Giáo trình Đo lường nhiệt - Hoàng Dương Hùng

GIAẽO TRầNH ÂO LặÅèNG NHIÃÛT - 1 - 
ĐO LƯờNG NHIệT 
Mở ĐầU 
CHƯƠNG 1 : NHữNG KHáI NIệM Về ĐO LƯờNG 
CHƯƠNG 2 : ĐO NHIệT Độ 
CHƯƠNG 3 : ĐO áP SUấT Và CHÂN KHÔNG 
CHƯƠNG 4 : ĐO LƯU LƯợNG MÔI CHấT 
CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO MÔI CHấT 
CHƯƠNG 6 : PHÂN TíCH CHấT THàNH PHầN TRONG HỗN HợP 
GIAẽO TRầNH ÂO LặÅèNG NHIÃÛT - 2 - 
 Mở ĐầU 
 Trong quaù trỗnh õỏỳu tranh vồùi thión nhión, con ngổồỡi cỏửn phaới 
nghión cổùu caùc qui luỏỷt cuớa sổỷ vỏỷt khaùch quan, vỗ vỏỷy phaới tỗm hióứu 
quan hóỷ giổợa lổồỹng vaỡ chỏỳt cuớa sổỷ vỏỷt cho nón khọng thóứ taùch rồỡi 
khoới õo lổồỡng. 
 Khoa hoỹc kyợ thuỏỷt bàừt nguọửn tổỡ õo lổồỡng. Sổỷ phaùt trióứn cuớa khoa 
hoỹc, kyợ thuỏỷt lión quan chàỷt cheợ vồùi sổỷ khọng ngổỡng hoaỡn thióỷn cuớa 
kyợ thuỏỷt õo lổồỡng. Khọng coù õo lổồỡng thỗ khọng thóứ coù bỏỳt kyỡ mọỹt 
khoa hoỹc tinh vi naỡo, mọỹt khoa hoỹc ổùng duỷng naỡo, mọỹt thờ nghióỷm 
naỡo ... 
 Kyợ thuỏỷt õo lổồỡng nhióỷt coù lión quan õóỳn nhióửu ngaỡnh kinh tóỳ 
quọỳc dỏn, vỗ caùc tham sọỳ cuớa quaù trỗnh nhióỷt cuợng laỡ nhổợng tham 
sọỳ quan troỹng trong rỏỳt nhióửu quaù trỗnh saớn xuỏỳt cọng nghióỷp, 
nọng nghióỷp... Âo lổồỡng nhióỷt laỡ quaù trỗnh õo caùc thọng sọỳ traỷng 
thaùi cuớa mọi chỏỳt cuớa caùc quaù trỗnh xaớy ra trong thióỳt bở nhióỷt . Vờ 
duỷ nhổ õo nhióỷt õọỹ t, õo aùp suỏỳt p, õo lổu lổồỹng Q, ... 
 Thióỳt bở nhióỷt ngaỡy caỡng phaùt trióứn vồùi caùc tham sọỳ cao, dung 
lổồỹng lồùn, do õoù cỏửn phaới coù caùc duỷng cuỷ vaỡ phổồng phaùp õo lổồỡng 
thờch hồỹp. Màỷt khaùc muọỳn tổỷ õọỹng hoùa quaù trỗnh saớn xuỏỳt nhióỷt thỗ 
trổồùc hóỳt phaới õaớm baớo tọỳt khỏu õo lổồỡng nhióỷt .Do õoù laỡ caùn bọỹ kyợ 
thuỏỷt nhióỷt khọng nhổợng chố nàừm roớ quùa trỗnh saớn xuỏỳt cuớa caùc 
thióỳt bở nhióỷt maỡ coỡn phaới thaỡnh thaỷo caớ vióỷc lổỷa choỹn vaỡ sổớ duỷng 
caùc loaỷi duỷng cuỷ cuỡng vồùi caùc phổồng phaùp õo khaùc nhau, coù khaớ 
nàng xaùc õởnh caùc sai sọỳ õo lổồỡng, bióỳt õoaùn nhỏỷn caùc nguyón 
nhỏn gỏy sai sọỳ vaỡ bióỳt caùch khổớ mỏỳt caùc nguyón nhỏn gỏy sai sọỳ 
õoù ./. 
ĐO LƯờNG NHIệT – CHƯƠNG 1 - 7 - 
CHƯƠNG 1 : NHữNG KHáI NIệM CƠ BảN Về ĐO LƯờNG 
1.1. ĐO LƯờNG Và DụNG Cụ ĐO LƯờNG 
1.1.1. Định nghĩa 
Đo l−ờng là một quá trình đánh giá định l−ợng một đại l−ợng cần đo để có kết 
quả bằng số so với đơn vị đo. Hoặc có thể định nghĩa rằng đo l−ờng là hành 
động cụ thể thực hiện bằng công cụ đo l−ờng để tìm trị số của một đại l−ợng 
ch−a biết biểu thị bằng đơn vị đo l−ờng. Trong một số tr−ờng hợp đo l−ờng 
nh− là quá trình so sánh đại l−ợng cần đo với đại l−ợng chuẩn và số ta nhận 
đ−ợc gọi là kết quả đo l−ờng hay đại l−ợng bị đo . 
Kết quả đo l−ờng là giá trị bằng số của đại l−ợng cần đo AX nó bằng tỷ số của 
đại l−ợng cần đo X và đơn vị đo Xo. 
 => AX = 
X
X 0
 => X = AX . Xo 
 Ví dụ : ta đo đ−ợc U = 50 V ta có thể xem kết quả đó là U = 50 u 
 50 - là kết quả đo l−ờng của đại l−ợng bị đo 
 u - là l−ợng đơn vị 
Mục đích đo l−ờng là l−ợng ch−a biết mà ta cần xác định. 
Đối t−ợng đo l−ờng là l−ợng trực tiếp bị đo dùng để tính toán tìm l−ợng ch−a 
biết . 
Tùy tr−ờng hợp mà mục đích đo l−ờng và đối t−ợng đo l−ờng có thể thống nhất 
lẫn nhau hoặc tách rời nhau. 
