BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ ĐẠI HỌ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

saBỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚNĐỀ TÀI: Ứng dụng VMTTVMS thiết kế mạch đo và cảnh báo, hiển thị nhiệt độBỘ MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TỐNG THỊ LÝSINH VIÊN THỰC HIỆN: La Thị ThuNguyễn Đức TuấnNguyễn Minh QuânPHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚNĐề tài: Ứng dụng VMTTVMS thiết kế mạch đo và cảnh báo, hiển thị nhiệt độYêu cầu: Dải đo từ toC = 0oC tmax = 0 – (50 + 10N) oCChuẩn hóa đầu ra: 4 – 20 mACảnh báo: Đưa tín hiệu cảnh báo bằng đèn nhấp nháy, còi khi nhiệt độ vượt quá giá trị cảnh báo: 40 + 10NHiển thị nhiệt độ ra Led 7 thanhN là số thứ tự sinh viên trong danh sáchPHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘI Các phương pháp đo1. Phương pháp đo tiếp xúca. Nhiệt điện trở kim loại: 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,…Tầm đo:100 0C Cấu tạo của nhiệt điện trở RTDCấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. 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. 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 tại 0oC. Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng caoRTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dâyb. Thermistor– Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…– Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. – Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo. – Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp. – Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử. – Tầm đo: 501500C Cấu tạo Thermistor. – Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột oxid. Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao. Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. – 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. – Thermistor chỉ tuyển tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50150 0C do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹtmít. Cái Block lạnh nào cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ. c. Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples)Phương pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng nhiệt điện. Người ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bản chất hoá học khác nhau được nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín và nhiệt độ hai mối hàn là t và t0 khác nhau thì trong mạch xuất hiện một dòng điện. Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện động nhiệt điện. Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu thứ hai để hở thì giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế. Phương pháp đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu là một trong những phương pháp phổ biến và thuận lợi nhất. Hình b: Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt công nghiệpỞ môi trường nhiệt độ cao từ 16000 C trở lên, các cặp nhiệt ngẫu không chịu được lâu dài, vì vậy để đo nhiệt độ ở các môi trường đó người ta dựa trên hiện tượng quá trình quá độ đốt nóng của cặp nhiệtd. IC cảm biến nhiệt độ (điốt và tranzitor)Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn. Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản. Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền. Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện tử. Tầm đo: 50 R2 = 30.37KUo2= =>UI = 1.483V (trong thực tế mô phỏng chọn R2 = 30.9K và UI = 1.484V)6. Khối hiển thịSử dụng 5 LED 7 thanh đơn để hiển thị nhiệt độ PHẦN 3: XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUSMạch nguyên lý Mạch Layout Mạch mô phỏng 3D PHẦN 4: PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢI.PHÂN TÍCH HỆ THỐNGSử dụng nhiệt ngẫu loại J: trong khoảng nhiệt độ từ0360 0CCó điện áp tại đầu ra của nhiệt ngẫutừ 00.02VSử dụng mạch khuếch đại đầu ra để khuếch đại điện áp lên 02.0VSau đó được đưa vào mạch khuếch đại không đảo giúp chuẩn hóađầu ra từ 010VTừ đầu ra của mạch chuẩn hóa Đưa vào bộ cộngkhông đảo giúp điều chỉnh điện áp để đưa vào TC7107Agiúp giải mã và hiển thị ra LED 7 thanh Đưa vào khối so sánh giúp so sánh điện áp đầu vào với điện áp chuẩn định sẵn ,đầu ra của khối so sánhcùng với mạch tạo xung được tổng hợp thông qua phần tử AND rồi đưa vào đèn và còi trong khối cảnh báo.Khi t=0 4990C điện áp vào nhỏ hơn điện áp chuẩn (UCH) trong khối so sánhđiện áp ra ở mức thấpkhối cảnh báo không hoạt độngKhi t>= 5000C điện áp vào lớn hơnđiện áp chuẩn (UCH) trong khối so sánhĐiện áp đầu ra ở mức cao khối cảnh báo hoạt động làm còi kêu và đèn nhấp nháy II. NHẬN XÉT KẾT QUẢQuá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch khá đơn giản và còn nhiều bất cập mọi tính toán chỉ là trên lý thuyết.Nhiệt độ đo khá cao phải dùng các loại cảm biến dạng cặp nhiệt điện, tuy nhiên các cảm biến loại này đầu ra không tuyến tính, hệ số SeeBeck thay đổi theo từng khoảng nhiệt độ như hình dưới đây: Trong phạm vi môn học ta tạm coi như đầu ra cảm biến tuyến tính hết trong khoảng đo (điều này dẫn tới sai số) và chỉ tính toán trên các thông số đầu, cuối. Mạch còn khá đơn giản, để cơ cấu đo chính xác ta cần hiệu chỉnh them, 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 đo nhiệt độ cao như trong lò nung, trong luyện kim…

saBỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN

Đề tài: Ứng dụng VMTT&VMS thiết kế mạch đo và cảnh báo, hiển thị nhiệt độ ra LED 7 thanh.

Yêu cầu:

- Dải đo từ toC = 0oC - tmax = 0 – (50 + 10*N) oC

- Chuẩn hóa đầu ra: 4 – 20 mA

- Cảnh báo: Đưa tín hiệu cảnh báo bằng đèn nhấp nháy, còi khi nhiệt độvượt quá giá trị cảnh báo: 40 + 10*N

- Hiển thị nhiệt độ ra Led 7 thanh

N là số thứ tự sinh viên trong danh sách.

MỤC LỤC

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ 5

I - Các phương pháp đo 5

1 Phương pháp đo tiếp xúc 5

2 Phương pháp không tiếpxúc. 9

II - KHẢO SÁT TÍNH NHIỆT ĐỘ CẦN ĐO 10

III - TÍNH CHỌN CẢM BIẾN 11

1 Tổng quan về nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples) 11

2 Cấu tạo 12

3 Nguyên lý 12

PHẦN 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG VMTT&VMS 14

I - HÌNH THÀNH SƠ ĐỒ KHỐI 14

1 Sơ đồ khối 14

2 Yêu cầu cho từng khối 14

II - TÍNH CHỌN CÁC KHỐI 15

1 Khối cảm biến 15

2 Khối khuếch đại và chuẩn hóa đầu ra 15

3 Khối so sánh 17

4 Khối cảnh báo 18

5 Khối giải mã 19

6 Khối hiển thị 21

PHẦN 3: XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS 22

PHẦN 4: PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ 25

I PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 25

II NHẬN XÉT KẾT QUẢ 25

PH N 1: T NG QUAN V QUÁ TRÌNH ĐO NHI T Đ ẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ ỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ Ề QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ ỆT ĐỘ Ộ

I - Các ph ương pháp đo ng pháp đo

1 Ph ương pháp đo tiếp xúc ng pháp đo ti p xúc ếp xúc

a Nhiệt điện trở kim loại:

– 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,

…

– Tầm đo:-100 0C

Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD

- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo Khi nhiệt độ thay đổi điện trởgiữa 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 Phổ biến nhất củaRTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum Platinum có điện trởsuất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài Thường cócác loại: 100, 200, 500, 1000 Ohm tại 0oC Điện trở càng cao thì độ nhạynhiệt càng cao

b Thermistor

– Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…– Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi

– Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo

– Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp

– Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạchđiện tử

– Tầm đo: 50-1500C

Cấu tạo Thermistor

– Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột oxid Các bột này được hòatrộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt

độ cao Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thayđổi

– Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC - Điện trở tăng theo nhiệtđộ; Hệ số nhiệt âm NTC – Điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng nhất là

c Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples)

