Giáo trình hình thành quy trình chuyển đổi nguyên lý chuyển mạch trong hệ thống phân cấp p8 ppt

Trong thực tế người ta đã và đang sử dụng rất nhiều dụng cụ và thiết bị khác nhau để đo nhiệt độ... Rt là điện trở tải Ω.. Để đảm bảo đặc tính tuyến tính của chuyển đổi đo thì It... Tron

• Trước tiên chúng ta đi tìm hiểu về lịch sử phát triển của các dụng cụ đo

nhiệt độ:

+ Galileo c cho là ng i u tiờn phỏt minh ra thi t b o nhi t vào

kho ng n m 1592 ễng ta ó làm thớ nghi m nh sau: trờn m t b n h ch a y

c n, ụng cho treo ng thu tinh dài cú c h p, u trờn c a nú cú b u hỡnh c u

ch a y khụng khớ Khi gia t ng nhi t , khụng khớ trong bỡnh n ra và sụi

sựng s c trong c n Cũn khi l nh thỡ khụng khớ co l i và c n dõng lờn trong lũng

ng thu tinh Do ú, s thay i c a nhi t trong b u cú th bi t c b ng

cỏch quan sỏt v trớ c a c n trong lũng ng thu tinh Tuy nhiờn, ng i ta ch bi t

c s thay i c a nhi t ch khụng bi t nú là bao nhiờu vỡ ch a cú m t t m

o cho nhi t

+ u nh ng n m 1700, Gabriel Fahrenheit, nhà ch t o thi t b o ng i

Hà Lan, ó t o ra m t thi t b o chớnh xỏc và cho phộp l p l i nhi u l n u

d i c a thi t b c gỏn là 0 , ỏnh d u v trớ c a nhi t n c ỏ tr n v i

mu i (hay ammonium chloride) vỡ õy là nhi t th p nh t th i ú u trờn c a

thi t b c gỏn là 96 , ỏnh d u nhi t c a mỏu ng i T i sao là 96 mà

khụng ph i là 100 ? Cõu tr l i là b i vỡ ng i ta chia t l theo 12 ph n nh

cỏc t l khỏc th i ú

+ Kho ng n m 1742, Anders Celsius xu t ý ki n l y i m tan c a n c

ỏ gỏn 0 và sụi c a n c gỏn 100 , chia làm 100 ph n

+ u nh ng n m 1800, William Thomson (Lord Kelvin) phỏt tri n m t t m

o ph quỏt d a trờn h s gión n c a khớ lý t ng Kelvin thi t l p khỏi ni m v

khụng tuy t i và t m o này c ch n là tiờu chu n o nhi t hi n i

Sau õy là ph ng trỡnh chuy n i c a 4 lo i t m o:

oC =

9

5

*(oF – 32) (3.1)

o

F =

5

9

*oC + 32 (3.2) o

K = oC + 273,15 (3.3)

oR = oF +459,67 (3.4)

T m o Rankine (oR) n gi n là t ng ng c a Fahrenheit theo t m c a

Kelvin, t tờn theo W.J.M Rankine (ng i tiờn phong trong l nh v c nhi t ng)

3.2.1.1 Mét sè lo i c m bi n nhi t hiÖn t i

Tu theo l nh v c o và i u ki n th c t mà ta có th ch n m t trong b n

lo i c m bi n: Thermocouple (nhi t ng u), RTD, Thermistor và IC bán d n M i

lo i u có u i m và nh c i m riêng c a nó

3.2.1.1.1 Thermocouple

+ u i m:

- Là thành ph n tích c c, t cung c p công su t

- n gi n

- R ti n

- T m thay i r ng

- T m o nhi t r ng

- Phi tuy n

- i n áp cung c p th p

- òi h i i n áp tham chi u

- Kém n nh nh t

- Kém nh y nh t

3.2.1.1.2 RTD (Resistance Temperature Detector)

+ u i m:

- n nh nh t

- Chính xác nh t

- Tuy n tính h n Thermocouple

- t ti n

- i n tr tuy t i th p

- T gia t ng nhi t

3.2.1.1.3 Thermistor

+ u i m:

- Ngừ ra cú giỏ tr l n

- Nhanh

- o hai dõy

- Phi tuy n

- Gi i h n t m o nhi t

- D v

- C n ph i cung c p ngu n dũng

- T gia t ng nhi t

3.2.1.1.4 IC bỏn d n

+ u i m:

- Tuy n tớnh nh t

- Ngừ ra cú giỏ tr cao nh t

- R ti n

- Nhi t o th p (d i 200 oC)

- C n cung c p ngu n cho c m bi n

3.2.1.1.5 C m bi n nhi t độ lo i IC bỏn d n

Trong thực tế người ta đã và đang sử dụng rất nhiều dụng cụ và thiết bị khác nhau để đo nhiệt độ

T nh ng phân tích nh ng u i m và khuy t i m c a các ph ng pháp o nãi trên, trong án này chúng tôi xu t ph ng án l a ch n c m bi n lo i IC bán d n Do ó ây chúng tôi ch i sâu v IC c m bi n nhi t

