Giáo trình Đo lường điện lạnh (Ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí)

-1UBND TỈNH HẢI PHỊNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG Giáo trình: Đo lường điện lạnh Chun ngành: Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí (Lưu hành nội bộ) HẢI PHÒNG -2TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm -3LỜI GIỚI THIỆU Modul đo lường điện - lạnh môn học thiết bị đo lường thiết bị quan trọng sử dụng rộng rãi số ngành công nghiệp, đặc biệt ngành kỹ thuật lạnh điều hòa khơng khí Giáo trình biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức lý thuyết thực hành Đo Lường Điện - Lạnh Giáo trình gồm đề cập đến thiết bị đo lường : nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, dụng cụ đo điện đo vôn , ampe, điện trở ….giúp sinh viên nắm rõ lý thuyết thao tác thực hành chuẩn xác Xin trân cảm ơn Quý thầy cô môn Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí, Trường CĐN CN Việt – Hàn Bắc Giang hổ trợ để hoàn thành giáo trình Giáo trình lần biên soạn nên khơng tránh khỏi sai sót, mong nhận ý kiến đóng góp quý bạn đọc Xin trân trọng cảm ơn! -4MỤC LỤC Tiêu đề Bài 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG Trang Định nghĩa phân loại phép đo Các tham số đồng hồ 10 Sơ lược sai số đo lường 11 Bài 2: ĐO LƯỜNG ĐIỆN 13 Khái niệm chung – cấu đo điện thơng dụng 13 Đo dịng điện 18 Đo điện áp 22 Đo công suất 27 Đo điện trở 31 Bài 3: ĐO NHIỆT ĐỘ 33 Khái niệm phân loại dụng cụ đo nhiệt độ 33 Đo nhiệt độ nhiệt kế giãn nở 36 Đo nhiệt độ nhiệt kế kiểu áp kế 39 Đo nhiệt độ cặp nhiệt 40 Đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở 45 Bài ĐO ÁP SUẤT VÀ CHÂN KHÔNG 46 Khái niệm thang đo áp suất 46 Phân loại dụng cụ đo áp suất 47 Đo áp suất áp kế chất lỏng 47 Đo áp suất áp kế đàn hồi 49 Bài ĐO LƯU LƯỢNG 53 Khái niệm phân loại dụng cụ đo lưu lượng 53 Đo lưu lượng công tơ đo lượng chất lỏng 54 Đo lưu lượng theo áp suất động dòng chảy 55 -54 Đo lưu lượng phương pháp tiết lưu Bài ĐO ĐỘ ẨM 56 59 Khái niệm chung 59 Các dụng cụ dùng để đo ẩm 60 -6CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN ĐO LƯỜNG ĐIỆN - LẠNH Mã số mô đun: MĐ 13 Thời gian mô đun: 60giờ (Lý thuyết: 24 giờ; Thực hành: 36 giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN: - Đo lường điện - lạnh mô đun chuyên môn chương trình nghề máy lạnh điều hồ khơng khí - Mơ đun xếp sau học xong môn học sở - Là mô đun quan trọng thiếu nghề kỹ thuật máy lạnh điều hồ khơng khí q trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa máy lạnh thường xuyên phải sử dụng dụng cụ đo kiểm tra dịng điện, điện áp, cơng suất, điện trở, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, độ ẩm II MỤC TIÊU MÔ ĐUN: - Trang bị cho SV khái niệm bản, phương pháp loại dụng cụ đo lường nhiệt, đo lường điện, đo áp suất, lưu lượng - Nắm vững nguyên lý cấu tạo, làm việc dụng cụ đo lường biết ứng dụng trình làm việc - Lựa chọn dụng cụ đo cho phù hợp với cơng việc: Chọn độ xác dụng cụ đo, thang đo xử lý kết đo - Đo xác đánh giá đại lượng đo điện, điện áp, công suất, điện trở, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng độ ẩm - Cẩn thận, kiên trì - Thu xếp nơi làm việc gọn gàng ngăn nắp - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị III NỘI DUNG MÔ ĐUN: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Số TT Tên mô đun Mở đầu Những khái niệm đo lường Đo lường điện Đo nhiệt độ Đo áp suất chân không Tổng số 12 12 12 Thời gian Lý Thực thuyết hành 3 5 7 Kiểm tra* -76 Đo lưu lượng Đo độ ẩm Kiểm tra kết thúc 10 Cộng 60 23 30 1 IV ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH: - Tổ chức giảng dạy theo lớp học lý thuyết thực hành - Số tiết giảng dạy khơng q 30 tiết/tuần - Học sinh phải có tài liệu kèm V PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ: - Đánh giá hiểu biết học sinh theo lý thuyết, câu hỏi kiểm tra thường xuyên - Đánh giá kỹ học sinh theo thực hành - Điểm đánh giá mô đun Đo Lường Điện Lạnh đạt điểm thành phần thỏa mãn: + Điểm lý thuyết: ĐLT ≥ + Điểm thực hành: ĐTH ≥ -Điểm tổng kết tính sau: ĐTK = (ĐLT + ĐTH)/2 -8Bài 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG Định nghĩa phân loại phép đo 1.1 Định nghĩa đo lường Đo lường hành động cụ thể thực công cụ đo lường để tìm trị số đại lượng chưa biết biểu thị đơn vị đo lường Kết đo lường giá trị số đại lượng cần đo AX tỷ số đại lượng cần đo X đơn vị đo Xo  AX  X  X  AX X o Xo Ví dụ: Ta đo U = 50 V xem U = 50 u 50 – kết đo lường đại lượng bị đo u – lượng đơn vị Mục đích đo lường: lượng chưa biết mà ta cần xác định Đối tượng đo lường: lượng trực tiếp bị đo dùng để tính tốn tìm lượng chưa biết Ví dụ: S = a.b mục đích m2 cịn đối tượng m 1.2 Phân loại đo lường Dựa theo cách nhận kết đo lường: 1.2.1 Đo trực tiếp: đem lượng cần đo so sánh với lượng đơn vị dụng cụ đo hay đồng hồ chia độ theo đơn vị đo Các phép đo trực tiếp: - Phép đọc trực tiếp: đo chiều dài mét, đo dòng điện ampe mét, đo điện áp vôn mét, đo nhiệt độ nhiệt kế… - Phép không: đem lượng chưa biết cân với lượng đo biết có cân đồng hồ khơng Ví dụ: cân, đo điện áp - Phép trùng hợp: theo nguyên tắc thước cặp để xác định lượng chưa biết - Phép thay thế: thay đại lượng cần đo đại lượng biết Ví dụ: Tìm R chưa biết nhờ thay điện trở hộp R biết mà giữ nguyên I U - Phép cầu sai: dùng đại lượng gần để suy đại lượng cần tìm (thường để hiệu chỉnh dụng cụ đo độ dài) 1.2.2 Đo gián tiếp: Lượng cần đo xác định tính tốn theo quan hệ hàm biết lượng bị đo trực tiếp có liên quan (trong nhiều trường hợp dùng loại đơn -9giản so với đo trực tiếp, đo gián tiếp thường mắc sai số tổng hợp sai số phép đo trực tiếp) Ví dụ : đo diện tích , đo cơng suất 1.2.3 Đo tổng hợp: Tiến hành đo nhiều lần điều kiện khác để xác định hệ phương trình biểu thị quan hệ đại lượng chưa biết đại lượng bị đo trực tiếp, từ tìm lượng chưa biết Ví dụ :đã biết qui luật giản nở dài ảnh hưởng nhiệt độ là: L = L0(1+αt + βt2) Muốn tìm hệ số α, β chiều dài vật 00c L0 ta đo trực tiếp chiều dài nhiệt độ t Lt , tiến hành đo lần nhiệt độ khác ta có hệ phương trình từ xác định lượng chưa biết tính tốn 1.3 Dụng cụ đo lường Dụng cụ để tiến hành đo lường bao gồm nhiều loại khác cấu tạo, nguyên lý làm việc , công dụng … Về mặt phép đo chia dụng cụ thành loại : vật đo đồng hồ đo + Vật đo : biểu cụ thể đơn vị đo : cân , mét , điện trở tiêu chuẩn + Đồng hồ đo :là dụng cụ đủ để tiến hành đo lường kèm với vật đo Có nhiều loại khác