thiết kế thiết bị đo và hiển thị nhiệt độ từ 00c đến 1000c sử dụng cảm biến LM335

Nhiệt điện trở là loại cảm biến đợc phát hiện do Humphry năm 1821 ông ta nhậnthấy điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và Wiliam Siemens là ngời đầu tiên sử dụng nhiệt kế

Lời nói đầu

“Kỹ thuật đo lờng” ngày nay đang đợc sử dụng rộng rãi trong các nhiệm vụkiểm tra tự động, tự động hoá các quá trình sản xuất và công nghệ cũng nh trongcông tác nghiên cứu khoa học của các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau Đểthực hiện đợc các nhiệm vụ đó cần phải tiến hành đo các đại lợng vật lý khác nhau,

đó là các đại lợng điện: điện áp, dòng điện, công suất, tần số, nhiệt độ và các

đại lợng không điện: tốc độ, độ di chuyển, kích thớc, cơ học, nhiệt học, hoá học,

Thiết bị đo và hệ thống đo có sử dụng kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý và vi tínhngày càng hiện đại và có hiệu quả Ngời ta đã chế tạo ra các thiết bị đo thông minhnhờ cài đặt vào chúng bộ vi xử lý có tính năng hơn hẳn thiết bị đo thông thờng đólà: tự xử lý và lu giữ kết quả đo, làm việc theo chơng trình, tự động thu thập số liệu

đo và có khả năng truyền số liệu đi xa

Với yêu cầu thiết kế thiết bị đo và hiển thị nhiệt độ từ 00C đến 1000C sử dụngcảm biến LM335 trong bản đồ án này chúng em xin trình bày những vấn đề sau:

 Về phần lý thuyết gồm có: Giới thiệu các phơng pháp đo nhiệt độ giới thiệu

về cảm biến LM335 , bộ chuyển đổi ADC ICL 7107

 Về phần thiết kế gồm có: Lựa chọn các thiết bị sử dụng trong thiết kế, vẽmạch nguyên lý

Sau quá trình học tập - thực tập và nghiên cứu tại Trung Tâm Đào Tạo Bồi Dỡng

Phát Triển Nguồn Nhân Lực , cùng với sự hớng dẫn và giúp đỡ tận tình của Thầy Hoàng Ngọc Văn chúng em đã đợc tiếp cận với thực tiễn và hoàn thành bản đồ án

này theo đúng thời hạn Tuy nhiên do thời gian làm đồ án có hạn, trình độ và kiếnthức còn hạn chế nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng

em kính mong nhận đợc sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô giáo trong và ngoài

bộ môn để bản đồ án vi mạch của chúng em đợc hoàn thiện hơn

Qua đây chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lời cảm ơn chân thành đếnThầy Giáo Hoàng Ngọc Văn Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tập thể cán

bộ giáo viên Trung Tâm Đào Tạo Bồi Dỡng Phát Triển Nguồn Nhân Lực và các cán

bộ khác trong Khoa Điện - Điện Tử Trờng đại học sƯ phạm kỹ thuật

thành phố hồ chí minh , đã truyền thụ cho chúng em những kiến thức quíbáu trong thời gian học tập và nghiên cứu thực tế

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 6 tháng 8 năm 2007

Nhóm sinh viên thực hiện:

Tạ Duy Mẫn

Đặng Phùng Hng

Chơng I Khối cảm biến đo lờng các đại lợng nhiệt độ

I Cơ sở lý thuyết về đo nhiệt độ

1.Nguyên lý chung về đo nhiệt độ

Đo nhiệt độ là phép đo phổ biến nhất trong các đại lợng không điện Đặc biệt ởnhững dây chuyền sản xuất Việc lựa chọn các biện pháp đo phụ thuộc vào khoảng

đo và sai số yêu cầu

2.Thang đo nhiệt độ.

