Đồ án thiết kế Hệ thống đo nhiệt độ chỉ thị số 5 kênh (ĐHBK Hà Nội) - 3 doc

TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45 P R1,R2 =P R1 +P R2 =0,870003.10 -3 (w) . Vậy chỉ số công suất của trở đã chọn là phù hợp. Dòng điện trên nhánh R 3 và R t (xét ở 0 0 C thì R t =R 1 =R 0 ) Và chọn R 3 =28 kΩ điện trở là dây măng Ganin 1/4w I R3,Rt = 000177,0= 100+10.28 5 = + 3 3 t RR E (A) Vậy dòng tổng của nguồn E =5 v cấp cho cả 5 khối ở 0 0 C là lớn nhất và (R t tăng lên theo nhiệt độ ⇒ I giảm ). Ta có trị số : I CB =5(I R1+R2 +I r3,Rt ) =5.2.I R1,R2 =10.0,000177 =0,00177 (A) Công suất tổng ở 0 0 C là P cầu =5.2.P R1,R2 =10.0,87.10 -3 ≈ 8,7.10 -3 (W) ⇒ chọn P cầu =0,009 (W) 2.3.2 Khối khuếch đại trung gian. Tính U cầu ở 100 0 C U càu = 007,0≈100. 10.28+100 004,0.100.5 = + 3 21 0 1 RR tαRE (v) Khi chỉ thị số 100 0 C thì ứng với đầu vào của IC 7107 là 1000 số mỗi số nhảy là 0,1 mV U vào =1000.0,1 =100 (mV) Hệ số khuếch đại là K= 14≈ 7 100 = 7107 cau vao U U (lần) K = K 1 .K 2 = 14= )+( ). + +1( 5 6 2 31 R RR R RR Chọn R 1 theo điện trở tiêu chuẩn R 1 =R 3 =28 KΩ, chọn R 2 =4R 1 =4.28 = 112( KΩ) ⇒ nếu R 2 giảm thì hệ số khuếch đại K 1 sẽ lớn dần. Lúc này ta chọn K min có nghĩa R 2max =112 (KΩ) Vậy ta có: 5 6 )+( ). 112 28+28 +1(=14= R RR K TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 46 ⇒ 3,9= + 5 6 R RR Chọn R 5 =2,2 (kΩ) ⇒ R 6 +R =9,3.R 5 =9,3.2,2 =20,46 (kΩ) Ta chọn R 6 =20 (kΩ) Biến trở R có R max =5 (kΩ) Công suất nguồn nuôi phải cấp cho khối khuếch đại là : P kđ =0,68.5 =3,4 (W) ⇒ I kđ =0,141 (A) (dòng của cả 5 bộ khuếch đại) 2.3.3 Khối xung điều khiển U v R 2 R 1 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 R U r 0A1 0A2 0A3 8 7 I A R 4 3 2 C 5 6 2 1 555 x¶ I n¹p B R D C 1 + Vcc TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 47 - Khi t =T 1 là thời gian nạp của tụ C từ U DD /3 tới 2U DD /3 là : o T 1 =0,693 C.R A - Khi t =T 2 là thời gian phóng điện của tụ từ 2U DD /3 tới U DD /3 là : o T 2 = 0,693 C.R B - Chu kỳ của xung ra là : o T =T 1 + T 2 =0,693.C.(R A +R B ) - Vậy ta điều chỉnh để xung ra đối xứng là khi thời gian nạp và thời gian xả của tụ là bằng nhau, tức là : T1=T2 ⇔ R A =R B - Để đảm bảo thời gian đọc tự động 10 giây cho mỗi kênh như nhiệm vụ, tức là: - T = T 1 +T 2 =10 (s) ⇔ 0,693.C(R A +R B )=10 Ta chọn tụ C có trị số là: C=10 (μF) ⇒ R A =R B = = −6 10.10.693,0.2 10 720 (KΩ) X t 4 t cc 2 3 v C N T 3 2 T X T CK t t 3 v 1 cc T k® U t 1 T t Gi¶n ®å xung U TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 48 Vậy với cách tính chọn các giá trị của tụ C =10(μF) và R A =R B =720 (KΩ), Sẽ đảm bảo được thời gian tự động là 10 giây. Tiêu thụ dòng điện của IC 555 là : 0,7 mA/1V vậy 5 V thì dòng điện tiêu thụ là : IXđk =0,7.5 =3,5 (mA) P 555 =U.I =5.3,5.10 -3 =0,0175 (W) 2.3.4 Khối chỉ thị (đèn LED, tính chọn R,P LED ) Ta có U ng = U R + ΔU cm 7107 + ΔU LED Trong đó: U ng là nguồn nối vào anod của LED 7 thanh = 5 (V) Δ U cm 7107 : là điện áp sụt áp ở đầu ra của IC7107 = 1 (V) ΔU LED : là điện áp sụt trên LED = 1,6 (V) • Tính chọn R: U R = U ng − ΔU cm 7107 − ΔU LED = 5 -1 -1,6 = 2,4 (V) Với I LED là dòng qua LED (10mA ÷ 20mA) Chọn I LED = 15mA = 15.10 -3 A R LED = LED R I U = 3- 10.15 4,2 = 160Ω •Tính chọn P LED = U R .I LED = 2,4.15.10 -3 = 0,036 (W) 2.3.5 Khâu so sánh: Ta chọn IC TL081 cũng có thông số giống IC TL084 P SS = 0,68.5 = 3,4 (W) ⇒ I SS = U P SS = 24 4,3 = 0,141(A) Tính chọn các R đ : Với dải đo nhiệt độ theo thiết kế là : t=(0÷100) 0 C, tương ứng với mức điện áp đầu vào của ICL 7107 là 100 (mv), nên ta tính chọn : R đn =200 (KΩ) (với n=1÷5) Để đảm bảo cân đối ở điện trở khi điều chỉnh điện áp trong dải đo nhiệt độ TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 49 PHẦN 3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ – NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC TÍNH TOÁN KHỐI NGUỒN 3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: 3.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC: 3.2.1 Sơ đồ TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 50 Bộ tạo xung 555 tạo ra xung và được đưa đến bộ đếm HEF 4017B để đếm t t t t t t t t t t 0 5 gi¶n ®å xung ho¹t ®éng cña ic hef 4017b cc 0 2 0 4 3 0 1 0 0 1 cp mr 0 1/3v 0 cp cc t n t x t 2/3v (®Çu ra 555 0 cp ) TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 51 - ở chu kỳ đầu T 1 + T 2 là 10s thì A 0 , A 1 ,A 2 ở mức thấp. Nên lúc đó phát lệnh đọc kênh 1 - Chu kỳ tiếp theo thì A 0 , ở mức cao, A 1 , A 2 ở mức thấp. Nên lúc đó phát lệnh đọc kênh 2 - Chu kỳ tiếp theo A 1 ở mức cao, A 0 , A 2 ở mức thấp. Nên lúc đóphát lệnh đọc kênh 3 - Đến chu kỳ tiếp theo A 0 , A 1 ở mức cao, A 2 ở mức thấp. Nên phát lệnh đọc kênh 4 - Đến chu kỳ tiếp theo A 2 ở mức cao, nên phát lệnh đọc kênh 5 - ở chu kỳ sáu chân MR ở mức cao lên ,có tác dụng reset lại quá trình đọc các kênh 3.2.2 Nguyên lý làm việc 3.2.2.1 Đặt giá trị nhiệt độ điều khiển (bằng tay) - ở chế độ đặt nhiệt độ cho từng kênh ta dùng phương pháp điều khiển bằng tay để đảm bảo thời gian đặt nhiệt độ.