Giáo trình Kiểm nhiệt tự động hoá

Đại học đà nẵng Tr−ờng đại học bách khoa Hoàng Minh Công Giáo trình Kiểm nhiệt tự động hoá Đà Nẵng - 2006 Lời mở đầu Trong công nghiệp luyện kim, nhiều quá trình công nghệ tiến hành trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc rất cao và sử dụng nhiều thiết bị sử dụng chất l−u (chất lỏng, khí và hơi) yêu cầu khống chế nhiệt độ chặt chẽ cũng nh− th−ờng xuyên đo kiểm các thông số áp suất, thành phần môi tr−ờng khí… Do vậy đo và kiểm tra nhiệt độ cũng nh− các thông số công nghệ khác có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc đảm bảo điều khiển quá trình công nghệ theo theo yêu cầu, đảm bảo chất l−ợng sản phẩm và an toàn cho thiết bị. Đo và kiểm tra cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Nhờ các tiến bộ của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử và tin học, các thiết bị đo và kiểm tra tự động nói chung cũng nh− đo và kiểm tra nhiệt độ nói riêng ngày càng có nhiều chủng loại với tính năng sử dụng và độ tin cậy khi làm việc cao, đáp ứng nhu cầu đa dạng của sản xuất. Thiết bị đo và kiểm tra có thể là một dụng cụ đo đơn giản gồm một đầu đo và bộ phận hiển thị hoặc là cả một hệ thống phức tạp gồm các cảm biến, các bộ chuyển đổi tín hiệu đo, truyền kết quả đi xa, xử lý số liệu… Trang bị những kiến thức cơ bản về kiểm nhiệt cũng nh− đo, kiểm tra các thông số và chỉ tiêu công nghệ là hết sức cần thiết, giúp cho sinh viên tiếp thu tốt các môn học chuyên ngành cũng nh− vận dụng vào thực tế sản xuất sau này. Đối với sinh viên ngành cơ khí - luyện cán thép, môn học Kiểm nhiệt và tự động hoá là một môn học bắt buộc trong ch−ơng trình đào tạo. Giáo trình đ−ợc biên soạn theo nội dung môn học gồm 8 ch−ơng, đề cập đến những vấn đề chủ yếu về kỹ thuật đo nói chung, thiết bị đo và kiểm tra nhiệt độ, thiết bị đo và kiểm tra các thông số và chỉ tiêu công nghệ quan trọng trong các quá trình luyện kim. Do nội dung giáo trình bao quát rộng, tài liệu tham khảo hạn chế và trình độ có hạn của ng−ời biên soạn nên chắc chắn giáo trình không tránh khỏi sai sót. Tác giả mong muốn nhận đ−ợc sự góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp để giáo trình đ−ợc hoàn thiện hơn. Các nhận xét, góp ý xin gửi về Khoa Cơ khí Tr−ờng Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng. Tác giả Mục lục Ch−ơng 1. Các khái niệm và đặc tr−ng cơ bản trong đo l−ờng 1.1. Khái niệm và phân loại ph−ơng pháp đo 5 1.1.1. Phép đo 5 1.1.2. Phân loại ph−ơng pháp đo 5 1.2. Sai số của phép đo 6 1.2.1. Sai số 6 1.2.2. Các loại sai số 7 1.2.3. Ph−ơng pháp đánh giá sai số 9 1.3. Thiết bị đo và phân loại 10 1.3.1. Thiết bị đo 10 1.3.2. Phân loại thiết bị đo 11 1.4. Đo và kiểm tra trong công nghệ luyện kim 12 Ch−ơng 2. Đo nhiệt độ 2.1. Khái niệm chung 14 2.1.1. Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ 14 2.1.2. Ph−ơng pháp đo nhiệt độ 17 2.2. Nhiệt kế giản nỡ 18 2.2.1. Nguyên lý đo 18 2.2.2. Các loại nhiệt kế giản nở 18 2.3. Nhiệt kế điện trở 19 2.3.1. Nguyên lý đo 19 2.3.2. Các loại nhiệt kế điện trở 21 2.4. Cặp nhiệt ngẫu 29 2.4.1. Hiệu ứng nhiệt điện 29 2.4.2. Vật liệu chế tạo cực 31 2.4.3. Các cặp nhiệt ngẫu dùng trong công nghiệp 33 2.4.4. Mạch đo và dụng cụ thứ cấp 34 2.5. Hỏa kế 40 2.5.1. Hỏa kế bức xạ toàn phần 40 2.5.2. Hỏa kế quang 41 - 131 - 2.6. Các ph−ơng pháp đo nhiệt độ khác 43 Ch−ơng 3. Đo áp suất 3.1. áp suất và ph−ơng pháp đo áp suất 45 3.1.1. áp suất và đơn vị đo 45 3.1.2. Ph−ơng pháp đo áp suất 46 3.2. áp kế sử dụng dịch thể 48 3.2.1. Vi áp kế kiểu phao 48 3.2.2. Vi áp kế kiểu chuông 49 3.2.3. Vi áp kế bù 50 3.2.4. áp kế vành khuyên 51 3.3. áp kế đàn hồi 52 3.3.1. áp kế lò xo 52 3.3.2. áp kế màng 54 3.3.3. áp kế ống trụ 55 3.3.4. áp kế kiểu đèn xếp 56 3.4. áp kế điện 57 3.4.1. áp kế áp trở 57 3.4.2. áp kế áp điện 58 3.4.3. áp kế điện dung 59 3.4.4. áp kế điện cảm 60 Ch−ơng 4. Đo l−u l−ợng 4.1. Khái niệm chung 64 4.1.1. L−u l−ợng và đơn vị đo 64 4.1.2. Ph−ơng pháp đo l−u l−ợng 64 4.2. L−u l−ợng kế đo l−u l−ợng theo thể tích 64 4.2.1. L−u l−ợng kế kiểu bánh răng 64 4.2.2. L−u l−ợng kế kiểu cánh 66 4.3. L−u l−ợng kế đo l−u l−ợng theo tốc độ 67 4.3.1. Nguyên lý đo 67 - 132 - 4.3.2. L−u l−ợng kế kiểu tuabin h−ớng trục 67 4.3.3. L−u l−ợng kế kiểu tuabin tiếp tuyến 68 4.4. L−u l−ợng kế đo l−u l−ợng theo độ giảm áp biến đổi 69 4.4.1. Nguyên lý đo 69 4.4.2. Thiết bị thu hẹp 71 4.4.3. Sơ đồ thiết bị đo 72 4.5. L−u l−ợng kế đo l−u l−ợng theo độ giảm áp không đổi 75 4.6. L−u l−ợng kế điện từ 76 Ch−ơng 5. Phân tích khí 5.1. Khái niệm và ph−ơng pháp phân tích 78 5.1.1. Khái niệm 78 5.1.2. Ph−ơng pháp phân tích 78 5.2. Ph−ơng pháp phân tích điện 78 5.2.1. Phân tích khí theo độ dẫn nhiệt của chất khí 78 5.2.2. Phân tích khí theo sự cháy của các cấu tử cần phân tích 80 5.2.3. Phân tích khí theo độ từ thẩm của khí 81 5.2.4. Phân tích khí theo khả năng hấp thụ bức xạ 82 5.3. Ph−ơng pháp quang phổ định l−ợng 84 Ch−ơng 6. Đo một số chỉ tiêu công nghệ 6.1. Đo nồng độ ion H+ 85 6.1.1. Nguyên lý đo 85 6.1.2. Thiết bị đo 86 6.2. Đo nồng độ chất điện ly 88 6.2.1. Nguyên lý đo 88 6.2.2. Thiết bị đo 89 6.3. Đo tỉ trọng 90 6.3.1. Ph−ơng pháp đo theo áp suất 90 6.3.2. Ph−ơng pháp dùng đồng vị phóng xạ 91 6.4. Đo và phát hiện mức 92 6.4.1. Đo mức bằng ph−ơng pháp thuỷ tĩnh 92 6.4.2. Đo mức bằng ph−ơng pháp điện 94 6.4.3. Đo mức bằng ph−ơng pháp bức xạ 95 - 133 - 6.5. Đo độ ẩm 96 6.5.1. Đo độ ẩm vật liệu rời 97 6.5.2. Đo độ ẩm của khí 97 Ch−ơng 7. Truyền kết quả đi xa 7.1. Truyền xa kiểu điện trở 103 7.1.1. Ph−ơng pháp biến đổi điện trở 103 7.1.2. Ph−ơng pháp dùng logomet 104 7.2. Truyền xa kiểu từ cảm 104 7.2.1. Dùng cầu cân bằng cảm ứng 104 7.2.2. Dùng biến thế vi sai 105 7.3. Truyền xa kiểu đồng bộ 106 Ch−ơng 8. Cảm biến thông minh 8.1. Cấu trúc của một cảm biến thông