Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo thủy phần tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo thiết bị đo thủy phần, cung cấp giải pháp chính xác cho việc đo lường độ ẩm trong nông nghiệp và công nghiệp.

• Tác giả: Bùi Thị Dung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Quốc Triệu
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý Vô tuyến và Điện tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Bị Đo Thủy Phần Hiệu Quả
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU THỦY PHẦN
• 1.1. Cảm biến độ ẩm không khí
• 1.2. Những định nghĩa cơ bản về không khí ẩm
• 1.3. Phân loại ẩm kế
• 1.3.1. Ẩm kế ngưng tụ
• 1.3.2. Ẩm kế hấp thụ
• 1.3.3. Ẩm kế biến thiên trở kháng
• 1.3.4. Ẩm kế điện ly
• 1.4. Thủy phần trong nguyên liệu, sản phẩm
• 1.5. Vai trò của thủy phần trong nguyên liệu, sản phẩm
• 1.6. Chuyển đổi đo lường
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN THƯỜNG DÙNG VỚI CẢM BIẾN
• 2.1. Mạch khuếch đại vi sai
• 2.2. Chế độ một chiều
• 2.3. Chế độ xoay chiều
• 2.4. Mạch khuếch đại
• 2.5. Mạch cầu khử điện áp lệch
• 2.6. Cầu đo điện dung và góc tổn hao
• 2.7. Mạch lặp lại điện áp
• 2.8. Mạch cầu điện trở
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ĐO
• 3.1. Nghiên cứu chế tạo máy đo thủy phần của gạo theo nguyên lý điện dẫn
• 3.2. Nghiên cứu số liệu thực nghiệm
• 3.3. Cơ sở thiết kế máy đo độ ẩm của thóc, gạo (thang đo tuyến tính)
• 3.4. Nghiên cứu chế tạo máy đo thủy phần theo nguyên lý điện dung
• 3.5. Cầu điện dung Booton 72B
• 3.6. Kết quả thực nghiệm
• 3.7. Khảo sát sự thay đổi điện dung C theo lượng vật chất
• 3.8. Khảo sát sự phụ thuộc điện dung C theo thủy phần gạo
• 3.9. Đề xuất mạch chức năng cho thiết bị đo thủy phần
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu thiết bị đo thủy phần hiệu quả

Nghiên cứu thiết bị đo thủy phần hiệu quả là một lĩnh vực quan trọng trong ngành nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm. Thiết bị này giúp xác định độ ẩm trong các sản phẩm nông nghiệp như thóc, gạo, ngô, và nhiều loại thực phẩm khác. Việc đo lường chính xác thủy phần không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn giúp tối ưu hóa quy trình bảo quản và chế biến. Các thiết bị đo thủy phần hiện nay sử dụng nhiều công nghệ khác nhau, từ cảm biến điện dung đến cảm biến điện trở, mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm riêng.

1.1. Các loại thiết bị đo thủy phần phổ biến

Có nhiều loại thiết bị đo thủy phần khác nhau, bao gồm ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế điện ly, và ẩm kế biến thiên trở kháng. Mỗi loại thiết bị có nguyên lý hoạt động và ứng dụng riêng, phù hợp với từng loại sản phẩm và điều kiện môi trường khác nhau.

1.2. Tầm quan trọng của việc đo thủy phần trong nông nghiệp

Đo thủy phần là yếu tố quyết định trong việc bảo quản và chế biến nông sản. Độ ẩm quá cao có thể dẫn đến hư hỏng sản phẩm, trong khi độ ẩm quá thấp có thể làm giảm chất lượng và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong việc đo thủy phần

Mặc dù có nhiều thiết bị đo thủy phần, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của các thiết bị này. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, và thành phần hóa học của sản phẩm có thể ảnh hưởng đến kết quả đo. Ngoài ra, việc lựa chọn thiết bị phù hợp với từng loại sản phẩm cũng là một thách thức lớn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị đo

Nhiệt độ và áp suất là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị đo thủy phần. Sự thay đổi trong điều kiện môi trường có thể dẫn đến sai số trong kết quả đo, do đó cần có các biện pháp hiệu chỉnh thích hợp.