Ví dụ : S= ab mục đích là m2 còn đối t−ợng là m. 
1.1.2. Phân loại 
Thông th−ờng ng−ời ta dựa theo cách nhận đ−ợc kết quả đo l−ờng để phân loại, 
do đó ta có 3 loại đó là đo trực tiếp, đo gián tiếp và đo tổng hợp và ngoài ra 
còn có 1 loại nữa là đo thống kê. 
Đo trực tiếp: Là ta đem l−ợng cần đo so sánh với l−ợng đơn vị bằng dụng cụ 
đo hay đồng hồ chia độ theo đơn vị đo. Mục đích đo l−ờng và đối t−ợng đo 
l−ờng thống nhất với nhau. Đo trực tiếp có thể rất đơn giản nh−ng có khi cũng 
rất phức tạp, thông th−ờng ít khi gặp phép đo hoàn toàn trực tiếp. Ta có thể 
chia đo l−ờng trực tiếp thành nhiều loại nh− : 
- Phép đọc trực tiếp: Ví dụ đo chiều dài bằng m, đo dòng điện bằng Ampemét, 
đo điện áp bằng Vônmét, đo nhiệt độ bằng nhiệt kế, đo áp suất... 
ĐO LƯờNG NHIệT – CHƯƠNG 1 - 8 - 
- Phép chỉ không (hay phép bù). Loại này có độ chính xác khá cao và phải 
dùng ngoại lực để tiến hành đo l−ờng. Nguyên tắc đo của phép bù là đem 
l−ợng ch−a biết cân bằng với l−ợng đo đã biết tr−ớc và khi có cân bằng thì 
đồng hồ chỉ không. 
Ví dụ : cân, đo điện áp 
- Phép trùng hợp : Theo nguyên tắc của th−ớc cặp để xác định l−ợng ch−a biết. 
- Phép thay thế : Nguyên tắc là lần l−ợt thay đại l−ợng cần đo bằng đại l−ợng 
đã biết. 
Ví dụ : Tìm giá trị điện trở ch−a biết nhờ thay điện trở đó bằng một hộp điện 
trở và giữ nguyên dòng điện và điện áp trong mạch. 
- Phép cầu sai : thay đại l−ợng không biết bằng cách đo đại l−ợng gần nó rồi 
suy ra. Th−ờng dùng hiệu chỉnh các dụng cụ đo độ dài. 
Đo gián tiếp: L−ợng cần đo đ−ợc xác định bằng tính toán theo quan hệ hàm đã 
biết đối với các l−ợng bị đo trực tiếp có liên quan. 
- Đại l−ợng cần đo là hàm số của l−ợng đo trực tiếp Y = f ( x1 .....xn ) 
Ví dụ : Đo diện tích , công suất. 
Trong phép đo gián tiếp mục đích và đối t−ợng không thống nhất, l−ợng ch−a 
biết và l−ợng bị đo không cùng loại. Loại này đ−ợc dùng rất phổ biến vì trong 
rất nhiều tr−ờng hợp nếu dùng cách đo trực tiếp thì quá phức tạp. Đo gián tiếp 
th−ờng mắc sai số và là tổng hợp của sai số trong phép đo trực tiếp. 
Đo tổng hợp: Là tiến hành đo nhiều lần ở các điều kiện khác nhau để xác định 
đ−ợc một hệ ph−ơng trình biểu thị quan hệ giữa các đại l−ợng ch−a biết và các 
đại l−ợng bị đo trực tiếp, từ đó tìm ra các l−ợng ch−a biết. 
Ví dụ : Đã biết qui luật dãn nở dài do ảnh h−ởng của nhiệt độ là : 
 L = Lo ( 1 + αt + βt2 ). Vậy muốn tìm các hệ số α, β và chiều dài của vật ở 
nhiệt độ 0 0C là Lo thì ta có thể đo trực tiếp chiều dài ở nhiệt độ t là Lt, tiến 
hành đo 3 lần ở các nhiệt độ khác nhau ta có hệ 3 ph−ơng trình và từ đó ta xác 
định đ−ợc các l−ợng ch−a biết bằng tính toán. 
Đo thống kế : Để đảm bảo độ chính xác của phép đo nhiều khi ng−ời ta phải 
sử dụng ph−ơng pháp đo thống kế, tức là ta phải đo nhiều lần sau đó lấy giá trị 
trung bình. 
Cách đo này đặc biệt hữu hiệu khi tín hiệu đo là ngẫu nhiên hoặc khi kiểm tra 
độ chính xác của một dụng cụ đo. 
1.1.3. Dụng cụ đo l−ờng 
ĐO LƯờNG NHIệT – CHƯƠNG 1 - 9 - 
Dụng cụ để tiến hành đo l−ờng bao gồm rất nhiều loại khác nhau về cấu tạo, 
nguyên lý làm việc, công dụng ... Xét riêng về mặt thực hiện phép đo thì có thể 
chia dụng cụ đo l−ờng thành 2 loại, đó là: vật đo và đồng hồ đo. 
 Vật đo là biểu hiện cụ thể của đơn vị đo, ví dụ nh− quả cân, mét, điện trở tiêu 
chuẩn... 
Đồng hồ đo: Là những dụng cụ có thể đủ để tiến hành đo l−ờng hoặc kèm với 
vật đo. Có nhiều loại đồng hồ đo khác nhau về cấu tạo, nguyên lý làm việc... 
nh−ng xét về tác dụng của các bộ phận trong đồng hồ thì bất kỳ đồng hồ nào 
cũng gồm bởi 3 bộ phận là bộ phận nhạy cảm, bộ phận chỉ thị và bộ phận 
chuyển đổi trung gian. 
- Bộ phận nhạy cảm : (đồng hồ sơ cấp hay đầu đo) tiếp xúc trực tiếp hay gián 
tiếp với đối t−ợng cần đo. Trong tr−ờng hợp bôỷ phận nhạy cảm đứng riêng 
biệt và trực tiếp tiếp xúc với đối t−ợng cần đo thì đ−ợc gọi là đồng hồ sơ cấp. 
