Bài tập lớn Đo lường nhiệt độ - Thermocouples

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCMĐo lường nhiệt độ:THERMOCOUPLESNhóm thuyết trình:Nguyễn Tiến MạnhNguyễn Phạm Nhất Thiên MinhĐỗ Công PhẩmGV: Lê Ngọc Đình1Cặp nhiệt điện2Nguyên lý hoạt động3Nguyên lý đo4Ứng dụngGiới thiệu cặp nhiệt điệnCặp nhiệt điện (thermocouples) được cấu tạo từ hai kim loại khác nhau và có ít nhất một mối hàn.Một số loại cặp nhiệt điệnStandard TypePositive Leg MetalNegative Leg MetalTemperature RangeB70.4% Pt29.6% Rh93.9% Pt6.1% Rh870 - 1700 0°C E90% Ni10% Cr55% Cu45% Ni0 - 900 0°C J99.5% Fe55% Cu45% Ni0 - 750 0°C K90% Ni10% Cr95% Ni5% other0 - 1250 0°C N84.4% Ni14.2% Cr1.4% Si95.5% Ni4.4% Si0 - 1250 0°C R87% Pt13% Rh100% Pt0 - 1450 0°C S90% Pt10% Rh100% Pt0 - 1450 0°C T100% Cu55% Cu45% Ni-200 - 350 0°C Nguyên lý hoạt độngKhi nhiệt độ của 2 mối nối khác nhau, giữa hai mối nối xuất hiện một hiệu điện thế (emf).Hiệu điện thế này phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa 2 mối nối và bản chất 2 kim loại.Hiệu ứng SeebeckTrong mạch hở (open circuit) không có dòng điện.Sự khác nhau về nhiệt độ giữa hai mối hàn trong cặp nhiệt điện hở mạch thì sẽ tạo ra 1 hiệu điện thế emf.Mối quan hệ giữa hiệu điện thế emf và nhiệt độ giữa hai mối hàn T1 và T2 thông qua hệ số gọi là hệ số Seebeck αAB.Hiệu ứng Thomson	Trong một vật dẫn mà nhiệt độ ở hai đầu khác nhau T1 và T2. Cấp một nguồn áp emf làm kín mạch thì một phần năng lượng I2R được chuyển thành dạng khác để giữ cho nhiệt độ hai đầu không thay đổi,hiện tượng này gọi là hiệu ứng Thomson.Hiệu ứng PeltierTrong trường hợp mạch kín có dòng I đi qua do được cung cấp bởi nguồn bên ngoài emf, sẽ tỏa ra lượng nhiệt I2R.Tuy nhiên tại mối nối hai kim loại khác nhau ngoài năng lượng I2R còn có năng lượng khác giữ cho nhiệt độ tại mối nối không thay đổi,hiện tượng này gọi là hiệu ứng Peliter.1.Dòng nhiệt điện không thể tạo ra trong các mạch đồng nhất2. Tổng đại số sức nhiệt điện trong một mạch được cấu tạo từ các chất dẫn điện khác nhau bằng 0 nếu nhiệt độ tại các chỗ tiếp giáp như nhau3. Nếu 2 tiếp giáp tại nhiệt độ T1 và T2 tạo ra điện áp Seebeck V2, tại nhiệt độ T2 và T3 tạo ra điện áp V1 thì tại nhiệt độ T1 và T3 tạo ra điện áp là V3 = V1 + V2 Các định luật ThermocoupleNguyên lý đoThông thường có 2 phương pháp xác định nhiệt độ chính:Tra bảng.Áp dụng công thức về mối quan hệ giữa nhiệt độ và emf.Các thông số thường lấy nhiệt độ chuẩn điểm tan của nước. Nguyên lý đoPhương pháp tra bảng.Khi Vref ≠ 0: Vout = α(T-Tref) = α(T – T0) - α(Tref – T0)	= VT – Vref=> VT = Vout + Vref Biết Tref , tra bảng ta được Vref Tính VT , sau đó tra bảng ta được TPhương pháp tra bảng.Nguyên lý đoPhương pháp dùng công thứcNguyên lý đoMối quan hệ giữa emf và nhiệt độ đo của các cặp nhiệt điện khác nhau.Nguyên lý đoMạch đo đơn giảnNguyên lý đoMạch Thermopile – nối tiếp các Thermocouple:=> khuếch đại điện áp ngõ ra.Nguyên lý đo.Mạch song song: đo nhiêt độ trung bình.Nguyên lý đoSơ đồ nối dây cho cặp nhiệt điện khắc phục sai số.Thay mối nối 0oC bằng TREFNguyên lý bù nhiệt đầu tự do: Bù điện áp đầu ra của ThermocouplesBù bằng phần mềm.Bù bằng phần cứng.Nhiệt độ đầu tự do thường xác định bằng ThermistorNguyên lý đoMạch đo nhiệtSơ đồ đo nhiệt với cặp nhiệt Sắt – Constantan có bù nhiệt độ với mạch bù AD590, trong dải nhiệt độ môi trường 15-35 oCPhương pháp xung đối: Cặp nhiệt nối tiếp với điện kế G và được đấu song song với 1 điện trở chuẩn Rk Dòng điện I qua Rk có thể điều chỉnh bằng biến trở Rdc để cho kim điện kế về 0=> Không có dòng điện qua cặp nhiệt => Không có sụt ápMạch đo nhiệtMạch đo nhiệtMạch đo nhiệtSai sốBộ lọc nhiễuỨng dụngThermocouples là cảm biến nhiệt được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong công nghiệp, với những ưu điểm:Tầm đo rộng, trong khoảng -200 -> 2000 oC.Cấu tạo đơn giản, độ bền cơ học cao, giá thành thấp.Đáp ứng nhanh.Ứng dụngThiết bị đo và duy trì nhiệt độ ổn định (ấp trứng).Ứng dụngĐo nhiệt độ cao, dùng cho các ngành công nghiệp lớn: sản xuất xi-măng, thép, bông sợi, ép nhựa,Cảm ơn mọi người đã theo dõi!