thiết kế hệ thống đo nhiệt độ chỉ thị số 5 kênh, dải nhiệt độ làm việc từ 00c đến 1000c

Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Trong trình phát triển đất nớc vấn đề công nghiệp hoá đại hoá đất nớc đợc đặt lên hàng đầu Do đó, khoa học có vị trí quan trọng Những thành tựu đợc ứng dụng vào phục vụ đời sống ngời hàng ngày Và ngành đo lờng đợc nâng lên tầm cao Bởi hệ thống máy sản xuất khâu kiểm tra giám sát, lấy tín hiệu phản hồi Nó đợc thể số, cách ghi tự động hoá phát tín hiệu cho cấu chấp hành để hiệu chỉnh hay điều chỉnh lại hoạt động Kỹ thuật đo lờng rộng đo đại lợng không điện lớn nhiều so với đại lợng điện, đồng thời lại yêu cầu cao nên đồi hỏi nhiều nghiên cứu nh áp dụng thành khoa học Bản đồ án thiết kế hệ thống đo nhiệt độ thị số kênh, dải nhiệt độ làm việc từ 00C đến 1000C bao gồm phần sau: Phần I: Tổng quan đo nhiệt độ Phần II: Thiết kế tính chọn phần tử hệ thống đo nhiệt độ kênh Phần III: Tính chọn nguồn cung cấp cho hệ thống Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo môn TBĐ- ĐT giúp đỡ em suốt trình học tập trờng đặc biệt thầy giáo trần quốc thắng - Ngời trực tiếp hớng dẫn, giúp đỡ để em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp đề tài Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ thị số kênh Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Phần Tổng quan đo nhiệt độ 1.1 Các vấn đề kỹ thuật đo lờng 1.1.1 Khái niệm: Đo lờng trình đánh giá định hớng đại lợng cần đo để có kết số với đơn vị đo Kết đo lờng giá trị số đại lợng cần đo Ax, tỷ số đại lợng cần đo X đơn vị đo X0 Vậy trình viết dới dạng: X Ax = X X= Ax.X0 Đây phơng trình phép đo, rõ so sánh đại lợng cần đo với mẫu cho kết số Quá trình đo đợc tiến hành thông qua thao tác đo lờng 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 phơng pháp đo Đo trực tiếp : cách đo mà kết nhận đợc trực tiếp từ phép đo Đo gián tiếp : cách đo mà kết đợc suy từ phép đo ,từ phối hợp nhiều phép đo trực tiếp Đo thống kê : phép đo nhiều lần đại lợng , điều kiện giá.Từ dùng phép Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp tính xác suất để thể kết đo có độ xác cần thiết 1.1.2 Các đại lợng đặc trng kỹ thuật đo lờng 1.1.2.1 - Tín hiệu đo đại lợng đo : Tín hiệu đo : tín hiệu mang thông tin giá trị đại lợng đo.Nó có thể: + Tín hiệu liên tục Analog (A) + Tín hiệu rời rạc Digital (D) - Đại lợng đo : thông số xác định trình vật lý Đại lợng đo đợc phân loại nh sau: + Theo tính chất : o Đại lợng tiền định (đại lợng xác định đợc trớc) o Đại lợng đo ngẫu nhiên (đại lợng không xác định ) + Theo chất : - Đại lợng điện (bản thân mang lợng nh : I ,U - Đại lợng thông số ( R, L, C ) - Đại lợng không điện ( t0, F,P ,Q ) - Đại lợng theo thời gian ( t,,f ) +Theo dụng cụ đo : - Vôn kế , Wattmet, tần số kế 1.1.2.2 Điều kiện đo: Các thông tin đo lờng gắn chặt với môi trờng sinh đại lợng đo Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hởng môi trờng đến kết đo ngợc lại dùng dụng cụ đo không đợc để dụng cụ đo ảnh hởng đến đối tợng đo Cần phải tính đến điều kiện đo khác để chọn thiết bị đo tổ chức phép đo cho tốt 1.1.2.3 Đơn vị đo: Đơn vị đo giá trị đơn vị tiêu chuẩn đại lợng đo đợc quốc tế quy định mà quốc gia phải tuân theo Trên giới ngời Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp ta chế tạo đơn vị tiêu chuẩn đợc gọi chuẩn., có đơn vị : - Chiều dài mét (m) - Khối lợng kilôgam (kg) - Thời gian giây (s) - Cờng độ dòng điện ampe (A) - Nhiệt