- Bộ phận chuyển đổi : Làm chuyển tính hiệu do bộ phận nhạy cảm phát ra đ−a 
về đồng hồ thứ cấp, bộ phận này có thể chuyển đổi toàn bộ hay một phần, giữ 
nguyên hay thay đổi hoặc khuyếch đại. 
 - Bộ phận chỉ thị đồng hồ : (Đồng hồ thứ cấp) căn cứ vào tín hiệu của bộ phận 
nhạy cảm chỉ cho ng−ời đo biết kết quả. 
Các loại đồng hồ đo: 
Phân loại theo cách nhận đ−ợc l−ợng bị đo từ đồng hồ thứ cấp 
 + Đồng hồ so sánh: Làm nhiệm vụ so sánh l−ợng bị đo với vật đo. L−ợng bị 
đo đ−ợc tính theo vật đo. 
Ví dụ : cái cân, điện thế kế... 
 + Đồng hồ chỉ thị: Cho biết trị số tức thời của l−ợng bị đo nhờ thang chia 
độ, cái chỉ thị hoặc dòng chữ số. 
- Giới hạn đo d−ới Amin & Giới hạn đo trên Amax. 
- Khoảng cách giữa hai vạch gần nhất gọi là một độ chia. 
Th−ớc chia độ có thể 1 phía, 2 phía, chứa hoặc không chứa điểm 0. 
Amin Amax Amin Amax
ĐO LƯờNG NHIệT – CHƯƠNG 1 - 10 - 
- Giá trị của độ chia: là trị số biến đổi của l−ợng bị đo làm cho kim di chuyển 
1 độ chia, độ chia có thể đều hay không đều tùy giá trị mỗi độ chia bằng nhau 
hay khác nhau. Có thể đọc trực tiếp hay phải nhân thêm các hệ số nào đó. 
- Khoảng đo là khoảng chia của thang từ giới hạn d−ới đến giới hạn trên. 
+ Đồng hồ tự ghi: là đồng hồ có thể tự ghi lại giá trị tức thời của đại l−ợng đo 
trên giấy d−ới dạng đ−ờng cong f(t) phụ thuộc vào thời gian. Đồng hồ tự ghi có 
thể ghi liên tục hay gián đoạn, độ chính xác kém hơn đồng hồ chỉ thị. 
Loại này trên một băng có thể có nhiều chỉ số 
+ Đồng hồ tích phân: là loại đồng hồ ghi lại tổng số vật chất chuyển qua trong 
một số thời gian nào đó nh− đồng hồ đo l−u l−ợng. 
+ Đồng hồ kiểu tín hiệu: loại này bộ phận chỉ thị phát ra tín hiệu (ánh sáng hay 
âm thanh) khi đại l−ợng đo đạt đến giá trị nào đó 1 đồng hồ có thể có nhiều bộ 
phận chỉ thị. 
Phân loại theo các tham số cần đo: 
 + Đồng hồ đo áp suất : áp kế - chân không kế 
 + Đồng hồ đo l−u l−ợng : l−u l−ợng kế 
 + Đồng hồ đo nhiệt độ : nhiệt kế, hỏa kế 
 + Đồng hồ đo mức cao : đo mức của nhiên liệu, n−ớc. 
 + Đồng hồ đo thành phần vật chất : bộ phân tích 
1.2. CáC THAM Số CủA ĐồNG Hồ 
Trong thực tế giá trị đo l−ờng nhận đ−ợc từng đồng hồ khác với giá trị thực của 
l−ợng bị đo. Giá trị thực không biết đ−ợc và ng−ời ta thay giá trị thực này bằng 
giá trị thực nghiệm, giá trị này phụ thuộc phẩm chất đồng hồ đo hay nói cách 
khác là các tham số của đồng hồ. Chúng ta chỉ xét đến những tham số chủ yếu 
có liên quan dến độ chính xác của số đo do đồng hồ cho biết, đó là : Sai số và 
cấp chính xác, biến sai , độ nhạy và hạn không nhạy. 
1.2.1. Sai số và cấp chính xác 
Trên thực tế không thể có một đồng hồ đo lý t−ởng cho số đo đúng trị số thật 
của tham số cần đo. Đó là do vì nguyên tắc đo l−ờng và kết cấu của đồng hồ 
không thể tuyệt đối hoàn thiện. 
Gọi giá trị đo đ−ợc là : Ađ 
Còn giá trị thực là : At 
- Sai số tuyệt đối : là độ sai lệch thực tế 
 γ = Ad - At 
ĐO LƯờNG NHIệT – CHƯƠNG 1 - 11 - 
- Sai số t−ơng đối : %100.
t
o A
γγ = 
Trong thực tế ta tính : %100.
d
o A
γγ = 
- Sai số qui dẫn: là tỉ số giữa s.số tuyệt đối đối với khoảng đo của đồng hồ (%) 
 %100
minmax
⋅−= AAqd
γδ 
- Cấp chính xác : là sai số quy dẫn lớn nhất trong khoảng đo của đồng hồ 
 CCX = δ qdm ax = γ max
max minA A−
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟ .100 % 
Dãy cấp chính xác 0.1 ; 0.2 ; 0.5 ; 1 ; 1.5 ; 2.5 ; 4. 
Tiêu chuẩn để đánh giá độ chính xác của dụng cụ đo là CCX 
 Các dụng cụ đo có CCX = 0.1 hay 0.2 gọi là dụng cụ chuẩn. Còn dùng trong 
phòng thí nghiệm th−ờng là loại có CCX = 0.5 , 1. Các loại khác đ−ợc dùng 
trong công nghiệp. Khi nói dụng cụ đo có cấp chính xác là 1,5 tức là 
 Sqd = 1,5% 
Các loại sai số định tính: Trong khi sử dụng đồng hồ ng−ời ta th−ờng để ý đến 
các loại sai số sau 
- Sai số cho phép: là sai số lớn nhất cho phép đối với bất kỳ vạch chia nào của 
đồng hồ (với quy định đồng hồ vạch đúng t/c kỹ thuật) để giữ đúng cấp chính 
xác của đồng hồ. 
- Sai số cơ bản: là sai số lớn nhất của bản thân đồng hồ khi đồng hồ làm việc 
bình th−ờng, loại này do cấu tạo của đồng hồ. 
