BÁO CÁO QÚA TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

Mục lục

1


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

Bài 1: Thí nghiệm đo và điều khiển quá trình gia nhiệt
1. Sơ lược về nhiệt độ và đo nhiệt độ:
1.1 Định nghĩa:
-Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ “nóng” và “lạnh” của vật
đo. Khi thay đổi nhiệt độ, các vật rắn thay đổi kích thước dài, độ cứng, độ dẫn
điện, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung và một loạt các tính chất khác.
1.2 Phương pháp đo nhiệt độ:
1.2.1 Phương pháp giãn nở nhiệt.
Bao gồm: nhiệt kế thủy tinh, nhiệt kế ống kim loại và nhiệt kế lưỡng kim.

•

•

•

Nhiệt kế thủy tinh:
- Hoạt động của nhiệt kế thủy tinh dựa vào sự thay đổi thể tích chất lỏng

trong bầu chứa khi nhiệt độ thay đổi.
Nhiệt kế ống kim loại:
- Hoạt động của nhiệt kế ống kim loại dựa trên sự kéo dài tương đối của 2
vật rắn có hệ số giãn nở dài khác nhau dưới tác động của nhiệt.
- Ít sử dụng với tư cách là dụng cụ đo độc lập; dung nó chủ yếu là cơ cấu
cảnh báo và tự động điều chỉnh để bù ảnh hưởng của nhiệt độ môi
trường xung quanh tới chỉ thị của dụng cụ đo.
Nhiệt kế lưỡng kim:
- Có phần tử cảm biến từ 2 dải kim loại có hệ số dãn nở dài khác nhau
hàn với nhau.

1.2.2 Nhiệt kế áp lực.

2


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

* Nguyên lý chung: Dựa trên sự thay đổi
chất công tác chứa trong thể tích kín khi nhiệt

MSSV: 20136671

giá trị áp suất của các
độ thay đổi.

* Phân loại:
- Tùy theo chất công tác điền trong hệ
loại nhiệt kế áp lực lỏng, khí và hơi.

thống, phân thành các

- Áp nhiệt kế lỏng: Chất công tác thường thủy ngân và đôi khi là chất lỏng hữu
cơ như cồn Metylen.
- Áp nhiệt kế khí: chất công tác thường là khí trơ (nito,..).
- Áp nhiệt kế hơi: Chất công tác dùng các chất lỏng hữu cơ như: metylclorit,
etylclorit, axetol,…
1.2.3 Phương pháp suất điện động.
* Nguyên lý họat động: Dựa trên 3 hiệu ứng nhiệt:
- Hiệu ứng Peltier: Hai dây dẫn A và B khác nhau, tiếp xúc với nhau và có
cùng một nhiệt độ sẽ tạo ra một hiệu điện thế tiếp xúc, hiệu điện thế phụ thuộc vào
bản chất vật dẫn và nhiệt độ.
- Hiệu ứng Thomson: Nếu ở hai điểm M và N có nhiệt độ khác nhau trong
cùng một vật dẫn sẽ sinh ra một sức điện động. Sức điện động này phụ thuộc vào
bản chất vật dẫn và nhiệt độ tại 2 điểm.
- Hiệu ứng Seekbek:
+ Nếu có một mạch kín tạo thành từ 2 vật dẫn A và B và 2 đầu chuyển tiếp
có nhiệt độ khác nhau T1 và T2. Chúng sẽ tạo thành một cặp nhiệt điện và có sức
điện động do kết quả của hai hiệu ứng Peltier và Thomson.

3


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

+ Nếu 2 đầu của sợi dây dẫn A và B có bản chất khác nhau được hàn với
nhau thì khi đốt nóng 1 đầu sẽ tạo ra độ chênh lệch điện thế hay sức điện động ,
dưới tác động của nó tạo ra dòng điện trong mạch kín.

+ Dây dẫn có dòng điện chạy từ cực 1 đến cực 2 gọi là dây dương.
+ Dây dẫn có dòng điện chạy từ cực 2 đến cực 1 gọi là dây âm .

-

Ngắt cực lạnh và nối bằng dây dẫn 3 vào dụng cụ đo hiệu điện thế ( mili
volt ) ta nhận được thiết bị đo nhiệt độ.
Khi giữ nhiệt độ cực lạnh to không đổi, suất điện động sẽ chỉ phụ thuộc
vào nhiệt độ cực nóng.

1.2.4 Phương pháp nhiệt điện trở.
* Nguyên lý hoạt động:
- Dựa trên tính chất của các dây dẫn điện thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay
đổi.
- Dây dẫn quấn trên một lõi cạc điện đặt trong vỏ kim loại có đầu được nối ra
ngoài.
- Khi biết sự phụ thuộc điên trở vào nhiệt độ, có thể dùng một thiết bị đo điện
trở nào đó để từ đó xác định nhiệt độ cần đo.
- Mach đo: Thong thường sử dụng mạch cầu không cân bằng, chỉ thị là logonet
từ điện hoặc mạch cầu tự cân bằng, trong đó có một nhánh là một nhiệt điện trở.
* Yêu cầu đối với vật liệu nhiệt điện trở:
- Có hệ số nhiệt điện trở lớn, ổn định hoặc thay đổi theo qui luật khi nhiệt độ
thay dổi.
4


