Thiết kế bộ vi Điều khiển hệ thống Điều hòa không khí sử dụng trong phân xưởng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYEN VIET HUNG ———=—ễ>ễ>>ễễễễễễễễ— LỜI NÓI ĐẦU Hàng ngày con người phải chịu sự tác động trực tiếp của nhiệt độ môi trường xung quanh, chính điều này đã ảnh hư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

THIET KE BO VI DIEU KHIEN HE THONG ĐIÊU HÒA KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG TRONG PHẪN XƯỞNG

BO GIGO DUC Va DAO TAO TRUONG DI HOC SU PHAM KY THUAT TP HO CHi MINH

KHO@ DIEN

BỘ MÔN: ĐIỆN - ĐIỆN Tử

THIET KE BO DIEU KHIEN

HE THONG DIEU HOA KHONG Kul

SỬ DUNG TRONG PHAN XƯỞNG

Giáo viên hướng dẫn: NGUYEN VIET HÙNG

Sinh viên thực hiện : TẠ VĂN PHƯƠNG

Dé dn tốt nghiệp GVIID: Nguyễn Việt Hùng

SS

nS

SVTH: Hoang Mạnh Hùng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYEN VIET HUNG

“Wn, z- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

| Ten dé wi: THIET KE BO DIEU KHIỂN HỆ THONG DIEU HOA

KHÔNG KHÍ SỬ DUNG TRONG PHAN XƯỞNG

Các số liệu ban đầu :

thuyết mính

4 Các bản vẽ và đồ t

5 Giáo viên hướng dẫn : NGUYÊN VIỆT HÙNG

6 Ngày giao nhiệm vì

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ

Giáo viên hướng dẫn ký tên Thông qua bộ môn

Ngày Tháng năm 2003 Chủ nhiệm bộ môn

KL 001300

ŠVTH: TẠ VĂN DHƯƠNG _ HOÀNG MẠNH HÙNG

ĐỒ ÁN'TỐI! NGHIỆD GVHD: NGUYEN VIỆT HÙNG

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trường ĐHSPKT, Ngày tháng năm 2003

Giáo viên hướng dẫn

———-ễễễễễ

SVTH: TA VAN PHUONG _ HOANG MANH HUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYEN VIỆT HUNG

NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

FA SW A SEI EQN ARN SPECTRE

Trường DHSPKT, Ngay thang nam 2003

Gido vién phan bién

——ễễễr—————==®en——

SYTH: TA VAN PHUONG _ HOÀNG MẠNH HÙNG

ĐỒ ẤN TỐT NGHIỆP GVIID: NGUYỄN VIỆT HUNG

Ý Đồ án đã hoàn thành đúng thời gian quy

định, chúng em trân trọng cắm ơn thầy Nguyễn

sy Việt Hùng đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ

2) báo chúng em trong thời gian qua

Chúng em chân thành cẩm ơn thấy

Nguyễn Đình Phú đã giúp đỡ, đóng góp về

chuyền món cho để tài của chúng em

Chúng cm chân thành cảm ơn thấy

Nguyễn Thanh Bình đã giúp đỡ, đóng góp ý

kiến cho đề tài của chúng em

Chúng em chân thành cảm ơn quý thầy cô

Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.Hồ Chí

| Dac bit Thầy cô Khoa Điện đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong những năm chúng em học tập tại

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYEN VIET HUNG

———=—ễ>ễ>>ễễễễễễễễ—

LỜI NÓI ĐẦU

Hàng ngày con người phải chịu sự tác động trực tiếp của nhiệt độ môi trường xung quanh, chính điều này đã ảnh hưởng không nhỏ đến họat động, đến

sự thỏai mái của con người vì con người chỉ thỏai mái và làm việc tốt nhất trong

một khoảng nhiệt độ nào đó mà thôi Nếu nhiệt độ cao hơn hay thấp hơn khoảng

nhiệt độ cho phép cũng đều gây ảnh hưởng tới sinh hoat và năng suất lao động

làm ra

Nén công nghiệp ngày càng phát triển đã gây nên những tác hại đến môi

trường sống của con người Nhiệt độ cũng là một trong những vấn để mà xã hội quan tâm, nó ảnh hưởng rất lớn đến đời sống cũng như sinh hoạt của con người Đối với các khu vực có nhiệt độ trung bình cao thì các gia đình thường sắm một

số thiết bị làm thóang, làm mát, điều hòa không khí như: Quạt, máy lạnh, máy

điểu hòa, Đáy la những thiết bị lọai nhỏ sử dụng cho gia đình

Trong các phân xưởng sản xuất do có nhiều máy móc, thiết bị họat động

nên có sự tỏa nhiệt lớn Do đó việc diéu hòa không khí trở nên khó khăn hơn, tốn

kém hơn Thiết bị lam mát trong phân xướng yêu cầu phải có công suất đủ lớn

mới có thể tấn nhiệt kịp lượng nhiệt lương tỏa ra của con người và các thiết bị máy móc, tạo nén sự thỏai mái cho người lao động góp phần làm tăng năng suất

lao động

Nhận thấy nhiệt độ hưởng rất lớn đến đời sống cũng như sinh hoạt của con người nhóm đã bước đầu tìm hiểu để tài “THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

HE THONG DIEU HOA KHONG KHi SU DUNG TRONG PHAN XƯỞNG

Thiết nghĩ nếu một phán xưởng được điều hòa không khí tốt sẽ làm cho người lao

động cảm thấy sv théai mái khi làm việc, xua tan đi sự mệt mỏi và năng suất lao động được nâng cao

Quá trình thực hiện để tài sẽ không tránh khỏi thiếu sót, người viết rất

mong được sự đóng góp của Quý thây cô và các bạn sinh viên để để tài được

hòan thiện tốt hơn

Đồ án tốt nghiệt SCP GVHD: Nguyén Viet Hin, guy 8

Các phương pháp điều hòa nhiệt độ

Lựa chọn phương án

Sơ đỏ khối _ giải thích

Các phương pháp đo nhí

Giới thiệu một số mạch khống chế nhiệt độ

Các phương pháp chuyển đổi ADC

Giới thiệu giao tiếp máy tính

Giới thiệu khuếch đại thuật toán

Giới thiệu cảm biến nhỉ:

Giới thiệu ADC 0809

Giới thiệu Vi điều khiển AT§9C51

Giới thiệu IC giao tiếp MAX 232

Khối cảm biến

Khối khuếch đại đầu vào

Khối cài đặt

Khối chuyển đổi ADC

Khối giao tiếp máy tính

—ẨẦẦẪẦ=-—m—

&VTH: Tạ Văn Phương _ Hoàng Mạnh Hùng

Đồ án tốt nghiệp CVHD Nguyễn Việt Hing

CHƯƠNG V: SO DO NGUYEN LY - NGUYEN TAC HOAT

5.4/ Lưu đổ và chương trình giao tiếp máy tính 143

6.1/ Sơ đồ bố trí linh kiện 165

TÀI LIỆU THAM KHẢO l69

PHỤ LỤC: GIỚI THIỆU NGON NGỮ LẬP TRÌNH DELPHI 170

SVTH: Ta Văn Phương _ Hoàng Mạnh Hùng

Dồ án tốt nghiệp CVIID: Nguyễn Việt Hùng

Dé án tốt nghiệp CVHD: Nguyễn Việt Hùng

những thành tựu khoa học kỹ thuật vào trong quá trình sản xuất các doanh nghiệp còn đặc biệt quan tâm đến nhân tố con người trong doanh nghiệp vì họ chính là

người trực tiếp làm của cải vật chất cho xã hội cũng như là người trực tiếp đem lại lợi

nhuận cho doanh nghiệp Vấn để mà hầu hết các doanh nghiệp đều quan tâm đến

người lao động đó là tạo ra một môi trường làm việc thoáng mát, không khí trong

lành để giám bớt những mệt nhọc do quá trình làm việc mang lại cho người công nhân góp phần nâng cao náng suất lao động, nâng cao thu nhập cho người lao động

át từ thực tế trên, chúng em quyết định chọn để tài: “THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU

KHIỂN HỆ THONG DIEU HOA NHIET DO SỬ DỤNG TRONG PHÂN

XƯỞNG” với mong muốn lã giải quyết những nhu cầu ấy và lấy đó làm để tài tốt

nghiệp cho mình

Chu ky Điểmcài độ khởi khởi khởi khởi khởi khởi khởi xưởng

thông gió đặtnhiệ chuyển động động động động động động động

tối thiểu độ tiếp nấc2 nấc3 nấc4 nấc5 nấc6 nấc? nấc8

SVTH: Ta Van Phương _ Hoàng Mạnh Hùng, Trang 3

Dồ án tốt nghiệp GVID: Nguyễn Việt Hùng

.3/ GIỚI HẠN V,

Mặc dù chúng em đã nổ lực hết nhưng do kiến thức, thời gian cũng như kinh tế

có hạn nên trong đề tài này còn có các mặt hạn chế như :

Số nấc tác động quạt tối đa là 8 do đó chỉ điều hoà được không khí trong một phạm

vi không lớn

Mô hình chỉ mang tính chất mô phỏng chủ yếu là thể hiện về cách thức điều khiển là chính, không thiết kế cho một trường hợp cụ thể nào nên không đưa ra con số cụ thể

về số quạt hoạt động bao nhiêu là vừa

Chỉ sử dụng một cắm biến để đo nhiệt độ của phân xưởng nên độ chính xác không cao,

Kiến thức về vi điều khiến của chúng em còn hạn chế nên chương trình điều

khiến xử lý không được tết lắm trong quá trình đo và điều khiển dẫn đến đôi lúc tải

hoạt động chưa thực sự Ổn định

1.4/ MỤC DICH NGHIÊN CỨU:

Mục đích trước mất: Đồ án này được thực hiện nhằm hoàn tất yêu cầu của nhà trường đối với sinh viên trước khi ra trường

Mục đích cụ thế: Thực hiện đồ án tốt nghiệp là một cơ hội tốt để sinh viên

kiểm tra lại toàn bộ những kiến thức lý thuết cũng như thực hành mà sinh viên đã

được học trong những năm ở giảng đường, đồng thời đây cũng là một dịp tốt để sinh

viên thể hiện năng lực của bản thân mình trước khi ra trường, rút ra những kinh

nghiệm quý giá trong quá trình thực hiện đổ án, góp phần tạo ra niém tin cho sinh

viên trước khi tham gia vào quá trinh sản xuất thực tế

Mục đích lâu dài: Nếu đồ án này thực hiện thành công thì nó sẻ góp phần vào

việc cải tạo môi trường làm việc thoải mái cho ngưổi lao động, giúp người lao động giảm bớt những mệt nhọc do quá trình lao động mang lại, nâng cao năng suất lao

động và đời sống của con người

“———————

ŠVTH: Tạ Văn Dhương _ Hoàng Mạnh Hùng Trang 4

Đồ án tốt nghiệp CVHD: Nguyễn Việt Hùng

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ:

2.1 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ :

Nhiệt độ là yếu tố gây cầm giác nóng lạnh rõ rệch nhất đối với con người Do

dó cần phải điều tiết không khí hoặc điều hòa không khí là quá trình tạo ra và giữ ổn

định các thông số trạng thái của không khí theo một chương trình định sấn không phụ thuộc điều kiện khí tượng bên ngoài

Theo mức độ tin cậy và kinh tế, người ta phân hệ thống điều hòa không khí

thành ba cấp :

Hệ thống cấp I duy trì các thông số trong nhà với mọi sự thay đối của

nhiệt độ môi trưởng bến ngoài Hệ thống cấp I có độ tin cậy nhưng đất tiền nên sử

dung trong những trương hợp đòi hỏi chế độ nhiệt, ấm nghiêm ngặt và cần độ tin cậy

ea

Hệ thống cấp hai duy trì các thông số trong nhà với phạm vi cho phép sai

lệch trong một phạm vi nhỏ trong một năm, nghĩa là thông số trong nhà có thể cho phép sai lệch so với chế đó tính toán khi nhiệt độ, độ ẩm môi trường bên ngoài thay đổi

- Hệ thống cấp III duy trì các thông số trong nhà trong một phạm vi cho phép với sai lệch lớn hơn so với hệ thống cấp hai Hệ thống cấp III có độ tin cậy không cao, nhưng rẻ tiễn, vì vậy được dùng phổ biến trong các công trình dân dụng

nơi công cộng ( rạp hát, thư viện, ặc trong các phân xưởng không đòi hỏi độ chính xác cao trong quá trình đo và điều khiển nhiệt độ

Theo cấu trúc hệ thống người ta phân ra kiểu tập trung, kiểu phân tán, kiểu cục bộ Cũng có khi người ta thường phân hệ thống điều hòa không khí kiểu hở ( không có tuân hoàn không khí ) và kiểu kín ( có tuần hoàn không khí ), v.V

hệ thống điều hòa nhiệt đi

ệ thống kiểu trung tâm có đặc điểm là :

- Nhiều gian điều hòa có chung một buồng điều hòa không khí, do đó tiết kiệm được thiết bị và mặt bằng gidm được chỉ phí đâu tư Tuy vậy hệ thống này có nhiều nhược điểm :

+ Mỗi gian điểu hòa có những yêu cầu riêng về nhiệt độ và độ ẩm nhưng lại được cung cấp cùng loại không khí đã được xử lí như nhau, do đó thường phải đặt

thêm thiết bị phụ trợ cho các nơi yêu câu riêng ( vd : Thiết bị phun ẩm bổ sung cho nơi cần độ ẩm lớn hơn, hoặc máy điều hòa cục bộ cho nơi cần nhiệt độ thấp hơn )

+ Hệ thống có đường ống gió dài, trở lực lớn, khiến tiêu phí nhiều điện năng

và vật liệu làm ống dẫn

+ Do đường ống gió nối thông các gian điểu hòa với nhau nên có nguy cơ gây

hồa hoạn khi một nơi bị cháy

Đồ án tốt nghiệp OVHD: Nguyễn Việt Hùn,

+ Hé thống rất khó lắp ¡ khống chế, điều chỉnh tự động do các

gian điều hòa có đặt điểm thải nhiệt, thải ẩm khác nhau và yêu cầu chế độ nhiệt độ,