- Sai số phụ: do điều kiện khách quan gây nên. 
Trong các công thức tính sai số ta dựa vào sai số cơ bản còn sai số phụ thì 
không tính đến trong các phép đo. 
1.2.2. Biến sai 
Là độ sai lệch lớn nhất giữa các sai số khi đo nhiều lần 1 tham số cần đo ở 
cùng 1 điều kiện đo l−ờng : Adm - And max 
Chú ý : Biến sai số chỉ của đồng hồ không đ−ợc lớn hơn sai số cho phép của 
đồng hồ . 
1.2.3. Độ nhạy 
 S = 
∆
∆
X
A
ĐO LƯờNG NHIệT – CHƯƠNG 1 - 12 - 
 ∆X : độ chuyển động của kim chỉ thị (m ; độ ...) 
 ∆A : độ thay đổi của giá trị bị đo. 
Ví dụ : S = 
3
2
 = 1,5 mm/oC 
- Ta có thể tăng độ nhạy bằng cách tăng hệ số khuếch đại (trong lúc này không 
đ−ợc tăng sai số cơ bản của đồng hồ) 
- Giá trị chia độ bằng 1/s =C hay còn gọi là hằng số của dụng cụ đo 
Giá trị của mỗi độ chia không đ−ợc nhỏ hơn trị tuyệt đối của sai số cho phép 
của đồng hồ. 
1.2.4. Hạn không nhạy 
Là mức độ biến đổi nhỏ nhất của tham số cần đo để cái chỉ thị bắt đầu làm 
việc. 
Chỉ số của hạn không nhạy nhỏ hơn 1/2 sai số cơ bản. 
* Trong thực tế ta không dùng dụng cụ có độ nhạy cao vì làm kim dao động 
dẫn đến hỏng dụng cụ. 
1.2.5. Kiểm định đồng hồ 
Xác định chất l−ợng làm việc của đồng hồ bằng cách so sánh với đồng hồ 
chuẩn để đánh giá mức độ làm việc. 
Nội dung: Xét sai số cho phép : sai số cơ bản, biến sai, độ nhạy và hạn không 
nhạy của đồng hồ. 
- Đối với đồng hồ dùng trong công nghiệp CCX 2.5 ... thì kiểm định 3 ữ 5 vạch 
chia độ trong đó có Amin & Amax. 
- Đồng hồ dùng trong phòng thí nghiệm : kiểm định 10 ữ 15 vạch và sau khi 
kiểm tra dùng bảng bổ chính. Thông th−ờng dùng đồng hồ có CCX là 0.1 ; 0.2 
để kiểm định các đồng hồ cấp chính xác lớn hơn 0.5 .. 1. 
Các đồng hồ chuẩn cấp 1 có CCX < 0.1 thì kiểm định bằng ph−ơng pháp đặc 
biệt và dùng đồng hồ chuẩn gốc. 
Đồng hồ chuẩn cấp 2 (CCX 0.1; 0.2) thì dùng đồng hồ chuẩn cấp 1 để kiểm 
định. 
1.3. SAI Số ĐO LƯờNG 
Trong khi tiến hành đo l−ờng, trị số mà ng−ời xem, đo nhận đ−ợc không bao 
giờ hoàn toàn đúng với trị số thật của tham số cần đo, sai lệch giữa hai trị số 
đó gọi là sai số đo l−ờng. Dù tiến hành đo l−ờng hết sức cẩn thận và dùng các 
công cụ đo l−ờng cực kỳ tinh vi ... cũng không thể làm mất đ−ợc sai số đo 
ĐO LƯờNG NHIệT – CHƯƠNG 1 - 13 - 
l−ờng, vì trên thực tế không thể có công cụ đo l−ờng tuyệt đối hoàn thiện, 
ng−ời xem đo tuyệt đối không mắc thiếu sót và điều kiện đo l−ờng tuyệt đối 
không thay đổi ... 
Trị số đo l−ờng chỉ là trị số gần đúng của tham số cần đo, nó chỉ có thể biểu 
thị bởi một số có hạn chữ số đáng tin cậy tùy theo mức độ chính xác của việc 
đo l−ờng. Không thể làm mất đ−ợc sai số đo l−ờng và cũng không nên tìm 
cách giảm nhỏ nó tới quá mức độ có thể cho phép thực hiện vì nh− vậy rất tốn 
kém. Do đó ng−ời ta thừa nhận tồn tại sai số đo l−ờng và tìm cách hạn chế sai 
số đó trong một phạm vi cần thiết rồi dùng tính toán để đánh giá sai số mắc 
phải và đánh giá kết quả đo l−ờng. 
Ng−ời làm công tác đo l−ờng, thí nghiệm, cần phải đi sâu tìm hiểu các dạng 
sai số, nguyên nhân gây sai số để tìm cách khắc phục và biết cách làm mất ảnh 
h−ởng của sai số đối với kết quả đo l−ờng. 
1.3.1. Các loại sai số 
 Tùy theo nguyên nhân gây sai số trong quá trình đo l−ờng mà ng−ời ta chia 
sai số thành 3 loại sai số sau: - Sai số nhầm lẫn - Sai số hệ thống - và sai số 
ngẫu nhiên . 
1- Sai số nhầm lẫn: Trong quá trình đo l−ờng, những sai số do ng−ời xem đo 
đọc sai, ghi chép sai, thao tác sai, tính sai, vô ý làm sai .... đ−ợc gọi là sai số 
nhầm lẫn. Sai số đó làm cho số đo đ−ợc khác hẳn với các số đo khác, nh− vậy 
sai số nhầm lẫn th−ờng có trị số rất lớn và hoàn toàn không có quy luật hơn 
nữa không biết nó có xuất hiện hay không, vì vậy nên rất khó định ra một tiêu 
chuẩn để tìm ra và loại bỏ những số đo có mắc sai số nhầm lẫn. Cách tốt nhất 
là tiến hành đo l−ờng một cách cẩn thận để tránh mắc phải sai số nhầm lẫn. 
