Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp

Lò sấy là lò sấy kiểu buồng, nằm ngang dùng không khí nóng để sấy các máy biến áp vừa và nhỏ hoặc các động cơ điện. Lò sấy được trang bị hệ thống điện động lực hiện đại, thiết bị điều khiển tiên tiến đảm bảo điều khiển tự động các quá trình công nghệ sấy hoặc bảo ôn với sai số điều khiển ±1% so với nhiệt độ đặt Ở đầu lò sấy có cửa để đưa sản phẩm cần sấy vào và ra khi hoàn thành quá trình công nghệ sấy. Cửa được thiết kế đóng mở theo phương pháp kéo lên, hạ xuống bằng hệ thống cáp treo. Hệ thống cáp treo này được dẫn động bằng động cơ liền hộp số Nhằm mục đích bảo vệ an toàn, trên mỗi động cơ kéo cửa đều trang bị phanh từ. Trong khi đóng mở cửa nếu bị mất điện đột ngột, cửa sẽ ở vị trí cố định mà không bị rơi xuống. Ở mỗi đầu hành trình của cửa có gắn công tắc giới hạn, đảm bảo cửa chỉ đóng mở trong phạm vi cho phép an toàn. Các động cơ hộp số kéo cửa được đặt trên nóc lò với khung bệ chắc chắn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN

MÔN

ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

Báo cáo đề tài : “ Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp”

Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ

Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

I Yêu cầu đề bài

II Hướng giải quyết

III Sơ đồ khối hệ thống.

IV.) Cấu tạo của lò sấy gỗ công nghiệp

V Các loại cảm biến nhiệt độ

VI Lựa chọn cảm biến cần cho hệ thống.

VI.1 Vị trí dặt cảm biến trong mô hình lò sấy gỗ công nghiệp

VI.2: Tìm hiểu về cảm biến LM335 và cách lắp đặt

VI.2.1 Sơ đồ khối của mạch đo

1) Khối nguồn

2) Khối cảm biến đầu vào

3) Khối dồn kênh : MUX

4) Khối ADC và PSOC

Chương 4:BÀI DỊCH TÀI LIỆU CẢM BIẾN

Chương 1:TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ

Lò sấy là lò sấy kiểu buồng, nằm ngang dùng không khí nóng để sấy các máy biến áp vừa và nhỏ hoặc các động cơ điện.

Lò sấy được trang bị hệ thống điện động lực hiện đại, thiết

bị điều khiển tiên tiến đảm bảo điều khiển tự động các quá trình công nghệ sấy hoặc bảo ôn với sai số điều khiển ±1% so với nhiệt độ đặt

Ở đầu lò sấy có cửa để đưa sản phẩm cần sấy vào và ra khi hoàn thành quá trình công nghệ sấy Cửa được thiết kế đóng mở theo phương pháp kéo lên, hạ xuống bằng hệ thống cáp treo Hệ thốngcáp treo này được dẫn động bằng động cơ liền hộp số Nhằm mục đích bảo vệ an toàn, trên mỗi động cơ kéo cửa đều trang bị phanh

từ Trong khi đóng mở cửa nếu bị mất điện đột ngột, cửa sẽ ở vị trí cố định mà không bị rơi xuống Ở mỗi đầu hành trình của cửa

có gắn công tắc giới hạn, đảm bảo cửa chỉ đóng mở trong phạm vicho phép an toàn Các động cơ hộp số kéo cửa được đặt trên nóc

lò với khung bệ chắc chắn

Quạt thổi khí của mỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp Phần kết nối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi quạt đều có ống giảm rung nhằmmục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió khi làm việc với hệ thống

Bộ gia nhiệt của lò sấy được cấu thành từ các thanh đốt điện trở có vỏ bằng thép không gỉ, được cách điện để đảm bảo antoàn Để thuận tiện cho vận hành, sàn thao tác đều có cầu thang lên xuống bằng thép

Hệ thống ống dẫn không khí nóng được nối từ bộ gia nhiệt theo hai đường ống nhánh phân phối cho hai bên thành lò và theocác cửa thổi khí, phân phối khí nóng đều từ dưới lên Phía trên thành lò ở chính giữa là hệ thống ống thu khí tái tuần hoàn nối vào tới miệng hút của quạt thổi khí

Sàn lò sấy bảo ôn được gắn cố định 01 hệ thống đường ray dẫn xe goòng ở giữa Hệ thống ray này được kéo dài ra ngoài hai đầu lò sấy một khoảng vừa đủ để bốc và xếp sản phẩm cần sấy

Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

I Yêu cầu đề bài

Các thông số về kích thước của lò:

+ Chiều rộng tác dụng của lò: 2m

+ Chiều dài tác dụng của lò: 5m

+ Chiều cao tác dụng của lò: 2m

*Dải nhiệt độ sấy của lò trong quá trình sấy: dải nhiệt độ của lò trong quá trìnhsấy: 100C- 600C với sai số +-10C

Tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗcông nghiệp

II Hướng giải quyết

Để làm bay hơi hoàn toàn 1Kg cần cung cấp lượng nhiệt 539Kcal Để sấy khô 1Kgsản phẩm có độ ẩm 6% thì cần cung cấp nhiệt lượng 32,34Kcal Trong 1h có6.361,2Kg vật sấy đi vào lò sấy, để sấy khô chúng ta cần cung cấp nhiệt lượng205.721Kcal

Thông thường hiệu suất của lò sấy chính là công suất của buồng phátnhiệt.Theo dự kiến nhiệt độ buồng phát nhiệt là 1000C, trong khi đó nhiệt độ tácnhân sấy theo yêu cầu công nghệ là 600C Do đó để có được nhiệt độ tác nhân sấytheo yêu cầu đặt ra thì phải cung cấp một lượng không khí có nhiệt độ bằng nhiệt

độ của môi trường (200C ) phù hợp nào đó để hoà trộn vói nhiệt độ buồng phátnhiệt Theo số liệu người ta đã tính được thì cần phải cung cấp một lượng khôngkhí là 2000m3/ h

Để tạo ra một lò sấy phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Bảo đảm nhiệt độ thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu củasản phẩm

- Bảo đảm độ ẩm thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu của sản phẩm

- Bảo đảm lượng nhiệt được đưa vào liên tục và tuần hoàn vào lò sấy

- Bảo đảm đảo sản phẩm thường xuyên được đưa vào(1-3 h 1lần

III.Sơ đồ khối hệ thống.

IV.) Cấu tạo của lò sấy gỗ công nghiệp

a) Hệ thống cách nhiệt:

-Muốn cho lò sấy ít bị dao động nhiệt thi việc làm vỏ lò là quan trọng.Lớp cách nhiệt càng dày thì càng ổn định,ít tốn chất đốt và ít phải điều chỉnh.Ngoài ra trong lớp cách nhiệt đó còn có cả than hoạt tinh để khử độc và còn có cả lỗ thông hơi để dẫn không khí vào lò sấy.Trong lò còn có quạt để lưu thông luồng khí nóng

chuyển lưu tuần hoàn trong lò sấy

b) Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt.

- Là hệ thống cảm biến nhiệt và các linh kiện được cài đặt 2 chiều theo ý muốn trong 1 thời gian ấn định

- Bộ vi điều khiển là hệ thống cảm biến kết hợp với bán dẫn để giám sát , nhận và

xử lý các thông số kỹ thuật khi bộ cảm biến báo về

c) Bộ tạo ẩm và bộ điều ẩm.

Vung nước qua cánh quạt trong máy, nước từ bình chứa đặt cao hay từ mạng ống cung cấp chung của trại, qua van nước, ống dẫn vào bầu, để rồi theo ống dẫn hàn dọc các cánh quạt gió mà vung ra xung quanh, xuyên qua các lỗ nhỏ của vành lưới thép bao xung quanh, sẽ tạo thành lớp sương mù gây ẩm trong máy

- Bộ điều ẩm thường gồm một bộ cảm biến ẩm đặt trong máy để tác động vào bộ phận ngắt van nước để đóng ngắt dòng chảy vào máy, khi độ ẩm thấp hay cao quá mức qui định

d) Hệ thống thông gió và bộ điều gió.

Bộ thông gió ở các lò sấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau bên trong máy Cửa hút gió được bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, điều chỉnh độ mở bằngtay Cửa thoát gió thường bố trí trên nóc máy hay ở thành trước máy, có nắp điều gió

e) Hệ thống đảo.

- Động cơ điện quay: dùng cho mọi kiểu giàn quay, thường gồm động cơ điện, bộ giảm tốc, bộ truyền động và cụm tiếp điểm cuối

f) Bộ điều khiển và báo hiệu.

Thường bao gồm: những bộ khởi động từ, những cụm tiếp điểm tổng, những rơle điện từ, cầu chì, nút bấm, cụm đầu nối điện, chuông đèn báo hiệu

g) Bộ phận phụ trợ.

-Máy sấy công nghiệp còn có những bộ phận phụ trợ như: giàn chuyển sản phẩm,

bộ bánh xe chuyển giàn, bàn chuyển sản phẩm, thang

V Các loại cảm biến nhiệt độ

1 Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu

- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV)

- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao

- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao

- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…

- Dải đo: -100 ~ 1400oC

- Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim, giáo dục hay gia công vật liệu… Trên thị trường hiện nay có nhiều loại Cặp nhiệt điện khác nhau (E, J, K, R, S, T…) đó là vì mỗi loại Cặp nhiệt điện đó được cấu tạo bởi 1 chất liệu khác nhau, từ

đó sức điện động tạo ra cũng khác nhau dẫn đến dải đo cũng khác nhau Người sử dụng cần chú ý điều này để có thể lựa chọn loại Cặp nhiệt điện phù hợp với yêu cầu của mình

+ Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới những

điểmsau đây:

- Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu truyền đi dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều).

- Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát trên đường dây Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và môi trường lắp đặt

- Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo

- Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện

2 Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD)

- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo

- 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 độnhất 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, 1000 ohm (khi ở 0 oC) Điện trở càng cao thì

độ nhạy nhiệt càng cao

- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây Loại 4 dây cho kết quả đo chính xác nhất

3 Điện trở oxit kim loại (Thermistor)

- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…

- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi

- Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo

- Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp

- Dải đo: 50o

- Ứng dụng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử

- Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ sốnhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng nhất là loại NTC

4 Cảm biến nhiệt bán dẫn

- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn

- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ

- Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản

- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền

5 Nhiệt kế bức xạ (Hay hỏa kế)

- Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học

- Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt

- Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trườngđo

- Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền

- Ứng dụng: Làm các thiết bị đo cho lò nung

- Dải đo: -97 ~ 1800 oC

Hỏa kế gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ

năng lượng Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo

VI.Lựa chọn cảm biến cần cho hệ thống.

-Trên thị trường hiện nay có khá nhiều các loại cảm biến đo nhiệt độ như cảm biếndòng LM( LM35, LM335,…) hay cảm biến thông minh dòng DS1820

- Dùng cảm biến nhiệt độ LM35 kết hợp với AT89S52 và IC biến đổi A/D và hiểnthị bằng LED 7 thanh đo được nhiệt độ từ -550C đến +1500C, dùng LM34C và 16F88 thuộc vi điều khiển PIC dùng ngôn ngữ lập trình BASIC hiển thị nhiệt độ bằng LCD, chỉ đo được nhiệt độ từ -550C đến +1250C Nói chung những loại cảm biến họ LM so với họ DS thì độ chính xác không cao và tốc độ truyền tín hiệu chậm 20C đến 1500C với tần số từ 20-1500Hz nhưng giá thành chế tạo rẻ còn ở loại cảm biến họ DS độ chính xác rất cao do tín hiệu được truyền có độ phân giải lên đến 12Bit trong 750ms Ở loại cảm biến này có tích hợp ROM 64Bit, bộ nhớ Logic, mạch ổn định tín hiệu đầu ra Chính vì vậy mà nó khắc phục những nhược điểm của cảm biến họ LM So với những loại nhiệt kế dùng họ vi điều khiển 8051

và PIC thì nhiệt kế dùng vi điều khiển ATMEGA16L thuộc họ vi điều khiển AVR

có nhiều ưu điểm hơn, so với vi điều khiển PIC lập trình bằng ngôn ngữ lập trình BASIC thì dùng AVR lập trình bằng ngôn ngữ lập trình C do đó phần mềm sẽ ngắn gọn hơn, còn so với 8051 thì tốc độ xử lý tín hiệu nhanh hơn không cần lắp thêm bộ biến đổi A/D do ATMEGA16L đã tích hợp sẵn bộ biến đổi A/D và việc lập trình sẽ đơn giản hơn Cảm biến nhiệt độ LM335 Cảm biến này có dải nhiệt độ-550C tới +1200C, độ nhạy 0,02mV/10C, sai số là trên dưới 0,50C, giá thành rẻ từ 9-

12 nghìn, có thể thiết kế 1 hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ dễ dàng đơn giản khikết hợp với LM741 để khuếch đại cho mạch và dùng LED 7 để hiển thị, sai số của mạch chỉ 10C

Ở lò sấy công nghiệp, chúng ta cần dùng cảm biến có thể đo ở dải nhiệt độ

10°C-60°C và sai số thấp 1°C Và chúng em nhận thấy cảm biến nhiệt độ LM335 có dải

nhiệt độ đo từ -55°C - 120°C chi phí thấp và có sai số trong khoảng cho phép là cảm biến phù hợp với điều kiện yêu cầu

VI.1 Vị trí dặt cảm biến trong mô hình lò sấy gỗ công nghiệp

Cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ của môi trường nên nó sẽ được đặt bên trong môitrường đó để có thể đo một cách chính xác nhất nhiệt độ của cả môi trường

Trong lò sấy gỗ có rất nhiều chỗ để đặt cảm biến và chúng ta cần đặt ở những điểm có thể khái quát rõ ràng nhất nhiệt độ của phòng

Để đo chính xác dải nhiệt độ trong phòng chúng ta sẽ sử dụng 3 cảm biến nhiệt

độ LM335 được đặt ở các vị trí lần lượt là: 1 cảm biến trên trẩn của lò,2 cảm biến còn lại lần lượt đặt đối diện 2 bên tường không có thiết bị gia nhiệt

Thiết bị hiển thị và chuông báo sự cố nhiệt độ phòng sấy nên đặt bên ngoài cạnhcửa lò để thuận tiện cho việc theo dõi

Không nên đặt cảm biến gần thiết bị gia nhiệt vì như vậy thiết bị cảm biến có thể

bị hỏng do sức nóng của thiết bị gia nhiệt,cũng như cho sai lệch về kết quả đo

VI.2:Tìm hiểu về cảm biến LM335 và cách lắp đặt

VI.2.1 Sơ đồ khối của mạch đo

Nhìn trên sơ đồ cấu trúc ta sẽ thấy được hệ thống đo của chúng ta gồm những thành phần nào? Nó gồm những khối chính sau:

1) Khối nguồn

Đây là khối cung cấp nguồn cho toàn hệ thống mạch Nguồn cung cấp ổn định 5V thông qua 7805 Nguồn đầu vào là biến áp hạ áp 220VAC-12VAC được thông quachỉnh lưu Chi tiết bạn xem trên mạch nguyên lý

