Về mạch điện đo nhiệt độ rất đa dạng phong phú, từ mạch đo chỉ thị bằng đồng hồ microampe đến mạch đo chỉ thị số, cũng như bộ chuyển đổi mạch cũng rất đa dạng.
Tuỳ theo yêu cầu sử dụng và yêu cầu kỹ thuật mà ta chọn các loại cảm biến ,các mạch chuyển đổi, chỉ thị cho phù hợp.
1-Mạch đo nhiệt độ dùng nhiệt trở: Sơ đồ nguyên lý như sau:
Mạch điện sử dụng một nhiệt điện trở đưa vào trong nhánh của cầu Wheatston kéo trực tiếp Ampe kế và khơng thơng qua transistor để chỉ thị nhiệt độ. Sự thay đổi nhiệt độ sẽ làm cho điện trở của nhiệt trở thay đổi, làm thay đổi mức điện áp ngõ ra do đĩ làm thay đổi dịng dẫn của transistor.
Trong mạch này thì :
R1,R2,R3,R6 : tạo thành cầu Wheatston. R4 : phân cực ổn định dịng.
R5 : biến trở thay đổi tải ,điều chỉnh dịng qua mA kế. R3 : biến trở chỉnh 0 (lúc cầu cân bằng)
Cũng cĩ thể dùng mạch này để điều khiển nhiệt độ nếu thay thế microampe bằng mạch khuếch đại và bộ phận Relay.
2-Đo nhiệt độ bằng sự bù tiếp giáp cho cặp nhiệt kiểu K:
Mạch này nêu ra AD590 được kết nối để bù nhiệt cho cặp nhiệt kiểu K. Các tiếp giáp quy chiếu phải cĩ tiếp xúc nhiệt sát với vỏ thiết bị AD590.
V+ phải ít nhất 4V và dịng điện ICL8069 phải được xác lập ở 1 đến 2mA, sự chuẩn hĩa khơng u cầu nối ngắn mạch hoặc tháo cặp nhiệt.
Điều chỉnh R1 sao cho V2 = 10,98mV. Nếu cần các đo đạc chính xác cao, điều chỉnh R2 đến hệ số Seebeck chính xác cho cặp nhiệt được sử dụng, sau đĩ ghi lại V1 và xác lập R1 để tăng điện áp này (tức là xác lập V2 =V1). Đối với các kiểu cặp nhiệt khác thì điều chỉnh các giá trị tương ứng hệ số Seebeck.
3-Nhiệt kế dựa trên transistor:
Các transistor cảm biến cĩ thể là bất kỳ loại NPN nào : 2N2222, 3904. Mạch này cung cấp điện áp ra 0 → 10V tương ứng 00C → 1000C ở transistor cảm biến Q2 .Độ chính xác là +/-10C. Khơng cần phải chuẩn hĩa, loại NPN tín hiệu nhỏ thơng dụng bất kỳ đều cĩ thể được dùng làm bộ cảm biến.Yêu cầu chuẩn hố bị loại bỏ do Q1 vận hành như một nguồn dịng điện giá trị-được chuyển mạch, thay đổi giữa khoảng 10 và 100µA khi LTC1043 chuyển đổi giữa các chân 12 và 14. Hai giá trị dịng đện này khơng quan trọng khi tỷ suất đĩ giữ khơng đổi.
IV.GIỚI THIỆU MỘT SỐ MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ:
Mục đích của mạch khống chế nhiệt độ là giữ nhiệt độ ở mơi trường cần nung nĩngở một nhiệt độ nhất định.Vì vậy ta cần sử dụng một số mạch để khống chế, thực hiện yêu cầu của người sử dụng.
Nguyên lý của mạch khống chế là dùng phương pháp so sánh điện áp, ta sử dụng mạch khuếch đại thuật tốn. Mạch làm việc theo nguyên lý sau:
Cho vào đầu khơng đảo (+) của OPAMP một điện áp chuẩn, điện áp chuẩn này được tính tốn trước để tương ứng với một tỷ lệ nhiệt độ nhất định; điện áp từ bộ cảm biến được đưa đến đầu vào đảo (-) của OPAMP:
Khi điện áp từ bộ khuếch đại cảm biến lớn hơn điện áp chuẩn, mạch sẽ tác động cắt nguồn nhiệt.
Qua sơ đồ mạch nguyên lý trên cho phép ta khống chế nhiệt giữa hai ngưỡng dưới và trên trong mạch sử dụng cảm biến Thermistor TH1.
Phần mạch bên trái Thermistor là mạch khống chế nhiệt dưới, phần bên phải là mạch khống chế nhiệt trên.
Điện áp phân cực tĩnh cho hai OPAMP lấy từ mạch phân áp giữa biến trở R1 và Thermistor TH1 để đưa đến đầu vào đảo và khơng đảo của hai OPAMP.
+Nguyên lý làm việc của mạch:
-Khi nhiệt độ tăng cao làm cho nội trở của TH1 giảm mạnh, với sự thay đổi điện áp so sánh giữa hai đầu vào của OPAMP và so sánh với một điện áp chuẩn tương ứng với một nhiệt độ đã định trước, điều khiển ngõ ra của OPAMP để đĩng mở Relay. Từ đĩ điều khiển đĩng hay mở nguồn nhiệt.