Trong thực tế cũng có khi ng−ời ta xem số đo có mắc sai số nhầm lẫn là số đo 
có sai số lớn hơn 3 lần sai số trung bình mắc phải khi đo nhiều lần tham số cần 
đo. 
2- Sai số hệ thống: Sai số h ... ả năng hấp thụ năng 
l−ợng bức xạ tia hồng ngoại. 
Nguyên lý cấu tạo bộ phân tích kiểu tia hồng ngoại dùng đo định l−ợng nồng 
độ nh− hình vẽ. 
5 
4
32
1 
Họựn hồỹp khờ 
II0 
 ÂO LặÅèNG NHIÃÛT — CHặÅNG 6 - 130 - 
Năng l−ợng bức xạ của nguồn sáng tia hồng ngoại 1 phát ra có c−ờng độ là I0 
sau khi qua 2 thì vào buồng làm việc 3, buồng này có hỗn hợp khí cần đo liên 
tục chạy qua, nhóm khí cần phân tích sẽ hấp thụ năng l−ợng bức xạ của một 
đoạn quang phổ nào đó trong tia hồng ngoại, năng l−ợng đ−a vào buồng 4 bây 
giờ không còn là I0 mà là I, buồng 4 chứa đầy nhóm khí cần phân tích với nồng 
độ khá cao nên phần năng l−ợng còn d− I = I0 - ∆I sẽ bị hấp thụ hết, nhiệt độ 
buồng 4 tăng lên dùng một loại phần tử đo nhiệt độ 5 ta sẽ xác định độ tăng 
nhiệt độ của buồng 4 và sẽ xác định đ−ợc nồng độ của nhóm khí cần đo. 
Theo định luật Langzberg; lC
o
e
I
I ..à−= 
Trong đó : 
àλ - hệ số hấp thụ t−ơng đ−ơng của nhóm cần phân tích và là hàm số đối với độ 
dài sóng đã định. 
C - là nồng độ nhóm cần phân tích (khí hấp thụ bức xạ). 
l - độ dài buồng làm việc (chiều dày lớp hấp thụ). 
Nếu thể tích buồng làm việc không đổi thì phần tử nhạy cảm 5 có thể là phần 
tử đo áp suất vì nhiệt độ tăng thì áp suất tăng theo quan hệ đ−ờng thẳng. 
6.7.3. Bộ phân tích khí kiểu hấp thụ tia tử ngoại (tia cực tím) 
 Quá trình vật lý có liên quan đến hấp thụ bức xạ tử ngoại rất phức tạp so với 
bức xạ hồng ngoại, năng l−ợng l−ợng tử ứng với phổ vùng tử ngoại không phải 
chỉ để làm thay đổi năng l−ợng quay phân tử và năng l−ợng dao động của 
nguyên tử nh− trong phạm vi hồng ngoại mà còn để làm thay đổi năng l−ợng 
vỏ điện tử bên ngoài của phân tử. 
Sơ đồ bộ phân tích khí kiểu hấp thụ tia tử ngoại: 
Bức xạ từ nguồn 1 đi qua buồng làm việc 2 tới tế bào quang điện 4, mặt khác 
bức xạ cũng qua buồng so sánh 3 tới tế bào quang điện 5. Buồng so sánh chứa 
đầy hỗn hợp khí có thành phần không đổi, không hấp thu bức xạ tử ngoại, nếu 
khí qua buồng làm việc không chứa thành phần cần phân tích thì dòng bức xạ 
2
3
1 
4 
5 
6
 ÂO LặÅèNG NHIÃÛT — CHặÅNG 6 - 131 - 
của 2 nhánh nh− nhau nên không có dòng điện trong mạch qua đồng hồ 6 . 
Trái lại, nếu khí qua buồng làm việc có chứa khí thành phần cần phân tích thì 
dòng điện qua đồng hồ 6 sẽ tỷ lệ với nồng độ thành phần cần phân tích. 
6.7.4. Bộ phân tích khí kiểu phổ quang kế 
Nguyên lý làm việc : Xác định đ−ợc nồng độ chất thành phần trong hỗn hợp 
khí cần phân tích bằng cách phân tích phổ phát xạ của hỗn hợp khí nhờ đo 
c−ờng độ bức xạ vạch phổ của chất thành phần. 
6.8. Bộ PHÂN TíCH KHí KIểU SO MàU SắC 
Trong hỗn hợp khí có nồng độ xác định, phản ứng hóa học có tính chọn lọc 
màu sắc tác dụng t−ơng hỗ giữa các chất thành phần và dung dịch chỉ thị sẽ 
làm cho tất cả các chất trong dung dịch bị nhuộm màu, dùng cách đo sự hấp 
thụ ánh sáng của dung dịch bị nhuộm màu thì sẽ xác định đ−ợc nồng độ chất 
thành phần. 
Bộ phân tích khí áp dụng nguyên lý so màu sắc nói trên có những −u điểm cơ 
bản so với các ph−ơng pháp khác : 
 - Ph−ơng pháp phân tích so màu sắc có độ nhạy cao (vì có thể gom góp các 
thành phần cần xác định trong dung dịch chỉ thị hoặc băng chỉ thị) nói khác đi, 
tăng số l−ợng khí cần phân tích đi qua dung dịch chỉ thị hoặc băng chỉ thị hầu 
nh− sẽ làm tăng một cách không hạn chế độ nhạy của ph−ơng pháp so màu 
sắc. Do đó bộ phân tích khí kiểu so màu sắc đ−ợc dùng rộng rãi để xác định vi 
nồng độ các khí khác nhau trong hỗn hợp khí phức tạp và trong môi tr−ờng 
không khí, trái lại khi đo các nồng độ lớn thì bộ phân tích này ít có hiệu quả. 
 - Tính lựa chọn cao. Tính chất này đ−ợc xác định bởi sự chọn lọc đặc biệt của 
phản ứng hóa học giữa chất thành phần cần xác định của hỗn hợp khí và dung 
dịch chỉ thị. 
 - Bộ phân tích khí kiểu so màu sắc có thể có cấu tạo vạn năng, bởi vì có thể 
dùng một bộ phân tích và đồng hồ với các dung dịch chỉ thị khác nhau sẽ có 
thể xác định đ−ợc các chất khí khác nhau. 
