.2. Các phương pháp đo độ ẩm:
1.2.1 Phương pháp điểm sương:
	Dựa vào tính chất chuyển trạng thái của không khí từ không bão hòa hơi nước sang bão hòa hơi nước khi giảm nhiệt độ. Trước hết đo nhiệt độ của không khí dựa vào giá trị nhiệt độ này xác định áp suất hơi nước bão hòa trong khí Pmax.
Giảm nhiệt độ của không khí cho đến khi nó chuyển từ trạng thái không bão hòa sang trạng thái bão hòa hơi nước và đo nhiệt độ ở trạng thái này. Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ điểm sương. Để phát hiện thời khắc này thì đặt 1 cái gương để quan sát, khi mặt gương có phủ mờ bụi nước thì đấy chính là điểm sương. Dựa vào điểm sương để xác định phân áp suất hơi nước bão hòa Pđs. Đây cũng chính là áp suất hơi nước trong không khí. Độ ẩm tương đối được xác định theo công thức:
	Như vậy phương pháp điểm sương đo được độ ẩm tuyệt đối và tương đối.
1.2.2. Phương pháp bốc hơi ẩm:
	Tốc độ bốc hơi nước của vật ẩm phụ thuộc vào độ ẩm của không khí. Khi độ ẩm càng tăng thì tốc độ bốc hơi ẩm càng giảm về nếu độ ẩm đạt 100% thì quá trình bốc hơi ẩm hầu như không xảy ra. Để đo độ ẩm bằng phương pháp này người ta sử dụng 2 nhiệt kế: một nhiệt kế bình thường dùng để đo nhiệt độ không khí gọi là nhiệt kế khô có nhiệt độ tk và một nhiệt kế có bầu dịch được bọc một lớp bông luôn luôn ẩm, bông ẩm bốc hơi lấy nhiệt của thân nhiệt kế nên nhiệt độ của nó giảm xuống có giá trị là ta gọi là nhiệt độ của nhiệt kế ẩm.
	Độ ẩm của không khí được xác định:
Trong đó:	Pa – áp suất hơi nước bão hòa trong không khí có nhiệt độ ta
	Pk – áp suất hơi nước bão hòa trong không khí có nhiệt độ tk
	P – áp suất môi trường đo
	A – hằng số phụ thuộc vào cấu tạo của ẩm kế, tốc độ của không khí bao quanh nhiệt kế ẩm và áp suất môi trường đo.
	Phương pháp này đo được độ ẩm tương đối.
1.2.3. Phương pháp biến dạng:
	Các chất khi thay đổi độ ẩm đều thay đổi kích thước. Tuy nhiên muốn sử dụng tính chất này để làm cảm biến đo độ ẩm đòi hỏi phải bảo đảm độ nhạy cần thiết, mối liên hệ giữa kích thước và độ ẩm phải nhất quán, quán tính của cảm biến phải nhỏ nghĩa là vật chất làm cảm biến đo độ ẩm phải nhạy cảm với sự thay đổi độ ẩm của môi trường xung quanh. Tóc là vật liệu bảo đảm đầy đủ những yêu cầu cơ bản trên đây của một cảm biến đo độ ẩm và được sử dụng để chế tạo ra ẩm kế tóc. Ẩm kế tóc đo được độ ẩm tương đối của không khí.
1.2.4. Phương pháp dẫn điện:
	Các vật liệu cách điện khi thay đổi độ ẩm sẽ thay đổi khả năng cách điện của nó. Đo điện trở của vật liệu cách điện sẽ xác định được độ ẩm của nó, mà độ ẩm của vật liệu lại trực tiếp phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí bao quanh nó. Một vật liệu cách điện được sử dụng làm cảm biến đo độ ẩm phải tuân thủ những yêu cầu cơ bản đã được nêu ra trên đây về độ nhạy, về tính nhất quán và về tính nhạy cảm với sự thay đổi độ ẩm môi trường xung quanh. 