Phương pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứngnhiệt điện Người ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bảnchất hoá học khác nhau được nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín vànhiệt độ hai mối hàn là t và t0 khác nhau thì trong mạch xuất hiện một dòngđiện Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện động nhiệtđiện Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu thứ hai để hởthì giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế Phương pháp đo nhiệt độ bằng cặpnhiệt ngẫu là một trong những phương pháp phổ biến và thuận lợi nhất

Hình b: Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt công nghiệp

Ở môi trường nhiệt độ cao từ 16000 C trở lên, các cặp nhiệt ngẫu không chịuđược lâu dài, vì vậy để đo nhiệt độ ở các môi trường đó người ta dựa trên hiệntượng quá trình quá độ đốt nóng của cặp nhiệt

d IC cảm biến nhiệt độ (điốt và tranzitor)

- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn

- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ

- Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lýđơn giản

- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền

- Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệcác mạch điện tử

- Tầm đo: -50 <150 0C

- Các IC: LM35,LM335,LM45

- Cấu tạo bán dẫn

chất bán dẫn Có các loại như Diode, Transistor, IC Nguyên lý của chúng

là dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môitrường Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho

ra đời rất nhiều loại cảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm:

Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lýđơn giản, rẽ tiền,…

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

2 Phương pháp đo tiếp xúcng pháp không ti pxú ếp xúc c.

Phương pháp hỏa quang kế

– Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học

– Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt – Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc vớimôi trường đo

– Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền

– Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung

– Tầm đo: -54 <1000 0F

Cấu tạo hỏa kế– Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độcủa những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúcđược (lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến)

– Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc.Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiệntượng bức xạ năng lượng Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóngnhất định Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt

độ của vật cần đo

II - KH O SÁT TÍNH NHI T Đ C N ĐO ẢO SÁT TÍNH NHIỆT ĐỘ CẦN ĐO ỆT ĐỘ CẦN ĐO Ộ CẦN ĐO ẦN ĐO

Các yêu cầu của hệ thống

– Đo và hiển thị nhiệt độ trong khoảng: toC = 0oC - tmax = 0 – (50+10*N) oCSTT trong danh sách lớp: 11

 Dải đo từ 0 – 160 oC

– Chuẩn hóa đầu ra: 0– 20mA

– Cảnh báo: Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng đèn nhấp nháy, còi khi nhiệt độvượt quá giá trị cảnh báo: 150oC

– Hiển thị nhiệt độ đo được ra Led 7 thanh

III - TÍNH CH N C M BI N ỌN CẢM BIẾN ẢO SÁT TÍNH NHIỆT ĐỘ CẦN ĐO ẾN

Từ những yêu cầu đề tài và các phương pháp đo nêu trên em xin chọn phươngpháp đo tiếp xúc sử dụng nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples)

1 T ng quan v nhi t k c p nhi t ng u (Thermocouples) ổng quan về nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples) ề nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples) ệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples) ếp xúc ặp nhiệt ngẫu (Thermocouples) ệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples) ẫu (Thermocouples)

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,…

Tầm đo: -1001400 oC

Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng (hayđầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh (hay là đầu chuẩn) Khi có sự chênhlệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động Vtại đầu lạnh Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầulạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu Do vậy mới cho ra các chủngloại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.Các bạn lưu ý điều này để chọn đầu dò và bộ điều khiển cho thích hợp Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫnđến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừcho nó (offset trên bộ điều khiển)

2 C u t o ấu tạo ạo

Đầu làm việc của các điện cực (3) được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hànkhí hoặc hàn bằng tia điện tử Đầu tự do nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờcác vít nối (6) dây đặt trong đầu nối dây (8) Để cách ly các điện cực người tadùng các ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ về hoá học và đủ độ bền cơ

và nhiệt ở nhiệt độ làm việc Để bảo vệ các điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ(1) làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt Hệ thống vỏ bảo vệ phải cónhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo vỏ phải có độdẫn nhiệt không quá nhỏ nhưng cũng không được quá lớn Trường hợp vỏ bằngthép mối hàn ở đầu làm việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp

1) Vỏ bảo vệ2) Mối hàn3) Dây điện cực4) Sứ cách điện

5) Bộ phận lắp đặt6) Vít nối dây7) Dây nối8) Đầu nối

3 Nguyên lý

Nguyên lý làm việc dựa trên hiệu ứng Thomson và hiệu ứng Peltier:

Hiệu ứng Thomson:

Một vật dẫn đồng chất A Nếu ở hai điểm M,N có nhiệt độ khác nhau sẽ

sinh ra một suất điện động Suất điện động này phụ thuộc vào bản chất vật dẫn

và nhiệt độ tại hai điểm

Hiệu ứng Peltier:

Hai vật dẫn A,B tiếp xúc với nhau và có cùng một nhiệt độ sẽ tạo nên một hiệuđiện thế tiếp xúc Hiệu điện thế phụ thuộc vào bản chất vật dẫn và nhệt độ

PH N 2: THI T K M CH ĐO VÀ C NH BÁO NHI T Đ S ẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ ẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ ẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ ẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ ẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ ỆT ĐỘ Ộ Ử

D NG VMTT&VMS ỤNG VMTT&VMS

I - HÌNH THÀNH S Đ KH I Ơ ĐỒ KHỐI Ồ KHỐI ỐI

1 S đ kh i ơng pháp đo tiếp xúc ồ khối ối

2 Yêu c u cho t ng kh i ầu cho từng khối ừng khối ối

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt động

- Cảm biến: Nhận tín hiệu cần đo, dùng làm đệm tín hiệu và lọc nhiễu tín hiệutrước khi chuyển sang các khối khác

- Khuếch đại, chuẩn hóa: Chuẩn hóa tín hiệu theo yêu cầu

- So sánh: làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu vừa đưa về với tín hiệu đã cài đặt.Tuỳ theo tín hiệu ngõ ra, sẽ ra quyết định để cơ cấu chấp hành gia tăng,giảm, hay giữ nguyên nhiệt độ thậm chí có thể kết hợp để báo động hiển thị

- ADC: dùng cho chức năng chuyển đổi tín hiệu tương tự đo được của cảmbiến thành những tín hiệu dạng số để đưa tín hiệu đi so sánh và chỉ thị

- Hiển thị: cho phép người quản lý thấy được tại thời điểm bất kì của hệ thống

KHUẾCH ĐẠI CHUẨN HÓA KHỐI GIẢI

+ Ở 160oC điện áp ra là 8.56 mV

2 Kh i khu ch đ i và chu n hóa đ u ra ối ếp xúc ạo ẩn hóa đầu ra ầu cho từng khối

a) Khối khuếch đại đầu ra

Hình 2.2: Mạch khuếch đại vi sai cải tiếnĐiện áp đầu vào là 8.56 mV, điện áp đầu ra bộ khuếch đại là 8.98 V

b) Mạch chuẩn hóa dòng điện I = 0– 20 mA

Hình 2 3: Khâu chuẩn hóa U-IKhâu sử dụng mạch biến đổi U-I sử dụng 2 khuếch đại thuật toán

4 Kh i c nh báo ối ảm biến

Hình 2.5: Khối cảnh báo

Sử dụng cảnh báo bằng còi và đèn nhấp nháy

Ở đây sử dụng IC555 để tạo dao động và 74HC08 để tạo tín hiệu cảnh báo

5 Kh i gi i mã ối ảm biến

Hình 2.6: Khối giải mã sử dụng IC TC7107

Sơ đồ nối chân như hình trên

ICL7107 của hãng Intersil là một bộ chuyển đổi ADC 3 ½ digit công suất thấp,hiển thị tốt

