Giáo trình Lạnh cơ bản (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

Giáo trình Lạnh cơ bản cung cấp các nội dung chính như: Đo lường điện; đo nhiệt độ và áp suất; kỹ thuật gia công đường ống và hàn ống trong sửa chữa lạnh; kỹ thuật lắp đặt điện cơ bản. Mời các bạn cùng tham khảo!

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: LẠNH CƠ BẢN NGHỀ: KT MÁY LẠNH &ĐHKK

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ, TRUNG CẤP NGHỀ

(Ban hành theo Quyết định số 70/QĐ-CĐN ngày 11 tháng 01 năm 2019

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang)

An Giang – Năm 2019

Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng, không thể thiếu được trong đời sống và kỹ thuật của tất

cả các nước và lạnh được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực như: Ứng dụng trong sản xuất bia, nước ngọt, Ứng dụng trong công nghiệp hoá chất, Ứng dụng trong siêu dẫn, Ứng dụng trong y tế và sinh học cryô, Ứng dụng trong thể thao, Ứng dụng trong điều hoà không khí

Ngày nay kỹ thuật điều hoà được sử dụng rất rộng rãi trong đời sống và trong

công nghiệp Khâu quan trọng nhất trong các hệ thống điều hoà không khí đó là hệ thống lạnh

Máy lạnh được sử dụng để xử lý nhiệt ẩm không khí trước khi cấp vào phòng Máy lạnh không chỉ được sử dụng để làm lạnh về mùa hè mà còn được đảo chiều

để sưởi ấm mùa đông

Điều hoà không khí được sử dụng với 2 mục đích:

- Phục vụ cuộc sống tiện nghi của con người (Hệ thống điều hoà trong đời sống, dân dụng)

- Phục vụ các quá trình sản xuất (Hệ thống điều hoà công nghiệp)

Các hệ thống điều hoà trong đời sống dân dụng

Hiện nay các hệ thống điều hoà được sử dụng rất rộng rãi ở các hộ gia đình, trong các công sở, cơ quan, nhà máy, xí nghiệp, khách sạn, ngân hàng, nhà thi đấu thể thao, hội trường, rạp chiếu bóng, rạp hát vv nhằm phục vụ cuộc sống tiện nghi

của con người

Nhiệt độ thích hợp đối với con người là khoảng từ 22oC đến 29oC Tuy nhiên khí hậu quanh năm luôn luôn thay đổi, mùa hè nước ta nhiều nơi nhiệt độ có thể đạt 40oC Làm việc trong những điều kiện như vậy rất khó chịu và ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả và chất lượng công việc Ngược lại mùa đông, nhiệt độ có thể hạ xuống 10oC

Hiện nay người ta sử dụng nhiều hệ thống điều hoà khác nhau trong đời sống như: Máy điều hoà dạng cửa sổ, máy điều hoà 2 mãnh, máy điều hoà kiểu VRV, máy điều hoà làm lạnh bằng nước và máy điều hoà trung tâm

Đối với các hộ gia đình, thích hợp nhất là các máy điều hoà công suất nhỏ như loại cửa sổ và máy điều hoà 2 mãnh

Trang 2

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đời sống người dân ngày càng được nâng cao Ở Việt Nam trong những năm gần đây nhu cầu sử dụng thiết bị làm lạnh ngày một tăng nhanh Đã có rất nhiều nhà sử dụng hệ thống lạnh dân dụng, ngày có nhiều nhà máy đông lạnh thực phẩm xuất khẩu như tôm, cá, rau quả và nhà máy nước đá đã xuất hiện ở hầu hết các tỉnh thành trên cả nước

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới có nhiệt độ ban ngày rất cao mà nhu cầu sử dụng lạnh trong sinh hoạt của người dân hằng ngày rất cao, nên đòi hỏi kỹ thuật lạnh phải phát triển vượt bậc để đáp ứng nhu cầu đó Vì thế mà cuốn giáo trình lạnh cơ bản này đã được viết nhằm để phục vụ nhu cầu học tập của học sinh của học sinh ngành điện lạnh, với mục tiêu trang bị những kiến thức cơ bản nhất về các hệ thống lạnh dân dụng, cũng như cách kết nối, sửa chữa hệ thống lạnh dân dụng, mạch điện trong hệ thống lạnh dân dụng

Giáo trình này chắc chắn không tránh khỏi sự thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của quý đồng nghiệp và các em học sinh Mọi ý kiến đóng góp xin gửi

về Khoa Điện, Trường Cao Đẳng Nghề An Giang

Xin trân trọng cảm ơn

An Giang, ngày 09 tháng 10 năm 2018

TRẦN TẤN LỘC

Trang 3

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 1

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG TRÌNH MÔĐUN 4

Chương 1: Đo lường điện Bài 1: Bài mở đầu 6

Bài 2: Đo điện trở 9

Bài 3: Đo điện áp 16

Bài 4: Đo dòng điện 21

Chương 2: Đo nhiệt độ và áp suất Bài 1: Đo nhiệt độ 28

Bài 2: Đo áp suất 41

Chương 3: Kỹ thuật gia công đường ống và hàn ống trong sửa chữa lạnh Bài 1: Gia công ống đồng 49

Bài 2: Nong ống 52

Bài 3: Loe ống 54

Bài 4: Hàn ống đồng với đồng 56

Bài 5: Hàn ống đồng với sắt 61

Chương 4: Kỹ thuật lắp đặt điện cơ bản Bài 1: Hàn dây si chì 63

Bài 2: Nối dây điện 65

Bài 3: Lắp mạch đèn sợi đốt 68

Bài 4: lắp mạch đèn huỳnh quang 72

Bài 5: lắp mạch đèn cầu thang 77

Bài 6: lắp mạch đèn thay đổi ánh sáng dạng độc lập 82

Bài 7: lắp mạch đèn thay đổi ánh sáng dạng nối tiếp 85

Tài liệu tham khảo 88

Trang 4

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN

Mã mô đun: MĐ 19

Thời gian thực hiện mô đun: 180 giờ (Lý thuyết: 51 giờ; Thực hành, thí

nghiệm, thảo luận: 111 giờ; kiểm tra: 18 giờ)

I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN

1 Vị trí:

Là mô đun cơ bản của nghề dành cho học sinh sinh viên cao đẳng và trung cấp sau khi đã học xong các môn kỹ thuật cơ sở

2 Tính chất:

Mô đun này sẽ cung cấp những kiến thức và kỹ năng cơ bản, các kiến thức và

kỹ năng thử nghiệm của nghề với các thiết bị của hệ thống lạnh như: Đo lường điện lạnh, kỹ thuật gia công và hàn ống trong hệ thống lạnh, mạch điện cơ bản, … trước khi đi vào học các mô đun chuyên sâu của nghề

II MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN

1 Về kiến thức:

Trang bị cho học viên những khái niệm cơ bản về đo lường điện lạnh, quy trình gia công ống đồng trong hệ thống lạnh, nguyên lý các mạch điện

2 Về kỹ năng:

Thực hiện được các công việc đo lường điện lạnh, gia công ống đồng, lắp

được các mạch điện đúng các yêu cầu kỹ thuật

3 Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

Cẩn thận, kiên trì, thu xếp nơi làm việc gọn gàng ngăn nắp, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

III NỘI DUNG MÔ ĐUN

1 Nội dung tổng quát và phân bố thời gian:

Kiểm tra

1

2

Chương 2: Đo nhiệt độ và áp suất 16 6 8 2

3 Chương 3: Kỹ thuật gia công đường

ống và hàn ống trong sửa chữa lạnh 72 21 45 6

Bài 4: Lắp đặt mạch đèn huỳnh quang 8 2 6

Bài 5: Lắp đặt mạch đèn cầu thang 18 3 11 4 Bài 6: Lắp đặt mạch đèn thay đổi ánh

Trang 6

CHƯƠNG 1: ĐO LƯỜNG ĐIỆN

BÀI 1: BÀI MỞ ĐẦU

*Mục Tiêu:

Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:

- Thực hiện đúng nội qui xưởng thực tập;

- Sử dụng thành thạo hệ thống điện và thiết bị điện trong xưởng thực tập;

- Tổ chức được nơi thực tập gọn gàng, khoa học;

- Thực hiện đúng các nguyên tắc an toàn khi thực tập;

- Xử lý được các tình huống khi thấy người bị điện giật;

- Thực hiện được các phương pháp sơ cứu người bị điện giật

I Thiết Bị, Vật Tư Cần Thiết:

- Kìm cách điện , vít cách điện, đồng hồ vạn năng, đồng hồ Ampe kẹp, đồng

hồ đo nhiệt độ, đồng hồ đo áp suất, dây điện, ống đồng, mô hình thực hành đo điện, dụng cụ gia công ống đồng, bộ hàn gió đá, êtô, que hàn các loại