độ ẩm trong phòng cũng không giống nhau

Hệ thống kiểu trung tâm thường được lắp đặt cho các công trình công cộng

(nhà văn hóa, rạp hát, thư viện, ) hoặc cho các xí nghiệp kiểu củ cải tạo lại

Hệ thống kiểu phân tán ( còn gọi là kiếu theo phòng ) cũng có thể là kín hoặc

hở Các thiết bị hoạt động gân giống kiểu trung tâm

Điểm khác nhau cơ bản giữa hệ thống phân tán với hệ thống trung tâm là :

Mỗi gian điều hòa được trang bị một buồng điểu hòa không khí cùng hệ thống vận

chuyển và phân phối không khí riêng, hoạt động độc lập với nhau Vì vậy hệ thống kiểu phân tán có nhiễu ưu điểm :

Không khí được xử lí theo đúng yêu cầu của từng nơi, do đó thường không

cần thiết bị phụ ƯØ,

Dễ dàng tự đóng hoá khâu điều chỉnh, khống chế,

Hệ thống n ngắn, trở lực nhỏ cho phép sử dụng các quạt dọc theo trục

có năng suất gió lớn, cót áp bé, kích thước gọn, dễ lắp đặt,

- Hé thong đường ống độc lập nên ít có nguy cơ lây lan hoẩ hoạn

Tuy nhiền hệ thống đòi hỏi chi phí đầu tư lớn, mặt bằng cần rộng rãi, vận

hành phức tạp và tốn kém hơn hệ trung tâm

® Hệ thống kiểu cục bộ

Đặc điểm của hệ thống kiểu cục bộ là chỉ có tác dụng trong phạm vi hẹp của

không gian Thông thường, hệ thống cục bộ được chế tạo dưới dạng tủ con, trong đó

có bố trí đủ cả bốn khâu hệ thống ( thường có hệ thống ống dẫn gió ; các cửa phân phối gió đặt ngay trên mặt trước vỏ máy ) Các máy điều hòa không khí cục bộ chỉ

có chức năng làm lạnh ( hoặc có cả thiết bị sưởi ấm ) mà không có chức năng tăng

ẩm Các máy điều hòa cửa sổ thường có năng suất lạnh, năng suất gió bé, lắp đặt

thích hợp cho các phòng hẹp

Một số máy được tách riêng khâu năng lượng khỏi khâu xử lí, gọi là “máy hai

cục” : máy lạnh, dàn nóng và quạt thải nhiệt đặt trong cùng một vỏ ; còn dàn lạnh,

quạt cấp gió, cửa thổi và hút gió, được đặt trong cùng một vồ khác

~_ Máy điều hòa nhiệt độ được làm mát bằng gió ( gọi tắt là máy gió Air_Cooled ), trong đó có thiết bị ngưng tụ là loại giàn ống có cánh được làm mát bằng không khí chuyển động cưỡng bức nhờ quạt gió Các máy điểu hoà không khí cục bộ đều có giàn ngưng tụ được làm mát bằng không khí do kích thước gọn, dễ lắp đặt, vận hành đơn giản

- Méy diéu hòa nhiệt độ được làm mát bằng nước ( gọi là máy nước - water

cooled ), trong đó thiết bị ngưng tụ là loại giàn ống vỏ được làm mát nước tuân

hoàn Loại này phải sử dụng kèm theo với thiết bị làm mát nước tuần hoàn (thường gọi là tháp giải nhiệt ) Thường chỉ gặp loại một chiểu ( làm lạnh )

Đồ án tết nghiệp GVHD: Nguyén Việt Hùng

Các máy điểu hòa không khí làm mát bằng nước thường có công suất lớn hoặc trung bình, không dùng với các máy công suất bé ( điều hòa cục bộ )

Tuy được chia làm nhiều chủng loại khác nhau nhưng các máy điều hòa nhiệt

độ có chung một đặc điểm : Không khí được xử lý ở giàn ống có cánh (có thể xảy ra các quá trình làm lạnh, làm khô hoặc sưởi ấm nhưng không có khả năng tăng Ẩm ) 2.1.2/ NGUYEN Li VAN HANH CỦA MÁY ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ: a/ Nguyên lí vận hành của máy diéu hòa nhiệt độ, giải nhiệt bằng gió:

- Bén trong nhà đặt tổ quạt làm mát, bao gồm: quạt dan bay hoi va dan bay hơi, ngòai trời đặt tổ ngưng tụ bao gồm dàn ngưng và quạt chứa trong một tổ ngưng

tụ

“Trung tâm hệ thống làm mát là Lốc, bên trong nó đặt máy nén lạnh và chứa môi chất lạnh, Máy nén thực chất nó là bơm dùng để đẩy và hút dòng môi chất lạnh Đồng môi chất được bớm, bớm mạnh với áp suất lớn vào dàn nóng, nên nó chuyển từ

thể khí thánh thể lỏng và thải nhiệt ra ngòai môi trường nhờ quạt dần ngưng Khi bị

ép vào dàn ngưng nó chỉ có nơi thóat ra duy nhất là đường vào dàn lạnh Khi đến cổng vào dàn lạnh thì nó đã nguội dẫn và sẵn sàng đầm nhận vai trò làm lạnh Để tạo

áp suất trên lệch người ta bố trí van tiết lưu giữa dàn ngưng và dàn lạnh trên đường ống Van này tạo sức cắn đế bình thành một bên là áp suất cao, một bên là áp suất thấp, như vậy má: luôn luôn duy trì hai vùng áp suất khác nhau nhờ van tiết lưu

và máy bơm Van tiết lưu do có các lố nhỏ để tạo ra áp suất cao khi dòng môi chất lạnh chuyển tới van tiết lưu vấn còn ở thể lỏng Sau đó nó phát thành tia thể lỏng phun qua van tiết lưu Ở khu vực này nó gặp áp suất thấp lập tức nó sôi lên biến thành hơi Trong quá trình từ thể lỏng chuyển thành thể hơi nó có thu thêm nhiệt rất

mạnh khiến nhiệt độ của tòan bộ dàn lạnh giảm xuống và nhờ quạt dàn lạnh thối đồng không khí lạnh ra khỏi đàn lạnh vào phòng Sau khi làm lạnh xong thì nó được bơm hút về và kết thúc chu trình làm lạnh của máy

b/ Nguyên lý vận hành của máy điều hòa nhiệt độ làm lạnh chất tải lạnh,

giải nhiệt bằng nước :

Trung tâm hệ thống làm lạnh là máy nén kín, bên trong nó có chứa chiếc bơm

và khí amôniăc Khí amôniăc được bơm mạnh với áp suất lớn vào dàn nóng Dàn

nóng là lọai ống thường là dạng ống lồng ống Ống bên ngòai gồm một hình trụ nằm

ngang chứa bên trong nhiều ống trao đổi nhiệt đường kính nhỏ Nước làm mát đi

trong không gian giữa các ống trao đổi nhiệt, còn hơi amôniäc đi bên trong ống trao đổi nhiệt theo chiều ngược lại, hơi amôniäc từ thể khí chuyển thành thể lỏng và trao đổi nhiệt truyền, truyển nhiệt cho nước chẩy ngòai ống dẩn amôniăc Nước nóng được bơm ra ngòai tháp giải nhiệt, tháp giải nhiệt phải thải được toàn bộ lượng nhiệt

do quá trình ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tỏa ra Chất tải nhiệt trung

gian là nước nhờ quạt gió và đàn phun mưa, nước bay hơi một phần và gidm nhiét dd

xuống tới mức yêu cầu để được bơm trở lại bình ngưng tụ Sau khi chất khí được biến

