Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ
BÁO CÁO ĐO LƯỜNG NHIỆT

ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁN TIẾP

1


NỘI DUNG CHÍNH




I) Cơ sở lý thuyết



1.1 Định nghĩa



1.2 Các loại đơn vị đo



1.3 Các phương pháp đo



1.4 Các dụng cụ đo

II) Những định luật về bức xạ







Định luật Planck



Định luật Stefan-Boltzman



Định luật chuyển định của Wiên

III) Các dụng cụ đo bằng phương pháp gián tiếp



3.1 Hỏa kế quang học



3.2 Hỏa kế quang điện



3.3 Hỏa kế bức xạ toàn phần



3.4 Hỏa kế so màu sắc

IV) Ứng dụng của đo nhiệt độ gián tiếp

2


I) Cơ sở lý thuyết

1.1 Định nghĩa
_ Nhiệt độ là tham số vật lý quan trọng của vật chất, biểu thị cho mức độ "nóng" và "lạnh" của vật chất đó. Vật chất có nhiệt
độ cao hơn thì nóng hơn.

3


1.2 Mục đích của việc đo nhiệt độ?

4


1.2 Các loại đơn vị đo
+ Độ Celsius(°C đọc là độ C hay độ bách phân)
+ Độ Delisle (°De)
+ Độ Fahrenheit (°F đọc là độ F)

+ Độ Newton(°N)
+ Độ Rankine(°R hay °Ra)
+ Độ Réaumur(°R)
+ Độ Rømer(°Rø)
+ Độ Kenvinl (°K)
1.3 các phương pháp đo
+ Phương pháp đo nhiệt độ trực tiếp
+ Phương pháp đo nhiệt độ gián tiếp

5


1.4 Các dụng cụ đo
- Dụng cụ đo: là nhiệt kế.
- Các loại nhiệt kế đo trực tiếp: Nhiệt kế điện trở, nhiệt kế dãn nở, nhiệt kế kiểu áp suất, cặp nhiệt điện…
- Các loại nhiệt kế đo gián tiếp: Các loại hỏa kế.
o
- Theo thói quen thông thường: khái niệm nhiệt kế để chỉ các dụng cụ đo nhiệt độ dưới 600 C, còn hỏa kế để
o
chỉ dụng cụ đo nhiệt độ trên 600 C.

6


1.3.1 Phương pháp đo nhiệt độ gián tiếp

Bất kỳ một vật nào sau khi nhận nhiệt thì cũng có một phần nhiệt năng chuyển đổi thành
năng lượng bức xạ, số lượng được chuyển đổi đó có quan hệ với nhiệt độ. Vậy từ năng
lượng bức xạ người ta sẽ biết được nhiệt độ của vật.

7


Tại sao lại đo nhiệt độ bằng phương pháp gián tiếp?
+ Do nhiệt độ cao không thể đo trực tiếp.
+ Do những vật cần đo không tiếp xúc với bên ngoài.
+ Đo trực tiếp có thể gây nguy hiểm cho con người.

8


II) Những định luật về bức xạ
2.1 Định luật Planck
Đối với vật đen tuyệt đối thì quan hệ Eoλ và T bằng công thức:
 

λ : độ dài của bước sóng

 

 

 

o
Nếu T < 3000 K và λ .T < 0,3 cm.K thì sử dụng công thức trên là khá chính xác.

9

2.2 Định luật Stefan-Boltzman
Cường độ bức xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối liên hệ với nhiệt độ của nó bằng biểu thức:

 

2.3 Định luật chuyển định của Wiên:
Khi vật nhiệt độ T có cường độ bức xạ lớn nhất thì sóng λ max sẽ quan hệ với nhiệt độ theo biểu
thức: 
 

10


III) Các dụng cụ đo bằng phương pháp gián tiếp
3.1 Hỏa kế quang học

11


 

Nguyên lý: dựa vào định luật Planck

Nguyên tắc làm việc làm việc của hỏa kế quang học: so sánh cường độ sáng của vật cần đo với cường độ
sáng của một nguồn sáng chuẩn đó là bóng đèn sợ đốt vonfram sau khi đã được già hóa trong khoảng 100
giờ với nhiệt độ , sự phát sáng của đèn ổn định nếu sử dụng ở nhiệt độ . Cường độ sáng có thể được điều
chỉnh bằng cách thay đổi dòng đốt hoặc dùng bộ lọc ánh sáng.

