Luận văn Thiết kế chế tạo mô hình và điểu khiển máy khuấy trộn

u nó sẽ đạt giá trị Tc chưa biết. Nhiệt độ Tc là hàm của nhiệt độ Tx và của các quá trình trao đổi nhiệt (có thể xảy ra). Việc sử dụng cặp nhiệt có nhiều lợi thế. Kích thước cặp nhiệt nhỏ nên có thể đo nhiệt độ ở từng điểm của đối tượng nghiên cứu và tăng tốc độ hồi đáp (do nhiệt dung nhỏ). Một ưu điểm quan trọng nữa là cặp nhiệt 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 sử dụng cặp nhiệt cũng có điều bất lợi: phải biết trước nhiệt độ so sánh Tref , và do vậy sai số Tref cũng chính là sai số của Tc . Hình 5.3 Sự thay đổi nhiệt của suất điện động E của một số loại cặp nhiệt. Suất điện động của cặp nhiệt trong một dải rộng của nhiệt độ là hàm không tuyến tính của Tc (hình 5.3). Mỗi loại cặp nhiệt có một bảng chuẩn (ghi giá trị của suất điện động phụ thuộc vào nhiệt độ) và một biểu thức diễn giải sự phụ thuộc của suất điện động vào nhiệt độ. Thí dụ, đối với cặp nhiệt platin-30%rodi/platin-6%rodi, trong khoảng nhiệt độ từ 0 oC đến 1820 oC theo chuẩn NFC42-321 sự phụ thuộc của suất điện động E vào nhiệt độ có dạng : Trong đó: E đo bằng mm và T đo bằng oC. Giá trị cụ thể của các hệ số ai trong biểu thức trên như sau: a0 = 0 a1 = -2,4674601620.10-1 a2 =5,9102111169. 10-3 a3 = -1,4307123430. 10-6 a4 = 2,1509149750. 10-9 a5 = -3,1757800720. 10-12 a6 = 2,40103 67459. 10-15 a7 = -9,0928148159. 10-19 a8 = 1,3299505137. 10-22 Đối với một số loại cặp nhiệt khác, khoảng nhiệt độ làm việc của chúng có thể chia ra những vùng nhỏ. Trong mỗi vùng như thế, mối quan hệ giữa suất điện động và nhiệt độ được mô tả bằng một biểu thức riêng đặc trưng cho vùng. Nói chung mỗi loại cặp nhiệt có một giới hạn của dải nhiệt độ làm việc, từ -270 oC đối với cặp nhiệt đồng/vàng-coban đến 2700 oC đối với cặp nhiệt wonfram-reni 5%/wonfram-reni 26%. Như vậy, cặp nhiệt có dải nhiệt độ làm việc rộng hơn nhiều so với nhiệt kế điện trở và đây cũng là một ưu điểm của chúng. Độ nhạy nhiệt (hay còn gọi là năng suất nhiệt điện) của cặp nhiệt điện ở nhiệt độ Tc được xác định bởi biểu thức : (5-19) Trong đó: s là hàm của nhiệt độ và có đơn vị là mV/ oC. Thí dụ: Cặp nhiệt Fe/constantan: s(0 oC)=52,9mV/ oC,s(700oC)=63,8mV/ oC Cặp nhiệt Pt-Rh(10%)/Pt s(0oC)=6,4mV/ oC,s(1400oC)=11,93mV/ oC 5.4.2 Các hiệu ứng nhiệt điện Trong các chuỗi (dãy) dẫn điện nối tiếp dạng kim loại-chất lỏng hay kim loại-bán dẫn có các hiệu ứng nhiệt điện (thí dụ hiệu Joule). Chúng được thể hiện thông qua sự chuyển đổi giữa năng lượng của dao động nhiệt và năng lượng điện của các hạt tải chuyển động. 5.4.2.1 Hiệu ứng Peltier Ở tiếp xúc giữa hai dây dẫn A và B khác nhau về bản chất nhưng cùng một nhiệt độ tồn tại một hiệu điện thế tiếp xúc (hình 5.4a). Hiệu điện thế này chỉ phụ thuộc vào bản chất của vật dẫn và nhiệt độ: VM – VN = PTA/B (5-20) Đây chính là suất điện động Peliter. Định luật Volta phát biểu như sau: trong một chuỗi cách nhiệt được cấu thành từ những vật dẫn khác nhau, tổng suất điện động Peltier bằng 0. Thí dụ, trong một chuỗi gồm bốn vật dẫn A, B, C, D mắc nối tiếp (hình 