Giáo trình Đo lường nhiệt

ân:
Là dụng cụ dùng đo áp suất khí quyển, đây là dụng cụ do khí áp chính xác nhất.
Pb = h . γHg
Sai số đọc 0,1mm
Nếu sử dụng loại này làm áp kế chuẩn thì phải xét đến môi trường xung quanh, do đó
thường có kèm theo 1 nhiệt kế để đo nhiệt độ môi trường xung quanh để hiệu chỉnh.
Chân không kế Mcleod:
Đối với môi trường có độ chân không cao, áp suất tuyệt đối nhỏ người ta có thể chế tạo
dụng cụ đo áp suất tuyệt đối dựa trên định luật nén ép đoạn nhiệt của khí lý tưởng.
80/96
Nguyên lý : Khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích tỷ lệ nghịch với nhau.
P1 V1 = P2 . V2Loại này dùng ta để đo chân không.
Đầu tiên giữ bình Hg sao cho mức Hg ở ngay nhánh ngã 3. Nối P1(áp suất cần đo) vào
rồi nâng bình lên đến khi được độ lệch áp là h => trong nhánh kín có áp suất P2 và thể
tích V2.
⇒ P2 = P1 + γ h ⇒ V2 ( P1 + γ h) = P1 . ⇒ P1=
h.g.V2
V1 − V2
• Nếu V2 << V1 thì ta bỏ qua V2 ở mẫu ⇒ P1 =
h.g.V2
V1
• Nếu giữ
V2
V1
là hằng số thì dụng cụ sẽ có thang chia độ đều.
• Khoảng đo đến 10-5 mm Hg.
Người ta thường dùng với V1max = 500 cm3 , đường kính ống d = 1 ÷ 2,5 mm
Áp kế Pitston :
Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm có độ chính xác cao, dùng căn chỉnh đồng hồ.
Khe hở giữa pít tông và xi lanh S phải thích hợp. Nếu S nhỏ thì ma sát lớn => độ nhạy
kém. Nếu S lớn => dầu lọt ra ngoài nhiều => không chính xác.
81/96
Spt = 0,5 cm2 môi chất dùng là dầu biến áp hay dầu hỏa hoặc dầu tua bin hoặc dầu
khoáng.
Tùy thuộc vào khoảng áp suất cần đo mà chọn độ nhớt dầu thích hợp. Khi nạp dầu
thường nạp vào khoảng 2/3 xi lanh. Thường dùng loại này làm áp kế chuẩn để kiểm tra
các loại khác.
Hạn đo trên thường : 2,5 ; 6,0 ; 250 ; 600 ; 2 500 ; 10 000 ; 25 000 kG/cm2
CCX = 0,2 ÷ 0,02.
Đặc điểm của loại áp kế pít-tông thì trước khi sử dụng phải kiểm tra lại các quả cân.
Loại dùng trong công nghiệp
Trong công nghiệp người ta thường dùng để đo hiệu áp suất gọi là hiệu áp kế
Áp kế và hiệu áp kế đàn hồi.
Bộ phận nhạy cảm các loại áp kế này thường là ống đàn hồi hay hộp có màng đàn hồi,
khoảng đo từ 0 ÷ 10 000 kG/ cm2 và đo chân không từ 0,01 ÷ 760 mm Hg.
Đặc điểm của loại này là kết cấu đơn giản, có thể chuyển tín hiệu bằng cơ khí, có thể sử
dụng trong phòng thí nghiệm hay trong công nghiệp, sử dụng thuận tiện và rẻ tiền.
+ Nguyên lý làm việc: Dựa trên sự phụ thuộc độ biến dạng của bộ phận nhạy cảm hoặc
lực do nó sinh ra và áp suất cần đo, từ độ biến dạng này qua cơ cấu khuếch đại và làm
chuyển dịch kim chỉ (kiểu cơ khí).
+ Các loại bộ phận nhạy cảm:
82/96
+ Cấu tạo và phạm vi ứng dụng:
* Màng phẳng :
- Nếu làm bằng kim loại thì dùng để đo áp suất cao.
- Nếu làm bằng cao su vải tổng hợp, tấm nhựa thì đo áp suất nhỏ hơn (loại này thường
có hai miếng kim loại ép ở giữa).
- Còn loại có nếp nhăn nhằm tăng độ chuyển dịch nên phạm vi đo tăng.
