C4 do nhiet do cam bien ki thuat do

Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- Chương Đo nhiệt độ 4.1 KHÁI QUÁT Mục đích ý nghĩa đo nhiệt độ Nhiệt độ thông số biểu thị trạng thái mơi chất, cho ta biết số tính chất môi chất môi trường nhiệt độ mà mơi chất chịu ảnh hưởng Nhiệt độ đo nhờ tượng trao đổi nhiệt vật có nhiệt độ khác nhau, dựa vào thay đổi tính chất vật lý vật thể bị nung nóng làm lạnh, tức bị thay đổi nhiệt độ Quá trình phát triển tối ưu hố động đốt gắn liền với nghiên cứu trình truyền nhiệt Trong đặc biệt q trình truyền nhiệt mơi chất cơng tác (khí khí cháy) với thành buồng cháy, ảnh hưởng định tới hiệu suất tức tiêu hao nhiên liệu chất lượng khí xả tỉ trọng nhiệt tiêu tạo buồng cháy, tức tuổi thọ động Mặt khác, truyền nhiệt từ môi chất đến thành buồng cháy thông số để phân tích mơ hình hố q trình cháy, điều kiện biên việc tính toán tải trọng lên chi tiết xuất khí xả có hại Đơn vị đo nhiệt độ Cơ sở đơn vị đo nhiệt độ dựa vào chuẩn theo quy ước quốc tế sau: Nhiệt độ nóng chảy nước đá áp suất 760 torr độ nhiệt độ sôi nước áp suất 760 torr 100 độ, chia khoảng 100 phần, phần ứng với độ Khoảng chia đơn vị nhiệt độ theo cách gọi độ celsius viết tắt 0C (gọi 0C để kỉ niệm người nghĩ phương pháp phân chia nhiệt độ Anders Celsius (1701-1744) vào năm 1736) Để thực việc phân chia nhiệt độ khoảng nhiệt độ khác lớn 100 0C nhỏ 00C phải quy định điểm chuẩn sau: + Nhiệt độ sôi Oxy áp suất 760 torr -182,970C + Điểm nóng chảy nước đá áp suất 760 torr 0,00 0C + Điểm sôi nước áp suất 760 torr 100,000C + Điểm sôi lưu huỳnh áp suất 760 torr 444,600C + Điểm đông đặc bạc áp suất 760 torr 960,800C + Điểm đông đặc vàng áp suất 760 torr 1063,000C dùng phương pháp đo đặc biệt sau để phân chia: a) nhiệt độ hoá lỏng nước đá 630,50C nhiệt độ hoá lỏng an-timoan dùng nhiệt kế điện trở Platin theo công thức sau: Rt = R0 (1 + At + Bt2) Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- Các giá trị R0, A B số xác định điện trở điểm hoá lỏng nước đá, điểm nước sôi điểm lưu huỳnh sôi b) Từ -1900 đến điểm tan nước đá dùng nhiệt kế điện trở platin theo công thức sau: Rt = R0 [1 + At + Bt2 + (C - 100)t3] Các giá trị R0, A B số xác định phần a) Giá trị C số xác định nhờ điểm sôi Oxy c) Giữa 630,50 điểm hoá lỏng vàng 10630, việc chia nhiệt độ thực cặp nhiệt ngẫu Platin-Platin Rhodium tiêu chuẩn; đầu đặt 00C đầu nhiệt độ đo, ta có quan hệ: E = a + bt + ct2 a, b c số xác định nhờ điểm đông đặc antimoan, bạc vàng d) Nhiệt độ điểm nóng chảy vàng xác định phép đo dùng cường độ ánh sáng Ngoài thang nhiệt độ qui ước quốc tế thừa nhận sử dụng trình bày trên, vật lí kỹ thuật cịn sử dụng rộng rãi thang nhiệt độ nhiệt