ŠVTH: Tạ Văn Phương _ Hoàng Mạnh Hùng Trang 7

Đồ án tốt nghiệ SEP GVHD: Nguyễn Việt Hùn, guy’ 8

đổi thành chất lỏng đi đến van tiết lưu Van tiết lưu này tạo sức cẩn để hình thành

môt bên là áp suất cao, một bên là áp suất thấp Dàn lạnh làm nước cho nước lạnh là lọai ống lồng ống nhưng ống dẫn môi sôi bao phủ ống dẫn nước làm lạnh Môi chất

sôi biến thành hơi nó thu thêm nhiêt rất mạnh làm nhiệt độ giảm xuống làm lạnh

chất lỏng Sau đó hơi được về bởi máy nén

2.2/ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN:

Như đã trình bày ở phần trên, dé diéu hoà nhiệt độ, tạo ra không khí thoáng mát ở nơi làm việc có nhiều phương án cũng như hình thức điều khiển khác nhau Mỗi phương án đều có ưu nhược điểm riêng do đó không thể nói rằng phương án nào

là tuyệt đối tối ưu Tuỳ thuộc vào không gian làm việc, điều kiện làm việc, yêu cầu

về sự chính xác của hệ thống cũng như các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế mà người thiết kế lựa chọn phương án nào cho phù hợp Đối với hệ thống điều hoà không khí

trong phan xưởng thì yếu cầu phải làm mát cho một không gian lớn, độ chính xác

gát, hệ thống vận hành không phức tạp lắm đồng thời phái báo đám tính kinh tế Vì thế trong để tài này người viết sử dụng phương pháp làm mát bằng quạt hút gió kết hợp với nước để làm sạch không khí nhằm tạo ra không khí thoáng mát cho phán xưởng nơi làm việc

Đề án tốt nghiệp GVID: Nguyễn Việt Hùng

2.3/ SƠ ĐỒ KHOI _ GIẢI THÍCH:

ma ] z

ĐẠI NHIỆT: _——` —`Ì SUẤT

b/_ Giải thích sơ đồ khối:

Khối cảm biến Có nhiệm vụ biến đổi nhiệt độ môi trường thành một mức điện áp nhất định, đồng thời khi nhiệt độ của môi trường thay đối thì cảm biến cũng cho ra một điện áp biến thiên theo Tùy theo nhiệt độ của môi trường thay đổi nhiều hay ít mà điện áp trên cảm biến thay đổi nhiều hay ít

Khối ADC : Có nhiệm vụ nhận tín hiệu tương tự từ cẩm biến sau đó biến đổi

điện áp này thành tín hiệu số biểu diễn dưới dạng logic 0 và 1 Tùy theo tầm nhiệt độ

mà ta cần đo mà ta chọn loại ADC có 8 ngõ ra, 10 ngõ ra, 12 hay 16 ngõ ra

Khối cài đặt nhiệt đô: Chức năng của khối này là cho phép ta cài đặt trước

nhiệt độ chuẩn mà ta mong muốn, khối này cũng cho phép ta xóa hay đặt lại nhiệt độ

bất cứ khi nào mà ta muốn

Khối xử lý trung tâm: Khối này có những chức năng như sau:

© Doc dữ liệu từ bộ chuyển đổi ADC về cất vào vùng nhớ lưu trữ dữ liệu

ADC,

Đồ án tốt nghiệp GVIID: Nguyễn Việt Hùng

¢ Doe dif liéu từ bàn phím về cất vào vúng nhớ lưu dữ liệu bàn phím

« _ So sánh dữ liệu ADC với dữ liệu cài đặt từ bàn phím sau đó căn cứ vào

kết quả so sánh mà xuất ra lệnh điểu, ,khiển tương ứng để điều khiển tải

chạy theo yêu cầu `

Xuất dữ liệu hiển thị nhiệt độ hiện tại của môi trường

Xuất dữ liệu hiển thị nhiệt độ cài đặt -

Xuất dữ liệu hiển thị số quạt đang chạy hiện hành

Giao tiếp với máy vi tính để điều khiển hệ thống linh động hơn

: khối này có nhiệm vụ:

thị nhiệt độ hiện tại của môi trường

® - Hiến thị nhiệt độ cài đặt

® - Hiển thị số quạt đang chạy hiện hành

Khối công suất: Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ Vi điều khiển đưa

đến sau đó đóng tải theo yếu câu của Vì điểu khiển

_ : Khối này có chức năng truyền và nhận dữ liệu từ máy tính đến mạch điều khiển và ngược lại

nh: Có nhiệm vụ gửi tín hiệu điều khiển đến mạch điều khiển, nhận dữ

liệu từ mạch điều khiến gởi về để hiển thị, xử lý và báo cho người sử dụng biết hoạt

động hiện thời của mạch điều khiển

“^—————

8VTH: Tạ Văn Phương _ Hoàng Mạnh Hùng Trang 10

Đồ án tốt nghiệp GVIID: Nguyễn Việt Hùng

2.4/ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ:

2.4.1/ Khái niệm chung:

Trong tất cả các đại lượng vật lý, nhiệt độ là một trong số các đại lượng được

quan tâm nhiều nhất Đó là vì nhiệt độ có vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất Một trong những đặc điểm tác động của nhiệt độ là làm thay đổi một cách

liên tục các đại lượng chịu sự ảnh hưởng của nó, ví dụ: Ấp suất và thể tích của một

chất khí, sự thay đổi pha hay điểm Curi của các vật liệu từ tính Bởi vậy, trong

Nghiên cứu khoa học, trong công nghiệp và trong cuộc sống hàng ngày việc đo nhiệt

độ là rất cần thiết

Tuy nhiên, để đo được trị số chính xác của nhiệt độ là vấn để không đơn giản

Thật váy, phần lớn các đại lượng vật lý đều có thể xác định một cách định lượng nhờ

xự so sánh chung với một đại lượng cùng bản chất được coi là đại lượng so sánh Những đại lượng như vậy gọi là đại lượng mở rộng bởi vì chúng có thể được xác định

bằng bội số hoặc ước số của đại lượng chuẩn (đại lượng so sánh) Ngược lại, nhiệt độ

là đại lượng gia táng: Việc hoác nhân hoặc chia nhiệt độ không có một ý nghĩa vật lý

rõ ràng Bởi vậy nghiền cứu cơ sở vật lý để thiết lập thang đo nhiệt độ là điều kiện

làm trước khi có thế nói đến việc đo nhiệt độ

Có nhiều cách đo nhiệt đó, trong đó có thể liệt kê các phương pháp chính sau đây:

~_ Phương pháp quang dựa trên sự phần bố phổ bức xạ nhiệt do dao động nhiệt

(Hiệu ứng Dopier)

