Tài liệu thí nghiệm nhiệt kỹ thuật đại học Xây dựng

Bài thí nghiệm số Dụng cụ đo lờng Mục đích thí nghiệm Hớng dẫn sinh viên hiểu biết nguyên lý hoạt động, phơng pháp sử dụng, biết cách xác định giới hạn đo, độ xác, phạm vi ứng dụng nh u, nhợc điểm số loại dụng cụ đo lờng nh: Nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, Trình tự thí nghiệm Sinh viên sau đợc cán hớng dẫn tự quan sát, tìm hiểu loại dụng cụ đo lờng, ghi lại kết quan sát Các loại dụng cụ đo lờng 3.1 Dụng cụ đo nhiệt độ Nhiệt kế tên gọi chung thiết bị đo nhiệt độ a NhiÖt kÕ d·n në a.1 NhiÖt kÕ chÊt láng: * Nguyên lý làm việc: Hình Nhiệt kế chất lỏng Ưu điểm, nhợc điểm thy ngõn v chất hữu là: * Ưu điểm,nhợc điểm nhiÖt kÕ chÊt láng: ……………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… * Cách lắp vị trí lắp đặt nhiệt kế chất lỏng: - Nơi sáng sủa, sạch, chấn động, thuận tiện cho việc đọc giá trị nhiệt độ; - Bao nhiệt cần nằm tâm dòng môi chất; - Nếu ống dẫn có đờng kính nhỏ 200mm nên đặt nhiệt kế nghiêng so với trục ống ngợc chiều dòng chảy Hình 2: Cách lắp vị trí lắp đặt nhiệt kế chất lỏng Để tránh va chạm gây gẫy nhiệt kế, nhiệt kế phải có vỏ kim loại bảo vệ, vỏ đợc bắt ren vào ống dẫn môi chất Bảng quan sát nhiệt kế chất lỏng: Stt Tên dụng cụ Dải đo Độ xác 10 a.2 NhiÖt kÕ d·n nở kim loại * Nguyên lý làm việc: * Ưu điểm, nhợc điểm nhiệt ……………………………… kÕ d·n në kim lo¹i: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hình Nhiệt kế dón n kim loi hỡnh đũa Các loại giÃn nở kim loại: ã Nhiệt kế khí hình đũa Cấu tạo: ã Nhiệt kế khí kim loại kép: Cấu tạo: Hình Rơ le khởi động rơ le nhiệt bảo vệ tủ lạnh Bảng kết thí nghiệm: Stt Tên dụng cụ Dải đo Độ xác b Đo nhiệt độ cặp nhiệt - Cu tạo: Gồm chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính đầu Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho sức điện động thay đổi ( mV) Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao Thường dùng: Lị nhiệt, mơi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,… Dải đo: -100 ~ 1800oC Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim, giáo dục hay gia công vật t A B t0 liệu… t B A t0 Hình 5: Sơ đồ mạch điện a Sơ đồ nguyên lý cặp nhiệt b Sơ đồ đo cặp nhiệt * Trong thí nghiệm thờng sử dụng loại cặp nhiệt sau: Crômnhôm, Crôm-Coban, Sắt-Constantan, Đồng-Constan-tan, niken-Crôm Niken c Nhiệt điện trở - Cấu tạo nhiệt điện trở gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,… quấn tùy theo hình dáng đầu đo - Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở hai đầu dây kim loại thay đổi, tùy chất liệu kim loại có độ tuyến tính khoảng nhiệt độ định - Ưu điểm: độ xác cao Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế - Khuyết điểm: Dải đo bé Cặp nhiệt điện, giá thành cao Cặp nhiệt điện - Dải đo: -200~700oC - Ứng dụng: Trong ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia công vật liệu, hóa chất… d Ho¶ kÕ quang häc (ho¶ quang kÕ) * Nguyên lý làm việc: * Cấu tạo: Hình Cấu tạo hỏa kế quang học * Cách đo: * Ưu nhợc, điểm hỏa kế quang häc: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 3.2 Dông cô đo áp suất Để đo áp suất chất khí ngời ta dùng nhiều loại dụng cụ khác Có thể phân chia nh sau: a Khái niệm chung: áp suất lực tác dụng vuông góc phần tử khí lên đơn vị diện tích bình chøa Trong kü thuËt ngêi ta thêng chia lµm hai loại: - áp suất tuyệt đối: áp suât toàn phần mà vật phải chịu - áp suất tơng đối: phần chênh lệch áp suất tuyệt