Bài giảng Thiết bị đo nhiệt độ

Bài 2
THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ


Giới thiệu
I. Nhiệt độ và các thang đo nhiệt độ
II. Sự trao đổi nhiệt giữa nhiệt kế và môi trường
III. Những nguyên lý cơ bản về hoạt động của các thiết bị đo
nhiệt độ
IV. Nhiệt kế
V. Nhiệt ký


I. Nhiệt độ và các thang đo nhiệt độ
Khái niệm:
Nhiệt độ là trạng thái nhiệt của vật chất(tính chất vật lý )
Giá trị của thông số này phụ thuộc vào động năng chuyển động trung
bình của các phần tử cấu tạo nên vật chất đó.
Ta có thể đo được nhiệt độ thông qua sự truyền nhiệt giữa các vật chất.
Nhiệt kế và các loại thang đo nhiệt độ
• Nhiệt kế dùng để đo nhiệt độ không khí được Galile chế tạo ra từ năm 1584.
• Năm 1721, Fahreinheit đã thiết kế nhiệt kế thuỷ ngân để đo đạc khí tượng.
• Năm 1742 Celsius đã thiết lập thang đo bách phân với 100 độ là nước đá
đông và 0 độ là nước sôi ở đktc
• Năm 1744 nhà khoa học Carolus Linnaeus đảo ngược hệ thống đó và lấy 0
độ là nước đá đông và 100 là nước sôi.
• Thang nhiệt độ Kelvin được lấy theo tên của nhà vật lý, kỹ sư người Ireland
William Thomson, nam tước Kelvin thứ nhất.


I. Nhiệt độ và các thang đo nhiệt độ

•

Công thức chuyển đổi thang đo nhiệt độ


I. Nhiệt độ và các thang đo nhiệt độ
• Dụng cụ để đo nhiệt độ
- Nhiệt kế thường
- Nhiệt kế tối cao
- Nhiệt kế tối thấp
• Công dụng
- Đo nhiệt độ không khí, nhiệt độ nước và nhiệt độ đất.
+ Nhiệt độ không khí bề mặt là nhiệt độ trong lều khí tượng có độ cao từ
1,25 đến 2m trên mặt đất.
+ Nhiệt độ không khí trên cao là nhiệt độ tại các mực chuẩn.
+ Nhiệt độ đất thường được đo tại những độ sâu tiêu chuẩn là: 5, 10, 15,
20, 50 và 100cm.


III. Nguyên lí hoạt động cơ bản
của thiết bị đo nhiệt độ
* Một số kiểu nhiệt kế thuỷ ngân được dùng rộng rãi trong khí tượng
1. Nhiệt kế có vỏ làm bằng thuỷ tinh
Dài 390 - 430mm,
Đường kính thân bên ngoài 15 - 17mm,
Thang độ chia tới là 0,20C
Phổ đo từ -30 đến 600C
2. Nhiệt kế tối cao có vỏ làm bằng thuỷ tinh
3. Nhiệt kế của ẩm kế
4. Nhiệt kế đo nhiệt độ đất

5. Nhiệt kế thuỷ ngân có vỏ làm bằng kim loại


IV. Nhiệt kế
1 Nhiệt kế thường
Cấu tạo

- Một ống vi quản bằng thuỷ tinh có một đầu được hàn
kín, đầu kia là một bầu có hình cầu, hình trụ hoặc hình
nón chứa đầy chất lỏng;
- Một thang đo thường được chia theo 0,5 0C/vạch.
Thang đo có thể chia ngay trên ống vi quản hoặc tách
rời, được giữ cố định với ống vi quản.


IV. Nhiệt kế
1 Nhiệt kế thường
Nguyên tắc hoạt động
Khi nhiệt độ tăng lên chất lỏng chứa trong nhiệt kế dãn nở làm cho
cột chất lỏng trong ống vi quản dài ra;
Khi nhiệt độ giảm xuống chất lỏng trong nhiệt kế co lại làm cho cột
chất lỏng trong ống vi quản bị ngắn lại.
Công dụng
Xác định nhiệt độ tức thời của không khí, của đất hay của nước lúc
quan trắc.