2. CÁC DỤNG CỤ DÙNG ĐỂ ĐO ẨM:
* Mục tiêu: 
Trình bày được về các dụng cụ dùng để đo độ ẩm như: ẩm kế dây tóc, ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế điện ly, ẩm kế tụ điện polyme.
2.1. Ẩm kế dây tóc:
	Ẩm kế dây tóc là ẩm kế làm việc theo nguyên lý: Khi độ ẩm của môi trường thay đổi thì chiều dài của dây tóc cũng thay đổi.
Hình 6.1. Ẩm kế dây tóc
1- dây tóc (30 ÷ 50) mm với đường kính 0,05 mm ; 
2 – dây kéo ; 3 – lò xo ; 4 – kim tím ; 5 – gương ; 6 – kim chỉ ; 
7 – bộ điều chỉnh ; 8 – bảng điều khiển.
2.2. Ẩm kế ngưng tụ:
	Để đo độ ẩm của môi chất ở nhiệt độ cao người ta phải sử dụng ẩm kế làm việc trên nguyên tắc đo nhiệt độ điểm đọng sương.
Hình 6.2 Cấu tạo của ẩm kế ngưng tụ
	Nguyên lý hoạt động: Ống trụ tròn (1) mà mặt ngoài của nó được gia công nhẵn bóng đóng vai trò như một mặt gương tiếp xúc với môi chất cần xác định độ ẩm. Phía trong hình trụ cho một chất lỏng làm lạnh liên tục chảy qua với nhiệt độ được điều chỉnh bởi bộ đốt nóng bằng điện (2). Để duy trì nhiệt độ của dịch thể làm lạnh người ta dùng rơ le điện từ (3) và tế bào quang điện (F). Tế bào quang điện (F) sẽ nhận được tia sáng của bóng đèn (4) qua sự phản xạ của gương. 
Khi nhiệt độ vách trụ hay nhiệt độ mặt gương bằng nhiệt độ đọng sương thì trên mặt gương sẽ xuất hiện sương mù. Chính sương mù đọng lại trên mặt gương đã làm giảm dòng ánh sáng phản xạ đến tế bào quang điện (F). Kết quả là rơ le điện từ (3) tác động và ngắt dòng điện vào bộ đốt nóng (2). Căn cứ vào nhiệt độ đọng sương người ta xác định được độ ẩm của môi chất.
2.3. Ẩm kế điện ly:
	Loại này dùng để đo lượng hơi nước rất nhỏ trong không khí hoặc trong các chất khí. Phần tử nhạy của ẩm kế là một đoạn ống dài khoảng 10 cm.
	Trong ống cuốn hai điện cực bằng platin hoặc rodi, giữa chúng là lớp P2O5. Khi chất khí nghiên cứu chạy qua ống đo hơi nước bị lớp P2O5 hấp thụ và hình thành H2PO3. Đặt điện áp một chiều cỡ 70V giữa hai điện cực sẽ gây hiện tượng điện phân nước và giải phóng O2, H2 và tái sinh P2O5.
	Dòng điện điện phân I = k.Cv, tỉ lệ với nồng độ hơi nước Cv trong đó , Qc là lưu lượng khí đi qua đầu đo (m3/s).
Hình 6.3 Ẩm kế điện ly
2.4. Ẩm kế tụ điện polyme:
	Ẩm kế tụ điện sử dụng điện môi là một màng mỏng polyme có khả năng hấp thụ phân tử nước. Hằng số điện môi ε của lớp polyme thay đổi theo độ ẩm, do đó điện dung của tụ điện polyme phụ thuộc vào ε, tức là phụ thuộc vào độ ẩm:
	ε – hằng số điện môi của màng polyme
	εo – hằng số điện môi của chân không
	A – điện tích bản cực
	L – chiều dày của màng polyme
Vì phân tử nước có cực tính cao, ngay cả khi hàm lượng ẩm rất nhỏ cũng dẫn tới sự thay đổi điện dung rất nhiều. Hằng số điện môi tương đối của nước là 80 trong khi đó vật liệu polyme có hằng số điện môi từ 2 đến 6 vì vậy ẩm kế tụ điện polyme được phủ trên điện cực thứ nhất bằng tantan, sau đó là lớp Cr dày 100 Ao đến 1000 Ao được phủ tiếp lên polyme bằng phương pháp bay hơi trong chân không.
