Đồ án thiết kế hệ thống đo nhiệt độ chỉ thị số 5 kênh (ĐHBK hà nội) 1

TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đề tài “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ CHỈ THỊ SỐ KÊNH’’ PHẦN TỔNG QUAN VỀ ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Các vấn đề kỹ thuật đo lường 1.1.1 Khái niệm: Đo lường trình đánh giá định hướng đại lượng cần đo để có kết số với đơn vị đo Kết đo lường giá trị số đại lượng cần đo Ax, tỷ số đại lượng cần đo X đơn vị đo X0 Vậy q trình viết dạng: Ax = X X0 ⇔ X= Ax.X0 Đây phương trình phép đo, rõ so sánh đại lượng cần đo với mẫu cho kết số Q trình đo tiến hành thơng qua thao tác đo lường sau: - Thao tác xác định mẫu thành lập mẫu - Thao tác so sánh - Thao tác biến đổi - Thao tác thể kết hay thị ¾ Phân loại cách thực phương pháp đo • Đo trực tiếp : cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phép đo • Đo gián tiếp : cách đo mà kết suy từ phép đo ,từ phối hợp nhiều phép đo trực tiếp • Đo thống kê : phép đo nhiều lần đại lượng , điều kiện giá.Từ dùng phép tính xác suất để thể kết đo có độ xác cần thiết LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1.2 Các đại lượng đặc trưng kỹ thuật đo lường 1.1.2.1 - Tín hiệu đo đại lượng đo : Tín hiệu đo : tín hiệu mang thơng tin giá trị đại lượng đo.Nó có thể: + Tín hiệu liên tục Analog (A) + Tín hiệu rời rạc Digital (D) - Đại lượng đo : thông số xác định q trình vật lý Đại lượng đo phân loại sau: + Theo tính chất : o Đại lượng tiền định (đại lượng xác định trước) o Đại lượng đo ngẫu nhiên (đại lượng không xác định ) + Theo chất : - Đại lượng điện (bản thân mang lượng : I ,U - Đại lượng thông số ( R, L, C ) - Đại lượng không điện ( t0, F,P ,Q ) - Đại lượng theo thời gian ( t,ϕ,f ) +Theo dụng cụ đo : - Vôn kế , Wattmet, tần số kế 1.1.2.2 Điều kiện đo: Các thông tin đo lường gắn chặt với môi trường sinh đại lượng đo Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hưởng môi trường đến kết đo ngược lại dùng dụng cụ đo không để dụng cụ đo ảnh hưởng đến đối tượng đo Cần phải tính đến điều kiện đo khác để chọn thiết bị đo tổ chức phép đo cho tốt 1.1.2.3 Đơn vị đo: Đơn vị đo giá trị đơn vị tiêu chuẩn đại lượng đo quốc tế quy định mà quốc gia phải tuân theo Trên giới người ta chế tạo đơn vị tiêu chuẩn gọi chuẩn., có đơn vị : - Chiều dài mét (m) - Khối lượng kilôgam (kg) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI - Thời gian giây (s) - Cường độ dòng điện ampe (A) - Nhiệt độ độ Kelvin (K) - Cường độ ánh sáng Candela (cd) - Số lượng vật chất mol (mol) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngồi cịn có đơn vị kéo theo lĩnh vực khác 1.1.3 Thiết bị đo Các phương pháp đo 1.1.3.1 Thiết bị đo : Là thiết bị kỹ thuật dùng để gia cơng tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát Thực phép đo: - Thiết bị tạo mẫu : Là thiết bị đo để khôi phục đại lượng vật lý định Thiết bị mẫu phải đạt độ xác cao - Dụng cụ đo : Là thiết bị để gia công thông tin đo lường thể kết đo dạng số, đồ thị bảng số tuỳ theo cách biến đổi tín hiệu thị, dụng cụ đo chia thành dụng cụ đo tương tự (ânlog) dụng cụ đo thị số (Digital) - So sánh : + Thiết bị tự động + Người điều khiển - Biến đổi Kết đo trình phép đo, rõ so sánh đại lượng cần đo với mẫu cho kết số Q trình đo tiến hành thơng qua thao tác đo lường sau: - Thao tác xác định mẫu thành lập mẫu - Thao tác so sánh - Thao tác biến đổi - Thao tác thể kết hay thị ¾ Phân loại cách thực phương pháp đo • Đo trực tiếp : cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phép đo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Đo gián tiếp : cách đo mà kết suy từ phép đo ,từ phối hợp nhiều phép đo trực tiếp • Đo thống kê : phép đo nhiều lần đại lượng , điều kiện giá.Từ dùng phép tính xác suất để thể kết đo có độ xác cần thiết Kết đo Phương pháp biến đổi thẳng: Chuyển đổi Mạch đo Chỉ thị • Chuyển đổi (khâu đầu): biến đổi hai đại lượng vật lý với + Chuyển đổi điện - điện - liên tục rời rạc (A/D) - rời rạc liên tục (D/A) + Chuyển đổi không điện - điện : đại lượng không điện (t0 ,p ,F ) sang đại lượng điện (U, I ) • Mạch đo (biến đổi ): mạch tính tốn như: + Mạch cộng, mạch trừ, mạch tích phân + Mạch khuyếch đại ,mạch logic (and, or, not ) • Chỉ thị (khâu cuối): để thể kết đo + Dùng kim , tự ghi + Chỉ thị số Dùng biến đổi thẳng đo trực tiếp(vôn kế, ampe kế) ΔX X XK Chuyển đổi Y Y’ Mạch đo Chỉ thị Chuyển đổi ngược LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP X: đại lượng đo XK: đại lượng chuẩn phản hồi ΔX = X − XK - So sánh cân : X − X = ΔX = - So sánh không cân : ΔX ≠ 0⇒ X = XK + ΔX 1.1.4.Các đại lượng đặc trưng - Sai số tuyệt đối : Δ = Xđo − Xthực Xđo : dụng cụ đo Xthực : giá trị mẫu (do dụng cụ đo hay giá trị thực) - Sai số tương đối : γ% = Δ 100% Xthùc - Sai số quy đổi : X%(cấp xác dụng cụ đo) γqd% = Δ max 100% X max Xmax : sai số lớn thang đo Δmax : sai số tuyệt đối thang đo - Độ nhạy (S): S= ΔY Tuyến tính ΔX S= dY Phi tuyến tính dX X : đại lượng vào Y : đại lượng Độ nhạy độ biến thiên tương đối đại lượng vào: S = S1.S2.S3 Sn - Tổng trở vào ,ra dụng cụ: - Tổng trở vào dụng cụ tổng trở dụng cụ - Tổng trở tổng trở đầu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Các dụng cụ đo có tổng trở thích hợp để đo tín hiệu khơng bị sai lệch - Đặc tính động: + Khi xét đặc tính động: - Đặc tính biên độ (trong q trình q độ) - Đặc tính pha tần Vì đại lượng đo (không biến thiên biến thiên chậm đại lượng biến