KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TS LÊ NGỌC TRÂN Email: lengoctranbvu@gmail.com Nội dung Tổng quan đo lường, điều khiển giám sát tự động ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN Các khái niệm, định nghĩa, nguyên lý cảm biến Cảm biến đo lường ứng dụng CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ DỤNG CỤ ĐO NHIỆT ĐỘ Đo nhiệt độ Định nghĩa Nhiệt độ đại lượng vật lý biểu thị mức độ nóng lạnh vật chất môi trường Trong kỹ thuật, giá trị nhiệt độ đặc trưng cho lượng nhiệt tích lũy lòng vật chất môi trường Đơn vị đo nhiệt độ Thang nhiệt độ động học (Thang nhiệt độ tuyệt đối): Độ Kenvin (oK) đơn vị đo nhiệt độ theo thang nhiệt động Đối với thang này, điểm chuẩn thực nghiệm điểm ba nước (Nhiệt độ cân ba trạng thái Rắn – Lỏng - Hơi): t00 = 273,16 oK Thang nhiệt độ quốc tế (Thang nhiệt độ bách phân - Cenxiut): Đơn vị đo độ Cenxiut (oC) Theo thang điểm tan nước đá điểm sôi nước điều kiện tiêu chuẩn 00C 1000C Các phương pháp đo nhiệt độ, phân loại  Phương pháp đo trực tiếp (Tiếp xúc): Đây phương pháp mà chuyển nhiệt điện đặt trực tiếp môi trường cần đo Thường sử dụng để đo khoảng nhiệt độ trung bình thấp  Phương pháp đo gián tiếp (Không tiêp xúc) Phương pháp dụng cụ đo đặt ngồi mơi trường đo Thường sử dụng để đo khoảng nhiệt độ cao  Phân loại nhiệt kế  Nhiệt kế co giãn: đo biến thiên thể tích vật nhiệt độ biến thiên (chủ yếu chất lỏng)  Nhiệt kế điện: nhiệt kế điện trở, cặp nhiệt điện, nhiệt kế bán dẫn, IC đo nhiệt độ  Nhiệt kế quang học: hoả kế quang học, hoả kế xạ, hoả quang kế màu sắc Phạm vi đo loại nhiệt kế Nhiệt độ oC Nhiệt kế Nhiệt kế co giãn Nhiệt điện trở - Platin - Niken - Đồng - Bán dẫn Cặp nhiệt điện - Vật liệu quý - Vật liệu thường Nhiệt kế bán dẫn - Diode - Transistor - IC: LM35, LM335, LM45, Hỏa quang kế - Bức xạ - Màu sắc - Cường độ sáng -270 1000 2000 3000 100000 Nhiệt kế co giãn Các chất lỏng sử dụng nhiệt kế Cấu tạo ống thuỷ tinh, bên có mao quản bầu chứa chất lỏng tuỳ theo khoảng nhiệt độ cần đo Chất lỏng chứa nhiệt kế Thủy ngân Rựu etylic Toluen pentan Khoảng nhiệt độ độ 0C - 30 ÷ +550 - 65 ÷ + 65 - ÷ - 90 - 20 ÷ -180 Nhiệt kế điện Nhiệt kế điện gồm:  Cặp nhiệt điện (Thermocouple)  Nhiệt điện trở  RTD  Thermistor  IC đo nhiệt độ Đặc điểm loại nhiệt kế điện: Cặp nhiệt điện (Thermocouple): cặp nhiệt ngẫu  Nguyên lý: dựa hiệu ứng Seebek, chuyển tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp dựa tượng nhiệt điện Nếu dây dẫn khác nối với điểm điểm đốt nóng mạch xuất dòng điện gây sức điện động gọi sức điện động nhiệt điện  Cơng thức tính Điện áp tạo cặp nhiệt điện cho công thức V = S * ΔT Trong đó: • V: Điện áp đo (V) • S: Hệ số Seebeck (V/0C) • ΔT: Chênh lệch nhiệt độ mối nối Do đó, nhiệt độ cần đo tính theo cơng