Nguyên lý phân tích bằng cách so màu sắc : 
Định luật Baye : 
Phân tích so màu sắc là dựa trên cơ sở của hiện t−ợng sau : tia sáng đi qua vật 
có màu sắc thì có một phần bị vật hấp thụ nên c−ờng độ tia sáng ở đầu đi ra so 
với đầu đi vào vật trên sẽ yếu hơn. Định luật Baye chính là quy luật rút ra từ 
hiện t−ợng trên. Giả sử có một bình chứa có 2 vách cách nhau một khoảng l 
làm bằng môi chất sáng lý t−ởng (không hấp thụ tia sáng). 
 ÂO LặÅèNG NHIÃÛT — CHặÅNG 6 - 132 - 
Tia sáng tới trực giao với 
vách có c−ờng độ I0, tia 
sáng ở đầu đi ra có c−ờng 
độ là I thì quan hệ giữa I 
và I0 có thể xác định bằng 
công thức : Clo eII
ξ−= hay là Cl
o
e
I
I ξ−= 
trong đó : ξ là hằng số tỷ lệ còn gọi là hệ số tiêu quang (là đại l−ợng vật lý có 
quan hệ với tính chất nh−ng không có quan hệ với nồng độ của môi chất). Do 
đó khi môi chất xác định thì ξ cũng xác định và nếu giữ l không đổi thì từ I/I0 
có thể suy ra C. 
Bộ phân tích bằng ph−ơng pháp so màu sắc có thể chia làm 3 loại : 
„ Bộ phân tích khí dùng dung dịch so màu sắc. 
„ Bộ phân tích khí phân tích trực tiếp theo màu sắc khác nhau của chất khí. 
„ Bộ phân tích khí so màu sắc dùng băng hấp thụ. 
Bằng cách đo mức độ nhuộm màu của băng chỉ thị 1, (mức độ này phụ thuộc 
vào nồng độ của chất thành phần). Trong dụng cụ trên ng−ời ta so sánh dòng 
l
I0 I
Maỷch tổỷ 
cỏn bàũng
Chố thở 
φ1 φ2 
2 
1 
khờ 
Bọỹ phỏn tờch khờ so maỡu sàừc duỡng bàng hỏỳp thuỷ.
 ÂO LặÅèNG NHIÃÛT — CHặÅNG 6 - 133 - 
ánh sáng trực tiếp cũng từ đèn 2 qua 2 phần tử quang điện φ1 và φ2 và tự động 
cân bằng, từ đó ta xác định đ−ợc mức độ nhuộm màu và suy ra nồng độ. 
6.9. Bộ PHÂN TíCH KHí KIểU SắC Ký 
Trong các bộ phân tích tự động thì ph−ơng pháp phân tích kiểu sắc ký là một 
ph−ơng pháp lớn và mới của bộ phân tích kiểu lý- hóa. Bộ phân tích loại này 
đ−ợc dùng để phân tích vật vô cơ và đặc biệt là vật hữu cơ với tính −u việt độc 
đáo. 
Hỗn hợp khí phức tạp đ−ợc chia thành các thành phần riêng biệt do kết quả của 
quá trình hấp phụ diễn ra khi hỗn hợp chuyển động dọc theo lớp chất hấp phụ 
và sau đó xác định nồng độ của mỗi chất thành phần. 
Trong hệ dị thể có bề mặt chia pha, bao giờ cũng có năng l−ợng tích lũy trên 
bề mặt, gắn liền với bề mặt chia pha đó diễn ra một quá trình gọi là quá trình 
hấp phụ. Đó là quá trình tập trung vật chất từ trong thể tích pha về bề mặt chia 
pha, ng−ời ta gọi là sự hấp phụ bề mặt hoặc gọi tắt là sự hấp phụ. Nguyên nhân 
của quá trình hấp phụ là do có lực liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ 
ng−ời ta cho rằng có 2 loại lực liên kết hấp phụ cơ bản đó là lực vật lý và lực 
hóa học. 
Phân tích hỗn hợp theo ph−ơng pháp sắc ký dựa trên cơ sở hấp phụ của chất 
hấp phụ rắn và lỏng. Tùy theo loại chất hấp phụ, phép sắc ký khí đ−ợc chia ra 
loại khí -hấp phụ và khí -chất n−ớc. 
„ Phép sắc ký khí hấp phụ dựa vào độ hấp phụ khác nhau của chất hấp phụ 
rắn đối với chất thành phần trong hỗn hợp khí. Chất hấp phụ này làm bởi vật 
liệu hữu cơ hoặc khoáng chất tự nhiên hay nhân tạo có tính xốp để có thể tích 
không gian hấp phụ lớn. 
„ Phép sắc ký khí - chất n−ớc : Dựa vào sự hấp phụ khác nhau đối với các 
chất thành phần đó trong chất n−ớc dẫn tới bề mặt chất hấp phụ. Chất n−ớc 
th−ờng hay dùng nhất làm chất hấp phụ là các ete (este) cao phân tử, r−ợu, dầu 
silicon... 
Hỗn hợp khí cần phân tích chuyển động qua một ống dài nhỏ chứa đầy chất 
hấp phụ. Do sự hấp phụ có lựa chọn các thành phần bị hấp phụ ít đi qua tr−ớc 
(B, D) còn những chất hòa tan tốt (C,A) bị giữ lại sau đó có sự phân chia hợp 
chất thành nhiều thành phần khác nhau. 
 ÂO LặÅèNG NHIÃÛT — CHặÅNG 6 - 134 - 
Những thành phần này đ−ợc di chuyển qua cột sắc ký thành những vùng riêng 
lẻ và theo trình tự đ−ợc dẫn đi bằng dòng khí vận chuyển và đến bộ chuyển đổi 
2 và vào thiết bị tự ghi 3, đ−ờng cong 4 gồm những đỉnh riêng lẻ, mỗi đỉnh 
t−ơng ứng với mỗi chất thành phần nhất định. Nồng độ khối của chúng đ−ợc 
xác định theo tỷ số diện tích của mỗi khoảng nhọn với diện tích của tất cả sắc 
phổ. 