( công tắc CT2 đưa về vị trí 2 ) ở chế độ này CT1 đưa về vị trí 1 dẫn tới E của 1HEF 4051 B ở mức cao, nên theo bảng chân lý thì IC này không hoạt động hay không đọc số liệu đo các kênh. Khi CT1 ở vị trí 1 thì E của 2 HEF 4051 B ở mức thấp, khi đó theo bả ng chân lý thì các ngõ vào ra được nối bởi trạng thái của các chân A 0 - A 2 . Khi đó ta nhấn nút M2 cấp 1 xung điện áp cho chân (14) CP 0 của IC HEF 4017 dẫn tới MP 0 ở mức cao (theo giản đồ xung), đồng thời ta nhấn nút M1 thì chân (15) MR (reset lại) cũng ở mức cao ,theo bảng hoạt động của 4017 B thì O 0 = H, (O 1 - O 9 ) = L dẫn tới đầu vào CMOS 2HEF 4051 (A 0 -A 2 ) = L, khi đó chân Y 0 nối với Z tương ứng với việc đặt nhiệt độ cho kênh 1 nhờ R đc19 để đạt được nhiệt độ quy định. Khi chân O 0 của 4017 B ở mức cao được đưa tới ma trận Diod được bố trí như trong sơ đồ nguyên lý để hiển thị số kênh đang đọc là kênh 1 (b,c). Nếu ta nhấn tiếp nút M2 (khoảng cách nhấn nút M2 tuỳ thuộc vào thời gian quy định và người vận hành ), theo giản đồ xung của HEF 4017 lúc này TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 52 CP 0 = H, MR= L ,O 1 = H dẫn tới đầu vào của 4051 A 0 =H ; A 1 =A 2 =L ,theo bảng chân lý thì Y 1 được nối với Z tương ứng với việc đặt nhiệt độ đo cho kênh 2 và khi O 1 =H thì ở ma trận Diod cho tín hiệu kênh số 2 . Quá trình đặt nhiệt độ cho từng kênh được diễn nhờ việc nhấn nút M2 theo chu kỳ như vậy cho tới hết kênh 5 . Nút M1 có tác dụng reset lại để có thể đặt lại nhiệt độ cho các kênh hay khi chuyển sang chế độ đo nhiệt độ của các kênh thì ta chuyển CT1 sang 2 và nhấn M1 . Tuy vậy khi đo nhiệt độ làm việc của từng kênh ta chuyển sang chế độ điều khi ển tự động để đảm bảo đúng thời gian đọc từng kênh (lúc này CT2 đưa về vị trí 1, CT1 đưa về vị trí 2). Khi CT1 đưa về vị trí 2 thì ngược lại với quá trình đặt nhiệt độ là E của 2 HEF 4051 B ở mức cao nên theo bảng chân lý thì các chân vào ra của IC này bị khoá, còn E của 1 HEF 4051 B ở mức thấp nên các chân vào ra được nối theo trang thái của các chân A 0 -A 1 . Khi CT2 đưa về vị trí 1 là đầu ra của IC 555 . Khi cấp nguồn cho IC 555, ở chu kỳ đầu trong khoảng thời gian nạp tụ T 1 thì chân ra (3) ở mức cao tương ứng với đầu vào CP 0 của 4017 ở mức cao, theo giản đồ xung của 4017 thì MR = O 0 =H ; O 1 -O 9 =L , dẫn tới đầu vào của CMOS 1 HEF 4051 B có A 0 -A 2 = L theo bảng chân lý thì chân Y 0 nối Z mà Y 0 là tín hiệu được đưa tới từ Sensor 