Các tính chất vật lý của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ của chúng Từ sự thay đổinhiệt độ của một đặc trng vật lý của vật liệu cho trớc ngời ta luôn có thể xác định

mộ thang đo nhiệt độ cho phép đặc biệt là nhận biết sự cân bằng của nhiệt độ Tuyvậy, thang đo nhiệt độ nh thế là hoàn toàn tuỳ tiện bởi vì nó liên quan đến một tínhchất đặc biệt của một vật thể: Nó không cho phép gán cho giá trị nhiệt độ một giátrị vật lý riêng, chỉ có xuất phát từ các định luật nhiệt động học mới có thể xác địnhthang đo nhiệt độ có đăc trng tổng quát cho mọi trờng hợp Các thang đo nhiệt độtuyệt đối đợc xác định tơng tự nhau và dựa trên các tính chất của khí lý tởng Địnhluật Carnot nêu rõ: hiệu suất ŋ của một động cơ nhiệt thuận nghịch hoạt động giữa

hai nguồn ( Với nhiệt độ 1 và 2 tơng ứng trong một thang đo bất kỳ, chỉ phụ thuộcvào 1 và 2

) (

) (

+ Nội năng U chỉ phụ thuộc và nhiệt độ của chất khí

+ Phơng trình đặc trng liên hệ giữa áp suất P, thể tích V và nhiệt độ 

PV =GV (3)

Có thể chứng minh đợc rằng

G() = RT (4) Trong đó R là hằng số của chất khí lý tởng Giá trị R của một phần tử gam củachất khí chỉ phụ thuộc vào đơn vị đo nhiệt độ Để có thể gán một giá trị số cho Tcần phải xác định đơn vị cho nhiệt độ Muốn vậy chỉ cần gán giá trị số nhiệt độ t-

ơng ứng với một hiện tợng nào đó với điều kiện là hiện tợng này hoàn toàn xác

định và có tính lặp lại

* Thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối.

- Thang Kelvin: đơn vị là oK.Trong thang Kelvin này ngời ta lấy điểm cân bằng của

ba trạng thái: nớc - nớc đá - hơi nớc có một trị số là 273,15oK Từ đơn vị nhiệt độ

động học tuyệt đối ( thang Kelvin ), nguời ta xác định các đơn vị là Celsius vàFahrenheiz (bằng cách dịch chuyển các giá trị nhiệt độ )

- Thang Celsius : trong thang này đơn vị nhiệt độ là oC một độ Celsius bằng một độKelvin Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin đợc xác định bởi biểuthức

T (oC) = T(oK) - 273,15

- Thang Fahrenheit : Quan hệ giữa nhiệt độ Fahrenheit ( oF) và nhiệt độ Celsiustheo biểu thức:

T(oC) = { T ( oF ) - 32 }.5/9

T(oF) =9/5 T(oC) + 32

Trong các bảng dới ghi các giá trị tơng ứng của một số nhiệt độ quan trọng củacác thang khác nhau:

Tăng sự trao đổi nhiệt giữa sự cảm biến và môi trờng đo

Giảm sự trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trờng bên ngoài

II tổng quan về các loại cảm biến nhiệt độ

1 Cảm biến nhiệt điện trở.

Nhiệt điện trở là loại cảm biến đợc phát hiện do Humphry (năm 1821) ông ta nhậnthấy điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và Wiliam Siemens là ngời

đầu tiên sử dụng nhiệt kế nhiệt điện trở (1871) từ đó nhiệt điện trở đợc sự dụngrộng rãi để đo nhiệt độ và các đại lợng khác

Tuỳ thuộc vào tác dụng của dòng điện cung cấp chảy qua, ngời ta phân thànhnhiệt điện trở không đốt nóng và nhiệt điên trở đốt nóng Với nhiệt điện trở không

đốt nóng, dòng điện chạy qua rất nhỏ không làm tăng nhiệt độ của cảm biến do vậynhiệt độ bằng với nhiệt độ môi trờng xung quanh…

Cảm biến đợc dùng đo nhiệt độ môi trờng

- Trong cảm biến nhiệt điện trở đốt nóng, dòng điện qua cảm biến có trị số lớn làmcho nhiệt độ của bản thân lớn hơn nhiệt độ môi trờng xung quanh Sự trao đổi nhiệtgiữa điện trở và môi trờng xung quanh đợc thực hiện do đối lu nhiệt dẫn hoặc bức

xạ nhiệt Sự trao đổi nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố nh: kích thớc hình học, trạng thái bề mặt, hình dáng, tính chất vật lý của cảm biến và môi trờng xung quanh…

- Nhiệt điện trở loại này đợc ứng dụng đo các đại lợng vật lý nh tốc độ của lu chất, nồng độ và mật độ chất khí Ngoài cách phân loại trên, cảm biến nhiệt điện trở còn

đợc phân loại theo cấu trúc của loại vật liệu nh nhiệt điện trở kim loại, nhiệt điện trở bán dẫn

2 Cặp nhiệt điện.

* Nguyên lý hoạt động : Cặp nhiệt điện là loại cảm biến nhiệt, nguyên lý hoạt động dựa trên hiệu ứng Peltier, Thomson và Seecer