minh 109 8.2. Các khâu chức năng của cảm biến thông minh 110 8.2.1. Chuyển đổi chuẩn hoá 110 8.2.2. Bộ dồn kênh MUX 112 8.2.3. Bộ chuyển đổi t−ơng tự - số 114 8.3. Các thuật toán xử lý trong cảm biến thông minh 116 8.3.1. Tự động khắc độ 116 8.3.2. Xử lý tuyến tính hoá từng đoạn 117 8.3.3. Gia công kết quả đo 119 Tài liệu tham khảo 129 Mục lục 131 - 134 - - 135 - Ch−ơng 1 Các khái niệm và đặc tr−ng cơ bản trong đo l−ờng 1.1. Khái niệm và ph−ơng pháp đo Trong công nghiệp, nhiều quá trình công nghệ đòi hỏi phải tiến hành trong những điều kiện công nghệ (nh− nhiệt độ, áp suất, l−u l−ợng, thành phần môi tr−ờng…gọi chung là thông số công nghệ) cần khống chế trong một giới hạn nhất định. Đo và kiểm tra các thông số công nghệ cho phép ng−ời thực hiện biết đ−ợc trạng thái của quá trình, từ đó tác động để đảm bảo sự hoạt động bình th−ờng của hệ thống thiết bị cũng nh− đạt đ−ợc hiệu quả kinh tế và chất l−ợng sản phẩm theo yêu cầu. Đối với các hệ thống tự động, đo và kiểm tra thông số công nghệ là khâu không thể thiếu đảm nhận sự cung cấp tín hiệu cần thiết cho quá trình điều khiển hoạt động của thiết bị. Do vậy đo và kiểm tra có tầm quan trọng rất lớn trong công nghiệp nói chung cũng nh− trong lĩnh vực luyện kim nói riêng. 1.1.1. Phép đo Thực chất của phép đo là đem so sánh đại l−ợng cần đo với một đại l−ợng khác đã đ−ợc chuẩn hóa. Ví dụ để đo chiều dài của một vật, ng−ời ta so sánh chiều dài cần đo với chiều dài của một vật chuẩn theo quy −ớc bằng một mét, đo khối l−ợng một vật, ng−ời ta đem so sánh khối l−ợng cần đo với khối l−ợng của một vật chuẩn có khối l−ợng theo quy −ớc bằng một lilôgam… 1.1.2. Ph−ơng pháp đo Căn cứ vào nguyên tắc đo, ng−ời ta chia các ph−ơng pháp đo thành ba loại: ph−ơng pháp đo trực tiếp, ph−ơng pháp đo gián tiếp và ph−ơng pháp đo kết hợp. - Ph−ơng pháp đo trực tiếp: đem đại l−ợng cần đo so sánh trực tiếp với đại l−ợng chuẩn cùng bản chất, ví dụ nh− đo chiều dài, đo khối l−ợng, … - Ph−ơng pháp đo gián tiếp: là phép đo mà kết quả nhận đ−ợc dựa trên cơ sở đo các số liệu có liên quan với đại l−ợng cần đo theo một quan hệ nhất định, ví dụ nh− đo nhiệt độ thông qua sự đo sức điện động của cặp nhiệt ngẫu. - Ph−ơng pháp kết hợp: kết hợp cả hai ph−ơng pháp trên. Khi đo gián tiếp, đối với mỗi dụng cụ đo phải xây dựng đ−ợc quan hệ giữa đại l−ợng đo đ−ợc s (còn gọi là đại l−ợng đầu ra hay đáp ứng) và đại l−ợng cần đo m (còn gọi là đại l−ợng đầu vào hay kích kích). Quan hệ trên đ−ợc biểu diễn d−ới dạng - 5 - hàm số đại số s = F(m) hoặc bằng đồ thị gọi chung là đ−ờng cong chuẩn của dụng cụ đo. Để thiết lập đ−ờng cong chuẩn ng−ời ta dùng các ph−ơng pháp chuẩn dụng cụ đo đ−ợc tiến hành bằng cách đo giá trị của đại l−ợng đầu ra (s) ứng với một loạt giá trị đã biết chính xác của đại l−ợng đầu vào (m). Đ−ờng cong chuẩn cho phép xác định mọi giá trị của m từ s trong phạm vi đo. Để dễ sử dụng ng−ời ta th−ờng