BÀI TẬP LỚN:VI MẠCH TƯƠNG TỰ Đề số : 1 Họ và tên HSSV : Lương Ngọc Hiếu Lớp : Tự động hóa 3 MSV : 0841240198 Khoá : 8 Khoa : Điện. NỘI DUNG ĐỀ TÀI Đề tài : 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 = 0÷(100+5n)0C. Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp: 1.U=0÷10V 2.I=0÷20mA Dùng cơ cấu đo để chỉ thị. Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường :t°C=0÷tmax2.Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng τ=(1+0.5a) giây. Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt giá trị : t°C=tmax2. Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân.Xây dựng bộ hiển thị số BCD. Trong đó:a: chữ số hàng đơn vị của danh sách(ví dụ:STT=3→a=3;STT=10→a=10) n:số thứ tự sinh viên trong danh sách.
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 Đề số : Họ tên HS-SV : Lương Ngọc Hiếu Lớp : Tự động hóa MSV : 0841240198 Khoá : Khoa : Điện NỘI DUNG ĐỀ TÀI 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 = 0÷(100+5*n)0C - Đầu ra: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: 1.U=0÷10V 2.I=0÷20mA - Dùng cấu đo để thị - Khi nhiệt độ giới hạn bình thường :t°C=0÷tmax/2.Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối τ=(1+0.5*a) giây - Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt giá trị : t°C=tmax/2 - Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân.Xây dựng hiển thị số BCD Trong đó:a: chữ số hàng đơn vị danh sách(ví dụ:STT=3→a=3;STT=10→a=10) n:số thứ tự sinh viên danh sách Lời nói đầu Đất nước ta đà phát triển thành nước công nghiệp vấn đề điều khiển vận hành thiệt bị công nghiệp nhằm nâng cao xuất chất lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí vấn đề quan trọng vấn đề ý nhiều nhiệt độ.nhiệt độ ứng dụng rộng rãi ví dụ lò sấy gỗ,lò luyện gang,sắt,thép… 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 nên cảm biến đo nhiệt độ loại cảm biến sử dụng nhiều công nghiệp kỹ thuật đời sống ngày.Dưới tập em dùng vi mạch tương tự tính toán,thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan mạch đo Chương 2: Giới thiệu thiết bị Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo - Tính toán, lựa chọn cảm biến - Tính toán, thiết kế mạch đo,mạch hiển thị - Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp - Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa - Tính toán mạch nhấp nháy cho LED - Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ 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 Nhưng phương pháp dùng phương pháp dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại 1, Sơ đồ nguyên lý chung mạch đo gồm khối : khối cảm biến khối khuếch đại khối so sánh khối thị khối cảnh báo mạch chuyển đổi U sang I Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo : Khối Chỉ thị T0 U đặt 2, Chức Chuyển đổi U sang I Cảnh báo khối mạch đo : Khối cảm biến : khối cảm biến có chức biến đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu điện tương ứng Trong ta dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp Khối khuếch đại : có chức khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới tín hiệu điện từ cảm biến thường nhỏ nên ta cần dùng mạch khuếch khuếch đại tín hiệu đưa vào mạch điện khác 3.Khối so sánh :so sánh tín hiệu vừa đưa với tín hiệu cài đặt Việc so sánh tín hiệu ứng dụng cho mạch cảnh báo có nhiệt độ Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện sang tín hiệu điện