động học Kelvin đưa năm 1892 gọi độ không tuyệt đối, viết tắt K Quan hệ 0C K sau: 00C = 273,15 K Người ta thường xun tính tốn chuyển đổi từ độ C sang độ K Trong kỹ thuật, phép đo sử dụng công thức sau: T(K) = t(0C) + 273 Ngoài hai hệ đơn vị dùng phổ biến hầu khắp nước giới, Mỹ dùng hệ đơn vị nhiệt độ khác gọi 0F (Fahrenheit) Quan hệ đơn vị 0F 0C sau: C = 5/9 (0F - 32) Có thể lấy ví dụ nước sơi áp suất 760mm Hg 1000C 212 0F nước đá tan 00C 320F Phân loại phương pháp đo nhiệt độ a Đo nhiệt độ nhờ phương pháp tiếp xúc Kiểu khí: Thay đổi thể tích, thay đổi lực căng Kiểu điện: Thay đổi điện trở, sinh điện b Đo nhiệt độ nhờ xạ Toàn phần, phần, xạ màu Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- Phương pháp đo nhiệt độ Truyền nhiệt nhờ tiếp xúc Phương pháp học Thay đổi thể tích Truyền nhiệt nhờ xạ Phương pháp điện Thay đổi lực căng Thay đổi điện trở Các phương pháp khác Nhiệt kế sinh điện Nhiệt nóng chảy Nhiệt biểu thị màu Bức xạ toàn phần Bức xạ phần Bức xạ màu Sơ đồ phân loại cho thấy dựa vào phương thức truyền nhiệt từ vật cần đo đến đầu cảm thiết bị đo, người ta chia thiết bị đo nhiệt độ làm loại thiết bị đo nhiệt độ dựa vào truyền nhiệt tiếp xúc dựa vào truyền nhiệt xạ Bằng hai phương thức truyền nhiệt có hàng loạt thiết bị đo nhiệt độ đời sử dụng lĩnh vực kỹ thuật Phạm vi ứng dụng thiết bị đo nhiệt độ kỹ thuật sau: Nhiệt kế thủy tinh chất lỏng : -200 đến + 7000C Nhiệt kế đàn hồi chất lỏng : - 35 đến + 6000C Nhiệt kế điện trở : -250 đến + 6000C Cặp nhiệt ngẫu : -250 đến + 18000C (có thể đến +30000C) Bức xạ kế : đến + 6000C đến +30000C 4.2 CÁC LOẠI NHIỆT KẾ Hình 4.1 Nhiệt kế chất khí, nhiệt kế chất lỏng Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- 1.Nhiệt kế thủy tinh chất lỏng Nhiệt kế thuỷ tinh chất lỏng đo nhiệt độ dựa vào giãn nở khác chất lỏng làm nhiệt kế thủy tinh nhiệt độ thay đổi Nhiệt kế thuỷ tinh chất lỏng dùng phổ biến nhiệt kế thuỷ ngân (nhiệt kế thuỷ tinh có chất lỏng dùng thuỷ ngân) để đo nhiệt độ -300C đến +6250C, thạch anh đo đến +7500C Ở loại nhiệt kế tốt (có độ xác cao đo nhiệt độ cao) khơng gian phía thuỷ ngân (ở ống nhỏ) phải hút chân khơng nhằm loại trừ oxy hố thuỷ ngân Trong trường hợp đo nhiệt độ 2500C người ta phải đưa vào khơng gian khí trơ, thường Nitơ, để tránh oxy hoá bay thuỷ ngân Để đo nhiệt độ thấp, chất lỏng dùng nhiệt kế thuỷ tinh chất lỏng chất hữu pentan, rượu, toluen Nhược điểm loại chất lỏng hệ số giãn nở phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ vạch chia khơng thể Ngồi loại chất lỏng có khả dẫn nhiệt nên sức ỳ lớn, tức thời gian cần thiết để đọc kết kéo dài Sự lão hố thuỷ tinh làm cho bị thay đổi thể tích dẫn đến sai số điểm khơng nhiệt kế Với loại thuỷ tinh tốt, người ta tiến hành q trình lão hố nhân tạo loại trừ tượng sai số nói Ngồi q trình sử dụng gặp nguyên nhân sai số khác song loại nhiệt kế tốt phải bảo đảm sai số nhiệt kế sinh nằm phạm vi sai số đọc Sai số thường gặp tiết diện ống dẫn chất lỏng không Sai số làm sáng tỏ hiệu chỉnh nhiệt kế Khi lắp ghép nhiệt kế thuỷ tinh để đo nhiệt độ phải ý bảo đảm điều kiện đọc kết thuận lợi tránh sai số đọc chiếu sáng không đồng gây Nhiệt kế đàn hồi chất lỏng (Nhiệt kế kiểu áp kế) Loại nhiệt kế áp suất chất lỏng độ lớn trực tiếp để đo nhiệt độ áp suất sinh giãn nở chất lỏng nhiệt độ thay đổi Chất lỏng sử dụng phổ biến thuỷ ngân Ngoài người ta sử dụng chất hữu thể lỏng Phạm vi đo loại nhiệt kế nằm khoảng -35 đến + 6000C Ưu điểm loại nhiệt kế so với nhiệt kế thuỷ tinh chất lỏng là: - Ít nhạy cảm với rung động áp suất - Có thể dẫn kết xa - Có thể ghi cách liên tục kết đo Hình 4.2: Sơ đồ ngun lí nhiệt kế đàn hồi chất lỏng Hình 4.2 giới thiệu kết cấu nhiệt kế đàn hồi chất lỏng Đầu cảm nhiệt độ nối với ống thẳng quanh co ống nhỏ phận truyền kết xa, nối với Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- phận Bộ phận (hiện kết đo) bao gồm ống đàn hồi 3, đòn truyền động 4, vành bánh xe 5, bánh xe kim Tất phận đầu cảm, ống nhỏ truyền áp suất ống đàn hồi chứa chất lỏng làm áp kế dùng để truyền áp suất từ đầu cảm đến phận Khi nhiệt độ đầu cảm tăng áp suất tăng lên áp suất dẫn đến ống đàn hồi làm cho dịch chuyển Nhờ mà kim thay đổi vị trí tương ứng với nhiệt độ đầu cảm Vật liệu làm đầu cảm phải chịu áp suất nhiệt độ cao chịu tác dụng mơi trường đo Ngồi cịn phải bền với thuỷ ngân Vì đại đa số trường hợp phải dùng thép hợp kim Nhờ sử dụng nhiệt kế đàn hồi khơng cần phải lưu ý bảo vệ Nhiệt kế đàn hồi có qn tính tương đối nhỏ Người ta hạ thấp qn tính cách tăng diện tích bề mặt đầu cảm nhiệt độ so với thể tích chất lỏng (làm chiều dài lớn mà đường kính nhỏ) Ưu điểm loại nhiệt kế lắp thiết bị báo nhiệt cách xa điểm cần đo Nhiệt kế kiểu áp kế dùng mơi chất cơng tác là: chất lỏng, khí Tùy thuộc vào chất lỏng cho vào nhiệt kế đàn hồi mà phân loại nước, khí, thường có loại sau: - Thuỷ ngân, khoảng đo -30 đến +6000C - Clorua metyl (CH3Cl), khoảng đo đến +1000C - Clorua etyl, khoảng đo đến +1200C - Ête etyl (C(C2H5 )2O), khoảng đo đến +1500C - Aceton (C(CH3 )2CO), khoảng đo đến +1700C - Benzen (C6H6), khoảng đo đến +2200C Ngồi có loại nhiệt kế đàn hồi chất lỏng khí Nitơ hay Heli có khoảng đo 130 đến +5500C Loại có ưu điểm đo khoảng nhiệt độ lớn đầu cảm, ống dẫn, ống đàn hồi có áp suất lớn nên chịu ảnh hưởng áp suất môi trường đo Trong q trình sử dụng gặp phải dịch chuyển điểm khơng