ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐO,CẢNH BÁO VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO,CẢNH BÁO VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ SINH VIÊN: HẠC THÔNG THỊNH CAO VĂN TÚ PHẠM MINH TUẤN GVHD:TỐNG THỊ LÝ Hà Nội, 11/2016 MỤC LỤC PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MÔN: VMTT&VMS…………… ……… PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MÔN: VMTT&VMS Họ tên sv: Cao Văn Tú Hạc Thông Thịnh Phạm Minh Tuấn Lớp : Điện - Khoá :9 - Khoa : Điện Msv:0941040143 Msv:0941040125 Msv:0941040178 NỘI DUNG Đề tài: N=52 Ứng dụng VMTT&VMS thiết kế mạch đo, cảnh báo nhiệt độ hiển thị nhiệt độ Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =00C ÷ tmax = ÷ (50 +10* N)0C.=570oC Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: I=0÷20mA - Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt giá trị: t0C= 40+10*N=560oC - Hiển thị LED Trong đó: N số thứ tự sinh viên danh sách - PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung: 1: Tổng quan trình đo nhiệt độ - Tìm hiểu Phuong pháp đo nhiệt độ - Khảo sát đặc tính nhiệt độ cần đo (liên hệ thực tiễn theo nhóm) - Tính chọn cảm biến (cấu tạo, nguyên lý, sơ đồ chân, dải đo, cấp xác ) 2: Thiết kế mạch - Xác định sơ đồ khối hệ thống - Tính chọn khối 3: Mô Proteus 4:Phân tích kết CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ I.Các phương pháp đo phương pháp đo tiếp xúc a.Nhiệt điện trở kim loại: – Cấu tạo: Gồm chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính đầu – Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho 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->14000C Cấu tạo nhiệt điện trở RTD – Cấu tạo RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng đầu đo Khi nhiệt độ thay đổi điện trở hai đầu dây kim loại thay đổi, tùy chất liệu kim loại có độ tuyến tính khoảng nhiệt độ định.Phổ biến RTD loại cảm biến Pt, làm từ Platinum Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo dài Thường có loại: 100, 200, 500, 1000 ohm D.C Điện trở cao độ nhạy nhiệt cao – RTD thường có loại dây, dây dây b.THERMISTOR – Cấu tạo: Làm từ hổn hợp oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,… – Nguyên lý: Thay đổi điện trở nhiệt độ thay đổi – Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo – Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp – Thường dùng: Làm chức bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử – Tầm đo: 50-1500C Cấu tạo Thermistor – Thermistor cấu tạo từ hổn hợp bột oxid Các bột hòa trộn theo tỉ lệ khối lượng định sau nén chặt nung nhiệt độ cao Và mức độ dẫn điện hổn hợp thay đổi 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 loại NTC – Thermistor tuyển tính khoảng nhiệt độ định 50-150 0C người ta dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt Chỉ sử dụng mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt, bác nhà ta thường gọi Tẹt-mít Cái Block lạnh có vài gắn chặt vào cuộn dây động c Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples) Phương pháp đo nhiệt độ cảm biến nhiệt ngẫu dựa sở hiệu ứng nhiệt điện Người ta nhận thấy hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có chất hoá học khác nối với mối hàn thành mạch kín nhiệt độ hai mối hàn t t khác mạch xuất dòng điện Sức điện động xuất hiệu ứng nhiệt điện gọi sức điện động nhiệt điện Nếu đầu cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, đầu thứ hai để hở hai cực xuất hiệu điện Phương pháp đo nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu phương pháp phổ biến thuận lợi Hình b:Cấu tạo điển hình cặp nhiệt công nghiệp Ở môi trường nhiệt độ cao từ 16000 C trở lên, cặp nhiệt ngẫu không chịu lâu dài, để đo nhiệt độ môi trường người ta dựa tượng trình độ đốt nóng cặp nhiệt d IC cảm biến nhiệt độ (điốt tranzitor) -Cấu tạo: Làm từ loại chất bán dẫn – Nguyên lý: Sự phân cực chất bán dẫn bị ảnh hưởng 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, bền – Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng thiết bị đo, bảo vệ mạch điện tử – Tầm đo: -50 C6=220uF ,C7=1n F, R11=R12=2kΩ tn=0,6072 s tx=0.3036s T=tn +tx =0.6072+0.3036=0.9108sf=1/T=1.098Hz Khi nhiệt độ vượt qua mức định sẵn: t=5610C  điện áp mạch so sánh mức cao xung áp có sẵn (thông qua phần phi tiếp điểm AND_2) làm đèn nhấp nháy còi kêu 4.Khối hiển thị LED đoạn Sử dụng LED với nguồn cấp U=+5V điều khiển khối biến đổi ADC giải mã TC7107 5.Khối biến đổi ADC giải mã TC7107A Sơ đồ nguyên lý TC7107A Sơ đồ nối TC7107A proteus:: ICL7107 hãng Intersil chuyển đổi ADC ½ digit công suất thấp, hiển thị tốt Bao gồm IC giải mã LED đoạn, điều khiển hiển thị, tạo chuẩn tạo xung đồng hồ Các đặc tính bao gồm: tự chỉnh “0” nhỏ 10 uV, điểm “0” trượt không 1uV/oC, độ dốc dòng ngõ vào tối đa 10pA IC có đặc điểm quan trọng sau: - Độ xác cao - Không bị ảnh hưởng nhiễu - Không cần mạch lấy mẫu mạch giữ - Tích hợp đồng hồ - Không cần thành phần ngoại vi có độ xác cao Kết hiển thị led đoạn DISPLAY COUNT = 1000.(VIN - VREF ) (Theo www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/75081/MICROCHIP/TC7107.html) Ta có DISPLAY COUNT = 1000.(VIN+ - VREF+) Nối VREF+ với nguồn 2.7926V Vì theo Datasheet đầu vào VIN+ phải đưa từ2.7926V đến 3,2438V Led hiển thị nhiệt độ từ 0-5700C Ta sử dụng mạch cộng không đảo để điều điện áp đưa vào V IN(mạch điều áp): Khối điều áp Uo==+= =Uo1+Uo2=0.4745+2.7926=3.2438v Uo1=0.4745, Uo2 ==2.7926 -Xét II=0-20mV tác động Uo1=0-0.4523V chọn R3=R4=1kΩ, R5=1,5KΩ, Uo1==> R6==19.56kΩ - Xét UCtác động Uo2=2,792V: Uo2==2.792Uc=1.5V Thực tế chọn R6=19,461kΩ 7.Tính toán thiết kế mạch nguồn Trong thiết kế có sử dụng nguồn , nguồn cấp sử dụng từ mạng lưới điện xoay chiều 220V/50Hz ta có mạch nguồn sau: CHƯƠNG 3:MẠCH MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ I.PHÂN TÍCH HỆ THỐNG -Sử dụng nhiệt ngẫu loại J: khoảng nhiệt độ từ 0570 0C Có điện áp đầu nhiệt ngẫu từ 00.031V -Sử dụng mạch khuếch đại đầu để khuếch đại điện áp lên 00.8V -Sau đưa vào mạch biến đổi áp-dòng không đảo giúp chuẩn hóa đầu từ 020mA -Từ đầu mạch chuẩn hóa +) đưa vào cộng không đảo giúp điều chỉnh điện áp để đưa vào TC7107A giúp giải mã hiển thị LED +)đưa vào khối so sánh giúp so sánh điện áp đầu vào với điện áp chuẩn định sẵn ,đầu khối so sánh nối với transistor khuếch đại đưa vào đèn còi khối cảnh báo -Khi t=05590C điện áp vào nhỏ điện áp chuẩn (U CH) khối so sánh điện áp mức thấp khối cảnh báo không hoạt động -Khi t>=5600C điện áp vào lớn điện áp chuẩn (UCH) khối so sánh Điện áp đầu mức cao  khối cảnh báo hoạt động làm còi kêu đèn nhấp nháy II.NHẬN XÉT KẾT QUẢ Quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch đơn giản nhiều bất cập tính toán lý thuyết + Nhiệt độ đo cao phải dùng loại cảm biến dạng cặp nhiệt điện, nhiên cảm biến loại đầu không tuyến tính, hệ số SeeBeck thay đổi theo khoảng nhiệt độ hình đây: +Trong phạm vi môn học ta tạm coi đầu cảm biến tuyến tính hết khoảng đo (điều dẫn tới sai số) tính taons thông số đầu, cuối Đồ thị thay đổi hệ số Seebeck theo nhiệt độ Mạch đơn giản, để cấu đo xác ta cần hiệu chỉnh them, 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 đo nhiệt độ cao lò nung, luyện kim… • Sai số nguyên nhân sai số - Sai số phép đo mạch đo từ đến 10C - Nguyên nhân: Do lựa chon tính toán điện trở số lẻ mức tăng điện áp khâu tăng 10C không Do linh kiện lý tưởng 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 trình làm chúng em nhiều bất cập thiếu sót mong thầy cô giáo thông cảm,chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn giúp đỡ chúng em trình làm tập lớn !!! ... 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... 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 đo nhiệt độ cao lò nung, luyện kim… • Sai số nguyên nhân sai số - Sai số phép đo mạch. .. Thông Thịnh Phạm Minh Tuấn Lớp : Điện - Khoá :9 - Khoa : Điện Msv:0941040143 Msv:0941040125 Msv:0941040178 NỘI DUNG Đề tài: N=52 Ứng dụng VMTT&VMS thiết kế mạch đo, cảnh báo nhiệt độ hiển thị nhiệt