BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
BÀI 1 : KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN THIẾT
BỊ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

I

SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
CÔNG NGHỆ

Để thực hiện được quá trình điều khiển như định nghĩa ở trên, một hệ thống
điều khiển bắt buộc gồm có ba thành phần cơ bản là thiết bị đo lường (cảm
biến), bộ điều khiển và đối tượng điều khiển. Thiết bị đo lường có chức năng
thu thập thông tin, bộ điều khiển thực hiện chức năng xử lý thông tin, ra
quyết định điều khiển và đối tượng điều khiển chịu sự tác động của tín hiệu
điều khiển.
Quy ước :
- Điểm đo ( cảm biến) : là điểm thuộc đối tượng công nghệ, ở đó đang
hoặc đã thực hiện phép đo.
Kí hiệu : “ _____ “ đường kẻ đến mô ta quá trình công nghệ
( đường ngắn mảnh)
- Khí cụ đo : đây là thiết bị hoặc tổ hợp thiết bị được sử dụng để đo biến
đổi và hoặc điều khiển một thông số công nghệ nào đó.
Kí hiệu:
“đường tròn có đường kính 10mm, bên trong có mã
chữ”.
Mã chữ


-

Khí cụ đo về vị trí lắp đặt chia làm 2 nhóm

+ Lắp đặt tại chỗ ( ngay trên thiết bị công nghệ)
+ Lắp đặt tại phòng điều khiển :
Mã chữ:
Bảng các mã chữ
Chữ cái Biến số đo(1)
Chữ đầu tiên
A

Ý nghĩa bổ xung Chức năng
Cảnh báo

B
C

Điều khiển, đ/c
tự động

D

Mật độ

E
F

Các đại lượng đại
diện (2)
Lưu lượng

G

Vị trí

H

Thủ công

Độ sai lệch

Tỷ lệ mối tương
quan

I

Chỉ thị

J

Tự động chuyển
mạch

K

Hàm thời gian

L

Mức

M

Độ ẩm

N

Tùy theo ý người sử
dụng (3)
Tùy theo ý người sử
dụng (3)

O


P

Áp suất ( độ chân
không)

Q

Chất lượng

R

Độ phóng xạ

Ghi

S

Tốc độ

Đóng ngắt

T

Thời gian

Chuyển xa

U

Các biến số không
đồng nhất(4)
Tùy theo ý người sử
dụng (3)
Khối lượng

V
W
X

Tùy theo ý người sử
dụng (3)

Y

Tùy theo ý người sử
dụng (3)

Z

-

Tích phân theo
thời gian ( tích
lũy)

Tích lũy

Tác động bảo vệ
khi có sự cố

Chú thích :
1 : dùng chữ in để mô tả số đo
2 : có giải thích cụ thể
3 : khi mô tả các biến số không có sẵn trong bảng thì dùng chữ cái để mô
tả tùy theo ý người sử dụng.
4 : khi dùng dụng cụ đo có nhiều đầu vào không đồng nhất thay cho việc
liệt kê từng biến số đo ta dùng chữ U
Khi có nhiều chức năng ghi theo trình tự : IRCTQSZA
Ví dụ :
PDI

: đồng hồ đo chênh lệch áp suất chỉ thị
và lắp đặt tại chỗ.


: đồng hồ contermet : lượng dung dịch
đi qua đồng hồ theo thời gian.

FQI

FICQ

: đo hiển thị và điều chỉnh tự động lưu
lượng có tính tổng.

Fpv

II . CÁC THIẾT BỊ
1

Thùng ổn nhiệt có đảo trộn.


Hình 3.2 : thiết bị ổn nhiệt có đảo trộn
-

-

-

Mục đích : giữ ổn định nhiệt độ sản phẩm tại một nhiệt độ nhất định.
Làm nóng tăng độ hòa tan, làm đều nguyên liệu.
Cấu tạo :
Thiết bị gồm hai khoang, khoang ngoài chứa nước nóng có tác dụng cấp
nhiệt,, khoang trong chứa sản phẩm, hệ thống động cơ cánh khuấy.
Ngoài ra còn có bơm, hệ thống van tự động, bình gia nhiệt, bình ngưng,
hệ thống bảng điều khiển,ống dẫn...
Nguyên lý hoạt động :

Nguyên liệu được đưa vào khoang chứa nguyên liệu, cung cấp hơi đun
nóng nước và bơm vào khoang cấp nhiệt. Nhờ sự trao đổi nhiệt giữa hai
khoang, nguyên liệu được làm nóng, động cơ hoạt động làm quay cánh
khuấy, giúp nguyên liệu được nóng đều.Nước nóng sẽ được tuần hoàn để
đảm bảo cung cấp nhiệt ổn định cho nguyên liệu.Nhiệt độ nước nóng sẽ
được điều chỉnh nhờ van đóng mở tự động. Tùy theo yêu cầu của các loại
nguyên liệu mà có thể cho thêm vào gia vị, phụ gia khác nhau, sau khi
kết thúc quá trình, nguyên liệu được tháo ra ở van xả dưới đáy.
Đo lường và điều khiển :
Nhiệt độ là thông số công nghệ chính.Qua bảng điều khiển ta thiết lập giá
trị mong muốn của nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ truyền tín hiệu của nhiệt
độ trong nồi đo được về bộ điều khiển từ đó quyết định độ mở của van
hơi.


2

Máy nghiền.