2) Khối cảm biến đầu vào

gồm : Điểm 1 (LM35) ,Điểm 2 (LM35) ,Điểm 3 (LM35)

Đây là những cảm biến để đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35 Các đầu ra của cảm biến được đưa vào bộ MUX Các đặc điểm chung của cảm biến nhiệt độ LM35 như sau

+ Chân 1 : Chân nguồn đầu vào Vcc

+ Chân 2 : Chân đầu ra Vout

+ Chân 3 : Chân nối GND

Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu

ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh

Đặc điểm chính của cảm biến LM35

+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V

+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/ᵒC

+ Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C

+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 ᵒC - 150 ᵒC với các mức điện áp ra khác nhau Xét một số mức điện áp sau :

- Nhiệt độ -55 ᵒC điện áp đầu ra -550mV

- Nhiệt độ 25 ᵒC điện áp đầu ra 250mV

- Nhiệt độ 150 ᵒC điện áp đầu ra 1500mV

Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống này thì đo từ 10ᵒC đến 60ᵒC

3) Khối dồn kênh : MUX

Đây là khối dồn kênh khối này dùng để dồn các tín hiệu từ cảm biến về (3 điểm)

Dồn kênh sử dụng CD4051 có 8 kênh đầu vào và 1 kênh đầu ra thông qua 3 chân điều khiển Đầu ra của bộ dồn kênh được nối với bộ ADC

4) Khối ADC và PSOC

Đây là hai khối nằm trong PSoc CY8C29466 ADC là khối dùng để chuyển đổi tínhiệu tương tự sang tín hiệu số Tín hiệu từ LM335 đưa về bộ MUX sau đó qua bộ ADC trong PSoc sau đó chuyển đổi thành tín hiệu số từ đó suy ra được nhiệt độ là bao nhiêu?

Vi xử lý Psoc với ưu điểm có khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ, người sử dụng sẽ cóđược những thiết bị điều khiển, thiết bị đo có giá rẻ, kích thước nhỏ gọn và sản phẩm PSoC của ho sẽ thay thế được hầu hết các thiết bị dựa trên vi xử lý hoặc vi điều khiển đã có từ trước đến nay

5) Khối nút nhấn và cảnh báo

Nút nhấn dùng để điều khiển nhiệt độ cảnh báo thông qua 3 nút Còn khối cảnh báo thì cảnh báo nhiệt độ được thông qua còi chip

6) Khối hiện thị LCD

Đây là khối hiện thị thông số của kết quả đo được Nhiệt độ ở 3 điểm được hiện thịtrực tiếp lên LCD 20x4 và nhiệt độ cảnh báo Việc sử dụng hiện thị LCD sẽ đơn giản hơn và tốn ít tài nguyên của vi xử lý đồng thời dễ điều khiển hiện thị

7) Khối RS232

Đây là khối dùng để giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn truyền thông RS232 Các thông số của mạch đo có thể hiện thị lên máy tính thông qua phần mền giao diện đồng thời cũng điều khiển từ máy tính

Việc ghép nối truyền thông qua máy tính dùng RS232 đã khá hữu ích trong việc quan sát thông số của thiết bị trên máy tính và điều khiển từ máy tính Nên truyền thông qua RS232 được sử dụng trong bài toán này

Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính

VI.2.2 - Tính toán nhiệt độ đầu ra và sai số của hệ thống

1) Tính toán nhiệt độ

LM335 là cảm biến nhiệt độ , với nhiệt độ đầu ra là 10mV/K

Sử dụng bộ biến đổi ADC_10bit :

+ có giá trị lớn nhất là 1024

+ với V = V = 5V

+ Bước thay đổi là : (Của Dspic và Psoc)n = 5/1024 = 4.9 (mV) (Dspic)

n1 = 5/2047 = 2.44(mV) (Psoc)

Nên tại ở 0 C hay 273K thì điện áp đầu ra LM335 có giá trị là 2.73V

Nên tại ở 100 C hay 373K thì điện áp đầu ra của LM335 có giá trị là : 373.10mV/

K = 3.73V Như vậy giải điện áp đầu vào sẽ là (2.73 đến 3.73V)

Tính toán được giá trị ADC đọc được từ Lm335

+ V_in = 2.73V => ADC_value = (2047/5)*2.73 = 1118 (Psoc)

+ V_in = 3.73 => ADC_value = (2047/5)*3.73 = 1527 (Psoc)

Mặt khác do ADC_value = 1 cho ra điện áp tương ứng là 2.44mV (Psoc) Trong khi đó LM335 cho ra điện áp là 10mV/K Nên do đó để ADC _value thay đổi trong 1 đơn vị thì nhiệt độ phải thay đổi là : (4.9mV/10mV/K) = 0.5K (dspic) và (2.44mV/10mV/K) = 0.244K (Psoc)

Như vậy ta có công thức tính đầy đủ ra độ C tương ứng cho Psoc

t = (ADC_value - 1118) * (2.44mV/10mV) = (ADC_value - 1118) * 0.24

2) Đánh giá sai số

Sai số của bộ vi xử lí do:

-Sai số hệ thống: do hiểu biết sai lệch hoặc không đầu tư cho hệ thống đo, hay do điều kiện sử dụng không tốt như: sai số do đặc tính của cảm biến, do các đại lượngchuẩn không đúng, hay xử lí kết quả đo chưa tốt.

