Connexions module: m11008 Nhiệt kế giản nở∗ Hung Hoang Duong This work is produced by The Connexions Project and licensed under the Creative Commons Attribution License † NHIỆT KẾ DÃN NỞ Thể tích chiều dài vật thay đổi tùy theo nhiệt độ hệ số dãn nở vật Nhiệt kế đo nhiệt độ theo nguyên tắc gọi nhiệt kế kiểu dãn nở Ta phân nhiệt kế thành loại : Nhiệt kế dãn nở chất rắn (còn gọi nhiệt kế khí) nhiệt kế dãn nở chất nước 1.1 Nhiệt kế dãn nở chất rắn Nguyên lý đo nhiệt độ dựa độ dãn nở dài chất rắn Lt = Lto [ + α ( t - to ) ] Lt Lto độ dài vật nhiệt độ t to α - gọi hệ số dãn nở dài chất rắn Các loại : + Nhiệt kế kiểu đũa : Cơ cấu gồm - ống kim loại có α1 nhỏ đũa có α2 lớn ∗ Version 1.1: Apr 7, 2010 2:37 am Universal † http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ http://cnx.org/content/m11008/1.1/ Connexions module: m11008 Figure + Kiểu hai kim loại (thường dùng làm rơle hệ thống tự động đóng ngắt tiếp điểm) Hệ số dãn nở dài số vật liệu Vật liệu Hệ số dãn nở dài α (1/độ) Nhôm Al 0,238 104 ÷ 0,310 104 Đồng Cu 0,183 104 ÷ 0,236 104 Cr - Mn 0,123 104 Thép không rĩ 0,009 104 H kim Inva (64% Fe & 36% N) 0,00001 104 Table 1.2 Nhiệt kế dãn nở chất lỏng Nguyên lý: tương tự loại khác sử dụng chất lỏng làm môi chất (như Hg , rượu ) Cấu tạo: Gồm ống thủy tinh thạch anh đựng chất lỏng thủy ngân hay chất hữu http://cnx.org/content/m11008/1.1/ Connexions module: m11008 Tuy Hg có α không lớn không bám vào thủy tinh khó bị ôxy hóa, dễ chế tạo, nguyên chất, phạm vi đo nhiệt độ rộng nhiệt độ < 200 o C đặc tính dãn nở Hg t quan hệ đường thẳng nên nhiệt kế thủy ngân dùng nhiều loại khác Nhiệt kế thủy ngân đo nhiệt độ < 100 o C ống thủy tinh không cần nạp khí, đo nhiệt độ cao muốn nâng cao giới hạn đo phải nâng cao điểm sôi cách nạp khí trơ (N2 ) vào - Nếu nạp N2 với áp suất 20 bar đo đến 500 o C - Nếu nạp N2 với áp suất 70 bar đo đến 750 o C Người ta dùng loại làm nhiệt kế chuẩn có độ chia nhỏ thang đo từ ÷ 50 ◦ ; 50 ÷ 100 o đo đến 600 o C Ưu điểm : đơn giản rẻ tiền sử dụng dễ dàng thuận tiện xác Khuyết điểm : độ chậm trễ tương đối lớn, khó đọc số, dễ vỡ không tự ghi số đo phải đo chỗ không thích hợp với tất đối tượng (phải nhúng trực tiếp vào môi chất) Phân loại : Nhiệt kế chất nước có nhiều hình dạng khác : + Xét mặt thước chia độ chia thành loại : - Hình đũa - Loại thước chia độ http://cnx.org/content/m11008/1.1/ Connexions module: m11008 Figure + Xét mặt sử dụng chia thành loại sau: - Nhiệt kế kỹ thuật : sử dụng phần đuôi phải cắm ngập vào môi trường cần đo (có thể hình thẳng hay hình chữ L) Khoảng đo - 30 ÷ 50 ◦ C ; ÷ 50 500 Độ chia : 0,5 o C , 1o C Loại có khoảng đo lớn độ chia o C - Nhiệt kế phòng thí nghiệm : loại có kích thước nhỏ - Chú ý : Khi đo ta cần nhúng ngập đầu nhiệt kế vào môi chất đến mức đọc * Loại có khoảng đo ngắn độ chia 0,0001 ÷ 0,02 o C dùng làm nhiệt lượng kế để tính nhiệt lượng * Loại có khoảng đo nhỏ 50 o C