Dựa vào yêu cầu kĩ thuật, dãi ựo nhiệt ựộ, có thể thực hiện bằng hai phương pháp:
Dựa vào nguyên lý, ta chia thành các nhóm sau:
1. Nhiệt kế co dãn: đo sự biến thiên thể tắch của vật (chủ yếu là chất lỏng) khi nhiệt ựộ biến thiên.
2. Nhiệt kế áp suất: đo sự thay ựổi áp suất (khắ, hơi, lỏng) theo nhiệt ựộ trong không gian kắn.
3. Nhiệt kế ựiện: Gồm có − Nhiệt kế ựiện trở − Cặp nhiệt ựiện − Nhiệt kế bán dẫn (Tecmisto) 4. Nhiệt kế quang học: Gồm có − Hoả kế quang học − Hoả kế bức xạ
Bảng 5.1: Dụng cụ và phương pháp ựo với các dãi ựo khác nhau. Nhiệt ựộ 0C Nhiệt kế -270 0 1000 2000 3000 100000 Nhiệt ựiện trở - Platin - Niken - đồng - Bán dẫn Cặp nhiệt ựiện - Vật liệu quý - Vật liệu thường Hoả quang kế - Bức xạ - Màu sắc - Cường ựộ sáng
5.2. đO NHIỆT đỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP 5.2.1. Nhiệt kế co giãn (Hình 5.1)
Cấu tạo chắnh là các ống thuỷ tinh, bên trong có mao quản và bầu chức các chất lỏng tuỳ theo khoảng nhiệt ựộ cần ựo.
Bảng 5.2: Các chất lỏng sử dụng trong nhiệt kế
Chất lỏng chứa trong nhiệt kế
Khoảng nhiệt ựộ ựo 0C Thuỷ ngân Rượu etylic Toluen Pentan - 30 ọ +550 - 65 ọ + 65 - 0 ọ - 90 - 20 ọ -180
1. Nhiệt kế thuỷ ngân
Có hai dạng :
a. Nhiệt kế thủy ngân dạng hình ống:
Ống mao quản ựược ựặt trên bảng có chia ựộ và ống ựặt ở giữa b. Nhiệt kế thủy ngân dạng hình ựũa:
Ống mao quản có thành dày, ở thành ngoài của mao quản ựuợc khắc ựộ.
2. Nhiệt kế nạp khắ
Trong mao quản ựược nạp loại khắ không tác dụng với Hg, chẳng hạn khắ Nitơ.
Loại này có thể ựo nhiệt ựộ ựến + 5500C. Nếu không có khắ trơ thì khoảng nhiệt ựộ này Hg sẽ bay hơi.
5.2.2. Nhiệt kế áp suất
- Dạng khắ và dạng lỏng - Dạng hơi
Nguyên tắc hoạt ựộng của nhiệt kế dạng khắ và lỏng dựa vào việc ựo áp suất của chất khắ hoặc chất lỏng.
Nguyên tắc hoạt ựộng của nhiệt kế dạng hơi dựa vào việc ựo áp suất hơi bão hoà.
Cả hai áp suất này ựều phụ thuộc vào nhiệt ựộ.
1. Cấu tạo(Hình 5.2)
1. Bầu nhiệt kế 5. Bánh răng hình quạt 2. Ống mao quản 6. Kim chỉ
3. Lò xo áp kế rỗng 7. Thang chia ựộ 4. Thanh truyền
2. Nguyên tắc:
đối với những nhiệt kế dạng khắ và lỏng thì nạp chất vào ựầy bầu nhiệt kế.
đối với những nhiệt kế dạng hơi thì nạp 2/3 chất, phần thể tắch còn lại ựược nạp bằng hơi của chất này.