-Sai số ngẫu nhiên: không thể xác định do yếu tố khách quan

-Bộ phận nguồn có thể cung cấp không đều hay sụt áp

-Sai số thiết bị 1%

-Mạch đo xó thể bị ảnh hưởng bởi điện trở, tụ điện có thể gây sai số nhỏ

-ADC gây sai số 1 bước lượng tử nên sai số là 1:2^8=0,39%

II Hạn chế, cách khắc phục khi thực hiện bản thiết kế

1.Khi thực hiện bản thiết kế này chúng em gặp khá nhiều vấn đề về kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế, các thông tin đa sô là tìm kiếm trên mạng, trên các trang diễn đàn, cũng như một số sách giáo trình về đo lường cảm biến.Chính vì vậy những thông tin chúng em thu thập có thể bị sai lệch do nhiều nguồn trên mạng không rõ nguồn gốc nên có gì sai lệch mong thầy cô thông cảm

2 Tín hiệu đưa về từ cảm biến là tín hiệu tương tự mà vi xử lý của chúng ta không

xử lý được tín hiệu này nên ta phải biến đổi nó sang dạng số để xử lý

Từ giá trị số biến đổi từ đó chúng ta quy đổi ra được nhiệt độ tương ứng như cách tính ở trên Do có 3 tín hiệu tương tự đưa về nên ta phải xử lý 3 tín hiệu tương tự này, trong mạch sử dụng con dồn kênh CD4051 nên do đó ở 1 thời điểm rất nhỏ chúng ta chỉ có biến đổi được 1 kênh thôi và lưu kênh này vào 1 mảng dữ liệu, tiếptheo ta quét tiếp đến các kênh còn lại và cũng lưu nó vào 1 mảng Như vậy chúng biến đổi được 3 kênh đầu vào mà chỉ dùng 1 bộ ADC Từ đó chúng ta tính ra giá trị nhiệt độ và hiên thị lên LCD

III Mở rộng đề tài

Nhiệt độ là một yếu tố ảnh hưởng rất quan trọng đến đời sống hằng ngày của chúng ta Nhiệt độ chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Việc đo và giám sát nhiệt độ đã trở nên rất quan trọng trong việc sử dụng nhiệt độ ví dụ như trong lò nhiệt, phòng xử lý chất thải Trong nhiều trường hợp người ta cần xác định đo nhiệt độ ở nhiều điểm trong một phòng, lò xử lý Việc xác định nhiệt độ

ở nhiều điểm dẫn tới người ta có phương án xử lý chính xác hơn.Trong phần ứng dụng này chúng ta sẽ đưa ra một ứng dụng là đo nhiệt độ ở 3 điểm khác nhau sử

dụng LM35 và PSoc CY8C29466 Đối với ứng dụng này thì các chúng ta có thể dùng nó như là một mạch đo để kiểm tra nhiệt độ ở mọi khu vực mà giải đo hỗ trợ.

Các tài liệu nghiên cứu và tham khảo cho đề tài:

1.Giáo trình đo lường điện và cảm biến đo lường - tác giả Nguyễn Văn Hòa(chủ biên), Bùi Đăng Thảnh, Hoàng Sỹ Hồng Nhà xuất bản giáo dục

2 Giáo trình đo lường điện và cảm biến đo lường- tác giả Hà Văn Phương

3.Điện công tử suất – Nguyễn Bính

John Fontes, kĩ sư ứng dụng cao cấp, Honeywell chiều điều khiển

Vì nhiệt độ có thể có ảnh hưởng đáng kể như vậy trên vật chất và tiến trình ở cấp

độ phân tử, nó là của tất cả biến số cảm thấy nhiều nhất.Nhiệt độ được định nghĩa

là cụ thể mức độ nóng hoặc lạnh khi tham chiếu với quy mô cụ thể Nó cũng có thểđược định nghĩa là lượng của nhiệt năng trong vật thể hay hệ thống Năng lượng nhiệt là liên quan trực tiếp đến năng lượng phân tử ( rung, ma sát và dao động của hạt trong phân tử ) : độ cao năng lượng nhiệt, lớn năng lượng phân tử

Thiết bị cảm biến nhiệt phát hiện đổi đưa vào tham số vật lý như là sức cản hoặc điện áp ra phù hợp với thay đổi nhiệt độ Có hai kiểu cơ bản của cảm giác với nhiệt độ:

Chiều nhiệt độ tiếp xúc yêu cầu cảm biến phải ở trực tiếp tiếp xúc thân thể với phương tiện truyền thông đại chúng hoặc đồ vật được chiều Nó có thể được dùng