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

- Có điện trở suất lớn.
- Dễ gia công kim loại.
- Dễ chế tạo, thay thế.
 Một số vật liệu chế tạo nhiệt điện trở: Platin, Đồng,…
Mạch đo: Thường là mạch cầu, kết hợp khuếch đại để tang độ nhạy của thiết bị.
2. Tìm hiểu một số thiết bị đo nhiệt độ:
2.1 Cảm biến nhiệt độ Pt 100:
-Cấu tạo Pt100 : Bạch kim có tính chất thay đổi điện
trở theo nhiệt độ tốt hơn các loại kim loại khác nên
chúng được sử dụng rộng rãi trong các nhiệt điện trở.
Pt100 là một đầu dò cảm biến nhiệt bên trong có các lõi
được làm bằng Bạch kim, 2 dây Platin có đường kính
0,05-0,07 mm Bên ngoài có bọc một số lớp bảo vệ cho
phần lõi bên trong nhưng vẫn truyền nhiệt tốt cho phần
lõi. Cấu tạo cảm biến nhiệt độ Pt100 cảm biến nhiệt độ
Pt100 không phải hoàn toàn bằng Bạch kim. Việc chế
tạo bằng Bạch kim là khá tốn kém cho một thiết bị đo
thông dụng. Vì thế chỉ có thành phần cảm biến nhiệt
mới thật sự là Bạch kim. Nhằm giảm thiều chi phí sản
suất các thành phần khác của cảm biến nhiệt độ Pt100
có thể được làm bằng thép không gỉ, đồng, chất bán dẫn, tấm thủy tinh siêu
mỏng…
- Nguyên lý hoạt động: dựa trên mối quan hệ mật thiết giữa kim loại và nhiệt độ.
Khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại cũng tăng. Dải nhiệt độ đo -200~700oC
Theo tiêu chuẩn thì khi nhiệt độ là 00C điện trở của Pt-100 sẽ là 100Ω.
- Bạch kim được sử dụng rộng rãi là do:
+ Có thể chế tạo với độ tinh khiết rất cao (99,999%) do đó tăng độ chính xác
của các tính chất điện.
+ Có tính trơ về mặt hoá học và tính ổn định cấu trúc tinh thể cao do đó đảm
bảo tính ổn định cao về các đặc tính dẫn điện trong quá trình sử dụng.

+ Hệ số nhiệt điện trở ở 0oC bằng 3,9.10-3
5


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

+ Điện trở ở 100oC lớn gấp 1,385 lần so với ở 0oC.
+ Dải nhiệt độ làm việc khá rộng từ -200oC ÷1000oC.
Vì Pt-100 chỉ là một loại điện trở biến đổi theo nhiệt độ nên ta không thể
đọc nhiệt độ trực tiếp trên chúng.
 Do vậy muốn đọc nhiệt độ ta phải thông qua các bộ chuyển đổi tín hiệu. Pt-100
thường kết nối với các bộ chuyền đổi tín hiệu qua 2, 3 hoặc 4 sợi dây dẫn. Nhưng
vì dây dẫn được làm bằng đồng, và chúng cũng có điện trở riêng nên dây càng dài
thì kết quả đo càng không chính xác. Vì thế các bộ chuyền đổi tín hiệu thường kết
nối với cảm biến sao cho khoảng cách giữa chúng càng ngắn càng tốt. Khi sử dụng
thì đầu dò phải tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo để có kết quả chính xác.
Các kiểu lắp thiết bị trên đường ống.
***Hàm phụ thuộc đặc trưng :Rt = R0×(1 + t + t2)
R0 : điện trở ứng với t = 0OC
Rt : điện trở ứng với nhiệt độ t
: 3,97.10-3 1/OC(hệ số ứng với điện trở Platin)
: -5,85.10-7 1/OC
: 0,1 mm2/m
-Để đo điện trở, sử dụng rộng rãi tỷ số kế và cầu cân bằng :
Mạch cầu cân bằng:
RAB/RAD = RCB/RCD


6

R1/R4 = R2/R3


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

Khi điện trở R4 biến đổi :
R1 = R2 = R3 = R0
R4 = R0.(1+t)
Khi t = 0oC thì
R4 = R0 = 100Ω

UAC = UAD + UDC = UAD – UCD
UAC = I.R4 - = .R4 UAC = .R0.(1+t) UAC = - = UAC = UAC= ; Do  0 nên UAC =
UAC phụ thuộc vào U0, , t nhưng thông thường U0, không thay đổi trong mỗi quá
trình nên thực chất UAC chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, do vậy ta có thể không chỉ thể
không chỉ thị bằng điện áp mà chỉ thị bằng nhiệt độ (t = 0oC thì UV = 0V).
Tín hiệu này bé, để truyền tín hiệu đi xa phải khuếch đại.

