Đề tài thiết kế Đồng hồ Đo nhiệt Độ sử dụng cặp nhiệt Điện kiểu k bù nhiệt Độ bằng chương trình sử dụng lm35 dải Đo 0 – 250 Độ c, Độ phân giải 0 1 Độ c

Bằng cách sử dụng cặp nhiệt ngẫu và ápdụng các phương pháp bù nhiệt đúng, chúng em sẽ có thể đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả đo nhiệt độ.. 1.2 Phương pháp đo nhiệt độ Ph

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÀI TẬP DÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO

Đề tài: Thiết kế đồng hồ đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện kiểu K Bù nhiệt độ bằng chương trình sử dụng LM35 Dải đo 0 – 250

độ C, độ phân giải 0.1 độ C

Giảng viên hướng dẫn: ThS Đào Đức Thịnh

Sinh viên thực hiện: Phùng Minh Đức - 20191766

Đặng Quang Hưng - 20191879Cao Mạnh Huy - 20191889 Chử Văn Minh - 20191958 Trương Mạnh Tuấn - 20192153

Chữ ký c a ủ GVHD

Trong quá trình học, nhóm chúng em đã được giao thực hiện bài tập dài với

đề tài “Thiết kế đồng hồ đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện kiểu

K Bù nhiệt độ bằng chương trình sử dụng LM35 Dải đo 0 – 250

độ C, độ phân giải 0.1 độ C” Đề tài này đòi hỏi chúng em phải nắm vững

kiến thức về nguyên lý hoạt động của nhiệt ngẫu, cách thức đo nhiệt độ, vàphương pháp bù nhiệt độ phần mềm Bằng cách sử dụng cặp nhiệt ngẫu và ápdụng các phương pháp bù nhiệt đúng, chúng em sẽ có thể đảm bảo tính chính xác

và độ tin cậy của kết quả đo nhiệt độ Nội dung báo cáo được chia thành các phầnchính như sau:

• Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật đo lường và phân tích đề tài

• Chương 2: Thiết kế mạch đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện

• Chương 3: Thử nghiệm thiết kế và kết luận

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, ThS Đào Đức Thịnh,người đã tận tâm hướng dẫn và truyền đạt cho chúng em những kiến thức và kinhnghiệm quý báu trong quá trình thực hiện môn học cũng như đề tài này Dưới sựhướng dẫn của thầy, chúng em đã cố gắng hết sức để nắm vững nội dung môn học

và áp dụng kiến thức vào bài tập của chúng em Tuy nhiên, chúng em thừa nhậnrằng với lần đầu tiếp cận đến nội dung này, có thể sẽ có những sai sót và khuyếtđiểm Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo và định hướng từ thầy đểchúng em có thể hoàn thiện kỹ năng và kiến thức trong tương lai