thay đổi thể tích đàn hồi vật liệu, nên sau thời gian sử dụng nhiệt kế đàn hồi phải kiểm tra lại cách so sánh với nhiệt kế thuỷ tinh trường hợp cần thiết phải điều chỉnh lại Nếu ảnh hưởng nhiệt độ môi trường không loại trừ (nhờ cấu bù trừ), thay đổi nhiệt độ mơi trường so với nhiệt độ hiệu chỉnh làm cho nhiệt kế đàn hồi thuỷ ngân có sai số sau: 1-Nhiệt kế khơng có cấu bù trừ nhiệt độ Sai số cho met ống dẫn chênh lệch nhiệt độ ± 10C so với nhiệt độ hiệu chỉnh ± 0,02% khoảng (lấy thể tích phận đàn hồi 5m ống dẫn) 2-Nhiệt kế có bù trừ phần (khơng có bù trừ ống dẫn) Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- Sai số cho met ống dẫn chênh lệch nhiệt độ ± 10C so với nhiệt độ hiệu chỉnh ± 0,008% phạm vi Ví dụ: Nhiệt kế khơng có bù trừ nhiệt độ có phạm vi a = 3000C, chiều dài ống dẫn L = 5m, thay đổi nhiệt độ môi trường tu = +100C Sai số là: f = Ätu.(L + 5).a.0,02.10-2 (0C) = +10.(5+5).300.0,02.10-2 = + 0C Ngồi cịn phải tính đến sai số cấu chỉ, bình thường khoảng ± 1% khoảng Khi lắp đặt đầu cảm nhiệt độ vào môi trường có áp suất cao cịn phải ý đến sai số áp suất thay đổi gây Sai số thường khoảng 0,1% phạm vi thay đổi áp suất 15 atm Như ta thấy loại nhiệt kế có độ xác khơng cao Nếu u cầu độ xác cao vị trí đo khó đến gần phải sử dụng thiết bị đo nhiệt độ điện Để loại trừ ảnh hưởng chênh lệch nhiệt độ môi trường xung quanh người ta thường làm thêm phận bọc bảo vệ đường ống Nhiệt kế điện a Nhiệt kế điện trở nhiệt Thang đo -273oC đến + 1300oC Nguyên lý làm việc nhiệt kế điện trở dựa vào thay đổi điện trở theo nhiệt độ vật liệu dẫn điện Bên ngồi nhiệt kế điện trở nhiệt trơng ống đo bình thường Vỏ bảo vệ thủy tinh, kim loại gốm, bên dây điện trở quấn quanh cách điện Loại đơn giản làm việc mơi trường khơng bị tác dụng hố học khơng cần lớp vỏ bảo vệ Vật liệu thường dùng để chế nhiệt kế điện trở nhiệt Platin, đồng, niken Platin: Là vật liệu dễ nóng cao độ khiết nhất, có tính ơxy hóa cao mơi trường ơxy hóa, đồng thời dễ phục hồi lại nhiệt kế chế tạo từ Platin cho kết đo xác Trong vịng từ  1000C đo với độ xác 0,0010C Giới hạn đo: - 200  13000C Loại có giá thành cao Liên quan Rt nhiệt độ không tuyến tính Từ - 200  00C Rt = Ro {1 + aT + bT2 + c (T - 100)T3} Từ -  6500 C Rt = Ro {1 + aT + bT2 } Đồng: Dùng để đo vùng nhiệt độ thấp Trong vùng -500C  1500C liên quan Rt nhiệt độ tuyến tính Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- Niken: Ứng dụng để đo nhiệt độ vùng -500C  2000C Nhược điểm khó tạo Niken nguyên chất nên tạp chất có lẫn niken ảnh hưởng lớn đến hệ số nhiệt Nhiệt kế điện trở mắc theo cầu đo Wheatstone để đo Điện cực Dây điện trở Điện cực Vỏ Hình 4.3 Nhiệt kế điện trở nhiệt b Nhiệt