- Nhiệt kế điện trở bạch kim + Bạch kim (pt) là kim loại quý
mụi trường ụxy hoỏ (co o2) mụi trường hoàn nguyờn (cú co,h2) - tớnh lý hoỏ ổn định - dõy dễ bị dũn nờn phải cú vỏ bảo vệ
- quan hệ r và nhiệt độ t thay đổi + Khoảng đo nhiệt độ: từ -1900c đến 6500c
rt = r0 (1 + a.t + b.t2) a = 3,950. 10-3 [1/độ]
b = -5,850. 10-7 [1/độ2]
+ Điện trở suất 0 = 0,981. 10-6 [.m]
+ Dõy bạch kim khụng sơn cỏch điện, đường kớnh dõy d = 0,07 [mm] hoặc kiểu sợi lạt cú tiết diện cắt ngang bằng 0,002 [mm2]
+ Chiều dài phần nhạy cảm khụng nhỏ hơn 90 [mm] * Nhiệt kế điện trở đồng (cu)
+ Điện trở suất 0 = 0,0155 . 10-6 [.m]
+ Dễ kiếm, nguyờn chất, dễ gia cụng
+ Mặt ngoài của dõy cú sơn cỏch điện (sơn cỏch điện chỉ chịu được nhiệt độ tới 180 0c).
+ Hệ số nhiệt điện trở = (4,25 4,28) . 10-3 [1/độ]
+ Trong khoảng nhiệt độ từ -500c đến 1800c cú rt = r0 (1 + .t) (quan hệ r và t là tuyến tớnh)
+ Dõy cú đường kớnh d = 0,1 [mm]. cú thể quấn chập đụi và quấn làm nhiều lớp. + Lừi quấn cú thể bằng nhựa (vỡ khoảng đo nhiệt độ < 1800c)
+ Dõy dẫn nối với đồng hồ chỉ thị vẫn là dõy đồng, nhưng đường kớnh dõy lớn hơn (d = 1 1,5 [mm]) đồng - mangan (mmt)
Hiện tượng nhiệt điện được seebeck phỏt hiện ra vào khoảng năm 1822 - 1823, nhiều nhà khoa học sau đú đó nghiờn cứu cả về lý luận lẫn thực nghiệm và tỡm cỏch ứng dụng trong kỹ thuật. sự biến đổi từ nhiệt năng thành điện năng đú được gọi là hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng này ngày càng được chỳ ý nghiờn cứu và ứng dụng rộng rói trong đo lường. trong cụng nghiệp, cặp nhiệt thường dựng đo nhiệt độ từ -1000 c đến + 13000 c, những cặp nhiệt đặc biệt cú thể đo được nhiệt độ thấp hơn nữa hoặc cao hơn nữa.
Phương phỏp đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt dựa vào hiệu ứng nhiệt điện cú nhiều ưu điểmlớn sau đõy:
+ Cú đủ độ chớnh xỏc, phạm vi đo nhiệt độ rộng
+ Thuận tiện cho việc tự ghi, đo từ xa, khắc độ từng điểm dễ dàng
+ Cú thể dựng một đồng hồ thứ cấp chung cho nhiều cặp nhiệt độ nờn thực hiện được việc kiểm tra nhiệt độ của quỏ trỡnh cụng nghệ một cỏch tập trung.
+ Đo được nhiệt độ trong cỏc trường hợp đặc biệt mà cỏc loại nhiệt kế khỏc nhau khụng thể dựng đo được. vớ dụ đo nhiệt độ trờn cỏc bề mặt, trong ống nhỏ.
+ Sử dụng dễ dàng, yờu cầu kỹ thuật khụng khú khăn phức tạp, rẻ tiền. + Dựng được phương phỏp bự để đo sức điện động của cặp nhiệt nờn loại trừ của ảnh hưởng đo điện trở của mạch điện
* Nguyờn lý đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt:
Cặp nhiệt cấu tạo bởi hai dõy dẫn khỏc loại hàn với nhau ở 1 đầu để đặt tại nơi cần đo nhiệt độ, đầu kia khụng hàn thỡ được nối tới đồng hồ dựng đo sức điện động do cặp cặp nhiệt phỏt ra. dõy dẫn cấu tạo thành cặp nhiệt gọi là cực nhiệt điện, mối hàn 2 cực nhiệt điện gọi là đầu làm việc hay đầu núng, đầu dõy cực nhiệt điện khụng hàn gọi là đầu tự do hay đầu nguội (lạnh). cặp nhiệt cũn cú tờn là gia nhiệt điện vỡ nú là nguồn phỏt ra sức nhiệt điện động (nhiệt ngẫu là danh từ
hỏn - việt dựng chỉ cặp nhiệt). sức điện động ở đõy thường gọi là sức nhiệt điện động.