7


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

Thực tế, không thể nào cho 3 điện trở R1, R2, R3 vào môi trường đo, do vậy, mạch

cầu mất cân bằng. Khi có độ sai lệch, R1 thay đổi sao cho cầu cân bằng. Con trượt
được nối với chỉ thị của đồng hồ đo. Như vậy, mỗi giá trị của điện trở, tức là từng
giá trị nhiệt độ, sẽ ứng với từng vị trí xác định của con trượt khi cầu cân bằng.
= =1



R1 = Rt + 2.rđ
Rt = R1 – 2.rđ

(2.rđ chính là sai số)

2.1. Nhiệt kế thủy tinh:

8


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

-Nguyên lý làm việc: Dựa vào sự thay đổi thể tích của chất lỏng trong bầu chứa
khi nhiệt độ thay đổi, dải nhiệt độ từ -200 đến 750OC.
-Cấu tạo: Bầu chứa dung dịch (thường là thủy ngân), vỏ bọc chất lỏng bằng kim
loại để dẫn nhiệt tốt hơn, ống mao dẫn.
Dung dịch trong bầu chứa thường là thủy ngân vì thủy ngân không dính vào
thủy tinh, khó bị oxy hóa, dễ thu nhận ở dạng tinh khiết, có miền nhiệt độ lớn (-38
357 OC), trong miền này thủy ngân vẫn ở trạng thái lỏng. Tuy nhiên nó có α không
lớn, ở nhiệt độ < 200 oC thì đặc tính dãn nở của Hg và t là quan hệ đường thẳng
nên nhiệt kế thủy ngân được dùng nhiều hơn các loại khác.

-Lưu ý: Nhiệt kế thủy ngân nếu đo nhiệt độ < 100 oC thì trong ống thủy tinh
không cần nạp khí, khi đo ở nhiệt độ cao hơn và nhất là khi muốn nâng cao giới
hạn đo trên thì phải nâng cao điểm sôi của nó bằng cách nạp khí trơ (N2) vào.
+ Nếu nạp N2 với áp suất 20 bar thì đo đến 500 oC
+ Nếu nạp N2 với áp suất 70 bar thì đo đến 750 oC
Người ta dùng loại này làm nhiệt kế chuẩn có độ chia nhỏ và thang đo từ 0 ÷ 50° ;
50 ÷ 100o và có thể đo đến 600oC.

9


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền, sử dụng dễ dàng, thuận tiện khá chính xác.
Nhược điểm: độ chậm trễ tương đối lớn, khó đọc số, dễ vỡ không tự ghi số đo
phải đo tại chỗ không thích hợp với tất cả đối tượng (phải nhúng trực tiếp vào môi
chất)..
Chỉ sử dụng nhiệt kế thủy ngân để kiểm tra nhiệt độ tại chỗ.
3.Tiến hành thí nghiệm:
-Tiến hành đo nhiệt độ của nước khi đun nóng bằng nhiệt kế thủy ngân và cảm
biến nhiệt độ Pt100:
+ Đặt nhiệt kế thủy ngân và cảm biến nhiệt độ Pt100 trong thiết bị đun nóng
tiếp xúc trực tiếp với nước.
+Cảm biến nhiệt độ Pt100 được nối với bảng điều khiển.Nguồn được nối với
thiết bị đun nước thông qua bảng điều khiển.Tại bảng điều khiển, cài đặt nhiệt độ
SV = 70oC
Từ cảm biến dẫn tín hiệu điện về tủ điều khiển, tín hiệu điện phản ánh giá trị về
nhiệt độ ở điểm đo, bộ điều khiển sẽ xử lý và so sánh với giá trị đặt ở đồng hồ

(PV:giá trị thực tế, SV: giá trị đặt)
quyết định đóng hay cắt nguồn. Khi nhiệt độ
của cảm biến Pt100 đưa về bảng điều khiển nhỏ hơn 70oC thì đèn sẽ bật, nguồn
tiếp tục được cung cấp điện cho thiết bị đun. Khi nhiệt độ của cảm biến Pt100 đưa
về bảng điều khiển đạt 70oC thì rơle ngắt, nguồn ngắt điện và không cung cấp điện
cho thiết bị đun.
-

Kết quả thí thí nghiệm:

Đo nhiệt độ của Pt100:
Lần 1
35,5
Lần 10
74
Lần 19
70,7
Lần 28
70,8
Lần 37
69,9
Lần 46
10

Lần 2
39,2
Lần 11
74,2
Lần 20
70,2

Lần 29
70,7
Lần 38
70,3
Lần 47

Lần 3
44,9
Lần 12
74,1
Lần 21
69,8
Lần 30
70,4
Lần 39
70,9
Lần 48

Lần 4
49,5
Lần 13
73,9
Lần 22
70,3
Lần 31
69,9
Lần 40
70,7
Lần 49

Lần 5
54,1
Lần 14
73,5
Lần 23
70,7
Lần 32
70
Lần 41
70,3
Lần 50

Lần 6
58,7
Lần 15
72,9
Lần 24
70,5
Lần 33
70,6
Lần 42
69,9
Lần 51

Lần 7
63,3
Lần 16
72,4
Lần 25
70,2

Lần 34
70,7
Lần 43
70,2
Lần 52

Lần 8
66,9
Lần 17
71,9
Lần 26
69,8
Lần 35
70,5
Lần 44
70,7
Lần 53

Lần 9
71,5
Lần 18
71,3
Lần 27
70,2
Lần 36
70,1
Lần 45
70,6
Lần 54

SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

70,3
70
69,9
70,6
70,6
Lần 55 Lần 56 Lần 57 Lần 58 Lần 59
70,8
70,6
70,3
69,8
70,2