thiên nhanh) Độ tin cậy tính kinh tế: phụ thuộc vào trình độ, khoa học Q xác suất hỏng P xác suất không hỏng Q.P = 1⇒ Q↓ ⇒ P↑ 1.2 ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN ĐO NHIỆT ĐỘ 1.2.1 Khái niệm nhiệt độ thang đo nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho mức chuyển động hỗn loạn phân tử vật thể Để đo nhiệt độ phải có dụng cụ đo , thông thường công nghiệp nhiệt độ đo cảm biến phương pháp tiện lợi truyền tín hiệu nhiệt độ xa , không ảnh hưởng tới làm việc hệ thống cần xác định nhiệt độ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Để đo xác nhiệt độ cần có hiệu số TX - T cực tiểu với TX nhiệt độ môi trường cần đo ,T nhiệt độ cảm biến đặt môi trường cần đo Khi cảm biến đặt môi trường cần đo nhiệt độ, nhiệt lượng cảm biến hấp thụ từ môi trường tỷ lệ với độ chênh nhiệt cảm biến môi trường theo biểu thức : dQ = a.A(TX -T)dt với a độ dẫn nhiệt , A diện tích bề mặt truyền nhiệt Mặt khác cảm biến có khối lượng m nhiệt dung riêng(tỷ nhiệt) c nhiệt lượng hấp thụ là: dQ = m.c.dT Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt môi trường , kết cấu kiểu giá đỡ ta có : a.A(TX - T)dt = m.c.dT Gọi τ số thời gian nhiệt τ= m.c a.A Vậy ta có phương trình vi phân cân nhiệt dT = Tx-T dt (1 - 1) τ Nghiệm phương trình (1 - 1)là : t T = TX − k.e- τ , (1 - 2) với k số Từ phương trình (1 - 2) ta có đặc tuyến nhiệt độ theo thời gian hình (1 -1a) t t TX TX T1 0,63 TX 0,63 TX τ τ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP τ τ hình 1-1a hình1- 1b Hình (1 - 1b) có tính tới tổn thất nhiệt từ mơi trường cần đo truyền vào cảm biến TX – T1 = ΔT luôn tồn 1.2.2 Thang đo nhiệt độ: Là dãy mốc nằm khoảng nhiệt độ giới hạn hai điểm sơi nóng chảy cố định vật chất tinh khiết, hai điểm gọi điểm gốc để phân độ toàn thang Ngày giới tồn loại thang đo nhiệt độ: 1.2.2.1 Thang nhiệt độ động học tuyệt đối hay gọi thang Kelvin đơn vị K nhà vật lý người Anh Thomson đề năm 1852 Trong thang nhiệt độ người ta lấy trạng thái nước điểm cân nước - nước đá - nước giá trị số 273,150K Từ thang nhiệt độ Kelvin người ta xác định thang nhiệt độ thang Celsíu thang Fahrenheit 1.2.2.2 Thang nhiệt độ bách phân (Thang Celsius) Trong thang đo đơn vị nhiệt độ 0C Do nhà vật lý người Thụy Điển Celsius đưa năm 1742 dựa vào điểm tan nước đá điểm sôi nước chia 100 khoảng Quan hệ thang Celsius thang Kelvin xác định biểu thức : t (0C) = t (0K) - 273,15 (1 - 3) 1.2.2.3 Thang đo nhiệt độ 0F nhà vật lý Hà Lan Fahrenheit đưa năm1706, lấy nhiệt độ nước đá tan 32 0F sôi 212 0F Đổi từ thang 0C nhiệt độ 0F ngược lại theo công thức: t(0C ) = {t(0F) - 32} LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP t(0F ) = {t(0C ) + 32} Năm1948 hội nghị đo lường