- Có thể có lò xo đàn hồi ở phía sau màng.
* Hộp đèn xếp : có 2 loại
- Loại có lò xo phản tác dụng, loại này màng đóng vai trò cách ly với môi trường. Muốn
tăng độ xê dịch ta tăng số nếp gấp thường dùng đo áp suất nhỏ và đo chân không.
- Loại không có lò xo phản tác dụng.
* Ống buốc đông: Là loại ống có tiết diện là elíp hay ô van uốn thành cung tròn
ống thường làm bằng đồng hoặc thép, nếu bằng đồng chịu áp lực < 100 kG/cm2
khi làm bằng thép (2000 ÷ 5000 kG/cm2). Và loại này có thể đo chân không đến 760
mm Hg.
83/96
. Khi chọn ta thường chọn đồng hồ sao cho áp suất làm việc nằm khoảng 2/3 số đo của
đồng hồ.
. Nếu áp lực ít thay đổi thì có khi chọn 3/4 thang đo.
Chú ý: - Khi lắp đồng hồ cần có ống xi phông để cản lực tác dụng lên đồng hồ và phải
có van ba ngả để kiểm tra đồng hồ.
- Khi đo áp suất bình chất lỏng cần chú ý đến áp suất thủy tĩnh.
- Khi đo áp suất các môi trường có tác dụng hóa học cần phải có hộp màng ngăn.
- Khi đo áp suất môi trường có nhiệt độ cao thì ống phải dài 30 ÷ 50 mm và không bọc
cách nhiệt.
- Các đồng hồ dùng chuyên dụng để đo một chất nào có tác dụng ăn mòn hóa học thì
trên mặt người ta ghi chất đó.
- Thường có các lò xo để giữ cho kim ở vị trí 0 khi không đo.
MỘT SỐ LOẠI ÁP KẾ ĐẶC BIỆT
Trong phạm vi chân không cao và áp suất siêu cao hiện nay người ta đều dùng phương
pháp điện để tiến hành đo lường, các dụng cụ đo kiểu điện cho phép đạt tới những hạn
đo cao hơn và có thể đo được áp suất biến đổi rất nhanh.
Chân không kế kiểu dẫn nhiệt : Hệ số dẫn nhiệt của chất khí ở áp suất bình thường thì
không có quan hệ với áp suất nhưng ở điều kiện áp suất tương đối nhỏ thì người ta thấy
tồn tại quan hệ trên. Nhiệt độ dây dẫn khi đã cân bằng nhiệt sẽ thay đổi tùy theo hệ số
84/96
dẫn nhiệt của khí và dùng cầu điện không cân bằng để xác định điện trở dây dẫn ta sẽ
biết được độ chân không tương ứng.
Chân không kế Ion : Nhờ hiện tượng ion hóa tạo nên dòng ion trong khí loãng có quan
hệ với áp suất nên từ trị số của dòng ion người ta xác định được độ chân không của môi
trường. Có nhiều cách thực hiện việc ion hóa như : dùng tác dụng của từ trường và điện
trường, sự dự phát xạ của catốt được đốt nóng khi có điện áp trên anôt, dùng sự phóng
xạ ... và tùy theo các cách đó mà ta có các chân không kế khác nhau.
Áp kế kiểu áp từ : Áp suất tạo ra ứng lực cơ học trong vật liệu sắt từ biến đổi sẽ làm
biến đổi hệ số dẫn từ của vật liệu đó. Lợi dụng hiệu ứng áp từ ta có thể chế tạo được bộ
nhạy cảm kiểu áp từ.
Áp kế áp suất điện trở : Muốn đo những áp suất lớn hơn 10.000 kG/cm2 hiện nay hầu
như chỉ có 1 cách duy nhất là dùng bộ phận nhạy cảm áp suất điện trở làm áp kế.
CÁC CÁCH TRUYỀN TÍN HIỆU ĐI XA
Trong đo lường thường sử dụng các thiết bị để truyền tín hiệu đi xa, các tín hiệu đó là :
- Góc quay trong ống buốc đông P => α
- Sự chuyển dịch thẳng (màng) P => h , x
- Góc quay kết hợp với đo tổng giá trị góc và vận tốc quay tức thời.
- Độ nén, ép và mômen quay trong của sơ đồ bù.
Để truyền tín hiệu đi xa người ta thường dùng các hệ thống điện và khí nén.
