1 NHIET DO KÍNH THỦY TINH

BÀI 1:
BÀI
1:
CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ
Ệ Ộ

cảm biến trong máy chính xác

1


Hệ đo lường
Quá trình trao đổi
nhiệt với môi
trương xung
quanh diễn ra cho
đến khi đạt được
cân
â bằng
bằ nhiệt
hiệt độ

Tín hiệu
ệ vào?

Hiệu ứngg dãn nở nhiệt
ệ của
chất lỏng làm cho cột thuỷ
ngân/chất lỏng chuyển động
lên/xuống, đó là tín hiệu đầu
lên/xuống, đó

ra của hệ thống, nhờ đó chúng
ta xác định được nhiệt độ

Tầng tín hiệu ra
Bảng hiện thị

ốngg thuỷỷ tinh

Giọt
thuỷỷ
ngân

Tầng chuyển đổi

Các bộ phận của nhiệt kế chất lỏng gồm
cảm biến, tầng chuyển đổi và tầng tín
hiệu ra


Tìm điểm có nhiệt
ệ độ
ộ cố định
ị và p
phép
p nội
ộ
suy:
Điểm ba của nước (triple point of water) 
có giá trị 0.01 đối với bảng chia nhiệt độ
thông dụng chúng ta đang dùng: Bảng

nhiệt
hiệt độ Celsius scale (0.01
C li
l (0 010C).
C)
Vậy nhiệt độ Fahrenheit thì sao?
vàà nhiệt
hiệ độ Kelvin ? 
l i ?
Hiệu chuẩn dụng cụ đo nhiệt độ tại 2 
điểm

cảm biến trong máy chính xác

Điểm nhiệt độ cố định: 
điểm sôi (1 atm)

Điểm nội suy

Điểm nhiệt độ cố định: 
định:
điểm đóng băng (1 atm)

3


CHUẨN NHIỆT ĐỘ
• Đối với khoảng nhiệt độ từ 13,8033 K đến
p cho
1234,93 K, tiêu chuẩn ITS‐90 thiết lập

nhiệt điện trở tiêu chuẩn bằng Platin và thiết
lập phương trình nội suy liên hệ giữa nhiệt độ
và điện trở của dụng cụ đo này.
• Trên
ê 1234,93 K, nhiệt
h ệ độ
ộ được coi là phát
há xạ
của vật đen tuyệt đối.

cảm biến trong máy chính xác

4


CÁC NHIỆT KẾ DỰA TRÊN HIỆN TƯỢNG DÃN NỞ NHIỆT

Nhiệt
ệ kế chất lỏngg
trong ống thuỷ tinh

Độ không đảm bảo đo
thực tế của các nhiệt kế
này
à nằm
ằ trong
t
kh ả
khoảng
từ 0,2 đến 20C, phụ

thuộc vào loại nhiệt kế.

Nhiệt trở
cặp kim loại

Cảm biến được chế tạo
bằng cách dán hai thanh
ki loại
kim
l i khác
khá nhau
h với
ới
nhau (kim loại A và B).
cảm biến trong máy chính xác

5


Nhiệt trở cặp kim loại
Vị trí cuối cùng thay đổi theo nhiệt độ

Kim loại A
Dán với nhau
ở nhiệt độ T1

Xoắn ốc

Kim loại B
Kim loại A

Ở nhiệt độ
Kim loại B

Xoắn vít me

Vịị trí cuối cùngg q
quay theo
y
nhiệt
ệ độ
ộ
Bán kính cong
Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu
Nhiệ độ
Nhiệt
Chiều dày

cảm biến trong máy chính xác

6


NHIỆT ĐIỆN TRỞ

Bộ thu nhiệt trở ‐ RTD
Treo một
Treo
một dây kim loại
lên một thanh được cô
lập để hạn chế biến

dạng
ạ g cơ học, bằng
ọ ,
g cách
bọc để ngăn chặn các
thay đổi điện trở gây ra
bởi môi trường xung
quanh cảm biến.

Không gian
đã rút
chân
không

Biến dạng cơ học thay
đổi điện trở của thanh
dẫn và phải được giới
hạn nếu yêu cầu cao về
độ chính
hí h xác
á của
ủ phép
hé
đo.

