Bài tập môn Thiết bị đo
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.84 MB, 44 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
Giải thích tín hiệu đo và cảm biến: (0,25 ..
Giải thích nguyên nhân và giải pháp chuyển đổi chuẩn hóa: (0,25 ..
Trình bày hoạt động của bộ ADC, nêu ví dụ các bộ ADC và đặc điểm: (0,25 .. Các cách chỉ thị số: (0,25 ..
Đặc điểm của thiết bị đo lường số loại 1 (ưu điểm và nhược .. (0,5 ..
<b>Loại 2: (2 ..</b>
(0.5 .. Giải thích tín hiệu đo và cảm biến: (0,25 ..
Giải thích ngun nhân và giải pháp chuyển đổi chuẩn hóa: (0,25 ..
Trình bày hoạt động của bộ ADC, nêu ví dụ các bộ ADC và đặc điểm: (0,25 ..
- Trình bày các loại sai số và cách tính (tuyệt đối, tương đối, TĐQĐ , TĐQĐ lớn nhất (0,5 .. - Sai số của phép đo gián tiếp (0,5 ..
- Các loại sai số của thiết bị đo ( cho phép, cơ bản, phụ, hệ thống…) (0,5 .. - Các tham số đặc trưng của thiết bị đo ( độ nhạy, độ phân dải thang đo…) (0,5 ..
<b>{‘‘} 3 .: (3 ..</b>
Giả sử có một thiết bị đo vạn năng đo được cường độ dòng điện trong phạm vi (0-1000)A với cấp chính xác 0,25, điện áp trong phạm vi (0-500)V với cấp chính xác 0,1. Khi dùng thiết bị đó đo trực tiếp dịng điện I và điện áp U thì thiết bị đo vạn năng lần lượt chỉ 950A, 400,9 V.
Hãy xác định năng lượng điện đo được trong 1giờ 40 phút bằng phương pháp gián tiếp? Giá trị hiện thị của thiết bị đo đó có ảnh hưởng đến kết quả đo khơng? Tại sao?
Biết đồng hồ thời gian có cấp chính xác 0,15 và dải đo là 2 giờ.::::
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">Tính I = 0,25.1000/100 = 2,5 A; U = 0,10.500/100 = 0,5 V; t = 0,15.2/100 = 0,003 h (0,5 .. Suy ra I = 950 2,5 ; U = 400,9 0,5; t = 5/3 0,003 (0,5 ..
<i><b>Năng lương điện tiêu thụ là: Q = U I t.</b></i>
Với kết quả đo trực tiếp trên, ta tính được cơng suất là:
P = 400,9 950 = 380855 w = 380,855 kW(0,5 .. Năng lượng tiêu thụ là Q = Pt = 380,855 5/3 ≈ 634,76 kWh(0,5 ..
Sai số tương đối của kết quả đo gián tiếp là:
(1) Máy đo điện áp và dòng loại 1(2,0 ..
+ Tín hiệu điện áp cần đo là Uđo ; Tín hiệu Uđo CH thường là tín hiệu sau khi qua bộ chuyển đổi chuẩn hóa thành tín hiệu vào mạch số, thông thường từ 0 V đến 5V để vào bộ chuyển đổ tương tự số.
+ Sau khi tín hiệu chuyển sang dạng số qua bộ ADC (n bit) ; giá trị số đầu ra từ 0 đến (2
<small>n </small>-1) (0,25 ..+ Giá trị số được đưa ra chỉ thị tại chỗ thường dựa trên LED 7 thanh, LCD hoặc mànhình (0,25 ..+ Đối với dịng tương tự, khi dòng cần đo qua điện trở Shunt và trở thành đo áp :
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">Uđo = Iđo Rshunt (0,25 ..
(2) Máy đo điện áp và dịng lại 2 (2,0 ..
+ Tín hiệu điện áp cần đo là Uđo ; Tín hiệu Uđo CH thường là tín hiệu sau khi qua bộ chuyển đổi chuẩn hóa thành tín hiệu vào mạch số, thơng thường từ 0 V đến 5V để vào bộ chuyển đổ tương tự số.
+ Sau khi tín hiệu chuyển sang dạng số qua bộ ADC (n bit) ; giá trị số đầu ra từ 0 đến (2
<small>n </small>-1) ( các ADC hayu dùng như 0809-8bit ; ICL 7109-9 bit ; MCP3204-12bit. (0,25 ..