Hệ thống dùng biến trở
Trong hệ thống truyền tín hiệu này dùng máy tạo nên độ chuyển dịch cơ giữa tiếp điểm
trượt với biến trở nhờ đó có thể dựa vào sự biến đổi của điện trở để tìm ra giá trị của
lượng cần đo. Và nhờ cầu điện để xác định độ biến đổi của điện trở. Ngoài ra ta còn có
thể dùng điện thế kế để xác định độ biến đổi của điện trở.
85/96
Hệ thống truyền xa kiểu cảm ứng
Nguyên lý làm việc:
Nếu đưa vào trong cuộn dây có dòng điện đi qua lõi sắt thì điện cảm của dây sẽ tăng lên
và phụ thuộc vào vị trí của lõi sắt, biến đổi độ xê dịch của lõi sắt và làm thay đổi của
điện cảm qua các cuộn. Mà sự thay đổi điện cảm này dẫn đến làm thay đổi vị trí của lõi
sắt kia. Khi X = 0 thì lõi sắt nằm giữa các cuộn dây. Khi X ≠ 0 thì có dòng I ≠ 0, dòng
điện ở cuộn thứ cấp thay đổi tương ứng với dòng sơ cấp. Thường dùng mỗi cuộn dây có
3100 vòng làm bằng Cu
φ= 0,64 mmn => Z= 20,8 ÷ 21,8 Ω .
86/96
Máy biến áp sai động
Khi có điện áp U xoay chiều thì trong cuộn thứ cấp xuất hiện sđđ cảm ứng e1 và e2. Trị
số lệch pha của 2 sđđ này phụ thuộc vào vị trí và chiều chuyển động của lõi sắt.
Cấu tạo : thường mỗi cuộn sơ cấp 2700 vòng, mỗi cuộn thứ cấp 4000 vòng.
Dây đồng φ0,27 mm U = 2,5 ÷ 6,3 v
Đầu tiên chỉnh sao cho : X = 0 eT = 5mv
Dòng do eT sinh ra I =
M1U − M2U
2Ζ + Ζft với M1 và M2 là hệ số hổ cảm của cuộc dây s1 và s2 , Z
- trở kháng của cuộn thứ cấp, Zft - trở kháng của phụ tải.
Trong một số trường hợp để thuận tiện cho việc chỉnh định thì các lõi sắt được gắn trên
một thanh dễ dàng xê dịch được.
Hệ thống truyền đi xa dùng máy biến áp sai động
87/96
Các cuộn sơ cấp được mắc nối tiếp nhau để tránh độ lệch pha của dòng điện thứ cấp
trong đó.
Nguyên lý hoạt động : khi vị trí lõi sắt trong MBA phía sơ cấp và phía thứ cấp không
như nhau thì eT ≠ eT’ => xuất hiện Δe ≠ 0 và tín hiệu này được đưa vào BKĐĐT góc
pha của Δe sẽ quyết định chiều quay của ĐCTN (Pg) => cam quay, đưa lõi sắt phía thứ
cấp về vị trí tương ứng với lõi sắt phía sơ cấp cho đến khi Δe = 0 thì động cơ dừng lại.
Thực tế góc lệch pha giữa cuộn sơ và thứ cấp ≠ 0 (do nhiệt độ khác nhau) => trong mạch
thứ cấp sẽ sinh ra điện áp không thể nào cân bằng được. Nếu độ chênh nhiệt độ phía sơ
cấp và phía thứ cấp là 10oC thì sai số khi dùng MBA này là 0,1 ÷ 0,15%.
Người ta sử dụng hệ thống này để truyền xa cho các áp kế, dùng màng đàn hồi...
88/96
Bộ chuyển đổi sắt động
Nguyên lý : Cuộn dây kích thích Wk quấn quanh chốt 1 và nuôi bởi dòng xoay chiều
UK 50Hz 12 hoặc 60V.
Giả sử khung dây lệnh hướng N - N một góc α thì trong khung xuất hiện sđđ
Ep =
w
√2 . φ => Ep =
w
√2 .Bc.l.Rcα
l - chiều dài khung
Rc - bán kính khung
φ - số từ thông mắc vòng của khung dây
89/96
BC - trị số biên độ cảm ứng ở giữa khung dây
Trường hợp nếu BC có quan hệ tuyến tính : Suy ra Ep = C .α
Thường α = ( -20o ÷ + 20o ), Ep = -1v ÷ 1v
Khi điều chỉnh cuộn chuyển dịch Wc thì Ep thay đổi đến khi α = - 20o lúc đó Ep = 0 và
ta có khoảng chia 0 ÷ 40o.
