NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

Nhiệt độ là một tham số vật lý quan trọng, thường hay gặp trong kỹ thuật, công nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống sinh hoạt hàng ngày. Nó là tham số có liên quan đến tính chất của rất nhiều vật chất, thể hiện hiệu suất của các máy nhiệt và là nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt. Vì lẽ đó mà trong các nhà máy, trong hệ thống nhiệt... đều phải dùng nhiều dụng cụ đo nhiệt độ khác nhau. Chất lượng và số lượng sản phẩm sản xuất được đều có liên quan tới nhiệt độ, nhiều trường hợp phải đo nhiệt độ để đảm bảo cho yêu cầu thiết bị và cho quá trình sản xuất. Hiện nay yêu cầu đo chính xác nhiệt độ từ xa cũng là một việc rất có ý nghĩa đối với sản xuất và nghiên cứu khoa học....

Khái niệm nhiệt độ:

Từ lâu người ta đã biết rằng tính chất của vật chất có liên quan mật thiết tới mức độ nóng lạnh của vật chất đó. Nóng lạnh là thể hiện tình trạng giữ nhiệt của vật và mức độ nóng lạnh đó được gọi là nhiệt độ. Vậy nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho trạng thái nhiệt, theo thuyết động học phân tử thì động năng của vật

E=3/2*KT

Trong đó K- hằng số Bonltzman.

E - Động năng trung bình chuyển động thẳng của các phân tử

T - Nhiệt độ tuyệt đối của vật 

Theo định luật 2 nhiệt động học: Nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra của môi chất trong chu trình Cácnô tương ứng với nhiệt độ của môi chất và có quan hệ:

Vậy khái niệm nhiệt độ không phụ thuộc vào bản chất mà chỉ phụ thuộc nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra của vật.

Muốn đo nhiệt độ thì phải tìm cách xác định đơn vị nhiệt độ để xây dựng thành thang đo nhiệt độ (có khi gọi là thước đo nhiệt độ, nhiệt giai ). Dụng cụ dùng đo nhiệt độ gọi là nhiệt kế, nhiệt kế dùng đo nhiệt độ cao còn gọi là hỏa kế. Quá trình xây dựng thang đo nhiệt độ tương đối phức tạp. Từ năm 1597 khi xuất hiện nhiệt kế đầu tiên đến nay thước đo nhiệt độ thường dùng trên quốc tế vẫn còn những thiếu sót đòi hỏi cần phải tiếp tục nghiên cứu thêm.

Đơn vị thang đo nhiệt độ:

1. Sơ lược về quá trình xây dựng thang đo nhiệt độ:

Quá trình thành lập thước đo nhiệt độ cũng là quá trình tìm một đơn vị đo nhiệt độ thống nhất và liên quan mật thiết tới việc chế tạo nhiệt kế.

1597 : Galilê dựa trên sự dãn nở của nước và đã chế tạo ra nhiệt kế nước đầu tiên ; Với loại này chỉ cho chúng ta biết được vật này nóng (lạnh) hơn vật kia mà thôi. Tiếp đó nhiều người đã nghiên cứu chế tạo nhiệt kế dựa vào sự dãn nở của các nguyên chất ở 1 pha. Thang đo nhiệt độ được quy định dựa vào nhiệt độ chênh lệch giữa 2 điểm khác nhau của một nguyên chất để làm đơn vị đo do NEWTON đề nghị đầu tiên, và cách quy định đo nhiệt độ này được dùng mãi cho đến nay.

1724 : Farenheit lập thang đo nhiệt độ với 3 điểm : 0 ; +32 và +96 , tương ứng với -17,8 oC ; 0 oC và 35,6 oC sau đó lấy thêm điểm +212 ứng với nhiệt độ sôi của nước ở áp suất khí quyển (100 oC) .

1731 : Reomua sử dụng rượu làm nhiệt kế. Ông lấy rượu có nồng độ thích hợp nhúng vào nước đá đang tan và lấy thể tích là 1000 đơn vị và khi đặt trong hơi nước đang sôi thì lấy thể tích là 1080 đơn vị, và xem quan hệ dãn nở đó là đường thẳng để chia đều thước ứng với 0 oR đến 80 oR.

1742 : A.Celsius sử dụng thủy ngân làm nhiệt kế. Ông lấy 1000C ứng với điểm tan của nước đá còn 0oC là điểm sôi của nước và sau này đổi lại điểm sôi là 100oC còn điểm tan của nước đá là 0oC .

Trên đây là một số ví dụ về các thang đo nhiệt độ, đơn vị nhiệt độ trong mỗi loại thước đo đó chưa thống nhất, các nhiệt kế cùng loại khó bảo đảm chế tạo có thước chia độ giống nhau. Những thiếu sót này làm cho người ta nghĩ đến phải xây dựng thước đo nhiệt độ theo một nguyên tắc khác sao cho đơn vị đo nhiệt độ không phụ thuộc vào chất đo nhiệt độ dùng trong nhiệt kế.

