Giáo Trình Đo Lường Điện Lạnh: Kỹ Thuật Máy Lạnh và Điều Hòa Không Khí

• Đề tài: Giáo Trình Đo Lường Điện Lạnh: Kỹ Thuật Máy Lạnh và Điều Hòa Không Khí

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG
• 1.1. Định nghĩa và phân loại phép đo
• 1.2. Những tham số đặc trưng cho phẩm chất của dụng cụ đo
• 1.3. Sơ lược về sai số đo lường
• 2. BÀI 2: ĐO LƯỜNG ĐIỆN
• 2.1. Khái niệm chung — các cơ cấu đo điện thông dụng
• 2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo dòng điện
• 2.3. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các dụng cụ đo điện áp
• 2.4. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo công suất
• 2.5. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo điện trở
• 3. BÀI 3: ĐO NHIỆT ĐỘ
• 3.1. Khái niệm và phân loại các dụng cụ đo nhiệt độ
• 3.2. Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế dãn nở chất rắn và chất lỏng
• 3.3. Đo nhiệt độ bằng áp kế
• 3.4. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt
• 3.5. Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế điện trở
• 4. BÀI 4: ĐO ÁP SUẤT VÀ CHÂN KHÔNG
• 4.1. Khái niệm cơ bản - phân loại các dụng cụ đo áp suất
• 4.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo áp suất bằng áp kế chất lỏng
• 4.3. Đo áp suất bằng áp kế cột chất lỏng - ống thủy tinh
• 4.4. Đo áp suất bằng áp kế phao
• 4.5. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo áp suất bằng áp kế đàn hồi
• 4.6. Đo áp suất bằng áp kế hình khuyên (ống bướm đông)
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan Giáo trình đo lường điện lạnh và tầm quan trọng

Giáo trình đo lường điện lạnh là một mô-đun chuyên môn không thể thiếu trong chương trình đào tạo ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Nội dung này cung cấp nền tảng kiến thức và kỹ năng thực hành về việc sử dụng các thiết bị đo lường điện lạnh để kiểm tra, vận hành và bảo dưỡng hệ thống. Việc nắm vững các phương pháp đo lường giúp kỹ thuật viên xác định chính xác các thông số vận hành, từ đó chẩn đoán lỗi hệ thống lạnh một cách hiệu quả và đảm bảo an toàn cho cả người và thiết bị. Theo tài liệu gốc của Trường Cao đẳng Công nghệ cao Hà Nội, mục tiêu của giáo trình là giúp người học trình bày được những khái niệm cơ bản, phân tích nguyên lý cấu tạo của dụng cụ đo và lựa chọn thiết bị phù hợp. Các đại lượng chính được đề cập bao gồm nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, độ ẩm, dòng điện, điện áp và điện trở. Đây là những thông số cốt lõi phản ánh trực tiếp tình trạng hoạt động của một hệ thống lạnh, từ chu trình nén hơi đến các thành phần như máy nén, dàn nóng, dàn lạnh. Một tài liệu đo lường điện lạnh chuẩn mực không chỉ tập trung vào lý thuyết mà còn chú trọng vào quy trình thực hành, giúp người học đo lường chính xác và đánh giá được các kết quả thu thập. Việc ứng dụng đúng kỹ thuật đo lường là nền tảng cho mọi công tác lắp đặt, bảo trì và sửa chữa, góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng và tuổi thọ của thiết bị. Nắm vững kiến thức từ sách hvac pdf hay giáo trình chuyên ngành giúp giảm thiểu sai sót, tối ưu hóa quá trình làm việc và khẳng định năng lực chuyên môn của người kỹ thuật viên.

1.1. Mục tiêu và nội dung chính của tài liệu đo lường điện lạnh

Mục tiêu cốt lõi của tài liệu đo lường điện lạnh là trang bị cho người học khả năng trình bày các khái niệm cơ bản, phân tích nguyên lý hoạt động của dụng cụ đo, và ứng dụng chúng vào thực tế. Nội dung bao gồm 6 bài chính, đi từ những khái niệm cơ bản về đo lường, sai số, đến các phương pháp đo cụ thể cho từng đại lượng. Các đại lượng này gồm có: đo lường điện (dòng, áp, công suất, điện trở), đo nhiệt độ, đo áp suất và chân không, đo lưu lượng và đo độ ẩm. Giáo trình nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn đúng thang đo và xử lý kết quả đo để đảm bảo tính chính xác, an toàn cho người và thiết bị trong ngành cơ điện lạnh.