quốc tế thứ 19 lấy thang nhiệt độ bách phân (Celsius) thang nhiệt độ quốc tế Xây dựng thang đo nhiệt độ quốc tế người ta ghi nhận điểm cố định sau : - Điểm sôi O2 -182,97 0C - Điểm tan nước đá (điểm gốc) 0,000C - Điểm sôi nước ( điểm gốc ) 100,000C - Điểm sôi lưu huỳnh 444,600C - Điểm kết tinh bạc 960,800C - Điểm kết tinh vàng 1063,000C BẢNG TRẠNG THÁI ĐO NHIỆT ĐỘ C 0 -273,15 -459,6 Hoà hợp nước - Nước đá 273,15 32 Cân nước-nước đá- 273,16 0,01 32,108 373,15 100 212 Trạng thái Điểm tuyệt đối K F nước Nước sôi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2.3 Phân loại hệ thống đo nhiệt độ Phân loại hệ thống đo nhiệt độ có nhiều cách , theo nguyên tắc làm việc máy đo nhiệt độ phân thành nhóm : + Nhiệt kế giãn nở : Dựa biến đổi thể tích chất lỏng hay chiều dài chất rắn nhiệt độ thay đổi + Nhiệt áp kế : Dựa nguyên tắc biến đổi thể tích chất lỏng, chất khí, hệ thống kín nhiệt độ mơi trường thay đổi + Nhiệt kế cặp nhiệt điện : Dựa nguyên tắc thay đổi sức điện động cặp nhiệt điện thay đổi + Nhiệt kế điện trở : Dựa phụ thuộc gữa nhiệt độ dây dẫn , bán dẫn với điện trở chúng + Hoả kế xạ , hoả kế phát quang : Dựa vào biên độ sóng ánh sáng thay đổi nhiệt độ vùng cần đo thay đổi + Siêu âm nhiệt độ : Nguyên lý hoạt động dựa quan hệ nhiệt độ mơi trường truyền âm Ví dụ : khơng khí khơ ,ở áp suất khí thơng thường quan hệ vận tốc truyền âm nhiệt độ theo biểu thức : C = 331,5 T (m/s) 273,15 với C : vận tốc truyền âm T : nhiệt độ tuyệt đối khơng khí khơ cần đo Bảng giới thiệu khoảng đo máy đo chủ yếu Giới hạn đo 0C Tên máy đo nhiệt độ Min Max 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1- Nhiệt kế giãn nở ( đo tiếp xúc) Nhiệt kế khí -100 600 Nhiệt kế thuỷ ngân -35 350 Nhiệt kế chất lỏng -190 150 Nhiệt áp kế chất lỏng -120 600 Nhiệt áp kế thuỷ ngân -35 600 Nhiệt áp kế chất khí -120 600 Nhiệt áp kế chất -60 300 Nhiệt kế điện trở đồng -50 180 Nhiệt kế điện trở bạch kim (Pt) -250 650 Nhiệt kế điện trở Niken -200 180 Nhiệt kế bán dẫn Silic -50 120 Bạch kim - Rodi - Bạch kim -20 1600 Crom - Nhôm -50 1000 Crom - Copen -50 600 Đồng - Constantan -100 400 Hoả kế xạ 800 1800 Hoả kế quang học 800 6000 2- Nhiệt áp kế (đo tiếp xúc) 3- Nhiệt kế điện trở (đo tiếp xúc) 4- Cặp nhiệt điện (đo tiếp xúc) 5- Hoả kế (đo không tiếp xúc) 1.2.3.1 Nhiệt kế giãn nở : + Nhiệt kế hai kim loại : 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.2 : Nhiệt kế hai kim loại 1- ống 2- Thanh kéo 3- Đáy ống 4- 6, Lò xo 5- Vỏ máy 7- Kim máy đo 8- Hai kim loại nhiệt kế Hình 1.2 nhiệt kế hai kim loại khác uốn thành lò xo , ống xoắn nhiều vòng hàn lại với thành , nhiệt độ đốt nóng hai dài khơng giống lị xo uốn phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ làm