II Nội Dung:

Trình Tự Thực Hành :

1 Thực hiện nội qui xưởng :

Khi thực hành xưởng phải thực hiện đúng nội qui sau:

- Điều 1: Vào ca thực tập đúng giờ, trang phục gọn gàng, sạch sẽ đúng qui

định, chấp hành nghiêm túc các nguyên tắc an toàn lao động

- Điều 2: Chấp hành sự phân công của giáo viên hướng dẫn, không được tự

tiện tháo lắp, di chuyển các thiết bị trong xưởng khi chưa có sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn

- Điều 3: Tổ chức nơi thực tập gọn gàng, khoa học, có tinh thần bảo quản

thiết bị, nếu làm mất hoặc hư hỏng phải bồi thường

- Điều 4: Không được tự ý sang các xưởng khác sửa chữa điện khi chưa có sự

phân công của giáo viên hướng dẫn

- Điều 5: Không được làm đồ riêng hay mang vật tư, thiết bị ra khỏi xưởng

khi chưa có sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn

- Điều 6: Không được mang các thứ không phục vụ thực tập hoặc đưa người

lạ vào xưởng

- Điều 7: Không hút thuốc, văng tục, hay nằm trong xưởng Khi ra khỏi

xưởng thực tập phải xin phép giáo viên hướng dẫn

- Điều 8: Hết giờ thực tập phải thu xếp dụng cụ, thiết bị vào nơi qui định, có

mất hay hư hỏng phải báo giáo viên hướng dẫn sử lý, sau đó làm vệ sinh xưởng

2 Cách tổ chức nơi thực tập khoa học

Khi học xưởng phải biết cách sắp xếp dụng cụ, thiết bị, vật tư thực hành 1 cách hợp lý để vừa tạo được vẽ mỹ quan nơi thực tập, vừa thể hiện tính làm việc

có kỹ thuật và nâng cao hiệu quả khi làm việc

Khi được giáo viên hướng dẫn phân công nội dung bài thực hành, phải tổ chức thực hiện bài thực hành theo trình tự sau :

- Sắp xếp dụng cụ phía trước mặt bên tay thuận, theo thứ tự, dụng cụ nào sử dụng thường xuyên thì để ở nơi dễ lấy nhất, khi thao tác xong phải để lại đúng vị trí ban đầu

Trang 7

- Sắp xếp vật tư, thiết bị loại nào thường sử dụng để trước mặt, vật tư thiết bị

ít sử dụng để một bên theo thứ tự Khi sử dụng xong nếu còn thừa thì để lại đúng

3 Các nguyên tắc an toàn điện :

Khi học xưởng và tham gia công tác lắp đặt, sửa chữa điện phải chấp hành nghiêm túc các nguyên tắc an toàn điện để tránh xảy ra các tai nạn điện đáng tiếc cho bản thân

Thực hiện theo các nguyên tắc sau:

- Khi làm việc với các thiết bị trong mạch điện, cần cắt nguồn điện, nếu cắt bằng công tắc hay rút nắp cầu chì, thì phải thử lại bằng bút thử điện, để xem dây pha (dây lửa) còn hiện diện trong mạch không

- Khi thao tác với các phần mang điện, phải cách điện tốt với đất (như mang dép nhựa, đứng trên ghế gỗ hoặc nhựa khô ráo, thao tác bằng dụng cụ cách điện) Khi đó, không được chạm người vào tường, hay chạm vào người khác đứng trên đất mà không cách điện với đất

- Khi di chuyển các thiết bị mang điện đang làm việc, các dây dẫn bọc đang

có điện, cần cắt nguồn điện

- Với các thiết bị mới đưa vào sử dụng, hoặc để lâu mới dùng lại, không được

sờ vào vỏ kim loại của thiết bị khi thiết bị đang làm việc, mà phải dùng bút thử điện kiểm tra xem điện có rò ra vỏ kim loại không

- Phải thường xuyên kiểm tra dây nối đất, dây nối trung tính , nhất là vào đầu

và cuối mùa mưa

Học sinh quan sát các dụng cụ và thiết bị an toàn điện : Bút thử điện, bộ găng tay cách điện, ủng cao su cách điện, thảm cao su cách điện, sào cách điện…

4 Cách sử lý khi thấy người bị điện giật:

Khi học xưởng hay tham gia các sinh hoạt khác nếu thấy người bị điện giật thì nhanh chóng thực hiện các bước sau :

- Quan sát tìm cầu dao cắt điện khu vực có tai nạn

- Nếu không cắt được cầu dao, thì dùng các vật liệu cách điện sẳn có như : sào, gậy gỗ, vải khô ráo để kéo nạn nhân ra, hay tách dây điện khỏi người nạn nhân ( cần đề phòng điện áp bước) Nếu nạn nhân bị điện giật trên cao cần chú ý đừng để nạn nhân té ngã gây chấn thương

- Đưa nạn nhân đến nơi thoáng mát để tiến hành các phương pháp cấp cứu, hay đưa nạn nhân đến bệnh viện gần nhất

* Chú ý: Tuyệt đối không được vẫy nước lạnh lên mặt nạn nhân, vì sẽ gây

xung huyết não

5 Phương pháp sơ cứu người bị điện giật :

Thực hiện các thao tác sơ cứu sau :

a Phương pháp xoa bóp tim : Được áp dụng khi tim nạn nhân ngừng đập

* Chú ý:

- Nếu ấn nhẹ tay sẽ không tác dụng

- Những nạn nhân bị gãy xương sườn thì không dùng phương pháp nầy

b Phương pháp hô hấp nhân tạo : Được áp dụng khi tim nạn nhân ngừng

đập

* Cách thực hiện :

- Dùng vãi mềm ẩm, móc đàm, dải trong miệng nạn nhân ra

- Dùng vải mềm, ẩm che lên miệng nạn nhân, sau đó hít hơi đầy phổi thổi

mạnh vào miệng nạn nhân, cứ 4 đến 5 giây thực hiện 1 lần

Câu hỏi ôn tập:

1 Trình bày nội quy xưởng?

2 Trình bày nguyên tắc an toàn điện?

3 Trình bày cách xử lý khi thấy người bị điện giật?

Trang 9

BÀI 2: ĐO ĐIỆN TRỞ

* Mục Tiêu:

Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:

- Tính toán được các thông số điện trở trong mạch;

- Trình bày quy trình đo điện trở;

- Đo được điện trở của các thiết bị trong quá trình làm việc;

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

Điện trở có giá trị trung bình từ 1K đến 0.1M

Điện trở có giá trị nhỏ từ 1k trở xuống

1.2 Đo điện trở bằng vôn kế và ampe kế

Theo định luật Ohm, ta có R = U/I

Như vậy để xác định giá trị điện trở ta sử dụng ampe kế và volt kế Ở phương pháp này, ta xác định giá trị điện trở đang hoạt động (đo nóng) theo yêu cầu

R R

1.4 Mắc rẽ dài (Ampe kế mắc sau)

Do ampe kế mắc nối tiếp với điện trở cần đo nên tổng trở được xác định theo biểu thức RX’ = RA + RX hay U = UA + URX

Sai số tương đối của phép đo

Để giảm thiểu sai số tương đối ∆% thì RX >> RA (nghĩa là URX >> UA)

2 MẠCH ĐO ĐIỆN TRỞ TRONG OHM KẾ

2.1 Nguyên lý đo điện trở

Trong đồng hồ đo vạn năng còn cò tên gọi khác là multimeter VOM, đây là loại đồng hồ dùng để đo điện áp, dòng điện và điện trở Trong trường hợp dùng Ohm kế để đo điện trở thì trạng thái đo là phần tử điện trở đo RX không có năng lượng (đo nguội) mạch đo sẽ sử dụng nguồn pin riêng

Đây là mạch Ohm kế mắc nối tiếp, dòng điện qua cơ cấu chỉ thị Im

1

B m

E I



 

R1 điện trở chuẩn của tầm đo

Rm điện trở nội của cơ cấu

Khi Rx → 0Ω, Im → Imax (dòng cực đại của cơ cấu từ điện)

Khi Rx → ∞, Im → 0 (không có dòng qua cơ cấu)

Ví dụ: Cho mạch đo điện trở như hình vẽ Biết rằng điện áp nguồn pin là Eb = 1.5V và R1 + Rm = 15 kΩ - Imax = 100µA Xác định độ lệch kim của cơ cấu đo khi