+ Giá trị số được đưa vào vi điều khiển để tính tốn và hiển thị. Nếu sử dụng các họ VĐK AVR hay PIC, đã có sẵn ADC bên trong nên khơng cần ADC bên ngồi. Giá trị số được đưa ra chỉ thị tại chỗ
+ Đối với dòng tương tự, khi dòng cần đo qua điện trở Shunt và trở thành đo áp :
+ Tín hiệu điện áp cần đo là Uđo ; Tín hiệu Uđo CH thường là tín hiệu sau khi qua bộ chuyển đổi chuẩnhóa thành tín hiệu vào mạch số, thơng thường từ 0 V đến 5V để vào bộ chuyển đổ tương tự số. (0,5 ..+ Sau khi tín hiệu chuyển sang dạng số qua bộ ADC (n bit) ; giá trị số đầu ra từ 0 đến (2
<small>n </small>-1) (0,25 ..+ Giá trị số được đưa ra chỉ thị tại chỗ thường dựa trên LED 7 thanh, LCD hoặc màn hình (0,25 ..
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">(2) Bộ chuyển đổi chuẩn hóa có chức năng chuyển đổi điện áp (1 .. :
+ Nếu điện áp lớn, thường sử dụng mạch phân áp để giảm điện áp xuống mức cho phép (0,5 ..:
+ Nếu điện áp nhỏ, sử dụng mạch khuếch đại thuật toán giúp tăng điện áp lên mức cần thiết (0,5 .. (0,25 .. Khuếch đại không đảoKhuếch đại đảo
(0,25 .. Khuếch đại vi saiKhuếch đại vi sai dùng IC chuyên dụng INA
(3) Với vơn mét số loại 1 điển hình dùng ADC kết hợp hỗ trợ hiển thị LCD hoặc LED 7 thanh đó là IC TC7106/TC7107 của Microchip là bộ chuyển đổi tương tự số 3-1/2 digit ADC (0,5 ..
Cấu tạo của máy đo áp một chiều dùng TC7106/TC7107
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">(0,25 ..
+ Đầu vào : Điện áp bị giới hạn sao cho dòng vào tối đa là ±100 µA. như vậy ngồi việc phụ thuộc áp váo còn phụ thuộc điện trở Shurt đầu vào từ đó giới hạn điện áp vào dựa trên mạch chuẩn hóa ở trên. + Điệp áp nguồn cấp 15V
+ Giá trị đếm từ 0 – 2000 do đó điện áp chuẩn yêu cầu như sau :
;(0,25 ..
<b>{‘‘} 6 .: (4 ..</b>
Trình bày sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của máy đo dòng điện một chiều hiển thị số kiểu 1 (khơng có vi điều khiển) thông qua phép đo áp ?
::::
(1) Sơ đồ nguyên lý chung của máy đo điện áp 1 chiều hiển thị số kiểu 1 (1,5 ..
(0,5 .. + Để do dịng điện, thơng thường sử dụng phép đo gián tiếp thông qua điện áp trên điện trở shunt
Uđo = Iđo Rshunt
Do đó việc tính tốn dịng điện sẽ được thực hiện dựa trên điện áp Uđo
+ Tín hiệu điện áp cần đo là Uđo ; Tín hiệu Uđo CH thường là tín hiệu sau khi qua bộ chuyển đổi chuẩn hóa thành tín hiệu vào mạch số, thông thường từ 0 V đến 5V để vào bộ chuyển đổ tương tự số.
(0,25 ..
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">+ Sau khi tín hiệu chuyển sang dạng số qua bộ ADC (n bit) ; giá trị số đầu ra từ 0 đến (2
<small>n </small>-1) (0,25 .. + Giá trị số được đưa ra chỉ thị tại chỗ thường dựa trên LED 7 thanh, LCD hoặc màn hình (0,25 .. + Giá trị Uđo sẽ phụ thuộc trực tiếp vào điện trở Shunt, do đó việc chọn Shunt có độ chính xác cao và độ lớn của shunt phụ thuộc vào tiêu chuẩn Uđo CH cần thiết. Nếu Shunt bị giới hạn thì sang bước (2)
(2) Bộ chuyển đổi chuẩn hóa có chức năng chuyển đổi điện áp (1 .. :
+ Nếu điện áp lớn, thường sử dụng mạch phân áp để giảm điện áp xuống mức cho phép (0,5 ..:
+ Nếu điện áp nhỏ, sử dụng mạch khuếch đại thuật toán giúp tăng điện áp lên mức cần thiết (0,5 .. (0,25 .. Khuếch đại không đảoKhuếch đại đảo
(0,25 .. Khuếch đại vi saiKhuếch đại vi sai dùng IC chuyên dụng INA
(3) Với máy đo dịng số loại 1 điển hình dùng ADC kết hợp hỗ trợ hiển thị LCD hoặc LED 7 thanh đó là IC TC7106/TC7107 của Microchip à bộ chuyển đổi tương tự số 3-1/2 digit ADC (0,5 ..
Cấu tạo của máy đo áp một chiều dùng TC7106/TC7107
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">(0,25 ..