1 qua khối khuếch đại và so sánh , từ chân ra Z của 4051 B được đưa vào ICL 7107 để chuyển đổi tín hiệu và số hoá qua bộ hiển thị LED trong khoảng thời gian từ T 1 –T 2 ( T 2 là thời gian xả tụ ). tới chu kỳ tiếp trong khoảng thời gian T 2 -T 3 là thời gian nạp tụ, thì tương tự ta có đầu vào của 1HEF 4051 B có A 0 =H ; A 1 ,A 2 ,E =L , theo bảng chân lý thì Y 1 nối với Z tương ứng với việc đo, đọc và hiển thị kênh 2 . Quá trình diễn ra tương tự như vậy cho tới hết chu kỳ 5 để hiển thị kênh 5 .Khi bắt đầu có tín hiệu ở chu kỳ 6 thì cho O 5 ở HEF 4017 ở mức cao theo cách nối ở sơ đồ tín hiệu được đưa về chân (15) MR dẫn tới MR=H theo bảng chân lý thì O 0 =H ; O 1 -O 9 =L hay nói cách khác là MR có tác dụng reset lại các chân và quá trình được lặp lại từ Sensor 1 .Quá trình reset này diễn ra rất nhanh (thời gian này không đáng kể gì so với 10 giây ). TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 53 ở bộ KĐ so sánh A 4 có tác dụng so sánh tín hiệu đo được đưa tới từ U cầu so với tín hiệu đặt. Khi U c < U đ thì đầu ra ở mức cao dẫn tới hệ thống đèn hay chuông không hoạt động và quá trình đo được thực hiện bình thường, khi U c >U đ thì đầu ra ở mức thấp lúc này hệ thống cảnh báo sẽ làm việc và báo hiệu nhiệt độ đo vượt quá mức đặt . TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 54 3.2.3 Tính chọn nguồn 3.2.3.1 Nguyên lý làm việc của vi mạch ổn áp điện một chiều Trên hình (3-2) là sơ đồ cấu trúc của vi mạch ổn áp ra là dương nguồn, được chế tạo công nghiệp(ví dụ như seri 78xx, 79xx)với các giá trị điện áp chuẩn từ 5V ÷24V. Trong loại IC ổn áp này chỉ có 3 chân đó là chân dương, chân âm, và chân nối đất. Dương điện áp ra , điện áp sụt trên IC tối đa là 3/2V Giả sử điện áp vào tăng lên một lượng nào đó, dẫn tới cực gố c T 3 có điện thế so với đất giảm xuống(điều này do tinh chất của diod D 2 ) T 2 thông, điện áp phản hồi âm R 7 giảm xuống, điện thế giữa cực phát ra và cực góp T 4 mở thông hơn làm điện thế tại cực gốc của T 1 bớt thông làm điện áp ra là U ổn = const. Trường hợp điện áp đầu vào giảm xuống, hiện tượng xảy ra ngược lại dẫn tới T 1 mở thông hơn làm U ổn = const. Bây giờ ta xét trường hợp đột biến phụ tải, giả sử tải tăng lên làm điện thế của cực gốc T 2 và T 4 bớt thông làm điện thế của cực gốc T 1 tăng lên làm U ổn = const. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của IC ổn áp có đầu ra là âm nguồn cũng tương tự, nó đều xây dựng trên cơ sở mạch Tranzito và các linh kiện tạo mức điện áp chuẩn. T 1 R 9 R 8 R 7 R 1 R 2 R 3 R 4 Đ 2 Đ 1 R 5 T’ 1 T 2 T 3 T 4 R 6 U ổn U vào [...]