: Tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống đo lường và điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản dạng hạt

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI 4: Tìm hiểu, phân tích xây dựng hệ thống đo lường điều khiển nhiệt độ lò sấy nơng sản dạng hạt BỘ MƠN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ PHẦN SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT 1.1.1 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA Q TRÌNH SẤY Sấy q trình nước từ vật liệu ẩm khuếch tán, bốc khơng khí xung quanh Q trình thực chênh lệch áp suất nước bề mặt vật liệu môi trường xung quanh Để làm cho lượng ẩm bề mặt sản phẩm bốc cần có điều kiện: Pm >Pk Pm – Pk = ΔP Pm : áp suất nước bề mặt vật liệu Pk : áp suất riêng phần nước khơng khí ΔP: Động lực q trình sấy Trị số ΔP lớn lượng ẩm chuyển sang mơi trường xung quanh mạnh q trình sấy thực nhanh Như vậy, trình bốc nước khơng khí xung quanh phụ thuộc vào Pm Pk, Pm phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu vật liệu tính chất liên kết nước vật liệu, P k phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước có mặt khơng khí Trong vật liệu ẩm nước tồn hai trạng thái: liên kết tự hai dạng ẩm đó, nước khuếch tán bốc khơng khí Nước liên kết giữ lực liên kết hố học lớn nên khó bay Nước bay vật liệu đốt nóng nhiệt độ cao q trình bay thường gây nên biến liệu đốt nóng nhiệt độ cao q trình bay thường gây nên biến đổi cấu trúc phân tử vật liệu Do tính chất hút, nhả ẩm vật liệu khơng khí nên độ ẩm khơng khí vật liệu ln có q trình cân động: Nếu Pm > Pk lượng ẩm bề mặt sản phẩm bốc vào khơng khí làm cho áp suất bề mặt vật liệu P m giảm xuống Từ vật liệu nước khuếch tán bề mặt bốc thiết lập cân áp suất bề mặt độ ẩm Độ ẩm vật liệu giảm dần theo q trình sấy Theo mức độ khơ vật liệu, bốc chậm dần tới độ ẩm lại vật liệu đạt tới một giá trị đó, gọi độ ẩm cân Wcb, ΔP = 0, nghĩa phương trình sấy dừng lại Nếu Pm < Pk ngược lại vật liệu hút ẩm trình gọi trình hấp thụ nước, diễn độ ẩm vật liệu đạt tới trị số độ ẩm cân dừng lại Quá trình nước từ vật liệu ẩm bay hơi, kèm theo thu nhiệt Vì khơng có đốt nóng, cung cấp nhiệt từ ngồi vào nhiệt độ vật liệu giảm xuống Khi nhiệt độ giảm làm giảm áp suất bề mặt, dẫn đến làm chậm tốc độ bốc nước Do đó, muốn sấy nhanh, phải cung cấp lượng nhiệt từ vào để làm tăng nhiệt độ vật liệu sấy Quy luật thay đổi độ ẩm đánh giá tốc độ sấy, tốc độ khuếch tán nước từ vật liệu khơng khí Tốc độ sấy xác định lượng nước bốc từ m vật liệu ẩm đơn vị thời gian: Us = W/F.t hay Us = G.t Us - Tốc độ sấy, kg/m.h hay (kg/kg.h) W - Lượng nước bốc từ bề mặt vật liệu có diện tích F(m) Hay từ G(kg) vật liệu thời gian t(h) Khi tốc độ sấy cao, nghĩa thời gian làm khô vật liệu ngắn, suất thiết bị sấy cao Cho tới chưa có phương pháp hồn chỉnh để tính tốn lựa chọn tốc độ sấy, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố biến đổi trình sấy Người ta tính tốn tương đối xác sở