Trang 11

1

1,5 100 15

Trong thực tế nguồn pin Eb có thể thay đổi Khi Rx → 0Ω, dòng điện Im qua

cơ cấu không bằng Imax do đó mạch đo có thể mắc thêm R2, biến trở này dùng để chỉnh điểm “0 Ω” cho mạch đo khi Eb thay đổi Như vậy, trước khi đo ta phải ngắn mạch AB (nối tắt điện trở RX - động tác chặp 2 que đo) và điều chỉnh R2 (nút Adj của đồ hồ VOM) để cho kim chỉ thị của Ohm kế chỉ “0 Ω “

Hình 1.2: Sơ đồ đo điện trở thực tế

Theo mạch trên dòng Ib

1 2 //

b b

E I

X

E I

Ib = Im + I2 = 50 µA

Do đó

1

b X

Nguyên lý đo Ohm kế tuyến tính

Thang đo của Ohm kế theo nguyên lý dòng điện như đã đề cập ở trên không tuyến tính theo điện trở đo Do đó các mạch đo Ohm kế tuyến tính trong máy đo điện tử chỉ thị kim hoặc chỉ thị số, chúng ta chuyển trị số đo điện trở Rx sang điện áp đo Vx bằng cách cung cấp nguồn dòng điện I không đổi (bất chấp trị số Rx).Vx = Rx.I Sau đó Rx được đo bởi mạch điện áp, Vx tuyến tính theo Rx Như vậy, khi Rx → 0, Vx → 0V

Khi Rx → ∞, Vx giá trị lớn nhất của mạch đo

Trang 13

Như vậy nếu vôn kế có điện trở chỉnh máy trước khi đo, thì phải chỉnh Rx

→ ∞ cho mạch đo Không chỉnh Rx → 0 như ở mạch đo dùng nguyên lý dòng trong phần trước

Khoảng cách giữa các cọc đất để cho điện trở đất khảo sát các cọc đất không ảnh hưởng với nhau (nghĩa là các điện trở cọc A là RA không bị ảnh hưởng bởi vùng đất của cọc B có điện trở đất là RB) Hai cọc đất cách nhau 20m sẽ có điện trở đất không ảnh hưởng lẫn nhau

Nguồn điện áp cung cấp cho mạch đo nguồn tín hiệu cung cấp cho mạch

đo là nguồn tín hiệu xoay chiều dạng sin hoặc xung vuông

- Chúng ta tránh dùng nguồn DC do ảnh hưởng của điện giải sẽ làm tăng sai

VAB = RA.I’ + RB.IV

Ta có : I = I’ + IV mà IV << I’ → I ≈ I’

Nên VAB ≈ RA.I’ ≈ RA.I

Vậy điện trở đất cọc A được xác định bởi trị số đọc trên vôn kế và ampe kế

Hình 1.3: Sơ đồ đo điện trở đất

Trang 14

Phương pháp đo gián tiếp

Trong trường hợp này ta đo điện trở đất của từng hai cọc:

Vôn kế và ampe kế sẽ cho giá trị điện trở của từng hai cọc:

1 1

R R

I

Sau đó giải ba phương trình ta xác định được RA, RB, RC

Hình 1.4: Sơ đồ đo điện trở đất của từng hai cọc

3 2 Đo điện trở đất bằng đồng hồ chuyên dùng

Hiện nay, để đơn giản trong quá trình đo điện trở đất , ta sử dụng phương pháp đo trực tiếp bằng đồng hồ đo điện trở đất Đồng hồ có dạng như sau

Loại đồng hồ này có thông số kỹ thuật là

EARTH RESISTANCE TESTER (Máy đo điện trở đất)

Trang 15

- Khối lượng: 480g

Cách đóng cọc đất cho máy đo điện trở đất

Với loại đồng hồ trên, có 3 cọc là cọc đất (E) cọc điện áp (P) và cọc dòng điện(C), trong đó cọc E là cọc chính còn 2 cọc P và C là hai cọc phụ (cọc giả định) Khoảng cách giữa các cọc từ 5 đến 10 mét, vị trí các cọc tạo ra một góc lớn hơn 1000 Nếu các cọc đóng thẳng hàng thì khoảng cách các cọc EC, EP cần phải lớn hơn 10 mét (thông thường là 15 mét )

3.3 Cách đo điện áp rơi trên các cọc E, P và C

Như chúng ta đã biết, nếu điện áp giữa hai cọc đất thấp hơn 10 vôn thì tính

an toàn chấp nhận được, khi đó ta tiến hành đo điện trở đất Nếu điện áp trên các cọc lớn hơn 10V thì việc đo điện trở đất và khả năng an toàn về điện cần phải lưu

ý do có sự hiện diện của dòng điện rò và sự hiện diện của dòng điện trung tính do

sự mất cân bằng của lưới điện Hiện nay trên thị trường, có những máy đo điện trở đất cho phép ta đo điện áp rơi trên cọc đất 1 với cọc đất 2, khi đó bộ chỉ thị trên máy đo điện trở đất sẽ cho chúng ta biết điện áp trên hai cọc

B Trình Tự Thực Hành:

Quy trình thực hiện đo điện trở bằng đồng hồ VOM

Bước 1: Đặt đồng hồ đúng vị trí, xem ký hiệu trên mặt đồng hồ

Bước 2: Chọn đại lượng đo điện trở có giá trị thang đo thích hợp (lớn hơn giá trị cần đo) Ví dụ muốn đo điện trở có giá trị 1,5kΩ thì ta chọn thang đo 2kΩ

Bước 3: Chỉnh kim về 0 Chập 2 đầu que đo lại vặn nút biến trở để kim về 0 Bước 4: Tiến hành đo Đặt 2 que đo vào điện trở cần đo

Bước 5: Đọc giá trị khi kim ổn định

Lưu ý: Nếu chọn thang đo X1 thì đọc thẳng kết quả

Nếu chọn thang đo X10 thì sau khi đọc kết quả ta phải nhân với 10

Nếu chọn thang đo X100 thì sau khi đọc kết quả ta phải nhân với 100

Nếu chọn thang đo X1K thì sau khi đọc kết quả ta phải nhân với 1000

Nếu chọn thang đo X10K thì sau khi đọc kết quả ta phải nhân với 10000 Câu hỏi ôn tập:

1 Cho mạch đo điện trở như hình vẽ Biết rằng điện áp nguồn pin là Eb = 2.5V và R1 + Rm = 15 kΩ - Imax = 100µA Xác định độ lệch kim của

cơ cấu đo khi

a RX được nối tắt

b Xác định giá trị điện trở RX khi kim cơ cấu đo lệch ½ Dm

2 Trình bày qui trình đo điện trở bằng VOM?

Trang 16

BÀI 3: ĐO ĐIỆN ÁP

* Mục Tiêu:

Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:

- Tính toán được các thông số điện áp trong mạch;

- Trình bày quy trình đo điện áp;

- Đo được điện áp của các thiết bị trong quá trình làm việc;

- Đảm bảo tính chính xác và an toàn cho người và thiết bị

I Thiết Bị, Vật Tƣ:

- Các nguồn điện điện áp, mô hình thực tính toán và thực hành đo điện áp

- Đồng hồ vạn năng các loại

II Nội Dung:

Đo điện áp xoay chiều

A Phần lý thuyết:

1 Đo điện áp xoay chiều: (ACV: Điện áp xoay chiều)

Để đo điện áp xoay chiều, ta có thể sử dụng cơ cấu đo kiểu từ điện, điện từ hay điện động kết hợp với bộ chỉnh lưu

a Volt kế điện từ

Hình 1.5: Sơ đồ đo điện áp xoay chiều

Cơ cấu đo điện từ mặc dù độ chính xác không cao nhưng giá thành hạ nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Do yêu cầu điện trở nội của cơ cấu đo phải lớn nên số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh rất lớn từ 1000 đến 6000 vòng với cỡ dây nhỏ (do dòng điện qua cuộn dây này nhỏ) Để mở rộng thang đo cho cơ cấu đo, ta sử dụng điện trở Shunt (giống như đo điện áp một chiều)

Khi đo điện áp xoay chiều ở tần số cao sẽ xuất hiện sai số do tần số Để khắc phục hiện tượng này, ta gắn các tụ điện song song với điện từ các điện trở Shunt như hình vẽ

Hình 1.6: Sơ đồ đo điện áp xoay chiều kết hợp điện trở và tụ điện

Riêng đối với điện áp lớn hơn 600 V ta có thể sử dụng biến áp đo lường TU (VT) kết hợp với cơ cấu đo Ta dùng biến áp đo lường để chuyển đổi điện áp cao thành điện áp thấp Việc sử dụng biến áp đo lường TU có ưu điểm là đảm bảo an