* Hiệu ứng Peltier : Hai dây dẫn Avà B khac nhau, tiếp xúc với nhau và có cùng một nhiệt độ ( nv0 )sẽ tạo nên một hiệu điện thế tiếp xúc Hiệu điện thế phụ thuộc vào bản chất vật dẫn và nhiệt độ ( hình 1.1a )

UA/B = VM - VN

Hình 1.1a

* Hiệu ứng Thomson : Trong một vật dẫn đồng nhất A nếu ở 2 điểm M và N có nhiệt độ khác nhau ( hình 1.1b,c ) sẽ sinh ra một sức điện động Sức điện động này

sẽ phụ thuộc vào bản chất vật dẫn và nhiệt độ tại 2 điểm

EA = 

Tm

Tn

dT A.

 A : Hệ số Thomson

A B

EAB (T1,T2) = EAB (T1) + EBA (T2) +  

T1 – nhiệt độ đầu làm việc

T2 – nhiệt độ đầu tự do ( Môi trờng )

3 Đo nhiệt bằng diot và tranzito

3.1 Đặc điểm chung và độ nhạy nhiệt

có thể đo nhiệt độ bằng cách sử dụng linh kiện nhạy cảm là diot hoăc tranzto mắc theo kiểu diot ( nối cự Bazer và cực Colêcter ) phân cực thuận với dòng điện thông qua không đổi thì điện áp giữa hai đầu của mạch là hàm của nhiệt độ

Hình 1.3 : Các linh kiện dùng làm cảm biến nhiệt độ

Độ nhạy nhiệt của diot hoặc tranzito mắc theo kiểu diot xácđịnh bởi biểu thức S=dv

dt

Giá trị độ nhạy nhiệt cỡ -2.5mV/oC, ngoài ra cũng giống nh điện áp V độ nhạy nhiệt phụ thuộc vào dòng ngợc I0 Dòng này có thể thay đổi rất khác nhau đối với các linh kiện khác nhau, do vậy nên chọn các linh kiện có đặc tính tơng tự ( đối vớimột giá trị dòng cho trớc phải có cùng điện áp và dòng ngợc I0 nh nhau )

Để tăng độ tuyến tính và khả năng thay thế ngời ta mắc theo sơ đồ nh hình 1.c khi

đó dùng 1 cặp Tranzito đấu theo kiểu diot mắc dối nhauvới hai dòng I1 và I2 không

đổi chạy qua và đo hiệu điện thểtên hai cực Bazer và cực Emiter Bằng cách sẽ loại trừ đợc ảnh hởng củadòng ngợc I0 Độ nhạy nhiệt trong trờng hợp này tính theo công thức :

I 



Độ nhạy nhiệt này lớn hơn nhiều so với trờng hợp dùng cặp nhiệt điện nhng nhỏ hơn so vởi trờng hợp dùng nhiệt điện trở điều đặc biệt ở đây là không dùng đến nhiệt độ chuẩn

Dải nhiệt độ làm việc hạn chế do sự thay đổi tính chất điện của cảm biến ở các nhiệt đổtong khoảng T=-50oC đến 150oC Trong khoảng nhiệt độ này thì bộ cảm biến có độ ổn định cao

3.2 Quan hệ điện áp - nhiệt độ.

Xét trờng hợp dùng cặp Trazito ở hình 1.c Giả sử dòng Io giống nhau cho 2

tranzito, dòng điện chạy quâhi tranzito là I1 và I2điện thế trên hai cực B – E của hai bộ tranzito tớng là V1 và V2 Khi đó:

I1 = I0expqV1 V1 KT ln I1

KT   q Io

I2 = I0expqV2 V1 KT lnI2

KT   q Io

Việc đo hiệu điện thế Vd = V1-V2 cho phép loại trừ ảnh hởng của dòng ngợc Io:

4 Đo nhiệt độ bằng Hoả quang kế.

Đây là phơng pháp dựa trên định luật bức xạ của vật dẫn tuyệt đối Bức xạ nhiệtcủa mọi vật đợc đặc trng bằng mật phở E, đó là số năng lợng bức xạ trong một đơn

vị thời gian với một đơn vị diện tích của vật và xảy ra trên một độ dài sóng Quan

hệ đó đợc biểu diễn bằng biểu thức :

T

C e C E







2 5

Nhợc điểm của hoả kế phát xạ là đối tợng đo khônng phải là vật đen tuyệt đối, khivật nóng có sự phát xạ nội tại và dòng phát xạ nhiệt đi qua bề mặt làm phép đo bịsai lệch.