+ Đầu vào : Điện áp bị giới hạn sao cho dịng vào tối đa là ±100 µA. như vậy ngồi việc phụ thuộc áp váo cịn phụ thuộc điện trở Shurt đầu vào từ đó giới hạn điện áp vào dựa trên mạch chuẩn hóa ở trên. + Điệp áp nguồn cấp 15V
+ Giá trị đếm từ 0 – 2000 do đó điện áp chuẩn yêu cầu như sau :
Tuy nhiên dải điện áp này sẽ quy ra dòng cần đo, để giá trị hiển thị là dịng điện (0,25 ..
<b>{‘‘} 7 .: (4 ..</b>
Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy đo dòng điện kiểu hiển thị số kiểu 1 (khơng có vi điều khiển) sử dụng IC đo dòng ACS 712 ?
(1) IC dòng ACS712 (1,5 ..
+ Cảm biến dòng điện ACS 712 là một IC cảm biến dòng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall. ACS xuất ra 1 tín hiệu analog, Vout biến đổi tuyến tính theo sự thay đổi của dòng điện được lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC), trong phạm vi đã cho. (0,25 ..
+ Tụ (Cf theo sơ đồ) được dùng với mục đích chống nhiễu và có giá trị tùy thuộc vào từng mục đích sử dụng(0,25 .. :
(0,5 ..
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">Đặc điểm (0,25 ..
<b>-</b>Thời gian tăng của đầu ra để đáp ứng với đầu vào là 5µs.
<b>-</b>Điện trở dây dẫn trong là 1.2mΩ.
<b>-</b>Nguồn là 5V.
<b>-</b>Độ nhạy đầu ra từ 63-190mV/A.
<b>-</b>Điện áp ra ổn định. Đặc tính kỹ thuật : (0,25 ..
<b>-</b>Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp
<b>-</b>Thời gian chuyển đổi 5µs
<b>-</b>Điện trở trong: 1.2mΩ
<b>-</b>Sử dụng nguồn điện: 5V
<b>-</b>Độ nhạy đầu ra: 63 – 190 mV/A
<b>-</b>Nhiệt độ hoạt động: -40 – 85
<small>0</small>C
<b>-</b>Điện áp cách ly tối đa: 2100V (RMS)
<b>-</b>Độ nhạy đối với các loại module:
ACS 712-05B (5Ampe): 180 – 190 mV/A ACS 712-20A (20Ampe): 96 – 104 mV/A ACS 712-30A (30Ampe): 64 – 68 mV/A (2) kết nối khi đo dòng 1 chiều và xoay chiều (1 ..
<b>-</b>Đo dòng điện DC (0,5 ..
Khi đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ và Ip- đúng chiều, dòng điện đi từ Ip+ đến Ip- để Vout ra mức điện thế 2.5 ÷5V tương ứng dịng 0 ÷5A, nếu mắc ngược Vout sẽ ra điện thế 2.5V đến 0V tương ứng với 0A đến - 5A.
Cấp nguồn 5v cho module khi chưa có dịng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp với domino), thì Vout = 2.5V. Khi dịng Ip (dịng của tải) bằng 5A thì Vout = 5V, Vout sẽ tuyến tính với dịng Ip, trong khoản 2.5V đến 5V tương ứng với dòng 0 đến 5A.
<b>-</b>Đo dòng điện AC (0,25 ..
Khi đo dòng điện AC, do dịng điện AC khơng có chiều nên khơng cần quan tâm chiều.
Cấp nguồn 5v cho module khi chưa có dịng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp với domino) , thì Vout=2.5v. khi có dịng xoay chiều Ip(dòng AC) do dòng xoay chiều độ lớn thay đổi liên tục theo hàm sin, nên điện thế Vout sẽ là điện thế xoay chiều hình sin có độ lớn tuyến tính với dịng điện AC, 0 đến 5V(thế xoay chiều xoay chiều) tương ứng với -5A đến 5A (dòng xoay chiều).
<b>-</b>Muốn khuêch đại dòng ra sử dụng thêm bộ khuếch đại ngoài: (0,25 ..
(3) Với vơn mét số loại 1 điển hình dùng ADC kết hợp hỗ trợ hiển thị LCD hoặc LED 7 thanh đó là IC TC7106/TC7107 của Microchip à bộ chuyển đổi tương tự số 3-1/2 digit ADC (0,5 ..
Cấu tạo của máy đo áp một chiều dùng TC7106/TC7107
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">(0,25 ..