để người giám sát vận hành kiểm chứng nhiệt độ của chất rắn, chất lỏng hoặc khí

ga trên vô cùng lớn các khoảng nhiệt độ

Đo tiếp xúc không năng lượng bức xạ của nguồn nhiệt dưới dạng năng lượng phát

xạ đưa vào phần hồng ngoại của đặc tính kỹ thuật điện tử Phương pháp có thể được dùng để người giám sát vận hành kiểm chứng không phản xạ chất rắn và chấtlỏng nhưng không hiệu quả với khí ga vì tính trong suốt rung động riêng của họ

20.1 Kiểu cảm biến và công nghệ

Thiết bị cảm biến nhiệt bao gồm ba bộ phận :thiết bị cơ- điện ,điện tử, lớp bảo vệ Chia ra theo các kiểu cảm biến được xây dựng và thường đo nhiệt độ và độ ẩmPhần cơ điện

Kim loại bộ ổn nhiệt chính là những gì tên hàm ý : hai kim loại liên kết khác nhauvới nhau theo nhiệt và áp lực để tạo thành mảnh đơn của trang bị vật chất Do sử dụng bảng lương mở rộng khác của hai trang bị vật chất, nhiệt năng có thể biến đổithành chuyển động cơ điện.

Có hai cơ sở lưỡng kim bộ ổn nhiệt công nghệ học : tác dụng tức thời và loài vật

bò thiết bị tác dụng tức thời sử dụng đĩa lưỡng kim dạng để cung cấp tức thời gần thay đổi trạng thái ( mở để kín và kín để mở ) Phong cách loài vật bò sử dụng mảnh lưỡng kim để một cách chậm chạp mở và kín tiếp xúc mở tốc độ là định bằng lưỡng kim chọn lọc và giá của thay đổi nhiệt độ của ứng dụng Lưỡng kim bộ

ổn nhiệt cũng có hiệu lực đưa vào bản dịch điều chỉnh được Do quay đinh vít, đổi đưa vào hình học quỹ tích diễn ra đổi nhiệt độ

Bóng đèn và bộ ổn nhiệt ống mao dẫn sử dụng tác dụng mao dẫn của giãn hoặc hợp đồng chất lỏng để quyết định sự thành bại của tập hợp các tiếp xúc điện Chất lỏng là kết nang đưa vào ống thùng chứa có thể nằm 150 mm đến 2000 mm từ cầu dao Điều này cho phép cho nhiệt độ hoạt động hơi độ cao hơn hầu hết thiết bị cơ điện học Vì công nghệ học nâng luỹ thừa, tác động chuyển mạch của thiết bị này

là chậm so sánh với tác dụng tức thời thiết bị

Phần Điện tử

Cảm biến silic sử dụng quyền sở hữu điện trở khối của chất bán dẫn, chớ không phải là nối liền của hai diện tích chất phụ gia ly khác nhau Nhất là ở nhiệt độ thấp,cảm biến silic cung cấp tăng tuyến tính đường kẻ gần đưa vào nhiệt độ đối với sức cản hoặc hệ số nhiệt độ điều xác thực ( PTC ) Mạch tổ hợp - kiểu thiết bị có thể cung cấp trực tiếp, số đo nhiệt độ số, cho nên không cần bộ chuyển mã tương tự sang tín hiệu số

Hồng ngoại ( IR ) phép đo nhiệt độ cao Tất cả đồ vật phát xạ hồng ngoại năng lượng cung cấp nhiệt độ của họ là bên trên zero tuyệt đối ( 0 Ken - vin ) Có tương quan trực tiếp giữa năng lượng hồng ngoại phát xạ đồ vật và các nhiệt độ

Cảm biến IR số đo năng lượng hồng ngoại phát xạ từ đồ vật đưa vào 4-20 micrôn bước sóng và chuyển cách đọc thành điện áp Công nghệ học IR điển hình sử dụngThấu kính để phần cô năng lượng bức xạ lên pin nhiệt điện Công suất điện áp kết quả là khuếch đại và có điều kiện để cung cấp số đo nhiệt độ

Yếu tố làm ảnh hưởng đến độ chính xác của chiều IR là hệ số phản xạ ( khả năng của số đo của trang bị vật chất để phản xạ năng lượng hồng ngoại ), ( khả năng của số đo của trang bị vật chất để truyền hay lối đi năng lượng hồng ngoại ),

và độ phát xạ ( tỷ số của năng lượng phát xạ bằng đối tượng cho năng lượng phát

xạ bằng nguồn bức xạ hoàn hảo của mặt được đo lường )

Đồ vật có độ phát xạ của 1.0 phát xạ ( hoặc hút ) 100% năng lượng hồng ngoại

áp dụng cho ( Độ phát xạ của 1.0 được gọi là" vật thể đen" và không tồn tại đưa vào thế giới thực )

Cặp nhiệt được hình thành khi hai chất dẫn điện của kim loại khác nhau hoặc hợp kim là chỗ nối ở một đầu của mạch điện Cặp nhiệt không có phần tử nhạy, vì thế họ là ít giới hạn hơn thiết bị nhiệt độ chống lại ( RTDs ) liên quan đến trang bị vật chất sử dụng và có thể xử lý nhiệt độ độ cao nhiều Thông thường, họ được dựatrên dây dẫn không bọc và cách ly bằng bột bằng gốm hay dạng bằng gốm

Tất cả cặp nhiệt độ có những gì được gọi là" nóng" ( hoặc đo ) nối liền và" lạnh" ( hoặc tham khảo ) nối liền Một cuối của vật dẫn ( nối liền đo ) là phơi sáng đến nhiệt độ quá trình, trong khi giới hạn khác là bảo dưỡng tại nhiệt độ tham khảo biết ( Xem hình 20.1.1 ) Đầu nối nguội vừa có thể nối liền tham khảo nó bảo dưỡng lúc 0ᵒC ( 32 ᵒF ) hay ở mặt phân cách thước đo được bù bằng điện tử.