2.2. Khó khăn trong việc lựa chọn thiết bị đo phù hợp

Việc lựa chọn thiết bị đo thủy phần phù hợp với từng loại sản phẩm là một thách thức lớn. Các thiết bị khác nhau có thể cho kết quả khác nhau, do đó cần phải có sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của từng loại thiết bị.

III. Phương pháp nghiên cứu thiết bị đo thủy phần hiệu quả

Nghiên cứu thiết bị đo thủy phần hiệu quả thường bao gồm việc khảo sát và phân tích các loại cảm biến khác nhau, từ cảm biến điện dung đến cảm biến điện trở. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được kết quả chính xác.

3.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện khi có sự thay đổi về độ ẩm. Khi độ ẩm tăng, điện dung của tụ điện cũng tăng, từ đó cho phép đo chính xác thủy phần trong sản phẩm.

3.2. Ưu điểm của cảm biến điện trở trong đo thủy phần

Cảm biến điện trở có khả năng đo độ ẩm với độ chính xác cao và thời gian phản hồi nhanh. Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm như độ bền thấp và dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường.

IV. Ứng dụng thực tiễn của thiết bị đo thủy phần

Thiết bị đo thủy phần có nhiều ứng dụng thực tiễn trong nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm. Chúng được sử dụng để kiểm tra độ ẩm của các sản phẩm như thóc, gạo, và các loại thực phẩm khác, giúp đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.

4.1. Ứng dụng trong bảo quản nông sản

Việc đo thủy phần giúp xác định điều kiện bảo quản tối ưu cho nông sản, từ đó giảm thiểu hư hỏng và tăng cường chất lượng sản phẩm.

4.2. Ứng dụng trong chế biến thực phẩm

Trong chế biến thực phẩm, việc kiểm soát độ ẩm là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm. Thiết bị đo thủy phần giúp theo dõi và điều chỉnh độ ẩm trong quá trình chế biến.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu thiết bị đo thủy phần

Nghiên cứu thiết bị đo thủy phần hiệu quả là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Với sự tiến bộ của công nghệ, các thiết bị đo ngày càng trở nên chính xác và dễ sử dụng hơn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp mới, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp và thực phẩm.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ đo thủy phần

Công nghệ đo thủy phần đang ngày càng phát triển với nhiều cải tiến về độ chính xác và tính năng. Các thiết bị mới sẽ tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến, giúp nâng cao hiệu quả đo lường.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu thiết bị đo thủy phần không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững trong ngành nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp với nguồn sản phẩm đa dạng như thóc, gạo, ngô, đỗ, lạc, cà phê, thuốc lá, v.v., trong đó việc xác định chính xác hàm lượng thủy phần (độ ẩm) đóng vai trò quan trọng trong bảo quản, thu mua và giao dịch. Theo ước tính, độ ẩm trong các sản phẩm nông nghiệp ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, giá cả và thời gian bảo quản. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế và chế tạo thiết bị đo thủy phần sử dụng cảm biến điện dung, nhằm khắc phục hạn chế của các thiết bị đo thủy phần hiện có, đặc biệt là các thiết bị dùng nguyên lý điện dẫn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các sản phẩm nông nghiệp như gạo và thóc, với thời gian thực hiện nghiên cứu trong năm 2013 tại Hà Nội. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp một thiết bị đo thủy phần nhỏ gọn, bền vững về cơ học, dễ dàng vận hành tại hiện trường và có khả năng đo đa dạng các loại sản phẩm nông nghiệp với độ chính xác cao, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng sản phẩm và giao dịch thương mại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết cảm biến điện dung và lý thuyết chuyển đổi tín hiệu điện từ đại lượng vật lý. Cảm biến điện dung hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện khi có sự thay đổi hàm lượng nước trong mẫu vật, do hằng số điện môi của nước khác biệt so với vật liệu khô. Mô hình nghiên cứu tập trung vào cảm biến tụ trụ với lớp điện môi Al2O3 được anot hóa, có cấu trúc xốp giúp tăng diện tích hấp thụ nước, từ đó thay đổi điện dung. Ba khái niệm chính được sử dụng gồm: độ ẩm tương đối, điện dung cảm biến và mạch khuếch đại vi sai để xử lý tín hiệu. Ngoài ra, các mạch điện như mạch cầu đo điện dung, mạch khuếch đại vi sai và mạch lặp điện áp được áp dụng để tăng độ chính xác và loại bỏ nhiễu trong quá trình đo.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là số liệu thực nghiệm đo điện trở suất và điện dung của mẫu gạo và thóc với các mức độ ẩm và nhiệt độ khác nhau. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm nhiều mẫu gạo và thóc được chuẩn hóa về kích thước và hình dạng để đảm bảo tính đồng nhất. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đại diện cho các loại sản phẩm phổ biến trong nông nghiệp Việt Nam. Phân tích dữ liệu sử dụng các hàm toán học như hàm đa thức và hàm lũy thừa để mô hình hóa mối quan hệ giữa điện trở suất, điện dung và độ ẩm. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2013, với các giai đoạn khảo sát thực nghiệm, thiết kế mạch điện tử, chế tạo cảm biến và so sánh kết quả với thiết bị tham chiếu của hãng Kett (Nhật Bản).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mối quan hệ giữa điện trở suất và độ ẩm của gạo: Kết quả thực nghiệm cho thấy điện trở suất ρ của gạo giảm theo hàm logarit khi độ ẩm H tăng, với mối quan hệ gần tuyến tính trong phạm vi 8% đến 20% độ ẩm. Ví dụ, điện trở suất giảm từ khoảng 10,3 MΩ ở 28°C xuống còn 7,5 MΩ ở 37°C tại cùng độ ẩm, cho thấy sự phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ.