Giả sử nhiệt độ tăng quá mức ngưỡng trên, nội trở TH1 giảm làm cho ngõ ra của OPAMP2 ở mức thấp làm Q2 dẫn, Relay 2 hút làm ngắn mạch tải.Trong lúc đĩ OPAMP1 chuyển qua bão hịa dương làm Q1 ngắt, Relay1 nhả, thơng mạch tải.
-Khi nhiệt độ giảm quá mức ngưỡng dưới, nội trở TH1 tăng làm cho ngõ ra của OPAMP2 ở mức cao làm Q2 ngắt, Relay2 nhả, thơng mạch tải; cịn ngõ ra của OPAMP1 ở mức thấp làm Q1 dẫn, Relay1 hút làm ngắn mạch tải . Điểm cần chú ý trong mạch này là các OPAMP chuyển trạng thái với độ nhạy rất cao của áp vi sai ở đầu vào khoảng vài trăm µV. Với áp phân cực tĩnh ở đầu vào là 6V nên áp vi sai thay đổi khoảng 200V tương ứng với mức 0,1%. Như vậy địi hỏi sai số trong nhánh cầu cũng ở mức 0,01%. Với các sai số nhỏ của TH1 như vậy nên độ nhạy của nĩ rất cao. Trong thực tế độ nhạy chính xác đĩng ngắt mạch cỡ 0,5% với nhiệt độ trong phịng.
2-Mạch khống chế quá nhiệt dùng diode Silic:
Trong một số trường hợp cần khống chế mức nhiệt độ quá thấp mà các nhiệt trở thơng thường khơng đáp ứng được. Hơn nữa ở nhiệt độ thấp, do cơng suất tiêu tán trên nhiệt trở lại biến thành nhiệt nên giảm đi độ chính xác của mạch.
Vì vậy để giải quyết, người ta dùng diode Si làm phần tử cảm biến:
Khi cĩ dịng bằng hay lớn hơn 1mA chạy qua diode D1 thì điện áp thuận của nĩ khoảng 600mV. Giá trị điện áp thuận lại phụ thuộc vào nhiệt độ, cĩ trị số nhiệt âm khoảng –2mV/0C. Với dịng thuận 1mA, cơng suất tiêu tán chỉ bằng 600mW nên hiệu ứng tỏa nhiệt do nung nĩng khơng đáng kể.
Điện áp phân cực cho hai đầu OPAMP được ổn định bằng diode Zener 5,6V. Diode D1 dùng làm phần tử cảm biến nhiệt, biến trở R3 dùng để chỉnh cầu cân bằng cho áp vi sai bằng 0.
Nếu nhiệt độ mơi trường tăng quá ngưỡng, nội trở của D1 giảm, OPAMP chuyển sang trạng thái bão hịa âm, làm Q1 dẫn, Relay cĩ điện. Nếu nhiệt độ giảm dưới mức ngưỡng, nội trở D1 tăng, OPAMP chuyển sang trạng thái bão hịa dương, làm Q1 ngưng dẫn, ngắt Relay.
Như vậy mạch chỉ làm việc để Relay ngắt nguồn khi nhiệt độ mơi trường quá ngưỡng trên.
Khi điện áp ở ngõ vào (2) cĩ giá trị lớn hơn điện áp ở ngõ vào (3) thì ngõ ra (6) ở mức thấp làm Q1 dẫn và Relay hút, đĩng mạch. Như vậy Relay cĩ điện chỉ khi nào nhiệt độ chưa vượt quá nhiệt độ xác định.
TH1 là nhiệt điện trở âm, cĩ giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại.
Chỉnh biến trở R1, cho cầu cân bằng ở nhiệt độ gần 2700C, cũng tại nhiệt độ này thì giá trị điện áp ở đầu vào (2) và (3) bằng nhau nên OPAMP cĩ áp vi sai bằng 0.Khi nhiệt độ thay đổi thì RTH1 thay đổi làm cho cầu R1, R2, R3, RTH1 mất cân bằng. Lúc này điện áp ngõ ra (6) của OPAMP sẽ âm hơn làm Q1 dẫn và Relay cĩ điện.
-Điện áp ngõ vào (3) là điện áp chuẩn (vì R2, R3 cố định)
-Điện áp ngõ vào (2) là điện áp dùng để so sánh và thay đổi được, phụ thuộc vào R1 và RTH1.
-Khi nhiệt độ lớn hơn 2700C, điện trở RTH1 giảm làm áp ra chân (6) của OPAMP sẽ dương hơn làm Q1 ngắt, Relay khơng cĩ điện.
4-Bộ điều khiển nhiệt độ một điểm xác lập:
AD590 tạo ra điện áp phụ thuộc nhiệt độ, qua R (tụ C để lọc nhiễu), sự xác lập R2 tạo ra điện áp tỷ lệ –zero. Đối với thang độ C thì cần cĩ R = 1KΩ và Vzero = 0,273V.
CHƯƠNG III : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC