ĐỒ ÁN VI MẠCH TƯƠNG TỰ- Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại

HaUI- Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI MẠCH TƯƠNG TỰ

TÊN ĐỀ TÀI:

Số 1: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và

cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại

GVHD: Thầy Nguyễn Vũ Linh

Sinh viên thực hiện:

Trần Công HậuSinh viên lớp: ĐHCNKT Điện 1 K6Khoa: Công nghệ Kỹ thuật Điện

BÀI TẬP LỚN: VMTT

Số : 1

Họ và tên HS-SV :…… Trần Công Hậu …………Nhóm : 3……Lớp : Điện 1

Khóa : 6…… Khoa : Điện………MSV: 0641040048

NỘI DUNG

Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại

Yêu cầu: - Dải đo từ: t 0 C =t min – t max = 0-(100+10*n)C.

- Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0-10V và I=0-20mA.

+ Dùng cơ cấu đo để chỉ thị.

- Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng đèn, còi khi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: U d =(t max

-t min )/2

- n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.

PHẦN THUYẾT MINH

Yêu cầu về bố cục nội dung:

Chương 1: Tổng quan về mạch đo

Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính

Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo

- Tính toán, lựa chọn cảm biến

- Tính toán, thiết kế mạch đo

- Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp

- Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa

- Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo…

Kết luận và hướng phát triển

Yêu cầu về thời gian : Ngày giao đề: Ngày hoàn thành: 25-12-2013

Mẫu: MC - 11)

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa Điện

BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC :

VI MẠCH TƯƠNG TỰ

Đề tài: : Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt

độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại

Giáo viên hướng dẫn:

Thầy: Nguyễn Vũ Linh

Sinh viên thực hiện :Trần Công Hậu

MSV: 0641040048

Lời mở đầu

Đất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển thành một đất nước công nghiệp Vì vậy vấn đề điều khiển và vận hành các thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao năng xuất và chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí là vấn đề quan trọng đáng để chú ý.Trong thực tế có rất nhiều bài toán liên quan đến vấn đề đo và điều khiển nhiệt độ.Ví dụ như: lò sấy công nghệp,các lò luyện gang ,sắt, thép

Trong kì này sau khi học môn vi mạch tương và các môn liên quan nhóm chúng

em được giao đề tài: Thiết kế mạch đo nhiệt độ hiển thị số từTrong quá trình làm

đề tài được sự giúp đỡ hết sức tận tình của thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy côtrong bộ môn “Đo lường điều khiển” đã giúp đỡ em hoàn thành đúng thời hạn đềtài này Nhưng do lượng kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài này không tránhkhỏi thiếu sót Em mong được sự đóng góp của thầy cô để đề tài của em được hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: Tổng quan về mạch đo

1.1 Sơ đồ khối

-Sơ đồ cấu trúc mạch đo:

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc mạch đo

1.2 Thiết kế tổng quan

- Khối cảm biến RTD: Sử dụng cảm biến RTD- PT100

- Khối mạch đo: Sử dụng phương pháp nguồn dòng 2mA

- Khối cảnh báo: Sử dụng đèn, còi

Chỉ thị

Khối cảnh báo

Sơ đồ mạch:

Chương 2: Giới thiệu thiết bị chính

2.1 Cảm biến nhiệt độ RTD- PT100

2.1.1 Giới thiệu về cảm biến

Cảm biến nhiệt độ RTD-PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại(Resistance Temperature Detector) RTD-PT100 được cấu tạo từ kim loại Platinumđược quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt có giá rị điện trở khi ở 0oC là 100Ohm Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần phải cấp một nguồnngoài ổn định Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ đượctính theo công thức dưới đây

- Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của RTD- PT100.:

Phần ống bảo vệ sẽ được đặt ở nơi cần đo nhiệt độ, thông thường can nhiệt

này chỉđo được nhiệt độ tối đa là 600o C

Hình 2: Hình ảnh của RTD-PT100

Hai đầu dây kim loại để chừa ra ở phần ống bảo vệ được kết nối tới một thiết bị gọi

là bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện phục vụ cho việc truyền tới phòng điều khiển giám sát Thiết bị chuyển đổi có cấu tạo chẳng qua là một cầu điện trở có một nhánh chính là Pt100(có điện trở là 100 ôm ở 0 độ C)

Ðáp ứng của RTD không tuyến tính nhưng nó có độ ổn định và chính xác rất cao,

do vậy hay được dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao Nó thường

được dùng trong khoảng nhiệt độ từ -250 đến +8000. Can nhiệt pt100 là kí hiệu thường được sử dụng để nói đến RTD với hệ số alpha=0.00391 và R0=100 Ohm.

