đồ án môn vi mạch tương tự

đồ án môn vi mạch tương tự

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

BÀI TẬP LỚN MÔN VI MẠCH TƯƠNG TỰ

Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh

báo nhiêt độ, sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.

Lời nói đầu

Sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về môn kỹ vi mạch tương tự, với

sự giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn thầy giáo Nguyễn Vũ

tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiêt độ, sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.

Do kiến thức và trình độ năng lực hạn hẹp nên việc thực hiện đề tài này không thể tránh được thiếu sót, kính mong nhận được sự thông cảm và góp ý của thầy cô giáo

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường gặp trong đời sống hằng ngày

cũng như kỹ thuật và công nghiệp Việc đo nhiệt độ cũng chính vì thế

là một yêu cầu thiết thực Hiện nay cảm biến đo nhiệt độ là loại cảm biến

được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp cũng như dân dụng

Bài tập lớn này nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế

PHẦN II TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO

1.1 Sơ đồ khối

1.2 Thiết kế tổng quan

- Khối cảm biến RTD: Sử dụng cảm biến Pt100

Cảm

biến

RTD

Khối cảnh báo

Mạch khuếch đại

- Khối mạch đo: Sử dụng phương pháp nguồn dòng 1mA

- Khối cảnh báo: Sử dụng đèn led để cảnh báo

1.3 Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ mạch:

R2

10k

R8

5k

+5V

U2

OPAMP

U1

OPAMP

R5

40K

U2(OP)

110.00

E+

S-RT1

RTD-PT100

3

2

6

4 5 U3

741

R6

10k

R7

100k

99%

RV1

11160

3

U9

4156 +12V

-12V +5V

D1

LED-RED

Thiết bị sử dụng loại RTD Pt100

Mạch tạo nguồn dòng tạo ra dòng điện không đổi 1mA

Nhiệt độ thay đổi làm giá trị điện trở của RTD thay đổi,giá trị điện áp Uout

cũng thay đổi theo

PHẦN II GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH

2.1 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại:

2.1.1 Cấu tạo của cảm biến nhiệt điện trở kim loại:

Hình ảnh cảm biến nhiệt.

Cảm biến nhiệt điện trở kim loại gồm một dây dẫn bằng kim loai như: Platin, Niken, Đồng quần trên một lõi cách điện

2.1.2 Hoạt động và phương trình chuyển đổi của cảm biến nhiệt điện trở kim loại:

Khi nhiệt độ của cảm biến thay đổi, điện trở của cảm biến thay đổi theo phương trình

R(T)=R0(1+AT+BT2+CT3)

Trong đó T đo bằng 0C, R(T)là điện trở của cảm biến ở 00C, A,B,C là các hằng số

và được xác định bằng cách đo điện trở của cảm biến tại các nhiệt độ đã biết trước

Ở nhiệt độ thấp, phương trình chuyển đổi của cảm biến là tuyến tính

R(T)=R0(1+ αT)

Với αlà hệ số nhiệt của điện trở, tùy thuộc vào kim loại như ở bảng sau

Do tính chất của các kim loại dùng chế tạo cảm biến nhiệt điện trở kim loại có tính chất lí hóa khác nhau nên tầm đo của cảm biến sử dụng các kim loại khác nhau cũng khác nhau

Do bạch kim có độ bền vật lý cao và không bị oxy hóa nên cảm biến nhiệt điện trở bạch kim là thông dụng nhất Các cảm biến nhiệt điện trở dùng bạch kim thường được chết tạo có điện trở R0 là 100; 200; 500; 1000(Ω) Cảm biến nhiệt điện trở kim loại

2.1.3 Mạch sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.

3 2

1

R

Ra

R1

R3

R2

R4

Uo

Ra cảm biến

Ra = R0 + △R là điện trở của cảm biến

R0 là giá trị của điện trở ở nhiệt độ 0oC

Chọn R1=R3, R2=R4.Điện áp ra Uo được tính như sau:

2.2 Mạch tạo nguồn dòng.

Sơ đồ mạch

2

1

10k

R2

5k

5V

Vref=1mA

2.3 Khối mạch đo.

Tạo ra điện áp phụ thuộc vào giá trị điện trở RTD

Sơ đồ mạch như sau:

R1 10k

R2 5k +5V

U2

OPAMP

U1

OPAMP

R3 40K

U2(OP)

110.00

E+

S+

S-

E-RT1

RTD-PT100

3

2

6

4 1 5 U3

741

R3 10k

R4 100k

99%

RV1

11160

3.6 Khối cảnh báo

Làm việc khi nhiệt độ vượt qua giá trị cảnh báo

3 2

1

U4

4156 +12V

-12V +5V

D1 LED-RED

Sử dụng mạch so sánh với điện áp cần so sánh là 5.09V

D là đèn cảnh báo

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ MẠCH ĐO 3.1.1 Sơ đồ mạch.

R1 10k

R2 5k +5V

U2

OPAMP

U1

OPAMP

R3 40K

U2(OP)

110.00

E+

S+

S- E-RT1

RTD-PT100

3

2

6

4 1 5 U3

741

R3 10k

R4 100k

99%

RV1

11160

Dải đo từ: toC = tmin÷ tmax = 0÷(100+10.n)

Với n=3 → toC = 0 ÷ 130 oC

Từ trên sơ đồ trên ta có:

Uout =- Iref.RPt100(R3/RV1)

RV1 lấy bằng 10k

=-10-3

*RPt100*(40000/10000)=-0,004*RPt100

Lựa chọn cảm biến nhiệt độ kim loại RTD Pt100

Loại cảm biến này có dải đo nhiết độ

Khi nhiệt độ thay đổi,giá trị điện trở của RTD cũng thay đổi theo phương trình

RRTD = Ro(1+�t+�t2+�t3)

Các thông số RTD Pt100 như sau:

Ở 0oC điện trở Ro=100Ω

=3,94.10

Khi nhiệt độ thay đổi từ 0÷510oC thì RRTD:

RRTD 0oC =100 Ω

RRTD 110oC = 100.(1+3,94.10-3.130 - 5,8.10-8.1302 - 4.10-12.1303) = 151.12Ω

Từ đây ta tính được điện áp ra Uout ứng với giá trị RRTD:

Uout max=- 0,004.151.12 =- 0.604V

Uout mim=- 0.004.100 = -0.4 v

Vì điện áp ra rất nhỏ nên dùng thêm mạch khuếch đại điện áp

Khối mạch khuếch đại

3

2

6

741

R5

10k

R4

100k

U3(OP)

Hệ số khuếch đại Ku= R4/R5= 100/10= 10

3.2 Nguồn dòng.

Sơ đồ mạch.

3

2

1

10k

R2

5k

5V

Vref=1mA

Điện áp đầu vào 5V,khi đó dòng điện sinh ra sẽ là:

Iref= UR2/R2=5/5000=0,001 A = 1mA

Được đưa vào mạch đo

3.3 Mạch cảnh báo.

Sơ đồ mạch:

3 2

1

U4

4156 +12V

-12V +5V

D1

LED-RED

U3(OP)

Sử dụng mạch so sánh với giá trị đặt là 5.09V

Kết luận

Mạch còn sơ sài

Tính ổn định chưa cao

Còn có nhiều sai số

Do thời gian gấp gáp và vốn kiến thức còn hạn hẹp nên chúng em mong thầy

cô thông cảm !