70,4
70
69,9
70,5
Lần 60 Lần 61 Lần 62 Lần 63
70,8
70,8
70,4
70

Đo nhiệt độ của Hg:
Lần 1
39

Lần 10
72
Lần 19
76
Lần 28
75
Lần 37
74
Lần 46
75
Lần 55
75

Lần 2
42
Lần 11
75
Lần 20
75
Lần 29
75
Lần 38
75
Lần 47
74
Lần 56
75

Lần 3
46

Lần 12
76
Lần 21
75
Lần 30
75
Lần 39
75
Lần 48
77
Lần 57
74

Lần 4
50
Lần 13
76
Lần 22
76
Lần 31
74
Lần 40
75
Lần 49
76
Lần 58
74

Lần 5
54

Lần 14
77
Lần 23
75
Lần 32
75
Lần 41
74
Lần 50
76
Lần 59
77

Lần 6
58
Lần 15
77
Lần 24
75
Lần 33
75
Lần 42
74
Lần 51
75
Lần 60
76

Lần 7
62

Lần 16
76
Lần 25
75
Lần 34
75
Lần 43
75
Lần 52
74
Lần 61
75

Lần 8
66
Lần 17
76
Lần 26
74
Lần 35
75
Lần 44
75
Lần 53
76
Lần 62
75

Lần 9
70

Lần 18
76
Lần 27
75
Lần 36
74
Lần 45
75
Lần 54
76
Lần 63
74

Ta có:
Đồ thị biểu diễn sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian của 2 thiết bị
đo Pt100 và nhiệt kế thủy ngân

Trên đồ thị có 7 điểm cần chú ý là:
Lần đo thứ : 9, 22 , 27, 33, 38, 43, 49, 54 và 59 mạch tự động ngắt khi đạt đến
nhiệt độ đặt (70oC)

11


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

Lần đo thứ : 1, 21, 26, 31, 37, 42, 48, 53 và 58 mạch tự động đóng điện, đun nóng
nước lại do nước nguội.

-

Nhận xét:

+ Nhiệt độ của nhiệt kế thủy ngân tăng và giảm chậm hơn so với Pt100 là do vỏ
ngoài của thiết bị nhiệt kế có lớp bảo ôn dày, mất thời gian truyền nhiệt hơn
Kém nhạy hơn.
+ Nhiệt kế thủy ngân và nhiệt kế PT100 có giá trị không giống nhau ở cùng một
thời điểm.
+ Mặc dù đạt được 70oC, ở nhiệt kế thủy ngân vẫn tiếp tục tăng và ở Pt100 dù đèn
đã tắt nhưng nhiệt độ vẫn tiếp tục tăng nhẹ ở cả 2 thiết bị là do:






Quán tính (ở nhiệt kế thủy ngân có quán tính lớn nên thời gian giảm nhiệt
lâu cộng thêm lớp vỏ dày, dẫn nhiệt vào bên trong lâu hơn. Ở Pt100 có quán
tính không quá lớn nên nhiệt độ giảm nhanh đồng thời có lớp vỏ mỏng nên
nhiệt độ chỉ tăng nhẹ lên sau đó giảm nhanh).
Ở 2 thiết bị khi bên ngoài đạt 70oC rồi nhưng bên trong vẫn chưa đạt, khi
nhiệt độ bên trong đạt 70oC thì bên ngoài nhiệt độ đã tăng lên >70oC =>
Khoảng thời gian nhiệt độ tăng theo quán tính và bề dày vật liệu sau đó giảm
mới phản ánh đúng nhiệt độ của dung dịch đun.
Qua đó ta xét thấy rằng Pt100 có quán tính không quá lớn, sự biến thiên
nhiệt độ nhanh và tương đối chính xác nên chúng thường được áp dụng
trong các thiệt bị gia nhiệt.

4. Cách lắp đặt thiết bị đo nhiệt:

*Nguyên tắc:
“ Đảm bảo tính chất rao đổi nhiệt tốt giữa chuyển với môi trường đo”
-

-

12

Đối với môi trường khí và chất lỏng: cảm biến được đặt theo hướng ngược
lại với dòng chảy, song song với dòng chảy và đặt sâu vào trong tâm của
dong lưu thể.
Với vặt rắn: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng sẽ truyền từ vật sang cảm
biến và dễ gây tổn hao vật, nhất là đối với vật dẫn nhiệt kém. Do vậy diện
tích tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt.


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG
-

MSSV: 20136671

Với chất ở dạng hạt: cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo và
thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài.

