1. Trang chủ >
  2. Kỹ thuật >
  3. Điện - Điện tử - Viễn thông >

các phương pháp đo nhiệt độ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (489.56 KB, 63 trang )


Đồ án tốt nghiệp

- Phương pháp cơ dựa trên sự giãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc chất

khí (Với áp suất không đổi) hoặc dựa trên tốc độ âm.

- Phương pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu

ứng Seebeck hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh.

Người ta thường chia làm 3 dải nhiệt độ đo: nhiệt độ thấp, trung bình và

cao.

Dải nhiệt độ thấp từ -2730C ÷ 1000 0C . Nó thường được đo bằng các

dụng cụ nh nhiệt điện trở, bán dẫn, phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.

Dải nhiệt độ trung bình từ 1000 0C ÷ 3000 0C. Nó thường được đo bằng

các dụng chụ được chế tạo từ các vật liệu có độ chịu nhiệt cao, hoả quang kế,

bức xạ và phương pháp cường độ sáng.

Dải nhiệt độ cao từ 3000 0C ÷ 100.000 0C. Đây là dải nhiệt độ đòi hỏi các

thiết bị đo phải có độ chịu nhiệt tốt nhưng có độ chính xác chỉ cần tương đối.

Thông thường ta dùng hoả quang kế màu sắc và phổ quang kế.

Để đo nhiệt độ người ta chia làm 2 loại phương pháp đo: Phương pháp đo

tiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc. Phương pháp đo tiếp xúc thường

dùng với dải nhiệt độ thấp và trung bình còn phương pháp đo không tiếp xúc

dùng với dải nhiệt độ cao.

Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ một số các dụng cụ đo nh:

+ cặp nhiệt điện.

+ Nhiệt điện trở kim loại.

+ Nhiệt điện trở bán dẫn.

+ Cảm biến thạch anh.

+ Các IC cảm biến nhiệt.

II. Các phương pháp đo nhiệt độ:

a. Cặp nhiệt điện:

Cấu tạo: cặp nhiệt điện được cấu tạo từ 2 hai thanh kim loại khác nhau nối

t

2

chung một đầu lại với nhau. Suất điện động E trên 2 đầu ra phụ thuộc vào bản

chất vật liệu của dây dẫn a, b và phụ thuộc vào nhịêt độ t1, t2.

a

b

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

t

1



H×nh1.1: cÆp nhiÖt



trang 8



Đồ án tốt nghiệp



- Nguyên lý làm việc: Cặp nhiệt điện làm việc dựa trên hiện tượng nhiệt

điện. Nếu hai dây dẫn khác nhau nối nlại với nhau tại hai điểm và một trong hai

điểm đó được đốt nóng thì trong mạch đó xuất hiện một dòng điện gây bởi sức

điện động gọi là sức điện động nhiệt điện.

Khi t1=t2 thì Va=Vb dẫn đến Uab = 0, ET = 0

Khi t1 ≠ t2 thì Va ≠ Vb lúc đó ET = f(t1) – f(t2).

Nếu t2 = const thì ET = f(t1) + C

- Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo cặp nhiệt điện:

+ độ dẫn điện tốt và phải có trị số sức điện động lớn.

+ Suất điện động nhiệt điện phải lớn.

+ Độ bền hóa học và cơ học với nhiệt độ phải cao.

+ Điện dẫn lớn và hệ sô nhiệt độ của điện trở bé.

+ Tính chất nhiệt điện không thay đổi

+ Quan hệ giữa sức điện động ET và nhiệt độ T phải là hàm đơn trị

+ Cấu tạo và thành phần kim loại phải ổn định, đồng nhất.

Việc sử dụng cặp nhiệt độ có nhiều lợi thế: Kích thước cặp nhiệt độ nhỏ

nên có thể đo được nhiệt độ của từng điểm của đối tượng nghiên cứu. Cặp nhiệt

độ cung cấp suất điện động nên khi đo không cần có dòng điện chạy qua và do

vậy không có hiệu ứng đốt nóng.