Hình 3.2 : máy nghiền

1
2
3

Vỏ nghiền thiết bị
Đĩa quay
Cánh nghiền

4. Cửa máy nghiền

5. Trục động cơ
6. Má nghiền

-

Mục đích : nguyên liệu sẽ được làm nhỏ trước khi thực hiện các công
đoạn tiếp theo

-

Cấu tạo : gồm 1 động cơ gắn liền với trục có cánh nghiền. trong khoang
nghiền có cánh nghiền và má nghiền, ngoài ra còn có bảng hệ thống điều
khiển và đường ống dẫn nước để vệ sinh thiết bị.

-

Nguyên lý hoạt động : nguyên liệu sau khi được rửa sạch , ( nguyên liệu
có kích thước lớn thì thái trên cửa nghiền của thiết bị nghiền. Nhờ động
cơ có cánh nghiền, nguyên liệu được băm miếng thích hợp) được đưa đến
cửa nghiền và ép vào má nghiền. Qua các lỗ nhỏ trên má nghiền, nguyên
liệu ra ngoài theo cửa ra ở phía dưới vào phễu của thiết bị đun.


3

Thiết bị gia nhiệt trục vít

Hình 1 : thiết bị gia nhiệt trục vít
-

Mục đích : phá vỡ các liên kết cơ bản trong nguyên liệu làm nhuyễn
nguyên liệu, tiêu diệt bớt vi sinh vật, giữ màu, giúp gia nhiệt cho
nguyên liệu để tiến hành các dễ dàng hơn các thao tác và công đoạn
phía sau.

-

Cấu tạo : Gốm có động cơ, hệ thống trục vít, hệ thống điều khiển van
hơi ( bằng tay và tự động ), van ổn áp.Thân thiết bị gồm 2 khoang,
khoang trong chứa nguyên liệu, khoang ngoài chứa hơi, có lớp vỏ cách
nhiệt. Ngoài ra còn có phễu cho nguyên liệu vào, bảng điều khiển, đồng
hồ chỉ áp suất, áp lực…
1 Nguyên liệu vào
2 Hơi nước vào
3 Hơi nước ra
4 Nước vệ sinh vào
5 Nước vệ sinh ra
6 Lớp cách nhiệt
7 Lớp áo hơi gia nhiệt
8 Sản phẩm sau khi gia nhiệt.


-

4

Nguyên lý họat động : Hệ thống van hơi được đưa vào trong khoang
giữa đến khoảng nhiệt độ yêu cầu thì đóng van lại. Nguyên liệu sau khi
được nghiền sẽ qua phễu và vào khoang trong của thiết bị. Nhờ hệ
thống trục vít, nguyên liệu được dẫn và đảo trộn. Khoang ngoài chứa

hơi cấp nhiệt nên sẽ làm nóng nguyên liệu ở khoang trong. Nguyên liệu
sau khi được đun nóng và đảo trộn sẽ được đưa ra ngoài qua cửa ra của
thiết bị theo chiều vít xoắn.

Máy thanh trùng liên tục.

Hình 3.4 : máy thanh trùng liên tục
-

Mục đich : thanh trùng sản phẩm sau khi đóng chai, chống lại sự sâm
nhập của vi sinh vật , kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.

-

Cấu tạo : Gồm 3 khoang chứa nước: khoang nóng thanh trùng C và
khoang nước ấm C để giảm nhiệt, và khoang làm mát chứa nước
thường, động cơ của băng tải sản phẩm, hệ thống vòi phun, bơm, đồng
hồ chỉ nhiệt độ, áp suất… Ngoài ra còn có hệ thống đường dây dẫn, ống
xả, bảng điều khiển, van xả tự động và van cấp hơi, giơle tự ngắt…

-

Nguyên lý hoạt động : Nhờ bơm, nước được bơm đầy vào các khoang,
mở van hơi bằng tay và tự động để hơi nước sục vào trong khoang chứa
nước nóng đến nhiệt độ cần thiết, ta đóng van tay lại , van tự động mở
để nó tự động điều chỉnh nhiệt độ. Mở nhỏ đường hơi sang khoang


nước ấm đến nhiệt độ 50 - C ta đóng van lại. Sản phẩm thanh trùng
được đưa vào đầu băng tải nhờ động cơ băng tải đi vào trong khoang

nước nóng nhờ hệ thống bơm và vòi phun nước nóng được phun đều
lên sản phẩm. Thời gian thanh trùng phụ thuộc vào từng loại sản phẩm.
Tiếp đó hệ thống băng tải chạy, đưa phần sản phẩm này tiếp tục đến
khoang nước làm ấm. Nước ấm được đưa lên vòi phun nhờ bơm và làm
giảm bớt nhiệt độ của sản phẩm, tăng thời gian thanh trùng và tránh
hiện tượng rạn nứt trai do nhiệt độ giảm nhanh đột ngột trước khi sang
khoang nước thường. Tại đây sản phẩm được làm nguội trước khi theo
bằng chuyền ra ngoài. Kết thúc quá trình thanh trùng, phần hơi được
chuyển ra ngoài qua ống xả.

5

Nồi hai vỏ.

Hình 3.5 : thiết bị nồi nấu hai vỏ
-

Mục đích : gia nhiệt cho sản phẩm, giữ màu và tạo độ đều, độ mịn cho
sản phẩm .

