ĐỒ án đo nhiệt độ độ ẩm dùng vi điều khiển

Khái niệm về đo nhiệt độ và độ ẩm đã có từ rất lâu, trong tất cả các đại lượng vật lý thì nhiệt độ và độ ẩm được quan tâm nhiều nhất.. HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG1.1 Giới thiệu Để thực hiện phép đ

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ

Trong ứng dụng hàng ngày, nhu cầu theo dõi nhiệt độ và độ ẩm ngày càng trở nên phổ biến và thiết thực và sử dụng trong: Sản xuất chế biến nông nghiệp Hiển thị và thực thi điều khiển (quạt gió, máy sấy, điều hòa, hay báo động) Datalog dữ liệu về môi trường tại một khu vực Theo dõi môi trường, chế độ làm việc của một số các dây chuyền, thiết bị có yêu cầu cao

Khái niệm về đo nhiệt độ và độ ẩm đã có từ rất lâu, trong tất cả các đại lượng vật

lý thì nhiệt độ và độ ẩm được quan tâm nhiều nhất Nhiệt độ và độ ẩm là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật chất và môi trường sống Trong công nghiệp sản xuất và trong lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo và xử lí nhiệt độ, độ ẩm giữ một vai trò quan trọng

Trong các thiết bị đó có các thiết bị đòi hỏi về cảm biến đo và điều chỉnh nhiệt độ,

độ ẩm của không khí như điều hòa, chuông báo cháy, lò vi sóng… Do đó ta có thể thấy tầm quan trọng và tính thực tế của việc đo và điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong các thiết

bị tự động hóa cũng như trong đời sống hàng ngày

Ở đồ án này, chúng em nhận được đề tài thiết kế “Mạch đo và điều khiển ổn định nhiệt độ và độ ẩm cho môi trường, dùng cảm biến đo nhiệt độ DS18B20, đo độ ẩm

HS1101” Đây cũng là một trong những đề tài rất sát với thực tế, mang tính ứng dụng thực tiễn rất cao Điều đó càng tạo động lực và cảm hứng cho sinh viên tìm tòi và nghiên cứu

Trong đồ án chắc hẳn còn nhiều sai sót, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy cô cũng như sự đóng góp của các bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện hơn

Chúng em chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2013

Chuyển đổi Mạch đo Chỉ thị

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM

1. HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG1.1 Giới thiệu

Để thực hiện phép đo nào đó của một đại lượng nào đó thì tùy thuộc vào đặc tính của đại lượng cần đo, điều kiện đó, cũng như độ chính xác theo yêu cầu củamột phép đo mà ta có thể thực hiện đo bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở của các hệ thống đo lường khác nhau

Sơ đồ khối của một hệ thống đo lường tổng quát:

Khối chuyển đổi: làm nhiệm vụ nhận trực tiếp các đại lượng vật lí đặc trưng cho đối tượng cần đo, biến đổi các đại lượng thành các đại lượng vật lí thống nhất (dòng điện hoặc điện áp) để thuận lợi cho việc tính toán

Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu nhận được từ bộ chuyển đổi sao cho phù hợp với yêu cầu thể hiện kết quả đo của bộ chỉ thị

Khối chỉ thị: làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận được từ mạch đo để thểhiện kết quả đo

1.2 Hệ thống đo lường số

1.2.1 Sơ đồ khối

•

1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Đối tượng cần đo là đại lượng vật lí, dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà ta chọn một loại cảm biến phù hợp để biến đổi thong

số đại lượng vật lí cần đo thành đại lượng điện, đưa vào mạch chế biến tín hiệu ( gồm: bộ cảm biến, hệ thống khuếch đại, xử lí tín hiệu)

Bộ chuyển đổi tín hiệu ADC ( Analog Digital Converter) làm nhiệm

vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và kết nối với vi xử lí

Bộ dồn kênh tương tự và bộ chuyển đổi ADC được dung chung cho tất cả các kênh Dự liệu nhập vào vi xử lí sẽ có tín hiệu chọn đúng kênh cần xử lí để đưa vào bộ chuyển đổi ADC và đọc đũng giá trị đặc trưng của nó qua tính toán để có kết quả đại lượng cần đo