• Nguyên lý ho t ng chung c a IC o nhi t

IC o nhi t là m t m ch tích h p nh n tín hi u nhi t chuy n thành tín

hi u i n d i d ng dòng i n hay i n áp D a vào c tính r t nh y c a các bán d n v i nhi t : d i tác ng c a nhi t ã t o ra i n tích t do và các

l tr ng trong ch t bán d n B ng s phá v các phân t , b t các electron thành

d ng t do di chuy n qua vùng c u trúc m ng tinh th t o s xu t hi n các l

tr ng Làm cho t l i n t t do và l tr ng t ng lên theo quy lu t hàm s m v i nhi t T ó t o ra i n áp hay dòng i n t l thu n v i nhi t tuy t i o tín hi u i n ta bi t c giá tr c a nhi t c n o

• c tính c a m t s IC o nhi t thông d ng:

+ AD590

- Ngõ ra là dòng i n

- nh y: 1A/oK

- chính xác: +4oC

- Ngu n cung c p: 4 ÷ 30 V

- Ph m vi s d ng: -55oC ÷ 150oC

+ LX5700

- Ngõ ra là i n áp

- nh y: -10mV/oK

õy là lo i cảm biến mà chỳng tụi l a ch n trong tớnh toỏn, thi t k và ch

t o trong lu n v n này

LM335 là c m bi n o nhi t c tớch h p t cỏc ch t bỏn d n cú th o nhi t r t chớnh xỏc và d dàng chu n hoỏ Nú làm vi c nh m t diode Zener, LM335 cú i n ỏp ỏnh th ng t l tr c ti p v i nhi t tuy t i là 10mV/oK

Khi ki m tra 25oC thỡ LM335 cú sai s nh h n 1oC

Khụng gi ng nh cỏc c m bi n khỏc, LM335 cú u ra tuy n tớnh

Đặc tuyến của nó đ−ợc mô tả theo công thức sau:

U = 10.T (mV) = 2730 + 10.t (mV) (3.5) LM335 c ng d ng trong ph m vi nhi t t -40oC ữ 100oC Tr khỏng

th p và u ra tuy n tớnh ó làm cho vi c ghộp n i m ch ra và m ch i u khi n

tr nờn r t n gi n

• Cỏc c tr ng c a LM335:

+ o tr c ti p nhi t Kelvin

+ Dũng làm vi c t 400àA ữ 5mA

+ Tr khỏng ng nh h n 1

+ Ki m tra d dàng

+ Ph m vi nhi t o r ng

+ R ti n

• Sơ đồ cấu tạo của vi mạch LM335

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo của vi mạch LM335

Hình 3.2: Sơ đồ lắp ráp cảm biến LM335 đơn giản

R1 là điện trở giới hạn dòng qua cảm biến đ−ợc tính ở điều kiện chuẩn là ở nhiệt độ t = 20 0C Nếu chọn dòng là I mA thì R1 đ−ợc tính theo công thức:

R1 =

I

E− 0 , 2

103 (Ω) (3.6) Trong đó: E là điện áp nguồn (V)

Rt là điện trở tải (Ω)

Để đảm bảo đặc tính tuyến tính của chuyển đổi đo thì It << I Độ lệch tuyến tính của LM 335 có thể đạt ±1 0C Khi nhiệt độ đo t = 0 0C thì tín hiệu điện áp ra

U = 2,73 V

Để đảm bảo độ chính xác cao nhất trong giới hạn đo cần thiết, để khi nhiệt

Hình 3.3: Mạch hiệu chỉnh LM335

Trong đó: Rc là chiết áp

C là tụ lọc nhiễu cho cảm biến

- Connection diagram:

+ Dũng ng c: 15mA

+ Dũng thu n: 10mA

+ Ph m vi nhi t c tr ng

LM335A LM335

n

v

o

C,

Sai s khụng

c l y chu n

Tc=25oC,

o

C Sai s khụng

c l y chu n

Tmin<TC<Tmax,

oC Sai s c l y

chu n t i 25oC

Tmin<TC<Tmax,

o

C Sai s c l y

chu n t i nhi t

m r ng

TC=Tmax

o

C

Khụng tuy n

oC

Bảng 3.1: chớnh xỏc nhi t

- Cỏc tớnh ch t i n:

LM335/LM335A

i n ỏp u ra thay i

theo dũng

400àA<IR<5mA t i

H s i n ỏp/ nhi t

oC

H ng s th i gian

Still air

100 ft/ min air Sterred oil

80

10

1

Sec Sec Sec

Bảng 3.2: Cỏc tớnh ch t i n

• Các tính chất thực thi điển hình:

Sự thay đổi điện áp ng−ợc Đáp ứng thời gian

theo dòng:

Điện trở nhiệt tại chỗ nối tới Đáp ứng nhiệt trong thùng dầu

không khí

Trở kháng động

Hằng số thời gian Các tính chất thuận

C¸c tÝnh chÊt ng−îc §iÖn ¸p nhiÔu

§¸p øng nhiÖt trong kh«ng khÝ tÜnh: