tài liệu “Giáo trình đo lường nhiệt” được biên soạn với mục đích giúp cho các cán bộ kỹ thuật nhiệt nắm rõ quá trình sản xuất của các thiết bị nhiệt và thành thạo cả việc lựa.Đo lường
ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 109 - CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT Trong thực tế thờng phải đo mức cao của mặt phân giới nhiên liệu thể nớc hoặc nhiên liệu thể rắn ở dạng hạt, để biết đợc rõ số lợng trong bình chứa nhằm bảo đảm kế hoạch sản xuất . Tùy theo phơng pháp đo và cấu tạo của đồng hồ mà có thể chia dụng cụ đo mức cao thành nhiều loại khác nhau. Có các phơng pháp để đo mức cao chủ yếu nh: - Phơng pháp cơ khí (dùng phao). - Phơng pháp bằng thủy tinh (bình thông nhau). - Phơng pháp cột áp (đo hiệu áp giữa bình cần đo và bình chuẩn nào đó). - Phơng pháp khí nén (sử dụng áp suất của chất khí khác để thổi vào bình cần đo). Ngoài ra còn có các phơng pháp gián tiếp khác nh phơng pháp dùng nồng độ phóng xạ và phơng pháp điện dung. 5.1. ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT BằNG PHƯƠNG PHáP TIếP XúC 5.1.1. Phơng pháp cơ khí Phao thả nổi trên mặt chất nớc nên vị trí của phao phản ánh mức cao của chất nớc. Đây là một trong những dụng cụ đo đơn giản nhất và cũng đợc sử dụng sớm nhất. minmax- Trờng hợp bình không có áp lực: loạinày là loại đơn giản nhất. - Khi bình có áp lực : Ta cũng dùng phao dùng cho bình có áp suất sai số đo cầngiảm đến mức tối thiếu do có lực ma sát. Nguyên lý làm việc: Phao thờng làm bằng kim loại rỗng, khi mức chất lỏngthay đổi thì lực tác dụng lên cánh tay đòntạo thành mômen và có cơ cấu truyền tínhiệu ra ngoài (đó là một ống thành mỏngchịu xoắn), tín hiệu đó có thể là điệnhoặc khí nén. ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 110 - 5.1.2. Phơng pháp đo mức kiểu thủy tinh r : độ chênh mức chất lỏng trung gian ban đầu Trờng hợp đầu : Nhánh trái : bHo + Ho + rt Nhánh phải : (Ho + H + r )o otbooHr= . Độ trên áp tơng ứng : grPot).(= Với loại này nhờ ống thủy tinh trong suốt nên nhìn rõ đợc mức nớc và thấy đợc trực tiếp số đo do mức chất nớc chỉ trên thớc chia độ. Đồng hồ này thờng đợc gọi là ống thủy đo mức. ống thủy làm bằng ống thủy tinh thì chỉ chịu đợc áp suất thấp, còn nếu dùng 2 tấm kim loại kẹp giữa 1 hoặc 2 tấm thủy tinh thì chịu áp lực cao hơn. Nếu bình không chịu áp lực thì ta chỉ dùng 1 ống thông ra ngoài . - Do có chênh nhiệt độ nên h H nên gây sai số. Trờng hợp bình có chịu áp lực => ghgHob = HHhobob==. Trờng hợp cần đo mức nớc ở những bình cao hoặc xa thì ta phải đa tín hiệu đến nơi làm việc. minmaxbH ọ h ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 111 - Vậy ta chọn t sao cho độ sai lệch nhỏ nhất. Trờng hợp thứ 2 : ootobbohbhrHHhrhHhHH).()2().()(. +++=++++Thay r trên vào và hb = h (điều kiện phải thỏa mãn). 22hbot+= phụ thuộc nhiệt độ môi chất Điều kiện : Dù cho môi chất trong bình thay đổi nhiệt độ thì t phải giữ 1 giá trị xác định thì phép đo mới chính xác. Thay ống chữ U bằng áp kế một ống thẳng tơng tự ta có : tobhfFfF=+++11 Trờng hợp f << F =++ tobh Đây là điều thực tế dùng để chọn t b0ọ0hbHHo0rọ0hhbhttHoHrbtFọfhr ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 112 - Thực tế ta dùng Tetracluêtylen : t = 1623 kg/m3 5.1.3. Phơng pháp đo dùng áp kế Để đo mức chất lỏng ngời ta dùng áp kế vi sai (hiệu áp kế) khắc độ theo đơn vị chiều dài khi đo mức trong bình có áp ngời ta đặt thêm các bình cân bằng để tiện lợi cho việc tính toán. Để giảm sai số đo ngời tadùng sơ đồ đo có bình cânbằng chất lỏng trong đó khôngngừng đốt nóng bởi hơi vànhiệt độ chất lỏng xem bằngnhiệt độ trong buồng đo, mựcnớc trong ống nhỏ và bìnhbằng nhau : bosai lệch do nhiệt 0 Sơ đồ nối áp kế vào hệ thốngđo. óỳn aùp kóỳBỗnh cỏn bũngHồiTờn hióỷu õi ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 113 - Nếu không cho môi chất trực tiếp vào đồng hồ ta dùng thiết bị khí nén : bằng cách này sai số đo tăng lên 5.1.4. Phơng pháp đo mức dùng khí nén Trờng hợp không dùng đợc các loại khác : Tờn hióỷu õi Tióỳt lổuKhờ neùntPxHbDh ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 114 - Cách làm việc : Dùng dòng khí thổi vào chất lỏng ở độ sâu nào đó dới mặt thoáng, luồng không khí đợc khống chế bởi cửa ngăn D có thể điều chỉnh đợc sao cho vận tốc nhỏ => coi tổn thất áp suất sau cửa ngăn = 0. ghgHPPbx == =hHb. = =HhKhb Phơng pháp này dùng phổ biến để đo những bình đặt dới đất, bình khó đến gần và các bình chứa chất độc. Loại này sai số tơng đối lớn. 5.1.5. Dụng cụ đo mức chất nớc kiểu điện Chất nớc cần đo mức cao thờng có tính dẫn điện nhất định, vì vậy có thể dùng các phần tử nhạy cảm kiểu điện để xác định mức cao của chất nớc. Ví dụ : Dùng phần tử nhạy cảm là điện trở hoặc điện dung có trị số thay đổi theo mức cao của chất nớc. Loại này các cực của phần tử nhạy cảm thờng hay bị bám bẩn, do đó giảm độ chính xác. 5.1.6. Dụng cụ đo mức cao của chất rắn ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 115 - Phơng pháp dùng phao Nh than bột Loại này sử dụng nguyên tắc cơ điện nhằm dùng truyền tín hiệu đi xa Phơng pháp dùng mô men cản ( masát ) 5.2. ĐO MứC CAO MÔI CHấT BằNG PHƯƠNG PHáP GIáN TIếP Dụng cụ đo mức cao kiểu tiếp xúc có nhiều hạn chế và không thích hợp với những điều kiện đo lờng đặc biệt, vì vậy trong công nghiệp đã dùng nhiều dụng cụ đo mức cao môi chất kiểu gián tiếp (không tiếp xúc trực tiếp). 5.2.1. Phơng pháp dùng chất phóng xạ ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 116 - Nguyên lý : Dựa vào sự hấp thụ của lớp vật chất đối với các hạt phóng xạ, lớp vật chất càng dày thì tác dụng hấp thụ càng mạnh (tất nhiên là tính chất hấp thụ này phụ thuộc vào tính chất của các hạt phóng xạ ( , , , .). Khả năng hấp thụ của mỗi loại môi chất đối với mỗi hạt đợc biểu thị bằng mối quan hệ giữa hệ số hấp thụ, độ dày l của lớp môi chất và cờng độ tia phóng xạ đi qua lớp môi chất đó. I = Io. e-à .l Trong đó I0, I là cờng độ tia phóng xạ trớc và sau khi qua lớp môi chất. 5.2.2. Phơng pháp dùng sóng siêu âm Loại dụng cụ này có độ chính xác cao, quán tính nhỏ và ngày càng đợc dùng rộng rãi trong công nghiệp nh : xác định độ sâu của sông biển, xác định độ dày kim loại, xác định mức cao của các môi chất độc hại nguy hiểm. Nhờ các phần tử đặt ở dới bình chứalần lợt thay nhau làm nhiệm vụ phátvà thu tín hiệu chấn động xung có tầnsố sóng siêu âm, ta có thể đo khoảngthời gian từ lúc phát xung đến lúcnhận đợc xung phản xạ lại từ mặtphân giới giữa 2 lớp môi chất, và từgiá trị thời gian này ta tính đợc độdày lớp môi chất. . ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 109 - CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO CủA MÔI. chính xác. 5. 1.6. Dụng cụ đo mức cao của chất rắn ĐO LƯờNG NHIệT CHƯƠNG 5 - 1 15 - Phơng