CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt GIAẽO TRầNH O LặèNG NHIT -1- ĐO LƯờNG NHIệT Mở ĐầU CHƯƠNG : NHữNG KHáI NIệM Về ĐO LƯờNG CHƯƠNG : ĐO NHIệT Độ CHƯƠNG : ĐO áP SUấT Và CHÂN KHÔNG CHƯƠNG : ĐO LƯU LƯợNG MÔI CHấT CHƯƠNG : ĐO MứC CAO MÔI CHấT CHƯƠNG : PHÂN TíCH CHấT THàNH PHầN TRONG HỗN HợP CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt GIAẽO TRầNH O LặèNG NHIT -2- Mở ĐầU Trong quaù trỗnh õỏỳu tranh vồùi thiãn nhiãn, ngỉåìi cáưn phi nghiãn cỉïu cạc qui luỏỷt cuớa sổỷ vỏỷt khaùch quan, vỗ vỏỷy phaới tỗm hiãøu quan hãû giỉỵa lỉåüng v cháút ca sỉû váût cho nãn khäng thãø tạch råìi âo lỉåìng Khoa hc k thût bàõt ngưn tỉì âo lỉåìng Sỉû phạt triãøn ca khoa hc, k thût liãn quan chàût ch våïi sỉû khäng ngỉìng hon thiãûn ca k thût âo lổồỡng Khọng coù õo lổồỡng thỗ khọng thóứ coù bỏỳt kyì mäüt khoa hoüc tinh vi naìo, mäüt khoa hoüc ỉïng dủng no, mäüt thê nghiãûm no K thût âo lỉåìng nhiãût cọ liãn quan âãún nhiãưu ngnh kinh tóỳ quọỳc dỏn, vỗ caùc tham sọỳ cuớa quaù trỗnh nhiãût cng l nhỉỵng tham säú quan trng ráút nhióửu quaù trỗnh saớn xuỏỳt cọng nghióỷp, nọng nghióỷp o lổồỡng nhióỷt laỡ quaù trỗnh õo caùc thọng sọỳ traỷng thaùi cuớa chỏỳt cuớa caùc quaù trỗnh xaớy thiãút bë nhiãût Vê dủ âo nhiãût âäü t, âo ạp sút p, âo lỉu lỉåüng Q, Thiãút bë nhiãût ngy cng phạt triãøn våïi cạc tham säú cao, dung lỉåüng låïn, âọ cáưn phi cọ cạc dủng củ v phỉång phạp âo lỉåìng thờch hồỹp Mỷt khaùc muọỳn tổỷ õọỹng hoùa quaù trỗnh saớn xuỏỳt nhióỷt thỗ trổồùc hóỳt phaới õaớm baớo tọỳt kháu âo lỉåìng nhiãût Do âọ l cạn bäü k thuỏỷt nhióỷt khọng nhổợng chố nừm roớ quùa trỗnh saớn xút ca cạc thiãút bë nhiãût m cn phi thnh thảo c viãûc lỉûa chn v sỉí dủng cạc loải dủng củ cng våïi cạc phỉång phạp âo khạc nhau, cọ kh nàng xạc âënh cạc sai säú âo lỉåìng, biãút âoạn nháûn cạc ngun nhán gáy sai säú v biãút cạch khỉí máút cạc ngun nhán gáy sai säú õoù / CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt -7- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG CHƯƠNG : NHữNG KHáI NIệM CƠ BảN Về ĐO LƯờNG 1.1 ĐO LƯờNG Và DụNG Cụ ĐO LƯờNG 1.1.1 Định nghĩa Đo lờng trình đánh giá định lợng đại lợng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Hoặc định nghĩa đo lờng hành động cụ thể thực công cụ đo lờng để tìm trị số đại lợng cha biết biểu thị đơn vị đo lờng Trong số trờng hợp đo lờng nh trình so sánh đại lợng cần đo với đại lợng chuẩn số ta nhận đợc gọi kết đo lờng hay đại lợng bị đo Kết đo lờng giá trị số đại lợng cần đo AX tỷ số đại lợng cần đo X đơn vị đo Xo => AX = X => X = AX Xo X0 VÝ dơ : ta ®o ®−ỵc U = 50 V ta cã thĨ xem kÕt U = 50 u 50 - kết đo lờng đại lợng bị đo u - lợng đơn vị Mục đích đo lờng lợng cha biết mà ta cần xác định Đối tợng đo lờng lợng trực tiếp bị đo dùng để tính toán tìm lợng cha biết Tùy trờng hợp mà mục đích đo lờng đối tợng đo lờng thống lẫn tách rời Ví dụ : S= ab mục đích m2 đối tợng m 1.1.2 Phân loại Thông thờng ngời ta dựa theo cách nhận đợc kết đo lờng để phân loại, ta có loại đo trực tiếp, đo gián tiếp đo tổng hợp có loại đo thống kê Đo trực tiếp: Là ta đem lợng cần đo so sánh với lợng đơn vị dụng cụ đo hay đồng hồ chia độ theo đơn vị đo Mục đích đo lờng đối tợng đo lờng thèng nhÊt víi §o trùc tiÕp cã thĨ rÊt đơn giản nhng có phức tạp, thông thờng gặp phép đo hoàn toàn trực tiếp Ta chia đo lờng trực tiếp thành nhiều loại nh : - Phép đọc trực tiếp: Ví dụ đo chiều dài m, đo dòng điện Ampemét, đo điện áp Vônmét, đo nhiệt độ nhiệt kế, đo áp suất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt -8- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG - Phép không (hay phép bù) Loại có độ xác cao phải dùng ngoại lực để tiến hành đo lờng Nguyên tắc đo phép bù đem lợng cha biết cân với lợng đo biết trớc có cân đồng hồ không Ví dụ : cân, đo điện áp - Phép trùng hợp : Theo nguyên tắc thớc cặp để xác định lợng cha biết - Phép thay : Nguyên tắc lần lợt