đường cong sấy vẽ theo kết thực nghiệm cho loại vật liệu điều kiện định như: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động tác nhân sấy, bề dày vật liệu sấy … Mặc dù quy luật thay đổi nhiệt , ẩm phần lớn loại nông sản có dạng chung đồ thị hình 1.1 Hình 1.1 Đồ thị trình sấy Căn vào biến thiên tốc độ sấy, chia trình sấy thành giai đoạn chủ yếu: Giai đoạn (tốc độ sấy không đổi) giai đoạn (tốc độ sấy giảm) Nếu theo trình tự thời gian trình sấy chia theo giai đoạn: Giai đoạn : Làm nóng vật liệu, ứng với thời gian ngắn t liệu sấy từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao bay giai đoạn nhiệt độ vật liệu t vl tăng nhanh đồng thời tốc độ sấy Us tăng nhanh độ ẩm vật liệu wvl giảm không đáng kể (đoạn AB) Giai đoạn ( ứng với thời gian t1 giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi ) : Tồn nhiệt từ khơng khí truyền vào cho vật liệu dùng để bốc nước Nhiệt độ vật liệu không đổi nhiệt độ nước bốc ra, độ ẩm vật liệu giảm xuống nhanh (đoạn BC) Tốc độ sấy không đổi vật liệu nhiều nước, lượng ẩm rời đến bề mặt vật liệu để bốc tương ứng với lượng ẩm bốc bề mặt Giai đoạn chủ yếu làm tách lượng nước tự vật liệu, nước bay khỏi bề mặt tương tự bay từ mặt nước tự Giai đoạn ( ứng với thời gian t2 ) : Ở giai đoạn tốc độ sấy giảm, độ ẩm vật liệu giảm dần (đoạn CD), nhiệt độ vật liệu tăng dần Giai đoạn diễn vật liệu có độ ẩm cân (ứng với điểm D) tốc độ sấy 0, trình sấy dừng lại Nguyên nhân làm cho vận tốc sấy giảm vật liệu khô hơn, tốc độ khuếch tán ẩm vật liệu nhỏ tốc độ bay nước bề mặt phải khắc phục trở lực khuếch tán, đồng thời bề mặt vật liệu phủ lớp màng cứng làm cản trở việc thoát ẩm Cuối giai đoạn này, lượng ẩm liên kết bền bắt đầu tách Nhiệt cung cấp phần để nước tiếp tục bốc hơi, phần để vật liệu tiếp tục nóng lên Nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên vật liệu đạt độ ẩm cân nhiệt độ vật liệu nhiệt độ tác nhân sấy (tương ứng với điểm E) Vì vậy, giai đoạn cần giữ nhiệt độ tác nhân sấy (tương ứng với điểm E) Vì vậy, giai đoạn cần giữ nhiệt độ tác nhân sấy không vượt nhiệt độ cho phép vật liệu Trong trình sấy khơ sản phẩm, tính chất sinh học, lý hố, cấu trúc học tính chất khác sản phẩm cần phải giữ nguyên thay đổi ít, tính chất có ý nghĩa quan trọng, xác định tiêu phẩm chất Để đạt yêu cầu cần phải thực chế độ sấy, nghĩa phải đảm bảo giá trị thích hợp nhiệt độ, thời gian tốc độ giảm ẩm loại vật liệu không giới hạn cho phép Vì trình sấy cần ý số đặc điểm sau: Nhiệt độ sấy cho phép nhiệt độ tối đa chưa làm ảnh hưởng tới chất lượng Nếu nhiệt độ cao thành phần dinh dưỡng có hạt bị biến đổi Protein hạt bị ngưng tụ, chất bột bị hồ hoá, dầu bị oxy hoá …, dẫn đến giảm giá trị dinh dưỡng sản phẩm, giảm sức nảy mầm hạt giống,… Yêu cầu kỹ thuật sấy nhiệt độ hạt sấy không 6000C hạt lương thực 500C hạt giống Khi độ ẩm đạt tới 25%, nhiệt độ chất mang nhiệt cho phép tới 700C độ ẩm hạt cao 25%, nhiệt độ chất mang nhiệt không 800C Tốc độ giảm ẩm