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điện trở suất: Điện trở suất của mẫu gạo giảm khi nhiệt độ tăng, với hàm đa thức mô tả chính xác sự thay đổi này. Ví dụ, tại độ ẩm cố định, điện trở suất giảm từ 10,3 MΩ ở 28°C xuống 7,5 MΩ ở 37°C, tương đương giảm khoảng 27%.

3. Hiệu quả của mạch khuếch đại vi sai trong xử lý tín hiệu: Mạch khuếch đại vi sai giúp loại bỏ nhiễu đồng pha, nâng cao tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N), đảm bảo tín hiệu đo được chính xác và ổn định. Hệ số khuếch đại vi sai đạt giá trị lớn trong khi hệ số khuếch đại đồng pha được giảm tối đa nhờ sử dụng điện trở emitter lớn.

4. So sánh thiết bị chế tạo với máy đo Kett của Nhật Bản: Kết quả đo độ ẩm của thiết bị chế tạo và máy Kett có sự tương đồng cao, với sai số nhỏ trong phạm vi ±0,5%. Đường đặc trưng đo được thể hiện qua đồ thị thang đo tuyến tính, cho thấy thiết bị mới có khả năng ứng dụng thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của mối quan hệ giữa điện trở suất và độ ẩm là do nước có hằng số điện môi cao hơn nhiều so với vật liệu khô, làm tăng khả năng dẫn điện của mẫu. Sự phụ thuộc nhiệt độ được giải thích bởi tính chất vật lý của vật liệu và ảnh hưởng của nhiệt độ đến chuyển động các ion trong mẫu. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với các mô hình điện trở suất của vật liệu nông nghiệp, đồng thời cải tiến về mặt thiết kế mạch điện tử giúp tăng độ chính xác và giảm nhiễu. Việc sử dụng cảm biến tụ điện Al2O3 với cấu trúc xốp giúp tăng độ nhạy và thời gian hồi đáp nhanh, phù hợp với yêu cầu đo tại hiện trường. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ điện trở suất theo độ ẩm và nhiệt độ, bảng so sánh sai số giữa thiết bị chế tạo và máy Kett, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của thiết bị.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Hoàn thiện và chuẩn hóa thiết bị đo: Tiếp tục nghiên cứu hiệu chỉnh và chuẩn hóa số liệu đo trên từng loại sản phẩm nông nghiệp cụ thể nhằm nâng cao độ chính xác, với mục tiêu đạt sai số dưới ±0,3% trong vòng 12 tháng, do nhóm nghiên cứu và kỹ thuật viên thực hiện.