Bài 2: Hệ thống đo và điều khiển áp suất.
1. Mục đích
-Tìm hiểu cấu tạo của một số dụng cụ đo áp suất.
-Khảo sát cấp chính xác của dụng cụ đo áp suất.
-Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý của áp kế lò xo đàn hồi.
1.1.Một số khái niệm về đo lường

-Đo lường là phép so sánh đại lượng này với đại lượng khác quy ước được coi là
đơn vị.
-Các phương pháp đo: trực tiếp, gián tiếp, kết hợp
+ Khi đo trực tiếp, đại lượng đo được so sánh trực tiếp với các chuẩn đo hoặc với
các chỉ thị của dụng cụ đo (vd: đo chiều cao, đo cân nặng…).
+ Khi đo gián tiếp, kết quả đo nhận được theo số liệu của phép đo trực tiếp một đại
lượng khác phụ thuộc vào đại lượng cần đo theo một phương trình nhất định (vd:
nhiệt kế thủy ngân…).
+ Khi đo kết hợp, kết quả nhận được bằng cách giải hệ phương trình, được xác lập
trên cơ sở các phép đo trực tiếp (vd: xác định hệ số nhiệt độ của lò xo áp kế…).
Phép đo gián tiếp có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hơn cả.
Phép đo kết hợp chỉ ứng dụng trong điều kiện thí nghiệm và trong nghiên cứu.
-Sai số:
+ Sai số tuyệt đối (sai số chỉ thị) của dụng cụ đo là hiệu số giữa chỉ số dụng cụ đo
(X) và giá trị thực tế của đại lượng đo (a): ∆X = a – X.
+ Sai số cho phép là giá trị sai số chỉ thị lớn nhất của dụng cụ được văn bản pháp
quy cho phép.

13


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

+ Sai số cơ bản là sai số chỉ thị của dụng cụ đo xác định trong điều kiện làm việc
chuẩn, khi ảnh hưởng của các yếu tố không thuận lợi bên ngoài đến phép đo ở mức
tối thiểu.
+Sai số bổ sung là sai số chỉ thị của dụng cụ đo, phát sinh dưới tác động của những
điều kiện bên ngoài vào dụng cụ đo, khi điều kiện làm việc không phải là điều kiện

chuẩn.
+ Sai số hệ thống là sai số, giữ nguyên hoặc thay đổi giá trị theo một quy luật nhất
định khi lặp lại phép đo một đại lượng đo nhất định.
+ Sai số ngẫu nhiên là sai số, giữ nguyên hoặc thay đổi giá trị một cách ngẫu nhiên
khi lặp lại phép đo một đại lượng đo nhất định
+ Thông thường, sai số phép đo được thể hiện không ở giá trị tuyệt đối mà ở % của
giới hạn chỉ số đo, đó là sai số chiết hợp. Biểu thức sai số tương đối chiết hợp: δx =
100.∆X/A (%)
Với A là giới hạn lượng trình thang đo của đồng hồ đo.
-Cấp chính xác của dụng cụ đo (N) là giá trị tuyệt đối của sai số tuyệt đối lớn nhất
cho phép, xác định trong điều kiện chuẩn và thể hiện trong % của giới hạn lượng
trình thang đo: N = 100.|∆Xmax0|/A
Nếu biết N ta có thể tìm được |∆Xmax0| = N.A / 100


Áp suất và thiết bị đo áp suất

-Áp suất (P) là lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích
-Các đơn vị thường dùng để đo áp suất :
1 Pa = 1N/m2
1 mm Hg = 133,322 N/m2
1mm H2O = 9,8 N/m2
1 bar = 105 N/m2
1 at = 9,8 . 104 N/m2 = 1kg/cm2 = 10 m H2O
14


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

-Áp suất tuyệt đối là tổng áp suất gây ra bởi cả khí quyển và cột chất lỏng tác dụng
lên điểm trong lòng chất lỏng.
P = Pkhí quyển + ρgh
-Áp suất tương đối còn gọi là áp suất dư là áp suất gây ra chỉ do trọng lượng của
cột chất lỏng.
P = ρgh = Ptuyệt đối - Pkhí quyển
Nếu áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển thì ta được áp suất chân không.
Ở điều kiện bình thường: Ptuyệt đối = 1 và Ptương đối = 0.
-Thiết bị đo áp suất:
+ Theo dạng áo áp suất:
•

Khí áp kế: đo áp suất khí quyển.

•

Áp kế: đo áp suất dư.

•

Chân không kế, áp – chân không kế, khí áp chân không và áp kế hút: đo áp
suất âm.

•

Để đo áp suất tuyệt đối: phải dùng hai phương tiện đo là áp kế và khí áp kế
khi áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển hoặc phải dùng khí áp kế và
chân không kế khi áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển.

+ Theo nguyên lý hoạt động:
•

Áp kế kiểu lò xo

•

Áp kế kiểu pittong

•

Áp kế kiểu chất lỏng

•

Áp kế theo nguyên lý điện

•

Áp kế liên hợp

2.Tiến hành thí nghiệm
15


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

2.1.Chân không kế:

-Đơn vị đo: Kgf/cm2
-

Giới hạn đo: -1 – 0 (Kgf/cm2)

-

Cấp chính xác của dụng cụ (N): N = 2.5

Vậy sai số lớn nhất ΔXmax= (N x A)/100 = (2,5 x 1)/100 = 0,025
(A: là giới hạn điều chỉnh thang đo, ở đây A = 1Kgf/cm2).
Giả sử kim đồng hồ chỉ - 0.6 Kgf/cm2
Khi đó giá trị thực tế sẽ nằm trong khoảng: (-0,6 – 0,025) ≤ Pthực tế ≤ (-0,6 + 0,025)
-0,625 ≤ Pthực tế ≤ -0,575 (Kgf/cm2)
2.2.Áp kế loại lớn
-