Ống mao dẫn (2) nối bầu (1) với áp kế và lò xo rỗng (3) ựược nạp bằng chất lỏng có nhiệt ựộ sôi cao (thường dùng hỗn hợp Nước - Glyxerin). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi nhiệt ựộ thay ựổi, áp suất trong bầu (1) thay ựổi và qua chất lỏng chứa trong mao quản (2) nó tác dụng lên thành lò xo (3) và ựược truyền qua thanh (4), nhờ bánh răng (5) làm kim (6) chỉ trên thang chia ựộ (7).
t0 khác nhau chúng sẽ tạo thành một sức ựiện ựộng: Eab (t1, t0) = Eab (t1) - Eab (t0)
Nếu giữ cho nhiệt ựộ t0 không ựổi và t1 phụ thuộc vào môi trường ựo nhiệt ựộ thì:
Eab (t1, t0) = Eab (t1) - C = f(t) Với C là hằng số
Các thanh kim loại a, b (cặp nhiệt) ựược chế tạo từ các chất khác nhau phụ thuộc vào dãi nhiệt ựộ làm việc (từ -276 ọ + 17000C).
Bảng 5.3: Các cặp nhiệt ựiện thông dụng Cặp nhiệt Dải nhiệt ựộ
làm việc Sức ựiện ựộng (mV) độ chắnh xác đồng/ Constantan Φ = 1,63 mm - 270 ọ 370 - 6,25 ọ 19 (- 40 0 C ọ 1000C) ổ 0,8% (- 1000C ọ 3500C) ổ 0,75% Cromel/ Alumel Φ = 3,25 mm - 270 ọ 1250 - 5,35 ọ 50,63 ( 0 0C ọ 4000C) ổ 30C (4000C ọ 8000C) ổ 0,75% Cromel/ Constantan Φ = 3,25 mm - 276 ọ 870 - 9,8 ọ 66,4 ( 0 0 C ọ 4000C) ổ 30C (4000C ọ 8700C) ổ 0,75% Platin - Rodi (10%) /Plain Φ = 0,51 mm - 50 ọ 1500 - 0,23 ọ 15,5 ( 00C ọ 6000C) ổ 2,5% (6000C ọ 15000C) ổ 0,4% Platin - Rodi / Plain Rodi (30/6) Φ = 0,51 mm 0 ọ 1700 0 ọ 12,42 (8700C ọ 17000C) ổ 0,5% 2. Cấu tạo: (Hình 5.4)
1. Dây kim loại 4. Vỏ thép 2. Ống sứ cách ựiện 5. đầu nối ra
3. đầu hàn
Trong ựó các dây kim loại ựược lồng vào ống sứ cách ựiện, bên ngoài là vỏ thép không rỉ và chịu ựược nhiệt ựộ cao. đầu dây ra ựược nối vào hộp ựầu nói chỉ thị.
3. Mạch ựo của nhiệt kế nhiệt ngẫu: (Hình 5.5)
Rự - điện trở ựường dây Rực - điện trở ựiều chỉnh Rp, Rf - điện trở của mV mV - milivolmet
để giảm sai số ựo thì ựiện trở thì của mV càng lớn càng tốt, thường lớn gấp 40 - 50 lần ựiện trở của mạch ựo.
5.2.4. Nhiệt kế nhiệt ựiện trở 1. Nguyên lý
Nhiệt kế nhiệt ựiện trở sử dụng chuyển ựổi nhiệt ựiện trở
Chuyển ựổi nhiệt ựiện trở là một thiết bị biến ựổi nhiệt ựộ thành sự thay ựổi thống số ựiện trở R
RT = f(t)
Với t là nhiệt ựộ
2. Phân loại Chia thành :
- Nhiệt ựiện trở kim loại - Nhiệt ựiện trở bán dẫn
3. Nhiệt ựiện trở kim loại: a. Cấu tạo: (Hình 5.6)
Nhiệt kế kim loại ựược chế tạo dưới dạng kim loại hoặc màng mỏng kim loại có ựiện trở suất thay ựổi theo nhiệt ựộ.
Các nhiệt ựiện trở kim loại thường làm bằng: Platin, Niken, đồng Thiết bị ựược chế tạo theo hai dạng:
- Nhiệt ựiện trở dây quấn: (Hình 5.6a)
1. Dây nhiệt ựiện trở 3. Bột Oxit nhôm 2. Ống sứ cách ựiện 4. Vỏ bọc
- Nhiệt ựiện trở công nghiệp: (Hình 5.6b) 1. Dây nhiệt ựiện trở 3. Ổ ựỡ 2. Ống thép bảo vệ 4. Hộp ựầu ra
b. Nguyên tắc:
Quan hệ giữa nhiệt ựộ và ựiện trở ựược biểu diễn: RT = R0 ( 1 +α.t)
Với: R0 - điện trở ở ựiều kiện chuẩn
α - Hệ số nhiệt ựộ t - Nhiệt ựộ môi trường (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 5.4: Hệ số αααα và dãi nhiệt ựộ sử dụng
Vật liệu αααα (1/ 0C) Dãi nhiệt ựộ, 0C
Các nhiệt ựiện trở bán dẫn ựược chế tạo với hình dáng khác nhau: Hình trụ, ựĩa, vòng Ầ
1. điện trở 3. Hai ựầu ra 2. Vỏ kim loại 4. Cách ựiện
b. Nguyên tắc:
Quan hệ giữa ựiện trở và nhiệt ựộ ựược tắnh: RT = R0 . Exp [B(1/T - 1/T0)]
Với:
R0 - điện trở ở nhiệt ựộ tuyệt ựối T0
B - Hệ số nằm trong khoảng 3000 - 5000 0K độ nhạy nhiệt ựộ:
αR = - B/T2 c. đặc tắnh:
- điện trở bán dẫn có ựộ nhạy nhiệt rất cao, gấp hàng chục lần nhiệt ựiện trở kim loại.
- Dãi nhiệt ựộ làm việc từ vài ựộ tuyệt ựối (0K) ựến 3000C
5. Mạch ựo nhiệt ựiện trở (Hình 5.8)
Thường sử dụng mạch cầu kết hợp với các mạch khuếch ựại ựể tăng ựộ nhạy của thiết bị.
Trong ựó:
R1, R2, R3, RT: Các ựiện trở mạch cầu RT: Nhiệt ựiện trở
5.3. đO NHIỆT đỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁN TIẾP 5.3.1. Hoả quang kế quang học (HQK cường ựộ sáng)
1. Nguyên lý
Phương pháp này dựa trên ựịnh luật bức xạ của vật ựen tuyệt ựối. Bức xạ nhiệt của vật ựược ựặc trưng bằng mật ựộ phổ Eλ
Eλ là số năng lượng bức xạ trong một ựơn vị thời gian với một ựơn vị diện tắch của vật và xảy ra trên một ựơn vị ựộ dài sóng.
Eλ = ελ.C1.λ-5 .e- C2/λ.T1 Với: ελ : Hệ số 0 < ελ < 1 C1, C2: Hằng số. C1 = 37,03.10-7Jm2/s, C2 = 1,432.10-2 mựộ λ : ựộ dài sóng 0,4 ộm < λ < 0,7ộm T1 : Nhiệt ựộ tuyệt ựối
1. Kắnh vật 5. Thị kắnh
2. Bộ lọc ánh sáng 6. Bóng ựèn chuẩn 3. Bộ chắn quang học 7. Thang ựo
4. Bộ lọc ánh sáng ựỏ 8. đối tượng ựo
3. Nguyên tắc
Cường ựộ sáng của ựối tượng ựo (8) ựi vào kắnh vật (1), ựược chắn và làm yếu ựi nhờ bộ chắn quang học (3).
Góc quay của bộ chắn (3) tương ứng với cường ựộ sáng ựược tắnh bằng thang ựo (7).