đối áp suất khí Để đo áp suất chất khí thờng dùng loại dụng cụ sau: - Manômet: đo phần áp suất chất khí lớn áp suất khí - Barômet: đo áp suất khí Pkq - Chân không kế: đo phần áp suất chất khí nhỏ áp suất khí b Các loại dụng cụ ®o ¸p suÊt ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… b.1 ¸p kÕ chất lỏng * Nguyên lý làm việc: áp kế chất lỏng dùng để đo áp suất tơng đối không lớn ( bar) áp kế chất lỏng chia làm loại: - Loại hình chữ U - Loại ống thẳng Để tăng độ xác thờng dùng áp kế ống nghiêng đợc gọi áp kế vi lợng (vi áp kế) Hình kế chất lỏng Hình áp kế lò xo b.2 áp kế lò xo (đàn hồi) * Nguyên lý làm ¸p viƯc: ………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Stt Bảng kết quan sát: Tên dụng cụ Dải đo 3.3 Dụng cụ đo độ ẩm a Khái niệm chung: Độ ẩm tơng đối thông số quan trọng không khí ẩm, ảnh hëng trùc tiÕp ®Õn sù sèng cđa sinh vËt, ®éng vật, đến độ bền vật liệu, máy móc, Xác định độ ẩm tơng đối không khí ẩm rÊt quan träng kü tht ®Ĩ phơc vơ Độ xác tính toán trình sấy, thông gió, điều hoà khí hậu, bảo quản thiết bị, máy móc, nguyên vật liệu, Để xác định độ ẩm tơng đối thờng sử dụng loại ẩm kế khô ớt ẩm kế tóc b Các loại ẩm kế: b.1 ẩm kế tóc: * Nguyên lý làm việc: ……………………………………… ………………………………………………………………… u điểm : Hình Èm kÕ tãc Nhợc điểm : .…………………… .……………… …… b.2 Èm kÕ kh« ít: b.2.1 Èm kÕ acgót * CÊu t¹o: ……………………………………………………………………………… Khi ®o quan sát nhiệt độ nhiệt kế khô thu đợc nhiệt độ tk, quan sát nhiệt độ nhiệt kế ớt thu đợc nhiệt độ t Hiệu số nhiệt độ hai nhiệt kế phụ thuộc vào độ ẩm tơng đối không khí Nghĩa độ ẩm không khí thay đổi hiệu số nhiệt độ t thay đổi: t = tk - t Căn vào hiệu nhiệt độ t, t đo đợc ta tiến hành tra bảng biểu đồ tìm đợc độ ẩm tơng đối không khí thời điểm * u điểm : * Nhợc điểm : ……………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… b.2.2 Èm kÕ acman * Nguyªn lý làm việc: * u điểm : Hình 10 ẩm kế khô ớt * Nhợc điểm: Bảng kết đo độ ẩm tơng đối Loại ẩm kế ẩm kế Acgut ẩm kế Acman tk (0C) t (0C) NhËn xÐt: ∆t (0C) (%) 10 Bài thí nghiệm số xác định nhiệt dung riêng chất rắn Mục đích thí nghiệm: Hớng dẫn sinh viên cách xác định nhiệt dung riêng chất rắn thí nghiệm Qua thí nghiệm sinh viên nắm đợc phần lý thuyết đà học phơng pháp làm thí nghiệm Nguyên lý thí nghiệm Nhiệt dung riêng vật nhiệt lợng toả hay thu vào nhiệt độ vật thay đổi độ Nhiệt dung riêng chất rắn phụ thuộc vào chất vật lý nhiệt ®é C= dq dt ( KJ/Kg ®é), C = f (t) Trong thực tế tính toán nhiệt độ khác nhiệt rung riêng có giá trị khác Do thờng tính nhiệt dung riêng trung bình vật khoảng nhiệt độ từ t1 đến t2 Ctb = Q ( KJ/Kg ®é) m(t − t1 ) Q : NhiƯt lỵng tÝnh cho m kg (KJ) m : Khèi lỵng cđa vËt (Kg) t1 : NhiƯt ®é ban ®Çu cđa vËt (0C) t2 : NhiƯt ®é ci cđa vËt (0C) Qua biĨu thøc trªn ta thÊy: ta xác định đợc t1, t2, m, Q ta tính đợc nhiệt rung riêng - Q : xác định nhiệt lợng kế nhờ nguyên lý nhiệt lợng vật toả nhiệt lợng vật thu vào - m : xác định cân kỹ thuật - t1, t2 : xác định nhiệt kế thuỷ ngân Hệ thống thiết bị thÝ nghiƯm - MÉu :Gåm mÉu b»ng ®ång ®á, mÉu thÐp CT45 - NhiƯt lỵng kÕ (calorimet): bình có que khuấy - Hai nhiệt kế thuỷ ngân cặp nhiệt - Bộ phân gia nhiệt cho mẫu bình đun nớc sôi có đun điện - Dụng cụ gắp mẫu 11 12 Trình tự thÝ nghiÖm - Dùng cân điện tử để cân Đồng, thép, Bình nhiệt lượng kế que khuấy, nước dùng thí nghiệm (lượng nước lấy 5-6 lần thể tích vật đem thí nghiệm) - Gia nhiệt cho mẫu: cho mẫu vào bình đổ ngập