- a là đường khi không có cuộn dây chuyển dịch.
- b là đường khi có cuộn dây chuyển dịch.
- c là đường khi có cuộn dây chuyển dịch gấp 2 lần.
Để thay đổi độ dốc của đường đặc tính ta thay đổi bằng chốt di động 2.
Sơ đồ nguyên lý:
Bộ chuyển đổi phía sơ cấp và phía thứ cấp hoàn toàn như nhau. Hai cuộn dây kích thích
của chúng mắc nối tiếp và dùng chung một nguồn điện với bộ khuếch đại điện từ, 2
khung dây mắc nối tiếp ngược để so sánh suất điện động cảm ứng của 2 bộ chuyển đổi
với nhau, độ chênh lệch Δe giữa 2 suất điện động cảm ứng được đặt và BKĐĐT =>
chuyển động của động cơ thuận nghịch (Pg). Động cơ này sẽ đưa khung dây của bộ
chuyển đổi phía đồng hồ thứ cấp về vị trí tương ứng để Δe = 0 lúc đó động cơ dừng
lại và kết quả đo cũng được thể hiện trên đồng hồ thứ cấp. Hệ thống truyền xa sắt động
90/96
thường hay dùng trong công nghiệp luyện kim, được dùng nhiều trong đo áp suất đo lưu
lượng và đo mức cao của chất nước.
Bộ chuyển đổi dùng cho cặp nhiệt
Sơ đồ nguyên lý:
Nguyên lý : Khi lượng cần đo (nhiệt độ) biến đổi dẫn đến xuất hiện hiệu điện thế giữa
sđđ Ex của cặp nhiệt hoặc giữa điện áp không cân bằng của cầu điện. Với điện áp phản
hồi U1 trên điện trở Rph đưa vào bộ điều chế rồi qua BKĐ và bộ điều chế nghịch. Dòng
điện đi ra từ BĐCN qua đồng hồ đo qua Rpt và qua Rph đồng hồ sẽ cho biết trị số của
lực cần đo khi U1 có trị số đủ bù Ex (U = 0).
Bộ chuyển đổi dùng khí nén
Tùy theo ống phun đặt ngoài hay đặt trong buồng trung gian mà ta gọi là BCĐ ống phun
trong ngoài.
91/96
a- Khí nén dùng cho bộ chuyển đổi là không khí có áp suất P1 = const (P1 = 0,4 ÷ 1 kG/
cm2 ) lấy từ nguồn cấp khí nén đã làm sạch bụi bẩn, không khí nén đi qua cửa tiết lưu
1 có trở lực không đổi và vào buồng trung gian 2, rồi qua cửa tiết lưu trở lực biến đổi 3
và thoát ra ngoài. Khi lượng cần đo (X) biến đổi thì tín hiệu tác động lên tấm chắn 4 sẽ
biến đổi => h biến đổi => P2 sẽ đặc trưng cho lượng cần đo. Nhờ đường dẫn từ buồng 2
tới buồng đo 5 của đồng hồ thứ cấp tạo nên số chỉ , bộ chuyển đổi trên có tín hiệu vào là
X mà X thường nhỏ (0,02 ÷0,05mm) => khó chính xác.
b- ở sơ đồ b (bộ chuyển đổi trong) khi tín hiệu vào X thay đổi áp suất (chỉ huy) P2 sẽ
biến đổi cho tới khi lực do P2 tác dụng lên màng 6 cân bằng với lực tác dụng của tín
hiệu vào, ở đây nhờ phương pháp bù lực nên áp suất không khí P1 có thể biến đổi trong
phạm vi ± 10% mà vẫn không ảnh hưởng tới độ chính xác của tín hiệu ra P2.
Hầu như tất cả các dụng cụ khí nén kiểu hiện đại đều dùng bộ chuyển đổi kiểu ống phun
tấm chắn.
Trong các thiết bị h < 0,1mm thì ta xây dựng được quan hệ
P2 = f(h) (khi P1 = 1)
Bộ chuyển đổi kiểu Điện - Khí nén
Nguyên lý : Tạo nên một lực tỷ lệ với dòng điện 1 chiều rồi đo lực đó bằng cách bù lực
tạo bởi hệ thống khí nén (đã biến tín hiệu một chiều thành tín hiệu khí nén có áp suất tỷ
lệ dòng một chiều).