Dụng cụ có hai giới hạn ựo, sau bộ chắn (3) là bộ lọc ánh sáng (2) ựược sử dụng khi nhiệt ựộ ựo lớn hơn 14000C.
Thị kắnh (5) dùng ựể ngắm ựối tượng ựo (8), trước thị kắnh có bộ lọc ánh sáng ựỏ (4), sợi ựốt của bóng ựèn chuẩn (6) ựược ngắm trực tiếp.
Cường ựộ sáng của nguồn nhiệt (Tựo) và của bóng ựèn chuẩn (Tch) ựược so sánh bằng mắt (Hình 5.10). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- (H 5.10a) Khi Tựo > Tch: xuất hiện sợi ựen trên nền sáng. - (H 5.10b) Khi Tựo < Tch: xuất hiện sợi sáng trên nền thẩm - (H 5.10c) Khi Tựo = Tch: hình sợi dây biến mất.
đọc vị trắ của bộ chắn ở thang ựo (7) ựể suy ra nhiệt ựộ
4. Ưu nhược ựiểm a. Ưu ựiểm:
Dễ sử dụng
Giới hạn ựo rộng: từ 8000C ựến khoảng 30000C
độ chắnh xác cao (Sai số cơ bản ổ 1%): vì cường ựộ sáng thay ựổi lớn gấp 10 lần sự thay ựổi nhiệt ựộ.
b. Nhược ựiểm:
Kết quả phụ thuộc kinh nghiệm người ựo Không tự ghi và tự ựiều chỉnh ựược
Chỉ ựo ựược ánh sáng chói của vật chớ không phải nhiệt ựộ thực của vật.
5. Hoả quang kế quang học tự ựộng cân bằng a. Cấu tạo (Hình 5.11a)
1. đối tượng ựo 6. Bộ lưu chỉnh
2. Khe hở 7. Chỉ thị miliampemet (mA) 3. Tấm chắn 8. Bộ lọc ánh sáng
4. Tế bào quang ựiện 9. Lá chắn 5. Bộ khuếch ựại xoay chiều 10. đèn mẫu b. Nguyên tắc
Ánh sáng từ ựối tượng ựo (1) và ựèn mẫu (10) qua khe hở (2) và bộ lọc ánh sáng (8) cùng ựặt lần lượt vào tế bào quang ựiện (4) nhờ tấm chắn (3) và sự di chuyển lá chắn (9).
1. Nguyên lý:
đối với vật ựen tuyệt ựối, năng lượng bức xạ toàn phần trên một ựơn vị bề mặt là:
E0T = σ T4p Với: σ = 4,96.10-2 J/m2s. grad4 Tp: Nhiệt ựộ của vật theo lý thuyết đối với vật thực thì ET = εTσ T4t
εT: Hệ số bức xạ tổng, εT < 1 Tt: nhiệt ựộ thực của vật
Hoả quang kế phát xạ ựược khắc ựộ theo ựộ bức xạ của vật ựen tuyệt ựối, nhưng khi ựo ở ựối tượng thực thì:
Tt = Tp (1/εT)1/4
1. Ống kim loại mỏng 5. đường rãnh
2. Nhiệt ựiện trở 6. Tấm kắnh thủy tinh 3. Gương cầu lõm 7. đối tượng ựo 4. Hộp chắn
3. Nguyên tắc
Dụng cụ gồm ống kim loại mỏng (1), phắa cuối gắn gương cầu lõm (3). Chùm tia phát từ ựối tượng (7) ựược gương lõm phản xạ và hội tụ trên nhiệt ựiện trở (2) và ựốt nóng nó.
Nhiệt ựiện trở ựược ựặt trong hộp chắn (4) và ựược mắc vào mạch cầu tự cần bằng.
để tránh các tia phản xạ từ thành ống, bên trong ựược gia công các ựường rãnh (5).
để bảo vệ thiết bị, ựầu ống ựược gắn tấm kắnh thuỷ tinh (6).
