ĐỒ án môn đo LƯỜNG tđ hóa TRONG TBL đề tài đo NHIỆT độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ- CƠNG NGHỆ

ĐỒ ÁN MƠN : ĐO LƯỜNG & TĐ HÓA TRONG TBL
ĐỀ TÀI
ĐO NHIỆT ĐỘ

Giáo viên hướng dẫn: Lê Quang Giảng
Sinh viên thực hiện:
Khóa: 2018- 2022
Lớp : DH18NL

Tp. HCM, ngày 19 tháng 11 năm 2021


Trường đại học
Nơng Lâm TP.HCM
LỜI NHẬN XÉT
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
LỜI NĨI ĐẦU
- Đo lường nói chung là một lĩnh vực quan trong trong công nghệ, nhất là ngày nay khi
khoa học kỹ thuật và các ngành cơng nghệ đã có những bước tiến vượt bậc, đo
lường càng trở nên cần thiết. Có thể nói đo lường là khâu đầu tiên để nhận được các
số liệu trong kỹ thuật và trong tính tốn đo lường là khâu quyết định sự chính xác
của các kết quả các phép tính.
- Hệ thống lạnh và nhiệt nói chung thường có các động cơ nhiệt, động cơ điện, máy
nén, các dàn ống dẫn môi chất, các bộ trao đổi nhiệt…Các đại lượng cần xác định giá trị
trong hệ thống lạnh và nhiệt gồm các thông số trạng thái của chất công tác là nhiệt độ,
áp suất, lưu lượng, mức lỏng trong bình chứa; các thơng số của chất tải lạnh hay tải
nhiệt trung gian là nhiệt độ, áp suất, lưu lượng; các thơng số của mơi trường khơng
khí như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất; các thông số của thiết bị như nhiệt độ máy, nhiệt độ
và áp suất dàu bôi trơn, mức dầu trong máy, tốc độ máy hay động cơ, nhiệt độ vào và ra
1

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

Trường đại học
Nơng Lâm TP.HCM
của nước hoặc khơng khí làm mát thiết bị … Hầu hết các đại lượng trên không phải các
đại lượng điện, bởi vậy để điều khiển hệ thống hoạt động được bình thường và tự động
hố các quá trình hoạt động trong hệ thống, cần phải biến đổi các đại lượng là các
tín hiệu khơng điện thành tín hiệu điện.
- Nhiệt độ là một tham số vật lý quan trọng, thường hay gặp trong kỹ thuật, công nghiệp,
nông nghiệp và trong đời sống sinh hoạt hàng ngày. Nó là tham số có liên quan đến tính
chất của rất nhiều vật chất, thể hiện hiệu suất của các máy nhiệt và là nhân tố trọng yếu
ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt. Vì lẽ đó mà trong các nhà máy, trong hệ thống nhiệt...
đều phải dùng nhiều dụng cụ đo nhiệt độ khác nhau. Chất lượng và số lượng sản phẩm
sản xuất được đều có liên quan tới nhiệt độ, nhiều trường hợp phải đo nhiệt độ để đảm
bảo cho yêu cầu thiết bị và cho quá trình sản xuất. Hiện nay yêu cầu đo chính xác nhiệt
độ từ xa cũng là một việc rất có ý nghĩa đối với sản xuất và nghiên cứu khoa học....

MỤC LỤC
LỜI NHẬN XÉT.........................................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................................ii
1.1.

KHÁI NIỆM...................................................................................................................1

1.1.1.

Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ...........................................................................................1

1.1.2.

Phân loại nhiệt kế...............................................................................................................2

1.2.

NHIỆT KẾ GIÃN NỞ.......................................................................................................4

1.2.1.

Nhiệt kế giãn nở chất rắn...................................................................................................4

1.2.2.

Nhiệt kế giãn nở chất nước................................................................................................4

1.3.

NHIỆT KẾ KIỂU ÁP KẾ....................................................................................................6

1.3.1.

Nhiệt kế chất nước.............................................................................................................6

1.3.2.

Nhiệt kế chất khí................................................................................................................7

1.3.3.

Nhiệt kế hơi bão hồ..........................................................................................................7

1.4.

NHIỆT KẾ NHIỆT ĐIỆN...................................................................................................8

1.4.1.

Khái niệm...........................................................................................................................8

1.4.2.

Hiệu ứng nhiệt điện............................................................................................................9
2

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ


Trường đại học
Nông Lâm TP.HCM
1.4.3.

Các phương pháp nối cặp nhiệt........................................................................................11

1.4.4.

Một số yêu cầu đối với vật liệu dùng làm cặp nhiệt.........................................................12

1.4.5.

Một số loai cặp nhiệt thường dùng..................................................................................12

1.4.6.

Nhiệt kế cặp nhiệt trong công nghiệp...............................................................................13

1.4.7.

Đo nhiệt độ cao bằng cặp nhiệt........................................................................................15

1.5.

NHIỆT KẾ ĐIỆN TRỞ....................................................................................................15

1.5.1.

Khái niệm..........................................................................................................................15

1.5.2.

Yêu cầu đối với các vật liệu dùng làm nhiệt kế điện trở...................................................16

1.5.3.

Các loại nhiệt kế điện trở.................................................................................................16

1.6.

HỎA KẾ BỨC XẠ..........................................................................................................22

1.6.1.

Khái niệm..........................................................................................................................22

1.6.2.

Hoả quang kế phát xạ.......................................................................................................23

1.6.3.

Hỏa quang kế cường độ sáng...........................................................................................25

1.6.4.

Hoả quang kế màu sắc .....................................................................................................28

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................32

3

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ


1.1. KHÁI NIỆM
1.1.1. Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ
a) Khái niệm
Theo thuyết động học phân tử nhiệt độ là số đo động năng trung bình của chuyển động
tịnh tiến của các phân tử tạo nên vật thể. Nhiệt độ là thơng số đặc trưng cho mức đo
nóng lạnh của vật thể. Dưới tác động của nhiệt độ một số tính chất của vật liệu thay đổi (
như giãn nở thể tích, tăng áp suất, thay đổi điện trở…) căn cứ vào mức độ thay đổi các
tính chất đó để xác định nhiệt độ của vật thể.
b) Thang đo và đơn vị nhiệt độ:
Để đo nhiệt độ phải có thang đo và đơn vị.

