TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -🙦🙤🕮🙦🙤 - MÔN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA KIM LOẠI HIỆN TƯỢNG GIÃN NỞ NHIỆT VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG TIẾP XÚC ỨNG DỤNG LƯỠNG KIM, LƯỠNG KIM NHIỆT, NGẪU NHIỆT ĐIỆN, CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN NGÀY NAY TRONG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ GVHD: Phạm Xuân Hổ SVTH: Nguyễn Minh Chiến Trương Khánh Hịa 21151198 21151235 Trần Minh Hồng 21151236 Nguyễn Phước Hưng 21151247 Nguyễn Sơn Tùng 21151381 Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày 23 Tháng 10 năm 2022 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Điểm: …………………………… KÝ TÊN A LỜI MỞ ĐẦU B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: PHẦN LÝ THUYẾT _ 1.1 Tính chất nhiệt kim loại 1.1.1 Khả dẫn nhiệt 1.1.2 Nhiệt dung riêng 1.1.3 Điểm nóng chảy 1.2 Hiện tượng giản nở nhiệt 1.2.1 Giãn nở thể tích 1.2.2 Các yếu tố khác 1.3 Hiện tượng sức điện động tiếp xúc 1.3.1 Hiện tượng tiếp xúc sức nhiệt điện động 1.3.2 Thí nghiệm tượng nhiệt điện 1.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động lưỡng kim nhiệt 1.5 Cấu tạo nguyên lý làm việc ngẫu nhiệt điện CHƯƠNG 2: PHẦN ỨNG DỤNG 2.1 Lưỡng kim nhiệt 10 2.1.1 Đồng hồ đo nhiệt độ lưỡng kim 10 2.1.2 Bộ điều chỉnh nhiệt độ 11 2.1.3 Nhiệt kế 12 2.1.4 Thiết bị điện 12 2.1.5 Kiểm soát nhiệt độ 13 2.2 Ứng dụng cảm biến nhiệt điện tự động điều khiển bảo vệ 13 2.2.1 Cảm biến nhiệt độ nước 13 2.2.2 Cảm biến loadcell 14 2.2.3 Cảm biến IC 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 A LỜI MỞ ĐẦU Kim loại hợp kim chúng sử dụng rộng rãi công nghiệp để chế tạo chi tiết máy, thiệt bị, đồ dùng sống Tuy nhiên sản xuất cần phải dựa vào yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn kim loại hợp kim thích hợp, đảm bảo chất lượng kinh tế sản phẩm Muốn phải nắm bắt tính chất chúng Trong có tính nhiệt quan trọng ảnh hưởng tới q trình lâu bền kim loại hơm nhóm minh trình bày cho bạn biết tính nhiệt kim loại ứng dụng ngẫu nhiệt điện lưỡng kim điện B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: PHẦN LÝ THUYẾT 1.1 Tính chất nhiệt kim loại 1.1.1 Khả dẫn nhiệt Khi phần khác chất nhiệt độ khác có tượng truyền nhiệt từ nơi nhiệt cao tới nơi có nhiệt độ thấp Nhiệt truyền theo ba cách khác nhau: khuếch tán nhiệt, đối lưu xạ nhiệt Khuếch tán nhiệt truyền nhiệt chuyển động nhiệt phân tử vật chất Khi chuyển động phân tử va chạm lẫn nhau, lượng từ phân tử chuyển động nhanh vùng nóng chuyển bớt cho phân tử chuyển động chậm vùng lạnh hơn, tạo nên truyền nhiệt Đó chế truyền nhiệt chất rắn Trong chất khí chất lỏng nhiệt chủ yếu truyền luồng khí hay dịng chảy, cịn gọi đối lưu Cuối cùng, vật sưởi ấm sóng điện từ phát từ nguồn nóng, gọi xạ nhiệt Khác với hai chế trên, xạ nhiệt truyền qua chân khơng khơng địi hỏi mơi trường truyền nhiệt Trong này xét riêng tượng khuếch tán nhiệt, thực tế quan sát khuếch tán nhiệt riêng lẻ, thường kèm với tượng đối lưu 1.1.2 Nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng chất nhiệt lượng cần phải cung cấp cho đơn vị đo lường chất để nhiệt độ tăng lên độ trình truyền nhiệt Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo nhiệt dung riêng Joule kilôgam Kelvin, J·kg−1·K−1 hay J/(kg·K), Joule mol Kelvin Kí hiệu là: c Người ta sử dụng nhiệt dung riêng để tính tốn nhiệt lượng gia cơng nhiệt cho vật liệu xây dựng lựa chọn vật liệu trạm nhiệt Cơng thức: c = Q/m∆t 1.1.3 Điểm nóng chảy Khi kim loại trạng thái rắn nung nóng đạt nhiệt độ định mà bắt đầu hóa lỏng, nghĩa chuyển từ thể rắn sang thể lỏng gọi điểm nóng chảy kim loại Tại thời điểm nóng chảy, gia tăng nhiệt độ dừng lại tồn kim loại hóa lỏng hồn tồn Nhiệt độ nóng chảy khác kim loại Nhiệt độ nóng chảy cịn có tên gọi khác điểm nóng chảy Nhiệt độ nóng chảy giúp nhà khoa học dễ dàng xác định loại kim loại Bên cạnh đó, nhận biết nhiệt độ nóng chảy kim loại, hợp kim, phi kim cịn giúp ứng dụng nhiều vào ngành cơng nghiệp chế tạo, gia cơng khí, đúc kim loại, làm khuôn, ngành y tế phục vụ cho nghiên cứu Hiện tượng giản nở nhiệt 1.2 1.2.1 Giãn nở thể tích Tương tự chất lỏng chất khí, khối lượng chất rắn phụ thuộc vào nhiệt độ chúng Hầu hết chất rắn tăng thể tích nhiệt độ tăng, gia tăng thể tích ΔV (với số sơ suất) tỷ lệ thuận với tăng nhiệt độ Δt thể tích ban đầu V0 Mối quan hệ mơ tả mặt tốn học Δ V≐βV0Δ t (1) số β hệ số nở nhiệt thể tích, tính chất chất Trong bảng, thường thấy chất rắn, hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính chúng α, xấp xỉ chất đẳng hướng mà β≐3 α Thể tích V sau nung nóng thể tích ban đầu V0 độ tăng thể tích Δ V cho theo quan hệ (1): V≐V0+βV0Δ t=V0 (1+βΔ t) (2) Sơ suất mơ tả hạn chế tính hợp lệ mối quan hệ (2) với chênh lệch nhiệt độ "nhỏ" β Δ t ≪1 Nếu điều kiện không đáp ứng đầy đủ, cần sử dụng quan hệ (2) dạng tổng quát nó: V≐V0 (1+βΔ t+ β2Δt2) (3) Trong thí nghiệm sau đây, thấy tăng lên cầu kim loại sau nung nóng đến vài trăm độ C 1.2.2 Các yếu tố khác Khi phận đo ảnh hưởng đến nhiệt độ đó, kích thước phận Ví dụ, phận cắt nóng lạnh có kích thước khác so với đo sau Đảm bảo chất lượng (QA) kiểm tra đến địa điểm sản xuất khách hàng Áp suất khí có tác động nhỏ đến phép đo phận, với việc kim loại nở chúng chịu áp suất thấp Điều có nghĩa bạn cắt kiểm tra phận mực nước biển sau chuyển đến Denver, bạn nhận phép đo khác độ cao lớn - tất nhiên, nhìn thấy đo kích thước nhỏ dung sai hẹp Ngồi ra, nở nhiệt kim loại phụ thuộc vào độ lớn kích thước chi tiết Ví dụ, dung sai ảnh hưởng đến hệ số giãn nở, khác biệt phép đo có nhiều khả xảy dung sai chặt liên kết với phận lớn hơn, chẳng hạn có chiều dài foot trở lên so với có chiều dài 0,001 (0,0254 mm) chiều dài Điều có nghĩa khó để giữ dung sai chặt chẽ có chiều dài, ví dụ, '(60,96 cm), với thay đổi rõ ràng Ngồi ra, đường kính lớn, khó giữ dung sai chặt chẽ Một yếu tố khác nhiều vật liệu sử dụng sản phẩm bao gồm phận lắp ráp khác vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt riêng Những phận khác - có lẽ số làm từ kim loại khác số từ nhựa, thủy tinh vật liệu khác - nở với tốc độ khác Do đó, hệ số giãn nở khác cần xem xét định dung sai phận khác 1.3 Hiện tượng sức điện động tiếp xúc 1.3.1 Hiện tượng tiếp xúc sức nhiệt điện động Khi cho hai kim loại khác tiếp xúc chúng có hiệu tiếp xúc, nguyên nhân sinh hiệu tiếp xúc cơng kim loại khác