BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN-------- BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN Đề tài 1: Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công ngh
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
Đề tài 1: Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp.
Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN DUY LONG
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN BÌNH 1631040383
Trang 2Hà Nội - 2016 Nội dung đề tài
Đề tài: Hãy tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt
độ lò xấy gỗ công nghiệp
Mô tả công nghệ như hình 1:
Giới hạn điều kiện:
1 Thể tích lò: 20m3 – 40m3
2 Dải nhiệt độ làm việc từ 100C đến 600C
3 Sai số của phép đo nhiệt độ là 10C
Yêu cầu
1 Tìm hiểu tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp
2 Lựa chọn các cảm biến cần sử dụng cho hệ thống (nêu lý do lựa chọncảm biến, số lượng và vị trí lắp đặt cảm biến?) Số lượng và vị trí lắp đặt cảmbiến
3 Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác (Sơ đồ khối)
4 Sơ đồ khối hệ thống của hệ thống
5 Lựa chon phương án điều khiển (Mô tả cụ thể)
6 Đánh giá về sai số của hệ thống (Giới hạn, nguyên nhân, biện phápkhắc phục )
7 Hạn chế của bản thiết kế và cách khắc phục ?
Trang 3Lời nói đầu
Trong nền kinh tế thị trường mở cửa nước ta hiện nay, việc mở rộng thương mại và giao lưu kinh tế giữa các nước trong khu vực và thế giới là một xu thế tất yếu.
Hiện nay lĩnh vực gỗ ngày càng được sử dụng rộng rãi đa dạng và phong phú Trong ngành xây dựng, ngành chế tạo máy, ngành giao thông vận tải, ngành điện, ngành hàng hải, và nhiều ngành khác… Qua đó ta thấy gỗ ngày càng được sử dụng rộng rãi, nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng cao và đòi hỏi chất lượng tốt.
Để gỗ có chất lượng tốt thì kỹ thuật sấy gỗ đóng một vai trò rất quan trọng Sấy gỗ trong sản xuất gỗ là làm tăng chất lượng gỗ, làm tăng độ bền
cơ lý, tránh hiện tượng co rút, nứt, nẻ ở gỗ, giảm trọng lượng gỗ trong khâu vận chuyển, hạn chế sự phát sinh của nấm và côn trùng phá hoại gỗ, nâng cao tuổi thọ gỗ.
Để có được sản phẩm đạt chất lượng cao thì chúng ta sẽ không thể thiếu được các dụng cụ đo đó là thiết bị đo nhiệt độ Đo nhiệt độ có tầm quan trọng đặc biệt trong công nghiệp Đo nhiệt độ trong công nghiệp luôn gắn liền với quy trình công nghệ của sản xuất, việc đo và kiểm soát nhiệt độ tốt quyết định rất nhiều đến chất lượng của sản phẩm trongcác ngành công nghiệp thực phẩm, luyện kim, gốm sứ, công nghiêp sấy trong đó sấy gỗ vv….
Do thời gian và trình độ còn hạn chế, còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong nhận được những ý kiến
và đóng góp của các thầy cô và các bạn để chúng em có thể hoàn thiện thiết
kế hơn nữa
Xin chân thành cảm ơn!
Trang 4Ch ương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ ng 1: T NG QUAN H TH NG THI T K ỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ Ệ THỐNG THIẾT KẾ ỐNG THIẾT KẾ ẾT KẾ ẾT KẾ
1.1 T ng quan v lò s y g công nghi p ổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp ề lò sấy gỗ công nghiệp ấy gỗ công nghiệp ỗ công nghiệp ệp.
- Khái niệm về sấy gỗ.
Sấy gỗ là quá trình khử ẩm từ gỗ bằng cách làm chất ẩm trong gỗ bayhơi Trong kỹ thuật đôi khi người ta nén vật liệu để đẩy ẩm ra ngoài nhưngđối với gỗ người ta không dùng cách này vì gỗ cần được đảm bảo hình dạngban đầu để gia công và sản xuất tạo hình khác
- Mục đích của sấy gỗ.
Mục đích của sấy gỗ là làm thay đổi , giảm độ ẩm cho phù hợp với môitrường sử dụng và yêu cầu công nghệ gia công gỗ
Sự thay đổi độ ẩm của gỗ dẫn đến sự thay đổi hình dạng , kích thước gỗ
Vì vậy độ ẩm của chi tiết gỗ cần phải ổn định để đảm bảo hình dạng và kíchthước của gỗ trong kết cấu hay công trình
Như vậy mục đích chính của công nghệ sấy gỗ là:
+ Để đề phòng trước sự thay đổi hình dạng và kích thước của chi tiếtkhi gia công và sử dụng
+ Giúp gỗ không bị mốc hoặc bị mọt, mối xâm hại Giữ ổn định côngtrình và sản phẩm gỗ
+ Sấy gỗ để giảm trọng lượng chi tiết, công trình gỗ, đảm bảo chấtlượng độ bền, đẹp của bề mặt sản phẩm
- Các khuyết tật của gỗ sấy sản sinh trong quá trình sấy.