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ

2.1 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc

2.1.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở

Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điện trở là có hệ sốnhiệt độ lớn và ổn định, điện trở suất khá lớn…

Trong công nghiệp nhiệt điện trở được chia thành nhiệt điện trở kim loại vànhiệt điện trở bán dẫn

2.1.1.1 Nhiệt điện trở kim loại

Quan hệ giữa nhiệt điện trở của nó và nhiệt độ là tuyến tính, tính lặp lại của quan

hệ là rất cao nên thiết bị được cấu tạo đơn giản Nhiệt điện trở kim loại thường có dạngdây kim loại hoặc màng mỏng kim loại có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ Trongđiện trở kim loại dược chia thành 2 loại:

-Kim loại quý (Pt)

-Kim loại thường (Cu, Ni…)

Platin được chế tạo với độ tinh khiết cao, cho phép tăng độ chính xác của các đặctính điện trở của nó, hơn nữa Platin còn trơ về mặt hoá học và ổn định tinh thể, cho phép

hoạt động tốt trong dải nhiệt độ rộng Ngoài ra nó lại còn có tính lặp rất cao, sai số ngẫunhiên thấp ( dưới 0,01%), có độ sai khác 0.01 0C…

Niken có độ nhạy cao hơn so với Platin nhưng Niken có tính hoá học cao, dễ bịoxy hoá khi nhiệt độ tăng do vậy dải nhiệt độ làm việc của nó bị hạn chế ( dưới 2500C ).Tuy vậy nó lại có giá thành rẻ vẫn đáp ứng về mặt kỹ thuật cho nên cũng hay được sửdụng

Đồng cũng được sử dụng nhiều vì sự thay đổi nhiệt độ của đồng có độ tuyến tínhcao, giống nh Niken thì hoạt tính hoá học của đồng lớn nên dải nhiệt độ làm việc củađông bị hạn chế ( dưới 180 0C )

Để đạt được độ nhạy cao nhiệt điện trở phải lớn muốn vậy phải giảm tiết diện vàtăng chiều dài dây Để có độ bền cơ học tốt các nhiệt điện trở kim loại có trị số điện trở Rvào khoảng 100Ω ở 00C Các nhiệt điện trở có trị số lớn thường dùng đo dải ở nhiệt độthấp vì ở đó cho phép thu được độ nhạy cao Để sử dụng cho mục đích công nghiệp cácnhiệt điện trở có vỏ bọc tốt, chống được va chạm và rung mạnh…

Đối với bạch kim thì giữa điện trở và nhiệt độ trong giới hạn từ 0 - 660 0C đượcbiểu diễn bằng biểu thức:

Rt = Ro(1+At+Bt2 ) Trong đó Ro là nhiệt độ ở 00C

Đối với bạch kim tinh khiết thì: A = 3,940.10-3/ 0C

B = -5,6.10-7/ 0C Trong khoảngtừ -190 - 00C thì quan hệ giữa điện trở của bạch kim với nhiệt độ códạng: Rt = { 1+At+Bt2+C(t-100)3

Trong đó C = -4,10.10-12/ 0C

Đối với đồng ta có công thức: Rt = Ro(1+αt)

Trong đó: Ro - điện trở ở nhiệt độ 00C

α- hệ số nhiệt độ đối với khoảng nhiệt độ bắt đầu từ 00V bằng 4,3.10-3/0C

Trong khoảng nhiệt độ từ -500C - 1500C Loại này có thể dùng được trong các môitrường có độ kiềm và khí ăn mòn

Trong thực tế có loại nhiệt điện trở TCM-0879-01T3 bằng đồng công thức mô tả:

Rt = 50(1+4,3.10-3T) (Ω)

2.1.1.2 Nhiệt điện trở bán dẫn

Nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo từ hỗn hợp nhiều oxit kim loại khác nhau (ví

dô nh: CuO, MnO…) Một số nhiệt điện trở bán dẫn đặc trưng bởi quan hệ: Rt = A.eB/T