... 0,188.7, 85 = 1,4 75 (kg) - 61 Khối lượng của Fe: TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MFe = MT + Mγ = 0, 155 + 1,4 75 = 1, 63 (kg) - Thể tích đồng : Vcu =S1.L1+S2.L2 = 0,046.1 0-4 .22,71 +0, 35 3 .1 0-4 . 43 ,52 =16,4.1 0-6 (m3)=0,164 (dm3) - Khối lượng của đồng: MCu = Vcu.mcu = 0,164.8,9 = 1,44 (kg) • Tính các thông số của máy biến áp: - Điện trở cuộn sơ cấp MBA: R1= ρ l1 S1 = 0,02 133 22,71 = 10 ,5 (Ω) 0,046 Trong đó ρ 75. .. nguồn 2.2 .5 Khối chỉ thị 2.2.6 Khối so sánh tín hiệu 2.2.7 Khối tương tự số 2.2.8 Khối chuyển và nhớ kênh 2 .3 Tính chọn các phần tử trong hệ thống đo nhiệt đ 2 .3. 1 Tính chọn khối nguồn 2 .3. 2 Khối khuếch đại trung gian 2 .3. 3 Khối xung điều khiển 2 .3. 4 Khối chỉ thị 2 .3 .5 Khối so sánh PHẦN 3 : SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC TÍNH TOÁN KHỐI NGUỒN 3. 1 Sơ đồ nguyên lý 3. 2 Nguyên lý làm việc 3. 2.1 Sơ đồ 3. 2.2 Nguyên... trên 78 05 hoặc 79 05 là: P78 05 = P79 05 = ΔU.I78 05 = 7.0,11 = 0,77 (W) - Diện tích tản nhiệt cho 78 05 hoặc 79 05 là : S= 1200.P 78 05 1200.0,77 = = 33 ,6(cm2) Tcp − t 75 25 Lấy tròn S = 35 ( cm2) 3. 2 .3. 3 Tính toán chỉnh lưu Diod: Điện áp của chỉnh lưu cầu : Ud = Ud1+ 2ΔUD Ud1= 15 − ( − 15) = 25( V) 1,2 (Điện áp Ud1 thông thường tăng lên 1,1 ÷ 1 ,3 lần) ΔUD là điện áp sụt trên diod silic = 0,6(V) vậy Ud = 25 + 2.0,6... LÀM VIỆC TÍNH TOÁN KHỐI NGUỒN 3. 1 Sơ đồ nguyên lý 3. 2 Nguyên lý làm việc 3. 2.1 Sơ đồ 3. 2.2 Nguyên lý làm việc 3. 2 .3 Tính toán khối nguồn 3. 2.4 Tính toán máy biến áp nguồn Kết luận Tài liệu tham khảo 65 1 2 2 2 3 4 6 8 8 9 11 29 29 30 31 31 32 34 38 38 39 40 42 45 45 47 48 49 50 51 51 52 52 53 56 59 66 67 ... IC 78 05 và 79 05 có trị số dòng điện đi qua định mức là 1A và Tcp= 750 C 55 TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Qua tính toán ở phần trên ta thấy dòng qua 78 05 và 79 05 là như nhau nên việc tính chọn 78 05 phù hợp thì 79 05 cũng phù hợp - Dòng qua 78 05 và 79 05 là I78 05 = I79 05 = Id − Ikd − Iss = 0,4 − 0,141 − 0,141 = 0,11 (A) - Điện áp sụt trên 78 05 hoặc 79 05 là : ΔU = 12 − 5 = 7(V) - Công suất tiêu tán trên... Bd2 = 0 ,5. 1 0-1 + 1 ,5 + 0 ,5. 1 0-1 + 0.9 13 = 2 ,51 (cm) Chiều dài mạch từ: L = 2C + 3a = 2.2 ,51 + 3. 