Trang 17

toàn trong quá trình đo và tạo ra điện áp phù hợp với điện áp cơ cấu đo

Nguyên lý hoạt động của biến áp đo lường TU (VT) giống như biến dòng TI (CT)

Hình 1.7: Cơ cấu đo từ điện

Để hạn chế sai số, người ta gắn điện trở Shunt vừa có tác dụng mở rộng thang

đo vừa có tác dụng bù nhiệt nên điện trở R1 được làm bằng đồng và R2 được làm bằng manganin còn tụ điện C dùng để bù sai số do tần số, ta cũng có thể thay tụ điện C bằng cuộn kháng L như hình vẽ

Mạch chỉnh lưu có thể sử dụng một diode, hai diode hay bốn diode (cầu diode)

Hình 1.8: Mạch chỉnh lưu có thể sử dụng một diode, hai diode hay bốn diode Trong mạch chỉnh lưu dùng 2 diode, diode D2 được gắn ngược cực để tránh cho diode D1 chịu được điện áp ngược ở bán kỳ âm của hiệu điện thế xoay chiều (chỉ có bán kỳ dương của điện áp xoay chiều qua cơ cấu đo)

B Quy trình đo điện áp xoay chiều bằng VOM

Bước 1: Đặt đồng hồ đúng vị trí, xem ký hiệu trên mặt đồng hồ

Trang 18

Bước 2: Chọn đại lượng đo điện áp xoay chiều có giá trị thang đo thích hợp (lớn hơn giá trị cần đo) Ví dụ: Ta muốn đo điện áp xoay chiều 220V ta chọn thang

đo có giá trị điện áp 250V

Bước 3: Chỉnh kim về 0 Dùng vít dẹp vặn núm chỉnh (nằm ở giữa khung kim) để về vị trí 0

Bước 4: Tiến hành đo Đặt 2 que đo vào nguồn điện áp cần đo

Bước 5: Đọc kết quả khi kim ổn định

Đo điện áp 1 chiều: (DCV: Điện áp 1 chiều)

Thiết bị dùng để đo điện áp được gọi là volt kế

Volt kế được mắc song song với phụ tải

Khi điện áp cần đo tạo ra dòng điện nằm trong giới hạn dòng tối đa của cơ cấu, thì ta có thể đo trực tiếp

Khi điện áp cần đo lớn, ta phải mở rộng tầm đo cho volt kế

Khi mắc volt kế vào mạch điện, volt kế sẽ tiêu thụ một phần điện năng nên gây ra sai số trong quá trình đo

Khi chưa mắc volt kế vào mạch (khoá K hở), điện áp rơi trên tải là

Nếu I = Itải thì phép đo chính xác nhất

Từ biểu thức trên, ta thấy để phép đo đạt được chính xác khi

Một vôn kế có tầm đo 5V được mắc vào mạch như sơ đồ

a Tính giá trị điện áp trên điện trở R2 khi chưa mắc vôn kế vào mạch

b Tính giá trị điện áp trên điện trở R2 khi mắc vôn

Trang 19

Nên

2 2

1 Đo điện áp một chiều

Các cơ cấu đo từ điện, điện từ, điện động đều hoạt động với dòng điện một chiều nên được dùng để chế tạo Volt kế một chiều Trong các cơ cấu đo trên, cơ cấu đo kiểu từ điện được sử dụng nhiều hơn cả vì có độ chính xác cao và tiêu tốn ít năng lượng (tổn hao thấp) nhưng cơ cấu này có nhược điểm là điện áp định mức khoảng từ 50 mV đến 75mV Cho nên khi đo điện áp lớn hơn giá trị định mức, ta phải mắc thêm điện trở Shunt nối tiếp với cơ cấu đo

Sơ đồ hình bên sử dụng một điện trở Shunt mắc nối tiếp với cơ cấu đo để giảm điện áp đặt lên cơ cấu đo

Để hạn chế sai số trong quá trình đo, điện trở Shunt thường được chế tạo bằng manganin là vật liệu ít thay đổi giá trị điện trở theo nhiệt độ

Ví dụ: Một cơ cấu đo từ điện có dòng điện cực đại của khung đo là 60mA, điện trở của cơ cấu đo là RV = 10 Ω Tính giá trị điện trở Shunt gắn thêm vào để khung đo lệch hết kim khi đo nguồn điện áp 30V

Giải

Ta có V

S V

U I

R R



suy ra S . V

Như vậy để kim lệch hết khung đo khi đo nguồn điện 30 V thì điện trở Shunt cần mắc thêm vào phải có giá trị là RS = 490 Ω

2 Quy trình đo điện áp 1 chiều

Hình 1.10: Sơ đồ sử dụng một điện trở Shunt mắc

nối tiếp và song song

Trang 20

Bước 1: Đặt đồng hồ đúng vị trí, xem ký hiệu trên mặt đồng hồ

Bước 2: Chọn đại lượng đo điện áp 1 chiều có giá trị thang đo thích hợp (lớn hơn giá trị cần đo) Ví dụ: Ta muốn đo điện áp 1 chiều 9V ta chọn thang đo có giá trị điện áp 10V

Bước 3: Chỉnh kim về 0 Dùng vít dẹp vặn núm chỉnh (nằm ở giữa khung kim) để về vị trí 0

Bước 4: Tiến hành đo Đặt 2 que đo vào nguồn điện áp cần đo Que đỏ cực dương, que đen cực âm Phải đặt que đo đúng cực tính

Bước 5: Đọc kết quả khi kim ổn định

Câu hỏi ôn tập:

1 Một vôn kế có tầm đo 10V được mắc vào mạch như sơ đồ

a Tính giá trị điện áp trên điện trở R2 khi chưa mắc vôn kế vào mạch

b Tính giá trị điện áp trên điện trở R2 khi mắc vôn kế vào mạch (Vôn kế có

Rm = 100 kΩ)

2 Trình bày quy trình đo điện áp xoay chiều bằng đồng hồ VOM?

3 Trình bày quy trình đo điện áp một chiều bằng đồng hồ VOM?

Trang 21

BÀI 4: ĐO DÒNG ĐIỆN

* Mục Tiêu:

Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:

- Tính toán được các thông số dòng điện trong mạch;

- Trình bày quy trình đo dòng điện;

- Đo được dòng điện của các thiết bị trong quá trình làm việc;

- Đảm bảo tính chính xác và an toàn cho người và thiết bị

I Thiết Bị, Vật Tư:

- Các nguồn điện đo dòng điện, mô hình thực tính toán và thực hành đo dòng điện

- Đồng hồ vạn năng các loại, ampe kìm

II Nội Dung:

Dòng Điện Một Chiều

1 Đặc điểm

Để đo dòng điện một chiều, ta có thể sử dụng cơ cấu đo kiểu điện từ, từ điện hay điện động Thông thường ta sử dụng cơ cấu đo kiểu từ điện vì có độ nhạy cao lại tiêu thụ năng lượng ít khoảng 0.2 đến 0.4W và vạch chia trên thang đo đều nên

dễ đọc

Khung dây của ampe kế kiểu từ điện được quấn bằng dây đồng có đường kính

từ 0.03 đến 0.2mm, số vòng dây khoảng 300 vòng nên dòng điện cho phép qua cơ cấu đo từ 100µA đến 20mA và điện trở của cơ cấu đo khoảng 20Ω đến 2000Ω

2 Phương pháp mở rộng thang đo

Trong quá trình đo dòng điện, đôi khi giá trị cần đo lớn hơn giới hạn cho phép của cơ cấu đo, khi đó ta phải mở rộng thang đo cho ampe kế Phương pháp phổ biến là dùng điện trở Shunt, điện trở Shunt thường làm bằng manganin mắc song song với cơ cấu đo (thường dòng điện đi qua điện trở Shunt lớn hơn dòng điện đi qua cơ cấu đo rất nhiều)

Hình 1.11: Điện trở Shunt mắc song song với cơ cấu đo

Khi có điện trở Shunt trong mạch đo, dòng điện phân nhánh vào khung quay

và điện trở Shunt tỉ lệ nghịch với giá trị điện trở của chúng Để thay đổi giới hạn khung đo của ampe kế, ta thay đổi giá trị điện trở Shunt Ta có thể điều chỉnh giá trị điện trở

Shunt để phù hợp cho từng giá trị dòng điện cần đo

R I R

I



Trang 22

Ittế = IA+Is

Ví du:

Một ampe kế kiểu từ điện có nội trở Rm = 99 Ω và dòng điện làm kim lệch tối

đa là Imax = 0.1mA Tính giá trị dòng điện thực tế nếu giá trị điện trở Shunt là RS