+ Đầu vào : Điện áp bị giới hạn sao cho dịng vào tối đa là ±100 µA. như vậy ngồi việc phụ thuộc áp váo cịn phụ thuộc điện trở Shurt đầu vào từ đó giới hạn điện áp vào dựa trên mạch chuẩn hóa ở trên. + Điệp áp nguồn cấp 15V
+ Giá trị đếm từ 0 – 2000 do đó điện áp chuẩn yêu cầu như sau : ;(0,25 ..
<b>{‘‘} 8 .: (4 ..</b>
Trình bày sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của máy đo đa năng một pha sử dụng IC ADE7753 để đo các thơng số: dịng điện, điện áp, công suất (P, Q, S) và hệ số công suất cos ?
::::
Sơ đồ khối của Multimeter 1 pha (2 ..
+ Đo dịng điện, điện áp, cơng suất P, Q, S, hệ số công suất của tải 1 pha. Trong đó dịng điện, điện áp hiệu dụng, P và S cũng đã được thu thập sẵn trong thanh ghi của ADE, tính hệ số cơng suất cos = P/S. (0,5 ..
+ IC ADE tích hợp bộ ADC, bộ tích phân tích lũy tính cơng suất, các bộ lọc và tính tốn dịng áp hiệu dụng bên trong chíp (0,5 ..
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">+ Bởi đầu vào của ADE là giá trị xoay chiều, tín hiệu vào ADE dạng áp với Vpeak = 0,5 V. Do đó cần phải hạ áp và hạ dịng thơng qua biến áp và biến dịng. Có thể phân áp trực tiếp để đưa vào ADE mà không cần qua biến áp. (0,5 ..
+ Tín hiệu dịng được thành áp thơng qua điện trở shunt, để tín hiệu khơng bị nhiễu bởi hài bậc cao, cho qua các bộ lọc lấy tần số lưới điện. Các giá trị tham số của lưới điện 1 pha được VĐK đọc về và tính tốn đưa ra hiển thị (0,5 ..
+ Tín hiệu điện áp cần đo là Uđo ; Tín hiệu Uđo CH thường là tín hiệu sau khi qua bộ chuyển đổi chuẩn hóa thành tín hiệu vào mạch số, thông thường từ 0 V đến 5V để vào bộ chuyển đổ tương tự số. (0,25 .. + Sau khi tín hiệu chuyển sang dạng số qua bộ ADC (n bit) ; giá trị số đầu ra từ 0 đến (2
<small>n </small>-1) ( các ADC hayu dùng như 0809-8bit ; ICL 7109-9 bit ; MCP3204-12bit. (0,25 ..
+ Giá trị số được đưa vào vi điều khiển để tính toán và hiển thị. Nếu sử dụng các họ VĐK AVR hay PIC, đã có sẵn ADC bên trong nên khơng cần ADC bên ngồi. Giá trị số được đưa ra chỉ thị tại chỗ thường dựa trên LED 7 thanh, LCD hoặc màn hình (0,25 ..
(2) Bộ chuyển đổi chuẩn hóa có chức năng chuyển đổi điện áp (1 .. :
+ Nếu điện áp lớn, thường sử dụng mạch phân áp để giảm điện áp xuống mức cho phép (0,5 ..:
+ Nếu điện áp nhỏ, sử dụng mạch khuếch đại thuật toán giúp tăng điện áp lên mức cần thiết (0,5 .. (0,25 .. Khuếch đại không đảoKhuếch đại đảo
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">(0,25 .. Khuếch đại vi saiKhuếch đại vi sai dùng IC chuyên dụng INA
<i>V</i><sub>với n là số bit ADC và V</sub>
<small>ref là điện áp chuẩn của ADC </small>
(0.5 .. 3 là : Tìm mối liên hệ giữa Dout và Uđo
Như vậy khi VĐK đọc được giá trị D
<small>outADC</small>; VĐK sẽ thực hiện phép tính trên suy ra U
<small>đo</small>và hiển thị lên chỉ thị số hoặc lưu trữ và truyền về trung tâm.
<b>{‘‘} 10 .: (3 ..</b>
Trình bày sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của máy đo dòng điện một chiều hiển thị số kiểu 2 (sử dụng vi điều khiển) thông qua phép đo áp ?
(1) Sơ đồ nguyên lý chung của máy đo dòng 1 chiều hiển thị số kiểu 2 (1 ..
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">(0,25 ..
+ Tín hiệu dịng cần đo được qua các điện trở Shunt theo phương pháp trực tiếp hoặc qua mạch OPAM với trở kháng vào vô cùng lớn. Từ đó chuyển dịng thành áp:
Uđo = Iđo Rshunt
Do đó việc tính tốn dịng điện sẽ được thực hiện dựa trên điện áp Uđo
+ Tín hiệu điện áp cần đo là Uđo ; Tín hiệu Uđo CH thường là tín hiệu sau khi qua bộ chuyển đổi chuẩn hóa thành tín hiệu vào mạch số, thơng thường từ 0 V đến 5V để vào bộ chuyển đổ tương tự số.
