CHƯƠNG IV: đO ÁP SUẤT

4.1. KHÁI NIỆM CHUNG 

4.1.1. định nghĩa 

Áp suất là lực tác dụng đều trên một đơn vị diện tích theo phương thẳng

đứng 

                              F = F/S = Áp lực / diện tích. 

Áp suất là một đại lượng cơ bản để xác định trạng thái nhiệt động học của

các chất. 

Áp suất tuyệt đối (P tđ ), áp suất khí quyển (P kg ) và áp suất đo (P đ ) quan hệ

theo đẳng thức:                          P tđ  = P kq  + P đ

4.1.2. đơn vị đo

          đơn vị đo áp suất phụ thuộc vào hệ thống đo.

          đơn vị đo áp suất là Pascal (Pa). Pa = N/m 2 .

          Ngoài ra có thể dùng: Bar, atm, mm H 2 O, mmHg (Tor) 

          Dãi đo áp suất từ 10 -12  , 10 11  Pa.

4.1.3. Phân loại

1. Dựa vào áp suất cần đo

- Áp kế: đo áp suất dư.

- Khí áp kế: đo áp suất khí khí quyển.

- Chân không kế: đo độ chân không.

- Áp kế tuyệt đối: đo áp suất tính từ 0 tuyệt đối. 

- Áp kế vi sai: đo độ chênh áp.

2. Dựa vào nguyên lý làm việc 

- đo bằng phương pháp trực tiếp.

- đo bằng phương pháp gián tiếp.

4.1.4. Các phương pháp đo áp suất

đo áp suất cũng như đo lực có thể theo hai phương pháp: 

1. đo áp suất bằng các chuyển đổi phản ánh trực tiếp đại lượng đo

- Chuyển đổi áp từ có thể đo được áp suất đến 10 MN/m 2 .

- Chuyển đổi áp điện có thể đo được áp suất đến 100 MN/m 2 .

- Chuyển đổi điện trở dây có thể đo được áp suất đến 100 - 400MN/m 2 .

2. Biến áp suất thành di chuyển: đo độ di chuyển suy ra áp suất .

-51-

4.2. THIẾT BỊ đO ÁP SUẤT

4.2.1. đo áp suất khí quyển và gần bằng P kq 

Dựa vào nguyên tắc là đo lực tác dụng lên một đơn vị bề mặt.

để cần bằng với lực này ta dùng cột chất lỏng hoặc lực lò xo.

Thiết bị sử dụng là Baromet:

- Baromet chỉ áp suất tuyệt đối của không khí.

- Baromet dùng để đo áp suất trong không gian hở. 

- Giới hạn đo của Baromet từ 680 - 800mm Hg. 

1. Baromet chất lỏng

a. Cấu tạo (Hình 4.1)

1. Ống thuỷ tinh hình chữ U 

2. Cột thủy ngân

3. Thang đo.

b. Nguyên tắc

Ống chữ U (1) gồm một đầu kín khá dài so với đầu hở, trong ống chứa

đầy thuỷ ngân (2) và ở đầu kín tạo thành khoảng chân không. 

Trọng lượng của cột Hg ở đầu kín được cân bằng với trọng lượng của cột

không khí chất lỏng. 

Thang đo milimét (3) đặt giữa hai khuỷu ống, và chỉ số đo thể hiện hiệu

số độ cao trong hai ống. 

Hiệu số này bằng áp suất của không khí theo mmHg.

Chỉ số đo phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường cần đo, do vậy cần phải

nhân với hiệu số điều chỉnh kèm theo loại Baromet.

2. Baromet hình ống: 

a. Cấu tạo (Hình 4.2) 

          1. Ống kim loại rỗng 

          2. Hệ thống đòn bẫy.

          3. Kim chỉ .

-52-

b. Nguyên tắc 

Áp suất không khí tác dụng lên ống kim loại kín rỗng được uốn cong (1).

Nhờ vào hệ thống đòn bẫy (2) nên các dao động do áp suất được khuyết đại và

được kim (3) chỉ trên thang đo.

3. Baromet tự ghi (Hình 4.3) 

Cấu tạo chính gồm cánh tay đòn đè lên ngòi bút đặt trên băng giản đồ áp

suất - Thời gian. Băng giản đồ được dán trên trống quay. 

Trống quay chuyển động được nhờ bộ phận dây cót.

4.2.2. đo áp suất lớn hơn áp suất khí quyển: 

Thiết bị sử dụng là Manomet.

1. Manomet chất lỏng, hở loại thẳng (Hình 4.4) 

Cấu tạo chính là một ống hình chữ U hở hai đầu, một đầu được nối với hệ

thống có áp suất cần đo.

-53-

Ống đựng chất lỏng: Nước, Hg hay silicon.

độ chênh lệch áp suất bằng trị số h chỉ trên thang đo.

2. Manomet chất lỏng, hở loại nghiêng (Hình 4.5) 

Loại này có độ nhạy cao hơn so với áp kế thẳng, vì trong nhánh nghiêng

chất lỏng sẽ di chuyển trên một khoảng lớn hơn.

Áp suất  của cột h (tính bằng mmHg) được tính: 

                                        h = 1.sin α

Với:   l - Chiều dài cột chất lỏng.

          α - góc nghiêng. 

3. Manomet chất lỏng kín (Hình 4.6) 

Gồm 1 ống hình chữ U kín một đầu, đầu hở được nối với hệ thống áp suất

cần đo.

Khoảng  không  nằm  trên  chất  lỏng  (Hg)  trong  nhánh  kín  là  vật  đo.  đo

chiều dài cột Hg theo thang đo.

Nhược điểm: độ chia của thang đo không đều, giảm dần khi áp suất càng

cao.

-54-

4. Manomet kim loại dạng lò xo (Hình 4.7) 

Cấu tạo chính là nắp đàn hồi nối với hệ thống đòn bẫy được gắn với kim

chỉ. 

Áp suất cần đo sẽ tác dụng lên một bên của nắp, còn áp suất khí quyển sẽ

tác dụng lên phía kia.

Kim chỉ trên thang đo sẽ chỉ hiệu số giữa hai áp suất đó. 

5. Manomet kim loại dạng hình ống (Hình 4.8) 

Cấu tạo chính là một ống hở một đầu được uốn cong, đầu hở được nối với

hệ thống cần đo áp suất .

Khi có áp suất , ống kim loại sẽ tác động lên hệ thống đòn bẫy, và dao

động sẽ được khuyếch đại và được kim chỉ trên thang đo.

4.2.3. đo áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển 

Thiết bị sử dụng là chân không kế

-55-

1. Áp kế thủy ngân đơn giản

a. Ứng dụng:

Dùng để đo áp suất trong khoảng 0 - 200 mm Hg.

b. Cấu tạo (Hình 4.9)

Cấu tạo chính là một ống thuỷ tinh hình chữ U

          1. Khoá nối với hệ thống            3. Bầu Hg

          2. Khoá thông với khí quyển     4. Bầu khí

c. Nguyên tắc

- Vị trí ban đầu: Mực Hg trong bầu cân bằng

- Vị trí khi đo: Mở khoá trên (1) để nối với hệ thống cần đo, đồng thời mở

khoá (2) từ từ để cho không khí vào bầu Hg (3).