* Các loại điện trở Shunt

Có hai loại điện trở Shunt

Điện trở Shunt gắn trong

Điện trở Shunt gắn ngoài

Điện trở Shunt gắn trong: Được chế tạo đặt trong ampe kế đo dòng điện nhỏ hơn 30A

Điện trở Shunt gắn ngoài: là bộ phận điện trở gắn ngoài đi kèm với ampe

kế bộ điện trở Shunt ngoài được đặt trong một hộp riêng để đảm bảo điều kiện tỏa nhiệt Với bộ điện trở shunt gắn ngoài ta có thể đo dòng điện có cường độ từ vài ampe đến 10 kA Shunt gắn ngoài có 4 cực, 2 cực nhỏ còn gọi là cực áp gắn vào ampe kế và 2 cực lớn còn gọi là cực dòng đấu với cực cần đo dòng điện Khi sử dụng, ta cần lưu ý các cực này tránh nhầm lẫn để không làm hư cơ cấu đo

Hình 1.12: Điện trở Shunt mắc song song Hình 1.13: Điện trở Shunt mắc nối tiếp

Để có nhiều cấp đo khác nhau (nhiều thang đo), ta có thể mắc các điện trở Shunt độc lập hay nối tiếp Điện trở Shunt mắc độc lập như hình 1 (song song) ít được sử dụng hơn dạng điện trở Shunt mắc nối tiếp (hình 2)

Đối với điện trở Shunt mắc nối tiếp, giá trị điện trở thành phần được xác định theo biểu thức

1 1

Trang 23

Tính toán điện trở Shunt để mở rộng thang đo

Gọi n là hệ số điều chỉnh dòng điện (là tỷ số giữa dòng điện tải và dòng điện qua ampe kế)

Suy ra

1

A S

R R n



Như vậy để mở rộng thang đo, ta mắc điện trở Shunt có giá trị nhỏ hơn điện trở của cơ cấu đo (n – 1) lần

Ví dụ

Một cơ cấu đo có giá trị giới hạn đo là Imax = IA = 50µA, điện trở nội của

cơ cấu đo là r0 = 300Ω Tính các giá trị của điện trở shunt để có thang đo 100µA, 1mA và 10mA

Giải: Một cơ cấu đo có giá trị giới hạn đo là Imax = IA = 50µA, điện trở nội của cơ cấu đo là r0 = 300Ω Tính các giá trị của điện trở shunt để có thang đo 100µA, 1mA và 10mA

Giải

Thang đo 100mA 1

1

100 2 50

A

I n I

A

I n I

A

I n I

1 Quy trình đo cường độ dòng điện 1 chiều: (mADC: Điện áp 1 chiều)

Bước 1: Đặt đồng hồ đúng vị trí, xem ký hiệu trên mặt đồng hồ

Bước 2: Chọn đại lượng đo cường độ dòng điện 1 chiều có giá trị thang đo thích hợp (lớn hơn giá trị cần đo) Ví dụ: ta muốn đo dòng điện 1 chiều 80mA ta chọn thang đo có giá trị 100mA

Bước 3: Chỉnh kim về 0 Dùng vít dẹp vặn núm chỉnh (nằm ở giữa khung kim) để về vị trí 0

Bước 4: Tiến hành đo Que đỏ cực dương, que đen cực âm Phải đặt que đo đúng cực tính

Bước 5: Đọc kết quả khi kim ổn định

Dòng Điện Xoay Chiều

Để đo dòng điện xoay chiều ở tần số công nghiệp, ta thường dùng các ampe

kế điện từ, điện động hay sắt điện động

Để đo dòng điện xoay chiều ở tần số âm tần và có thể sử dụng nhiều cấp

Trang 24

thang đo khác nhau, ta thường sử dụng ampe vòng từ điện chỉnh lưu Ampe nhiệt điện được dùng để đo dòng điện xoay chiều có tần số cao và siêu cao

1 Ampe kế điện từ

Ampe kiểu điện từ được chế tạo dựa trên cơ cấu đo chỉ thị điện từ Mỗi cơ cấu

đo được chế tạo với số ampe vòng IW nhất định

- Đối với các cơ cấu đo có cuộn dây hình xuyến thường có ampe vòng là

IW = 200 A.vòng

- Đối với cuộn dây dẹp có ampe vòng là IW = 100 ÷ 150 A.vòng

- Đối với mạch từ khép kín có ampe vòng là IW = 50 ÷ 1000 A.vòng

Kết luận

Muốn mở rộng thang đo của ampe kế điện từ chỉ cần thay đổi sao cho

IW = W1I1 = W2I2 = W3I3 = = WnIn = const

Ví du: Một ampe kế điện từ có IW = 300 A.vòng có 3 tầm đo (thang đo) là I1

= 1A, I2 = 5A và I3 = 10A Xác định số vòng dây ở từng phân đoạn

Giải

Ta có: IW = W1I1 = W1I1= W1I1 = 300 A vòng

Khi đó ta xác định số vòng ở từng phân đoạn cho từng thang đo

Kết luận

Ampe kế điện từ có nhiều nhất là ba thang đo vì khi tăng số lượng thang

đo lên việc bố trí mạch chuyển thang đo sẽ phức tạp không thể thực hiện được Muốn đo các dòng điện có trị số khác nhau, ta sử dụng biến dòng để cơ cấu đo được đơn giản hơn (sử dụng ampe kềm)

* Một ampe kế điện từ có 2 thang đo, ta chia cuộn dây tĩnh thành hai phân đoạn bằng nhau

Nếu nối tiếp 2 phân đoạn này ta sẽ được dòng điện là I1

Nếu đấu song song hai phân đoạn này ta sẽ được dòng điện là I2 = 2I1

Hình 1.14: Mạch mắc nối tiếp Hình 1.15: Mạch mắc song song

Việc mở rộng tầm đo cho cơ cấu điện động: mắc điện trở Shunt song song với cuộn dây di động (tương tự như mở rộng tầm đo cho cơ cấu từ điện)

Như đã trình bày ở trên, cơ cấu điện từ và điện động đều hoạt động được với dòng xoay chiều Do đó có thể dùng cơ cấu này trực tiếp hoặc mở rộng tầm đo

Trang 25

dòng như đã đề cập ở phần trên Riêng cơ cấu từ điện khi dùng ta phải biến đổi dòng AC thành DC bằng cách dùng diode để chỉnh lưu dòng điện Số lượng diode

có thể là 1 (nắn bán kỳ) 2 hoặc 4 diode (nắn toàn kỳ)

Dòng điện qua diode nối tiếp với cơ cấu từ điện là dòng điện xoay chiều đã chỉnh lưu thành dòng một chiều

Trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu

max 0

Hình 1.16: Dòng điện qua diode

Nếu dòng điện xoay chiều có dạng i = Imsint

Khi đó nếu dùng phương pháp chỉnh lưu bán kỳ (dùng 1 diode) thì

Hình 1.17: Cơ cấu đo từ điện sử dụng điện trở Shunt

Ngoài việc sử dụng điện trở Shunt, ta còn có thể mở rộng tầm đo bằng cách dùng biến dòng TI (CT) TI có số vòng dây cuộn sơ cấp W1 rất ít (thường là 1 vòng) so với số vòng dây cuộn thứ cấp W2 Khi thay đổi số vòng dây sẽ thay đổi thang đo theo tỉ số W1/W2

Hình 1.18: Biến dòng

Ta nhận thấy dòng điện tải (dòng điện sơ cấp) I1 có giá trị lớn hơn dòng điện

Trang 26

qua cơ cấu đo (dòng điện thứ cấp) rất nhiều, thường từ 25 đến hàng trăm lần

Nguyên tắc hoạt động của CT (TI )

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, khi có dòng điện i1 đi qua cuộn sơ cấp, làm xuất hiện từ thông biền thiên trong mạch, từ thông này móc vòng qua cuộn dây thứ cấp nên ơ hai đầu cuộn dây thứ cấp có sức điện động cảm ứng Do cuộn dây thứ cấp của TI kín mạch nên có dòng điện i2, dòng điện này phù hợp với

cơ cấu đo

Theo nguyên lý hoạt động của biến dòng, ta có

Ngoài chức năng chính là đo cường độ dòng điện xoay chiều, Ampe kìm còn được thiết kế để đo điện áp xoay chiều hoặc đo điện trở

Hình 1.19: Ampe kìm

2 Quy trình đo ampe kìm

Bước 1: Chọn đại lượng đo dòng điện xoay chiều có giá trị thang đo thích hợp (lớn hơn giá trị cần đo)

Bước 2: Tiến hành đo Cho dây dẫn có dòng điện chạy qua vào khung kẹp Lưu ý: Chỉ cho 1 dây của 2 (hay nhiều) dây nguồn vào khung kẹp