thay đại lợng cần đo đại lợng biết Ví dụ : Tìm giá trị điện trở ch−a biÕt nhê thay ®iƯn trë ®ã b»ng mét hép điện trở giữ nguyên dòng điện điện áp mạch - Phép cầu sai : thay đại lợng cách đo đại lợng gần suy Thờng dùng hiệu chỉnh dụng cụ đo độ dài Đo gián tiếp: Lợng cần đo đợc xác định tính toán theo quan hệ hàm biết lợng bị đo trực tiếp có liên quan - Đại lợng cần đo hàm số lợng đo trực tiếp Y = f ( x1 .xn ) Ví dụ : Đo diện tích , công suất Trong phép đo gián tiếp mục đích đối tợng không thống nhất, lợng cha biết lợng bị đo không loại Loại đợc dùng phổ biến nhiều trờng hợp dùng cách đo trực tiếp phức tạp Đo gián tiếp thờng mắc sai số tổng hợp sai số phép đo trực tiếp Đo tổng hợp: Là tiến hành đo nhiều lần điều kiện khác để xác định đợc hệ phơng trình biểu thị quan hệ đại lợng cha biết đại lợng bị đo trực tiếp, từ tìm lợng cha biết Ví dụ : Đã biết qui luật dãn nở dài ảnh hởng nhiệt độ lµ : L = Lo ( + αt + t2 ) Vậy muốn tìm hệ số , chiều dài vật nhiệt độ 0C Lo ta đo trực tiếp chiều dài nhiệt độ t Lt, tiến hành đo lần nhiệt độ khác ta có hệ phơng trình từ ta xác định đợc lợng cha biết tính toán Đo thống kế : Để đảm bảo độ xác phép đo nhiều ngời ta phải sử dụng phơng pháp đo thống kế, tức ta phải đo nhiều lần sau lấy giá trị trung bình Cách đo đặc biệt hữu hiệu tín hiệu đo ngẫu nhiên kiểm tra độ xác dơng ®o 1.1.3 Dơng ®o l−êng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt -9- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG Dụng cụ để tiến hành đo lờng bao gồm nhiều loại khác cấu tạo, nguyên lý làm việc, công dụng Xét riêng mặt thực phép đo chia dụng cụ đo lờng thành loại, ®ã lµ: vËt ®o vµ ®ång hå ®o VËt ®o biểu cụ thể đơn vị đo, ví dụ nh cân, mét, điện trở tiêu chuẩn Đồng hồ đo: Là dụng cụ đủ để tiến hành đo lờng kèm với vật đo Có nhiều loại đồng hồ đo khác cấu tạo, nguyên lý làm việc nhng xét tác dụng phận đồng hồ đồng hồ gồm phận phận nhạy cảm, phận thị phận chuyển đổi trung gian - Bộ phận nhạy cảm : (đồng hồ sơ cấp hay đầu đo) tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp với đối tợng cần đo Trong trờng hợp bôỷ phận nhạy cảm đứng riêng biệt trực tiếp tiếp xúc với đối tợng cần đo đợc gọi đồng hồ sơ cấp - Bộ phận chuyển đổi : Làm chuyển tính hiệu phận nhạy cảm phát đa đồng hồ thứ cấp, phận chuyển đổi toàn hay phần, giữ nguyên hay thay đổi khuyếch đại - Bộ phận thị đồng hồ : (Đồng hồ thứ cấp) vào tín hiệu phận nhạy cảm cho ngời đo biết kết Các loại đồng hồ đo: Phân loại theo cách nhận đợc lợng bị đo từ đồng hồ thứ cấp + Đồng hồ so sánh: Làm nhiệm vụ so sánh lợng bị đo với vật đo Lợng bị đo đợc tính theo vật đo Ví dụ : cân, điện kế + Đồng hồ thị: Cho biết trị số tức thời lợng bị đo nhờ thang chia độ, thị dòng chữ số Amin Amax Amin - Giới hạn đo dới Amin & Giới hạn đo Amax - Khoảng cách hai vạch gần gọi độ chia Thớc chia độ phía, phía, chứa không chứa điểm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Amax - 10 - ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG - Giá trị độ chia: trị số biến đổi lợng bị đo làm cho kim di chun ®é chia, ®é chia cã thể hay không tùy giá trị độ chia hay khác Có thể đọc trực tiếp hay phải nhân thêm hệ số - Khoảng đo khoảng chia thang từ giới hạn dới đến giới hạn + Đồng hồ tự ghi: đồng hồ tự ghi lại giá trị tức thời đại lợng đo giấy dới dạng đờng cong f(t) phụ thuộc vào thời gian Đồng hồ tự ghi ghi liên tục hay gián đoạn, độ xác đồng hồ thị Loại băng có nhiều số + Đồng hồ tích phân: loại đồng hồ ghi l¹i tỉng sè vËt chÊt chun qua mét số thời gian nh đồng hồ đo lu lợng + Đồng hồ kiểu tín hiệu: loại phận thị phát tín hiệu (ánh sáng hay âm thanh) đại lợng đo đạt đến giá trị đồng hồ có nhiều phận thị Phân loại theo tham số cần đo: + Đồng hồ đo áp suất : áp kế - chân không kế + Đồng hồ đo lu lợng : lu lợng kế + Đồng hồ đo nhiệt độ : nhiệt kế, hỏa kế + Đồng hồ đo mức cao : đo mức nhiên liệu, nớc + Đồng hồ đo thành phần vật chất : phân tích 1.2 CáC THAM Số CủA ĐồNG Hồ Trong thực tế giá trị đo lờng nhận đợc đồng hồ khác với giá trị thực lợng bị đo Giá trị thực đợc ngời ta thay giá trị thực giá trị thực nghiệm, giá trị phụ thuộc phẩm chất đồng hồ đo hay nói cách khác tham số đồng hồ Chúng ta xét đến tham số chủ yếu có liên quan dến độ xác số đo đồng hồ cho biết, : Sai số cấp xác, biến sai , độ nhạy hạn không nhạy 1.2.1 Sai số cấp xác Trên thực tế có đồng hồ đo lý tởng cho số đo trị số thật tham số cần đo Đó nguyên tắc đo lờng kết cấu đồng hồ tuyệt đối hoàn thiện Gọi giá trị đo đợc : Ađ Còn giá trị thực At : - Sai số tuyệt đối : độ sai lệch thực tế = Ad - At CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 11 - §O LƯờNG NHIệT CHƯƠNG o = - Sai số tơng đối : Trong thực tế ta tính : o = γ At γ Ad 100% 100% - Sai số qui dẫn: tỉ số s.số tuyệt đối ®èi víi kho¶ng ®o cđa ®ång hå (%) δ qd = γ Amax − Amin ⋅100 % - CÊp chÝnh xác : sai số quy dẫn lớn khoảng đo đồng hồ CCX = m ax qd ⎛ ⎞ γ max = ⎜ ⎟ 100 % ⎝ Amax − Amin ⎠ D·y cÊp chÝnh x¸c 0.1 ; 0.2 ; 0.5 ; ; 1.5 ; 2.5 ; Tiêu chuẩn để đánh giá độ xác dụng cụ đo CCX Các dụng cụ đo cã CCX = 0.1 hay 0.2 gäi lµ dơng chuẩn Còn dùng phòng thí nghiệm thờng loại có CCX = 0.5 , Các loại khác đợc dùng công nghiệp Khi nói dụng cụ đo có cấp xác 1,5 tức Sqd = 1,5% Các loại sai số định tính: Trong sử dụng đồng hồ ngời ta thờng để ý đến loại sai sè sau - Sai sè cho phÐp: lµ sai số lớn cho phép vạch chia đồng hồ (với quy định đồng hồ vạch t/c kỹ thuật) để giữ cấp xác đồng hồ - Sai số bản: sai số lớn thân đồng hồ đồng hồ làm việc bình thờng, loại cấu tạo đồng hồ - Sai số phụ: điều kiện khách quan gây nên Trong công thức tính sai số ta dựa vào sai số sai số phụ không tính đến phép ®o 1.2.2 BiÕn sai Lµ ®é sai lƯch lín nhÊt sai số đo nhiều lần tham số cần đo điều kiện đo lờng : Adm - And max Chó ý : BiÕn sai số đồng hồ không đợc lớn sai số cho phép đồng hồ 1.2.3 Độ nhạy S= CuuDuongThanCong.com X A https://fb.com/tailieudientucntt - 12 - ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG X : độ chuyển động kim thị (m ; độ ) A : độ thay đổi giá trị bị đo Ví dụ : S= = 1,5 mm/oC - Ta cã thÓ tăng độ nhạy cách tăng hệ số khuếch đại (trong lúc không đợc tăng sai số đồng hồ) - Giá trị chia độ 1/s =C hay gọi số dụng cụ đo Giá trị độ chia không đợc nhỏ trị tuyệt đối sai số cho phép đồng hồ 1.2.4 Hạn không nhạy Là mức độ biến đổi nhỏ tham số cần đo để thị bắt đầu làm việc Chỉ số hạn không nhạy nhỏ 1/2 sai số * Trong thực tế ta không dùng dụng cụ có độ nhạy cao làm kim dao động dẫn đến hỏng dụng cụ 1.2.5 Kiểm định đồng hồ Xác định chất lợng làm việc đồng hồ cách so sánh với đồng hồ chuẩn để đánh giá mức độ làm viÖc Néi dung: XÐt sai sè cho phÐp : sai số bản, biến sai, độ nhạy hạn không nhạy đồng hồ - Đối với đồng hồ dùng công nghiệp CCX 2.5 kiểm định ữ vạch chia độ có Amin & Amax - Đồng hồ dùng phòng thí nghiệm : kiểm định 10 ữ 15 vạch sau kiểm tra dùng bảng bổ Thông thờng dùng đồng hồ có CCX 0.1 ; 0.2 để kiểm định đồng hồ cấp xác lớn 0.5 Các ®ång hå chuÈn cÊp cã CCX < 0.1 th× kiểm định phơng pháp đặc biệt dùng đồng hå chuÈn gèc §ång hå chuÈn cÊp (CCX 0.1; 0.2) dùng đồng hồ chuẩn cấp để kiểm định 1.3 SAI Số ĐO LƯờNG Trong tiến hành đo lờng, trị số mà ngời xem, đo nhận đợc không hoàn toàn với trị số thật tham số cần đo, sai lệch hai trị số gọi sai số đo lờng Dù tiến hành đo lờng cẩn thận dùng công cụ đo lờng tinh vi làm đợc sai số đo CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 13 - ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG lờng, thực tế có công cụ đo lờng tuyệt đối hoàn thiện, ngời xem đo tuyệt đối không mắc thiếu sót điều kiện đo lờng tuyệt đối không thay đổi Trị số đo lờng trị số gần tham số cần đo, nã chØ cã thĨ biĨu thÞ bëi mét sè cã hạn chữ số đáng tin cậy tùy theo mức độ xác việc đo lờng Không thể làm đợc sai số đo lờng không nên tìm cách giảm nhỏ tới mức độ cho phÐp thùc hiƯn v× nh− vËy rÊt tèn kÐm Do ngời ta thừa nhận tồn sai số đo lờng tìm cách hạn chế sai số phạm vi cần thiết dùng tính toán để đánh giá sai số mắc phải đánh giá kết đo lờng Ngời làm công tác đo lờng, thí nghiệm, cần phải sâu tìm hiểu dạng sai số, nguyên nhân gây sai số để tìm cách khắc phục biết cách làm ảnh hởng sai số kết đo lờng 1.3.1 Các loại sai số Tùy theo nguyên nhân gây sai số trình đo lờng mà ngời ta chia sai số thành loại sai số sau: - Sai số nhầm lẫn - Sai số hệ thống - sai số ngẫu nhiên 1- Sai số nhầm lẫn: Trong trình đo lờng, sai số ngời xem ®o ®äc sai, ghi chÐp sai, thao t¸c sai, tÝnh sai, vô ý làm sai đợc gọi sai số nhầm lẫn Sai số làm cho số đo đợc khác hẳn với số đo khác, nh sai số nhầm lẫn thờng có trị số lớn hoàn toàn quy luật có xuất hay không, nên khó định tiêu chuẩn để tìm loại bỏ số đo có mắc sai số nhầm lẫn Cách tốt tiến hành đo lờng cách cẩn thận để tránh mắc phải sai số nhầm lÉn Trong thùc tÕ còng cã ng−êi ta xem số đo có mắc sai số nhầm lẫn số đo có sai số lớn lần sai số trung bình mắc phải đo nhiều lần tham số cần đo 2- Sai số hệ thống: Sai số hệ thống thờng xuất cách sử dụng đồng hồ đo không hợp lý, thân đồng hồ đo cã khut ®iĨm, hay ®iỊu kiƯn ®o l−êng biÕn ®ỉi không thích hợp đặc biệt không hiểu biết kỹ lỡng tính chất đối tợng đo lờng TrÞ sè cđa sai sè hƯ thèng th−êng cè định biến đổi theo quy luật nói chung nguyên nhân tạo nên nguyên nhân cố định biến đổi theo quy luật Vì mà làm sai số hệ thống số đo cách tìm trị số bổ xếp đo lờng cách thích đáng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 126 - O LặèNG NHIT CHặNG 6.5.2 Bộ phân tích khí kiểu điện hóa Trong nhóm gồm phân tích khí kiểu điện dẫn galvanic (theo điện lợng dòng điện) kiểu điện kiểu khử cực (tự tham khảo) 6.6 Bộ PHÂN TíCH KHí KIểU Từ Loại đợc dùng nhiều cho việc phân tích khí O2 (tự tham khảo) 6.7 CáC Bộ PHÂN TíCH KHí KIểU QUANG HọC Các phân tích khí kiểu quang học nhóm lớn gồm dụng cụ phân tích khí cách dùng quan hệ nồng độ chất thành phần cần xác định hỗn hợp khí, tính chất quang học hỗn hợp cần phân tích nh : số khúc xạ, mật độ quang học, hấp thụ phổ, xạ, phổ 6.7.1 Bé ph©n tÝch khÝ kiĨu giao thoa kÕ (giao thoa kế khí) Bộ phân tích khí ứng dụng tợng xê dịch dải giao thoa thay đổi mật độ quang học môi chất khí đờng hai tia sáng kết hợp Sơ đồ đơn giản hình thành giải giao thoa xê dịch chúng l s A A1 B B A2 Hai nguồn tia sáng đơn sắc kết hợp đặt điểm A1 A2 tác dụng tơng hỗ của tia sáng nên ảnh xuất dải giao thoa (hình ảnh giao thoa) Sự hình thành dải sáng tối ảnh giao thoa khoảng chênh lệch tia sáng giao thoa với độ dài sóng (gặp điểm xác định CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 127 - O LặèNG NHIT CHặNG ảnh) Đối với dải sáng khoảng chênh lệch tia sáng nửa số sóng chẵn Tức là: Với = ,4 điểm ứng với δ = λ ,6 λ λ ,3 đợc dải sáng, ,5 đợc dải tối (- độ dài sóng tia giao thoa ) Do kÕt qu¶ giao thoa ë điểm B xuất hiệnđải sáng hai bên cạnh dải tối sáng xen kẽ Trờng hợp dải sáng trắng (không đơn sắc) hai bên dải trắng điểm B có màu sắc Nếu A1 ảnh có đặt buồng dài l chứa đầy khí có số khúc xạ nk > nkk (nkk số khúc xạ không khí) nên trờng hợp đờng tia sáng kéo dài thêm đoạn = (nk - nkk)l Điểm A1 nh chuyển dịch tới điểm A1 ảnh B chuyển tới B cách A1và A2 Còn buồng chứa khí đặt A2 ảnh ảnh giao thoa chuyển dịch xuống dới Bộ chuyển dịch ảnh giao thoa phụ thuộc vào số khúc xạ môi chất nên phụ thuộc vào biến đổi mật độ phụ thuộc chất thành phần hỗn hợp chứa buồng Hình vẽ dới phân tích khí kiểu giao thoa kế có sơ đồ quang học đầy đủ Các kênh A,B,C có vách ngăn cách nhau, kênh A B có ống nối thông với thờng chứa không khí, kênh C chứa khí cần phân tích tia sáng từ nguồn qua kính hội tụ dến lắng kính phản xạ toàn phần tới bảng phẳng song song tạo nên tia khúc xạ tia phản xạ - tia qua buồng chứa khí gặp lăng kính phản xạ toàn phần lại trở phẳng song song Các tia