Trong đó A: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bấn dẫn, kíchthước và hình dạng của vật

B: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn

T: Nhiệt độ Kenvin của nhiệt điện trở

Nhược điểm của nhiệt điện trở bán dẫn là có hệ số phi tuyến giữa điện trở vớinhiệt độ Điều này gây khó khăn cho việc có thang đo tuyến tính và việc lầm lẫn giữa cácnhiệt điện trở khi sản xuất hàng loạt

Nhiệt điện trở có thể dùng mạch đo bất kỳ để đo điện trở nhưng thông thường dùngmạch cầu không cân bằng, chỉ thị là Logomet từ điện hoặc cần tự động cân bằng, trong

đó một nhánh là nhiệt điện trở khi sản xuất hàng loạt

Nếu dùng cầu 2 dây dụng cụ sẽ có sai sè do sù thay đổi nhiệt điện trở của đườngdây khi nhiệt độ môi trường thay đổi

2.1.2 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu:

Nguyên lý làm việc:

Bộ cảm biến cặp nhiệt ngẫu là 1 mạch từ có 2 hay nhiều thanh dẫn điện gồm 2 dây dẫn A

và B Sebeck đã chứng minh rằng nếu mối hàn có nhiệt độ t và t0 khác nhau thì trongmạch khép kín có một dòng điện chạy qua Chiều của dòng điện này phụ thuộc vào nhiệt

độ tương ứng của mối hàn nghĩa là t > t0 thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại Nếu để

hở một đầu thì sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt Khi mối hàn có cùng nhiệt độ ( ví

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp khi cần đo những nơi có nhiệt

độ cao

2.1.3 Đo nhiệt độ bằng các phần tử bán dẫn (diot và tranzito)

Nguyên lý hoạt động : các linh kiện điện tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đó

có thể sử dụng một số linh kiện bán dẫn như diot hoặc tranzito nối theo kiểu diot ( nốibazo với collector) Khi đó điện áp giữa 2 cực U là hàm của nhiệt độ Để tang độ tuyếntính và độ ổn định ta mắc theo sơ đồ sau:

Sơ đồ mạch nguyên lý của IC bán dẫn đo nhiệt độ

Khi nhiệt độ thay đổi ta có:

Ud= EBE1 –EBE2= ln()

Với Ic1/Ic2 =const thì Ud tỉ lệ với nhiệt độ T mà không cần đến nguồn ổn định

Ví dụ một số loại IC đo nhiệt độ hay dùng:

2.1.3.1 Loại LM 35

IC loại LM 35 có điện áp ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với nhiệt độ thang đo 0C, điện áp ra

là 10mV/ 0C và sai số không tuyến tính là ±1,8 mV cho toàn thang đo Điện áp nguồnnuôi có thể thay đổi từ 4V÷30V LM 335 được chế tạo cho 3 thang đo:

-55÷150 0C loại LM 35 và LM 35D

-40÷110 0C loại LM35C và LM35CA

AD100KT/KR cho dải nhiệt độ từ 0÷1000C

AD100AT/AR cho dải nhiệt độ từ -40÷850C

AD100ST/SR cho dải nhiệt độ đo từ -50÷1500C

Hình dạng bên ngoài của AD22100:

V+: Điện áp nguồn nuôi 4÷30 VDC

• Nếu cấu hình cho DS18B20 theo 9,10,11,12 bit thì ta có độ chính xác tương ứng là :0.5°C , 0.25°C ,0.125°C, 0.0625°C.Theo mặc định của nhà sản xuất nếu chúng ta khôngcấu hình chế độ chuyển đổi thì nó sẽ tự cấu hình là 12 bit.

Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ thì chân DQ sẽ được kéo xuống mức thấp và khi chuyểnđổi xong thì ở mức cao.Như vậy ta sẽ căn cứ vào hiện tượng này để xác định khi nàochuyển đổi xong nhiệt độ

2.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc

Nguyên lý hoạt động:

Dưạ trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ năng lượng theo mọihướng với khả năng lón nhất Bức xạ nhiệt của mọi vật đặc trưng bởi mật độ phổ E nghĩa

là số năng lượng bức xạ trong một đơn vị độ dài của sóng

Quan hệ giữa mật độ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và độ dài sóng được biểudiễn bởi công thức:

T: Nhiết độ tuyệt đối

2.2.1 Hoả quang kế phát xạ:

Đối với vật đen tuyệt đối năng lượng bức xạ toàn phần trên một đơn vị bề mặt Et0

Hoả quang kế phát xạ được khắc độ theo bức xạ của vật đen tuyệt đối Nhưng khi

đo ở đối tượng thực thì Tp được tính theo công thức:

α.T4

p = α T α.T4

T

α TT = Tp4 α 1/ α T

( Tt bao giê cũng nhỏ hơn Tp )

Hoả quang kế dùng để đo dải nhiệt độ từ 20 ÷ 1000C khi cần đo nhiệt độ lớn ( trên 100 ÷

25000C ) mà tần số bước sóng đủ lớn người ta dùng 1 thấy kính bằng thạch anh hay thuỷtinh đặc biệt để tập chung các tia phát xạ và phần tử nhạy cảm với nhiệt độ được thaybằng cặp nhiệt ngẫu Trong nhiệt kế phát xạ thấu kính không thể đo được nhiệt độ thấp vìcác tia hồng ngoại không thể xuyên qua được thấy kính ( kể cả thạch anh )

Khoảng cách để đo giữa đối tượng và hoả quang kế được xác định do kích thước Chùmtia sáng từ đối tượng đo đến dụng cụ phải chùm hết tầm nhìn ống ngắm của nhiệt kế.Nhược điểm của tất cả các hoả quang kế là đối tượng không phải là vật đen tuyệt đối do

đó trong vật nóng có sự phát xạ nội tại và dòng phát xạ nhiệt đi qua bề mặt

2.2.2 Hoả quang kế cường độ sáng:

Trong thực tế khi đo nhiệt độ T dưới 30000C với bước sóng trong khoảng 0,40µm

< α< 0,70µm thì mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối có thể biểu diễn bằng côngthức:

Nguyên lý làm việc :

So sánh cường độ sáng của đối tượng đo nhiệt độ với cường độ sáng của mộtnguồn sáng chuẩn trong dải phổ hẹp Nguồn sáng chuẩn là một bóng đèn sợi đốtVonlfram sau khi đã được già hoá trong khoảng 100 giê với nhiệt độ khoảng 20000C.Cường độ sáng có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng đốt hay dùng bộ lọc ánh sáng Nếu cường độ sáng của đối tượng đo lớn hơn độ sáng của dây đốt ta sẽ thấy dâythâm trên nền sáng

Nếu cường độ của đối tượng đo yếu hơn độ sáng của dây đốt thì kết quả sẽ cho thấy dâysáng trên nền thẫm

Nếu độ sáng bằng nhau thì dây sẽ mất và đọc vị trí của bộ chắn sáng

So sánh bằng mắt tuy thô sơ nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác nhất định vì cường

độ sáng thay đổi nhiều hơn gấp 10 lần so với sự thay đổi nhiệt độ

Ánh sáng từ đối tượng đo 1 đến mẫu 10 qua khe hở và bộ lọc ánh sáng 8 cùng đặt

vào tế bào quang điện 4 Sự sánh được thực hiện bằng cách lần lượt cho ánh sáng từ đốitượng đo và đèn chiếu tế bào quang điên nhờ tấm chắn 3 và sự di chuyển tấm chắn cảmứng điện từ 9 của chuyển đổi ngược với tần số 50 Hz

Dòng ánh sáng i1 và i2 được tế bào quang điện biến thành dòng điện, dòng điện này đượcđưa vào khuếch đại xoay chiều và được chỉnh lưu bằng bộ chỉnh lưu nhạy pha 6 để biếnthành dòng 1 chiều và đưa vào miliampemet 7 và đèn đốt 10 thay đổi cho đến khi cường