kế bán dẫn (Thermistor) Đó loại nhiệt kế mà phần tử cảm biến nhiệt độ chế tạo chất bán dẫn gọi Termisto Đặc điểm Termisto điện trở biến đổi lớn theo nhiệt độ theo quan hệ RT = Ae B T Trong đó: Hình 4.4 Một số cách lắp nhiệt kế điện trở nhiệt - A: hệ số phụ thuộc vào kích thước, hình dạng - B: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu Thành phần Termisto bột oxyt kim loại Mangan, Sắt, Niken hỗn hợp tinh thể MgAL4O4 ZnTiO4 Nhiệt kế Termisto chế tạo cách ép định hình, sau nung 10000C mơi trường oxy hóa Trong năm gần nhiệt kế Termisto dùng nhiều ưu điểm: độ nhạy cao, ổn định, kích thước nhỏ hình dạng dễ thay đổi chế tạo, dùng để đo nhiệt độ chi tiết chuyển động động Một số sơ đồ mắc nhiệt kế Termisto: - Đo vôn kế ampe kế Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- Hình 4.5 Sơ đồ mắc nhiệt kế bán dẫn a Đo vôn kế ampe kế; b Đo phương pháp so sánh Nhiệt kế Rt cung cấp từ nguồn Ui dòng I chạy mạch điều chỉnh nhờ biến trở Rđc đo Ampe kế có điện trở r Điện áp đầu nhiệt kế đo vôn kế Điện trở nhiệt kế tính cơng thức: Rt = U − rI U = −r I I - Đo phương pháp so sánh: Dùng vơn kế có điện trở r để đo điện áp đầu nhiệt kế (UR)và điện trở Ur Dù vôn kế đặt vị trí ta có I khơng đổi: Rt = r UR Ur c Cặp nhiệt ngẫu Thang đo -250oC đến + 1800oC (có thể đến +3000oC) Sai số 0,1÷3 % Cặp nhiệt ngẫu chế tạo dây kim loại khác Hai dây kim loại hàn ghép nguội với đầu đầu đo 1, hai đầu cịn lại nối với dây dẫn, từ nối đến thị nhiệt độ Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- Hình 4.6 Sơ đồ cặp nhiệt ngẫu Khi đưa đầu đo vào môi trường cần đo nhiệt độ, hiệu ứng nhiệt điện cặp nhiệt ngẫu phát sinh sức điện động Người ta thấy rằng: sức điện động cặp nhiệt ngẫu không phụ thuộc vào mức độ chênh lệch nhiệt độ đầu đo đầu đo mà phụ thuộc vào nhiệt độ thân đầu E = f(T1) - f(T2) Nếu điểm giữ nhiệt độ khơng đổi thì: E = f(T1) - A Điểm gọi điểm so sánh Điểm so sánh thường giữ nhiệt độ 00C (bằng nước đá) 200C Để tránh tác động ảnh hưởng nhiệt xạ tác động khác ảnh hưởng đến nhiệt độ điểm so sánh, người ta phải kéo điểm so sánh đoạn dây gọi dây bù Dây bù phải có tính chất điện tương đương với kim loại cặp nhiệt ngẫu Đối với cặp nhiệt ngẫu làm dây kim loại khơng (ví dụ Fe - ko) dây bù làm vật liệu có đường kính lớn để giảm sụt áp dây dẫn Đối với cặp nhiệt ngẫu làm vật liệu (ví dụ PtRh Pt) dây bù làm kim loại khác rẻ tiền Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- 10 Cặp nhiệt ngẫu có đầu dây để đấu với dây bù, đầu + đánh dấu màu đỏ đầu - thường không sơn màu Ngoài ra, cặp nhiệt ngẫu khác sơn vỏ màu khác để dễ phân biệt.Ví dụ: Hình 4.7 Kết cấu cặp nhiệt ngẫu loại có vỏ bọc Cặp nhiệt ngẫu: Đồng - Konstantan (Cu - KO) sơn màu nâu Sắt - Konstantan (Fe - KO) sơn màu xanh da trời Nicrom - Niken (NiCr - Ni) sơn màu xanh Platin - Platin Rodium (Pt - PtRh) sơn màu trắng Bảng 4.1 Các qui định sử dụng dây bù số loại cặp nhiệt ngẫu Vật liệu màu sơn dây bù Loại Cặp nhiệt ngẫu (+) Sơn (-) Sơn Đồng - Konstantan Đồng Đỏ Konstantan Cromen - Alrimen Đồng Đỏ Côpen Platin - Platin Rodium Đồng Đỏ Sắt - Konstantan Sắt Trắng Sắt - Cơpen Sắt Trắng Cromen - Cơpen Cromen Tím Đặc tính cặp nhiệt ngẫu thường cung cấp kèm thiết bị, tham khảo tài liệu kỹ thuật Bảng 4.2 Đặc tính số loại cặp nhiệt ngẫu Cặp nhiệt ngẫu Độ xác Khoảng đo (C) Độ nhạy(V/độ) Đồng-Konstantan -190  400 1862  1,5% Sắt-Konstantan -190  850 3060  4 (t400 C)  1% (t400 C) Chromel-Alumel 40  1350  3 (t400 C)  1%(t400 C) PlatineRodium  2000 514  3 (t600 C) 13% - Platine  0,5%(t400C) Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- 11 Bảng 4.3 Quan hệ sức điện Bảng 4.4 Quan hệ sức điện động E động E nhiệt độ T cặp nhiệt độ T cặp nhiệt ngẫu nhiệt ngẫu Sắt – Konstantan PlatineRhodium 6% – PlatineRhodium (dạng J) 30% (dạng B) ToC E(mV) To C E(mV) To C E(mV) To C E(mV) -210 -8.096 300 16.325 0 950 4.386 -170 -7.122 340 18.537 50 0.002 1000 4.833 -150 -6.459 380 20.743 100 0.033 1050 5.297 -110 -5.036 400 21.846 150 0.092 1100 5.777 -70 -3.344 420 22.949 200 0.178 1150 6.273 -50 -2.431 440 24.054 250 0.291 1200 6.783 -30 -1.481 460 25.161 300 0.431 1250 7.308 -10 -0.501 480 26.272 350 0.596 1300 7.845 1.019 500 27.383 400 0.786 1350 8.393 20 1.019 520 28.511 450 1.002 1400 8.952 60 3.115 540 29.542 500 1.241 1450 9.519 80 4.186 560 30.782 550 1.505 1500 10.044 100 5.268 580 31.933 600 1.791 1550 10.674 120 6.359 600 33.096 650 2.1 1600 10.257 140 7.457 620 34.275 700 2.43 1650 11.842 160 8.566 640 35.464 750 2.782 1700 12.426 180 9.667 660 36.571 800 3.154 1750 13.008 200 10.777 680 37.893 850 3.546 1800 13.585 220 11.887 700 39.13 900 3.957 1850 13.814 Bảng 4.5 Quan hệ sức điện động E nhiệt độ t cặp nhiệt ngẫu Chromel-Alumel (dạng K) o o tC E(mV) t C E(mV) toC E(mV) toC E(mV) -200 -5.891 220 8.938 640 26.599 1060 43.585 -180 -5.550 240 9.745 660 27.445 1080 44.349 -160 -5.141 260 10.56 680 28.288 1100 45.101 -140 -4.669 280 11.793 700 29.128 1120 45.101 -120 -4.138 300 12.207 720 29.965 1140 46.612 -100 -3.553 320 13.456 740 30.799 1160 47.356 -80 -2.920 340 13.874 760 31.629 1180 48.095 -60 -2.243 360 14.712 780 32.445 1200 48.828 -40 -1.527 380 15.552 800 33.277 1220 49.555 -20 -0.777 400 16.395 820 34.095 1240 50.276 0.000 420 17.241 840 34.909 1260 50.99 20 0.397 440 18.088 860 35.718 1280 51.697 40 1.661 460 18.938 880 36.541 1300 52.098 