- Dưới tác dụng của áp suất khí quyển, Hg được dâng lên trên áp kế và

nén khoảng không trong bầu (4)

Áp suất của khí bằng hiệu số h giữa hai mực Hg và được đo trên thang

chia. Thường tiến hành đo nhiều lần.

2. Áp kế Maxleot

a. Ứng dụng

Dùng để đo áp suất rất bé, khoảng 10 -6  mmHg

-56-

b. Cấu tạo (Hình 4.10)

Cấu tạo chính là một ống thuỷ tinh hình chữ U

          1. Bầu thuỷ ngân                       5. Bầu 

          2,8. Các ống                              6,7. Ống mao quản

          3,4. Các khoá

c. Nguyên tắc

đầu trên của ống (8) được gắn với hệ thống cần đo

Khi đo, mở từ từ khoá (3) để không khí vào bầu (1), dưới tác dụng của áp

suất khí quyển, Hg dâng lên đầy bầu (5), trước đó áp suất trong bầu (5) bằng áp

suất cần đo.

Có thể điều chỉnh tốc độ không khí nhờ khoá (4). Lúc này khí trong bầu

(5) nặng bị nén lại trong mao quản (6).

Áp  suất của  khí  nén  bằng  hiệu số  h giữa  hai  mực  thuỷ  ngân trong  mao

quản (6) và (7).

3. Áp kế Mozơ (Hình 4.11)

-57-

a. Nguyên tắc: Giống áp kế Maxleot

Khi đo quay áp kế ngược chiều kim đồng hồ, dựa vào  mức chỉ của Hg,

đồng thời nhánh bên trong có lắp thang đo logarit ta sẽ xác định được áp suất

trong hệ.

Thường áp kế có 3 vùng đo:

          - Từ 10 -4   - 10 -1  mmHg

          - Từ 10 -1   - 10 mmHg

          - Từ 10  - 500 mmHg

b. Ưu điểm:

Lượng Hg sử dụng ít (khoảng 80 - 300g)

4.2.4. Áp kế điện trở lực căng

1. Cấu tạo: (Hình 4.12)

Thiết bị gồm ống rỗng tròn bằng thép, trên bề mặt ống có dính 2 điện trở

lực căng R T  và R X  mắc cùng với 2 điện trở R tạo thành mạch cầu

          R T , R X           - điện trở lực căng (điện trở Tenxơ)

          R                 - điện trở

          Kđ              - Bộ khuếch đại

-58-

2. Nguyên tắc:

Khi có áp suất P x  cần đo, bề mặt của ống bị nén biến dạng

độ biến dạng được tính:

                              ε  =  P x . r/ E. h

Trong đó:

          P X       - Áp suất cần đo

          r         - đường kính ống

          h        - Chiều dày thành ống

          E        - Môđun đàn hồi của thép

độ biến dạng ε được phản ánh nhờ điện trở lực căng R T , còn điện trở R K 

đính dọc ống dùng để bù nhiệt độ.

Khi điện áp U = const thì điện áp đầu ra của mạch cầu ΔU tỉ lệ với P X .

để tăng tín hiệu ra cần mắc thêm bộ khuếch đại (Kđ)

3. Ứng dụng:

- Dãi đo áp suất     : 5.10 4  - 10 7  Bar

- Sai số quy định   :  ±1,5%

- Do quán tính nhỏ nên thiết bị thường dùng đo áp suất biến thiên nhanh

và tính hiệu ra được ghi trên dao động kí (cơ khí hoặc điện tử)

4.2.5. Áp kế áp điện

1. Cấu tạo: (Hình 4.13)

          1. điện cực                                4. Màng đàn hồi

          2. Áp điện thạch anh                  5. Bộ khuếch đại

          3. Buồng

-59-

2. Nguyên tắc:

Dưới tác dụng của áp suất P, màng đàn hồi (4) tạo nên một lực nén lên áp

điện thạch anh (2) có đường kính D = 5 mm, chiều dày δ = 1mm

điện tích q xuất hiện ở điện cực (1) được đưa vào bộ khuếch đại điện tử

(5). Bộ Kđ có tổng trở là 10 13  Ω.

Quan hệ giữa điện tích q và áp suất P là:

Q  =  K. F. P

Với: K. Hệ số

         F. Diện tích hữu ích của màng

3. Ứng dụng:

          - Giới hạn đo: 2,5 - 100Mpa

          - Cấp chính xác 1,5 - 2

          -  Dùng  để  đo  và  kiểm  tra  áp  suất  trong  hệ  thống  có  dòng  chảy

nhanh 

4.2.6. đo áp suất bằng thiết bị số

1. Nguyên lý

- Biến lực, áp suất thành tần số hoặc điện ápơ

- đo tần số hoặc điện áp bằng các dụng cụ số

2. Thiết bị đo áp suất theo nguyên lý biến áp suất thành tần số

a. Cấu tạo: (Hình 4.14)

-60-

          1. Màng                 4,5. Phân cực

          2. Giá đỡ               Kđ. Bộ khuyếch đại

          3. Màng rung

Các chi tiết 1, 2, 3 .. được chế tạo thành một khối và cùng loại vật liệu.

b. Nguyên tắc:

Áp suất đo P tác động lên màng (1), qua giá đỡ (2) kéo căng màng rung

(3).

Tần số dao động của màng rung khi chưa có P là 3kHz, khi có áp suất thì

tầng số tăng lên 4 kHz.

Dao động của màng rung được duy trì nhờ bộ biến đổi điện từ phân cực

(4) cung cấp đầu ra của bộ Kđ.

điện áp đưa vào Kđ cũng lấy từ bộ biến đổi điện từ phân cực (5) và (4)

do dao động của màng rung.

điện áp ra Ur đồng bộ với tần số của màng.

c. Sơ đồ khối: (Hình 4.15)

          U/f     : Bộ biến đổi áp suất - tần số

          đC    : Bộ điều chỉnh điện áp

          L        : Bộ lọc tần số thấp

          MF    : Máy phát

-61-

Bộ U/f đưa ra tần số 3kHz khi chưa có áp suất và tăng lên 4kHz  khi tăng

áp suất.

Nhờ bộ đC, điện áp này được trộn với điện áp của MF có tần số cố định

3kHz.

đầu ra của bộ đC, gồm tổng của hai tần số thay đổi từ 6 - 7kHz và hiệu

tần số là 1kHz.

Bộ lọc tần só thấp (L) chỉ cho tần số 1kHz đi qua và sự thay đổi áp suất

đo là hàm của tần số biến thiên từ 0 - 1kHz.

Tần số được đo bằng tần số kế chỉ thị số hoặc được xử lý bằng máy tính.

-62-

CHƯƠNG V: đO NHIỆT đỘ

5.1. KHÁI NIỆM CHUNG

5.1.1. định nghĩa

Nhiệt độ là một đại lượng đặc trưng cho độ nóng của vật và được xác định

theo năng lượng động học bên trong của quá trình chuyển động của các phân tử.

Nhiệt độ không  thể biểu hiện theo đơn vị tuyệt  đối và là  một đại lượng

không có kích thước.

5.1.2. đơn vị đo nhiệt độ

1. Thang nhiệt độ động học (Thang nhiệt độ tuyệt đối)

Dựa trên cơ sở định luật thứ hai của nhiệt động học

Thang này có tính chất tuyến tính và không phụ thuộc vào tính chất của

vật đo.