kim chuyển dịch ta đọc nhiệt độ bên Chiều dài nhiệt độ tính theo công thức : lt = l0(1 + αt) Với l0 chiều dài nhiệt độ 00C , α hệ số giãn nở nhiệt kim loại Hình 1-2b nhiệt kế kiểu gồm ống kéo chế tạo hai vật liệu khác Thanh kéo đặt ống , đầu gắn chặt vào đáy ống , bị đốt nóng kéo dài khơng giống ,tác động khí lên kim quay góc tương ứng với nhiệt độ cần đo chia thang mặt đồng hồ 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhiệt kế giãn nở có độ xác thấp , nên dùng hệ thống cần đo điều khiển nhiệt độ đơn giản + Nhiệt kế thuỷ tinh chất lỏng Hình 1-3 Nhiệt kế thuỷ ngân Nguyên tắc làm việc loại nhiệt kế dựa tượng giãn nở nhiệt chất lỏng chứa bầu thuỷ tinh , chất lỏng bầu bị đốt nóng , chất lỏng dâng lên theo ống nối ngắn với bầu chứa , quan sát chiều cao cột chất lỏng ta có nhiệt độ tương ứng khắc trrên thang đo Tiết diện nhỏ nhiệt kế nhạy với nhiệt độ, chất lỏng chứa bầu thuỷ tinh ruợu thuỷ ngân Hình 1-3 nhiệt kế thuỷ ngân Hình 1-3 a loại nhiệt kế thuỷ ngân thẳng, có ống nối nhỏ ,dài dày làm thuỷ tinh chịu nhiệt thạch anh Loại nhiệt kế có độ xác cao hay sử dụng phịng thí nhiệm Hình 1-3b loại nhiệt kế thuỷ ngân thẳng có ống nối riêng bảng chia độ riêng Nhiệt kế thuỷ ngân chế tạo đơn giản , giá thành hạ.Nhược điểm khó đọc số, số báo chậm , độ bền kém, tự ghi truyền tín hiệu xa 1.2.3.2 Nhiệt áp kế 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhiệt áp kế có cấu đo kiểu lò xo áp kế Khi tăng nhiệt độ túi nhiệt làm cho chất lỏng, chất khí chứa tăng thể tích túi nhiệt thể tích kín nên làm cho tăng áp suất làm biến dạng lò xo, truyền qua cấu truyền động tới kim áp kế , ống nối với túi nhiệt có đường kính từ 0,2 ÷ 0,5mm gọi ống lò xo đàn hồi ống lị xo nhiều vịng tuỳ theo thiết kế nhà chế tạo Nhiệt áp kế phân theo tính chất làm việc : nhiệt áp kế chất lỏng, chất khí, chất Với nhiệt áp kế chất lỏng chủ yếu thuỷ ngân ruợu Nhiệt áp kế chất thường dùng chất lỏng có nhiệt độ sơi thấp benzen, axeton Trong nhiệt áp kế chất khí tồn hệ thống áp suất chứa khí trơ : heli, nitơ, áp suất cao áp suất khí Hình 1-4 1- Túi nhiệt 2- ống nối 3- Lò xo đàn hồi 4- Kim -Thang đo 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1-4 cấu tạo nhiệt áp kế Túi nhiệt chế tạo từ thép đồng thau , ống dẫn nối chế tạo từ vật liệu thép đồng, lò xo ống đàn hồi làm đồng thau áp suất tối đa hệ thống kín nhiệt áp kế đạt tới 60atmotphe, phía ngồi nhiệt áp kế lắp thêm cơng tắc tín hiệu, phận truyền tín hiệu xa, cấu tự ghi thông số đo Sai số loại nhiệt áp kế chất lỏng , chất khí khơng q ± 1,5%; sai số nhiệt áp kế chất tới ±2,5% Nhược điểm loại nhiệt áp kế độ bền học ống nối thấp, thời gian báo kết đo chậm, khó sửa chữa lắp ráp 1.2.3.3 Đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện + Nguyên tắc làm việc cấu tạo cặp nhiệt độ Nguyên tắc làm việc cặp nhiệt điện có hai kim loại A Β khác hàn lại với hai đầu (như hình1-5) Đầu có nhiệt độ t (đầu đo nhiệt độ) Đầu có nhiệt độ t0 (đầu tự do) Do tính chất kim loại hai A , Β khác t0 nên lượng điện tử tự hai khác Số lượng điện tử tự khuyếch tán sang qua mối hàn khác nhau, cân nhiệt độ mối nối hai A B xuất sức điện động xác lập Nếu đầu có nhiệt độ t0 ta có phương trình sức điện động tổng: EAB = eAB(t0) + eBA(t0) = (2-1) t Hình: 1- từ ta rút eBA(t0) = - eAB(t0) (2-2) t t0 khác ta có: EAB = eAB(t) + eBA(t0) (2-3) hay EAB = eAB(t) − eÂB(t0) (2-4) Trị số EAB phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ đầu Nếu t0 = const 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP EAB(t) = eAB(t) − c = f(t) (2-5) với c số c = cAB(t0) = const Từ phương trình (2-5) Nếu cách làm cho t0 khơng đổi sức điện động hàm số nhiệt độ t đầu Vật liệu làm điện cực cặp nhiệt điện phải có yêu cầu đồng chất , sức điện động phụ vào nhiệt độ gần tuyến tính , chịu nhiệt độ, độ bền học nhiệt độ cao, có độ bền hố học, tính đồng vật liệu dọc chiều dài điện cực Trong kĩ thuật sử dụng cặp nhiệt độ : crôm-crôm ; crôm-copen; đồng-constantan; đồng-copen; sắt-copen; nhiệt độ cao người ta sử dụng cặp nhiệt điện vonfram-reni Trên hình 1.6 đặc tuyến sức điện động theo nhiệt độ cặp nhiệt, ứng với đầu tự có t0 = 00C E (mv) E E : Chromel/Constantan J: Sắt/Constantan 60 T: Đồng/Constantan K : Chromel/Alumel J 50 R : Platin- Ro®i ( 13%)/Platin S : Platin- Ro®i (10%)/Platin K 40 B: Platin- Ro®i (30%)/Platin-Ro®i(6%) 30 R 20 S 10 T (0C) B 200 600 1000 1400 Hình 1.6 Đặc tuyến sức điện động cặp nhiệt Đặc tính kỹ thuật cặp nhiệt điện thông dụng Cặp nhiệt điện Dải nhiệt độ Sức điện làm việc(0C) động (mV) Độ xác 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồng – Constantan -6,26÷19,03 φ = 1,63 mm -270 ÷ 370 -100 ÷ 400C; ± 2% -80 ÷ 1000C; ±0,8% 100 ÷ 3500C; ±0,75% -210 ÷ 800 Sắt – Constantan -8,1÷45,5 φ = 3,25mm ÷ 4000C; ±3% 400 ÷ 8000C; ±0,75% -270 ÷ 1250 Chromel – Alumen -5,35÷50,63 φ = 3,25mm ÷ 4000C; ±3% 400 ÷ 12500C; ±0,75% Platin – Rodi(10%)Platin -50 ÷ 1500 -0,24÷15,58 φ = 0,51mm ÷ 6000C; ±2,5% 600 ÷ 15000C; 0,4% -276 ÷ 870 Chromel – Constantan -9,84÷66,48 φ = 3,25mm ÷ 4000C; ±3% 400 ÷ 8700C; ±0.75% Platin -Rodi(13%)platin -50 ÷ 1500 -0,23÷17,4 φ = 3,25mm ÷ 5380C; ±1,4% 538 ÷ 15000C; ±0,25% Platin-Rodi platin-Rodi(6%); (30%) ÷ 1700 φ ÷ 12,426 870 ÷ 17000C; ±0,5% = 0,51mm Vonfram – Reni ÷ 2700 ÷ 38,45 (5%)VonframReni(26%) + Sử dụng đồng hồ milivôn kế kiểu từ điện đo tín hiệu cặp nhiệt điện Trên sơ đồ nguyên lý hình (1-7) sơ đồ sử dụng đồng hồ milivơn kiểu từ điện để đo tín