độ độ Kelvin (K) - Cờng độ ánh sáng Candela (cd) - Số lợng vật chất mol (mol) Ngoài có đơn vị kéo theo lĩnh vực khác 1.1.3 Thiết bị đo Các phơng pháp đo 1.1.3.1 Thiết bị đo : Là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho ngời quan sát Thực phép đo: - Thiết bị tạo mẫu : Là thiết bị đo để khôi phục đại lợng vật lý định Thiết bị mẫu phải đạt độ xác cao - Dụng cụ đo : Là thiết bị để gia công thông tin đo lờng thể kết đo dới dạng số, đồ thị bảng số tuỳ theo cách biến đổi tín hiệu thị, dụng cụ đo đợc chia thành dụng cụ đo tơng tự (ânlog) dụng cụ đo thị số (Digital) - So sánh : + Thiết bị tự động + Ngời điều khiển - Biến đổi Kết đo trình phép đo, rõ so sánh đại lợng cần đo với mẫu cho kết số Quá trình đo đợc tiến hành thông qua thao tác đo lờng sau: - Thao tác xác định mẫu thành lập mẫu - Thao tác so sánh Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp - Thao tác biến đổi - Thao tác thể kết hay thị Phân loại cách thực phơng pháp đo Đo trực tiếp : cách đo mà kết nhận đợc trực tiếp từ phép đo Đo gián tiếp : cách đo mà kết đợc suy từ phép đo ,từ phối hợp nhiều phép đo trực tiếp Đo thống kê : phép đo nhiều lần đại lợng , điều kiện giá.Từ dùng phép tính xác suất để thể kết đo có độ xác cần thiết Kết đo Phơng pháp biến đổi thẳng: Chuyển Mạch đo Chỉ thị đổi Chuyển đổi (khâu đầu): biến đổi hai đại lợng vật lý với + Chuyển đổi điện - điện - liên tục rời rạc (A/D) - rời rạc liên tục (D/A) + Chuyển đổi không điện - điện : đại lợng không điện (t0 ,p ,F ) sang đại lợng điện (U, I ) Mạch đo (biến đổi ): mạch tính toán nh: + Mạch cộng, mạch trừ, mạch tích phân + Mạch khuyếch đại ,mạch logic (and, or, not ) Chỉ thị (khâu cuối): để thể kết đo + Dùng kim , tự ghi + Chỉ thị số Dùng biến đổi thẳng đo trực tiếp(vôn kế, ampe kế) Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp X Chuyển X Y Mạch đo Y Chỉ thị đổi XK Chuyển đổi ngược X: đại lợng đo XK: đại lợng chuẩn phản hồi X = X XK - So sánh cân : X X = X = - So sánh không cân : X X = XK + X 1.1.4.Các đại lợng đặc trng - Sai số tuyệt đối : = Xđo Xthực Xđo : dụng cụ đo đợc Xthực : giá trị mẫu (do dụng cụ đo hay giá trị thực) - Sai số tơng đối : % = 100% Xthực - Sai số quy đổi : X%(cấp xác dụng cụ đo) qd% = max 100% X max Xmax : sai số lớn thang đo max : sai số tuyệt đối thang đo - Độ nhạy (S): S= Y Tuyến tính X Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp S= dY Phi tuyến tính dX X : đại lợng vào Y : đại lợng Độ nhạy độ biến thiên tơng đối đại lợng vào: S = S1.S2.S3 Sn - Tổng trở vào ,ra dụng cụ: - Tổng trở vào dụng cụ tổng trở dụng cụ - Tổng trở tổng trở đầu - Các dụng cụ đo có tổng trở thích hợp để đo tín hiệu không bị sai lệch - Đặc tính động: + Khi xét đặc tính động: - Đặc tính biên độ (trong trình độ) - Đặc tính pha tần Vì đại lợng đo (không biến thiên biến thiên chậm đại lợng biến thiên nhanh) Độ tin cậy tính kinh tế: phụ thuộc vào trình độ, khoa học Q xác suất hỏng P xác suất không hỏng Q.P = Q P Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp 1.2 đặc điểm đo đại lợng không điện đo nhiệt độ 1.2.1 Khái niệm nhiệt độ thang đo nhiệt độ Nhiệt độ đại lợng vật lý đặc trng cho mức chuyển động hỗn loạn phân tử vật thể Để đo đợc nhiệt độ phải có dụng cụ đo , thông thờng công nghiệp nhiệt độ đợc đo cảm biến phơng pháp tiện lợi truyền tín hiệu nhiệt độ xa , không ảnh hởng tới làm việc hệ thống cần xác định nhiệt độ Để đo xác nhiệt độ cần có hiệu số T X - T cực tiểu với T X nhiệt