Bước 3: Đọc giá trị khi kim ổn định

Lưu ý: Nếu đo dòng điện ở trên cao ta không thể đọc được kết quả ngay thì ta

có thể bấm nút hold trên ampe để giữ giá trị đo lại rồi đọc sau

Câu hỏi ôn tập:

1 Trình bày qui trình đo kiểm tra dòng điện xoay chiều?

2 Một ampe kế điện từ có IW = 500 A.vòng có 3 tầm đo (thang đo) là I1 =

Trang 27

1A, I2 = 5A và I3 = 10A Xác định số vòng dây ở từng phân đoạn

Trang 28

CHƯƠNG 2: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT

BÀI 1: ĐO NHIỆT ĐỘ

* Mục Tiêu:

Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:

- Trình bày được khái niệm nhiệt độ;

- Đổi được các đơn vị nhiệt độ;

- Đo được các loại nhiệt kế thông dụng;

- Đảm bảo tính chính xác và an toàn cho người và thiết bị

I Thiết Bị, Vật Tư

- Nhiệt kế các loại, các nguồn cấp nhiệt

II Nội Dung

1 Những vấn đề chung

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

2 Khái niệm nhiệt độ

Từ lâu người ta đã biết rằng tính chất của vật chất có liên quan mật thiết tới mức độ nóng lạnh của vật chất đó Nóng lạnh là thể hiện tình trạng giữ nhiệt của vật và mức độ nóng lạnh đó được gọi là nhiệt độ Vậy nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho trạng thái nhiệt, theo thuyết động học phân tử thì động năng của vật

E - Động năng trung bình chuyển động thẳng của các phân tử

T - Nhiệt độ tuyệt đối của vật

Theo định luật 2 nhiệt động học: Nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra của môi chất trong chu trình Cácnô tương ứng với nhiệt độ của môi chất và có quan hệ Vậy khái niệm nhiệt độ không phụ thuộc vào bản chất mà chỉ phụ thuộc nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra của vật

Muốn đo nhiệt độ thì phải tìm cách xác định đơn vị nhiệt độ để xây dựng thành thang đo nhiệt độ (có khi gọi là thước đo nhiệt độ, nhiệt giai) Dụng cụ dùng

đo nhiệt độ gọi là nhiệt kế, nhiệt kế dùng đo nhiệt độ cao còn gọi là hỏa kế Quá

trình xây dựng thang đo nhiệt độ tương đối phức tạp Từ năm 1597 khi xuất hiện nhiệt kế đầu tiên đến nay thước đo nhiệt độ thường dùng trên quốc tế vẫn còn những thiếu sót đòi hỏi cần phải tiếp tục nghiên cứu thêm

3 Đơn vị và thang đo nhiệt độ

3.1 Sơ lược về quá trình xây dựng thang đo nhiệt độ:

1731: Reomua sử dụng rượu làm nhiệt kế Ông lấy rượu có nồng độ thích hợp

nhúng vào nước đá đang tan và lấy thể tích là 1000 đơn vị và khi đặt trong hơi nước đang sôi thì lấy thể tích là 1080 đơn vị, và xem quan hệ dãn nở đó là đường thẳng để chia đều thước ứng với 0 oR đến 80 o

R

1742: A.Celsius sử dụng thủy ngân làm nhiệt kế Ông lấy 1000C ứng với điểm tan của nước đá còn 0oC là điểm sôi của nước và sau này đổi lại điểm sôi là 100o

C còn điểm tan của nước đá là 0o

C

1848: Kelvin xây dựng thước đo nhiệt độ trên cơ sở nhiệt động học Theo

định luật nhiệt động học thứ 2, công trong chu trình Cácnô tỷ lệ với độ chênh nhiệt

độ chứ không phụ thuộc chất đo nhiệt độ Kelvin lấy điểm tan của nước đá là 273,1

độ và gọi 1 độ là chênh lệch nhiệt độ ứng với 1% công trong chu trình Cácnô giữa điểm sôi của nước và điểm tan của nước đá ở áp suất bình thường

1877: Ủy ban cân đo quốc tế công nhận thước chia độ Hydrogen bách phân

làm thước chia nhiệt độ cơ bản, 0 và 100 ứng với điểm tan của nước đá và điểm sôi của nước ở áp suất tiêu chuẩn (760 mmHg)

4 Dụng cụ và phương pháp đo nhiệt độ

Hình 2.1: Các loại nhiệt kế

Có nhiều loại dụng cụ đo nhiệt độ, tên gọi của mỗi loại một khác nhưng

thường gọi chung là nhiệt kế Trong dụng cụ đo nhiệt độ ta thường dùng các khái

niệm sau:

Nhiệt kế: là dụng cụ (đồng hồ) đo nhiệt độ bằng cách cho số chỉ hoặc tín hiệu

là hàm số đã biết đối với nhiệt độ

Trang 30

Bộ phận nhạy cảm: của nhiệt kế là bộ phận của nhiệt kế dùng để biến nhiệt

năng thành một dạng năng lượng khác để nhận được tín hiệu (tin tức) về nhiệt độ Nếu bộ phận nhạy cảm tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo thì gọi là nhiệt kế

đo trực tiếp và ngược lại

Theo thói quen người ta thường dùng khái niệm nhiệt kế để chỉ các dụng cụ

đo nhiệt độ dưới 600oC, còn các dụng cụ đo nhiệt độ trên 600oC thì gọi là hỏa kế

Theo nguyên lý đo nhiệt độ, đồng hồ nhiệt độ được chia thành 5 loại chính

1/ Nhiệt kế giãn nở: đo nhiệt độ bằng quan hệ giữa sự giãn nở của chất rắn

hay chất nước đối với nhiệt độ Phạm vi đo thông thường từ -200 đến 500oC Ví dụ như nhiệt kế thủy ngân, rượu

2/ Nhiệt kế kiểu áp kế: đo nhiệt độ nhờ biến đổi áp suất hoặc thể tích của chất

khí, chất nước hay hơi bão hòa chứa trong một hệ thống kín có dung tích cố định khi nhiệt độ thay đổi Khoảng đo thông thường từ 0 đến 300o

C

3/ Nhiệt kế điện trở: đo nhiệt độ bằng tính chất biến đổi điện trở khi nhiệt độ

thay đổi của vật dẫn hoặc bán dẫn Khoảng đo thông thường từ -200 đến 1000°C

4/ Cặp nhiệt còn gọi là nhiệt ngẫu, pin nhiệt điện Đo nhiệt độ nhờ quan hệ

giữa nhiệt độ với suất nhiệt điện động sinh ra ở đầu mối hàn của 2 cực nhiệt điện làm bằng kim loại hoặc hợp kim Khoảng đo thông thường từ 0 đến 1600o

C

5/ Hỏa kế bức xạ: gồm hỏa kế quang học, bức xạ hoặc so màu sắc Đo nhiệt

độ của vật thông qua tính chất bức xạ nhiệt của vật Khoảng đo thường từ 600 đến

6000oC Đây là dụng cụ đo gián tiếp

Nhiệt kế còn được chia loại theo mức độ chính xác như:

- Loại chuẩn - Loại mẫu - Loại thực dụng

Hoặc theo cách cho số đo nhiệt độ ta có các loại :

- Chỉ thị - Tự ghi - Đo từ xa

5 NHIỆT KẾ GIÃN NỞ

Thể tích và chiều dài của một vật thay đổi tùy theo nhiệt độ và hệ số giãn nở của vật đó Nhiệt kế đo nhiệt độ theo nguyên tắc đó gọi là nhiệt kế kiểu giãn nở Ta

có thể phân nhiệt kế này thành 2 loại chính đó là: Nhiệt kế giãn nở chất rắn (còn

gọi là nhiệt kế cơ khí) và nhiệt kế giãn nở chất nước

5.1 Nhiệt kế giãn nở chất rắn

Nguyên lý đo nhiệt độ là dựa trên độ giãn nở dài của chất rắn

Lt = Lto [ 1 +  ( t - to ) ]

Lt và Lto là độ dài của vật ở nhiệt độ t và to

 - gọi là hệ số giãn nở dài của chất rắn

Các loại :

+ Nhiệt kế kiểu đũa:

Cơ cấu là gồm - 1 ống kim loại có 1 nhỏ và 1 chiếc đũa có 2 lớn

+ Kiểu bản hai kim loại (thường dùng làm rơle trong hệ thống tự động đóng

ngắt tiếp điểm)

Hệ số dãn nở dài của một số vật liệu

Trang 31

Hình 2.2: Nhiệt kế dãn nỡ 5.2 Nhiệt kế giãn nở chất lỏng

Nguyên lý: tương tự như các loại khác nhưng sử dụng chất lỏng làm môi chất

(như Hg, rượu)