2.1.3 Cách đo RTD- PT100.

Cảm biến RTD- PT100 cấu tạo bằng dây kim loại plantium dựa trên nguyên tắc thay đổi điện trở kim lại theo nhiệt độ( Phương trình Callendar-vab dusen) như sau :

+ Cảm biến RTD- PT100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100Ω

+ Trong khoảng nhiệt độ từ 0-100oC ta tính như sau:

- Cảm biến RTD- PT100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100Ω

- Trong khoảng nhiệt độ từ 0-100oC ta tính như sau:

Rt = R0(1+0,385%T) với sai số nhiệt độ là ±0,5oC tức là cứ tăng 1oC thì điệntrở RTD- PT100 tăng 0,385 Ω

2.1.4 Bảng giá trị điện trở của PT100

Hình 3 : Bảng chân lí của RTD-PT100

2.2 Khối khuếch đại thuật toán sử dụng LM358

2.2.1 Cấu tạo LM358

Hình 5- Khối chi tiết khối khuếch đại LM358

-LM358 cấu tạo gồm có 2 kênh khuếch đại thuật toán

+Kênh 1: chân 2,chân 3 là chân đầu vào và chân 1 là chân đầu ra +Kênh 2: chân 5,chân 6 là chân đầu vào và chân 7 là chân đầu ra

Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo

3.1 Sơ đồ mạch đo :

3.2 Mạch tạo nguồn dòng với dòng 1mA

Chân 8 nối với Vcc=+12V

Chân 4 nối với nguồn âm -12V

Nguôn vào chân 3 là nguồn +5V

Vì nguyên lý hoạt động của cảm biến PT100 là :

Điện trở thay đổi khi nhiệt độ thay đổi nên cần cung cấp 1 nguồn dòng ổnđịnh chạy qua nó để khi điện trở thay đổi thì điện áp giữa 2 đầu của cảmbiến thay đổi theo tỉ lệ

Để đo được điện áp với cấp chính xác 10 −3 V ta tạo 1 nguồn dòng 1mA

R3(1)

V=1.10005

Ta có

Ku=1+RV 1 R 7

Vì tín hiệu sau khi đi qua phân áp rất nhỏ nên ta cần đưa qua bộ mạch khuếch đại

để tín hiệu có thế so sánh được với mức logic 0 & 1 tương ứng

Dải đo từ: toC = tmin  tmax = 0(100+10.n)

Lựa chọn cảm biến nhiệt độ kim loại RTD- PT100

Loại cảm biến này có dải đo nhiệt độ

Khi nhiệt độ thay đổi,giá trị điện trở của RTD cũng thay đổi theo phương trình

Ở đây với mức nhiệt độ cho phép T=1/2 Tmax nên giá trị điện áp đưa qua bộkhuếch đại sẽ là Ur=1/2Urmax=5v Vì thế ta cần phải tạo 1 nguồn điện áp chuẩn để

so sánh với giá trị điện áp trả về từ mạch đo Nguyên lí so sánh của LM358 là :

-nếu Up>Un thì IC trả về mức logic cao tại đầu ra

- nếu Up<Un thì IC trả về mức logic thấp tại đầu raTín hiệu qua bộ khuếch đại là tín hiệu + nên ta sẽ mắc vào ngõ vào P còn tín hiệuchuẩn hóa sẽ mắc vào ngõ N của OPAM

Sơ đồ toàn mạch

Nguyên lí làm việc:

-Ban đầu nhiệt độ dưới mức cảnh báo thì điện trở của cảm biến nhỏ

và điện áp ở ngõ vào P sẽ nhỏ hơn điện áp ở ngõ vào N nên mức ra của IC sẽ làLOW chưa đủ kích dẫn cho transistor nên mạch còi và đèn chưa thông

-Khi nhiệt độ tăng lên thì điện trở của cảm biến PT100 cũng tăng lênlàm điện áp đầu ra tăng theo Đến khi nhiệt độ vượt quá mức cho phép thi khi đóđiện áp tại ngõ vào bộ so sánh sẽ là Up>Un và ngõ ra là mức cao(HIGHT)transistor được kích dẫn, dẫn nguồn cho còi kêu và đèn sáng

LỜI KẾT

Trên đây là toàn bộ phần trình bày của nhóm em về thiết kế mạch đo, cảnh báonhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt trở kim loại Trong thời gian thực hiện bài tậpchúng em đã đạt được những kết quả sau:

- Học hỏi được nhiều hơn và có thêm nhiều kiến thức

- Có khả năng phân tích, thiết kế và lắp ráp một sản phẩm hoàn chỉnh

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Linh đã nhiệt tình hướng dẫn

và truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập và thực hiện bài tập này

Nhóm sinh viên thực hiện

Nhóm 3 Lớp Điện 1 K6 HaUI

Hướng phát triển:

Từ đề tài này có thế phát triển lên, xây dựng nhiều ứng dụng có hiệu quả trongthực tế Em đề xuất một số hướng phát triển sau:

+ Thiết kế them mạch so sánh để có thể điều khiển thêm thiết bị

+ Thiết kế mạch hiển thị trên LED 7 thanh

+ Mạch có thể an toàn khi xảy ra sự cố