Bài giảng ĐO LƯỜNG NHIỆT Bộ môn TĐH&ĐK quá trình Nhiệt – Lạnh full

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện KH&CN Nhiệt - Lạnh ĐO LƯỜNG NHIỆT Bộ mơn TĐH&ĐK q trình Nhiệt – Lạnh Phòng 102 – C7 Nội dung Ch1: Một số kiến thức chung đo lường Ch2: Đo nhiệt độ Ch3: Đo áp suất Ch4: Đo lưu lượng Ch5: Đo mức chất lỏng Ch6: Phân tích thành phần hỗn hợp Ch7: Đo độ ẩm Tài liệu tham khảo William C Dunn Fundamentals of Industrial Instrumentation and Process Control, 2005 Richard S Figliola, Donald E Beasley Theory and Design for Mechanical Measurements, 5th Edition Robert P Benedict, A Wiley Fundamentals of Temperature, Pressure and Flow Measurements, 3rd Edition Pavel Ripka Alois Tipek Modern Sensors Handbook, 2007 Alan S.Morris Measurement and Instrumentation Principles, Elsevier butter worth heinemann, 2006 Ramon Pallàs-Ảeny, John G Webster Sensors and Signal conditioning, A Wiley- Interscience Publication , 2006 Trần Bảo, Trần Quang Uy Cơ sở đo lường học, NXB giáo dục Việt Nam, 2009 Phạm Thượng Hàn số tác giả khác Kỹ thuật đo lường đại lượng v ật lý tập 1, nhà xuất giáo dục, 1996 Nguyễn Quý Trạch Đo lường nhiệt, Khoa Đại học chức, 1976 10 Dương Minh Trí Cảm biến ứng dụng, NXB trẻ, 2007 Nội dung chương 1.1 Phép đo phương pháp đo 1.2 Sai số độ không đảm bảo phép đo 1.3 Phương tiện đo đặc tính đo lường chúng 1.4 Kiểm định hiệu chuẩn phương tiện đo 1.5 Chuẩn liên kết chuẩn 1.6 Thiết bị đo thơng minh 1.7 Ứng dụng máy tính đo lường nhiệt 1.8 Hệ thống thu thập liệu thông tin đo lường 1.1 Phép đo phương pháp đo  Phép đo (đo lường):  Tập hợp thao tác để xác định giá trị đại lượng cần đo  Bản chất: trình nhận thức thực nghiệm, đem đại lượng cần đo so sánh với đại lượng khác dùng làm đơn vị để tìm tỉ số số đặc trưng cho so sánh X - đại lượng cần đo Ax  X U U - đơn vị đo Ax - kết đo  Phương trình phép đo: X  Ax.U 1.1 Phép đo phương pháp đo (tiếp) Chia loại phép đo: • Căn vào phương thức nhận kết ĐL:  Đo trực tiếp: kết nhận từ phép đo  Đo gián tiếp: y  f (x1, x xn ) y lượng chưa biết cần tìm x1, x2, xn lượng bị đo, đo trực tiếp, có quan hệ với y  Đo tổng hợp:     f y , y , x ' , x ' ,  1 1  f y1, y2 , x1'' , x ''2 ,   2     f1  y1, y2 , x n  , x  n  ,   n     Ví dụ: rt  r0 1  At  Bt  y1, y2, đại lượng chưa biết x1’, x2’ x1(n), x2(n) lượng bị đo trực tiếp f quan hệ hàm số biết, số f để điều kiện tương ứng với lần đo lường 1.1 Phép đo phương pháp đo(tiếp) • Căn vào mục đích ĐL, (Luật ĐL 2011):  Phép đo nhóm 1: phép đo NCKH, qui trình cơng nghệ, kiểm sốt chất lượng SX mục đích khác khơng thuộc nhóm Phép đo nhóm kiểm soát theo y/c kỹ thuật tổ chức, cá nhân cơng bố  Phép đo nhóm 2: phép để định