1.2. Phân loại các phép đo và thiết bị đo lường điện lạnh

Các phép đo lường trong kỹ thuật lạnh được phân thành ba loại chính: đo trực tiếp, đo gián tiếp và đo tổng hợp. Đo trực tiếp là so sánh đại lượng cần đo với đơn vị chuẩn bằng thiết bị đo lường điện lạnh chuyên dụng như ampe kế, vôn kế. Đo gián tiếp xác định đại lượng cần đo thông qua tính toán từ các đại lượng đo trực tiếp khác. Đo tổng hợp thực hiện nhiều lần đo trong các điều kiện khác nhau để giải hệ phương trình. Các thiết bị tương ứng cũng rất đa dạng, từ đồng hồ đo áp suất gas, ampe kìm đo dòng, nhiệt kế điện tử đến các thiết bị đo lưu lượng và độ ẩm chuyên dụng.

II. Thách thức về sai số trong đo lường điện lạnh và giải pháp

Trong kỹ thuật đo lường, tính chính xác của kết quả là yếu tố quan trọng nhất. Tuy nhiên, sai số là điều không thể tránh khỏi. Giáo trình chỉ rõ, sai số đo lường là sự sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị thực của tham số. Việc hiểu rõ nguyên nhân gây ra sai số và cách khắc phục là kỹ năng bắt buộc đối với một kỹ thuật viên ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Các loại sai số chính bao gồm: sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên và sai số chủ quan. Sai số hệ thống thường xuất phát từ cấu tạo của dụng cụ đo hoặc phương pháp đo không hợp lý. Sai số ngẫu nhiên gây ra bởi các yếu tố biến đổi không thể lường trước. Sai số chủ quan đến từ lỗi của người thực hiện như đọc sai, ghi chép sai. Để giảm thiểu sai số, người thực hiện cần nắm vững các tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo như cấp chính xác, độ nhạy, và hạn không nhạy. Cần thực hiện các bước hiệu chỉnh dụng cụ, lựa chọn thang đo phù hợp và áp dụng các phương pháp đo chuẩn xác. Ví dụ, việc bù nhiệt độ đầu tự do cho cặp nhiệt là một kỹ thuật quan trọng để loại bỏ sai số khi đo nhiệt độ dàn nóng dàn lạnh. Việc hiểu và kiểm soát sai số không chỉ đảm bảo kết quả đo đáng tin cậy mà còn là yếu tố quyết định trong việc chẩn đoán lỗi hệ thống lạnh một cách chính xác.

2.1. Phân tích các loại sai số cơ bản và sai số hệ thống

Sai số cơ bản là sai số lớn nhất của bản thân đồng hồ khi làm việc trong điều kiện bình thường, thường do cấu tạo của thiết bị. Sai số hệ thống xuất hiện do cách sử dụng đồng hồ không hợp lý, điều kiện đo lường thay đổi, hoặc do không hiểu rõ đối tượng đo. Các nguyên nhân có thể bao gồm chia độ sai trên thang đo, kim không nằm đúng vị trí ban đầu, hoặc ảnh hưởng từ nhiệt độ, từ trường bên ngoài. Việc nhận diện và tìm ra trị số bù trừ hoặc sắp xếp lại quy trình đo lường có thể giúp loại bỏ sai số hệ thống, nâng cao độ chính xác khi thực hiện bảo trì hệ thống điều hòa không khí.

2.2. Các tham số đánh giá phẩm chất của một dụng cụ đo lường

Chất lượng của một dụng cụ đo được đánh giá qua nhiều tham số. Cấp chính xác là sai số lớn nhất cho phép của đồng hồ. Độ nhạy (S = ΔX/ΔA) biểu thị mức độ thay đổi của kim chỉ thị khi đại lượng đo thay đổi. Độ nhạy càng cao, dụng cụ càng phát hiện được sự thay đổi nhỏ. Hạn không nhạy là mức biến đổi nhỏ nhất của tham số cần đo để kim chỉ thị bắt đầu làm việc. Việc hiểu rõ các tham số này giúp kỹ thuật viên lựa chọn thiết bị đo lường điện lạnh phù hợp với yêu cầu công việc, đảm bảo độ tin cậy của kết quả đo.

III. Hướng dẫn đo các đại lượng điện trong kỹ thuật máy lạnh

Đo lường điện là một trong những kỹ năng nền tảng và thường xuyên nhất trong ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Việc đo chính xác các đại lượng như dòng điện, điện áp, công suất và điện trở giúp xác định tình trạng hoạt động của các thiết bị điện như máy nén, quạt, và các bo mạch điều khiển. Giáo trình cung cấp hướng dẫn chi tiết về cấu tạo và nguyên lý của các cơ cấu đo điện thông dụng như cơ cấu từ điện, điện từ, và điện động. Người học được trang bị kiến thức để sử dụng thành thạo các dụng cụ đo phổ biến như đồng hồ vạn năng (VOM) và ampe kìm đo dòng. Kỹ năng đo và nạp gas điều hòa không chỉ liên quan đến áp suất mà còn phải theo dõi dòng điện làm việc của máy nén để đánh giá lượng gas. Tương tự, việc kiểm tra block máy lạnh (máy nén) yêu cầu đo điện trở các cuộn dây và kiểm tra dòng khởi động. Hiểu biết về sơ đồ mạch điện điều hòa là điều kiện tiên quyết để thực hiện các phép đo này một cách an toàn và chính xác. Các phương pháp mở rộng thang đo cho ampe kế và vôn kế cũng được trình bày, giúp kỹ thuật viên có thể đo lường trong nhiều dải giá trị khác nhau, từ đó ứng dụng linh hoạt vào thực tế sửa chữa và bảo trì.

3.1. Kỹ thuật đo dòng điện bằng ampe kìm và VOM chính xác

Để đo dòng điện, ampe kìm đo dòng là lựa chọn phổ biến nhất vì tính tiện lợi và an toàn, chỉ cần kẹp vào một dây pha của tải. Nguyên lý của nó dựa trên cảm ứng từ trường sinh ra quanh dây dẫn. Trong khi đó, đồng hồ vạn năng (VOM) yêu cầu mắc nối tiếp với tải, phù hợp để đo các dòng điện nhỏ. Khi sử dụng VOM, cần bắt đầu từ thang đo cao nhất rồi giảm dần để tránh làm hỏng thiết bị. Cả hai phương pháp đều quan trọng và được lựa chọn tùy thuộc vào tình huống cụ thể và giá trị dòng điện cần đo.

3.2. Cách đo điện áp và công suất trong sơ đồ mạch điện điều hòa

Đo điện áp (V) được thực hiện bằng cách mắc Vôn kế song song với hai đầu đoạn mạch hoặc tải cần đo. Đây là thao tác cơ bản để kiểm tra nguồn cấp, sự sụt áp và hoạt động của các linh kiện. Đo công suất (W) phức tạp hơn, thường sử dụng Oát kế hoặc phương pháp đo gián tiếp thông qua đo dòng điện, điện áp và hệ số công suất. Việc phân tích sơ đồ mạch điện điều hòa giúp xác định đúng các điểm đo, đảm bảo an toàn và kết quả chính xác, phục vụ cho việc đánh giá hiệu suất năng lượng của thiết bị.

3.3. Đo điện trở và phương pháp kiểm tra block máy lạnh cơ bản

Đo điện trở là một phép đo nguội, không cấp điện, dùng để kiểm tra tính liên tục của mạch (thông mạch), giá trị điện trở của cuộn dây, hoặc kiểm tra cách điện. Đây là bước không thể thiếu khi kiểm tra block máy lạnh. Kỹ thuật viên sẽ đo điện trở giữa các chân chung-chạy-đề (CSR) để xác định cuộn dây có bị đứt hay chập không, đồng thời đo điện trở giữa các chân với vỏ máy để kiểm tra rò điện. Sử dụng thang đo Ohm (Ω) trên VOM, cần chập que đo và chỉnh về 0 trước khi đo để đảm bảo độ chính xác.

IV. Phương pháp đo nhiệt độ và áp suất trong hệ thống HVAC

Nhiệt độ và áp suất là hai thông số vật lý cốt lõi, phản ánh trực tiếp chu trình nén hơi của môi chất lạnh. Việc đo lường chính xác hai đại lượng này là chìa khóa để chẩn đoán hầu hết các sự cố trong hệ thống. Giáo trình mô tả chi tiết các loại dụng cụ đo nhiệt độ, từ nhiệt kế dãn nở (thủy ngân, rượu) đến các loại hiện đại hơn như cặp nhiệt điện (thermocouple) và nhiệt kế điện trở. Kỹ thuật đo nhiệt độ dàn nóng dàn lạnh giúp xác định độ chênh lệch nhiệt độ, một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả trao đổi nhiệt. Song song đó, áp suất là thông số không thể bỏ qua. Việc sử dụng đồng hồ đo áp suất gas (đồng hồ nạp gas) để đo áp suất phía hút và phía đẩy của máy nén cho phép kỹ thuật viên xác định các thông số kỹ thuật máy nén có đạt chuẩn không. Dựa vào bảng áp suất-nhiệt độ của từng loại gas, có thể tính toán được độ quá nhiệt và quá lạnh (superheat & subcooling), từ đó đánh giá tình trạng nạp gas (đủ, thiếu hay thừa) và hoạt động của van tiết lưu. Bên cạnh đó, kỹ thuật hút chân không cũng là một quy trình đo lường áp suất, nhằm loại bỏ không khí và hơi ẩm khỏi hệ thống trước khi nạp gas, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

