Giáo trình nghiên cứu ứng dụng quy trình cảm biến hóa với khối xử lý vi mạch tần số p7 pot

§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp T§H46 Khoa c¬ ®iÖn - 73 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi 3.2.1.1. Mét sè loi cm bin nhit  hiÖn ti. Tu theo lnh vc o và iu kin thc t mà ta có th chn mt trong bn loi cm bin: Thermocouple (nhit ngu), RTD, Thermistor và IC bán dn. Mi loi u có u im và nhc im riêng ca nó. 3.2.1.1.1 Thermocouple. + u im: - Là thành phn tích cc, t cung cp công sut. - n gin. - R tin. - Tm thay i rng. - Tm o nhit  rng. + Nhc im: - Phi tuyn. - in áp cung cp thp. - òi hi in áp tham chiu. - Kém n nh nht. - Kém nhy nht. 3.2.1.1.2. RTD (Resistance Temperature Detector). + u im: - n nh nht. - Chính xác nht. - Tuyn tính hn Thermocouple. + Nhc im: - t tin. - Cn phi cung cp ngun dòng. - Lng thay i R nh. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 74 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội - in tr tuyt i thp. - T gia tng nhit. 3.2.1.1.3. Thermistor. + u im: - Ngừ ra cú giỏ tr ln. - Nhanh. - o hai dõy. + Nhc im: - Phi tuyn. - Gii hn tm o nhit . - D v. - Cn phi cung cp ngun dũng. - T gia tng nhit. 3.2.1.1.4. IC bỏn dn. + u im: - Tuyn tớnh nht. - Ngừ ra cú giỏ tr cao nht. - R tin. + Nhc im: - Nhit o thp (di 200 o C). - Cn cung cp ngun cho cm bin. 3.2.1.1.5. Cm bin nhit độ loi IC bỏn dn. Trong thực tế ngời ta đã và đang sử dụng rất nhiều dụng cụ và thiết bị khác nhau để đo nhiệt độ. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 75 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội T nhng phõn tớch nhng u im v khuyt im ca cỏc phng phỏp o nói trờn, trong ỏn ny chỳng tụi xut phng ỏn la chn cm bin loi IC bỏn dn. Do ú õy chỳng tụi ch i sõu v IC cm bin nhit. Nguyờn lý hot ng chung ca IC o nhit . IC o nhit l mt mch tớch hp nhn tớn hiu nhit chuyn thnh tớn hiu in di dng dũng in hay in ỏp. Da vo c tớnh rt nhy ca cỏc bỏn dn vi nhit : di tỏc ng ca nhit ó to ra in tớch t do v cỏc l trng trong cht bỏn dn. Bng s phỏ v cỏc phõn t, bt cỏc electron thnh dng t do di chuyn qua vựng cu trỳc mng tinh th to s xut hin cỏc l trng. Lm cho t l in t t do v l trng tng lờn theo quy lut hm s m vi nhit . T ú to ra in ỏp hay dũng in t l thun vi nhit tuyt i. o tớn hiu in ta bit c giỏ tr ca nhit cn o. c tớnh ca mt s IC o nhit thụng dng: + AD590. - Ngừ ra l dũng in. - nhy: 1A/ o K. - chớnh xỏc: +4 o C - Ngun cung cp: 4 ữ 30 V. - Phm vi s dng: -55 o C ữ 150 o C. + LX5700. - Ngừ ra l in ỏp. - nhy: -10mV/ o K. - Phm vi s dng: -55 o C ữ 150 o C. 3.2.1.1.5. 1. cảm biến nhiệt độ bán dẫn LM335 . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 76 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội õy l loi cảm biến m chỳng tụi la chn trong tớnh toỏn, thit k v ch to trong lun vn ny. LM335 l cm bin o nhit c tớch hp t cỏc cht bỏn dn cú th o nhit rt chớnh xỏc v d dng chun hoỏ. Nú lm vic nh mt diode Zener, LM335 cú in ỏp ỏnh thng t l trc tip vi nhit tuyt i l 10mV/ o K. Khi kim tra 25 o C thỡ LM335 cú sai s nh hn 1 o C. Khụng ging nh cỏc cm bin khỏc, LM335 cú u ra tuyn tớnh. Đặc tuyến của nó đợc mô tả theo công thức sau: U = 10.T (mV) = 2730 + 10.t (mV) (3.5) LM335 c ng dng trong phm vi nhit t -40 o C ữ 100 o C. Tr khỏng thp v u ra tuyn tớnh ó lm cho vic ghộp ni mch ra v mch iu khin tr nờn rt n gin. Cỏc c trng ca LM335: + o trc tip nhit Kelvin. + Dũng lm vic t 400àA ữ 5mA. + Tr khỏng ng nh hn 1. + Kim tra d dng. + Phm vi nhit o rng. + R tin. Sơ đồ cấu tạo của vi mạch LM335 . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 77 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo của vi mạch LM335. Hình 3.2: Sơ đồ lắp ráp cảm biến LM335 đơn giản. R1 là điện trở giới hạn dòng qua cảm biến đợc tính ở điều kiện chuẩn là ở nhiệt độ t = 20 0 C .Nếu chọn dòng là I mA thì R1 đợc tính theo công thức: R1 = I E 2,0 . 10 3 () (3.6) Trong đó: E là điện áp nguồn (V). R t là điện trở tải (). Để đảm bảo đặc tính tuyến tính của chuyển đổi đo thì I t << I. Độ lệch tuyến tính của LM 335 có thể đạt 1 0 C . Khi nhiệt độ đo t = 0 0 C thì tín hiệu điện áp ra U = 2,73 V. Để đảm bảo độ chính xác cao nhất trong giới hạn đo cần thiết, để khi nhiệt độ là t = 0 0 C thì U = 0V ta sử dụng mạch sau: . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 78 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Hình 3.3: Mạch hiệu chỉnh LM335. Trong đó: R c là chiết áp. C là tụ lọc nhiễu cho cảm biến. - Connection diagram: - Cỏc nh mc tuyt i cc i: + Dũng ngc: 15mA. + Dũng thun: 10mA. + Phm vi nhit c trng. Liờn tc Khụng liờn tc -40 o C ữ 100 o C 100 o C ữ 125 o C - chớnh xỏc nhit : . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 79 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội LM335A LM335 Thụng s iu kin Min Typ Max Min Typ Max n v in ỏp ra Tc=25 o C, I R =1mA 2.95 2.98 3.01 2.92 2.98 3.04 V Sai s khụng c ly chun Tc=25 o C, I R =1mA 1 3 2 6 o C Sai s khụng c ly chun T min <T C <T max , I R =1mA 2 5 4 9 o C Sai s c ly chun ti 25 o C T min <T C <T max , I R =1mA 0.5 1 1 2 o C Sai s c ly chun ti nhit m rng T C =T max (intermittent) 2 2 o C Khụng tuyn tớnh 0.3 1.5 0.3 1.5 o C Bảng 3.1: chớnh xỏc nhit . - Cỏc tớnh cht in: LM335/LM335A Thụng s iu kin Min Typ Max n v in ỏp u ra thay i theo dũng 400àA<I R <5mA ti T C =25 o C 3 14 V Tr khỏng I R =1mA 0.5 H s in ỏp/ nhit u ra +10 mV/ o C Hng s thi gian Still air 100 ft/ min air Sterred oil 80 10 1 Sec Sec Sec bn thi gian T C =125 o C 0.2 o C/khr Bảng 3.2: Cỏc tớnh cht in. Các tính chất thực thi điển hình: Sự thay đổi điện áp ngợc Đáp ứng thời gian theo dòng: . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 80 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Điện trở nhiệt tại chỗ nối tới Đáp ứng nhiệt trong thùng dầu không khí Sai số chuẩn hóa Trở kháng động Hằng số thời gian Các tính chất thuận . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 81 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Các tính chất ngợc Điện áp nhiễu Đáp ứng nhiệt trong không khí tĩnh: . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 82 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Chun hoỏ LM335. LM335 cú mt phng phỏp chun hoỏ thit b d dng cho chớnh xỏc cao. Ni nhỏnh hiu chnh ca LM335 vi mt bin tr 10K. Bi vỡ u ra ca LM335 t l vi nhit tuyt i. Do ú vi vic iu chnh bin tr, u ra cm bin s cho 0V ti 0 o K. Sai s in ỏp u ra ch l sai s dc (do u ra tuyn tớnh theo nhit ). Vỡ vy, chun hoỏ dốc ti mt nhit s lm ỳng tt c cỏc nhit khỏc. in ỏp u ra ca cm bin c tớnh theo cụng thc: V outT = V outT0 * 0 T T (3.7) Trong ú: T l nhit cha bit. T0 l nhit tham chiu. C hai u tớnh bng nhit Kelvin. Bng cỏch chun hoỏ u ra ti mt nhit s lm ỳng u ra cho tt c cỏc nhit khỏc. Thụng thng u ra c ly chun l 10mV/ o K. Vớ d ti 25 o C ta s cú u ra cú in ỏp l 2,98V. Tuy nhiờn, LM335 cng nh bt k loi cm bin no khỏc, s t lm núng cú th lm gim chớnh xỏc. Ngoi ra, LM335 l loi cm bin khụng thm nc. Vỡ vy, khi ta phun sơng ớt sẽ không làm ảnh hởng tới độ chính xác của nó. 3.2.1.2. Mạch đo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt độ bán dẫn LM335. Trong mạch ta sử dụng một số thiết bị nh: Cảm biến nhiệt độLM335, bộ chuyển đổi tơng tự số ADC 804, chíp vi điều khiển 89C051, LED 7 vạch, mạch so sánh.v.v VCC R2 2.2K R1 10K 1 3 2 D1 LM335 1 3 2 Output 10mV/oK . [...]... Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp 3.2.1.2.1 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in của mạch cảm biến nhiệt độ (Phần phụ lục) 3.2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch và tính toán chọn các thiết bị cho mạch Nguyên lý hoạt động và tính toán chọn thiết bị cho khối mạch cảm biến và mạch gia công: M ch gia cụng th c hi n hai ch c n ng l khu ch ra i n ỏp l 0V khi o i v hi u ch... ch ra i n ỏp l 0V khi o i v hi u ch nh t o 0oC Xột m ch trờn ta th y: Cỏc khu ch i thu t toỏn ta s d ng lo i OP07 l lo i OA cú offset th p U1 v U2 úng vai trũ l cỏc b khỏng ra r t nh , khụng m i n ỏp lý t cỏc u vo nh h ng: cú tr khỏng vo r t l n v tr ng l n nhau Cỏc t C1, C2, C3 v C4 cú tỏc d ng ch ng nhi u v n nh ngu n nuụi cho m ch Ta cú ỏp t i chõn 2 c a c m bi n LM335 l: Vs = K*Ta[oK] = K*(273 . nó. 3.2.1.2. Mạch đo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt độ bán dẫn LM335. Trong mạch ta sử dụng một số thiết bị nh: Cảm biến nhiệt độLM335, bộ chuyển đổi tơng tự số ADC 804, chíp vi điều khiển. 3.2.1.2.1. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in của mạch cảm biến nhiệt độ (Phần phụ lục). 3.2.1.2.2. Nguyên lý hoạt động của mạch và tính toán chọn các thiết bị cho mạch. Nguyên lý hoạt động và tính. Phm vi nhit o rng. + R tin. Sơ đồ cấu tạo của vi mạch LM335 . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp TĐH46 Khoa cơ điện - 77 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo của vi mạch