Đang tải... (xem toàn văn)
Đề Tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu.Yêu cầu: Dải đo từ: t°C = 0°C ÷ tmax = 0(100 + 10×n)°C Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp1.U=0 ÷ 10V2.U=0 ÷ 5V3.I=0 ÷ 20mA4.I=4 ÷ 20mADùng cơ cấu đo chỉ thị.Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷tmax(10+5n), điều khiển đèn sáng lên tục (220V, 100W)Khi nhiệt độ vượt giá trị : t°C=0÷tmax(10+5n). đóng điện cho quạt 24VDC, 60W chạy làm mát.Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi và nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: ﺡ = (1+0,1×a) giây khi nhiệt độ vượt giá trị: t°C=0÷tmax(10+5n). Trong đó:a: Chữ số hang đơn vị của danh sách ( ví dụ: STT = 3 →a=3; STT=10 →a=0n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách. Phần Thuyết MinhYêu cầu bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan về mạch đo Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đoTính toán,lựa chọn cảm biếnTính toán, thiết kế mạch đoTính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp
LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 Bộ Mơn ĐLĐK BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: DÙNG CÁC VI MẠCH TƯƠNG TỰ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẶP NHIỆT NGẪU Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: ĐH Điều Khiển Tự Động Hóa – Khóa 10 LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 MỤC LỤC LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 NỘI DUNG Đề Tài: Dùng vi mạch tương tự tính tốn, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu Yêu cầu: - Dải đo từ: t°C = 0C ữ tmax = 0-(100 + 10ìn)C u ra: Chun hóa đầu với mức điện áp U=0 ÷ 10V U=0 ÷ -5V I=0 ÷ 20mA I=4 ÷ 20mA - Dùng cấu đo thị - Khi nhiệt độ giới hạn bình thường: t°C=0÷tmax-(10+5*n), điều khiển đèn sáng lên tục (220V, 100W) - Khi nhiệt độ vượt giá trị : t°C=0÷tmax-(10+5*n) đóng điện cho quạt 24VDC, 60W chạy làm mát - Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối bằng: 0,1+1) = ×ﺡa) giây nhiệt độ vượt giá trị: t°C=0÷tmax-(10+5*n) Trong đó: a: Chữ số hang đơn vị danh sách ( ví dụ: STT = →a=3; STT=10 →a=0 n: Số thứ tự sinh viên danh sách - Phần Thuyết Minh Yêu cầu bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan mạch đo Chương 2: Giới thiệu thiết bị Chương 3: Tính tốn, thiết kế mạch đo - Tính tốn,lựa chọn cảm biến Tính tốn, thiết kế mạch đo Tính tốn, thiết kế mạch nguồn cung cấp LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 - Tính tốn, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa Tính tốn mạch nhấp nháy cho LED Tính tốn, thiết kế mạch cảnh báo Dùng phần mềm mô mạch Kết luận hướng phát triển Chương 1: Tổng quan mạch đo I.Tổng quan Vi mạch số ,vi mạch tương tự lĩnh vực mang tới thời nóng bỏng ẩn chứa vơ số điều bí ẩn có sức hấp dẫn lạ kỳ , đă ngày thâm nhập vào đời sống Nhưng thưc tế dạng lượng thường dạng tương tự Do muốn xừ lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Xuất phát từ ý tưởng đó, em đă thưc việc xây dựng mạch điện đo nhiệt độ hiển thị đèn LED Mạch mang tính chất thử nghiệm thưc tế vấn đề chuyển đổi U-I , vấn đề cảnh báo nhiệt độ đèn vấn đề đo lường đại lượng không điện điện Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật giải nhiệt độ Phân làm phương pháp : Đo trực tiếp đo gián tiếp +Đo trưc tiếp phương pháp đo chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt trực tiếp môi trường cần đo +Đo gián tiếp phương pháp đo dụng cụ đo đặt ngồi môi trường cần đo(áp dụng với trường hơp đo nhiệt độ cao ) Ta khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo cao.