5.4b), tổng suất điện động sẽ bằng 0: PTA/B + PTB/C + PTC/D + PTD/A = 0 (5-21) Nếu tổng suất điện động trong mạch khác không thì sẽ có dòng điện chạy trong mạch và xảy ra sự tổn hao năng lượng do hiệu ứng Joule, điều này trái với định luật Carnot nói rằng trong một hệ ở cùng nhiệt độ sẽ không tạo ra năng lượng. Như vậy có thể kết luận, khi hai vật dẫn A và D được phân cách bởi các vật trung gian và toàn hệ thống được cách nhiệt thì hiệu điện thế giữa hai vật dẫn A và D ở đầu mút cũng chính bằng hiệu điện thế nếu như chúng (A và D) tiếp xúc trực tiếp với nhau. 5.4.2.2 Hiệu ứng Thomson Trong một vật dẫn đồng nhất A, giữa hai điểm M và N có nhiệt độ khác nhau sẽ sinh ra một suất điện động (hình 5.4c). Suất điện động này chỉ phụ thuộc vào bản chất của vật dẫn và nhiệt độ TM, TN của hai điểm M và N: (5-22) Trong đó hA là hệ số Thomson. Hình 5.4 Các hiệu ứng nhiệt điện a)hiệu ứng Pleitier b)hiệu ứmg Volta c)hiệu ứng Thomson d)hiệu ứng Seebeck. . 5.4.2.3 Hiệu ứng Seebeck Giả sử có một mạch kín tạo thành từ hai vật dẫn A B và hai chuyển tiếp của chúng được giữ ở nhiệt độ T1 và T2 (hình 5.4d), khi đó mạch sẽ tạo thành một cặp nhiệt điện. Cặp nhiệt điện này sẽ gây nên một suất điện động do kết quả tác động đồng thời của hai hiệu ứng Peltier và Thomson. Suất điện động đó gọi là suất điện động Seebeck. Thật vậy, suất điện động giữa a và b, b và c, c và d, d và a lần lượt bằng: Suất điện động Seebeck sẽ bằng tổng các suất điện động thành phần Peltier và Thomson ở trên: (5-23) Nếu chọn nhiệt độ T1 làm nhiệt độ so sánh và lấy T1=0oC, khi đó đối với một cặp vật dẫn A và B cho trước, suất điện động chỉ phụ thuộc vào T2. 5.4.3 Phương pháp chế tạo và sơ đồ đo 5.4.3.1 Chế tạo ccëp nhiệt và vỏ bảo vệ Trong khi chế tạo cặp nhiệt cần phải tránh tạo ra những cặp nhiệt ký sinh. Nguyên nhân gây ra cặp nhiệt ký sinh là do gấp khúc dây, nhiễm bẩn hoá học, bức xạ hạt nhân (biến đổi nguyên tố). Mối hàn cũng phải nhỏ tới mức tối đa, bởi vì nếu vùng hàn có kích thước lớn thì giữa các điểm khác nhau có thể nhiệt độ sẽ khác nhau tạo ra suất điện động ký sinh. Có ba kỹ thuật chính thường được sử dụng để hàn cặp nhiệt: - Hàn thiếc khi nhiệt độ sử dụng không quá cao. - Hàn xì bằng đèn xì axêtylen. - Hàn bằng tia lửa điện. Để tránh mọi tiếp xúc ở ngoài mối hàn, dây được đặt sứ cách điện. Sứ cách điện phải trơ về hoá học và có điện trở lớn. Cấu trúc cặp nhiệt-sứ cách điện thường không bền vững cơ học, bởi vậy để bảo vệ, người ta còn trang bị thêm một lớp vỏ bọc bên ngoài. Vỏ bọc này đảm bảo kín để khí không lọt qua và chống được thăng gián nhiệt độ đột ngột. Nó thường được làm bằng sứ hoặc bằng thép. Nếu vỏ bằng thép thì mối hàn có thể thì mối hàn có thể tiếp xúc với vỏ thép để giảm thời gian hồi đáp. 5.4.3.2 Sơ đồ đo Trên hình 5.5 biểu diễn sơ đồ đo thông dụng của cặp nhiệt . Điều kiện lắp ráp từng đôi cùng nhiệt độ: - Các mối hàn A/M1 và B/M1 của cặp nhiệt. - Các mối hàn của các dây kim loại trung gian M1/ M2vàM2/ M3 Khi đó trong mạch chỉ có suất điện động Seebeck của cặp nhiệt. Thực vậy, tổng suất điện động trong trường