Mục lục

Trang

1 Tổng quan về kỹ thuật đo lường và phân tích đề tài 1

1.1 Khái niệm chung về đo lường 1

1.2 Phương pháp đo nhiệt độ 3

1.2.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng 3

1.2.2 Phương pháp đo kiểu so sánh 4

1.3 Phân tích yêu cầu thiết kế 6

2 Thiết kế mạch đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện 7 2.1 Sơ đồ khối mạch đo 7

2.2 Thành phần cấu tạo thiết bị đo 7

2.2.1 Cặp nhiệt điện 7

2.2.2 Bộ khuếch đại và lọc nhiễu cho cặp nhiệt điện 11

2.2.3 Khối ADC và Vi xử lí 13

2.2.4 Khối hiển thị LCD 16x2 16

2.2.5 Khối nguồn 19

2.2.6 Cảm biến nhiệt độ LM35 20

2.3 Lưu đồ thuật toán và thiết kế mạch 22

2.3.1 Lưu đồ thuật toán 22

2.3.2 Sơ đồ Schematic 23

2.3.3 Mạch PCB 23

3 Thử nghiệm thiết kế và kết luận 25 3.1 Kiểm tra hoạt động mạch nguồn 25

3.2 Thiết bị 26

3.3 Hướng phát triển 27

Danh mục hình vẽ

Trang

1.1 Quá trình đo biến đổi thẳng 4

1.2 Quá trình đo kiểu so sánh 5

2.1 Sơ đồ khối mạch đo 7

2.2 Sơ đồ cặp nhiệt điện 8

2.3 Cặp nhiệt điện loại K 10

2.4 Thiết kế bộ khuếch đại vi sai 11

2.5 Thiết kế bộ lọc ngoài 12

2.6 Thiết kế bộ 50Hz/60Hz 13

2.7 Bộ khuếch đại và bộ lọc nhiễu 13

2.8 Sơ đồ cấu trúc bộ ADC của vi điểu khiển STM32 14

2.9 Nguồn nhiễu EMI ảnh hưởng đến ADC STM32 16

2.10 Sơ đồ chân STM32F103C8T6 16

2.11 Màn hình LCD 1602 17

2.12 Quá trình khởi tạo LCD 19

2.13 Pin Lipo 3.7V 19

2.14 IC Boost Converter MT3608 20

2.15 Mạch nguyên lý khối nguồn 20

2.16 Mạch nguyên lý khối LM35 21

2.17 Lưu đồ thuật toán 22

2.18 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 23

2.19 Thiết kế mạch PCB 23

2.20 Hình 3D mạch PCB 24

2.21 Chọn vỏ cho thiết bị 24

3.1 Mạch PCB thực tế 25

3.2 Kiểm tra mạch nguồn 25

3.3 Thử nghiệm thiết bị ở nhiệt độ phòng 26 3.4 Thử nghiệm thiết bị với cốc nước nóng 26

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật đo

lường

và phân tích đề tài

1.1 Khái niệm chung về đo lường

Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kếtquả bằng số so với đơn vị đo Kết quả đo lường là giá trị bằng số của đại lượngcần đo Ax, nó bằng tỉ số của đại lượng cần đo X và đơn vị đo X0 Nghĩa là A x chỉ

rõ đại lượng đo lớn hơn (hay nhỏ hơn) bao nhiêu lần đơn vị đo của nó Vậy quátrình đo có thể viết dưới dạng:

nó Vì thế để đo ta thường phải biến đổi chúng thành đại lượng khác có thể so sánhđược Ví dụ: Để đo ứng suất cơ học ta phải biến đổi chúng thành sự thay đổi điệntrở của bộ cảm biến lực căng Sau đó mắc các bộ cảm biến này vào mạch cầu và

đo điện áp lệch cầu khi có tác động của ứng suất cần đo

Ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp để đo các đạilượng khác nhau, nghiên cứu về mẫu và đơn vị đo được gọi là đo lường học.Ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu và áp dụng các thành quả đo lường học vàophục vụ sản xuất và đời sống gọi là kỹ thuật đo lường

Mục đích của quá trình đo lường là tìm được kết quả đo lường A x, tuy nhiên

để kết quả đo lường A x thỏa mãn các yêu cầu đặt ra để có thể sử dụng được đòihỏi phải nắm vững các đặc trưng của quá trình đo lường Các đặc trưng của kỹthuật đo lường bao gồm:

Đại lượng đo

Đại lượng đo là một thông số đặc trưng cho đại lượng vật lý cần đo Mỗiquá trình vật lý có thể có nhiều thông số nhưng trong mỗi trường hợp cụ thể chỉquan tâm đến một thông số là một đại lượng vật lý nhất định Ví dụ: Nếu đại lượngvật lý cần đo là dòng điện thì đại lượng cần đo có thể là giá trị biên độ, giá trị hiệudụng Có thể phân loại đại lượng đo theo các tiêu chí như sau

X

– Đại lượng đo điện: đại lượng đo có tính chất điện; tức là có đặc trưng

mang bản chất điện Ví dụ: dòng điện, điện áp

– Đại lượng đo thông số: là thông số của mạch điện Ví dụ như điện trở,

điện cảm, điện dung

– Đại lượng đo phụ thuộc thời gian: Chu kỳ, tần số

• Theo tính chất thay đổi của đại lượng đo:

– Đại lượng đo tiền định: Đại lượng đo đã biết trước quy luật thay đổi

theo thời gian Ví dụ: dòng điện dân dụng I là đại lượng đo tiền định

do đã biết trước quy luật thay đổi theo thời gian của nó là một hàm sin

theo thời gian có tần số ω, biên độ I, góc pha ban đầu ϕ

– Đại lượng ngẫu nhiên: Có sự thay đổi theo thời gian, không theo quy

luật Trong thực tế, đa số các đại lượng đo là đại lượng này

• Theo cách biến đổi đại lượng đo:

– Đại lượng đo liên tục (đại lượng đo tương tự-analog): phải sử dụng các

dụng cụ đo tương tự Ví dụ như ampe mét có kim chỉ thị, vôn mét cókim chỉ thị

– Đại lượng đo số (digital): Phải sử dụng các dụng cụ đo số Ví dụ như

ampe mét chỉ thị số, vôn mét chỉ thị số

Điều kiện đo

Đại lượng đo chịu ảnh hưởng quyết định của môi trường sinh ra nó, ngoài

ra kết quả đo phụ thuộc chặt chẽ vào môi trường khi thực hiện phép đo Các điềukiện môi trường bên ngoài như: nhiệt độ, từ trường, độ ẩm, ảnh hưởng rất lớnđến kết quả đo

Để kết quả đo đạt yêu cầu thì thường phép đo phải được thực hiện trongđiều kiện chuẩn là điều kiện được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc theo quyđịnh của nhà sản xuất thiết bị đo Khi thực hiện phép đo luôn cần phải xác địnhđiều kiện đo để có phương pháp đo phù hợp

Đơn vị đo

Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lượng đo nào đó được quốc

tế quy định mà mỗi quốc gia phải tuân thủ Ví dụ: Nếu đại lượng đo là độ dài thìđơn vị đo có thể là mét, inch, dặm,

Thiết bị đo và phương pháp đo

Thiết bị đo là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin

đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát

Phương pháp đo là việc phối hợp các thao tác cơ bản trong quá trình đo baogồm các thao tác: xác định mẫu và thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể hiện kếtquả hay chỉ thị Các phương pháp đo khác nhau phụ thuộc vào các phương phápnhận thông tin đo và nhiều yếu tố khác như đại lượng đo lớn hay nhỏ, điều kiện,sai số, yêu cầu,

Kết quả đo

Kết quả đo là những con số kèm theo đơn vị đo hay những đường cong ghilại quá trình thay đổi của đại lượng đo theo thời gian Nó không phải là giá trịthực của đại lượng cần đo mà chỉ có thể coi là giá trị ước lượng của đại lượng cần

đo Giá trị này gần với giá trị thực mà ở một điều kiện nào đó có thể coi là giá trịthực Đế đánh giá sai lệch giữa giá trị ước lượng và giá trị thực người ta sử dụngkhái niệm sai số của phép đo là hiệu giữa giá trị ước lượng và giá trị thực Từ sai

số này có thể đánh giá phép đo có đạt yêu cầu hay không

1.2 Phương pháp đo nhiệt độ

Phương pháp đo là cách thức, thủ thuật được sử dụng để xác định thông

số cần đo một cách chính xác và đáng tin cậy Trong lĩnh vực đo lường nhiệt độ,phương pháp đo đóng vai trò quan trọng trong việc xác định giá trị nhiệt độ mộtcách chính xác và đáng tin cậy Có hai phương pháp đo cơ bản được sử dụng để

đo nhiệt độ là phương pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu so sánh

1.2.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng

Phương pháp đô biến đổi thẳng là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theokiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không có khâu phản hồi

Trước tiên đại lượng cần đo X được đưa qua một hay nhiều khâu biến đổi

và cuối cùng được biến đổi thành số N x Còn đơn vị của đại lượng đo X0 cũngđược biến đổi thành số N0 (ví dụ khắc độ trên mặt dụng cụ đo tương tự) Quátrình này được gọi là quá trình khắc độ theo mẫu N0 được ghi nhớ lại Sau đó diễn

ra quá trình so sánh giữa đại lượng cần đo với đơn vị của chúng Quá trình nàyđược thực hiện bằng một phép chia N x /N0 Kết quả đo được thể hiện bằng biểuthức được cụ thể hóa như sau:

X = N x X

Quá trình đo như vậy được gọi là quá trình đo biến đổi thẳng Thiết bị đothực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng Trong thiết bị này tínhiệu đo X và X0 sau khi qua khâu biến đổi BĐ (có thể là một hay nhiều khâu nối

tiếp) đưa đến bộ biến đổi tương tự số A/D ta có N x và N0 Sau khi nhân với đơn

vị X0 ta nhận được kết quả đo như ở biểu thức 1.3

Hình 1.1: Quá trình đo biến đổi thẳng

Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn vì tín hiệu quacác khâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng các sai số của các khâu Vì thế thường sửdụng dụng cụ đo kiểu này ở các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp để đo và kiểm tracác quá trình sản xuất với độ chính xác yêu cầu không cao lắm