12

13


Sai số khi đo:
 

Sai số đo độ đen của vật . Khi đó xác định bởi công thức:

Công thức hiệu chỉnh:
Giá trị cho theo đồ thị
Thông thường sai số của phép đo còn do ảnh hưởng của khoảng cách đo, tuy nhiên sai số này thường nhỏ. Khi môi
trường có bụi làm bẩn ống kính, kết quả đo cũng bị ảnh hưởng.

14


3.2 Hỏa kế quang điện
Nguyên tắc đo nhiệt độ của hỏa kế quang điện cũng tương tự như hỏa kế quang học song nhờ dùng đèn quang điện
làm bộ phận nhạy cảm và thực hiện điều chỉnh độ sáng của bóng đèn một cách tự động nên hỏa kế quang điện là
dụng cụ tự động đo được nhiệt độ các quá trình biến đổi nhanh có thể tự ghi số đo một cách liên tục và dùng trong
các hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ.

15


o
o
Phạm vi đo 600÷2000 C đặc biệt khi sử dụng kính mờ có thể đo đến 4000 C.

16


3.3 Hỏa kế bức xạ toàn phần
Nguyên lý: ứng dụng định luật bức xạ toàn phần của Boltzman.
Phân loại:
+ Hỏa kế bức xạ có ống kính hội tụ
+ Hỏa kế bức xạ có kính phản xạ

17


Nguyên tắc hoạt động:

•
 

Bộ phận thu năng lượng có thể là một vi nhiệt kế điện trở hoặc là một tổ hợp cặp nhiệt, chúng phải thỏa mãn các yêu cầu:

•
•
•

Có thể làm việc bình thường trong khoảng nhiệt độ
Phải có quán tính nhiệt đủ nhỏ và ổn định giây
Kích thước đủ nhỏ để tập trung năng lượng bức xạ vào đó.

18

* Sai số:
 

+ Khi đo nhiệt độ bằng hỏa kế bức xạ sai số thường không vượt quá trong điều kiện:
+ Vật đo phải có độ đen xấp xỉ 1
+ Tỉ lệ giữa đường kính vật bức xạ và khoảng cách đo không nhỏ hơn
+ Nhiệt độ môi trường

o
o
* Khoảng đo: 1800 C đến 3500 C
* Ưu nhược điểm của 2 loại hỏa kế
Hoả kế dùng gương phản xạ tổn thất năng lượng thấp (~10%), hoả kế dùng thấu kính hội tụ có thể tổn thất tới 30
- 40%. Tuy nhiên loại thứ nhất lại có nhược điểm là khi môi trường nhiều bụi, gương bị bẩn, độ phản xạ giảm do
đó tăng sai số.

19


3.4 Hỏa kế so màu sắc

So sánh cường độ bức xạ hoặc độ sáng đối với hai sóng bức xạ khác nhau nhiệt độ đo trong trường hợp này
gọi là nhiệt độ so độ sắc.

20


 

- Nguyên lý làm việc: cường độ bức xạ từ vật đo 1 qua thấu kính hội tụ và tập trung ánh sáng qua đĩa quay, đĩa này

quay quanh trục nhờ động cơ xoay chiều. Sau khi ánh sáng qua đĩa thì đi đến phần tử quang điện. Trên đĩa quay có
khoan 1 lỗ nhỏ, trong đó một nữa đặt bộ lọc màu đỏ còn nữa kia đặt bộ lọc màu xanh. Sự chênh lệch giữa hay dòng
quang điện do các xung lượng tạo ra gây nên trong bộ khuyết đại, một tín hiệu tỉ lệ với logarit tự nhiên của tỉ số 2
dòng quang điện khi tấm chắn quay.
- Khoảng đo: từ

21


Ưu điểm

-

 

Nhiệt độ so màu sắc gần giống nhiệt độ thực với nhiệt độ độ sáng và nhiệt độ bức xạ.
Việc xác định đối với các đối tượng rất khó, trái lại xác định tỉ dố độ đen của 2 song bức xạ rất dể dàng
và khá chính xác nên số bổ chính tìm được đáng tinh cậy hơn, và sai số sẽ giảm đi nhiều.

-

Ảnh hưởng do hấp thụ bức xạ của môi trường giảm rất nhỏ so với các hỏa kế khác.

22


IV) Ứng dụng của dụng cụ đo phương pháp trong cuộc sống
-

Đo nhiệt độ các chi tiết, máy móc nóng đang vận hành: như động cơ, dòng kim loại đang nóng chảy…

23


Hiện nay công nghệ ngày càng tiên tiến, các dụng cụ đo gián tiếp cũng rẻ đi nên còn đo thân nhiệt cơ thể, đo
nhiệt độ các bề mặt thông thường…

24


25