1848 : Kelvin xây dựng thước đo nhiệt độ trên cơ sở nhiệt động học. Theo định luật nhiệt động học thứ 2, công trong chu trình Cácnô tỷ lệ với độ chênh nhiệt độ chứ không phụ thuộc chất đo nhiệt độ. Kelvin lấy điểm tan của nước đá là 273,1 độ và gọi 1 độ là chênh lệch nhiệt độ ứng với 1% công trong chu trình Cácnô giữa điểm sôi của nước và điểm tan của nước đá ở áp suất bình thường .

Nếu từ nhiệt độ T0 đến T100 ta chia làm 100 khoảng đều nhau và gọi mỗi khoảng là 1 độ thì ta có thể viết:

Thang đo nhiệt độ nhiệt động học trên thực tế không thể hiện được, nó có tính chất thuần túy lý luận, nhưng nhờ đó mà thống nhất được đơn vị nhiệt độ. Mặt khác quan hệ giữa công và nhiệt độ theo định luật nói trên hoàn toàn giống quan hệ thể tích và áp suất đối với nhiệt độ khí lý tưởng tức là:

Nên người ta có thể xây dựng được thước đo nhiệt độ theo định luật của khí lý tưởng và hoàn toàn thực hiện được trên thực tế. Tuy rằng khí thực có khác với khí lý tưởng nhưng số hiệu chỉnh do sự khác nhau đó không lớn và người ta có thể đạt được độ chính xác rất cao. Nhiệt kế dùng thực hiện thang đo nhiệt độ này gọi là nhiệt kế khí.

1877 : Ủy ban cân đo quốc tế công nhận thước chia độ Hydrogen bách phân làm thước chia nhiệt độ cơ bản, 0 và 100 ứng với điểm tan của nước đá và điểm sôi của nước ở áp suất tiêu chuẩn (760 mmHg).

Thước đo này rất gần với thước đo nhiệt độ nhiệt động học, loại này có hạn chế là giới hạn đo chỉ trong khoảng -25 đến +100 độ (vì ở nhiệt độ cao H có độ khuyếch tán mạnh nên bị lọt và khó chính xác).

Việc sử dụng nhiều thước đo nhiệt độ tất nhiên không tránh khỏi việc tính đổi từ thước đo này sang thước đo khác và kết quả tính đổi đó thường không phù hợp với nhau. Để giải quyết vấn đề đó thì:

1933 : Hội nghị cân đo Quốc tế đã quyết định dùng thước đo nhiệt độ

Quốc tế, thước đo này lấy nhiệt độ tan của nước đá và nhiệt độ sôi của nướcở áp suất bình thường là 0 và 100 độ ký hiệu đơn vị nhiệt độ là [ oC ] và dựa trên một hệ điểm nhiệt độ cố định để chia độ còn các nhiệt độ trung gian thì xác định bằng các dụng cụ nội suy.

1948 : Sau khi sửa đổi và bổ sung thêm, hội nghị cân đo quốc tế đã xác định thước đo nhiệt độ quốc tế năm 1948. Theo thước đo này nhiệt độ ký hiệu là t, đơn vị đo là [ oC ]. Thước được xây dựng trên một số điểm chuẩn gốc, đó là những điểm nhiệt độ cân bằng cố định được xác định bằng nhiệt kế khí, trị số của điểm chuẩn góc được lấy là trị số có xác suất xuất hiện cao nhất của nhiệt kế khí khi đo nhiệt độ điểm chuẩn góc đó. Trị số nhiệt độ giữa các điểm chuẩn góc được xác định bằng các nhiệt kế đặc biệt.

- Các điểm chuẩn gốc đều được xác định ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn và gồm các điểm quy định sau:

- Điểm sôi của ôxy - 182,97 oC

- Điểm tan của nước đá 0,00 oC

- Điểm sôi của nước 100,00 oC

- Điểm sôi của lưu huỳnh 444,60 oC

- Điểm đông đặc của bạc 960,80 oC

- Điểm đông đặc của vàng 1063,00 oC

Cách nội suy và ngoại suy để xác định nhiệt độ khác được quy định như sau:

+ Nhiệt độ trong khoảng từ 0 đến điểm đông đặc của sitibiom (630oC) dùng nhiệt kế chuẩn là nhiệt kế điện trở bạch kim mà độ tinh khiết của sợi bạch kim thỏa mãn yêu cầu sau : R100/ R0 ≥ 1,3920, ở đây R0 và R100 là điện trở của điện trở bạch kim ở 0oC và ở 100oC.

Quan hệ giữa trị số điện trở bạch kim ở nhiệt độ t (Rt) và nhiệt độ t được quy định là: Rt = Ro [ 1+At +Bt2]

Ro, A, B là các hằng số xác định bằng cách đo Rt ứng với t = 0,01oC, 100oC và 444,6oC sau đó giãi hệ 3 phương trình.