Những vật liệu làm cực của cỏc cặp nhiệt điện
* Cỏc yờu cầu về vật liệu:
+ Tớnh chất nhiệt điện phải ổn định
+ Tớnh chất nhiệt điện phải như nhau dọc theo dõy điện cực (tớnh đồng nhất về thành phần)
+ Sức điện động lớn và phải là hàm đơn vị của nhiệt độ. t
+ Chịu được nhiệt độ cao
+ Dễ gia cụng, dễ chế tạo, giỏ rẻ
* Cỏc cặp nhiệt điện cơ bản (thường gặp)
a. Cặp nhiệt điện platin rhodium - platin (pt.rh - pt)
+ Cực dương: vật liệu là hợp kim platin - rhdium (90% pt + 10% rh)
+ Cực õm: kim loại platin nguyờn chất
+ Khi đo ngắn hạn: nhiệt độ cực đại cú thể đo: 1.6000c, ứng với nhiệt điện động bằng e (16000c) = 16,77 mv
+ Khi đo dài hạn: nhiệt độ cực đại cú thể đo: 13000c, ứng với nhiệt độ này sức nhiệt điện động bằng 13,16 mv. lý do: vỏ bảo vệ khụng chịu được nhiệt độ nhiệt độ cao và platin ở nhiệt độ cao sẽ hấp thụ hơi kim loại.
+ Giỏ thành đắt. vỡ giỏ thành đắt nờn cỏc cặp nhiệt platin rhdium-platin
thường cú đường kớnh dõy nhỏ, d= 0,5 mm (để tiết kiệm vật liệu)
+ Ưu việt: tốt, bền, dễ chế tạo, sai lệch giỏ trị đo giữa cỏc cặp là nhỏ.
b. Cặp nhiệt cromen - alumen xa
+ Cực dương + : vật liệu là hợp kim cromen (80% ni + 10% cr + 10% fe) + Cực õm - : vật liệu là hợp kim alumen (95% ni + 5% al, si, mn) + Khi đo ngắn hạn: nhiệt độ cực đại cú thể đo tmax = 11000c
+ Khi đo dài hạn: nhiệt độ cực đại cú thể đo tmax = 900 10000c (tuỳ theo độ bền của vỏ bảo vệ)
+ Mụi trường ụxi hoỏ tốt hơn mụi trường hoàn nguyờn. trong mụi trường hoàn nguyờn và khụng cú vỏ bảo vệ thỡ cặp nhiệt xa bị hỏng ở khoảng nhiệt độ
700 8000c
+ Đường kớnh dõy: d = 1 3 mm
c. Cặp nhiệt cromen - copen xk
+ Cực dương: vật liệu là hợp kim cromen (80% ni + 10% cr + 10% fe) + Cực õm: vật liệu là hợp kim copen (56% cu + 44% ni) + Khi đo ngắn hạn: nhiệt độ cực đại cú thể đo tmax = 8000c
+ Khi đo dài hạn: nhiệt độ cực đại cú thể đo tmax = 6000c (vỡ copen dễ bị oxy hoỏ ở 8000c)
+ Đường kớnh dõy: d = 1 3 mm
d. Cỏc cặp nhiệt điện khỏc:
+ Cặp nhiệt sắt - copen k
+ Cặp nhiệt đồng - copen mk
- Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của cỏc dụng cụ đo ỏp suất
Tỡnh trạng làm việc của cỏc thiết bị thường cú quan hệ mật thiết với ỏp suất làm việc (hoặc chõn khụng) của cỏc thiết bị đú. thiết bị nhiệt lực ngày càng hay dựng ỏp suất và nhiệt độ làm việc cao nờn rất dễ xẩy ra sự cố nổ vỡ; trong một số trường hợp, ỏp suất (hoặc chõn khụng) trực tiếp quyết định tớnh kinh tế của thiết bị; vỡ những lẽ đú nờn đo ỏp suất cũng quan trọng như do nhiệt độ, nhờ đú mà bảo đảm được an toàn cho người và thiết bị, giữ được điều kiện cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm và vận hành kinh tế của thiết bị.
định nghĩa đơn vị đo
ỏp suất được đặc trưng bởi tỏc dụng đồng đều trờn một diện tớch, núi khỏc đi thỡ ỏp suất là lực tỏc dụng thẳng gúc trờn một đơn vị diện tớch. do định nghĩa đú ta thấy đơn vị đo ỏp suất được xỏc định bằng cỏch suy ra từ đơn vị đo lực và đơn vị đo diện tớch, thang đo và cỏc dụng cụ chuẩn đo ỏp suất trong phạm vi thường dựng cũng được xỏc lập một cỏch dễ dàng từ định nghĩa trờn. với cỏc ỏp suất cao thỡ việc chế tạo cỏc dụng cụ chuẩn để thể hiện thang đo càng khú khăn và sẽ khụng thực hiện được, vỡ lẽ đú cần phải tỡm một thang đo thớch hợp hơn để cú thể dễ dàng thể hiện cụ thể bằng cỏc dụng cụ chuẩn. hiện nay người ta đang nghiờn cứu thang đo ỏp suất nhiệt động học, nhờ dựa vào quan hệ giữa ỏp suất và nhiệt độ núng chảy của một số vật chất được chọn làm chuẩn để xỏc lập thang đo (vớ dụ nhiệt độ núng chảy của thuỷ ngõn ở ỏp suất 10000 kg/cm2 là 2850k, ở 20000kg/cm2 là 3340k)
lớp khụng khớ bao bọc trỏi đất tỏc dụng trờn cỏc vật một ỏp suất gọi là khớ ỏp. cỏc ỏp kế dựng đo ỏp suất đều làm việc dưới tỏc dụng của khớ ỏp nờn chỉ cho biết hiệu số giữa ỏp suất tuyệt đối cần đo và khớ ỏp, hiệu số đú được gọi là ỏp suất biểu kiến hay ỏp suất dư và chớnh là số chỉ của ỏp kế dựng trong cụng
nghiệp. nếu ỏp suất tuyệt đối nhỏ hơn khớ ỏp thỡ ỏp suất biểu kiến cú dấu õm (- ), trong cụng nghiệp thường gọi là ỏp suất õm hoặc chõn khụng. đồng hồ đo chõn khụng gọi là chõn khụng kế hoặc ỏp kế õm. đồng hồ đo ỏp suất õm cú trị số nhỏ cũn gọi là đồng hồ đo sức hỳt (hoặc đo độ rỗng). thụng thường khi núi ỏp suất tức là chỉ ỏp suất biểu kiến dương, khi núi ỏp kế tức là chỉ đồng hồ đo ỏp suất biểu kiến dương. danh từ ỏp suất õm, ỏp suất dương đều là danh từ gọi tắt của ỏp suất biểu kiến õm, ỏp suất biểu kiến dương.
theo lý thuyết thỡ ta khụng thể đo ỏp suất tuyệt đối vỡ khụng thể nào tạo được chõn khụng tuyệt đối trong cỏc khớ ỏp kế dựng đo ỏp khớ (trong khớ ỏp kế thuỷ ngõn vẫn cú ỏp suất hơi thuỷ ngõn, trong khớ ỏp kế hộp màng kim loại thỡ hộp màng kim loại luụn cú ỏp suất tương ứng với nhiệt độ nờn mới cú thể chia độ khớ ỏp kế thụng qua ỏp suất đú). càng gần chõn khụng tuyệt đối thỡ càng khú xỏc định độ chõn khụng, thang đo ỏp suất dựa theo định nghĩa trờn khụng thể dựng cho phạm vi chõn khụng thật cao (ỏp suất tuyệt đối rất nhỏ) vỡ vậy mà cũng phải lập một thang đo khỏc nhằm đỏp ứng được yờu cầu đo lường cỏc chõn
khụng cao.