độ sáng của đối tượng đo

Miliampemet được khắc trực tiếp giá trị nhiệt độ cho ta biết giá trị đo được Hoả quang

kế loại này có độ chính xác cao ( sai số ±1% ) trong dải nhiệt đo 900 ÷ 22000C

2.2.3 Hoả quang kế màu sắc

Nguyên lý làm việc:

Dùa trên phương pháp đo tỉ số cường độ bức xạ của 2 ánh sáng có bước sóng khác nhau

α1 và α2 Nếu năng lượng thu được:

Vì vậy trong dụng cụ hoả kế màu sắc có thiết bị tự giải phương trình Các giá trị

α1,α2,α1,α2 được đưa vào trước Nếu các thông số trên không được đưa vào trước sẽ gâynên sai sè

Khi đo đến dải nhiệt độ 2000÷ 25000C thì giá trị α1,α2 có thể xác định được bằng thựcnghiệm.

Cường độ bức xạ từ đối tượng đo A qua hệ thấu kính 1 tập chung ánh sáng trên đĩa 2 Đĩanày quay quanh trục nhờ động cơ 3

Sau khi ánh sáng qua đĩa 2 đi vào tế bào quang điện 4 trên đĩa khoan 1 số lỗ, trong

đó một nửa đặt bộ lọc ánh sáng đỏ (LĐ) còn nửa kia lọc ánh sáng xanh (LX) Khi đĩa qua

tế bào quang lần lượt nhận được ánh sáng đỏ và xanh với tần số nhất định tuỳ theo tốc độquay của động cơ Dòng quang điện được khuếch đại 5 từ đó đưa vào bộ chỉnh lưu pha 7.Nhờ bộ chuyển mạch 8 tín hiệu đĩa chia thành 2 phần tuỳ theo ánh sáng của tế bào quangđiện là xanh hay đỏ

Tuỳ theo cường độ bức xạ của đối tượng đo, độ nhạy của khuếch đại được điều chỉnh tựđộng nhờ thiết bị 6

Bé chia logomet từ điện: góc quay của nó tỉ lệ với nhiệt độ cần đo và bộ chuyển mạch làcác rơle phân cực, làm việc đồng bộ với các đĩa quay, nghĩa là: sự chuyển mạch củalogomet xảy ra đồng thời với sự thay đổi bộ lọc ánh sáng mà dòng bức xạ đặt lên tế bàoquang điện

- Ưu điểm: Trong quá trình đo không phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí đo đến đối

tượng đo và không phụ thuộc vào sự hấp thụ bức xạ của môi trường

- Nhược điểm: Cấu tạo tương đối phức tạp.

Nhận xét chung về các loại cảm biến:

- Cần phải cung cấp nguồn dòng

- Lượng thay đổi R nhá

- Điện trở tuyệt đối thấp

- Tù gia tăng nhiệtCặp nhiệt

ngẫu - Là thành phần tích cực,tự cung cấp công suất

- Đơn giản, rẻ tiền

Dùng sức nóng làm bay hơi hết hơi nước trong mẫu Cân trọng lượng mẫu trước

và sau khi sấy khô, từ đó tính ra phần trăm nước có trong mẫu

3.1.2 Dụng cụ vật liệu và thuốc thử

- Tủ điều chỉnh được nhiệt độ (1000C – 1050C)

3.1.3 Cách tiến hành

Lấy cốc thủy tinh có đượng 10 – 20g cát sạch và một đũa thủy tinh bẹt đầu, đem sấy

ở 100 – 1030C cho đến khi trọng lượng không đổi Để nguội trong bình hút ẩm và cântrọng lượng chính xác đến 0,0001g

Sau đó cho vào cốc khoảng 10g mẫu Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác nhưtrên

Dùng que thủy tinh trộn đều thuốc thử với cát Dàn đều thành lớp mỏng

Cho tất cả vào tủ sấy ở 100 – 1030C, sấy cho đến khi trọng lượng không đổi, thường tối thiểu là 6h Trong thời gian sấy, cứ sau 1h lại dùng đũa thuỷ tinh đầu bẹt nghiền nhỏ các phần vón cục, sau đó dàn đều và tiếp tục sấy