Khi giới hạn chịu chi phối bởi nhiệt độ khác, dòng sẽ dòng đưa vào dây cân xứng với chênh lệch nhiệt độ của họ Nhiệt độ ở nối liền đo được định bằng biết loại cặp nhiệt độ sử dụng, đại lượng của thế milivôn, và nhiệt độ của nối liền tham khảo

Cặp nhiệt độ được phân loại theo kiểu định cỡ vì của họ có điện áp hoặc EMF ( lực điện động ) và đáp lại nhiệt độ, thế milivôn là hàm của bố cục trang bị vật chất và bố cục và cấu trúc luyện kim vật dẫn Thay vì được áp đặt định giá nhiệt

độ đặc trưng, cặp nhiệt độ được trao cho tiêu chuẩn hoặc đặc biệt giới hạn sai số che phủ dãy của nhiệt độ

Thiết bị chống lại

Điện trở nhiệt ( hoặc điện trở nhạy bằng nhiệt ) là thiết bị thay đổi mối quan hệ điện trở của họ để nhiệt độ của họ Họ thường bao gồm kết hợp của hai hoặc ba kim loại oxit đang được thiêu kết đưa vào trang bị vật chất cơ sở bằng gốm và có dây dẫn dây hợp kim hàn đến chất bán dẫn bánh quế hoặc vỏ bào, được che phủ với epoxit hoặc thủy tinh kính

Điện trở nhiệt sẵn sàng đưa vào hai kiểu khác nhau : hệ số nhiệt độ điều xác thực ( PTC ) và hệ số nhiệt độ âm ( NTC ) Thiết bị PTC tang vật loại A điều xác thực đổi hoặc tăng đưa vào sức cản khi nhiệt độ tăng lên, trong khi thiết bị NTC tang vật loại A đại lượng âm đổi hoặc giảm sức cản khi nhiệt độ tăng Đổi đưa vào sức cản của thiết bị NTC là thường khá lớn, cung cấp độ độ cao của độ nhạy Họ cũng

có thuận lợi là có hiệu lực đưa vào hình dạng vô cùng nhỏ cho độ nhạy nhiệt vô cùng

Ngoài công nghệ học oxit kim loại, thiết bị PTC cũng có thể sản phẩm sử dụng polyme truyền dẫn Này thiết bị làm cho biến đổi trạng thái của sử dụng của đưa vào trang bị vật chất để cung cấp sự gia tăng nhanh chóng điện trở Này cho phép cho sử dụng của họ đưa vào bảo vệ không bị dư dòng điện cũng như nhiệt độ dư Giống như RTDs , giá trị điện trở của điện trở nhiệt là theo danh nghĩa với dấu cộng hoặc dấu trừ chấp nhận tại một nhiệt độ nào đó Nhiệt điện trở thường theo danh nghĩa tại 25ᵒC

Điện trở của điện trở nhiệt có thể tuyến tính đường kẻ gần như kiểu sử dụng sơ

đồ điện gối tựa như là một cầu Wheatstone Sức cản có thể được dịch sử dụng nhìn

lên cái bàn để thực hiện hàm chuyển mạch hoặc để dẫn động một mét Họ cũng có thể dùng trong mức độ chất lỏng chiều ứng dụng.

RTDs ( thiết bị nhiệt độ chống lại ), như nhiệt điện trở, sử dụng đổi đưa vào điện trở để số đo hoặc điều khiển nhiệt độ RTDs bao gồm phần tử nhạy, mắc dây giữa phần tử và đo dụng cụ,và ủng hộ đặt vào vị trí phần tử trong quá trình.

Phần tử nhạy kim loại là điện trở điện đổi sức cản với nhiệt độ phần tử thường chứa đựng cuộn dây hay phim truyền dẫn với vật dẫn khắc ăn mòn hoặc vào đó Thông thường sống trong bằng gốm xi măng hoặc thủy tinh kính ( Xem hình 20.1.2 )

Phần tử nhạy nên vị trí nơi nó có thể vươn tới nhiệt độ quá trình nhanh chóng Dây thiết bị gió nên thích đáng chắc chắn đưa vào độ cao rung và va chạm ứng dụng Kéo dài dây giữa phần tử

và dụng cụ cho phép sức cản được số đo từ khoảng cách lớn.

