thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 11 doc

Chương 11: Phương pháp chế tạo và
sơ đồ đo
5.4.3.1 Chế tạo ccëp nhiệt và vỏ bảo vệ
Trong khi chế tạo cặp nhiệt cần phải tránh tạo ra những cặp
nhiệt ký sinh. Nguyên nhân gây ra cặp nhiệt ký sinh là do gấp
khúc dây, nhiễm bẩn hoá học, bức xạ hạt nhân (biến đổi nguyên
tố). Mối hàn cũng phải nhỏ tới mức tối đa, bởi vì nếu vùng hàn
có kích thước lớn thì giữa các điểm khác nhau có thể nhiệt độ sẽ
khác nhau tạo ra suất điện động ký sinh.
Có ba kỹ thuật chính thường được sử dụng để hàn cặp nhiệt:
- Hàn thiếc khi nhiệt độ sử dụng không quá cao.
- Hàn xì bằng đèn xì axêtylen.
- Hàn bằng tia lửa điện.
Để tránh mọi tiếp xúc ở ngoài mối hàn, dây được đặt sứ cách
điện. Sứ cách điện phải trơ về hoá học và có điện trở lớn. Cấu
trúc cặp nhiệt-sứ cách điện thường không bền vững cơ học, bởi
vậy để bảo vệ, người ta còn trang bò thêm một lớp vỏ bọc bên
ngoài. Vỏ bọc này đảm bảo kín để khí không lọt qua và chống
được thăng gián nhiệt độ đột ngột. Nó thường được làm bằng sứ
hoặc bằng thép. Nếu vỏ bằng thép thì mối hàn có thể thì mối
hàn có thể tiếp xúc với vỏ thép để giảm thời gian hồi đáp.
5.4.3.2 Sơ đồ đo
Trên hình 5.5 biểu diễn sơ đồ đo thông dụng của cặp nhiệt .
Điều kiện lắp ráp từng đôi cùng nhiệt độ:
- Các mối hàn A/M
1
và B/M
1
của cặp nhiệt.
- Các mối hàn của các dây kim loại trung gian M
1

/
M
2
vàM
2
/ M
3
Khi đó trong mạch chỉ có suất điện động Seebeck của cặp
nhiệt. Thực vậy, tổng suất điện động trong trường hợp này được
viết dưới dạng biểu thức:




c
ref
ref
ref
á
á
á
à
à
à
à
à
à
á
á
á

ref
ref
c
c
T
T
A
T
AM
T
T
M
T
MM
T
T
M
T
MM
T
T
M
T
MM
T
T
M
T
MM
T

T
M
T
T
B
T
BA
dThPdThPdThP
dThPdThPdThdThPe
/111/222/3
33/222/11/
T
c
T
ref
B
A
M
1
M
1
(T
a1
)
(T
a1
)
M
2
M

2
M
2
(T
a2
)
(T
a2
)
M
3
Thiết bò đo
Hình 5.5 Sơ đồ lắp ráp cặp nhiệt với thiết bò đo.
Nghóa là:

 
TcTref
BA
T
T
AB
T
BA
T
BA
EdThhPPe
f
C
ref
c

///
Re



(5-23)
Sơ đồ vi sai: được áp dụng để đo hiệu nhiệt độ giữa hai điểm
đặt ở hai mối hàn A/B của cặp nhiệt. Với điều kiện là các mối
hàn giống nhau đặt ở cùng nhiệt độ A/M
1
, M
1
/M
2
, M
2
/ M
3
trong
mạch sẽ xuất hiện suất điện động Seebeck:E
A/B
.
Nếu khoảng nhiệt độ từ T
C1
đến T
C2
nhỏ, năng suất nhiệt điện
có thể coi là không đổi và ta có:




21/
21
CC
TT
BA
TTsE
CC


(5-24)
5.4.3.3 Phương pháp đo
Suất điện động Seebeck đo giữa hai đầu cặp nhiệt sẽ cung cấp
thông tin về nhiệt độ cần đo. Chúng chỉ có thể được xác đònh
chính xác nếu như ta giảm đến mức tối thiểu sự sụt áp do có
dòng điện chạy trong các phần tử cặp nhiệt và dây dẫn: nói
chung rất khó đón biết điện trở của chúng vì điện trở là hàm của
nhiệt độ môi trường và nhiệt độ cần đo.
Người ta thường áp dụng hai phương pháp đo suất điện động:
- Sử dụng milivôn kế có điện trở trong rất lớn để giảm sụt thế
trên dây dẫn.
- Sử dụng phương pháp xung đối để cho dòng điện chạy qua
cặp nhiệt bằng không.
Trên hình 5.6 biểu diễn sơ đồ đo suất điện động của cặp nhiệt
dùng milivôn kế.
Giả sử : R
t
là điện trở của cặp nhiệt.
R
l

là điện trở của dây nối .
R
v
là điện trở của milivôn kế.
khi đó điện áp giữa hai đầu của milivôn kế được biểu diễn
bởi biểu thức:

vlt
v
TT
BAm
RRR
R
EV
fC


Re
/


(5-25)
T
c
T
ref
(R
v
)
(R

t
)
(R
l
)
A
B
Milivon kế
Hình 5.6 Đo suất điện động của cặp nhiệt bằng milivon kế.
nghóa là :









v
lt
m
TT
BA
R
RR
VE
fC
1
Re

/

(5-26)
Vì điện trở của cặp nhiệt và dây nối chưa biết nên để giảm sai
số người ta chọn sao cho:
R
v
 R
t
+ R
l
Trên hình 5.7 biểu diễn sơ đồ đo suất điện động bằng phương
pháp xung đối.
G
T
ref
E
A/B
TcTref
+
-
R
e
T
c
R
h
+
-
E

a)
T
c
b)
G
TcTref
E
A/B
-
T
ref
+
R
e
R
h
E
-
+
R'
-
+
E
e
I
1
2
Hình 5.7 Đo suất điện động bằng phương pháp xung đối.
Nguyên tắc của phương pháp xung đối là đấu với suất điện
động cần đo một điện áp đối V sao cho điện áp này đúng bằng

giá trò suất điện động. Giá trò của V có thể đo được chính xác,
thông thường đây là điện áp rơi trên một điện trở có dòng chạy
qua.
Cặp nhiệt nối tiếp với một điện kế G và được đấu song song
với một điện trở chuẩn R
e
. Dòng điện I chạy qua điện trở R
e
có
thể điều chỉnh được để sao cho kim điện kế chỉ số 0 (nghóa là
dòng điện chạy qua điện kế bằng 0). Ta có:

IRE
e
TT
BA
fC

Re
/

(5-27)
Dòng điện I có thể điều chỉnh bằng một biến trở con chạy R
h
(mắc nối tiếp với nhuồn điện) và được đo bằng miliampe kế
(hình 5.7a). Cũng có thể điều chỉnh và đo dòng I nhờ một pin
mẫu đấu theo sơ đồ hình 5.7b. Trong trường hợp hình 5.7b :
E
e
= R

’
I
(5-28)
Do đó:

e
e
TT
BA
E
R
R
E
fC
'
/
Re`


(5-29)