Báo cáo thực tập: Đo lường và cảm biến 3

Chia sẻ: Châu Khánh Đạt | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

171
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo thực tập: Đo lường và cảm biến trình bày bài thực tập đo lường nhiệt - ẩm độ đi tìm hiểu cấu tạo một số nhiệt kế đo nhiệt độ, tìm hiểu cấu tạo một số dụng cụ và phương pháp đo ẩm môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm bắt nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo thực tập: Đo lường và cảm biến 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO THỰC TẬP: “ ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN” SVTT : Châu Khánh Đạt Lớp : DH14CD MSSV : 14153011 BÀI THỰC TẬP ĐO LƯỜNG NHIỆT ẨM ĐỘ
I. TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ NHIỆT KẾ ĐO NHIỆT ĐỘ: 1. Nhiệt kế: a) Nhiệt kế dãn nở chất lỏng: Nhiệt kế dãn nở chất lỏng hoạt động dựa trên sự dãn nở của các chất lỏng, chất lỏng thường dùng là thủy ngân, rượu màu, rượu etylic… Một nhiệt kế có hai thành phần quan trọng: phần cảm nhận nhiệt độ (thủy ngân, rượu…) và phần hiển thị kết quả (thang chia vạch trên nhiệt kế). Nguyên lý làm việc: Khi nhiệt độ môi trường thay đổi thể tích chất lỏng trong bầu cảm ứng cũng thay đổi, đẩy chất lỏng dâng lên hoặc hạ xuống trong ống vi quản. Căn cứ vào mực trên của cột chất lỏng trong ống vi quản ta có thể xác định được nhiệt độ tại tới điểm đó nhờ thang chia độ.  Nhiệt kế rượu:  Cấu tạo: Vỏ bảo vệ: Làm bằng thủy tinh Bầu cảm ứng: Là bộ phận cảm ứng với nhiệt độ của môi trường, có chứa chất lỏng là rượu hoặc thủy ngân (còn gọi là chất cảm ứng). Ống vi quản: Bộ phận thể hiện sự thay đổi của chất cảm ứng. Ống vi quản là ống thủy tinh rỗng, một đầu bịt kín, đầu kia hở thông với bầu cảm ứng. Thang chia độ: Chia thành các vạch, để đánh dấu mức độ thay đổi của chất cảm ứng, thường chia theo hệ bách phân, vạch cao nhất là nhiệt độ khi nước nguyên chất bắt đâu sôi, vạch thấp nhất là nhiệt độ khi nước nguyên chất bắt đầu đóng bang. Hình 1: Cấu tạo nhiệt kế dãn nở chất lỏng.
Hình 2. Nhiệt kế rượu.  Công dụng: Vì giới hạn đo của nhiệt kế rươu 20ᴼC 50ᴼ nên thường được dùng để đo nhiệt độ khí quyển, nhiệt độ nước… Rượu là loại chịu lạnh giỏi, phải đến nhiệt độ 177ᴼC nó mới đông đặc thành thể rắn. Ở những vùng giá rét, mùa đông có khi nhiệt độ xuống tới âm 4000ᴼC, người ta thường phải dùng nhiệt kế rượu.  Cách sử dụng: Chuẩn nhiệt kế bằng nước sôi (100ᴼC) và nước đá (0ᴼC). Nếu nhiệt kế cho kết quả không đúng thì ta đo và chia nhiệt độ tương ứng với 2 nhiệt độ trên. Nếu đo nhiệt độ chất lỏng, trước khi đo dùng đũa khuấy đều chất lỏng. Nếu đô nhiệt độ không khí để nhiệt kế ở trong môi trường không khí. Đo nhiệt độc hất lỏng thì treo nhiệt kế vào giá. Chú ý, để phần bầu thủy ngân của nhiệt kế ngập trong lòng chất lỏng, ở khoảng giữa là tốt nhất. Tuyệt đối không để bầu thủy ngân vừa chạm chất lỏng cũng như chạm đáy cốc. Quan sát độ tăng cột thủy ngân, đọc nhiệt độ. Cần chú ý tầm mắt khi đọc nhiệt độ.  Nhiệt kế thủy ngân:
 Cấu tạo: giống như nhiệt kế rượu chỉ khác phần cảm biến nhiệt độ là thủy ngân.  Công dụng: Do nhiệt kế thủy ngân có giới hạn chịu nhiệt là 30ᴼC 130ᴼC nên thường được dùng để đo nhiệt độ trong phòng thí nghiệm và nhiệt độ cao. Hình 3. Nhiệt kế thủy ngân. b) Nhiệt kế dãn nở chất rắn: Nguyên lý hoạt động: Đo nhiệt bằng nguyên tắc biến dạng lưỡng kim: Dựa vào tính chất giãn nở vì nhiệt của kim loại l=l0 (1 + αt) (với: l0 chiều dài vật ở 00C; α: hệ số giãn nở vì nhiệt) + Thiết kế nhiệt kế lò xo xoắn với 2 thanh kim loại có hệ số giãn nở vì nhiệt khác nhau khi nhiệt độ thay đổi, lưỡng kim sẽ biến dạng  Nhiệt kế dây lò xo:
Hình 4: Nhiệt kế dây lò xo.  Cấu tạo: Bao nhiệt làm bằng thép không hàn, bằng đồng thau đầu dưới bịt kín đầu trên nối với ống nhỏ đường kính khoảng 6 mm dài khoảng 300 mm, ống mao dẫn làm bằng ống thép hay đồng đường kính trong bằng 0.36 mm có độ dài đến 20 ÷ 60 m. Phía ngoài ống mao dẫn có ống kim loại mềm (dây xoắn bằng kim loại hoặc ống cao su để bảo vệ). Loại nhiệt kế này: Đo nhiệt độ từ 50oC ÷ 550oC và áp suất làm việc tới 60kG/m2 cho số chỉ thị hoặc tự ghi có thể chuyển tín hiệu xa đến 60 m. Chính vì 2 kim loại độ giãn nở khác nhau nên khi nhiệt độ thay đổi chúng sẽ bị uốn cong về một bên (kim loại nào có độ giãn nở do sự thay đổi nhiệt thấp hơn thì uốn cong về bên đó). Lá kim loại có 1 đầu được cố định vào thành ống bảo vệ và đầu còn lại được cố định vào trục được thiết kế truyền động với kim chỉ thị của đồng hồ. Khi nhiệt độ thay đổi hai lá kim loại có độ giãn nở khác nhau làm xoay trục kimchỉ thị. Tất cả chuyển động này được tính toán hợp lý để kim chỉ thị chỉ đến vạch nhiệt độ đo được chính xác. Với mong muốn giảm được sự ảnh hưởng hóa học và tác động rung từ môi trường nên ngoài nên hai lá kim loại được thiết kế xoắn lại theo dạng lò xo đặt bên trong một ống bảo vệ bằng kim loại, thông thường là thép không gỉ. Ưu điểm : nhỏ gọn ,dễ sử dụng . Nhược điểm :Không thể đặt nhiệt kế trong phạm vi chặt hẹp Hạn chế sử dụng :
Không gian tiếp xúc nhiệt Trong môi trường chất lỏng Trong môi trừng khí động  Thao tác sử dụng: Kiểm tra nhiệt kế Cho nhiệt kế vào dung dịch cần đo Quan sát và đọc kết quả c) Nhiệt kế dãn nở chất khí:  Nhiệt áp kế:  Cấu tạo: Hình 5. Nhiệt áp kế.  Bao nhiệt làm bằng thép không hàn, bằng đồng thau đầu dưới bịt kín đầu trên nối với ống nhỏ đường kính khoảng 6 mm dài khoảng 300 mm, ống mao dẫn làm bằng ống thép hay đồng đường kính trong bằng 0.36 mm có độ dài đến 20 ÷ 60 m. Phía ngoài ống mao dẫn có ống kim loại mềm (dây xoắn bằng kim loại hoặc ống cao su để bảo vệ).  Loại nhiệt kế này: Đo nhiệt độ từ 50oC ÷ 550oC và áp suất làm việc tới 60kG/m2 cho số chỉ thị hoặc tự ghi có thể chuyển tín hiệu xa đến 60 m, độ chính xác tương đối thấp.  Ưu Nhược điểm: Chịu được chấn động, cấu tạo đơn giản nhưng số chỉ bị chậm trễ tương đối lớn phải hiệu chỉnh luôn, sửa chữa khó khăn.  Phân loại: Người ta phân loại dựa vào môi chất sử dụng, thường có 3 loại: Loại chất lỏng: dựa vào mới liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ t p po = αx( t to ).