-_ Phương pháp cơ đựa trên sự giấn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc khí (với

áp suất không đối) ,hoặc dựa trên tốc độ âm

-_ Phương pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ,hiêu ưng

seebeck,hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh

2.4.2/ Thang đo nhiệt độ:

Các tính chất vật lý của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ của chúng.từ sự thay đổi nhiệt độ của một đặt trưng vật lý của vật liệu cho trước người ta luôn luôn có tỉ

xác định môt thang nhiệt độ cho phép đo nhiệt độ và đặc biệt là nhận biết sự c: bằng của hai nhiệt độ.tuy vây,thang đo nhiệt độ như thế là hoàn toàn tùy tiện bởi vì

nó liên quan đến một tính chất đặc biệt của một vật thế đạc biệt:nó không cho phép

gáng cho giá trị nhiệt độ một ý nghĩa vật lý riêng Chỉ có xuất phát.từ các định luật

nhiệt động học mới có thể xác định thang nhiệt độ có đặc trưng tổng quát cho mọi

trường hợp

Các thang nhiệt độ tuyệt đối được xác định tương tự như nhau và dựa trên các

tính chất của chất khí lý tưởng Dịnh luật Carnot nêu rõ: Hiệu suất rị của một động cơ

nhiệt thuận nghịch họat động giữa hai nguồn (với nhiệt độ 9, và 9; tương ứng), trong

một thang đo bất kỳ chỉ phụ thuộc vao 8; va 0 :

Đồ án tốt nghiệp CVID: Nguyễn Việt Hùng

viết như sau:

Trong đó T; và T; là nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối của hai nguồn Như đã

biết, chất khí lý tưởng được xác định bởi

Nội nắng U chỉ phụ th vào nhiệt độ của chất khí

~_ Phương trình đc trưng liên hệ giữa áp suất P, thể tích V và nhiệt độ 0

hòan tòan xác định và có tính lập lại

Thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối:

-_ Thang KelVin: Đơn vị K Trong thang Kenvin người ta gán cho nhiệt độ của

điểm cân bằng của ba trạng thái nước - Nước đá - hơi một giá trị số bằng 273,15K

- Ti thang do nhiét độ nhiệt động học tuyệt đối (Thang Kelvin) người ta đã xác định các thang mới là thang Celsius và thang Fahrenheit (bằng cách định

chuyển các giá trị nhiệt độ)

- Trang Celsius: Trong thang đo này đơn vị nhiệt độ là °C, một độ Celsius bằng một độ Kelvin trừ 273,15 Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kenvin

được xác định bởi biểu thức TC) = T(K) - 273,15

- Thang Fahrenheit: Dan vj nhiét d6 1a °F

rn

SVTH: Ta Van Phuong _ Hoang Mạnh Hùng Trang 12

Đề án tốt nghiệp GVHD: Nguyén Viét Hing

Nhiệt độ Kelvin (K) Ceiseius °C) Fahrenheit CF)

2-4 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo:

a/_ Nhiệt độ cần đo:

Nhiệt độ đo được (nhở một điện trở hoặc một cặp nhiệt) chính bằng nhiệt độ của cảm biến và ký hiệu ia Te Nó phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Tx và vào sự trao

đổi nhiệt trong đó Nhiệm vụ cúa người làm thực nghiệm là làm sao gidm thiếu số hiệu số Tx — Tc xuống nhỏ nhất Có hai biện pháp giẩm sự khác biệt giữa Tx và Tc :

- Tang trao đối nhiệt giữa cảm biến và môi trường đo

- Gidm trao đối nhiệt giữa cảm biến và môi trường bên ngòai

b/ Đo nhiệt độ trong lòng chất rắn:

“Thông thường cắm biến được trang bị một lớp vd boc bên ngòai Để đo nhiệt độ

của một vật rắn bằng cảm biến nhiệt độ, từ bề mặt của vật người ta khoan một lỗ nhỏ với đường kính bằng R và độ sâu bằng L Lỗ này để đưa cẩm biến vào sâu trong vật rắn Để tăng độ chính xác của phép đo, phải đảm bảo 2 điều kiện :

-_ Chiêu sâu của lỗ khoan phải bằng hoặc lớn gấp 10 lần đường kính của nó (L >

10R)

-_ Giảm trở kháng nhiệt giữa cảm biến và vật rắn bằng cách giẩm khổang cách giữa vỏ cảm biến và thành lỗ khoan Khỏang trống giữa vỏ cảm biến và thành

16 khoan phải được lấp day bằng một vật liệu dẫn nhiệt tốt

2.4.4/ Các phương pháp đo nhiệt độ:

Ta có thể chia quá trình đo nhiệt độ ra làm ba khâu chính:

a-Khâu chuyển đổi:

Khâu chuyển đổi nhiệt độ thường dựa vào những biến đổi mang tính đặc trưng

của vật liệu khi chịu sự tác động của nhiệt độ Có các tính chất đặc trưng sau đây:

- Sự biến đổi điện trở

Đỏ án tốt nghiệp CVHD: Nguyễn Việt Hùng

- Sức điện động sinh ra do sự chênh lệch nhiệt độ ở các mối nối của các kim

loại khác nhau

- Sự biến đổi thể tích, áp suất

: Sự thay đổi cường độ bức xạ của vật thể khi bị đốt nóng

Đối với chuyển đổi nhiệt điện, người ta thường dựa vào hai tính chất đầu tiên

để chế tạo ra các cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt điện trở kim loại hay bán

dẫn, các cảm biến nhiệt độ dưới dạng các linh kiện bán dẫn như: diode, transistor,

các IC chuyên dùng

b-Khâu xử lý:

Các thông số về điện sau khi được chuyển đổi từ nhiệt độ sẽ được xử lý trước khi qua đến phần chí thị Các bộ phận ở khâu xử lý gồm có: Phần hiệu chỉnh, khuếch đại, biến đối AC (Analog-Digital-Converter) Ngoài ra còn có thể có các mạch điện bổ sung như: Mạch bù sai số, mạch phối hợp tổng trở

2.4.5/ Do nhiệt độ bằng nhiệt điện trở:

Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong các

đường ống, các lò phản ứng hóa học, các nổi hơi, không khí trong phòng

Nguyên lý làm việc của thiết bị này là dựa vào sự thay đổi điện trổ theo nhiệt

độ của các vật dẫn điện, tức là điện trở là một hàm theo nhiệt độ: R = f(T) Cuộn dây

điện trở thường nằm trong ống bảo vệ, tùy theo công dụng mà vỏ ngoài có thể làm bằng thủy tinh, kim loại hoặc gốm

Đối với hầu hết các vật liệu dẫn điện thì giá trị điện trở R tùy thuộc vào nhiệt

độ T theo một hàm tổng quát sau:

R(T) = Ro.F(T — To)

Với Ro: Điện trở ở nhiệt độ To

F: Hàm phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu

F=l khi T=To -_ Đối với điện trổ kim loại :

R(T) = Ro( 1 + AT + BT? + CT’)

T: Tính bằng °C To=0°C

- Dé6i véi nhiét dién tr bing oxyt bán dẫn :

R(T) = Ro.exp[ B(1/T -1/To)]

