Bài tập lớn môn đo lường và cảm biến GV Nguyễn Thu Hà Đềtài máy ấp trứng gà Yêu cầu thiết kếgồm phân tích công nghệ xây dựng mô hình hệ thống, các thiết bị và chức năng sơ đồ khối hệ thống lựa.
Trang 1- lựa chọn cảm biến dùng cho hệ thống
- chọn bộ điều khiển nhiệt
- sơ đồ điều khiển
DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM:
1 Nguyễn Bá Phong ( trưởng nhóm )
2 Nguyễn Xuân Quý
- Việc sử dụng lò ấp, máy ấp trong thời gian gần đây khá phổ biến
Nó phù hợp với sự phát triển nhanh chóng của nền chăn nuôi nướcnhà Lò ấp được thiết kế với những công suất và yêu cầu kỹ thuậtkhác nhau tùy theo yêu cầu về giống gia cầm cần ấp nở cũng như qui
mô ấp nở Có những giống gia cầm cần yêu cầu về kỹ thuật làm lò ấpkhá cao như gà trắng (gà công nghiệp) khi đó việc xây dựng lò ấpcũng phải có những tiêu chuẩn khắt khe hơn như: sự giữ nhiệt, đềunhiệt, giữ ẩm, đều ẩm, cách tạo nhiệt ẩm cho lò Đối với nhữnggiống gia cầm dễ ấp nở hơn như gà ta, gà Sao thì yêu cầu kỹ thuậtcủa lò cũng đơn giản hơn
Trong các lò ấp trứng, yêu cầu cần phải cung cấp lượng nhiệt đầy
đủ và liên tục thì năng suất của lò mới cao Nếu trong quá trình ấptrứng mà mất nhiệt thì trứng dễ hỏng Do vậy cần phải có hệ thốngkiểm soát, quản lý xem lò có được cung cấp nhiệt đầy đủ hay không,
và có thể biết dễ dàng ngăn trứng nào không được cung cấp nhiệt đểsửa chữa
I
PHÂN TI ́ CH CÔNG NGHỆ LO ̀Ấ P:
Nho ́ m 10 - 1 - Máy ấp trứng
Trang 2tập lớn môn đo lường và cảm biến GV: Nguyễ n Thu Hà
1 Điều kiện để ấp trứng gia cầm
a Thời gian:
Thời gian để ấp trứng vịt là 28 ngày, ấp trứng ngan( vịt
xiêm), ngỗng là 30 ngày, trứng cút là 17 ngày, trứng đà điểu là
43 ngày, trứng gà là 21 ngày Tuy vậy có thể dao động: trứngnhỏ nỏ trước từ 5-10 giờ, trứng to nở muộn hơn so với quy định5-10 giờ Từ đặc điểm này, nếu có điều kiện cần phân loại trứng
có khối lượng to , nhỏ khác nhau cho vào cúng khay để dễ theodõi trứng nỏ tập trung, cùng lúc Không nên áp chung các loạitrứng gia cầm khác loài trong cùng một lò vì chế độ nhiệt củamỗi loài là khác nhau
b Nhiệt độ
Trứng mới vào lò còn lạnh nên 3-4 ngày đầu cần cung cấpnhiệt độ cao hơn các giai đoạn ấp sau: Đối với trứng gà, trứngvịt và trứng ngan xấp xỉ 38 độC (phụ thuộc vào điều kiện từngnơi ấp), sau đó giảm nhiệt độ từ từ, đến 3-4 ngày trước khi nởnhiệtđộ giảm 0,5-10 độC Trong những ngày nóng, cần hạ
nhiệt độ phòng ấp bằn cách mở lò ấp, phun nước ấm( 35-36 độC), phun nước làm mát phòng ấp
c Độ ẩm:
Những ngày đầu tiên yêu cầu nhiệt độ cao, yêu cầu độ ẩmcũng cao để giảm bớt sự bốc hơi nướctrong trứng Đến giữathời kì ấp, do việc trao đổi chất của phôi tăng, lượng nước nộisinh tạo ra cần phải thoát ra ngoài trứng nên yêu cầu nhiệt độ lò