+ Sau khi tín hiệu chuyển sang dạng số qua bộ ADC (n bit) ; giá trị số đầu ra từ 0 đến (2
<small>n </small>-1) ( các ADC hayu dùng như 0809-8bit ; ICL 7109-9 bit ; MCP3204-12bit. (0,25 ..
+ Giá trị số được đưa vào vi điều khiển để tính tốn và hiển thị. Nếu sử dụng các họ VĐK AVR hay PIC, đã có sẵn ADC bên trong nên khơng cần ADC bên ngồi. Giá trị số được đưa ra chỉ thị tại chỗ thường dựa trên LED 7 thanh, LCD hoặc màn hình (0,25 ..
+ Giá trị Uđo sẽ phụ thuộc trực tiếp vào điện trở Shunt, do đó việc chọn Shunt có độ chính xác cao và độ lớn của shunt phụ thuộc vào tiêu chuẩn Uđo CH cần thiết. Nếu Shunt bị giới hạn thì sang bước (2) chuẩn hóa điện áp (0,25 ..
(2) Bộ chuyển đổi chuẩn hóa có chức năng chuyển đổi điện áp (1 .. :
+ Nếu điện áp lớn, thường sử dụng mạch phân áp để giảm điện áp xuống mức cho phép (0,5 ..:
+ Nếu điện áp nhỏ, sử dụng mạch khuếch đại thuật toán giúp tăng điện áp lên mức cần thiết (0,5 .. (0,25 .. Khuếch đại không đảoKhuếch đại đảo
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">(0,25 .. Khuếch đại vi saiKhuếch đại vi sai dùng IC chuyên dụng INA
<i>V</i><sub>với n là số bit ADC và V</sub>
<small>ref là điện áp chuẩn của ADC </small>
(0.5 .. 3 là : Tìm mối liên hệ giữa Dout và Uđo
Như vậy khi VĐK đọc được giá trị D
<small>outADC</small>; VĐK sẽ thực hiện phép tính trên suy ra I
<small>đo</small>và hiển thị lên chỉ thị số hoặc lưu trữ và truyền về trung tâm.
<b>{‘‘} 11 .: (3 ..</b>
Trình bày sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý và hoạt động của máy đo đa năng một pha sử dụng IC ADE-7753, đo dịng điện, điện áp, cơng suất và hệ số công suất cos ?
::::
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"><b>Sơ đồ khối của máy đo đa năng 1 pha (0.5 ..</b>
+ Đo dịng điện, điện áp, cơng suất P, Q, S, hệ số công suất của tải 1 pha. Trong đó dịng điện, điện áp hiệu dụng, P và S cũng đã được thu thập sẵn trong thanh ghi của ADE, tính hệ số cơng suất cos = P/S. + IC ADE tích hợp bộ ADC, bộ tích phân tích lũy tính cơng suất, các bộ lọc và tính tốn dịng áp hiệu dụng bên trong chíp (0,5 ..
+ Bởi đầu vào của ADE là giá trị xoay chiều, tín hiệu vào ADE dạng áp với Vpeak = 0,5 V. Do đó cần phải hạ áp và hạ dịng thơng qua biến áp và biến dịng. Có thể phân áp trực tiếp để đưa vào ADE mà khơng cần qua biến áp.
+ Tín hiệu dịng được thành áp thơng qua điện trở shunt, để tín hiệu khơng bị nhiễu bởi hài bậc cao, cho qua các bộ lọc lấy tần số lưới điện. Các giá trị tham số của lưới điện 1 pha được VĐK đọc về và tính tốn đưa ra hiển thị (0,5 ..
<b>Sơ đồ nguyên lý (1 ..</b>
Trình bày nguyên lý của các đầu vào dòng và áp (1 ..
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15"><b>-</b>Đầu vào áp: sử dụng mạch phân áp, tính tốn các điện trở (0,5 ..
<b>-</b>Mạch vào dịng, tính chọn biến dịng, chọn shunt, tính áp vào ( 0,5 ..
<b>{‘‘} 12 .: (3 ..</b>
Trình bày sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý và hoạt động của máy đo dịng điện một chiều 0÷10A kiểu hiển thị số sử dụng ADC0809, VĐK 89S52. Tính tốn các thông số trong mạch ?
Sơ đồ khối của máy đo dòng điện (0,5 ..
Chọn Shunt 1 Điệp áp Uđo = 0 ÷ 50V(0,5 .. Sử dụng mạch phân áp đơn giản UđoCH = 0 ÷ 5V
R1 = 1,5K biến trở điều chỉnh được Để sao cho UđoCH = 1/10 Uđo (0,25 ..