Gỗ bị cong vênh là do các bộ phận gỗ co rút không đồng đều sinh ra( co rút không đồng đều theo các chiều thớ gỗ khác nhau) Cong vênh ở cácloại ván khác nhau là khác nhau , đối với phần tiếp tuyến là quan trọng nhất
Để hạn chế mức độ cong vênh cần tuân theo các biện pháp sau:
Trang 5+ Khi xếp đống cần sử dụng thanh kê có bề dày đề nhau và phải đặtđúng vị trí của thanh kê , cự ly thanh kê không nên cách quá xa nhau.
+ Gỗ bị nhăn mặt là biểu hiện của sự biến dạng hết sức mãnh liệt Khuyết tật này xảy ra ở một số loại gỗ nhất định Để tránh hiện tượng này ,khi sấy không nên sử dụng nhiệt độ quá cao
+ Gỗ bị nứt nẻ là do sự phát sinh áp suất quá lớn bên trong gỗ làm chocác thớ gỗ bị phá hoại Ứng suất hình thành ở các giai đoạn sấy đầu sẽ gâynên nứt ngoài Còn ứng xuất hình thành ở giai đoạn sau sẽ gây nứt nẻ ở bêntrong Để tránh hiện tượng này chúng ta nhất thiết không được hạ thấp độ
ẩm của môi trường sấy xuống quá thấp
1.2 T ng quan thi t k lò s y ổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp ết kế lò sấy ết kế lò sấy ấy gỗ công nghiệp.
Sàn lò sấy được gắn cố định một 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
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, vào của mỗi quạt đều có ống giảm rung nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung độngcủa quạt gió khi làm việc với hệ thống
Trang 6Bộ 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 an toàn
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 theo các cửa thổi khí, phân phối khí nóng đều từ dưới lên Phía trên thành lò là hệ thống ống thu khí tái tuần hoàn nối vào tới đầu hút của quạt thổi khí Còn ở chính giữa là quạt để đối lưu khuếch tán không khí nóng đều lò sấy
Cảm biến đo nhiệt độ được bố trí ở những vị trí không bị ảnh hưởng bởinhiệt độ bên ngoài và các thiết bị gia nhiệt của lò sấy đảm để đảm bảo độ chính xác
Ch ương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ ng 2: N I DUNG TH C HI N ỘI DUNG THỰC HIỆN ỰC HIỆN Ệ THỐNG THIẾT KẾ
2.1) Yêu c u đ bài ầu đề bài ề lò sấy gỗ công nghiệp.
2.2)Hướng giải quyết
Để làm bay hơi hoàn toàn 1Kg cần cung cấp lượng nhiệt 539Kcal Để sấykhô 1Kg sản phẩm có độ ẩm 6% thì cần cung cấp nhiệt lượng 32,34Kcal.Trong 1h có 6.361,2Kg vật sấy đi vào lò sấy, để sấy khô chúng ta cần cungcấp nhiệt lượng 205.721Kcal
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 độtác nhân sấy theo yêu cầu công nghệ là 600C Do đó để có được nhiệt độ tácnhân sấy theo 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
Trang 7độ buồng phát nhiệt Theo số liệu người ta đã tính được thì cần phải cung cấpmột lượng không khí 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 của sản 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(1-3h/1lần)
2.3)S đ kh i h th ng ơng 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ ồ khối hệ thống ối hệ thống ệp ối hệ thống.
b) B t o nhi t ộ tạo nhiệt ạo của lò sấy gỗ công nghiệp ệp.
- Ta có thể dùng dây mayso được đặt trong buồng sấy để tạo nhiêt 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 an toàn
Trang 8Hình 2: dây mayso
c) B t o m và b đi u m ộ tạo nhiệt ạo của lò sấy gỗ công nghiệp ẩm và bộ điều ẩm ộ tạo nhiệt ề lò sấy gỗ công nghiệp 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 chạy 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 quy định
d) H th ng thông gió và b đi u gió ệp ối hệ thống ộ tạo nhiệt ề lò sấy gỗ công nghiệp.