-

Cấu tạo : Gồm có động cơ cánh khuấy, hệ thống đồng hồ chỉ áp suất,
nhiệt độ ; hệ thống van xả hơi, ổn áp… Thân thiết bị gồm 2 khoang:
khoang trong chứa sản phẩm, khoang ngoài chứa hơi.


-

6

Nguyên lý hoạt động : Sản phẩm sau khi chà được đưa vào thiết bị nồi
2 vỏ. Khi thiết bị hoạt động, khoang hơi sẽ làm nóng sản phẩm, kết hợp
với sự hoạt động của động cơ cánh khuấy, sản phẩm sẽ được nóng đều.
Tiến hành rót sản phẩm ra ngoài bằng cần rót.

Thiết bị cô đặc chân không

-

-

-

Hình 3.6 : thiết bị cô đặc chân không
Mục đích : làm giảm lượng nước trong sản phẩm mà nhiệt độ quá cao
không giữ được nguyên chất lượng thành phẩm. Dùng cho những sản
phẩm yêu cầu nhiệt độ chế biến không quá cao ( C)
Cấu tạo : Gồm khoang đun nóng nguyên liệu, khoang nước ngưng, bơm
chân không, động cơ cánh khuấy. Ngoài ra còn có phễu chất thơm, bảng
điều khiển, hệ thống van và đường dẫn hơi, dẫn nước, đồng hồ đo áp
suất, nhiệt độ, chân không…
Nguyên lý hoạt động : nguyên liệu được đưa vào khoang đun nóng nhờ
sự chênh lệch áp suất chân không trong khoang và áp suất khí quyển bên
ngoài, và được đảo trộn nhờ động cơ cánh khuấy. Hơi được cấp vào
khoang đun nóng, làm sôi nguyên liệu đến hiện tượng bốc hơi. Phần hơi
nước sẽ được hút sang khoang ngưng, sau đó được làm mát và ngưng tụ.
Để tăng hiệu suất bốc hơi ta dùng bơm hút chân không để bơm hút hơi,
khí và tạo độ chân không. Để đảm bảo cho quá trình cô đặc thì nhiệt độ
phải giữ ở khoảng , tránh nhiệt độ quá cao sản phẩm bị hút theo đường

hơi. Quá trình bốc hơi sẽ làm nguyên liệu dần bị cô đặc. Lấy mẫu sản
phẩm qua cửa thử và kiểm tra độ cô đặc bằng thiết bị chuyên dùng. Có


thể bổ xung thêm chất phụ gia qua phễu chất thơm. Nước ngưng ở bình
có thước đo để ta dễ dàng kiểm tra và tháo nước ngưng tránh hiện tượng
bị tràn.
Khi lấy sản phẩm phải tiến hành ngừng cấp hơi, mở van xả áp tăng áp
suất bên trong thiết bị cho bằng với áp suất bên ngoài.Mở van xả đáy
thiết bị, sản phẩm sẽ tự động chảy xuống.

-

-

7

Các thiết bị đo lường và điều khiển tự động
Thiết bị đo và hiển thị tại chỗ : nhiệt kế giãn nở được cố định ở vỏ thiết
bị phần chân cắm vào dung dich ( có vỏ bảo vệ) để xác định nhiệt độ của
dung dịch. Dải đo của thiết bị từ C, thang đo là C.
Thiết bị đo áp suất :
+ áp kế chân không : đo áp suất chân không bên trong buồng cô đặc,
được cố định phía bên trên của buồng bốc. Dải đo từ -1 – 1,5 Bar, thang
đo là 0,05 Bar.
+ áp kế đo áp suất của khí đốt, được lắp đặt ở đầu tiếp ống dẫn hơi và
thiết bị cô đăc.
+ thiết bị đo thể tích là ống thủy tinh nối thông hai đồng với bình chứa
nước ngưng, chỉ thị thể tích nước ngưng.

Thiết bị thanh trùng ống lồng ống.


-

Hình 3.7 thiết bị thanh trùng ống lồng ống
Mục đích : thanh trùng sản phẩm ở dạng lỏng, tiêu diệt vi sinh vật, gia
nhiệt cho sản phẩm.
Cấu tạo : Hệ thống ống lồng ống gốm 2 lớp: lớp ngoài là nhiệt, lớp trong
là nguyên liệu. Hệ thống bơm trục vít, bơm nước, thùng chứa nguyên
liệu, thiết bị đảo trộn hơi và nước. Ngoài ra còn có bảng điều khiển, đồng
hồ đo nhiệt độ, áp suất, các van an toàn và van tự đông…
Thiết bị điều khiển gồm có :

-

Bảng điều khiển, 2 bộ điều khiển tự động,bộ chuyển đổi điện khí, cảm
biến, đồng hồ đo nhiệt tại chỗ, đồng hồ đo áp suất, các van an toàn,và 2
van tự động ổn đinh nhiệt độ. Thiết bị đo này có một bộ điều chỉnh nhiệt
độ tư động để ổn định nhiệt độ thanh trùng và nhiệt độ làm nóng.
D : đồng hồ đo nhiệt độ : nhiệt độ đầu ra của thanh trùng
G : đồng hồ đo nhiệt độ nguội
E : bộ điều khiển nhiệt độ thanh trùng
F : bộ thanh trùng nhiệt độ ra của sản phẩm
H : bộ điều chỉnh nhiệt độ

-

Cảm biến mức để khi nào đầy thì không bơm nữa
Các van sử dụng là van màng, nếu không có thể sử dụng van nào đó mà

có thể dễ dàng điều chỉnh độ mở.
Áp suất điều khiển để tác động vào van màng này để cho nó hoạt động từ
0,2-1bar
Độ mở của van là từ 0-100% tuyến tính phụ thuộc vào tín hiệu điều
khiển.
Cảm biến đo nhiệt điện trở đưa về bộ điều khiển cũng là tín hiệu điện
nhưng có bộ chuyển đổi điện –khí chuyển 4-20mA thành 0,2-1bar.
Bộ điều khiển tự động biến đổi ra tín hiệu điện, tín hiệu điện biến đổi ra
tín hiệu khí nén, tín hiệu khí nén đó đưa áp suất về van bắt van đó dừng ở
vị trí mà theo tín hiệu điều khiển.