Dây dễ uốn và khắc ăn mòn RTDs lá kim loại sẵn sàng đưa vào hình dạng tiêu chuẩn khác nhau Thường Kapton®, cao su silicon, mylar hoặc khoảng trống polyeste chất điện môi dùng cho cách điện Họ có thể lắp trên đường cong hoặc hàng không đúng quy cách mặt sử dụng chất keo nhạy áp lực, keo truyền dẫn bằngnhiệt, băng silicon, hoặc cái kẹp máy Loại hình dạng này là xa cao để giám sát khu vực rộng lớn như là đường kính ngoài của ống hoặc thùng tiếp nhận Họ cũng

có thể lấy tích phân vào mạch điện sợi nung dễ uốn cho điều khiển điều kiện tối ưu

20.2 Chọn lọc và định rõ thiết bị cảm biến nhiệt

Chia cắt đi theo địa chỉ những gì phân biệt được mỗi cảm biến với nhau, bao gồm nhiệt độ, độ chính xác, và tính đổi lẫn Ưu điểm và nhược điểm của mỗi kiểu cảm biến cũng là tính đồng nhất

Chọn lọc thiết bị cảm biến nhiệt

- RTDs là gần thẳng và rất chính xác, ổn định nhưng chúng lớn và đắt tiền

- Loại silicon có chi phí thấp và gần thẳng nhưng có nhiệt độ giới hạn

- Yếu tố quan trọng trong việc chọn thiết bị cảm biến nhiệt là vật chất được sửdụng có giới hạn về nhiệt độ Dung sai, độ chính xác, tính thay thế được cũng rất quan trọng Dung sai là yêu cầu cụ thể thường cộng hay trừ một nhiệt độ nào đó Độ chính xác là khả năng đo lường đúng nhiệt độ của thiết

bị cảm biến trong khoảng nhiệt độ

- Bất kì công nghệ thiết bị cảm biến được chọn, ngườidùng nên quan tâm một cách an toàn Không bao giờ chọn duy nhất một thiết bị vì nó có chi phí thấpnhất Chọn thiết bị cái mà mang lại sự làm việc tốt nhất cho giá cả của nó vàlúc nào cũng đọc kĩ và làm theo hướng dẫn của nhà sản xuất

- Mỗi ứng dụng cảm biến nhiệt độ có thể được giới thiệu duy nhất của riêng mình yêu cầu và vấn đề cần được đánh giá riêng biệt Dưới đây là một số câu hỏi để xem xét

+ Có yêu cầu sự thụ cảm tiếp xúc hay không?

Nếu ứng dụng đang di chuyển hoặc phải tiếp xúc thân thể không thiết thực vì nhiễm bẩn hoặc vấn đề vật liệu nguy hiểm thì lựa chọn công nghệ hồng ngoại

+ Khoảng nhiệt độ nào để thiết bị cảm biến cần để kiểm soát hoặc giám sát? Cặp nhiệt độ có khoảng nhiệt độ rộng nhất từ -200ᵒC đến 2315ᵒC (một số thiết bị trong phạm vi này không có loại thước đo ANSI thành lập) Tuỳ vào thiết kế vật liệu nhiệt điện trở có thể sử dụng từ -100ᵒC đến 500ᵒC Bi – kim loại bộ điều chỉnh nhiệt độ có thể xử lý nhiệt độ từ -85ᵒC đến 371ᵒC

- Nhiệt độ đông lạnh, RTD và một số thiết bị silicon có khả năng tiếp cận không độ tuyệt đối Nhiệt độ tối đa từ 150ᵒC đến 200ᵒC Mạch điện hỗ trợ phải bằng thiết bị cô lập khỏi thiết bị cảm biến để khỏi vượt quá khả năng của nó

- Các thiết bị không cho tiếp xúc (hồng ngoại) nhiệt độ dưới -18ᵒC hoặc trên 538ᵒC sẽ yêu cầu một đơn vị tuỳ chỉnh

- Với tất cả các thiết bị này, có thể vượt quá cùng một dãy này qua việc sử dụng hộp đo nhiệt hoặc bằng cách đặt thiết bị vào vị trí so đến nguồn nhiệt Tuy nhiên, loại đến gần này có thể tác động đến độ chính xác và hồi đáp của

hệ thống

- Tỉ lệ biến đổi nhiệt độ của ứng dụng là bao nhiêu?

+ Cho ứng dụng nơi tỉ lệ biến đổi nhiệt độ là nhanh (>1ᵒC/phút) thiết bị cảm biến có thể trở thành vấn đề Nhiệt của thiết bị cảm biến chậm chạp dựa vào khối của nó Cho thay đổi vô cùng nhanh khối thiết bị cảm biến nên hạn chế đến mức thấp nhất để cho phép chính xác hơn theo dấu thay đổi ứng dụng Điều này bao gồm khối và khả năng dẫn nhiệt của hộp đo nhiệt các vật liệu bảo vệ

+ Cho ứng dụng nơi thiết bị cảm biến từ xa sẽ định vị vì môi trường hay các vấn đề nên thực hiện thử nghiệm kiểm tra thiết

kế Điều này liên quan sử dụng ít nhất là hai thiết bị cảm biến

để giám sát nhiệt độ ứng dụng trong khi màn hình thiết bị cảm