6.10. Bộ PHÂN TíCH KHí KIểU KHốI PHổ 
Các bộ phân tích khí tuy có nhiều loại song xét về mặt phân tích các chất có 
thành phần phức tạp và ứng dụng thuận tiện thì các bộ phân tích khí kiểu khối 
phổ có một ví trí đặc biệt quan trọng. 
Nguyên lý làm việc của bộ phân tích loại này là biến phân tử vật chất cần phân 
tích thành iôn rồi hình thành các chùm iôn chạy qua từ tr−ờng hoặc điện 
tr−ờng, tùy theo khối l−ợng mà các iôn sẽ tách riêng ra để tập hợp thành khối 
phổ đặc tr−ng cho mỗi chất thành phần trong hỗn hợp, nồng độ của chất thành 
phần thì biểu thị bởi c−ờng độ của dòng iôn t−ơng ứng và tùy theo cách chia 
tách dòng iôn, có thể chia dụng cụ phân tích kiểu khối phổ thành 2 loại lớn : 
„ Loại tĩnh - dùng điện tr−ờng hoặc từ tr−ờng không đổi hoặc thay đổi chậm. 
„ Loại động - quá trình diễn ra phụ thuộc thời gian khi iôn bay trong không 
gian của điện tr−ờng cao tần hoặc không gian không có từ tr−ờng và điện 
tr−ờng. Dụng cụ đ−ợc dùng phổ biến hơn cả là loại tách iôn theo khối l−ợng 
trong từ tr−ờng đều đi ngang. 
Khí phân tích đ−ợc đ−a vào nguồn iôn hóa 1 gắn ở đầu bình chân không 4. 
D−ới tác dụng của điện cực Catốt 2, các phần tử khí đ−ợc iôn hóa và nhờ có hệ 
thống tập trung 3 hệ thống này đặt điện áp tăng tốc U, các phần tử iôn hóa 
h−ớng vào từ tr−ờng đồng nhất của nam châm điện từ 5 véc tơ cảm ứng từ B 
của từ tr−ờng này h−ớng vuông góc với mặt phẳng cắt. 
2A.B.C.D
BA DC
D B
AB
DA
C
C
AC BD
1
4
3
 ÂO LặÅèNG NHIÃÛT — CHặÅNG 6 - 135 - 
Iôn của các chất thành phần khác nhau có điện tích giống nhau nh−ng có khối 
l−ợng khác nhau (mi) d−ới tác dụng của từ tr−ờng chúng đ−ợc phân chia thành 
những chùm riêng lẻ theo khối l−ợng và có quỹ đạo với các bán kính khác 
nhau biểu diễn theo ph−ơng trình : 
 ri = B
e
umi2
Bằng cách thay đổi từ cảm B hoặc điện áp tăng tốc U các chùm iôn có khối 
l−ợng giống nhau t−ơng ứng với thành phần đo của hỗn hợp đ−ợc đ−a vào bộ 
thu iôn 6, dòng này đ−ợc khuếch đại nhờ bộ khuếch đại 7 rồi đ−a vào thiết bị 
tự ghi 8./. 
8
1 2
3
4
5
6
7
GIAẽO TRầNH ÂO LặÅèNG NHIÃÛT - 3 - 
MụC LụC Số trang 
CHƯƠNG 1 : NHữNG KHáI NIệM CƠ BảN Về ĐO LƯờNG 
 1.1. Đo l−ờng và dụng cụ đo l−ờng 
 1.1.1. Định nghĩa đo l−ờng 
 1.1.2. Phân loại đo l−ờng 
 1.1.3. Dụng cụ đo l−ờng 
 1.2 . Các tham số của đồng hồ 
 1.2.1. Sai số và cấp chính xác 
 1.2.2. Biến sai 
 1.2.3. Độ nhạy và hạn không nhạy 
 1.2.4. Kiểm định đồng hồ 
 1.3. Sai số đo l−ờng 
 1.3.1. Các loại sai số 
 1.3.2. Tính sai số ngẫu nhiên trong phép đo trực tiếp 
 1.3.3. Tính sai số ngẫu nhiên trong phép đo gián tiếp 
CHƯƠNG 2 : ĐO NHIệT Độ 
 2.1. Những vấn đề chung 
 2.1.1. Khái niệm về nhiệt độ 
 2.1.2. Đơn vị và th−ớc đo nhiệt độ 
 2.1.3. Các ph−ơng pháp đo nhiệt độ 
 2.2. Nhiệt kế dãn nở 
 2.2.1. Nhiệt kế dãn nở chất rắn 
 2.2.2. Nhiệt kế dãn nở chất lỏng 
 2.2.3. Nhiệt kế kiểu áp kế 
 2.3. Nhiệt kế nhiệt điện 
 2.3.1. Nguyên lý đo nhiệt độ của cặp nhiệt 
 2.3.2. Vật liệu và cấu tạo của cặp nhiệt 
 2.3.3. Bù nhiệt độ đầu lạnh của cặp nhiệt 
 2.3.4. Các cách nối cặp nhiệt và khắc độ 
 2.3.5. Đo suất nhiệt điện động của cặp nhiệt 
 2.4. Nhiệt kế điện trở 
 2.4.1. Nguyên lý đo nhiệt độ bằng nhiệt kế điện trở 
 2.4.2. Cấu tạo nhiệt kế điện trở 
7 
7 
10 
12 
 21 
21 
26 
32 
46 
GIAẽO TRầNH ÂO LặÅèNG NHIÃÛT - 4 - 
 2.4.3. Các cách đo điện trở Rt 
 2.5. Sai số đo nhiệt độ theo ph−ơng pháp tiếp xúc 
 2.5.1. Đo nhiệt độ dòng chảy trong ống 
 2.5.2. Đo nhiệt độ khi gần ống đo có vách lạnh 
 2.5.3. Đo nhiệt độ vách - bề mặt 
 2.5.4 Một số tr−ờng hợp khác 