Đề án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Việt Hủng

T : Nhiệt độ tuyệt đối (“K)

To = 273.15°K Những hệ số trong công thức tính điện trở R thường được biết trước một cách

chính xác nhờ sự đo những nhiệt độ đã biết

a) Nhiệt điện trổ kim loại (Thermetal):

Nhiệt điện trở kim loại được chế tạo dưới dạng dây nhỏ quấn quanh một đế cách điện (thường bằng sứ tròn, dẹp hay vòng xuyến) và được bọc bằng một lớp vỏ

báo vệ (thuỷ tỉnh, sứ, thạch anh ) Vật liệu chế tạo nhiệt điện trở kim loại đòi hỏi

* Muốn đo điện trở của nhiệt điện trở kim loại, ta có thể dùng mạch

cầu Wheatston như sau:

RI,R2 : Điện trở cầu đo

Ry : Điện trở dây dẫn nhiệt điện trở

Khi cầu cân bằng thì dòng qua điện kế G bằng 0 :

Vai = Vro Var = Ven

Néu dong qua R1 va Rt là I), dòng qua R2 va Ry lal:

Đồ án tốt nghiệp GVID: Nguyễn Việt Hùng

Với trị số R1,R2,Ry đã biết chính xác,.điện trở Rt được xác định

Kết quả do Rt không phụ thuộc vào nguồn cung cấp V Nguồn V thay đối vẫn

không ảnh hưởng đến kết quả đo Rt Đây chính là ưu điểm của phương pháp đo

Độ chính xác của sự xác định Rt phụ thuộc vào độ nhạy của điện kế G Độ

nhạy của điện kế càng cao, sự xác định cân bằng càng đúng

Ngoài ra sai số của điện trở R1, R2, Rw cũng ảnh hướng đến sai số của RL

Điện trở đâu ra của mạch đầu do:

Rea =(R1 + R2)/(Ry+ RO

Trong thực tế, người ta thường giữ cho dòng điện qua nhiệt điện trở trong

khoảng 1 = (1 -> 4) mA ở phép đo cần độ chính xác cao và I = (4 -> 10)mA ở phép đo

cẩn độ chính xác thấp hơn (trong công nghiệp), vì nếu để dòng chảy qua nhiệt điện

trở lớn thì hiện tượng tự nung ở nhiệt điện trổ là đáng kể, sẽ gây ra một sai số lớn,

làm mất đác tính cảm biến nhiệt của nhiệt điện trở

*Luu ý khi sứ dụng nhiệt điện trở :

- Khi mua nhiệt trở cần căn cứ vào quy cách để chọn nhiệt điện trở phù hợp

với điều kiện đo.Ví dụ: Nếu cần do trong môi trường dễ ăn mòn thì phải dùng loại vỏ

bằng thép hợp kim khóng rỉ có tính chống mòn Nhiệt độ và áp lực môi trường đo không vượt quá giới quy định của từng loại

Không nén đát nhiệt kế ở những nơi có chấn động, rung động, va chạm Đầu dây nối vào dây đồng hổ chí nhiệt độ không được néng qué 100°C Vi tri đặt cảm biến nhiệt (loại nhiệt điện trở có vỏ bảo vệ) tốt nhất là theo hướng thẳng đứng Khi buộc phải đặt hướng vị trí nằm ngang thì phải quay ổ đấu dây ra của nhiệt điện trở

theo hướng xuống dưới để tránh nước lọt vào Nếu đo nhiệt độ ở đường ống có dòng

khí hoặc nước chảy qua thì vị trí đầu đo cân đặt quá tâm ống (đầu ống ở vị trí 2/3 đường kính ống nước hoặc khí)

*Một số nhiệt điện trở kim loại thông dụng:

~_ Nhiệt điện trở Platin:

Nhiệt điện trổ Platin thường được chế tạo dưới dạng dây quấn đường kính (0.05 -> 0.1)mm, đo nhiệt độ từ ~200°C -> 1000°C với độ chính xác tương đối cao, ngay cả trong những điều kiện môi trường đễ oxy hóa (œ = 3,9.102/C)

Tuy nhiên, ở nhiệt độ xấp xỉ 1000°C hoặc cao hơn, Platin thường kém bền và chỉ thị nhiệt mất chính xác

~ Nhiệt điện trở Nickel:

Có ưu điểm là độ nhạy nhiệt rất cao (6,66.102/2C) từ 0° đến 100°C, điện trở

suất là 1,617.10 (còn của Platin là 1,385.10°) Nickel chống lại sự oxy hóa, thường

được dùng ở nhiệt độ nhỏ hơn 250°C

~ Nhiệt điện trở đồng:

—-ễ— ———-

- Nhiệt điện trở Tungstène:

Có độ nhạy nhiệt của điện trở lớn hơn của Platin trong trường hợp nhiệt độ cao

và nó thường được sử dụng ở nhiệt độ cao hơn Platin với một độ tuyến tính hơn

Platin Tungstène có thể được cấu tạo dưới dạng những sợi rất mảnh cho phép chế

tạo điện trở có giá trị cao, như vậy với giá trị điện trở cho trước, chiéu dài dây sẽ

giấm thiểu

b) Nhiệt điện trở bán dan (Thermistor):

Đây là loại cắm biến nhiệt nhạy cẩm với sự thay đổi nhiệt độ, được chế tạo

bằng chất bán dẫn, thương gọi là Thermistor Đặc điểm của Thermistor là điện trở của nó biến đối rất lớn theo nhiệt độ Thành phần chính của nó là bột của oxyt kim

loại như Mangan, Nickel, sắt hoặc hỗn hợp tinh thể MnA1;O, ZnzTiO¿

Nhiệt kế Thermistor được chế tạo bằng cách ép định hình, sau đó nung nóng, đến 100°C trong mới trường oxy hóa.Việc chọn tỷ lệ hỗn hợp các oxyt hoặc hỗn hợp tỉnh thể và mới trường nung giữ vai trò quan trọng, quyết định chất lượng của

Thermistor

Trong những năm gắn đáy các nhiệt kế Thermistor được sử dụng nhiều vì nó

có ưu điểm: Độ nhạy cao, đặc tính nhiệt ổn định, kích thước nhỏ, hình dáng thay đổi

dễ dàng khi chế tạo

Nhiệt điện trở bán dẫn chia làm hai loại:

+ Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt dương PT (Positive Thermistor) làm việc

trên nguyên tắc: Khi nhiệt độ tăng thì R tăng, loại này cấu tạo từ một trong những

hợp chất sau: Ceramic, Sat, Titan, Bari

+ Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm NT (Negative Thermistor) lam viéc trên

nguyên tắc khi nhiệt độ tăng thì R giảm Thành phân chính của loại này là bột oxyt

kim loại Mn, Fe,Ni hoặc các hỗn hợp tỉnh thé Aluminate Mn (MnAl,O) , Titanate

kẽm (Zn;TiO/)