sáng từ phẳng song song qua lăng kính quay đợc phản xạ qua thấu kính hội tụ khác hội tụ mặt phẳng chứa tiêu điểm ảnh giao thoa mặt phẳng đợc quan sát qua ống kính Muốn đợc khoảng chênh lệch tia sáng ảnh giao thoa phải có góc nghiêng không lớn lăng kính xung quanh bờ mặt huyền Nồng độ chất thành phần đợc đo độ chuyển dịch ảnh giao thoa thùc hiƯn theo c¸ch : C¸ch thø nhÊt thùc theo thang chia độ thị kính nằm trờng quan sát với ảnh giao thoa Cách thứ hai (chính xác hơn) ảnh giao thoa đợc lặp lại vị trí ban đầu đờng ngắm trờng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 128 - O LặèNG NHIT CHặNG quan sát nồng độ đọc theo tang trống thiết bị kiểu micrômét dùng quay lăng kÝnh C B A Hỗn hợp khí (thờng không khí) đợc hút qua buồng C (nhờ bơm tay) Kênh A B đợc nối với môi chất không khí xung quanh qua thiết bị đặc biệt cản không cho khí khác lọt vào kênh, thời gian cho phép cân áp suất kênh không khí với khí CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 129 - O LặèNG NHIT CHặNG Bộ phân tÝch khÝ kiÓu giao thoa kÕ chØ cã thÓ dïng cho hỗn hợp kép, chất thành phần có số khúc xạ khác hẳn Giao thoa kế khí đợc dùng phổ biến dùng thiết bị phân tích phòng thí nghiệm có độ xác cao phân tích thao tác tay mang lu động chủ yếu dùng xác định thành phần khí nh CO2 , CH4 không khí 6.7.2 Bộ phân tích kiểu quang âm (hấp thụ tia hồng ngoại) Bộ phân tích kiểu quang âm loại đợc ứng dụng phát triển nhiều số phân tích dùng tia hồng ngoại dùng phân tích thành phần hỗn hợp khí dùng đo nồng độ dung dịch, nên đợc phát triển nhanh năm gần ánh sáng thấy đợc, ánh sáng không thấy đợc, sóng nhiệt, sóng điện sóng điện từ, ngời ta phân biệt chúng theo độ dài sóng tần số, tia hồng ngoại thuộc phạm vi ánh sáng không thấy đợc độ dài sóng thông thờng khoảng 0,75à đến 4000à Các phân tích kiểu tia hồng ngoại chủ yếu dựa vào tính chất tia hồng ngoại : - Khả xạ mạnh tia hồng ngoại nhiệt - Các môi chất, khí nhiều nguyên tử có khả hấp thụ lợng xạ tia hồng ngoại Nguyên lý cấu tạo phân tích kiểu tia hồng ngoại dùng đo định lợng nồng độ nh h×nh vÏ Häùn håüp khê I0 CuuDuongThanCong.com I https://fb.com/tailieudientucntt - 130 - ÂO LỈÅÌNG NHIÃÛT CHặNG Năng lợng xạ nguồn sáng tia hồng ngoại phát có cờng độ I0 sau qua vào buồng làm việc 3, buồng có hỗn hợp khí cần đo liên tục chạy qua, nhóm khí cần phân tích hấp thụ lợng xạ đoạn quang phổ tia hồng ngoại, lợng đa vào buồng không I0 mà I, buồng chứa đầy nhóm khí cần phân tích với nồng độ cao nên phần lợng d− I = I0 - ∆I sÏ bÞ hÊp thơ hết, nhiệt độ buồng tăng lên dùng loại phần tử đo nhiệt độ ta xác định độ tăng nhiệt độ buồng xác định đợc nồng độ nhóm khí cần đo I = e C l Io Theo định luật Langzberg; Trong : - hệ số hấp thụ tơng đơng nhóm cần phân tích hàm số độ dài sóng định C - nồng độ nhóm cần phân tích (khí hấp thụ xạ) l - độ dài buồng làm việc (chiều dµy líp hÊp thơ) NÕu thĨ tÝch bng lµm viƯc không đổi phần tử nhạy cảm phần tử đo áp suất nhiệt độ tăng áp suất tăng theo quan hệ đờng thẳng 6.7.3 Bộ phân tích khí kiểu hấp thụ tia tử ngoại (tia cực tím) Quá trình vật lý có liên quan ®Õn hÊp thơ bøc x¹ tư ngo¹i rÊt phøc t¹p so với xạ hồng ngoại, lợng lợng tử ứng với phổ vùng tử ngoại để làm thay đổi lợng quay phân tử lợng dao động nguyên tử nh phạm vi hồng ngoại mà để làm thay đổi lợng vỏ điện tử bên phân tử Sơ đồ phân tích khí kiểu hấp thụ tia tử ngoại: Bøc x¹ tõ nguån qua buồng làm việc tới tế bào quang điện 4, mặt khác xạ qua buồng so sánh tới tế bào quang điện Buồng so sánh chứa đầy hỗn hợp khí có thành phần không đổi, không hấp thu xạ tử ngoại, khí qua buồng làm việc không chứa thành phần cần phân tích dòng xạ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 131 - O LặèNG NHIT CHặNG nhánh nh nên dòng điện mạch qua đồng hồ Trái lại, khí qua buồng làm việc có chứa khí thành phần cần phân tích dòng điện qua đồng hồ tỷ lệ với nồng độ thành phần cần phân tích 6.7.4 Bộ phân tích khí kiểu phổ quang kế Nguyên lý làm việc : Xác định đợc nồng độ chất thành phần hỗn hợp khí cần phân tích cách phân tích phổ phát xạ hỗn hợp khí nhờ đo cờng độ xạ vạch phổ chất thành phần 6.8 Bộ PHÂN TíCH KHí KIểU SO MàU SắC Trong hỗn hợp khí có nồng độ xác định, phản ứng hóa học có tính chọn lọc màu sắc tác dụng tơng hỗ chất thành phần dung dịch thị làm cho tất chất dung dịch bị nhuộm màu, dùng cách đo hấp thụ ánh sáng dung dịch bị nhuộm màu xác định đợc nồng độ chất thành phần Bộ phân tích khí áp dụng nguyên lý so màu sắc nói có u điểm so với phơng pháp khác : - Phơng pháp phân tích so màu sắc có độ nhạy cao (vì gom góp thành phần cần xác định dung dịch thị băng thị) nói khác đi, tăng số lợng khí cần phân tích qua dung dịch thị băng thị hầu nh làm tăng cách không hạn chế độ nhạy phơng pháp so màu sắc Do phân tích khí kiểu so màu sắc đợc dùng rộng rãi để xác định vi nồng độ khí khác hỗn hợp khí phức tạp môi trờng không khí, trái lại đo nồng độ lớn phân tích có hiệu - Tính lựa chọn cao Tính chất đợc xác định chọn lọc đặc biệt phản ứng hóa học chất thành phần cần xác định hỗn hợp khí dung dịch thị - Bộ phân tích khí kiểu so màu sắc có cấu tạo vạn năng, dùng phân tích đồng hồ với dung dịch thị khác xác định đợc chất khí khác Nguyên lý phân tích cách so màu sắc : Định luật Baye : Phân tích so màu sắc dựa sở tợng sau : tia sáng qua vật có màu sắc có phần bị vật hấp thụ nên cờng độ tia sáng đầu so với đầu vào vật yếu Định luật Baye quy luật rút từ tợng Giả sử có bình chứa có vách cách khoảng l làm môi chất sáng lý tởng (không hấp thụ tia sáng) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 132 - O LặèNG NHIT CHặNG Tia sáng tới trực giao với vách có cờng độ I0, tia sáng đầu có cờng l I0 I độ I quan hệ I I0 xác định I = I o e ξ Cl c«ng thøc : I = e − ξ Cl Io : số tỷ lệ gọi hệ số tiêu quang (là đại lợng vật lý có quan hệ với tính chất nhng quan hệ với nồng độ môi chất) Do môi chất xác định xác định giữ l không đổi từ I/I0 suy C Bộ phân tích phơng pháp so màu sắc chia làm loại : Bộ phân tích khí dùng dung dịch so màu sắc Bộ phân tích khí phân tích trực màu sắc khác chất khí Bộ phân tích khí so màu sắc dùng băng hấp thơ khê φ2 φ1 Mảch tỉû cán bàòng Chè thë Bäü phán têch khê so maìu sàõc duìng bng hỏỳp thuỷ Bằng cách đo mức độ nhuộm màu băng thị 1, (mức độ phụ thuộc vào nồng độ chất thành phần) Trong dụng cụ ngời ta so sánh dòng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 133 - O LặèNG NHIT CHặNG ánh sáng trực tiếp từ đèn qua phần tử quang điện và tự động cân bằng, từ ta xác định đợc mức độ nhuộm màu suy nồng độ 6.9 Bộ PHÂN TíCH KHí KIểU SắC Ký Trong phân tích tự động phơng pháp phân tích kiểu sắc ký phơng pháp lớn phân tích kiểu lý- hóa Bộ phân tích loại đợc dùng để phân tích vật vô đặc biệt vật hữu với tính u việt độc đáo Hỗn hợp khí phức tạp đợc chia thành thành phần riêng biệt kết trình hấp phụ diễn hỗn hợp chuyển động dọc theo lớp chất hấp phụ sau xác định nồng độ chất thành phần Trong hệ dị thể có bề mặt chia pha, có lợng tích lũy bề mặt, gắn liền với bề mặt chia pha diễn trình gọi trình hấp phụ Đó trình tập trung vật chất tõ thĨ tÝch pha vỊ bỊ mỈt chia pha, ngời ta gọi hấp phụ bề mặt gọi tắt hấp phụ Nguyên nhân trình hấp phụ có lực liên kết chất hấp phụ chất bị hấp phụ ngời ta cho có loại lực liên kết hấp phụ lực vật lý lực hóa học Phân tích hỗn hợp theo phơng pháp sắc ký dựa sở hấp phụ chất hấp phụ rắn lỏng Tùy theo loại chất hấp phụ, phép sắc ký khí đợc chia loại khí -hấp phụ khí -chất nớc Phép sắc ký khí hấp phụ dựa vào độ hấp phụ khác chất hấp phụ rắn chất thành phần hỗn hợp khí Chất hấp phụ làm vật liệu hữu khoáng chất tự nhiên hay nhân tạo có tính xốp để tích không gian hấp phụ lín PhÐp s¾c ký khÝ - chÊt n−íc : Dùa vào hấp phụ khác chất thành phần chất nớc dẫn tới bề mặt chÊt hÊp phơ ChÊt n−íc th−êng hay dïng nhÊt lµm chất hấp phụ ete (este) cao