bài tập lớn tự động hóa trong tòa nhà

Các cảm biến nhiệt thường dùng trong hệ điều hòa thông gió HVAC...5 Phần 1: CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ...5 A.. Sự hoạt động của Hệ thống Điều hòa Thông gió 1.1Mục đích của Hệ thống Điều hòa Th

Mục Lục

Mục Lục 1

MỞ ĐẦU 2

Giới thiệu về hệ thống điều hòa thông gió HVAC 2

Hệ thống điều hòa thông gió HVAC bao gồm: 3

Giới thiệu về hệ thống 3

1.1 Mục đích của Hệ thống Điều hòa Thông gió 3

1.2Để có 1 hệ thống Điều hòa Thông gió đạt hiệu quả thì nó phải tương thích với các yếu tố 3

2.Các thành phần của Hệ thống Điều hòa Thông gió 3

3 Sự hoạt động của Hệ thống Điều hòa Thông gió 4

Giới thiệu về cảm biến: 4

Khái niệm về cảm biến: 5

I Các cảm biến nhiệt thường dùng trong hệ điều hòa thông gió HVAC 5

Phần 1: CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ 5

A Phân loại cảm biến nhiệt 6

A.1 Cặp nhiệt điện ( Thermocouples ) 6

A.2 Cặp nhiệt điện( Thermocouples ) 7

A.3 Thermistor 8

A.4 Bán dẫn 9

A.5 Nhiệt kế bức xạ ( còn gọi là hỏa kế- pyrometer ) 11

II Các loại cảm biến độ ẩm trong Hệ thống Điều hòa Thông gió HVAC 13

Phần 1:Cảm biến đo độ ẩm 13

B.Cảm biến đo độ ẩm 13

B.1.Cảm biến đo độ ẩm 13

B.1.1.Độ ẩm 13

B.1.2.Độ ẩm tuyệt đối 13

là khối lượng nước được tính bằng gam trong 1 mét khối không khí nào

đó Nhiệt độ cao thì độ ẩm càng cao, thông thường độ ẩm được tính bằng

phần trăm Độ ẩm môi trường thường 60 đến 70 phần trăm Sai số cho

phép của độ ẩm là cộng trừ 5 phần trăm 13

B.2.Cảm biến đo độ ẩm và nhiệt độ phòng 13

B.2.1.Thông số kỹ thuật Cảm biến đo độ ẩm và nhiệt độ phòng 14

B.2.2.Cấu tạo biên trong của cảm biến đo độ ẩm 14

B.2.3.Sơ đồ kết nối điện Cảm biến đo độ ẩm và nhiệt độ phòng 15

B.3.Cảm biến đo độ ẩm trong đường ống 16

B.3.1.Thông số kỹ thuật của cảm biến đo ẩm 17

B.4.Cảm biến đo độ ẩm trong phòng 17

B.4.1.Vài thông số cơ bản 18

B.4.2.Kích thước và sơ đồ đấu nối 18

B.4.3.Một vài lưu ý khi lắp đặt cảm biến 19

B.5.Cảm biến đo độ ẩm và nhiệt độ tích hợp hiển thị và RS485 19

III Các loại cảm biến đo áp suất trong hệ Điều hòa Thông gió HVAC 20

Phần 1: Cảm biến đo áp suất 20

C.1.Cảm biến áp suất HVAC Siemens QBM66.202 20

C.2.Cảm biến áp suất, cảm biến đo áp suất 22

C.2.1.1 Thông số kỹ thuật cảm biến đo áp suất 23

C.2.1.2.Bảng lựa chọn thông số phạm vi áp suất sử dụng 23

C.2.1.3 Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất, cảm biến đo áp suất 24

C.2.1.4 Bảng thông số kỹ thuật ngõ ra của cảm biến 25

C.2.1.5.Thông số kích thước và dạng kết nối cảm biến áp suất 26

C.2.1.6 Phụ kiện giải nhiệt cho cảm biến áp suất 27

C.2.1.7.Bộ điều khiển cảm biến áp suất 28

Lời cám ơn 30

MỞ ĐẦU

Giới thiệu về hệ thống điều hòa thông gió HVAC

Hệ thống điều hòa thông gió HVAC bao gồm:

 Hệ thống sưởi ấm.

 Hệ thống thông gió

 Hệ thống điều hòa không khí

Giới thiệu về hệ thống

1 Mục đích của Hệ thống Điều hòa Thông gió

2 Các thành phần của Hệ thống Điều hòa Thông gió

3 Sự hoạt động của Hệ thống Điều hòa Thông gió

1.1Mục đích của Hệ thống Điều hòa Thông gió

 Điều chỉnh nhiệt độ phòng

 Cung cấp không khí thoáng mát trong phòng

 Loại bỏ chất gây ô nhiễm từ không khí bằng cách sử dụng các bộ lọc ở các giai đoạn khác nha

 Hoạt động nguyên liệu hiệu quả

1.2Để có 1 hệ thống Điều hòa Thông gió đạt hiệu quả thì nó phải tương thích với các yếu tố

 Lưu lượng không khí

 Thiết bị giảm áp

 Hệ thống đăng ký kỹ thuật số

 Thu hồi tuần hoàn gió

 Mô tơ hiệu suất cao

2.Các thành phần của Hệ thống Điều hòa Thông gió

 Hệ thống điều hòa trong nhà:

 Cung cấp không khí ẩm vào mùa đông:

Khi phát hiện ra ngôi nhà của bạn quá lanh, hệ thống sẽ gửi tín hiệuđến lò sưởi điều khiển hoạt động để mang không khí ấm áp lại đếntất cả các phòng bằng cách sử dụng lò sưởi hoặc điều hòa khôngkhí thổi trực tiếp hoặc ống dẫn khí

 Cung cấp không khí mát mẻ vào mùa hè:

Bộ điều chỉnh nhiệt độ sẽ phát hiện khi ngôi nhà nóng lên và báotín hiệu đến hệ thống điều hòa không khí để cung cấp không khí

mát mẻ cho cả ngôi nhà.(Lưu ý: Bộ điều chỉnh nhiệt trong ngôi nhàcủa bạn chỉ dùng để đo nhiệt độ trong chính phòng đó.)

 Hệ thống Điều hòa thông gió trong TT thương mại, Văn Phòng

Không khí được làm lạnh ở hệ thống điều hòa trung tâm, sau đó được phân phối đến các không gian trong tòa nhà.

 Các bộ phận chính của Hệ thống Điều hòa trung tâm:

 Chiler (hay điều hòa không khí)

 Bộ truyền tải không khí

 Fill lọc khí

 Đường ống gió

 Van điều tiết (có một hoặc nhiều lưỡi)

 Bộ thiết bị đầu cuối và bộ điều nhiệt tương ứng với từng khuvực

 Thanh gia nhiệt (điều khiển bằng bộ điều khiển)

 Ống dẫn khí

 Bộ tiêu âm

 Cửa gió

 Bộ khuếch tán

3 Sự hoạt động của Hệ thống Điều hòa Thông gió

 Một hệ thống hiệu quả phụ thuộc vào:

 Vị trí tương đối ở cửa vào và cửa thoát không khí

 Bộ xử lý thu hồi nhiệt

 Không khí đi vào không gian nào đó, sau đó nó sẽ tuần hoàn lại qua cửa hút gió và đưa về bộ xử lý không khí.

 Một phần không khí trả lại sẽ tiêu hao và được thay thế bằng không khí tươi bên ngoài khoảng 10 đến 20%.