độ Kenvin ( o K) là đơn vị đo nhiệt độ theo thang nhiệt động.

đối với thang này, điểm chuẩn thực nghiệm là điểm ba của nước (Nhiệt

độ cân bằng giữa ba trạng thái Rắn - Lỏng - Hơi): t 0

0  = 273,16  o K.

2. Thang nhiệt độ quốc tế (Thang nhiệt độ bách phân - Cenxiut)

đơn vị đo là độ Cenxiut ( o C)

Theo thang này điểm tan của nước đá và điểm sôi của nước ở điều kiện

tiêu chuẩn là 0 0 C và 100 0 C.

Mối liên quan giữa nhiệt độ Kenvin (T) và nhiệt độ bách phân (t):

T = t + 273,15        ( o K) 

T = T - 273,16       ( o C)

Vì nhiệt độ điểm ba của nước cao hơn nhiệt độ của nước đá đang tan là

0,01 o K.

5.1.3. Nguyên lý

để đo nhiệt độ của một vật phải dựa trên các hiện tượng truyền nhiệt (dẫn

nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt).

Nhiều đại lượng vật lý phụ thuộc vào nhiệt độ, vì vậy có thể thông qua

việc đo một thông số vật lý nào đó của vật để từ đó suy ra nhiệt độ.

5.1.4. Các phương pháp đo nhiệt độ

Dựa  vào  yêu  cầu  kĩ  thuật,  dãi  đo  nhiệt  độ,  có  thể  thực  hiện  bằng  hai

phương pháp:

-63-

1. Phương pháp đo trực tiếp (Tiếp xúc)

đây  là  phương  pháp  mà  các  chuyển  nhiệt  điện được đặt trực  tiếp  trong

môi trường cần đo.

Thường sử dụng để đo khoảng nhiệt độ trung bình và thấp.

2. Phương pháp đo gián tiếp (Không tiếp xúc)

Ở phương pháp này dụng cụ đo đặt ở ngoài môi trường đo.

Thường sử dụng để đo khoảng nhiệt độ cao.

5.1.5. Phân loại nhiệt kế:

Dựa vào nguyên lý, ta chia thành các nhóm sau:

1.  Nhiệt  kế  co  dãn:  đo  sự  biến  thiên  thể  tích  của  vật  (chủ  yếu  là  chất

lỏng) khi nhiệt độ biến thiên.

2. Nhiệt kế áp suất: đo sự thay đổi áp suất (khí, hơi, lỏng) theo nhiệt độ

trong không gian kín.

3. Nhiệt kế điện: Gồm có

−  Nhiệt kế điện trở

−  Cặp nhiệt điện

−  Nhiệt kế bán dẫn (Tecmisto)

4. Nhiệt kế quang học: Gồm có

−  Hoả kế quang học

−  Hoả kế bức xạ

−  Hoả quang kế màu sắc

-64-

Bảng 5.1: Dụng cụ và phương pháp đo với các dãi đo khác nhau.

Nhiệt độ  0 C

Nhiệt kế  -270            0            1000         2000          3000      

100000

Nhiệt điện  trở

- Platin

- Niken

- đồng

- Bán dẫn

Cặp nhiệt điện

- Vật liệu quý

- Vật liệu thường

Hoả quang kế

- Bức xạ

- Màu sắc

- Cường độ sáng

5.2. đO NHIỆT đỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP

5.2.1. Nhiệt kế co giãn (Hình 5.1)

Cấu tạo chính là các ống thuỷ tinh, bên trong có mao quản và bầu chức

các chất lỏng tuỳ theo khoảng nhiệt độ cần đo.

Bảng 5.2: Các chất lỏng sử dụng trong nhiệt kế

Chất  lỏng  chứa  trong  nhiệt

kế

Khoảng nhiệt độ đo  0 C

Thuỷ ngân

Rượu etylic

Toluen

Pentan

- 30 ÷ +550

- 65 ÷ + 65

- 0 ÷ - 90

- 20 ÷  -180

-65-

1. Nhiệt kế thuỷ ngân 

Có hai dạng :

a. Nhiệt kế thủy ngân dạng hình ống:

Ống mao quản được đặt trên bảng có chia độ và ống đặt ở giữa

b. Nhiệt kế thủy ngân dạng hình đũa:

Ống mao quản có thành dày, ở thành ngoài của mao quản đuợc khắc độ.

2. Nhiệt kế nạp khí

Trong mao quản được nạp loại khí không tác dụng với Hg, chẳng hạn khí

Nitơ.

Loại này có thể đo nhiệt độ đến + 550 0 C. Nếu không có khí trơ thì khoảng

nhiệt độ này Hg sẽ bay hơi.

5.2.2. Nhiệt kế áp suất

Dựa vào nguyên tắc hoạt động, chia thành hai dạng:

-66-

- Dạng khí và dạng lỏng

- Dạng hơi

Nguyên tắc hoạt động của nhiệt kế dạng khí và lỏng dựa vào việc đo áp

suất của chất khí hoặc chất lỏng.

Nguyên tắc hoạt động của nhiệt kế dạng hơi dựa vào việc đo áp suất hơi

bão hoà.

Cả hai áp suất này đều phụ thuộc vào nhiệt độ.

1. Cấu tạo (Hình 5.2)

          1. Bầu nhiệt kế                5. Bánh răng hình quạt

          2. Ống mao quản             6. Kim chỉ

          3. Lò xo áp kế rỗng          7. Thang chia độ

          4. Thanh truyền

2. Nguyên tắc: 

đối với những nhiệt kế dạng khí và lỏng thì nạp chất vào đầy bầu nhiệt

kế.

đối với  những nhiệt  kế  dạng hơi  thì  nạp  2/3  chất,  phần  thể  tích  còn  lại

được nạp bằng hơi của chất này.

Ống mao dẫn (2) nối bầu (1) với áp kế và lò xo rỗng (3) được nạp bằng

chất lỏng có nhiệt độ sôi cao (thường dùng hỗn hợp Nước - Glyxerin).

Khi nhiệt độ thay đổi, áp suất trong bầu (1) thay đổi và qua chất lỏng chứa

trong mao quản (2) nó tác dụng lên thành lò xo (3) và được truyền qua thanh (4),

nhờ bánh răng (5) làm kim (6) chỉ trên thang chia độ (7).

-67-

để tăng độ chính xác thì bầu nhiệt kế (10 có thể tích rất lớn so với ống

mao quản (2).

Nhiệt kế hơi có nhược điểm là thang chia độ không đều (nhỏ dần0

Không được đun nhiệt kế áp suất quá nhiệt độ giới hạn cho phép.

5.2.3. Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu:

1. Nguyên lý: (Hình 5.3)

Nhiệt  kế  cặp  nhiệt  ngẫu  dựa  trên  hiệu  ứng

Thomson và Seebeck: Khi nhiệt độ ở hai đầu t 1  và

t 0  khác nhau chúng sẽ tạo thành một sức điện động:

E ab  (t 1 , t 0 ) = E ab  (t 1 ) - E ab  (t 0 )

Nếu giữ cho nhiệt độ t 0  không đổi và t 1  phụ

thuộc vào môi trường đo nhiệt độ thì:

E ab  (t 1 , t 0 ) = E ab  (t 1 ) - C = f(t)

Với C là hằng số

Các thanh  kim  loại a, b  (cặp nhiệt) được  chế  tạo từ  các  chất khác nhau

phụ thuộc vào dãi nhiệt độ làm việc (từ -276 ÷ + 1700 0 C).