hiệu cặp nhiệt điện 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP t0 F c Rđc t1 t1 t0 D a Rp c Rf t b Hình 1.8 Sơ đồ đo sđđ nhiệt milivơn kế Dịng điện chạy mạch đo sức điện động EAB (t,t0) tạo tính theo cơng thức : Ι= EAB( t , t 0) EAB( t , t 0) = RAB + RFD + Rc + Rdc + Rp + Rf Rng + RM với điện trở ngoài: Rng = RAB+RFD+R0+Rdc Điện trở dụng cụ đo : RM = RP + Rf với RP điện trở khung dây ,Rf điện trở phụ mạch đồng hồ đo Điện áp đặt lên đồng hồ là: Uab = I.RM = EAB(t,t0) – I.Rng Mômen quay khung dây đồng hồ: MΘ = S.Β.W.Ι với S diện tích khung dây Β cường độ từ cảm khe hở W số vòng khung dây Mặt khác có mơmen cản lị xo Mng tính theo cơng thức: Mng = k.α với k hệ số đàn hồi lò xo α góc quay khung dây Khi mơmen quay MΘ cân với mơmen cản lị xo Mng có: S.Β.W.I = k.α 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP EAB(t,to) S.B.W.I = A.I = A Rng + RM k α= Với đồng hồ milivon chế tạo A biểu thức số A = S.B.W gần không đổi Khi giữ cho Rng+RM = const góc quay k khung dây tỷ lệ với EAB(t,t0); bề mặt đồng hồ milivon khắc theo nhiệt độ cho toàn thang đo Khi đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện phải ý tới đầu tự có nhiệt độ t0, phải chọn vùng có nhiệt độ t0 ổn định tránh sinh sức điện động phụ làm cho sai số phép đo lớn Để chọn vùng có t0 ổn định người ta sử dụng cặp dây bù để kéo dài đầu tự xa sử dụng cầu bù tự động để có điện áp đặt vào dụng cụ thứ cấp không đổi ứng với nhiệt độ t đầu đo không đổi nhiệt độ t0 đầu tự thay đổi C t0 Rđ F a a mv d t1 t1 R2 b D c R3 B A t Rhc AC/DC Hình 1-9 Sơ đồ hình 1-9 sơ đồ nguyên lý hệ thống đo nhiệt độ sử dụng cầu bù tự động Cầu bù tự động gồm điện trở R1, R2, R3 làm mangan Có hệ số ); Rđ làm đồng Nguồn C tăng điện trở theo nhiệt độ nhỏ (α = 0,000015 điện ổn định cấp vào đường chéo cầu điểm a,b Khi có cầu bù tăng điện trở Rđ nên cầu bù tự động xuất điện áp cầu Ucd để ln bảo tồn biểu thức 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP EAB(t,t0) = EAB(t,t’0 ) + Ucd Trong thực tế với cầu bù tiêu chuẩn đầu tự có t0 thay đổi từ 0÷500C sai số phép đo ±30C; với nhiệt độ t0 máy đo cho biết trước 1.2.4 Đo nhiệt độ cảm biến điện trở Từ năm 1821 người ta phát điện trở số kim loại thay đổi theo nhiệt độ Ngày với trình độ công nghệ kỹ thuật cao tạo loại cảm biến điện trở chia làm nhóm : kim loại, bán dẫn nhiệt điện trở , ưu điểm cảm biến điện trở đơn giản, độ nhạy cao, ổn định dài hạn 1.2.4.1 Cảm biến nhiệt độ điện trở kim loại Nguyên lý làm việc hệ thống đo nhiệt độ dựa thay đổi điện trở kim loại làm điện trở nhiệt độ môi trường đo thay đổi so với trị số điện trở nhiệt độ tiêu chuẩn Ví dụ điện trở dây đồng thay đổi theo nhiệt độ: RCu t = RCuo [1+ α(t - t0)] Ω Với RCu0 điện