độ môi trờng cần đo ,T nhiệt độ cảm biến đặt môi trờng cần đo Khi cảm biến đợc đặt môi trờng cần đo nhiệt độ, nhiệt lợng cảm biến hấp thụ từ môi trờng tỷ lệ với độ chênh nhiệt cảm biến môi trờng theo biểu thức : dQ = a.A(TX -T)dt với a độ dẫn nhiệt , A diện tích bề mặt truyền nhiệt Mặt khác cảm biến có khối lợng m nhiệt dung riêng(tỷ nhiệt) c nhiệt lợng hấp thụ đợc là: dQ = m.c.dT Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt môi trờng , kết cấu kiểu giá đỡ ta có : a.A(TX - T)dt = m.c.dT Gọi số thời gian nhiệt = m.c a.A Vậy ta có phơng trình vi phân cân nhiệt dT = Tx-T dt (1 - 1) Nghiệm phơng trình (1 - 1)là : Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp t T = TX k.e- , (1 - 2) với k số Từ phơng trình (1 - 2) ta có đặc tuyến nhiệt độ theo thời gian hình (1 -1a) t TX TX t T1 0,63 TX 0,63 TX hình 1-1a hình1- 1b Hình (1 - 1b) có tính tới tổn thất nhiệt từ môi trờng cần đo truyền vào cảm biến TX T1 = T luôn tồn 1.2.2 Thang đo nhiệt độ: Là dãy mốc nằm khoảng nhiệt độ giới hạn hai điểm sôi nóng chảy cố định vật chất tinh khiết, hai điểm gọi điểm gốc để phân độ toàn thang Ngày giới tồn loại thang đo nhiệt độ: 1.2.2.1 Thang nhiệt độ động học tuyệt đối hay gọi thang Kelvin đơn vị K nhà vật lý ngời Anh Thomson đề năm 1852 Trong thang nhiệt độ ngời ta lấy trạng thái nớc điểm cân nớc - nớc đá - nớc giá trị số 273,150K Từ thang nhiệt độ Kelvin ngời ta xác định thang nhiệt độ thang Celsíu thang Fahrenheit Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp 1.2.2.2 Thang nhiệt độ bách phân (Thang Celsius) Trong thang đo đơn vị nhiệt độ 0C Do nhà vật lý ngời Thụy Điển Celsius đa năm 1742 dựa vào điểm tan nớc đá điểm sôi nớc chia 100 khoảng Quan hệ thang Celsius thang Kelvin đợc xác định biểu thức : t (0C) = t (0K) - 273,15 (1 - 3) 1.2.2.3 Thang đo nhiệt độ 0F nhà vật lý Hà Lan Fahrenheit đa năm1706, lấy nhiệt độ nớc đá tan 32 0F sôi 212 0F Đổi từ thang 0C nhiệt độ 0F ngợc lại theo công thức: t(0C ) = {t(0F) - 32} t(0F ) = 9 {t(0C ) + 32} Năm1948 hội nghị đo lờng quốc tế thứ 19 lấy thang nhiệt độ bách phân (Celsius) thang nhiệt độ quốc tế Xây dựng thang đo nhiệt độ quốc tế ngời ta ghi nhận điểm cố định sau : - Điểm sôi O2 -182,97 0C - Điểm tan nớc đá (điểm gốc) 0,000C - Điểm sôi nớc ( điểm gốc ) 100,000C - Điểm sôi lu huỳnh 444,600C - Điểm kết tinh bạc 960,800C - Điểm kết tinh vàng 1063,000C 10 Trờng ĐHKB hà nội - đồ án tốt nghiệp chu kỳ đầu T1 + T2 10s A0, A1,A2 mức thấp Nên lúc phát lệnh đọc kênh - Chu kỳ A0, mức cao, A1, A2 mức thấp Nên lúc phát lệnh đọc kênh - Chu kỳ A1 mức cao, A0, A2 mức thấp Nên lúc đóphát lệnh đọc kênh - Đến chu kỳ A0, A1 mức cao, A2 mức thấp Nên phát lệnh đọc kênh - Đến chu kỳ A2 mức cao, nên phát lệnh đọc kênh - chu kỳ sáu chân MR mức cao lên ,có tác dụng reset lại trình đọc kênh 3.2.2 Nguyên lý làm việc 3.2.2.1 Đặt giá trị nhiệt độ điều khiển (bằng tay) - chế độ đặt nhiệt độ cho kênh ta dùng phơng pháp điều khiển tay để đảm bảo thời gian đặt nhiệt độ.