Hình 6.4 Ẩm kế polyme
Các thông số chủ yếu của ẩm kế tụ điện polyme là:
	- Phạm vi đo từ 0 đến 100%
	- Dải nhiệt độ - 40 đến 100oC
	- Độ chính xác ± 2% đến ± 3%
	- Thời gian hồi đáp vài giây
	- Ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, phần tử nhạy có thể nhúng vào nước mà không bị hư hỏng.
* Các bước và cách thức thực hiện công việc:
1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: 
(Tính cho một ca thực hành gồm 20 HSSV)
TT
Loại trang thiết bị
Số lượng
1
Các thiết bị đo độ ẩm các loại 
10 chiếc/loại
2
Bộ đồ nghề điện lạnh chuyên dụng
10 bộ
3
Ampe kìm
10 bộ
4
V.O.M
10 bộ
5
Mô hình kho lạnh, mô hình máy sấy
10 bộ
6
Xưởng thực hành
1
2. QUI TRÌNH THỰC HIỆN:
2.1. Qui trình tổng quát: 
STT
Tên các bước công việc
Thiết bị, dụng cụ, vật tư
Tiêu chuẩn thực hiện công việc
Lỗi thường gặp, cách khắc phục
1
Vận hành kho lạnh, máy sấy
- Mô hình kho lạnh
- Máy sấy
- Bộ dụng đo độ ẩm, dụng cụ điện, đồng hồ đo điện, Am pe kìm, V.O.M;
- Phải thực hiện đúng qui trình cụ thể.
- Không thực hiện đúng qui trình, qui định
2
Chuẩn bị các dụng cụ, thiết bị đo độ ẩm
- Mô hình kho lạnh
- Máy sấy
- Bộ dụng đo độ ẩm, dụng cụ điện, đồng hồ đo điện, Am pe kìm, V.O.M;
- Phải thực hiện đúng qui trình cụ thể.
- Không thực hiện đúng qui trình, qui định
3
Tiến hành đo độ ẩm, vị trí đo, vị trí đặt đầu dò của thiết bị đo 
- Mô hình kho lạnh
- Máy sấy
- Bộ dụng đo độ ẩm, dụng cụ điện, đồng hồ đo điện, Am pe kìm, V.O.M;
- Tập, vở dùng để ghi lại kết quả
- Phải thực hiện đúng qui trình cụ thể
- Tiến hành đo không đúng qui trình, qui định
4
Tổng hợp và xử lý kết quả đo
- Mô hình kho lạnh
- Máy sấy
- Bộ dụng đo độ ẩm, dụng cụ điện, đồng hồ đo điện, Am pe kìm, V.O.M;
- Tập, vở dùng để ghi lại kết quả
- Phải thực hiện đúng qui trình cụ thể
- Đọc và ghi sai kết quả đo
5
Đóng máy, thực hiện vệ sinh công nghiệp
- Mô hình kho lạnh
- Máy sấy
- Bộ dụng đo độ ẩm, dụng cụ điện, đồng hồ đo điện, Am pe kìm, V.O.M;
- Tập, vở dùng để ghi lại kết quả
- Phải thực hiện đúng qui trình cụ thể
- Không dừng máy theo đúng quy trình
2. 2. Qui trình cụ thể: 
a. Vận hành kho lạnh và máy sấy: 
Kiểm tra các thiết bị của kho lạnh và máy sấy: 
- Kiểm tra các phần tử thiết bị 
- Kiểm tra phần điện của kho lạnh, máy sấy xem có bị hư hỏng, đứt dây, hở dây hay không.
b. Chuẩn bị các thiết bị, dụng cụ đo độ ẩm:
Hình Các thiết bị dùng để đo độ ẩm
Hình dụng cụ đo dựa trên mối quan hệ về độ ẩm
- Dụng cụ đo độ ẩm điện tử và dụng cụ đo độ ẩm có đầu cảm biến:
+ Lắp ráp hoàn thiện dụng cụ đo độ ẩm
+ Khởi động các dụng cụ đo để kiểm tra hoạt động của thiết bị còn hoạt động được hay không.