cấu tạo nguyên lý làm việc Nhưng xét tác dụng phận đồng hồ đồng hồ gồm phận phận nhạy cảm , phận thị phận trung gian + Bộ phận nhạy cảm : (đồng hồ sơ cấp hay đầu đo) tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp với đối tượng cần đo Trong trường hợp phận nhạy cảm đứng riêng biệt trực tiếp tiếp xúc với đối tựợng cần đo gọi đồng hồ sơ cấp + Bộ phận thị đồng hồ : (Đồng hồ thứ cấp) vào tín hiệu phận nhạy cảm cho người đo biết kết Phân loại theo cách nhận lượng bị đo từ đồng hồ thứ cấp + Đồng hồ so sánh: Làm nhiệm vụ so sánh lượng bị đo với vật đo Lượng bị đo tính theo vật đo Ví dụ : cân, điện kế + Đồng hồ thị: Cho biết trị số tức thời lượng bị đo nhờ thang chia độ, thị dịng chữ số - 10 - Hình 1.1: Thang đo thị số + Đồng hồ tự ghi: đồng hồ tự ghi lại giá trị tức thời đại lượng đo giấy dạng đường 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 kiểu tín hiệu: loại phận thị phát tín hiệu (ánh sáng hay âm thanh) đại lượng đo đạt đến giá trị Phân loại theo tham số cần đo: + Đồng hồ đo áp suất : áp kế - chân không kế + Đồng hồ đo lưu lượng : lưu lượng kế + Đồng hồ đo nhiệt độ : nhiệt kế, hỏa kế + Đồng hồ đo mức cao : đo mức nhiên liệu, nước + Đồng hồ đo thành phần vật chất : phân tích Các tham số đồng hồ 2.1 Sai số cấp xác dụng cụ đo Trên thực tế khơng thể có đồng hồ đo lý tưởng cho số đo trị số thật tham số cần đo Đó ngun tắc đo lường kết cấu đồng hồ tuyệt đối hoàn thiện Gọi giá trị đo : Ađ Còn giá trị thực : At Sai số tuyệt đối : độ sai lệch thực tế δ = Ad - At Các loại sai số định tính: Trong sử dụng đồng hồ người ta thường để ý đến loại sai số sau +Sai số cho phép: sai số lớn cho phép vạch chia đồng hồ (với quy định đồng hồ vạch tính chất kỹ thuật) để giữ cấp xác đồng hồ +Sai số bản: sai số lớn thân đồng hồ đồng hồ làm việc bình thường, 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 cịn sai số phụ - 49 - Hình 4.2 Chân không kế Nguyên lý : Khi nhiệt độ không đổi áp suất thể tích tỷ lệ nghịch với P1.V1 = P2.V2 loại dùng để đo chân khơng Đầu tiên giữ bình Hg cho mức Hg nhánh ngã Nối P1 (áp suất cần đo) vào nâng bình lên đến độ lệch áp h  nhánh kín có áp suất P2 thể tích V2  P2 = P1 + γ.h  V2(P1 + γ.h) = P1 - Nếu V2 50 mm Nếu dùng ống Venturi đường ống > 100mm, vành ống phải nhẵn Nhờ nghiên cứu lý luận thực nghiệm lâu dài người ta giả định số thiết bị tiết lưu quy chuẩn Hiện phương pháp đo lưu lượng thông dụng - TBTL quy chuẩn thiết bị TL mà quan hệ lưu lượng giáng áp hồn tồn dùng phương pháp tính tốn để xác định Hình 5.3 Các phương pháp đo tiết lưu 4.3 Nguyên lý đo lưu lượng Ta xét vòng chắn : Nhờ tổn thất dòng qua thiết bị tiết lưu, dựa vào phương trình Becnuli tìm tốc độ trung bình dịng tiết diện đo Xét tiết diện I II ta có thay đổi động :  F2  Fmin F1 F2 dP F1  .d   g  - 58 Dựa vào phương trình liên tục ta có : γ.F. = const Bài ĐO ĐỘ ẨM - 59 Khái niệm chung 1.1 Các khái niệm - Độ ẩm : Là đại lượng đặc trưng cho lượng nước tồn khơng khí Độ ẩm biểu diễn dạng độ ẩm tuyệt đối độ ẩm tương đối + Độ ẩm tuyệt đối khối lượng nước có m3 khơng khí + Độ ẩm tương đối  tỷ số phần trăm lượng nước có m3 khơng khí so với lượng nước cực đại hịa tan m3 khơng khí có nhiệt độ  Gh 100(%) Gmax Trong : Gh – khối