Đang tải... (xem toàn văn)
Đo lường là việc xác định độ lớn, không chỉ các đại lượng vật lý mà có thể là bất cứ khái niệm gì có thể so sánh được với nhau. Đo lường cung cấp các chuẩn mực về độ lớn cho giao dịch trong đời sống. Đo lường nói riêng, hay quan sát và thí nghiệm nói chung, cũng là một bước quan trọng trong nghiên cứu khoa học (khoa học tự nhiên và khoa học xã hội).
Mục lục Lời mở đầu Chương .3 KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH ĐO LƯỜNG .3 Khái niệm đo lường: Phân loại trình đo: 3 2.1 Đo trực tiếp 2.2 Đo gián tiếp 2.3 Đo tổng hợp Dụng cụ đo lường: Đồng hồ đo 4 Sai số đo lường: 4.1 Sai số nhầm lẫn 4.2 Sai số hệ thống 4.3 Sai số ngẫu nhiên Một số hình ảnh minh hoạ trình đo lường phổ biến nay: Chương .7 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐO LƯỜNG BỨC XẠ Giới thiệu tổng quan khái niệm đo lường xạ 1.1 Khái niệm xạ nhiệt : 1.2 Một số định luật xạ nhiệt: Dụng cụ đo nhiệt độ phương pháp gián tiếp: 12 2.1 Hoả kế quang học 12 2.2 Hoả kế xạ toàn phần 15 2.3 Hỏa kế quang điện 20 2.4 Hỏa kế so màu sắc 21 2.5 Hoả kế xạ hồng ngoại 22 KẾT LUẬN 26 Tài liệu tham khảo 27 Lời mở đầu Đo lường việc xác định độ lớn, khơng đại lượng vật lý mà khái niệm so sánh với Đo lường cung cấp chuẩn mực độ lớn cho giao dịch đời sống Đo lường nói riêng, hay quan sát thí nghiệm nói chung, bước quan trọng nghiên cứu khoa học (khoa học tự nhiên khoa học xã hội) Ngày nay, với phát triển vượt bật khoa học cơng nghệ Thì q trình đo lường có vai trò vơ quan trọng việc ứng dụng phát triển loại máy móc, chi tiết nhà máy hay sống ngày Các thiết bị ngày cải tiến, quy mơ phát triển lớn ta nên chọn phương pháp đo lường thích hợp Để đảm bảo độ an toàn tiến độ khâu sản xuất Chương KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH ĐO LƯỜNG Khái niệm đo lường: _ Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Hoặc định nghĩa đo lường hành động cụ thể thực cơng cụ đo lường để tìm trị số đại lượng chưa biết biểu thị đơn vị đo lường Phân loại q trình đo: _ Có loại đo chính: đo trực tiếp, đo gián tiếp đo tổng hợp 2.1 Đo trực tiếp _ Là ta đem lượng cần đo so sánh với lượng đơn vị dụng cụ đo hay đồng hồ chia độ theo đơn vị đo 2.2 Đo gián tiếp _ Lượng cần đo xác định tính tốn theo quan hệ hàm biết lượng bị đo trực tiếp có liên quan 2.3 Đo tổng hợp _ Là tiến hành đo nhiều lần điều kiện khác để xác định hệ phương trình biểu thị quan hệ đại lượng chưa biết đại lượng bị đo trực tiếp, từ tìm lượng chưa biết 3 Dụng cụ đo lường: Đồng hồ đo _ Là dụng cụ đủ để tiến hành đo lường kèm với vật đo Có nhiều loại đồng hồ đo khác cấu