cho phép giới hạn tối đa tốc độ giảm ẩm trung bình chưa gây hư hỏng chất lượng sản phẩm trình sấy Quá trình giảm ẩm sấy kèm theo biến đổi tính chất vật lý, hố học cấu trúc sản phẩm Ví dụ như: trọng lượng riêng, độ bền học tăng, kích thước hình dáng biến đổi gây co kéo, dịch chuyển phận cấu trúc bên trong, biến dạng cấu trúc tế bào, phá vỡ mô,… Nếu sấy với tốc độ nhanh, biến đổi nói xảy mãnh liệt gây rạn nứt sản phẩm dạng hạt Từ làm giảm chất lượng sản phẩm, giảm độ an toàn bảo quản giảm giá trị cảm quan,… Thời gian sấy cho phép thời gian phép thực q trình sấy nằm giới hạn khơng dài tới mức làm giảm chất lượng hạt nhiệt không ngắn mức làm giảm chất lượng hạt tốc độ giảm ẩm nhanh 1.1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY Để tách ẩm khỏi sản phẩm, người ta dùng nhiều phương pháp khác như: phương pháp học (ép máy ép hay máy ly tâm, hút ẩm máy bơm), phương pháp hoá lý (dùng chất hút ẩm canxi clorua, axit sunfuric, silicagen, ) phương pháp nhiệt (tách ẩm vật liệu sang dạng nhờ có tác dụng nhiệt) Phương pháp tách ẩm học đơn giản rẻ tiền khó tách hết lượng ẩm đạt yêu cầu bảo quản thường làm biến dạng sản phẩm Sấy hoá lý phương pháp phức tạp, tốn phải dùng chất hấp thụ tương đối đắt tiền Vì thực tế sản xuất phương pháp sấy nhiệt áp dụng có hiệu Sấy nhiệt chia làm phương pháp chủ yếu : Sấy tự nhiên Sấy nhân tạo 1.1.2.1 Sấy tự nhiên Sấy tự nhiên phương pháp làm khô đơn giản nhất, sử dụng rộng rãi nước ta Sấy tự nhiên chia làm loại bao gồm hong gió tự nhiên phơi nắng a Hong gió tự nhiên Thường áp dụng cho trường hợp sản phẩm thu hoạch có độ ẩm cao với khối lượng khơng lớn Do có độ ẩm cao nên áp suất nước bề mặt sản phẩm lớn so với áp suất nước riêng phần khơng khí làm cho nước sản phẩm bốc bên ngồi Thời tiết khơ (áp suất nước khơng khí thấp) tốc độ bay nước mạnh ngược lại  Kết luận : Khi độ ẩm tương đối khơng khí q lớn đặc biệt sương mù việc hong gió khơng có hiệu Đánh giá Ưu điểm đơn giản, dễ dàng thực hiện, không tốn nhiều chi phí Nhược điểm tốc độ bay chậm, thời gian kéo dài khó giảm độ ẩm tới mức cần thiết để bảo quản  Kết luận : Phương pháp áp dụng để làm giảm ẩm sơ cho sản phẩm thu hoạch chưa kịp phơi sấy để tránh sẩy thối mốc hay mọc mầm b Phơi nắng Là phương pháp sấy tự nhiên lợi dụng nhiệt xạ mặt trời để làm khô sản phẩm Nguyên lý phương pháp sấy ánh nắng mặt trời sản phẩm hấp thụ lượng xạ tia mặt trời làm tăng nhiệt độ áp suất bề mặt sảy q trình bốc nước từ hạt vào khơng khí làm hạt khơ dần Đánh giá Ưu điểm đơn giản, tận dụng nguồn lượng mặt trời có sẵn Nhược điểm ln phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, sản phẩm không đồng đều, tốn nhiều công sức không khí hố 1.1.2.2 Sấy nhân tạo Sấy nhân tạo thực nhờ có tác nhân sấy đốt nóng (khói lò khí…), chúng tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với vật liệu, đốt nóng hút nước Q trình tốn nhiều lượng Tuy phương pháp phương pháp làm khô khối lượng sản phẩm lớn thời gian