Sấy xong, làm nguội trong bình hút ẩm (20 -25 phút) và đem cân ở cân phân tích với

độ chính xác như trên

Cho lại vào tủ sấy 100 – 1030C trong 30 phút, lấy ra làm nguội trong bình hút ẩm (20 -25 phút) và đem cân như trên tới khi trọng lượng không đổi Kết quả giữa hai lần cân liên tiếp không được cách nhau quá 0,5mg cho mỗi gam mẫu thử

3.1.4 Tính kết quả

Độ ẩm theo phần trăm tính theo công thức:

X = (m1 – m2 ).100/( m1 -m )

Trong đó:

m: trọng lượng cốc cân, cát và đũa thủy tinh (g)

m1: trọng lượng cốc cân, cát, đũa thủy tinh và của mẫu trước khi sấy (g)

m2: trọng lượng cốc cân, cát đũa thủy tinh và của mẫu sau khi sấy (g)

Sai lệch giữa hai lần xác định song song không được lớn hơn 0,5%

Kết quả cuối cùng là trung bình của 2 lần lặp lại song song

Cũng có thể cho kết quả sai số do một số thành phần bị oxy hóa khi gặp không khí ở nhiệt độ cao (như mẫu có nhiều chất béo)

3.2 Phương pháp chưng cất kín với một dung môi hữu cơ

3.2.1 Nguyên tắc

Dùng một loại dung môi hữu cơ có 3 đặc tính:

- Có nhiệt độ sôi cao hơn nước một chút

- Không trộn lẫn với nước

- Nhẹ hơn nước

Khi đun sôi dung môi hữu cơ đã trộn lẫm với mẫu, dung môi bốc hơi và sẽ kéo theo nước trong mẫu Dung môi và nước gặp lạnh ngưng tụ ở ống đo có vạch chia làm hai lớp riêng biệt Đọc thể tích nước lắng ở phía dưới, từ đó tính ra phần trăm nước có trong mẫu

3.2.2 Dụng cụ vật liệu và thuốc thử

- Dụng cụ cất cất để xác định độ ẩm ( các bộ phận trong máy cất lắp ráp với nhau bằng mối nối nhám hoặc bằng nút lie (liege) kín, không nên dùng nút cao su vì cao su

bị hòa tan trong dung môi hữu cơ)

- Cân kỹ thuật

- Đũa thủy tinh

- Bi thủy tinh hoặc đá bọt

- Toluol (toluen) tinh khiết (độ sôi: 1100C) hoặc xylen tinh khiết (độ sôi: 138 –

1440C)

3.2.3 Cách tiến hành

Tùy theo độ ẩm của mẫu thử, cân khoảng 5- 10g mẫu thử (để giải phóng 2 – 3ml nước) trong chén cân khô, bằng cân kỹ thuật với độ chính xác 0,01g

Cho mẫu thử vào bình đựng mẫu đã chứa sẵn khoảng 50 ml toluen Tráng chén cân 2 lần bằng toluen rồi cũng cho toluen đó vào trong bình Thêm toluen vào cho đến khoảng 100 - 150ml, cho thêm vài viên bi thủy tinh hay đá bọt

Lắp máy cất, mở nước vào máy sinh hàn Đun cho toluen sôi mạnh,bốc hơi kéo theo phần nước có trong mẫu và ngưng tụ trong phần ống đo có khắc vạch Tiếp tục đun cho đến khi mực nước trong ống đo không đổi Nếu có những giọt nước đọng lại trênthành ống, dùng ống thủy tinh mảnh đưa giọt nước xuống

Trong ống đo, nước và toluen chia thành hai phần rõ rệt, nước ở phía dưới và toluen

ở phía trên, sau khi để nguội đọc thể tích trong ống đo

m: trọng lượng nước trong ống đo (g)

m0: trọng lượng mẫu đem phân tích (g)

