Giáo trình Điều khiển kỹ thuật cảm biến và điều khiển điện thông minh (Nghề: Điện dân dụng) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

(NB) Giáo trình Điều khiển kỹ thuật cảm biến và điều khiển điện thông minh cung cấp cho người học những kiến thức như: Điều khiển cảm biến nhiệt độ; Kết nối, khảo sát cảm biến tiệm cận và các loại cảm biến xác định vị trí, khoảng cách; Đo vận tốc vòng quay và góc quay; Lắp đặt hệ thống KNX; Bài tập vận dụng; Lắp đặt hệ thống năng lượng tái tạo.

Trang 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH NỘI BỘ

ĐIỆN THÔNG MINH NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN DÂN DỤNG (Áp dụng cho trình độ: Trung cấp)

LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2019

Trang 2

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình Điều khiển kỹ thuật cảm biến và điều khiển điện thông minh này được

biên soạn theo Mô đun 23 của nghề Điện dân dụng thuộc khung chương trình nội bộ ban hành năm 2019 Nhằm phục vụ cho giảng dạy của giáo viên và học tập của học sinh trung cấp trường Cao đẳng Lào Cai

Nội dung giáo trình gồm 3 bài:

Bài 1: Điều khiển cảm biến nhiệt độ

Bài 2: Kết nối, khảo sát cảm biến tiệm cận và các loại cảm biến xác định vị trí, khoảng cách

Bài 3: Đo vận tốc vòng quay và góc quay

Bài 4 Lắp đặt hệ thống KNX

Bài 5: Bài tập vận dụng

Bai 6 Lắp đặt hệ thống năng lượng tái tạo

Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi được những thiếu sót Rất mong nhận được các ý kiến đóng góp phản hổi quý báu của bạn đọc để giúp chỉnh sửa giáo trình hoàn thiện hơn Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: khoa Điện – Điện tử, trường Cao đẳng Lào Cai hoặc gửi thư điện tử tại hòm thư:

khoadiencdnlc@gmail.com

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 3

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 2

MỤC LỤC 3

Bài 1: ĐIỀU KHIỂN CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 6

Phần 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 6

2.1 Đại cương về cảm biến nhiệt độ 6

2.1.1 Thang đo nhiệt độ 6

2.1.2 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo 7

2.2 Nhiệt điện trở Platin và Nikel 7

2.2.1 Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ 7

2.2.2 Nhiệt điện trở Platin 8

2.2.3 Nhiệt điện trở Nikel 8

2.2.4 Cách nối dây đo nhiệt điện trở 8

2.3 Cảm biến nhiệt độ với vật liệu Silic 10

2.3.1 Nguyên tắc chung 10

2.3.2 Đặc trưng kỹ thuật cơ bản của dòng cảm biến KTY (hãng Philips sản xuất) 11

2.4 IC cảm biến nhiệt độ 12

2.4.1 Cảm biến nhiệt LM 35/ 34 của National Semiconductor 12

2.4.2.Cảm biến nhiệt độ AD 590 của Analog Devices 13

2.5 Nhiệt điện trở NTC 14

2.5.1 Cấu tạo 14

2.5.2 Ký hiệu 14

2.5.3 Đặc tính cảm biến nhiệt NTC 14

2.5.4 Ứng dụng 14

2.6 Nhiệt điện trở PTC 15

2.6.1 Cấu tạo 15

2.6.2 Ký hiệu 15

2.6.3 Đặc tính cảm biến nhiệt PTC 15

2.7 Ứng dụng các loại cảm biến nhiệt độ 16

Phần 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 25

Bài 2: LẮP ĐẶT, KẾT NỐI, KHẢO SÁT CẢM BIẾN TIỆM CẬN 37

3.1 Cảm biến tiệm cận 37

3.1.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor) 38

Trang 4

3.1.2 Cảm biến tiệm cận điện dung 41

3.1.3 Cảm biến tiệm cận siêu âm 45

3.1.4 Cấu hình ngõ ra của cảm biến tiệm cận 48

3.1.5 Cách kết nối các cảm biến tiệm cận với nhau 49

3.2 Các bài tập ứng dụng các loại cảm tiệm cận 50

3.2.1 Lắp đặt mạch điều khiển dùng cảm biến tiệm cận điện cảm 51

3.2.2 Lắp đặt mạch điều khiển dùng cảm biến tiệm cận điện dung 51

Phần 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 52

Bài 3: ĐO VẬN TỐC VÒNG QUAY VÀ GÓC QUAY 56

4.1 Một số phương pháp cơ bản 56

4.1.1 Đo vận tốc vòng quay bằng phương pháp analog 56

4.1.2 Đo vận tốc vòng quay bằng phương pháp quang điện tử 59

4.1.3 Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ 61

4.2 Cảm biến đo góc với tổ hợp có điện trở từ 62

4.2.1 Nguyên tắc đo 62

4.2.2 Các loại cảm biến KM110BH/2 của hãng Philips Semiconductor 62

4.2.3 Các loại cảm biến KMA10 và KMA20 65

4.2.4 Máy đo góc tuyệt đối 66

4.3 Các bài tập ứng dụng 68

4.3.1 Lắp đặt kết mạch điều khiển dùng cảm biến đo tốc độ động cơ 68

Bài 4: LẮP ĐẶT HỆ THỐNG KNX 69

4.1 Khái quát chung về hệ thống KNX 69

4.1.1 Lịch sử phát triển 69

4.1.2 Thành phần thiết bị cốt lõi 69

4.1.3 Mô hình giao tiếp kết nối 69

4.1.4 Cấu hình kết nối, phân bố thiết bị 72

4.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm ETS 75

4.2.1 Chức năng, nhiệm vụ các vùng 75

4.2.2 Xây dựng kiến trúc điều khiển 76

4.2.3 Khai báo biến điều khiển 77

4.2.4 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 78

BÀI 5 BÀI TẬP VẬN DỤNG 79

5.1 Điều khiển chiếu sáng 79

5.1.1 Yêu cầu công nghệ 79

Trang 5

5.1.2 Lựa chọn thiết bị và liên kết mạch điện 79

5.1.3 Thiết lập chương trình điều khiển trên ETS và nạp chương trình 79

5.1.4 Vận hành mạch điện 80

5.2 Điều khiển rèm cửa 80

5.3 Điều khiển cổng Gara 82

5.4 Điều khiển tổng hợp 83

BÀI 6 LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 85

6.1 Lý thuyết về năng lượng tái tạo 85

6.1.1 Khái niệm và phân loại năng lượng tái tạo 85

6.1.2 Vai trò năng lượng tái tạo 88

6.2 Năng lượng mặt trời 90

6.2.1 Khái niệm và phân loại năng lượng mặt trời 90

6.2.2 Vai trò năng lượng mặt trời 91

6.3 Năng lượng gió 93

6.3.1 Khái niệm 93

6.3.2 Các đại lượng liên quan đến năng lượng gió 93

6.3.3 Khảo sát bộ thực hành tua bin gió 3 pha 400W 93

6.3.4 Vận hành bộ thực hành tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió giám sát bằng máy tính 94

6.4 Lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời 94

6.4.1 Khảo sát các phần tử trên hệ thống điện năng lượng mặt trời 94

6.4.2 Lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời 95

Trang 6

Bài 1: ĐIỀU KHIỂN CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Phần 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT

2.1 Đại cương về cảm biến nhiệt độ

Nhiệt độ là một trong số những đại lượng, có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật chất

Đo nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác Bởi vậy trong nghiên cứu khoa học, trong công nghiệp cũng như trong đời sống, việc đo nhiệt độ

là rất cần thiết Tuy nhiên việc xác định chính xác một nhiệt độ là một vấn đề không đơn giản Đa số các đại lượng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với một đại lượng cùng bản chất

Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp dựa vào sự phụ thuộc của tính chất vật liệu vào nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để cảm nhận sự biến đổi về nhiệt độ của đại lượng cần đo

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ, chúng có các đặc điểm khác nhau tùy vào từng ứng dụng thực tế, được dùng trong hệ thống HV và hệ thống điều khiển môi trường AC, trang bị y tế, cảm biến xử lý thực phẩm, xử lý hóa chất, hệ thống điều khiển ô tô, đo nhiệt độ trong bồn đun nước, đun dầu, đo nhiệt độ lò nung, lò sấy, đo nhiệt độ các loại máy móc…

2.1.1 Thang đo nhiệt độ

a Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852)

Thang nhiệt độ động học tuyệt đối, đơn vị nhiệt độ là K

Trong thang đo này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng ba trạng thái: nước - nước đá - hơi một giá trị có trị số bằng: 273,15 K

b Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742)

Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị nhiệt độ là oC

Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ Kelvin theo biểu thức:

T (oC)= T(K) - 273,15 (2.1)

c Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706)

Đơn vị nhiệt độ là oF Trong thang đo này, nhiệt độ của điểm nước đá tan là 32oF và điểm nước sôi là 212oF

Quan hệ giữa nhiệt độ Fahrenheit và nhiệt Celssius:

°C = 5/9 (F – 32) (2.2)

°F = 9/5 (C + 32) (2.3)

Bảng 2.1 Bảng cho các giá trị tương ứng của một số nhiệt độ quan trọng theo các

thang đo khác nhau

Trang 7

Nhiệt độ Kelvin

(K)

Celsius ( o C)

Fahrenheit ( o F)

2.1.2 Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo

Giả sử môi trường đo có nhiệt độ thực bằng Tx, nhưng khi đo ta chỉ nhận được nhiệt

độ Tc là nhiệt độ của phần tử cảm nhận của cảm biến

Nhiệt độ Tx gọi là nhiệt độ cần đo, nhiệt độ Tc gọi là nhiệt độ đo được

Điều kiện để đo đúng nhiệt độ là phải có sự cân bằng nhiệt giữa môi trường đo và cảm biến Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân, nhiệt độ cảm biến không bao giờ đạt tới nhiệt độ

môi trường Tx, do đó tồn tại một chênh lệch nhiệt độ Tx - Tc nhất định Độ chính xác của

phép đo phụ thuộc vào hiệu số Tx – Tc, hiệu số này càng nhỏ, độ chính xác của phép đo

càng cao Muốn vậy khi đo cần phải:

+ Tăng cường sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường cần đo.Giảm sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường bên ngoài

+ Để tăng cường trao đổi nhiệt giữa môi trường có nhiệt độ cần đo và cảm biến ta phải dùng cảm biến có phần tử cảm nhận có tỉ nhiệt thấp, hệ số dẫn nhiệt cao, để hạn chế tổn thất nhiệt từ cảm biến ra ngoài thì các tiếp điểm, dẫn từ phần tử cảm nhận ra mạch đo bên ngoài phải có hệ số dẫn nhiệt thấp