lượng nước hịa tan m3 khơng khí Gmax – lượng nước cực đại hịa tan m3 khơng khí có nhiệt độ Từ phương trình trạng thái chất khí : P.V = G.R.T Ta có : Gh  Ph V Rh T Gmax  Pmax V Rh T Trong : P – áp suất V – thể tích T – nhiệt độ chất khí R – hệ số vạn chất khí G – khối lượng khí Các ký hiệu có số h nước Như ta có : V Rh T P 100(%)  h 100(%)  V Pmax Pmax Rh T Ph Khi  = 100% khơng khí bão hịa nước, nghĩa nước bốc tiếp vào không khí Nếu nhiệt độ khơng khí tk < 100 oC tăng nhiệt độ lên, khả hịa tan nước vào khơng khí tăng lên (Pmax tăng) Như tk < 100 oC tăng nhiệt độ chuyển trạng thái khơng khí bão hịa nước sang khơng bão hịa Ngược lại giảm nhiệt độ chuyển trạng thái khơng bão hòa nước sang trạng thái bão hòa nước 1.2 Các phương pháp đo độ ẩm 1.2.1 Phương pháp điểm sương Dựa vào tính chất chuyển trạng thái khơng khí từ khơng bão hịa nước sang bão hòa nước giảm nhiệt độ Trước hết đo nhiệt độ khơng - 60 khí dựa vào giá trị nhiệt độ xác định áp suất nước bão hịa khí Pmax Giảm nhiệt độ khơng khí chuyển từ trạng thái khơng bão hòa sang trạng thái bão hòa nước đo nhiệt độ trạng thái Nhiệt độ gọi nhiệt độ điểm sương Để phát thời khắc đặt gương để quan sát, mặt gương có phủ mờ bụi nước điểm sương Dựa vào điểm sương để xác định phân áp suất nước bão hòa Pđs Đây áp suất nước khơng khí Độ ẩm tương đối xác định theo cơng thức :  Pđs 100(%) Pmax Như phương pháp điểm sương đo độ ẩm tuyệt đối tương đối 1.2.2 Phương pháp bốc ẩm Tốc độ bốc nước vật ẩm phụ thuộc vào độ ẩm khơng khí Khi độ ẩm tăng tốc độ bốc ẩm giảm độ ẩm dạt 100% trình bốc ẩm không xảy Để đo độ ẩm phương pháp người ta sử dụng nhiệt kế : nhiệt kế bình thường dùng để đo nhiệt độ khơng khí gọi nhiệt kế khơ có nhiệt độ tk nhiệt kế có bầu dịch bọc lớp luôn ẩm, ẩm bốc lấy nhiệt thân nhiệt kế nên nhiệt độ giảm xuống có giá trị ta gọi nhiệt độ nhiệt kế ẩm Độ ẩm khơng khí xác định :  Pa  A.P(t k  t a ) Pk Trong : Pa – áp suất nước bão hịa khơng khí có nhiệt độ ta Pk – áp suất nước bão hòa khơng khí có nhiệt độ tk P – áp suất môi trường đo A – số phụ thuộc vào cấu tạo ẩm kế, tốc độ không khí bao quanh nhiệt kế ẩm áp suất mơi trường đo Phương pháp đo độ ẩm tương đối 1.2.3 Phương pháp biến dạng Các chất thay đổi độ ẩm thay đổi kích thước Tuy nhiên muốn sử dụng tính chất để làm cảm biến đo độ ẩm đòi hỏi phải bảo đảm độ nhạy cần thiết, mối liên hệ kích thước độ ẩm phải quán, quán tính cảm biến phải nhỏ nghĩa vật chất làm cảm biến đo độ ẩm phải nhạy cảm với thay đổi độ ẩm mơi trường xung quanh Tóc vật liệu bảo đảm đầy đủ yêu cầu cảm biến đo độ ẩm sử dụng để chế tạo ẩm kế tóc Ẩm kế tóc đo độ ẩm tương đối khơng khí 1.2.4 Phương pháp dẫn điện - 61 Các vật liệu cách điện thay đổi độ ẩm thay đổi khả cách điện Đo điện trở vật liệu cách điện xác định độ ẩm nó, mà độ ẩm vật liệu lại trực tiếp phụ thuộc vào độ ẩm môi trường không khí bao quanh Một vật liệu cách điện sử dụng làm cảm biến đo độ ẩm phải tuân thủ yêu cầu nêu độ nhạy, tính quán tính nhạy cảm với thay đổi độ ẩm môi trường xung quanh Các dụng cụ dùng để đo ẩm 2.1 Ẩm kế dây tóc Ẩm kế dây tóc ẩm kế làm việc theo nguyên lý : Khi độ ẩm mơi trường thay đổi chiều dài dây tóc thay đổi Hình 6.1 Ẩm kế dây tóc Sơ đồ cấu tạo ẩm kế