Đang tải... (xem toàn văn)
I. TÌM HIỂU VỀCÁC LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Trước tiên, cảm biến là gì: Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,…các đại lượng vật lý không điện thành các tín hiệu điện. Ví dụ: Nhiệt độ là 1 đại lượng không liên quan đến điện chúng ta phải chuyển nó về 1 đại lượng khác ( điện trở, điện áp ) để phù hợp với các cơ cấu điện tử. Các cảm biến thường dùng trong HVAC: Cảm biến nhiệt, áp suất, độ ẩm, mức nước, lưu lượng gió, lưu lượng khí, đo nồng độ hóa chất trong nước, CO2, khói,.... Hiện nay cảm biến nhiệt độ được chia ra làm các loại sau: Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ). Nhiệt điện trở ( RTDresitance temperature detector ). Thermistor. Bán dẫn ( Diode, IC ,….). Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế Pyrometer ). Dùng hồng ngoại hay lazer. Phần I: CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ. Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó. Như thế một yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm nhận của cảm biến”. Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà các bạn trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1 trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt ). – Một nguyên tắc đặt ra là: Tăng cường trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường cần đo.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA CƠ ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP MỎ VÀ DẦU KHÍ -*** - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN THẠC SĨ : ĐÀO HIẾU SINH VIÊN THỰC TẬP HOÀNG VIẾT ĐẠI MSSV:1221011184 LỚP : K57 TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội : 05/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA CƠ ĐIỆN Họ tên sinh viên : HOÀNG VIẾT ĐẠI Nghành : Tự động hóa Khóa K57 Hệ đào tạo : Chính quy MSSV : 1221011184 Thời gian nhận đề tài : ngày 20 tháng năm 2017 Thời gian hoàn thành : ngày tháng năm 2017 TÊN ĐÈ TÀI XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG PHẦN CHUNG Tổng quan loại cảm biến nhiệt độ PHẦN ĐỀ TÀI LÀM MÔ HÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG Giáo viên hường dẫn Chủ nhiệm môn Th.s : ĐÀO HIẾU PGS.TS : NGUYỄN ĐỨC KHOÁT LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển giới xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đổi bước vào thời kì công nghiệp hóa, đại hóa, vừa xây dựng sở vật chất kĩ thuật, vừa phát triển kinh tế Trong đó, ngành điện đóng vai trò quan trọng qúa trình phát triển đất nước Qua thời gian thực tập Viện đo lường VIỆT NAM – Phòng đo lường điện, em rút nhiều kinh nghiệm thực tế mà ngồi nghế nhà trường em chưa biết Để có kiến thức kết thực tế ngày hôm nay, trước hết em xin chân thành cảm ơn thầy Hải thầy cô giáo khoa Cơ – Điện trường Đại Học Mỏ Địa Chất Hà Nội , giảng dạy trang bị cho em kiến thức bản, đồng thời tận tình hướng dẫn em trình học tập, thực tập Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban lãnh đạo , cán nhân viên chức Viện đo lường VIỆT NAM – Phòng đo lường điện , giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ trình thực tập làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp , em học nhiều kiến thức hay bổ ích Như cách tổ chức trình trình công nghệ , cách làm việc tác phong làm việc sau làm , cách đo đạt dòng điện , máy móc khí, điện tử Đây kiến thức bổ ích thiết thực cho công việc tương lai em Trong trình nghiên cứu làm đồ án tốt nghiệp , nhiều sai sót Em mong thầy cô bảo thêm, giúp em hoàn thành đạt kết tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội , tháng 04 năm 2017 Sinh viên thực HOÀNG VIẾT ĐẠI I TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Trước tiên, cảm biến gì: Cảm biến thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,… đại lượng vật