p, po ,t , to là áp suất và nhiệt độ chất lỏng tương ứng nhau. Chỉ số 0 ứng với lúc ở điều kiện không đo đạc, α: hệ số giản nỡ thể tích ξ: Hệ số nén ép của chất lỏng Chất lỏng thường dùng là thủy ngân có α = 18 .105. oC1, ξ = 0,4 . 105cm²/kG Vậy đối với thủy ngân t to = 1 oC thì p po = 45kG/ cm2 Khi sử dụng phải cắm ngập bao nhiệt trong môi chất cần đo: sai số khi sử dụng khác sai số khi chia độ (ứng điều kiện chia độ là nhiệt độ môi trường 20 oC). Loại chất khí: Thường dùng các khí trơ: N2, He... Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ xem như khí lý tưởng α = 0.0365 oC1 Loại dùng hơi bão hòa: Ví dụ: Axêtôn (C2H4Cl2) Cloruaêtilen, cloruamêtilen số chỉ của nhiệt kế không chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh, thước chia độ không đều (phía nhiệt độ thấp vạch chia sát hơn còn phía nhiệt độ cao vạch chia thưa dần), bao nhiệt nhỏ : Nếu đo nhiệt độ thấp có sai số lớn người ta có thể nạp thêm một chất lỏng có điểm sôi cao hơn trong ống dẫn để truyền áp suất.
Hình 6. Nhiệt áp kế.  Chú ý sử dụng: Không được ngắt riêng lẻ các bộ phận, tránh va đập mạnh Không được làm cong ống mao dẫn đường kính chỗ cong > 20 mm. 6 tháng phải kiểm định một lần Đối với các nhiệt kế kiểu áp kế sử dụng môi chất là chất lỏng chú ý vị trí đồng hồ sơ cấp và thứ cấp nhằm tránh gây sai số do cột áp của chất lỏng gây ra. Loại này ta hạn chế độ dài của ống mao dẫn
 Cấu tạo:  Phân loại: Type Composition Range Good for Not Cost Sensitivity recommended for K Chromel (NiCr −200 °C to Oxidizing or Use under 540ºC Low 41 µV/°C alloy) / Alumel 1200 °C neutral (NiAl alloy) applications E Chromel / −200 °C to Oxidizing or Low 68 µV/°C Constantan (Cu 900 °C inert Ni alloy) applications J Iron / Constantan −40 °C to 750 Vacuum, Oxidizing or Low 52 µV/°C °C reducing, or humid inert apps environments N Nicrosil (NiCrSi −270 °C to Oxidizing or Low 39 µV/°C alloy) / Nisil (Ni 1300 °C neutral Si alloy) applications
T Copper / −200 °C to Oxidizing, Wet or humid Low 43 µV/°C Constantan 350 °C reducing or environments inert apps R Platinum 0 °C to 1600 High Shock or High 10µV/°C /Platinum with °C temperatures vibrating 13% Rhodium equipment S Platinum 0 °C to 1600 High Shock or High 10µV/°C /Platinum with °C temperatures vibrating 10% Rhodium equipment B Platinum 50 °C to 1800 High Shock or High 10µV/°C Rhodium / °C temperatures vibrating equipment PtRh  Nguyên lý hoạt động: Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nống và đầu lạnh của cặp nhiệt thì ở ngõ ra của thermocouple sẽ xuất hiện sức điện động e phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ và phụ thuộc vào bản chất của vật liệu dùng chế tạo cảm biến . Đường đặc tính
 Ưu điểm : bền , đo nhiệt độ cao, cấu tạo đơn giản, chịu được va đập, khoảng đo nhiệt độ rộng, rẻ tiền, đáp ứng nhanh, đa dạng.  Nhược điểm : nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số . Độ nhạy không cao , ít ổn định, điện áp thấp , cần điểm tham chiếu  Thường dùng trong : lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt , đo nhiệt nhớt máy nén , đo nhiệt độ khí thải. Giới hạn nhiệt độ: 100ᴼC 1400ᴼC.  Thermistor: Cấu tạo:
Được làm bằng các oxit kim loại: niken, mangan, cooban,… được phủ bởi nhựa hoặc thủy tinh Phân loại: Hệ số nhiệt âm – NTC (Negative Temperature Coefficient). Hệ số nhiệt dương – PTC (Positive Temperature Coeffcient ) Ưu điểm: đáp ứng nhanh, điện trở thay đổi nhiều, điện trở cao, giá thành thấp hơn RTD , chịu được rung và sốc Nhược điểm: phi tuyến, khoảng đo hẹp, điện trở cao, ít ổn định hơn RTD Ứng dụng: NTC Dùng để đo nhiệt độ, điều khiển nhiệt độ Các đồ điện trong nhà: tủ lạnh, máy giặt, máy sấy tóc ,… Trong viễn thông : dùng để đo và bù nhiệt độ cho điện thoại di động Cảm biến mức chất lỏng: Dựa vào sự khác nhau của hằng số tiêu tán nhiệt độ trong nước và không khí hoặc hơi, … PTC
