Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 2

Đo nhiệt độ2.1. Khái niệm chung 2.1.1. Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ Nhiệt độ là một thông số công nghệ quan trọng trong nhiều quá trình luyện kim. Bởi vậy, việc đo và kiểm tra nhiệt độ là một trong những khâu hết sức cần thiết trong công nghiệp luyện kim. Tuy nhiên việc xác định chính xác một nhiệt độ là một vấn đề không đơn giản. Đa số các đại l-ợng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với một đại l-ợng cùng bản chất, còn nhiệt độ là đại...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 2 Ch−¬ng 2 ®o nhiÖt ®é2.1. Kh¸i niÖm chung2.1.1. NhiÖt ®é vµ thang ®o nhiÖt ®é NhiÖt ®é lµ mét th«ng sè c«ng nghÖ quan träng trong nhiÒu qu¸ tr×nh luyÖnkim. Bëi vËy, viÖc ®o vµ kiÓm tra nhiÖt ®é lµ mét trong nh÷ng kh©u hÕt søc cÇn thiÕttrong c«ng nghiÖp luyÖn kim. Tuy nhiªn viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c mét nhiÖt ®é lµmét vÊn ®Ò kh«ng ®¬n gi¶n. §a sè c¸c ®¹i l−îng vËt lý ®Òu cã thÓ x¸c ®Þnh trùc tiÕpnhê so s¸nh chóng víi mét ®¹i l−îng cïng b¶n chÊt, cßn nhiÖt ®é lµ ®¹i l−îng ®Æctr−ng cho møc néi n¨ng cña vËt chØ cã thÓ ®o gi¸n tiÕp dùa vµo sù phô thuéc cña tÝnhchÊt vËt liÖu vµo nhiÖt ®é.a) Thang nhiÖt ®é §Ó ®o nhiÖt ®é tr−íc hÕt ph¶i thiÕt lËp thang nhiÖt ®é. Thang nhiÖt ®é tuyÖt ®èi®−îc thiÕt lËp dùa vµo tÝnh chÊt cña khÝ lý t−ëng. Theo ®Þnh lý Carnot: hiÖu suÊt η cña mét ®éng c¬ nhiÖt thuËn nghÞch ho¹t®éng gi÷a hai nguån cã nhiÖt ®é lµ θ1 vµ θ2 trong mét thang ®o bÊt kú chØ phô thuécvµo θ1 vµ θ2: F (θ 1 ) η= (2.1) F (θ 2 )D¹ng cña hµm F phô thuéc vµo thang nhiÖt ®é. Ng−îc l¹i viÖc chän d¹ng hµm F sÏquyÕt ®Þnh thang nhiÖt ®é. §Æt F(θ) = T, khi ®ã hiÖu suÊt nhiÖt cña ®éng c¬ nhiÖtthuËn nghÞch ®−îc viÕt nh− sau: T1 η = 1− (2.2) T2Trong ®ã T1 vµ T2 lµ nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi cña hai nguån.§èi víi chÊt khÝ lý t−ëng, néi n¨ng U chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña chÊt khÝ vµph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng liªn hÖ gi÷a ¸p suÊt p, thÓ tÝch v vµ nhiÖt ®é cã d¹ng: p.v=G(θ) (2.3)Cã thÓ chøng minh ®−îc r»ng: G(θ)=RT (2.4) - 14 -Trong ®ã R lµ h»ng sè khÝ lý t−ëng, T lµ nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi. §Ó cã thÓ g¸n mét gi¸ trÞ sè cho T, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®¬n vÞ cho nhiÖt ®é.Muèn vËy chØ cÇn g¸n gi¸ trÞ cho nhiÖt ®é t−¬ng øng víi mét hiÖn t−îng nµo ®ã víi®iÒu kiÖn hiÖn t−îng nµy hoµn toµn x¸c ®Þnh vµ cã tÝnh lÆp l¹i. - Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): Thang nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi,®¬n vÞ nhiÖt ®é lµ K. Trong thang ®o nµy ng−êi ta g¸n cho nhiÖt ®é cña ®iÓm c©nb»ng ba tr¹ng th¸i n−íc - n−íc ®¸ - h¬i mét gi¸ trÞ sè b»ng 273,15 K. - Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742): Thang nhiÖt ®é b¸ch ph©n, ®¬n vÞnhiÖt ®é lµ oC. Trong thang ®o nµy nhiÖt ®é cña ®iÓm c©n b»ng tr¹ng th¸i n−íc -n−íc ®¸ b»ng 0oC, nhiÖt ®é ®iÓm n−íc s«i lµ 100oC. NhiÖt ®é Celsius x¸c ®Þnh qua nhiÖt ®é Kelvin theo biÓu thøc: T(oC)= T(K) - 273,15 (2.5) - Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): §¬n vÞ nhiÖt ®é lµ oF. Trong thang®o nµy, nhiÖt ®é cña ®iÓm n−íc ®¸ tan lµ 32oF vµ ®iÓm n−íc s«i lµ 212oF. Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é Fahrenheit vµ nhiÖt Celssius: () {( ) } 5 T oC = T o F − 32 (2.6) 9 () () 9o T oF = T C + 32 (2.7) 5B¶ng 2.1 Cho c¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña mét sè nhiÖt ®é quan träng theo c¸c thang®o kh¸c nhau. B¶ng 2.1 NhiÖt ®é mét sè hiÖn t−îng quan träng theo c¸c thang ®o Celsius (oC) Fahrenheit (oF) NhiÖ ®é Kelvin (K)§iÓm 0 tuyÖt ®èi 0 -273,15 - 459,67Hçn hîp n−íc - n−íc ®¸ 273,15 0 32C©n b»ng n−íc - n−íc ®¸ - h¬i 273,16 0,01 32,018N−íc s«i 373,15 100 212b) NhiÖt ®é ®o ®−îc vµ nhiÖt ®é cÇn ®o VËt thÓ hoÆc m«i tr−êng cÇn ®o nhiÖt ®é gäi lµ m«i tr−êng ®o, phÇn tö c¶mnhËn cña dông cô ®o ®−îc gäi lµ vËt ®o. Gi¶ sö m«i tr−êng ®o cã nhiÖt ®é thùc b»ng - 15 -Tx., ®iÒu kiÖn ®Ó ®o ®óng nhiÖt ®é cña m«i tr−êng ®o lµ ph¶i cã sù c©n b»ng nhiÖtgi÷a m«i tr−êng ®o vµ vËt ®o. Tuy nhiªn, do nhiÒu nguyªn nh©n, nhiÖt ®é cña vËt ®okh«ng bao giê ®¹t tíi nhiÖt ®é m«i tr−êng Tx, do ®ã khi ®o ta chØ nhËn ®−îc nhiÖt ®éTc lµ nhiÖt ®é cña vËt ®o. NhiÖt ®é Tx gäi lµ nhiÖt ®é cÇn ®o, nhiÖt ®é Tc lµ nhiÖt ®é®o ®−îc. Gi÷a nhiÖt ®é cÇn ®o vµ nhiÖt ®é ®o ®−îc tån t¹i mét chªnh lÖch nhiÖt ®éTx - Tc nhÊt ®Þnh. Chóng ta h·y kh¶o s¸t tr−êng hîp ®o b»ng dông cô ®o tiÕp xóc. L−îng nhiÖttruyÒn tõ m«i tr−êng vµo vËt ®o x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: dQ = αA (Tx − Tc )dtTrong ®ã: α - hÖ s ...