đến 350 o C chia độ 0,1 o C * Loại có khoảng đo lớn 750 o C đo đến 500 o C chia độ o C Ngoài : ta dùng nhiệt kế không dùng thủy ngân thang đo - 190 o C ÷100 o C loại nhiệt kế đặc biệt đo đến 600 o C Trong tự động có loại nhiệt điểm điện Các tiếp điểm làm bạch kim Trong CN phải đặt nơi sáng sủa chấn động thuận tiện cho đọc vận hành http://cnx.org/content/m11008/1.1/ Connexions module: m11008 Figure Bao nhiệt phải đặt tâm dòng chất lỏng với độ sâu quy định - Nếu đường kính ống đựng môi chất lớn ta đặt nhiệt kế thẳng đứng - Nếu đo môi chất có nhiệt độ áp suất cao cần phải có vỏ bảo vệ + Nếu nhiệt độ t < 150 o C ta bơm dầu vào vỏ bảo vệ + Nếu nhiệt độ cao ta cho mạt đồng vào http://cnx.org/content/m11008/1.1/ Connexions module: m11008 Figure 1.3 Nhiệt kế kiểu áp kế Dựa vào phụ thuộc áp suất m/c vào nhiệt độ thể tích không đổi Cấu tạo : http://cnx.org/content/m11008/1.1/ Connexions module: m11008 Figure Bao nhiệt làm thép không hàn, đồng thau đầu bịt kín đầu nối với ống nhỏ đường kính khoảng mm dài khoảng 300 mm, ống mao dẫn làm ống thép hay đồng đường kính 0,36 mm có độ dài đến 20 ÷ 60 m Phía ống mao dẫn có ống kim loại mềm (dây xoắn kim loại ống cao su để bảo vệ) Loại nhiệt kế này: Đo nhiệt độ từ -50o C ÷ 550o C áp suất làm việc tới 60kG/m2 cho số thị tự ghi chuyển tín hiệu xa đến 60 m, độ xác tương đối thấp CCX = 1,6 ; ; 2,5 số có CCX = Ưu - Nhược điểm : Chịu chấn động, cấu tạo đơn giản số 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 loại : 1- Loại chất lỏng : dựa vào liên hệ áp suất p nhiệt độ t p - po = αx ( t - to ) p, po ,t , to áp suất nhiệt độ chất lỏng tương ứng Chỉ số ứng với lúc điều kiện không đo đạc, α : hệ số giản nỡ thể tích ξ : Hệ số nén ép chất lỏng Chất lỏng thường dùng thủy ngân có α = 18 10-5 o C-1 , ξ = 0,4 10-5 cm2 /kG Vậy thủy ngân t - to = o C p - po = 45kG/ cm2 Khi sử dụng phải cắm ngập bao nhiệt môi chất cần đo : sai số sử dụng khác sai số chia độ ( ứng điều kiện chia độ nhiệt độ môi trường 20 oC) 2- Loại chất khí: Thường dùng khí trơ : N2 , He Quan hệ áp suất nhiệt độ xem khí lý tưởng α = 0,0365 o C-1 3- Loại dùng bão hòa: Ví dụ : Axêtôn (C2 H4 Cl2 ) Cloruaêtilen , cloruamêtilen số nhiệt kế không chịu ảnh hưởng môi trường xung quanh, thước chia độ không (phía nhiệt độ thấp vạch chia sát phía nhiệt độ cao vạch chia thưa dần), bao nhiệt nhỏ : Nếu đo nhiệt độ thấp có sai số lớn người ta nạp thêm chất lỏng có điểm sôi cao ống dẫn để truyền áp suất http://cnx.org/content/m11008/1.1/ Connexions module: m11008 Chú ý lắp đặt: - Không ngắt riêng lẻ phận, tránh va đập mạnh - Không làm cong ống mao dẫn đường kính chỗ cong > 20 mm - tháng phải kiểm định lần Đối với nhiệt kế kiểu áp kế sử dụng môi chất chất lỏng ý vị trí đồng hồ sơ cấp thứ cấp nhằm tránh gây sai số cột áp chất lỏng gây Loại ta hạn chế độ dài ống mao dẫn < 25 m môi chất khác thủy ngân, môi chất Hg < 10 m http://cnx.org/content/m11008/1.1/