III Mạch đo lờng

1 Khái niệm chung

1.1 Định nghĩa

mạch đo lờng là thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ biến đổi, gia công thông tin,tính toán, phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lý thống nhất

Ta có thể coi mạch đo nh là một khâu tính toán, thực hiện các phép tính đại

số trên sơ đồ mạch nhờ vào kỹ thuật điện tử theo yêu cầu kỹ thuật của thiết bị đo

1.2 Phân loại mạch đo

Theo chức năng của các mạch đo mà ta có thể phân thành nhiều loại nh sau:

- Mạch tỷ lệ : Là mạch thực hiện phép nhân hoặc chia với một hệ số k, nghĩa là nếu đại lợng vào là x thì đại lợng ra là kx

Đại diện cho các loại này là : Sun, phân áp, biến dòng …

- Mạch khuyếch đại : Cũng giống nh mạch tỷ lệ, mạch khuyếch đại là nhiệm vụnhân thêm một số k gọi là hệ số khuyếch đại Tuy nhiên ở mạch khuyếch đại côngsuất ra lớn hơn công suất vào điều này ngợc với mạch tỷ lệ, nghĩa là đại lợng vào

điều khiển đại lợng ra

- Mạch gia công và tính toán: Bao gồm các mạch thực hiện các phép tính toán đại

số nh : Cộng – trừ – nhân – chia – tích phân …

- Mạch so sánh : Là mạch so sánh giữa hai điện áp mạch này thờng đợc sử dụngtrong các thiết bị đo dùng phơng pháp so sánh

- Mạch tạo hàm : Là mạch tạo ra các hàm số theo yêu cầu của phép đo nhằm mục

đích tuyến tính hoá học các đặc tính đo của tín hiệu đầu ra các bộ phận cảm biến

- Mạch biến đổi AID, DIN là loại mạch biến đổi từ tín hiệu đo tơng tự thành phân

số rồi ngợc lại, sử dụng cho kỹ thuật đo số và chế tạo các mạch ghép nối với máytính

- Mạch đo sử dụng kỹ thuật vi sử lý : Là mạch đo có cài đặt vi sử lý để tạo ra cáccảm biến thông minh, khắc độ bằng máy tính, nhớ và gia công bộ số liệu đo …

Thiết bị đo càng hiện đại, càng chính xác thì mạch đo càng phức tạp Ngời ta ờng dùng mạch đo để tăng cờng độ nhạy và độ chính xác của thiết bị đo và hệthống đo.

Chức năng cơ bản của mạch đo là thực hiện các phép tính Ta hãy phân tích quan

hệ đầu vào với đàu ra và khả năng thực hiện chúng Trong trờng hợp đơn giản nhất

là hệ số W = Y/X Trong đó X là tập hợp các đầu vào và Y là tập hợp các đầu ra.Trong trờng hợp phức tạp hơn thì W(t) là một hàm của thời gian t Gọi là hàmtruyền đạt tơng hỗ

Hàm truyền đạt W đợc xác định trong một phạm vi nào đó của đại lợng vào và ragọi là phạm vi làm việc của mạch đo, vợt ra ngoài phạm vi đó thì W không cònbảo đảm sai số cho phép nữa

2.3 Công suất tiêu thụ của mạch đo

Ngoài các ý nghĩa thực hiện các phép gia công, mạch đo còn có nhiệm vụ nối cáckhâu với nhau nói cách khác là phù hợp với điện trở và điện kháng đầu vào và đầu

ra của các khâu

Trong đa số các trờng hợp, ngời ta cố gắng làm cho điện trở đầu vào của mạch đorất lớn so với điện trở ra của khâu trớc, nói cách khác là công suất tiêu thụ mạch đo

bé hơn công xuất ra của khâu trớc

Sai số do công suất tiêu thụ của mạch đo gây nên khi mắc vào khâu trớc sẽ là:

૪ Pmax

P

Trong đó : P – Công suất tiêu thụ ở đàu vào mạch đo.