Đơn vị đo: Kgf/cm2

-

Giới hạn đo: 0 – 25 (Kgf/cm2) (A= 25 Kgf/cm2)

-

Cấp chính xác dụng cụ: N= 1,5

Vậy sai số lớn nhất: ΔXmax= (N x A)/100 = (1,5 x 25)/100 = 0,375
Giả sử kim đồng hồ chỉ: 10 Kgf/cm2
Khi đó giá trị thực tế sẽ là: 9,675 ≤ Pthực tế ≤ 10,375 (Kgf/cm2)

3.Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số dụng cụ đo áp suất.
3.1.Đồng hồ đo áp suất
- Cấu tạo chính : Gồm vỏ bảo vệ, ống muống thiết diện hình ovan, lỗ bên trong
đưa áp suất vào trong thông với thể tích bên trong ống.
- Hoạt động : Áp suất biến thành độ chuyển dịch, độ chuyển dịch biến thành góc
quay kim chỉ thị, thanh truyền, bánh xe hình quạt tiếp xúc lắc lư làm kim chỉ thị
quay trái phải, đồng hồ để đo áp suất chân không. Thông số cấp chính xác được ghi
trên mặt đồng hồ.
16


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

3.2. Áp kế ống lò xo đàn hồi
- Cấu tạo chính: gồm ống buốc – đông làm từ đồng được uốn cong hình dấu hỏi,
một đầu được bịt kín, một đầu nối với lưu thể cần đo áp suất. Đầu bịt kín được liên
kết mềm với một đầu của cặp bánh răng. Trên trục của bánh răng còn lại có gắn lò
xo đàn hồi và kim đồng hồ. Kim quay trên mặt của đồng hồ có chia độ.
- Nguyên lý hoạt động: Khi làm việc, nhờ có áp suất của lưu thể làm co – giãn, nhờ
cơ cấu bánh răng làm cho kim đồng hồ quay, chỉ áp suất tương ứng. Khi áp suất
của lưu thể không đủ làm giãn ống đồng thì kim đồng hồ chỉ về vạch 0 nhờ lò xo
đàn hồi.

17


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

Bài 3: Sấy vi sóng
I. Mục đích:
-Làm quen và nắm vững quy trình vận hành thiết bị thí nghiệm sấy vi sóng.
-Xác định mối quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy).
-Xác định mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu (đường cong tốc độ
sấy)
II. Sấy:
Định nghĩa sấy:

1.

Sấy là quá trình tách một phần hay phần lớn lượng ẩm có trong vật liệu. Quá trình
sấy rất phức tạp và không ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình truyền
nhiệt từ tác nhân sấy cho vật liệu sấy, dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi của ẩm, dẫn
ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, truyền ẩm từ bề mặt vật sấy vào môi trường sấy.
Các quá trình trên đều tuân theo quá trình truyền ẩm.
2. Phân loại:
- Sấy

Tự nhiên
Nhân tạo

+ Tự nhiên: Ánh sáng mặt trời, …
+ Nhân tạo:
•
•

2.

Theo thiết bị truyền nhiệt
Theo cách xử lý vật liệu sấy: Sấy gián đoạn, sấy liên tục, chuyển động tương
đối giữa khí và vật liệu sấy (khí chuyển động vuông góc với vật liệu sấy
hoặc chuyển động song song với vật liệu sấy).
Sấy vi sóng:
+ Vi sóng là bước sóng nhỏ 1mm


a.

1m.

Tần số khoảng 300Hz – 300GHz.
Cấu tạo:

Quạt, máy phát vi sóng, PLC, nguồn phát sóng, mạch điện tử điều khiển…
18


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

b. Nguyên lý làm việc của máy
sấy vi sóng:
- Máy sấy vi sóng phát ra vi sóng với
tần số 2,45 GHz theo ống dẫn sóng đi
vào trong khoang sấy.Vi sóng đi
thẳng rồi đập vào thành rồi đập vào

vật liệu, vi sóng có tính chất đâm
xuyên, tiếp xúc có thể hấp thụ vi sóng vào nước: Dưới tác dụng của vi sóng (bước
sóng có thể thay đổi liên tục) làm OH-, H+ thay đổi, dao động liên tục. Sinh nhiệt
làm nước trong vật liệu bốc hơi.Hệ thống quạt liên tục sẽ cuốn hơi nước mang đi,
từ đó làm khô vật liệu.
- Sơ đồ nguyên lý làm việc:

1. Ống dẫn sóng
2. Nguyên liệu
3. Buồng sóng
c. Ưu – Nhược điểm:
19


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

- Ưu điểm:
+Sấy khô nhanh, tốc độ gia nhiệt nhanh, hiệu suất cao, 100% nguyên
liệu được làm khô.
+Thích hợp cho việc sấy những nguyên liệu có tính chịu nhiệt kém.
+Do thiết bị được thiết kế theo kiểu chuyển động quay vòng nên
nguyên liệu sẽ được tiếp xúc nhiệt từ vi sóng một cách trực tiếp và liên tục, tránh
hiện tượng một số nguyên liệu khác thì lại không khô được.
+Thiết bị được thiết kế bền vững và chiếm diện tích nhỏ, cấu trúc
đơn giản, gọn nhẹ, do vậy thiết bị vệ sinh, lau chùi đơn giản thuận tiện.
- Nhược điểm:
+Sử dụng trong thí nghiệm, không sử dụng trong quy mô công
nghiệp do tốn kém và trong công nghiệp sử dụng nhiều đồ kim loại (kim loại nặng)

nên có thể gây nguy hiểm khi sóng không đâm xuyên qua được vật liệu và bị phản
lại do đó phát ra tia lửa điện có thể gây hỏng thiết bị hoặc gây cháy nổ.
4. Trình tự thí nghiệm:
+Cân nguyên liệu: Bã rượu để sản xuất thức ăn chăn nuôi, phân bón.
+Quan sát và kiểm tra hệ thống thí nghiệm.
+Vận hành máy sấy thông qua hệ thống cài đặt trên máy tính.
+Đọc và ghi kết quả sau 5 phút.
mkhay: Khối lượng của khay, (g)
mo: Khối lượng của vật liệu, (g)
mu: Khối lượng vật liệu ướt, (g)
mk: Khối lượng vật khô tuyệt đối, (g)
-Ta có lượng ẩm bay hơi là:
(g)
20


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

:Là khối lượng vật liệu tương ứng với thời gian i, i – 1.
-Lượng ẩm chứa trong vật liệu:
(g)
-Độ ẩm của vật liệu:
(%)
Số chỉ của Lượng ẩm
cân mo(g)
bay hơi
(g)

Thời gian
(ph)
Số lần đo

Lượng ẩm
trong vật
liệu sấy
(g)

Độ ẩm của
vật liệu sấy
(%)

1

0

78,8

0

59,8

75,89

2

5

38,2

40,6

19,2

24,36

3

10

25,8

12,4

6,8

8,63

4

15

19,4

6,4

0,4

0,508

5

20

19

0,4

0

0

6

25

19

0

0

0

5. Tính toán và nhận xét:
a. Kết quả thí nghiệm:
Lần
1
2

3
4
5
6

Thời gian
0
5
10
15
20
25

mkhay(g)
635,2
635,2
635,2
635,2
635,2
635,2

mkhay + mo(g)
714,0
673,4
661
654,6
654,2
654,2

b. Tính toán:

Ta có khối lượng vật liệu khô tuyệt đối: mk = 19 (g)
21

mo(g)
78,8
38,2
25,8
19,4
19
19


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG


MSSV: 20136671

Lượng ẩm ban đầu chứa trong vật liệu là:

g = mu – mk = 78,8 – 19 = 59,8 (g)

Từ bảng số liệu trên ta có đồ thị:

c. Nhận xét:
- Độ ẩm của vật liệu giảm dần theo thời gian, tốc độ sấy giảm dần tới khối lượng
không đổi (vật khô tuyệt đối).
- Theo lý thuyết, quá trình sấy sẽ có giai đoạn đẳng tốc. Trong giai đoạn này lượng
nhiệt vật liệu nhận được bao nhiêu đều dùng để tách liên kết ẩm, do đó độ ẩm giảm
mạnh và tốc độ sấy không đổi. Nhưng thực tế lại khó xảy ra, lý do có thể do thiết
bị (cân…).

- Từ đầu tới phút thứ 5 là thời gian mà độ ẩm thoát ra nhanh nhất.

Bài 4: Trao đổi nhiệt sử dụng dạng bản mỏng
I. Trao đổi nhiệt dạng bản mỏng (tấm bản):

22


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

-Cấu tạo: + Bộ phân chính là những tấm bản hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và
được làm bằng thép không gỉ, theo phương pháp dập tạo hình sóng nhằm tăng
cường bề mặt truyền nhiệt, tăng cứng và đặc biệt là tăng hệ số truyền nhiệt do chảy
rối ngay cả khi chuẩn số Re nhỏ.Các tấm bản được làm kín vởi các gioăng cao su
giúp 2 dòng lưu chất nóng và lạnh trong chảy trong đó. Hai dòng nóng và lạnh
chảy xen kẽ với nhau giữa các tấm.Mỗi tấm bản sẽ có 4 lỗ tại bốn góc và hệ thống
các đường rãnh trên khắp các bề mặt tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền
nhiệt.Khi ghép kín các bản mỏng lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ hình
thành nên những hệ thống vào và ra cho dòng nóng và dòng lạnh.
+ Cảm biến nhiệt độ, van điều chỉnh lưu lượng dòng chảy
+6 con ốc siết vào nhau
+Dòng nóng đi vào khe số lẻ
+Dòng lạnh đi và khe số chẵn

-Nguyên lý làm việc: Bơm nước nóng đi từ dưới lên qua tấm bản.Nước lạnh đi
theo chiều ngược lại. Thực hiện 2 quá trình truyền nhiệt là dẫn nhiệt và đối lưu,
dẫn nhiệt từ bề mặt này sang bề mặt bên kia, đối lưu từ dòng nóng qua bề mặt và
từ bề mặt sang dòng lạnh.Dùng bơm bơm lên nên là đối lưu cưỡng bức.

