Dùng các vi mạch tương tự và vi mạch số tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại (ví dụ: Pt, Cu, Zn). Yêu cầu: Dải đo từ: t0C = 00C÷ tmax = 0 ÷ (300+2n)0C. Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp: 1. U=0 ÷ 5V 2. U=0÷10V 3. U= 0 ÷ 5V 4. I=0÷20mA. 5. I=4÷20mA 1. Vẽ sơ đồ khối hệ thống 2. Dùng phần mềm mô phỏng (hoặc mạch thực tế) thiết kế mạch đảm bảo: Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường : t0C=0÷tmax(50+n) điều khiển đèn sáng liên tục: Thông số đèn 220VAC, 100W Khi nhiệt độ vượt giá trị t0C= tmax(50+n). Đóng điện cho quạt 1 chiều 24VDC, 96W chạy làm mát. Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi và đèn sáng nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: T0=(1+0,2a) giây khi nhiệt độ vượt giá trị : t0C= tmax(50+n). Dùng LED 7 thanh hiển thị nhiệt độ.
Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ Đề tài: Ứng đụng VMTT & VMS thiết kế mạch đo, hiển thị nhiệt độ cảnh báo Giáo Viên Bộ Môn : NGUYỄN BÁ KHÁ Sinh viên thực :HỒNG CƠNG HÙNG Mã sinh viên: 1041240122 Lớp: TỰ ĐỘNG HĨA 2-K10 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN: VMTT&VMS Họ tên HS-SV : Hồng Cơng Hùng Nhóm : Lớp : ĐH TĐH Khoá : 10 Khoa : Điện N=38 & a=8 NỘI DUNG Đề tài: Dùng vi mạch tương tự vi mạch số tính tốn, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại (ví dụ: Pt, Cu, Zn) Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C = 00C÷ tmax = ÷ (300+2*n)0C - Đầu ra: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: U=0 ÷ 5V U=0÷10V U= ÷ -5V I=0÷20mA I=4÷20mA Vẽ sơ đồ khối hệ thống Dùng phần mềm mô (hoặc mạch thực tế) thiết kế mạch đảm bảo: - Khi nhiệt độ giới hạn bình thường : t 0C=0÷tmax-(50+n) điều khiển đèn sáng liên tục: Thông số đèn 220VAC, 100W - Khi nhiệt độ vượt giá trị t0C= tmax-(50+n) Đóng điện cho quạt chiều 24VDC, 96W chạy làm mát - Đưa tín hiệu cảnh báo còi đèn sáng nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối bằng: T0=(1+0,2*a) giây nhiệt độ vượt giá trị : t0C= tmax-(50+n) - Dùng LED hiển thị nhiệt độ PHẦN THUYẾT MINH 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, mạch hiển thị - Lựa chọn nguồn cấp - Tính tốn, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 - Tính tốn mạch cảnh báo còi, đèn nhấp nháy cho LED - Kết luận hướng phát triển Sinh viên : Hồng Cơng Hùng Mã sinh viên: 1041240122 Số thứ tự :38 -> n=38 & a=8 Dải đo nhiệt độ :0->376 0C Thời gian đèn sang tối nhau: 2,6s Nhiệt độ cảnh báo :288 0C Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đà phát triển trở thành nước cơng nghiệp.Vì vấn đề điều khiển vận hành thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao xuất chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí vấn đề quan trọng đáng để ý.Trong thực tế có nhiều toán liên quan đến vấn đề đo điều khiển nhiệt độ.Ví dụ như: lò sấy cơng nghiệp, lò luyện gang, sắt, thép… Ngày xuất nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến loại cặp nhiệt, nhiệt điện trở hay bán dẫn sử dụng phương pháp phân tích phổ để xác định nhiệt độ nơi không trực tiếp đặt đầu đo nhiệt độ (nơi có nhiệt độ cao) Nhìn chung phương pháp đo nhiệt độ có nhiều nét giống cách xử khác nhau, tuỳ vào mục đích u cầu kỹ thuật công việc cụ thể mục đích cuối phép đo thể giá trị nhiệt độ với khoảng sai số cho phép chấp nhận Trong kỳ sau học môn vi mạch tương tự - vi mạch số mơn liên quan nhóm em giao đề tài thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở Trong trình làm đề tài giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn “Nguyễn Bá