PMAX – Công suất cực đại mà khâu trớc cho ra

Khi tính toán sai số này đợc cộng thêm vào sai số của khâu trớc đó

Ngợc lại ở đầu ra của mạch đo ta phải tính toán thế nào cho công suất ra lớn nhấttức là Pra = Pt

Trong đó : Pt – Công suất của tải sai số đợc tính theo công thức :

૪ ra = Pr Pra a Pt

Trờng hợp nếu tải biến thiên thì Pz đợc thay bơi Pzn công suất tải định mức

IV Các chuyển đổi đo lờng sơ cấp

1 Các định nghĩa

1.1 Chuyển đổi đo lờng

Là thiết bị thực hiện một quan hệ hàm đơn vị giữa hai đại lợng vật lý nàysang đại lợng vật lý khác Mối quan hệ hàm có thể là tuyến tính hay phi tuyến tính.Tuy nhiên trong kỹ thuật đo lờng ngời ta cố gắng tạo các chuyển đổi tuyến tính đểnâng cao độ chính xác của phép đo

1.2 Chuyển đổi đo lờng sơ cấp

Là các chuyển đổi đo lờng mà đại lợng vào là đại lợng không điện và đại ợng ra là đại lợng điện

Phơng trình của chuyển đổi viết nh sau :

Y = f(x)

Trong đó : X là đại lợng không điện cần đo.

Y là đại lợng điện sau chuyển đổi

1.3 Đầu đo

Đợc đặt trong một vỏ hộp có kích thớc và hình dáng rất khác nhau phù hợpvới chỗ đặt của điểm đo để tạo thành một dụng cụ đợc gọi là đầu đo, bộ cảm biếnhay còn đợc gọi là xenxơ

Các đầu đo có thể chế tạo riêng rẽ thành thiết bị bán trên thị trờng hay đợc đi liềnvới thiết bị đo hoặc hệ thống đo

Ví dụ : Can nhiệt là loại đằu đo nhiệt độ bao gồm chuyển đổi cặp nhiệt bên trongbao bọc bên ngoài là ống kim loại đợc cách điện với chuyển đổi bởi sự chịu nhiệt

Để thực hiện các phép đo đại lợng không điện bằng phơng pháp điện ta phải cónhững đầu đo ( cảm biến ) mà phần tử cơ bản bên trong nó là các chuyển đổi sơcấp.

Đa số các chuyển đổi sơ cấp đều dựa trên các hiệu ứng vật lý

Ví dụ : Hiệu ứng nhiệt điện, quang điện hoá điện … vì vậy mà độ chính xác, độnhạnh và độ tác động nhanh …đều phụ thuộc vào các thành tựu khoa học mà vật lý

đã đem lại bên cạnh đó còn phụ thuộc vào công nghệ chế tạo chúng

2 Các đặc tính của chuyển đổi sơ cấp

Phơng trình của chuyển đổi sơ cấp :

Y = f(x) Thực tế để có đặc tính đó ngời ta thờng làm thực nghiệm để tìm ra mối quan hệgiữa X và Y mối quan hệ này thờng là phi tuyến, nhng để nâng cao độ chính xáccủa thiết bị đo ngời ta tìm cách tuyến tính hoá nó bằng các mạch điện tử hay dùngcác thuật toán thực hiện khi gia công bằng máy tính Chúng ta cần lu ý rằng trongthực tế tín hiệu ra y của chuyển đổi không những phụ thuộc vào X mà còn phụthuộc và điều kiện bên ngoài Z tc là :

Y = f(X,Z) Nghĩa là để bảo đảm sự chính xác của chuyển đổi khi khắc độ ngời ta phải cố

* Chuyển đổi phải có đặc tính đơn vị, nghĩa là vơi đờng cong hồi phục của chuyển

đổi đáp ứng với một giá trị X ta nhận đợc chỉ một giá trị Y mà thôi.

* Đờng cong của chuyển đổi phải ổn định, nghĩa là không đợc thay đổi theo thời gian.

* Tín hiệu ra của chuyển đổi yêu cầu phải tiện cho việc ghép nối vào dụng cụ đo,

hệ thống đo và máy tính.

* Đặc tính quan trọng của chuyển đổi là sai số

- Sai số cơ bản của chuyển đổi là sai số gây ra do nguyên tắc của chuyển đổi, sựkhông hoàn thiện của cấu trúc, sự yếu kém của công nghệ chế tạo.

- Sai số phụ là sai số gây ra do sự biến động của điều kiện bên ngoài khác với điềukiện chuẩn

Để nâng cao độ chính xác của phép đo hay dụng cụ đo ngời ta cố gắng nâng cao

độ chính xác của các chuyển đổi sơ cấp vì đây chính là khâu cơ bản trong thiết bị

đo mà độ chính xác của nó phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của chuyển đổi

* Độ nhạy của chuyển đổi cũng là một tiêu chuẩn quan trọng Nó có tác động quyết định cấu trúc của mạch đo để đảm bảo cho phép đo có thể bắt nhạy với những biến động nhỏ của đại lợng đo.

* Đặc tính của chuyển đổi : Khi cho tín hiệu đo vào chuyển đổi thờng xuất hiện

quá trình quá độ, quá trình này có thể nhanh hanh chậm tuỳ thuộc vào dạng chuyển

đổi Đặc tính này đợc gọi là độ tác động nhanh Nếu độ tác động nhanh chậm tức

là phản ứng của tín hiệu ra của chuyển đổi mở so với so với sự thay đổi của tín hiệuvào

* Sự tác động ngợc lại của chuyển đổi lên đại lợng đo làm thay đổi nó và tiếp đến gây ra sự thay đổi của tín hiệu đầu ra của chuyển đổi.

VD : Khi đặt nhiệt điện trở vào bên trong ống để đo tốc độ của chất khí nh ng đồngthời nhiệt điện mở.Có thể mở dòng khí và làm thay đổi tốc độ của dòng khí Kếtquả là gây ra sai số, ảnh hởng đến độ chính xác của kết quả đo Vì vậy thiết kế thiết

bị đo cần phải tính toán đến điều này

* Về kích thớc của chuyển đổi mong muốn là phải nhỏ Có nh vậy mới đa đầu đo vào những nơi hẹp, nhỏ nâng cao độ chính xác của phép đo.

3 Phân loại chuyển đổi sơ cấp

Có nhiều cách phân loại các chuyển đối sơ cấp Dới đây là một số phơng phápphân loại chính

3.1 Dựa trên nguyên lý của chuyển đổi

+Chuyển đổi trở : Là chuyển đổi mà trong đó mà trong đó đại lợng không điện Xbiến đổi làm thay đổi điện trở của nó

+Chuyển đổi điện từ : Là các chuyển đổi làm việc dựa trên các quy luật về luật

điện từ Đại lợng không điện X làm thay đổi các thông số của mạch từ nh điệncảm : L, trợ cảm : m, độ từ thẩm : à và từ thông : 

+Các chuyển đổi tĩnh điện : Là các chuyển đổi làm việc dựa trên các hiện tợngtĩnh điện Đại lợng không đổi X làm thay đổi điện dung C hay điện tích của nó + Chuyển đổi hoá điện : Là chuyển đổi làm việc dựa trên hiện tợng hoá điện, đạilợng không điện X làm thay đổi điện dẫn Y, điện cảm sức điện động hoá điện … vv + Chuyển đổi nhiệt điện : Là các chuyển đổi dựa trên hiện tợng nhiệt điện Đại l-

ơng không điện làm thay đổi sức điện động nhiệt điện hay điện trở của nó

+Chuyển đổi điện tử và Jon : Là các chuyển đổi trong đó đại lợng không điện làmthay đổi dòng điện tử hay dòng ion chạy qua nó

+Chuyển đổi điện tử và Ion : Là các chuyển đổi trong đó đại lơng không điện làmthay đổi dòng điện tử hay dòng ion chạy qua nó

+Chuyển đổi lợng tử: Là các chuyển đổi dựa trên hiện tợng cộng hởng từ hạt nhân

và cộng hởng điện tử

3.2 Theo tính chất của dòng điện

Chuyển đổi phát điện và chuyển đổi thông số

+ Chuyển đổi phát điện : Là chuyển đổi trong đó có đại lợng ra là điện áp : V, sức

điện động : E, dòng điện : I, đại lợng vào là đại lợng không đổi cần đo

+ Chuyển đổi thông số, trong đó các đại lợng ra là các thông số điện nh điện trở :

R, điện cảm : L , trở cảm : M … nh các chuyển đổi điên cảm, điện dung, trở cảm

3.3 Theo phơng pháp đo

Chuyển đổi biến đổi trực tiếp và chuyển đổi bù

+ Chuyển đổi biến đổi trực tiếp : Là các chuyển đổi trong đó đại lợng không điện

đợc trực tiếp biến đổi thành đại lợng điện

Độ sai lệch x giữa X và Xk đợc chuyển đổi thuần biến thành đại lợng Y.