nước, tiến hành gia nhiệt, theo dõi nhiệt độ bình đun nước nhiệt độ cao ổn định, đọc nhiệt độ t1 vật - Dùng nhiệt kế dài đo để xác định nhiệt độ ban đầu nước nhiệt lượng kế - Đưa bình nhiệt lượng kế lại gần bình đun nước, thả nhanh vật vào bình, khuấy nước, theo dõi nhiệt độ củ nước bình nhiệt kế, nhiệt độ khơng tăng lên ổn định đọc nhiệt độ t2nước = t2mẫu TÝnh to¸n thÝ nghiƯm Ta cã : Q C= m m (KJ/Kg ®é) mm (t − t ) Trong ®ã: - Cm : NhiƯt rung riêng mẫu - mm, t1m, t2m : đà xác định đợc làm thí nghiệm - Qm nhiệt lợng đo mẫu nhả Nhiệt lợng nhiệt lợng mà nớc bình Calorimet hấp thụ: Qm = Qn + Qb(KJ) n n mµ : Qn = Cnmn ( t - t1 ) (KJ) n n Qb = Cbmb ( t - t1 ) (KJ) Víi + mb, mn : đà xác định đợc cân + Cb, Cn : tra bảng theo nhiệt độ t1n, t2n + Cã thÓ coi t1b = t1n, t2b = t2n Sau tính toán đợc Qb, Qn thay vào công thức xác định đợc nhiệt dung riêng trung b×nh cđa mÉu Qb + Qn C = m ( m − m) (kJ/Kg ®é) m t1 t B¶ng kÕt qu¶ thÝ nghiƯm: MÉu mm mb mn t 1m (g) (g) (g) C m t2 C §ång I §ång II ThÐp I ThÐp II 13 n t1 C t2 n Qn Qb Cm C KJ KJ KJ/kg độ Nhận xét: 14 Bài thí nghiệm số xác định hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt Mục đích thí nghiệm: Thông qua thí nghiệm sinh viên biết cách xác định hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt cho ống trụ Qua thí nghiệm sinh viên nắm vững chất vật lý trình dẫn nhiệt nắm vững phơng pháp thí nghiệm biết sử dụng số thiết bị thí nghiệm Nguyên lý thí nghiệm Hệ số dẫn nhiệt nhiệt lợng truyền qua đơn vị chiều dài, đơn vị thời gian gradien nhiệt độ ln λ= Trong ®ã: Q gia nhiƯt) d3 d Q (W/m®é) 2πl (t w2 − t w3 ) : nhiƯt lỵng trun qua èng trơ Q = U.I [W] (U, I: điện cờng độ dòng điện qua bé l : chiỊu dµi èng trơ d2, d3 : đờng kính lớp cách nhiệt tw2, tw3: nhiệt độ bên bên lớp cách nhiệt Hệ số dẫn nhiệt tính nhiệt độ trung bình t= (t w2 + t w3 ) Nh vËy ta đo đợc đại lợng d2, d3, tw2, tw3, l, Q ta xác định đợc Thực thí nghiệm chế độ nhiệt độ khác thiết lập đợc đồ thị quan hệ t Hệ thống thiết bị thí nghiệm ống thép thí nghiệm; Lớp cách nhiệt amiăng; Bộ đốt; Đồng hồ đo nhiệt độ; BiÕn thÕ 15 Tr×nh tù thÝ nghiƯm - KiĨm tra toàn sơ đồ thí nghiệm, đóng cầu dao, điều chỉnh biến áp tự ngẫu giữ công suất định cho gia nhiệt - Theo dõi tăng nhiệt độ bên bên lớp cách nhiệt thông qua đồng hồ Vonmet ampemet Khi kim đồng hồ không tăng (chế độ nhiệt đà ổn định) ta đo đại lợng tw2, tw3, U, I - Chuyển sang chế độ nhiệt khác cách điều chỉnh biến tự ngẫu Đo khoảng -5 chế ®é nhiƯt ®Ĩ vÏ ®å thÞ λ - t Bảng kết quản tính toán thí nghiệm Chế độ U nhiÖt (v) I (A) l (m) d2 (m) d3 (m) tw2 (0C) tw3 (0C) Néi dung b¸o c¸o - Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm - Trình bày ngắn gọn nội dung thí nghiệm - Kết đo lờng kết tính toán - Vẽ đồ thị = f(t) - Phân tích thảo luận kết thí nghiệm 16 ttb (0C) (w/mđ ộ) 17 18 ... định nhiệt dung riêng chất rắn Mục đích thí nghiệm: Hớng dẫn sinh viên cách xác định nhiệt dung riêng chất rắn thí nghiệm Qua thí nghiệm sinh viên nắm đợc phần lý thuyết đà học phơng pháp làm thí. .. KJ/kg ®é NhËn xÐt: 14 Bài thí nghiệm số xác định hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt Mục đích thí nghiệm: Thông qua thí nghiệm sinh viên biết cách xác định hệ số dẫn nhiệt vật liƯu c¸ch nhiƯt... tích vật đem thí nghiệm) - Gia nhiệt cho mẫu: cho mẫu vào bình đổ ngập nước, tiến hành gia nhiệt, theo dõi nhiệt độ bình đun nước nhiệt độ cao ổn định, đọc nhiệt độ t1 vật - Dùng nhiệt kế dài