Khá” thầy cô môn “Đo lường điều khiển số” bạn lớp giúp đỡ em hoàn thành đề tài Nhưng kiến thức hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp thầy để đề tài em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hoàng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO Tầm quan trọng kiểm sốt nhiệt độ cơng nghiệp Có thể nói, nhiệt độ đại lượng vật lý quan tâm nhiều lĩnh vực đời sống sinh hoạt mà sản xuất cơng nghiệp Trong cơng nghiệp sản xuất nói chung, nhiệt độ yếu tố quan trọng quết định đến chất lượng sản phẩm cơng nghiệp Do đó, người lun muốn kiểm tra kiểm soát đại lượng vật lý Để giải điều có nhiều phương pháp đo nhiệt độ khác đưa như: phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu, điện trở kiêm loại, IC cảm biến nhiệt độ Khái niệm nhiệt độ phương pháp đo nhiệt độ 2.1 Khái niệm nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử, phân tử hệ vật chất Thang đo nhiệt độ : Từ xa xưa người nhận thức tượng nhiệt đánh giá cường độ cách đo đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo thời kỳ.Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng định nghĩa theo vùng,từng thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội Hiện có thang đo nhiệt độ là: + Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ) + Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15 + Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Đây thang đo nhiệt độ dùng phổ biến nay.Trong thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) quy định mét đơn vị đo hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa thang đo đánh giá nhiệt độ 2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ • Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường nhiệt kế tiếpxúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo Đối với mơi trường khí nước, chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy.Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật,nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt.Khi đo nhiệt độ chất hạt (cát, đất…),cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ngồi • Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối,tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng khái quát mạch đo 3.1 Công dụng mach :Mạch thiết kế dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại vi mạch tương tự vi mạch số, thiết kế đo nhiệt độ từ đến376 0C xuất tín cảnh báo nhiệt độ nhiệt độ vượt 288 0C , chuẩn hóa đầu theo dải điện áp (0-5v, 0-10v, 0-(-5)v), theo dải dòng điện (0-20mA, 4-20mA) Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 3.2 Sơ đồ khối mạch đo Mạch đo gồm khối sau: • Khối nguồn • Khối cảm biến • Khối chuẩn hóa • Khối so sánh • Khối cảnh báo • Khối chuyển đổi tín hiệu giải mã • Khối hiển thị Hình Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ Chức khối: • Khối nguồn: cấp nguồn chuẩn cho khối lại làm việc • Khối cảm biến: biến đổi tiến hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện áp • Khối chuẩn hóa: điện áp vào lấy từ khối cảm biến chuẩn hóa thành chuẩn cơng nghiệp với: tín hiệu điện áp U: ÷ -5V, tín hiệu dũng in: 4ữ20mA Khi so sỏnh: giỏm sỏt s thay đổi nhiệt độ, phát tín hiệu điều khiển cho khơi cảnh báo Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 • Khối cảnh báo: cảnh báo đèn led nhiệt độ giới hạn cho phép, phát tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt ngưỡng giới hạn • Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC): để chuyển tín hiệu giá trị Volt đầu cảm biến mã hóa thành hệ nhị phân giải mã tín hiệu từ ADC