1.2.2 Phương pháp đo kiểu so sánh

Phương pháp đo kiểu so sánh là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểumạch vòng nghĩa là có khâu phản hồi

Trước tiên đại lượng đo X và đại lượng mẫu X0 được biến đổi thành mộtđại lượng vật lý nào đó (ví dụ dòng hay áp chẳng hạn) thuận tiện cho việc so sánh.Quá trình so sánh được diễn ra trong suốt quá trình đo Khi hai đại lượng bằngnhau ta đọc kết quả ở mẫu sẽ suy ra giá trị đại lượng cần đo Quá trình đo nhưvậy gọi là quá trình đo kiểu so sánh Thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi làthiết bị đo kiểu so sánh (hay thiết bị bù)

Hình 1.2: Quá trình đo kiểu so sánh

Hình vẽ trên chỉ rõ sơ đồ khối của một thiết bị đo như vậy Tín hiệu đo X

được so sánh với một tín hiệu X K tỉ lệ với đại lượng mẫu X0 Qua bộ biến đổi số

- tương tự D/A tạo ra tín hiệu X K Qua bộ so sánh ta có:

Tùy thuộc vào cách so sánh mà ta có các phương pháp sau đây:

• So sánh cân bằng: là phép so sánh mà đại lượng cần đo X và đạilượng mẫu X0 sau khi biến đổi thành đại lượng X K được so sánh với nhau saocho luôn có ∆X = 0 tức là:

X − X K = 0; X = X K = N K X0 (1.5)Như vậy thì X K là một đại lượng thay đổi sao cho khi X thay đổi luôn đạtđược kết quả ở 1.5 Nghĩa là phép so sánh luôn ở trạng thái cân bằng Trongtrường hợp này độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác của

X K và độ nhạy của thiết bị chỉ thị cân bằng Ví dụ: Cầu đo, điện thế kế cânbằng,

• So sánh không cân bằng: Nếu đại lượng XK là một đại lượngkhông đổi, lúc đó ta có:

Nghĩa là kết quả của phép đo được đánh giá theo đại lượng X Tức là biếttrước X K, đo ∆X có thể suy ra X = X K + ∆X Rõ ràng phép đo này có độchính xác phụ thuộc vào phép đo ∆X, mà giá trị ∆X càng nhỏ (so với X) thì

độ chính xác phép đo càng cao Phương pháp này thường được sử dụng để

đo các đại lượng không điện như đo nhiệt độ, đo ứng suất,

• So sánh không đồng thời: Việc so sánh được thực hiện như sau:

Đầu tiên dưới tác động của đại lượng đo X gây ra một trạng thái nào đótrong thiết bị đo Sau đó thay X bằng đại lượng mẫu X K sao cho trong thiết bị

đo cũng gây ra đúng trạng thái như khi X tác động, trong điều kiện đó rõràng ta có X = X K Khi đó độ chính xác của X hoàn toàn phụ thuộc vào độchính xác của X K Phương pháp này chính xác vì khi thay X K bằng X ta vẫngiữ nguyên mọi trạng thái của thiết bị đo và loại được mọi ảnh hưởng củađiều kiện bên ngoài đến kết quả đo

• So sánh đồng thời: Là phép so sánh cùng lúc nhiều điểm của đại

lượng cần đo X và của mẫu X K Căn cứ vào các điểm trùng nhau mà tìm rađại lượng cần đo Ví dụ: Để xác định 1 insơ (đơn vị chiều dài Anh) bằng baonhiêu mm Ta làm phép so sánh sau: lấy 1 thước có độ chia mm (mẫu) cònthước kia theo insơ (cần do) Đặt điểm 0 trùng nhau sau đó đọc các điểmtrùng nhau tiếp theo là: 127mm - 5insơ; 254mm - 10insơ; 381mm - 15insơ

38115

= 25.4 (mm) (1.7)

1.3 Phân tích yêu cầu thiết kế

Yêu cầu: Thiết kế mạch đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện kiểu K, dải đo

0 − 250 ◦ C, bù nhiệt độ bằng phần mềm sử dụng LM35, độ phân giải 0.1 ◦ C Vớinhững yêu cầu trên, nhóm cần:

• Chọn cảm biến thương mại phù hợp với dải đo

• Thiết kế mạch đo, chọn IC thực tế

• Chọn ADC phù hợp

• Thiết kế mạch ghép nối mạch đo và ADC có cả phần nguồn và R ref cho ADC

Chương 2: Thiết kế mạch đo nhiệt độ bằng

cặp nhiệt điện

2.1 Sơ đồ khối mạch đo

Sơ đồ khối mạch đo được mô tả như sau: Điện áp rơi trên đầu nóng và lạnhcủa cặp nhiệt điện được đưa vào bộ khuyếch đại chuyên biệt, sau đó được đưa vào

vi xử lí, sau đó vi xử lí chuyển dữ liệu ADC sang dữ liệu đo được thực tế và hiểnthị giá trị đó lên LCD

Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch đo

2.2 Thành phần cấu tạo thiết bị đo

2.2.1 Cặp nhiệt điện

Cặp nhiệt điện có tên tiếng anh là thermocouple (thermo là nhiệt độ, couple

là cặp, đôi) thường được gọi với tên khác là cặp nhiệt ngẫu Đây là loại cảm biếnnhiệt độ mạch kín với hai dây dẫn kim loại khác nhau được đấu nối hai đầu Cặpnhiệt ngẫu được sử dụng khá phổ biến để đo tại những nơi có nhiệt độ cao và nhiệt

độ dao động liên tục Hiện nay thiết bị điện này được sản xuất vô cùng đa dạngvới các phạm vi nhiệt độ hoạt động, tuổi thọ, khả năng chống rung, chống hóachất, khác nhau

Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt ngẫu dựa trên hiệu ứng nhiệt Seebeck

Cụ thể, khi hai kim loại khác nhau được hàn dính lại một đầu (Measuring junction)

sẽ tạo ra một điện áp Mô phỏng nguyên lý này theo sơ đồ hình 2.2 sau

Hình 2.2: Sơ đồ cặp nhiệt điện

Điểm nối giữa hai thanh kim loại là nơi được tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn

là đầu nóng Hai đầu dây còn lại không được hàn cố định là đầu lạnh Khi nàygiữa đầu nóng và đầu lạnh có sự chênh lệch nhiệt độ, tạo ra sự dịch chuyển cácelectron dẫn tới sinh ra hiệu điện thế ở hai đầu dây Theo đó, hai thanh kim loạiđược hàn tại điểm nóng, đây là nơi dùng để đo nhiệt độ Khi nhiệt độ tại điểmnóng tăng thì điểm điện áp tại điểm lạnh cũng tăng theo (không theo tuyến tính).Khi đó người ta đo điện áp ở đầu lạnh thì sẽ cho chính xác nhiệt độ ở đầu nóng

Hệ số Seebeck là hệ số chỉ mối quan hệ giữa điện áp đầu ra so với nhiệt độ, vớimỗi loại cặp nhiệt điện khác nhau sẽ có một hệ số Seebeck khác nhau

Cặp nhiệt điện là một thiết bị phổ biến trong công nghiệp, với ưu điểm làgiá thành rẻ, đo được ở nhiệt độ cao, dải đo rộng (có thể lên tới 2500℃) Hiệnnay, có nhiều loại căp nhiệt điện được ra đời với các đặc điểm riêng khác nhau, cóthể kể đến các loại như K, J, S, B, E, R, N, C, tuy nhiên, loại cặp nhiệt điệnthông dụng nhất là cặp nhiệt điện loại K (Thermocouple Type K), làm từ Niken-Crom hoặc Niken-Alumel, với các ưu điểm về độ chính xác, chi phí thấp và phạm

vị nhiệt hoạt động lớn

Ưu, nhược điểm của cặp nhiệt điện

• Ưu điểm:

– Dải đo rộng (wide range): cặp nhiệt điện có thể đáp ứng gần như các

ứng dụng cần đo nhiệt độ trong công nghiệp như luyện kim, lò hơi, vớikhoảng đo rộng từ −200 ◦ C đến 2500◦ C tùy thuộc vào kim loại tạo nêncặp nhiệt điện

– Tốc độ phản hồi nhanh (rapid respond): cặp nhiệt điện có thể phản hồi

ngay lập tức sự thay đổi của nhiệt độ

– Do cặp nhiệt điện không cần dùng tới nguồn cung cấp nên nó không gặp

các vấn đề về nhiệt, làm nóng (No self heating)

• Nhược điểm:

– Do điện áp sinh ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh

rất nhỏ do đó dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ trường, khó khăn trongviệc chuyển đổi điện áp nhỏ sang giá trị nhiệt độ