SVTH: Ta Van hương _ Hoàng Mạnh Hùng &KLL ep 1360 Trang 17

Đỏ án tốt nghỉ CVID: Nguyễn Việt Hùng

A : Hệ số điện trở phụ thuộc điện trở suất của bán dẫn

® : Hệ số nhiệt phụ thuộc vào tính chất vật lý của vật liệu làm chất bán dẫn và

loại Thermistor

B = 3000 -> 5000 : Thermistor đo nhiệt độ thấp

B = 6000 -> 13000 : Thermistor đo nhiệt độ cao

Khi nhiệt độ càng giảm thì độ nhạy của Thermistor càng tăng Đó là một ưu

điểm của nhiệt kế này

Phạm vi sử dụng thermistor từ 100°C dén 400°C Vì là chất bán dẫn nên khi sứ

dụng ở nhiệt độ cao hơn 200°C thì Thermistor phải có bọc chất liệu nhiệt

Đồ án tốt nghiệp CVID: Nguyễn Việt Hùng

a

2.4.6/ Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện (Thermocouple

Nhiệt độ cần đo được cặp nhiệt chuyển đổi thành sức

các voltmet chỉ thị bằng kim, bằng vạch sáng hoặc bằng các con số

động để đưa vào

*Cấu tạo-Đặc tính tổng quát :

Một cặp nhiệt được cấu tạo bởi hai dây dẫn A và B và tại hai điểm tiếp xúc của chúng có nhiệt độ T1 và T2 sẽ tạo ra một sức điện động E”””¿„ tùy thộc một

mặt vào vật liệu của A và B, mặt khác tày thuộc vào T1 và T2

Nhi của một trong hai mối nối cố định, được biết và dùng làm chuẩn (TI

= Tu), trong khi T2 là nhiệt độ của mối nối còn lại là nhiệt d6 Te dat được khi đặt

trong môi trường có nhiệt độ không biết Tx Nhiệt độ Tc phụ thuộc vào Tx và phụ

thuộc vào những sự thay đổi nhiệt có thể có với những môi trường khác (hành lang,

môi trường bên ngoài),

Cấp nhiệt điện được cấu tạo với kích thước rất bé cho phép việc đo nhiệt độ

với một cấp chính xác cao, đồng thời số lượng calo được thu nhỏ cho phép một vận

tóc đáp ứng nhanh Hai ưu điểm này cho thấy cặp nhiệt điện được sử dụng có ưu

điểm hơn điện tớ

Ngoài ra, nó còn có một ưu điểm khác là tín hiệu được tạo ra chính là sức điện

động mà khóng cẩn tạo ra một dòng điện chạy qua cảm biến, như vậy tránh được

hiện tượng đốt nóng cắm biến

Tuy nhiên, nhược điểm của Thermocouple là trong quá trình đo nhiệt độ thì

nhiệt độ của mối nối chuẩn (T„„;) phải biết rõ, tất cả sự không chính xác của T,„; sẽ dẫn đến một sự không chính xác của Tc

giảm quán tính nhiệt

Nhằm tránh những tiếp xúc khác ngoài mối nối, hai dây dẫn được đặt bên

trong vỏ cách điện bằng sứ, cặp nhiệt điện với vỏ cách điện thường được che chở

Đồ án tốt nghiệp CVIID: Nguyễn Việt Hùng

thêm bằng một lớp vỏ để chống sự xâm phạm của các khí cũng như những đột biến nhiệt, lớp vỏ thường bằng sứ hoặc thép; trong trường hợp bằng thép, mối nối có thể

được cách với vỏ hay tiếp xúc với vỏ, điều này có lợi là vận tốc đáp ứng nhanh nhưng

nguy hiểm hơn

nhiệt loại 1,2,3 : Đo ở nhiệt độ <= 100C

ấp nhiệt loại 4.5: Đo ở quán tính nhiệt độ thấp

- Phương trình cơ bản của cặp nhiệt điện:

E=A.AT+B AT?+C ATỶ

E: Sức điện động được tạo ra khi cặp nhiệt điện làm việc

AT: Hiệu số nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh

A, B,C: Các hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm cặp nhiệt

- Nguyên lý làm việc của cặp nhiệt điện:

Tại mối nối của hai dây dẫn kim loại khác nhau A và B trong cùng một diéu

kiện nhiệt độ T sẽ hình thành một hiệu điện thế Hiệu điện thế này chỉ phụ thuộc vào

tính chất vật liệu cấu tạo dây dẫn và nhiệt độ của chúng

Vu — Vn = P' yp (site dién dong ting Peltier)

+ Nếu tạo thành một mạch kín đẳng nhiệt cấu tạo bởi những dây dẫn khác

nhau thì sức điện động Peltier tổng cộng sẽ bằng 0 Trong mạch được cấu tạo bởi những vật liệu A, B, C, D thi:

Đồ án tết nghiệp VID: Nguyễn Việt Hùng

A =P=0

- Giữa hai điểm M, N có nhiệt độ khác nhau trong cùng một thanh dây dẫn

íA sẽ hình thành một sức điện động chỉ tùy thuộc vào loại dây dẫn và các

Nếu hai đâu của một mạch điện được cấu tạo bởi một dây dẫn duy nhất và

đồng cấp, đồng thời có cùng nhiệt độ thì E„"MfN = 0,

- Nếu trong một mạch điện kín được cấu tạo bởi hai dây dẫn A và B mà hai

mối nối của chúng có nhiệt độ T1 và T2 thì sẽ tạo ra một sức điện động (gọi là sức

Đề án tốt nghiệp CVIID: Nguyễn Việt Hùng

Những sự không đồng nhất trong cấu tạo có ba nguyên nhân chính:

Lực ép cơ khí có được do sự sắp xếp hoặc do sự căng dây Thông thường chúng có thể loại bỏ được nhờ sự nung lại

- Những tác động hóa học: Hai dáy dẫn phẩi được che chở chống lại mọi tác nhân có thể tác động đến chúng Đặc biệt, sự điều chế vật liệu cần thiết phải được

tỉnh khiết

~- Những tia bức xạ hạt nhân gây ra những chuyển đổi trong vài hợp kim cặp

nhiệt điện

Mối nối của cặp nhiệt điện phải có thể tích giầm thiểu nhằm tránh những điểm

có nhiệt độ khác nhau tại mối nối, điều này dẫn đến nhữnh sức điện động ký sinh, cũng như những thay đổi hóa học của vật liệu do mức độ hàn

Tránh việc thay đổi nhiệt độ đột ngột đối với cặp nhiệt điện

Tránh xa vùng ảnh hưởng của điện trường và từ trường mạnh

Nên để cặp nhiệt điện thẳng đứng nhằm tránh ống bảo vệ bị biến dạng nhiệt Hộp đâu dây cửa cặp nhiệt điện không nên đặt quá gần nơi cần đo nhiệt độ để tránh nhiệt độ đầu tự do quá cao

Chú ý đến phạm vi sử dụng của từng loại cặp nhiệt điện mà chọn loại cặp

nhiệt điện phù hợp (thông thường phạm vi sử dụng cặp nhiệt nói chung rất rộng từ —

50°C đến 2500°C, nhưng ở nhiệt độ cao thì độ chính xác kém dân)

Chú ý đến điều kiện sử dụng cặp nhiệt điện:

+ Dùng cho lò nung cố định, gia nhiệt từ từ: Chọn loại có ống bảo vệ kín hoặc

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyén Việt Hùng

+ Dùng trong môi trường hay bị ăn mòn: Chọn ống bảo vệ bằng sứ hoặc thép đặc biệt chịu ăn mòn

