Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.

Yêu cầu: Dải đo từ: t0C =00C tmax = 0(100+50n)0C. Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=010V và I=020mA. + Dùng cơ cấu đo để chỉ thị. Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng đèn, còi khi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: Ud=tmax2 n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách. Lời nói đầu Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường gặp trong đời sống hằng ngày cũng như kỹ thuật và công nghiệp. Việc đo nhiệt độ cũng chính vì thế là một yêu cầu thiết thực. Hiện nay cảm biến đo nhiệt độ là loại cảm biến được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp cũng như dân dụng. Bài tập lớn này nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại. Nội dung bài làm có những phần chính sau : Chương 1: Tổng quan về đo nhiệt độ. Chương 2: Tổng quan về mạch đo. Chương 3: Giới thiệu về các thiết bị chính. Chương 4: Tính toán, thiết kế mạch đo. Tính toán, lựa chọn cảm biến. Tính toán, thiết kế mạch đo. Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp. Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa. Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo. Kết luận và hướng phát triển.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ Đề số Họ tên: Phùng Đức Dũng Lớp : TĐH3_ K8 MSV :0841240265 Nhóm : NỘI DUNG Đề tài: Dùng vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo cảnh báo - nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =00C - tmax = 0-(100+50*n)0C - Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0-10V I=0-20mA + Dùng cấu đo để thị - Đưa tín hiệu cảnh báo đèn, còi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: Ud=tmax/2 - n: Số thứ tự sinh viên danh sách - Lời nói đầu Nhiệt độ tín hiệu vật lý mà ta thường gặp đời sống ngày kỹ thuật công nghiệp Việc đo nhiệt độ yêu cầu thiết thực Hiện cảm biến đo nhiệt độ loại cảm biến sử dụng nhiều công nghiệp dân dụng Bài tập lớn nghiên cứu dùng vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại Nội dung làm có phần sau : *Chương 1: Tổng quan đo nhiệt độ *Chương 2: Tổng quan mạch đo *Chương 3: Giới thiệu thiết bị *Chương 4: Tính toán, thiết kế mạch đo Tính toán, lựa chọn cảm biến Tính toán, thiết kế mạch đo Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo Kết luận hướng phát triển Lời nói đầu Đất nước ta đà phát triển trở thành nước công nghiệp.Vì vấn đề điều khiển vận hành thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao xuất chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí vấn đề quan trọng đáng để ý.Trong thực tế có nhiều toán liên quan đến vấn đề đo điều khiển nhiệt độ.Ví dụ như: đưa cảnh báo nhiệt độ vượt mức đọ cho phép…… Trong kì sau học môn vi mạch tương tự -vi mạch số môn liên quan nhóm chúng em giao đề tài: Thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dung IC cảm biến nhiệt độ Trong trình làm đề tài giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn “ Bùi Thị Khánh Hòa ” thầy cô môn “Đo lường điều khiển” giúp đỡ em hoàn thành thời hạn đề tài Nhưng lượng kiến thức hạn chế nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót Em mong đóng góp thầy cô để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Mục lục Chương : Tổng quan đo nhiệt độ 1.1: Đo lường 1.2: Đo nhiệt độ Chương : Tổng quan mạch đo 2.1: Sơ đồ nguyên lý chung mạch đo 2.2: Chức khối mạch đo Chương : Các thiết bị dùng mạch đo 3.1: Cảm biến 3.2: Bộ khuếch đại thuật toán µA 741 3.3: Điện trở 3.4: Các thiết bị cảnh báo 3.5: Nguồn cấp cho mạch Chương : Tính toán, thiết kế mạch đo 4.1 : Tính toán, lựa chọn cảm biến 4.2: mạch khuếch đại đo lường 4.3:Mạch chuyển đổi U sang I 4.4:Mạch cảnh báo 4.5: Mạch nhấp nháy 4.6: Khối hiển thị 4.7: Cơ cấu thị 4.8:tính toán thiết kế nguồn 4.9: sơ đồ mạch đo toàn trình thiết kế dùng mô proteus Chương : kết luận CHƯƠNG I: Tổng quan đo nhiệt độ 1.1 Đo lường -Đo lường trình đánh giá định hướng đại lượng cần đo để có kết số với đơn vị đo -Kết đo lường giá trị số đại lượng cần đo A x , tỷ số đại lượng cần đo X đơn vị đo X0 Vậy trình viết dạng: Ax= Ax X0 Đây phương trình phép đo, rõ so sánh đại lượng cần đo với mẫu cho kết số Quá trình đo tiến hành thông qua thao tác đo lường sau: -Thao tác xác định mẫu thành lập mẫu - Thao tác so sánh -Thao tác biến đổi -thao tác thể kết hay thị Phân loại cách thực phương pháp đo + Đo trực tiếp :là cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phếp đo +Đo gián tiếp : cách đo mà kết đo suy từ phép đo, từ phối hợp nhiều phép đo trực trực tiếp +Đo thống kê : phếp đo nhiều lần đại lượng đó, điều kiện giá trị Từ dung phếp tính xác suất để thể kết đo có độ xác cần thiết 1.2 Đo nhiệt độ 1.2.1 Khái niệm nhiệt độ -Nhiệt độ đại lượng vật lí đặc trưng cho mức chuyển động hỗn loạn phần tử vật thể -Để đo nhiệt độ phải có dụng cụ đo, thông thường công nghiệp nhiệt độ đo cảm biến phương pháp tiện lợi truyền tín hiệu nhiệt độ xa, không ảnh hưởng tới làm việc hệ thống cần xác định nhiệt độ -Để đo xác nhiệt độ cần có hiệu số Tx – T cực tiểu với Tx nhiệt độ cần đo, T nhiệt độ cảm biến đặt môi môi trường cần đo Khi cảm biến đặt môi trường cần đo nhiệt độ, nhiệt lượng cảm biến hấp thụ từ môi trường tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt cảm biến môi trường theo biểu thức: dQ= a A(Tx- T)dt với : a : độ dẫn nhiệt A : diện tích bề mặt truyền nhiệt 1.2.2 Thang đo nhiệt độ: Từ xa xưa người nhận thức tượng nhiệt đánh giá cường độ cách đo đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo thời kỳ.Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng định nghĩa theo vùng, thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội Hiện có thang đo nhiệt độ là: 1- Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ) 2- Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15 3- Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67 Đây thang đo nhiệt độ dùng phổ biến nay.Trong thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) quy định một đơn vị đo hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa thang đo đánh giá nhiệt độ 1.2.3 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường nhiệt xúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo Đối với môi trường khí nước, chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy.Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt Khi đo nhiệt độ chất hạt (cát, đất…), cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối 1.2.4.Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc: Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối, tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến nhiệt độ Sau ta tìm hiểu phương pháp thường dùng dùng nhiệt điện trở kim loại 2.1 Sơ đồ nguyên lý chung mạch đo: Mạch đo gồm có khối : 1: khối cảm biến 2: khối khuếch đại 3: khối nhấp nháy 4: khối cảnh báo 5: khối chuyển đổi U sang I 6: khối hiển thị Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo : Khối hiển thị Chuyển đổi sang I Cảnh báo U T0 Hình 2.1-Sơ đồ nguyên lý chung mạch đo 2.2 Chức khối mạch đo : 2.2.1 Khối cảm biến Khối cảm biến có chức biến đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu điện tương ứng ta dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp 2.2.2 Khối khuếch đại Có chức khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, tín hiệu điện cảm biến đưa thường bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa vào mạch điện khác 2.2.3.Mạch chuyển đổi U sang I Có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện sang tín hiệu điện áp để hiển thị 2.2.4 Khối cánh báo Cảnh báo cho người biết nhiệt độ tăng cao so với nhiệt độ cho phép Đó khối dùng mạch đo cảnh báo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở kim loại Chương III : Các thiết bị dùng mạch đo Để xác định thiết bị mà sử dụng trình tính toán thiết kế mạch đo ta dựa vào khối mạch đo để xác định linh kiện mà dùng, sau ta liệt kê linh kiện sử dụng : 3.1.Cảm biến Nhiệt độ đại lượng vật lý mà ta đo gián tiếp loại cảm biến nhiệt độ dựa chuyển động hạt điện tích hình thành nên dòng điện kim loại Hiện có nhiều loại cảm biến nhiệt độ thông dụng mà ta thường dùng : -Cặp nhiệt ngẫu - Nhiệt điện trở kim loại - IC cảm biến nhiệt độ Trong ta sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại, loại có loại thông dụng nhiệt điện trở Platin nhiệt điện trở Nikel Cụ thể ta sử dụng nhiệt điện trở platin loại có độ tuyến tính theo nhiệt độ cao, điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo dài Hình 3.1- Cảm biến nhiệt độ pt100 3.2 Bộ khuếch đại thuật toán µA 741 Bộ khuếch đại dùng nhiều kỹ thuật điện trở có dụng khuếch đại tín hiệu điện điện áp, dòng điện, công suất Trong phạm vi ta sử dụng khếch đại thuật toán để khuếch đại điện áp đưa từ cảm biến dùng so sánh để đưa khối cảnh báo cho mạch đo Hình 3.2- Bộ khuếch đại thuật toán µA 741 3.3 Điện trở Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác Hình3.3.1- Hình dạng điện trở thiết bị điện tử Hình3.3.2- Ký hiệu điện trở sơ đồ nguyên lý Cách đọc điện trở : điện trở đa dạng nên để đọc xác điện trở ta cần xác định trị số vòng màu Hình3.3.3-Cách dọc điện trở • • • • Vòng số vòng cuối luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, vòng sai số điện trở, đọc trị số ta bỏ qua vòng Đối diện với vòng cuối vòng số 1, đến vòng số 2, số Vòng số vòng số hàng chục hàng đơn vị Vòng số bội số số 10 Sau thiết kế mạch phải lựa chọn loại điện trở phù hợp mạch đo, để hiển đầu xác 3.4 Các thiết bị cảnh báo Để cảnh