Báo cáo thực hành dụng cụ đo và kiểm soát quá trình bài 1 bài thực tập đo lường nhiệt, ẩm độ

TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ NHIỆT KẾ ĐO NHIỆT ĐỘ: - Vào thế kỉ 11, Philo và Hero of Alexandria biết một nguyên tắc là đối với một số chất, đặc biệt là không khí, sẽ co và dãn khi thay đổi n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Báo cáo thực hành môn:

DỤNG CỤ ĐO VÀ KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH

Giáo viên hướng dẫn: Lê Văn Bạn.

Sinh viên: Nguyễn Thị Diễm Sương

Lớp: DH13HH

Mssv: 13139145

Bài 1:

BÀI THỰC TẬP ĐO LƯỜNG NHIỆT - ẨM ĐỘ

I TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ NHIỆT KẾ ĐO NHIỆT ĐỘ:

- Vào thế kỉ 11, Philo và Hero of Alexandria biết một nguyên tắc là đối với một số chất, đặc biệt

là không khí, sẽ co và dãn khi thay đổi nhiệt độ Nguyên lý này được dùng để chỉ thị nhiệt độ không khí với một ống và mực nước bên trong được điều khiển bởi sự co và dãn của không khí

- Một bản vẽ rõ ràng đầu tiên của nhiệt kế được xuất bản vào năm 1617 là của Giuseppe

Biancani Trong bản vẽ này có thang đo và sau đó cấu tạo thành nhiệt kế bởi Robert Fludd vào năm 1638 Đây là một ống thẳng đứng với một bầu đặt ở phía trên và phía dưới nhúng vào nước Mực nước bên trong ống được điều khiển bởi sự co giãn không khí, vì vậy chúng ta còn gọi nó lànhiệt kế không khí

- Các dụng cụ trên mắc phải một nhược điểm là nó đồng thời cũng là một áp kế, nghĩa là nó nhạy cảm với sự thay đổi áp suất không khí Vào khoảng năm 1654, Ferdinando II de' Medici, đại công tước của Tuscany đã chế tạo nhiệt kế theo kiểu hiện đại bằng cách hàn kín phần ống vớibầu chứa chất lỏng, do đó không bị ảnh hưởng bởi áp suất không khí và chỉ phụ thuộc vào sự giãn nở của chất lỏng

- Vào năm 1665, Christiaan Huygens đề nghị dùng điểm nóng chảy và điểm sôi của nước làm chuẩn, và vào năm 1694 Carlo Renaldini đưa ra đề nghị dùng nó như các điểm cố định trên tất cảcác thang đo

- Vào năm 1701, Isaac Newton đưa ra một thang đo có 12 độ giữa điểm nóng chảy của nước và nhiệt độ cơ thể Cuối cùng vào năm 1724, Daniel Gabriel Fahrenheit tạo ra một thang nhiệt độ

mà hiện nay (với một số thay đổi nhỏ) là thang Fahrenheit

- 1742, Anders Celsius đề nghị thang đo với 0 ở điểm nóng chảy của nước đá, và 100 ở điểm sôi của nước và hiện nay gọi là thang Celsius với thang đo đặt ngược lại Vào năm 1866, Thomas Clifford Allbutt phát minh ra nhiệt kế y tế có thể đưa ra nhiệt độ cơ thể chỉ sau 5 phút thay vì 20 phút như trước đó

1.2 Nhiệt kế dãn nở chất lỏng:

Nhiệt kế dãn nở chất lỏng hoạt động dựa trên sự dãn nở của các chất lỏng, chất lỏng thường dùng là thủy ngân, rượu màu, rượu etylic…

Một nhiệt kế có hai thành phần quan trọng: phần cảm nhận nhiệt độ (thủy ngân, rượu…)

và phần hiển thị kết quả (thang chia vạch trên nhiệt kế)

- Nguyên lý làm việc: Khi nhiệt độ môi trường thay đổi thể tích chất lỏng trong bầu cảm ứng cũng thay đổi, đẩy chất lỏng dâng lên hoặc hạ xuống trong ống vi quản Căn cứ vào mực trên củacột chất lỏng trong ống vi quản ta có thể xác định được nhiệt độ tại tới điểm đó nhờ thang chia