4. đặc ựiểm
Hoả kế bức xạ có dãi ựo nhiệt ựộ rộng: từ 20 ựến 25000C.
để ựạt ựộ chắnh xác thì chùm tia sáng từ ựối tượng ựến dụng cụ phải trùm hết tầm nhìn của ống kắnh (ựường kắnh D). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhược ựiểm: ựộ chắnh xác không cao và khó kiểm tra. 5.3.3. Hoả quang kế màu sắc
1. Nguyên lý
Hoả quang kế màu sắc là dụng cụ ựo nhiệt dựa trên phương pháp ựo tỉ số cường ựộ bức xạ của hai ánh sáng có bước sóng khác nhau λ1 và λ.
Trong dụng cụ có thiết bị tắnh, tự ựộng giải phương trình ựể cho kết quả nhiệt ựộ cần ựo.
2. Cấu tạo(Hình 5.13)
1. Hệ thống thấu kắnh 6. Thiết bị ựiều chỉnh ựộ nhạy Kđ 2. đĩa lọc ánh sáng 7. Bộ chỉnh lưu
3. động cơ 8. Bộ chuyển mạch
4. Tế bào quang ựiện 9. Bộ chia 5. Bộ khuếch ựại A. đối tượng ựo
3. Nguyên tắc
Cường ựộ bức xạ từ ựối tượng ựo A qua hệ thống thấu kắnh (1) tập trung ánh sáng trên ựĩa (2). đĩa quay quanh trục nhờ ựộng cơ (3).
Sau khi ánh sáng qua ựĩa sẽ ựi vào tế bào quang ựiện (4)
Trên ựĩa khoan một số lỗ, trong ựó một nữa ựặt bộ lọc ánh sáng xanh, còn nửa kia ựặt bộ lọc ánh sáng ựỏ.
Khi ựĩa quay tế bào quang ựiện lần lượt nhận ánh sáng ựỏ và xanh với tần số nhất ựịnh phụ thuộc tốc ựộ quay của ựộng cơ.
Dòng quang ựiện ựược qua bộ khuếch ựại (5) sau ựó ựưa vào bộ chỉnh lưu pha (7).
Nhờ bộ chuyển mạch (8) tắn hiệu ựược chia thành hai phần và ựược ựo bằng bộ chia (9).
4. Ưu nhược ựiểm a. Ưu ựiểm:
Không phụ thuộc vào khoảng cách ựo
Không phụ thuộc vào sự hấp thụ bức xạ của môi trường.
- Môi trường - Sinh học - Y tế ...
đối tượng nghiên cứu là chất khắ, chất lỏng và vật rắn.
Nhiệm vụ là ựo nồng ựộ của riêng từng chất hoặc một nhóm trong môi trường nhiều thành phần với những ựiều kiện khác nhau như: nhiệt ựộ, áp suất, vận tốc Ầ
Dãi thay ựổi thành phần và nồng ựộ khá rộng với các ựiều kiện khác nhau nên các phương pháp và dụng cụ ựo cũng rất khác nhau.
Ở ựây chỉ xét các phương pháp ựiện dùng ựể ựo nồng ựộ và thành phần
6.2. PHƯƠNG PHÁP đIỆN HÓA 6.2.1. Nguyên lý chung
Các dụng cụ ựo nồng ựộ theo phương pháp ựiện hoá ựều dựa trên sự ứng dụng các chuyển ựổi ựiện hoá.
6.2.2. Phân loại: Phân thành : − Phương pháp ựiện dẫn − Phương pháp ựiện thế − Phương pháp Culông − Phương pháp phân cực 6.2.3. Phương pháp ựiện dẫn: 1. Nguyên lý:
đây là phương pháp ựo ựiện dẫn của dung dịch nhờ các chuyển ựổi ựiện dẫn tiếp xúc và không tiếp xúc.