báo nhiệt độ ta sử dụng chuông cảnh báo còi để cảnh báo, ta sử dụng đồng thời hai để cảnh báo nhiệt độ Những thiết bị thường mang thông tin nhanh xác, dễ lắp đặt sử dụng nguồn điện chiều hay xoay chiều Hình 3.5-Đèn cảnh báo 3.5 Nguồn cấp cho mạch theo yêu cầu mạch thực tế nguồn điện chiều thường chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều nguồn cấp mạch sử dụng nguồn điện chiều với cấp điện áp 5V, 9V 12V tùy gồm có : _máy biến áp có chức hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng 5V, 9V, 12V _ chỉnh lưu cầu gồm có điot, tụ điện, điện cuộn cảm có tác dụng chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng chiều sơ đồ nguyên lý khối chỉnh lưu: Hình 3.6-Nguồn cấp Chương IV : Tính toán thiết kế mạch đo 4.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến : 4.1.1Yêu cầu đề Dùng vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0-(100+50*n)0C Với: n số thứ tự sinh viên danh sách Số thứ tự danh sách n = 17 dải đo : ToC = tmin-tmax= 0-(100+ 50*17)0C = 0- 850 0C U=0-10V I=0-20mA Từ yêu cầu đề sử dụng nhiệt điện trở kim loại dải đo từ 0-850 0C ta tính lựa chọn cảm biến 4.1.2thông số nhiệt điện trở yêu cầu với vật liệu làm điện trở Yêu cầu chung vật liệu làm điện trở: - Có điện trở suất ρ đủ lớn để điện trở ban đầu R lớn mà kích thước nhiệt kế nhỏ - Hệ số nhiệt điện trở tốt luôn không đổi dấu, không triệt tiêu - Có đủ độ bền cơ, hoá nhiệt độ làm việc - Dễ gia công có khả thay lẫn Các cảm biến nhiệt thường chế tạo Pt Ni Ngoài dùng Cu, W - Platin : + Có thể chế tạo với độ tinh khiết cao (99,999%) tăng độ xác tính chất điện + Có tính trơ mặt hoá học tính ổn định cấu trúc tinh thể cao đảm bảo tính ổn định cao đặc tính dẫn điện trình sử dụng + Hệ số nhiệt điện trở 0oC 3,91.10-3/oC + Điện trở 100oC lớn gấp 1,385 lần so với 0oC + Dải nhiệt độ làm việc rộng từ -200oC ÷1000oC - Nikel: + Có độ nhạy nhiệt cao, 4,7.10-3/oC + Điện trở 100oC lớn gấp 1,617 lần so với 0oC + Dễ bị oxy hoá nhiệt độ cao làm giảm tính ổn định + Dải nhiệt độ làm việc thấp 250oC Đồng sử dụng số trường hợp nhờ độ tuyến tính cao điện trở theo nhiệt độ Tuy nhiên, hoạt tính hoá học đồng cao nên nhiệt độ làm việc thường không vượt 180oC Điện trở suất đồng nhỏ, để chế tạo điện trở có điện trở lớn phải tăng chiều dài dây làm tăng kích thước điện trở 4.1.3chọn cảm biến Nhiệt điện trở kim loại có nhiều loại có hai loại thường dùng nhiệt điện trở nickel nhiệt điện trở platin Nhiệt điện trở nickel so với platin rẻ tiền song độ tuyến tính từ -60 0C đến +2500C mà dải đo max 7700C nên ta không sử dụng Ta sử dụng nhiệt điện trở platin với dải đo rộng độ tuyến tính cao Cụ thể ta sử dụng nhiệt điện trở Pt100 nhiệt điện trở có đọ tuyến tính tương đối điện trở R o 00C 100Ω sau chi tiết cảm biến nhiệt Pt100cấu tạo can nhiệt Pt100 Cảm biến nhiệt độ pt100 có cấu tạo nhiệt điện trở RTD ( RTDResistance Temperature Detector ):Nguyên lý hoạt động nhiệt điện trở dựa thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện trở • Rt = R0(1 + αt) • Rt : Điện trở nhiệt độ t o • R0=100 Ω : Điện trở C -3 o • α= 3,91.10 / C : Hệ số nhiệt điện trở Hình 4.1.3.1-Can nhiệt pt100 -Ðáp ứng RTD không tuyến tính có độ ổn định xác cao, hay dùng ứng dụng yêu cầu độ xác cao Nó thường dùng khoảng nhiệt độ từ -250 đến +850 Can nhiệt pt100 kí hiệu thường sử dụng để nói đến RTD với hệ số alpha=0.00391 R0=100 Ohm Như điện trở dải đo tương ứng 0C 100Ω 8500C 412.8Ω Sau ta khảo sát mạch đo dùng cảm biến Pt100 Hình 4.1.3.1-Mạch biến đổi điện áp theo thay đổi RV1 Tính toán cho mạch cầu đo: Ura= Tại RV1=0 có: Ura(0)=0 đạt khi: (RA+R0)*RD=RB*RC (cầu cân bằng) Vì có RV1 thay đổi nên cầu nhánh hoạt động Ura thay đổi R0=100Ω điện trở ứng với nhiệt độ 0oC Chọn RA+R0=RC=6.5kΩ;RB=RD=9kΩ Thay RV1=312.8Ω vào công thức Ura= ta được: Ura(312.8) =0.0574(v) Vì giới hạn đầu từ 0-10 V nên ta chọn nguồn cung cấp Ucc= 5( V ) Vậy dải điện áp U từ 0- 0,0574V Tín hiệu thường không chuẩn nên ta cho qua khuếch đại thuật toán để tang cường tín hiệu lên độ lớn 4.2mạch khuếch đại đo lường Để tín hiệu đầu chuẩn hóa ta dùng khuếch đại thuật toán đảo với hệ k tính sau : U từ 0- 0,0574V Ura từ 0-10V Suy k= 10:0,0574= 174.21 Hình 4.2- Sơ đồ mạch khuếch đại đo lường Vậy điện áp xác định biểu thức với điều kiện bình thường R4R7=R5R6 Uo= Uxy .( + 1) Với U0= 10V Uxy=Ura= 0.0574 V ta có : ( + 1) = = = 174.2 Chọn R4= R5 = R6 = R7 = 10k Vậy ta có : + = 174.2 = 173.2 Chọn R2=73.2k ; R3=100k Ω R1=1k Kết được: U0=10.00(V), U0maxx/2=5.05(V) R2 + R3 = 173.2 R1 Như với dải đo nhiệt độ từ – 850 0C ta sử dụng mạch cầu đo với nhiệt điện trở platin đưa tín hiệu không điện nhiệt độ thành tín hiệu điện điện áp Và sử dụng khuếch đại thuật toán , khuếch đại tín hiệu lên giống chuẩn yêu cầu mà đề cho để tiếp tục đưa khối hiển thị , khối so sánh để cảnh báo tín hiệu khối chuyển đổi U sang I để đưa chuẩn tín hiệu dòng điện 4.3.Mạch chuyển đổi U sang I Sau chuẩn hóa đầu ra điện áp ta cần phải chuẩn hóa đầu cho dòng điện, chuẩn hóa đầu chuẩn công nghiệp 0-20mA Như cần thiết kế mạch chuyển đổi áp-dòng Hình 4.3- Sơ đồ nguyên lý chung biến đổi áp-dòng - Nếu chọn ta có Ira = U0 -Với tín hiệu đầu từ đến10V ta tính chọn điện trở cho mạch chuyển đổi tín hiệu : -Khi tín hiệu vào U=0 dòng điện không -Khi tín hiệu vào 20mA ta có : Ui= 20 mA Thay Ui= 10 vào ta tính R1= 500 Ω Như ta tính chọn xong điện trở cho mạch biến đổi dòng – áp Và dòng điện chuẩn công nghiệp với giá tri từ đến 20mA giá trị đầu vào đến 10 V sau chuyển đổi xong thành tín hiệu dòng điện ta tiếp tục đưa vào khối hiển thị 4.4.Mạch cảnh báo Để có tín hiệu cảnh báo theo nhiệt độ mà muốn ta cần phải chuyển đổi tín hiệu từ nhiệt độ sang điện áp Như ta cần dùng mạch so sánh để so sánh với tín hiệu mà ta đặt để đưa tín hiệu cảnh báo Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp vào với điện áp chuẩn U đ mạch so sánh có tín hiệu có mức, mức điện áp cao mức điện áp thấp nghĩa Ui Uđ điện áp điện áp : Ura gần =0 V Khi điện áp mức cao Ui> Uđ điện áp khác Vì t=0.5tmax có U0(max/2)=5.05(V); còi báo động kêu 3,5(V); LED đáo động sáng TRANJITOR thông 0.7(V) nên:5 +sử dụng KĐ đảo với thứ có K 1=-1; có K2=-350/505; có K3=-70/505(th) (Do có sai số nên phải điều chỉnh hệ số khuếch thỏa mãn yêu cầu cảnh báo: K=-1; k=-351/505; K=-77/505) Hình 4.4.