Bao gồm trong IC này là bộ giải mã LED 7 đoạn, bộ điều khiển hiển thị, bộ tạochuẩn và bộ tạo xung đồng hồ Các đặc tính của nó bao gồm: tự chỉnh “0” nhỏ hơn

10 uV, điểm “0” trượt không quá 1uV/oC, độ dốc dòng ngõ vào tối đa là 10pA

IC này có các đặc điểm rất quan trọng sau:

- Độ chính xác rất cao

- Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu

- Không cần mạch lấy mẫu và mạch giữ

DISPLAY COUNT = 1000.VIN/VREF

Ta có DISPLAY COUNT = 1000.VIN+/VREF+

Nối VREF+ với nguồn 3V

Vì vậy theo Datasheet

Đầu vào VIN+ phải đưa về từ 3,000V đến 3,160V thì Led sẽ hiển thị nhiệt độ từ

0-160 0C

Ta sử dụng mạch cộng không đảo để điều chỉn điện áp đưa vào VIN:

PH N 3: XÂY D NG PH N M M MÔ PH NG TRÊN PROTEUS ẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ ỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS ẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ Ề QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ ỎNG TRÊN PROTEUS

II Mạch Layout

III Mạch mô phỏng 3D

PH N 4: PHÂN TÍCH VÀ NH N XÉT K T QU ẦN ĐO ẬN XÉT KẾT QUẢ ẾN ẢO SÁT TÍNH NHIỆT ĐỘ CẦN ĐO I.PHÂN TÍCH H TH NG ỆT ĐỘ CẦN ĐO ỐI

- Sử dụng nhiệt ngẫu loại J: trong khoảng nhiệt độ từ0360 0C

Có điện áp tại đầu ra của nhiệt ngẫutừ 00.02V

– Sử dụng mạch khuếch đại đầu ra để khuếch đại điện áp lên 02.0V

-Sau đó được đưa vào mạch khuếch đại không đảo giúp chuẩn hóađầu ra từ010V

– Từ đầu ra của mạch chuẩn hóa

+ Đưa vào bộ cộngkhông đảo giúp điều chỉnh điện áp để đưa vàoTC7107Agiúp giải mã và hiển thị ra LED 7 thanh

+ Đưa vào khối so sánh giúp so sánh điện áp đầu vào với điện áp chuẩnđịnh sẵn ,đầu ra của khối so sánhcùng với mạch tạo xung được tổng hợpthông qua phần tử AND rồi đưa vào đèn và còi trong khối cảnh báo.– Khi t=0 4990C điện áp vào nhỏ hơn điện áp chuẩn (UCH) trong khối sosánhđiện áp ra ở mức thấpkhối cảnh báo không hoạt động

– Khi t>= 5000C điện áp vào lớn hơnđiện áp chuẩn (UCH) trong khối sosánhĐiện áp đầu ra ở mức cao  khối cảnh báo hoạt động làm còi kêu vàđèn nhấp nháy

II NH N XÉT K T QU ẬN XÉT KẾT QUẢ ẾN ẢO SÁT TÍNH NHIỆT ĐỘ CẦN ĐO

Quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch khá đơn giản và còn nhiềubất cập mọi tính toán chỉ là trên lý thuyết

+ Nhiệt độ đo khá cao phải dùng các loại cảm biến dạng cặp nhiệt điện, tuynhiên các cảm biến loại này đầu ra không tuyến tính, hệ số SeeBeck thay đổitheo từng khoảng nhiệt độ như hình dưới đây:

+ Trong phạm vi môn học ta tạm coi như đầu ra cảm biến tuyến tính hết trongkhoảng đo (điều này dẫn tới sai số) và chỉ tính toán trên các thông số đầu,cuối

Ứng dụng cùng với vi mạch số và vi mạch điều khiển ta có thể dùng cảm biếnnhiệt độ ứng dụng vào các mạch như mạch đo nhiệt độ cao như trong lò nung,trong luyện kim…