4.1. Cách đo nhiệt độ dàn nóng dàn lạnh bằng các loại nhiệt kế

Việc đo nhiệt độ dàn nóng dàn lạnh yêu cầu sử dụng nhiệt kế có độ chính xác cao, thường là nhiệt kế điện tử có đầu dò kẹp hoặc đầu dò bề mặt. Nhiệt độ đầu vào và đầu ra của không khí qua dàn lạnh giúp tính toán chênh lệch nhiệt độ (Delta T), một chỉ số đánh giá hiệu quả làm mát. Nhiệt độ trên bề mặt ống của dàn nóng và dàn lạnh cũng được đo để tính toán độ quá nhiệt và quá lạnh. Lựa chọn đúng loại nhiệt kế và vị trí đo sẽ quyết định độ chính xác của việc chẩn đoán.

4.2. Hướng dẫn sử dụng đồng hồ đo áp suất gas trong hệ thống

Đồng hồ đo áp suất gas, hay còn gọi là bộ đồng hồ nạp gas, là công cụ không thể thiếu. Nó bao gồm hai đồng hồ: đồng hồ áp suất thấp (màu xanh, đo phía hút) và đồng hồ áp suất cao (màu đỏ, đo phía đẩy). Kỹ thuật viên kết nối các dây gas vào các cổng dịch vụ tương ứng trên hệ thống để đọc áp suất làm việc. Kết hợp với nhiệt độ đo được trên đường ống, các giá trị này dùng để phân tích hiệu suất của chu trình nén hơi và tình trạng của môi chất lạnh.

4.3. Tìm hiểu kỹ thuật hút chân không và đo độ chân không

Kỹ thuật hút chân không là quy trình loại bỏ không khí và hơi ẩm không ngưng tụ ra khỏi hệ thống lạnh trước khi nạp gas. Quá trình này được thực hiện bằng máy hút chân không và được giám sát bằng đồng hồ đo chân không (micron gauge) hoặc đồng hồ áp suất thấp. Việc đạt được độ chân không sâu (thường dưới 500 microns) là cực kỳ quan trọng, vì hơi ẩm có thể phản ứng với dầu và gas lạnh, gây ra axit ăn mòn và làm tắc nghẽn hệ thống. Đây là một bước đo lường áp suất âm, đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả của hệ thống.

V. Ứng dụng đo lưu lượng và độ ẩm trong thực tiễn điện lạnh

Bên cạnh các đại lượng cơ bản, việc đo lường lưu lượng và độ ẩm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa và bảo trì hệ thống điều hòa không khí. Đo lưu lượng không khí qua dàn bay hơi giúp xác định xem hệ thống có đang cung cấp đủ lượng không khí làm mát cho không gian hay không. Lưu lượng không khí thấp có thể do quạt bẩn, bộ lọc tắc nghẽn hoặc các vấn đề về đường ống gió. Giáo trình giới thiệu các phương pháp đo lưu lượng như sử dụng ống pitot hoặc các đồng hồ đo tốc độ gió (anemometer). Tương tự, đo lưu lượng môi chất lạnh giúp đánh giá hoạt động của van tiết lưu và máy nén. Độ ẩm là một yếu tố then chốt trong điều hòa không khí, vì một trong những chức năng chính của hệ thống là khử ẩm. Việc sử dụng ẩm kế để đo độ ẩm tương đối trong không gian điều hòa và so sánh với không khí bên ngoài giúp đánh giá hiệu quả khử ẩm của hệ thống. Cảm biến trong hệ thống lạnh, đặc biệt là cảm biến độ ẩm và nhiệt độ, đóng vai trò cốt lõi trong các hệ thống điều khiển tự động, giúp duy trì điều kiện tiện nghi mong muốn một cách chính xác và tiết kiệm năng lượng. Việc đo lường các thông số này không chỉ giới hạn trong lúc sửa chữa mà còn cần thiết trong quá trình vận hành và bảo trì định kỳ.