theo hệ thống đơn vị quốc tế (htđvqt) thỡ đơn vị đo ỏp suất là niutơn/m2 (n/m2), đơn vị đú cú khi được gọi là pascal và ký hiệu là pa. vỡ niutơn/m2 quỏ
nhỏ nờn trong kỹ thuật cũn cho phộp dựng cỏc đơn vị khụng thuộc htđvqt như bar, milimột cột hg, milimột cột nước; giỏ trị của cỏc đơn vị đú tớnh theo n/m2
như sau:
1 bar = 1.105 n/m2
1 mm hg = 133,322 n/m2 1 mm h20 = 9,80665 n/m2
đơn vị ỏp suất trong cỏc hệ thống đơn vị khỏc (vớ dụ: hệ thống cgs, mts, mks) thường khụng tiện dựng nờn trước đõy trong khoa học kỹ thuật thường dựng cỏc đơn vị thực dụng, hiện nay cũng vẫn cũn dựng cỏc đơn vị đú nhưng dần
dần sẽ thay thế bằng cỏc đơn vị htđvqt. đơn vị ỏp suất thực dụng thường hay dựng hơn cả là ỏtmốtphe kỹ thuật,
1 atm kỹ thuật = 1kg/cm2 = 9, 80665 .104 . .n/m2 = 0,980665 bar
= 735,563 mm cột hg = 1,104mm cột nước.
riờng cỏc nước anh, mỹ và 1 số nước khỏc quen dựng một hệ thống đơn vị riờng, đơn vị ỏp suất xỏc định bằng 1 pound anh/ inch vuụng (0,453592 kg)/1 insơ vuụng (6,4516 cm2).
1 pound anh = 1 lb lực/on2 = 0,070307 kg/cm2 = 0,0689476 bar = 6894,76 n/cm2hoặc là 14,5038 poudn anh/’’ = 1 bar
chỳ ý: pound là đơn vị khối lượng, ký hiệu là 1b; 1 pound anh = 453,6 gam cũn 1 pound nga = 409,5 gam. insơ viết tắt là in và ký hiệu là ’’; 1 in =
25,4mm
phương phỏp đo ỏp suất và chõn khụng
trong phạm vi ỏp suất và chõn khụng thường dựng thỡ cú thể chế tạo cỏc dụng cụ đo cú nguyờn lý làm việc theo như định nghĩa của ỏp suất. phương phỏp đo thụng thường nhất là cõn bằng ỏp suất (hoặc chõn khụng) cần đo với ỏp suất gõy bởi một cột chất lỏng hoặc là ỏp suất gõy bởi lực tỏc dụng trờn một diện tớch đó biết, vớ dụ như ỏp kế ống chữ u, ỏp kế 1 ống, khớ ỏp kế ống thuỷ tinh - thuỷ ngõn .. hoặc ỏp kế chung, ỏp kế pitton. cỏc dụng cụ đo đú hiện nay vẫn cũn thụng dụng vỡ đơn giản, rẻ tiền, dễ sử dụng và cú độ chớnh xỏc tương đối cao. để thoả món yờu cầu chỉ số đo trong cụng nghiệp, người ta cũn dựng cỏc dụng cụ đo kiểu độ chờnh lệch chất lỏng tạo thành độ xờ dịch cơ học để cho biết kết quả đo; vớ dụ như ỏp kế vũng xuyến, ỏp kế dựng phao thộp đặt trong bỡnh chứa hg, cỏc ỏp kế này thường dựng đo hiệu ỏp nờn cũn gọi là hiệu ỏp kế và khi dựng đo giỏng ỏp của thiết bị tiết lưu mà chỉ số trờn mặt chia độ tớnh theo lưu lượng thỡ gọi là lưu lượng kế. trong cụng nghiệp dựng rất nhiều ỏp kế và chõn khụng kế cú cơ cấu đàn hồi, trong cỏc dụng cụ đo này người ta dựng ứng lực của cơ cấu đàn hồi để cõn bằng với lượng cần đo. bộ phận nhạy cảm với biến đổi của lượng cần đo tạo nờn tớn hiệu ra là độ xờ dịch cơ học tương ứng của cơ cấu đàn hồi, tớn hiệu đú thụng qua hệ thống chuyển đổi sẽ cho biết kết quả đo. cỏc dụng cụ đo tại chỗ thường dựng hệ thống chuyển đổi là hệ thống đũn bẩy để khuyếch đại độ xờ dịch cơ học và cho biết kết qủa đo, cỏc dụng cụ đo từ xa thỡ hệ thống chuyển đổi thường biến độ xờ dịch cơ học thành cỏc tớn hiệu điện để dễ đưa đi xa và cho biết số đo trờn đồng hồ thứ cấp đặt ở xa. ỏp kế và chõn khụng kế đàn hồi khụng chớnh xỏc bằng cỏc dụng cụ đo kiểu độ chờnh cột chất lỏng và kiểu pittong,
thước chia độ của chỳng được xỏc định nhờ so sỏnh với số chỉ của cỏc dụng cụ đo trờn; song lại cú nhiều tớnh năng thớch hợp cho cụng nghiệp nờn được sử dụng nhiều hơn cả.
từ một số tớnh chất vật lý cú quan hệ với ỏp suất và chõn khụng người ta đó chế tạo ranhiều dụng cụ đo ỏp suất hoặc chõn khụng theo phương phỏp điện như:
+ chõn khụng kế nhiệt điện trở dựng đo độ chõn khụng của cỏc khớ loóng, thụng qua sự biến đổi hệ số dẫn nhiệt của chất loóng khớ đú.
+ ỏp kế kiểu ỏp - từ đo ỏp suất thụng qua sự biến đổi hệ số dẫn từ của vật liệu sắt từ
+ ỏp kể kiểu ỏp - điện đo ỏp suất thụng qua tớnh chất ỏp điện của cỏc tinh thể thạch anh, tuụcnalin
+ ỏp kế kiểu ỏp suất - điện dung, kiểu ỏp suất - điện trở…
cỏc dụng cụ này thường chỉ dựng trong một số trường hợp đặc biệt với phạm vi đo lường thớch hợp nhất định.
đo ỏp suất dựng cột chất lỏng
trước đõy rất lõu người ta đó biết cỏch đo ỏp suất (chõn khụng) theo độ chờnh cột chất lỏng. phương phỏp này cho tới nay vẫn được dựng rộng rói trong phũng thớ nghiệm và trong cụng nghiệp để đo hiệu ỏp, ỏp suất hoặc chõn khụng trong khoảng 1 at vỡ độ chớnh xỏc đạt được tương đối cao, thiết bị đơn giản khụng cồng kềnh, dễ chế tạo và sử dụng, giỏ thành rẻ. cỏc dụng cụ đo kiểu cột chất lỏng - ống thuỷ tinh chỉ thị số đo theo cột chất lỏng chờnh lệch trong ống thuỷ tinh thường khụng dựng được cho cỏc mụi trường cú ỏp suất tĩnh lớn, khụng thể đặt dụng cụ đo cỏch xa mụi trường cần đo và đũi hỏi phải tỡm cỏch đọc thật chớnh xỏc cột chất lỏng chờnh lệch, đồng thời cũn phải dựng cỏc số bổ chớnh để làm mất sai số gõy bởi ảnh hưởng do biến đổi của nhiệt độ và gia tốc đối với cột chất lỏng và thước đo. tờn gọi mỗi dụng cụ đo này phụ thuộc vào nhiệm vụ đo lường của nú, song thụng thường mỗi dụng cụ đều cú một tờn thường gọi lấy theo cụng dụng chớnh của nú; vớ dụ: thường dựng đo ỏp suất thỡ gọi là ỏp kế, thường dựng đo ỏp suất nhỏ thỡ gọi là vi ỏp kế…
trong cụng nghiệp, cỏc dụng cụ đo kiểu cột chất lỏng đều dựng một ống
kim loại chịu được ỏp suất cao thay cho ống thuỷ tinh, đồng thời lợi dụng độ xờ dịch mức chất lỏng tạo thành độ chuyển dịch cơ học làm kim chỉ thị, tự ghi kết quả đo hoặc chuyển đổi độ chuyển dịch cơ học thành tớn hiệu thớch hợp cho việc truyền đi xa để thoả món xỏc yờu cầu của cụng nghiệp; vớ dụ: ỏp kế kiểu phao, ỏp kế kiểu vũng xuyến…
* dụng cụ đo kiểu cột chất lỏng - ống thuỷ tinh
trong thớ nghiệm chỳng ta thường gặp nhiều loại dụng cụ đo ỏp suất/ chõn khụng kiểu cột chất lỏng - ống thuỷ tinh sau đõy:
ỏp kế ống chữ u: cấu tạo bởi một ống thuỷ tinh hỡnh chữ u trong chứa