-

Nguyên lý hoạt động: dung dịch chạy trong ống nhỏ bên ngoài khoảng
không gian giữa 2 ống là tác nhân nhiệt. Nhiệt này do ta đặt. Quá trình
gồm 2 giai đoạn : thanh trùng và làm nguội.
Nguyên liệu được đưa vào thùng chứa rồi được bơm vào hệ thống ống
lồng ống. Bao gồm 3 quá trình :trao đổi nhiệt với nước nóng ở 8 ống, lưu
nhiệt,trao đổi nhiệt với nước thường ở 2 ống. Quá trình nguyên liệu
chuyển động trong hệ thống này,, mở van hơi cung cấp nhiệt. Sự thay đổi


nhiệt giữa 2 khoang thông qua bề mặt lớp vỏ ống sẽ sảy ra. Sản phẩm thu
nhiệt cho tới khi đạt độ nóng cần thiết sẽ được lấy ra ở cuối đường ống.
Nếu sản phẩm chưa đạt yêu cầu sẽ được hồi lưu về thùng chứa để tiến
hành làm nóng lại.Nhờ quá trình thay đổi nhiệt độ đột ngột và quá trình
lưu nhiệt ở thời gian dài ở nhiệt độ nóng nên nhiều VSV có hại và gây
bệnh bị tiêu diệt.

8

Thiết bị cô đặc màng.

-

-

Hình 3.8 : thiết bị cô đặc màng
Cấu tạo : gồm có bình chứa nguyên liệu và bình chứa thành phẩm, thiết
bị cô đặc gồm 2 khoang : khoang ngoài chứa hơi nóng, khoang trong
chứa sản phẩm, 2 bơm pittong, 1 bơm chân không, động cơ tạo màng,
bình nước ngưng, ống thủy. Ngoài ra còn có bảng điều khiển và hệ thống
các van hơi, van nước, van điều chỉnh chân không.
Nguyên lý hoạt động : nguyên liệu đi từ bình chứa vào thiết bị cô đặc
màng nhờ bơm1.động cơ cánh khuấy quay với tốc độ cao làm cho
khoang ngoài chứa hơi nóng làm cho nguyên liệu được cô đặc, hơi nước
bốc lên theo đường hơi sang bình ngưng và được làm lạnh. Nguyên liệu
sau khi cô đặc một phần được đưa ra đến thiết bị kiểm tra độ cô đặc.
Đồng thơi ra mở van để sản phẩm đi vào thùng chứa thành phẩm.


-

Thiết bị có rất nhiều cảm biến nhiệt độ và áp suất để thu được các thông
số hoạt động từ đó có thể điều chỉnh quá trình cô đặc sao cho phù hợp.
Quan trọng nhất là các bộ phận cảm biến có chức năng điều khiển TIC1
điều khiển lượng hơi cấp cho quá trình cô đặc từ đó điều khiển nhiệt độ
quá trình cô đặc. Cảm biến tốc độ động cơ cánh tạo màng để có thể điều
chỉnh tốc độ phù hợp.

9. Hệ thống CIP

-

Hình 3.9 hệ thống CIP
Là hệ thống vệ sinh tẩy rửa thiết bị mà không cần thảo lắp thiết bị.Ngoài
ra hệ thống còn có thể thanh trùng, tiệt trùng cho các thiết bị nhờ sử dụng
dung dịch hóa chất.
Ưu điểm : + không phải tháo lắp thiết bị
+ rửa ở những vị trí rửa mà bằng phương pháp rửa thông
thường khó rửa.
+ giảm nguy cơ lây nhiễm hóa học
+ giảm sự can thiệp thủ công và thời gian làm sạch
+cải thiện chất lượng và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.
Cấu tạo : hệ thống CIP ( clean in place ) có cấu tạo gồm 3 thùng chứa
dung dịch axit(HNO3), kiềm( NaOH), nước vô trùng. Các thùng này đều
có hệ thống dẫn tới máy bơm để có thể vận chuyển 3 loại dung dịch trên


-

vào cùng 1 đường ống tới các thiết bị khác. Cùng với thiết bị gia nhiệt
cho dung dịch làm sạch và đầu phun dung dịch trong các thiết bị.
Nguyên lý hoạt động : tùy theo hệ thống CIP yêu cầu, và loại thiết bị mà
hệ thống CIP được vận hành khác nhau.
Nguyên lý chung : đầu tiên hệ thống bơm nước nóng để rửa sơ bộ cho
thiết bị, sau đó sẽ lần lượt cho chạy các máy bơm để bơm dung dịch axit,
kiềm, nước tới thiết bị. Các dung dịch tẩy rửa đều được đun nóng trước
khi đưa đến các thiết bị cần làm sạch nên hệ thống có 1 bộ cảm biến nhiệt
độ có chức năng điều khiển độ giãn nở của van cấp hơi gia nhiệt. Bộ cảm

biến chuyển tín hiệu điện sang áp suất để điều chỉnh áp suất của van
màng, thay đổi độ mở của van.