2. Phát triển mạch điện tử tích hợp: Thiết kế mạch khuếch đại vi sai và mạch bù nhiệt độ tích hợp trên một bo mạch nhỏ gọn, giảm thiểu kích thước và tiêu thụ năng lượng, dự kiến hoàn thành trong 6 tháng, do bộ phận kỹ thuật điện tử đảm nhiệm.

3. Mở rộng ứng dụng cảm biến: Nghiên cứu áp dụng cảm biến điện dung cho các sản phẩm nông nghiệp khác như đậu, lạc, chè, cà phê nhằm đa dạng hóa đối tượng đo, với kế hoạch thử nghiệm trong 1 năm, phối hợp giữa viện nghiên cứu và doanh nghiệp nông nghiệp.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo sử dụng thiết bị cho cán bộ kỹ thuật và người lao động tại các vùng nông nghiệp trọng điểm, nhằm nâng cao năng lực vận hành và bảo trì thiết bị, thực hiện trong 6 tháng tiếp theo, do trường đại học và các trung tâm đào tạo phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Vật lý vô tuyến và Điện tử: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về cảm biến điện dung và mạch điện tử xử lý tín hiệu, hỗ trợ phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị đo thủy phần: Thông tin về thiết kế cảm biến và mạch điện tử giúp cải tiến sản phẩm, nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường thiết bị đo nông nghiệp.

3. Cán bộ kỹ thuật trong ngành nông nghiệp và bảo quản thực phẩm: Hiểu rõ nguyên lý và ứng dụng thiết bị đo thủy phần giúp kiểm soát chất lượng sản phẩm, giảm thiểu tổn thất do độ ẩm không phù hợp.

4. Các tổ chức quản lý chất lượng và thương mại nông sản: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn đo lường, đảm bảo tính minh bạch và công bằng trong giao dịch mua bán nông sản.

Câu hỏi thường gặp

1. Thiết bị đo thủy phần sử dụng cảm biến điện dung có ưu điểm gì so với các thiết bị khác?
   Thiết bị sử dụng cảm biến điện dung có cấu trúc nhỏ gọn, bền cơ học, thời gian hồi đáp nhanh (vài giây), và khả năng đo đa dạng sản phẩm nông nghiệp. Ví dụ, cảm biến tụ điện Al2O3 cho phép đo trong dải nhiệt độ rộng từ −80°C đến +700°C với độ chính xác cao.

2. Phương pháp bù trừ nhiệt độ trong thiết bị được thực hiện như thế nào?
   Thiết bị sử dụng mạch khuếch đại vi sai kết hợp với biến trở nhiệt để bù trừ ảnh hưởng của nhiệt độ lên điện trở suất mẫu, giúp tín hiệu đầu ra phản ánh chính xác độ ẩm mà không bị sai lệch do biến đổi nhiệt độ.

3. Thời gian hồi đáp của thiết bị đo thủy phần là bao lâu?
   Thời gian hồi đáp của cảm biến điện dung trong thiết bị chế tạo chỉ vài giây, nhanh hơn nhiều so với các loại cảm biến khác như cảm biến clorua liti có thể mất hàng chục phút.

4. Thiết bị có thể áp dụng cho những loại sản phẩm nông nghiệp nào?
   Thiết bị phù hợp với nhiều loại sản phẩm như gạo, thóc, đậu, lạc, chè, cà phê và các loại ngũ cốc khác, nhờ khả năng điều chỉnh thang đo và hiệu chuẩn theo từng loại mẫu.

5. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác của thiết bị khi sử dụng tại hiện trường?
   Cần thực hiện hiệu chuẩn định kỳ với mẫu chuẩn, sử dụng mạch khuếch đại vi sai để giảm nhiễu, đồng thời bảo trì cảm biến và mạch điện tử thường xuyên. Ngoài ra, việc đào tạo người sử dụng cũng góp phần nâng cao độ chính xác trong thực tế.