LED • Khối hiển thi: hiển thị nhiệt độ CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở Hình Hình dạng cấu tạo RTD Cấu tạo RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,… quấn tùy theo hình dáng đầu đo - Ngun lí hoạt động: 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 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 - 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 -Dải đo: -250~850oC - Ứng dụng: Trong ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia cơng vật liệu, hóa chất… Hiện 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 (khi oC) Điện trở cao độ nhạy nhiệt cao - RTD thường có loại dây, dây dây Loại dây cho kết đo xác • Cảm biến nhiệt độ PT 100 Cảm biến nhiệt độ PT 100 hay gọi nhiệt điện trở kim loại (RTD) PT100 cấu tạo từ kim loại platinum quấn tùy theo hình dáng đầu dò nhiệt độ có giá trị từ 100 Ohm Đây loại cảm biến thụ động nên sử dụng cần phải cấp nguồn ổn định Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với thay đổi nhiệt độ tính theo công thức + Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ Pt 100: Rt = R0( 1+ αT+βT2+C(T-100)T3) Trong đó: Rt: Điện trở nhiệt độ T Ro: điện trở 0oC (=100 Ω) α=3.9083x10-3 β=-5.775x10-7 C=-4.183x10-12( t00C) Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Với nhiệt độ từ 00C đến 1000C dùng công thức : Rt = R0( 1+ αT) • Cấu tạo Pt 100 + Các thông số cảm biến nhiệt PT100 bao gồm đầu dò ống trụ có đường kính 4mm chiều dài ống trụ 30mm ,2 dây đầu có chiều dài 1m Dải nhiệt độ đo từ -250ºC đến 850ºC Hình hình dạng Pt 100 Hình 1.4 Cấu tạo bên ồng trụ tròn Pt 100 Điện trở ống trụ Rpt100 = Rpt + R3 + R2 L2,L3 nối với dây đầu • Ngun tắc hoạt động Khi có thay đổi nhiệt độ đầu dò dẫn đến thay đổi điện trở ống trụ Mỗi giá trị nhiệt độ khác tương ứng với giá trị điện trở khác nhau.Ở 10ºC đo giá trị điện trở RPT100 =107,6 Ω Khi tăng 1ºC RPT tăng sấp xỉ 0,4Ω 10 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Chân 3(OUTPUT): Là chân để lấy tín hiệu logic trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 _ở mức tương ứng gần Vcc (PWM=100%) mức tương ứng với 0V,nhưng thực tế khơng mức 0V mà khoảng 0.35->0.75V Chân (RESET): Dùng xác lập định mức trạng thái chân số nối Masset ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức cao trạng thái ngõ phụ thuộc vào điện áp chân Nhưng mà mạch để tạo dao động thường nối chân lên Vcc Chân (CANTROLVOLTAGE): Dùng thay đổi mức áp chuẩn IC555 theo mức biến áp hay dùng điện trở nối GND Chân khơng nối để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định Chân (THRESHOLD): Là chân đầu vào so sánh điện áp dùng chân chốt liệu Chân (DISCHAGER):Có thể xem chân khố điện tử chịu điều khiển tầng logic chân Khi chân mức điện áp thấp khố đóng lại, ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch RC lúc IC555 dùng tầng dao động Chân8 (VCC):Đây chân cung cấp áp dòng chi IC hoạt động Thông số kỹ thuật: Nguồn hỗ trợ: +18V Công suất tiêu thụ: 600mW Nhiệt độ hoạt động: o C ÷70 o C 2.4 Led Anot chung Chức năng: Led linh kiện sử dụng phổ biến mạch điện tử hiển thị số Tùy vào nhu cầu hiển thị mà người ta chia thành loại led khác nhau: led đơn, led đôi, led ba,… theo cách kết nối: led kiểu Anot chung, led kiểu Catot chung 13 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Hình Led 2.5 LED Là thiết bị dùng để báo sáng nhấp nháy mạch đo thấy nhiệt độ ngồi phạm vi cho phép Hình 8: LED 2.6.Transistor Hình : transistor Transitor hay gọi bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược *Nguyên lý hoạt