ngắn với điều kiện thời tiết tách hết độ ẩm liên kết bền vững khỏi sản phẩm cần thiết 1.1.3 HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT 1.1.3.1 Tiêu chuẩn sấy loại hạt Khi thu hoạch, hạt thường có độ ẩm cao, trung bình 20-22% Một số loại hạt thu hoạch vào mùa mưa nước ta, độ ẩm lúc đầu chúng tới 34-40% Những hạt ẩm khơng sấy kịp thời bị thâm, chua, thối chí hư hỏng hoàn toàn Một số loại hạt đậu tương, vừng phải sấy tới độ khô định tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi Tất loại hạt trước đưa vào kho bảo quản, thiết phải qua sấy tới độ ẩm an toàn a Lúa mì Yêu cầu: phải đảm bảo số lượng chất lượng gluten Đặc điểm: bắt đầu nhiệt độ từ 50ºC có thay đổi nhỏ số lượng chất lượng gluten Vì nhiệt độ sấy cho phép đến 50ºC b Lúa, ngơ Nước 200kg/tấn, lúa 33% ẩm độ xuống 16% ẩm độ Lúa khô vỏ khoảng 20-22% ẩm độ, có màu vừa chuyển từ màu nâu đen qua màu vàng sáng, hạt lúa cắn bên mềm Lúa khơ xay chà tồn trử khoảng 14-16%ẩmđộ,hạt cắn kêu, giòn Lúa ướt từ 33% ẩm độ giảm xuống 20-22% ẩm độ giảm nhanh vòng đến phút nên dùng nhiệt độ đến 80ºC để sấy Lúa ướt từ 20-22% ẩm độ giảm xuống 14-16% ẩm độ phải có thời gian định, thường giảm không 1,5% ẩm độ/1giờ, giảm nhanh hạt gạo bên bị nứt Nên thời gian nhiệt độ sấy không 42ºC cho lúa giống, từ 45ºC trở xuống cho lúa ăn Vận tốc gió xuyên qua lớp lúa sấy trung bình 10m/1 phút.Nếu ta biết đặc tính quạt, lò đốt, sinh lý hạt lúa, ta yên tâm sấy chất lượng cao, không bị tro, khói nứt hạt lúa c Các hạt họ đậu Các hạt học đậu thường chứa lượng lớn protein, phần lớn tinh bột từ 4652% lipit từ 2-3% Các hạt họ đậu nhạy cảm với tăng nhiệt độ nên thường phải thực nhiều giai đoạn sấy để giữ chất cho sản phẩm nâng cao suất máy sấy 1.1.3.2 Yếu tố tác động đến trình sấy Để qúa trình sấy đạt hiệu cao, không làm giảm chất lượng nơng sản sau sấy ta cần tìm hiểu tác động gây ảnh hưởng đến trình sấy hạt a Sự hô hấp nông sản dạng hạt Nơng sản dạng hạt có tính chất thể sống, trạng thái độ ẩm cao, nhiệt độ môi trường lớn, hạt hô hấp mạnh Quá trình diễn làm ơxi hố chất hữu hạt sinh nhiệt, làm hạt bị nóng lên, phơi phát triển thành hạt mầm Kết q trình hơ hấp hạt giảm khối lượng, chất lượng hạt, chí hạt hỏng hồn tồn Vì khơng sau thu hoạch cần sấy khô hạt mà trình bảo quản cần thường xuyên theo dõi nhiệt độ nơi bảo quản tiến hành sấy khô kịp thời để làm ngừng hô hấp hạt Đại lượng đặ trưng cho hô hấp hạt cường độ hô hấp b Độ ẩm hạt Khi hạt có độ ẩm độ ẩm bảo quản cường độ hô hấp không đáng kể Khi độ ẩm tăng cường độ hơ hấp tăng dần Độ ẩm hạt tăng đến giới hạn định cường độ hô hấp tăng lên Sự tăng đột biến cường độ hơ hấp q trình sinh học sản phẩm biểu xuất lượng nước tự tế bào hạt Độ ẩm ứng với tế bào hạt xuất lượng nước tự gọi độ ẩm giới hạn Với hạt ngơ, thóc độ ẩm giới hạn để bảo quản 13 - 13,5%, với hạt có dầu vừng, lạc độ ẩm giới hạn - 9% c Nhiệt độ hạt Khi nhiệt độ tăng cường độ hơ hấp hạt tăng lên, ảnh hưởng nhiệt độ thường hiệu