Nguyên tắc chia đơn vị: chọn hai điểm cố định t1, t2 và để tái tạo điểm gốc (thường
chọn điểm sôi hay điểm đông đặc). Chia khoảng t1, t2 thành n khoảng chẵn :
=1 độ
- Nhiệt kế nước của Galilê 1597
- Năm 1848 Kelvin đã đề xuất ra thang đo nhiệt độ được xây dựng dựa trên cơ sở Định
luật nhiệt động II và gọi là "Thang đo nhiệt độ nhiệt động học".
Thang đo chuẩn:
Năm 1927 Hội nghị cân đo quốc tế 7 đã quyết định tạm thời dùng thang đo TNQT-27.
Năm 1933 Liên minh cân đo quốc tế 8 chính thức sử dụng TNQT-27 sau khi đã chính
xác hố một số vấn đề sau:
- Nhiệt độ được biểu thị : t0 (0C) gọi là độ chuẩn quốc tế.
- Thang đo được xác định dựa trên 1 số điểm chuẩn gốc.
- Nhiệt độ giữa các điểm chuẩn gốc được xác định bằng cách nội suy hoặc ngoại suy
dựa vào các nhiệt kế đặc biệt.
- Trong khoảng nhiệt độ -200 0C 0 0C được xác định bằng phương pháp nội suy qua
nhiệt kế điện trở Bạch kim bằng công thức:
Rt = R0(1 + At + Bt2 + Ct3(t-100))
R0 là nhiệt trở của Bạch kim ở 0 0C.
A, B, C là các hằng số xác định từ thực nghiệm
- Trong khoảng nhiệt độ 00C ÷ 6500C dùng nhiệt kế điện trở Bạch kim chuẩn và
cũng nội suy từ biểu thức:
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

1


Rt = R0(1 + At + Bt2)
- Trong khoảng nhiệt độ 6500C ÷ 10630C dùng cặp nhiệt Bạch kim Rơđi, Bạch kim
chuẩn và nhiệt độ được nội suy thông qua sức nhiệt điện động:
E = at + bt + ct2

- Đối với những khoảng nhiệt độ trên 10630C thì đựơc xác định bằng hoả kế quang
học chuẩn hoặc đèn nhiệt độ chuẩn theo định luật bức xạ đơn sắc.
+ Năm 1948 Liên minh cân đo quốc tế 9 quyết định sử dụng thang đo TNQT-48 có nội
dung cơ bản giống như TNQT-27 , chỉ khác ở một số điểm sau:
- Trong các điểm chuẩn mốc lấy điểm 3 thể chuẩn gốc thay cho điểm 0 0C với độ chính
xác 10000.
- Trị số 1 số điểm chuẩn gốc lấy chính xác hơn.
- Đưa thêm 1 số điểm chuẩn gốc vào thang đo.
- Năm 1968 người ta quyết định sử dụng TNQT-68 làm thang đo chuẩn thay cho TNQT48 vì nó xác định được chính xác điểm mốc và lấy kéo dài hơn về phía "-" sát 0 0K.
1.1.2. Phân loại nhiệt kế
1) Căn cứ vào các bộ phận cảm biến chia thành : Loại trực tiếp, loại gián tiếp.
2) Căn cứ theo nguyên lý làm việc của các loại nhiệt kế:
a. Nhiệt kế kiểu áp kế (khoảng đo -150 0C ÷ 600 0C): Đo nhiệt độ dựa trên mối quan hệ
giữa nhiệt độ và áp suất của chất khí, chất nước hoặc hơi bão hồ chứa trong một
dung tích kín.
b. Nhiệt kế điện trở (khoảng đo -200 0C ÷ 650 0C): Đo nhiệt độ dựa trên mối quan hệ
nhiệt độ và điện trở của vật dẫn, bán dẫn.
c. Nhiệt kế nhiệt điện (khoảng đo -50 0C÷ 1600 0C): Đo nhiệt độ dựa trên mối quan
hệ giữa nhiệt độ và sức nhiệt điện động của cặp nhiệt.
d. Nhiệt kế hoả kế (khoảng đo 600 0C ÷ 2000 0C): Đo nhiệt độ dựa trên mối quan
hệ giữa nhiệt độ và năng lượng bức xạ nhiệt của vật thể, có thể đo tới nhiệt độ 4000
0

C.
3) Chia theo công dụng:
 Nhiệt kế chuẩn
 Nhiệt kế mẫu
 Nhiệt kế thí nghiệm
 Nhiệt kế kỹ thuật
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

2


4) Theo dải nhiệt độ đo có thể dùng các phương pháp khác nhau.
Thông thường nhiệt độ đo được chia thành ba dải : nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình
và cao. ở nhiệt độ trung bình và thấp phương pháp đo là phương pháp tiếp xúc nghĩa
là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần đo. Đối với nhiệt độ cao
đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngồi mơi trường đo. Bảng 2.1 cho
ta biết các dụng cụ và phương pháp đo nhiệt độ với các dải khác nhau thông dụng trong
công nghiệp
Bảng 2-1
Nhiệt độ 0C
Dụng cụ và phương
pháp đo
Nhiệt điện trở :
-bằng vật liệu quý
-vật liệu không quý
-Bán dẫn
Nhiệt kế nhiệt điện:
-bằng vật liệu quý
-vật liệu thường
-vật liệu khó chảy Điện
âm
Nhiệt nhiễu
Phương pháp cộng
hưởng từ hạt nhân Hoả
quang kế :
-Bức xạ
-Màu sắc

-Cường độ sáng
-quang phổ kế

sai số %
-2730

1000

2000

3000

100.000
0,0011
0,5 












1.2. NHIỆT KẾ GIÃN NỞ
1.2.1. Nhiệt kế giãn nở chất rắn.
Nhiệt kế kiểu đũa

- Ống 1: làm từ kim loại có hệ số nở dài rất lớn(đồng thau, thép, Ni)
- Đũa 2: Làm từ vật liệu có hệ số nở dài rất nhỏ (sứ, thạch anh, hợp kim Inva (64%Fe
+ 36%Ni)).
= 2.10-6 1/ 0C
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

3


= 0,9.10-6 1/ 0C
- Kết cấu đơn giản, độ chính xác khơng cao thường được dùng trong các mạch báo
tín hiệu nhiệt độ hoặc mạch đơn giản kiểu 2 vị trí.
- Nhiệt kế bản kim loại kép
- Được ghép từ hai vật liệu có hệ số nở dài khác xa nhau. Có cấu tạo đơn giản, cấp chính
xác khơng cao. Chủ yếu sử dụng trong mạch báo tín hiệu nhiệt độ, mạch đo nhiệt độ
đơn giản kiểu hai vị trí hoặc trong các mạch bù nhiệt độ.
1.2.2. Nhiệt kế giãn nở chất nước.
Cấu tạo chung: Hình 2.1

Hình 2.1
1 Bao nhiệt ; 2 Mao quản ; 3 Đoạn dự phịng
a) Mơi chất là thủy ngân:
- Thủy ngân có hệ số giãn nở thấp = 18.10-5 1/ 0C
- Thủy ngân không bị bám vào vách ống, khó bị ơxi hóa, dễ kiếm nguyên chất
- Phạm vi nhiệt độ ứng với thể nước tương đối rộng:
- Nhiệt độ đông đặc : tđông = -38,87 0C;
- Nhiệt độ sôi
: tsôi = 356,6 0C
- Áp suất riêng phần rất nhỏ vì thế có thể nâng cao hạn đo trên bằng cách nén làm tăng
áp suất sử dụng : 20 bar với 500 0C; 70 bar với 750 0C

b) Môi chất là chất nước hữu cơ:
Các chất lỏng hữu cơ thường dùng là chất C2H2OH, các nhóm tơluen, rẻ tiền , dễ
kiếm, cấu trúc đơn giản nên sử dụng rộng rãi.
Nhược điểm :
- Chất nước hữu cơ có hệ số giãn nở cao hơn thủy ngân ( = 6