60 2.436 480 19.788 900 37.325 1320 52.398 80 3.226 500 20.64 920 38.122 1340 53.782 100 4.095 520 21.066 940 38.915 1360 54.466 120 5.919 540 22.346 960 39.703 1370 54.807 140 5.733 560 23.198 980 40.096 Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- 12 Bảng 4.6: Các cặp nhiệt tiêu chuẩn sử dụng Cặp nhiệt ngẫu Đo lâu đến (0C) Sắt - Constantan 600 Trên 6000C cháy nhánh sắt, d = 3mm đo tới 7000C, dễ bị oxy hố (gỉ), mơi trường khử bền, dùng đo nhiệt độ thấp Đồng - Constantan 400 Bị phá huỷ mơi trường oxy hố Đo nhiệt độ thấp đến -2000C 700 Điện nhiệt cao Điện trở lớn Bị phá huỷ môi trường khử lưu huỳnh Nikel Crom - Nikel 900 Khó biến dạng Trên 5000C bị tác dụng phá hoại môi trường khử lưu huỳnh Đối với oxy hoá bền Nikel sắt - Nikel 1000 Cho đến 1500C điện nhiệt Vì nên khơng phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ vị trí so sánh Trên 8000C phải có bảo vệ mơi trường oxy hố Platin Rhodium - Platin 1300 Trong mơi trường oxy hố đến 12000C bền Cần có ống bảo vệ chống phá hoại mơi trường hố học giới hạn sử dụng đến 16000C Nikel Crom Constantan - Lưu ý Cấu tạo cặp nhiệt ngẫu gồm đầu đo đặt ống bảo vệ để trần Trong thực tế cặp nhiệt ngẫu mắc theo sơ đồ sau: - Trường hợp yêu cầu để tăng độ nhạy phép đo, người ta mắc nối tiếp nhiều cặp nhiệt ngẫu - Khi cần xác định hiệu nhiệt độ số điểm thời gian, ta mắc theo kiểu vi sai Hình 4.8 Các phương pháp lắp cặp nhiệt ngẫu a, Lắp nối tiếp; b, Lắp vi sai Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- 13 - Nếu cần đo nhiệt độ trung bình số điểm thời gian, ta mắc song song Sai số sử dụng cặp nhiệt ngẫu: Khi đo cặp nhiệt ngẫu, sai số sau có ảnh hưởng nhiều đến kết đo, cần cố gắng giữ sai số giá trị nhỏ a) Sai số đo lắp đặt cặp nhiệt ngẫu không với quy cách sau: - Tiếp xúc với chi tiết - Tăng tiếp xúc đồng đỏ tổn thất nhiều b) Thế hiệu nhiệt cặp nhiệt ngẫu dao động, vượt phạm vi cho phép, cần đổi lắp cặp nhiệt ngẫu khác c) Nhiệt độ điểm so sánh thay đổi không trùng với nhiệt độ so sánh đồng hồ sử dụng Nhiệt độ điểm so sánh ta biết giữ khơng đổi cách dùng bình giữ nhiệt (ngâm nước đá) qua vị trí điều nhiệt Cịn nhiệt độ điểm so sánh khơng trùng với nhiệt độ so sánh chuẩn đồng hồ cần hiệu chỉnh lại kết đo theo công thức sau: Trường hợp đồng hồ ghi 0C T = Tđ+ c (Tst - Tsđ) Trong đó: T : Nhiệt độ thực tế Td : Nhiệt độ đọc đồng hồ đo c : Hệ số hiệu chỉnh Hệ số thay đổi theo nhiệt độ, lấy gần đúng: c = Trường hợp Fe - Ko NiCr - Ni c = 0,5 Trường hợp PtRh - Pt Tst: Nhiệt độ so sánh thực Tsd: Nhiệt độ so sánh đồng hồ Nếu đồng hồ đo mV thì: U = Uđ + K(Tst - Tsđ) Trong đó: U: Thế hiệu thực tế Uđ : Thế hiệu đọc đồng hồ đo