Hệ thống đo nhiệt độ lò sấy gỗ

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kỹ thuật điện, điện tử đã góp phẩn không nhỏ vào sự phát triển đất nước. Trong đó môn kỹ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh mẽ dựa trên những tiến bộ công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử. Từ những thời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và tới ngày nay tính ưu việt của đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng trừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho con người.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN

MÔN

ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

Đề tài: Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp.

Đỗ Hải Đăng

Nguyễn Đắc Bình

Mục lục Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.1- Yêu cầu đề tài

2.2- Các hướng giải quyết

2.3- Lý do lựa chọn thiết kế

2.4- Tính chọn thiết bị

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 3.1-Các kết quả đạt được

3.2-Các hạn chế khi thực hiện

3.2-Biện pháp khắc phục

CHƯƠNG 4: BẢN DỊCH TÀI LIỆU CẢM BIẾN 4.1-Bản tài liệu lý thuyết

4.2-Bản tài liệu sử dụng cảm biến

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của conngười đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kỹ thuật điện, điện tử đã góp phẩn không nhỏ vào sự phát triển đất nước Trong đó môn kỹ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh

mẽ dựa trên những tiến bộ công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử Từ những thời gian đầu phát triển

đã cho thấy sự ưu việt của nó và tới ngày nay tính ưu việt của đó ngày càng được khẳng định thêm Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng trừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho con người

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của của những ứng dụng trong thực tế của môn “Đo lường và cảm biến”” chúng em sau một thời gian học tập được các thầy, các cô trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên ngành đồng thời

được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy “Hà Văn Phương” chúng em đã “tìm hiểu,

phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công

nghiệp”

Cùng với sự nỗ lực của nhóm nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nhiệm của chúng em vẫn còn hạn chế sẽ không chánh khỏi sự thiếu sót Chúng em rất

mong có được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp, phát triển và hoàn thiện đề tài.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ

Ở đầu lò sấy có cửa để đưa sản phẩm cần sấy vào và ra khihoàn thành quá trình công nghệ sấy Cửa được thiết kế đóng

mở theo phương pháp kéo lên, hạ xuống bằng hệ thống cáptreo Hệ thống cáp treo này được dẫn động bằng động cơ liềnhộp số Nhằm mục đích bảo vệ an toàn, trên mỗi động cơ kéocửa đều trang bị phanh từ Trong khi đóng mở cửa nếu bị mấtđiện đột ngột, cửa sẽ ở vị trí cố định mà không bị rơi xuống Ởmỗi đầu hành trình của cửa có gắn công tắc giới hạn, đảm bảocửa chỉ đóng mở trong phạm vi cho phép an toàn Các động cơhộp số kéo cửa được đặt trên nóc lò với khung bệ chắc chắn Quạt thổi khí của mỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắcchắn và có van để điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp Phần kếtnối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi quạt đều có ống giảm rung

nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió khilàm việc với hệ thống.

Bộ gia nhiệt của lò sấy được cấu thành từ các thanh đốt điệntrở có vỏ bằng thép không gỉ, được cách điện để đảm bảo antoàn Để thuận tiện cho vận hành, sàn thao tác đều có cầuthang lên xuống bằng thép

Hệ thống ống dẫn không khí nóng được nối từ bộ gia nhiệttheo hai đường ống nhánh phân phối cho hai bên thành lò vàtheo các cửa thổi khí, phân phối khí nóng đều từ dưới lên Phíatrên thành lò ở chính giữa là hệ thống ống thu khí tái tuần hoànnối vào tới miệng hút của quạt thổi khí

Sàn lò sấy bảo ôn được gắn cố định 01 hệ thống đường raydẫn xe goòng ở giữa Hệ thống ray này được kéo dài ra ngoàihai đầu lò sấy một khoảng vừa đủ để bốc và xếp sản phẩm cầnsấy

Sấy gỗ là bước đầu tiên và quan trọng nhất trước khi gỗ xẻ được chế biến(gia công) Với gỗ sấy đạt tiêu chuẩn, sản phẩm với chất lượng tốt có thể đạtđược Gỗ ở trạng thái tự nhiên, luôn luôn chứa một lượng nước lớn Khi không

có một lượng nào hoặc một lượng nước nhỏ được thoát ra, gỗ được gọi là “gỗtươi” hoặc “gỗ chưa sấy” Lượng nước tồn tại trong gỗ ảnh hưởng đến tính chấtcủa gỗ Chính vì vậy gỗ phải được sấy vì nhiều lý do