-Mạch cảnh báo Dựa vào nguyên lý ta thiết kế mạch cảnh báo dùng so sánh, mà điện áp chưa đủ so với điện áp đặt điện áp so sánh gần nên chung chưa báo, có nhiệt độ mà đặt có điện áp, nên điện áp vượt điện áp đặt, điện áp so sánh lên mức cao, cung cấp tín hiệu điện áp Lúc chuông báo cấp nguồn hoạt động báo nhiệt độ , đền báo hoạt động Tính chọn điện áp đặt : Dựa vào điều kiện nhiệt độ T=Tmax/2 cảnh báo ta có Nhiệt độ giá trị cảnh báo : Td = Tmax /2= 850/2 = 425 0C Thay vào công thức Rcb = R0(1 + αt) với α = 3.91*10 -3 thay vào biểu thức ta có : Rcb=100(1+3.91*10-3 *400)= 256.4 Ω Thay vào công thức: Ura= Ta có Ura(max/2)=0.029(V) Thay vào công thức: Uo= Uxy .( + 1) (với Uxy = Ura) ta có điện áp đặt U0(max/2)=5.05(V) (Kết thực nghiệm U0(max/2)=5.05(V) ) 4.5 Mạch nhấp nháy Khi nhiệt độ giới hạn bình thường: t=0-t max/2=4000C Mạch nháp nháy, với thời gian sáng tắt nhau: ts=tt=(1+0.5*a) Vì: a số đơn vị STT =>a=4 =>ts=tt=(1+0.5*4)=3(s) BỘ 1: Chọn R1=R2=R3=R4=10KΩ Ta có: U0UraUra(1)=2.2(V) =>đèn sáng Chon thông số tạo xung xuông đối xứng với IC555 Ta có: tn=tx=1.1RC=3 =>chọn R=17kΩ;C=220000*10-9 (Kết thực nghiệm chọn R=16.7kΩ;C=220000*10-9 ) Hình 4.5-Mạch nhấp nháy 4.6 Khối hiển thị Có chức thông báo kết nhiệt độ cách chi tiết, dải nhiệt cần đo từ 100-8500C nên ta chọn hiển thị kết xác tới hàng chục Hình 4.6-Mạch hiển thị 2.6.1.Khối ADC mạch Hình 4.6.1-khối ADC0804 Các chân 1,2,8,10,7 nối đất Chân nối với chân số mạch tạo dao động HE555 Chân 19 nối với điện trở R3= 10kΩ nối vào chân tiếp nối vào tụ C 3=150pF nối đất Chân 20 nối với nguồn nuôi Chân chân nhận tín hiệu từ PT100 chuyển hóa tín hiệu chân 11,12,13,14,15,16,17,18 2.6.2.Khối giải mã IC74LS83 Hình 4.6.2-khối IC74LS83 74LS83 IC cộng số bit nhị phân -A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 : chân đầu vào số nhị phân A, B - S1,S2,S3,S4: đầu nhị phân -C4 số nhớ phép cộng CO: số nhớ ban đầu 4.7.Cơ cấu thị Ampe kế vôn kế dụng cụ đo vô quan trọng mạch đo, cho ta biết kết tính toán trình thiết kế mạch có xác hay không Việc dùng cấu thị giúp cho kết thực hành tường minh Hình 4.8.1-Vôn kế Hình 4.8.1-ampe kế 4.8.tính toán thiết kế nguồn Vì hầu hết nguồn sử dụng mạch nguồn chiều mà thực tế nguồn lại nguồn xoay chiều với điện áp 220V vấn đề đặt phải biến đổi dòng xoay chiều sang chiều Khối nguồn bao gồm: _ máy biến áp _ chỉnh lưa cầu dùng điot _ tụ điện C để lọc _ cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện Sơ đồ nguyên lý: Hình 4.8.1-Thiết kế nguồn tính chọn máy biến áp: có hai nguồn nguồn cho điện áp đặt so sánh 5V nguồn cấp cho OA 12V cần sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp để lấy hai cấp điện áp dùng Hoặc ta hạ xuống 12V dùng biến trở để chỉnh xuống V tiêu tốn lượng lượng nên dùng chỉnh lưu điện áp phương pháp khác ta dùng khối ổn áp chiều để có đầu thay đổi Tối ưu nên dùng phương án Phương án thiết kế : + biến áp : yêu cầu đặt nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V điện áp 15V + mạch chỉnh lưu : ưu điểm mạch chỉnh lưu cầu điện áp nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ so với phương pháp cân nên ta chọn chỉnh lưu cầu + lọc nguồn có nhiệm vụ san điện áp để dòng điện phẳng hơn, lọc tụ điện đơn giản chất lượng học cao Nên ta dùng tụ điện + khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp thay đổi từ đến 15V nên nên ta dùng IC ổn áp thông dụng LM 7805 có dải điện áp khoảng 1,2V-35V với cách mắc thông thường Hình 4.8.2-Cơ cấu đo dùng ổn áp IC 7805 dùng để ổn áp đầu 5V 4.9 sơ đồ mạch đo toàn trình thiết kế dùng mô proteus : Hình 4.9.1-Sơ đồ mạch chưa có hiển thị Hình 4.9.2-Sơ đồ mạch có hiển thị chưa chạy Hình 4.9.3-Sơ đồ mạch có hiển thị chạy Thuyết minh sơ đồ : mạch đo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở mô proteus với nhiệt điện trở RV1 nằm mạch cầu đo điện áp Nguyên lý hoạt động dựa lệch áp cầu đo cân điện trở tăng theo nhiệt độ Phía sau khối đo khối khuếch đại đo lường với OA, khuếch đại tín hiệu điện áp lên, tín hiệu điện áp khuếch đại lên từ 0-10V Phía sau khối khuếch đại khối chuyển đổi u sang i dùng để chuyển đổi sang tín hiệu dòng điện, điện áp từ 0-10V dòng điện chuẩn hóa từ 0-20mA Khối nhấp nháy, điện áp nhỏ 5V khối hoạt động khối cảnh báo, điện áp vượt ngưỡng 5V khối so sánh phát tín hiệu cảnh báo nhiệt độ Chương V:Kết luận Quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch đơn giản nhiều bất cập, mạch đơn giản để cấu đo xác ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý vi điều khiển để hiển trực quan số dễ đọc trình điều khiển cảnh báo dễ dàng ứng dụng với vi mạch số vi mạch điều khiển ta dùng cảm biến nhiệt độ ứng dụng vào mạch mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ lò nung, điều khiển điều hòa không khí, hay lò ấp trứng, nhà bảo quản lạnh … Trong thời gian làm đề tài em biết thêm nhiều kiến thức thực tế ứng dụng kiến thức học Qua chúng em luyện tập khả tư duy, cách thức nghiên cứu, giải vấn đề thực tế Những việc làm được:  Nghiên cứu phương pháp đo nhiệt độ  Thiết kế nguồn cung cấp  Chọn linh kiện thiết kế cho hệ thống  Sơ đồ khối chức sơ đồ mạch đo  Những việc chưa làm được:  Chưa chỉnh sai số mạch khuếch đại  Mạch chưa tối ưu Hi vọng mạch nhiều ứng dụng rộng rãi tương lai Trong trình làm em nhiều bất cập thiếu sót mong thầy cô giáo thông cảm, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn giúp đỡ em trình làm tập lớn !!! [...]... đi sử dụng nhiệt điện trở Pt100 nhiệt điện trở có đọ tuyến tính cũng tương đối và điện trở R o tại 00C là 100Ω sau đây là chi tiết về cảm biến nhiệt Pt100cấu tạo can nhiệt Pt100 Cảm biến nhiệt độ pt100 có cấu tạo là một nhiệt điện trở RTD ( RTDResistance Temperature Detector ):Nguyên lý hoạt động nhiệt điện trở dựa trên sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện trở • Rt = R0(1 + αt) • Rt : Điện trở. .. đơn giản để cơ cấu đo chính xác ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý và vi điều khiển để có thể hiển thì trực quan bằng số dễ đọc và quá trình điều khiển cảnh báo có thể dễ dàng hơn ứng dụng cùng với vi mạch số và vi mạch điều khiển ta có thể dùng cảm biến nhiệt độ ứng dụng vào các mạch như mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ lò nung, điều khiển điều hòa không khí, hay trong các lò ấp trứng,... tăng kích thước điện trở 4.1.3chọn cảm biến Nhiệt điện trở kim loại có rất nhiều loại nhưng có hai loại thường dùng là nhiệt điện trở nickel và nhiệt điện trở platin Nhiệt điện trở nickel so với platin thì rẻ tiền hơn song độ tuyến tính chỉ từ -60 0C đến +2500C mà trong bài này dải đo max là 7700C nên ta không sử dụng Ta đi sử dụng nhiệt điện trở platin với dải đo rộng và độ tuyến tính cao Cụ thể trong...+ Điện trở ở 100oC lớn gấp 1,617 lần so với ở 0oC + Dễ bị oxy hoá khi ở nhiệt độ cao làm giảm tính ổn định + Dải nhiệt độ làm vi c thấp hơn 250oC Đồng được sử dụng trong một số trường hợp nhờ độ tuyến tính cao của điện trở theo nhiệt độ Tuy nhiên, hoạt tính hoá học của đồng cao nên nhiệt độ làm vi c thường không vượt quá 180oC Điện trở suất của đồng nhỏ, do đó để chế tạo điện trở có điện trở lớn... chạy Hình 4.9.3-Sơ đồ mạch có bộ hiển thị đã chạy Thuyết minh sơ đồ : mạch đo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở được mô phỏng trên proteus với nhiệt điện trở là RV1 nằm trong mạch cầu đo điện áp Nguyên lý hoạt động dựa trên sự lệch áp khi cầu đo mất cân bằng do điện trở tăng theo nhiệt độ Phía sau khối đo là khối khuếch đại đo lường với 3 OA, khuếch đại tín hiệu điện áp lên, tín hiệu điện áp được khuếch... điện áp đặt thì điện áp ra của bộ so sánh gần bằng 0 nên chung chưa báo, khi có quá nhiệt độ mà mình đặt thì có sự quá điện áp, nên điện áp vượt quá điện áp đặt, điện áp ra của bộ so sánh lên mức cao, cung cấp tín hiệu điện áp Lúc này chuông báo sẽ được cấp nguồn và hoạt động báo quá nhiệt độ , cũng như đền báo sẽ hoạt động Tính chọn điện áp đặt : Dựa vào điều kiện là khi nhiệt độ T=Tmax/2 thì sẽ cảnh. .. ban đầu 4.7.Cơ cấu chỉ thị Ampe kế và vôn kế là dụng cụ đo vô cùng quan trọng trong mạch đo, nó cho ta biết được kết quả tính toán trong quá trình thiết kế mạch của chúng ta có chính xác hay không Vi c dùng cơ cấu chỉ thị giúp cho kết quả thực hành của bài tường minh hơn Hình 4.8.1-Vôn kế Hình 4.8.1-ampe kế 4.8 .tính toán thiết kế nguồn Vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà... đổi u sang i dùng để chuyển đổi sang tín hiệu dòng điện, khi điện áp ra từ 0-10V thì dòng điện ra được chuẩn hóa từ 0-20mA Khối nhấp nháy, khi điện áp nhỏ hơn 5V khối này sẽ hoạt động khối cảnh báo, khi điện áp ra vượt quá ngưỡng 5V thì khối so sánh sẽ phát tín hiệu cảnh báo quá nhiệt độ Chương V:Kết luận Quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch khá đơn giản và còn nhiều bất cập, mạch còn khá... dải đo nhiệt độ từ 0 – 850 0C ta sử dụng mạch cầu đo cùng với nhiệt điện trở platin đã đưa được tín hiệu không điện là nhiệt độ thành tín hiệu điện đó là điện áp Và sử dụng bộ khuếch đại thuật toán , khuếch đại tín hiệu lên giống chuẩn yêu cầu mà đề bài đã cho để tiếp tục đưa ra khối hiển thị , khối so sánh để cảnh báo tín hiệu và khối chuyển đổi U sang I để đưa về chuẩn tín hiệu dòng điện 4.3 .Mạch. .. 10 vào ta tính được R1= 500 Ω Như vậy ta đã tính chọn xong các điện trở cho mạch biến đổi dòng – áp Và dòng điện ra là chuẩn công nghiệp với giá tri ra từ 0 đến 20mA khi giá trị đầu vào là 0 đến 10 V sau khi chuyển đổi xong thành tín hiệu dòng điện ta sẽ tiếp tục đưa vào khối hiển thị 4.4 .Mạch cảnh báo Để có tín hiệu cảnh báo theo đúng nhiệt độ mà mình muốn ta cần phải chuyển đổi tín hiệu đó từ nhiệt