lượng hàng hóa, dịch vụ mua bán, toán, bảo đảm AT, bảo vệ sức khỏe cộng đồng, bảo vệ MT, phục vụ hoạt động tra, KT, giám định tư pháp hoạt động cơng vụ khác Phép đo nhóm kiểm soát theo y/c kỹ thuật quan nhà nước có thẩm quyền định 1.1 Phép đo phương pháp đo(tiếp)  Phương pháp đo: Cách thức sử dụng nguyên lý đo phương tiện đo Phương pháp đo khác tùy thuộc vào độ xác yêu cầu, điều kiện đo thiết bị có,… Chia làm nhóm lớn: + Phương pháp đánh giá trực tiếp: đại lượng đo đọc kết phương tiện đo + Phương pháp so sánh: đại lượng cần đo X so sánh với đại lượng dùng làm chuẩn Xch (giá trị biết trước), kết đọc đại lượng 1.1 Phép đo phương pháp đo(tiếp) Tùy thuộc vào cách so sánh, ta có: + Phương pháp hiệu: X  Xch  X + Phương pháp 0: X  Xch  + Phương pháp thế: X  X ch + Phương pháp trùng: đo lúc nhiều điểm X Xch,căn vào điểm trùng suy X (vd thước cặp) 1.2 Sai số, độ tin cậy độ không đảm bảo phép đo  Sai số phép đo = Kết đo (X) – Giá trị thực (Xth)  Giá trị thực (Xth ): phản ánh thuộc tính đối tượng, chân lý đại lượng cần đo mà phép đo cố gắng đạt tới  Giá trị thực qui ước (X0 ): giá trị tìm thực nghiệm gần giá trị thực đến mức đủ sử dụng cho mục đích định 10 6.6 Dụng cụ phân tích khí kiểu quang học     Nguyên lý: Xác định nồng độ khí dựa việc đo t/c quang học hỗn hợp khí nhƣ: số khúc xạ, xạ phổ, hấp thụ phổ, mật độ quang,… Ứng dụng: dùng phân tích vi lƣợng khí độc hại dễ nổ m/t khu CN có độ nhạy cao Loại sử dụng nguyên lý hấp thụ NL xạ thành phần khí cần đo vùng hồng ngoại tử ngoại phổ biến CN Định luật Beer-Lambert: I  I0.exp(.c.L) I0 I - cƣờng độ BX đơn sắc buồng có chiều dài L, bên có khí cần xác định có mật độ C HS hấp thụ phổ  22 6.6 Dụng cụ phân tích khí kiểu quang học (tiếp)  Bộ CB nhận biết thông qua: - Các phân tử khí hấp thụ BX, nhận thêm NL, dao động mãnh liệt hơn, t0 chúng tăng tỷ lệ với nồng độ - Các phân tử khí hấp thụ NL tần số riêng, làm suy giảm NL xạ qua 23 6.7 Dụng cụ phân tích khí kiểu sắc ký      Sắc ký KT tách hỗn hợp thành thành phần dựa sở phân bố phân tử chúng pha không trộn lẫn đƣợc Pha tĩnh (chất rắn chất lỏng) có diện tích bề mặt so với thể tích pha bị tách cuối Pha động (chất lỏng chất khí) tạo nên hƣớng chuyển động so với pha tĩnh Hỗn hợp vận chuyển pha động, nhƣng so tƣơng tác với pha tĩnh làm cho thành phần chuyển động với tốc độ khác Trong sắc ký khí q trình chiếm ƣu hấp phụ: tách thành phần khí dựa t/c hấp phụ khác chúng diễn cột sắc ký chứa đầy chất rắn xốp (chất hấp phụ) nhƣ: than hoạt tính, silicagen, alumagen, 24 6.7 Dụng cụ phân tích khí kiểu sắc ký (tiếp)  Sơ đồ nguyên lý dụng cụ phân tích khí dựa nguyên tắc hấp phụ: 25 CHƢƠNG VII ĐO ĐỘ ẨM 26 Nội dung 