– Sai số của cặp nhiệt điện thường trong khoảng từ 1℃ đến 2℃

Những khó khăn khi đo nhiệt độ sử dụng

Bảng 2.1: Hệ số Seebeck của các loại cặp nhiệt điện

Ảnh hưởng của nhiễu đối với điện áp sinh ra do cặp nhiệt điện, do điện ápsinh ra từ cặp nhiệt điện rất bé, do đó nó dễ bị làm sai lệch với nhiễu từ môi trườngbên ngoài, từ đó làm sai lệch kết quả đo được Để hạn chế ảnh hưởng của nhiễu,nhóm chúng em sử dụng song song hai cách để đạt hiệu quả tốt nhất:

• Đưa điện áp sinh ra do cặp nhiệt điện vào bộ khuếch đại đo lường, vì thôngthường nhiễu sẽ xuất hiện ở cả cực (+) và cực (-) của khối khuếch đại, do

đó khi đi qua khỏi khối khuếch đại đo lường, bộ khuếch đại sẽ khuếch đại tínhiệu vi sai của cực (+) và cực (-), vì vậy nhiễu sẽ bị triệt tiêu

• Sử dụng các bộ lọc thông thấp (low pass filter): sẽ loại bỏ các nhiễu cao tần(trên 1 MHz)

Bù nhiệt độ tham chiếu (reference conpensation)

Để thiết bị đo nhiệt độ được chính xác, chúng ta phải biết được nhiệt độtham chiếu đầu lạnh của cặp nhiệt Thông thường có hai cách:

• Đưa đầu tham chiếu (đầu lạnh) vào nước đá đang tan ở 0◦ C Nhiệt độ đođược chính là giá trị nhiệt độ cần đo.

• Đưa đầu tham chiếu ở trong không khí, sử dụng một thiết bị đo nhiệt độchính xác với khoảng đo từ −20 ◦ C đến 50◦ C để đo nhiệt độ môi trường Giátrị nhiệt độ là giá trị nhiệt độ thu được cộng thêm nhiệt độ đầu lạnh đo được

T = T hot + T cold (2.1)Trong đó: T hot là nhiệt độ đầu nóng đo được bằng cặp nhiệt và T cold là nhiệt

độ đầu lạnh (đầu tham chiếu) đo được

Lựa chọn cặp nhiệt điện

Với dải đo trong khoảng từ 0◦ C đến 250◦ C, nhóm lựa chọn cặp nhiệt điện loại K thương mại với thông số như sau:

Hình 2.3: Cặp nhiệt điện loại K

• Khối lượng: 34g

Các tính năng chính:

• Đo nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài

• Có thể đo nhiệt độ cao liên tục, chịu được nhiệt độ tăng giảm đột ngột

• Thiết kế chắc chắn

2.2.2 Bộ khuếch đại và lọc nhiễu cho cặp nhiệt điện

Điện áp đầu ra của cặp nhiệt điện rất nhỏ (cỡ mV) nên cần được khuếchđại trước khi ADC Do đó cần lựa chọn bộ khuyếch đại có độ chính xác cao, và cókhả năng lọc nhiễu tốt

Bộ khuếch đại

Nhóm đề xuất một thiết kế của bộ khuếch đại vi sai sử dụng IC INA128như hình 2.4 sau:

Hình 2.4: Thiết kế bộ khuếch đại vi sai

INA128 là IC khuếch đại điện áp với đầu vào rất thấp, cung cấp điện áp đầu

ra với độ chính xác tuyệt đối Với thiết kế đa năng và linh hoạt, cho phép INA128được sử dụng phổ biến cho hàng loạt các ứng dụng Với đầu vào được tối ưu hóa,thông tin phản hồi đươc cung cấp với băng thông rộng ngay cả khi ở dải tần sốcao (2000kHz G = 100)

Với dải đo 0 − 250 ◦ C, hệ số seebeck 41 µV/ ◦ C, ta có dải điện áp đầu racủa cặp nhiệt điện là: 0 − 0.01025V, V ref ADC của STM32 là 3, 3V, vậy ta cầnmột bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại là:

3.3

G gain =

0.01025 ≈ 322 (2.2)Suy ra điện trở R G có giá trị:

R G

= 1 +

Hình 2.5: Thiết kế bộ lọc ngoài

Ta sử dụng tần số cắt của bộ lọc là

= 16kHz Do = 1 nên nếu chọn