lực so với ảnh hưởng độ ẩm Khi nhiệt độ tăng nhiệt độ giới hạn cường độ hơ hấp yếu chức sống khác bị chậm lại Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ hạt ngừng hơ hấp (mất hoạt động sống) Cho nên, nhiệt độ sấy lớn làm ảnh hưởng đến trình nảy mầm phát triển hạt sau q trình sấy nhiệt độ hạt ln phải nhỏ nhiệt độ cho phép Ví dụ nhiệt độ cho phép ngô giống 500C ngô thịt 50 – 55 Bảng nhiệt độ sấy cho phép độ ẩm giới hạn 2.1.4.2.1 PLC S7 – 1200 a Khái quát PLC S7 1200 Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ yêu cầu điều khiển tự động Sự kết hợp thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt tập lệnh mạnh mẽ khiến cho S7- 1200 trở thành giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác  Bộ phận kết nối nguồn  Các phận kết nối nối dây người dùng tháo (phía sau nắp che)  Khe cắm thẻ nhớ nằm cửa phía  Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp  Bộ phận kết nối PROFINET Thơng số bản: Chức CPU 1214C Kích thước vật lý (mm) Bộ nhớ người dùng: • Bộ nhớ làm việc • Bộ nhớ nạp • 110 x 100 x 75 • 50 kB • MB • kB Bộ nhớ giữ lại I/O tích hợp cục • 14 ngõ vào / 10 ngõ • Kiểu số • ngõ • Kiểu tương tự Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) 1024 byte ngõ (Q) Bộ nhớ bit (M) Độ mở rộng module tín hiệu 8192 byte Bảng tín hiệu Các module truyền thơng (mở rộng bên trái) Các đếm tốc độ cao • Đơn pha • Vng pha • 100 kHz 30 kHz • 80 kHz 20 kHz Các ngõ xung Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn) Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực Thông thường 10 ngày / ngày 400C PROFINET cổng truyền thơng Ethernet Tốc độ thực thi tính tốn thực Tốc độ thực thi Boolean 18 μs/lệnh 0,1 μs/lệnh b Sơ đồ nguyên lý làm việc - Viết chương trình, thiết lập PLC - Sau tải chương trình xuống PLC, q trình sấy nơng sản dạng hạt sau khoảng thời gian thiết lập từ trước vào đếm thời gian TIMER cảm biến kiểm tra nhiệt độ độ ẩm hạt ngưỡng cho phép dừng q trình sấy lại đóng gói sản phẩm 33 | P a g e - Nếu trình sấy ( sau thời gian TIMER thiết lập lần 1) hạt nông sản chưa đủ tiêu chuẩn quy định mà ta đề phải thiết lập thêm khoảng thời gian cho TIMER để sấy c Ưu & nhược điểm - Ưu: • Thiết kế nhỏ gọn, độ ổn định cao • Ngơn ngữ lập trình đơn giản • Dung lượng lớn để xử lý nhiều chương trình phức tạp • Khơng hạn chế việc sử dụng tiếp điểm • Dễ dàng kết nối với thiết bị: Máy tính, internet, modul mở rộng…… - Nhược: Giá thành cao 2.1.4.2.2 Arduino UNO R3 a Khái quát Arduino UNO R3 Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… Một vài thông số bản: - Vi điều khiển: Atmega328 họ 8bit - Điện áp hoạt động: 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) - Tần số hoạt động: 16MHz - Dòng tiêu thụ: Khoảng 30mA - Điện áp vào (khuyên dùng): 7-12V DC - Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM) - Số chân Analog: (độ phân giải 10 bit) - Dòng tối đa chân I/O: 30mA - Dòng tối đa (5V): 500mA 34 | P a g e - Dòng tối đa (3V): 50mA - Bộ nhớ flash: 32KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bootloader - SRAM: 2KB (Atmega328) - EEPROM: 1KB (Atmega328) b Ưu & nhược điểm - Ưu: • Giá thành thấp • Thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi • Có nhiều ứng dụng vượt trội • Cộng đồng hỗ trợ lớn - Nhược điểm: • Độ ổn định thấp • Hạn chế nhớ • Ngơn ngữ lập trình phức tạp 2.1.4.3 Các phương pháp điều khiển nhiệt độ 2.1.4.3.1 Điều khiển ON – OFF Đây loại điều khiển tương đối đơn giản nhất, dùng loại sản phẩm phục vụ cho gia đình máy điều hòa nhiệt độ, buồng sấy,… Khi buồng nhiệt có nhiệt độ nhỏ giá trị nhiệt độ đặt, nhiệt bật lên với công suất cực đại Khi buồng nhiệt có nhiệt độ lớn nhiệt độ đặt, nhiệt tắt Quá trình ON-OFF buồng nhiệt diễn với giá trị sai số cho phép nhằm ngăn ngừa nhiễu trình bật tắt buồng nhiệt nhanh nhiệt độ buồng nhanh nhiệt độ buồng gần với nhiệt độ đặt 2.1.4.3.2 Điều khiển khâu tỉ lệ Đây hình thức điều khiển tốt điều khiển ON-OFF cách cung cấp lượng cho buồng nhiệt dựa vào khác biệt nhiệt độ buồng nhiệt với nhiệt độ đặt 35 | P a g e 2.1.4.3.3 Điều khiển PID số Q trình phân tích tín hiệu rời rạc: Trước tiên, tín hiệu loại chuỗi xung, hàm liên tục theo thời gian Vì ta thu nhận thơng số tín hiệu phương pháp lượng tử hóa Trong hệ thống số thông số điều khiển biên độ xung xuất thời điểm rời rạc cách chu kì lấy mẫu tín hiệu Việc ổn định trở lên phức tạp so với hệ liên tục Hệ thống điều khiển số dùng ứng dụng nhiều đa dạng đưa máy tính số vào vào hệ thống điều khiển cải tiến giá lẫn độ xác Trên thực tế, khâu điều khiển hệ thống điều khiển tương tự, nên liệu rời rạc sau lấy mẫu phải xây dựng lại thành dạng lien tục suốt thời gian lần lấy mẫu 2.1.4.3.4 Điều khiển khâu vi phân tỷ lệ PD Vấn đề tính ổn định tầm điều khiển tỷ lệ với độ khuếch đại lớn, giảm thêm vào khâu vi phân cho tín hiệu sai số Kỹ thuật gọi kỹ thuật điều khiển PD Khâu vi phân hiệu chỉnh khả đáp ứng thay đổi nhiệt độ đặt, giảm độ vọt lố, đáp ứng bớt nhấp nhô 36 | P a g e 2.1.5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CẢM BIẾN 2.1.5.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 LM35 cảm biến nhiệt độ analog Nhiệt độ xác định cách đo hiệu điện ngõ LM35 Hình Lm35 Sơ đồ chân LM35 sau: - Chân 1: Chân nguồn Vcc Chân 2: Đầu Vout Chân 3: GND 2.1.5.1.1 Một số thông số LM35: Cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng không yêu cầu chỉnh ngồi vốn chúng chỉnh 2.1.5.1.2 Thông số cảm biến LM35: Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Độ phân giải điện áp đầu 10mV/0C Độ xác cao 250C 0.50C Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải 37 | P a g e Dải nhiệt độ đo LM35 từ -550C đến 1500C với mức điện áp khác Xét số mức điện áp sau : Nhiệt độ -550C điện áp đầu -55mV Nhiệt độ 250C điện áp đầu 250mV Nhiệt độ 1500C điện áp đầu 1500mV Tùy theo cách mắc LM35 để ta đo giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống đo từ 00C đến 1500C 2.1.5.1.3 Tính