Bảng 5.3: Các cặp nhiệt điện thông dụng

Cặp nhiệt

Dải nhiệt độ

làm việc

Sức điện

động (mV)

độ chính xác

đồng/ Constantan 

Φ = 1,63 mm

- 270 ÷ 370       - 6,25 ÷ 19

(- 40 0 C ÷ 100 0 C) ± 0,8%

(- 100 0 C ÷ 350 0 C) ± 0,75%

Cromel/ Alumel

Φ = 3,25 mm

- 270 ÷ 1250     - 5,35 ÷ 50,63

( 0 0 C ÷ 400 0 C) ± 3 0 C

(400 0 C ÷ 800 0 C) ± 0,75%

Cromel/ Constantan

Φ = 3,25 mm

- 276 ÷ 870       - 9,8 ÷ 66,4

( 0 0 C ÷ 400 0 C) ± 3 0 C

(400 0 C ÷ 870 0 C) ± 0,75%

Platin - Rodi (10%)

/Plain

Φ = 0,51 mm

- 50 ÷ 1500       - 0,23 ÷ 15,5

( 0 0 C ÷ 600 0 C) ± 2,5%

(600 0 C ÷ 1500 0 C) ± 0,4%

Platin - Rodi 

/ Plain Rodi (30/6)

Φ = 0,51 mm

0 ÷ 1700           0 ÷ 12,42  (870 0 C ÷ 1700 0 C) ± 0,5%

2. Cấu tạo: (Hình 5.4)

-68-

          1. Dây kim loại                          4. Vỏ thép

          2. Ống sứ cách điện                   5. đầu nối ra

3. đầu hàn

Trong đó các dây kim loại được lồng vào ống sứ cách điện, bên ngoài là

vỏ thép không rỉ và chịu được nhiệt độ cao. đầu dây ra được nối vào hộp đầu

nói chỉ thị.

3. Mạch đo của nhiệt kế nhiệt ngẫu:    (Hình 5.5)

          R đ  - điện trở đường dây

          R đc  - điện trở điều chỉnh

          R p , R f  - điện trở của mV

          mV - milivolmet

để giảm sai số đo thì điện trở thì của mV càng lớn càng tốt, thường lớn

gấp 40 - 50 lần điện trở của mạch đo.

-69-

5.2.4. Nhiệt kế nhiệt điện trở

1. Nguyên lý

Nhiệt kế nhiệt điện trở sử dụng chuyển đổi nhiệt điện trở

Chuyển đổi nhiệt điện trở là một thiết bị biến đổi nhiệt độ thành sự thay

đổi thống số điện trở R

R T   = f(t)

Với t là nhiệt độ

2. Phân loại 

Chia thành :

          - Nhiệt điện trở kim loại

          - Nhiệt điện trở bán dẫn

3. Nhiệt điện trở kim loại:

a. Cấu tạo:  (Hình 5.6)

Nhiệt kế kim loại được chế tạo dưới dạng kim loại hoặc màng mỏng kim

loại có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ.

Các nhiệt điện trở kim loại thường làm bằng: Platin, Niken, đồng

Thiết bị được chế tạo theo hai dạng:

- Nhiệt điện trở dây quấn: (Hình 5.6a)

          1. Dây nhiệt điện trở                  3. Bột Oxit nhôm

          2. Ống sứ cách điện                   4. Vỏ bọc

- Nhiệt điện trở công nghiệp: (Hình 5.6b)

          1. Dây nhiệt điện trở                  3. Ổ đỡ

          2. Ống thép bảo vệ                     4. Hộp đầu ra

-70-

b. Nguyên tắc:

Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở được biểu diễn:

                              R T  = R 0  ( 1 +α.t)

Với:   R 0  - điện trở ở điều kiện chuẩn

          α - Hệ số nhiệt độ

          t - Nhiệt độ môi trường

Bảng 5.4: Hệ số αααα và dãi nhiệt độ sử dụng

Vật liệu  αααα (1/  0 C)  Dãi nhiệt độ,  0 C

đồng (Cu)  4,3 . 10 -3   - 50 ÷ 200

-71-

Niken (Ni)

Platin (Pt)

5 . 10 -3 

≈ 4,3 . 10 -3 

- 195 ÷ 260

- 260 ÷ 1400

 4. Nhiệt điện trở bán dẫn: (Tecmisto)

a. Cấu tạo: Hình (5.7)

Là điện trở chế tạo từ hỗn hợp các Oxit bán dẫn đa tinh thể như: MgO,

MgAl 2 O 4 ,  Mn 2 O 3 ,  CO 2 O 3 ,  NiO  …  Các  bột  Oxit này  được  trộn  theo  một  tỷ  lệ

nhất định , được nén định dạng và thiêu kết ở nhiệt độ 1000 0 C.

Các nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo với hình dáng khác nhau: Hình

trụ, đĩa, vòng … 

          1. điện trở             3. Hai đầu ra

          2. Vỏ kim loại       4. Cách điện

b. Nguyên tắc:

Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ được tính:

R T  = R 0  . Exp [B(1/T - 1/T 0 )]

Với:

          R 0  - điện trở ở nhiệt độ tuyệt đối T 0 

          B - Hệ số nằm trong khoảng 3000 - 5000  0 K

độ nhạy nhiệt độ:

α R  = - B/T 2 

c. đặc tính:

-72-

- điện trở bán dẫn có độ nhạy nhiệt rất cao, gấp hàng chục lần nhiệt điện

trở kim loại.

- Dãi nhiệt độ làm việc từ vài độ tuyệt đối ( 0 K) đến 300 0 C

5. Mạch đo nhiệt điện trở (Hình 5.8)

Thường sử dụng mạch cầu kết hợp với các mạch khuếch đại để tăng độ

nhạy của thiết bị.

Trong đó:

          R 1 ,  R 2 , R 3 , R T : Các điện trở mạch cầu

          R T : Nhiệt điện trở

5.3. đO NHIỆT đỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁN TIẾP

5.3.1. Hoả quang kế quang học (HQK cường độ sáng)

1. Nguyên lý

Phương pháp này dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối.

Bức xạ nhiệt của vật được đặc trưng bằng mật độ phổ E λ 

E λ  là số năng lượng bức xạ trong một đơn vị thời gian với một đơn vị diện

tích của vật và xảy ra trên một đơn vị độ dài sóng.

                              E λ   = ε λ .C 1 .λ -5 .e - C2/λ.T1 

Với:

          ε λ  : Hệ số 0 < ε λ  < 1

          C 1 , C 2 : Hằng số. C 1  = 37,03.10 -7 Jm 2 /s, C 2  = 1,432.10 -2  mđộ

          λ        : độ dài sóng   0,4 µm < λ < 0,7µm 

          T 1  : Nhiệt độ tuyệt đối

2. Cấu tạo (Hình 5.9)

-73-

          1. Kính vật                       5. Thị kính

          2. Bộ lọc ánh sáng            6. Bóng đèn chuẩn

          3. Bộ chắn quang học      7. Thang đo

          4. Bộ lọc ánh sáng đỏ      8. đối tượng đo

3. Nguyên tắc 

Cường độ sáng của đối tượng đo (8) đi vào kính vật (1), được chắn và làm

yếu đi nhờ bộ chắn quang học (3).