+ Nhiệt độ trong khoảng từ -182,97 oC đến 0 oC vẫn dùng nhiệt kế điện trở bạch kim nhưng theo quan hệ khác : Rt = Ro.[1+At +Bt2+Ct3(t-100)] Trong đó C là hằng số tìm được do đặt điện trở bạch kim ở nhiệt độ -182,97 oC còn các hệ số khác cũng được tính như trên.

+ Nhiệt độ trong khoảng 630 oC đến 1063 oC dùng cặp nhiệt bạch kim và bạch kim+Rôđi làm nhiệt kế chuẩn.

+ Nhiệt độ trên điểm 1063oC thì dùng hỏa kế quang học chuẩn gốc hoặc đèn nhiệt độ làm dụng cụ chuẩn, nhiệt độ t được xác định theo định luật Planck. Và sau đó căn cứ vào định nghĩa mới của đơn vị nhiệt độ (độ Kelvin) nên đã có thay đổi ít nhiều về thước đo nhiệt độ.

1968 : Hội nghị cân đo quốc tế quyết định đưa ra thước đo nhiệt độ quốc tế thực dụng. Thước đo này cũng được xây dựng dựa trên 6 điểm chuẩn gốc:

- Điểm sôi của ôxy - 182,97 oC

- Điểm ba pha của nước 0,01 oC

- Điểm sôi của nước 100,00 oC

- Điểm đông đặc của kẽm 419,505 oC

- Điểm đông đặc của bạc 960,80 oC

- Điểm đông đặc của vàng 1063,00 oC

Ở các nước phát triển việc giữ gìn và lập lại thước đo nhiệt độ quốc tế thực dụng đều do cơ quan chuyên trách của nhà nước phụ trách như Viện đo lường tiêu chuẩn .... Thước đo nhiệt độ thực dụng quốc tế vẫn chưa hoàn toàn được hoàn thiện, ví dụ như chưa có quy định đối với khoảng nhiệt độ dưới -182,97oC. Các quy định chưa thật bảo đảm cho thước đo nhiệt độ thực dụng quốc tế đúng với thước đo nhiệt độ nhiệt động học....Vì vậy cần phải tiếp tục nghiên cứu thêm để hoàn thiện.

**Nguồn sưu tầm trên Internet

Dụng cụ và phương pháp đo nhiệt độ:

Có nhiều loại dụng cụ đo nhiệt độ, tên gọi của mỗi loại một khác nhưng thường gọi chung là nhiệt kế. Trong dụng cụ đo nhiệt độ ta thường dùng các khái niệm sau:

- Nhiệt kế là dụng cụ (đồng hồ) đo nhiệt độ bằng cách cho số chỉ hoặc tín hiệu là hàm số đã biết đối với nhiệt độ.

- Bộ phận nhạy cảm của nhiệt kế là bộ phận của nhiệt kế dùng để biến nhiệt năng thành một dạng năng lượng khác để nhận được tín hiệu (tin tức) về nhiệt độ. Nếu bộ phận nhạy cảm tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo thì gọi là nhiệt kế đo trực tiếp và ngược lại.

- Theo thói quen người ta thường dùng khái niệm nhiệt kế để chỉ các dụng cụ đo nhiệt độ dưới 600oC, còn các dụng cụ đo nhiệt độ trên 600oC thì gọi là hỏa kế.

Theo nguyên lý đo nhiệt độ, đồng hồ nhiệt độ được chia thành 5 loại chính.

- Nhiệt kế dãn nở đo nhiệt độ bằng quan hệ giữa sự dãn nở của chất rắn hay chất nước đối với nhiệt độ. Phạm vi đo thông thường từ -200 đến 500oC . Ví dụ như nhiệt kế thủy ngân, rượu....

- Nhiệt kế kiểu áp kế đo nhiệt độ nhờ biến đổi áp suất hoặc thể tích của chất khí, chất nước hay hơi bão hòa chứa trong một hệ thống kín có dung tích cố định khi nhiệt độ thay đổi. Khoảng đo thông thường từ 0 đến 300 oC.

- Nhiệt kế điện trở  (Pt100, Pt1000) đo nhiệt độ bằng tính chất biến đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi của vật dẫn hoặc bán dẫn. Khoảng đo thông thường từ -200 đến 600°C

- Cặp nhiệt điện (Thermocouple - Can nhiệt) còn gọi là nhiệt ngẫu, pin nhiệt điện. Đo nhiệt độ nhờ quan hệ giữa nhiệt độ với suất nhiệt điện động sinh ra ở đầu mối hàn của 2 cực nhiệt điện làm bằng kim loại hoặc hợp kim. Khoảng đo thông thường từ 0 đến 1600oC

- Hỏa kế bức xạ gồm hỏa kế quang học, bức xạ hoặc so màu sắc. Đo nhiệt độ của vật thông qua tính chất bức xạ nhiệt của vật. Khoảng đo thường từ 600 đến 6000 oC . Đây là dụng cụ đo gián tiếp.

*** Để biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm và giá bán xin vui lòng liên lạc lại với chúng tôi theo Email: info@ame-engineering.com hoặc Hotline: 0974400989