IV. Nhiệt kế
1 Nhiệt kế thường
Cách sử dụng

Nhiệt kế phải đặt nằm ngang
Khi quan trắc phải xác định chính xác vị trí đầu mũi của chất lỏng
trong ống vi quản.


IV. Nhiệt kế


IV. Nhiệt kế
2 Nhiệt kế tối cao
Cấu tạo
Nhiệt kế tối cao là loại nhiệt kế thuỷ ngân có thang độ làm bằng thuỷ
tinh trắng.
Trong bầu nhiệt kế, gắn một thanh thuỷ tinh nhỏ có một đầu gắn liền
với đáy bầu
Đầu còn lại được luồn vào trong ống vi quản tại điểm nối
tiếp giữa ống này với bầu nhiệt kế.

Khe
hở
hẹp

Đầu thanh thuỷ tinh này tạo với thành trong của ống vi
quản một khe hở rất hẹp

Hình 2.3. Bầu nhiệt kế tối cao


IV. Nhiệt kế
2 Nhiệt kế tối cao

Nguyên tắc hoạt động

Khi nhiệt độ tăng, thuỷ ngân ở trong bầu nhiệt kế sẽ dãn nở, chảy
qua khe hẹp giữa thành trong của ống vi quản và đầu thanh thuỷ
tinh đi lên.
Khi nhiệt độ giảm, thuỷ ngân ở trong bầu nhiệt kế co
lại, nhưng thuỷ ngân trên ống vi quản không trở lại
được.
Giải thích

Khe
hở
hẹp

Nhiệt kế tối cao được đặt nằm ngang nên lực duy
nhất tác dụng vào thuỷ ngân trong ống vi quản hướng
về phía bầu nhiệt kế là lực hút phân tử, Lực này nhỏ
tới mức không hút được thuỷ ngân đi qua khe hẹp nói
trên.
Hình 2.3. Bầu nhiệt kế tối cao


IV. Nhiệt kế
2 Nhiệt kế tối cao
Cách sử dụng
Thường đặt nhiệt kế tối cao ở vị trí nằm ngang, nhưng hơi
thấp về phía bầu nhiệt kế.
Để nhiệt kế đo nhiệt độ tối cao cho kì quan trắc tiếp theo
một cách chính xác, người ta phải vẩy nó để dồn thuỷ
ngân trên ống vi quản về bầu nhiệt kế sau khi đọc xong.

Khe
hở
hẹp

Sau khi vẩy sẽ tương đương với nhiệt độ của môi
trường khi đó.

Hình 2.3. Bầu nhiệt kế tối cao


IV. Nhiệt kế


IV. Nhiệt kế
3 Nhiệt kế tối thấp
Cấu tạo
Nhiệt kế tối thấp là nhiệt kế rượu cũng có thang độ làm bằng thuỷ
tinh trắng, có hình dáng, kích thước giống nhiệt kế tối cao.
Trong ống vi quản có một thanh thuỷ tinh mầu thẫm, nhẹ, có hình
dáng như quả tạ, được gọi là con trỏ. Con trỏ có thể dịch chuyển
dễ dàng trong rượu


IV. Nhiệt kế
3 Nhiệt kế tối thấp
Nguyên tắc hoạt động
Ở vị trí bắt đầu hoạt động, đầu con trỏ được đặt vừa tiếp xúc với mặt rượu.
Khi nhiệt độ tăng lên, rượu trong ống vi quản sẽ vượt qua con trỏ dâng
về phía đầu nhiệt kế mà không làm con trỏ xê dịch.

Khi nhiệt độ giảm, rượu trong ống vi quản sẽ rút về bầu nhiệt kế và sức
căng mặt ngoài của rượu sẽ kéo con trỏ dịch chuyển theo.