Cấu tạo: Gồm ống thủy tinh hoặc thạch anh trong đựng chất lỏng như thủy

ngân hay chất hữu cơ

Tuy Hg có  không lớn nhưng nó không bám vào thủy tinh khó bị ôxy hóa,

dễ chế tạo, nguyên chất, phạm vi đo nhiệt độ rộng Ở nhiệt độ < 200oC thì đặc tính dãn nở của Hg và t là quan hệ đường thẳng nên nhiệt kế thủy ngân được dùng nhiều hơn các loại khác

Nhiệt kế thủy ngân nếu đo nhiệt độ < 100 oC thì trong ống thủy tinh không cần nạp khí, khi đo ở nhiệt độ cao hơn và nhất là khi muốn nâng cao giới hạn đo trên thì phải nâng cao điểm sôi của nó bằng cách nạp khí trơ (N2) vào

- Nếu nạp N2 với áp suất 20 bar thì đo đến 500 oC

- Nếu nạp N2 với áp suất 70 bar thì đo đến 750 oC

Người ta dùng loại này làm nhiệt kế chuẩn có độ chia nhỏ và thang đo từ 0 

50; 50  100o và có thể đo đến 600 oC

Ưu điểm: đơn giản rẻ tiền sử dụng dễ dàng thuận tiện khá chính xác

Trang 32

Khuyết điểm: độ chậm trễ tương đối lớn, khó đọc số, dễ vỡ không tự ghi số đo

phải đo tại chỗ không thích hợp với tất cả đối tượng (phải nhúng trực tiếp vào môi chất)

Phân loại: Nhiệt kế chất nước có rất nhiều hình dạng khác nhau nhưng:

+ Xét về mặt thước chia độ thì có thể chia thành 2 loại chính:

- Hình chiếc đũa

- Loại thước chia độ trong

+ Xét về mặt sử dụng thì có thể chia thành các loại sau:

- Nhiệt kế kỹ thuật: khi sử dụng phần đuôi phải cắm ngập vào môi trường cần

đo (có thể hình thẳng hay hình chữ L) Khoảng đo - 30  50C; 0  50 500

- Chú ý: Khi đo ta cần nhúng ngập đầu nhiệt kế vào môi chất đến mức đọc

* Loại có khoảng đo ngắn độ chia 0,0001  0,02oC dùng làm nhiệt lượng kế

C Trong tự động còn có loại nhiệt kế tiếp điểm điện

Các tiếp điểm làm bằng bạch kim

Trong CN phải đặt nơi sáng sủa sạch sẽ ít chấn động thuận tiện cho đọc và vận hành

Bao nhiệt phải đặt ở tâm dòng chất lỏng với độ sâu quy định

- Nếu đường kính ống đựng môi chất lớn thì ta đặt nhiệt kế thẳng đứng

- Nếu đo môi chất có nhiệt độ và áp suất cao thì cần phải có vỏ bảo vệ

+ Nếu nhiệt độ t < 150oC thì ta bơm dầu vào vỏ bảo vệ

+ Nếu nhiệt độ cao hơn thì ta cho mạt đồng vào

Trang 33

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 -50o

C  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 CCX = 1,6; 4;2,5 một số ít có CCX = 1

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:

1- Loại chất lỏng: dựa vào mới liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ t

p - po = 

 ( 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,

 : hệ số giản nỡ thể tích  : Hệ số nén ép của chất lỏng

Chất lỏng thường dùng là thủy ngân có  = 18 10-5.oC-1,  = 0,4 10-5cm²/kG

Vậy đối với thủy ngân t - to = 1 o

C 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 o

C)

2- Loại chất khí: Thường dùng các khí trơ: N2, He

Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ xem như khí lý tưởng

 = 0,0365 oC-1

3- 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

Chú ý khi lắp đặt:

- 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 < 25 m đối với các môi chất khác

thủy ngân, còn môi chất là Hg thì < 10 m

6 NHIỆT KẾ NHIỆT ĐIỆN

6.1 Nguyên lý đo nhiệt độ của nhiệt kế nhiệt điện (cặp nhiệt)

Giả sử nếu có hai bản dây dẫn nối với nhau và 2 đầu nối có nhiệt độ khác

nhau thì sẽ xuất hiện suất điện động (sđđ) nhỏ giữa hai đầu nối do đó sinh ra hiệu

ứng nhiệt

Trang 34

Nguyên lý: Dựa vào sự xuất hiện suất nhiệt điện động trong mạch khi có độ

chêch nhiệt độ giữa các đầu nối

Cấu tạo: Gồm nhiều dây dẫn khác loại có nhiệt độ khác nhau giữa các đầu nối

Giữa các điểm tiếp xúc xuất hiện sđđ ký sinh và trong toàn mạch có sđđ tổng

Hình 2.5: Nhiệt kế nhiệt điện

Chú ý :

- Khi nối cặp nhiệt với dây dẫn thứ 3 thì những điểm nối phải có nhiệt độ

bằng nhau

- Vật liệu cặp nhiệt phải đồng nhất theo chiều dài

6.2 Vật liệu và cấu tạo cặp nhiệt

Có thể chọn rất nhiều loại và đòi hỏi tinh khiết, người ta thường lấy bạch kim

tinh khiết làm cực chuẩn vì: Bạch kim có độ bền hóa học cao các tính chất được

nghiên cứu rõ, có nhiệt độ nóng chảy cao, dễ điều chế tinh khiết và so với nó người

ta chia vật liệu làm dương tính và âm tính

Hình 2.6: Cấu tạo cặp nhiệt

Trang 35

Yêu cầu của các kim loại :

Hình 2.7: Cấu tạo cặp nhiệt kim loại

- Có tính chất nhiệt điện không đổi theo thời gian, chịu được nhiệt độ cao có

độ bền hóa học, không bị khuyếch tán và biến chất Sđđ sinh ra đổi theo đường thẳng đối với nhiệt độ

- Độ dẫn điện lớn, hệ số nhiệt độ điện trở nhỏ có khả năng sản xuất hàng loạt,

- Dây bù nối từ cặp nhiệt đi phía trên có hộp bảo vệ

Yêu cầu của vỏ bảo vệ

- Đảm bảo độ kín

- Chịu nhiệt độ cao và biến đổi đột ngột của nhiệt độ

- Chống ăn mòn cơ khí và hóa học

- Hệ số dẫn nhiệt cao

- Thường dùng thạch anh, đồng, thép không rỉ để làm vỏ bảo vệ

Ứng với mỗi loại cặp nhiệt có một loại dây bù riêng

7 NHIỆT KẾ ĐIỆN TRỞ (NKĐT)

Điện trở là một đặc tính vật liệu có quan hệ với nhiệt độ Nếu xác định được mối quan hệ có trước thì sau này chỉ cần đo điện trở là biết được nhiệt độ của vật

Hệ thống đo nhiệt độ theo nguyên tắc trên gồm: phần tử nhạy cảm nhiệt thường gọi

là nhiệt kế điện trở Dây nối và đồng hồ thứ cấp Dùng nhiệt kế điện trở đo nhiệt độ

có thể đạt được chính xác rất cao, chính xác tới 0,02oC thì thực hiện không khó khăn lắm, khi đo độ chênh nhiệt độ không lớn còn có thể đạt chính xác tới 0,005oC Cách đo này cho phép dễ dàng thỏa mãn các yêu cầu đưa số đi xa đo nhiều điểm và đo nhiệt độ thấp, phạm vi ứng dụng của nó -200o

C  1000C

7.1 Nguyên lý đo nhiệt độ bằng NKĐT

Trang 36

Nguyên lý: Dựa trên sự thay đổi điện trở (trở kháng) của vật liệu theo nhiệt

độ

Đặc điểm: Trong sơ đồ đo của NKĐT ta cần phải có nguồn điện ngoài ra kích

thước của nó lớn nên phạm vi sử dụng bị hạn chế

Vật liệu làm NKĐT phải có hệ số nhiệt trở lớn, bền hóa học, rẻ, dễ chế tạo

Chọn vật liệu làm NKĐT: ít chọn hợp kim vì hệ số nhiệt điện trở của nó

nhỏ, ngoài ra Ni và Fe mặc dù điện trở suất và  lớn nhưng đường đặc tính nhiệt

độ điện trở phức tạp Thường sử dụng Cu, Pt đường đặc tính nhiệt điện trở của chúng có dạng đường thẳng Cu có khoảng đo từ -50  80 oC, Pt có khoảng đo từ -

200  1000 oC Ngoài ra còn sử dụng chất bán dẫn

Nhƣợc: Khi cấu tạo đòi hỏi nguyên chất cao (vì tránh sai số lớn)