-Ưu điểm của truyền nhiệt dạng bản mỏng:
•

•

23

Hệ số truyền nhiệt lớn (đối với chất lỏng ít nhớt thì hệ số truyền nhiệt của nó
lớn gấp 3 lần so với loại ống chùm có vỏ bọc). Hệ số k lớn là do lớp chất
lỏng mỏng và chảy rối. Cũng nhờ đó mà chênh lệch nhiêt độ giữa 2 chất
lỏng ở 2 phía của tấm truyền nhiệt chỉ từ 2-5OC.
Cấu tạo nhỏ, gọn nhưng có bề mặt truyền nhiệt lớn.


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG
•
•
•
•

MSSV: 20136671

Chế độ nhiệt ổn định khi làm việc.
Có thể tăng thêm hay giảm bớt bề mặt truyền nhiệt bằng cách thêm hoặc
giảm bớt số tấm truyền nhiệt 1 cách nhanh chóng và dễ dàng.
Dễ tháo lắp vệ sinh bề mặt truyền nhiệt bằng phương pháp cơ học.
Tiết kiệm thời gian so với các loại thiết bị truyền nhiệt khác.

-Nhược điểm: Chế tạo các tấm truyền nhiệt thường phải qua xử lý nhiệt và gia
công phức tạp

II.Mô tả thí nghiệm:
-Khuôn khổ thí nghiệm của bài này chỉ sử dụng 2 dòng nước nóng và nước lạnh.
-Dòng nước nóng: Nước cần làm lạnh được chứa trong nồi chứa lưu thể cần trao
đổi nhiệt, điều chỉnh van để bơm nước vào với lưu lượng xác định (200 l/h). Khi
truyền nhiệt xong nếu nước chưa đạt được nhiệt độ sẽ tiếp tục được hồi lưu trở lại
nồi chứa, nếu như nước đã đạt được nhiệt độ cần nó sẽ được lấy ra và chứa trong
tanh chứa sản phẩm.
-Dòng nước lạnh: Đưa qua máy làm lạnh (2oC) và đi vào thiết bị truyền nhiệt
(điều chỉnh lưu lượng kế). Máy làm lạnh gồm 4 bộ phận chính là bay hơi, ngưng
tụ, máy nén khí đối lưu.
+Bộ phận bay hơi: Nước lạnh trong bể, trong đó có dàn lạnh, có tác nhân lạnh
bên trong (môi chất lạnh) làm nước thu nhiệt từ môi trường, bay hơi.
+Bộ phận máy nén khí đối lưu:
Máy nén khí đối lưu sử dụng hệ thống các cánh quạt trong rotor để nén dòng
lưu khí. Cánh quạt của stator cố định nằm phía dưới của mỗi rotor lại đẩy trực tiếp
dòng khí vào hệ thống những cánh quạt của rotor tiếp theo. Vùng không gian của
đường đi không khí ngày càng giảm dần thông qua máy nén khí để tăng sức nén.
+Bộ phân ngưng tụ có gas (hơi lạnh) ở phía dưới để hơi nén ngưng tụ xuống.

Bước 1: Đặt chế độ máy lạnh: Công tắc 1 để ở chế độ ‘Cooling’; Công tắc 2 để ở
chế độ ‘Manual’; Đặt nhiệt độ nước lạnh ở 1OC.

24


SVTH: ĐỖ BÁ TRƯỜNG

MSSV: 20136671

Bước 2: Khởi động máy lạnh: Bật công tắc nguồn sang

‘ON’
Bước 3: Mở van cấp nguồn lạnh. Điều chỉnh van lưu
lượng nước lạnh ở 1,5 l/phút
Bước 4: Khởi động thiết bị trao đổi nhiệt: Bật công tắc
nguồn; Nhấn nút ‘Plan start’
Bước 5: Lấy nước vào đầy thùng chứa
Bước 6: Khởi động bơm sản phẩm: Bật
công tắc ‘Product pump’ sang vị trí ‘On’;
điều chỉnh van lưu lượng bơm 200 lit/h.
Bước 7: Theo dõi các đồng hồ đo nhiệt độ
nước vào và ra của hai dòng nguồn nóng và
lạnh cho đến khi ổn định
Bước 8: Ghi số liệu thí nghiệm: Ghi nhiệt
độ nước vào và ra và lưu lượng của hai
dòng nguồn nóng và lạnh.
Bước 9: Tắt bơm sản phẩm.
Bước 10: Lặp lại thí nghiệm hai lần từ bước 5 đến 9.
Bước 11: Tắt hệ thống.
-Các thông số cần đo: Nhiệt độ đầu vào và ra của lưu thể cần làm lạnh. Nhiệt độ
vào và ra của lưu thể lạnh. Đo lưu lượng của hai lưu thể.
- Yêu cầu: Vận hành hệ thống truyền nhiệt và đo các thông số cần thiết. Tính hệ số
truyền nhiệt lý thuyết, hệ số truyền nhiệt thực tế và hiệu suất sử dụng nhiệt.
- Nguyên liệu thí nghiệm: Nước.
III.Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm:
Lần 1
25

t (phút)
0

GN (l/h)
200

tN1 (OC)
28

tN2 (OC)
6

GL(m3/h) tL1 (OC)
0,5
2,5

tL2 (OC)
18