Cấu tạo chắnh là một ống thuỷ tinh hình chữ U 1. Khoá nối với hệ thống 3. Bầu Hg 2. Khoá thông với khắ quyển 4. Bầu khắ c. Nguyên tắc
- Vị trắ ban ựầu: Mực Hg trong bầu cân bằng
- Vị trắ khi ựo: Mở khoá trên (1) ựể nối với hệ thống cần ựo, ựồng thời mở khoá (2) từ từ ựể cho không khắ vào bầu Hg (3).
- Dưới tác dụng của áp suất khắ quyển, Hg ựược dâng lên trên áp kế và nén khoảng không trong bầu (4)
Áp suất của khắ bằng hiệu số h giữa hai mực Hg và ựược ựo trên thang chia. Thường tiến hành ựo nhiều lần.
2. Áp kế Maxleot a. Ứng dụng
b. Cấu tạo (Hình 4.10)
Cấu tạo chắnh là một ống thuỷ tinh hình chữ U 1. Bầu thuỷ ngân 5. Bầu
2,8. Các ống 6,7. Ống mao quản
3,4. Các khoá
c. Nguyên tắc
đầu trên của ống (8) ựược gắn với hệ thống cần ựo
Khi ựo, mở từ từ khoá (3) ựể không khắ vào bầu (1), dưới tác dụng của áp suất khắ quyển, Hg dâng lên ựầy bầu (5), trước ựó áp suất trong bầu (5) bằng áp suất cần ựo.
Có thể ựiều chỉnh tốc ựộ không khắ nhờ khoá (4). Lúc này khắ trong bầu (5) nặng bị nén lại trong mao quản (6).
Áp suất của khắ nén bằng hiệu số h giữa hai mực thuỷ ngân trong mao quản (6) và (7).
a. Nguyên tắc: Giống áp kế Maxleot
Khi ựo quay áp kế ngược chiều kim ựồng hồ, dựa vào mức chỉ của Hg, ựồng thời nhánh bên trong có lắp thang ựo logarit ta sẽ xác ựịnh ựược áp suất trong hệ. Thường áp kế có 3 vùng ựo: - Từ 10-4 - 10-1 mmHg - Từ 10-1 - 10 mmHg - Từ 10 - 500 mmHg b. Ưu ựiểm: Lượng Hg sử dụng ắt (khoảng 80 - 300g) 4.2.4. Áp kế ựiện trở lực căng 1. Cấu tạo: (Hình 4.12)
Thiết bị gồm ống rỗng tròn bằng thép, trên bề mặt ống có dắnh 2 ựiện trở lực căng RT và RX mắc cùng với 2 ựiện trở R tạo thành mạch cầu
RT, RX - điện trở lực căng (ựiện trở Tenxơ) R - điện trở
2. Nguyên tắc:
Khi có áp suất Px cần ựo, bề mặt của ống bị nén biến dạng độ biến dạng ựược tắnh: ε = Px. r/ E. h Trong ựó: PX - Áp suất cần ựo r - đường kắnh ống h - Chiều dày thành ống E - Môựun ựàn hồi của thép
độ biến dạng ε ựược phản ánh nhờ ựiện trở lực căng RT, còn ựiện trở RK ựắnh dọc ống dùng ựể bù nhiệt ựộ.
Khi ựiện áp U = const thì ựiện áp ựầu ra của mạch cầu ∆U tỉ lệ với PX. để tăng tắn hiệu ra cần mắc thêm bộ khuếch ựại (Kđ)
3. Ứng dụng:
- Dãi ựo áp suất : 5.104 - 107 Bar - Sai số quy ựịnh : ổ1,5%
- Do quán tắnh nhỏ nên thiết bị thường dùng ựo áp suất biến thiên nhanh và tắnh hiệu ra ựược ghi trên dao ựộng kắ (cơ khắ hoặc ựiện tử)
4.2.5. Áp kế áp ựiện
1. Cấu tạo: (Hình 4.13)
1. điện cực 4. Màng ựàn hồi
2. Áp ựiện thạch anh 5. Bộ khuếch ựại 3. Buồng
2. Nguyên tắc:
Dưới tác dụng của áp suất P, màng ựàn hồi (4) tạo nên một lực nén lên áp ựiện thạch anh (2) có ựường kắnh D = 5 mm, chiều dày δ = 1mm
điện tắch q xuất hiện ở ựiện cực (1) ựược ựưa vào bộ khuếch ựại ựiện tử (5). Bộ Kđ có tổng trở là 1013Ω.
Quan hệ giữa ựiện tắch q và áp suất P là: Q = K. F. P
Với: K. Hệ số
F. Diện tắch hữu ắch của màng
3. Ứng dụng:
- Giới hạn ựo: 2,5 - 100Mpa - Cấp chắnh xác 1,5 - 2
- Dùng ựể ựo và kiểm tra áp suất trong hệ thống có dòng chảy nhanh
4.2.6. đo áp suất bằng thiết bị số 1. Nguyên lý 1. Nguyên lý
- Biến lực, áp suất thành tần số hoặc ựiện ápơ - đo tần số hoặc ựiện áp bằng các dụng cụ số
2. Thiết bị ựo áp suất theo nguyên lý biến áp suất thành tần số a. Cấu tạo: (Hình 4.14)
1. Màng 4,5. Phân cực
2. Giá ựỡ Kđ. Bộ khuyếch ựại 3. Màng rung
Các chi tiết 1, 2, 3 .. ựược chế tạo thành một khối và cùng loại vật liệu.
b. Nguyên tắc:
Áp suất ựo P tác ựộng lên màng (1), qua giá ựỡ (2) kéo căng màng rung (3).
Tần số dao ựộng của màng rung khi chưa có P là 3kHz, khi có áp suất thì tầng số tăng lên 4 kHz.
Dao ựộng của màng rung ựược duy trì nhờ bộ biến ựổi ựiện từ phân cực (4) cung cấp ựầu ra của bộ Kđ.
điện áp ựưa vào Kđ cũng lấy từ bộ biến ựổi ựiện từ phân cực (5) và (4) do dao ựộng của màng rung.
điện áp ra Ur ựồng bộ với tần số của màng.
c. Sơ ựồ khối: (Hình 4.15)
U/f : Bộ biến ựổi áp suất - tần số đC : Bộ ựiều chỉnh ựiện áp L : Bộ lọc tần số thấp MF : Máy phát
CHƯƠNG V: đO NHIỆT đỘ
5.1. KHÁI NIỆM CHUNG 5.1.1. định nghĩa 5.1.1. định nghĩa
Nhiệt ựộ là một ựại lượng ựặc trưng cho ựộ nóng của vật và ựược xác ựịnh theo năng lượng ựộng học bên trong của quá trình chuyển ựộng của các phân tử.
Nhiệt ựộ không thể biểu hiện theo ựơn vị tuyệt ựối và là một ựại lượng không có kắch thước.
5.1.2. đơn vị ựo nhiệt ựộ
1. Thang nhiệt ựộ ựộng học (Thang nhiệt ựộ tuyệt ựối) Dựa trên cơ sở ựịnh luật thứ hai của nhiệt ựộng học
Thang này có tắnh chất tuyến tắnh và không phụ thuộc vào tắnh chất của vật ựo.
độ Kenvin (oK)là ựơn vị ựo nhiệt ựộ theo thang nhiệt ựộng.
đối với thang này, ựiểm chuẩn thực nghiệm là ựiểm ba của nước (Nhiệt ựộ cân bằng giữa ba trạng thái Rắn - Lỏng - Hơi): t00 = 273,16 oK.
2.Thang nhiệt ựộ quốc tế (Thang nhiệt ựộ bách phân - Cenxiut) đơn vị ựo là ựộ Cenxiut (oC)
Theo thang này ựiểm tan của nước ựá và ựiểm sôi của nước ở ựiều kiện tiêu chuẩn là 00C và 1000C.
Mối liên quan giữa nhiệt ựộ Kenvin (T) và nhiệt ựộ bách phân (t): T = t + 273,15 (oK)
T = T - 273,16 (oC)
Vì nhiệt ựộ ựiểm ba của nước cao hơn nhiệt ựộ của nước ựá ựang tan là 0,01oK.
5.1.3.Nguyên lý
để ựo nhiệt ựộ của một vật phải dựa trên các hiện tượng truyền nhiệt (dẫn nhiệt, ựối lưu và bức xạ nhiệt).
Nhiều ựại lượng vật lý phụ thuộc vào nhiệt ựộ, vì vậy có thể thông qua việc ựo một thông số vật lý nào ựó của vật ựể từ ựó suy ra nhiệt ựộ.
5.1.4. Các phương pháp ựo nhiệt ựộ
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).
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
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).
- (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