IV. Nhiệt kế
3 Nhiệt kế tối thấp
Cách sử dụng
Nhiệt kế tối thấp được đặt ở vị trí nằm ngang, nhưng hơi thấp về phía
bầu nhiệt kế.
Khi quan trắc phải đọc cả số chỉ của con trỏ và mặt rượu để xác định số
hiệu chính phụ cho nhiệt kế tối thấp.
Sau khi đọc số chỉ nhiệt độ thấp
nhất xong, ta phải nâng bầu
nhiệt kế lên cao để cho con trỏ
dịch chuyển tới mặt rượu trong
ống vi quản.
Việc đọc nhiệt độ trên các nhiệt
kế chất lỏng luôn luôn phải lấy
chính xác tới 0,10C


IV. Nhiệt kế


IV. Nhiệt kế
4 Nhiệt kế cong Savinop
Nhiệt kế cong Savinop là một bộ gồm bốn nhiệt kế thuỷ ngân được
dùng để đo nhiệt độ đất tại các lớp đất sâu 5, 10, 15 và 20 cm.
Cấu tạo
Bầu nhiệt kế Savinop được uốn cong

và hợp với thân của nó một góc 1350
Chỗ gắn thang độ với bầu nhiệt kế,
được nhồi chặt bông hoặc bột cách
nhiệt để cách nhiệt giữa lớp đất ở độ
sâu đặt bầu với phần trên của nhiệt
kế.
Nguyên tắc hoạt động giống như
những nhiệt kế thường.


IV. Nhiệt kế
4 Nhiệt kế cong Savinop
Cách sử dụng
Phần dưới của nhiệt kế được chôn trong đất, bầu nhiệt kế nằm
ngang, phần trên nhô lên khỏi mặt đất và hợp với mặt đất một góc
450


IV. Nhiệt kế
5 Nhiệt kế ống
Nhiệt kế ống là một bộ gồm bốn nhiệt kế thuỷ ngân được dùng để
đo nhiệt độ tức thời của đất ở các độ sâu 50, 100, 150, 300 cm.
Cấu tạo
Nhiệt kế ống được đặt trong một
bao bằng nhựa cứng.
Đáy bao được đậy kín bằng một
cái nắp đồng, nắp này còn đặt
thêm một lớp vụn bằng đồng để
làm tăng khả năng giữ nhiệt cho
nhiệt kế.

Đầu trên bao nhựa được lắp một
chiếc cần bằng gỗ. Đầu cần gỗ
lại được gắn với nắp đậy có
vòng xách giúp cho việc quan
trắc được thuận tiện.


IV. Nhiệt kế
Cấu tạo
Cả hệ thống này lại được lồng vào ống nhựa cứng khác, có nắp ở
đáy cũng bằng đồng chôn sâu cố định trong đất.
Nguyên tắc hoạt động của
nhiệt kế ống cũng giống như
nhiệt kế thường


V. Nhiệt kí
1 Cấu tạo
- Bộ cảm biến là một bản lưỡng kim cong (4), một đầu được giữ chặt, còn kia
dịch chuyển tự do nên khi nhiệt độ thay đổi bản lưỡng kim sẽ bị cong về phía
tấm kim loại có hệ số dãn nở nhỏ hơn.
Trong nhiệt kí, đầu cố định của bản lưỡng kim được gắn vào giá đỡ (1) ở
phía sau thân máy, còn đầu tự do được nối với bộ phận biến đổi tín hiệu
cảm ứng ra.


V. Nhiệt kí
1 Cấu tạo
- Bộ biến đổi tín hiệu cảm ứng ra là một hệ thống gồm các tay truyền (2)
Tay đòn được khớp nối với nhau từ đầu tự do của bản lưỡng kim tới đầu cần

kim (3).
Nhiệm vụ: Bộ phận biến đổi vừa truyền, vừa khuếch đại độ dịch
chuyển ở đầu tự do của bản lưỡng kim theo sự biến thiên của nhiệt độ.
Kết quả: đầu kim cũng dịch chuyển lên
xuống quanh trục nằm ngang, theo sự
tăng hay giảm của nhiệt độ ứng với một tỉ
lệ nhất định.


V. Nhiệt kí
1 Cấu tạo
- Bộ phận ghi
(1) Thanh điều chỉnh tốc độ đồng hồ
(2) Kẹp giữ giản đồ
(3) Núm giữ xylanh
(4) Khóa lên dây cót đồng hồ