 2.6. Đo nhiệt độ bằng ph−ơng pháp gián tiếp 
 2.6.1. Nguyên lý 
 2.6.2. Những định luật cơ sở về bức xạ nhiệt 
 2.6.3. Hỏa kế quang học 
 2.6.4. Hỏa kế quang điện 
 2.6.5. Hỏa kế bức xạ toàn phần 
CHƯƠNG 3 : ĐO áP SUấT Và CHÂN KHÔNG 
 3.1. Định nghĩa và thang đo 
 3.1.1. Định nghĩa 
 3.1.2. Thang đo 
 3.2. áp kế chất lỏng 
 3.2.1. Các loại dùng trong phòng thí nghiệm 
 3.2.2. Các loại dùng trong công nghiệp 
 3.3. Một số loại áp kế đặc biệt 
 3.4. Các cách truyền tín hiệu đi xa 
 3.6.1. Hệ thống điện dùng biến trở 
 3.6.2. Hệ thống truyền xa kiểu cảm ứng 
 3.6.3. Máy biến áp sai động 
 3.6.4. Bộ chuyển đổi sắt động 
 3.6.6. Bộ chuyển đổi dùng khí nén 
CHƯƠNG 4 : ĐO LƯU LƯợNG MÔI CHấT 
 4.1. Định nghĩa và đơn vị l−u l−ợng 
 4.1.1. Định nghĩa 
 4.1.2. Đơn vị l−u l−ợng 
 4.2. Đo l−u l−ợng theo l−u tốc 
 4.2.1. Nguyên lý 
 4.2.2. ống pitô 
 4.2.3. Đồng hồ đo vận tốc 
53 
58 
67 
67 
69 
71 
73 
81 
81 
81 
GIAẽO TRầNH ÂO LặÅèNG NHIÃÛT - 5 - 
 4.3. Đo l−u l−ợng theo ph−ơng pháp dung tích 
 4.3.1. Nguyên lý 
 4.3.2. L−u l−ợng kế kiểu bánh răng 
 4.3.3. Thùng đong và phễu lật 
 4.4. Đo l−u l−ợng theo ph−ơng pháp tiết l−u 
 4.4.1. Thiết bị tiết l−u quy chuẩn 
 4.4.2. Thiết bị tiết l−u ngoại quy chuẩn 
 4.4.3. L−− l−ợng kế kiểu hiệu áp kế 
 4.4.4. Bộ tích phân 
 4.4.5. Chia độ và kiểm tra th−ớc chia độ của l−u l−ợng kế 
 kiểu hiệu áp kế 
 4.4.6. Lắp đặt hiệu áp kế và đ−ờng dẫn tín hiệu áp suất 
 4.5. L−u l−ợng kế có giáng áp không đổi 
 4.5.1. Rôtamét 
 4.5.2. L−u l−ợng kế kiểu Piston 
 4.6. Một vài l−u l−ợng kế đặc biệt 
 4.6.1. L−u l−ợng kế kiểu nhiệt điện 
 4.6.2. L−u l−ợng kế kiểu điện từ 
 4.6.3. L−u l−ợn kế siêu âm 
 4.6.4. L−u l−ợng kế dùng đồng hồ phóng xạ 
CHƯƠNG 5 : ĐO MứC CAO CủA MÔI CHấT 
 5.1. Đo mức cao môi chất bằng ph−ơng pháp tiếp xúc 
 5.1.1. Ph−ơng pháp cơ khí 
 5.1.2. Ph−ơng pháp đo mức kiểu thủy tinh 
 5.1.3. Ph−ơng pháp đo mức dùng áp kế 
 5.1.4. Ph−ơng pháp đo mức dùng khí nén 
 5.1.5. Dụng cụ đo mức cao của chất rắn 
 5.2. Đo mức cao môi chất bằnag ph−ơnag pháp gián tiếp 
 5.2.1. Ph−ơnag pháp dùng chất phóng xạ 
 5.2.2. Ph−ơng pháp dùng sóng siêu âm 
CHƯƠNG 6 : phân tích các chất thành phần trong hổn hợp 
 6.1. Mục đích và nội dung 
 6.2. Nguyên lý phân tích thành phần hỗn hợp 
 6.3. Bộ phân tích kiểu cơ khí 
89 
92 
106 
108 
109 
111 
117 
117 
119 
120 
122 
GIAẽO TRầNH ÂO LặÅèNG NHIÃÛT - 6 - 
 6.4. Bộ phân tích khí kiểu nhiệt 
6.4.1. Các bộ phân tích khí kiểu dẫn nhiệt 
6.4.2. Các bộ phân tích khí kiểu nhiệt hóa học 
 6.5. Bộ phân tích khí kiểu điện 
6.5.1. Bộ phân tích khí kiểu Ion hóa 
6.5.2. Bộ phân tích khí kiểu điện hóa 
 6.6. Bộ phân tích khí kiểu từ 
 6.7. Bộ phân tích khí kiểu quang học 
6.7.1. Bộ phân tích khí kiểu giao thoa kế 
6.7.2. Bộ phân tích khí kiểu quang âm 
6.7.3. Bộ phân tích khí kiểu hấp thụ tia tử ngoại 
6.7.4. Bộ phân tích khí kiểu quang phổ 
 6.8. Bộ phân tích khí kiểu so màu sắc 
 6.9. Bộ phân tích khí kiểu sắc ký 
 6.10. Bộ phân tích khí kiểu khối phổ 
 tàI liệu tham khảo 
122 
126 
128 
128 
132 
133 
134 
136 
 ÂO LặÅèNG NHIÃÛT - 136 - 
Tài liệu tham khảo 
1- Cơ sở kỹ thuật đo l−ờng, NXB Đại học bách khoa Hà nội, 1995 
 2- Kỹ thuật đo l−ờng các đại l−ợng vật lý, tập 1, 2 - Phạm th−ợng Hàn, Nguyễn trọng 
Quế , Nguyễn văn Hòa, NXB Giáo dục, 1996 
 3- Đo l−ờng và điều khiển bằng máy tính - Ngô Diễn Tập, NXB Khoa học kỹ thuật, 
1996 
 4- Fundamentals of Temperature, Pressure, and Flow Measurements (Third Edition) - 
Robert P. Benedict, A Wiley- Interscience Publication John Wiley & Sons