BÀI 2: ĐO LƯỜNG CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ( NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT)
LÝ THUYẾT

I/ Một số khái niệm.
1/ Đo lường các thông số công nghệ cơ bản.
1.1/ Khái niệm.
Đo là phép so sánh đại lượng cần đo với đại lượng khác quy ước được coi là đơn vị
đo.
1.2/ Các phương pháp đo.
Có 3 phương pháp đo là:




Phép đo trực tiếp: Kết quả nhận được trên cở sở trực tiếp so sánh giữa đơn
vị cần đo với đơn vị đo. Phép đo này được sử dụng trong dân dụng, công
nghiệp ít sử dụng.
Đo gián tiếp: Kết quả đo đại lượng A nhận được dựa trên cơ sở đo trực tiếp
đại lượng B, xác định A thông qua sự phụ thuộc của A và B. Sự phụ thuộc
thông sụng sử dụng các tính chất cơ lí, hóa giữa A và B.
Ví dụ: Đo nhiệt lượng thường sử dụng nhiệt kế thủy ngân vào nhiệt độ: nhiệt
độ tăng thể tích tăng, nhiệt độ giảm thể tích giảm. Khi đó dựa vào sự thay
đổi thể tích của thủ ngân trong nhiệt kế để xác định nhiệt độ.
2/ Sai số phép đo.
Đã đo là có sai số nhưng sai số có thể ở các mức độ khác nhau nhỏ hoặc
lớn)

2.1/ Nguyên nhân của sai số:
2.1.1/ Sai số do thiết bị đo ( dụng cụ đo….)
Thiết bị đo có sai số là do sự chính xác trong gia công chế tạo các phần tử
chưa thực sự chuẩn xác. Tại sao không thể chính xác trong gia công chế tạo?
Không thể chính xác trong gia công chế tạo bởi nó còn phụ thuộc vào vật
liệu làm; mục đích sử dụng sảm phẩm gia công khác nhau ( do nhu cầu thị
trường đa dạng, đòi hỏi khác nhau nên mức độ chính xác của thiết bị gia
công trong từng trường hợp là khác nhau) cho nên thiết kế thiết bị đo với sai
số khác nhau.




Sai số của thiết bị đo là sai số mang tính chất hệ thống ( xuất hiện lại trong
phép đo lần sau). Có thể điều chỉnh kết quả thực. Khi đó, ta phạm phải sai số
tuyệt đối ( ∆X). Sai số tuyệt đối có thể âm hay dương:
∆X= A – x
Với: x là chỉ thị của dụng cụ đo.
A là giá trị thực của đại lượng cần đo.
Sais so của thiết bị đo được xác định thông qua cấp chính xác của thiết bị đo
Cấp chính xác của thiết bị đo.
• Cấp chính xác:
Với: ∆X được xác định trong điều kiện chuẩn.
A=A max – Amin.
Amin có thể bằng 0 hoặc khác 0. Amin âm khi đo ở áp suất chân không)
• Tiêu chuẩn quy định dãy chính xác của dụng cụ đo:
0,006; 0,002; 0,06;0,1 ; 0,2;0,6; 1; 1,6 ; 2,5 ; 4,0 ; 6,0.
Thông thường trong điều kiện sản xuất sử dụng chủ yếu các cấp chính
xác : 0,6 ; 1,0; 1,6 ; 0,2 ít sử dụng do giá thành cao.
 Sai số thiết bị : Δx =

Chọn thiết bị : giá trị của Amax của dụng cụ đo > thông số quá trình.
+ thông số quá trình : Pv; Sv .
Ví dụ : cần đo nhiệt độ , sai số +/- C ( sai số yêu cầu)
• 0 - C -> N = 0,6 ( chọn)
ΔXmax= 200 . 0,6 /100 = , X = C
50 – 1,2a50 +1,2
Không thỏa mãn 0,5 -> không đúng yêu cầu
2.1.2/Ảnh hưởng của môi trường xung quanh
Môi trường : + môi trường công nghệ ( nơi đặt đầu đo)
+ môi trường xung quanh ( nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, độ dao
động, các sóng điện từ)
 Theo quy luật tác động của môi trường mang tính ngẫu nhiên -> đo
nhiều lần
( kết quả đo quá xa loại khỏi nhóm )
2.1.3Sai số do người vận hành.
2.1.4 Sai số do phương pháp đo
( Đặc biệt các phương pháp đo gián tiếp : sự phụ thuộc đó chưa hoàn toàn
chính xác.)
e, Sai số do lắp đặt cảm biến( đầu đo vào môi trường công nghệ)