Dùng ựể ựo nồng ựộ muối trong dung dịch, trong nước ngưng đo ựộ mặn của nước biển
Xác ựịnh nồng ựộ chất khắ do sự thay ựổi ựiện dẫn của dung dịch khi ựưa vào các chất khắ cần phân tắch.
Vắ dụ: Xác ựịnh nồng ựộ CO2 trong khắ, bằng cách ựưa chất khắ ựó vào dung dịch KOH, sẽ xảy ra phản ứng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O
Muối ựược tạo thành làm thay ựổi ựiện dẫn của dung dịch. đo ựiện dẫn của dung dịch sẽ xác ựịnh ựược nồng ựộ CO2 trong chất khắ ựó.
3. Cấu tạo: (Hình 6.1)
rx - chuyển ựổi ựiện dẫn
rk - ựiện trở hiệu chỉnh sai số nhiệt ựộ rs - ựiện trở giảm sai số nhiệt ựộ
4. Nguyên tắc:
Chuyển ựổi ựiện dẫn rx ựược mắc vào mạch cầu tự ựộng dòng xoay chiều. điện trở hiệu chỉnh sai số nhiệt ựộ rk ựược ựặt ngay trong dung dịch ựo và rk ựược mắc song song với ựiện trở rs nhằm giảm sai số nhiệt ựộ.
Khi nồng ựộ thay ựổi thì làm ựiện trở rx cũng thay ựổi và ựiện áp ra của mạch cầu tỷ lệ với rx, qua ựó suy ra nồng ựộ cần ựo.
Ngoài mạch trên còn sử dụng các dụng cị có mạch ựo tần số trong ựó các máy phát ựược nối với các chuyển ựổi ựiện dẫn tiếp xúc hoặc không tiếp xúc ựể tạo thành mạch cộng hưởng (Hình 6.2)
Sự thay ựổi nồng ựộ dung dịch gây nên sự thay ựổi thông số mạch ựiện làm tần số của nó thay ựổi, ựo tần số bằng mV sẽ xác ựịnh ựược nồng ựộ dung dịch.
6.2.4. Phương pháp ựiện thế: 1. Nguyên lý:
đây là phưong pháp ựo ựiện thế cực, dựa trên nguyên lý sử dụng các chuyển ựổi Ganvanic.
2. Ứng dụng:
- Sử dụng trong các dụng cụ pH mét - Sử dụng trong các thiết bị phân tắch khắ
3. Thiết bị phân tắch khắ. a. Cấu tạo: (Hình 6.3)
1. Anod 4. Phụ tải
2. Catod 5. Bộ khuếch ựại
b. Nguyên tắc:
Thiết bị dùng ựo nồng ựộ thấp của Oxi trong hỗn hợp khắ
Chuyển ựổi là phần tử Ganvanic kiềm, có anod (1) làm bằng các tấm chì nhúng trong dung dịch ựiện phân, catod (2) là tấm lưới bạc ghép các giấy lọc.
Khi có chất khắ cần phân tắch ựi qua, Oxi khuếch tán theo bề mặt của catod (2), trong chất ựiện phân xảy ra phản ứng ựiện hoá và xuất hiện sức ựiện ựộng có tỷ lệ với nồng ựộ Oxi trong hợp chất khắ cần phân tắch.
Sức ựiện ựộng ban ựầu ựược bù bằng ựiện áp của mạch cầu (3) mắc ngược với ựiện áp rơi trên phụ tải (4) của chuyển ựổi.
c. đặc tắnh:
- Hiệu ựiện áp ựược ựưa vào khuếch ựại (5) và ựến dụng cụ tự ghi (6). - Giới hạn ựo của thiết bị từ 0,001% ựến 0,1% O2 theo khối lượng - Sai số cơ bản: ổ ( 1 -10)%
- Hằng số thời gian: 0,25 - 5 phút, phụ thuộc tốc ựộ diễn ra của quá trình trên các ựiện cựa và tùy thuộc cấu trúc của chuyển ựổi.