( – 91) Đo nhiệt độ phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát loại nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu nhiệt kế nhiệt điện trở Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta 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 Sau ta tìm hiểu phương pháp thường dùng dùng cặp nhiệt ngẫu LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu : Phương pháp đo nhiệt độ cảm biến nhiệt ngẫu dựa c sở hi ệu ứng nhiệt điện Người ta nhận thấy hai dây dẫn chế tạo t vật li ệu có chất hố học khác nối với m ối hàn thành m ột mạch kín nhiệt độ hai mối hàn t t0 khác mạch xuất dòng điện Sức điện động xuất hiệu ứng nhiệt ện g ọi sức điện động nhiệt điện Nếu đầu cặp nhiệt ngẫu hàn n ối v ới nhau, đầu thứ hai để hở hai cực xuất hiệu ện th ế · Nhiệt độ đầu tự t0 đươc trì nhiệt độ chuẩn thực tế thường nhỏ lý thuyết Phương pháp khắc phục :có phương pháp : giữ ổn nhiệt độ đầu đo hoăc dùng thiết bị bù nhiệt Với cách thứ ta việc ngâm đầu đo vào nước đá có cách thứ :khi nhiệt độ tư thay đổi thay đổi làm cho mạch bù cân dẫn đến việc xuất điện áp bù vào sức điện động bị thay đổi Ta có : (,)= (,)+ Hình thành sơ đồ khối Sơ đồ khối Mạch đo gồm có khối : khối cảm biến mạch khuếch đại mạch so sánh khối thị khối cảnh báo mạch chuyển đổi u sang i Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo : LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 Khối Chỉ thị T Chuyển đổi U sang I U đặt Cảnh báo Cảm biến Khuếch đại điện áp Mạch so sánh Chức khối mạch đo: a, Khối cảm biến : khối cảm biến có chức biến đổi tín hiệu khơng điện thành tín hiệu điện thành tín hiệu điện tương ứng ta dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp b, Khối khuếch đại : có chức khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, tín hiệu điện cảm biến đưa thường bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa vào mạch điện khác c, Mạch so sánh : có tác dụng so sánh tín hiệu đưa từ khối khuếch đưa khối sau Việc so sánh tín hiệu ứng dụng cho mạch cảnh báo có nhiệt độ d, Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện sang tín hiệu điện áp để hiển thị e, khối cánh báo : cảnh báo cho người biết nhiệt độ tăng cao so với nhiệt độ cho phép Đó khối dùng mạch đo cảnh báo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở kim loại Tổng quan mạch đo 4.1 Mạch đo LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 Đối tượng cần đo đại lượng vật lý, dựa vào đặc tính đại lượng cần đo mà chọn loại cảm biến phù hợp để thực việc biến đổi thông số cần đo thành đại lượng điện hay điện áp U = 10V U=0÷ -5V I=0÷20mA I = 420mA Sau qua bọ lọc khuếch đại tín hiệu Tín hiệu sau hiệu chỉnh chuyển qua chuyển đổi U-I để đưa vào cấu hiển thị 4.2 Các phương pháp đo nhiệt độ Đo nhiệt độ phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên mơi trường, khơng có điện đại lượng cần đo - Nhiệt độ phân làm nhiều dải để đo: + Dải mức thấp + Dải mức trung bình + Dải mức cao Nhiệt độ đo với cảm biến hỗ trợ + Cặp nhiệt kế + Nhiệt điện kế kim loại + Nhiệt điện trở kim loại + Nhiệt điện trở bán dẫn + Cảm biến thạch anh Chương : Giới thiệu thiết bị I Các linh kiện có mạch 1.Cặp nhiệt ngẫu TCK LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 Cấu tạo điển hình cặp nhiệt cơng nghiệp 1.1.Cấu tạo : 1) Vỏ bảo vệ: 2) Mối hàn :3) Dây điện cực :4) Sứ cách điện: 5) Bộ phận lắp đặt: 6) Vít nối dây: 7) Dây nối; 8) Đ ầu n ối dây Đầu làm việc điện cực (3) hàn nối với hàn vảy, hàn khí hàn tia điện tử Đầu tự nối với dây n ối (7) t ới d ụng c ụ đo nhờ vít nối (6) dây đặt đầu nối dây (8) Để cách ly ện c ực người ta dùng ống sứ cách điện (4), sứ cách điện ph ải tr v ề hoá h ọc đủ độ bền nhiệt nhiệt độ làm việc Để bảo vệ điện cực, c ặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm sứ chịu nhiệt thép chịu nhiệt H ệ th ống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không nhỏ không lớn Trường hợp vỏ thép mối hàn đầu làm việc có th ể tiếp xúc v ới v ỏ để giảm thời gian hồi đáp 1.2.Vật liệu chế tạo điện cực 1) Telua 2) Chromel 3) Sắt 4) Đồng 5) Graphit 6) Hợp kim platin-rođi 7) Platin 8) Alumel 9) Niken 10) Constantan 11) Coben LÊ VĂN THUẬN – TĐH4 - Cặp Platin - Rođi/Platin: Cực dương hợp kim Platin (90%) rôđi (10%), cực âm platin s ạch Nhiệt độ làm việc ngắn hạn cho phép tới 1600 oC , Eđ =16,77mV Nhiệt độ làm việc dài hạn