Hg

), hệ số này lại phụ

thuộc vào nhiệt độ nên thước chia độ có vạch khơng đều.
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

4


- Khó kiếm nguyên chất, Tỷ nhiệt lớn nên quán tính nhiệt lớn, Rất dễ bám vào vách
ống nên kết quả đọc rất khó chính xác.
- Khơng đọc được nhiệt độ thay đổi nhanh, không đo được nhiệt độ điểm hoặc bề mặt.
c) Sai số khi đo và khi sử dụng:
Sai số do không cắm đủ mức qui định, với các nhiệt kế chuẩn và mẫu phải cắm ngập
hết phần cột chất lỏng dâng lên. Trong trường hợp không cắm ngập đựơc hết thì
phải cộng thêm số bổ chính vào kết quả:
t = tđọc + (2.1)
= k.n.(tđọc – t’)
k: hệ số giãn nở từng đôi của chất lỏng trong nhiệt kế so với thủy tinh
Ví dụ : = 18.10-5 – 2.10-5 = 16.10-5 1/ 0C
n: phần cột chất lỏng nằm ngồi mơi trường đo tính bằng vạch chia.
t’: nhiệt độ lúc khắc độ
Đối với các nhiệt kế kỹ thuật khi đo ta phải cắm hết phần đuôi vào môi trường đo,

trong trường hợp khơng cắm hết phần đi thì cũng phải cộng thêm số bổ chính như
trường hợp trên.
Ngồi ra trong khi sử dụng nhiệt kế chất lỏng cịn có thể mắc phải những sai số sau:
- Do xê dịch điểm khơng (trơi điểm 0).
- Do qn tính nhiệt của nhiệt kế.
- Do cột chất lỏng bị đứt.
- Do chất nước trong nhiệt kế bám vào vách ống trong nhiệt kế.
- Do thước chia độ bị xê dịch.
- Do đọc kết quả khơng chính xác (hạn chế bằng dùng kính lúp trong khi đọc kết
quả).
- Do lắp đặt nhiệt kế không đúng qui định
1.3. NHIỆT KẾ KIỂU ÁP KẾ
1.3.1. Nhiệt kế chất nước
- Nếu coi thể tích của hệ thống kín khơng đổi thì có thể viết:
p = p +() (2.2)
- p0, t0: áp suất và nhiệt độ ban đầu
- p, t: áp suất và nhiệt độ lúc đo lường
- , : hệ số giãn nở, nén ép thể tích của chất nước
=()
- : sai số giãn nở thể tích của áp kế
- Va0: thể tích của áp kế ở điều kiện lúc chia độ
- Vb0: thể tích của bao nhiệt ở điều kiện lúc chia độ
- ta: nhiệt độ môi trường xung quanh áp kế lúc sử dụng
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

5


- t0: nhiệt độ môi trường lúc chia độ
=()

- : sai số giãn nở thể tích của mao quản
- Vmq0: thể tích của mao quản ở điều kiện lúc chia độ
- Vb0: thể tích của bao nhiệt ở điều kiện lúc chia độ
- Để giảm sai số trên khi chế tạo người ta thường làm sao cho thể tích của bao nhiệt lớn
hơn rất nhiều so với thể tích của mao quản. Mặt khác người ta cịn có thể dùng thêm
ống bù (có kết cấu tương đương cũng có mao quản nhưng khơng có bao nhiệt), tấm
bù.
- Sai số thủy tĩnh do cột áp thủy tĩnh gây ra
Trường hợp 1: = H1.
Trường hợp 2: = H2.
Trường hợp 3: = 0

H2

1 2 3

H1

- Sai số do đo ở những nơi có áp suất khác nhau (vì áp kế đo áp suất dư)
- Để hạn chế sai số thủy tĩnh và sai số do đo ở những áp suất khácHình
nhau
người ta dùng
2.2
mơi chất có p0 =10÷ 20 kg/cm2. Các chất nước dùng trong nhiệt áp kế loại này phải
đảm bảo sao cho hệ số giãn nở thể tích lớn khơng làm hư hỏng bao nhiệt, mao quản,
ống lò xo, tỷ nhiệt nhỏ (suất dẫn nhiệt cao). Điểm sôi và điểm đông đặc phải đảm
bảo đủ khoảng đo của nhiệt kế(như thủy ngân, Grixêrin, rượu mêtilic).
- Dải đo của áp kế loại này thường nằm trong khoảng -150÷ 3000C.
1.3.2. Nhiệt kế chất khí
Mơi chất nạp trong hệ thống là chất khí. Đối với khí lý tưởng nếu thể tích của hệ thống

kín khơng đổi thì nhiệt độ và áp suất của hệ thống có quan hệ:
pt = p0[1+(t-t0)]
(2.3)
t0, p0: nhiệt độ và áp suất ban đầu
t, pt: nhiệt độ vá áp suất lúc đo lường
: hệ số giãn nở nhiệt
Đặc điểm:
- Khi môi trường xung quanh thay đổi khác lúc chia độ thì xuất hiện một sai số do
sự giãn nở thể tích là , và cách hạn chế cũng tương tự như của nhiệt kế chất nước.
- Sai số do áp suất thủy tĩnh gây ra rất nhỏ, có thể bỏ qua, sai số do khí quyển gây ra có
thể hạn chế bằng cách dùng các chất khí có áp suất p0 = 20÷ 30 kg/cm2.

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

6


- Chất khí thường là các khí trơ có tính chất gần giống với khí lý tưởng thường là He, N,
trong đó N được dùng nhiều hơn vì có tỷ nhiệt thấp, dễ kiếm.
- Dải đo của nhiệt kế chất khí trong khoảng (150÷ 6000C).
1.3.3. Nhiệt kế hơi bão hồ

- tbh tmt (tbh tương ứng pbh). Như vậy nhiệt độ xung quanh (txq) không ảnh hưởng tới số chỉ
của nhiệt áp kế (do txq thay đổi thì khơng làm thay đổi nhiệt độ bão hòa(tbh).
- Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ là:
lgP =+1,75.lgT – bT + c
(2.4)
Với các hệ số a, b, c được tìm từ thực nghiệm và phụ thuộc vào môi chất.
- Quan hệ trên chỉ tồn tại khi áp suất môi trường đo nhỏ hơn áp suất tới hạn của hơi
trong hệ thống (P

điểm tới hạn. Hạn đo dưới được quyết định bởi điểm sôi. Khi chọn môi chất
thường là những mơi chất có nhiệt độ sơi thấp để có dải đo rộng.
- Dải đo của nhiệt áp kế loại này khoảng (-50÷ 300 0C)
- Các nhiệt áp kế loại này cũng có sai số thủy tĩnh và sai số do khí quyển gây ra.
Để loại trừ nó thì dùng các biện pháp tương tự như của áp kế chất nước và chất khí.
1.4. NHIỆT KẾ NHIỆT ĐIỆN
1.4.1. Khái niệm
Nhiệt kế nhiệt điện là thiết bị dựa trên hiệu ứng nhiệt điện của cặp nhiệt để đo nhiệt độ
+ Ưu điểm:
- Phạm vi đo rất rộng (-1000C ÷ 16000C), trong những trường hợp đặc biệt thì có thể cao
hơn.

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

7


- Có độ chính xác cao (thơng thường độ chính xác 0,5), ngồi ra người ta có thể dùng
những phương pháp bù nên có thể loại trừ được những ảnh hưởng do điện trở của mạch
ngồi gây nên.
- Có thể đo từ xa và dùng các đồng hồ tự ghi.
- Có thể dùng một đồng hồ chung cho nhiều cặp nhiệt.
- Đo được nhiệt độ trong các trường hợp đặc biệt mà các nhiệt kế khác không đo được
(như đo nhiệt độ bề mặt, đo nhiệt độ một điểm hay đo trong những đối tượng rất nhỏ).
- Sử dụng dễ dàng, rẻ tiền, khơng có khó khăn về kỹ thuật.
1.4.2. Hiệu ứng nhiệt điện
- Hiệu ứng chuyển từ nhiệt năng thành điện năng được Seebeck tìm ra năm 1821. Một
vật dẫn đồng chất bao giờ cũng chứa một lượng điện tử nhất định, biểu thị bởi mật
độ điện tử tự do của vật dẫn. Mật độ điện tử tự do phụ thuộc vào nhiệt độ của vật .
- Gọi NA là mật độ điện tử tự do trong vật dẫn A. Giả sử nhiệt độ hai đầu vật là t và t0

(với t > t0) tương ứng có NA0, NAt , (NAt > AA0). Khi đó sẽ xuất hiện sự chuyển dịch của
các điện tử tự do từ đầu có mật độ N A lớn sang đầu có mật độ N A nhỏ hơn và tạo ra sự
chênh lệch điện thế ở hai đầu, từ đó làm xuất hiện điện trường chống lại sự chuyển
dịch đó. Đến một thời điểm nào đó đạt tới trạng thái cân bằng động, một sức điện động
được sinh ra, gọi hiện tượng đó là hiệu ứng Thomson. Sức điện động eA(t, t0) :
eA(t, t0) = uA(t) - uA(to) =

(2.5)

- - hệ số Thomson của vật liệu A,
- Khi có hai dây dẫn A, B khác nhau hai đầu nối với nhau đặt ở hai nhiệt độ t và t0 sẽ
xuất hiện sức điện động tương ứng :
- Vật A:
eA(t, t0) = uA(t) - uA(to) = =

(2.6)

eB(t, t0) = uB(t) – uB(to) = =

(2.7)

- Vật B:
- Giả sử NA > NB dẫn đến có một sức điện động do sự khuếch tán các điện tử tự do từ A
sang B là eAB(t) tại đầu t và eAB(t0) tại đầu t0
eAB(t)= ;
eAB(t)=
- Như vậy sau khi phân tích ta thấy tồn tại 4 sức điện động trong hệ và sức điện
động tổng cộng trong mạch là (quy ước chiều quay của kim đồng hồ là chiều dương):
= eAB(t) - eAB(t0) - eA(t, t0) + eB(t, t0)
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

8


- Cuối cùng rút ra được biểu thức:
= f(t) - f(t0)

(2.8)

Và:
EAB(t,t0) = EAB(t) - EAB(t0)
(2.9)
- Nếu giữ nhiệt độ t0 khơng đổi thì EAB(t0) = const , khi đó sẽ được:
EAB(t,t0) = EAB(t) – C = F
(2.10)
- Đây là nguyên lý để người ta dùng khắc độ cặp nhiệt.
- Khi tiến hành làm thí nghiệm với nhiều vật liệu khác nhau và tìm ra mối quan hệ
EAB(t, t0) phụ thuộc nhiệt độ, kết quả thu được cho thành dạng bảng số hoặc sổ tay kỹ
thuật.
- Hai vật dẫn khác nhau như trên người ta gọi là cặp nhiệt (hay nhiệt ngẫu, can nhiệt, pin
nhiệt điện). Vật A, B được gọi là các cực nhiệt điện, đầu mối hàn có nhiệt độ được đặt
trong môi trường cần đo gọi là đầu nóng của cặp nhiệt hoặc đầu làm việc. Đầu mối
hàn có nhiệt độ t0 = const gọi là đầu lạnh hay đầu tự do của cặp nhiệt. Sức điện động do
nhiệt phát ra gọi là sức nhiệt điện động, nó có đặc tính dương(+), âm(-). Khi viết tên
sức nhiệt điện động quy ước viết cực dương “+” trước (cực có mật độ điện tử tự do
lớn hơn) và cực âm “-” sau (cực có mật độ điện tử tự do nhỏ hơn); (EAB(t) = - EBA(t)),
từ đó biểu thức (1) có thể viết lại là:
EAB(t,t0) = EAB(t) + EBA(t0)
- Xét trường hợp khi trong cặp nhiệt có vật dẫn thứ ba:

(2.11)

+ Trường hợp vật dẫn C nằm giữa A và B:
= EAB(t) + EBC(t2) + ECA(t1)
Nếu coi t1 = t2 = t0 thì :
= EAB(t) + EBC(t0) + ECA(t0)
Giữ t = t0 = const:
Dẫn tới = 0 , từ đó :
EAB(t0) + EBC(t0) + ECA(t0) = 0, hay EBC(t0) + ECA(t0) = - EAB(t0) thay vào sẽ có:
= EAB(t) - EAB(t0) = EAB(t,t0)
+ Trường hợp vật dẫn C nằm giữa một trong hai cực t, t0:
= EAB(t) - EBC(t2) + ECB(t1) + EBA(t0)
Nếu t1 = t2 thì:
EBC(t1) + ECB(t1) = EBC(t1) - EBC(t1) = 0
Như vậy:
= EAB(t2) + EBA(t0) = EAB(t, t0)
Từ hai trường hợp trên rút ra kết luận:

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

9


- Có thể hàn đầu làm việc của cặp nhiệt bằng bất kỳ phương pháp nào cũng không
ảnh hưởng đến sức nhiệt điện động nó sinh ra nhưng kích thước của mối hàn phải
đảm bảo sao cho nhiệt độ ở mọi điểm là như nhau.
- Có thể dùng dây dẫn thường để nối cặp nhiệt với đồng hồ đo sức điện động nhưng nhiệt
độ ở chỗ mối nối phải như nhau.
- Nếu trong mạch cặp nhiệt có một vật dẫn khác mà nhiệt độ hai ở đầu nối của nó
khác nhau làm cho sức điện động ở hai đầu mối nối khơng giống nhau và khơng triệt

tiêu được nhau thì sẽ ảnh hưởng đến trị số sức điện động của cặp nhiệt. Vì lý do đó vật
liệu dùng làm cực của cặp nhiệt điện phải có tính đồng nhất để loại trừ sức điện động
ký sinh đó
1.4.3. Các phương pháp nối cặp nhiệt
1.
2.

Nối tiếp thuận (-) nối với(+):
Dùng khi đo nhiệt độ thấp (t < 1000C)
Khi độ chênh nhiệt độ t & t0 thấp.
Mắc nối tiếp ngược (+) nối với (+): cần phải biết t1 hoặc t2 để xác định độ chênh:
= t1 – t2

3. Mắc song song(+) nối với (+) và (-) nối với (-): dùng để đo nhiệt độ trung bình
của nhiều điểm.
1.4.4. Một số yêu cầu đối với vật liệu dùng làm cặp nhiệt
1. Vật liệu phải có sức nhiệt điện động lớn, đặc trưng bằng độ nhạy :
S=
2. Đặc tính trên phải đơn trị
3. Vật liệu phải có tính đồng nhất
4. Vật liệu phải dễ chế tạo thay thế
5. Dễ gia cơng cơ khí(kéo thành sợi) và rẻ tiền
6. Có độ bền hóa học, độ bền cơ học tốt
- Kim loại nguyên chất có sức điện động nhỏ cỡ 20 V/0C, khó kiếm
- Hợp kim có sức điện động khoảng 50 V/0C, có đặc tính khơng ổn định, khó chế tạo
thay thế
- Chất bán dẫn có sức điện động khoảng 1000 V/0C tuy nhiên vật liệu loại này cũng
có đặc tính khơng ổn định và gặp khó khăn trong vẫn đề chế tạo và thay thế.
1.4.5. Một số loai cặp nhiệt thường dùng
Bảng 2.1

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

10


Tên cặp nhiệt

Ký hiệu
(Liên xô,

Crômen-Kôpen
Crômen-Alumen
Bạch kim-Rô đi-

Trung Quốc)
XK_EA
XA_EU
_LB

Khoảng đo(0C)
Tmin(0C)
Tmax(0C)
Đo nhanh Đo lâu
- 50
- 50
- 50

800
1300
1600

600
1000
1300

(m)

66
52
17

Bạch
kim
a) Loại Crômen-Kôpen(XK_EA)
(Cr + Ni) =(+)
(Cu + Ni) =(-)
 Đường kính các dây cực khoảng 1,5 ÷ 3 mm
Đặc điểm loại này là không bền trong mơi trường có tính khử ơxy (như SO2_H2S).
b) Loại Crơmen-Alumen(XA-EU)
(Cr + Ni) =(+)
(Al + Ni) =(-)
 Đường kính các dây cực khoảng 1,5 ÷ 3 mm
Cũng khơng bền trong mơi trường có tính khử ơxy
c) Bạch kim-Rơ đi-Bạch kim( -LB)
(90% Pt+ 10%Rh) = (+)
(Pt) = (-)
 Đường kính dây cực :0,5 ÷ 0,65 mm
Một số dây bù kèm theo các loại cặp nhiệt trên
Bảng 2.2
Loại cặp nhiệt

XA-EA
XA-EU
-LB

Cực(+)
Crômen
Crômen -Cu đỏ
Cu đỏ

Cực(-)
Kôpen
Alumen – Constantan (60%Cu+40%Ni)
Hợp kim (99,4%Cu+0,6%Ni)

Cấu tạo cặp nhiệt
Dùng ống cách điện(cao su, sứ, tơ, thủy tinh, sơn cách điện)
- Thủy tinh < 5000C
- Sứ < 1300 ÷ 15000C
- Thạch anh < 10000C
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

11


- Cao su < 60 ÷ 800C
- Tơ, sơn cách điện < 1800C
Các đầu cặp nhiệt được đặt trong ống bảo vệ
Dùng hồ quang để hàn cặp nhiệt(chập mạch), có chất trợ chảy thì mối hàn của cặp
nhiệt tốt hơn.
1.4.6. Nhiệt kế cặp nhiệt trong công nghiệp

- Nhiệt kế nhiệt ngẫu phổ biến dùng trong cơng nghiệp có cấu tạo như hình 2.3 gồm hai
dây hàn với nhau ở điểm 1 và luồn vào ống 2 để có thể đo được nhiệt độ cao. Với
nhiệt độ thấp hơn, vỏ nhiệt kế có thể làm bằng thép khơng rỉ. Để cách điện giữa hai dây,
một trong hai (dây được lồng vào ống sứ nhỏ 3. Nếu vỏ làm bằng kim loại cả hai
dây đều đặt vào ống sứ. Đầu ra của cặp nhiệt ngẫu được nối vào hộp đầu nối 4.
- Mạch đo của nhiệt kế nhiệt ngẫu là milivônmét hoặc điện thế kế điện trở nhỏ có
giới hạn đo từ (0 ÷ 100) mV. Nếu đo sức điện động nhiệt điện bằng milivônmét sẽ
gây sai số do nhiệt độ của mạch đo thay đổi. Dòng điện chạy qua chỉ thị lúc đó là:
I=
(2.12)
E - sức điện động;
Rd - điện trở đường dây;
RT - điện trở cặp nhiệt ngẫu;
Rdc - điện trở của mili vơn mét.

Hình 2.5. Các loại cặp nhiệt điện thường dùng.
Điện áp rơi trên milivôn mét là : U = E - I (RT + Rd)
U= E-I.(RT + Rd)= E.
(2.13)
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

12


- Thường RT + Rd được hiệu chỉnh khoảng 5 cịn điện trở của milivơnmét lớn hơn nhiều
lần (40 - 50 lần). Vì vậy sai số chủ yếu do điện trở của milivônmét Rdc thay đổi.
- Đo sức điện động bằng điện thế kế sẽ loại trừ được sai số trên do dịng tiêu thụ bằng
khơng, khi tiến hành phép đo. Để khắc phục sai số do nhiệt độ đầu tự do thay đổi
người ta dùng mạch bù sai số nhiệt độ như hình 2.5. Cặp nhiệt ngẫu mắc nối tiếp vào
đường chéo cầu một chiều tại điểm A-B, trong đó Rt - nhiệt điện trở tạo thành nhánh

cầu. Điện trở Rt được mắc cùng vị trí với đầu tự do cặp nhiệt ngẫu và có nhiệt độ t0 .
Cầu được tính tốn nhiệt độ t0 = 00C điện áp ra trên đường chéo cầu U = 0.
- Khi nhiệt độ đầu tự do thay đổi t'0 t0 , điện áp ra của cầu U 0 bù vào sức điện động mất
đi do nhiệt độ thay đổi. Với phương pháp bù này sai số giảm xuống đến 0,04% trên
1000C
- Nhược điểm của phương pháp là phải dùng nguồn phụ và sai số do nguồn phụ gây ra.
1.4.7. Đo nhiệt độ cao bằng cặp nhiệt
- Ở môi trường nhiệt độ cao từ l6000C trở lên, các cặp nhiệt ngẫu không chịu được lâu
dài, vì vậy để đo nhiệt độ ở các mơi trường đó người ta dựa trên hiện tượng q
trình quá độ đốt nóng cặp nhiệt :
= f(t) = T.(l – )
(2.14)
- lượng tăng nhiệt độ của đầu nóng trong thời gian t;
T - hiệu nhiệt độ của môi trường đo và cặp nhiệt;
- hằng số thời gian của cặp nhiệt ngẫu.
- Dựa trên quan hệ này có thể xác định được nhiệt độ của đối tượng đo mà không
cần nhiệt độ đầu làm việc của cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ ấy. Nhúng nhiệt
ngẫu vào môi trường cần đo: trong khoảng 0,4 ÷ 0,6s, ta sẽ được phần đầu của đặc tính
q trình q độ của nhiệt ngẫu và theo đó tính được nhiệt độ của mơi trường. Nếu
nhiệt độ đầu công tác của cặp nhiệt ngẫu trong thời gian nhúng vào môi trường cần
đo đạt nhiệt độ vào khoảng một nửa nhiệt độ mơi trường thì nhiệt độ tính được có sai
số khơng q hai lần sai số của nhiệt kế nhiệt ngẫu đo trực tiếp. Phương pháp này dùng
để đo nhiệt độ của thép nấu chảy.
1.5. NHIỆT KẾ ĐIỆN TRỞ
1.1.1. Khái niệm

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

13

- Nguyên lý làm việc của nhiệt kế điện trở là dựa trên mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt
độ của vật liệu Rt = f(t)
- Nhiệt kế điện trở có thể dùng cho việc đo từ xa, có thể cho độ chính xác rất cao đến
0,020C, có thể dùng để đo các nhiệt độ bề mặt. Chúng có thể được dùng làm các nhiệt
kế chuẩn, thậm chí chuẩn quốc gia. Tuy nhiên chúng cũng có những mặt hạn chế
riêng là bao giờ cũng phải có nguồn điện làm cho thiết bị cồng kềnh, kích thước
tương đối lớn nên để đo nhiệt độ tại một điểm thường khơng chính xác bằng cặp nhiệt.
1.1.2. Yêu cầu đối với các vật liệu dùng làm nhiệt kế điện trở
- Vật liệu phải có điện trở suất lớn để đảm bảo có điện trở R0 lớn mà kích thước của
nhiệt kế vẫn nhỏ.
- Vật liệu phải có hệ số nhiệt độ điện trở lớn và khơng được thay đổi, nếu có thay đổi
thì cũng phải thay đổi từ từ, không được đổi dấu. Để xác định hệ số này thường
dùng công thức:
(2.15)
Qui ước chọn trong khoảng(0 ÷ 1000C):
Trong đó:
- R0: là điện trở ở 00C
- R100: là điện trở ở 1000C
- Vật liệu phải có độ bền cơ học, chịu được tác dụng của mơi trường đo, đặc tính phải
ổn định theo thời gian, dễ chế tạo và thay thế.
- Vật liệu phải dễ gia cơng cơ khí, phải dễ kiếm ngun chất, rẻ tiền(Pt, Cu, Fe, Ni),
các chất bán dẫn (CuO, TiO2).
1.1.3. Các loại nhiệt kế điện trở
1. Nhiệt kế điện trở bán dẫn.
- Có hệ số nhiệt độ điện trở rất lớn, lớn hơn khoản 10 lần so với kim loại nguyên chất.
- Các giới hạn đo trên không cao, tối đa khoảng (-50 ÷ 2500C).
- Đặc tính khơng ổn định, khó chế tạo thay thế
- Vì các lý do đó mà nhiệt kế điện trở bán dẫn ít được sử dụng trong cơng nghiệp. Nó chỉ
dùng trong sinh hoạt, trong những mạch điều chỉnh nhiệt độ đơn giản kiểu 2 vị trí,

những mạch báo tín hiệu nhiệt độ hoặc các mạch bù nhiệt độ
2. Nhiệt kế điện trở Fe-Ni

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

14


- Đặc điểm chung là thường được dùng ở các nước Đức, Mỹ và cũng đo nhiệt độ trong
khoảng(-50 ÷ 2500C).
- Có ưu điểm là điện trở suất và hệ số nhiệt độ điện trở lớn, giá thành rẻ.
- Nhược điểm là quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở phức tạp, khó chế tạo thay thế, khó thu
được ở dạng nguyên chất, chịu tác dụng hóa học kém.
3. Nhiệt kế điện trở Bạch kim (Pt)
- Đây là nguyên liệu tốt nhất trong số các vật liệu chế tạo nhiệt kế điện trở. Không
những được dùng trong công nghiệp mà cịn dùng làm các nhiệt kế chuẩn, nhiệt kế mẫu
có cấp chính xác cao trong khoảng nhiệt độ(-200 ÷ 6500C).
- Hệ số nhiệt độ điện trở và điện trở suất lớn.
= 3,92.10-3 1/ 0C ; = 0.0981.10-6 m
- Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở:
 (-200 ÷ 0)0C: Rt = R0[1 + At +Bt2 + Ct3(t-100)]
 (0 ÷ 650)0C: Rt = R0[1 + At + Bt2]
với A, B, C là các hằng số.
- Dễ kiếm nguyên chất, để đánh giá độ nguyên chất của kim loại người ta dùng trị số
- Nếu [1,387 1,390] dùng làm các nhiệt kế điện trở sử dụng trong công nghiệp.
- Nếu > 1,390 dùng làm các nhiệt kế điện trở mẫu và chuẩn cấp thấp.
- Nếu 1,3925 Bạch kim nguyên chất (tinh khiết đặc biệt) dùng để chế tạo nhiệt kế để
giữ chuẩn quốc gia.
- Độ bền cơ khí của các loại nhiệt kế này rất tốt.
- Nhược điểm: Trong các môi trường có tính hồn ngun đặc biệt ở nhiệt độ cao thì các

khí hồn ngun thốt ra sẽ bám vào bạch kim làm cho thay đổi đặc tính và giịn đi.
* Cấu tạo: Người ta thường dùng lõi sứ hoặc mica.
1) Tấm mi ca ép trên dưới
2) Dây quấn Pt có đường kính = 0,05 ÷ 0,07 mm
3) Lõi mica, sứ
4) Dây bằng bạc dùng để buộc
5) Dây dẫn nối đến đầu nhiệt kế (bằng bạc hoặc bạch kim) có =1 mm
6) Bộ phận nhạy cảm
7) Ống bảo vệ
8) Ống sứ
9) Các tấm nhôm
4. Nhiệt kế điện trở đồng (Cu)