2.2 Nhiệt điện trở Platin và Nikel

2.2.1 Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ

Nhiệt điện trở là điện trở có giá trị phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ thay đổi thì điện trở cũng thay đổi

Với kim loại, sự chuyển động của các hạt mang điện theo một hướng thành một dòng điện trong kim loại Sự chuyển động này có thể do một lực cơ học hay điện trường gây nên

và điện tích có thể âm hay dương chuyển động theo chiều ngược nhau

Dưới tác dụng của nhiệt độ làm cho sự chuyển động này thay đổi và giá trị điện trở cũng thay đổi Có thể nhiệt độ tăng điện trở tăng hoặc nhiệt độ tăng thì điện trở giảm

Khi chế tạo nhiệt điện trở người ta kéo chúng thành sợi mảnh quấn trên khung chịu nhiệt rồi đặt vào hộp có vỏ đặc biệt và đưa ra 2 đầu để lấy tín hiệu với điện trở (R) Trong thực tế nhà sản xuất đã chế tạo nhiệt điện trở có giá trị khoảng từ 10() đến 100()

Trang 8

Nhiệt điện trở thường được chế tạo từ các vật liệu có khả năng chịu nhiệt như: Đồng, Nikel, Platin

Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ có ưu điểm đơn giản, độ nhạy cao, ổn định dài hạn được sử dụng rất rộng rãi và nhiều Xong nhược điểm của điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ là kích thước lớn, cồng kềnh, có quán tính nhiệt lớn

2.2.2 Nhiệt điện trở Platin

Platin là vật liệu cho nhiệt điện trở được dùng rộng rãi trong công nghiệp

+ Có thể chế tạo với độ tinh khiết rất cao (99,999%) do đó tăng độ chính xác của các tính chất điện

+ Có tính trơ về mặt hoá học và tính ổn định cấu trúc tinh thể cao do đó đảm bảo tính

ổn định cao về các đặc tính dẫn điện trong quá trình sử dụng

+ Hệ số nhiệt điện trở ở 00C bằng 3,9.10-3 /0C

+ Điện trở ở 1000C lớn gấp 1,385 lần so với ở 00C

+ Dải nhiệt độ làm việc khá rộng từ -2000C ÷ 10000C

Có 2 tiêu chuẩn đối với nhiệt điện trở platin, sự khác nhau giữa chúng nằm ở mức độ tinh khiết của vật liệu Hầu hết các quốc gia sử dụng tiêu chuẩn quốc tế DIN IEC 751 – 1983

(được sửa đổi lần 1 vào năm 1986, lần 2 vào 1995) Riêng USA vẫn tiếp tục sử dụng tiêu chuẩn riêng

2.2.3 Nhiệt điện trở Nikel

+ Có độ nhạy nhiệt cao bằng 4,7.10-3/0C

+ Điện trở ở 1000C lớn gấp 1,617 lần so với ở 00C

+ Dễ bị oxy hoá khi ở nhiệt độ cao làm giảm tính ổn định

+ Dải nhiệt độ làm việc thấp hơn 2500C

Nhiệt điện trở Nikel so sánh với Platin rẻ tiền hơn và có hệ số nhiệt độ lớn gần gấp 2 lần (6,18.10-3 0C) Tuy nhiên dải đo chỉ từ -600C đến +2500C, vì trên 3500C hệ số nhiệt điện trở của Nikel không ổn định Cảm biến nhiệt Nikel thường dùng trong công nghiệp điều hoà nhiệt độ phòng

2.2.4 Cách nối dây đo nhiệt điện trở

Hiện các nhà sản xuất đã sản xuất ra nhiệt điện trở 2 dây, 3 dây, 4 dây nên ta có 3 kỹ

thuật nối dây đo

Tiêu chuẩn IEC 751– 1983 yêu cầu dây nối đến cùng đầu nhiệt điện trở phải có màu giống nhau (đỏ hoặc trắng) và dây nối đến 2 đầu phải khác màu

a Kỹ thuật hai dây

Trang 9

Đây là loại cấu hình dây đơn giản nhất và độ chính xác cũng thấp nhất Điện trở của dây mắc nối tiếp với phần tử cảm biến làm ảnh hưởng đến độ chính xác Dây nối càng dài càng ảnh hưởng càng lớn

Hình 2.1 Kỹ thuật hai dây

Giữa nhiệt điện trở và mạch đo được nối bởi hai dây Bất cứ dây dẫn điện nào đều có điện trở, điện trở này nối nối tiếp với nhiệt điện trở Với hai điện trở của hai dây đo, mạch điện trở sẽ nhận được một điện thế cao hơn điện thế cần đo Kết quả ta có chỉ thị nhiệt kế cao hơn nhiệt độ cần đo Nếu khoảng cách quá xa, điện trở dây đo có thể lên đến vài Ohm và gây ra sai số cho phép đo

Để tránh sai số của phép đo do điện trở của dây đo gây ra, người ta bù trừ điện trở của dây đo bằng cách Dùng một biến trở bù được nối vào một trong hai dây đo rồi chỉnh biến trở sao cho có chỉ thị 00C bù lại điện trở của dây đo gây ra sai số

b Kỹ thuật ba dây

Hình 2.2 Kỹ thuật ba dây

Có 3 sợi dây nối từ RTD thay vì 2 dây L1 và L3 dẫn dòng đo, L2 có vai trò như dây chiết áp Lý tưởng thì điện trở của dây L1 và L3 không có Trở kháng của R3 thì bằng với trở kháng của phần tử cảm biến Rt

Với cách nối dây này ta có hai mạch đo được hình thành, một trong hai mạch được dùng làm mạch chuẩn Với kỹ thuật 3 dây, sai số cho phép đo do điện trở dây đo và sự thay đổi của nó do nhiệt độ không còn nữa Tuy nhiên 3 dây đo cần có cùng trị số kỹ thuật và có

cùng một nhiệt độ Kỹ thuật 3 dây rất phổ biến

c Kỹ thuật bốn dây

Trang 10

Hình 2.3 Kỹ thuật bốn dây

Loại này khắc phục được lỗi do trở kháng của điểm nối gây ra Dòng điện đi từ nguồn dòng đến L1 rồi đến dây L4; Dây L2 và L3 đo áp rơi trên RTD Với nguồn dòng cố định thì phép đo chính xác hơn Loại cấu hình này có giá thành cao hơn so với cấu hình 2 hay 3 dây Tuy nhiên nếu đòi hỏi sự chính xác cao thì nên lựa chọn loại cấu hình này (trong phòng thí

nghiệm, ít dùng trong công nghiệp)

Với kỹ thuật 4 dây người ta đạt kết quả đo tốt nhất Hai dây được dùng để cho một dòng điện không đổi qua nhiệt điện trở Hai dây khác được dùng làm dây đo điện thế trên nhiệt điện trở Trường hợp tổng trở ngõ vào của mạch đo rất lớn so với điện trở dây đo, điện trở dây đo đó coi như không đáng kể Điện thế đo được không bị ảnh hưởng bởi điện trở dây

đo và sự thay đổi của nó do nhiệt

2.3 Cảm biến nhiệt độ với vật liệu Silic

2.3.1 Nguyên tắc chung

Cảm biến nhiệt độ với vật liệu Silic đang ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các

hệ thống điện tử Với cảm biến silic, bên cạnh đặc điểm tuyến tính, sự chính xác, phí tổn thấp, và có thể được tích hợp trong 1 IC cùng với bộ phận khuếch đại và các yêu cầu xử lí tín hiệu khác

Hệ thống trở nên nhỏ gọn, mức độ phức tạp cao hơn và chạy nhanh hơn Kỹ thuật cảm biến nhiệt truyền thống như cặp nhiệt, nhiệt điện trở có đặc tuyến không tuyến tính và yêu cầu sự điều chỉnh để có thể chuyển đổi chính xác từ giá trị nhiệt độ sang đại lượng điện (dòng hoặc áp) đang được thay thế dần bởi các cảm biến Silic với lợi điểm là sự nhỏ gọn của mạch điện tích hợp và dễ sử dụng

Silic tinh khiết hoặc đơn tinh thể Silic có hệ số điện trở âm, tuy nhiên khi được kích tạp chất loại N ở nhiệt độ nào đó hệ số điện trở của nó trở thành dương Khoảng nhiệt độ sử dụng từ - 50oC đến 150 oC Sự thay đổi nhiệt của điện trở suất Silic phụ thuộc vào nồng độ chất pha và nhiệt độ

+ Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 120 oC (dải nhiệt độ làm việc) điện trở suất tăng khi nhiệt độ tăng Hệ số nhiệt của điện trở càng nhỏ khi nồng độ pha tạp càng nhiều

Trang 11

+ Nếu nhiệt độ lớn hơn 120 oC (dải nhiệt độ làm việc) điện trở suất giảm khi nhiệt độ tăng Hệ số nhiệt của điện trở suất không phụ thuộc vào nồng độ pha tạp

2.3.2 Đặc trưng kỹ thuật cơ bản của dòng cảm biến KTY (hãng Philips sản xuất)

Với sự chính xác và ổn định lâu dài của cảm biến với vật liệu silic KTY, sử dụng công nghệ điện trở phân rải Đây là một sự thay thế tốt cho các loại cảm biến nhiệt độ truyền thống

Giả thiết cảm biến làm việc ở nhiệt độ có giá trị bằng một nửa giá trị nhiệt độ hoạt động cực đại Sau thời gian làm việc ít nhất là 450000h (khoảng 51 năm), hoặc sau 1000h (1,14 năm) hoạt động liên tục với dòng định mức tại giá trị nhiệt độ hoạt động cực đại, cảm biến silic sẽ cho kết quả đo với sai số như bảng sau:

Bảng 2.2 Sai số của cảm biến silic (do thời gian sử dụng)

TYPE Sai số tiêu biểu

(K)

Sai số lớn nhất (K)

KTY81-1 KTY82-1

KTY81-2 KTY82-2

Do cảm biến được sản xuất dựa trên nền tảng công nghệ silic nên gián tiếp chúng ta sẽ hưởng được lợi ích từ những tiến bộ trong lãnh vực công nghệ này, đồng thời điều này cũng gián tiếp mang lại những ảnh hưởng ích cực cho công nghệ “đóng gói”, nơi mà luôn có khuynh hướng thu nhỏ

Nhiệt độ hoạt động của các cảm biến silic thông thường bị giới hạn ở 1500C KTY 84 với vỏ bọc SOD68 và công nghệ nối đặc biệt giữa dây dẫn và chip có thể hoạt động đến nhiệt độ 3000C

Bảng 2.3 Một số sản phẩm tiêu biểu

Tên sản phẩm

Thang đo

KTY81-1 −55 tới 150 SOD70 KTY81-2 −55 tới 150 SOD70 KTY82-1 −55 tới 150 SOT23 KTY82-2 −55 tới 150 SOT23 KTY83-1 −55 tới 175 SOD68 (DO-

Trang 12

áp hoặc tín hiệu dòng điện

Dựa vào các đặc tính rất nhạy cảm của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối 0C, 0F, 0K hay tùy loại Đo tín hiệu điện ta biết được nhiệt độ cần đo Tầm đo nhiệt độ giới hạn từ -550C đến 1500C, độ chính xác từ 10C đến

20C tùy theo từng loại

2.4.1 Cảm biến nhiệt LM 35/ 34 của National Semiconductor

a Cảm biến nhiệt LM35

LM35 là một loại cảm biến nhiệt độ giá rẻ thường được sử dụng để đo nhiệt độ (theo

°C) Nó với thể đo nhiệt độ chính xác hơn so với một điện trở nhiệt (thermistor) cùng tầm giá Cảm biến này tạo ra điện áp có đầu ra cao hơn các cặp nhiệt điện và có thể không cần điện áp đầu ra được khuếch đại LM35 có điện áp đầu ra tỷ lệ thuận có nhiệt độ Celsius Hệ

số tỷ lệ là 01V/°C

LM35 có độ chuẩn xác hơn kém 0,4°C ở nhiệt độ phòng bình thường và hơn kém 0,8 °

C trong khoảng 0°C đến + 100°C Một đặc tính quan trọng hơn của cảm biến này là rằng nó chỉ thu được 60 microamps từ nguồn cung ứng và có khả năng tự sưởi ấm thấp

- Điện áp hoạt động: Vc= 4V tới 30V

Trang 13

- Trở kháng ngõ ra LM34 thấp và đặc điểm ngõ ra tuyến tính làm cho giá trị đọc ra hay

điều khiển mạch điện dễ dàng

- LM34 dùng để đo nhiệt độ của một môi trường đặc biệt, kiểm tra nhiệt độ pin Cung cấp thông tin về nhiệt độ của một linh kiện điện tử khác

- Hình dạng

Hình 2.5 Hình dạng thực tế LM34

2.4.2.Cảm biến nhiệt độ AD 590 của Analog Devices

AD590 (Analog Devices) được thiết kề là một cảm biến nhiệt có tổng trở ngõ ra khá lớn (10 mê ga ôm), vi mạch đã được cân bằng bởi nhà sản xuất khiến cho dòng µA ra tương ứng chuẩn với nhiệt độ K Điện áp làm việc càng nhỏ càng tốt để tránh hiện tượng tự gia nhiệt, khi cấp điện áp thay đổi dòng điện thay đổi rất ít

- Dải điện áp cung cấp điện từ 3 đến 30VDC

Trang 14

chọn công tắc hoặc được giới thiệu bởi bộ ghép kênh CMOS trở kháng bổ sung gây ra bởi lỗi Nó phù hợp để đo nhiệt độ đa điểm và đo nhiệt độ từ xa

2.5.1 Cấu tạo

NTC được cấu tạo từ hỗn hợp đa tinh thể của nhiều bột oxit kim loại như mangan, nickel, cobalt…Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao (10000C 14000C).Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi

Để có các NTC có những đặc trưng kỹ thuật ổn định với thời gian dài, nó còn được xử

lí với những phương pháp đặc biệt sau khi chế tạo

- Ưu điểm: Bền, rẻ tiền, dễ chế tạo

- Nhược điểm: Dãy tuyến tính hẹp

2.5.4 Ứng dụng

NTC có nhiều ứng dụng làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử…và chia làm 2 loại: đo lường và làm bộ trễ

Trang 15

Loại dùng làm đo lường: Trong đo lường và tác động bù, cần tránh hiện tượng tự sinh nhiệt do dòng NTC lớn, như vậy NTC hoạt động chủ yếu trong vùng tuyến tính, trong vùng này điện trở của NTC được xác định bằng nhiệt độ môi trường, phạm vi chủ yếu của NTC trong lĩnh vực này là đo nhiệt độ, kiểm tra, điều khiển Tuy nhiên NTC cũng được dùng để

bù tính phụ thuộc nhiệt độ của điện trở cho các mạch điện tử dùng bán dẫn

Loại dùng làm bộ trễ: NTC có tính chất trễ, khi dòng điện qua nó lớn đến nỗi điện trở giảm nhiều do quá trình tự tỏa nhiệt, tải càng lớn thì điện trở NTC càng giảm mạnh Nhiệt điện trở NTC tạo tác dụng trễ nhằm triệt dòng đỉnh tim các bóng điện tử, mạch có tính dung kháng

2.6 Nhiệt điện trở PTC

PTC (Positive Temperature Coefficent): Là loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở dương cũng giống như cảm biến đo nhiệt độ nhưng chỉ trong một khoảng nhiệt độ nhất định

2.6.1 Cấu tạo

Vật liệu chế tạo PTC gồm hỗn hợp barium carbonate và một vài oxit kim loại khác được ép và nung Nhiều tính chất về điện khác nhau, có thể đạt được bằng cách gia giảm các

hợp chất trộn khác nhau về nguyên vật liệu và bằng cách gia nhiệt theo nhiều phương pháp

Sau khi gia nhiệt nung kết các mối nối đã được hình thành sau đó trong quá trình sản xuất các dây nối dẫn ra ngoài được thêm vào Nhiệt điện trở PTC thông thường được phủ ở bên ngoài một lớp vỏ có cấu tạo như vécni để chống lại ảnh hưởng của môi trường không

- Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi (giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng)

- Ưu điểm: Bền, rẻ tiền, dễ chế tạo

- Nhược điểm: Dãy tuyến tính hẹp

Trang 16

PTC được dùng để phát hiện sự tăng nhiệt bất thường trong động cơ bằng cách đo trực tiếp, cảm biến nhiệt được gắn chìm trong cuộn stato, tín hiệu được xử lý nhờ một thiết

bị điều khiển

2.7 Ứng dụng các loại cảm biến nhiệt độ

2.7.1 Lắp đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ LM35

2.7.2 Lắp đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng nhiệt điện trở NTC, PTC

2.7.3 Lắp đặt, cài đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ

a Hướng dẫn sử dụng cho một số bộ cảm biến nhiệt độ

- Hãy lắp đặt công tắc nguồn hoặc mạch ngắt điện trong quy trình để ngắt nguồn cấp

- Công tắc hoặc mạch ngắt điện phải được lắp đặt gần người sử dụng

- Không sử dụng sản phẩm này như đồng hồ Vôn hoặc đồng hồ Ampe, đây là bộ điều khiển nhiệt độ

- Phải sử dụng dây bù nhiệt khi mở rộng dây từ bộ điều khiển đến can nhiệt, nếu không thì sự lệch nhiệt độ sẽ xảy ra tại phần dây được kết nối với nhau

- Trong trường hợp sử dụng RTD Sensor, cả 3 dây đều phải được sử dụng Nếu muốn kéo dài thêm dây, cả 3 dây đều phải được sử dụng với kích thước giống nhau và cùng loại Nếu điện trở của dây khác nhau có thể dẫn đến nhiệt độ khác nhau

- Trong trường hợp sử dụng dây nguồn và dây tín hiệu gần nhau, dây chống nhiễu phải được dùng như là dây nguồn và dây tín hiệu vào phải được bọc lại

- Tránh xa các thiết bị có tần số cao (Máy hàn tần số cao & máy khâu, bộ điều khiển

điện dung SCR loại lớn)

b Cảm biến nhiệt TZN 4S

* Giới thiệu bộ điều khiển nhiệt độ TZN4S

Trang 17

Hình 2.9 Bộ điều khiển nhiệt độ TZN4S

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật bộ điều khiển nhiệt độ TZN4S

Nguồn cung cấp 100-240VAC 50/60Hz

Công suất tiêu thụ 5VA

Cách thức hiển thị Hiển thị bằng LED 7 thanh (Giá trị xử lý (PV):

màu đỏ, giá trị cài đặt (SV): màu xanh

Kích thước chữ PV: W7.8×H11mm

SV: W5.8×H8mm Ngõ

vào

Can nhiệt K (CA), J(IC), R(PR), E(CR), T(CC), S(PR),

N(NN), W(TT) <sai số điện trở lớn nhất trên đường dây 100Ω cho mỗi dây>

Trang 18

RTD Pt100Ω, JIS Pt100Ω, loại 3 dây <sai số điện trở

lớn nhất trên đường dây 5Ω cho mỗi dây>

Analog 1-5VDC, 0-10VDC, 4-29mADC Ngõ ra Relay 250VAC 3A 1c

Dòng 4-20mADC tải max 600 Ω Phụ Event1: Rơle 250VAC 1A Loại điều khiển Điều khiển ON/OFF, P, PI, PD, PIDF, PIDS

Hiển thị chính xác F.S ±0.3% hoặc 3oC

Thời gian lấy mẫu 0.5 giây

Thời gian cài đặt

LBA

1~999 giây

Cài đặt cạnh xung Cạnh lên, cạnh xuống 1~99 phút

* Sơ đồ kết nối

Hình 2.10 Sơ đồ kết nối bộ điều khiển nhiệt độ TZN4S

c Giới thiệu bộ điều khiển nhiệt độ TC 4S

Bộ điều khiển nhiệt độ Autonics TC/TC có chức năng tự điều chỉnh PID kép: Điều khiển PID đáp ứng tốc độ cao để nhanh chóng đạt được giá trị mong muốn, điều khiển PID đáp ứng tốc độ chậm nhằm giảm thiểu độ vọt dốc cho dù tính đáp ứng có hơi chậm

Ứng dụng bộ điều khiển nhiệt độ Autonics TC/TC: Sử dụng để điều khiển nhiệt độ trong các lò nhiệt, máy đúc nhựa, công nghiệp giấy, gỗ, hóa chất, linh kiện điện tử, chế biến thực phẩm

Trang 19

Hình 2.11 Bộ điều khiển nhiệt độ TC 4S

Ngõ vào RTD: DPt100Ω, Cu 50Ω (điện trở dây cho phép max 5Ω trên một dây)

Can nhiệt: K(CA), J(IC), L(IC)

Ngõ ra

Ngõ ra điều khiển

- Rơ le: 250VAC 3A 1a

- Bán dẫn: 12VDC ±2V Max 20mA Ngõ ra phụ

-Ngõ ra rơ le AL1: 250VAC 1A 1a

Trang 20

Chu kỳ lấy mẫu 100ms

Phương pháp

điều khiển ON/OFF và P, PI, PD, PID

Tính năng

Hoạt động cảnh báo Cảnh báo đứt, hỏng cảm biến Cảnh báo đứt vòng lặp (LBA) Ngõ ra lái SSR

Điều chỉnh tự động Hiệu chỉnh ngõ vào

Bộ lọc số ngõ vào Lựa chọn phương thức điều khiển

Độ trễ Lựa chọn đơn vị nhiệt độ Reset bằng tay

Chức năng Gia nhiệt/Làm mát

MV ngõ ra điều khiển khi đường dây cảm biến ngõ vào bị đứt Phím ngõ vào số

Giới hạn cao/thấp SV Cài đặt khóa

Cách thức kết nối ngõ ra Truyền thông RS485 (Truyền dữ liệu PV/SV transmission, cài đặt SV) Kiểu đấu nối Cầu đấu, đế 11 chân

Kiểu lắp đặt Lắp trên cánh tủ, bắt vít trên tủ điện

Phụ kiện Gá lắp cánh tủ, đế (mua rời)

Tiêu chuẩn CE, UL, RoHS

Trang 21

Hình 2.12 Sơ đồ kết nối bộ điều khiển nhiệt độ TC 4S

d Giới thiệu bộ điều khiển nhiệt độ TZN4M-14R

Hình 2.13 Bộ điều khiển nhiệt độ TZN4M-14R

Trang 22

Phương pháp

điều khiển ON/OFF, P, PI, PD, PIDF, PIDS

Tính năng

Điều chỉnh tự động Cảnh báo đứt, hỏng cảm biến Cảnh báo đứt vòng lặp

Báo lỗi Reset bằng tay Cài đặt dấu thập phân Điều khiển gianhiệt, làm lạnh Chức năng SV2

Chức năng ramp Kiểu đấu nối Cầu đấu

Kiểu lắp đặt Lắp trên cánh tủ,

Phụ kiện Gá lắp cánh tủ

Tiêu chuẩn CE, UL

Trang 23

Hình 2.14 Sơ đồ kết nối bộ điều khiển nhiệt độ TZN 4M – 14R

Trang 24

CÂU HỎI ÔN TẬP Câu hỏi 1: Trong thực tế sử dụng các loại thang đo nhiệt độ nào Giải thích ý nghĩa

các thang đo nhiệt độ

Câu hỏi 2: Giải thích ý nghĩa nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo

Câu hỏi 3: Nêu đặc tính và tiêu chuẩn của nhiệt điện trở Platin

Câu hỏi 4: Kể tên các kỹ thuật nối dây nhiệt điện trở Nêu kỹ thuật 4 dây

Câu hỏi 5: Trình bày cấu tạo, phân loại, ứng dụng đầu dò nhiệt RTD

Câu hỏi 6: Trình bày đặc trưng kỹ thuật cơ bản của dòng cảm biến KTY (hãng

Philips sản xuất)

Câu hỏi 7: Vẽ sơ đồ cấu trúc và nêu đặc điểm của cảm biến nhiệt LM 35

Câu hỏi 8: Trình bày cấu tạo, ký hiệu, đặc tính nhiệt điện trở NTC

Câu hỏi 9: Trình bày cấu tạo, ký hiệu, đặc tính nhiệt điện trở PTC

Câu hỏi 10: Giải thích định dạng mặt trước và các phím chức năng bộ điều khiển

nhiệt độ TZN4S

Câu hỏi 11: Trình bày các bước cài đặt bộ điều khiển nhiệt độ TZN 4S

Câu hỏi 12: Trình bày các bước cài đặt bộ điều khiển nhiệt độ TC 4S

Câu hỏi 13: Trình bày các bước cài đặt bộ điều khiển nhiệt độ TZM4S

Trang 25

Phần 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH

a Lắp đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ LM35

PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: Lắp đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ LM35

- Nguồn điện xoay chiều 220VAC

- Nguồn điên một chiều 24VDC

Trang 26

Bước 4 - Kiểm tra, cấp nguồn,

- Mạch điện hoạt động theo đúng nguyên lý

Trang 27

b Lắp đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng nhiệt điện trở NTC

PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: Lắp đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng nhiệt điện trở NTC

Trang 28

Trang 29

c Lắp đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng nhiệt điện trở PTC

PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: Lắp đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng nhiệt điện trở PTC 3/B2/MĐ

20 Bước

Trang 30

Trang 31

d Lắp đặt, cài đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ TZN 4S

PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: Lắp đặt, cài đặt mạch điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ

TZN 4S

4/B2/MĐ

20 Bước

- Nguồn điện một chiều 24VDC

- Nối dây đúng, đầy đủ chắc chắn, gọn gàng

Trang 32

Bước 4 - Bật công tắc cấp nguồn

cho toàn mạch

- Cài đặt đồng hồ cảm biến

nhiệt độ

- Cài đặt đúng

và đủ theo đúng yêu cầu

Trang 33

e Lắp đặt điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ TC 4S

PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: Lắp đặt điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ TC 4S

- Dây kết nối

- Đồng hồ VOM

- Cảm biến nhiệt độ TC 4S

- Dây kết nối

- Đồng hồ VOM

- Dây kết nối

- Đồng hồ VOM

- Nhiệt điện trở (RTD)

- Rơ le 24VDC

- Nhiệt độ

Trang 34

cho toàn mạch

nhiệt độ

- Dây kết nối

- Đồng hồ VOM

- Dây kết nối

- Đồng hồ VOM

- Nhiệt điện trở (RTD)