áp 5 Khối cánh báo : cảnh báo cho người biết nhiệt độ tăng cao so với nhiệt độ cho phép Chương II : Các thiết bị Dựa vào sơ đồ nguyên lý mạch đo gồm khối ta xác định thiết bị dùng cho mạch đo 1, Cảm biến - Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng tính chất điện cần đo thành đại lượng đo xử lý được.Các đại lượng nhiệt độ cần đo thường có tính chất điện nhiệt độ,áp suất - Ta có t°C = 0÷(100+5*n)0C n-STT danh sách →n=23 →t°C=0÷220°C - Hiện thị trường có nhiều loại cảm biến nhiệt độ : + cặp nhiệt ngẫu + nhiệt điện trở kim loại + IC cảm biến nhiệt độ Theo yêu cầu đề ta sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.Nhiệt điện trở kim loại có loại thông dụng nhiệt điện trở platin nhiệt điện trở nikel Do nhiệt điện trở platin có độ tuyến tính theo nhiệt độ cao, điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo dài nên ta sử dụng nhiệt điện trở platin cụ thể ta sử dụng nhiệt điện trở pt100 a,Cấu tạo - Được làm từ kim loại platinum quấn tủy theo hình dáng đầu dò nhiệt điện trở RTD có giá trị điện trở R0 00C 100Ω - Đầu dò RTD gồm loại + Loại dây nối : Thiết bị đơn giản,sợi dây cảm biến quy ẩn xung quanh lõi trục Lõi hình tròn phẳng phải cách điện +Loại màng mỏng : Người ta phủ lớp bạch kim mỏng (dày khoảng 10-7 mm đến 10-6mm) lên đế sứ Ưu điểm loại giá thành thấp khối lượng tác dụng nhiệt thấp, làm cho chúng đáp ứng nhanh dễ dàng đặt vào vỏ nhỏ - Cách nối dây(3 cách) + loại dây:cấu hình đơn giản, độ xác thấp + loại dây:cấu hính phức tạp,độ xác không cao + loại dây:cấu hình đơn giản,độ xác cao,giá thành cao => Để thiết bị cảm biến đơn giản bị sai số ta chọn đầu dò loại dây nối loại dây b,Nguyên lý hoạt động Hoạt động nhiệt điện trở dựa thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện trở • Rt = R0 ( + αt) • Rt : Điện trở nhiệt độ t • R0 : Điện trở độ C • α : Hệ số nhiệt điện trở Điện trở PT100 dây kim loại có bọc đoạn sứ bao quanh toàn dây kim loại.Phần bao bọc lại đặt ống bảo vệ(thermowell) thường có dạng trụ tròn,chỉ đưa đầu dây kim loại để kết nối với thiết bị chuyển đổi.Phần ống bảo vệ đặt nơi cần đo nhiệt độ Hai đầu dây kim loại để chừa phần ống bảo vệ kết nối tới thiết bị gọi chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện phục vụ cho việc truyền tới phòng điều khiển giám sát.Thiết bị chuyển đổi có cấu tạo chẳng qua cầu điện trở có nhánh Pt100(có điện trở 100 ôm độ C) 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 mà can nhiệt pt100 kí hiệu thường sử dụng để nói đến RTD với hệ số alpha=0.00391 R0=100Ω 2, Bộ khuếch đại thuật toán µA741 : Dùng để khuếch đại tín hiệu điện áp,dòng điện,công suất Trong ta sử dụng khuếch đại thuật toán để khuếch đại điện áp đưa từ cảm biến dùng so sánh để đưa khối cảnh báo cho mạch Hình ảnh thực tế khuếch đại thuật toán : a,Cấu tạo: Input - : Đầu vào đảo Input +: Đầu vào không đảo Vss: Nguồn cấp Output: Ngõ b,Hoạt động: Khi cấp nguồn vào mạch khuếch đại hệ số điện đầu vào đảo không đảo Điện áp tính theo công thức Vra=(V+ - V-)Gvh Với Gvh=độ lợi vòng hở 3, Điện trở : Là linh kiện thiếu mạch đo Hình dạng điện trở thiết bị điện tử Ký hiệu điện trở sơ đồ nguyên lý a,Cấu tạo Thường làm than hay chất đặc biệt có tính dẫn điện Được bao bọc bên lõi sứ ép thành khối b,Cách đọc điện trở : Cách đọc trị số điện trở tùy thược vào cách biểu thị vòng màu giá trị 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 4, Cơ cấu thị : Muốn