bài 1 đo lường và điều khiển nhiệt độ môi chất lỏng

Trong quá trình học môn kỹ thuật đo lường và điều khiển các quá trình thiết bị trong CNSH-CNTP, em đã được làm thí nghiệm và làm quen được với các loại máy móc chuyên dùng trong ngành ch

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, việc ứng dụng các thiết bị đo lường và điều khiển tự động vào quá trình sản xuất đã đem lại năng suất rất cao, vượt bậc so với những năm trước đó Với công nghệ tiên tiến, máy móc hiện đại đã giải phóng được đáng kể sức lao động của con người

Trong quá trình học môn kỹ thuật đo lường và điều khiển các quá trình thiết

bị trong CNSH-CNTP, em đã được làm thí nghiệm và làm quen được với các loại máy móc chuyên dùng trong ngành chế biến thực phẩm như: thiết bị cô đặc chân không, máy nghiền, máy thanh trùng liên tục, … ở trung tâm thực hành B4, thực hiện đo lường và điều khiển nhiệt độ môi chất lỏng và đo lường độ ẩm không khí Trong bài báo cáo này, gồm có 3 bài chính:

Bài 1: Đo lường và điều khiển nhiệt độ môi chất lỏng

Bài 2: Đo lường độ ẩm không khí

Bài 3: Khảo sát hệ thống tự động hóa các quá trình công nghệ, thiết lập sơ đồ chức năng của hệ thống đo lường & điều khiển

Trong bài báo cáo của em không thể tránh khỏi nhiều có nhiều sai sót, rất mong được thầy và các bạn góp ý, chỉ bảo để bài báo cáo cuarem có thể hoàn thiện thêm

Em xin chân thành cảm ơn!

BÀI 1 ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ MÔI

CHẤT LỎNG

1 Mục đích thí nghiệm:

- Nắm được cơ sở lý thuyết về nguyên lý thay đổi điện trở suất của kim loại khi thay

đổi nhiệt độ và mạch đo của thiết bị đo nhiệt độ sử dụng nhiệt điện trở

- Kiểm tra khả năng bám nhiệt độ đặt

- Quan sát thiết bị đo và biết cách làm thí nghiệm.

2 Cơ sở lí thuyết:

a) Nguyên lí thay đổi điện trở suất của kim loại khi thay đổi nhiệt độ:

- Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron.

- Sự dẫn điện của kim loại không đi đôi với sự dịch chuyển vật chất.

- Khả năng bức electron ngoài biên của nguyên tử kim loại càng dễ dàng thì

khả năng dẫn điện càng tốt

- Độ dẫn điện kim loại theo công thức:

σ = n e

2

l

6 kT ϑ th

 Độ dẫn điện kim loại tỉ lệ nghịch với nhiệt độ T

 Điện trở cuất của kim loại hay điện trở kim loại đồng biến với nhiệt độ

 Hệ số nhiệt điện trở (hiệu ứng nhiệt điện trở) α= dR

dt > 0

- Kim loại được chọn trong việc đo nhiệt độ có α lớn, biến thiên α theo nhiệt

độ gần như là tuyến tính và tính chất hóa lí không đổi

- Pt được dùng phổ biến vì có đặc tính tuyến tính trong dải đo rộng.

b) Mạch đo thiết bị đo nhiệt độ sử dụng nhiệt điện trở:

- Mạch cầu 2 dây, 3 dây, mạch kích thích nguồn dòng 4 dây.

Trong đó, mạch cầu đo 3 dây được dùng phổ biến nên các cảm biến nhiệt điện trở thường có 3 dây đưa về (Cảm biến được bố trí trong vỏ bọc để bảo vệ)

c) Mô tả thiết bị thí nghiệm: Ta sử dụng cảm biến nhiệt Pt100

Cảm biến Pt100: PT100 được cấu tạo từ kim loại Platinum, được quấn tùy theo

hình dáng của đầu dò nhiệt, có giá trị điện trở khi ở 0oC là 100 Ω Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ

Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này

sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt

độ nhất định

Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây

không hạn chế

Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện Dải đo: -200~700oC

Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia

công vật liệu, hóa chất…Hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000Ω (khi ở 0oC) Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao Cảm biến đo nhiệt độ Pt100 có 02 loại : loại dây & loại cây ( củ hành ) , mỗi loại lại có loại 2 dây hoặc 3 dây nên sẽ có cách đấu dây khác nhau một tí