độ

1.2.1 Nhiệt kế rượu:

- Cấu tạo:

+ Vỏ bảo vệ: Làm bằng thủy tinh

+ Bầu cảm ứng: Là bộ phận cảm ứng với nhiệt độ của môi trường, có chứa chất lỏng là rượu hoặc thủy ngân (còn gọi là chất cảm ứng)

+ Ống vi quản: Bộ phận thể hiện sự thay đổi của chất cảm ứng Ống vi quản là ống thủy tinh rỗng, một đầu bịt kín, đầu kia hở thông với bầu cảm ứng

+ Thang chia độ: Chia thành các vạch, để đánh dấu mức độ thay đổi của chất cảm ứng, thường chia theo hệ bách phân, vạch cao nhất là nhiệt độ khi nước nguyên chất bắt đâu sôi, vạch thấp nhất là nhiệt độ khi nước nguyên chất bắt đầu đóng bang

Hình 1: Cấu tạo nhiệt kế dãn nở chất lỏng.

+ Đo nhiệt độc hất lỏng thì treo nhiệt kế vào giá.

+ Chú ý, để phần bầu thủy ngân của nhiệt kế ngập trong lòng chất lỏng, ở khoảng giữa là tốt nhất Tuyệt đối không để bầu thủy ngân vừa chạm chất lỏng cũng như chạm đáy cốc

+ Quan sát độ tăng cột thủy ngân, đọc nhiệt độ Cần chú ý tầm mắt khi đọc nhiệt độ

1.2.2 Nhiệt kế thủy ngân:

- Cấu tạo: giống như nhiệt kế rượu chỉ khác phần cảm biến nhiệt độ là thủy ngân

- Công dụng:

+ Do nhiệt kế thủy ngân có giới hạn chịu nhiệt là -30ᴼC - 130ᴼC nên thường được dùng để đo nhiệt độ trong phòng thí nghiệm và nhiệt độ cao

- Phân loại:

Hình 3 Nhiệt kế thủy ngân.

1.3 Nhiệt kế dãn nở chất rắn:

- Nguyên lý hoạt động:

- Đo nhiệt bằng nguyên tắc biến dạng lưỡng kim:

- Dựa vào tính chất giãn nở vì nhiệt của kim loại l=l0 (1 + αt)t)

(với: l0 chiều dài vật ở 00C; αt): hệ số giãn nở vì nhiệt)

+ Thiết kế nhiệt kế lò xo xoắn với 2 thanh kim loại có hệ số giãn nở vì nhiệt khác nhau khi nhiệt

độ thay đổi, lưỡng kim sẽ biến dạng

Nhiệt kế dây lò xo:

- Cấu tạo:

Hình 4: Nhiệt kế dây lò xo.

+ Bao nhiệt làm bằng thép không hàn, bằng đồng thau đầu dưới bịt kín đầu trên nối với ống nhỏ đường kính khoảng 6 mm dài khoảng 300 mm, ống mao dẫn làm bằng ống thép hay đồng đường kính trong bằng 0.36 mm có độ dài đến 20 ÷ 60 m Phía ngoài ống mao dẫn có ống kim loại mềm(dây xoắn bằng kim loại hoặc ống cao su để bảo vệ)

+ Loại nhiệt kế này: Đo nhiệt độ từ -50oC ÷ 550oC và áp suất làm việc tới 60kG/m2 cho số chỉ thịhoặc tự ghi có thể chuyển tín hiệu xa đến 60 m