biết nhiệt độ có tải hay không ta phải hiển thị thông qua cấu thị Vì mục đích cuối biết nhiệt độ cảnh báo Chúng ta có nhiều cấu thị thường dùng điện từ, từ điện, điện động… phạm vi đo dải điện áp từ đến 10V dải dòng điện từ đến 20mA ta nên dùng cấu thị từ điện từ trường cấu nam châm vĩnh cửu tạo mạnh,ít bị ảnh hưởng từ trường bên ngoài,công suất tiêu thụ nhỏ,từ 25µW - 200µW,phụ thuộc dòng điện Imax,độ xách cao cấu đo dòng điện, điện áp chiều với dải đo rộng 5, 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 6, Nguồn cấp cho mạch : Vì mạch sử dụng nguồn điện chiều với cấp điện áp 5V, 9V 12V tùy theo yêu cầu mạch thực tế nguồn điện chiều thường chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều Nguồn cấp gồm có : » Máy biến áp có chức hạ áp từ 220V xuống điện áp 5V, 9V, 12V » Bộ chỉnh lưu cầu gồm có điot, tụ điện, điện trở cuộn cảm có tác dụng chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng chiều 7,ADC0804 - Chip ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 Chip có điện áp nuôi +5V độ phân giải bit Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số dồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN không nhỏ 110µs -Chức chân + CS(Chip select), chân số chân chọn chip,đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt chip ADC0804 Để truy cập tới ADC chân phải đặt mức thấp + RD(read),chân số chân nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp Các chuyển đổi ADC se chuyển đầu vào tương tự số nhị phân giữ ghi Chân RD sử dụng phép đưa liệu chuyển đổi tới đầu ADC Khi CS=0 có xung cao xuống thấp, áp đến chân RD liệu dạng số bit đưa tới chân liệu(DB0-DB7) +WR(Write),chân chân vào tích cực mức thấp để báo cho ADC biết để bắt đầu trình biến đổi CS=0 VR tạo xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân bit Khi chuyển đổi xong chân INTR ADC hạ xuống thấp +CLK IN CLKR , chân chân 19 chân nối với đồng hồ sử dụng để tạo thời gian ADC cố tạo xung đồng hồ riêng.Để dùng đồng hồ riên chân chân 19 phải nối với tụ điện điện trở +Ngắt INTR,chân chân tích cực mức thấp,bình thường trạng thái cao chuyển đổi hoàn tất xuống mức thấp để báo dộng cho CPU biết liệu chuyển đổi sãn sàng để lấy +Chân VCC,chân 20 chân nguồn nối +5V,được dùng điện áp tham chiếu đầu vào VREF/2(chân 9) để hở +Chân VREF/2 điện áp đầu vào dùng cho điện áp tham chiếu Nếu chân hở điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dải 0-5V Tuy nhiên có nhiều đầu vào tương tự áp dến Vin khác với dái 0-5V Chân VREF/2 dùng để thực điện áp đầu khác 0-5V +Chân D0-D7 , chân 18-11 chân liệu số(D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) Các chân định trạng thái liệu chuyển đổi đợc truy cập chân CS =0 chân RD đưa xuống mức thấp Công thức tính điện áp đầu Dout=Vin/Kích thước bước +Chân GND(chân số 10 chân số 10) chân nối đất 8,Led Led thiết bị dùng để báo sáng mạch đo có nhiệt đọ vượt ngưỡng cho phép Chương III : Tính toán thiết kế mạch đo 1,Tính toán lựa chọn cảm biến RT1 E+ S+ 120.00 SERTD-PT100 Theo ta sử dụng cảm biến nhiệt độ pt100 Dải nhiệt t=0÷2200C mà dải nhiệt pt100 t=-200÷8500C Cứ 0.5mV tương ứng với 10C nên: Tại giá trị đầu pt100 0V Mà nhiệt độ tối đa pt100 8500C điện áp 0.425V nên theo ta có nhiệt độ 2200C điện áp 0.11V Do sai số cách chọn giá trị điện trở mà ta có giá trị điện áp khác giá trị điện áp nhỏ nên giá trị điện áp có sai số 2,Mạch đo mạch hiển thị a,Khối ADC 