chế tạo dụng cụ đo sao cho có sự liên hệ tuyến tính giữa biến thiên đầu ra ∆s và biến thiên đầu vào ∆m: s s m2 m1 m mx m s2 s1 sx a) b) Hình 1.1 Đ−ờng cong chuẩn dụng cụ đo a) Xây dựng đ−ờng cong chuẩn b) Sử dụng đ−ờng cong chuẩn m.Ss ∆=∆ Trong đó S là độ nhạy của dụng cụ đo. s Hình 1.2 1.2. Sai số của phép đo 1.2.1. Sai số Trong thực tế, do n chính xác giá trị thực củ gần đúng của nó (giá trị là sai số tuyệt đối của ph mĐ−ờng cong chuẩn tuyến tính của dụng cụ đo hiều nguyên nhân khác nhau, khi đo ta không thể xác định a đại l−ợng cần đo (giá trị cần đo) mà chỉ nhận đ−ợc giá trị đo). Hiệu số giữa giá trị đo m và giá trị cần đo A đ−ợc gọi ép đo: - 6 - (1.1) Am −=δ Do không thể xác định đ−ợc A nên không thể tính đ−ợc sai số của phép đo theo công thức (1.1) . Bởi vậy, sai số của phép đo chỉ có thể đánh giá một cách −ớc tính. 1.2.2. Các loại sai số Khi đánh giá ng−ời ta phân chúng thành hai loại: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. a) Sai số hệ thống Sai số hệ thống là sai số mà giá trị và quy luật đã biết tr−ớc và có thể phát hiện bằng cánh kiểm tra dụng cụ đo bằng dụng cụ mẫu. Với một giá trị cho tr−ớc của đại l−ợng cần đo, sai số hệ thống có thể không đổi hoặc thay đổi chậm theo thời gian. Sai số hệ thống th−ờng có nguyên nhân do sự hiểu biết sai lệch hoặc không đầy đủ về dụng cụ đo hay do điều kiện sử dụng không tốt, d−ới đây là những nguyên nhân th−ờng gặp của sai số hệ thống: - Sai số do giá trị của đại l−ợng chuẩn không đúng: thí dụ điểm 0 của dụng cụ đo bị lệch khỏi vị trí, sai lệch của nhiệt độ chuẩn cặp nhiệt …Sai số dạng này có thể giảm đ−ợc bằng cách kiểm tra kỹ càng các thiết bị phụ trợ trong mạch đo. - Sai số do đặc tính của dụng cụ đo: sai số độ nhạy hoặc sai số đ−ờng cong chuẩn là nguyên nhân th−ờng gặp của sai số hệ thống do đặc tính của dụng cụ đo. Thí dụ đ−ờng cong chuẩn của cặp nhiệt ngẫu do nhà sản xuất cung cấp đ−ợc xác định trên cơ sở chuẩn một số cặp nhiệt cùng đ−ợc chế tạo một lần. Tuy nhiên, một cặp nhiệt ngẫu nào đó có đ−ờng cong chuẩn khác đôi chút so với đ−ờng cong chuẩn của các cặp nhiệt đã đ−ợc kiểm định. Tr−ờng hợp hóa già của bộ phận cảm nhận trong dụng cụ đo cũng th−ờng kéo theo sự sai lệch khỏi đ−ờng cong chuẩn ban đầu, đặc biệt là đối với cặp nhiệt và nhiệt điện trở. Để tránh sai số hệ thống trong các tr−ờng hợp này cần phải th−ờng xuyên chuẩn lại dụng cụ đo. - Sai số do điều kiện và chế độ sử dụng: tốc độ hồi đáp của dụng cụ đo và các dụng cụ thứ cấp trong mạch đo th−ờng có hạn, bởi vậy tất cả các phép đo tiến hành tr−ớc khi chế độ hoạt động bình th−ờng của thiết bị đo đ−ợc thiết lập đều gây ra sai số. Thí dụ một đầu đo nhiệt độ có tốc độ hồi đáp rất khác nhau phụ thuộc vào việc nó đ−ợc đặt trong chất lỏng đứng yên hay có dòng chảy. Tr−ờng hợp đầu đo - 7 - nhiệt độ có nhiệt dung và quán tính nhiệt lớn đ−ợc đặt vào môi tr−ờng đo có thể tích nhỏ làm thay đổi