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

15


- Điện trở suất của đồng nhỏ hơn điện trở suất của bạch kim (Cucần thiết để dùng làm điện trở sẽ lớn hơn.( Cu = 0,0155.10-6 m)
- Độ bền cơ học của đồng kém hơn của bạch kim nên khi quấn phải dùng dây có
đường kính = 0,1 ÷ 0,2 mm, do vậy kích thước của nhiệt kế điện trở đồng sẽ lớn hơn
- Đồng rất dễ bị ơxi hóa ở nhiệt độ cao nên hạn đo trên của nhiệt kế điện trở đồng
khoảng tmax 1800C.
*Ưu điểm:
- Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của đồng là một đường thẳng:Rt = R0(1 + t)
- Hệ số nhiệt độ điện trở của đồng =(4,25÷ 4,28).10-3 1/ 0C.
- Đồng dễ kiếm nguyên chất, dễ kéo thành sợi với các đường kính khác nhau, giá
thành rẻ.
- Độ nguyên chất của đồng là: =1,426

 Cấu tạo:
Bao gồm một lõi hình trụ được làm bằng chất dẻo có các dây đồng đường kính = 0,1 ÷
0,2 mm quấn xung quanh. Để bảo vệ người ta bọc trong một ống thép mỏng và ngoài
cùng là một ống bảo vệ nhằm tránh các sự va đập mạch.
Bảng 2.3
Điện trở()
53
100

Dải đo(0C)
-50 ÷ 180
-50 ÷ 180

Ký hiệu (LX cũ)
p.23
p.24

5. Các phương pháp đo điện trở của nhiệt kế điện trở
- Nhiệt kế điện trở có thể chế tạo bằng đây platin, đồng, niken, bán dẫn quấn trên một
lõi cách điện đặt trong vỏ bằng kim loại có đầu nối ra ngồi. Nhiệt kế nhiệt điện trở có
thể dùng mạch đo bất kì để đo điện trở nhưng thông thường được dùng mạch cầu
không cân bằng, chỉ thị là lôgômmél từ điện hoặc cầu tự động cân bằng trong đó một
nhánh là nhiệt điện trở. Nếu nhiêt điện trở mắc vào mạch cầu bằng hai dây dẫn Rdl và
Rd2 (cầu hai dây), dụng cụ sẽ có sai số do sự thay đổi điện trở của đường dây khi nhiệt
độ môi trường xung quanh thay đổi.
- Ta có: t=
- Rd - sự thay đổi điện trở của dây nối
- Rd =Rdl + Rd2
- RT và - điện trở ban đầu của nhiệt điện trở và hệ số nhiệt độ của nó (với t = 00C).
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

16


- Để giảm sai số do nhiệt độ môi trường thay đổi người ta sử dụng cầu ba dây như hình
2.6.

Hình 2.6 Sơ đồ mạch cầu nhiệt kế nhiệt điện trở
- Trong sơ đồ này hai dây mắc vào các nhánh kề của mạch cầu, dây thứ ba mắc vào
nguồn cung cấp. Khi cầu làm việc ở chế độ cân bằng và nếu R1 = R2 ; Rd1 = Rd2 sai số
do sự thay đổi điện trở của đường dây sẽ được loại trừ. Khi cầu làm việc ở chế độ
không cân bằng sai số giảm đáng kể so với cầu hai dây.
- Thực chất khi cầu làm việc ở chế độ không cân bằng sai số chủ yếu do sự thay đổi điện
áp của nguồn cung cấp gây nên.
1) Dùng điện thế kế và điện trở chuẩn
- ELV: Nguồn làm việc (pin khô,ắc qui)
- Rđc : điều chỉnh điện trở trong mạch
- Rc: điện trở chuẩn (thường lấy Rc = 100 để tiên tính tốn)
- Rt: điện trở của nhiệt kế mà được cắm trong mơi trường đo
(2.16)
Trong đó: URt, URc là sụt thế trên các điện trở R t và Rc. Các điện áp đó được đo bằng
điện thê kế thao tác tay(ví dụ với I = 2 mA, R c = 100 thì URt , URc vài chục mV). Phương
pháp này dùng để kiểm định thiết bị nhiệt kế điện trở, hay được dùng trong phịng thí
nghiệm. Hạn chế của phương pháp này là ở quan hệ giữa dòng điện I và độ chênh nhiệt
độ t, khi dịng điện tăng thì độ chênh nhiệt độ tăng vì vậy phải hạn chế dịng điện I.
2) Dùng cầu khơng cân bằng.
Cầu có 4 vế trong đó vế thứ 4 là RĐ (điện trở đệm) hoặc RK (điện trở kiểm tra). Theo các
tính tốn kỹ thuật người ta rút ra được:
=
(2.17)

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

17


Hiện nay người ta ít dùng đồng hồ đo nhiệt độ bằng cách dùng cầu không cân bằng mà
chỉ thấy ở các đồng hồ phân tích khí.
3) Dùng cầu cân bằng (đọc kết quả đo ở trạng thái cầu cân bằng)
- (R1+r1);(R2+r2);R3: lần lượt là các vế 1, 2, 3 của mạch cầu.
- ab: đường chéo nguồn
- cd: đường chéo đo (mắc điện kế G dùng làm đồng hồ chỉ không) khi Icd = 0 là lúc cầu
ở trạng thái cân bằng
c

=d

I1 = I2 và I3 = It

(R1+r1)(Rt+Rd+2Rdây) = R3(R2+r2)
- Đó chính là điều kiện cân bằng của cầu(có nghĩa là tích các điện trở của 2 vế đối
xứng phải bằng nhau). Từ điều kiện đó rút ra được :
(2.18)
+ Ưu điểm của phương pháp này là để xác định Rt hay số chỉ của đồng hồ không
phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp.
+ Nhược điểm là khi nhiệt độ của môi trường xung quanh thay đổi khác lúc chia độ
do điện trở dây Rdây thay đổi vì dây dẫn là dây đồng rất nhạy với nhiệt độ.
- Trong công nghiệp để khi đo người ta dùng cầu cân bằng tự động, điện kế G lúc đó
sẽ được chuyển sang bộ khuếch đại (BKĐ).
- Độ chính xác của phương pháp dùng cầu cân bằng để đo nhiệt độ có độ chính xác là

khoảng 0,5, thường được chế tạo kiểu tự ghi và có thể đo nhiệt độ 1 điểm hay
nhiều điểm.
4) Dùng Lôgômét (hay tỷ số kế)
- Đây là những dụng cụ đo thuộc hệ từ điện (tức là áp dụng tính chất từ của nam châm).
Nó có cấu tạo từ hai khung dây được quấn ngược chiều nhau và khoảng vài chục đến
vài trăm vòng dây đồng, hai khung dây này được ghép với nhau bằng một góc chéo =
10÷ 150. Chúng được đặt trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu, các cực từ
của nam châm được kht hình ơ van(điều này khác với mmV mét có hình trịn). Dịng
điện được dẫn vào khung dây bởi các dây tóc lị xo. Bên trong 2 khung dây người ta
lồng 1 lõi sắt non hình trụ. Khi dịng I1, I2 lần lượt đi qua khung dây 1 và 2 thì nó tạo ra
hai mơ men M1, M2 trái nhau và có giá trị M1 = k1.B1.I1; M2 = k2.B2.I2 .