K: Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc đường đặc tính cặp nhiệt ngẫu Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- 14 d) Sai số điện trở cặp nhiệt ngẫu, dây bù dây dẫn lại, khác với giá trị điện trở tương đương chúng đồng hồ đo Sai số loại trừ cách chỉnh lại kết đo Ta có: I= R CN U + R B + R C + Râh Trong đó: RB I : Dịng điện U : Thế hiệu thực tế RCN : Điện trở cặp nhiệt : Điện trở dây bù RC : Điện trở dây lại Rđh : Điện trở đồng hồ Ta có: Uđh = I (Rđh + Rtđ) Trong đó: Uđh : Thế hiệu nhiệt đọc đồng hồ Rtd : Điện trở tương đương cặp nhiệt ngẫu, dây bù dây lại đồng hồ Từ hai phương trình ta có: U = U âh R CN + R B + R C + R âh R âh + R tâ Thông thường, người ta hiệu chỉnh lại cặp nhiệt ngẫu (mới chế tạo vừa khôi phục lại) cách so sánh suất điện với nhiệt kế mẫu cách đặt trực tiếp vào môi trường có nhiệt độ xác nhiệt độ nước đá tan, nhiệt độ sơi nước, nhiệt độ nóng chảy chất Hiệu chỉnh nhiệt độ cho cặp nhiệt ngẫu: Phương trình cân nhiệt cặp nhiệt ngẫu viết sau: Tg = T +    CD  dT T +    4  dt Trong đó: C,D Khối lượng riêng, hệ số xạ nhiệt, nhiệt dung riêng đường kính dây chế tạo cặp nhiệt : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu môi trường đo cặp nhiệt ngẫu Tg, T: Nhiệt độ thật điểm đo nhiệt độ cho cặp nhiệt ngẫu  Hằng số stefan Trần Thanh Hải Tùng, Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thơng, ĐHBK ĐN Cảm biến kỹ thuật đo - Chương Đo nhiệt độ 4- 15 Nhiệt độ thật môi trường đo phải hiệu chỉnh hai đại lượng:  T Tổn thất xạ nhiệt    CD  dT Tổn thất quán tính    4  dt 4.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐO NHIỆT ĐỘ Khi thí nghiệm động cơ, thường tiến hành đo nhiệt độ khí nạp, khí thải, dầu bôi trơn, nước làm mát, nhiệt độ nhiên liệu Để đo nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ mơi trường xung quanh, dùng nhiệt kế thủy tinh chất lỏng đặt độ cao với lọc khí, cách lọc khí khoảng 0,5  1m Đối với động tăng áp, đo nhiệt độ khí nạp sau máy nén Để đo nhiệt độ khí thải, đo vùng góp ống thải xa cách 0,2m Đối với động tăng áp đo trước tuốc bin Nhiệt độ dầu bôi trơn đo dầu te Nhiệt độ nước làm mát, đặt nhiệt kế trước van nhiệt Contents Chương Đo nhiệt độ 4.1 KHÁI QUÁT 1 Mục đích ý nghĩa đo nhiệt độ: Đơn vị đo nhiệt độ: 1 Phân loại phương pháp đo nhiệt độ: a Đo nhiệt độ nhờ phương pháp tiếp xúc: b Đo nhiệt độ nhờ xạ: 4.2 CÁC LOẠI NHIỆT KẾ 1.Nhiệt kế thủy tinh chất lỏng: Nhiệt kế đàn hồi chất lỏng (Nhiệt kế kiểu áp kế) Nhiệt kế điện a Nhiệt kế điện trở nhiệt: b Nhiệt kế bán dẫn (Termisto): c Cặp nhiệt ngẫu: 4.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐO NHIỆT ĐỘ 15 Trần Thanh Hải Tùng, Bộ mơn Máy động lực, Khoa Cơ khí giao thông, ĐHBK ĐN