động: 14 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho chân cực điện áp chiều thích hợp Có ba chế độ làm việc tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P N-P-N có nguyên lý làm việc giống nhau, có chiều nguồn điện cung cấp vào chân cực ngược dấu Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực ngược Tranzito có điện trở lớn có dòng điện nhỏ chạy qua nên tranzito coi khơng dẫn điện - Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực thuận Tranzito có điện trở nhỏ dòng điện qua lớn Ở chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc phần tử tuyến tính mạch điện Ở chế độ tranzito khóa điện tử sử dụng mạch xung, mạch số - Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với q trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay cơng suất có khả tạo dao động khuếch đại tín hiệu - 2.7.Điện trở, tụ điện Hình 10: Điện trở tụ điện - Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác 15 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Tụ điện loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện mơi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu - Sự tích tụ điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ lượng điện trường tụ điện Khi chênh lệch điện hai bề mặt điện xoay chiều, tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng tụ điện mạch điện xoay chiều - 2.8.Còi báo Còi báo làm nhiệm vụ phát tín hiệu âm báo động xảy cố nhiệt độ tăng giới hạn cho phé Hình 11: Còi báo động 2.9.relay Hình 12: relay cấu tạo Rơle (relay) chuyển mạch hoạt động điện Dòng điện chạy qua cuộn dây rơle tạo từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi cơng tắc chuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây bật tắt rơle có hai vị trí chuyển mạch qua lại Các chân đấu nối chân chuyển mạch rơle thường ký hiệu COM (POLE), NC NO + NC điểm thường đóng, chân COM/POLE kết nối với NC cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi đầu cuộn dây không cấp điện) +NO = điểm thường mở, COM/POLE kết nối với NO cuộn dây rơle từ hóa (được cấp điện) +Hai chân A, B đầu cuộn dây (nơi cấp nguồn ni cuộn hút) 16 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 2.10 Giới thiệu IC TC7107 -ICL7107 hang Intersil chuyển đổi AD ½ digit cơng suất thấp ,hiển thị tốt.Bao gồm IC giải mã Led thanh, điều khiển hiển thị,bộ tạo chuẩn tạo xung đồng hồ.Các đặc tính bao gồm: tự chỉnh ”0” nhỏ 10uV ,điểm “0” trượt không 1uV/Oc,độ dốc dòng ngõ vào tối đa 10Pa -IC có đặc điểm quan trọng sau: +Độ xác cao +Khơng bị ảnh hưởng nhiễu +Khơng cần mạch lấy mẫu mạch giữ +Tích hợp đồng hồ +Không cần thành phàn ngoại vi có độ xác cao * Cấu tao: - - Hình Vùng xử lí tín hiệu tương tự ICL7107 Hình thể mạch xử lý tương tự ICL7107 Mỗi chu kì đo chia thành pha (1) tự chỉnh ”0”(A-Z), (2) Tích hợp tín hiệu (INT ) (3) giải tích (DE) số thong số khác (1) Pha tự chỉnh “0” Trong pha thực việc: Ngõ vào cao thấp bị ngắt kết nối khỏi chân ngắn mạch nội với chân COMMON analog Tụ tạo chuẩn nạp tới điện áp chuẩn Một vòng lặp hồi tiếp nối kín quanh hệ thống để nạp cho tụ tự chỉnh “0” CAZ để bù cho điện áp offset (trôi) khuếch đại đệm, tích hợp so sánh Vì so sánh nằm vòng lặp nên độ 17 Hồng Cơng Hùng - - - - Lớp Tự động hóa – K10 xác A-Z bị giới hạn nhiễu hệ thống Trong trường hợp nào, điện áp offset ngõ vào nhỏ 10uV (2) pha tích hợp tín hiệu Trong q trình tích hợp tín hiệu, vòng lặp tự chỉnh “0” mở, ngắn mạch nội khơng còn, ngõ vào cao thấp nối với chân ngoại vi Bộ chuyển đổi lúc tích hợp điện áp khác biệt chân IN HI chân IN LO khoảng thời gian cố định Điện áp sai biệt nằm phạm vi rộng: lên tới 1V từ hai nguồn Mặt khác tín hiệu vào khơng hồi trở lại nguồn cung cấp IN LO bị nối với chân COMMON analog để thiết lập điện áp mode chung xác Cuối pha cực tín hiệu tích hợp xác định (3) pha giải tích Còn gọi tích hợp tham chiếu ngõ vào thấp kết nối với chân COMMON ngõ vào cao kết nối qua tụ chuẩn đc nạp từ pha trước.Mạch IC đảm bảo tụ điện đc nối cực để làm tích hợp ngõ chuyển “0” Thời gian cần thiết đểngõ chuyển giá trị “0” tỷ lệ với tín hiệu vào.Đặc biệt số hiển thị : DISPLAY COUNT=1000.VIN/VREF (4) ngõ vào chênh lệch Ngõ vào chấp nhận điện áp chenh lệch phạm vi khuếch đại ngõ vào,hay cụ thể từ 0.5V nguồn dương đến 1V nguồn âm.Trong phạm vi hệ thống có CMRR(commom mode rejection ratio) 86dB.Tuy nhiên cần bảo đảm ngõ tích hợp khơng bão hòa.Trường hợp xấu điện áp MODE chung tích cực lớn với điện áp ngõ vào tích cực âm tồn giai.Tín hiệu ngõ vào điều khiển tích phân dương phần lớn độ lắc ngõ tận dụng điện Mode chung tích cực dương Dành cho ứng dụng cao độ lắc tích hợp ngõ đc giảm xuống nhở độ lắc toàn giai 2V với sai số hơn.Bộ tích phân ngõ lắc khoảng 0.3V với nguồn mà khơng tuyến tính (5) Tham chiếu sai biệt: Diện áp tham chiếu đc tạo từ nơi từ điện áp nguồn chuyển đổi Nguồn lỗi Mode chung điện áp vòng tạo tụ tham chiếu nạp hay xả làm sai lệch giá trị điện dung nó.Nếu có điện áp Mode chung lớn, tụ tham chiếu nạp(tang điện áp)khi dung đến để giải tích tín hiệu dương xả (giảm điện áp) dùng để giải tích tín hiệu 18 Hồng Cơng Hùng - Lớp Tự động hóa – K10 âm.Sự khác biệt tham chiếu điện áp vào dương âm gây lỗi.Tuy nhiên cách chọn tụ tham chiếu chẳng hạn tụ có điện dung đủ lớn lỗi kiểm sốt 0.5 lần đếm (6) Vùng xử lý số ICL7107 CHƯƠNG :TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐO Tính tốn thiết kế mạch nguồn a) Tính tốn, lựa chọn linh kiện Khối nguồn có chức biến đổi nguồn từ 220 xoay chiều thành mức điện áp chiều : 5v,+12v,+24v,-12v để cấp nguồn cho linh kiện mạch Nguyên lý mạch sau : Nguồn xoay chiều 220v, f=50hz qua biến áp, sau cho qua diode cầu ta nhận mức điện áp chiều : +15v,-15v điện áp 0v ta sử dụng IC ổn áp 7805,7812,7824 7912 để có mức điện áp mong muốn : 5v,12v, 24 v, -12v b) Sơ đồ mạch nguyên lý 19 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Hình 3.1: Sơ đồ mạch nguyên lý khối nguồn Khối cảm biến Chọn cảm biến nhiệt độ pt100 Cảm biến pt100 có cấu tạo nhiệt điện trở RTD ( RTD-Resistance Temperature Detector ): Nguyên lý 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 • Ro :Điện trở 00C • α : Hệ số nhiệt điện trở Trong mô phỏng, PT100 1V=1oC Vậy theo yêu cầu cần đo nhiệt độ 376oC tương ứng với 376V Với điện áp ta cần phải có mạch phân áp cho đầu tương ứng 10mV=10oC để phù hợp với IC số.Vì ta lắp thiết bị hình vẽ Ta có: Ur=Uv.R2/(R1+R2) với Ur=0,01 *Uv Vậy ta có : R2/(R1+R2)=0,01 Chọn R2=1k Ω => R1=99 kΩ Từ cách lắp đặt thiết bị ta đầu đo nhiệt độ 376 oC tương ứng với 3.76 V chọn bước nhảy để đo nhiệt độ độ Khối khuếch đại chuẩn hóa đầu 3.1 Khối chuẩn hóa đầu điện áp 0-5V Mạch có điện áp : 20 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Uout= (1+R4/R3).Uoutcb Với Uoutcb= – 3,76V để Uout=0 - 5V Uoutcbmin= 0V – Uoutmin=0V Uoutcbmax= 3,76V – Uoutmax=5V Chọn R4=310Ω , R3=940Ω, R5=10kΩ 3.2 Khối chuẩn hóa đầu điện áp 0-10V Mạch có điện áp : Ura=(1+R19/R18).Uout Chọn R18=10kΩ , R19=10kΩ, 3.3 Khối chuẩn hóa điện áp 0-(-5)V Mạch có điện áp : Ura=-R23/R22.Uout 21 Hồng Cơng Hùng Lớp Tự động hóa – K10 Chọn R23=R22=10kΩ, R24=10kΩ 3.4 Khối chuẩn hóa dòng