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 b,Khối giải mã cho 8bit đầu vào 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 A12 10 A1 A2 A3 A4 11 16 15 S1 S2 S3 S4 A1 A2 A3 A4 11 16 U3 B1 B2 B3 B4 13 U14 10 OR U12 U7 15 S1 S2 S3 S4 B1 B2 B3 B4 13 C0 C4 14 74LS83 AND_2 C0 14 C4 OR 74LS83 A9 A1 A2 A3 A4 11 16 15 S1 S2 S3 S4 B1 B2 B3 B4 13 C0 U11 10 OR U9 10 A1 A2 A3 A4 11 16 U13 U10 15 S1 S2 S3 S4 B1 B2 B3 B4 13 C0 14 C4 74LS83 AND_2 14 C4 OR 74LS83 A6 11 16 13 U8 10 OR U2 10 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 B1 B2 B3 B4 U18 11 16 U17 13 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 B1 B2 B3 B4 C0 C4 14 74LS83 AND_2 C0 C4 14 OR 74LS83 A3 10 U6 10 11 16 13 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 11 16 13 B1 B2 B3 B4 C0 U5 10 OR U4 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 B1 B2 B3 B4 U20 11 16 U19 13 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 a b c d B1 B2 B3 B4 C0 C4 14 74LS83 AND_2 C0 C4 14 OR 74LS83 C4 14 74LS83 c,Khối hiển thị s s t t t s c a b d s Khối hiển thị led 3,Mạch khuếch đại chuẩn hoá a,Mạch khuếch đại,chuẩn hoá điện áp -Để tín hiệu đầu chuẩn hóa ta dùng mạch khuếch đại vi sai cải tiến : -Mạch khuếch đại vi sai cải tiến nâng độ lớn tổng trở vào mạch,có khả điều chỉnh hệ số khuếch đại cách điều chỉnh biến trở Điều kiện: R14R15=R13R16 Ta có biểu thức cho điện áp là: Với =0.11V,=0,=10V Chọn R13 =R14 =R15 =R16=10k, R10=10k, R11=80k, R12=11,91k Thay giá trị vừa chọn vào mạch đo ta có mạch khuếch đại điện áp từ 0.11V lên 10V b,Mạch khuếch đại chuẩn hoá dòng điện(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 Sơ đồ nguyên lý chung biến đổi áp-dòng: Nếu chọn ta có Ira = Ui 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 Rl= 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 ta lại có U0=(R6/R4)Ui mà Ui=10V I=20mA =>U0=2.5V =>R6=(500/10)2.5=125 Ω Thay giá trị vào mạch chuyển đổi dòng áp ta thu giá trị dòng điện cần đo 4,Mạch nhấp nháy R7 RA2 HC555 0.23k R VCC 10k C2 Q DC CV D1 RA1 0.01uF LED-RED C1 TR GND 10k TH 555 354uF ta có thời gian sáng thời gian tối t=1+0,5*a mà a=3 =>tn=tx=t=1+0,5*3=2.5(s) T=tn+tx=5(s) Mà tn=0,69(R1+R2)C2 tx=0,69*R2*C2 R1 nhỏ nên ta chọn R1=0.23k,R2=10k =>C2=354µF 5, 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 Uđ mạch so sánh có tín hiệu có mức, mức điện áp cao mức điện áp thấp nghĩa Ui Uđ điện áp : Ura =0 V Khi điện áp mức cao Ui> Uđ điện áp khác U0 Uimax Uimin Uđ Dựa vào nguyên lý ta thiết kế mạch cảnh báo dùng so sánh, điện áp chưa đủ so với điện áp đặt điện áp so sánh gần nên chúng chưa báo, nhiệt độ vượt giới hạn có điện áp, nên điện áp vượt điện áp đặt, điện áp so sánh tăng lên, cung cấp tín hiệu điện áp Lúc chuông báo cấp nguồn hoạt động báo nhiệt độ Tính chọn điện áp đặt : Dựa vào điều kiện nhiệt độ t=tmax/2 cảnh báo ta có: Nhiệt độ giá trị cảnh báo : t =tmax/2=220/2=1100C Vậy điện áp đặt cho so sánh : Uđ= -5V Ur +Ucc Uv Uđ Nguyên lý hoạt động mạch so sánh thể hình Như Uv > Uđ điện áp khác không còi hoạt động cảnh báo Một vấn đề chọn nguồn cung cấp Ucc cho điện áp đủ để còi hoạt động thường ta hay chọn Ucc=2.5V theo ta chọn Ucc -7.30V để mạch hoạt động mạch cảnh báo ta phải đấu vào đèn còi báo động, với đèn ta cần đấu vào nguồn với còi báo động ta phải qua khâu khuếch đại công suất, ta sử dụng mạch khuếch đại không đảo so sánh nối thêm với diode để chỉnh lưu