XÂY DỰNG HOẠT ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VỚI TCU 1
3.1.2. Nghiờn cứu và thiết kế phần cứng.
* Sơ lược về vai trũ của cỏc bộ cảm biến.
Trong cỏc hệ thống đo lường - điều khiển, mọi quỏ trỡnh đều được đặc trưng bởi cỏc biến trạng thỏi như: nhiệt độ, ỏp suất, tốc độ, mụ men… Cỏc biến trạng thỏi này thường là cỏc đại lượng khụng điệu. Nhằm mục đớch điều chỉnh, điều khiển cỏc quỏ trỡnh ta cần thu thập thụng tin, đo đạc, theo dừi sự biến thiờn cỏc biến trạng thỏi của quỏ trỡnh. Nhiệm vụ đú được thực hiện bởi cỏc bộ cảm biến, nờn cú thể coi nú là "tai mắt" của cỏc dõy chuyền, quỏ trỡnh cụng nghệ và của cỏc con người.
Riờng cảm biến đo ngư dõn cú ý nghĩa cực kỳ quan trọng bởi đại lượng vật lý ngư dõn được quan tõm nhiều hơn cả trong cỏc đại lượng vật lý núi chung. Nhiệt độ đúng vai trũ quyết định đến nhiều tớnh chất của vật chất. Để chế tạo cỏc bộ cảm biến nhiệt độ người ta sử dụng nhiều nguyờn lý cảm biến khỏc nhau từ đú sẽ cú cỏc loại cảm biến khỏc nhau. Cú thể kể ra đõy vài loại cảm biến thụng dụng như: nhiệt điện trở, nhiệt ngẫu, phương phỏp quang dựa trờn phõn bố bức xạ nhiệt do dao động nhiệt.
* Cảm biến cặp nhiệt ngẫu (cặp nhiệt điện)
Bộ cảm biến mạch nhiệt ngẫu là một mạch cú từ hai hay nhiều thanh dẫn điện gồm hai dõy dẫn A và B. Chỗ nối giữa hai thanh kim loại 1 và 2 được hàn với nhau.
Khi 2 mối hàn t và t0 cú nhiệt độ khỏc nhau thỡ sẽ cú dũng điện chạy qua trong mạch kớn (theo Seebek). Chiều của dũng điện phụ thuộc và nhiệt độ tương ứng của mụi hàn, tức là nếu t > t0 thỡ dũng điện chạy theo hướng ngược lại. Nếu để hở một đầu thỡ giữa hai cực xuất hiện 1 sức điện động (sđđ) nhiệt.
Khi mối hàn 1 và 2 cú cựng nhiệt độ (giả sử là t0) thỡ sđđ tổng:
A B t0
t 1 2
độ
EAB = eAB (t0) + eBA (t0) = 0 eAB = eAB (t) - eAB (t0)
Khi nhiệt độở t0, t khỏc nhau thỡ sđđ tổng: EAB = eAB (t) + eAB (t0)
Hay: EAB = eAB (t) - eAB (t0)
Đõy chớnh là phương trỡnh cơ bản của cặp nhiệt ngẫu.
• Giả sử : t0 = const => eAB (t0) = C (hằng số) Vậy cú: EAB (t) = eAB (t) - C = f (t)
Như vậy bằng cỏch đo sđđ ta cú thể tỡm nhiện độ t của vật. Đầu mối hàn t là đõu đo, đầu t0 là đầu tự do.
• Đặc tớnh của một số loại cặp nhiệt điện
Sự thay đổi sđđ của một số loại cặp nhiệt điện được mụ tả dưới đõy.
Cỏc ý nghĩa của cỏc ký hiệu E, J, T, K, R, S, B E: Chromel/ Constantan J: Sắt/ Constantan 70 60 50 40 30 20 200 600 1000 1400 1800 E J K E (mV) T (0C) KT J E - 10 - 200 R S T
độ
T: Đồng/ Constantan K: Chromel/ Alumen R: Platin - Rodi/ Platin S: Platin - Rodi/ Platin
B: Platin - Rodi (30%) / Platin - Rodi (6%)
+ Thụng số kỹ thuật của cỏc cặp nhiệt điện thụng dụng. Cặp nhiệt điện Dải nhiệt độ làm việc 0C Sức điện động mV Độ chớnh xỏc Đồng/ Constantan φ = 1,63mm - 270 - 370 - 6,258 ữ 19,027 (-1000C ữ 400C) : ± 2% (40C ữ 1000C) : ± 1,8% (-1000C ữ 3500C) : ± 0,75% Sắt/ Constantan φ = 3,25mm - 210 - 800 - 8,095 ữ 45,498 (00C ữ 4000C) : ± 3% (4000C ữ 12500C) : ± 0,75% Chromel/Alumen φ = 3,25 mm - 276 ữ 780 - 9,835 ữ 66,473 (00C ữ 4000C) : ± 3% (4000C ữ 12500C) : ± 0,75%
Platin - Rodi (10%)/ Platin φ = 0,51 mm - 50 ữ 1500 - 0,236 ữ 15,576 (00C ữ 6000C) : ± 2,5% (6000C ữ 15000C) : ± 0,4% Platin - Rodi (30%)/ Platin (6%) φ = 0,51
mm 0 ữ 1700 0 ữ 12,426 (870
0C ữ 17000C) : ± 0,5%
Platin - Rodi (13%)/ Platin φ = 0,51mm - 50 ữ 1500 - 0,226 ữ 17,445 (00C ữ 5380C) : ± 1,4% (5380C ữ 15000C) : ±