( công tắc CT2 đa vị trí 2) chế độ CT1 đa vị trí dẫn tới E 1HEF 4051 B mức cao, nên theo bảng chân lý IC không hoạt động hay không đọc số liệu đo kênh Khi CT1 vị trí E HEF 4051 B mức thấp, theo bảng chân lý ngõ vào đợc nối trạng thái chân A0- A2 Khi ta nhấn nút M2 cấp xung điện áp cho chân (14) CP0 IC HEF 4017 dẫn tới MP0 mức cao (theo giản đồ xung), đồng thời ta nhấn nút M1 chân (15) MR (reset lại) mức cao ,theo bảng hoạt động 4017 B O0 = H, (O1- O9) = L dẫn tới đầu vào CMOS 2HEF 4051 (A0-A2) = L, chân Y0 nối với Z tơng ứng với việc đặt nhiệt độ cho kênh nhờ Rđc19 để đạt đợc nhiệt độ quy định Khi chân O0 4017 B mức cao đợc đa tới ma trận Diod đợc bố trí nh sơ đồ nguyên lý để hiển thị số kênh đọc kênh (b,c) 54 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Nếu ta nhấn tiếp nút M2 (khoảng cách nhấn nút M2 tuỳ thuộc vào thời gian quy định ngời vận hành ), theo giản đồ xung HEF 4017 lúc CP0 = H, MR= L ,O1= H dẫn tới đầu vào 4051 A0 =H ; A1=A2=L ,theo bảng chân lý Y1 đợc nối với Z tơng ứng với việc đặt nhiệt độ đo cho kênh O1=H ma trận Diod cho tín hiệu kênh số Quá trình đặt nhiệt độ cho kênh đợc diễn nhờ việc nhấn nút M2 theo chu kỳ nh hết kênh Nút M1 có tác dụng reset lại để đặt lại nhiệt độ cho kênh hay chuyển sang chế độ đo nhiệt độ kênh ta chuyển CT1 sang nhấn M1 Tuy đo nhiệt độ làm việc kênh ta chuyển sang chế độ điều khiển tự động để đảm bảo thời gian đọc kênh (lúc CT2 đa vị trí 1, CT1 đa vị trí 2) Khi CT1 đa vị trí ngợc lại với trình đặt nhiệt độ E HEF 4051 B mức cao nên theo bảng chân lý chân vào IC bị khoá, E HEF 4051 B mức thấp nên chân vào đợc nối theo trang thái chân A0-A1 Khi CT2 đa vị trí đầu IC 555 Khi cấp nguồn cho IC 555, chu kỳ đầu khoảng thời gian nạp tụ T1 chân (3) mức cao tơng ứng với đầu vào CP0 4017 mức cao, theo giản đồ xung 4017 MR = O0 =H ; O1-O9 =L , dẫn tới đầu vào CMOS HEF 4051 B có A0-A2 = L theo bảng chân lý chân Y0 nối Z mà Y0 tín hiệu đợc đa tới từ Sensor qua khối khuếch đại so sánh , từ chân Z 4051 B đợc đa vào ICL 7107 để chuyển đổi tín hiệu số hoá qua hiển thị LED khoảng thời gian từ T1 T2 ( T2 thời gian xả tụ ) tới chu kỳ tiếp khoảng thời gian T2-T3 thời gian nạp tụ, tơng tự ta có đầu vào 1HEF 4051 B có A0 =H ; A1,A2,E =L , theo bảng chân lý Y1nối với Z tơng ứng với việc đo, đọc hiển thị kênh Quá trình diễn tơng tự nh hết chu kỳ để hiển thị kênh Khi bắt đầu có tín hiệu chu kỳ cho O5 HEF 4017 mức cao 55 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp theo cách nối sơ đồ tín hiệu đợc đa chân (15) MR dẫn tới MR=H theo bảng chân lý O0=H ; O1-O9 =L hay nói cách khác MR có tác dụng reset lại chân trình đợc lặp lại từ Sensor Quá trình reset diễn nhanh (thời gian không đáng kể so với 10 giây ) KĐ so sánh A4 có tác dụng so sánh tín hiệu đo đợc đa tới từ Ucầu so với tín hiệu đặt Khi Uc< Uđ đầu mức cao dẫn tới hệ thống đèn hay chuông không hoạt động trình đo đợc thực bình thờng, Uc >Uđ đầu mức thấp lúc hệ thống cảnh báo làm việc báo hiệu nhiệt độ đo vợt mức đặt 56 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp 3.2.3 Tính chọn nguồn 3.2.3.1 Nguyên lý làm việc vi mạch ổn áp điện chiều Uvào Đ1 R9 R8 T1 R5 R6 T1 T2 T4 T3 Đ2 R7 R2 R4 R1 R3 Uổn Trên hình (32) sơ đồ cấu trúc vi mạch ổn áp dơng nguồn, đợc chế tạo công nghiệp(ví dụ nh seri 78xx, 79xx)với giá trị điện áp chuẩn từ 5V ữ24V Trong loại IC ổn áp có chân chân dơng, chân âm, chân nối đất Dơng điện áp , điện áp sụt IC tối đa 3/2V Giả sử điện áp vào tăng lên lợng đó, dẫn tới cực gốc T có điện so với đất giảm xuống(điều tinh chất diod D 2) T2 thông, điện áp phản hồi âm R7 giảm xuống, điện cực phát cực góp T4 mở thông làm điện cực gốc T bớt thông làm điện áp Uổn= const Trờng hợp điện áp đầu vào giảm xuống, tợng xảy ngợc lại dẫn tới T1 mở thông làm Uổn= const Bây ta xét trờng hợp đột biến phụ tải, giả sử tải tăng lên làm điện cực gốc T2 T4 bớt thông làm điện cực gốc T tăng lên làm Uổn= const 