+ Chính vì 2 kim loại độ giãn nở khác nhau nên khi nhiệt độ thay đổi chúng sẽ bị uốn cong về một bên (kim loại nào có độ giãn nở do sự thay đổi nhiệt thấp hơn thì uốn cong về bên đó) Lá kim loại có 1 đầu được cố định vào thành ống bảo vệ và đầu còn lại được cố định vào trục được thiết kế truyền động với kim chỉ thị của đồng hồ Khi nhiệt độ thay đổi hai lá kim loại có độ giãn

nở khác nhau làm xoay trục kimchỉ thị Tất cả chuyển động này được tính toán hợp lý để kim chỉthị chỉ đến vạch nhiệt độ đo được chính xác Với mong muốn giảm được sự ảnh hưởng hóa học

và tác động rung từ môi trường nên ngoài nên hai lá kim loại được thiết kế xoắn lại theo dạng lò

xo đặt bên trong một ống bảo vệ bằng kim loại, thông thường là thép không gỉ

+ Ưu điểm : nhỏ gọn ,dễ sử dụng

+ Nhược điểm :Không thể đặt nhiệt kế trong phạm vi chặt hẹp

+ Hạn chế sử dụng :

 Không gian tiếp xúc nhiệt

 Trong môi trường chất lỏng

 Trong môi trừng khí động

- Thao tác sử dụng:

 Kiểm tra nhiệt kế

 Cho nhiệt kế vào dung dịch cần đo

 Quan sát và đọc kết quả

1.4 Nhiệt kế dãn nở chất khí:

Nhiệt áp kế:

- Cấu tạo:

Hình 5 Nhiệt áp kế.

- Bao nhiệt làm bằng thép không hàn, bằng đồng thau đầu dưới bịt kín đầu trên nối với ống nhỏ đường kính khoảng 6 mm dài khoảng 300 mm, ống mao dẫn làm bằng ống thép hay đồng đường kính trong bằng 0.36 mm có độ dài đến 20 ÷ 60 m Phía ngoài ống mao dẫn có ống kim loại mềm(dây xoắn bằng kim loại hoặc ống cao su để bảo vệ)

- Loại nhiệt kế này: Đo nhiệt độ từ -50oC ÷ 550oC và áp suất làm việc tới 60kG/m2 cho số chỉ thị hoặc tự ghi có thể chuyển tín hiệu xa đến 60 m, độ chính xác tương đối thấp

- Ưu - Nhược điểm: Chịu được chấn động, cấu tạo đơn giản nhưng số chỉ bị chậm trễ tương đối

lớn phải hiệu chỉnh luôn, sửa chữa khó khăn

- Phân loại:

Người ta phân loại dựa vào môi chất sử dụng, thường có 3 loại:

1- Loại chất lỏng: dựa vào mới liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ t

Chất lỏng thường dùng là thủy ngân có αt) = 18 10-5 oC-1, ξ = 0,4 10-5cm²/kG

Vậy đối với thủy ngân t - to = 1 oC thì p - po = 45kG/ cm2

Khi sử dụng phải cắm ngập bao nhiệt trong môi chất cần đo: sai số khi sử dụng khác sai số khi

chia độ (ứng điều kiện chia độ là nhiệt độ môi trường 20 oC).

2- Loại chất khí: Thường dùng các khí trơ: N2, He

Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ xem như khí lý tưởng

αt) = 0.0365 oC-1

3- Loại dùng hơi bão hòa:

Ví dụ: Axêtôn (C2H4Cl2) Cloruaêtilen, cloruamêtilen số chỉ của nhiệt kế không chịu ảnh hưởng

của môi trường xung quanh, thước chia độ không đều (phía nhiệt độ thấp vạch chia sát hơn còn phía nhiệt độ cao vạch chia thưa dần), bao nhiệt nhỏ : Nếu đo nhiệt độ thấp có sai số lớn người

ta có thể nạp thêm một chất lỏng có điểm sôi cao hơn trong ống dẫn để truyền áp suất

Hình 6 Nhiệt áp kế.