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

18


- Giả sử M1 lớn hơn M2 thì hệ thống sẽ quay theo chiều từ phải sang trái, làm cho giá trị
B1 giảm dần dẫn đến M1 cũng giảm dần và M2 tăng dần. Đến một lúc nào đó M1 =
M2 tức là:
k1.B1.I1 = k2.B2.I2
(2.19)
- Do hai khung dây có số vòng như nhau nên k1 = k2 và rút ra được:
(2.20)
- Nhờ vào kết quả này người ta gắn kim chỉ lên hai khung và sẽ có được một góc quay
(2.21)
- Đồng hồ làm việc dựa trên nguyên lý này gọi là Lôgômét(hay tỷ số kế)
- Trong trường hợp này mô men cản MC rất nhỏ so với mô men M1 hay M2 do người ta
dùng nguồn làm việc ELV khoảng 5V.
(2.22)

- Trong thực tế ngưởi ta không dùng sơ đồ nguyên lý như trên vì độ nhạy kém nên
người ta kết hợp Lôgômét với sơ đồ cầu không cân bằng. Cấp chính xác của loại
đồng hồ này khoảng 1÷ 1,5.
1.6. HỎA KẾ BỨC XẠ
1.1.1. Khái niệm
- Đây là phương pháp dựa trên các định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp
thụ năng lượng theo mọi hướng với khả năng lớn nhất. Bức xạ nhiệt của mọi vật có thể
đặc trưng bằng cường độ bức xạ (mật độ phổ ) nghĩa là số năng lượng bức xạ trong một
đơn vị thời gian với một đơn vị diện tích của vật và xảy ra trên một đơn vị của độ dài
sóng. Quan hệ giữa cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và độ dài sóng
được biểu diễn bằng cơng thức:
(2.23)
Cl, C2 hằng số;
- độ dài sóng;
T - nhiệt độ tuyệt đối; Cl, = 37,03.l0-17 Jm2/s ; C2 = 1,432.l0 -2 m.độ.
Đường cong
= f() , với các nhiệt độ khác nhau biểu diễn trên hình 2.7.

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

19


Hình 2.7. Mật độ phổ bức xạ ở các nhiệt độ khác nhau
- Tuỳ theo đại lượng vào ta gọi dụng cụ đo theo phương pháp trên bằng tên gọi khác
nhau như hoả quang kế phát xạ, hoả quang kế cường độ sáng và hoả quang kế màu
sắc.
1.1.2. Hoả quang kế phát xạ
- Đối với vật đen tuyệt đối, năng lượng bức xạ toàn phần trên một đơn vị diện tích
bề mặt được biểu thị bằng định luật Stêphan- Bơnzơman

E0T =
(2.24)
= 5,67. l0-8 W/m2. K4 .
Tp - nhiệt độ lý thuyết của vật đen tuyệt đối
Theo lí thuyết đối với vật thực :ET =
- hệ số bức xạ , xác định tính chất của vật và nhiệt độ Tt của vật (< 1)
Tt = nhiệt độ thực của vật.
=
(2.25)
- Hoả quang kế phát xạ được khắc độ theo độ bức xạ của vật đen tuyệt đối nhưng khi
đo ở vật thực, Tp được tính theo cơng thức :
Từ cơng thức 2.25 ta rút ra được
(2.26)

Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

20


- Hình 2.8 là cấu tạo của hỏa quang kế phát xạ trong đó gồm ống kim loại mỏng 1 phía
cuối gắn gương lõm 3. Chùm tia phát xạ được gương lõm phản xạ hội tụ trên nhiệt điện
trở 2 và đốt nóng nó.
- Để tránh các tia phản xạ từ thành ống bên trong vào nhiệt điện trở người ta gia công
thêm những đường rãnh 5. Nhiệt điện trở được đặt trong hộp chắn 4.

Hình 2.8. Sơ đồ hoả kế phát xạ.
- Để bảo vệ mặt trong của hoả quang kế phải sạch, phía đầu ống được gắn tấm kính thuỷ
tinh hữu cơ trong suốt 6. Nhiệt điện trở được mắc vào một nhánh cầu tự cân bằng cung
cấp từ nguồn điện xoay chiều tần số 50Hz. Hỏa quang kế dùng để đo nhiệt độ từ 20 ÷
1000C

- Khi cần đo nhiệt độ cao hơn (100 ÷ 2500 0C) mà tần số bước sóng đủ lớn người ta dùng
một thấu kính bằng thạch anh hay thủy tinh đặc biệt để tập trung các tia phát xạ và phần
tử nhạy cảm với nhiệt độ được thay bằng cặp nhiệt ngẫu (ví dụ Crơmel- Copel).
- Trong nhiệt kế phát xạ thấu kính khơng thể đo ở nhiệt độ thấp vì các tia hồng ngoại
khơng xun qua được thấu kính (kể cả thạch anh).
- Khoảng cách để đo giữa đối tượng và hoả quang kế được xác định do kích thước
của vật đốt nóng, khoảng cách đó khơng được q lớn. Chùm tia sáng từ đối tượng đo
đến dụng cụ phải trùm hết tầm nhìn ống ngắm của nhiệt kế (vịng trịn có đường
kính D). Ví dụ: Hoả quang kế khi khoảng cách giữa nhiệt kế và đối tượng đo là
600 mm thì đường kính của tầm nhìn là l60mm; với khoảng cách là 6m thì D = l,6m.
Nhược điểm của tất cả các loại
- Hoả quang kế phát xạ là đối tượng đo không phải là vật đen tuyệt đối do đó trong vật
nóng có sự phát xạ nội tại và dòng phát xạ nhiệt đi qua bề mặt.
- Nhiệt độ của đối tượng đo khi dùng hỏa quang kế phát xạ Tt bao giờ cũng nhỏ hơn
nhiệt độ lí thuyết tính tốn Tp (cơng thức 2.26).
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

21