Kết luận

• Thiết bị đo thủy phần sử dụng cảm biến điện dung tụ trụ Al2O3 đã được nghiên cứu và chế tạo thành công, cho kết quả đo tương đương với thiết bị thương mại của Nhật Bản.
• Mối quan hệ giữa điện trở suất và độ ẩm của gạo được mô hình hóa chính xác bằng hàm logarit, đồng thời có sự bù trừ nhiệt độ hiệu quả nhờ mạch khuếch đại vi sai.
• Thiết bị có ưu điểm nhỏ gọn, bền vững, thời gian hồi đáp nhanh và khả năng đo đa dạng sản phẩm nông nghiệp.
• Cần tiếp tục hoàn thiện, chuẩn hóa và mở rộng ứng dụng thiết bị trong thực tế để nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng nông sản.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cán bộ kỹ thuật áp dụng và phát triển thiết bị nhằm góp phần thúc đẩy ngành nông nghiệp Việt Nam phát triển bền vững.

Đẩy mạnh nghiên cứu hiệu chỉnh thiết bị, tổ chức đào tạo sử dụng và phối hợp với doanh nghiệp để thương mại hóa sản phẩm trong vòng 1-2 năm tới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1- CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU THỦY PHẦN 1. Cảm biến độ "m không khí [5] Độ Nm cao của không khí và của chất khí nói chung có thể có hậu quả nghiêm trọng đối với các quá trình lý hóa và sinh lý. Bởi vậy đo độ Nm là điều bắt buộc trong nhiều thiết bị và môi trường làm việc vì những lý do có thể liệt kê dưới đây. Trong đời sống, độ Nm tương đối cần phải duy trì để đảm bảo cảm giác dễ chịu cho con người thay đổi trong một khoảng tương đối rộng: từ 35% đến 70%.

Nếu độ Nm tương đối thấp hơn 70%, bộ máy tiêu hóa bị kích thích, còn nếu lớn hơn 70% thì sự ra mồ hôi bị giảm nghiêm trọng. Nói chung độ Nm ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng; độ Nm càng cao thì càng tốn phí năng lượng để có điều kiện môi trường. Trong công nghiệp, các điều kiện về độ Nm rất khác nhau phụ thuộc vào sản phNm cụ thể. Trong một số trường hợp, phải duy trì độ Nm không đổi trong môi trường làm việc, thí dụ, trong công nghiệp dệt, bởi vì sự thay đổi độ Nm làm thay đổi các đặc tính của sợi (như sức căng cơ học).

Trong công nghiệp thực phNm, điều kiện bảo quản thực phNm tối ưu phụ thuộc vào loại sản phNm, thường là nhiệt độ T = 00 C và độ Nm trong khoảng 85% - 90%. Độ Nm cao quá làm cho thực phNm bị hỏng, và thấp quá làm giảm trọng lượng do bay hơi nước. Vấn đề phát hiện vết hơi nước: trong nhiều quá trình công nghiệp, việc tránh vết hơi nước trong không khí hoặc trong các chất khí (cacbon, etylen, khí tự nhiên…) là rất quan trọng, bởi vì sự có mặt của hơi nước ở một lượng đáng kể có thể gây nên những phản ứng phụ hoặc gây nên quá trình ngưng tụ. Nhu cầu phát hiện độ Nm rất nhỏ cỡ phần triệu thể tích (ppm) đặc biệt quan trọng đối với một số ứng dụng công nghiệp như năng lượng hạt nhân, vi điện tử, luyện kim, gia công nhiệt, điện áp cao.

Những định nghĩa cơ bản về không khí "m Xét không khí Nm có thể tích V ở nhiệt độ T. Khối lượng M không khí Nm chứa trong thể tích V là tổng của khối lượng không khí khô ma và khối lượng của hơi nước là mV. Gọi áp suất tổng của áp suất riêng phần của không khí khô pa và TIEU LUAN MOI download : [e-mail] của hơi nước pV ( P = pa + pV ). Khi đó một số khái niệm chung được định nghĩa như sau: - Tỷ lệ trộn r (kg/kg): Tỷ lệ trộn r là tỷ số giữa khối lượng hơi nước và khối lượng không khí khô mà lượng hơi nước trộn trong đó: mV r= (1.1) ma - Áp suất hơi bão hòa: Áp suất hơi bão hòa ps (T ) (đo bằng Pa) là áp suất hơi nước ở trạng thái cân bằng với nước (lỏng) ở nhiệt độ T.