Tuy nhiên nó cũng có một số điểm bất lợi: Phải biết trước nhiệt độ so

sánh Tref và do vậy sai số của Tref gây nên sai số. Suất điện động của cặp nhiệt

điện trong dải nhiệt độ rộng là hàm không tuyến tính của T c. Bảng sau đây giới

thiệu một sô loại cặp nhiệt điện thông dụng:

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội



trang 9



Đồ án tốt nghiệp

Giới hạn nhiệt độ trên

Tên cặp nhiệt điện



O



C



Đo



Đo



Sức điện động



nhiệt điện với

100OC : mV



lâu dài

1300



ngắn hạn

1750



900



1300



4,10



Crômmel-Côpen (56% Cu + 44%Ni)



600



800



6,95



Đồng - Côpen



350



500



4,75



Đồng - Constantan



350



500



4,15



200



1,33



Platin-platin Rôdi (90%Pt, 10% Rh)

Crômmel (90%Ni +10% Cr)-



0,64



Alumel (95%Ni + 5% Al)



1800

Vonfram (5%reni)- Vonfram (5%reni)

Bảng1.1 : Mét số cặp nhiệt điện.



- Độ nhạy nhiệt của cặp nhiệt điện ở nhiệt độ T C được xác định theo biểu

thức sau:



s(Tc) =



dE A / B

dTc



Trong đó S là hàm của nhiệt độ và có đơn vị là µV/OC.

- Nguyên nhân chủ yếu gây sai số đối với cặp nhiệt điện.

Sai sè do nhiệt độ đầu tự do thay đổi. Khi khắc độ thì đầu tự do được đặt

ở nhiệt độ 00C nhưng trong thực tế đầu tự do đặt trong môi trường có nhiệt độ

khác 0.

Sai sè do sù thay đổi điện trở của đường dây.

Sai sè do đặt cặp nhiệt điện không đúng vị trí cần đo, không đúng hướng

và diện tích tiếp xúc của cặp nhiệt vơi đối tượng đo quá nhỏ.

b.Nhiệt điện trở:

Nhiệt điện trở là chuyển đổi có điện trở thay đổi theo nhiệt độ tác động

vào nó. Tùy theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy quanhiệt điện trở

mà người ta phân ra: nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng.

Trong nhiệt điện trở không đốt nóng dòng điện chạy qua rất nhỏ không

làm tăng (hoặc tăng rất Ýt) nhiệt độ của điện trở và nhiệt độ của nó bằng nhiệt

độ mội trường cần đo.

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội



trang 10



Đồ án tốt nghiệp

Nhiệt điện trở đốt nóng thì dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ của nó

tăng lên cao hơn nhiệt độ cần đo nên có sự tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.

Yêu cầu đối với vật liệu là có hệ số nhiệt độ lớn, có độ bền hóa học khi có tác

dụng của môi trường, khó chảy.

b.1. Nhiệt điện trở dây.

Chuyển đổi nhiệt điện trở dây thông thường được chế tạo từ đồng, platin

và Niken đường kính dây từ 0,02 ÷ 0,06 mm với chiều dài từ 5 ÷ 20 mm.

- Nhiệt điện trở đồng

Dải nhiệt độ làm việc : -50 ÷ 180 0C .

Phương trình đặc trưng: RT=R0(1 + αt)

α: Hệ số nhiệt độ của điện trở. α=4,3.10-3 1/0C trong khoảng 0÷100 0C

t : Nhiệt độ.

R0: Điện trở chuyển đổi ở 0 0C.

Nếu không biết giá trị của R0 thì ta có thể dùng công thức:

RT2 = RT1(τ - t2)/(τ + t1)

RT2, RT1 là điện trở ứng với nhiệt độ T2 và T1

τ = 1/α là hằng số phụ thuộc vào từng loại vật liệu. τ = 234 đối với đồng.

- Nhiệt điện trở Platin.

Platin có thể chịu được đến nhiệt độ 1200 0C mà không bị ô xi hóa hoặc

nóng chảy.

Phương trình đặc trưng: RT=R0(1 + At + Bt2) ở nhiệt độ 0 0C÷ 660

0



C.

RT=R0(1 + At + Bt2 +C(t – 100)3) ở nhiệt độ -180 0C ÷ 0 0C

R0: Điện trở ở 0 0C

A, B, C là các hằng số.



Đặc tính của nó có dạng phi tuyến. Với nhiệt độ lớn hơn 660 0C và nhỏ

hơn -1800C quan hệ RT = f(t) được cho dưới dạng bảng.

- nhiệt điện trở Niken.



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội



trang 11



Đồ án tốt nghiệp

Niken có thể sử dụng để đo đến nhiệt độ: 300 0C. ở nhiệt độ cao hơn thì

quan hệ RT = f(t) không đơn trị.

Khi t = 0 0C ÷ 1000C thì hệ số α=5.10-3 1/0C

ưu điểm cơ bản của nó là có điện trở suất cao, hệ số nhiệt lớn cho phép

chế tạo được các chuyển đổi có kích thước nhỏ.

b.2 nhiệt điện trở bán dẫn.

Nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo từ một số ôxit kim loại khác nhau nh

CuO, MnO …. Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở được biểu diễn dưới dạng biểu

thức:

RT = A.eβ/T.

Trong đó:

A: Hằng số phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn, kích

thước và hình dáng của nhiệt điện trở.

β: Hằng số phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn.

T: Nhiệt độ tuyệt đối

e: Cơ số logarit tự nhiên.

Hệ số nhiệt độ α của chất bán dẫn mang dấu âm và có giá trị 0,02 ÷ 0,08

1/OC. điện trở suất lớn do đó kích thước nhỏ.

α = - β/T2

Cấu tạo của nhiệt điện trở bán dẫn có thể ở dạng thanh, dạng đĩa và dạng

hình cầu.

 Sai số của nhiệt kế nhiệt điện trở chủ yéu là do sù thay đổi điện trở đường

dây khi nhiệt độ môi trường thay đổi. điện trở đường dây có thể đạt tới 5Ω trong

khi đó điện trở của nhiệt điện trở thường vào khoảng 40Ω ÷ 100Ω do đó khi điện

trở đường dây thay đổi sẽ gây ra mét sai số đáng kể. Ngoài ra dòng điện chạy

qua nhiệt điện trở gây nóng cũng làm cho điện trở tăng gây sai sè.

 ứng của chuyển đổi nhiệt điện trở dùng để đo nhiệt độ, đo các đại lượng

không điện nh đo di chuyển, đo áp suất và dùng để phân tích thành phần, nồng

độ của một số hợp chất và chất khí.

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội



trang 12



Đồ án tốt nghiệp

c.Các IC đo nhiệt độ

IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành

tiná hiệu điện dưới dạng điện áp. dựa vào đặc tính rất nhạy cảm của bán dẫn với

nhiệt độ để tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối. Đo tín

hiệu điện ta biết được giá tri của nhiệt độ cần đo. Sau đây là thông số của một số

loại IC dùng để đo nhiệt độ

+ LM135/ LM335

Các thông số kỹ thuật:

Dòng cho phép 400uA ÷ 5 mA.

Điện trở động 1 Ω.

Nhiệt độ cho phép : 1000C.

Mức điện áp thay đổi: 10mV/0K

+ AD590

Đầu ra là dòng điện

độ nhạy 1A/OK.

Độ chính xác +4OC.

Nguồn cung cấp VCC = 4 ÷ 30 V

Khoảng nhiệt độ đo được -55 OC ÷ 150 OC.

+ Lx5700

Đầu ra là điện áp

độ nhạy 10mV/OK.

Khoảng nhiệt độ đo được -55 OC ÷ 150 OC.



Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội



trang 13



Đồ án tốt nghiệp



Chương II

Họ vi điều khiển MCS-51

II.1 Giới thiệu họ họ vi điều khiển MCS-51

Họ vi điều khiển MCS-51 là họ vi điều khiển 8 bit được sử dụng phổ biến

nhất của hãng Intel trên thị trường thế giới.Sau đây là bảng tổng kết về kiến trúc

phần cứng của một số bộ vi điều khiển họ MCS-51

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội



trang 14



Đồ án tốt nghiệp

Tên



Công



ROM



ROM



RAM



RAM



gọi



nghệ



trong



ngoài



trong



ngoài



8031



NMOS



Không



64



128



64



8051



NMOS





4



KByte

64



Byte

128



KByte

64



8751



NMOS



Kbyte

4



KByte

64



Byte

128



KByte

64



8032



NMOS



Kbyte

Không



KByte

64



Byte

256



KByte

64



8052



NMOS





8



KByte

64



Byte

256



KByte

64



Kbyte

Không



KByte

64



Byte

128



KByte

64





4



KByte

64



Byte

128



KByte

64



Kbyte



KByte



Byte



KByte



80C3

1

80C5

1



CMOS

CMOS



Timer

Counte

r

2

2

2

3

3

2

2



Phần lớn các vi điều khiển trong họ MCS-51 được đóng vỏ theo kiểu 2

hàng (PDIP) với tổng cộng 40 chân, một số khác được đóng vỏ theo kiểu hình

vuông với 44 chân. Chip 8051 có các đặc trưng sau:

• 4 KB EPROM bên trong.

• 128 Byte RAM nội.

• 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.

• Giao tiếp nối tiếp.

• 64 KB vùng nhớ mã ngoài

• 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.

• Xử lý bit (thao tác trên từng bit riêng rẽ).

• 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit.

• 4µs cho hoạt động nhân hoặc chia.

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội



trang 15



Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.pdf) (63 trang)

×