hợp này được viết dưới dạng biểu thức: Hình 5.5 Sơ đồ lắp ráp cặp nhiệt với thiết bị đo. Nghĩa là: (5-23) Sơ đồ vi sai: được áp dụng để đo hiệu nhiệt độ giữa hai điểm đặt ở hai mối hàn A/B của cặp nhiệt. Với điều kiện là các mối hàn giống nhau đặt ở cùng nhiệt độ A/M1, M1/M2, M2/ M3 trong mạch sẽ xuất hiện suất điện động Seebeck:EA/B. Nếu khoảng nhiệt độ từ TC1 đến TC2 nhỏ, năng suất nhiệt điện có thể coi là không đổi và ta có: (5-24) 5.4.3.3 Phương pháp đo Suất điện động Seebeck đo giữa hai đầu cặp nhiệt sẽ cung cấp thông tin về nhiệt độ cần đo. Chúng chỉ có thể được xác định chính xác nếu như ta giảm đến mức tối thiểu sự sụt áp do có dòng điện chạy trong các phần tử cặp nhiệt và dây dẫn: nói chung rất khó đón biết điện trở của chúng vì điện trở là hàm của nhiệt độ môi trường và nhiệt độ cần đo. Người ta thường áp dụng hai phương pháp đo suất điện động: - Sử dụng milivôn kế có điện trở trong rất lớn để giảm sụt thế trên dây dẫn. - Sử dụng phương pháp xung đối để cho dòng điện chạy qua cặp nhiệt bằng không. Trên hình 5.6 biểu diễn sơ đồ đo suất điện động của cặp nhiệt dùng milivôn kế. Giả sử : Rt là điện trở của cặp nhiệt. Rl là điện trở của dây nối . Rv là điện trở của milivôn kế. khi đó điện áp giữa hai đầu của milivôn kế được biểu diễn bởi biểu thức: (5-25) Hình 5.6 Đo suất điện động của cặp nhiệt bằng milivon kế. nghĩa là : (5-26) Vì điện trở của cặp nhiệt và dây nối chưa biết nên để giảm sai số người ta chọn sao cho: Rv >> Rt + Rl Trên hình 5.7 biểu diễn sơ đồ đo suất điện động bằng phương pháp xung đối. Hình 5.7 Đo suất điện động bằng phương pháp xung đối. Nguyên tắc của phương pháp xung đối là đấu với suất điện động cần đo một điện áp đối V sao cho điện áp này đúng bằng giá trị suất điện động. Giá trị của V có thể đo được chính xác, thông thường đây là điện áp rơi trên một điện trở có dòng chạy qua. Cặp nhiệt nối tiếp với một điện kế G và được đấu song song với một điện trở chuẩn Re. Dòng điện I chạy qua điện trở Re có thể điều chỉnh được để sao cho kim điện kế chỉ số 0 (nghĩa là dòng điện chạy qua điện kế bằng 0). Ta có: (5-27) Dòng điện I có thể điều chỉnh bằng một biến trở con chạy Rh (mắc nối tiếp với nhuồn điện) và được đo bằng miliampe kế (hình 5.7a). Cũng có thể điều chỉnh và đo dòng I nhờ một pin mẫu đấu theo sơ đồ hình 5.7b. Trong trường hợp hình 5.7b : Ee = R’I (5-28) Do đó: (5-29) Các loại cặp nhiệt điện thường dùng trong thực tế Dải nhiệt độ làm việc đối với một cặp nhiệt điện thường bị hạn chế. Ở nhiệt độ thấp, năng suất nhiệt điện của nó giảm đi. Ở nhiệt độ cao, cặp nhiệt có thể bị nhiễm bẩn do môi trường đo hoặc xảy ra hiện tượng bay hơi một trong các chất thành phần của hợp kim làm cặp nhiệt, hoặc bị tăng kích thước hạt tinh thể dẫn đến làm tăng độ dòn cơ học, thậm chí có thể bị nóng chảy. Bảng dưới đây liệt kê một số loại cặp nhiệt điện thường gặp trong thực tế: Để đảm bảo độ ổn định của suất điện động, phải ấn định nhiệt độ sử dụng cao nhất cho cặp nhiệt có tính đến các điều kiện thực tế. Dây càng nhỏ thì nhiệt độ cực đại càng thấp. Bảng 5.3 trình bày một số thí dụ cho trường hợp cặp nhiệt Chromel/Costantan. Bảng 5.3 Đườngkínhdây, mm 3,25 1.63 0,81 0,33 Nhiệt độ cực đại, °C 870 650 540 430 Dưới đây giới thiệu một vài hình ảnh các loại cảm biến nhiệt độ thông dụng: Hình 5.8 Thermistor (nhiệt điện trở). Hình 5.9 Thermo couple (cặp nhiệt điện). Hình 5.10 Thermostat. ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG DIODE VÀ TRANSISTOR Đặc điểm chung và độ nhạy nhiệt: Có thể đo nhiệt độ bằng cách sử dụng linh kiện nhạy cảm là diode hoặc transistor mắc theo kiểu diode (nối B với C) phân cực thuận với 1 không đổi (hình 5.11). Điện áp giữa hai cực sẽ là hàm của nhiệt độ . Độ nhạy nhiệt của diot hoặc của tranzito mắc theo kiểu diot được xác định bởi biểu thức: (5-30) Giá trị của độ nhạy nhiệt cỡ –2,5mV/°C. Ngoài ra, cũng giống như đối với điện áp V, độ nhạy nhiệt có thể phụ thuộc vào dòng ngược Io. Dòng này có thể thay đổi rất khác nhau đối với các linh kiện khác nhau, do vậy nên chọn các linh kiện có các đặc trưng tương tự (đối với một giá trị dòng cho trước phải có cùng điện áp V và dòng Io cũng như nhau). Hình 5.11 Các linh kiện sử dụng cảm biến nhiệt độ. a) diode b) transistor mắc theo kiểu diode c)cặp transistor mắc theo kiểu diode Để tăng độ tuyến tính và khả năng thay thế, người ta thường mắc theo sơ đồ hình 5.11c, dùng một cặp transistor đấu theo kiểu diode mắc đối nhau với hai dòng I1 và I2 không đổi chạy qua và đo hiệu điện thế B-E. Bằng cách này sẽ loại trừ được ảnh hưởng của dòng ngược Io. Độ nhạy nhiệt trong trường hợp này được tính theo biểu thức: (5-31) hoặc tính bằng số: (mV.K-1) (5-32) Độ nhạy nhiệt này lớn hơn nhiều so với trường hợp dùng cặp nhiệt nhưng nhỏ hơn so với trường hợp nhiệt điện trở. Điều đặc biệt là ở đây không cần nhiệt độ chuẩn. Dải nhiệt độ làm việc bị hạn chế do sự thay đổi tính chất điện của cảm biến ở các nhiệt độ giới hạn và nằm trong khoảng T= -50°C¸150°C. Trong khoảng nhiệt độ này, cảm biến có độ ổn định cao. 5.5.2 Quan hệ điện áp –Nhiệt độ Xét trường hợp dùng cặp transistor Q1và Q2 ở hình 5.11c. Giả sử dòng Io giống nhau cho hai transistor, dòng điện chạy qua các transistor là I1 và I2, điện thế B-E tương ứng là V1 và V2. Khi đó: (5-33) (5-34) Việc đo hiệu điện thế Vd = V1 –V2 cho phép loại trừ ảnh hưởng của dòng ngược Io: (5-35) n là tỷ số giữa hai dòng điện chạy qua hai transistor. Tính toán bằng số ta có: Vd = 86,56.T.ln n (5-36) Trong đó Vd đo bằng mV và T đo bằng nhiệt độ K. Thí dụ: với n=2 Vd =59,73.T Độ nhạy nhiệt có dạng: Độ nhạy nhiệt nhỏ hơn so với trường hợp chỉ dùng một diode hoặc một transistor, nhưng về nguyên tắc không phụ thuộc vào T. Độ tuyến tính trong trường hợp này được cải thiện một cách đáng kể. 5.6 CẢM BIẾN QUANG TRONG ĐO NHIỆT ĐỘ Tất cả các vật thể có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tuyệt đối đều phát ra các bức xạ nhiệt. Dụng cụ đo nhiệt độ vật thể bằng bức xạ nhiệt được gọi là hỏa kế bức xạ hay một cách đơn giản là hỏa kế. Bức xạ nhiệt là các bức xạ điện từ tạo ra từ các chất do nội năng của chúng (với bức xạ huỳnh quang do kích thích của nguồn ngoài). Ta nhận