- B thông gió các lò s y đ u là qu t hở các lò sấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ướng trục, lắp ở giữa thành sau ng tr c, l p gi a thành sau ục, lắp ở giữa thành sau ắp ở giữa thành sau ở các lò sấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ữa thành sau bên trong máy C a hút gió đửa hút gió được bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, ược bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, c b trí g n tr c qu t có n p đi u gió, ố trí gần trục quạt có nắp điều gió, ần trục quạt có nắp điều gió, ục, lắp ở giữa thành sau ạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ắp ở giữa thành sau ều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau
đi u ch nh đ m b ng tay C a thoát gió thều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ở các lò sấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ằng tay Cửa thoát gió thường bố trí trên nóc máy hay ửa hút gió được bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, ường bố trí trên nóc máy hayng b trí trên nóc máy hayố trí gần trục quạt có nắp điều gió, thành tr c máy, có n p đi u gió
ở các lò sấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau ướng trục, lắp ở giữa thành sau ắp ở giữa thành sau ều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau
- Ta sử dụng loại quạt hướng trục là loại đặc biệt với sức ép cao nhằm đẩy nhiệt đi khắp buồng xấy Thường dùng 2 quạt mỗi quạt lưu lượng 4m3/giây, đường kính quạt 750mm, quay 1.600 vòng /phút
- Đặc tính nổi trội của loai quạt này là: Lưu lượng lớn, cột áp cao, rất phù hợpcho hút hoặc thổi không khí trong đường ống Cánh quạt của quạt hướng trục được thiết kế góc nghiêng, số cánh phù hợp và được cân bằng động 2 mặtnên chạy rất êm, không rung hay kêu to
Trang 9Hình 3: Quạt hướng trục.
e) H th ng đ o ệp ối hệ thống ảo.
- Động cơ điện quay: Động cơ kéo quạt công suất phải lớn hơn 16kw , có thể dùng động cơ 2 pha hoặc 3 pha quay với tốc độ cao nhằm đẩy nhiệt đi khắp buống sấy
Hình3: Động cơ công suất lớn.
f) B đi u khi n và báo hi u ộ tạo nhiệt ề lò sấy gỗ công nghiệp ển và báo hiệu ệp.
- 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
Trang 10- Sơ đồ khống chế, điều khiển nhiệt độ bằng tiếp điểm Mạch lực có điện áp
cấp từ lưới 220/380 (v) Dòng điện cấp cho lò được đo bằng ampe kế thông qua biến dòng
Hình 4: Sơ đồ khống chế, điều khiển nhiệt độ bằng tiếp điểm.
* Nguyên lý làm việc của sơ đồ:
- Khóa K dùng để chuyển đổi chế độ điều khiển: vị trí tự động (TĐ) hoặc bằng tay (T) Ở chế độ khống chế nhiệt độ là tự động sau khi nhiệt độ thấp ( lúc đầu cung cấp điện cho lò ) thì tiếp điểm 1 đóng và được duy trì bởi RC,
cuộn dây role RT có điện, đèn Đ2 sáng và tiếp điểm RT đóng lại cung cấp điện cho cuộn dây contactor K, contactor K đươc cung cấp điện và các tiếp điểm Kđóng lại cấp điện cho các dây điện trở R2 Khi nhiệt độ tăng đến nhiệt độ cao (TMAX ) thì tiếp điểm 2 đóng lại cung cấp điện cho cuộn dây role RC làm tiếp điểm RC mở ra, RT mất điện và tiếp điểm 2 được duy trì bởi tiếp điểm thường đóng RT cuộn dây RT mất điện làm cho K cũng mất điện làm cắt các dây điện trở R2 ra khỏi lưới điện dẫn đến nhiệt độ lò giảm xuống gần khi đến nhiệt độ (TMIN) thì tiếp điểm 1 lại được đóng lại Sơ đồ hoạt động trở lại như trước Đèn Đ3 dùng để báo hiệu aptomat đã được đóng lại Tiếp điểm role nhiệt R1
đung để bảo vệ khi tiếp điểm 1 (RC) bị dính ko ngắt được
- Ngoài sơ đồ điều khiển nhiệt độ bằng tiếp điểm trên còn có nhiều sơ đồ điềukhiển bằng tiếp điểm khác
Trang 11g) B ph n ph tr ộ tạo nhiệt ận phụ trợ ụ trợ ợ
-Máy s y công nghi p còn có nh ng b ph n ph tr nh : giàn ấy gỗ công nghiệp ệp ững bộ phận phụ trợ như: giàn ộ tạo nhiệt ận phụ trợ ụ trợ ợ ư chuy n s n ph m, b bánh xe chuy n giàn, bàn chuy n s n ph m, ển và báo hiệu ảo ẩm và bộ điều ẩm ộ tạo nhiệt ển và báo hiệu ển và báo hiệu ảo ẩm và bộ điều ẩm thang.
2.5) CÁC LO I C M BI N NHI T Đ ẠI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ẾT KẾ Ệ THỐNG THIẾT KẾ ỘI DUNG THỰC HIỆN
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,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
Trang 12+ 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 trênđường 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 (PT 100) (Resitance temperature detector –RTD).
Hình ảnh và cấu tạo của nhiệt điện trở Pt100
- 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 độ nhất định
- Dải đo: -200~700oC
- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế
Trang 13- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện
- 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)
Hình ảnh của thermistor
- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxit kim loại: mangan, nickel, cobalt,…
- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi
- Ưu điểm: Bền, rẻ 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 số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng nhất là loại NTC