-


Ví dụ : đo nhiệt độ của dòng chảy trong 1 đường ống .
giảm tổn thất khi nhiệt độ cao bằng cách bảo ôn đường ống : bọc cách
nhiệt bằng bông thủy tinh.
+lắp đặt đầu đo vào môi trường đo
Chuẩn nhất : tâm dòng chảy tiếp xúc với đầu đonhiệt độ.
Kết quả đo :

a
b
c
d
e
386
385
384
371
341
Δτ
0
1
2
15
45
Phương án b : vỏ bảo vệ có kích thước vừa phải, để không gian giữa đầu
đo, bảo vệ không nhiều , cảm biến thông qua vỏ bảo vệ vẫn tiếp xúc với
tâm sản phẩm.
Có sai số do phải truyền qua vỏ bảo vệ.
Phương án c : tương tự b nhưng vỏ bảo vệ có kích thước lớn -> không
khí giữa đầu đo và và vỏ bảo vệ lớn -> sai số nhiều.
Phương án d : tương tự b nhưng đầu đo không tiếp xúc với tâm dòng
chảy . Do vân tốc dòng chảy hình parabol càng xa tâm vận tốc càng
giảm, vận tốc ở thành coi như bằng 0-> khi tiếp xúc với dòng chảy có
vận tốc nhỏ -> nhiệt độ kém -> đầu đo nhận được ít -> đồng hồ đo hiển
thị nhiệt thấp.
Phương án e : đầu đo lắp ở đoạn chảy không có bảo ôn, sau khi dòng
chảy đổi hướng. Nhiệt độ giảm mạnh do không có bảo ôn,
chế độ dòng chảy : dòng chảy khi ngập tấm chắn -> dòng chảy xối, hệ số

truyền nhiệt kém đi đáng kể, cảm biến không nhận được nhiệt.
 Chỉ lắp cảm biến ở chỗ :
+ dòng chảy ổn định,
+lắp ở chỗ trước và sau điểm đặt là một đoạn thẳng dài, tránh vật chắn
cho dòng chảy.
1



II: Tìm hiểu một số thiết bị đo nhiệt độ, áp suất
Đo nhiệt độ
- Nhiệt độ : đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng, lạnh của vật chất.
- Thiết bị đo : nhiệt kế
- Phương pháp đo
1.1/Nhiệt kế thủy tinh :
Nguyên lý làm việc


Dựa trên sự phụ thuộc của thể tích chất lỏng vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng
thì thể tích tăng
 Cấu tao : bầu chứa dung dịch( thường là thủy ngân), vỏ bọc chất lỏng bằng
kim loại để dẫn nhiệt tốt hơn
- Ống mao dẫn
- Hình dáng : thẳng, cong , cong .
- Dung dịch là chất lỏng, thường là thủy ngân. Yêu cầu khi đo, dung dịch
bên trong tồn tại ở trạng thái lỏng không được sôi.
+ Hg áp suất thường ở trạng thái lỏng từ - C - >C
+khi đo ở nhiệt độ cao hơn -> tăng áp suất -> nhiệt độ sôi cao lên -> sử
dụng bơm khí trơ.
+Hg không dính vào thủy tinh khi dâng lên hay hạ xuống

 Nhiệt kế thủy tinh có
- Ưu điểm : đơn giản
- Nhược điểm : độ bền cơ học kém, không truyền được tín hiệu đi xa.
Khắc phục : Hg dẫn điện -> lắp cặp tiếp điểm -> khi Hg dẫn lên đóng
mạch ( nhiệt kế tiếp xúc ) ->đóng ngắt mạch tín hiệu.
1.2/Cặp nhiệt( phương pháp suất nhiệt điện động )
 Nguyên lý : dựa trên nguyên lý nếu có hai sợi dây kim loại có bản chất khác
nhau được hàn với nhau thì khi đốt nóng một đầu hàn -> xuất hiện dòng
điện-> trong mạch xuất hiện một xuất điện động do nhiệt tạo ra (suất nhiệt
điện động) . nguyên lý đúng cho n dây.
Phải có sự chênh lêch nhiệt độ giữa các sợi dây .trong 2 dây : 1 dây có
dòng điện chạy từ cực nóng -> cực nguội ( dây A +) . dây có dòng điện
chạy từ cực nguôi -> cực nóng ( dây B -).



Sơ đồ đo :

A
1

4
2

3

B
1 : mối hàn , 2 : cực ; 3 : dây nối tín hiệu ;
4 :dụng cụ đo suất điện động( mv – sđ e <50mv)
+ dây nối : thường thấy dây trên giống dây A, dây dưới giống dây

B.nhưng đi xa thì đắt -> dây 3 được gọi là cặp dây bù A’B’
+sđđ EAB (t,t0) = eAB (t) – eAB(t0) = f(t) – f(t0)








Sợi dây bù có đường đặc tính sđđ trùng với AB ở dải nhiệt độ thấp
trong môi trường không khí.
A’ : dây đồng
B’ : hợp kim pha chế sao cho cùng với dây đồng tạo ra sđđ trùng với
AB ở giải nhiệt thấp.
+ các loại cặp nhiệt : J,K,T, B, R ,S, V.
Với trường hợp khoảng cách xa cần sử dụng bộ truyền xa để giảm hao
phí trên đường đi

1.3/ Nhiệt điện trở.
Bản chất : dựa vào sự phụ thuộc vảu điện trở dây dẫn với nhiệt độ
- Đối với kim loại : nhiệt độ tăng -> R tăng .đặc tính ổn định có thể lắp
lẫn được.
- Đối với hợp kim : nhiệt độ tăng -> R giảm.
- Hàm phụ thuộc : Rt = R0 (1 + αt + β )
R0 : điện trở ứng với t =
Rt : điện trở ứng với nhiệt độ t
α = 3,97 . 1/ hệ số tuyến tính
β = - 5,85 . 1/
ρ = 0,1Ω/m