Giới thiệu về cảm biến:

Trong thời đại phát triển của khoa học và kỹ thuật ngày nay con ngườikhông chỉ dựa vào các cơ quan xúc giác của cơ thể Các chức năng xúc giác đểnhận biết các vật thể, hiện tượng trong thế giới bao quanh được tăng cường nhờphát triển các dụng cụ dùng để đo lường và phân tích mà ta gọi là cảmbiến

Cảm biến – sensor được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi cácđại lượng vật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng điện cóthể đo được (như: dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng…) Nó là thành

phần quan trọng nhất trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động,

có thể nói rằng nguyên lý hoạt động của một cảm biến, trong nhiều trường hợpthực tế cũng chính là nguyên lý của phép đo hay của phương pháp điều khiển tựđộng

Đã từ lâu cảm biến được sử dụng như những bộ phận để cảm nhận và phát hiện,nhưng chỉ vài chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện rõ vai trò quan trọng kỹthuật về công nghiệp đặc biệt là trong lĩnh vực đo lường, kiểm tra và điều khiển

tự động

Nhờ các tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu,thiết bị điện tủ và tin học, các cảm biến đã được giảm thiểu về kích thước cảithiện tính năng và ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng Giờ đây không có mộtlĩnh vực nào mà ở đó không sử dụng cảm biến, chúng có mặt trong những hệthống tự động phúc tạp như: Người máy, kiểm tra chất lượng sản phẩm, chúngtiết kiệm năng lượng, chống ô nhiễm môi trường Cảm biến còn được ứng dụngrộng rãi trong lĩnh vực giao thông vận tải, sản xuất, tiêu dùng, bảo quản thựcphẩm, sản xuất ô tô, công nghệ nhiệt, hệ thống cung cấp truyền tải điện năng vàbảo vệ hệ thống điện

Trong lĩnh vực điện – tự động hóa cảm biến có thể phân thành các loại:

 Cảm biến quang - Photoelectric sensor

 Cảm biến điện từ - Promixity sensor

 Cảm biến điện dung - Presence sensor

 Cảm biến áp suất - Pressure Sensors

 Cảm biến nhiệt độ - Thermocouple

 Cảm biến tốc độ - Encorder

 Công tắc hành trình - Limit Switches

Khái niệm về cảm biến:

Cảm biến là gì: Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,…các đại lượng vật lý không điện thành các tín hiệu điện Ví dụ: Nhiệt độ là 1 đại lượng không liên quan đến điện chúng ta phải chuyển nó về 1 đại lượng khác ( điện trở, điện áp ) để phù hợp với các cơ cấu điện tử

Các cảm biến thường dùng trong HVAC: Cảm biến nhiệt, áp suất, độ ẩm, mức nước, lưu lượng gió, lưu lượng khí, đo nồng độ hóa chất trong nước, CO2, khói,

…

I Các cảm biến nhiệt thường dùng trong hệ điều hòa thông gió

HVAC

Phần 1: CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ.

Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó Như thế một yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm nhận của cảm biến” Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà các bạn

trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1 trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt )

– Một nguyên tắc đặt ra là: Tăng cường trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi

trường cần đo

A Phân loại cảm biến nhiệt

– Cặp nhiệt điện ( Thermocouple )

– Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector )

– Thermistor

– Bán dẫn ( Diode, IC ,….)

– Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ) Dùng hồng ngoại hay lazer

A.1 Cặp nhiệt điện ( Thermocouples ).

– Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu

– Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV)

– Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao

– Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao

– Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…

– Tầm đo: -100 D.C <1400 D.C

– Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ) Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T Các bạn lưu ý điều này để chọn đầu dò và bộ điều khiển cho thích hợp.

– Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn đến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ cho nó ( offset trên bộ điều khiển )

Lưu ý khi sử dụng:

– Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không nên nối thêm dây ( vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều ) Cọng dây của cảm biến nên để thông thoáng ( đừng cho cọng dây này dính vào môi trường

đo ) Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị

Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm và dương ) do vậy cần chú ý kí

hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng

Hình cặp nhiệt điện

A.2 Cặp nhiệt điện( Thermocouples )

– Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu

– Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV)

– Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao

– Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao

– Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…

– Tầm đo: -100 D.C <1400 D.C

Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD

– Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định.Phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm tại 0 D.C Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao

– RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây

Lưu ý khi sử dụng:

– Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số

– Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple Chúng ta có thể nối thêm dây cho loại cảm biến này ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống nhiễu ) và có thể đo test bằng VOM được

– Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây

Cảm biến dạng NTD

A.3 Thermistor

– Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…

– Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi

– Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo

– Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp

– Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch

điện tử.