ấp và phòng ấp giảm đi Vào vài ngày cuối của thời kỳ ấp, sựtrao đổi chất của phôi mạnh nhất, nhiệt độ của trứng tăng lêncao nhất nên nhiệt độ của lò ấp phải giảm nhưng đồng thời ẩm
độ của lò phải tăng (phun nước ấm lên trứng )để vừa hạ nhiệttrứng vừa tánh gà nở bị sát vỏ và chết tắc
d Không khí:
Không khí rất cần cho sự tao đổi khí của phôi vì vậy lò ấpphải đủ thông thoáng, khí trong lò ấp phải được lưu thông đều.Đảo trứng cũng là cách để điều hòa nhiệt độ, ẩm độ và khôngkhí tại mọi vị trí của quả trứng
2 Tổng quan công nghệ:
Nho ́ m 10 - 2 - Máy ấp trứng
Trang 3tập lớn môn đo lường và cảm biến GV: Nguyễ n Thu Hà
- Vì nhiệt độ ấp trứng gà là 37,4 - 37,8 độ C nên dải nhiệt của máy
ta chọn sẽ là 37,5 độ C, và có thể cài đặt và điều khiển được thông
qua mạch điều khiển
- Ta cần cóhệthống lò, cảm biêńvàmạch điều khiển ( tốt nhất làdùng hệthống linh kiện điện tử) đểcóthểgiữđươc ̣nhiệt độổn định
vànằm trong khoảng nhiệt cho phép đểtrứng cóthểnởra con khỏemạnh vàtỉlệnởcao
- trong khi ấp hệthống của ta câǹphải cung cấp cảkhông khílẫnđộẩm đểtrứng đủđiều kiện nởtốt nhất
- trong máy ấp ta nên thiết kế khay để trứng có tác dụng đảo đồngloạt trứng trong quá trình ấp
II
MÔ HÌNH HỆ THỐNG, CÁC THIẾT BỊ VÀ CHỨC NĂNG:
MÔ HÌNH HỆTHỐNG LÒÂṔ:
Để chế tạo máy ấp trứng gà thì hệ thống của ta cần :
- Vỏmáy
- Hệ thống phát nhiệt
- Hệ thống cảm biến đo và điều khiển nhiệt độ lò
- Mạch điều khiển
- Hệ thống tuần hoàn cung cấp không khí, độ ẩm và đảo trứng
- Hệ thống báo động quá nhiệt trong những ngày nóng
Nguyên líhoạt động của hệ thống:
Hệthống phát nhiệt sẽtạo ra nhiệt lượng ởtrong lò, khi đócảm
biến nhiệt sẽnhâṇtín hiệu đầu vaòlànhiệt độtrong lòvàsẽđưa ra ở
đầu ra làtín hiêụđiện áp, tín hiệu điện áp này sẽđược đưa đến
- Vỏ máy: Để bảo vệ trứng và giữ nhiệt cho máy Trên vỏ máy cần
thiết kế các cửa sổ hình hoa thị để điều chỉnh lượng không khí vàomáy và thoát ra, đảm bảo sự thông thoáng cho máy ấp Có công dụngchống đỡ toàn bộ máy, các khay trứng, giữ nhiệt và ổn định nhiệt độtheo nhu cầu ấp trứng Vỏ máy âṕnên chế tạo bằng ván carton đượcnhập ngoại, hoăc bằng tôn ghép với phâǹcách nhiêṭ
PHẦN VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT:
Trang 4Nho ́ m 10 - 3 - Máy ấp trứng
Trang 6lớp nhựa chứa túi khí ngăn chặn quá trình dẫn nhiệt và giúp tản nhiệt
nhanh Bên cạnh đó, lớp nhựa chứa túi khí còn có có tác dụng ngăn
Trang 7sóng âm thanh truyền qua, đồng thời khử các sóng âm thanh phản xạ
tránh tiếng vang do bề mặt không phẳng và hình dạng bất định.