mạch giúp mạch chạy ổn định 6, 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: + 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 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 lọc 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 Cơ cấu đo dùng ổn áp LM 7805 dùng để ổn áp đầu 5V: 7,Cơ cấu thị Vì dòng điện dòng chiều điện áp chiều với giá trị bé nên ta dùng cấu thị từ điện Cấu tạo chung: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động - Phần tĩnh: gồm nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ cực từ lõi sắt hình thành mạch từ kín Giữa cực từ lõi sắt có khe hở không khí gọi khe hở làm việc, đặt khung quay chuyển động - Phần động: gồm khung dây quay quấn dây đồng Khung dây gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lò xo cản mắc ngược nhau, kim thị thang đo Hình 5.3 Cơ cấu thị từ điện + Nguyên lý làm việc chung: có dòng điện chạy qua khung dây (phần động), tác động từ trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu góc α Mômen quay tính theo biểu thức: Mq = dW = B.S.W I e dω với B: độ từ cảm nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số vòng dây khung dây Tại vị trí cân bằng, mômen quay mômen cản: M q = M c ⇔B.S.W I = D.〈 B.S.W I = S ⇔〈 = ID (5.1) Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dòng điện I chạy qua khung dây +Các đặc tính chung: từ biểu thức (5.1) suy cấu thị từ điện có đặc tính sau: - đo dòng điện chiều -đặc tính thang đo - độ nhạy số Sơ đồ mạch chạy mô phần mềm Proteus: Thuyết minh sơ đồ : mạch đo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở mô protues với nhiệt điện trở pt100 Nguyên lý hoạt động nhiệt độ tăng giá trị điện áp tăng nhiệt độ tăng lên hiển thị led Phía sau khối đo khối khuếch đại đảo, 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 so sánh điện áp dùng để lật trạng thái cảnh báo, điện áp vượt ngưỡng 10V khối so sánh phát tín hiệu cảnh báo nhiệt độ chuông cảnh báo kêu Kết luận:quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch đo mạch hiển thị nhiều bất cập, để cấu đo xác ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý vi điều khiển để hiển thị trực quan số dễ đọc trình điều khiển cảnh báo dễ dàng Kết luận phương hướng phát triển Qua đề tài thấy mạch đo ứng dụng rộng rãi trog thực tế đo nhiệt độ phòng, đo nhiệt độ để cảnh báo cháy,….mạch đo nhiệt độ thành phành số mạch chức khác hệ thống đo điiều chỉnh nhiệt độ lò cao,bộ phân ngắt nhiệt,cung cấp nhiệt từ lò sưởi,… Trong trình làm đề tài em biết thêm nhiều kiến thức thực tế ứng dụng kiến thức học.Qua em luyện tập khả tư duy, cách nghiên cứu giải vấn đề • Những việc làm được: - Nghiên cứu phương pháp đo nhiệt độ - Thiết kế nguồn cấp - Chọn linh kiện cho hệ thống • Những việc chưa làm được: - Chưa chỉnh sai số mạch khuếch đại - Mạch chưa tối ưu Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn giúp đỡ em trình học tập làm ! [...]... trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch đo và mạch hiển thị còn nhiều bất cập, 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 thị trực quan bằng số dễ đọc và quá trình điều khiển cảnh báo có thể dễ dàng hơn Kết luận và phương hướng phát triển Qua đề tài có thể thấy mạch đo được ứng dụng rộng rãi trog thực tế như đo nhiệt độ phòng, đo nhiệt độ để cảnh. .. đất 8,Led Led là thiết bị dùng để báo sáng khi mạch đo có nhiệt đọ vượt quá ngưỡng cho phép Chương III : Tính toán và thiết kế mạch đo 1 ,Tính toán lựa chọn cảm biến RT1 E+ S+ 120.00 SERTD-PT100 Theo bài ta sử dụng cảm biến nhiệt độ là pt100 Dải nhiệt t=0÷2200C mà dải nhiệt của pt100 là t=-200÷8500C Cứ 0.5mV thì tương ứng với 10C nên: Tại 0 thì giá trị đầu ra của pt100 là 0V Mà nhiệt độ tối đa của pt100... sau: - chỉ đo được dòng điện 1 chiều -đặc tính thang đo đều - độ nhạy là 1 hằng số Sơ đồ mạch chạy mô phỏng trên phần mềm Proteus: Thuyết minh sơ đồ : mạch đo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở được mô phỏng trên protues với nhiệt điện trở pt100 Nguyên lý hoạt động là khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện áp cũng tăng và nhiệt độ tăng lên bao nhiêu thì sẽ được hiển thị ra bộ led 7 thanh Phía sau khối đo là khối... hiệu điện áp Lúc này chuông báo sẽ được cấp nguồn và hoạt động báo quá nhiệt độ Tính chọn điện áp đặt : Dựa vào điều kiện là khi nhiệt độ t=tmax/2 thì sẽ cảnh báo vậy ta có: Nhiệt độ của giá trị cảnh báo : t =tmax/2=220/2=1100C Vậy điện áp đặt cho bộ so sánh là : Uđ= -5V Ur +Ucc 0 Uv Uđ Nguyên lý hoạt động của mạch so sánh được thể hiện ở hình trên Như vậy khi Uv > Uđ thì điện áp ra khác không và còi... =>C2=354µF 5, 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 độ sang điện áp Như vậy ta cần dùng mạch so sánh để so sánh với tín hiệu mà ta đặt để đưa ra tín hiệu cảnh báo Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh 1 điện áp vào với một điện áp chuẩn Uđ trong mạch so sánh chỉ có tín hiệu ra chỉ có 2 mức, mức điện áp cao và mức điện áp thấp nghĩa... 8500C thì điện áp ra là 0.425V nên theo bài thì ta có nhiệt độ tại 2200C thì điện áp ra là 0.11V Do sai số và cách chọn giá trị điện trở mà ta có giá trị điện áp ra sẽ khác nhau và giá trị điện áp ra rất nhỏ nên giá trị điện áp ra sẽ có sự sai số 2 ,Mạch đo mạch hiển thị a,Khối ADC Các chân 1,2,8,10,7 được nối đất Chân 3 được nối với chân số 3 của mạch tạo dao động HE555 Chân 19 nối với điện trở R3= 10kΩ... hoạt động cảnh báo Một vấn đề nữa là chọn nguồn cung cấp Ucc sao cho điện áp ra đủ để còi hoạt động thường thì ta hay chọn Ucc=2.5V nhưng theo bài thì ta sẽ chọn Ucc là -7.30V để mạch có thể hoạt động được mạch cảnh báo là ta phải đấu vào đèn hoặc còi báo động, với đèn thì ta chỉ cần đấu vào nguồn còn với còi báo động thì ta phải qua khâu khuếch đại công suất, như trong bài thì ta sẽ sử dụng luôn mạch. .. hiệu điện áp lên, tín hiệu điện áp được khuếch đại lên từ 0-10V Phía sau khối khuếch đại là khối chuyển 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 so sánh điện áp dùng để lật trạng thái và cảnh báo, khi điện áp ra vượt quá ngưỡng 10V thì khối so sánh sẽ phát tín hiệu cảnh báo quá nhiệt độ và chuông cảnh báo sẽ kêu Kết... thấp nghĩa là khi Ui Uđ thì điện áp ra : Ura =0 V Khi điện áp ra ở mức cao Ui> Uđ thì điện áp ra khác 0 U0 Uimax Uimin Uđ Dựa vào nguyên lý đó ta thiết kế mạch cảnh báo dùng bộ so sánh, khi điện áp vẫn chưa đủ so với điện áp đặt thì điện áp ra của bộ so sánh gần bằng 0 nên chúng chưa báo, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn thì có sự quá điện áp, nên điện áp vượt quá điện áp đặt, điện áp ra của bộ so sánh... đi tính chọn điện trở cho mạch chuyển đổi tín hiệu : Khi tín hiệu vào U=0 thì dòng điện bằng không Khi tín hiệu vào bằng 20mA thì ta có : Ui= 20 mA Thay Ui= 10 vào ta tính được Rl= 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