57 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Cấu trúc nguyên lý làm việc IC ổn áp có đầu âm nguồn tơng tự, xây dựng sở mạch Tranzito linh kiện tạo mức điện áp chuẩn Qua trình bày nguyên lý làm việc vi mạch ổn áp điện chiều ta thấy T1 T1 hình (3-2) đóng vai trò nh điện trở động mắc nối tiếp với phụ tải, thay đổi trị số nhờ việc mở nhiều hay T1 T1 theo biến động điện áp vào nh biến động phụ tải đầu 3.2.3.2 Tính chọn vi mạch ổn áp a.Tính chọn vi mạch ổn áp cho nguồn E1 Nguồn E1 ta sử dụng cặp IC ổn áp 7812 7912 có dòng định mức 1A, nhiệt độ cho phép lớn 750C Qua tính toán phần ta thấy dòng qua 7812 7912 nh nên việc tính chọn 7812 phù hợp 7912 phù hợp Dòng qua IC 7812 lớn : Itổng = ICB + Ikđ + Ixđk + 5Iled + Iss + 2IIC4051B+IIC4017+IIC7107 = 0,00177+0,141+0,0035 + 5.0,015 + 0,141+2IIC4051B+ IIC4017+ IIC7107 = 0,32 + 2IIC4051B+IIC4017+IIC7107 Do dòng IC không lớn nên ta chọn Itổng= Id =0,4(A) Ta chọn Uvào điện áp sau chỉnh lu lọc lấy: Uvào= 15(V) Ta có: Uổn áp= 12(V) Vậy điện áp sụt 7812 là: U = Uvào- Uổn áp= 15 12 = 3(V) Công suất tiêu tán 7812 : P7812 = 3.0,4 = 1,2(W) Diện tích tản nhiệt 7812 : S= 1200.P 7812 Tcp t Với Tcp= 750C (nhiệt độ cho phép) t nhiệt độ môi trờng t = 250C S= 1200.1,2 = 28,8 cm2 lấy tròn 30 cm2 75 25 58 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Vậy ta coi 7912 nh 7812 với: S = 30cm2 P = 1,2W b.Tính chọn vi mạch ổn áp cho nguồn E2: Sử dụng cặp IC 7805 7905 có trị số dòng điện qua định mức 1A Tcp= 750C Qua tính toán phần ta thấy dòng qua 7805 7905 nh nên việc tính chọn 7805 phù hợp 7905 phù hợp - Dòng qua 7805 7905 I7805 = I7905 = Id Ikd Iss = 0,4 0,141 0,141 = 0,11 (A) - Điện áp sụt 7805 7905 : U = 12 = 7(V) - Công suất tiêu tán 7805 7905 là: P7805 = P7905 = U.I7805 = 7.0,11 = 0,77 (W) - Diện tích tản nhiệt cho 7805 7905 : S= 1200.P 7805 1200.0,77 = = 33,6(cm2) Tcp t 75 25 Lấy tròn S = 35(cm2) 3.2.3.3 Tính toán chỉnh lu Diod: Điện áp chỉnh lu cầu : Ud = Ud1+ 2UD Ud1= 15 (15) = 25(V) 1,2 (Điện áp U d1 thông thờng tăng lên 1,1 ữ 1,3 lần) UD điện áp sụt diod silic = 0,6(V) Ud = 25 + 2.0,6 = 26,2(V) U2 = Ud 26,2 = = 29(V) 0,9 Ku Ulv = knv.U2 = 29 = 41(V) Unv = kdu.Ulv (với kdu > 1,6) Ulv = 1,8.41 = 74(V) (Đây điện áp ngắn mạch Diod) Dòng Ihd = khd.Id = 0,71.0,4 = 0,284(A) = Ilv 59 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Idmv : dòng định mức Diod có đủ cánh tản nhiệt diện tích tản nhiệt (Idm > 2,5Ilv) Ta chọn Idmv = 3.0,284 = 0,852(A) Chọn Diod silic loại BYP 401 100 Idmv = 1(A) PD = UD.Ilv.2 = 0,6.0,284.2 = 0,3408(W) Iipk = 30(A) Unv = 100(V) - Chọn tụ lọc nguồn tạo E1 tụ hoá 470àF, 25(V) - Chọn tụ lọc nguồn tạo E2 tụ hoá 1000à, 25(V) 3.2.4 Tính toán biến áp nguồn: PSS= 3,4 W Pkđ= 3,4 W 5.Pled = 5.0,036 = 0,18 W P555 = 0,0175 W Pcầu = 0,009 W 2P7812 = 2.0,77 = 1,54 W 2P7805 = 2.1,442 = 2,884 W PD = 0,3408 W PIC = 0,7293 W Ptổng = 13,36 W - Công suất biểu kiến máy biến áp là: S= Ptổng Cos hệ số cos không lớn nên ta lấy cos = 0,7 S= 13,36 = 20 (VA) 0,7 - Dòng điện thứ cấp I2 = 20 S = = 0,68 (A) 29 U2 - Dòng điện thứ cấp I1 = 0,68.29 I 2.U = = 0,089 (A) 220 U1 - Ta dùng MBA pha, ba trụ có tần số f = 50 Hz Diện tích trụ sơ bộ: 60 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp QFe = k = S (k hệ số làm mát lấy k = 6) mf 20 = 2,14 (cm2) 3.50 Với QFe nhỏ ta chọn trụ hình chữ nhật với QFe = a.b Theo kinh nghiệm ta có : b/a = (1 ữ 1,5) h/a = Là tốt Vậy ta có a.b =2,14 b/a = 1,2 nên a = 1,4 cm b = 1,7 cm QFe thực tế = 1,4 ì 1,7 = 2,4 cm2 - Chiều cao cửa sổ mạch từ : h = 1,4.3 = 4,2 (cm) - Chọn loại thép 330, thép dày 0,5mm - Chọn sơ mật độ từ cảm trống trụ Bt = 1(T) Tính toán sơ dây cuộn sơ cấp máy biến áp: W1 = 220 U1 = = 4129,12 vòng 4,44.f QFe.Bt 4,44.50.2,4.10 _ 4.1 Lấy W1 = 4129 vòng Số vòng dây thứ cấp: W2 = U2 29 W1 = 4129 = 544,2 (vòng) U1 220 Lấy W2 = 544 vòng Chọn mật độ dòng điện (J = ữ 2,75 (A/mm2) Chọn sơ J1 = J2 = (A/mm2) Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: s1 = I1 0,089 = = 0,0445 (mm2) J1 Chọn dây dẫn tròn, cách điện cấp B có thông số sau: Đờng kính thực lõi đồng: d1 = 0,22mm Tiết diện tính toán lõi đồng: s1 = 0,046mm2 Trọng lợng riêng mét: mCu1 = 0,308(g/m) 61 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Điện trở mét : R/m1 = 0,52 (/m) Đờng kính kể cách điện: dn1 = 0,24 (mm) Tính lại: I1 J1 = s ' = 0,089 = 1,93 (A/mm2) 0,046 Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: s2 = - I 0,68 = = 0,34 (mm2) J2 Ta chọn dây dẫn tròn, cách điện cấp B có thông số sau: d2 = 0,67(mm) s2 = 0,353(mm2) mCu2= 2,5 (g/m) R/m2 = 0,07 (/m) dn2 = 0,73(mm) - Tính lại : I2 J2 = s ' = 0,68 = 1,92 (A/mm2) 0,353 Kết cấu dây quấn sơ cấp + Thực dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục + Tính sơ số vòng dây lớp W11 = W11 = - 4,2 0,22.10 _1 - 2.1 0,95 = 100 (vòng) 0,22.10 _ Tính sơ số lớp dây cuộn sơ cấp: n11 = - h hg kC (lấy hg = 1mm; kC hệ số ép chặt= 0,95) dn1 4129 W1 = 41 lớp 100 W11 Cách điện trụ sơ cấp: h = a01 = 1(mm) - Chiều cao dây quấn sơ cấp thực tế là: 62 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp h1 = 4,2 0,2 = (cm) - Ta thiết kế cách điện dây quấn sơ cấp với trụ khoảng cách cách điện với gông b H h c a C c o Cách điện lớp dây sơ cấp: cđ1 = 0,1(mm) o Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (cđ1 + dn1).n11 + a01 = (0,1 + 0,24).41 + = 14,94 (mm) 1,5 (cm) o Chiều dài dây quấn cuộn (l1) l1 = (a + 0,2 + b).2 = (1,4 + 0,2 + 1,7).2 = (cm) o Chiều dài dây sơ cấp quấn lớp (l1) l1 = l1 + 2.Bd1 = + 2.1,5 = (cm) o Chiều dài dây sơ cấp trung bình quấn l1 = l'1 + l' '1 = 5,5 (cm) o Chiều dài dây đồng quấn cho toàn sơ cấp: l1 = W1.l1 = 4129.5,5 = 22709,5(mm)=22,71 (m) o Cách điện sơ cấp thứ cấp a02 = 0,5(mm) Kết cấu dây quấn thứ cấp Chiều cao h1 = h2 = (cm) 63 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Số vòng dây lớp: W12 = h2 kC = 0,95 = 52 (vòng) 0,73.10 _1 dn o Tính sơ số lớp cuộn thứ cấp: n2 = 544 W2 = = 10,46 lớp 52 W12 lấy n2 = 11 lớp o Cách điện lớp : cđ2 = 0,1(mm) o Bề dày cuộn thứ cấp: Bd2 = (cđ2 + dn2).n2 = (0,1 + 0,73).11 = 9,13 (mm) o Chiều dài dây thứ cấp cuộn l2 = l1 + 2a02 = 7+ 2.0,5.10-1 = (cm) o Chiều dài dây thứ cấp cuộn l2 = l2 + 2Bd2 = 7+ 2.0,913 = 8,826 (cm) o Chiều dài dây thứ cấp trung bình: l2 = + 8,826 l'2 + l' '2 = = (cm) 2 o Chiều dài dây quấn thứ cấp là: l2 = W2.l2 = 544.8 = 4352 (cm) = 43,52 (m) Kích thớc mạch từ máy biến áp Khoảng cách điện thứ cấp với trụ không đặt dây: a03 = 5mm Chiều rộng cửa sổ : C = a03 + Bd1 + a02 + Bd2 = 0,5.10-1 + 1,5 + 0,5.10-1 + 0.913 = 2,51(cm) Chiều dài mạch từ: L = 2C + 3a = 2.2,51 + 3.1,4 = 8,22 (cm) Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 4,2 + 2.1,5 = 7,2 (cm) Tính khối lợng sắt đồng - Thể tích trụ: 64 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp VT = 2.QFe.h = 2.2,24.4,2 = 18,8 (cm3)= 0,1880(dm3) - Thể tích gông: V = a.b.L = 2,4.8,22 = 19,72 (cm3) = 0,0197 (dm3) - Khối lợng gông: Mg =Vg.mFe =0,0197.7,75=0,155 (kg) - Khối lợng trụ: MT = VT.mFe = 0,188.7,85 = 1,475 (kg) - Khối lợng Fe: MFe = MT + M = 0,155 + 1,475 = 1,63 (kg) - Thể tích đồng : Vcu =S1.L1+S2.L2 = 0,046.10-4.22,71 +0,353.10-4.43,52 =16,4.10-6 (m3)=0,164 (dm3) - Khối lợng đồng: MCu = Vcu.mcu = 0,164.8,9 = 1,44 (kg) Tính thông số máy biến áp: - Điện trở cuộn sơ cấp MBA: R1= l1 S1 = 0,02133 22,71 = 10,5 () 0,046 Trong 75 = 0,02133 () - Điện trở cuộn thứ cấp MBA l2 R2= S = 0,02133 43,52 = 2,62 () 0,353 RBA W2 544 ( ) W1 4129 = R2 + R1 = 2,62+ 10,5 =2,8 () - Sụt áp điện trở MBA: Ur = RBA.Id = 2,8.0,4 = 1,12 (V) - Điện kháng qui đổi thứ cấp: 65 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp XBA= 8.2.(W2)2 ( Bd + a 02 + Bd ) (cd1 + h Bd + Bd )..10-7 = 3,6 () - Sụt áp điện kháng MBA: Ux = - X BA I d 3,6.0,4 = = 0, 45 (V) Sụt áp MBA: UBA = - U x + U r = 0,45 + 1,12 = 1,2 (V) Hiệu suất MBA là: = 29.0,4 U d I d 100% = 100% 60% 20 S kết luận Trên toàn phần thiết kế, tính toán cho hệ thống đo nhiệt độ hiển thị số kênh với kiến thức giới hạn tìm hiểu cha rộng lĩnh vực chuyên ngành nên đồ án cha đợc tối u 66 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp có nhiều nhầm lẫn, thiếu sót Kính mong thầy cô bảo xây dựng kiến thức thêm để em hoàn thành khoá học cách tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy cô 67 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Mục lục trang Lời mở đầu Phần 1: Tổng quan đo nhiệt độ 1.1 Các vấn đề kỹ thuật đo lờng 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các đại lợng đặc trng kỹ thuật đo lờng 1.1.3 Thiết bị đo phơng pháp đo 1.1.4 Các đại lợng đặc trng 1.2 Đặc điểm đo nhiệt độ 1.2.1 Khái niệm nhiệt độ 1.2.2 Thang đo nhiệt độ 1.2.3 Phân loại hệ thống đo nhiệt độ Phần : Sơ đồ khối nguyên lý làm việc phần tử sơ đồ khối 2.1 Sơ đồ khối chức khối 2.1.1 Sơ đồ khối 2.1.2 Chức khối 2.2 Giới thiệu phần tử sơ đồ khối 2.2.1 Khối cảm biến 2.2.2 Khối khuếch đại trung gian 2.2.3 Khối tạo xung điều khiển 2.2.4 Khối nguồn 2.2.5 Khối thị 2.2.6 Khối so sánh tín hiệu 2.2.7 Khối tơng tự số 2.2.8 Khối chuyển nhớ kênh 2.3 Tính chọn phần tử hệ thống đo nhiệt đ 2.3.1 Tính chọn khối nguồn 2.3.2 Khối khuếch đại trung gian 2.3.3 Khối xung điều khiển 2.3.4 Khối thị 2.3.5 Khối so sánh Phần : Sơ đồ nguyên lý làm việc Tính toán khối nguồn 3.1 Sơ đồ nguyên lý 3.2 Nguyên lý làm việc 3.2.1 Sơ đồ 3.2.2 Nguyên lý làm việc 3.2.3 Tính toán khối nguồn 3.2.4 Tính toán máy biến áp nguồn Kết luận Tài liệu tham khảo 68 2 8 11 29 29 30 31 31 32 34 38 38 39 40 42 45 45 47 48 49 50 51 51 52 52 53 56 59 66 67 [...]... cần đo Bảng dới đây giới thiệu các khoảng đo của các máy đo chủ yếu Giới hạn đo 0C Tên máy đo nhiệt độ Min Max Nhiệt kế cơ khí -100 600 Nhiệt kế thuỷ ngân - 35 350 Nhiệt kế chất lỏng -190 150 Nhiệt áp kế chất lỏng -120 600 Nhiệt áp kế thuỷ ngân - 35 600 Nhiệt áp kế chất khí -120 600 -60 300 Nhiệt kế điện trở bằng đồng -50 180 Nhiệt kế điện trở bạch kim (Pt) - 250 650 Nhiệt kế điện trở Niken -200 180 Nhiệt. .. cặp nhiệt Đặc tính kỹ thuật của cặp nhiệt điện thông dụng Cặp nhiệt điện Dải nhiệt độ Sức điện làm việc( 0C) động (mV) -6,26ữ19,03 -100 ữ 400C; 2% Đồng Constantan = 1,63 mm Độ chính xác -270 ữ 370 -80 ữ 1 000C; 0,8% 100 ữ 350 0C; Sắt Constantan = 3,25mm Chromel Alumen = 3,25mm -210 ữ 800 -8,1ữ 45, 5 0, 75% 0 ữ 4 000C; 3% 400 ữ 8 000C; 0, 75% -270 ữ 1 250 -5, 35 50 ,63 0 ữ 4 000C; 3% 400 ữ 1 250 0C; 0, 75% 18... nghiệp -50 ữ 150 0 Platin -0,24ữ 15, 58 0 ữ 6 000C; 2 ,5% Rodi(10%)Platin 600 ữ 150 00C; = 0 ,51 mm Chromel Constantan -276 ữ 870 0,4% -9,84ữ66,48 0 ữ 4 000C; 3% = 3,25mm 400 ữ 8 700C; Platin 0. 