ốngg py
pyrex

Cuộn dây
xoắn vít độ

nhạy cao

Mặt mica

cảm biến trong máy chính xác

7


NHIỆT ĐIỆN TRỞ *
Đối với thanh dẫn bằng Platin độ tuyến
tính
í h xấp
ấ xỉỉ bằng
bằ độ không
khô đảm
đả bảo
bả đo
đ
0,3% trong khoảng 0 –2000C và 1,2% 
trong khoảng 200–8000C.

Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo nhiệt điện trở

Dây dẫn

cảm biến trong máy chính xác

8

Cặp nhiêt điện
Cặp nhiệt điện được tạo
thành từ 2 dây dẫn
bằng kim loại khác
nhau và có ít nhất một
p điểm về điện.
ệ
tiếp

Vật liệu A

Vật liệu B

Vật liệu B

Vật liệu
liệ A

Các định luật cơ bản về cặp nhiệt điện
1. Định luật về cặp kim loại đồng nhất:
2. Định luật về cặp kim loại trung gian
3. Định luật về nhiệt độ liền kề hay trung gian:

Vật liệu B

Vật liệu B

Tiếp điểm

Tiếp
Tiếpđiểm
điểm

Thiết bị đo
đ

cảm biến trong máy chính xác

9


Cặp nhiêt điện

Chuẩn
ẩ nhiệt độ cho cặp nhiệt điện
Crom

crôm

Đồng

Vô kế
Vôn
Tiếp
điểm
cần
ầ đo
đ

Constantan

Thùng
nước đá

Vôn kế

Crom

Constantan

Đồng

Tiếp
điểm
cần đo
Thùng
nước đá

Tiếp điểm
tham
chiếu

Tiếp điểm
tham chiếu

ổn nhiệt

Đầu
ầ vào

cặp nhiệt điện
cảm biến trong máy chính xác

Đầu ra
10


Cặp nhiêt điện

Điện áp chuẩn cho
cặp nhiệt điện

cảm biến trong máy chính xác

11


Cặp nhiêt điện

Ví dụ 1

cặp nhiệt điện loại J
Sắt

Constantan

Sắt

Tiếp điểm đo

Thùng
nước đá
Tiếp điểm
tham chiếu

cảm biến trong máy chính xác

12


Cặp nhiêt điện

• Mạch cặp nhiệt điện đa tiếp điểm
Dâyy nhiệt
ệ
điện

Tiếp
điể đo
điểm
đ

•

Dây nối bằng đồng

Tiếp
điểm
tham
khảo

Hiệ chỉnh
Hiệu
hỉ h
cảm biến trong máy chính xác

13


ĐO NHIỆT ĐỘ BỨC XẠ
• Lý thuyết bức xạ
Bức xạ được phát ra từ vật thể liên quan đế nhiệt độ của vật
g trong
g khoảng
g 10‐7 ‐ 10‐3 m. 
thể đó và có bước sóng
Hai tính chất nhiệt bức xạ của vật thể liên quan đến nhiệt độ
đo là:
1. Bức xạ của vật thể tỷ lệ bậc 4 với nhiệt độ của vật
2. Năng lượng bức xạ là giá trị đo trực tiếp của tổng năng
lượng do vật thể phát ra

cảm biến trong máy chính xác

14


BỨC XẠ KẾ
Lọc
ọ IR

Mặt nạ
Tiếp điểm nóng
Tiếp điểm lạnh

Cảm biến nhiệt hồng ngoại IR dạng công nghiệp

cảm biến trong máy chính xác

15


Sơ đồ hệ quang của hoả quang kế làm biến mất dây tóc đèn
Hoả quang kế
Vật kính

Nguồn
phát

Vật
ậ kính
kí h
hiển vi

Kính lọc

Kính lọc đỏ

Vòng
ò

chắn vật

Dây tóc
Dâ
tó
quá lạnh

Thị kính hiển
vi

Vòng chắn
hiển vi
Bộ thu
dòng

Điều kiện
Điề
kiệ
“không”
cảm biến trong máy chính xác

Dây tóc
quá nóng
16


CÁC YẾU TỐ 
Ảnh hưởng đến sai số của phép đo
•
•

•
•
•
•

Sai số
ố do các bộ phận phụ trợ gây ra
Sai số trên đường dẫn
Sai số do thiết kế đầu đo
Sai số
ố do bức xạ nhiệt
Sai số do bức xạ Shielding
Sai số do phục hồi hệ đo nhiệt độ

cảm biến trong máy chính xác

17


NHIỆT ĐIỆN TRỞ *

Nhiệt điện trở Platin theo DIN và IEC751:
Dải đo từ -200 đến 8500C
* Dải đo từ -200
200 đến 00C
* Dải đo từ 00C đến
ế 8500C
Trong đó:

Ro điện trở định mức ở 00C : Pt-100 là 100Ω, Pt500 là 500Ω, Pt-1000 là 1000Ω; với t = T-T0

cảm biến trong máy chính xác

18


• Bài tập
ập chươngg 1:
1. Cặp nhiệt điện trên hình 1 là
1
1 là
Loại J, có điểm tham chiếu nhiệt
độ T2 = 0 
0 0C , điện
điệ áp
á ra
emf = 13,777 mV
+ Nhiệt
Nhiệ độ tạii tiếp
iế điểm
điể đo
đ T1
bằng bao nhiêu?
+ Nếu
ế điện
đ ệ áp
á ra emff = 15 mV, thì
hì nhiệt
h ệ độ tham
h
chiếu

h ế bằng
bằ bao
b
nhiêu?
+ Cặ nhiệt
+ Cặp
hiệt điện
điệ là Đồng
Đồ vàà Constantan có
C t t
ó điện
điệ áp
á ra = 6 mV, khi
6 V khi
T1  = 200 0C, khi đó T2 bằng bao nhiêu? 
cảm biến trong máy chính xác

19


You are employed as a heating, ventilating, and air 
conditioning engineer. Your task is to decide where in a
conditioning engineer. Your task is to decide where in a 
residence to place a thermostat, and how it is to be 
mounted on the wall. A thermostat contains a bimetallic 
temperature measuring device that serves as the sensor for
temperature measuring device that serves as the sensor for 
the control logic of the heating and air conditioning system 
for the house. Consider the heating season. When the 
temperature of the sensor falls 10C below the set‐point 

temperature of the sensor falls 1
C below the set point
temperature of the thermostat, the furnace is activated; 
when the temperature rises 10C above the set point, the 
f
furnace is turned off. Discuss where the thermostat should 
i
d ff Di
h
h h
h ld
be placed in the house, what factors could cause the 
temperature of the sensor in the thermostat to be different 
p
from the air temperature, and possible causes of 
discomfort for the occupants of the house. How does the 
thermal capacitance of the temperature sensor affect the
thermal capacitance of the temperature sensor affect the 
operation of the thermostat? Why are thermostats typically 
set 50C higher in the air conditioning season?
cảm biến trong máy chính xác

20


2. Bạn được thuê đến lắp điều hoà cho gia đình. Nhiệm
vụ của bạn là quyết định đặt nhiệt kế ở chỗ
ở chỗ nào trong
phòng và treo ở đâu?  Nhiệt kế là dụng cụ đo nhiệt kiểu
2 kim loại đóngg vai trò cảm biến cho mạch điều khiển

logic của hệ thống sưởi và điều hoà không khí trong
nhà. Xét trong điều kiện mùa nóng. Khi nhiệt độ của
cảm
ả biến
biế giảm
iả 10C so với
C
ới điểm
điể đặt, hệ
đặ hệ thống
hố sưởi
ởi
được bật, khi tăng 10C so với điểm đặt hệ thống sưởi
tắt Chúng ta thảo luận xem đặt nhiệt kế ở đâu
tắt. Chúng
ở đâu trong
nhà, yếu tố nào ảnh hưởng nhiệt đến cảm biến của
ệ kế để p
phân biệt
ệ được
ợ nhiệt
ệ độ
ộ của khôngg khí và
nhiệt
có thể gây ra phiền toái cho chủ nhà. Nhiệt dung của
cảm biến ảnh hưởng đến hoạt động của nhiệt kế như
thế
hế nào? Vì
à ? ì sao thường
h ờ đặt

đặ nhiệt
h ệ kế cao hơn
h 50C trong
mùa cần điều hoà không khí? 
cảm biến trong máy chính xác

21