tạo, nguyên lý làm việc xét tác dụng phận đồng hồ đồng hồ gồm phận phận nhạy cảm, phận thị phận chuyển đổi trung gian Đồng hồ đo áp suất Đồng hồ đo lưu lượng nước 4 Sai số đo lường: Có loại sai số đo lường là: Sai số nhầm lẫn, sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên 4.1 Sai số nhầm lẫn _ Trong trình đo lường, sai số người xem đo đọc sai, ghi chép sai, thao tác sai, tính sai, vơ ý làm sai, gọi sai số nhầm lẫn 4.2 Sai số hệ thống _ Sai số hệ thống thường xuất cách sử dụng đồng hồ đo không hợp lý, thân đồng hồ đo có khuyết điểm, hay điều kiện đo lường biến đổi khơng thích hợp đặc biệt khơng hiểu biết kỹ lưỡng tính chất đối tượng đo lường 4.3 Sai số ngẫu nhiên _ Trong q trình đo lường, sai số mà khơng thể tránh khỏi gây khơng xác tất yếu nhân tố hoàn toàn ngẫu nhiên gọi sai số ngẫu nhiên Một số hình ảnh minh hoạ trình đo lường phổ biến nay: Đo nhiệt độ Đo độ ẩm Đo xạ Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐO LƯỜNG BỨC XẠ Giới thiệu tổng quan khái niệm đo lường xạ 1.1 Khái niệm xạ nhiệt : _ Bức xạ nhiệt xạ điện từ tạo chuyển động nhiệt hạt điện tích vật chất Tất vật chất với nhiệt độ lớn độ không tuyệt đối phát xạ nhiệt Khi nhiệt độ vật lớn độ không tuyệt đối va chạm nguyên tử hoạt động làm thay đổi động nguyên tử phân tử Điều dẫn đến làm tăng tốc điện tích và/hoặc gây dao động lưỡng cực, từ sản sinh xạ điện từ độ rộng phổ xạ tương ứng với độ rộng phổ lượng gia tốc nhiệt độ định _ Nếu vật phát xạ đáp ứng đặc tính vật lý vật đen trạng thái cân nhiệt động lực học, xạ gọi xạ vật đen _ Khi vật phát xạ, lượng nhiệt độ giảm _ Khi vật hấp thụ xạ, lượng nhiệt độ tăng Hình ảnh tượng xạ nhiệt _ Bất kỳ vật sau nhận nhiệt có phần nhiệt chuyển đổi thành lượng xạ, số lượng chuyển đổi có quan hệ với nhiệt độ _ Dụng cụ dựa vào tác dụng xạ nhiệt để đo nhiệt độ vật gọi hỏa kế xạ, chúng thường dùng để đo nhiệt độ 600 0C _ Nếu xạ có bước sóng • λ = 0,4 ÷ 0,44 μm → tím than • λ = 0,44 ÷ 0,49 μm → xanh đậm - xanh da trời • λ = 0,49 ÷ 0,58 μm → xanh cõy thm = 0,58 ữ 0,63 m vng ngh = 0,63 ữ 0,76 m đỏ tươi - đỏ thẳm 1.2 Một số định luật xạ nhiệt: 1.2.1 Định luật Planck Max planck EOλ = C1 λ−5 C2 [eλT − 1] λ : Độ dài bước sóng C1 , C2 : Hằng số Planck Nếu T < 3000 oK λ T < 0,3 cm.K sử dụng cơng thức xác 1.2.2 Định luật Stefan-Boltzman: Stefan - Boltzman Cường độ xạ toàn phần vật đen tuyệt đối liên hệ với nhiệt độ biểu thức : EO = ∞ ∫O EOλ d λ = CO ( T ) 100 CO = 5,67 W/m2 o K 1.2.3 Định luật chuyển định Wiên: Wien 10 Sự phụ thuộc cường độ ánh sáng vào bước sóng nhiệt độ Sơ đồ hoả kế quang học 1) Nguồn xạ 2)Vật kính 3) Kính lọc 