thấy rằng cường độ bức xạ nhiệt của vật giảm mạnh khi nhiệt độ của vật giảm. Hỏa kế được dùng chủ yếu để đo nhiệt độ từ 300-60000C và cao hơn. Để đo nhiệt độ đến 30000C phương pháp duy nhất là dùng hỏa kế vì nó không tiếp xúc với môi trường đo. Về mặt lý thuyết giới hạn đo của hỏa kế không hạn chế. Ta nhận thấy rằng phương pháp đo không tiếp xúc có tính ưu việc là không làm sai lệch nhiệt của đối tượng đo. Phần lớn các chất rắn và lỏng có phổ đặc, nghĩa là chúng phát ra các sóng cho chiều dài bước sóng l từ . Với mắt người chỉ nhận biết các sóng ánh sáng có chiều dài bước sóng l=0,40-0,75mm. Các bức xạ không nhìn thấy gồm các bức xạ hồng ngoại l=0,75 đến l»400 mm. Các bức xạ có l<0,4mm cũng không nhìn thấy, chúng là các bức xạ tử ngoại, đó là các tia Rơnghen và Gama. Hỏa kế sử dụng các bức xạ nhìn thấy và hồng ngoại. Đo nhiệt độ của vật bằng bức xạ nhiệtdựa trên cơ sở các quy luật đối với vật đen tuyệt đối. Nếu trên bề mặt của một vật được truyền đến một thông lượng f (năng lượng chuyển đi trong một đơn vị thời gian) thì nó bị hấp thụ (fht ) phản xạ (fphx) và xuyên qua (fxq). Quan hệ giữa các thông lượng này phụ thuộc vào các tính chất của vật và đặc biệt là trạng thái bề mặt của nó (độ nhám, màu sắc và nhiệt độ). Nếu vật hấp thụ tất cả các bức xạ truyền tới thì hệ số hấp thụ a=fht/f =1 và ta gọi chúng là vật đen tuyệt đối, mà chỉ có một số vật trong chúng có tính chất quang học gần với vật đen tuyệt đối, ví dụ như: bồ hóng dầu mỏ, nhựa đen, nhung đen trong miền ánh sáng nhìn thấy có hệ số hấp thụ gần bằng đơn vị. Bề mặt của vật không những chỉ hấp thụ mà còn phát ra các bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ. Các đại lượng đặc trưng cho bức xạ nhiệt của vật là: - Cường độ bức xạ đơn sắc: E*l. - Cường độ bức xạ toàn phần: E*. - Độ chói B* (ký hiệu * dùng cho vật đen tuyệt đối) (5-37) fBX: thông lượng bức xạ phát ra trên một đơn vị bề mặt nhiệt độ T trong khoảng chiều dài bước sóng dl (từ l đến l+Dl) (W/m3): (5-38) Trong đó: E* ø là bức xạ toàn phần, hay năng lượng toàn phần phát ra từ một đơn vị bề mặt vật, nhiệt độ T trong một đơn vị thời gian đối với tất cả các bước sóng l=0 đến l= (W/m2). (5-39) B*l: độ chói của phổ năng lượng là tỷ số giữa cường độ bức xạ đơn sắc đối với một đơn vị góc khối dw (W/steradian.m3). Khi đo nhiệt độ bằng hỏa kế thì độ chói của phổ năng lượng là một đại lượng cơ bản. Độ nhạy cảm của mắt người tỷ lệ trực tiếp cường độ bức xạ đơn sắc. B*l=kl.d E*l (5-40) kl là hệ số, kl =1/p. Theo định luật Kirchoff khả năng bức xạ của vật tỷ lệ với hệ số hấp thụ a của vật đen tuyệt đối bằng 1 nên nó có khả năng bức xạ cực đại. Các vật thể thực ở nhiệt độ như nhau có khả năng bức xạ khác nhau. Việc đánh giá được so sánh với khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối: (5-41) Hệ số el của phổ bức xạ (mức đen của tia đơn sắc) là hàm số của bước sóng l và nhiệt độ T,e là hệ số bức xạ toàn phần. Nhờ định luật Kirchhoff đối với tất cả các vật thể thực: e = a và el = a.l Ở đây, a và al là hệ số hấp thụ của bức xạ toàn phần và đơn sắc. Để đo độ chói