Góc quay của bộ chắn (3) tương ứng với cường độ sáng được tính bằng

thang đo (7).

Dụng cụ có hai giới hạn đo, sau bộ chắn (3) là bộ lọc ánh sáng (2) được

sử dụng khi nhiệt độ đo lớn hơn 1400 0 C.

Thị kính (5) dùng để ngắm đối tượng đo (8), trước thị kính có bộ lọc ánh

sáng đỏ (4), sợi đốt của bóng đèn chuẩn (6) được ngắm trực tiếp.

Cường độ sáng của nguồn nhiệt (T đo ) và của bóng đèn chuẩn (T ch ) được so

sánh bằng mắt (Hình 5.10).

- (H 5.10a) Khi T đo  > T ch : xuất hiện sợi đen trên nền sáng.

- (H 5.10b) Khi T đo  < T ch : xuất hiện sợi sáng trên nền thẩm

- (H 5.10c) Khi T đo  = T ch : hình sợi dây biến mất.

-74-

đọc vị trí của bộ chắn ở thang đo (7) để suy ra nhiệt độ

4. Ưu nhược điểm

a. Ưu điểm:

Dễ sử dụng

Giới hạn đo rộng: từ 800 0 C đến khoảng 3000 0 C

độ chính xác cao (Sai số cơ bản ± 1%): vì cường độ sáng thay đổi lớn gấp

10 lần sự thay đổi nhiệt độ.

b. Nhược điểm:

Kết quả phụ thuộc kinh nghiệm người đo

Không tự ghi và tự điều chỉnh được

Chỉ đo được ánh sáng chói của vật chớ không phải nhiệt độ thực của vật.

5. Hoả quang kế quang học tự động cân bằng

a. Cấu tạo (Hình 5.11a)

          1. đối tượng đo                         6. Bộ lưu chỉnh

          2. Khe hở                                   7. Chỉ thị miliampemet (mA)

          3. Tấm chắn                               8. Bộ lọc ánh sáng

          4. Tế bào quang điện                 9. Lá chắn

          5. Bộ khuếch đại xoay chiều      10. đèn mẫu

b. Nguyên tắc        

Ánh sáng từ đối tượng đo (1) và đèn mẫu (10) qua khe hở (2) và bộ lọc

ánh sáng (8) cùng đặt lần lượt vào tế bào quang điện (4) nhờ tấm chắn (3) và sự

di chuyển lá chắn (9).

-75-

Dòng ánh sáng φ 1  và φ 2  của đèn và đối tượng lệch pha nhau 180 0  (Hình

5.11b) và φ là hiệu của dòng ánh sáng φ 1  và φ 2  được tế bào quang điện tạo thành

dòng điện.

Dòng điện này được đưa vào bộ khuếch đại xoay chiều (5), qua bộ chỉnh

lưu (6) để biến thành dòng một chiều đưa đến mA (7) và đèn (10).

Khi ánh sáng của đèn và đối tượng đo ổn định thì dòng điện ra của tế bào

quang điện không đổi và mA cho ta biết nhiệt độ của đối tượng đó.

5.3.2. Hoả quang kế phát xạ:

1. Nguyên lý:

đối với vật đen tuyệt đối, năng lượng bức xạ toàn phần trên một đơn vị bề

mặt là:

                              E 0

T  = σ T 4

Với:   σ = 4,96.10 -2  J/m 2 s. grad 4 

T p : Nhiệt độ của vật theo lý thuyết 

            đối với vật thực thì E T  = ε T σ T 4

ε T : Hệ số bức xạ tổng, ε T  < 1

T t : nhiệt độ thực của vật

Hoả quang kế phát xạ được khắc độ theo độ bức xạ của vật đen tuyệt đối,

nhưng khi đo ở đối tượng thực thì:

                              T t  = T p  (1/ε T ) 1/4 

2. Cấu tạo:  (Hình 5.12)

-76-

          1. Ống kim loại mỏng                5. đường rãnh

          2. Nhiệt điện trở                        6. Tấm kính thủy tinh

          3. Gương cầu lõm                      7. đối tượng đo

          4. Hộp chắn

3. Nguyên tắc

Dụng cụ gồm ống kim loại mỏng (1), phía cuối gắn gương cầu lõm (3).

Chùm tia phát từ đối tượng (7) được gương lõm phản xạ và hội tụ trên nhiệt điện

trở (2) và đốt nóng nó.

Nhiệt điện trở được đặt trong hộp chắn (4) và được mắc vào mạch cầu tự

cần bằng.

để tránh các tia phản xạ từ thành ống, bên trong được gia công các đường

rãnh (5).

để bảo vệ thiết bị, đầu ống được gắn tấm kính thuỷ tinh (6).

4. đặc điểm

Hoả kế bức xạ có dãi đo nhiệt độ rộng: từ 20 đến 2500 0 C.

để đạt độ chính xác thì chùm tia sáng từ đối tượng đến dụng cụ phải trùm

hết tầm nhìn của ống kính (đường kính D).

Nhược điểm: độ chính xác không cao và khó kiểm tra.

5.3.3. Hoả quang kế màu sắc

1. Nguyên lý

Hoả quang kế màu sắc là dụng cụ đo nhiệt dựa trên phương pháp đo tỉ số

cường độ bức xạ của hai ánh sáng có bước sóng khác nhau λ 1  và λ.

Trong dụng cụ có thiết bị tính, tự động giải phương trình để cho kết quả

nhiệt độ cần đo.

2. Cấu tạo (Hình 5.13)

          1. Hệ thống thấu kính                6. Thiết bị điều chỉnh độ nhạy Kđ

          2. đĩa lọc ánh sáng                    7. Bộ chỉnh lưu

          3. động cơ                                 8. Bộ chuyển mạch

          4. Tế bào quang điện                 9. Bộ chia

          5. Bộ khuếch đại                       A. đối tượng đo

-77-

3. Nguyên tắc

Cường độ bức xạ từ đối tượng đo A qua hệ thống thấu kính (1) tập trung

ánh sáng trên đĩa (2). đĩa quay quanh trục nhờ động cơ (3).

Sau khi ánh sáng qua đĩa sẽ đi vào tế bào quang điện (4)

Trên đĩa khoan một số lỗ, trong đó một nữa đặt bộ lọc ánh sáng xanh, còn

nửa kia đặt bộ lọc ánh sáng đỏ.

Khi đĩa quay tế bào quang điện lần lượt nhận ánh sáng đỏ và xanh với tần

số nhất định phụ thuộc tốc độ quay của động cơ.

Dòng quang điện được qua bộ khuếch đại (5) sau đó đưa vào bộ chỉnh lưu

pha (7).

Nhờ  bộ chuyển  mạch  (8) tín hiệu được  chia thành hai phần và được đo

bằng bộ chia (9).

Góc quay của bộ chia tỷ lệ với nhiệt độ đo.

-78-

4. Ưu nhược điểm

a. Ưu điểm:

Không phụ thuộc vào khoảng cách đo

Không phụ thuộc vào sự hấp thụ bức xạ của môi trường.

b. Nhược điểm: Thiết bị phức tạp.

-79-

CHƯƠNG VI:

đO THÀNH PHẦN VÀ NỒNG đỘ

6.1. KHÁI NIỆM CHUNG

đo thành phần và nồng độ của vật chất có ý nghĩa rất quan trọng, nhờ vậy

có thể tiến hành chính xác quá trình nghiên cứu trong các lĩnh vực:

          - Hoá học

          - Môi trường

          - Sinh học

          - Y tế ...

đối tượng nghiên cứu là chất khí, chất lỏng và vật rắn.

Nhiệm  vụ là  đo nồng  độ của  riêng từng chất  hoặc  một nhóm  trong  môi

trường nhiều thành phần với những điều kiện khác nhau như: nhiệt độ, áp suất,

vận tốc …

Dãi thay đổi thành phần và nồng độ khá rộng với các điều kiện khác nhau

nên các phương pháp và dụng cụ đo cũng rất khác nhau.

Ở đây chỉ xét các phương pháp điện dùng để đo nồng độ và thành phần

6.2. PHƯƠNG PHÁP đIỆN HÓA

6.2.1. Nguyên lý chung

Các dụng cụ đo nồng độ theo phương pháp điện hoá đều dựa trên sự ứng

dụng các chuyển đổi điện hoá.

6.2.2. Phân loại: 

Phân thành :

−  Phương pháp điện dẫn

−  Phương pháp điện thế

−  Phương pháp Culông

−  Phương pháp phân cực

6.2.3. Phương pháp điện dẫn:

1. Nguyên lý:

đây là phương pháp đo điện dẫn của dung dịch nhờ các chuyển đổi điện

dẫn tiếp xúc và không tiếp xúc.

2. Ứng dụng:

-80-

Dùng để đo nồng độ muối trong dung dịch, trong nước ngưng 

đo độ mặn của nước biển

Xác định nồng độ chất khí do sự thay đổi điện dẫn của dung dịch khi đưa

vào các chất khí cần phân tích.

Ví dụ: Xác định nồng độ CO 2  trong khí, bằng cách đưa chất khí đó vào

dung dịch KOH, sẽ xảy ra phản ứng:

                              2KOH + CO 2  = K 2 CO 3  + H 2 O

Muối được tạo thành làm thay đổi điện dẫn của dung dịch. đo điện dẫn

của dung dịch sẽ xác định được nồng độ CO 2  trong chất khí đó.

3. Cấu tạo:  (Hình 6.1)

          r x  - chuyển đổi điện dẫn

          r k  - điện trở hiệu chỉnh sai số nhiệt độ

          r s  - điện trở giảm sai số nhiệt độ

4. Nguyên tắc: 

Chuyển đổi điện dẫn r x  được mắc vào mạch cầu tự động dòng xoay chiều.

điện trở hiệu chỉnh sai số nhiệt  độ r k  được đặt ngay trong dung dịch  đo và r k  

được mắc song song với điện trở r s  nhằm giảm sai số nhiệt độ.

Khi nồng độ thay đổi thì làm điện trở r x  cũng thay đổi và điện áp ra của

mạch cầu tỷ lệ với r x , qua đó suy ra nồng độ cần đo.

Ngoài mạch trên còn sử dụng các dụng cị có mạch đo tần số trong đó các

máy phát được nối với các chuyển đổi điện dẫn tiếp xúc hoặc không tiếp xúc để

tạo thành mạch cộng hưởng (Hình 6.2)

-81-

Sự thay đổi nồng độ dung dịch gây nên sự thay đổi thông số mạch điện

làm tần số của nó thay đổi, đo tần số bằng mV sẽ xác định được nồng độ dung

dịch.

6.2.4. Phương pháp điện thế:

1. Nguyên lý:

đây  là  phưong  pháp  đo  điện  thế  cực,  dựa  trên  nguyên  lý  sử  dụng  các

chuyển đổi Ganvanic.

2. Ứng dụng:

- Sử dụng trong các dụng cụ pH mét

- Sử dụng trong các thiết bị phân tích khí

3. Thiết bị phân tích khí.

a. Cấu tạo: (Hình 6.3)

          1. Anod                                     4. Phụ tải

          2. Catod                                     5. Bộ khuếch đại

          3. Mạch cầu                               6. Dụng cụ tự ghi

-82-

b. Nguyên tắc:

Thiết bị dùng đo nồng độ thấp của Oxi trong hỗn hợp khí

Chuyển đổi là phần tử Ganvanic kiềm, có anod (1) làm bằng các tấm chì

nhúng trong dung dịch điện phân, catod (2) là tấm lưới bạc ghép các giấy lọc.

Khi  có  chất  khí  cần  phân  tích  đi  qua,  Oxi  khuếch  tán  theo  bề  mặt  của

catod (2), trong chất điện phân xảy ra phản ứng điện hoá và xuất hiện sức điện

động có tỷ lệ với nồng độ Oxi trong hợp chất khí cần phân tích.

Sức điện động ban đầu được bù bằng điện áp của mạch cầu (3) mắc ngược

với điện áp rơi trên phụ tải (4) của chuyển đổi.

c. đặc tính:

- Hiệu điện áp được đưa vào khuếch đại (5) và đến dụng cụ tự ghi (6).

- Giới hạn đo của thiết bị từ 0,001% đến 0,1% O 2  theo khối lượng

- Sai số cơ bản: ± ( 1 -10)%

- Hằng số thời gian: 0,25 - 5 phút, phụ thuộc tốc độ diễn ra của quá trình

trên các điện cựa và tùy thuộc cấu trúc của chuyển đổi.

4. Dụng cụ pH mét:

a. Ứng dụng:

          - đo hoạt độ của ion Hydro

          - Kiểm tra các quá trình hoá học

b. Cấu tạo: (Hình 6.4)

-83-

          S. chuyển đổi Ganvanic

          Kđ. Bộ khuếch đại

          mA. Miliampemet

          E x . Sức điện động của chuyển đổi

          U k . điện áp bù

          R.điện trở bù sai số nhiệt độ.

c. Nguyên tắc:

Dụng cụ được xây dựng theo nguyên lý bù

Ở đầu vào của mạch KD đặt sức điện động E x , trong khi mạch phản hồi

của Kđ có điện áp bù U k , do đó:

                              ΔU = E x  - U k 

Khi hệ số khuếch đại đủ lớn thì: E x  ≅ U k 

Nên   :         E x  ≅ U k  = I.R

Mà     :         E x  = f (pH)

Do vậy: I = 1/R.f(pH)

Lúc này chỉ thị mA chỉ giá trị độ pH cần đo

d. đặc tính

- Giới hạn đo độ pH từ -1 đến +14.

- Sai số cơ bản của dụng cụ: ± 0,05 đơn vị pH.

6.2.5. Phương pháp Culông:

1. Nguyên lý:

đây là phương pháp đo số lượng điện tích hoặc dòng điện khí điện phân

chất cần nghiên cứu.

-84-

2. Ứng dụng:

          - đo nồng độ và thành phần của chất lỏng và chất khí

          - đo độ ẩm của khí.