ADC 0809 8 bít như vậy mối quan hệ giữa điện áp Iđo và Dout đọc được là:
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">Nhiệt kế này có 4 bộ phận chính là bao nhiệt, ống mao quản, áp kế và cơ cấu đo:
– Bao nhiệt (1) là bộ phận nhạy cảm đặt trong môi trường cần đo nhiệt độ; đó là một ống đồng thau hoặc thép khơng gỉ, đầu dưới được nút và hàn kín cịn đầu trên hàn nối với ống nhỏ hơn để điều chỉnh độ cắm của bao nhiệt, tiếp sau đó là ống mao quản nối tới áp kế làm thành một hệ thống kín như hình 2.6a. Bao nhiệt có đường kính khoảng10-30mm và dài khoảng 100-300mm. Kích thước, độ dày của bao nhiệt và vật liệu làm bao nhiệt có ảnh hưởng tới chất lượng của nhiệt kế. (0,25 ..
– Ống mao quản (2) là một ống dẫn có lỗ rất nhỏ, làm bằng ống đồng nhỏ hoặc ống thép không gỉ, trong chứa chất lỏng. Nếu ống mao quản càng dài và lỗ càng nhỏ thì số chỉ của nhiệt
kế càng chậm. Kích thước của ống mao quản thường dài 5-60m, đường kính ngồi khoảng 1-3mm và đường kính lỗ trong khoảng 0,3-1mm. Phía ngồi ống mao quản có ống kim loại mềm hoặc lưới kim loại mạ để bảo vệ. (0,25 ..
– Áp kế (3) là một ống hình lị xo có tiết diện dẹt hoặc hình bầu dục. Đầu cố định được nối thông với ống mao quản, đầu tự do hàn kín và nối với cơ cấu đo. (0,25 ..
– Cơ cấu đo (4) gồm đòn bẩy khuếch đại độ xê dịch của đầu tự do khi áp suất bên trong biến đổi.
Tất cả bốn bộ phận trên được nối thành một hệ thống kín có dung tích khơng đổi. (0,25 ..
b) Ngun lý hoạt động (1 ..
Chất lỏng chứa trong hệ thống kín có dung tích khơng đổi, khi nhiệt độ thay đổi thì áp suất trong hệ thống kín thay đổi. Sự thay đổi áp suất này dẫn tới áp kế hình ống lị xo có xu hướng làm trịn tiết diện và làm hệ thống đòn bẩy kéo kim chỉ thị trên mặt chia độ quay. (0,5 ..
Ống hình lị xo có thể là 3/4 đường trịn hoặc xoắn nhiều vịng (hình 2.6b) để tăng thêm độ xê dịch của đầu tự do, cũng có khi áp kế là loại hộp màng kim loại, khi áp suất biến đổi thì màng kim loại xê dịch và làm hệ thống đòn bẩy chuyển dịch. (0,5 ..
c) Môi chất sử dụng trong nhiệt kế kiểu áp kế (2 ..
Có 3 kiểu mơi chất được sử dụng trong nhiệt kế kiểu áp kế là chất nước, chất khí và hơi bão hồ. ứng với mỗi loại mơi chất trong hệ thống kín trên ta có nhiệt kế chất nước, nhiệt kế chất khí và nhiệt kế hơi bão hồ.
<b> (i) Nếu mơi chất là chất nước (Hg, rượu mêtylic, glixêrin.)</b> (0,5 ..
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">Dải đo: (-40~550)
<small>0</small>C. Ưu điểm:
– Quán tính nhỏ.
– Truyền áp suất nhanh.
– Quan hệ P~t tương đối tuyến tính nên chúng có thước chia độ đều. Nhược điểm:
– Số chỉ áp kế luôn sai đi một lượng: Dp = 0,1 hg, trong đó: Dp là (+) hoặc (-) tuỳ theo bao nhiệt đặt cao hoặc thấp hơn bộ phận áp kế; h là độ cao chênh lệch; g là trọng lượng riêng của chất nước.
Muốn cho Dp nhỏ thì phải nén chất nước trong hệ thống kín dưới một áp suất tương đối lớn, thông thường áp suất ban dầu là 15~20kg/cm
<small>2</small>thì áp suất lớn nhất của hệ thống kín khi đo lường thường khơng vượt q 130~50kg/cm
<small>2</small>.
– Mắc phải sai số do nhiệt độ môi trường xung quanh nhiệt kế thay đổi (vì nhiệt độ khi khắc độ khác với nhiệt độ của môi trường tại nơi nhiệt kế đang làm việc). Giảm sai số này bằng cách giảm tỷ lệ Va0/ Vb0 hoặc Vd0/Vb0 trong đó Va0 là thể tích ở nhiệt độ khắc độ của áp kế; Vb0 là thể tích ở nhiệt độ khắc độ của bao nhiệt; Vd0 là thể tích ở nhiệt độ khắc độ của ống mao quản.
<b>(ii) Nếu môi chất là các loại khí trơ như N, He dải đo từ: 0~500</b>
<small>0</small>C. (0,5 ..
Mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất là: Pt = P0(1 + t); trong đó Pt là áp suất của khí ở t
<small>0</small>C, P0 là áp suất của khí ở 0
<small>o</small>C, là hệ số nhiệt áp suất của chất khí.
Ưu điểm: Sai số thuỷ tĩnh nhỏ hơn nhiều so với chất nước. Nhược điểm:
– Mắc phải sai số do nhiệt độ môi trường xung quanh nhiệt kế thay đổi (vì nhiệt độ khi khắc độ khác với nhiệt độ của môi trường tại nơi nhiệt kế đang làm việc). Khắc phục bằng cách tăng dung tích bao nhiệt, giảm dung tích ống mao quản và áp kế.
– Quán tính lớn hơn so với quán tính nhiệt kế dùng chất nước.
<b>(iii) Nhiệt kế là hơi bão hòa:</b> (1 ..
Nhiệt kế loại này dùng mơi chất có áp suất và nhiệt độ ứng với trạng thái bóo hồ là những trị số nhất định tương ứng với nhau, ví dụ như axêtơn (C3H6O), clorua êtilen (C2H5Cl), clorua mêtil (CH3Cl),..., các chất này khi ở thể nước thường rất dễ bay hơi vì điểm sôi thấp. Chỉ khi ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn của chất lỏng trong bao nhiệt thì chất lỏng đó mới có trạng thái bóo hồ, nếu nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn thì chất lỏng hồn tồn ở thể hơi khơng duy trì được quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ vì vậy hạn đo trên của loại nhiệt kế này là thấp hơn nhiệt độ tới hạn. Quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất của một số hơi bóo hồ như hình 2.7. (0,5 ..
Dải đo: -600C~250
<small>0</small>C. Ưu điểm: (0,25 ..
– Số chỉ không phụ thuộc môi trường xung quanh.
– Kích thước bao nhiệt nhỏ hơn rất nhiều so với các loại nhiệt kế kiểu áp kế khác. – Sai số nhỏ hơn và độ nhạy cao hơn so với nhiệt kế kiểu áp kế khác.
Nhược điểm: (0,25 ..
– Quan hệ giữa P~t là phi tuyến. Thước chia độ của nhiệt kế khơng đều, phía nhiệt độ thấp thì vạch chia sát nhau, phía nhiệt độ cao thì vạch chia thưa dần.
– Sai số khi đo nhiệt độ thấp lớn hơn sai số khi đo nhiệt độ cao rất nhiều.
<b>{‘‘} 14 .: (4 ..</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">Trình bày thiết bị đo áp suất kiểu cột chất lỏng ống thủy tinh (áp kế chữ U, áp kế hình chén và vi áp kế ống nghiêng) ?
Áp kế cột chất lỏng ống thuỷ tinh là những thiết bị đầu tiên được sử dụng để đo áp suất. Chúng bao gồm: áp kế chữ U, áp kế chén và các vi áp kế.
Nguyên lý làm việc của áp kế này là sự hình thành cột chất lỏng chênh lệch giữa hai mức chất lỏng thông nhau dưới tác động của hai áp suất khác nhau. Hiệu số của hai áp suất này được xác định thông qua đọc cột chất lỏng chênh lệch giữa hai mức. (0,5 ..
<i><b>a) Áp kế chữ U </b></i>(1 ..
Áp kế chữ U là thiết bị đo áp suất tại chỗ. Nó có thể sử dụng để đo áp suất dư, áp suất chân không và hiệu áp suất giữa hai môi trường. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của áp kế chữ U được mơ tả trên hình 3.1.
Cấu tạo cơ bản của nó là một ống thuỷ tinh được uốn cong hình chữ U thường chứa chất lỏng đầy nửa chiều cao của ống và một thang chia độ bảo đảm đọc được cả hai mức chất lỏng ở hai bên. Chất lỏng thường được sử dụng là nước hoặc là thuỷ ngân và thỉnh thoảng cả các chất lỏng khác. Đường kính bên trong của ống thuỷ tinh khơng được nhỏ hơn 8-10mm và đồng đều theo chiều dài của ống. Khi sử dụng áp kế chữ U phải được lắp đặt theo phương thẳng đứng. Để đo áp suất dư hoặc áp suất chân khơng thì một đầu chữ U được nối với mơi trường đo, đầu cịn lại thơng với khí quyển (0,5 ... (Hình 0,25 ..