nên số electron tự kim loại khác không \ Hiện tượng nhiệt điện tượng sản sinh suất điện động nhiệt điện mạch điện kín hai đầu vật kim loại hợp kim có chênh lệch nhiệt độ Hiểu cách đơn giản tượng nhiệt điện tượng dịng điện sinh mạch kín, có chênh lệch nhiệt độ hai đầu dây dẫn 1.3.2 Thí nghiệm tượng nhiệt điện Thực lắp mô tơ cánh quạt chạy điện chiều với hai kim loại Sau tiến hành nhúng kim loại vào hai cốc khác nhau, cốc chứa khơng khí, cốc chứa nước Quan sát thí nghiệm không thấy thay đổi (cánh quạt không quay), điều chứng tỏ khơng có dịng điện sản sinh bên mạch điện Bước bạn tiến hành đổ nước có nhiệt độ cao thấp nước cốc đựng nước ban đầu vào cốc chứa khơng khí Chúng ta đợi lúc, thấy cánh quạt bắt đầu quay Điều chứng tỏ bên mạch lúc xuất dịng điện Sau tiến hành làm tăng chênh lệch nhiệt độ hai cốc nước tiếp tục quan sát Chúng ta dễ dàng nhận thấy nhiệt độ hai kim loại có chênh lệch lớn cánh quạt quay nhanh Điều chứng tỏ độ mạnh dòng điện sinh mạch phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ hai kim loại Hiện tượng sinh dịng điện thí nghiệm tượng nhiệt điện Và dòng điện sản sinh suất điện động nhiệt điện Lý giải thí nghiệm: Khi nhiệt độ vật dẫn có chênh lệch nhiệt độ, mật độ hạt tải điện nơi có nhiệt độ cao lớn so với mật độ hạt tải điện nơi có nhiệt độ thấp Do có dịch chuyển thành dịng hạt tải điện từ nơi có nhiệt độ cao nơi có nhiệt độ thấp hơn, đồng thời tạo nên chênh lệch điện hai đầu vật dẫn Nếu tiến hành nối thành mạch kín hình thành nên suất điện động nhiệt điện sinh dòng điện giúp cánh quạt quay 1.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động lưỡng kim nhiệt Lưỡng kim nhiệt cấu tạo gồm hai kim loại khác có độ giãn nở nhiệt khác nhau, thông thường thép đồng, thép đồng thau hai kim loại ghép dính lại với dọc theo chiều dài cách ghép đinh tán, hàn vảy, hàn nóng chảy lực tác động gây giãn nở nhiệt khiến lưỡng kim bị uốn cong theo chiều bị nung nóng uốn theo chiều ngược lại làm lạnh kim loại có hệ số giãn nở nhiệt cao nằm phía ngồi lưỡng kim bị nung nóng nằm bên bị làm lạnh lưỡng kim thường dùng dạng thẳng uốn thành cuộn tròn để thu gọn uốn thành cuộn tròn, độ nhạy lưỡng kim tăng lên Trong hình minh họa bên cạnh, hai kim loại có chiều dài (1) Khi nhiệt độ tăng lên, hai kim loại thay đổi chiều dài (2) Khi ghép hai kim loại lại với nhau, chênh lệch chiều dài tạo ứng suất nội làm uốn cong lưỡng kim (3) Khi bị kẹp đầu tính độ uốn cong lưỡng kim theo nhiệt độ (4) 1.5 Cấu tạo nguyên lý làm việc ngẫu nhiệt điện Cấu tạo: Gồm chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính đầu Nguyên lý: Cảm biến nhiệt độ thermocouple (thermo => Nhiệt độ; couple = cặp) gọi cặp nhiệt điện, dùng để đo nhiệt độ; hoạt động dựa nguyên lý hiệu ứng nhiệt điện” Hiệu ứng xảy hai kim loại khác nối lại với đầu sinh dòng điện nhỏ tính milivon (mV) Khi nhiệt độ điểm nối thay đổi làm cho dòng điện bên thay đổi => dựa vào tín hiệu điện đọc giá trị nhiệt độ • Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao • Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao • Thường dùng: Lị nhiệt, mơi trường khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén, … • Tầm đo: -100 D.C