III. 1.1.6.1 Tổn thất áp suất
IX.3 Lắp đặt thiết bị đo áp suất
X.1.2 Đặc điểm của quá trình đo nhiệt độ
Sở dĩ có thể thực hiện được các phép đo nhiệt độ là do sự truyền nhiệt hoặc qua sự tiếp xúc hoặc qua các chùm tia. Như đã biết, nhiệt truyền được qua sự tiếp xúc trong một đơn vị thời gian tỷ lệ thuận với diện tích truyền nhiệt và chênh lệch nhiệt độ giữa vật cần đo với đầu cảm của dụng cụ đo theo quan hệ sau:
dW = α.A.∆t.dz trong đó: dW – nhiệt truyền được;
α - hệ số truyền nhiệt;
A – diện tích tiếp xúc;
∆t – chênh lệch nhiệt độ giữa vật cần đo và đầu cảm của dụng cụ đo;
dz – thời gian truyền nhiệt.
Quá trình truyền nhiệt từ vật cần đo đến đầu cảm của thiết bị đo được tiến hành đến khi đạt được sự cân bằng nhiệt giữa chúng. Tích phân phương trình truyền nhiệt ở trên cho ta lượng nhiệt mà thiết bị đo hấp thụ được từ nhiệt độ ban đầu t1 cho đến khi đạt được sự cân bằng.
Mặt khác nếu xét đến nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của thiết bị đo từ nhiệt độ ban đầu t1 đến nhiệt độ t gần với nhiệt độ của vật cần đo ta có:
p 1
dw m. . = C ∆ t
∫
ở đây: m – khối lượng của thiết bị đo;
Cp – tỷ nhiệt đẳng áp của thiết bị đo;
∆t1 – chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ ban đầu t1 với nhiệt độ đo được ∆t1 = t – t1. Như vậy nhiệt lượng cần truyền cho thiết bị đo càng lớn khi mà khối lượng thiết bị đo, tỷ nhiệt đẳng áp và hiệu số nhiệt độ càng lớn. Mỗi một thiết bị đo nhiệt độ cần một khoảng thời gian nhất định để nó đạt nhiệt độ của vật cần đo. Thời gian này càng lớn khi lượng nhiệt cần truyền càng lớn.
So sánh phương trình truyền nhiệt và nhiệt lượng truyền được, ta rút ra:
p 1
.A. t.dz m.C . t
α ∆ = ∆
∫
Hình 10.4: Sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt kế chỉ và độ lớn cần đo là hàm số thời gian trên 2 thiết bị đo.
Vậy ta có:
p 1
t.dz m.C t
∆ = .A ∆
∫ α
Qua đó có thể thấy rõ rằng với một thiết bị đo muốn rút ngắn thời gian truyền nhiệt phải tạo ra một diện tích truyền nhiệt về hệ số truyền nhiệt lớn.
Hình 10.4 biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu số nhiệt độ ∆t giữa vật cần đo và đầu cảm của thiết bị đo vào thời gian truyền nhiệt z của hai máy đo khác nhau. Đường cong biểu diễn có dạng hyperbol. Như vậy với thời gian rất dài có thể nói là vô hạn thì ∆t = 0, tức là không có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu cảm và vật cần đo. Nhưng vì trong tất cả các máy đo bao giờ cũng có sai số cho nên có thể xem thời gian trên là giới hạn khi mà độ chênh lệch nhiệt độ ∆t nhỏ hơn giá trị giới hạn sai số của dụng cụ đo nhiệt độ đó. Từ thời gian này trở đi cho phép ta đọc giá trị nhiệt độ chỉ ở máy đo và đó chính là nhiệt độ của vật cần đo. Hai đường cong 1 và 2 ở hình 10.4 cho thấy thời gian cần thiết để đạt được nhiệt độ của vật đo của thiết bị thứ 1 (đường cong 1) ngắn hơn của thiết bị thứ 2 (đường cong 2).
Như đã trình bày ở trên, quá trình đo nhiệt độ là quá trình tiệm cận nên không thể dùng phương pháp lặp đi lặp lại nhiều lần đo để giới hạn sai số được. Vì vậy khi chọn thiết bị đo nhiệt độ phải đặc biệt chú ý đến điều kiện này, nhất là khi đo nhiệt độ thay đổi nhanh theo thời gian.
PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ
Truyền nhiệt nhờ tiếp xúc Truyền nhiệt nhờ bức xạ
Phương pháp cơ học Phương pháp điện Các phương pháp khác
Thay đổi thể tích Bức xạ mù
Bức xạ một phần Bức xạ toàn phần
Thay đổi lực căngThay đổi điện trởNhiệt kế sinh điệnNhiệt nóng chảyNhiệt biểu thị màu
Hình 10.5: Sơ đồ phân loại thiết bị đo nhiệt độ
Quá trình truyền nhiệt bằng bức xạ cũng có quy luật gần như truyền nhiệt bằng tiếp xúc. Để tính toán nhiệt lượng truyền được, sử dụng công thức của Stefan-Boltzman (Stefan (1835-1893) và Boltzman (1844-1906):
dW = C.A.dz.(T14 – T24)
Vì giá trị C cho theo kcal/m2.h.độ nên công thức được sử dụng rộng rãi trong thực tế là:
dW = C.A.dz
4 4
1 2
T T
100 100
−
÷ ÷
trong đó: W – khối lượng nhiệt truyền được (kcal);
C – hằng số bức xạ (kcal/m2.h.độ4);
A – diện tích bức xạ (m2);
Z – thời gian (h);
T1 – nhiệt độ vật bức xạ (K);
T2 – nhiệt độ vật hấp thụ (K).