thức T= Ttham chiếu + V/S (°C) Cặp nhiệt điện (Thermocouple)  Đặc tính Cặp nhiệt điện: IC đo nhiệt độ Ngõ so sánh  LM 26/LM27  ngõ tương tự  ngõ so sánh IC đo nhiệt độ Ngõ so sánh • LM 56 • ngõ tương tự • ngõ so sánh IC đo nhiệt độ Một số IC khác • LM73/LM74/LM95071/ … • LM 86/LM89/LM90/ … • Ưu điểm • Tuyến tính cao • Ngõ thay đổi lớn • Rẻ tiền • Khuyết điểm • Đo 250 0C • Đáp ứng chậm • Yêu cầu nguồn cung cấp • Tự phát nóng ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GIÁN TIẾP - Đo nhiệt độ không tiếp xúc dải nhiệt độ cao lớn 16000C - Dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối Bức xạ nhiệt vật đặc trưng mật độ phổ Eλ Mật độ phổ lượng phát xạ theo bước sóng vật đen lý tưởng bị đốt nóng biểu diễn công thức: với: C1, C2 - số; λ - độ dài sóng T - nhiệt độ tuyệt đối; C1 = 37,03.10-17 Jm2/s C2= 1,432.10-2m.độ Đường cong E0  f ( ) với nhiệt độ khác nhau: Nhiệt kế hồng ngoại Cấu tạo: Hoạt động: Mọi vật thể phát lượng hồng ngoại nhiệt độ điểm không tuyệt đối (0 K) Giữa lượng hồng ngoại nhiệt độ vật thể có tương quan với Nhiệt kế hồng ngoại đo lượng hồng ngoại phát từ vật thể chuyển thành tín hiệu điện đo Nhiệt kế hồng ngoại Nguyên lý: Người ta đặt điốt lazer phát chùm tia hẹp song song với trục hỏa quang kế Vòng tròn sáng lazer chỉnh vào vùng ta đo nhiệt độ Năng lượng xạ: + ET=KT.Ebx=KTσT4 + Người ta dùng điốt hồng ngoại để thu lượng Đo nhiệt độ phương pháp phát xạ Nhiệt kế hồng ngoại Nhiệt kế hồng ngoại Các thông số cần quan tâm Khoảng đo Kích thước vật đo Khoảng cách đo Đối tượng di chuyển hay cố định Nhiệt kế hồng ngoại Ưu điểm: Đo nhiệt độ nơi khó dùng cảm biến tiếp xúc Khơng bị hao mòn, ma sát  làm việc lâu Nhược điểm: Bị ảnh hưởng xạ hồng ngoại khác Nhiệt kế hồng ngoại Ứng dụng: Bảng so sánh loại nhiệt kế Tóm tắt chương 3.1     Định nghĩa đo nhiệt độ, đơn vị đo Các phương pháp đo nhiệt độ, phân loại, phạm vi đo Nhiệt kế co giãn, đặc điểm, phạm vi ứng dụng Nhiệt kế điện, đặc điểm, phạm vi ứng dụng  Cặp nhiệt điện  Nhiệt điện trở  Điện trở nhiệt  IC đo nhiệt độ  Nhiệt kế hồng ngoại, đặc điểm, ứng dụng ... dung Tổng quan đo lường, điều khiển giám sát tự động ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN Các khái niệm, định nghĩa, nguyên lý cảm biến Cảm biến đo lường ứng dụng CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ DỤNG CỤ ĐO NHIỆT ĐỘ Đo nhiệt độ... môi trường cần đo Thường sử dụng để đo khoảng nhiệt độ trung bình thấp  Phương pháp đo gián tiếp (Không tiêp xúc) Phương pháp dụng cụ đo đặt ngồi mơi trường đo Thường sử dụng để đo khoảng nhiệt... Trong kỹ thuật, giá trị nhiệt độ đặc trưng cho lượng nhiệt tích lũy lòng vật chất mơi trường Đơn vị đo nhiệt độ Thang nhiệt độ động học (Thang nhiệt độ tuyệt đối): Độ Kenvin (oK) đơn vị đo nhiệt