dây tóc 1- dây tóc (30 ÷ 50) mm với đường kính 0,05 mm ; – dây kéo ; – lị xo ; – kim tím ; – gương ; – kim ; – điều chỉnh ; – bảng điều khiển 2.2 Ẩm kế ngưng tụ Để đo độ ẩm môi chất nhiệt độ cao người ta phải sử dụng ẩm kế làm việc nguyên tắc đo nhiệt độ điểm đọng sương Hình 6.2 Cấu tạo ẩm kế ngưng tụ - 62 Nguyên lý hoạt động : Ống trụ trịn (1) mà mặt ngồi gia cơng nhẵn bóng đóng vai trị mặt gương tiếp xúc với môi chất cần xác định độ ẩm Phía hình trụ cho chất lỏng làm lạnh liên tục chảy qua với nhiệt độ điều chỉnh đốt nóng điện (2) Để trì nhiệt độ dịch thể làm lạnh người ta dùng rơ le điện từ (3) tế bào quang điện (F) Tế bào quang điện (F) nhận tia sáng bóng đèn (4) qua phản xạ gương Khi nhiệt độ vách trụ hay nhiệt độ mặt gương nhiệt độ đọng sương mặt gương xuất sương mù Chính sương mù đọng lại mặt gương làm giảm dòng ánh sáng phản xạ đến tế bào quang điện (F) Kết rơ le điện từ (3) tác động ngắt dịng điện vào đốt nóng (2) Căn vào nhiệt độ đọng sương người ta xác định độ ẩm môi chất 2.3 Ẩm kế điện ly Loại dùng để đo lượng nước nhỏ khơng khí chất khí Phần tử nhạy ẩm kế đoạn ống dài khoảng 10 cm Trong ống hai điện cực platin rodi, chúng lớp P2O5 Khi chất khí nghiên cứu chạy qua ống đo nước bị lớp P2O5 hấp thụ hình thành H2PO3 Đặt điện áp chiều cỡ 70V hai điện cực gây tượng điện phân nước giải phóng O2, H2 tái sinh P2O5 Dòng điện điện phân I = k.Cv, tỉ lệ với nồng độ nước Cv k 96500  Qc , Qc lưu lượng khí qua đầu đo (m /s) 9.10 Hình 6.3 Ẩm kế điện ly 2.4 Ẩm kế tụ điện polyme Ẩm kế tụ điện sử dụng điện môi màng mỏng polyme có khả hấp thụ phân tử nước Hằng số điện môi ε lớp polyme thay đổi theo độ ẩm, điện dung tụ điện polyme phụ thuộc vào ε, tức phụ thuộc vào độ ẩm : C  o A L ε – số điện môi màng polyme εo – số điện môi chân không A – điện tích cực - 63 L – chiều dày màng polyme Vì phân tử nước có cực tính cao, hàm lượng ẩm nhỏ dẫn tới thay đổi điện dung nhiều Hằng số điện môi tương đối nước 80 vật liệu polyme có số điện mơi từ đến ẩm kế tụ điện polyme phủ điện cực thứ tantan, sau lớp Cr dày 100 Ao đến 1000 Ao phủ tiếp lên polyme phương pháp bay chân khơng Hình 6.4 Ẩm kế polyme Các thông số chủ yếu ẩm kế tụ điện polyme : - Phạm vi đo từ đến 100% - Dải nhiệt độ - 40 đến 100oC - Độ xác ± 2% đến ± 3% - Thời gian hồi đáp vài giây - Ít chịu ảnh hưởng nhiệt độ, phần tử nhạy nhúng vào nước mà không bị hư hỏng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Tài – Thực Hành Lạnh Cơ Bản – NXBGD - 2010 [2] Nguyễn Đức Lợi – Tủ lạnh, Tủ Đá, Tủ Kem – NXBKHKT - 2001 [3] Nguyễn Đức Lợi – Đo Lường Tự Động Hóa Hệ Thống Lạnh – NXBKHKT 2001 ... diễn kết đo lường phép đo kỹ thuật phép đo xác Bài 2: ĐO LƯỜNG ĐIỆN - 13 Khái niệm chung – cấu đo điện thông dụng 1.1 Khái niệm chung Khái niệm: Đo lường điện xác định đại lượng vật lý dòng điện. .. thang đo điện trở hay thang đo dòng điện đo vào điện áp xoay chiều => Nếu nhầm đồng hồ bị hỏng ! Để nhầm thang đo dòng điện, đo vào nguồn AC => hỏng đồng hồ Để nhầm thang đo điện trở, đo vào nguồn... BẢN VỀ ĐO LƯỜNG Trang Định nghĩa phân loại phép đo Các tham số đồng hồ 10 Sơ lược sai số đo lường 11 Bài 2: ĐO LƯỜNG ĐIỆN 13 Khái niệm chung – cấu đo điện thông dụng 13 Đo dòng điện 18 Đo điện