Trang 812 – 14 C Cách âm: 60%
Nho ́ m 10 - 4 - Máy ấp trứng
Trang 9Dày: 4mm Hiệu quả: chống cháy cấp độ A, giảm 4-5C
Nho ́ m 10 - 5 - Máy ấp trứng
Trang 10Dày: 4mm Hiệu quả: chống cháy cấp độ A, giảm
7 – 8 C Cách âm: 40%
Xốp Extruded Polystyrene
Là loại vật liệu xốp cách nhiệt được sử dụng phổ biến trong cáchnhiệt, cách âm, chống thấm và xử lý nền yếu Đây là loại vật liệucách nhiệt mang ưu điểm vượt trội so với các loại xốp cách nhiệt
khác hiện có tại Việt Nam
Đặc tính sản phẩm : Kết cấu phân tử khép kín hoàn toàn của
Extruded Polystyrene làm cho vật liệu này có khả năng chống thấm
và ẩm mốc tốt hơn bất kì vật liệu cách nhiệt nào khác Ngoài ra xốpPolystyrene còn có ưu thế về trọng lượng nhẹ, độ bền cao và dễ dàngkết hợp với các vật liệu xây dựng khác
Thông số kỹ thuật:
Trang 11Hệ số truyền nhiệt W/m.k £ 0.030
Nho ́ m 10 - 6 - Máy ấp trứng
Trang 12tập lớn môn đo lường và cảm biến GV: Nguyễ n Thu Hà
Hàm lượng chứa nước v/v £ 1.0
thước
Ứng dụng:
- Dùng để làm mái nhà hoặc xử lý lại trần nhà bị thấm dột
- Dùng để lót nền nhà, đặc biệt nền đường cao tốc
Tôn mạ kẽm là loại Tôn sau khi thép nền mạ kẽm ở cả 2 mặt trên
và dưới để tăng độ bền cho là thép nền bên trong Do cấu tạo đơngiản và độ bền không bằng Tôn mạ màu và Tôn lạnh nên giá thànhTôn mạ kẽm rẻ hơn, phù hợp với những hạng mục công trình làmtạm trong thời gian ngắn
b)Đặc tính:
Với một lớp kẽm mỏng, được phủ lên bề mặt kim loại nền bằng quá trình nhúng nóng, các sản phẩm tôn mạ kẽm được bảo vệ cách ly khỏi
Trang 13môi trường xung quanh để chống rỉ sét, bảo đảm độ bền cho kim loại nền
-tôn thép:
Nho ́ m 10 - 7 - Máy ấp trứng
Trang 14và đời sống như: vật liệu cách nhiệt tủ lạnh, bình nóng lạnh, nhà
xưởng, kho tàng, kho đông lạnh,… đặc biệt công nghệ chống nóng
và ồn cho mái nhà công nghiệp và nhà dân dụng
2 Yêu cầu vềkỹthuật Tôn PU cách nhiệt
-Độ dày tôn:0.3–0.5mm
-Độ dày PU:16mm
-Chiều rộng:1070mm
-Hữu dụng: 1010 mm
3 Đặc tính nổi trôi của tôn PU
- Tôn PU với tính năng cách nhiêṭ, ngăn tiếng ồn aòra môi
trường sinh hoạt thoáng mát, yên tĩnh ổn định Ngoaìra coǹtiếtkiêṃđươc ̣điêṇnăng sinh hoaṭvàsản xuất
- Tôn PU có khảnăng chịu lưc ̣tốt, độbêǹcao
- Tôn PU vừa làtôn mái nhà( mạmàu ,
mạkem̃), đồng thời
lớp PU còn thay thế cho tấm trần nhà -
Đăc̣biêṭcó loại tôn PU chống cháy
Bảng thông số kỹ thuật của chất PU:
Trang 15(Kcal/mh 0 C)
ĐỘ CHỊU NÉN (N/cm 2 )
Tính năng cách nhiệt: PU là một trong những chất liệu có tính
dẫn nhiệt thấp nhất trong các loại vật liệu cách nhiệt Chất liệunày có thể giữ nóng rất tốt và cũng có thể duy trì được nhiệt độlàm lạnh phù hợp nhất (Xem bảng thông số kỹ thuật PU và bảng
so sánh tính năng PU với vật liệu khác)
Tính năng cách âm: Chất PU có khả năng cách âm cao, giảm
thiểu tối đa tiếng ồn của môi trường xung quanh (khả năng cách
âm 27,3dB)
Khả năng chịu nén hoàn hảo: PU có khả năng chịu nén rất tốt,
đặc biệt cường độ chịu nén của vật liệu sẽ tăng lên khi được kếtdính với với bề mặt của các vật liệu xây dựng khác
Khả năng kết dính vững bền: Trong khoảng thời gian ngắn từ
khi pha trộn tới bước xử lý cuối cùng, PU có khả năng kết dínhhữu hiệu với diện tích bề mặt của các vật liệu xây dựng khác Khả năng tương thích nhạy bén với các vật liệu khác: PU cóthể dễ dàng kết dính với các vật liệu phổ biến như: giấy, lá kimloại, sợi thuỷ tinh, thép, nhôm, vữa, gỗ dán và các vật liệu nhựa
Trang 16Các chất liệu này cũng góp phần làm tăng độ kết dính và độ bềncủa PU.