4&6) Thành ngăn 5) Bóng đèn mẫu 7) Kính lọc ánh sáng đỏ 8) Thị kính _ Khi đo, hướng hoả kế vào vật cần đo, ánh sáng từ vật xạ cần đo nhiệt độ (1) qua vật kính (2), kính lọc (3), vách ngăn (4), (6), kính lọc ánh sánh đỏ (7) tới thị kính (8) mắt Bật cơng tắc K để cấp điện nung nóng dây tóc bóng đèn mẫu (5), điều chỉnh biến trở Rb để độ sáng dây tóc bóng đèn trùng với độ sáng vật cần đo _ Trong thực tế đo nhiệt độ vật có T < 3000 oC với bước sóng λ khoảng 0,4 ÷ 0,7 μm mật độ phổ xạ vật đen tuyệt đối có quan hệ với nhiệt độ theo định luật Planck: C2 EOλ = C1 λ−5 eλT _ Đối với vật thật: Eλ = C2 −5 λT 𝜖λ C1 λ e _ Sai số đo: Sai số độ đen vật đo ε < Khi Tđo xác định cơng thức: 13 _ Công thức hiệu chỉnh: Tđo = Tđọc + ΔT _ Giá trị ΔT cho theo đồ thị _ Ngồi sai số phép đo ảnh hưởng khoảng cách đo, nhiên sai số thường nhỏ Khi mơi trường có bụi làm bẩn ống kính, kết đo bị ảnh hưởng Sơ đồ hoả kế quang học tiếng anh 14 Thiết bị hoả kế quang học 2.2 Hoả kế xạ toàn phần _ Nguyên lý dựa định luật: Năng lượng xạ toàn phần vật đen tuyệt đối tỉ lệ với luỹ thừa bậc nhiệt độ tuyệt đối vật _ Trong đó: σ số, T nhiệt độ tuyệt đối vật đen tuyệt đối (K) _ Thơng thường có hai loại: hoả kế xạ có ống kính hội tụ, hoả kế xạ có kính phản xạ Hoả kế xạ tồn phần a) Loại có ống kính hội tụ b) Loại có kính phản xạ 1) Nguồn xạ 2) Thấu kính hội tụ 3) Gương phản xạ 4) Bộ phân thu lượng 5) Dụng cụ đo thứ cấp 15 _ Trong sơ đồ hình a: ánh sáng từ nguồn xạ (1) qua thấu kính hội tụ (2) đập tới phận thu lượng tia xạ (4), phận nối với dụng cụ đo thứ cấp (5) _ Trong sơ đồ hình b: ánh sáng từ nguồn xạ (1) đập tới gương phản xạ (3) hội tụ tới phận thu lượng tia xạ (4), phận nối với dụng cụ đo thứ cấp (5) _ Bộ phận thu lượngcó thể vi nhiệt kế điện trở tổ hợp cặp nhiệt, chúng phải thoả mãn yêu cầu: + Có thể làm việc bình thường khoảng nhiệt độ 100 - 150oC + Phải có qn tính nhiệt đủ nhỏ ổn định sau - giây + Kích thước đủ nhỏ để tập trung lượng xạ vào đo _ Trên hình thu lượng trình bày cấu tạo thu tổ hợp cặp nhiệt Các cặp nhiệt (1) thường dùng cặp crômen/côben mắc nối tiếp với Các vệt đen (2) phủ bột platin Hoả kế dùng gương phản xạ tổn thất lượng thấp (~10%), hoả kế dùng thấu kính hội tụ tổn thất tới 30 - 40% Tuy nhiên loại thứ lại có nhược điểm mơi trường nhiều bụi, gương bị bẩn, độ phản xạ giảm tăng sai số _ Khi đo nhiệt độ hoả kế xạ sai số thường không vượt 27oC, điều kiện: + Vật đo phải có độ den xấp xỉ + Tỉ lệ đường kính vật xạ khoảng cách đo (D/L) khơng nhỏ 1/16 Bộ thu lượng 16 1) Cặp nhiệt 2) Lớp phủ platin + Nhiệt độ môi trường 20 ± 2oC _ Trong thực tế độ đen vật đo e