Tài liệu Chương III: Cảm biến đo nhiệt độ pptx

- 48 -

Ch−¬ng III

C¶m biÕn ®o nhiÖt ®é

3.1. Kh¸i niÖm c¬ b¶n

NhiÖt ®é lµ mét trong sè nh÷ng ®¹i l−îng cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh chÊt

vËt chÊt. Bëi vËy trong nghiªn cøu khoa häc, trong c«ng nghiÖp còng nh− trong ®êi

sèng hµng ngµy viÖc ®o nhiÖt ®é lµ rÊt cÇn thiÕt. Tuy nhiªn viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c

mét nhiÖt ®é lµ mét vÊn ®Ò kh«ng ®¬n gi¶n. §a sè c¸c ®¹i l−îng vËt lý ®Òu cã thÓ

x¸c ®Þnh trùc tiÕp nhê so s¸nh chóng víi mét ®¹i l−îng cïng b¶n chÊt. NhiÖt ®é lµ

®¹i l−îng chØ cã thÓ ®o gi¸n tiÕp dùa vµo sù phô thuéc cña tÝnh chÊt vËt liÖu vµo

nhiÖt ®é.

3.1.1. Thang ®o 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 θ1 vµ θ2 trong mét thang ®o bÊt kú chØ phô thuéc

vµo θ1 vµ θ2:

( )

( ) 2

1

F

F

θ

θ

η = (3.1)

D¹ng cña hµm F phô thuéc vµo thang ®o nhiÖt ®é. Ng−îc l¹i viÖc chän d¹ng hµm F

sÏ quyÕt ®Þnh thang ®o nhiÖt ®é. §Æt F(θ) = T, khi ®ã hiÖu suÊt nhiÖt cña ®éng c¬

nhiÖt thuËn nghÞch ®−îc viÕt nh− sau:

2

1

T

T

η = 1− (3.2)

Trong ®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 vµ

ph−¬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)

Cã thÓ chøng minh ®−îc r»ng:

G(θ)=RT

Trong ®ã R lµ h»ng sè khÝ lý t−ëng, T lµ nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi.

- 49 -

§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©n

b»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 vÞ

nhiÖt ®é lµ o

C vµ mét ®é Celsius b»ng mét ®é Kelvin.

NhiÖt ®é Celsius x¸c ®Þnh qua nhiÖt ®é Kelvin theo biÓu thøc:

T(o

C)= T(K) - 273,15 (3.3)

Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): §¬n vÞ nhiÖt ®é lµ o

F. Trong thang ®o

nµy, nhiÖt ®é cña ®iÓm n−íc ®¸ tan lµ 32o

F vµ ®iÓm n−íc s«i lµ 212o

F.

Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é Fahrenheit vµ nhiÖt Celssius:

( ) {T( F) 32} 9

5 T Co o = − (3.4)

( ) T( C) 32

5

9 T Fo o = + (3.5)

B¶ng 3.1 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 3.1

NhiÖ ®é Kelvin (K) Celsius (o

C) Fahrenheit (o

F)

§iÓm 0 tuyÖt ®èi 0 -273,15 -459,67

Hçn hîp n−íc - n−íc ®¸ 273,15 0 32

C©n b»ngn−íc - n−íc ®¸ - h¬i 273,16 0,01 32,018

N−íc s«i 373,15 100 212

3.1.2. NhiÖt ®é ®o ®−îc vµ nhiÖt ®é cÇn ®o

Gi¶ sö m«i tr−êng ®o cã nhiÖt ®é thùc b»ng Tx, nh−ng khi ®o ta chØ nhËn ®−îc

nhiÖt ®é Tc lµ nhiÖt ®é cña phÇn tö c¶m nhËn cña c¶m biÕn. NhiÖt ®é Tx gäi lµ nhiÖt

®é cÇn ®o, nhiÖt ®é Tc gäi lµ nhiÖt ®é ®o ®−îc. §iÒu kiÖn ®Ó ®o ®óng nhiÖt ®é lµ ph¶i

cã sù c©n b»ng nhiÖt gi÷a m«i tr−êng ®o vµ c¶m biÕn. Tuy nhiªn, do nhiÒu nguyªn

nh©n, nhiÖt ®é c¶m biÕn kh«ng bao giê ®¹t tíi nhiÖt ®é m«i tr−êng Tx, do ®ã tån t¹i

mét chªnh lÖch nhiÖt ®é Tx - Tc nhÊt ®Þnh. §é chÝnh x¸c cña phÐp ®o phô thuéc vµo