Tính bền nhiệt: PU có thể được sử dụng và giữ được độ bền
vững trong điều kiện nhiệt độ ngoài trời từ - 1180C tới + 820C.Nho ́ m 10 - 9 - Máy ấp trứng
Trang 17tập lớn mụn đo lường và cảm biến GV: Nguyờ̃ n Thu Hà
Khả năng chống ẩm cao: PU cú tớnh năng chống ẩm vượt trội trong
cỏc điều kiện tự nhiờn cú độ ẩm cao, đặc biệt tớnh năng chống ẩm
được tăng lờn khi kết hợp với cỏc vật liệu chống ẩm khỏc như PP
hoặc PVC Tớnh bền vững trong mụi trường kiềm: Ngõm trong dung
dịch cú độ PH 14 trong 60 ngày mà khụng cú phản ứng
- hệ thống phỏt nhiệt: Cú chức năng tạo ra nhiệt lượng để cung cấp
cho lũ cú thể dựng cỏc thiết bị để phỏt nhiệt như :
1, Cấp nhiệt bằng điện trở: Điện trở là điện trở thanh kớn,khụng rũ rỉ điện Cụng suất của điện trở là 200 watt
Điện trở là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong
những điều kiện khắc nghiệt do đó đòi hỏi phải
đảm bảo các yều cầu sau :
+ Chịu nóng tốt, ít bị ôxy hoá ở nhiệt độ cao
+ Phải có độ bền cơ học cao, không bị biến dạng
ở nhiệt độ cao
+ Điện trở suất phải lớn
+ Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ
+ Các tính chất điện phải cố định hoặc ít thay
đổi
+ Các kích thớc phải không thay đổi khi sử dụng
+ Dễ gia công, dễ hàn hoăc dễ ép khuôn
Để đảm bảo yêu cầu của dây nung, trong hầu hết
các lò điện trở công nghiệp, dây nung kim loại đều
đợc chế tạo bằng các hợp kim Nhôm và
Crôm-Niken là các hợp kim có điện trở lớn, dây nung phi kim
loại dùng phổ biến là SiC, grafit và than
Trang 18điện trở được quạt thổi đi đều khắp trong buồng ấp Một nhiệt kế điện
tử Digital đo đạc và kiểm soát nhiệt độ này Nếu buồng ấp còn thấphơn nhiệt độ yêu cầu ấp, vi mạch xử lý đóng điện trở cấp nhiệt cho
Nho ́ m 10 - 10 - Máy ấp trứng
Trang 19tập lớn mụn đo lường và cảm biến GV: Nguyờ̃ n Thu Hà
buồng, nếu nhiệt đủ thỡ mạch cắt điện của điện trở, do đú nhiệt khụnglờn nữa
CÁC LOẠI CẢM BIẾN Cể THỂ DÙNG:
+ Nhiệt điện trở kim loại : thường làm từ dõy kim loại nhưPlatinum, Nikel Đụi khi cũn dựng đồng, wonfram để chế tạo điệntrở
thường dựng là PT-100 (platin 100 Ω ở 0oC), CU-100, NI-100 Quan hệ nhiệt độ, điện trở cú dạng:
R(T) = Ro f (T-To)+ Nhiệt điện trở bỏn dẫn : loại thiết bị đo nhiệt này được làm từcỏc loại chất bỏn dẫn như: MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZntiO4…
LM35 có điện áp ngõ ra tỷ lệ trực tiếp với nhiệt độ
thang đo oC, điện áp ở ngõ ra là 10mV/ oC và sai số
không tuyến tính là ±1,8mV cho toàn thang đo Điện
áp nguồn nuôi có thể thay đổi từ 4V đến 30V
LM35 đợc chế tạo cho 3 thang đo :
-55o C đến 150oC loại LM35 và LM35D
-40oC đến 110oC loại LM35c và LM35CA
0oC đến 100oC loại LM35DA
Nho ́ m 10 - 11 - Mỏy ấp trứng
Trang 20tập lớn môn đo lường và cảm biến GV: Nguyễ n Thu Hà
Hiện nay đã có thêm nhiều IC cảm biến LM mới được sản xuất
với tính năng và chất lượng ngày càng cao ( LM335, LM741,