* Một số cặp nhiệt điện thông dụng:

-Thermocouple Platin_Rhodium Platin:

Nhiét d6 sit dung : T = -50°C -> 1500°C

Đồ án tốt nghiệp, GVWIID: Nguyễn Việt Hùng

2.4.7/ Đo nhiệt dé ding diode va transistor:

Những thành phần được sứ dụng, diode hay transistor Silicium được mắc như

diode (cực nền và cực thu nối chung) được cung cấp theo chiểu thuận dòng điện I

không đổi, điện áp V ở hai đâu cực của chúng, tùy thuộc vào nhiệt độ, điều này có thể xem như tín hiệu điện đi ra từ cầm biến tùy thuộc vào nhiệt độ

Các thành phần được sử dụng làm cảm biến do nhiệt độ:

c)Hai Transistor giống nhau được mắc như diode

Người ta lợi dụng sự thay đổi tuyến tính của mối nối p-n đối với nhiệt độ để

chế tạo ra các điode và transistor chuyên dùng, làm cầu cắm biến nhiệt trong đo

Đồ án tốt nghiệ ighiep GCVIID: Nguyễn Việt Hùn Øuy 8

TI : transistor cảm biến kết hợp với R1 làm câu phân cực, nhiệt

độ thay đổi ảnh hưởng đến mối nối BE của TI

ICI1 : Làm mạch khuếch đại tín hiệu đầu vào

IC2 : Khuếch đại đảo

R3, R4: Dùng để hiệu chỉnh mạch

IC2 mắc theo mạch khuếch đại đảo, hệ số khuếch đại bằng 1 nên tại ngõ ra của IC2

có một điện áp đúng bằng điện áp đâu vào nhưng ngược dấu Điện áp này được hiển thị bằng đồng hồ chỉ thị

———————ỄỄỄỀỄỀỄỄễễễễễễễễ—————

Đồ án tốt nghiệp, GVID: Nguyễn Việt Hùng

*Sơ đỗ mạch cảm biến dùng diode :

Trong đó:

RÍ : phân cực cho dòng chạy qua điode

ICI : dùng khuếch đại đảo, hệ số khuếch đại bằng 1, bù trừ điện

áp DC của diode cảm biến D

IC2 : khuếch đại không đảo, hệ số khuếch đại bằng 5

Nguyên lý hoạt động được dùng tương tự như mạch dùng transistor cảm biến

2.4.8/ Do nhiệt độ bang IC:

*Gi

Kỹ thuật vi điện tử cho phép chế tạo được những mạch kết nối gồm những transistor giống nhau được sứ dụng để làm cảm biến hoàn hảo đo nhiệt độ dựa vào

việc đo sự khác biệt điện áp Vạg dưới tác động của nhiệt độ Các cầm biến này tạo

ra các dòng điện hặc điện áp tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối,với độ tuyến tính cao; nó có

điểu lợi là vận hành đơn giản, tuy nhiên phạm vi hoạt động giới hạn chỉ trong khoảng

50°C dén 150°C

*Nguyên ly chung cia IC do nh ụ

Là mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dưới dang điện

áp hoặc tín hiệu dòng điện Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ,

tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Đo tín hiệu điện, ta

biết được giá trị của nhiệt độ cần đo

Sự tích cực của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua các vùng cấu trúc mạng tỉnh thể, tạo sự xuất hiện các lỗ trống nhiệt làm cho tỷ lệ điện tử

tự do và các lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ Kết quả của hiện

tượng này là dưới mức điện áp thuận, dòng thuận của mối nối p-n (trong diode hay

transistor) sẽ tăng theo hàm mũ theo nhiệt độ

“———————ễễ

SVTH: Ta Van Phương _ Hoàng Mạnh Hùng Trang 26

Vi du khảo sát cảm biến IC AD590 Cảm biến này tạo ra một dòng điện thay

đổi tuyến tính theo nhiệt độ tuyệt đối, nó được dùng đo nhiệt độ trong trường hợp

dùng dây dẫn với khoảng cách xa

+Sa dé nguyén ly IC ADS90:

Dòng điện này đi qua Q4 cũng chính là dòng điện cực phát của Q1 ,nó xác

định điện áp nén-phat la:

Veer = (KT/q).log(Ir / 210) Với K: hang sé Boltzmann

T:°K

q: điện tích

To : dòng điện nghịch (thông thường Io << Ir) khi phân cực thuận

Dòng điện Ir /2 đi qua Q3, qua Q2 có điện áp nén-phat 1a :

Vạp; = (KT/q).log(y /16Io) Thực tế Q2 gồm 8 transistor giống Q1, mỗi transistor có dòng điện Ir/16

Sự sai biệt điện áp giữa Vạg¡ và Vạp;, xuất hiện ở hai đầu điện trổ R có dòng

điện Ir/⁄2 chạy qua là:

Vagi — Vạ; = (KT/Q).log8 = R.Iy/2

Đồ án tốt nghiệp CVHD: Nguyễn Việt Hùng

* Sơ đô mạch đo nhiệt độ dùng IC AD590:

EmVCT là nhiệt đó tuyệt đối của cảm biến)

Nguồn điện áp chuẩn do IC ADS8OL có E„r = 2,5V và nhờ mạch phân áp tạo

á trị khoảng 273,15mV với bộ khuếch đại có độ lợi G = 10, ở ngõ ra

đó của cảm biến (theo °C):

-LM135, LM235, LM335:

Ngõ ra là điện áp

Độ nhạy : I0mVÓC

Dòng làm việc : 400ILA —> 5mA : Không thay đổi đặc tính

LMI135 có sai số cực đại là 1,5°C khi nhiệt độ lớn hơn 100°C

Dồ án tốt nghiệp GVID: Nguyễn Việt Hùng

CF ) Chọn lựa cẩm biến sử dụng trong dé tai

Dựa vào đặc điểm các loại cảm biến đã trình bày ở trên đồng thời căn cứ vào các yếu tố như đó chính xác, tính kinh tế, cách thức sử dụng cũng như tính phổ biến

trên thị trưởng Việt nam , chúng em quyết định chọn cảm biến nhiệt độ là IC LM335

làm cảm biến đo nhiệt đó sử dụng trong để tài

2S

Đồ án tốt nghiệp GVID: Nguyễn Việt Hùng

2.5/ GIỚI THIÊU MỘT SỐ MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ:

Mục đích của mạch khống chế nhiệt độ là giữ nhiệt độ ở môi trường ở một

phạm vi nhiệt độ nhất định.Vì vậy ta cẩn sử dụng một số mạch để khống chế, thực

hiện yêu cầu của người sử dụng

Nguyên lý của mạch khống chế là dùng phương pháp so sánh điện áp, ta sử dụng mạch khuếch đại thuật toán Mạch làm việc theo nguyên lý sau:

Cho vào đầu không đảo (+) của OPAMP một điện áp chuẩn, điện áp chuẩn này được tính toán trước để tương ứng với một tỷ lệ nhiệt độ nhất định; điện áp từ bộ

cảm biến được đưa đến đầu vào đảo (-) của OPAMP '