- Đối với các thực phẩm hòa tan trong dung môi như dầu mỡ,… những thực phẩm nhẹ hơn dung môi, khi sôi nổi ở phía trên như bột, những thực phẩn đun sôi lâu không bị phá hủy như khoai, ngô, … cách làm như trên không trở ngại gì Nhưng đối với thực phẩm như mứt, mật, siro, phomat, … có thể dính vào thành bình cầu, khi đun sẽ bị cacbon hóa, cần phải chú ý làm như sau: cho thêm vào bình khoảng 30 –

40g cát sạch, một phần cát trộn đều vào thực phẩn thành một khối rỗng vừa không dính vào thành bình vừa không làm thực phẩm đóng vón với nhau làm cho thực phẩm dễ bốc hơi nước, một phần cát lắng xuống sẽ làm lửa không trực tiếp đốt cháy được thực phẩm.

3.3 Phương pháp Karl Fischer

3.3.1 Nguyên tắc

Dựa trên độ mất màu của iot Ở nhiệt độ thường, iot kết hợp với nước và SO2 thành

HI không màu, theo phản ứng:

I2 + SO2 + 2H2O ↔ 2HI + H2SO4

Từ sự mất màu của dung dịch iot, ta có thể tính phần trăm lượng nước có trong mẫu Phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch, muốn cho phản ứng theo một chiều, Fischer cho thực hiện phản ứng trong môi trường có piridin

Phương pháp này có thể phát hiện được tới vết nước (lượng nước rất nhỏ) và nếu sử dụng máy đo tự động có thể xác định đọ ẩm hàng loạt trong công nghiệp

3.3.2 Dụng cụ vật liệu và thuốc thử

- Máy đo độ ẩm tự động theo phương pháp Fischer

Chú ý:

Nếu không có máy đo tự động có thể dùng phương pháp so màu với thang chuẩn.Phương pháp chính xác với những mẫu có hàm lượng nước rất thấp, có thể định lượng nhanh và xác định hàng loạt

3.3.4.Tính kết quả

Kết quả % trên máy ghi tự động

3.4 Phương pháp sử dụng khúc xạ kế

3.4.1 Nguyên tắc

Khi đi từ một môi trường (không khí) vào một môi trường khác (chất lỏng) tia sáng

sẽ bị lệch đi (khúc xạ) Nếu chất lỏng là một dung dịch chất hòa tan (dung dịch đường, muối, …) dựa trên độ lệch của tia sáng, ta có thể tính được nồng độ của chất hòa tan và từ đó tính ra phần trăm nước có trong thực phẩn

Phương pháp này chủ yếu để xác định hàm lượng chất khô trong các thực phẩm lỏng hòa tan trong nước

3.4.2 Dụng cụ vật liệu và thuốc thử

- Khúc xạ kế có thang chia độ ứng với hàm lượng chất khô

Tiến hành thử:

Bỏ trực tiếp hoặc dùng đũa thủy tinh đưa một giọt thuốc thử vào mặt phẳng của lăng kính Ấp hai lăng kính lại Nhìn vào thị kính và điều chỉnh thị kính để nhìn thấy đường phân chia rõ nhất giữa nửa tối và nửa sáng của thị trường Điều chỉnh đường phân chia sao cho trùng với đường chấm chấm hay tâm của vòng tròn quan sát

Đọc kết quả trên thang đo ở phía có ghi hàm lượng chất khô Chú ý nhiệt độ khi thử phải là 200C

a: số đo đọc trên khúc xạ kế theo phấn trăm ở 200C

Sai lệch giữa hai lần xác định song song không được vượt quá 0,2%

Kết quả cuối cùng là kết quả trung bình của hai lần xác định song song.