tốn nhiệt độ đầu LM35: Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường sử dụng cách: - LM35 → VDC → Vi điều khiển Như ta có: Ur = t.k Ur điện áp đầu (mV) t nhiệt độ môi trường đo (0C) k hệ số theo nhiệt độ LM35 10mV/10C Vậy nhiệt độ ta đo T = Ur/10 (0C) Điện áp Vcc cấp cho LM35 5V VDC 10bit Bước thay đổi LM35 5/(2^10) = 5/1024 = 0.00488 Tương tự với VDC 11bit Vcc khác ta tính để cơng thức lấy nhiệt độ 2.1.5.1.4 Sai số LM35: Tại 00C điện áp LM35 0.01V Tại 1500C điện áp LM35 1.5V ==> Giải điện áp VDC biến đổi 1.5 - 0.01 = 1.49 (V) VDC 10 bit nên bước thay đổi VDC : n = 0.00488 Vậy sai số hệ thống đo : Y = 0.00488/1.49 = 0.327 % 38 | P a g e a Ví dụ: Dựa vào bảng nhiệt độ sấy cho phép Ta muốn sấy cho ngô Thì nhiệt độ cho phép để sấy 500C Vậy ta cần điều chỉnh nhiệt độ cho tủ sấy 500C Sử dụng cảm biến nhiệt Lm35 Ta cấp điện áp Vcc cho LM35 5V VDC 10bit Theo công thức: Với nhiệt độ mong muốn 500C, điện áp đầu cảm biến nhiệt Lm35 là: Ur = t.k = 50.10 = 500 (mV) = 0,5 (V) Vậy Ur 0,5 V cấp nguồn cho điện trở nhiệt Khi Ur 0,5 V ngắt nguồn cấp cho điện trở nhiệt Led hiển thị nhiệt độ dựa công thức: T = Ur/10 (0C), với Ur (mV) 2.1.5.1.5 Phương pháp, vị trí lắp đặt Cảm biến LM35 Ta sử dụng môi trường Arduino cho việc đọc tín hiệu cảm biến xuất Serial việc lập trình đơn giản Phần cứng - Arduino UNO R3 - Breadboard - Dây cắm Breadboard - cảm biến LM35 Lắp mạch nguyên lý hình đây: 39 | P a g e Cảm biến nhiệt LM35 đặt phần buồng chứa khay sấy, tiếp xúc với khí nóng buồng Như cảm biến đo xác nhiệt độ buồng sấy 2.1.5.2 Cảm biến độ ẩm HS1101 HS1101 loại cảm biến đo độ ẩm có độ xác ±2% Dải nhiệt độ hoạt động từ -400C÷ 1000C Cảm biến HS1101 sử dụng phổ biến sống, dùng kết hợp với cảm biến LM35 (DS18B20 tương tự với LM35) dùng đo nhiệt độ Cảm biến HS1101 Sơ đồ chân HS1101 sau: - Chân Ground Pin : Chân đất ( có vỏ đồng) Chân Signal : Chân tín hiệu (khơng có vỏ đồng) 2.1.5.2.1 Thông số cảm biến HS1101: 40 | P a g e Điện áp hoạt động: 5V đến 10V Giao tiếp: Ngõ analog Dải đo độ ẩm: đến 99%RH - Nhiệt độ hoạt động: - 40 oC đến 100oC 2.1.5.2.2 Đặc điểm Bảng 2.5.2.2 Các đặc điểm cảm biến HS1101 (Xét Ta = 25°C, tần số đo lường cỡ 10kHz) 2.1.5.2.3 Nguyên lý làm việc Cảm biến HS1101 cảm biến điện dung Khi độ ẩm thay đổi, điện dung HS1101 thay đổi Do vậy, để đo độ ẩm người ta thiết kế mạch đo điện dung HS1101 Trong thực tế, người ta thường ghép nối HS1101 IC NE555 Khi giá trị điện dung HS1101 thay đổi làm thay đổi tần số đầu IC555 Như cần đo tần số đầu đo điện dung HS1101 41 | P a g e Hình 2.5.2.3 Sơ đồ ghép nối cảm biến HS1101 với IC555 Ví dụ cách đo độ ẩm dùng cảm biến HS1101 Ghép nối mạch hình 2.5.2.3,tần số dao động mạch tính cơng thức : Trong công thức : F tần số, C@%RH độ ẩm , R2=576kΩ , R4=49,9kΩ RH Điện áp (V) 7351 10 7224 20 7100 30 6976 40 6853 Bảng Đặc tính tần số đầu mạch: ( điểm tham chiếu f=6660Hz cho 55%RH/25o C) Công thức liên hệ độ ẩm điện dung : C(pF) = C@55%(1.2510-7 