Đây là giá trị lớn nhất mà áp suất riêng phần pV có thể đạt tới nhiệt độ T. Lớn hơn áp suất này sẽ xảy ra ngưng tụ. - Độ m tương đối: [10] Độ Nm tương đối U (%) là tỷ số giữa áp suất riêng của hơi nước và áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ T: pV U=. Cũng có thể hiểu điểm ngưng tụ là nhiệt độ mà tại nhiệt độ đó, hỗn hợp khí bão hòa và không có khả năng chứa thêm hay hấp thụ hơi nước.

Như vậy, khi đó, hơi nước sẽ bắt đầu ngưng tụ thành nước và tách khỏi hỗn hợp khí đó. Giọt nước sẽ đọng trên bề mặt của các vật nằm trong thể tích khí đó. - Thí dụ về hơi nước trong khí quyển Đám mây đen giông bão có chứa tới 10 g hơi nước trong 1m3 khí (tương đương với 100.000 tấn nước trên 2,59 km2) TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mây đen trung bình có chứa tới 0,8 g hơi nước trong 1m3 khí Đám mây mưa nhẹ có chứa tới 0,2 g hơi nước trong 1m3 khí Đám mây trắng nhẹ có chứa khoảng 0.1 g hơi nước trong 1m3 khí Trong trường hợp mây đen giông bão lượng hơi nước 10g/m3 khí tương đương với 100.000 tấn nước trên 2,59 km2. - Nhiệt độ m: Nhiệt độ Nm Th ( 0 C ) là nhiệt độ cân bằng của một khối lượng nước hóa hơi và không khí trong trường hợp khi nhiệt lượng cần thiết để hóa hơi chỉ được trích từ không khí.

- Enthalpy riêng: Tổng nhiệt lượng chứa trong không khí Nm có nguồn gốc chính là enthalpy tương ứng với không khí khô ở 0o C. Enthalpy riêng i (đo bằng kJ/kg) được tính cho một đơn vị khối lượng của không khí khô. Thí dụ, để chuyển không khí Nm có chứa khối lượng không khí khô ma xác định bởi điều kiện A ( T = TA , r = rA ) sang điều kiện ( T = TB , r = rB ) cần cung cấp một năng lượng: (i A − iB ).3) Trong đó i A và iB là enthalpy riêng ở điều kiện A và B. Tiện lợi của enthalpy riêng là có thể nhóm nhiệt lượng “nhạy” tương ứng với thay đổi nhiệt độ (TB − TA ) giữa A và B với nhiệt lượng “Nn” tương ứng với sự thay đổi ( rB − rA ) của tỷ lệ trộn giữa A và B thành một số hạng: i (T , r ) = C pa .4) Trong đó: - C pa là nhiệt dung riêng của không khí khô, 1,006kJ/kg.

0 C (T = 200 C ) ; - C pv là nhiệt dung riêng của hơi nước, 1,84kJ/kg. 0 C (T = 200 C ) ; - L0 là nhiệt lượng Nn của quá trình bay hơi ở T=0 0 C , 2501kJ/kg Mối liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho độ m: TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - Tỷ lệ trộn và áp suất hơi: pv r =δ (1.5) P − pv Trong đó: Mv δ= ≅ 0,622 Ma M a và M v là khối lượng phân tử của không khí và hơi nước. - Nhiệt độ Nm và áp suất hơi: pv = ps (Th ) − AP(T − Th ) (1.6) Trong đó: C pa P − ps (Th ) A= .7) δ LTh P Với A=0,00064 khi (Th = 200 C ). Phân loại "m kế Có thể phân chia Nm kế thành hai loại chính: - Loại thứ nhất dựa trên nguyên lý vật lý cho phép trực tiếp xác định độ Nm, thí dụ Nm kế ngưng tụ, Nm kế điện ly.

- Loại thứ hai có nguyên lý dựa trên việc do tính chất của vật có lien quan đến độ Nm, thí dụ Nm kế biến thiên trở kháng. Các loại Nm kế khác nhau này, tùy theo nguyên tắc hoạt động, cho phép tiếp cận với một trong những thông số của không khí Nm đã mô tả ở mục trước. Các thông số của không khí Nm và loại Nm kế thích hợp để đo chúng được liệt kê như sau: - Nhiệt độ hóa sương Td đo bằng Nm kế ngưng tụ, Nm kế hấp thụ, Nm kế oxit nhôm và Nm kế điện ly; - Nhiệt độ Nm Th đo bằng psychromet; - Độ Nm tương đối U đo bằng Nm kế biến thiên điện trở và Nm kế biến thiên điện dung. TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nói chung rất khó so sánh các loại Nm kế khác nhau bởi vì chúng đo các thông số khác nhau của không khí Nm.

Trước khi chọn một Nm kế cần phải biết thông số chính muốn đo để chọn lựa thiết bị cho phép đo với độ sai lệch nhỏ nhất. Ẩm kế ngưng tụ a. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của Nm kế Khi làm lạnh một vật có thể đo nhiệt độ của nó một cách liên tục cho đến khi hình thành lớp sương hoặc lớp băng trên bề mặt của nó. Tiếp theo, ổn định quá trình làm lạnh bằng cách giữ trạng thái cân bằng giữa không khí và lớp sương.

Nhiệt độ đo chính là điểm sương Td (dew point) còn gọi là điểm băng giá T f (frost point). Bắt đầu từ điểm sương này người ta đo áp suất hơi trong không khí Nm. Các Nm kế đo điểm sương chỉ đáng tin cậy khi chúng được tự động hóa.1 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của một Nm kế tự động theo nguyên lý ngưng tụ. Các phần tử của Nm kế ngưng tụ bao gồm: - Gương bằng kim loại và hệ thống điều chỉnh nhiệt độ của gương; - Cảm biến đo nhiệt độ của gương (điện trở platin hoặc cặp nhiệt độ); - Nguồn phát chùm tia ánh sáng và đầu đo quang.

Nguồn sáng chiếu vào gương sao cho đầu đo không nhạy cảm khi không có ngưng tụ hơi nước. Lúc này hệ thống điều khiển phát tín hiệu để làm lạnh gương (bằng hiệu ứng Peltier hoặc bằng nito lỏng) cho đến khi xuất hiện sự ngưng tụ. Khi xuất hiện lớp sương trên bề mặt gương, ánh sáng bị tán xạ đến đầu thu quang kích thích phát tín hiệu nung nóng gương thông qua bộ điều khiển. Khi nhiệt độ gương tăng, lớp sương biến mất cùng với sự chấm dứt hiện tượng tán xạ ánh sáng và một chu kỳ làm lạnh mới lại bắt đầu.

Bằng cách hiệu chỉnh thích hợp có thể nhận được lớp ngưng tụ có bề dày cố định và tạo ra trạng thái cân bằng giữa hơi nước và lớp ngưng tụ. Cảm biến nhiệt độ đặt phía sau gương cho phép xác định nhiệt độ của gương. TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Đầu thu Hiệu chỉnh quang Nguồn sáng gương Nguồn nuôi Cảm biến nhiệt độ Làm nguội Nung nóng Hình 1. Sơ đồ nguyên lý "m kế ngưng tụ b.

Các yếu tố ảnh hưởng Gradient nhiệt độ và sự dò nhiệt ảnh hưởng rất mạnh đến độ chính xác của đầu đo. Theo lý thuyết, nhiệt độ hóa sương là nhiệt độ của bề mặt phân biên giữa không khí và nước. Tuy nhiên, trên thực tế luôn luôn tồn tại gradient nhiệt độ giữa bề mặt này và cảm biến nhiệt độ vì nó đặt sau gương. Đấy là chưa kể đến sai số gây nên bởi hiệu ứng dẫn nhiệt của dây dẫn.

Tuy vậy, đây là sai số hệ thống và có thể loại bỏ bằng cách chuNn Nm kế. Khi điểm hóa sương thấp hơn 00 C , nước có thể tồn tại dưới dạng băng hoặc dạng chất lỏng chậm đông. Do vậy, với cùng tỷ lệ trộn r có thể có hai điểm cân bằng tương ứng với áp suất riêng phần khác nhau. Trong trường hợp này, với cùng tỷ lệ trộn r cho trước, nhiệt độ hóa sương và nhiệt độ băng giá có thể khác nhau.

Để tránh hiện tượng này có thể áp dụng biện pháp làm lạnh ở nhiệt độ rất thấp để chắc chắn là đã đạt được tráng thái rắn sau đó nâng lên nhiệt độ đóng băng.