Tính chính xác đến 0,01%

Chú ý:

Phải đọc kết quả nhanh chóng sau khi đặt giọt mẫu thử lên lăng kính để tránh hiện tượng bốc hơi nước

Sau mỗi lần đọc lau lăng kính với bông thấm nước ướt, rồi lau lại bằng bông khô

Có thể thử và đọc kết quả ở nhiệt độ thường, rồi điều chỉnh nhiệt độ tiêu chuẩn

(+200C) theo bảng kèm theo máy, hoặc bằng cách điều chỉnh thô sơ sau đây:

- Dưới +200C ứng với mỗi một sai khác trừ đi 0.07 vào kết quả

- Trên +200C ứng với mỗi một sai khác cộng thêm 0.07 vào kết quả

3.5 Phương pháp đo độ ẩm bằng cảm biến

3.5.1 Ẩm kế điện trở

- Nguyên lý hoạt động: ẩm kế điện trở dùng điện trở hút ẩm( dùng chất hút ẩm phủ lên) sau đó điện trở được nối tới cầu Wheatons có bù nhiệt Điện trở của cảm biến thay đổi tỷ lệ với độ ẩm được chuyển thành tín hiệu điện tương ứng

• Dải đo RH 15%÷99%

• Dải nhiệt độ -10oC÷60oC

• Độ chính xác ±2%

• Thời gian hồi đáp 10s

• Kích thước nhỏ ,rẻ, ít chịu ảnh hưởng ô nhiễm môi trường trừ nơi có hóa chất ăn mòn cao

3.5.2 Ẩm kế điện dung

- Nguyên lý hoạt động: ẩm kế điện dung sử dụng điện môi là màng mỏng polyme (hay Al2O3) có khả năng hấp thụ hơi nước Điện dung của tụ thay đổi tỉ lệ với độ ẩm được chuyển hóa thành tín hiệu điện tương ứng

• Kích thước nhỏ ,ít chịu ảnh hưởng của môi trường

Ví dụ: cảm biến HS1101:

Chức năng:

• Đo độ ẩm với chu kỳ 1s

• Hoạt động ở 2 chế độ :trigger hoặc read manual

• Chuẩn hóa lại hệ số khi cần thiết

• Hiệu chỉnh sai số độ ẩm theo nhiệt độ môi trường

HS1101 cơ bản là 1 tụ biến dung theo độ ẩm, giá trị của nó sẽ thay đổi khi độ ẩm thay đổi Nguyên lý mạch là tạo ra dao động và tần số thay đổi tương ứng theo giá trị điện dung hay chính là độ ẩm môi trường Mạch sử dụng ICHa555 để tạo dao động.Sensor nhiệt độ DS18B20 là sensor có giao tiếp chuẩn 1 dây (1-wire) trực tiếp tới vi điều khiển Atmega8 Atmega8 hoạt động với thạch anh 16MHz, bạn có thể dùng bộ dao động nội 8MHz nhưng cần chuẩn hóa

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

1. MẠCH NGUYÊN LÝ

2. CÁC KHỐI TRONG MẠCH

2.1 Khối xử lí trung tâm

2.2 Khối nguồn

Tạo điện áp chuẩn 5V cho vi điều khiển D1 tạo điện áp 1 chiều, các bộ tụ C1, C2 để san phẳng và làm ổn định điện áp ra cho vi điều khiển

2.3 Khối đo độ ẩm

HS1101 là cảm biến điện dung Khi độ ẩm thay đổi, điện dung của HS1101 thay đổi Do vậy, để đo được độ ẩm người ta thiết kế mạch đo điện dung của HS1101

Trong thực tế, người ta thường ghép nối HS1101 và IC NE555 Khi đó giá trị điện dung

của HS1101 thay đổi thì làm thay đổi tần số đầu ra của IC555 Như vậy chỉ cần đo tần số đầu ra là có thể đo được điện dung của HS1101.

2.4 Khối đo nhiệt độ

2.5 Khối role

2.6 Khối hiển thị LCD

2.7 Khối reset

2.8 Khối dao động

2.9 Khối nút nhấn

3. TÌM HIỂU VỀ CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG

Trong mạch đo nhiệt độ và độ ẩm dùng cảm biến nhiệt độ DS18B20 và cảm biến điện dung HS1101 hiển thị ra màn hình LCD ta cần sử dụng các linh kiện sau:3.1 Vi điều khiển 89S52

3.1.1 Hình ảnh

3.1.2 Cấu tạo và chức năng các chân trên 89S52