Chú ý sử dụng:

- Không được ngắt riêng lẻ các bộ phận, tránh va đập mạnh

- Không được làm cong ống mao dẫn đường kính chỗ cong > 20 mm

Cấu tạo:

Phân loại:

Nguyên lý hoạt động:

Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nống và đầu lạnh của cặp nhiệt thì ở ngõ ra của thermocouple sẽ xuất hiện sức điện động e phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ và phụ thuộc vào bản chất của vật liệu dùng chế tạo cảm biến

Ưu điểm : bền , đo nhiệt độ cao, cấu tạo đơn giản, chịu được va đập, khoảng đo nhiệt độ rộng, rẻ

tiền, đáp ứng nhanh, đa dạng

Nhược điểm : nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao , ít ổn định, điện áp thấp ,

cần điểm tham chiếu

Thường dùng trong : lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt , đo nhiệt nhớt máy nén , đo nhiệt độ khí

thải Giới hạn nhiệt độ: -100ᴼC - 1400ᴼC

 Thermistor:

- Cấu tạo:

Được làm bằng các oxit kim loại: niken, mangan, cooban,… được phủ bởi nhựa hoặc thủy tinh

- Phân loại:

Hệ số nhiệt âm – NTC (Negative Temperature Coefficient)

Hệ số nhiệt dương – PTC (Positive Temperature Coeffcient )

Ưu điểm: đáp ứng nhanh, điện trở thay đổi nhiều, điện trở cao, giá thành thấp hơn RTD , chịu

được rung và sốc

Nhược điểm: phi tuyến, khoảng đo hẹp, điện trở cao, ít ổn định hơn RTD

Ứng dụng:

NTC

Dùng để đo nhiệt độ, điều khiển nhiệt độ

- Các đồ điện trong nhà: tủ lạnh, máy giặt, máy sấy tóc ,…

- Trong viễn thông : dùng để đo và bù nhiệt độ cho điện thoại di động

Cảm biến mức chất lỏng:

- Dựa vào sự khác nhau của hằng số tiêu tán nhiệt độ trong nước và không khí hoặc hơi,…PTC

PTC công suất

- Làm cầu chì: bảo vệ ngắn mạch / quá tải

- Làm công tắc: khởi động động cơ, khử từ , thời gian trễ

- Bộ gia nhiệt

- Chỉ thị mức

Cảm biến:

- Nhiệt độ: bảo vệ quá nhiệt, đo và điều khiển

- Nhiệt độ giới hạn: bảo vệ động cơ, bảo vệ quá nhiệt

 RTD PT 100 ( nhiệt điện trở ):

Cấu tạo:

Dây kim loại làm từ đồng, niken, platinum,… được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo

Có 2 loại cơ bản: loại dây quấn và loại màn mỏng

Thông dụng nhất của RTD là loại PT 100

Thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây

Nguyên lí: khi nhiệt độ tăng, điện trở hai đầu dây kim loại tăng.

Ứng dụng: máy lạnh, máy điều hòa, chế biến thực phẩm, bếp , lò nướng , gia công vật liệu , vi

điện tử

Ưu điểm: Tuyến tính trên khoảng rộng, chính xác cao, ổn định với nhiệt độ cao

Nhược điểm: Đáp ứng chậm hơn cặp nhiệt điện, dắc tiền hơn cặp nhiệt điện, ảnh hưởng bởi sốc

và rung, yêu cầu 3 dây hoặc 4 dây

 Nhiệt kế điện tử :

 REX – C700

- Cấu tạo: Bộ điều khiển nhiệt độ REX-C700 có chức khiển tự động.năng điều

+ Là một loại bộ điều khiển PID hiệu suất cao với việc sử dụng dễ dàng

Hệ thống sưởi ấm / làm mát kiểm soát

Cung cấp điện 100v đến 240VAC

- Ứng dụng: trong nhà

+ Độ phân giải: 1 độ hoặc 0.1 độ

+ Thời gian lấy mẫu 3 lần trên giây

+ Môi trường làm việc: nhiệt độ 0 – 50oC

+ Ứng dụng bộ điều khiển nhiệt độ REX-C700: Sử dụng

để điều khiển nhiệt độ trong các lò nhiệt, máy đúc nhựa,

công nghiệp giấy, gỗ, hóa chất, linh kiện điện tử, chế

biến thực phẩm…

 Nhiệt kế điện tử hồng ngoại

Cấu tạo :