nhiệt độ môi tr−ờng đo cũng gây ra sai số. - Sai số do xử lý kết quả sai: sai số dạng này h−ợng gặp phải do sự nhận xét, đánh giá không đúng khi tiến hành hiệu chỉnh kết quả đo chứa những điểm có độ lệch lớn để nhận đ−ợc giá trị chính xác hơn. Sau đây là một số tr−ờng hợp th−ờng gặp: + Tr−ờng hợp do giả thiết sai dẫn đến xử lý sai kết quả đo, chẳng hạn khi kết quả đo lệch khỏi độ tuyến tính trong phép đo do sử dụng dụng cụ đo giả thiết là tuyến tính. + Tr−ờng hợp khi đo nhiệt độ, do nhiệt độ đo đ−ợc của dụng cụ đo và nhiệt độ môi tr−ờng cần đo khác nhau do có sự dẫn nhiệt của vỏ dụng cụ hoặc dây dẫn, từ đó không đánh giá đúng sự tiêu hao nhiệt l−ợng nên xử lý sai kết quả đo. b) Sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên của phép đo là sai số mà giá trị và quy luật của nó ch−a biết tr−ớc. Sự xuất hiện của sai số ngẫu nhiên cũng nh− dấu và biên độ của nó mang tính không xác định. - Sai số do tính không xác định của đặc tr−ng thiết bị: nguyên nhân đầu tiên là do độ linh động của thiết bị, sai số độ linh động bằng độ biến thiên lớn nhất của đại l−ợng đo để gây nên sự thay đổi có thể nhận biết đ−ợc của đại l−ợng đầu ra của dụng cụ đo. Nguyên nhân thứ hai là do đọc sai số liệu, sai lệch này ít nhiều do thói quen của ng−ời đo, nh−ng mặt khác cũng do chất l−ợng của thiết bị, thí dụ độ mảnh của kim chỉ thị đồng hồ đo. - Sai số do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên: do sự rung động, sự thăng giáng của nhiệt độ môi tr−ờng, sự không ổn định của nguồn điện áp nuôi thiết bị …tác động một cách ngẫu nhiên làm cho kết đo bị sai lệch. - Sai số do sự thay đổi của các đại l−ợng ảnh h−ởng: khi đo, dụng cụ đo th−ờng không chỉ chịu tác động của đại l−ợng đo mà ít nhiều còn chịu tác động của các đại l−ợng ảnh h−ởng mà mức độ ảnh h−ởng của chúng không đ−ợc tính đến khi chuẩn dụng cụ đo. Thí dụ một dụng cụ đo đ−ợc chuẩn trong điều kiện nhiệt độ 20oC thì mọi sự thay đổi nhiệt độ trên d−ới 20oC đều kéo theo sự thay đổi kết quả đo. - 8 - 1.2.3. Ph−ơng pháp đánh giá sai số Sai số ngẫu nhiên làm cho kết quả đo bị tản mạn khi đo lặp lại. Tuy nhiên bằng ph−ơng pháp xử lý thống kê có thể xác định đ−ợc giá trị xác suất của đại l−ợng đo và giới hạn của sai số. Khi đo lặp lại n lần cùng một giá trị của đại l−ợng cần đo ta nhận đ−ợc kết quả là a1, a2, …, an. Giá trị trung bình cộng sau n lần đo sẽ là: n a...aa m n21 +++= Khi n rất lớn thì Am → , khi đó sai số tuyệt đối đ−ợc xác định bởi công thức: mm −=δ Các sai số ngẫu nhiên tác động lên các lần đo một cách hoàn toàn không phụ thuộc nhau. Bởi vậy xác suất xuất hiện các kết quả đo sẽ tuân theo định luật phân bố Gaus (hình 1.3). Khi đó mật độ xác suất y của sai số có giá trị δ xác định bởi công thức: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ σ δ−πσ= 2 2 2 exp. 2 1 y Trong đó là sai số bình ph−ơng trung bình, xác định theo công thức: σ n .. 