3 Mô tả thí nghiệm

Kiểm tra khả năng bám nhiệt độ đặt bằng cách thay đổi nhiệt độ đặt thông qua bàn phím trên thiết bị điều khiển hoặc khả năng kháng nhiễu công nghệ bằng cách bổ sung thêm nước mát sau khi nhiệt độ đã ổn định ở điểm đặt (khi ấy nhiệt độ bình sẽ

có xu hướng bị giảm nên bộ điều khiển sẽ tiến hành cấp thêm nhiệt năng cho bình

để đạt được lai nhiệt độ ban đầu như điểm đặt công nghệ)

4 Kết quả thí nghiệm:

 Bảng kết quả:

Nhiệt độ đặt: 55 (oC)

Nhiệt độ bình trước khi khởi động hệ thống điều khiển: 34 (oC)

Thời gian (s) Nhiệt độ bình (oC) Nhiệt độ bình (oC)

Bảng dữ liệu mẫu của thí nghiệm kiểm tra khả năng bám nhiệt độ đặt

 Đồ thị:

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600

0

10

20

30

40

50

60

Đồ thị nhiệt độ theo thời gian và khả năng bám nhiệt độ đặt

Nhiệt độ T1 Nhiệt độ T2

Thời gian

5 Nhận xét kết quả thí nghiệm

- Nhiệt độ bình có xu hướng tăng dần theo thời gian

- Sau khi đạt đến nhiệt độ đặt, nhiệt độ tương đối ổn định, không thay đổi.

BÀI 2 ĐO LƯỜNG ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ

1 Mục đích thí nghiệm:

- Nắm được cơ sở lý thuyết về các khái niệm cơ bản liên quan đến độ ẩm không khí

và nguyên lý hoạt động, cấu tạo của đầu đo độ ẩm theo phương pháp điện học

- Tìm hiểu tương quan nhiệt độ, độ ẩm tương đối và lượng ẩm.

2 Cơ sở lí thuyết:

Độ ẩm tuyệt đối ρ(kg/m3)

Độ ẩm tuyệt đối ρcủa không khí ẩm là tỷ số giữa khối lượng hơi nước Gh và thể

tích V của nó : ρ= G h

V

Độ ẩm tương đối φ (%)

Độ ẩm tương đối φ của không khí ẩm là tỷ lệ phần trăm giữa khối lượng hơi nước

Gh và khối lượng hơi nước cực đại : φ= G h

G max%=

ρ

ρ max%

Nguyên lí hoạt động và cấu tạo trong của đầu đo độ ẩm theo phương pháp điện học:

Nguyên tắc cơ bản: dựa trên sự biến đổi các thông số điện học của đầu đo khi độ

ẩm thay đổi, các thông tin đo khi ấy sẽ biến đổi theo và phản ánh sự biến đổi trên

Phân loại:

 Ẩm kế điện trở (điện trở biến thiên theo độ ẩm): điện trở của vật liệu cách điện sẽ xác định được độ ẩm của nó, mà độ ẩm của vật liệu lại trực tiếp phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí bao quanh nó Mối quan hệ giữa điển trở với độ ẩm tương đối thường có dạng hàm mũ với hệ số mũ âm

Độ ẩm không khí môi trường tăng lên khi độ ẩm vật liệu tăng lên làm giảm nhanh chóng điện trở

 Ẩm kế tụ điện polymer (điện dung biến dung theo độ ẩm): Ẩm kế tu điện sử dụng điện môi là một màng mỏng polymer có khả năng hấp thụ phân tử

nước Hằng số điện môi tương đối ε rcủa lớp polymer thay đổi theo độ ẩm, do

đó điện dung của tụ điện polymer phụ thuộc vào giá trị độ ẩm này

C= ε r ε o A

L

Quan hệ giữa điện dung và độ ẩm tương đối có thể được xấp xỉ hồi quy thàh dạng quan hệ tuyến tính

Các thông số chủ yếu của ẩm kế tụ điện polymer là:

 Phạm vi đo từ 0% đến 100%

 Dải nhiệt độ -40oC đến 80 hoặc 100oC

 Độ chính xác ± 2 %đến ± 3 %

 Thời gian hồi đáp vài giây

 Ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, phần tử nhạy có thể nhúng vào nước

mà không bị hư hỏng

Thí nghiệm:

Lấy dữ liệu về nhiệt độ (t: oC) và độ ẩm tương đối (φ: %) của không khí tại các điểm đo và so sánh sự thay đổi của lượng chứa ẩm (d: g ẩm/kg KKK) trong các trường hợp khác nhau

3 Mô tả thí nghiệm:

Lấy dữ liệu về nhiệt độ (t: oC) và độ ẩm tương đối (φ: %) của không khí tại các điểm đo và so sánh sự thay đổi của lượng chứa ẩm (d: g ẩm/kg KKK) trong các trường hợp khác nhau

4 Kết quả thí nghiệm:

 Bảng kết quả

Tính Pbh1, d1, Pbh2, d2

Thời gian

o C) φ (%) P bh (bar) d (g/kg kkk)

0.5 27.6 94 0.0367 21.8939

Áp suất bão hòa tương ứng với nhiệt độ tính theo công thức:

Pbh = exp(12,00−4026,42

235,5+t) (bar) Lượng chứa ẩm d (g ẩm/kg kk) tính theo công thức:

d = 621 x P bh∗φ /100

P−P bh∗φ/100 (g ẩm/kg kk) Với: P = 1.013 (bar)

 Đồ thị:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

20 20.5 21 21.5 22 22.5 23

Biểu đồ tương quan độ ẩm tương đối, nhiệt độ và lượng ẩm

φ (%) d (g/kg)

Nhiệt độ T (°C)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 20

20.5

21

21.5

22

22.5

23

Biểu đồ lượng ẩm d theo thời gian

Thời gian (phút)

5 Nhận xét thí nghiệm

Ta thấy được khi nhiệt độ tăng thì độ ẩm tương đối và lượng ẩm cũng tăng theo Ban đầu thì độ ẩm tương đối và lượng ẩm tăng khá nhanh nhưng đến một thời gian thì ta thấy được 2 đại lượng này không đổi

BÀI 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ, THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG & ĐIỀU KHIỂN.

1 Mục đích

- Tham quan, tìm hiểu về cách bố trí tổ chức và hoạt động của trung tâm

- Tìm hiểu về một số thiết bị tại trung tâm

- Tìm hiểu nguyên lí hoạt động và vẽ sơ đồ cấu tạo của một thiết bị tại trung tâm

- Và trang bị cho sinh viên có khả năng phân tích, vẽ lại sơ đồ chức năng của quá trình đo và điều khiển thiết bị/hệ thống trong thực tế

2 Hệ thống thanh trùng liên tục

Thực hành vẽ sơ đồ chức năng thiết bị thanh trùng băng tải:

Thuyết minh sơ đồ

Thiết bị thanh trùng băng tải thường dùng để thanh trùng đồ hộp, chai lọ Nên có thể thanh trùng bằng cách phun nước trực tiếp Đồ hộp, chai lọ sẽ được để trên băng tải, băng tải chuyển động bằng motor, bằng cách điều khiển tốc độ quay của motor ta có thể điều khiển vận tốc từ đó chọn được thời gian thanh trùng

- Nước qua van 1 đi vào thiết bị

- Nước qua van 2 đi vào khoang hạ nhiệt (20-30°C)

- Nước qua van 3 vào buồng chứa I, qua van 4 vào buồng chứa II

- Hơi nóng qua van 5 đi vào thiết bị

- Hơi nóng qua van 6 đi vào buồng chứa I, gia nhiệt nước trực tiếp (50-60°C)

- Hơi nóng qua van 7 và 8 vào buồng chứa II, gia nhiệt trực tiếp (80-95°C)

(Van 7 là một van tự động)

- Nước ấm trong buồng I, thông với buồng III được bơm ly tâm 14 hút qua tấm lọc rồi bơm qua van 9 vào khoang ấm

 Nước qua một thiết bị hiển thị áp cùng với một thiết bị hiển thị nhiệt để nhân viên có thể kiểm tra

 Nước có thể qua van 11 để đi vào buồng IV để tiết kiệm thời gian gia nhiệt cho khoang thanh trùng

- Nước nóng trong buồng II, thông với buồng IV được bơm ly tâm 15 hút qua tấm lọc rồi bơm qua van 10 vào khoang thanh trùng

 Nước qua một thiết bị hiện thị áp cùng với một thiết bị hiển thị nhiệt để nhân viên có thể kiểm tra

- Sau khi vận hành xong, nước trong các buồng III, IV chảy qua van 12 và 13 ra ngoài