3. Cấu tạo: (Hình 6.5)

          1. Chuyển đổi là một ống cách điện

          2,3. điện cực xoắn

4. Nguyên tắc

Hai điện cực xoắn (2,3) được đặt ở mặt trong của chuyển đổi (1)

Các  điện  cực  và  rãnh  xoắn  của  chúng  được  phủ  một  màng  mỏng  P 2 O 5 .

Màng này có điện trở lớn ở dạng khô và điện trở giảm khi hút ẩm 

Khí cần đo  được  đưa  qua  ống  (1)  với  tốc  độ không đổi,  lúc  đó  liên tục

diễn ra hai quá trình:

- Sự hút ẩm của màng để tạo thành axit phốtphoric:

                              P 2 O 5  + H 2 O = 2HPO 3 

- Quá trình điện phân để tái sinh anhidritphốtphoric.

                    2HPO 3          H 2  + 0,5O 2  + P 2 O 5  

Dòng điện phân  I  tỷ lệ với độ ẩm tuyệt đối của khí

5. đặc tính:

- Dải đo độ ẩm từ 10 -4  đến 1% khối lượng

- Sai số ± ( 5 -10)%

6.2.6. Phương pháp phân cực

1. Nguyên lý

-85-

Là  phương  pháp  dựa  trên  hiện  tượng  phân  cực  và  là  một  trong  những

phương pháp điện hoá nhạy nhất.

2. Ứng dụng

Cho phép phân tích dung dịch gồm nhiều thành phần

3. Nguyên tắc (Hình 6.6)

Phân tích bằng cách lấy đặc tính vôn ampe I = f (U)

Nếu dung dịch chứa các ion khác nhau thì đồ thị phân cự của nó là đường

cong nhảy cấp. Mỗi một cấp đặc trưng cho một loại ion xác định

điện áp tương ứng với đoạn giữa của dòng  tăng đột  ngột  dùng để phân

tích định tính, do giá trị của chúng tương ứng với điện thế của ion tách ra, giá trị

này cho trong bảng chuyên dùng.

Dòng I 1 , I 2 , I 3  .... phụ thuộc nồng độ ion tương ứng trong dung dịch và giá

trị của chúng dùng để phân tích định lượng

4. đặc tính

Ngưỡng nhạy cảm của phân cực ký đạt 10 -7  - 10 -9  mol/l

Thường dùng các điện cực giọt thuỷ ngân để phân tích các cation, có điện

thế phân cực vào khoảng từ 0 - 3V.

Các điện cực rắn như vàng, platin, niken ... dùng để phân tích các anion

và các muối nóng chảy.

Khắc độ phân cực ký theo dung dịch chuẩn.

6.3. PHƯƠNG PHÁP ION HOÁ:

6.3.1. Nguyên lý chung:

Là phương pháp dựa trên sự ion hoá các chất cần phân tích và do dòng

điện ion hoá để xác định nồng độ.

-86-

6.3.2. Phân loại: 

Phổ biến được sử dụng:

          1. Chân không kế

          2. Khối phổ kế

          3. Thiết bị phân tích ion hoá nhiệt 

6.3.3. Chân không kế

1. Phân loại

Trong chân không kế có ba loại chuyển đổi chính:

Chuyển đổi tự phát xạ điện tử: trong đó sự ion hoá chất khí xảy ra dưới

tác dụng của điện áp cao.

Chuyển đổi phát xạ nhiệt điện tử: trong đó quá trình ion hoá do catốt bị

đốt nóng làm các điện tử bắn ra với gia tốc có năng lượng đến 15eV, đủ để ion

hoá chất khí.

Chuyển đổi phóng xạ ion: sử dụng các nguồn bức xạ α và β để ion hoá

chất khí với chu kỳ bán phân huỷ lớn.

2. Cấu tạo: (Hình 6.7)

đây là cấu tạo của chân không kế catốt đốt nóng

Khi trị số điện áp anốt và dòng điện không thay đổi thì dòng ion hoá do

bằng dụng cụ (1) tỷ lệ với nồng độ chất khí trong đèn.

3. đặc tính:

Dải đo của thiết bị khoảng 3.10 --5  đến 0,15 N/m 2 

độ nhạy của chuyển đổi là 75 µA/N/m 2 

-87-

Nhược điểm là dòng ion hoá phụ thuộc vào các loại khí khác nhau và chịu

ảnh hưởng của từ trường ngoài.

6.3.4. Phương pháp phân tích ion hoá nhiệt:

1. Nguyên lý:

Dựa trên sự ion hoá các phân tử của các chất trong khí Hydro cháy.

2. Cấu tạo: (Hình 6.8)

          1,2 . điện cực 

          3. Bộ khuếch đại 

          4. Dụng cụ tự ghi

3. Nguyên tắc:

Khí Hydro sạch cháy  trong không khí hầu như không tạo thành các ion

do ngọn lửa Hydro có điện trở rất lớn (10 12  - 10 14  Ω)

Khi đưa vào với Hydro chất khí cần nghiên cứu, do cháy và phân nhiệt sẽ

xảy ra hiện tượng ion hoá phân tử của hợp chất đó và điện trở giữa các điện cực

( 1 và 2) của chuyển đổi bị giảm và dòng điện tăng lên.

điện áp rơi trên điện trở R qua khuếch đại (3) đến dụng cụ ghi (4)

4. đặc tính:

Cho phép xác định nồng độ rất thấp của các hợp chất hữu cơ.

Tốc độ đưa vào chuyển đổi: 10 -12  - 10 -14  g/s

6.3.5. Phương pháp phân tích khối phổ:

1. Ứng dụng: Dùng để  phân tích hợp chất có nhiều thành phần

2. Cấu tạo: (Hình 6.9)

-88-

          1. Nguồn ion hoá                       5. Bộ thu dòng ion

          2. điện cực catốt                       6. Hệ thống tập trung

          3. Bình chân không                    7. Bộ khuếch đại

          4. Nam châm điện tử                 8. Thiết bị ghi

3. Nguyên tắc: 

Khí phân tích được đưa vào nguồn ion hoá (1) gắn ở bình chân không (3).

Dưới tác dụng của điện cực catốt (2) các phân tử khí được ion hoá và nhờ

hệ thống tập trung (6) các phân tử ion hoá hướng vào từ trường đồng nhất của

nam châm điện từ (4).

Bằng cách thay đổi từ cảm B hoặc điện áp tăng tốc U, các chùm ion tương

ứng với thành phần đo của hợp chất được đưa vào bộ thu dòng ion 95), và được

khuếch đại (7) đưa vào thiết bị ghi (8).

4. đặc tính:

Ngưỡng nhạy cảm của thiết bị đạt 0,1 - 0,0001% thể tích

Hàm lượng nhỏ nhất các thành phần khi phân tích chất rắn là 10 -13  Hg.

6.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ

6.4.1. Nguyên lý:

Phương pháp phổ là phương pháp dựa trên khả năng hấp thụ, bức xạ, tán

xạ, phản xạ hoặc khúc xạ có chọn lọc của các chất khác nhau với các loại bức xạ

khác nhau.

-89-

Phương pháp này sử dụng phổ rộng có chiều dài sóng từ dải âm thanh 10 3 

Hz đến độ dài sóng các tia bức xạ, Rơnghen, Gama (10 18+ )

6.4.2. Phân loại:

Tuỳ thuộc vào dải sóng, phân thành:

1. Phương pháp điện thanh:

Dựa trên sự phụ thuộc tốc độ của âm thanh vào thành phần và nồng độ

của chất trong môi trường nghiên cứu dùng để phân tích hợp chất khí nhị phân.

Ví dụ: - Xác định nồng độ Oxi trong hợp chất Nitơ.

           - đo độ ẩm …

2. Phương pháp siêu âm: 

Dựa trên sự khác nhau về tốc độ lan tuyền và dao động siêu âm trong các

môi trường lỏng và khí khác nhau.

Ví dụ: dùng phân tích hợp chất hữu cơ và khí có chứa Hydro, do tốc độ

lan truyền của sóng siêu âm trong Hydro lớn gấp 4 lớn trong không khí.

3. Phương pháp phổ kế vô tuyến:

Là phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân, cộng hưởng thuận từ điện tử và

quang phổ sóng cực ngắn.

Ứng dụng:

đo nồng độ của nước mềm (H 2 O) và nước cứng (D 2 O)

Phân tích hợp chất nhiều thành phần với sai số ± 1%

Phân tích các chất khí

4. Phương pháp điện quang:

Dựa trên sự hấp thụ có chọn lọc tia bức xạ hoặc tán xạ ánh sáng của thành

phần chất cần phân tích trong dải sóng siêu âm và hồng ngoại.

Phổ biến có hai phương pháp sau:

a. Phương pháp phổ hồng ngoại: (Phương pháp quang âm)

Là phương pháp dựa trên sự hấp thụ chọn lọc các bức xạ hồng ngoại tần

số thấp của các chất khí khác nhau.

b. Phương pháp so màu

Là phương pháp trong đó nồng độ được xác định theo mức độ nhuộm các

chất cần phân tích.

-90-

5. Phương pháp phóng xạ:

Là phương pháp dựa trên sự khác nhau về mức độ hấp thụ hoặc phản xạ

các tia bức xạ Rơnghen và các tai phóng xạ của thành phần cần phân tích.

Ứng dụng: 

Xác định nồng độ của các nguyên tố nặng trong dung dicj

đo độ ẩm của đất, than bùn và vật liệu xây dựng

6.4.3. Thiết bị phân tích khí so màu:

1. Cấu tạo: (Hình 6.10)

          1. Băng chỉ thị

          2. đèn chiếu

          φ 1  - φ 2  - Phần tử điện quang

2. Nguyên tắc

Bằng cách đo mức độ nhuộm của băng chỉ thị (1) phụ thuộc nồng độ chất

khí cần đo.

Trong dụng cụ người ta sử dụng phương pháp so sánh dòng ánh sáng của

đèn (2) phản chiếu từ băng chỉ thị với dòng ánh sáng trực tiếp cũng từ đèn (2)

qua hai phần tử quang điện φ 1 , φ 2  và tự động cân bằng.

3. Ứng dụng

Dùng để đo nồng độ rất thấp của các khí: Cl 2 , SO 2 , NH 3 , H 2 S, NO

4. đặc tính

Ngưỡng nhạy cảm của thiết bị là 10 -5  % khối lượng

-91-

Sai số cơ bản ± 10%

Khoảng thời gian phân tích là 2,5 ; 5; 10 phút

6.5. PHƯƠNG PHÁP NHIỆT TỪ VÀ đIỆN DUNG

6.5.1. Nguyên lý

- Là phương pháp đo tính chất nhiệt hoặc được xác định sự thay đổi nhiệt

độ với sự thay đổi tính chất lý hoá khác nhau của các chất.

- Sự thay đổi nồng độ của thành phần trong hợp chất khí làm thay đổi độ

truyền nhiệt và nhiệt độ của nhiệt điện trở, do đó điện trở sẽ thay đổi.

6.5.2. Ứng dụng

- để đo nồng độ H 2 , He, CO 2 , SO 2 , Cl 2  ...

- Dùng đo độ chân không

6.5.3. Thiết bị phân tích khí nhiệt điện trở

1. Cấu tạo (Hình 6.11)

2. Nguyên tắc

Hai nhiệt điện trở R 1 , R 3  đặt trong hộp có hợp chất khí phân tích đi qua.

Hai nhánh còn lại của cầu là hai nhiệt điện trở R 2 , R  4   đặt trong hộp kính

chứa hợp chất khí có nồng độ đã biết trước, tương ứng với giá trị đầu của thang

đo.

3. đặc tính

Sai số của thiết bị ± ( 1 - 5)%

Quán tính đo 1 - 5 phút

-92-

6.6. PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ

6.6.1. Nguyên lý

-  Phương  pháp  này  thực  hiện  bằng  cách  chia  hợp  chất  thành  các  thành

phần riêng rẽ nhờ hiện tượng hút.

- Dùng để phân tích các hợp chất phức tạp

6.6.2. Phân loại:

Các phương pháp sắc ký phân tích khí thường gặp:

1. Phương pháp hấp thụ khí

- Dùng để phân tích hợp chất chứa khí có nhiệt độ sôi thấp (như: H 2 , CO,

CH 4  ...)

- Chất hút là đá xốp cứng

2. Phương pháp khí lỏng

- Dùng để phân tích các hợp chất phức tạp gồm các thành phần gần với

nhiệt độ sôi

- Chất hút là chất lỏng không bay hơi được bôi trên chất xốp cứng.

3. Phương pháp sắc nhiệt ký:

- Là phương pháp thực hiện với các nhiệt độ khác nhau của cột sắc ký.

- độ nhạy và độ chọn lọc cao

4. Phương pháp mao dẫn:

- Là phương pháp tách hợp chất ở cột mao dẫn, bên trong thành cột được

thấm ướt chất lỏng không bay hơi.

- Dùng để phân tích nhanh các thành phần nhỏ của khí.

6.6.3. Thiết bị sắc kí khí

1. Cấu tạo: (Hình 6.12)

          1- Cột sắc khí                            3- Dụng cụ tự ghi

          2- Chuyển đổi                            4- Sắc phổ

-93-

2. Nguyên tắc:

Hợp chất khí phân tích được chuyển dịch nhờ các " Khí mang" ở dạng khí

hoặc hơi qua cột sắc kí (1) chứa đầy chất hút tập trung không di chuyển.

Do  sự  làm  chậm  có  lựa  chọn  được  thực  hiện  bằng  chất  hút,  các  thành

phần bị hút ít (B, D) đi qua trước, còn những chất hòa tan tốt (C, A) bị giữ lại

sau, do đó có sự phân chia hợp chất thành nhiều thành phần khác nhau.

Những  thành  phần  này  theo  trình  tự  được  dẫn  đi  bằng  khí  mang  đến

chuyển đổi (2).

Các chuyển đổi này là các chuyển đổi nhiệt điện, ion hoá, phóng xạ.

Tín hiệu ở đầu ra của chuyển đổi được ghi bằng dụng cụ tự ghi (3).

đường  cong  sắc  phổ  (4)  gồm  những  đỉnh  (Pic)  riêng  rẽ,  mỗi  pic  tương

ứng với một thành phần nhất định.

Nồng độ của mỗi chất được xác định theo tỉ số diện tích của mỗi khoảng

nhọn với diện tích của tất cả sắc phổ.

Hiện nay dùng bộ biến đổi tương tự số để nhận xét kết quả đo ở dạng số.