2n 2 2 2 1 δ++δ+δ=σ y σ1 σ2 σ3 δ Hình 1.3 Quy luật phân bố chuẩn của sai số ngẫu nhiên Căn cứ vào đặc tr−ng của sai số ng−ời ta đánh giá chất l−ợng của dụng cụ đo nh− tính trung thực, tính đúng đắn và độ chính xác. Dụng cụ đo có tính đúng đắn là dụng cụ đo có sai số hệ thống nhỏ, giá trị xác suất th−ờng gặp của đại l−ợng đo gần với giá trị thực (hình 1.4a) - 9 - Dụng cụ đo có tính trung thực là dụng cụ đo có sai số ngẫu nhiên nhỏ, thể hiện kết quả các lần đo tập trung xung quanh giá trị trung bình a (hình 1.4b). Hình 1.4c là dạng phân bố kết quả đo của dụng cụ đo có tính trung thực và đúng đắn thấp. y G iá tr ị t hự c aa a y a y a a G iá tr ị t hự c b) ) d) ) a a) ) y c) ) a Hình 1.4 Các dạng kết quả đo ứng với các dụng cụ đo chất l−ợng khác nhau a) Loại có tính đúng đắn cao b) Loại có tính trung thực cao c) Loại có tính trung thực và tính đúng đắn thấp d) Loại có độ chính xác cao Dụng cụ đo có độ chính xác cao là dụng cụ đo cho kết quả đo đơn lẽ gần với giá trị thực của đại l−ợng đo. Dụng cụ đo chính xác đồng thời cũng là dụng cụ đo trung thực và đúng đắn (hình 1.4d). Ngoài ra, để so sánh độ chính xác của các phép đo khác nhau, ng−ời ta đ−a ra khái niệm sai số t−ơng đối xác định bằng công thức sau: 100. m mm −=ε [%] 1.3. Thiết b đo và phân loại 1.3.1. Thiết Thiết b phép xác đị các thiết bị đo chỉ gồm do nhu cầu đo th−ờng g ị bị đo o là hệ ống bao gồm các dụng c đo và các d g cụ thứ cấp cho n chính xá đo đơn giản một cặp nhi khai thác tín ồm rất nhiềthc đại l−ợng cần đo trong u kiện tốt nhất có thể. Đối với ị đ h , th−ờng gồm bộ phận đo và bộ phận ệt nối trực tiếp với một milivôn kế. T hiệu, đặc biệt là trong việc đo và kiể u thành phần nh− cảm biến, các bộ c - 10 -hiể uy m huyụnụ điền thị, thí dụ thiết bị nhiên, trong thực tế tra tự động, thiết bị ển đổi nhiều kênh, bộ tuyến tính hóa tín hiệu, bộ khuếch đại, bộ chuyển đổi t−ơng tự - số , bộ vi xử lý, các thiết bị hỗ trợ … Trên hình 1.5 là sơ đồ một mạch đo nhiệt độ đơn giản, còn hình 1.6 là sơ đồ một mạch đo nhiệt độ nhiều thành phần. 2 àV 1 Hình 1.5 Mạch đo nhiệt độ đơn giản 1) Cặp nhiệt 2) Dây dẫn 3) Milivôn kế Bộ VXL 5 Bộ CĐ 4 Bộ CH 2 Máy in 7 3 Bộ KĐ Màn hình 8 CB 1 Hình 1.6 Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ nhiều thành phần 1) Cảm biến đo nhiệt độ 2) Bộ khuếch đại 3) Bộ chuẩn hóa tín hiệu 4) Bộ chuyển đổi t−ơng tự - số 5) Bộ vi xử lý 7) Máy in 8) Màn hình 1.3.2. Phân loại thiết bị đo - Theo cách đọc kết quả, thiết bị đo đ−ợc chia ra: + Thiết bị đo tự chỉ. + Thiết bị đo tự ghi. + Thiết bị đo tự ghi và tự chỉ. + Thiết bị đo tổng ghi. - Theo đại l−ợng cần đo phân ra: + Thiết bị đo nhiệt. + Thiết bị đo điện. + Thiết bị đo áp suất… - Theo phạm vi ứng dụng: - 11 - + Thiết bị đo trong nghiên cứu. + Thiết bị đo trong công nghiệp. - Theo cấp chính xác: Giả sử trị số thực của đại l−ợng cần đo là m, kết quả đo lần thứ i là mi, thang đo của thiết bị đo có giới hạn là M thì sai số quy dẫn của thiết bị đo là: 100. M mmi −=χ [%] Cấp chính xác của thiết bị đo là sai số quy dẫn cực đại cho phép. Trong công nghiệp phổ biến là các dụng cụ đo có cấp chính xác 0,5; 1; 1,5. 