1.2 Các lý do cho việc sấy gỗ

Sấy sẽ làm cho gỗ có kích thước ổn định Gỗ mà không được sấy một cáchđầy đủ thì sẽ không duy trì được kích thước chuẩn của nó thậm chí nó được giacông một cách chính xác Sấy sẽ làm tăng cường độ của gỗ Nó cũng sẽ làm cho

gỗ dễ dàng hơn để xử lý chất bảo quản Gỗ sấy sẽ không bị sâu mục một cách

dễ dàng Nó sẽ không bị tấn công một cách dễ dàng bởi côn trùng hoặc nấm,việc đánh nhẵn và các quá trình hoàn thiện khác dễ dàng và hiệu quả hơn Một

lý do khác của việc sấy gỗ là nhằm giảm trọng lượng của nó và giảm chi phí vậnchuyển

1.3 Giảm độ ẩm của gỗ

Sấy có nghĩa là làm giảm độ ẩm của gỗ đến mức tương tự với độ ẩm môitrường nơi mà gỗ được sử dụng Độ ẩm của gỗ là một lượng nước có trong gỗ.

Nó bao gồm nước tự do và nước thấm Nước tự do là nước chứa trong ruột tếbào thấm là nước chứa trong vách tế bào Khi lượng nước tự do giảm đi thì nókhông làm thay đổi tích chất của gỗ nhiều lắm Nó chỉ làm cho gỗ nhẹ hơn Khi

mà lượng nước tự do bay hơi hết và chỉ còn lại duy nhất lượng nước thấm tồntại Độ ẩm của gỗ tại thời điểm này được gọi là độ ẩm bão hoà thớ gỗ (FSP).Độ

ẩm tại thời điểm này nằm trong khoảng 25- 35% tuỳ thuộc vào loài gỗ Phần lớn

gỗ được sử dụng ở môi trường có độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm bão hoà thớ gỗ Điềunày có nghĩa là một lượng nước thấm phải được lấy đi Có nghĩa gỗ phải đượcsấy xuống dưới độ ẩm bão hoà thớ gỗ, điểm mà độ ẩm sẽ đạt tới khi lượng nướctồn tại trong gỗ cân bằng với lượng ẩm trong không khí Độ ẩm tại thời điểmnày được gọi là độ ẩm thăng bằng (EMC) Độ ẩm thăng bằng của gỗ sẽ thay đổicùng với độ ẩm tương đối của môi trường (RH) Độ ẩm tương đối (RH) là độ

ẩm của môi trường không khí xung quanh Độ ẩm tương đối trong ngày là khácnhau cho các khí hậu khác nhau Độ ẩm thăng bằng sẽ tăng khi độ ẩm tương đốităng, độ ẩm tương đối giảm thì độ ẩm thăng bằng cũng giảm Điều này có nghĩa

là nếu gỗ khô hơn môi trường không khí xung quanh thì nó sẽ hút ẩm từ khôngkhí Nếu môi trường không khí khô hơn thì gỗ sẽ nhả ẩm Chính vì lý do này,việc sấy gỗ tới độ ẩm tương tự độ ẩm môi trường nơi mà nó được sử dụng là rấtquan trọng Ví dụ, khi sử dụng ở ngoài trời nơi độ ẩm tương đối cao gỗ phải có

độ ẩm cao hơn nếu nó được sử dụng trong nhà, trong môi trường có điều hoàkhông khí Độ ẩm trong một miếng gỗ luôn luôn không được phân bố đều Khi

mà độ ẩm khác nhau theo chiều dài, chiều rộng và chiều dầy của miếng gỗ,gradient ẩm xuất hiện

1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Quá trình sấy bị ảnh hưởng bởi các nhân tố sau:

Trong quá trình sấy, nhiệt được sử dụng để làm bay hơi nước tồn tại trong gỗ

Ở nhiệt độ cao gỗ khô nhanh hơn, nhưng sẽ có nhiều khả năng hơn tạo ra

khuyết tật khi sấy ví dụ như nứt, tách, cong vênh … Khi độ ẩm tương đối thấp,điều này có nghĩa là không khí xung quanh gỗ khô Gỗ sẽ khô nhanh hơn khi độ