– Tầm đo: 50 <150 D.C

Cấu tạo Thermistor

– Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao

Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi

– Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ;

Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ Thường dùng nhất là loại

NTC

– Thermistor chỉ tuyển tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt Chỉ sử dụng trong các mục đíchbảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít Cái Block lạnh nào

cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ

Lưu ý khi sử dụng:

– Tùy vào nhiệt độ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý hailoại PTC và NTC ( gọi nôm na là thường đóng/thường hở) Có thể test dễ dàng với đồng hồ VOM

– Nên ép chặt vào bề mặt cần đo

– Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ

– Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây

Hình thermistor.

A.4 Bán dẫn

– Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.

– Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ

– Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản

– Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền

– Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện tử

– Tầm đo: -50 <150 D.C

– Cảm biến nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dẫn Có các loại như Diode, Transistor, IC Nguyên lý của chúng là dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại cảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt,

hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản, rẽ tiền,….

– Ta dễ dàng bắt gặp các cảm biến loại này dưới dạng diode ( hình dáng tương

tự Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45 Nguyên lý của chúng là nhiệt

độ thay đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có trong mạch

IC cảm biến nhiệt LM35 Cảm biến nhiệt dạng Diode

Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C ( DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”

– Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào đó,

ngoài dải này cảm biến sẽ mất tác dụng Hết sức quan tâm đến tầm đo của loại cảm biến này để đạt được sự chính xác

– Loại cảm biến này kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao,hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh

A.5 Nhiệt kế bức xạ ( còn gọi là hỏa kế- pyrometer )

– Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học

– Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt

– Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi

trường đo

– Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền

– Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung

– Tầm đo: -54 <1000 D.F

– Nhiệt kế bức xạ ( hỏa kế ) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ củanhững môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúc được ( lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến).

– Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc

Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức

xạ năng lượng Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo

Lưu ý khi sử dụng:

– Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế có các tầm đo khác nhau, tuy nhiên đa số hỏa kế đo ở khoảng nhiệt độ cao Và vì đặc điểm không tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo nên mức độ chính xác của hỏa kế không cao, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường xung quanh ( góc độ đo, rung tay, ánh sáng môi

trường )

Hình hỏa kế

II Các loại cảm biến độ ẩm trong Hệ thống Điều hòa Thông gió

Cảm biến thích hợp trong hệ thống HVAC, cho các tòa nhà, văn phòng,

kho, thư viện… Dể dàng lắp đặt và thay thế, cảm biến có độ nhạy và độ chính xác cao

Sử dụng trong các hệ thống tử lão hóa bảo quản thuốc, hóa chất, dùng tronglĩnh vực công nghệ sinh học, vườn ươm, tạo giống, phòng thí nghiệm…

B.2.Cảm biến đo độ ẩm và nhiệt độ phòng

Cảm biến đo ẩm không khí có phạm vi đo từ 0 đến 90 phần trăm với

ngõ ra tín hiệu analog 0-10VDC hoặc 4-20mA, đây là hai dạng tín hiệu ta

có thể dễ dàng xử lý và hiển thị

Cảm biến đo đo độ ẩm và nhiệt độ.

Cảm biến tích hợp hai đầu đo, vừa đo nhiệt, vừa đo độ ẩm với hai ngõ ra

– Hiển thị: Nhiệt độ và độ ẩm (option).

– >> Tài liệu đính kèm <<.

B.2.2.Cấu tạo biên trong của cảm biến đo độ ẩm

Cấu tạo cảm biến đo độ ẩm

B.2.3.Sơ đồ kết nối điện Cảm biến đo độ ẩm và nhiệt độ phòng

Tùy vào model lụa chọn sẽ có kiểu đấu nối khác nhau, có loại output nhiệt làdạng PT100 3 dây, đối với ngõ ra 4-20mA thì đấu nối theo kiểu loop, mắc nối tiếp với nguồn 24vdc