lý không điện thành tín hiệu điện Ví dụ: Nhiệt độ đại lượng không liên quan đến điện phải chuyển đại lượng khác ( điện trở, điện áp ) để phù hợp với cấu điện tử Các cảm biến thường dùng HVAC: Cảm biến nhiệt, áp suất, độ ẩm, mức nước, lưu lượng gió, lưu lượng khí, đo nồng độ hóa chất nước, CO2, khói, Hiện cảm biến nhiệt độ chia làm loại sau: - Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ) - Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ) - Thermistor - Bán dẫn ( Diode, IC ,….) - Ngoài có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ) Dùng hồng ngoại hay lazer Phần I: CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ Nhiệt độ từ môi trường cảm biến hấp thu, tùy theo cấu cảm biến biến đại lượng nhiệt thành đại lượng điện Như yếu tố quan trọng “ nhiệt độ môi trường cần đo” “nhiệt độ cảm nhận cảm biến” Cụ thể điều là: Các loại cảm biến mà bạn trông thấy vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên vỏ ( bán dẫn, lưỡng kim….) việc đo có xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất ( yếu tố định giá cảm biến nhiệt ) – Một nguyên tắc đặt là: Tăng cường trao đổi nhiệt cảm biến môi trường cần đo CẶP NHIỆT ĐIỆN ( Thermocouples ) - 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 - 1400 0C Cấu tạo cảm biến Thermocouples - Gồm dây kim loại khác hàn dính đầu gọi đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu lại gọi đầu lạnh ( đầu chuẩn ) Khi có chênh lệch nhiệt độ đầu nóng đầu lạnh phát sinh sức điện động V đầu lạnh Một vấn đề đặt phải ổn định đo nhiệt độ đầu lạnh, điều tùy thuộc lớn vào chất liệu Do cho chủng loại cặp nhiệt độ, loại cho sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T Các bạn lưu ý điều để chọn đầu dò điều khiển cho thích hợp - Dây cặp nhiệt điện không dài để nối đến điều khiển, yếu tố dẫn đến không xác chổ này, để giải điều phải bù trừ cho ( offset điều khiển ) Lưu ý sử dụng: - Từ yếu tố sử dụng loại cảm biến lưu ý không nên nối thêm dây ( tín hiệu cho mV nối suy hao nhiều ) Cọng dây cảm biến nên để thông thoáng ( đừng cho cọng dây dính vào môi trường đo ) Cuối nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị - Lưu ý: Vì tín hiệu cho điện áp ( có cực âm dương ) cần ý kí hiệu để lắp đặt vào khuếch đại cho Cặp nhiệt điện NHIỆT ĐIỆN TRỞ ( RTD-resitance temperature detector ) - Cấu tạo: gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Niken, Patium,…được quấn theo hình dáng đầu to - Nguyên lý: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở đầu dây kim loại thay đổi, tùy chất liệu kim loại có độ tuyến tính khoảng nhiệt độ định - Ưu điểm: Độ xác cao cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế - Khuyết điểm: Dải đo bé cặp nhiệt điện, giá thành cao cặp nhiệt điện - Thường dùng: Trong nghành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia công vật liệu, hóa chất,… - Tầm đo: -200 – 7000C 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 Lưu ý sử dụng: - Loại RTD dây giảm điện trở dây dẫn 1/2, giúp hạn chế sai số - Cách sử dụng RTD dễ chịu so với Thermocouple Chúng ta nối thêm dây cho loại cảm biến ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống nhiễu ) đo test VOM - Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây Cảm biến dạng NDT THERMISTOR tử - 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 Tầm đo: 500C Cấu tạo Thermistor - Thermistor cấu tạo từ hổn hợp bột ocid 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 50-150D.C 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 Lưu ý sử dụng: - Tùy vào nhiệt độ môi trường mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý hai loại PTC NTC (gọi nôm na thường đóng/ thường hở ) Có thể test dễ dàng với đồng hồ VOM - Nên ép chặt vào bề mặt cần đo - Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ - Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây Hình Thermistor BÁN DẪN - 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 - 150 0C Cấu tạo bán dẫn - Cảm biến nhiệt Bán Dẫn loại cảm biến chế tạo từ chất bán dẫn Có loại Diode, Transistor, IC Nguyên lý chúng dựa mức độ phân cực lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường Ngày với phát triển ngành công nghệ bán dẫn cho đời nhiều loại cảm biến nhiệt với tích hợp nhiều ưu điểm: Độ xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản, rẽ tiền,… - Ta dễ dàng bắt gặp cảm biến loại dạng diode ( hình dáng tương tự Pt100), loại IC như: LM35, LM335, LM45 Nguyên lý chúng nhiệt độ thay đổi cho điện áp thay đổi Điện áp phân áp từ điện áp chuẩn có mạch - IC Cảm biến nhiệt LM35 cảm biến nhiệt độ dạng Diode - Gần có cho đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ chuẩn truyền thông I2C ( DS18B20 ) mở xu hướng “ giới cảm biến” - IC Cảm biến nhiệt độ DS18B20 Lưu ý sử dụng: - Vì chế tạo từ thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn bền, không chịu nhiệt độ cao Nếu vượt ngưỡng bảo vệ làm hỏng cảm biến - Cảm biến bán dẫn loại tuyến tính giới hạn đó, dải cảm biến tác dụng Hết sức quan tâm đến tầm đo loại cảm biến để đạt xác - Loại cảm biến chịu đựng môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh NHIỆT KẾ BỨC XẠ ( gọi hỏa kế- pyrometer ) - Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học - Nguyên lý: Đo tính chất xạ lượng môi trường mang nhiệt - Ưu điểm: Dùng môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo - Khuyết điểm: Độ xác không cao, đắt tiền - Thường dùng: Làm thiết bị đo cho lò nung - Tầm đo: -54 - 1000 0C 10 byte lcd_read_byte(void); dang bit tu C.LCD // Ham xu ly doc thong tin (dang bit) tu thong tin byte lcd_read_nibble(void); C.LCD // Ham doc thong tin (dang bit / nibble) tu void lcd_send_byte(byte address, byte n); // Ham gui thong tin (byte) toi C.LCD tai dia chi (address) void lcd_send_nibble(byte n); C.LCD // Ham gui thong tin (dang bit / nibble) sang void lcd_gotoxy(byte x, byte y); // Ham thiet lap vi tri ghi tren C.LCD char lcd_getc(byte x, byte y); void lcd_putc(char c); // Ham tra ve ky tu tai vi tri (x,y) tren C.LCD // Ham se hien thi ky tu c tai vi tri ke tiep tren C.LCD // Khai bao bien // Dinh nghia cac thong so #define LCD_RS_PIN #define LCD_RW_PIN PIN_D1 // Cac ket noi C.LCD voi vi dieu khien PIN_D2 #define LCD_ENABLE_PIN PIN_D3 #define LCD_DATA4 PIN_D4 #define LCD_DATA5 PIN_D5 #define LCD_DATA6 PIN_D6 #define LCD_DATA7 PIN_D7 //!#define LCD_RS_PIN //!#define LCD_RW_PIN PIN_C0 // Cac ket noi C.LCD voi vi dieu khien PIN_C1 //!#define LCD_ENABLE_PIN PIN_C2 30 //!#define LCD_DATA4 PIN_C3 //!#define LCD_DATA5 PIN_C4 //!#define LCD_DATA6 PIN_C5 //!#define LCD_DATA7 PIN_C6 /* #define LCD_RS_PIN #define LCD_RW_PIN PIN_D1 // Cac ket noi C.LCD voi vi dieu khien PIN_D2 #define LCD_ENABLE_PIN PIN_D3 #define LCD_DATA4 PIN_D4 #define LCD_DATA5 PIN_D5 #define LCD_DATA6 PIN_D6 #define LCD_DATA7 PIN_D7 */ #define lcd_output_enable(x) output_bit(LCD_ENABLE_PIN, x) // Lenh dieu khien chan LCD_ENABLE_PIN #define lcd_enable_tris() output_drive(LCD_ENABLE_PIN) #define lcd_output_rs(x) output_bit(LCD_RS_PIN, x) // Lenh dieu khien chan LCD_RS_PIN #define lcd_rs_tris() output_drive(LCD_RS_PIN) #define lcd_output_rw(x) output_bit(LCD_RW_PIN, x) // Lenh dieu khien chan LCD_RW_PIN 31 #define lcd_rw_tris() output_drive(LCD_RW_PIN) #define lcd_line_one 0x00 // Dia chi RAM C.LCD cho hang thu #define lcd_line_two 0x40 // Dia chi RAM C.LCD cho hang thu #define lcd_line_three 0x14 #define lcd_line_four 0x54 #define LCD_TYPE 0x02 0x01=5x10, 0x02=2 lines // Thong tin cau hinh C.LCD: 0x00=5x7, // Dinh nghia cac hang so byte const LCD_INIT_STRING[4] = {0x28 | (LCD_TYPE