RH3 - 1.3610-5RH2 + 2.1910-3 + 9.010-1 ) [RH %RH] Trong công thức: C@55%= 180pF (datasheet HS1101); C(pF) điện dung đo Ảnh hưởng tần số đo lường: C@fkHz = [C@10kHz(1.027 – 0.01185ln(fkHz)] Điện áp tỷ lệ lối mạch: Vout = Vcc(0.00474*%RH + 0.2354) Khoảng độ ẩm tương đối xét từ 5% đến 99%RH, hệ số nhiệt điển hình +0.1%RH/oC từ 10oC đến 60oC RH Điện áp (V) - 10 1.41 20 1.65 30 1.89 Bảng Đặc tính điện áp đầu mạch ( Vcc = 5V, 25oC) 42 | P a g e 40 2.12 2.1.5.2.4 Phương pháp, vị trí lắp đặt cảm biến HS1101 Ta sử dụng môi trường Arduino cho việc đọc tín hiệu cảm biến xuất Serial việc lập trình đơn giản Phần cứng: - Cảm biến độ ẩm HS1101 - Arduino UNO R3 - Breadboard - Dây cắm Breadboard - led đỏ, led xanh - Dây nhảy - điện trở Lắp mạch nguyên lý hình đây: Cảm biến độ ẩm HS1101 đặt phần buồng chứa khay sấy, tiếp xúc với lượng ẩm buồng Như cảm biến đo xác độ ẩm buồng sấy 43 | P a g e CHƯƠNG KẾT LUẬN 3.1.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Qua phân tích, tính tốn lựa chọn xây dựng hệ thống buồng sấy nông sản dạng hạt Với ưu điểm dễ vận hành lắp đặt, giảm thiểu sức người trình sấy, tốc độ sấy nhanh, đảm bảo chất lượng nông sản Hệ thống ổn định, độ xác cao, nhiệt độ độ ẩm đo, điều khiển xác nằm sai số ±2 Có thể ứng dụng tốt việc việc thiết kế hệ thống buồng sấy đại Nhờ việc ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất giúp giải vấn đề bảo quản sau thu hoạch Đáp ứng ổn định nhiệt độ, độ ẩm trình sấy, góp phần tiết kiệm điện bảo vệ môi trường Tỷ lệ hao hụt không đáng kẻ 3.1.2 HẠN CHẾ Vì sử dụng nguồn điện làm tác nhân sấy điện nên gây lãng phí phụ phẩm nơng ngiệp tác nhân sấy có sẵn Sai số phép đo,sai số hệ thống chưa tính tốn chuẩn xác việc điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm khó khăn Khâu chuẩn bị nguyên liệu sấy đưa vào lò chưa tự động nên tốn thêm chi phí cho khâu Chất lượng nông sản thu hoạch không đồng dẫn đến việc kiểm sốt chế độ sấy gặp nhiều khó khăn 3.1.3 BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Đối với vấn đề tác nhân sấy cải thiện cách tích hợp thêm phận dàn nhiệt sử dụng tác nhân sấy từ phế thải nông, công nghiệp vỏ trấu bã mía,gỗ vụn,mùn cưa, than làm nguồn cung cấp lượng cho hệ thống sấy Tuy nhiên sử dụng tác nhân sấy cần phải ý tới phận làm hòa trộn hỗn hợp khí Nếu làm hiệu lò sấy cao, giá thành rẻ, không sử 44 | P a g e dụng vùng sản xuất nông nghiệp tập trung mà áp dụng rộng khắp địa phương Tính tốn sai số cách xác trình sấy đạt hiệu cao hơn,cho sản phẩm sấy có chất lượng tốt Đối với khu chế xuất, nhà máy chế biến nông sản cố định:để giảm giá thành sấy thiết kế thêm hệ thống xuất nhập nông sản tự động.như giảm chi phí th nhân cơng thực việc Sự đồng nông sản thu hoạch yếu tố quan trọng định tới chất lượng sản phẩm.Để có sản phẩm sấy đạt chất lượng cao chất lượng nơng sảnđầu vào cần ổn định Vấn đề vấn đề khó khan yêu cầu có tham gia nhiều ban ngành tham gia để quy hoạch vùng sản xuất 45 | P a g e