phân tử, rợu, dầu silicon Hỗn hợp khí cần phân tích chuyển động qua ống dài nhỏ chứa đầy chất hÊp phơ Do sù hÊp phơ cã lùa chän c¸c thành phần bị hấp phụ qua trớc (B, D) chất hòa tan tốt (C,A) bị giữ lại sau có phân chia hợp chất thành nhiều thành phần khác CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 134 - ÂO LỈÅÌNG NHIÃÛT — CHỈÅNG B C A B A.B.C.D D D C A C A D B C A D B Những thành phần đợc di chuyển qua cột sắc ký thành vùng riêng lẻ theo trình tự đợc dẫn dòng khí vận chuyển đến chuyển đổi vào thiết bị tự ghi 3, đờng cong gồm đỉnh riêng lẻ, đỉnh tơng ứng với chất thành phần định Nồng độ khối chúng đợc xác định theo tỷ số diện tích khoảng nhọn với diện tích tất sắc phổ 6.10 Bộ PHÂN TíCH KHí KIểU KHốI PHổ Các phân tích khí có nhiều loại song xét mặt phân tích chất có thành phần phức tạp ứng dụng thuận tiện ph©n tÝch khÝ kiĨu khèi phỉ cã mét vÝ trÝ đặc biệt quan trọng Nguyên lý làm việc phân tích loại biến phân tử vật chất cần phân tích thành iôn hình thành chùm iôn chạy qua từ trờng điện trờng, tùy theo khối lợng mà iôn tách riêng để tập hợp thành khối phổ đặc trng cho chất thành phần hỗn hợp, nồng độ chất thành phần biểu thị cờng độ dòng iôn tơng ứng tùy theo cách chia tách dòng iôn, cã thĨ chia dơng ph©n tÝch kiĨu khèi phỉ thành loại lớn : Loại tĩnh - dùng điện trờng từ trờng không đổi thay đổi chậm Loại động - trình diễn phụ thuộc thời gian iôn bay không gian điện trờng cao tần không gian từ trờng điện trờng Dụng cụ đợc dùng phổ biến loại tách iôn theo khối lợng từ trờng ngang Khí phân tích đợc đa vào nguồn iôn hóa gắn đầu bình chân không Dới tác dụng điện cực Catốt 2, phần tử khí đợc iôn hóa nhờ có hệ thống tập trung hệ thống đặt điện áp tăng tốc U, phần tử iôn hóa hớng vào từ trờng đồng nam châm điện từ véc tơ cảm ứng từ B từ trờng hớng vuông góc với mặt phẳng cắt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 135 - ÂO LỈÅÌNG NHIÃÛT — CHỈÅNG 6 Iôn chất thành phần khác có điện tích giống nhng có khối lợng khác (mi) dới tác dụng từ trờng chúng đợc phân chia thành chùm riêng lẻ theo khối lợng có quỹ đạo với bán kính khác biểu diễn theo phơng trình : ri = 2umi e B Bằng cách thay đổi từ cảm B điện áp tăng tốc U chùm iôn có khối lợng giống tơng ứng với thành phần đo hỗn hợp đợc đa vào thu iôn 6, dòng đợc khuếch đại nhờ khuếch đại đa vào thiết bị tự ghi 8./ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt O LặèNG NHIT - 136 - Tài liệu tham khảo 1- Cơ sở kỹ thuật đo lờng, NXB Đại học bách khoa Hà nội, 1995 2- Kỹ thuật đo lờng đại lợng vật lý, tập 1, - Phạm thợng Hàn, Nguyễn trọng Quế , Nguyễn văn Hòa, NXB Giáo dục, 1996 3- Đo lờng điều khiển máy tính - Ngô Diễn Tập, NXB Khoa học kü thuËt, 1996 4- Fundamentals of Temperature, Pressure, and Flow Measurements (Third Edition) Robert P Benedict, A Wiley- Interscience Publication John Wiley & Sons CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt -3- GIẠO TRÇNH ÂO LặèNG NHIT MụC LụC Số trang CHƯƠNG : NHữNG KHáI NIệM CƠ BảN Về ĐO LƯờNG 7 1.1 Đo lờng dụng cụ đo lờng 1.1.1 Định nghĩa đo lờng 1.1.2 Phân loại đo lờng 1.1.3 Dụng cụ ®o l−êng 10 1.2 C¸c tham sè cđa ®ång hồ 1.2.1 Sai số cấp xác 1.2.2 Biến sai 1.2.3 Độ nhạy hạn không nhạy 1.2.4 Kiểm ®Þnh ®ång hå 12 1.3 Sai sè ®o l−êng 1.3.1 Các loại sai số 1.3.2 Tính sai số ngẫu nhiên phÐp ®o trùc tiÕp 1.3.3 TÝnh sai sè ngÉu nhiên phép đo gián tiếp 21 CHƯƠNG : ĐO NHIệT Độ 21 2.1 Những vấn đề chung 2.1.1 Khái niệm nhiệt độ 2.1.2 Đơn vị thớc đo nhiệt độ 2.1.3 Các phơng pháp đo nhiệt độ 26 2.2 NhiÖt kÕ d·n në 2.2.1 NhiÖt kÕ d·n në chÊt r¾n 2.2.2 NhiƯt kÕ d·n në chÊt láng 2.2.3 NhiƯt kÕ kiĨu ¸p kÕ 32 2.3 NhiƯt kÕ nhiệt điện 2.3.1 Nguyên lý đo nhiệt độ cặp nhiệt 2.3.2 Vật liệu cấu tạo cặp nhiệt 2.3.3 Bù nhiệt độ đầu lạnh cặp nhiệt 2.3.4 Các cách nối cặp nhiệt khắc độ 2.3.5 Đo suất nhiệt điện động cặp nhiệt 46 2.4 Nhiệt kế điện trở 2.4.1 Nguyên lý đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở 2.4.2 Cấu tạo nhiệt kế điện trở CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt -4- GIAẽO TRầNH O LặèNG NHIT 2.4.3 Các cách đo điện trở Rt 2.5 Sai số đo nhiệt độ theo phơng pháp tiếp xúc 53 2.5.1 Đo nhiệt độ dòng chảy ống 2.5.2 Đo nhiệt độ gần ống đo có vách lạnh 2.5.3 Đo nhiệt độ vách - bề mặt 2.5.4 Một số trờng hợp khác 58 2.6 Đo nhiệt độ phơng pháp gián tiếp 2.6.1 Nguyên lý 2.6.2 Những định luật sở vỊ bøc x¹ nhiƯt 2.6.3 Háa kÕ quang häc 2.6.4 Hỏa kế quang điện 2.6.5 Hỏa kế xạ toàn phần 67 CHƯƠNG : ĐO áP SUấT Và CHÂN KHÔNG 67 3.1 Định nghĩa thang đo 3.1.1 Định nghĩa 3.1.2 Thang đo 69 3.2 áp kế chất lỏng 3.2.1 Các loại dùng phòng thí nghiệm 3.2.2 Các loại dùng công nghiệp 71 3.3 Một số loại áp kế đặc biệt 73 3.4 Các cách truyền tín hiƯu ®i xa 3.6.1 HƯ thèng ®iƯn dïng biÕn trë 3.6.2 Hệ thống truyền xa kiểu cảm ứng 3.6.3 Máy biến áp sai động 3.6.4 Bộ chuyển đổi sắt động 3.6.6 Bộ chuyển đổi dùng khí nén CHƯƠNG : ĐO LƯU LƯợNG MÔI CHấT 81 4.1 Định nghĩa đơn vị lu lợng 81 4.1.1 Định nghĩa 4.1.2 Đơn vị lu lợng 81 4.2 Đo lu lợng theo lu tốc 4.2.1 Nguyên lý 4.2.2 ống pitô 4.2.3 Đồng hồ đo vận tốc CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt -5- GIAẽO TRầNH O LặèNG NHIT 4.3 Đo lu lợng theo phơng pháp dung tích 89 4.3.1 Nguyên lý 4.3.2 Lu lợng kế kiểu bánh 4.3.3 Thùng đong phễu lật 4.4 Đo lu lợng theo phơng pháp tiết lu 92 4.4.1 Thiết bị tiết lu quy chuẩn 4.4.2 Thiết bị tiết lu ngoại quy chuẩn 4.4.3 L lợng kế kiểu hiệu áp kế 4.4.4 Bộ tích phân 4.4.5 Chia độ kiểm tra thớc chia độ lu lợng kế kiểu hiệu áp kế 4.4.6 Lắp đặt hiệu áp kế đờng dẫn tín hiệu áp suất 4.5 Lu lợng kế có giáng áp không đổi 106 4.5.1 Rôtamét 4.5.2 Lu lợng kế kiểu Piston 4.6 Một vài lu lợng kế đặc biệt 108 4.6.1 Lu lợng kế kiểu nhiệt điện 4.6.2 Lu lợng kế kiểu điện từ 4.6.3 Lu lợn kế siêu âm 4.6.4 Lu lợng kế dùng đồng hồ phóng xạ CHƯƠNG : ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT 109 5.1 Đo mức cao môi chất phơng pháp tiếp xúc 111 5.1.1 Phơng pháp khí 5.1.2 Phơng pháp đo mức kiểu thủy tinh 5.1.3 Phơng pháp đo mức dùng áp kế 5.1.4 Phơng pháp đo mức dùng khí nén 5.1.5 Dụng cụ đo mức cao chất rắn 5.2 Đo mức cao môi chất bằnag phơnag pháp gián tiếp 117 5.2.1 Phơnag pháp dùng chất phóng xạ 5.2.2 Phơng pháp dùng sóng siêu âm CHƯƠNG : phân tích chất thành phần hổn hợp 117 6.1 Mục đích nội dung 119 6.2 Nguyên lý phân tích thành phần hỗn hợp 120 6.3 Bộ phân tích kiểu khí 122 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt -6- GIAẽO TRầNH O LặèNG NHIT 122 6.4 Bộ phân tích khí kiểu nhiệt 6.4.1 Các phân tích khí kiểu dẫn nhiệt 6.4.2 Các phân tích khí kiểu nhiệt hóa học 126 6.5 Bộ phân tích khí kiểu điện 6.5.1 Bộ phân tÝch khÝ kiĨu Ion hãa 6.5.2 Bé ph©n tÝch khÝ kiểu điện hóa 6.6 Bộ phân tích khí kiểu từ 128 6.7 Bé ph©n tÝch khÝ kiĨu quang häc 128 6.7.1 Bé ph©n tÝch khÝ kiĨu giao thoa kÕ 6.7.2 Bé ph©n tÝch khÝ kiĨu quang ©m 6.7.3 Bé ph©n tÝch khÝ kiĨu hÊp thơ tia tư ngo¹i 6.7.4 Bé ph©n tÝch khÝ kiĨu quang phỉ 6.8 Bé ph©n tÝch khí kiểu so màu sắc 132 6.9 Bộ phân tích khí kiểu sắc ký 133 6.10 Bộ phân tích khí kiểu khối phổ 134 tàI liệu tham khảo CuuDuongThanCong.com 136 https://fb.com/tailieudientucntt ... https://fb.com/tailieudientucntt -7- ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG CHƯƠNG : NHữNG KHáI NIệM CƠ BảN Về ĐO LƯờNG 1.1 ĐO LƯờNG Và DụNG Cụ ĐO LƯờNG 1.1.1 Định nghĩa Đo lờng trình đánh giá định lợng đại lợng cần đo để có kết số... 22 - ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG xuất nhiệt thớc đo nhiệt độ thờng dùng quốc tế thiếu sót đòi hỏi cần phải tiếp tục nghiên cứu thêm 2.1.2 Đơn vị thang đo nhiệt độ Sơ lợc trình xây dựng thang đo nhiệt. .. thớc đo nhiệt độ theo nguyên tắc khác cho đơn vị đo nhiệt độ không phụ thuộc vào chất đo nhiệt độ dùng nhiệt kế 1848 : Kelvin xây dựng thớc đo nhiệt độ sở nhiệt động học Theo định luật nhiệt