Báo cáo thực tập Đo lường và cảm biến 3

 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 ứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

BÀI THỰC TẬP ĐO LƯỜNG NHIỆT - ẨM ĐỘ

I TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ NHIỆT KẾ ĐO NHIỆT ĐỘ:

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.

 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)t)

(với: l0 chiều dài vật ở 00C; αt): 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 bằngống 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

 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 bằngống 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

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 tưởngαt) = 0.0365 oC-1

 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 cóđiểm 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 < 25 m đối với các môi chất khác thủy ngân, còn môi chất là Hg thì < 10 m

d) Nhiệt kế điện tử:

 Cặp nhiệt điện:

 Cấu tạo:

 Phân loại:

Type Composition Range Good for Not

recommended for

Use under 540ºC

Oxidizing or humid environments

Wet or humid environments

s

Shock or vibrating equipment

Hig h

s

Shock or vibrating equipment

Hig h

s

Shock or vibrating equipment

Hig h

10µV/°C

 Nguyên lý hoạt động:

Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nống và đầu lạnh của cặp nhiệt thì ở ngõ racủa 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

 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 VoutChân 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 khácnhau 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 REX-C700

 Cấu tạo: Bộ điều khiển nhiệt độ REX-C700 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 REX-C700: 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…

- 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:

- Phụ kiện: pin 9V, bao da

- Nhiệt kế điện tử hồng ngoại an toàn, chính xác, tiện lợi cho gia đình bạn Với côngnghệ 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

 Đối tượng di chuyển hay cố định

2 Chuẩn nhiệt kế trước khi sử dụng:

Chuẩn độ nhiệt kế:

Bước 1: Chuẩn nhiệt kế bằng nước đá đang tan nhiệt độ 00C

Bước 2: Chuẩn nhiệt kế bằng nước sôi 1000C

Bước 3: Vẽ đồ thị đường đặc tính nhiệt kế thực

Nhiệt độ: T1 = 31ᴼC

T2 = 98ᴼC

Thời gian: t = 70s

Khối lượng: m = 1 kg

Nhiệt dung riêng: C = 1 kcal/kg

Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình đun:

Dựa vào giản đồ trắc ẩm ta có ẩm độ của môi trường không khí

2 Nhiệt độ bầu khô, bầu ướt:

Độ chứa hơi trong phòng là: 0,013 kg/kgkkk

Độ chưa hơi ngoài trời là: 0,0235 kg/kgkkk

IV TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ẨM VẬT CHẤT: % MC

 Các phương pháp để xác định ẩm vật chất:

Các công thức tính:

%MC db = Khối lượngchất khô Khối lượng nước × 100 %

%MC wb = Khối lượngnước Tổng khốilượng × 100 %

 Xác định ẩm theo phương pháp cân và tủ sấy

Cân và tủ sấy: Cân -> sấy -> cân lại -> sấy -> cân lại ->sấy -> cân lại… Khi nào khối lượng 2 lần cân gần nhau bằng nhau thì dừng lại Nhiệtđộ lúc sấy là105 o C.

 Xác định ẩm theo phương pháp đo bằng máy:

- Đo bằng máy theo nguyên tắc đo điện trở: Máy RICETER

- Đo bằng máy theo nguyên tắc đo điện dung : Máy KETT PM300

V ĐO ẨM ĐỘ LÚA - GẠO

1 Máy KETT PM300

Đối với loại Máy đo độ ẩm Thóc

lúa gạo Gralner II PM

-300 thường dùng cho các loại ngũ

cốc: lúa mì, thóc, gạo v.v Nguyên

vật liệu dùng cho loại máy này có

thể để nguyên hạt, nhưng tốt nhất là

nghiền nhỏ Cho nguyên vật liệu cần

đo độ ẩm vào đầy ổ đo, bật công tắc,

máy đo làm việc sẽ cho ngay giá trị

độ ẩm của nguyên vật liệu tính

bằng %, và khi chuyển từ "ohm"

ra %, người ta đã nhân hệ số

chuyển (hệ số này phụ thuộc vào

chất khô tuyệt đối của mỗi loại vật

liệu) Do đó máy này chỉ đo với một

số nguyên vật liệu có thành phần hoá

học gần giống nhau, đặc biệt là hàm

lượng tinh bột

Hình 9 Máy KETT PM300

 Ưu điểm: của loại máy này dùng pin, gọn, nhẹ, tiện lợi cho việc sử dụng trên các

cánh đồng trồng ngũ cốc, kho tàng bảo quản, sân phơi, trạm sấy để xác định

độ ẩm của nguyên vật liệu kịp thời phục vụ cho công nghệ thu hoạch

 Nhược điểm: Chỉ xác định độ ẩm được đối với một số ngũ cốc có tính chất gần

giống nhau Độ chính xác thấp, sai số ± 2 - 3%

 Nút SELECT: Dùng chọn mã các loại hạt muốn đo

 Nút AVERAGE: dùng để tính trung bình kết quả các lần đo

c Cách đo :ON →SELECT→ Mã đo → MEASURE → Đong mẫu vào → Kết quả TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM :

 Các bước thí nghiệm :

BƯỚC 1: Chuẩn bị mẫu ( lúa , gạo , … )

BƯỚC 2: Cân mẫu ví dụ gạo là 170gram , lúa mì là 140gram ,…

BƯỚC 3: Khởi động máy : ON  SELECT  Chọn mã sản phẩm  MEASURE

Rót mẫu vào  Kết quả

Độ ẩm của gạo cao hơn của lúa

2 Máy RICETER ( MÁY ĐO ĐỘ ẨM LÚA GẠO ) :

a Tính năng kĩ thuật :

Hình 10 Máy RICETER

 Ứng dụng với: Lúa, gạo, lúa mì

 Thang đo: Gạo: 11-20%, Lúa mì: 10-30%, Lúa: 11-30%

 Độ chính xác: 0,5%

 Hiển thị: Màn hình LCD

 Hiệu chỉnh nhiệt độ: Tự động bằng cảm biến nhiệt độ

 Hiệu chỉnh nhiệt độ vỏ: Bằng vi xử lý Độ hiệu chỉnh này có thể ứng dụng vớimẫu có độ ẩm 20% hoặc thấp hơn

 Nguồn điện: 1,5V (cỡ AA) x 4 cục pin

 Nút POWER: Bật / Tắt máy và đọc kết quả độ ẩm

 Nút SELECT: Dùng chọn mã các loại hạt muốn đo

 Paddy : Thóc

 Wheat : Lúa mì

 P.Rice: Gạo

 M.Bean: Đậu Mung

 B.Pepper: Tiêu đen

 W.Pepper: Tiêu trắng

 Nút AVERAGE: dùng để tính trung bình kết quả các lần đo.

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM :

 Trước khi đo:

1 Lấy muỗng gạo ra khỏi máy

2 Lắp 04 pin vào máy ( nhớ đặt vào vị trí cho đúng)

3.Chuẩn bị mẫu trước khi đo, để cho nó cân bằng với nhiệt độ xung quanh máy.

 Phương pháp đo :

1 Mở máy : Nhấn phím POWER

2.Chọn mã hàng : Nhấn phím SELECT chọn các mã mặt hàng muốn xác định độ

ẩm (mã hàng đã liệt kê ở trên máy)

3.Đong mẫu vào muỗng: Trước khi nhấn phím POWER mẫu phải được đong đầy

muỗng (chỉ đong một lớp mẫu vừa với muỗng)

4 Đọc kết quả : Sau khi chuẩn bị mẫu, đặt muỗng chứa mẫu vào khe kiểm tra trên

máy xoay núm vặn theo chiều kim đồnghồ cho đến dấu “Stop” Sau đó bấm phím

MEASURE để lấy kết quả.

5 Tính trung bình : Mẫu sẽ được đo lặp lại trên 3 lần Để đo lần 2, đong mẫu lại

muỗng và lặp lại bước 3-4

Tương tự cách đo cho lần 3, 4, …Sau đó nhấn phím AVE để tính kết quả trung

bình các lần đo

LƯU Ý :

Khi đong vật mẫu vào muỗng cần đong đều, không nhiều hay ít quá

Không vặn thêm vào hay ra núm vặn khi máy đang đo (sẽ ảnh hưởng đến kết quả)

Độ ẩm của gạo cao hơn của lúa trong phương pháp đo này

- Chỉ dùng được cho các loại lúa, gạo và lúa mì

- Sau khi đo vật liệu sẽ không còn nguyên vẹn (bị xoay nát)

VI TÌM HIỂU CẤU TẠO MỘT SỐ DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ẨM VẬT CHẤT: % MC

 Các phương pháp để xác định ẩm vật chất:

Các công thức tính:

%MC db = Khố il ượ ng ch ấ t kh ô Kh ố ilượ ng n ướ c × 100 %

%MC wb = Khố il ượ ng n ướ c T ổ ng kh ố ilượ ng ×100 %

 Xác định ẩm theo phương pháp cân và tủ sấy

Cân và tủ sấy: Cân -> sấy -> cân lại -> sấy -> cân lại ->sấy -> cân lại… Khi nào khối lượng 2 lần cân gần nhau bằng nhau thì dừng lại Nhiệtđộ lúc sấy là105 o C.