PTC công suất Làm cầu chì: bảo vệ ngắn mạch / quá tải Làm công tắc: khởi động động cơ, khử từ , thời gian trễ Bộ gia nhiệt Chỉ thị mức Cảm biến: Nhiệt độ: bảo vệ quá nhiệt, đo và điều khiển Nhiệt độ giới hạn: bảo vệ động cơ, bảo vệ quá nhiệt  RTD PT 100 ( nhiệt điện trở ):  Cấu tạo: Dây kim loại làm từ đồng, niken, platinum,… được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. Có 2 loại cơ bản: loại dây quấn và loại màn mỏng Thông dụng nhất của RTD là loại PT 100 Thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây
 Nguyên lí: khi nhiệt độ tăng, điện trở hai đầu dây kim loại tăng.  Ứng dụng: máy lạnh, máy điều hòa, chế biến thực phẩm, bếp , lò nướng , gia công vật liệu , vi điện tử  Ưu điểm: Tuyến tính trên khoảng rộng, chính xác cao, ổn định với nhiệt độ cao  Nhược điểm: Đáp ứng chậm hơn cặp nhiệt điện, dắc tiền hơn cặp nhiệt điện, ảnh hưởng bởi sốc và rung, yêu cầu 3 dây hoặc 4 dây.  Cảm biến nhiệt bán dẫn LM 335, LM 35  LM35:
Chân 1: Chân nguồn Vcc Chân 2: Đầu ra Vout Chân 3: GND Một số thông số chính của LM35:  Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh  Đặc điểm chính của cảm biến LM35 + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V + Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC + Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C + Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải  Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ 55 C 150 C với các mức điện áp ra khác nhau. Xét một số mức điện áp sau : Nhiệt độ 55 C điện áp đầu ra 550mV
Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV  Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ thống này thì đo từ 0 đến 150. Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của nó Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35:  Việc đo nhiệt độ sự dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách LM35 > ADC > Vi điều khiển  Như vậy ta có: U= t.k U là điện áp đầu ra t là nhiệt độ môi trường đo k là hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1 oC Sai số của LM35 + Tại 0 độ C thì điện áp của LM35 là 10mV + Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V  Nhiệt kế điện tử :  REX – C700
Hình 7. Bộ điều khiển nhiệt độ REXC700 Cấu tạo: Bộ điều khiển nhiệt độ REXC700 có chức khiển tự động Là một loại bộ điều khiển PID hiệu suất cao với việc sử dụng dễ dàng Hệ thống sưởi ấm / làm mát kiểm soát. Cung cấp điện 100v đến 240VAC . Ứng dụng: trong nhà Độ phân giải: 1 độ hoặc 0.1 độ Thời gian lấy mẫu 3 lần trên giây Môi trường làm việc: nhiệt độ 0 – 50oC Ứng dụng bộ điều khiển nhiệt độ REXC700: Sử dụng để điều khiển nhiệt độ trong các lò nhiệt, máy đúc nhựa, công nghiệp giấy, gỗ, hóa chất, linh kiện điện tử, chế biến thực phẩm…
e) Nhiệt kế quang:  Nhiệt kế hồng ngoại:  Nhiệt kế hồng ngoại ( đo bằng phương pháp gián tiếp): CENTER 350 : i. Mô tả: Dễ dàng điều khiển bằng một tay Nhắm mục tiêu bằng tia hồng ngoại Màn hình hiển thị LCD Đo theo độ C và F Nút laser on/off Tự động tắt nguồn khi không hoạt động Có chức năng giữ “hold” giá trị đo Hình 8. CENTER 350 ii. Cấu tạo:
iii. Thông số kỹ thuật: Hiển thị: màn hình hiển thị số LCD 3 ½ Pin yếu: sẽ có ký tự báo khi pin yếu Dãi đo: 20 độ C ~ 500 độ C (4 độ F ~ 932 độ F) Độ chính xác: ± 2% hoặc ± 2 độ C (3 độ F) Thời gian đáp ứng: 500 mili giây Kích thước: 157.5 x 115 x 36 mm Trọng lượng: 200 gram Phụ kiện: pin 9V, bao da Nhiệt kế điện tử hồng ngoại an toàn, chính xác, tiện lợi cho gia đình bạn. Với công nghệ đo nhiệt độ xung quanh bằng tia hồng ngoại cho việc chẩn đoán chính xác nhiệt độ, bạn chỉ mất 1 đến 3 giây để biết con bạn đang sốt bao nhiêu độ. Quan trọng hơn nữa là khi sở hữu nhiệt kế điện tử hồng ngoại bạn không phải bận tâm với nguy cơ độc hại của thủy ngân. Đơn vị đo nhiệt độ: Có ba hệ thống đo lường nhiệt độ là: Hệ thống độ C, độ F và độ K. Đổi từ sang Công thức