của vật mang nhiệt độ người ta dùng hỏa kế quang học và hỏa kế quang điện. Hỏa kế quang học được sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm và sản xuất để đo nhiệt độ lớn hơn 8000C. Nguyên lý hoạt động của hỏa kế quang học dựa trên cơ sở so sánh độ chói quang phổ của vật đo với độ chói chuẩn bằng mắt thường để xác định sự trùng của độ chói đo với độ chói chuẩn. Phổ biến nhất là hỏa kế quang học dây tóc (hình 5.12). Để đo nhiệt độ của vật, người ta hướng vật kính (1) của dụng cụ đo tới vật đo sao cho có thể quan sát từ thị kính (7) sợi tóc của đèn (4). So sánh độ chói của vật đo và dây tóc đèn (4) thường thực hiện khi bước sóng bằng 0,65mm. Để thực hiện điều đó, ta đặt trước thị kính một thiết bị lọc ánh sáng đỏ (6). Sự chọn lọc bộ lọc ánh sáng đỏ tạo cho mắt người cảm nhận qua bộ lọc này chỉ một phần quang phổ đi qua gần với tia đơn sắc. Ngoài ra việc sử dụng bộ lọc ánh sáng đỏ cho phép giảm giới hạn dưới của hỏa kế. Thành ngăn (đầu vào 3 và đầu vào 5) giới hạn góc vào và ra của hỏa kế. Giá trị tối ưu của nó cho phép bảo đảm sự chỉ thị của dụng cụ đo không phụ thuộc vào khoảng cách đo. Chúng ta có thể quan sát hình ảnh của sợi tóc bóng đèn trên phông của vật đo: phông chiếu sáng-dây tóc tối (hình 5.12a), phông tối-dây tóc sáng (hình 5.12c), nhờ có biến trở Rb ta có thể thay đổi cường độ dòng điện đi qua đèn cho đến khi mà độ sáng của dây tóc bằng độ sáng của vật đo. Khi đó kim chỉ của mA với sự chia độ theo ánh sáng phụ thuộc vào nhiệt độ sẽ cho biết nhiệt độ tương ứng của vật. Hình 5.12 Sơ đồ hỏa kế quang học. Dây tóc của đèn làm bằng vonfram, có thể chịu được nhiệt độ cao hơn 14000C. Để đo nhiệt độ cao hơn, người ta đặt trước đèn một thiết bị lọc ánh sáng hấp thụ (2) để giảm độ chói và có thể nhìn thấy được dây tóc, giữ cho nó không nung nóng quá mức, bảo đảm sự ổn định chia độ của hỏa kế. Hiện nay hỏa quang kế dùng để đo nhiệt độ từ 800-60000C có nhiều loại với các phạm vi đo khác nhau. Cấp chính xác của hỏa quang kế từ 1,5-4,0. Khác với hỏa kế quang học, hỏa kế quang điện là dụng cụ đo tự động. Phần tử thu năng lượng bức xạ có thể là tế bào quang điện, điện trở quang điện hay diot quang điện. Đo nhiệt độ bằng hỏa kế quang điện cũng dựa trên cơ sở sự phụ thuộc quang phổ độ chói của vật vào nhiệt độ của nó. Theo nguyên lý hoạt động, hỏa kế quang điện được phânthành hai loại: - Dụng cụ nhận năng lượng bức xạ truyền tới phần tử thu và làm thay đổi các tham số của nó (dòng quang điện, điện trở). - Đo năng lượng bức xạ bằng phương pháp bù. Ở đây, phần tử nhạy cảm làm việc ở chế độ chỉ thị không. Cường độ bức xạ phát ra từ vật đo được so sánh với bức xạ của một nguồn ổn định (một đèn sợi đốt nhỏ). Loại hỏa kế quang điện thứ hai phức tạp hơn, nhưng chính xác hơn vì sự chỉ thị của nó không phụ thuộc vào đặc tính của phần tử thu và đặc tính của mạch điện tử. Chúng ta hãy khảo sát loại hỏa kế này (hình 5.13). Hình 5.13 Sơ đồ hỏa kế quang điện. Ống kính của dụng cụ ngắm vào vật đo sao cho quang thông truyền tới vật kính (2) đi qua màng ngăn (3) và lỗ trên của màng chắn (5) và