ẩm tương đối thấp hơn và ngược lại Tuy nhiên khi độ ẩm tương đối quá thấpgradient độ ẩm trong gỗ trở nên quá cao Điều này sẽ làm cho gỗ co ngót nhiều

và dẫn đến các khuyết tật sấy Ngược lại khi độ ẩm tương đối cao hơn khô chậmhơn và giảm được các khuyết tật sấy Nếu có sự tuần hoàn không khí tốt, gỗ sẽkhô nhanh hơn Nếu tốc độ không khí qua gỗ tăng lên, tốc độ sấy cũng sẽ tănglên Nhiệt độ, độ ẩm tương đối, sự tuần hoàn của không khí là các nhân tố cóthể kiểm soát được nếu gỗ được sấy trong lò, tuy nhiên nếu gỗ được hong phơi,các nhân tố này không thể kiểm soát được và quá trình khô phụ thuộc vào điềukiện tự nhiên xung quanh gỗ Tốc độ sấy cũng bị ảnh hưởng bởi loài gỗ Loài gỗ

mà có khối lượng thể tích thấp sẽ khô nhanh và ít khuyết tật Loài gỗ có khốilượng thể tích cao khó khô hơn và có xu hướng có nhiều khuyết tật hơn Nhìnchung gỗ cứng khó khô hơn gỗ mềm Kích thước của gỗ cũng ảnh hưởng đếntốc độ sấy Gỗ có chiều dầy nhỏ hơn sẽ khô nhanh hơn Cách thức mà gỗ được

xẻ ảnh hưởng đến tốc độ sấy Ví dụ ván xẻ tiếp tuyến khô nhanh hơn ván xẻxuyên tâm

ẩm 15 -20% tuỳ thuộc vào điều kiện thời tiết Thời gian sấy có thể rất khác nhau

từ 2 tháng cho đến 2 năm Điều này tuỳ thuộc vào loài gỗ và kích thước của gỗ

So với việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức, hong phơi yêu cầu đầu tư

ít và không mất chi phí cho năng lượng

Tuy nhiên hong phơi có những nhược điểm sau:

• Thời gian sấy dài

•Gỗ không thể sấy khô đến độ ẩm dưới 15% Với một độ ẩm thấp hơn thườngđược yêu cầu cho các sản phẩm xuất khẩu tới các nước có khí hậu ôn hòa

• Cần một diện tích rộng cho việc xếp đống và hong phơi

1.5.2 Sấy cưỡng bức

Gỗ xẻ trước khi sử dụng để làm đồ nội thất, các sản phẩm định hình hoặccho một số mục đích sử dụng khác….Nó thường phải được sấy đến một độ ẩmtheo yêu cầu Nhằm đạt được mục đích này nhanh và chính xác, gỗ được đưavào sấy trong lò sấy Không giống với quá trình hong phơi, nhiệt độ, độ ẩmtương đối và sự tuần hoàn không khí trong lò sấy được kiểm soát trong suốt quátrình sấy.

-Ưu điểm của việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức:

• Quá trình sấy được kiểm soát và hạn chế được khuyết tật

• Đạt được độ ẩm thấp hơn so với hong phơi

• Thời gian sấy ngắn hơn so với hong phơi

• Lò sấy được sử dụng cho nhiều loại gỗ khác nhau

• Đạt được độ ẩm chính xác theo yêu cầu

• Các sâu nấm hại gỗ bị diệt trong quá trình sấy

-Nhược điểm của việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức:

• Đòi hỏi đầu tư lớn hơn so với hong phơi

• Yêu cầu chi phí cho năng lượng

• Yêu cầu công nhân vận hành phải có kỹ năng vận hành và bảo dưỡng lò sấy

- Hiện nay phần lớn các nhà máy ở các nước phát triển thường hong phơi trướckhi đưa gỗ vào sấy nhằm tiết kiệm chi phí năng lượng Đây cũng là bước tốt cầnlàm khi sấy loại gỗ khó sấy