5.1. Các phương pháp đo lưu lượng môi chất lạnh và không khí

Đo lưu lượng không khí thường được thực hiện bằng máy đo tốc độ gió (anemometer) tại các miệng gió cấp và gió hồi. Từ tốc độ và diện tích mặt cắt, có thể tính toán ra lưu lượng (CFM). Đối với môi chất lạnh, việc đo lưu lượng trực tiếp khá phức tạp và thường chỉ thực hiện trong môi trường thí nghiệm hoặc với các hệ thống lớn có trang bị lưu lượng kế. Trong thực tế, kỹ thuật viên thường đánh giá gián tiếp lưu lượng môi chất qua các thông số như độ quá nhiệt, quá lạnh và dòng làm việc của máy nén.

5.2. Nguyên lý hoạt động và vai trò của các cảm biến hệ thống lạnh

Cảm biến trong hệ thống lạnh là các thiết bị điện tử chuyển đổi các đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm) thành tín hiệu điện để bo mạch xử lý. Cảm biến nhiệt độ (thermistor) được đặt ở dàn lạnh và dàn nóng để kiểm soát chu trình làm lạnh và rã đông. Cảm biến áp suất giám sát áp suất gas để bảo vệ máy nén. Cảm biến độ ẩm giúp điều khiển chức năng khử ẩm. Sự chính xác của các cảm biến này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và độ ổn định của toàn bộ hệ thống.

VI. Kết luận Tầm quan trọng của đo lường trong ngành lạnh

Tổng kết lại, giáo trình đo lường điện lạnh đã khẳng định một chân lý: không thể quản lý những gì không thể đo lường. Mọi hoạt động từ lắp đặt, vận hành, bảo trì hệ thống điều hòa không khí đến chẩn đoán lỗi hệ thống lạnh phức tạp đều phụ thuộc vào những con số chính xác thu được từ các thiết bị đo. Việc diễn giải đúng các thông số đo được giúp kỹ thuật viên đưa ra quyết định đúng đắn, tiết kiệm thời gian, chi phí và tránh được những hư hỏng nghiêm trọng. Từ việc đo dòng điện để biết máy nén hoạt động quá tải, đo áp suất để biết hệ thống thiếu gas, đến đo nhiệt độ để đánh giá hiệu suất trao đổi nhiệt, mỗi phép đo đều là một mảnh ghép quan trọng trong bức tranh tổng thể về 'sức khỏe' của hệ thống. Trong bối cảnh công nghệ phát triển, các thiết bị đo lường điện lạnh ngày càng thông minh và chính xác hơn, tích hợp các tính năng kỹ thuật số, kết nối không dây, giúp công việc của người kỹ thuật viên trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn. Vì vậy, việc liên tục cập nhật kiến thức và kỹ năng đo lường là yêu cầu tất yếu để thành công trong ngành cơ điện lạnh.

6.1. Tóm tắt vai trò của đo lường trong chẩn đoán lỗi hệ thống

Đo lường là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quy trình chẩn đoán lỗi hệ thống lạnh. Các triệu chứng như 'kém lạnh' hay 'máy nén không chạy' có thể do nhiều nguyên nhân. Chỉ có thông qua đo đạc các thông số như áp suất, nhiệt độ, dòng điện, kỹ thuật viên mới có thể khoanh vùng và xác định chính xác nguyên nhân gốc rễ, dù đó là do thiếu gas, tắc nghẽn, hỏng máy nén hay lỗi bo mạch. Dữ liệu đo lường cung cấp bằng chứng khách quan, thay thế cho việc phỏng đoán chủ quan.

6.2. Xu hướng phát triển của các thiết bị đo lường thông minh

Tương lai của ngành đo lường điện lạnh hướng đến các thiết bị thông minh, kỹ thuật số. Các bộ đồng hồ nạp gas kỹ thuật số tự động tính toán độ quá nhiệt và quá lạnh (superheat & subcooling), các ampe kìm kết nối với điện thoại thông minh để ghi lại dữ liệu theo thời gian, và các hệ thống giám sát từ xa sử dụng các cảm biến trong hệ thống lạnh để cảnh báo sớm các sự cố. Những công nghệ này không chỉ tăng độ chính xác mà còn nâng cao hiệu suất làm việc và khả năng phân tích dữ liệu cho kỹ thuật viên.