1.4. Đo và kiểm tra trong công nghệ luyện kim Trong công nghiệp luyện kim, nhiều quá trình công nghệ liên quan đến việc đo nhiệt độ, áp suất, l−u l−ợng chất l−u hoặc một số chỉ tiêu công nghệ nh− độ ẩm, độ pH, độ điện ly, thành phần khí ... các yếu tố trên không những ảnh h−ởng đến hiệu suất quá trình, mà còn ảnh h−ởng lớn tới sự hoạt động của thiết bị cũng nh− chất l−ợng sản phẩm và hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất. Do vậy việc đo và kiểm tra th−ờng xuyên các thông số công nghệ nhằm xác lập điều kiện công nghệ tốt nhất để đảm bảo sự vận hành an toàn cho thiết bị và đạt đ−ợc kết quả mong muốn là hết sức cần thiết. Trong luyện kim, rất nhiều quy trình công nghệ trong luyện kim đòi hỏi phải tiến hành ở nhiệt độ cao hoặc rất cao nh− thiêu kết quặng, nấu chảy và luyện hợp kim, nung thép để cán hoặc nhiệt luyện ... Các quá trình này th−ờng yêu cầu khống chế nhiệt độ lò và nhiệt độ vật liệu phù hợp với từng giai đoạn gia công, nhiệt độ cao hay thấp đều ảnh h−ởng đến năng suất, hiệu quả kinh tế và chất l−ợng sản phẩm. Chẳng hạn khi nung thép để cán hoặc nhiệt luyện, nhiệt độ lò và nhiệt độ vật nung phải khống chế theo một chế độ nung định tr−ớc đảm bảo không xẩy ra hiện t−ợng nứt, cong vênh khi ở nhiệt độ thấp, không bị quá nhiệt hoặc cháy khi ở nhiệt độ cao. Trong luyện kim, sử dụng nhiều các thiết bị làm việc với chất l−u (chất lỏng, chất khí, hơi) nh− thiết bị cấp gió, cấp khí nén, cấp nhiên liệu, thiết bị làm mát, thiết bị bôi trơn…do đó việc đo và kiểm tra th−ờng xuyên nhiệt độ, áp suất hoặc l−u l−ợng chất l−u cũng rất quan trọng. Nếu nhiệt độ, áp suất và l−u l−ợng chất l−u không đủ theo yêu cầu có thể làm cho thiết bị hoạt động không bình th−ờng, ng−ợc - 12 - lại nếu quá cao có thể làm hỏng thiết bị, thậm chí gây nổ sinh mất an toàn đối với thiết bị và ng−ời. Đặc biệt, trong luyện kim nhiều quá trình công nghệ th−ờng đ−ợc tiến hành trong môi tr−ờng khí mà thành phần của chúng nhiều khi có ảnh h−ởng rất quyết định đến hiệu quả quá trình cũng nh− chất l−ợng sản phẩm và khí thải. Việc phân tích khí không những cho phép điều chỉnh thành phần khí phù hợp với yêu cầu công nghệ mà còn giúp cho việc xử lý khí thải một cách có hiệu quả. Do những yêu cầu trên, giáo trình đi sâu trình bày các vấn đề cơ bản về kỹ thuật đo và thiết bị đo cần thiết đ−ợc dùng trong luyện kim nh− đo nhiệt độ, đo áp suất, đo l−u l−ợng, phân tích khí ... và sơ l−ợc một số vấn đề về đo một số chỉ tiêu công nghệ. Bên cạnh đó, giáo trình cũng đề cập đến những vấn đề cần thiết trong kỹ thuật đo là truyền kết quả đi xa, một số thiết bị đo tiên tiến ứng dụng trong kỹ thuật đo l−ờng và kiểm tra tự động. - 13 -