+ Đo thử thông số độ ẩm ngay tại phòng để kiểm tra thiết bị.
+ Điều chỉnh độ nhạy của thiết bị.
c. Tiến hành đo độ ẩm, vị trí đo, vị trí đặt đầu dò của thiết bị đo 
- Sau khi khởi động kho lạnh, máy sấy chạy ổn định tiến hành đưa thiết bị và dụng cụ đo vào vị trí cần đo.
- Tiến hành đo độ ẩm trong kho lạnh cũng như máy sấy tại nhiều vị trí khác nhau.
- Tại những nơi mà không đưa được thiết bị và dụng cụ vào được thì sử dụng dụng cụ đo độ ẩm có đầu đo bằng cảm biến.
- Quan sát bảng điện tử hiện thị: chỉ số của dụng cụ đo sẽ tăng nhanh à dừng hẳn.
- Nếu thông số hiện trên bảng đồng hồ mà lớn hơn giá trị ban đầu của thiết bị à nơi đó có độ ẩm lớn hơn độ ẩm trong phòng.
- Nếu thông số hiện trên bảng đồng hồ mà nhỏ hơn giá trị ban đầu của thiết bị à nơi đó có độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm trong phòng.
d. Tổng hợp và xử lý kết quả đo
- Tiến ghi lại kết quả đo được tại nhiều vị trí khác nhau trong kho lạnh cũng như trong máy sấy.
- Lấy trung bình kết quả đo được sau đó so sánh với giá trị cần đạt được trong kho lạnh cũng như máy sấy xem đã phù hợp hay chưa.
- Thông qua kết quả đo dựng mối quan hệ giữa nhiệt độ và độ ẩm.
e. Đóng máy, thực hiện vệ sinh công nghiệp
Sau khi lấy số liệu cần đo tiến hành ngắt máy và vệ sinh kho lạnh cũng như máy sấy, đặt các thiết bị đo vào trong hộp rồi cất vào vị trí theo quy định.
* Bài tập thực hành của học sinh, sinh viên: 
1. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư.
2. Chia nhóm: 
	Mỗi nhóm từ 4 – 5 SV thực hành trên 1 bộ thiết bị đo với các kho lạnh và máy sấy. Sau đó luân chuyển các nhóm sinh viên với nhau để đo được với nhiều kho lạnh và máy sấy khác nhau.
3. Thực hiện qui trình tổng quát và cụ thể.
* Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: 
 Mục tiêu
Nội dung
Điểm
Kiến thức
- Trình bày được cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của các thiết bị đo.
- Trình bày được nguyên lý làm việc của thiết bị đo cụ thể. 
4
Kỹ năng
- Vận hành được các mô hình lạnh và máy sấy đúng qui trình đảm bảo an toàn điện lạnh.
- Thực hành được thao tác đo các loại thiết bị đo ẩm khác nhau, đọc đúng kết quả giá trị đo.
4
Thái độ
- Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh công nghiệp
2
Tổng
10
* Ghi nhớ:
1. Phân tích được nhiệm vụ của các bộ phận trong tứng thiết bị đo độ ẩm cụ thể; Phạm vi ứng dụng của các thiết bị này.
2. Phân biệt được cách thức đo cụ thể của từng thiết bị đo độ ẩm khác nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Văn Tài – Thực Hành Lạnh Cơ Bản – NXBGD - 2010
[2] Nguyễn Đức Lợi – Tủ lạnh, Tủ Đá, Tủ Kem – NXBKHKT - 2001
[3] Nguyễn Đức Lợi – Đo Lường Tự Động Hóa Hệ Thống Lạnh – NXBKHKT – 2001
[4] Hoàng Dương Hùng – Đo lường Nhiệt – NXBKHKT-2007