- Ngoài ứng dụng đo thân nhiệt, nhiệt kế đo trán FR1DL1 còn cực kỳ tiện lợi trong việc đo các vật thể khác như: đo nhiệt độ bình sữa cho bé, đo nhiệt độ phòng, nhiệt độ thức ăn của trẻ một cách chính xác cho kết quả không quá 2 giây Đặc biệt, nhiệt kế điện tử hồng ngoại đo trán Microlife FR1DL1 có chức năng cảnh báo sốt 10 tiếng bíp nhanh liên tục kèm theo màn hình chuyển sang màu đỏ khi nhiệt độ lên cao quá 37.5 độ C giúp người sử dụng an tâm hơn khi sử dụng.

Lưu ý:

- Không sử dụng trong môi trường ẩm ướt

- Sử dụng bông tẩm cồn 70 độ vệ sinh đầu dò

- Đợi khoảng 15 phút sau khi lau chùi mới tiếp tục tiến hành đo

- Tháo pin ra khỏi máy nếu trong vòng 7 ngày không sử dụng thiết bị để tránh rò rỉ pin

- Phạm vi sử dụng vùng đo thân nhiệt từ 34 - 42.2 độ C

- Dễ dàng điều khiển bằng một tay

- Nhắm mục tiêu bằng tia hồng ngoại

- Màn hình hiển thị LCD

- Đo theo độ C và F

- Nút laser on/off

- Tự động tắt nguồn khi không hoạt động

- Có chức năng giữ “hold” giá trị đo

b Thông số kỹ thuật:

- Hiển thị: màn hình hiển thị số LCD 3 ½

- Pin yếu: sẽ có ký tự báo khi pin yếu

- Dãi đo: -20 độ C ~ 500 độ C (-4 độ F ~ 932 độ F)

- Độ chính xác: ± 2% hoặc ± 2 độ C (3 độ F)

- Thời gian đáp ứng: 500 mili giây

- Kích thước: 157.5 x 115 x 36 mm

- Trọng lượng: 200 gram

- Phụ kiện: pin 9V, bao da

Nhiệt kế điện tử hồng ngoại an toàn, chính xác, tiện lợi cho gia đình bạn Với công nghệ đo nhiệt

độ xung quanh bằng tia hồng ngoại cho việc chẩn đoán chính xác nhiệt độ, bạn chỉ mất 1 đến 3 giây để biết con bạn đang sốt bao nhiêu độ Quan trọng hơn nữa là khi sở hữu nhiệt kế điện tử hồng ngoại bạn không phải bận tâm với nguy cơ độc hại của thủy ngân

Đơn vị đo nhiệt độ:

Có ba hệ thống đo lường nhiệt độ là: Hệ thống độ C, độ F và độ K

Bước 1: Chuẩn nhiệt kế bằng nước đá đang tan nhiệt độ 00C

Bước 2: Chuẩn nhiệt kế bằng nước sôi 1000C

Bước 3: Vẽ đồ thị đường đặc tính nhiệt kế thực

Nhiệt độ bầu khô, bầu ướt:

Vậy nhiệt độ bầu khô ở phòng thực là 27ᴼC và 21ᴼC

Nhiệt độ bầu khô và bầu ướt thực ngoài trời là: 31ᴼC và 27ᴼC

2 TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ẨM MÔI

TRƯỜNG: %RH

1) Giản đồ trắc ẩm :

Dựa vào giản đồ trắc ẩm ta có ẩm độ

của môi trường không khí là

Trong phòng:

Ngoài trời:

2) Máy đo ẩm độ :

 Máy KETT PM300

Đối với loại Máy đo độ ẩm Thóc lúa

gạo Gralner II PM - 300 thường dùng

cho các loại ngũ cốc: lúa mì, thóc,

gạo v.v Nguyên vật liệu dùng cho loại

máy này có thể để nguyên hạt, nhưng

tốt nhất là nghiền nhỏ Cho nguyên vật

liệu cần đo độ ẩm vào đầy ổ đo, bật công tắc, máy đo làm việc sẽ cho ngay giá trị độ ẩm của nguyên vật liệu tính bằng %, và khi chuyển từ "ohm" ra %, người ta đã nhân hệ số chuyển (hệ số này phụ thuộc vào chất khô tuyệt đối của mỗi loại vật liệu) Do đó máy này chỉ đo với một số nguyên vật liệu có thành phần hoá học gần giống nhau, đặc biệt là hàm lượng tinh bột.