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 Khái niệm chung Đo độ ẩm chất khí ẩm kế khí Đo độ ẩm chất khí theo nhiệt độ khơ-ƣớt Đo độ ẩm chất khí theo nhiệt độ đọng sƣơng Đo độ ẩm chất khí phƣơng pháp điện Đo độ ẩm chất rắn 27 Nội dung 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 Khái niệm chung Đo độ ẩm chất khí ẩm kế khí Đo độ ẩm chất khí theo nhiệt độ khơ-ƣớt Đo độ ẩm chất khí theo nhiệt độ đọng sƣơng Đo độ ẩm chất khí phƣơng pháp điện Đo độ ẩm chất rắn 28 7.1 Khái niệm chung      Độ ẩm chất khí, chất rắn chất lỏng thơng số quan trọng, ảnh hưởng lớn đến tiện nghi người, nhiều ngành CN q trình cơng nghệ như: cơng nghệ ĐHKK, sấy, chế biến, bảo quản,… Khi đo độ ẩm phân biệt lĩnh vực riêng biệt: - Đo độ ẩm chất khí (KK, khói lị, khí thiên nhiên,…) - Đo độ ẩm chất rắn chất lỏng (gạo, ngô, lạc, giấy, gỗ, sợi, loại huyền phù sơn bề mặt chi tiết KL, chất lỏng CN hóa-dầu,…) Hơi nước chất khí - tiếng anh gọi humidity Hơi nước chất rắn chất lỏng - tiếng anh gọi moisture Tiếng việt gọi chung độ ẩm 29 7.1 Khái niệm chung (tiếp) 1- Độ ẩm chất khí (humidity) Độ ẩm chất khí biểu diễn t/s:  Độ ẩm tuyệt đối: lượng nước chứa m khí ẩm - Tính theo trọng lượng (a): g H2O /1 m3 khí ẩm - Tính theo thể tích (av): cm3 H2O /1 m3tc khí ẩm ppm  Độ chứa ẩm (d): lượng nước chứa kg khí khơ (g  H2O /1 kg khí khô)  Độ ẩm tương đối , viết tắt RH (%): tỷ số lượng nước chứa m3 khí ẩm lượng nước max chứa thể tích khí t0  Nhiệt độ điểm sương (tđs): t mà khí trở thành bão hịa nước chứa  Phân số mol: tỷ số số mol nước tổng số mol hỗn hợp khí ẩm 30 7.1 Khái niệm chung (tiếp) Áp suất riêng phần nước Ph (Pa mbar): AS nƣớc tổng AS toàn phần hỗn hợp khí - Định luật Dalton: Phỗn hợp khí = Ph + Pcác khí khác 2- Độ ẩm chất rắn chất lỏng (moisture)  Độ chứa ẩm (d): d = M / M0 M - khối lƣợng ẩm chứa vật liệu M0 - khối lƣợng vật liệu khô tuyệt đối  Độ ẩm (W): W = M / M1 = M / (M + M0) M1 - khối lƣợng vật liệu ẩm  d W biểu diễn kg/kg % 3- Các p/p đo độ ẩm chất khí, chất rắn chất lỏng (Bảng số)  31 RH - độ ẩm tương đối (%) dp - nhiệt độ điểm sương (0C) 32 7.2 Ẩm kế khí     Nguyên lý: dựa vào mối quan hệ độ ẩm tƣơng đối dãn nở dài số VL: tóc ngƣời, lơng súc vật, sợi dệt sợi chất dẻo màng da mỏng động vật màng mỏng xelophan Sự thay đổi chiều dài phần tử nhạy cảm đƣợc k/đ khí để làm chuyển động kim bút đồng hồ tự ghi Ứng dụng: đo độ ẩm chất khí AS khí m/t khơng xâm thực Ví dụ: ẩm kế tóc dùng đo độ ẩm KK 33 7.2 Ẩm kế khí (tiếp)  Quan hệ thay đổi độ dài tóc độ ẩm tương đối KK: 34 7.2 Ẩm kế khí (tiếp)  Cấu tạo loại ẩm kế tóc 35 7.3 Ẩm kế đo theo t0 khơ - ướt   Cịn gọi Psychro- mét Ẩm kế Assmann (tổ hợp NK thủy tinh) 36