Trang 21Trong đó :
V+ là trị số điện áp cấp
T là nhiệt độ cần đo
Các IC trong họ AD 22100
AD 22100 KT/KR cho dải đo từ 0oC đến 100oC
AD 22100 AT/AR cho dải đo từ 40oC đến 85oC
AD 22100ST/SR cho dải đo từ 50oC đến 150oC
Nho ́ m 10 - 12 - Mỏy ấ p tr ứ ng
Trang 22Bà i t ậ p l ớ n mụn đ o l ườ ng v à c ả m bi ế n GV: Nguyờ̃ n Thu Hà
+ IC cảm biến nhiệt độ thông minh DS18B20
DS18B20 là một sản phẩm của cụng ty Dallas (Mỹ), đõy cũng làcụng ty đúng gúp nhiều vào việc cho ra đời bus một dõy và cỏc cảmbiến một dõy Hỡnh dạng bờn ngoài của cảm biến một dõy DS18B20được mụ tả trờn hỡnh vẽ, trong đú dạng vỏ TO-92 với 3 chõn là dạngthường gặp và được dựng trong nhiều ứng dụng, cũn dạng vỏ SOICvới 8 chõn được dựng để đo nhiệt độ bề mặt, kể cả da người
Cỏc đặc điểm kỹ thuật của cảm biến DS18B20 :
Sử dụng giao diện một dõy nờn chỉ cần cú một chõn ra để truyềnthụng Độ phõn giải khi đo nhiệt độ là 9 - 12bit Dải đo nhiệt độ-55oC đến 125oC, từng bậc 0,5oC, cú thể đạt độ chớnh xỏc đến 0,1oCbằng việc hiệu chỉnh qua phần mềm Rất thớch hợp với cỏc ứng dụng
đo lường đa điểm vỡ nhiều đầu đo cú thể được nối trờn một bus, busnày được gọi là bus một dõy (1-wire bus) giống hình dướ đõy:i
(hình vẽ dướ đây là phi ương pháp nối củangDS18S20,tuy nhiên cũng có thể áp dụng được choc
DS18B20)
Trang 23Nho ́ m 10 - 13 - Máy ấp trứng
Trang 24tập lớn môn đo lường và cảm biến GV: Nguyễ n Thu Hà
Không cần thêm linh kiện bên ngoài Điện áp nguồn nuôi có thể
thay đổi trong khoảng rộng, từ 3,0 V đến 5,5 V một chiều và có thể
Trang 25được cấp thông qua đường dẫn dữ liệu Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ
cực nhỏ Thời gian lấy mẫu và biến đổi thành số tương đối nhanh,
không quá 200 ms Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất
Trang 2664bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip (on chip), giá trị nhị phân
được khắc bằng tia laze Đầu đo nhiệt độ số DS18B20 đưa ra số liệu
để biểu thị nhiệt độ đo được dưới dạng mã nhị phân 9 bit Các thông
Trang 27tin được gửi đến và nhận về từ DS18B20 trên giao diện 1-wire, do đó
chỉ cần hai đường dẫn gồm một đường cho tín hiệu và một đường
làm dây đất là đủ để kết nối vi điều khiển đến điểm đo Nguồn nuôi
Trang 28cho các thao tác ghi/đọc/chuyển đổi có thể được trích từ đường tín
hiệu, không cần có thêm đường dây riêng để cấp điện áp nguồn Mỗi
vi mạch đo nhiệt độ DS18B20 có một mã số định danh duy nhất,
Trang 29được khắc bằng laser trong quá trình chế tạo vi mạch nên nhiều vi
mạch DS1820 có thể cùng kết nối vào một bus 1-wire mà không có
sự nhầm lẫn Đặc điểm này làm cho việc lắp đặt nhiều cảm biến nhiệt
Trang 30độ tại nhiều vị trí khác nhau trở nên dễ dàng và với chi phí thấp Theo
chuẩn 1-wire độ dài tối đa cho phép của bus là 300 m Số lượng các
cảm biến nối vào bus không hạn chế Để nâng cao độ phân giải lên