trở dây đồng làm cảm biến nhiệt độ t0 Nhiệt độ t0 thực tế người ta thường lấy 00C, t nhiệt độ môi trường đo; α hệ số tăng điện trở đồng 10C Bảng tính chất vật lý số kim loại 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Điện trở suất Tên vật liệu 200C 10-6Ωm Nhôm (Al) Vonfram Sắt (Fe) Đồng (Cu) Bạc (Ag) Niken (Ni) Bạch kim (Pt) Mangan (Mn) Nhiệt độ Hệ số nhiệt độ Điện trở C -1 nóng chảy Độ nở dài -3 10 m, C -1 C 0,029 0,004 0,024 659 0,056 0,0045 0,0045 3500 0,1 ÷ 0,14 0,0045 1530 0,0175 0,004 0,017 1083 0,016 0,004 0,019 961 0,0106 0,0047 0,00128 1453 0,045 0,0039 0,0089 1769 0,42 0,000015 960 Các điện trở kim loại thường dây trịn ví dụ bạch kim có φ = (0,05 ÷ 0,07)mm, dây đồng φ = 0,2mm nhỏ hơn; Được quấn lõi cách điện lắp đặt ống kim loại bảo vệ bịt kín đầu dưới, ống gốm bịt kín 00C nhiệt kế bạch kim chế tạo với trị số : 10Ω; 48Ω 100Ω Đồng 00C chế tạo với trị số 53Ω; 100Ω Trên hình 1-10 cấu tạo điện trở bạch kim sử dụng làm cảm biến nhiệt 1- Tấm mica có đường ren 2- Dây platin 3- Đầu nối 4- Đệm mica 5- Dây bạc để gắn đệm mica 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.10 Điện trở bạch kim sử dụng làm cảm biến Độ nhạy cảm biến nhiệt độ Ni Fe-Ni ≈ 5.10-3 Độ nhạy cảm C C biến nhiệt độ điện trở Pt 4.10-3 1.2.4.2 Cảm biến nhiệt điện trở Silic: Silic tinh khiết đơn tinh thể silic có hệ số điện trở âm, nhiên kích tạp loại chất n dải nhiệt độ hệ số nhiệt điện trở thành dương Người ta thấy nhiệt độ 2000C hệ số nhiệt điện trở cảm biến nhiệt điện trở silic có trị số dương ; cịn nhiệt độ lớn 2000C hệ số nhiệt điện trở âm Phần tử cảm nhận silic có kích thước (500×500×240)μm, mạ kim loại phía cịn phía cịn lại để tiếp xúc với bề mặt đo nhiệt độ Độ nhạy loại cảm biến vào khoảng 0,7% 0C có nghĩa điện trở thay đổi 0,7% theo 0C Có thể tính gần điện trở cảm biến silic: R(T) = R0.eΒ( T αR = ) To B T2 Với T, T0 tính theo nhiệt độ K Vì độ nhạy cảm biến nhiệt điện trở cao nên thường dùng để phát nhiệt độ biến thiên nhỏ từ (10-4÷10-3)K 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... nóng chảy Độ nở dài -3 10 m, C -1 C 0,029 0,004 0,024 659 0, 056 0,00 45 0,00 45 350 0 0 ,1 ÷ 0 ,14 0,00 45 15 3 0 0, 01 75 0,004 0, 017 10 83 0, 016 0,004 0, 019 9 61 0, 010 6 0,0047 0,0 012 8 1 453 0,0 45 0,0039... TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1- Nhiệt kế giãn nở ( đo tiếp xúc) Nhiệt kế khí -10 0 600 Nhiệt kế thuỷ ngân - 35 350 Nhiệt kế chất lỏng -19 0 15 0 Nhiệt áp kế chất lỏng -12 0 600 Nhiệt áp kế thuỷ... 8000C; ±0, 75% -270 ÷ 1 250 Chromel – Alumen -5, 35? ?50 ,63 φ = 3,25mm ÷ 4000C; ±3% 400 ÷ 1 250 0C; ±0, 75% Platin – Rodi (10 %)Platin -50 ÷ 15 0 0 -0,24÷ 15 , 58 φ = 0 , 51 mm ÷ 6000C; ±2 ,5% 600 ÷ 15 0 00C; 0,4%