* Ưu điểm: của loại máy này dùng pin, gọn, nhẹ, tiện lợi cho việc sử dụng trên các cánh đồng

trồng ngũ cốc, kho tàng bảo quản, sân phơi, trạm sấy để xác định độ ẩm của nguyên vật liệu kịp thời phục vụ cho công nghệ thu hoạch

* Nhược điểm: Chỉ xác định độ ẩm được đối với một số ngũ cốc có tính chất gần giống nhau

 Nút SELECT: Dùng chọn mã các loại hạt muốn đo

 Nút AVERAGE: dùng để tính trung bình kết quả các lần đo

d Cách đo :

ON →SELECT→ Mã đo → MEASURE → Đong mẫu vào → Kết quả

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM :

 Các bước thí nghiệm :

BƯỚC 1: Chuẩn bị mẫu ( lúa , gạo , … )

BƯỚC 2: Cân mẫu ví dụ gạo là 170gram , lúa mì là 140gram ,…

BƯỚC 3: Khởi động máy : ON  SELECT  Chọn mã sản phẩm  MEASURE Rót mẫu vào  Kết quả

 Kết quả đo:

Lần 2 11.6 11.8

Độ ẩm của gạo cao hơn của lúa

2 Máy RICETER ( MÁY ĐO ĐỘ ẨM LÚA GẠO ) :

a Tính năng kĩ thuật :

Ứng dụng với: Lúa, gạo, lúa mì

Thang đo: Gạo: 11-20%, Lúa mì: 10-30%, Lúa: 11-30%

Độ chính xác: 0,5%

Hiển thị: Màn hình LCD

Hiệu chỉnh nhiệt độ: Tự động bằng cảm biến nhiệt độ

Hiệu chỉnh nhiệt độ vỏ: Bằng vi xử lý Độ hiệu chỉnh này có thể ứng dụng với mẫu có độ ẩm 20% hoặc thấp hơn

Nguồn điện: 1,5V (cỡ AA) x 4 cục pin

•Nút POWER: Bật / Tắt máy và đọc kết quả độ ẩm

•Nút SELECT: Dùng chọn mã các loại hạt muốn đo

* Paddy : Thóc

* Wheat : Lúa mì

* P.Rice: Gạo

* M.Bean: Đậu Mung

* B.Pepper: Tiêu đen

* W.Pepper: Tiêu trắng

•Nút AVERAGE: dùng để tính trung bình kết quả các lần đo.

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM :

 Trước khi đo:

1 Lấy muỗng gạo ra khỏi máy

2 Lắp 04 pin vào máy ( nhớ đặt vào vị trí cho đúng) 3.Chuẩn bị mẫu trước khi đo, để cho nó cân bằng với nhiệt độ xung quanh máy.

 Phương pháp đo :

1 Mở máy : Nhấn phím POWER

2.Chọn mã hàng : Nhấn phím SELECT chọn các mã mặt hàng muốn xác định độ ẩm (mã hàng

đã liệt kê ở trên máy)

3.Đong mẫu vào muỗng: Trước khi nhấn phím POWER mẫu phải được đong đầy muỗng (chỉ

đong một lớp mẫu vừa với muỗng)

4 Đọc kết quả : Sau khi chuẩn bị mẫu, đặt muỗng chứa mẫu vào khe kiểm tra trên máy xoay núm vặn theo chiều kim đồnghồ cho đến dấu “Stop” Sau đó bấm phím MEASURE để lấy kết

Khi đong vật mẫu vào muỗng cần đong đều, không nhiều hay ít quá

Không vặn thêm vào hay ra núm vặn khi máy đang đo (sẽ ảnh hưởng đến kết quả)

Độ ẩm của gạo cao hơn của lúa trong phương pháp đo này