Sử dụng trong công nghiệp chưa nhiều Các chất bán dẫn thường dùng là hỗn hợp CuO, Mn, Mg, Ni, Coban

7.2 Cấu tạo nhiệt kế điện trở (của bộ phận nhạy cảm)

Dây Pt dùng làm NKĐT được gấp đôi và quấn quanh lõi MiCa, dây không sơn cách điện, đường kính dây 0,07 mm, chiều dài dây l > 100 m (hoặc dây dẹt có diện tích tiết diện là 0,002mm2

)

Hình 2.8: Nhiệt kế điện trở Cấu tạo khác: Thường ta dùng NK điện trở Pt làm nhiệt kế chuẩn Còn nếu

dùng dây Cu thì sơn cách điện dày 0,1 mm và quấn thành lớp, lõi bằng nhựa dây nối đến đầu nhiệt kế bằng dây đồng  = 1  1,5 mm; một số trường hợp có thể đặt thêm một số vỏ bảo vệ

NKĐT bán dẫn có cấu tạo:

Hình 2.9: Nhiệt kế điện tử bán dẫn

1- Vật bán dẫn 2- Nắp tiếp mạch 3- Dây nối (thường = Cu) 4- Vỏ kim loại bảo vệ 5- Chất cách điện (thủy tinh) 6- Thiếc

7- Sơn êmay cách điện

Trang 37

8 SAI SỐ NHIỆT ĐỘ THEO PHƯƠNG PHÁP TIẾP XÚC

Giả sử đo nhiệt độ trong môi trường có nhiệt độ t, bộ phận nhạy cảm sẽ cho

số chỉ của nhiệt độ môi trường, nhưng thực chất đó không phải là nhiệt độ môi trường, vì do sự trao đổi nhiệt giữa môi trường và bộ phận nhạy cảm có tổn thất

Sự trao đổi nhiệt giữa bộ phận nhạy cảm và môi trường dưới 3 hình thức Q1,

Q2, Q3

Hình 2.10: Phương pháp đo nhiệt độ

Q 1 là nhiệt lượng mà bộ phận nhạy cảm nhận của môi trường Tổng quát Q1

có thể do bức xạ, dẫn nhiệt hoặc đối lưu Trong một số trường hợp do sự biến động năng do va chạm Ngoài ra còn có thể do các phản ứng hóa học hay lý học kèm theo tỏa nhiệt

Q 2 là nhiệt lượng do bộ phận nhạy cảm bức xạ đến môi trường

Q 3 là nhiệt lượng mất mát do dẫn nhiệt ra ngoài

Khi cân bằng: Q1= Q2 + Q3

Muốn đo chính xác thì cần phải làm sao cho Q2 và Q3 ít nhất và sự thu nhiệt Q1 nhanh nhất

8.1 Đo nhiệt độ khi gần ống đo có vách lạnh

Trong thực tế ta thường đo nhiệt độ của dòng môi chất mà gần nó có những vật có nhiệt độ thấp hơn nhiều Do đó sự hấp thụ nhiệt từ ống đo đến các bề mặt này (Q2) tăng, mà Q1 = Q2 + Q3 Do đó cần phải giảm Q3 càng nhỏ càng tốt

Nhiệt kế khí động

Trong thực tế người ta đã nghiên cứu phương pháp đo nhiệt độ kiểu tiếp xúc

không dùng bộ phận nhạy cảm để tránh sai số gây bởi bức xạ Mội trong số đó là NKKĐ phương pháp đo mới này gần đây đã được dùng phổ biến để đo nhiệt độ

khí trong lò công nghiệp

Nhiệt kế khí động, dùng đo nhiệt độ khí trong lò công nghiệp

Hình 2.11: Nhiệt kế khí động

Trang 38

1- lò công nghiệp, 2- tiết lưu, 3- áp kế có thang đo nhiệt độ, 4- thiết bị làm nguội, 5- tiết lưu, 6- bộ điều chỉnh, 7- van đ/chỉnh lưu lượng khí xả ra ngoài là không đổi

Khí trong lò công nghiệp có áp suất p1, và nhiệt độ T1(oK) sau khi qua cửa tiết lưu 2 thì được 4 làm nguội đến nhiệt độ môi trường xung quanh, sau đó đi qua cửa tiết lưu 5 qua van 7 rồi xả ra ngoài Nhờ BĐC 6 để điều chỉnh van 7 giữ cho hiệu

áp ở 2 bên cửa tiết lưu 5 không đổi, do đó lưu lượng trọng lượng của dòng khí cũng không đổi

8.2 ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁN TIẾP

Qúa trình trao đổi nhiệt giữa các vật có thể diễn ra dưới hình thức bức xạ nhiệt, không cần các vật đó trực tiếp tiếp xúc với nhau Bức xạ nhiệt chính là sự truyền nội năng của vật bức xạ đi bằng sóng điện từ Khi một vật khác hấp thụ sóng điện từ của vật bức xạ thì sóng điện từ đó lại được chuyển thành nhiệt năng

Bất kỳ một vật nào sau khi nhận nhiệt thì cũng có một phần nhiệt năng chuyển đổi thành năng lượng bức xạ, số lượng được chuyển đổi đó có quan hệ với nhiệt độ

Vậy từ năng lượng bức xạ người ta sẽ biết được nhiệt độ của vật Dụng cụ dựa vào tác dụng bức xạ nhiệt để đo nhiệt độ của vật gọi là hỏa kế bức xạ, chúng thường được dùng để đo nhiệt độ trên 6000

C

8.2.1 Các dụng cụ đo nhiệt độ bằng phương pháp gián tiếp

Hình 2.12: Súng đo nhiệt độ 8.2.2 Hỏa kế quang học

Trang 39

Nguyên lý làm việc của hỏa kế quang học: so sánh cường độ sáng của vật cần

đo với cường độ sáng của một nguồn sáng chuẩn đó là bóng đèn sợi đốt vonfram sau khi đã được già hóa trong khoảng 100 giờ với nhiệt độ 2000oC, sự phát sáng của đèn ổn định nếu sử dụng ở nhiệt độ 400  1500oC Cường độ sáng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng đốt hoặc dùng bộ lọc ánh sáng Đầu tiên hướng ống kính về phía đối tượng cần đo, điều chỉnh kính vật để ảnh thật của vật nằm trên mặt phẳng của dây tóc bóng đèn, điều chỉnh kính mắt để nhìn rõ ảnh vật và dây tóc bóng đèn Sau đó điều chỉnh biến trở để độ sáng của dây tóc bằng độ cường độ sáng của đối tượng cần đo và được so sánh bằng mắt Nếu cường độ sáng của đối tượng nhỏ hơn độ sáng của sợi đốt ta sẽ thấy được vệt sáng trên nền thẫm (a), nếu độ sáng của đối tượng lớn hơn độ sáng của sợi đốt ta sẽ thấy được vệt thẫm trên nền sáng (b), lúc độ sáng của đối tượng bằng độ sáng của sợi đốt thì hình

ảnh của sợi đốt biến mất (c) (ta không thể phân biệt được vệt dây tóc bóng đèn)

Lúc này ta đọc được giá trị nhiệt độ của đối tượng cần đo

- Nhiệt độ đo được bằng phương pháp này gọi là nhiệt độ sáng TS các hỏa kế quang học được chia độ theo bức xạ của vật đen tuyệt đối nên khi đo thực tế ta được nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thật TS < Tt

Trong thực tế khi đo nhiệt độ của vật có T < 3000oC với bước sóng  trong khoảng 0,4  0,7 m thì mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối có quan hệ với nhiệt độ theo định luật Planck T

C

e C

E   5 2

1 0

8.2.3 Hỏa kế quang điện

Nguyên tắc đo nhiệt độ của hỏa kế quang điện cũng tương tự như hỏa kế quang học song nhờ dùng đèn quang điện làm bộ phận nhạy cảm và thực hiện điều chỉnh độ sáng của bóng đèn một cách tự động nên hỏa kế quang điện là dụng cụ tự động đo được nhiệt độ các quá trình biến đổi nhanh có thể tự ghi số đo một cách liên tục và dùng trong các hệ thống tự động điều chỉnh nhiệt độ

Hình 2.14: Hỏa kế quang điện

1- Đèn quang điện, 2- Kính vật,3- Kính lọc, 4- Máy điều biến sóng ánh sáng kiểu chấn động điện từ, 5- Màng điều tiết, 6- Bóng đèn, 7- Vật cần đo,8- Bộ khuyếch đại điện tử 9- Gương phản xạ 10- Kính mắt 11- Bộ phận chứa đèn