1.6 Kiểm soát độ ẩm trong quá trình sấy:

Để kiểm soát quá trình sấy gỗ, điều cần thiết là xác định độ ẩm trung bìnhcủa gỗ trong quá trình sấy nhanh chóng và chính xác tại bất kỳ thời điểm nào

- Việc xác định độ ẩm có thể sử dụng phương pháp cân sấy hoặc có thể sửdụng máy đo độ ẩm (Để xác định độ ẩm ban đầu một cách chính xác người tathường sử dụng phương pháp cân sấy)

Sử dụng các tấm ván mẫu đó chính là một phương pháp được thiết lập cho việc kiểm soát tốc độ sấy

- Các tấm ván mẫu là thuận tiện và nhanh chóng cho việc kiểm soát quátrình sấy Chúng được chuẩn bị và xắp xếp ngay từ lúc xếp đống, bởi vậy tại bất

kỳ thời điểm nào, chúng có thể được lấy ra để cân hoặc đo và sau đó lại đượcđưa lại đống gỗ Tấm gỗ mẫu thường được cắt ngắn với chiều dài là 500 mm vàđược sơn hai đầu bởi vậy chúng sẽ khô với tốc độ tương tự như các tấm gỗ dài,các tấm gỗ mẫu thường được lựa chọn từ những thanh gỗ không có khuyết tật

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

2.1 Yêu cầu đề tài

1 Tìm hiểu tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp

2 Lựa chọn các cảm biến phù hợp cho hệ thống (nêu lý do lựa chọn cảm biến,

số lượng và vị trí đặt cảm biến?)

3 Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác (Sơ đồ khối)

4 Sơ đồ khối hệ thống của hệ thống

5 Lựa chọ phương án điều khiển (Mô tả cụ thê)

6 Đánh giá về sai số của hệ thống (Giới hạn, nguyên nhân, biện pháp khắcphục)

7 Hạn chế của bản thiết kế và khắc phục?

Giới hạn điều kiện:

1 Thể tích lò 20- 40

2 Dải nhiệt độ làm việc từ 10 đến 60

3 Sai số của phép đo nhiệt độ là1

2.2 Các hướng giải quyết

Để thiết kế một hệ thống lò sấy nông sản ta có nhiều hương pháp Dưới đây

là một số phương pháp điển hình nhất

Các loại lò sấy:

Có hai loại lò sấy chính là lò sấy liên tục và lò sấy gián đoạn, hiện nay lò sấygián đoạn được sử dụng phổ biến ở Việt Nam và các nước Đông Nam Á Lò sấygián đoạn có nhiều loại, tuỳ vào nguồn nhiệt sử dụng Nó được chia làm các loạisau:

• Lò sấy hơi nước

• Lò sấy tách ẩm

• Lò sấy năng lượng mặt trời

2.2.1 Lò sấy hơi nước:

Nhiệt trong lò sấy được cung cấp hơi nước bão hoà, hơi nước đi qua bộ phậntrao đổi nhiệt Sự lưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằng quạt

Nó giúp cho sự trao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn Mặt cắt ngangcủa lò sấy được chỉ ra ở hình 11 Sàn được làm bằng bê tông Tường và cửa lòđược làm bằng vật liệu cách và chịu nhiệt

2.2.2 Lò sấy tách ẩm

Bơm nhiệt và hệ thống tách ẩm bao gồm một máy làm lạnh và một số quạt.Máy làm lạnh có thể làm việc như là hệ thống nhiệt gọi là bơm nhiệt hoặc nhưmột máy tách ẩm Hệ thống tách ẩm hoạt động ở nhiệt độ nhỏ hơn 600oC Trongkhi đó bơm nhiệt có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 750oC Sự tuần hoàn không

khí trong lò được cung cấp bởi một số quạt Không khí ẩm tuần hoàn trong lò điqua bộ phận làm lạnh tại đây nước được tách ra bởi bộ phận ngưng tụ Lượngnước này sau đó được thải ra ngoài bằng đường ống Nhiệt từ bộ phận nén củamáy làm lạnh được sử dụng để làm nóng lò Hình 12 thể hiện một dạng lò sấytách ẩm, cửa xả ẩm Bộ phận trao đổi nhiệt Quạt Bộ phận phun ẩm Nhiệt kế khô

và nhiệt kế ướt Tường cách nhiệt Trần phụ Đống gỗ Đà kê

2.2.3 Lò sấy năng lượng mặt trời:

Lò sấy năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng từ mặt trời để sấy gỗ Có 04loại lò sấy năng lượng mặt trời

• Lò sấy nhà kính: Tất cả tường và mái của lò sấy đều được làm bằng vật liệutrong suốt Bộ phận thu nhận năng lượng mặt trời được lắp ở bên trong lò sấy.

• Lò sấy nửa nhà kính: Mái và một vài bức tường được làm bằng vật liệu trongsuốt trong khi đó một số bức tường khác và sàn được làm bằng vật liệu cáchnhiệt nhằm giảm sự thất thoát nhiệt

• Lò sấy có bộ phận thu năng lượng ở bên ngoài: Có một lò sấy riêng biệt, đượcnối với bộ phận thu năng lượng bê ngoài bằng các đường ống

• Lò sấy tách ẩm năng lượng mặt trời: Lò sấy này được lắp đặt một thiết bị tách

ẩm phù hợp Thiết bị tách ẩm này làm giảm độ ẩm của không khí trong lò Nócung cấp nhiệt thu được từ việc ngưng tụ nước Quạt Vỏ lò Bộ phận phụ trợnhiệt Quạt nhỏ Ngưng tụ ẩm Thiết bị tách ẩm Không khí ấm ẩm Không khí khônóng Đống gỗ Vật liệu sử dụng để làm nhà kính là kính, tấm film nhựa, PVC,polythene và sợi kính Khung thường được làm bằng nhôm Các bộ phận hấpthụ nhiệt sử dụng các vật liệu đen mờ để hấp thụ năng lượng mặt trời để làmnóng không khí trong buồng sấy

2.3 Lý do lựa chọn thiết kế

Với tiêu chỉ dễ dàng lắp đặt và đạt hiệu quả cáo, chúng em quyết định chọn lòsấy hơi nước

- Sử dụng hơi nước: Tránh hoàn toàn khả năng cháy gỗ

- Mô đun hóa, tiêu chuẩn hóa: Giảm giá thành, rút ngắn thời gian giao hàng

- Sản xuất hoàn toàn trong nước: Giảm chi phí và chủ động trong việc bảo trì

- Thiết kế theo điều kiện khí hậu Việt Nam: Sấy tốt hơn, do các sản phẩm nướcngoài sử dụng chương trình có sẵn cho các loại sản phẩm tại nước ngoài, khác

xa về điều kiện khí hậu

Để làm bay hơi hoàn toàn 1Kg cần cung cấp lượng nhiệt 539Kcal Để sấy khô1Kg sản phẩm có độ ẩm 6% thì cần cung cấp nhiệt lượng 32,34Kcal Trong 1h

có 6.361,2Kg vật sấy đi vào lò sấy, để sấy khô chúng ta cần cung cấp nhiệtlượng 205.721Kcal

Thông thường hiệu suất của lò sấy chính là công suất của buồng phátnhiệt Theo dự kiến nhiệt độ buồng phát nhiệt là 1000C, trong khi đó nhiệt độtác nhân sấy theo yêu cầu công nghệ là 600C Do đó để có được nhiệt độ tácnhân sấy theo yêu cầu đặt ra thì phải cung cấp một lượng không khí có nhiệt độbằng nhiệt độ của môi trường (200C ) phù hợp nào đó để hoà trộn vói nhiệt độbuồng phát nhiệt Theo số liệu người ta đã tính được thì cần phải cung cấp mộtlượng không khí là 2000m3/ h

Để tạo ra một lò sấy phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Bảo đảm nhiệt độ thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu của sản phẩm

- Bảo đảm độ ẩm thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu của sản phẩm

- Bảo đảm lượng nhiệt được đưa vào liên tục và tuần hoàn vào

b) Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt.

- Là hệ thống cảm biến nhiệt và các linh kiện được cài đặt 2 chiều theo ý muốn trong 1 thời gian ấn định

- Bộ vi điều khiển là hệ thống cảm biến kết hợp với bán dẫn để giám sát , nhận và xử lý các thông số kỹ thuật khi bộ cảm biến báo về

c) Bộ tạo ẩm và bộ điều ẩm.

Vung nước qua cánh quạt trong máy, nước từ bình chứa đặt cao hay từ mạng ống cung cấp chung của trại, qua van nước, ống dẫn vào bầu, để rồi theo ống dẫn hàn dọc các cánh quạt gió mà vung ra xung quanh, xuyên qua các lỗ nhỏ của vành lưới thép bao xung quanh, sẽ tạo thành lớp sương mù gây ẩm trong máy

- Bộ điều ẩm thường gồm một bộ cảm biến ẩm đặt trong máy để tác động vào

bộ phận ngắt van nước để đóng ngắt dòng chảy vào máy, khi độ ẩm thấp hay cao quá mức qui định

d) Hệ thống thông gió và bộ điều gió.

Bộ thông gió ở các lò sấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau bên trong máy Cửa hút gió được bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, điều chỉnh độ

mở bằng tay Cửa thoát gió thường bố trí trên nóc máy hay ở thành trước máy,

có nắp điều gió

e) Hệ thống đảo .

- Động cơ điện quay: dùng cho mọi kiểu giàn quay, thường gồm động cơ điện,

bộ giảm tốc, bộ truyền động và cụm tiếp điểm cuối

f) Bộ điều khiển và báo hiệu.

Thường bao gồm: những bộ khởi động từ, những cụm tiếp điểm tổng, những rơle điện từ, cầu chì, nút bấm, cụm đầu nối điện, chuông đèn báo hiệu

c, Cảm biến nhiệt độ

Trước tiên ta cần biết 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 1đại lượng khác (điện trở, điện áp) để phù hợp với các cơ cấu điện tử

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ: Nhiệt độ từmôi trường sẽ được cảm biến hấp thụ, tại đây tùy theo cơ cấucủa cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượngđiện nào đó (điện áp, dòng điện…) Như thế một yếu tố hết sứcquan trọng đó là “nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảmnhận của cảm biến” Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà

ta trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằmbên trong cái vỏ này (bán dẫn, lưỡng kim ) do đó việc đo cóchính xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môitrường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu (1 trongnhững yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt)

1) Phân loại cảm biến nhiệt

- Cặp nhiệt điện (Thermocouple )

- Nhiệt điện trở (RTD-resitance temperature detector) - PT100.

- Thermistor

- Bán dẫn ( Diode, IC , )

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

- 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,…

- Dải đo: -100 ~ 1400oC

- Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim, giáo dục hay gia công vật liệu… Trên thị trường hiện nay có nhiều loại Cặp nhiệt điện khác nhau (E, J, K, R, S, T…) đó là vì mỗi loại Cặp nhiệt điện đó được cấu tạo bởi 1 chất liệu khác nhau,

từ đó sức điện động tạo ra cũng khác nhau dẫn đến dải đo cũng khác nhau Người sử dụng cần chú ý điều này để có thể lựa chọn loại Cặp nhiệt điện phù hợp với yêu cầu của mình

+ Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới những điểm sau đây:

- Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu truyền đi dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều)

- Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát trên đường dây Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và môitrường lắp đặt

- Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo.

- Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện

 Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD).

- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo

- Nguyên lí hoạt động: 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

- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế

- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện

- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây Loại 4 dây cho kết quả đo chính xác nhất

 Điện trở oxit kim loại (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

- Dải đo: 50o

- Ứng dụng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử

- 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

- 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: Rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản

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

 Nhiệt kế bức xạ (Hay hỏa kế)

- 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

- Ứng dụng: Làm các thiết bị đo cho lò nung

- Dải đo: -97 ~ 1800 oC

Hỏa kế 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

2) Lựa chọn cảm biến cần cho hệ thống.

- Trên thị trường hiện nay có khá nhiều các loại cảm biến đo nhiệt độ như cảm biến dòng LM( LM35, LM335,…) hay cảm biến thông minh dòng DS1820

- Dùng cảm biến nhiệt độ LM35 kết hợp với AT89S52 và IC biến đổiA/D và hiển thị bằng LED 7 thanh đo được nhiệt độ từ -550C đến +1500C,dùng LM34C và 16F88 thuộc vi điều khiển PIC dùng ngôn ngữ lập trìnhBASIC hiển thị nhiệt độ bằng LCD, chỉ đo được nhiệt độ từ -550C đến+1250C

