ĐHĐN giáo trình đo lường nhiệt pgs ts hoàng dương hùng, 140 trang

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 thực theo c¸ch : C¸ch thø nhÊt thùc hiƯn 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 - 128 - ÂO LỈÅÌNG NHIÃÛT — CHỈÅNG quan sát nồng độ đọc theo tang trống thiết bị kiểu micrômét dùng quay lăng kính C B A Hỗn hợp khí (thờng không khí) đợc hút qua buồng C (nhờ bơm tay) Kênh A B đợc nèi víi m«i chÊt kh«ng khÝ xung quanh qua thiÕt bị đặc biệt cản không cho khí khác lọt vào kênh, thời gian cho phép cân áp suất kênh không khí víi khÝ qun - 129 - ÂO LỈÅÌNG NHIÃÛT CHặNG Bộ phân tích khí kiểu giao thoa kế dùng 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 khÝ 6.7.2 Bé ph©n tÝch kiĨu quang ©m (hÊp thơ 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 đà 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 hình vẽ Họựn hồỹp khờ I0 I - 130 - O LặèNG NHIT 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 bị hấp thụ 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 đà định C - nồng độ nhóm cần phân tích (khí hấp thụ xạ) l - độ dài buồng lµm viƯc (chiỊu dµy líp hÊp thơ) NÕu thĨ tÝch buồng làm việc 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 đến hấp thụ xạ tử ngoại phức tạp 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 tư ngo¹i: Bøc xạ từ nguồn 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 O LỈÅÌNG NHIÃÛT — CHỈÅNG - 131 - cđa 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) - 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 bàịng 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 O LặèNG NHIT CHặNG - 133 - 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 từ thĨ tÝch pha vỊ bỊ mỈt chia pha, ng−êi 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 ®Ĩ cã thĨ tÝch kh«ng gian hÊp phơ lín PhÐp sắc ký khí - chất nớc : Dựa vào hấp phụ khác chất thành phần ®ã chÊt n−íc dÉn tíi bỊ mỈt chÊt hÊp phơ ChÊt n−íc th−êng hay dïng nhÊt lµm chÊt hÊp phụ ete (este) cao phân tử, rợu, dầu silicon Hỗn hợp khí cần phân tích chuyển động qua ống dài nhỏ chứa đầy chất hấp phụ Do hấp phụ có lựa chọn 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 - 134 - O LặèNG NHIT — 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 phân tích khí kiểu khối phổ có ví trí 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, chia dụng cụ phân tích kiểu khối phổ 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 - 135 - O LặèNG NHIT — 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./ 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 DiÔn TËp, NXB Khoa häc kü thuËt, 1996 4- Fundamentals of Temperature, Pressure, and Flow Measurements (Third Edition) Robert P Benedict, A Wiley- Interscience Publication John Wiley & Sons ... Nhiệt kế nhiệt điện 32 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 ®iƯn... lý đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở 2.4.2 Cấu tạo nhiệt kế điện trở 46 GIAẽO TRầNH O LặèNG NHIT -4- 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. .. 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 2.6 Đo nhiệt độ phơng pháp gián tiếp 58 2.6.1 Nguyên lý 2.6.2 Những định luật sở xạ nhiệt