Chương 10: Đo nhiệt độ - Kỹ thuật đo lường

Chương 10: Đo nhiệt độ - Kỹ thuật đo lường

Kỹ thuật đo lường

Đo nhiệt độ

Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THƠN

Cơ sở chung đo nhiệt độ

Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc tính

của vật chất nên trong các quá trình kỹ thuật cũng như trong đời sống hăng ngày rat hay gap yêu câu đo nhiệt độ Ngày nay hau hết các quá trình sản xuất công

nghiệp, các nhà máy đều có yêu cầu đo nhiệt độ

Tùy theo nhiệt độ đo có thê dùng các phương pháp khác nhau, thường phân loại các phương pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo Thông thường nhiệt độ đo được chia thành ba dải: nhiệt độ thập, nhiệt độ trung bình và cao

Ở nhiệt độ trung bình và thấp: phương pháp thường đo là phương pháp tiếp

xúc nghĩa là các chuyên đôi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cân đo

Đối với nhiệt độ cao: đo băng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở

ngoài môi trường đo

Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THƠN

Nhiệt kê nhiệt điện

B va y trong phạm vi sử dụng vơí độ chính xác không cao thì coi như không đáng

kể và quan hệ R„ và t coi như tuyến tính.

Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của P(1I00

Nhiét dién tro kim loai

PLATINUM SENSING WIRE

POWDER ELEMENT " CONNECTION PACKING

HEY PROTECTIVE ; OVERCOAT SMALL DIAMETER PLATINUM oN SENSING WIRE 100 DIA REF NON-ELECTRICALLY CONDUCTIVE WINDING M&aNDREL PROTECTION TUBE POWDER PACKING ELEMENT

SUBASSEMBLY

INTERMEDIATE LEAD WIRES

ELEMENT CONNECTION LEADS

RESISTANCE PATTERN OUTER ——~

PLATINUM INSUL&S TION

Nhiệt điện trở bán dân (NICss:,

B, Nhiét dién tro ban dan (NTC-

Thông thường được chế tạo từ các oxit bán dẫn đa tinh

the: MgO, MgAl,O, Mn,O3, Fe,0,, Co,03, NiO, ZntiO,

—-*ằ imal

| eee abaque donnant la caractéristique

tension-intensité dans l'air à 25°C

abaque donnant la caractéristique

résistance -température pour

5 thermistances différentes

Cau tao -Nhiét dién tro

St CC NIỆ ông bảo vệ

Mạch đo cho CB điện trở

e Độ chính xác, nhiễu yêu câu

e Độ tuyên tính yêu câu

Mạch đo cho CB điện trở

Mạch đo cho CB điện trở

Mạch đo cho CB điện trở

+10V 100 FEET, 30 GAGE COPPER WIRE = 10.50 @ 25°C

TC = 0.385%/°C ASSUME +10°C TEMPERATURE CHANGE NUMBERS IN () ARE @ #35°C

as RLEap 10.59 (10.9046)

/ X

!

i [

OFFSET ERROR OVER TEMPERATURE = +23%FS GAIN ERROR OVER TEMPERATURE = -0.26%FS

Mạch đo cho CB điện trở

+10V 100 FEET, 30 GAGE COPPER WIRE = 10.50 @ 25°C

TC = 0.385%/°C ASSUME +10°C TEMPERATURE CHANGE NUMBERS IN () ARE @ +35°C

Nguồn dòng 2.5mA tạo ra một sự biến thiên

điện áp trên dién tro 1a 100mV/100°C

Rr=Rạ(l+œơÐ; «= 0.385% /°C

Vv Néu R, duoc cung cấp bằng nguồn dòng 2.58

mA thi khi nhiệt độ biến thiên 100°C

AU = AR, [= 0.385 x 2.58 =100mV Điện áp rơi trên R+ được đưa vào khuếch dai

bù điện áp ở 0°C và biến đổi áp thành dòng (4-

20mA) để đưa vào hệ thống thu thập số đo

I- Nhiệt điện trở 2- Modul vao

3- Dòng cung cấp (hằng)

4- Điện áp một chiều khuếch đại

5- Modul ra 6- Điều chỉnh điện áp

Cặp nhiệt ngẫu

Nguyên lý :

Dựa trên hiện tượng nhiệt điện Nếu hai dây

dẫn khác nhau (hình vẽ) nối với nhau tại hai

điểm và một trong hai điểm đó được đốt nóng

thì trong mạch sẽ xuất hiện một dòng điện gây

bởi sức điện động sọi là sức điện động nhiệt

điện, được cho bởi công thức

Er = Ky (t, - ta)

Trong d6: K, - hé s6 hiéu ting nhiét điện

t, - nhiét d6 dau nong b

Praks langth includes approx

Me i miele

Ù

Ky hiéu Ky hiéu hinh

Dac điểm cần lưu tâm

Dây dương như là hợp kim 70%Pt, 30% Rh Day âm la hop kim 94%Pt, 6% Rh Loại B

1800°C, con cac đặc tính khác thx như loại

Dây dương là loại hợp kim 87% Pt, 13%

Rh Dây âm là Pt nguyên chất Cặp này rất

chính xác, bền với nhiệt và ổn định Không

nên dùng ở nhzng môi trường có hơi kim

Dây dương là hợp kim 90% Pt, 10%Rh

Dây âm là Pt nguyên chất Các đặc tính

khác như loại R

Dây dương là hợp kim gồm chủ yếu là Nivà

Cr Day 4m la hop kim chu yéu 1a Ni Dung rộng rãi trong Công nghiệp, bền với môi trường oxy hoá Không được dùng ở môi trường có CO, SO, hay khí SŠ có H