Nói chung những loại cảm biến họ LM so với họ DS thì độ chính xáckhông cao và tốc độ truyền tín hiệu chậm 20C đến 1500C với tần số từ 20-1500Hz nhưng giá thành chế tạo rẻ còn ở loại cảm biến họ DS độ chính xácrất cao do tín hiệu được truyền có độ phân giải lên đến 12Bit trong 750ms

Ở loại cảm biến này có tích hợp ROM 64Bit, bộ nhớ Logic, mạch ổn địnhtín hiệu đầu ra Chính vì vậy mà nó khắc phục những nhược điểm của cảmbiến họ LM

So với những loại nhiệt kế dùng họ vi điều khiển 8051 và PIC thì nhiệt

kế dùng vi điều khiển ATMEGA16L thuộc họ vi điều khiển AVR có nhiều

ưu điểm hơn, so với vi điều khiển PIC lập trình bằng ngôn ngữ lập trìnhBASIC thì dùng AVR lập trình bằng ngôn ngữ lập trình C do đó phần mềm

sẽ ngắn gọn hơn, còn so với 8051 thì tốc độ xử lý tín hiệu nhanh hơn khôngcần lắp thêm bộ biến đổi A/D do ATMEGA16L đã tích hợp sẵn bộ biến đổiA/D và việc lập trình sẽ đơn giản hơn Cảm biến nhiệt độ LM335 Cảm biếnnày có dải nhiệt độ -550C tới +1200C, độ nhạy 0,02mV/10C, sai số là trêndưới 0,50C, giá thành rẻ từ 9-12 nghìn, có thể thiết kế 1 hệ thống đo và điều

khiển nhiệt độ dễ dàng đơn giản khi kết hợp với LM741 để khuếch đại chomạch và dùng LED 7 để hiển thị, sai số của mạch chỉ 10C.

- Ở lò sấy công nghiệp, chúng ta cần dùng cảm biến có thể đo ở dải nhiệt

độ 10°C-60°C và sai số thấp 1°C Và chúng em nhận thấy cảm biến nhiệt

độ LM35 có dải nhiệt độ đo từ -55°C - 150°C chi phí thấp và có sai số

trong khoảng cho phép là cảm biến phù hợp với điều kiện yêu cầu

3) Vị trí đặt cảm biến trong mô hình lò sấy gỗ công nghiệp

Cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ của môi trường nên nó sẽ được đặt bên trongmôi trường đó để có thể đo một cách chính xác nhất nhiệt độ của cả môi trường Trong lò sấy gỗ có rất nhiều chỗ để đặt cảm biến và chúng ta cần đặt ở nhữngđiểm có thể khái quát rõ ràng nhất nhiệt độ của phòng

Để đo chính xác dải nhiệt độ trong phòng chúng ta sẽ sử dụng 3 cảm biếnnhiệt độ LM35 được đặt ở các vị trí lần lượt là:

+ 1 cảm biến trên trẩn của lò, 2 cảm biến còn lại lần lượt đặt đối diện 2 bêntường không có thiết bị gia nhiệt

Thiết bị hiển thị và chuông báo sự cố nhiệt độ phòng sấy nên đặt bên ngoàicạnh cửa lò để thuận tiện cho việc theo dõi

Không nên đặt cảm biến gần thiết bị gia nhiệt vì như vậy thiết bị cảm biến cóthể bị hỏng do sức nóng của thiết bị gia nhiệt, cũng như cho sai lệch về kết quảđo

4) Tìm hiểu về cảm biến LM35 và cách lắp đặt

 Sơ đồ khối của mạch đo

Nhìn trên sơ đồ cấu trúc ta sẽ thấy được hệ thống đo của chúng ta gồm nhữngthành phần nào? Nó gồm những khối chính sau:

Đây là khối cung cấp nguồn cho toàn hệ thống mạch Nguồn cung cấp ổn định 5V thông qua 7805 Nguồn đầu vào là biến áp hạ áp 220VAC-12VAC được thông qua chỉnh lưu Chi tiết bạn xem trên mạch nguyên lý

Gồm : Điểm 1 (LM35) ,Điểm 2 (LM35) ,Điểm 3 (LM35)

Đây là những cảm biến để đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35 Các đầu ra của cảm biến được đưa vào bộ MUX Các đặc điểm chung của cảm biến nhiệt

độ LM35 như sau