Từ biểu thức trên cho thấy Y chỉ phụ thuộc vào độ chính xác của chuyển đổi

ng-ợc Do đó chuyển đổi thuận có thể rất phức tạp qua nhiều lần biến đổi, sai số có thểlớn hơn nhng nếu bảo đảm hệ số biến đổi K rất lớn thì độ chính xác của chuyển đổi

bù chỉ phụ thuộc vào độ chính xác của chuyển đổi ngợc Chuyển đổi ngợc thờng làchuyển đổi biến đổi trực tiếp, có độ chính xác cao và do vậy các chuyển đổi bù th-ờng có độ chính xác cao hơn

Hình 1.5

Chơng ii

Mạch đo nhiệt độ sử dụng đầu đo LM 335

I Sơ đồ khối

1 Khối cảm biến

1.1 Đầu đo LM 335

Để đo nhiệt độ chính xác cần có các đầu đo đặc biệt Vi mạch LM335 là mộtloại sensor đo nhiệt độ của hãng National Semiconducter chế tạo Đây là một loạisenser đợc tích hợp dạng vi mạch có độ chính xác 1oC Sự hoạt động của đầu đogiống nh diot Zener hai cực Điện áp đánh thủng có nhiệt độ tuyệt đối là +10mV/

oK Trở kháng động khi đầu đo hoạt động trong vùng dòng 400 A tới 5mA nhỏhơn 1 Trở kháng nhỏ cùng với điện áp lối ra tuyến tính là u điểm của loại đầu đonày

Hình 2.1 là sơ đồ cấu tạo của LM335:

Khối hiển thị Khối Nguồn

220V~

Hình 2.1 Cấu tạo của LM335

- Chân 2 là chân katốt (chân dơng) đợc nối với điện áp dơng nguồnVcc

- Chân 3 là chân ADJ chân này đợc nối với biến trở VR để hiệu chỉnh dải điện áp

ra theo yêu cầu trong giới hạn cho phép

1.2 Mạch đo

Hình 2.2 : Mạch đo

Nếu vi mạch LM335 đợc cấp nguồn thoả mãn yêu cầu thì điện áp ra Vout sẽ thay

đổi tuyến tính theo nhiệt độ.Nguồn này đợc định thang nhiệt độ K theo hoạt động của LM335 với độ nhạy α=10mV1°KmV 1°K,tức là nhiệt độ thay đổi một lợng T   1 K thì

điện áp cũng thay đổi một lợng U  10mV1°KmV

Vì nhiệt độ cần đo và hiển thị là độ C khi đó ta có công thức :

ToK = ToC + 273

2 Khối chuẩn hóa tín hiệu

Để lấy đợc tín hiệu tơng tự thích hợp và ổn định vào bộ chuyển đổi ADC ta

sử dụng những bộ khuếch đại chuẩn hoá sử dụng vi mạch LM324 sau:

Hình 2.3a Hình 2.3b

Hình 2.3cHình 2.3a : Bộ lặp điện áp

Hình 2.3b : Bộ khuếch đại đảo

Hình2.3c : Bộ trừ hai tín hiệu

Trong các bộ khuếch đại đã sử dụng ta dùng bộ vi mạch khuếch đại thuật toán LM358

3 Khối hiển thị

3.1 Bộ chuyển đổi ADC

Trong kĩ thuật đo lờng khi sử dụng các dụng cụ đo chỉ thị số hay đa tín hiệu

đo vào máy tính ta cần phải có sự biến đổi tín hiệu cần đo analog thành các số tỉ lệvới nó Thiết bị thực hiện nhiệm vụđó là mạch chuyển đổi tơng tự số (A/D) Có thể

*Phơng pháp song song: điện áp vào đồng thời so sánh với n điện áp chuẩn và xác

định chính xác xem nó đang nằm ở giữa 2 nức nào Kết quả ta có một bậc tín hiệuxấp xỉ Phơng pháp này có giá thành cao bởi vì mỗi một số ta cần một bộ so sánh

*Phơng pháp trọng số: việc so sánh diễn ra cho từng bit của số nhị phân cách sosánh nh sau: đầu tiên ta xác định xem điện áp vào có vợt điện áp chuẩn của bit giátrị hay không Nếu nó vợt thì kết quả có giá trị ‘1’ và lấy điện áp vào trừ đi điện ápchuẩn PHần d đem so sánh với các bit lân cận Rõ ràng là có bao nhiêu bit trongmột số nhị phân cần bấy nhiêu bớc so sánh và bấy nhiêu điên áp chuẩn