điện 0-20mA Mạch có dòng điện : Il=Uout/R16 Chọn R16=250Ω 3.5 Khối chuẩn hóa dòng điện 4-20mA Mạch có dòng điện : Il=(5*R32/(R32+R29)+Uout)/R36 Chọn R32=100Ω ,R29=300 Ω Chọn R36=312.5Ω Chọn R33=R34=R35=R36= R37=10k Ω Khối so sánh Mạch xuất mức điện áp 5v Khi Uout>Usosanh 0v Uout288 0C => Usosanh=Uout 288 0C Usosanh=5*228/376=5*R17/(R17+R31) Chọn R17=383Ω ,R31=117 Ω Khối tạo dao động 23 Mạch có nhiệm vụ tạo xung vuông với T=ln2*C1*(R12+R13) (s) Theo yêu cầu đề tài, ta cần xung dao động có chu kì T=2,6s Chọn R12=R13=100k Ω Chọn C1= 18.755uf Ta lấy U4 từ đầu khối so sánh đưa vào chân mạch tạo dao động, nhiệt độ lớn nhiệt độ cho phép, mạch dao động hoạt động Khối cảnh báo Khối bao gồm led cảnh báo còi đầu vào led cảnh báo lấy từ UQ mạch tạo dao động, mạch tạo dao động phép hoạt động, đèn nhấp nháy, R100 có giá trị 330 Ω có tác dụng hạn dòng Còi chip cấp dương nguồn, đầu lại nối với cực Collector trans NPN Tín hiệu cấp vào Là U lấy từ mạch so sánh Khi nhiệt độ lớn nhiệt độ cho phép, điện áp U mức cao, trans nối mạch cho dòng qua => còi chip cấp nguồn Khối relay Khối sử dụng tín hiệu U4 xuất từ mạch so sánh, sử dụng để đóng mở relay, cấp nguồn cho quạt nhiệt độ lớn cho phép cấp nguồn cho đền nhiệt độ mức cho phép Nguyên lý hoạt động mạch : nhiệt độ nhỏ nhiệt độ cho phép U4 =0 , trans thuận Q2 nối mạch cho dòng qua cuộn dây Relay1, Relay đóng khép kín mạch cấp nguồn cho đèn, ngược lại nhiệt độ lớn mức cho phép, trans ngược Q3 nối mạch cấp nguồn cho cuộn dây Relay 2, Relay đóng khép kín mạch cấp nguồn cho quạt Khối hiển thị Mạch sử dụng IC TC 7107 để chuyển đổi tín hiệu analog giải mã hiển thị lên Led Trong mạch ta sử dụng mạch cộng đảo Uout sau phân áp Uacom=2v, sau cho qua mạch khuếch đại đảo, cấp tín hiệu vào chân Vin IC Ta có : Uvin=Uacom+Uout*R102/(R1122+R102) Ta chọn R102,R1122 cho Uout=5v hiển thị 376 oC Mặt khác, ta biết Uvin thay đổi từ => 5v hiển thị từ 0-999 Dễ dàng tính Uvin=2+3*376/999=3,129V mạch hiển thị 376 Vậy chọn R102=376 Ω va R1122=1289 Ω KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong thời gian làm đề tài em biết thêm nhiều kiến thức thực tế ứng dụng kiến thức học Qua chúng em luyện tập khả tư duy, cách thức nghiên cứu, giải vấn đề thực tế Mạch đo nhiệt độ ứng dụng drộng rãi thực tế đo nhiệt độ phòng, đo nhiệt độ để cảnh báo cháy…Mạch đo nhiệt độ thành phần quan trọng số mạch chức khác hệ thống đo điều chỉnh nhiệt độ lò cao, phân ngắt nhiệt, cung cấp nhiệt lò sưởi… Những việc làm được: - Nghiên cứu phương pháp đo nhiệt độ - Thiết kế nguồn cung cấp - Sơ đồ khối chức sơ đồ mạch đo - Những việc chưa làm được: Chưa chỉnh sai số mạch khuếch đại Mạch chưa tối ưu, sử dụng số thiết bị điện tử Thay dụng loại IC số thường dùng, nhóm em sử dụng ICL7107 Với loại IC này, mạch nhìn đơn giản, dễ hiểu, dễ làm, có khả phổ biến cao Vì nhiệt độ lớn, nên sử dụng cảm biết nhiệt độ RTD-PT100 với thang đo từ -250-850 Hi vọng mạch ứng dụng rộng tương lai! ... tranzito P-N-P N-P-N có nguyên lý làm việc giống nhau, có chiều nguồn điện cung cấp vào chân cực ngược dấu Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực ngược Tranzito có điện... điều chỉnh nhiệt độ lò cao, phân ngắt nhiệt, cung cấp nhiệt lò sưởi… Những việc làm được: - Nghiên cứu phương pháp đo nhiệt độ - Thiết kế nguồn cung cấp - Sơ đồ khối chức sơ đồ mạch đo - Những... ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch RC lúc IC555 dùng tầng dao động Chân8 (VCC):Đây chân cung cấp áp dòng chi IC hoạt động Thơng số kỹ thuật: Nguồn hỗ trợ: +18V Công suất tiêu thụ: 600mW