Sợi dây làm bằng Pt, có d nhỏ cuốn quanh 1 cuộn để đạt R trong công
nghiệp R0 = 100Ω ,kí hiệu Pt – 100
- Để đo điện trở ( sử dụng cầu cân bằng)
+ lắp đường chéo cấp nguồn 1 chiều hoặc
Xoay chiều.
+ khi UAB = 0 ta gọi là cầu cân bằng
R1/R4 = R2/R3

-

-

-

sơ đồ đo 2 dây :
+vị trí con trượt R1 là thang đo nhiệt độ
+dây nối có điện trở (rd)
Nguyên lý :nhiệt độ tác dụng -> Rt thay đổi
 cầu mất cân bằng ->UBD ≠ 0
khuếch đại để có công suất > đưa động cơ
quay trái hay phải tùy thuộc vào dấu của
sai lệch. Khi M chuyển động ->R1 chuyển
động đưa cầu về trạng thái cân bằng.
Khi cân bằng :


2

= =1
(Chế tạo R2 = R3 )=> Rt + 2rd = R1 sai số là 2rd

- Sơ đồ đo 3 dây :
Đấu chéo cấp nguồn A’C
Tốn thêm 1 dây, lợi về chính xác
Đỉnh cầu : A’BCD
Cầu cân bằng : RA’B = RA’D
=
Rt + rd = R1 + rd
 Rt = R1
Với cách nối này tuy mất thêm một dây nhưng kết quả thu được lại là
chính xác.
Đo áp suất
1 Khái niệm :
Áp suất : P = F/S ( N/) = Pa
- Áp suất khí quyển là áp suất được tạo ra từ khí quyển tác dụng lên toàn
bộ vật
- 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.
- Áp suất tương đối, còn gọi là áp suất dư là áp suất gây ra chỉ do trọng
lượng của cột chất lỏng. Ngoài ra áp suất tương đối là hiệu giữa áp suất
tuyệt đối và áp suất khí quyển. Nếu áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí
quyển thì ta được áp suất chân không.P dư = PTĐ – P Kq’
- Độ chân không :khi áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển.
PCK = Pkq - PTĐ
2 Phương pháp đo áp suất :
- Dụng cụ : áp kế lò xo ống
- Cấu tạo và nguyên lý làm việc :
+ cấu tạo : ống cọng rau muông
Cuốn ¾ vòng tròn.
 Có áp suất biến đổi thành độ dịch chuyển x -> truyền qua thanh truyền
đến bánh xe răng hình cánh quạt-> kim chỉ thị quay trái , quay phải

 Khi P tăng, đầu cảm biến dãn ra theo hướng lên trên -> bánh xe
chuyển động xuống dưới-> kim chỉ thị chuyển dịch lên phía trên.
 Khi P = 0 kim quay về hướng giảm áp suất nhưng không về vị trí ban
đầu ( do tính chất của các phần tử đàn hồi tồn tại ứng lực dư -> vẫn
còn dư ứng lực bên trong vật hồi không về 0 => cần khử ứng lực dư
bằng cách “ thêm lò xo dây tóc ở kim, khi kim chỉ thị chuyển động lên
sinh ra lực dự trữ -> khi chuyển động xuống phía dưới có sẵn lực để
khử ứng lực.


Bộ phận quan trọng của thiết bị :
+ ống đàn hồi , lò xo dây tóc. Lò xo dây tóc gắn chặt vào trục , khi kim
chuyển động lên lò xo cuốn chặt hơn. Khi kim chuyển động xuống lò xo
nhả ra sinh momen dự trữ để khử ứng lực dư.


BÀI 3: ĐO LƯỜNG CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ( THỰC HÀNH)
1/ Đo nhiệt độ.
1.1/ Mục đích.
a. Bài toán cấp nhiệt
-

Đặt giá trị nhiệt độ: Sv
Đo giá trị nhiệt độ thực tế: Pv
Bài toán cấp nhiệt:


+ Khi Pv+ Khi Pv>Sv thì bộ điều khiển ngắt cấp nhiệt.
Suy ra: Khảo sát quá trình cấp nhiệt đến khi đạt nhiệt độ như thế nào?

b. Đo nhiệt độ bằng một số phương pháp khác nhau trên cùng một thiết bị công
nghệ:
-

-

Đo bằng nhiệt kế thủy ngân.
Đo bằng nhiệt kế kim loại.
Xây dựng các đường đồ thị khác nhau tại cùng một thời điểm của 2 thiết
bị đo và lí giải sự khác biệt, đặc tính của phương pháp đo?
1.2/ Một số giai đoạn xảy ra trong quá trình đo nhiệt độ.
1.2.1/ Giai đoạn 1
Đầu tiên, khi mới cấp nhiệt, nhiệt độ không thể tăng ngay được. Thời gian từ
lúc bắt đầu cấp nhiệt đến lúc nhiệt độ của đối tượng công nghệ bắt đầu được
thay đổi được gọi là thời gian trễ ( độ trễ). Thời gian trễ có thể tăng giảm.
Thời gia trễ phụ thuộc vào:
Công suất cấp nhiệt : công suất cấp nhiệt càng lớn thì thời gian trễ càng nhỏ.
Đối tượng ( dung dịch) : Dung lượng càng lớn thì thời gian trễ càng lớn.

1.2.2/ Giai đoạn 2.
Nhiệt độ tăng dần, tốc độ tăng phụ thuộc vào:
-

Công suất cấp nhiệt: Công suất cấp nhiệt càng lớn thì thay đổi càng
nhanh.
Dung tích, thể tích đối tượng cần lấy nhiệt: càng lớn thì càng chậm.
Bản chất của quá trình truyền nhiệt: hiệu suất quá trình truyền nhiệt.
Công suất lớn, hiệu suất nhỏ thì quá trình truyền nhiệt kém . Bề mặt
truyền nhiệt sạch, hệ số truyền nhiệt lớn thì truyền nhiệt tốt.

1.2.3/ Giai đoạn 3.
Nhiệt độ tăng dần đền Pv=Sv. Thời gian để Pv=Sv tùy thuộc vào:
-

Tốc độ cấp nhiệt.
Công suất cấp nhiệt.
Dung tích đối tượng cần nâng nhiệt.
Khi Pv=Sv, bộ điều khiển ngắt cấp nhiệt, nhưng nhiệt độ vẫn tiếp tục
tăng với tốc độ chậm hơn so với trước. Nguyên nhân:


+ Năng lượng nhiệt đang tích lữ đâu đó và tiếp tục giải phóng cho đếb
hết ( ở thí nghiệm này, dây mai xo nhận nhiệt trong giai đoạn 1: tích
trữ nhiệt để tăng nhiệt độ làm nóng đế. Đến khi không cấp nhiệt lò xo
tích trữ nhiệt sẽ giải phóng, không tích lũy bổ sung vẫn cấp nhiệt cho
dung dịch đến hết , nhiệt độ vẫn tăng khi ngừng cấp nhiệt). Sau một
khoảng thời gian, khi lượng nhiệt dự trữ hết , nhiệt độ không tăng
nữa.
+ Quá trình khi Pv=Sv, bộ điều khiển ngừng cấp nhiệt mà nhiệt độ
vẫn tăng được gọi là quán tính nhiệt.
Trong công nghiệp, không mong muốn quán tính nhiệt nhiều vì nó
làm tăng nhiệt độ không mong muốn ( Đặt đến giá trị dừng thì dừng).
Cong suất cấp nhiệt càng lớn thì quan tính nhiệt càng nhiều và ngược
lại.
Để điều chỉnh quán tính nhiệt ( trượt nhiệt độ so với giá trị đặt ít) ta
cần điều chỉnh cường độ tác động. Nếu cường độ tác động nhỏ thì
quán tính nhỏ nhưng quá trình cấp nhiệt sẽ chậm nên: giai đoạn đầu
công suất lớn, quá trình đạt giá trị đặt nhanh; khi gần đến đích giảm
công suất xuống để giảm độ trượt tự nhiệt độ.
1.2.4/ Giai đoạn 4.

Nhiệt độ giảm do tổn thất nhiệt hoặc thiết bị khác lấy nhiệt -> Bảo ôn
tốt để tổn thất nhiệt là ít.
Sau quá trình mất nhiệt, tùy theo tốc độ mất nhiệt mà nhiệt độ giảm
nhanh hay chậm. Khi nhiệt độ giảm xuống duới giá trị đặt, bộ điều
khiển lại bật cấp nhiệt.Tại thời điểm cấp nhiệt, nhiệt độ chưa tăng
ngay vì phải tích lũy nhiệt lượng.Sau khoảng thời gian nhất định nhiệt
độ lại tăng.
Như vậy:
- Yếu tố ảnh hưởng đến điều chỉnh nhiệt độ: Công suất cấp nhiệt; tốc độ
cấp nhiệt; đối tượng cấp nhiệt.
- Muốn điều chỉnh nhiệt độ chính xác cần thực hiện điều chỉnh tinh ( thay
đổi từng tí một các yếu tố ảnh hưởng đến điều chỉnh nhiệt độ) chứ
không chỉ có bật/ tắt.
1.3/ Sơ đồ đấu dây.
-

Cách đấu dây của Pt 100.
RTĐ


11

12

(+)

13

14

15

16

(-)

-

18

19

20

110V
TC

-

17

220V

220V tải
TC : cặp nhiệt (+) 11 – 12(-), có thể dùng nhiệt điện trở 2 dây( sai số dây
dẫn, nhưng tiết kiệm dây) hoặc 3 dây ( khắc phục sai số, tốn thêm dây).
19-20 : nguồn 110V
18-20 : nguồn 220V
16-17 : bộ điều khiển cho tín hiệu đóng ngắt. Relay đóng ngắt nguồn.
Bộ điều khiển điều chỉnh relay trung gian, cặp tiếp điểm của relay điều chỉnh

nhiệt, cắm vào tải

1.4/ Vẽ đồ thị
Thí nghiệm đo nhiệt độ của quá trình đun nước.
Kết quả: (đọc từ trên xuống, từ trái qua phải)

Đo nhiệt độ bằng cảm biến điện trở Pt100:
25,2

44,1

64,2

63,5

60,7

61,2

59,9

60,6

25,3

45,3

64,2

63,4

60,6

61,2

59,8

60,5

25,3

47,5

64,3

63,4

60,6

61,2

59,7

60,5

25,3

47,7

64,2

63,2

60,5

61,1

59,7

60,4

25,4

48,8

64,2

63,1

60,3

61,1

59,9

60,3

25,6

50

64,1

62,3

60,3

61,2

60

60,8

25,8

51,2

64,1

62,2

60,2

61

60

60,7