1,4 = 8,22 (cm) Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 4,2 + 2.1 ,5 = 7,2 (cm) • Tính khối lượng của sắt và đồng - Thể tích của trụ: VT = 2.QFe.h = 2.2,24.4,2 = 18,8 (cm3)= 0,1880(dm3) - Thể tích của gông: Vγ = a.b.L = 2,4.8,22 = 19,72 (cm3) = 0,0197 (dm3) - Khối lượng gông: Mg =Vg.mFe =0,0197.7, 75= 0, 155 (kg) - Khối... Pkđ= 3, 4 W 5. Pled = 5. 0, 036 = 0,18 W P 555 = 0,01 75 W Pcầu = 0,009 W 2P7812 = 2.0,77 = 1 ,54 W 2P78 05 = 2.1,442 = 2,884 W PD = 0 ,34 08 W PIC = 0,72 93 W Ptổng = 13, 36 W - Công suất biểu kiến của máy biến áp là: S= Ptæng Cosϕ ở đây hệ số cosϕ không lớn nên ta lấy cosϕ = 0,7 S= 13, 36 = 20 (VA) 0,7 - Dòng điện thứ cấp I2 = 20 S = = 0,68 (A) 29 U2 - Dòng điện thứ cấp I1 = 0,68.29 I 2.U 2 = = 0,089 (A) 220 U1 -. .. 45 (V) π B d 1 + Bd 2 ).ω.1 0-7 3 TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ΔUBA = - 2 ΔU x + ΔU r 2 = 0, 45 2 + 1,12 2 = 1,2 (V) Hiệu suất của MBA là: η= 29.0,4 U d I d 100% = 100% ≈ 60% 20 S KẾT LUẬN Trên đây là toàn bộ các phần thiết kế, tính toán cho “HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ HIỂN THỊ SỐ 5 KÊNH’’ với kiến thức còn giới hạn và tìm hiểu chưa rộng về lĩnh vực chuyên ngành nên đồ án chưa được tối ưu và còn có... = 0,02 133 (Ω) - Điện trở cuộn thứ cấp MBA R2= ρ l2 43 ,52 = 0,02 133 = 2,62 (Ω) S2 0, 35 3 2 54 4 2 ⎡ W2 ⎤ RBA = R2 + R1 ⎢ ⎥ = 2,62+ 10 ,5 ( 4129 ) ⎣ W1 ⎦ =2,8 (Ω) - Sụt áp trên điện trở MBA: ΔUr = RBA.Id = 2,8.0,4 = 1,12 (V) - Điện kháng qui đổi về thứ cấp: XBA= 8.π2.(W2)2 ( Bd 1 + a 02 + Bd 2 ) (cd1 + h = 3, 6 (Ω) - Sụt áp trên điện kháng MBA: ΔUx = - 62 X BA I d π Sụt áp trên MBA: = 3, 6.0,4 = 0, 45 (V)... bản 1.2 Đặc điểm về đo nhiệt độ 1.2.1 Khái niệm về nhiệt độ 1.2.2 Thang đo nhiệt độ 1.2 .3 Phân loại hệ thống đo nhiệt độ PHẦN 2 : SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ KHỐI 2.1 Sơ đồ khối – chức năng của từng khối 2.1.1 Sơ đồ khối 2.1.2 Chức năng của từng khối 2.2 Giới thiệu từng phần tử trong sơ đồ khối 2.2.1 Khối cảm biến 2.2.2 Khối khuếch đại trung gian 2.2 .3 Khối tạo xung điều . gian tự động là 10 giây. Tiêu thụ dòng điện của IC 55 5 là : 0,7 mA/1V vậy 5 V thì dòng điện tiêu thụ là : IXđk =0,7 .5 =3 ,5 (mA) P 55 5 =U.I =5. 3 ,5. 10 -3 =0,01 75 (W) 2 .3. 4 Khối chỉ thị (đèn. I LED = 15mA = 15. 10 -3 A R LED = LED R I U = 3- 10. 15 4,2 = 160Ω •Tính chọn P LED = U R .I LED = 2,4. 15. 10 -3 = 0, 036 (W) 2 .3 .5 Khâu so sánh: Ta chọn IC TL081 cũng có thông số giống. (A) - Điện áp sụt trên 78 05 hoặc 79 05 là : ΔU = 12 − 5 = 7(V) - Công suất tiêu tán trên 78 05 hoặc 79 05 là: P 78 05 = P 79 05 = ΔU.I 78 05 = 7.0,11 = 0,77 (W) - Diện tích tản nhiệt cho 7805