Nếu đo hiệu áp suất thì hai đầu được nối thơng với hai môi trường
đo. Đơn vị đo áp suất thường được sử dụng là mm cột nước nếu chất lỏng là nước và mm thuỷ ngân nếu chất lỏng trong ống là thuỷ ngân. Có thể chuyển đổi đơn vị đo sang pascal, công thức:
P = P1 + P2 = h.g. (Pa)
nếu mơi trường phía trên hai bề mặt dịch thể có khối lượng riêng nhỏ. Trong đó: h – cột dịch thể chênh lệch giữa hai mức (h = h1 + h2), (m);
g – gia tốc trọng trường địa phương (m/s
<small>2</small>);
– khối lượng riêng của chất lỏng trong ống (kg/m
<small>3</small>).
Nếu mơi trường phía trên hai bề mặt chất lỏng có khối lượng riêng lớn thì cơng thức chuyển đổi có dạng:
P = hg( –m) (Pa)
Trong đó: m – khối lượng riêng môi trường trên bề mặt dịch thể (kg/m
<small>3</small>). Dải đo: 1at.
Sai số cơ bản của áp kế chữ U là do kết quả tính đọc áp suất đo được. Khi độ chia của thang là 1mm thì sai số tổng cộng đọc được sẽ là 2mm. Giá trị tỷ trọng của dịch thể lấy trong các bảng chuẩn so với sai số không vượt quá 0,005%, nghĩa là có thể bỏ qua. (0,5 ..
<i><b>b) Áp kế chén </b></i>(1 ..
Áp kế chén hay còn gọi là áp kế một ống có sơ đồ nguyên lý cấu tạo mơ tả trong hình 3.2 bao gồm một bình hình trụ nối thông với một ống thuỷ tinh và một thang chia độ. Diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều diện tích của đường ống. Dịch thể được chứa trong bình sao cho mức của nó
<small>P1</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">nằm trong ống ngang chỉ số 0 trên thang chia độ. Áp kế chén có thể dùng để đo áp suất dư nếu miệng bình được nối thơng với mơi trường đo cịn miệng ống thuỷ tinh thơng với khí quyển. Để đo chân khơng thì ngược lại, miệng ống nối với mơi trường đo cịn miệng bình thơng với khí quyển. Khi đo hiệu áp suất của hai mơi trường thì áp suất lớn hơn được nối thơng với miệng bình, cịn áp suất bé hơn nối thơng với miệng ống. (0,5 ..
Khi đo thì mức chất lỏng trong ống tăng lên, cịn trong bình giảm xuống. Giả sử dưới tác động của áp suất mức chất lỏng trong ống tăng lên h1 so với mức 0 và trong bình giảm xuống h2 thì chiều cao cột chất lỏng tương ứng với áp suất đo được sẽ là:
trong đó: d – đường kính của ống (m);
D – đường kính trong của bình (m).
Ưu điểm cơ bản của áp kế chén là chỉ đọc được một giá trị mức. Như vậy nếu độ chia của thang là 1mm thì sai số đo là ± 1mm. Trong trường hợp không tiến hành hiệu chỉnh chỉ số đo do mức chất lỏng trong bình giảm xuống thì sai số của phép đo là ± (1 +
Vi áp kế ống nghiêng sử dụng để đo các giá trị áp suất nhỏ với độ chính xác cao. Nó có thể sử dụng để đo áp suất dư, chân không hoặc hiệu áp suất. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của vi áp kế nghiêng được mơ tả trên hình 3.3. Về cơ bản vi áp kế ống nghiêng có cấu tạo tương đương như áp kế hình chén. Sự khác nhau cơ bản ở đây là ống thuỷ tinh có khắc độ mm có thể quay quanh trục 0 để tạo nên những trục nghiêng cần thiết nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của phép đo khi đo những áp suất nhỏ. Chất lỏng được sử dụng trong vi áp kế nghiêng thường là cồn chứa đầy trong bình lớn đến ngang mức 0 trong ống thuỷ tinh.
Vi áp kế ống nghiêng có thể sử dụng để đo áp suất dư khi môi trường đo được nối thông với miệng bình lớn cịn miệng ống thuỷ tinh thì thơng với khí quyển. Nếu đo chân khơng thì miệng ống thuỷ tinh được nối thơng với mơi trường đo cịn miệng bình thơng với khí quyển. Khi đo hiệu áp suất của hai mơi trường thì miệng bình lớn được nối thơng với mơi trường có áp suất lớn cịn mơi trường có áp suất nhỏ được nối thơng với ống thuỷ tinh. (0,5 ..
Hình 3.2: áp kế hình chén
<small>P</small><sub>2</sub><small>h</small><sup>1</sup>
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">