Tín hiệu vào là dòng 1 chiều Iv và tùy theo chiều dòng điện mà nam châm hút hay đẩy
=> 3 bị tác động làm bi 7 xê dịch so với ống phun 5 => áp suất trong nhánh phần tử
"ống phun - bi" sẽ thay đổi đồng thời áp suất đầu ra Pra của BKĐKN 9 thay đổi và lực
phản hồi do khí nén tác dụng lên bi 8 đặt vào đòn bẩy sẽ biến đổi tới khi cân bằng lực
do cuộn 2 gây nên.
92/96
Lò xo 4 dùng xác định trị số ban đầu khi tín hiệu vào Iv = 0 thì P2 = 0,2 kG/cm2.
P là nguồn không khí có áp suất 0,4 kG/cm2 dòng điện 1 chiều Iv = 0 ÷ 5 mA ⇒ P2 =
0,2 ÷ 1 kG/cm² .
93/96
Tham gia đóng góp
Tài liệu: Giáo trình Đo lường nhiệt
Biên tập bởi: Hung Hoang Duong
URL: 
Giấy phép: 
Module: Chương 1: Những khái niệm cơ bản về đo lường
Các tác giả: Hung Hoang Duong
URL: 
Giấy phép: 
Module: 1. Những vấn đề chung
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: 2. Nhiệt kế giản nở
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: 3. Nhiệt kế nhiệt điện
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: 4. Nhiệt kế điện trở
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: 5. Sai số nhiệt độ theo phương pháp tiếp xúc
Các tác giả: unknown
URL: 
94/96
Giấy phép: 
Module: 6. Đo nhiệt độ bằng phương pháp gián tiếp
Các tác giả: Hung Hoang Duong
URL: 
Giấy phép: 
Module: Chương 3: Đo áp suất và chân không
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
95/96
Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam
Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (Vietnam Open Educational Resources
– VOER) được hỗ trợ bởi Quỹ Việt Nam. Mục tiêu của chương trình là xây dựng kho
Tài nguyên giáo dục Mở miễn phí của người Việt và cho người Việt, có nội dung phong
phú. Các nội dung đểu tuân thủ Giấy phép Creative Commons Attribution (CC-by) 4.0
do đó các nội dung đều có thể được sử dụng, tái sử dụng và truy nhập miễn phí trước
hết trong trong môi trường giảng dạy, học tập và nghiên cứu sau đó cho toàn xã hội.
Với sự hỗ trợ của Quỹ Việt Nam, Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (VOER) đã trở thành
một cổng thông tin chính cho các sinh viên và giảng viên trong và ngoài Việt Nam. Mỗi
ngày có hàng chục nghìn lượt truy cập VOER (www.voer.edu.vn) để nghiên cứu, học
tập và tải tài liệu giảng dạy về. Với hàng chục nghìn module kiến thức từ hàng nghìn
tác giả khác nhau đóng góp, Thư Viện Học liệu Mở Việt Nam là một kho tàng tài liệu
khổng lồ, nội dung phong phú phục vụ cho tất cả các nhu cầu học tập, nghiên cứu của
độc giả.
Nguồn tài liệu mở phong phú có trên VOER có được là do sự chia sẻ tự nguyện của các
tác giả trong và ngoài nước. Quá trình chia sẻ tài liệu trên VOER trở lên dễ dàng như
đếm 1, 2, 3 nhờ vào sức mạnh của nền tảng Hanoi Spring.
Hanoi Spring là một nền tảng công nghệ tiên tiến được thiết kế cho phép công chúng dễ
dàng chia sẻ tài liệu giảng dạy, học tập cũng như chủ động phát triển chương trình giảng
dạy dựa trên khái niệm về học liệu mở (OCW) và tài nguyên giáo dục mở (OER) . Khái
niệm chia sẻ tri thức có tính cách mạng đã được khởi xướng và phát triển tiên phong
bởi Đại học MIT và Đại học Rice Hoa Kỳ trong vòng một thập kỷ qua. Kể từ đó, phong
trào Tài nguyên Giáo dục Mở đã phát triển nhanh chóng, được UNESCO hỗ trợ và được
chấp nhận như một chương trình chính thức ở nhiều nước trên thế giới.
96/96