Dây dương nư đốivới loại K Dây âm như

loại J Có sức điên động nhiệt điện cao và

thường dùng ở môi trường acid 2B

eee

couleur point plage fem tolérance ee

Type nom usuel {code US) (°C) ec) (mV) maxi (uQl-cm) e©®

table réf Measurement Instr & Sensors, CRC press, New York, 1999

eee

@ee08 ee0ee8

Junction Materials (at 25°C) Temperature Applications Designation

(uV/°C) Range (°C) Copper/constantan 40.9 —270 to 600 Oxidation, reducing, inert, T

vacuum: preferred below O°C; moisture resistant [ron/constantan 51.7 —270to 1000 Reducing and inert J

atmosphere: avoid oxidation and moisture Chromel/alumel 40.6 —270to 1300 = Oxidation and inert K

atmospheres Chromel/constantan 60.9 —200 to 1000 E

Pt (10% /Rh-Pt 6.0 Oto 1550 — Oxidation and inert S

atmospheres: avoid reducing atmosphere and metallic vapors

Pt (13% /Rh-Pt 6.0 Oto 1600 Oxidation and inert R

atmospheres: avoid reducing atmosphere and metallic vapors

Cac kiéu cap nhiét ngau

Giới hạn nhiệt độ và các ống bảo

ky hiéu duong giới hạn giới hạn trên ống bao vệ bảng ong bảo vệ

kính bên chuẩn im loại (Ò mm) không bằng kim

Cảm biên cặp nhiệt điện

e Một vân đề nảy sinh là khi do bang voltage

meter là phát sinh các chuyên tiêp A-C và B-

Cảm biên cặp nhiệt điện

e Bù nhiệt độ đầu tự do cho cặp nhiệt:

Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THƠN

Cảm biên cặp nhiệt điện

Cảm biên cặp nhiệt điện

e Sử dụng nước đá đang tan:

Z

Cảm biên cặp nhiệt điện

e Sử dụng mạch điện tử:

METAL A SAME _» METAL A ! |

! SENSOR | T1 V(T1) V(T2) ' T2

Đào Đức Thịnh - BM Ky thuat do va THCN

Cảm biên cặp nhiệt điện

e Bù bằng câu nhiệt điện trở:

Cảm biên cặp nhiệt điện

Mạch bù nhiệt độ đầu tự do được thực hiện bằng I mạch cầu 4

nhánh trên ấy có một nhiệt điện trở, hoạt động của nó như sau:

0°C 4 nhánh của cầu cân bằng điện áp ở đường chéo cầu AU=O, khi nhiệt độ ở trên đầu hộp nối dây tức là nhiệt độ đầu tự do thay

(uV/°C) OUTPUT J 52.3 1050 385

choose R6 = —°—e (0.9R5) —T e

Vz

choose R7 = 5 * R5

— where Ty, is absolute zero (—273.16°C)

TL/H/7471-3 Vz is the reference voltage (6.95V for LM329B)

Đào Đức Thinh - BM Ky thuat do va THCN

Cam bién cap nhi

Cảm biên cặp nhiệt điện

e Bù bằng vi điêu khiến:

Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THƠN

@e®@G@6<S e000

Cảm biên cặp nhiệt điện ese

3V OR 5V 0.1UF | (DEPENDING ON ADC)

Cảm biên cặp nhiệt điện

Cam bién cap nhiét dién

VỚI: E+ - sức điện động nhiệt điện

Rez - dién tro cua milivonmet Rxp - điện trở cặp nhiệt điện

Ra - điện trở đường dây

Dien ap roi tren milivonmet:

Cảm biên cặp nhiệt điện

bo cap nhiet ngau cua

I, va U, - Tin hiéu ra một chiều và nguồn cung cấp

cầu

5- Điện áp một chiều khuếch đại 6- Modul ra

7- điều chỉnh điện áp

45

6.4 Do nhiệt độ băng Điôt và:::

e Dựa trên lớp chuyền tiêp bán dẫn

e Quan hệ của dòng điên theo nhiệt độ

LM75 /TCN75

Temperature Sensor

I2C INTERFACE

Ví du về LM335

TO-92 Plastic Package SO-8

Surface Mount Package

See NS Package Order Number LM335M

125 C to 150C 100C to 125C

50000008 580080008 eeeeee

TO-46 Metal Can Package”

DS005698-26

*Case is connected to negative pin

Bottom View Order Number LM135H, LM135H-MIL, LM235H, LM335H, LM135AH, LM235AH or LM335AH

See NS Package

Number H03H

49

Ví du về LM335

TO-92 Plastic Package

DS005698-26

*Case is connected to negative pin

Bottom View Order Number LM135H, LM135H-MIL, LM235H, LM335H, LM135AH, LM235AH or LM335AH

See NS Package

Number H03H

50

less