- Rơ le 24VDC

- Nhiệt độ

Trang 35

f Lắp đặt điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ TZN 4M

PHIẾU HƯ ỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VTÊC: Lắp đặt điều khiển nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt độ TZN 4M 6/B2/MĐ

20 Bước

- Nguồn điện xoay chiều

- Nguồn điện xoay chiều 220AC

Trang 36

cho toàn mạch

nhiệt độ

- Nguồn điện xoay chiều 220AC

Trang 37

Bài 2: LẮP ĐẶT, KẾT NỐI, KHẢO SÁT CẢM BIẾN TIỆM CẬN

- Đầu cảm biến nhỏ có thể lắp đặt ở nhiều nơi

- Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

* Các thuật ngữ thường sử dụng

Vật Chuẩn: Một vật được xem là vật chuẩn nếu hình dạng, vật liệu, kích cỡ của vật phù hợp với yêu cầu của nhà sản xuất để có thể phát huy được hết các đặc tính kỹ thuật của cảm biến

Tần số đáp ứng: Số lần tác động lặp lại khi vật cảm biến đi vào vùng hoạt động của cảm biến

Khoảng cách phát hiện: Khoảng cách xa nhất từ đầu cảm biến đến vị trí vật chuẩn mà cảm biến có thể phát hiện được

Hình 3.1 Khoảng cách phát hiện

Khoảng cách cài đặt: Khoảng cách để cảm biến có thể nhận biết vật một cách ổn định (thường bằng 70 – 80% khoảng cách phát hiện)

Trang 38

3.1.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor)

- Cảm biến tiệm cận điện cảm có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tương ứng với các ứng dụng khác nhau

- Cảm biến tiệm cận điện cảm được dùng để phát hiện các đối tượng là kim loại

Trang 39

Hình 3.4 Cảm biến tiệm cận điện cảm

số nào đó tín hiệu này được ghi nhận Mạch phát hiện sẽ phát hiện sự thay đổi tín hiệu và tác động để mạch ra lên mức ON Khi đối tượng rời khỏi khu vực từ trường, sự dao động được tái lập, cảm biến trở lại trạng thái bình thường

- Tùy thuộc vào cấu tạo của sản phẩm, dải đo của cảm biến tiệm cận với khoảng cách phát hiện nhỏ từ 0 đến 50 mm

c Phân loại cảm biến tiệm cận điện cảm

- Cảm biến tiệm cận điện cảm có thể phân làm 2 loại: Được bảo vệ và không được bảo

vệ Loại không được bảo vệ thường có tầm phát hiện lớn hơn loại được bảo vệ

- Cảm biến tiệm cận điện cảm loại được bảo vệ: Có 1 vòng kim loại bao quanh giúp

hạn chế vùng điện từ trường ở vùng bên Vị trí lắp đặt cảm biến có thể đặt ngang bằng với

bề mặt làm việc

- Cảm biến tiệm cận điện cảm loại không được bảo vệ: Không có vòng kim loại bao

quanh Không thể lắp đặt cảm biến ngang bằng bề mặt làm việc (bằng kim loại) Xung quanh cảm biến phải có 1 vùng không có chứa kim loại

Trang 40

Hình 3.5 Hình dạng 2 loại cảm biến

d Những yếu tố ảnh hưởng đến tầm phát hiện của cảm biến tiệm cận điện cảm

- Kích thước của vật cảm biến: Nếu kích cỡ vật cảm biến nhỏ hơn vật chuẩn, khoảng

cách phát hiện của cảm biến sẽ giảm

- Bề dày của vật cảm biến: Với cảm biến thuộc nhóm kim loại có từ tính (sắt, niken, SUS, …) bề dày của vật chuẩn phải lớn hơn hoặc bằng 1mm Bề dày của vật cảm biến càng mỏng thì khoảng cách phát hiện càng giảm

- Vật liệu và kích thước đối tượng: Khoảng cách phát hiện của cảm biến phụ thuộc rất

nhiều vào vật liệu của cảm biến Các vật liệu có từ tính hoặc kim loại có chứa sắt sẽ có khoảng cách phát hiện xa hơn các vật liệu không từ tính hoặc không chứa sắt

- Lớp mạ bên ngoài của vật cảm biến: Nếu vật cảm biến được mạ khoảng cách phát hiện cũng sẽ bị ảnh hưởng

- Nhiệt độ môi trường

e Ưu nhược điểm của cảm biến tiệm cận điện cảm

* Ưu điểm

- Không chịu ảnh hưởng của độ ẩm, bụi bặm

- Không có bộ phận chuyển động, không có “khu vực mù” (cảm biến không phát hiện

ra đối tượng mặc dù đối tượng ở gần cảm biến), không gây nhiễu cho các sóng điện từ, sóng siêu âm

- Không phụ thuộc vào màu sắc, ít phụ thuộc vào bề mặt đối tượng hơn so với các kĩ thuật khác

- Phát hiện vật không cần phải tiếp xúc, tốc độ đáp ứng nhanh

- Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt, đầu cảm biến nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi

* Nhược điểm

- Chỉ phát hiện được đối tượng là kim loại

- Bị chịu ảnh hưởng bởi các vùng điện từ mạnh

- Phạm vi hoạt động ngắn hơn so với các kĩ thuật khác

f Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện cảm

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	4,49 MB