* Phơng pháp số: đơn giản nhất là phơng pháp này, ở trờng hợp này ta kể đến số ợng các tổng số điện áp chuẩn của các bit dùng để diễn đạt điện áp vào.Nếu số lợngcực đại dùng để mô tả bằng n thì cũng cần tối đa là n bớc để nhận đợc kết quả Ph-

l-ơng pháp này đơn giản, rẻ tiền nhng chậm

Sơ đồ cấu tạo chân:

Chân đầu ra với các đặc tính sau:

- OSC pin (38, 39, 40): Dùng để lắp mạch dao động tần số

- TEST pin (37): Chân kiểm tra

- REFHI pin (36): Là tham chiếu ở mức cao

- REFLO pin (35): Là tham chiếu ở mức thấp

- COMMON pin (32): Chân tơng tự chung

- IN- HI pin (31): Là điện áp đầu vào cao

- IN- LO pin (30): Là điện áp đầu vào thấp

- BUFF pin (28): Là bộ nhớ đệm

- INT pin (27): Chân cho phép mạch hoặc thiết bị dừng làm việc trongkhoảng thời gian đã đợc cài đặt sẵn để mạch thực hiện chế độ hiển thị bằng 7 đoạn

từ G2 C3 A3 G3 (chân 25, 24, 23, 22) là các thanh hiển thị 7 đoạn LED

- GND pin (21): Mạch hay thiết bị đợc nối đất bằng GND

IC 7107

* Tín hiệu cần hiển thị sẽ đợc khuyếch đại tạo ra điện áp lớn nhất 2V, rồi cho vào

đầu input của vimạch ICL 7107 Bộ chuyển đổi A/D ICL 7107 có đặc tr ng cơ bảnsau:

+ nguồn cấp 5V

+ tín hiệu vào 2V

+ có chế độ làm việc với điện áp chuẩn đầu vào Vref = 1V/100mV

+ số hiển thị N = 1000 Vin/Vref

+ đối với ICL 7107 bộ chuyển đổi ADC không cần bộ giải mã bên ngoài và

sử dụng Led 7 thanh

Hình 2.5 Vi mạch 7107

ICL -7107 hoạt động theo nguyên lý tích phân hai sờn xung Đợc chia làm 3

giai đoạn trong một chu kỳ thực hiện phép đo:

i Tự động điều chỉnh 0 (Auto - Zero)

ii Tích phân tín hiệu (INT)iii Tích phân đảo (De-Integrate) - Khử tích phân (ZI)

Giai đoạn tự động chỉnh 0 (A - Z)

Trong giai đoạn này, đầu vào cao (IN-HI) và đầu vào thấp (IN-LO) đã đợctách ra khỏi các chân và ngắn mạch từ bên trong với Analog COMON Tụ điệntham chiếu đợc nạp đến điện áp chuẩn Tụ điện A-Z (CAZ)đợc nối vào mạch hồi tiếp

để bù điện áp cho bộ so sánh và bộ tích phân Trong mọi trờng hợp mọi tín hiệ lệnh

đầu vào không vợt qua 10 V.μV

Giai đoạn tích phân tín hiệu (INT)

Tại giai đoạn tích phân UX Đầu vào cao và thấp đợc nối vào chân tín hiệu

UX, tín hiệu này đợc đa vào bộ tích phân, thời gian tích phân kéo dài 1000 xungnhịp

Giai đoạn tích phân đảo (DE-INT)

IN-LO đợc nối ở bên trong với analog COMMON và IN-HI đợc nối thôngqua tụ điện tham chiếu đợc nạp điện trớc đó Hệ thống mạch điện nằm trong vimạch đảm bảo rằng tụ điện sẽ nối đúng cực để đầu ra của bộ tích phân trở về 0

Giai đoạn khử tích phân (ZI)

IN-LO đợc ngắn mạch với Analog COMMON và tụ điện tham chiếu đợc nạp

điện đến điện áp chuẩn Một vòng phản hồi đợc đóng xung quanh hệ thống đến

điểm IN-HI, làm cho đầu ra của bộ tích phân trở về 0 (khử tích phân)

Thời gian cần thiết cho tín hiệu ra trở về 0 là t2 = NX to

NX là số xung nhịp đếm đợc khi khử tích phân.Ta có:

3.3 Hiển thị bằng Led 7 thanh

LED Light - Emitting Drad

Nguyên lý dựa trên hiện tợng phát quang

của lớp chuyển tiếp p-n Khi dòng điện

chạy qua, điện tử tự do chuyển từ mức

năng lợng này sang mức năng lợng khác