được làm giảm bằng bộ lọc màu đỏ (6), sau đó đến phần tử thu quang điện (7). Ở lỗ phía dưới của tấm chắn (5), người ta truyền một quang thông từ nguồn sáng (1), cung cấp dòng điện từ bộ nguồn (9) và được điều khiển bằng khuyếch đại điện tử (8). Đầu vào là dòng quang điện cấp từ tế bào quang điện. Quang thông truyền đến tế bào quang điện (7) theo pha ngược lại. Điều này được thực hiện nhờ cửa điều tiết (4) nó lần lượt cắt các lỗ của màng ngăn (5). Hình dáng của cửa điều tiết và lỗ của tấm chắn (5) thực hiện sao cho mỗi khi quang phổ truyền tới tế bào quang điện sẽ tạo ra một dòng điện hình sin đảo pha. Do đó khi quang phổ của đèn và của vật đo là như nhau hay chính xác hơn: độ chói như nhau, tác dụng đảo pha sẽ tạo ra trên tế bào quang điện một dòng điện một chiều. Nếu cường độ quang thông của chúng khác nhau, ví dụ khi nhiệt độ thay đổi, thì trong mạch tế bào quang điện sẽ xuất hiện thành phần dòng quang điện xoay chiều, nó được khuyếch đại lên bằng bộ khuyếch đại (8) và đưa qua tần nhạy pha của khối (9). Kết quả làm thay đổi dòng nung nóng đèn (1) cho đến khi quang thông của chúng cân bằng. Nói một cách chính xác: quang thông của đèn đôi khi không bằng quang thông của vật đo. Do đó việc cân bằng quang thông được thực hiện theo sơ đồ bù tự động tỷ lệ. Nhưng nhờ có hệ số khuyếch đại lớn nên sai số cân bằng tĩnh của hệ thống nhỏ. Như vậy dòng điện của đèn có liên hệ đơn trị với độ chói, do đó ta có thể dùng nó để đo nhiệt độ của vật. Ta có thể dùng một điện thế kế đo điện áp rơi trên điện trở (10), thang đo của điện thế kế chia vạch tương ứng của nhiệt độ. Hỏa kế quang điện có thể đo được nhiệt độ từ 800-20000C có cấp chính xác 1 và 1,5. 6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC CHẤT LƯU Mục đích của việc đo và phát hiện mức lưu chất là xác định mức độ hoặc khối lượng lưu chất trong các bình chứa. Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng. Khi đo liên tục, biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không. Thí dụ, nếu phát hiện thấy mức cao thì cảm biến sẽ phát ra tín hiệu để ngừng việc đổ chất lưu vào bình. Khi phát hiện thấy ngưỡng thấp, tín hiệu sẽ phát lệnh ngừng việc hút chất lưu từ bình chứa để đảm bảo mức dự trữ tối thiểu. Thông thường người ta kết hợp cả hai loại đầu đo phát hiện ngưỡng cao và ngưỡng thấp để tự động hoá quy trình cung cấp và hút. Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức: -Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện. -Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu. -Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu. 6.1 PHƯƠNG PHÁP THỦY TĨNH Trong phương pháp này chỉ số đo cảm biến cung cấp là hàm liên tục phụ thuộc vào chiều cao của lưu chất trong bình chứa. Nó không phụ thuộc vào tính chất điện của lưu chất nhưng phụ thuộc vào khối lượng riêng của lưu chất . Các hình dưới đây biểu diễn ba cách khác nhau của phương pháp đo thuỷ tĩnh: Hình 6.1 Cảm biến mức chất lưu theophương pháp thủy tĩnh . Cách thứ nhất: một phao nỗi trên mặt chất lưu được gắn bằng dây (qua một ròng rọc) với một cảm biế