75% 0 ữ 53 80C; 1,4% -50 ữ 150 0 -0,23ữ17,4 -Rodi(13%)platin 53 8 ữ 150 00C; = 3,25mm Platin-Rodi 0, 25% 870 ữ 17 000C; (30%) 0 ữ 1700 0 ữ 12,426 platin-Rodi(6%); = 0 ,51 mm Vonfram Reni 0 ,5% 0 ữ 2700 0 ữ 38, 45 (5% )VonframReni(26%)... tốt nghiệp Bảng trạng thái đo nhiệt độ 0 Trạng thái K 0 C 0 F Điểm 0 tuyệt đối Hoà hợp nớc - Nớc đá 0 273, 15 -273, 15 0 - 459 ,6 32 Cân bằng nớc-nớc đá- 273,16 0,01 32,108 hơi nớc Nớc sôi 373, 15 100 212 1.2.3 Phân loại hệ thống đo nhiệt độ Phân loại hệ thống đo nhiệt độ có nhiều cách , nếu theo nguyên tắc làm việc của máy đo nhiệt độ thì có thể phân thành các nhóm : + Nhiệt kế giãn nở : Dựa trên sự biến... chất n ở một dải nhiệt độ nào đó hệ số nhiệt điện trở của nó thành dơng Ngời ta đã thấy khi ở nhiệt độ dới 2 000C thì hệ số nhiệt điện trở của cảm biến nhiệt điện trở silic có trị số dơng ; còn khi nhiệt độ lớn hơn 2 000C hệ số nhiệt điện trở là âm Phần tử cảm nhận của silic có kích thớc (50 0 50 0ì240)àm, đợc mạ kim loại ở một phía còn phía còn lại để tiếp xúc với bề mặt đo nhiệt độ Độ nhạy của loại cảm... giống nhau ,tác động cơ khí lên kim chỉ quay đi 1 góc tơng ứng với nhiệt độ cần đo chia trên thang mặt đồng hồ Nhiệt kế giãn nở có độ chính xác thấp , nên dùng trong các hệ thống cần đo và điều khiển nhiệt độ đơn giản + Nhiệt kế thuỷ tinh chất lỏng Hình 1-3 Nhiệt kế thuỷ ngân 14 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Nguyên tắc làm việc của loại nhiệt kế này là dựa trên hiện tợng giãn nở vì nhiệt của chất... 180 Nhiệt kế bán dẫn Silic -50 120 1- Nhiệt kế giãn nở ( đo tiếp xúc) 2- Nhiệt áp kế (đo tiếp xúc) Nhiệt áp kế chất hơi 3- Nhiệt kế điện trở (đo tiếp xúc) 12 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp 4- Cặp nhiệt điện (đo tiếp xúc) Bạch kim - Rodi - Bạch kim -20 1600 Crom - Nhôm -50 1000 Crom - Copen -50 600 -100 400 Hoả kế bức xạ 800 1800 Hoả kế quang học 800 6000 Đồng - Constantan 5- Hoả kế (đo không tiếp... loại nhiệt áp kế là độ bền cơ học của ống nối thấp, thời gian báo kết quả đo chậm, khó sửa chữa và lắp ráp 1.2.3.3 Đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện + Nguyên tắc làm việc và cấu tạo của cặp nhiệt độ 16 Trờng ĐHKB hà nội đồ án tốt nghiệp Nguyên tắc làm việc của cặp nhiệt điện là khi có hai thanh kim loại A và khác nhau đợc hàn lại với nhau ở hai đầu 1 và 2 (nh hình1 -5) Đầu 1 có nhiệt độ là t (đầu đo nhiệt. .. tự động để có điện áp đặt vào dụng cụ thứ cấp không đổi ứng với nhiệt độ t của đầu đo không đổi khi nhiệt độ t0 của đầu tự do thay đổi C t0 F Rđ a a mv d t1 t1 B A t R2 b D c R3 Rhc AC/DC Hình 1-9 Sơ đồ hình 1-9 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo nhiệt độ sử dụng cầu bù tự động Cầu bù tự động gồm điện trở R 1, R2, R3 làm bằng 1 ); C mangan Có hệ số tăng điện trở theo nhiệt độ nhỏ ( = 0,0000 15 0 Rđ làm. .. 1-3b là loại nhiệt kế thuỷ ngân thanh thẳng có ống nối riêng và bảng chia độ riêng Nhiệt kế thuỷ ngân chế tạo đơn giản , giá thành hạ.Nhợc điểm khó đọc số, số chỉ báo chậm , độ bền kém, không thể tự ghi và truyền tín hiệu đi xa 1.2.3.2 Nhiệt áp kế Nhiệt áp kế có cơ cấu đo kiểu lò xo áp kế Khi tăng nhiệt độ của túi nhiệt làm cho chất lỏng, chất khí chứa trong nó tăng thể tích nhng do túi nhiệt là thể