chapter 2

Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.1 Khái niệm về nhiệt độ và thang đo nhiệt độ

2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ và chia loại nhiệt kế
2.3 Nhiệt kế dãn nở
2.4 Nhiệt kê áp kế
2.5 Cặp nhiệt nhiệt điện
2.6 Nhiệt kế điện trở
2.7 Một số phương pháp đo điện trở của đầu đo
2.8 Lắp đặt đầu đo nhiệt độ
2.9 Đo nhiệt độ theo phương pháp không tiếp xúc


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.1 Khái niệm về nhiệt độ và thang đo nhiệt độ
2.1.1 Khái niệm chung:
• Quan niệm cũ: Đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh
của một vật được gọi là nhiệt độ.
• Theo lý thuyết động học phân tử:
nhiệt độ là tham số vật lý biểu thị động năng trung
bình của chuyển động thẳng của các phân tử trong
vật chất
• Muốn đo nhiệt độ thì phải tìm cách xác định đơn vị
nhiệt độ để xây dựng thành thước đo nhiệt độ (có khi
gọi là thang đo nhiệt độ, nhiệt giai)
• Thiết bị đo nhiệt độ gọi là nhiệt kế, nhiệt kế dùng đo
nhiệt độ cao thường được gọi là hỏa kế


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.1.2 Đơn vị nhiệt độ và thước đo nhiệt độ

a) Sơ lược về quá trình xây dựng thước đo nhiệt độ

•

Năm 1597 Galilê chế tạo nhiệt kế nước đầu tiên, 200 sau nhiều
người đã chế tạo nhiệt kế dựa vào sự dãn nở của các nguyên
chất ở một pha.

•

Niutơn là người đầu tiên đề nghị thước đo nhiệt độ dựa vào
nhiệt độ chênh lệch giữa hai điểm khác nhau của một nguyên
chất để làm đơn vị, cách qui định đơn vị nhiệt độ này được
dùng mãi cho tới nay

•

Thường dùng các điểm sơi, nóng chảy hoặc đông đặc của vật
chất để khắc độ nhiệt kế


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
• 1724 Pharanét lập thước đo nhiệt độ đầu tiên với ba
điểm : 0, +32 và + 96 (tương ứng với –17, 8oC, 0oC
và + 32oC hiện dùng) sau lấy điểm sơi của nước
dưới khí áp tiêu chuẩn là tức 100oC.
• 1731 Rêomua dùng nhiệt kế rượu có nồng độ thích
hợp khi đặt trong nước đá đang tan lấy thể tích là
1000 đơn vị và khi đặt trong hơi nước sơi thì lấy thể
tích là 1080 đơn vị, tại 2 thời điểm đó lấy nhiệt độ là

1000 và 1080, sau này đổi là 0 độ Rêômua và 80 độ
Rêômua.


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
• Năm 1742 A. Celsius làm nhiệt kế thủy ngân 100
và 0 ứng với điểm đông đặc và điểm sôi của
nước, sau này đổi là 0 và 100 độ Xendit, v.v.
• Đó là ví dụ về một vài thước đo nhiệt độ, đơn vị
nhiệt độ trong mỗi loại thước đo đó khơng thống
nhất, các nhiệt kế cùng loại khó đảm bảo chế tạo
có thước chia độ giống nhau. Những thiếu sót này
đã làm cho người ta nghĩ tới phải xây dựng thước
đo nhiệt độ theo một nguyên tắc khác sao cho đơn
vị đo nhiệt độ không phụ thuộc vào chất đo nhiệt
độ dùng trong nhiệt kế.


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
b) Thước đo nhiệt độ nhiệt động học và nhiệt kế khí chuẩn
gốc
- Thước đo nhiệt độ nhiệt động học dùng định luật nhiệt
động học thứ hai, nó có tính chất thuần túy lý luận nhưng
nhờ đó mà thống nhất được đơn vị nhiệt độ.
- Một máy nhiệt lý tưởng làm việc theo chu trình Cácnơ nhận
nhiệt lượng Q1, , nhả nhiệt Q2 thì có quan hệ với nhiệt độ
tương ứng T1 và T2 như sau :


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ

T100 Q100
T100
Q100



T0
Q0
T100  T0 Q100  Q 0
X

100

chứng tỏ : nhiệt độ được xác định chỉ có quan hệ với
nhiệt lượng và khơng lệ thuộc vào tính chất của vật
chất.


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
c) Thước đo nhiệt độ quốc tế thực dụng
Nội dung thước đo nhiệt độ quốc tế như sau :
- Nhiệt độ được biểu thị bằng t, đơn vị đo nhiệt độ ký hiệu là [oC] gọi là độ.
-

Thước đo được xây dựng trên một số điểm chuẩn gốc

- Các điểm chuẩn gốc đều được xác định ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn và gồm các
điểm sau theo qui định :
•

Điểm sơi của ơxy

•

Điểm tan của nước đá

•

Điểm sơi của nước

•

Điểm sơi của lưu huỳnh

444,60oC

•

Điểm đơng đặc của bạc

960,80oC

•

Điểm đơng đặc của vàng

1063,00oC

182,97oC
0,00oC

100,00oC


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
d) Thang đo độ quốc tế năm 1990 (ITS-90)

•

•

•

Đơn vị đo đại lượng vật lý cơ bản nhiệt độ nhiệt
động lực có ký hiệu T là K (Kelvin), và được định
nghĩa là 1/273,16 của nhiệt độ nhiệt động lực
của điểm ba của nước.
Nhiệt độ nhiệt động lực T có quan hệ với nhiệt
độ Celsius có ký hiệu là t, được xác định bởi:
t / °C = T / K – 273,15
(1)
Thang đo nhiệt độ quốc tế năm 1990 (ITS-90)
xác định cả Nhiệt độ quốc tế Kelvin, ký hiệu là
T90, và Nhiệt độ quốc tế Celsius, ký hiệu là t90.
Mối quan hệ giữa T90 và t90 là giống nhau giống
như giữa T và t, có nghĩa là:
t90 / °C = T90 / K – 273,15 (2)


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ

• Đơn vị đo đại lượng vật lý T90 là kelvin, ký hiệu là
K, Đơn vị đo đại lượng vật lý t90 là độ Celsius, ký
hiệu là °C, như trong trường hợp đối với nhiệt độ
nhiệt ng lc T v nhit Celsius t.
2.2 Các phơng pháp đo nhiệt độ và chia loại nhiệt kế
ã Cú nhiều loại dụng cụ đo nhiệt độ

• Có nhiều tên gọi
• Những thiết bị đo nhiệt độ cao bằng PP không tiếp
xúc thường gọi là hoả kế


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.2.1 Theo nguyên lí làm việc

a) Nhiệt kế dãn nở đo nhiệt độ bằng quan hệ giữa sự dãn
nở của chất rắn hay chất nước với nhiệt độ. Phạm vi đo
thông thường từ - 200 đến 6000C. Ví dụ các nhiệt kế
thuỷ ngân, ruợu...
b) Nhiệt kế kiểu áp kế đo nhiệt độ nhờ sự biến đổi áp suất
hoặc thể tích của chất khí, chất nước, hơi bão hồ
chứa trong một hệ thống kín có dung tích cố định khi
nhiệt độ thay đổi. Khoảng đo thông thường từ 0 đến
3000C.


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
c) Nhiệt kế điện trở đo nhiệt độ bằng tính chất biến
đổi điện trở khi nhiệt độ của vật dẫn hoặc bán dẫn
thay đổi. Khoảng đo thơng thường từ -2000C đến

5500C.
d) Cặp nhiệt cịn gọi là nhiệt ngẫu, pin nhiệt điện.
Đo nhiệt độ nhờ quan hệ giữa nhiệt độ với sức
nhiệt điện động sinh ra trên 2 cực của cặp nhiệt
điện. Khoảng đo thông thường từ 0 đến 1600oC..


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
e) Hoả kế bức xạ gồm hoả kế quang học, hoả kế
bức xạ và hoả kế so màu sắc. Chúng đo nhiệt độ
của vật thông qua tính chất bức xạ nhiệt của vật.
Khoảng đo thường từ 600 - 40000C, ngày nay,
dải đo đó có thể rộng hơn cả về hai phía. Đó là
dụng cụ đo gián tiếp.
2.2.2 Theo cơng dụng
-Nhiệt kế kỹ thuật
-Nhiệt kế phịng thí nghiệm
-Nhiệt kế chuẩn cấp 1, cấp 2
-Nhiệt kế mẫu


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.2.3 Theo cách chỉ thị
•
Nhiệt kế kim chỉ
•
Nhiệt kế tự nghi
•
Nhiệt kế hiện số
2.3 Nhiệt kế dãn nở

•
Nhiệt kế đo nhiệt độ dựa trên mối quan hệ giữa thể tích hoặc
chiều dài của một vật thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và hệ số
dãn nở của vật đó.
•
Nhiệt kế dãn nở chất rắn (cịn gọi nhiệt kế cơ khí) và nhiệt kế
dãn nở chất nước.


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.3.1 Nhiệt kế dãn nở chất rắn (nhiệt kế cơ khí)

Lt = Lt0[1+(t-t0)]

Lt = Lt0[1+(t-t0)].


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.3.2 Nhiệt kế dãn nở chất nước

Nguyên lý, cấu tạo :
• Bao nhiệt
• Mao quản
• Đoạn dự phịng

• Dải đo: - 200 đến 6000C


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
• Ưu, nhược điểm:

Đơn giản, rẻ tiền, sử dụng dễ dàng, thuận tiện và tương
đối chính xác nên được dùng khá phổ biến.
Do tác động chậm nên khơng thích hợp với mơi trường có
nhiệt độ biến đổi nhanh,
Khó đọc kết quả khi đo, dễ vỡ, khơng tự ghi lại được số đo
tại chỗ không đưa số đo đi xa được và khơng thích ứng
với nhiều đối tượng cần đo (VD: muốn đo nhiệt độ chất
rắn, đo nhiệt độ tại một điểm, 1 mặt...).


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
• Sai số của nhiệt kế dãn nở chất nước
*/ Do sự xê dịch điểm không
*/ Do nhiệt kế cắm q nơng

*/ Qn tính do chất nước lớn bám vào thành ống do đó có thể
xảy ra khi nhiệt độ biến đổi làm cho chất nước lên xuống đột ngột.
Vách ống hay chất nước bị bẩn cũng gây ra ảnh hưởng trên càng
nghiệm trọng.
• Ngồi ra cịn rất nhiều sai số như:
- qn tính nhiệt lớn
- độ chia khơng chính xác
- thước chia độ bị xê dịch,

- khó truyền tín hiệu đi xa.



Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ

2.4 Nhiệt kê áp kế
- Cấu tạo: hình 2.6
- Nguyên lý hoạt động
- Dải đo: (-60-550)oC
- Sai số: 2,5%
- Giảm sai số: giảm
hoặc
- Mắc phải sai số thủy tĩnh và sai số
do nhiệt độ mơi trường
Hình 2.6: Nhiệt kế kiểu áp kế


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
Môi chất sử dụng trong nhiệt kế kiểu áp kế va một số đặc tính

Đặc tính kỹ thuật

Nhiệt kế áp kế
Hơi

Khí

Chất nước

ChÊt láng lµm viƯc

N2 , He

CH3Cl, C3H60, C2H5Cl

Hg, rượu mêtylic, glixêrin

Khoảng đo

0-5000C

-600C-2500C

-40-5500C

Độ chính xác

1,5%

2,5%

Thước chia độ

Chia đều

Chia không đều

Chia dều

Bù nhiệt độ xung quang

Cần

Cần

Cần

Áp suất ban đầu thường dùng

20 bar

XÊp xỉ khí áp

25 bar

Áp suất max của hệ thống

45

55 bar

175 bar

Tốc độ phản ứng

Chậm

nhanh

Trung bình

Sai số thủy tĩnh

Khơng
hưởng

Tùy tình hình cụ thể

Khơng bị ảnh hưởng

Độ dài max của ống dẫn

60 m

60 m

20 m

bị

ảnh


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
• Ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp

• Khơng đo được nhiệt độ 1 điểm vì kích thước bao nhiệt
lớn mà thường dùng đo nhiệt độ của thể tích nào đó
• Q trình lan truyền áp suất có qn tính lớn nên chỉ đo
được nhiệt độ mơi trường có nhiệt độ thay đổi khơng
nhanh
• Có khả năng truyền số liệu đi xa và được ứng dụng tốt

trong môi trường dễ cháy nổ


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.5 Cặp

nhiệt nhiệt điện
2.5.1 Một số đặc điểm và nguyên lý đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt
2.5.1.1 Một số đặc điểm
• Có đủ độ chính xác, phạm vi đo nhiệt rộng
• Thuận tiện cho việc tự ghi, đo từ xa, khắc độ từng điểm dễ.
• Có thể đo đồng thời nhiều điểm về cùng một thiết bị đo.
• Đo được nhiệt độ trong các trường hợp đặc biệt mà các loại nhiệt
kế khác không thể dùng đo được. Chẳng hạn như đo nhiệt độ trên
các bề mặt, trong ống nhỏ,…
• Dễ dùng, yêu cầu kỹ thuật khơng khó, ít phức tạp và rẻ tiền.
• Dùng được phương pháp bù nhiệt độ.


Chương II: ĐO NHIỆT ĐỘ
2.5.1.2 Nguyên lý và cấu tạo của cặp nhiệt điện
mV
mV

T0
-

+
B

A
T1

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý cấu
tạo cặp nhiệt điện