Khối cảm biến nhiệt

Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ cho hệ thống sấy

5.2.1. Khối cảm biến nhiệt

Tuỳ vào yêu cầu của công việc mà ngời ta có thể sử dụng nhiều các dụng cụ đo nhiệt độ chuyên biệt khác nhau. Gắn với yêu cầu thực tiễn của đề tài là điều khiển nhiệt độ dòng khí trong sấy nông sản dạng hạt, nhiệt độ sấy <2000C, và những ứng dụng rộng rãi của IC cảm biến nhiệt nên chúng tôi chọn IC cảm biến nhiệt làm dụng cụ đo nhiệt độ dòng khí sấy.

* Nguyên lý hoạt động chung của IC đo nhiệt độ

IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dới dạng dòng điện hay điện áp. Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Đo tín hiệu điện ta biết đợc giá trị nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn. Bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất hiện các lỗ trống. Làm cho điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ.

+ IC đo nhiệt độ LM335

Loại IC cảm biến nhiệt này do hãng SGS - Thomson Microelectronic phát triển. LM335 đợc đóng vỏ nhựa theo hai dạng tiện dụng cho thiết kế:

Hình 27: Kiểu vỏ Z(TO92) Hình 28: Kiểu vỏ D(SO8)

LM335 là loại cảm biến nhiệt có độ chính xác cao, đã đợc chuẩn hoá. Nó hoạt động giống nh điôtzener. Bảng 9 chỉ ra một số thông số hoạt đông của LM335.

Bảng 9: Thông số của LM335

Dải nhiệt độ đo -400C ữ 1000C

Dải dòng hoạt động 450

μΑ

Α

Trở kháng động khi vận hành Nhỏ hơn 1Ω

Điện áp đầu ra biến thiên nhiệt độ 10mV/0C

Dòng ngợc 15mA

Dòng thuận 10mA

Điện áp đầu ra ở 250C 2,92Vữ 3,04V

Đáp ứng của cảm biến theo sự thay đổi của nhiệt độ:

Hình 29: Đáp ứng của đầu ra theo sự biến đổi của nhiệt độ

Ta cũng có thể dễ dàng chuẩn hoá cảm biến ở 250C để có đợc điện áp đầu ra là 2,982V bằng việc điều chỉnh biến trở VR1 10K.

+ IC thuật toán LM324

LM324 là loại thuật toán công suất nhỏ, đợc tích hợp tới 4 tầng thuật toán trên một vỏ.

Hình 31: Hình dáng và cấu tạo bên trong LM324

+ LM324 có băng thông rộng 1,3MHz. + Độ lợi 100dB.

+ Dòng cung cấp nhỏ 375

μΑ

+ Điện áp nuôi: Đơn cực +3V đến +30V, Lỡng cực ±1,5V đến ±15V.

Yêu cầu khuếch đại trong thiết kế là không khắt khe, mặt khác do tính thông dụng và giá rẻ nên chúng tôi chọn LM324 cho thiêt kế

* Khâu tạo điện áp chuẩn:

Trong khâu khuếch đại của cảm biến nhiệt, cần thiết phải tạo ra một điện áp chuẩn để so sánh với tín hiệu điện áp của cảm biến:

Để tạo ra đợc mức điện áp ổn định, ta dùng điôt ổn áp 5,1V đấu ngợc với điôt muỗi 1N4148 . Sụt áp tổng trên hai điôt:

Ut = UD + UDz = 5,1 + 0.6 = 5,7V

Dòng chạy trong 1N4148 là rất nhỏ (<200mA). Lựa chọn dòng 10mA:

R10 =

10mA 5,7V

12V− _{= 630Ω}

Sử dụng loại biến trở nhiều vòng - là loại biến trở có khả năng điều chỉnh tinh, nối với điện trở 12K để có thể lấy ra điện áp chuẩn so sánh 2,73V và điện áp tham chiếu 2V-Ref-AVR cho bộ chuển đổi A/D.