MỤC LỤC BÀI 1: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN. BÀI 2: SƠ ĐỒ CẢNH BÁO TỪ TRƯỜNG . BÀI 3 : ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG CẢM BIẾN NHIỆT BÁN DẪN CẶP NHIỆT DIỆN VÀ CẢM BIẾN NHIỆT PT-100. BÀI 4: CẢ
Trang 1BÀI 1 : GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN
THIẾT BỊ SỬ DỤNG :
1 Thiết bị chính cho thực tập diện tử về cảm biến và đo lường MTS – 41
2 Dao dộng ký
3 Đồng hồ đo
4 Khối thí nghiệm SME-401 cho các loại cảm biến (gắn lên thiết bị chính MTS – 41)
5 Phụ tùng dây cắm
Nhiệm vụ:
Tìm hiểu nnguyên tắc hoạt dộng của một số loại cảm biến
I Rơ le từ (Reed Relay)
Rơ le từ là công tắc với diều khiển đóng ngắt bằng từ trường (hình 1-1)
Trang 21 Sử dụng đồng hồ đo điện trở ( )nối với các công tắc 1-2 của sơ đồ hình 2.tiếp điểm 1-2 của công tắc thường ngắt(thường ký hiệu trên công tắc:No-
M1-Normal Opened) Nhấn nhẹ đòn bẩy kiểm tra sự chuyển trạng thái của công tắc từ ngắt sang nối
Hình 1-2 Công tắc giới hạn hành trình
2 Sử dụng đồng hồ đo điện trở ( ohm ) nối với các công tắc 1-3 của sơ đồ Hình 1-2 tiếp điểm 1-2 của công tắc thường ngắt(thường ký hiệu trên công tắc:NC- Normal Closed) Nhấn nhẹ đòn bẩy kiểm tra sự chuyển trạng thái của công tắc từ nối sang ngắt
III Công tắc nhiệt ( Thermo Switch )
Công tắc nhiệt hình 1-3 cho phép tạo tín hiệu đóng ngắt tiếp điểm khi nhiệt độ môi trường tác độngqua mặt tiếp xúc của công tắctăng đến giá trị định trước
Công tắc nhiệt có cấu trúc gồm một thanh đế và một thanh lưởng kim loại
Thanh lưõng kim ghép từ hai kim loạicó độ giản nở nhiệt khác nhau khi nhiệt độ tăng, một trong hai thanh sẽ bị giản nở nhanh hơn, làm uốn cong thanh lưởng kimvà do đó làm ngắt tiếp điểm
Hình 1-3 Công tắc nhiệt Các bước thưc hiện:
1 Sử dụng đồng hồ đo điện trở ( )nối với các công tắc 1-2 của sơ đồ Hình 1-3
2 Đặt đầu mỏ hàn đang nóng tiếp xúc với bề mặt công tắc Theo giá trị điện trở
đo, xác định trạng thái đóng ngắt của công tắc theo nhiệt độ
IV Condenser Microphone
Condenser Microphone ( Hình1-4 ) là cảm biến cho phép biến đổi ân thanh thành tín hiệu điện Loại sử dụng làmicro kiểu áp điện với transistor
thường mắc khuếch đại ở lối ra
Trang 3Hình 1-4 Sơ đồ với Condenser Microphone
Condenser Microphone có cấu trúc gồm một màng kim loại mỏngvà một phiến đội tạo thành tụ điện Khi tín hiệu âm làm tác động vào màng kim loại, làm rung màng, dẫn đến thay đổi điện dung của tụ , cho phép sử dụng để hình thành tín hiệu ra
Các bước thực hiện:
1 Nối chân 1 của micro với đất Mắc chân 2 (lối ra) với chốt TP1 (góc phải khối SME-401) để nối trở tải cho lối ra micro
Sử dụng dao động ký ở thang lối vào ~10 -20 mV để quan sát tín hiệu ở ngõ ra (chân 2) của micro Phát âm vào micro, theo dõi tín hiệu ra
2 Nối lối ra của micro với lối vào bộ khuếch đại đo (Instrumentation Amplifier) Nối 3 chốt biến trở ở VR1,VR2,VR3 của bộ khuếch đại với các chốt
V1,V2,V3của biến trở POT trên MTS1.quan sát tín hiệu vào và ra bộ khuếch đại khi phát âm vào micro Chỉnh biến trở POT để tín hiệu ra lớn và không bị méo
V Dynamic Microphone
Dynamic Microphone (Hình 1-5) là cảm biến cho phép biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện Loại sử dụng micro kiểu điện động,trong đó có cuộn dây gắn với một màng mỏng có thể dao động tự do trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu Khi có âm thanh tác động vào màng làm chuyển động cuộn
Trang 4Hình 1-5 Dynamic MicrophoneCác bước thực hiện:
1 Sử dụng dao động ký ở thang lối vào ~10 -20 mV để quan sát tín hiệu giữa hai ngõ 1-2 của micro Phát âm vào micro, theo dõi tín hiệu ra
2 Nối lối ra của micro với lối vào bộ khuếch đại đo(Instrumentation
Amplifier)như hình 1-5 Nối 3 chốt biến trở ở VR1,VR2,VR3 của bộ khuếch đại với các chốt V1,V2,V3của biến trở POT trên MTS1.quan sát tín hiệu vào và ra bộ khuếch đại khi phát âm vào micro Chỉnh biến trở POT để tín hiệu ra lớn và không bị méo
VI Điện trở nhiệt (therlstor)
Điện trở nhiệt là dụng cụ có giá trị điện trơ ûthay đổi theo nhiệt độ
Hình 1-6 Điện trở nhiệt.
Các bước thực hiện:
1 Sử dụng đồng hồ đo điện trở ( ohm ) nối với các công tắc 1-2 của sơ đồ Hình 1-6
2 Đặt đầu mỏ hàn đang nóng cạnh thermistor ( không để tiếp xúc nhiệt trực tiếp )
Theo dõi sự thay đổi giá trị điện trở theo nhiệt độ khi đưa mỏ hàn vào gần
thermistor và khi đưa mỏ hàn ra xa
3 Nối chân 1 của therimstor nối đất và chân 2(lối ra)với chốt TP1 để nối tải cho thermistor
Nối lối vào "-" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với đất của khối SME-401 Nối chốt vào "+" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với chốt TP1
Đặt đầu mỏ hàn đang nóng cạnh thermistor (không để tiếp xúc nhiệt trực tiếp) Theo dõi sự thay đổi giá trị đo trên bộ đo hiên số theo nhiệt độ khi đưa mỏ hàn vào gần thermistor và sau đó đưa mỏ hàn ra xa
VII Cảm biến nhiệt dẫn (Temperaure Semiconuductor Sensor)
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến dựa trên sự phụ thuộc của dòng qua lớp tiếp xúc bán dẩn PNvào nhiệt độ
Đối với lớp tiếp xúc PN dẫn dòng không đổi I:
I(U) = Io(eqU/KT-1)
Trong công thức trên, nhiệt độ T là thừa số mũ
Trang 5Tuy nhiên dòng Io bão hoà của diode mắc phân cực ngươc (Zener) cũng tồn tại mối quan hệ theo hàm mũ theo nhiệt độ vì vậy, tổng hợp cả hai mối quan hê hàm mũ trên,ta có mối quan hệ tuyến tính giữa sụt thế trên diodevà nhiệt độ:
U = Eg/q-4.6kT/q(lnM-lnI) Trong đó:
Io: dòng bão hoà của diode phân cực ngươc(dòng qua Zener ổn áp)
q: điện tích của electron = 1.60.10-19 As
k: hằng số Boltzman =1.38.10-23 J/K
Eg: là độ rộng vùng cấm= 1.12eVđối với silicon
Cảm biến nhiệt bán dẫn là dụng cụ có độ tuyến tính cao,khoảng làm việc giới hạn (40-+400)0K tương ứng (-2330-+127) 0C
Các bước thực hiện:
1 Nối các cực của cảm biến nhiệt bán dẫn với đất và chốt TP1 như Hình 1-7
2 Nối lối vào "-" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với đất của hệ thống Nối chốt vào "+" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với chốt TP1
3 Đặt đầu mỏ hàn đang nóng cạnh cảm biến (chú ý không tiếp xúc với vỏ cảm biến để trnh1 làm hư cảm biến ) Theo dõi sự thay đổi giá trị đo trên bộ đo hiên số theo nhiệt độ khi đưa mỏ hàn vào gần thermistor và sau đó đưa mỏ hàn ra xa
Hình 1-7 Cảm biến nhiệt bán dẫn VIII bộ đóng ngắt quang
Bộ đóng ngắt quang cho phép tạo tín hiệu đóng ngắt khi có vật che chắn
Trang 6Hình 1-8 Bộ đóng ngắt quang.
Các bước thực hiện:
1 Nối các cực của bộ đóng ngắt quangvới nguồn, đất và chốt TP1 như Hình 1-8 Nối lối vào "-" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với đất của hệ thống Nối chốt vào "+" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với chốt TP1
2 che chắn khe hở giữa đèn phát và đèn thu và ghi giá trị thế lối ra trên bộ chỉ thị số khi che và không che khe hở này
IX Quang trở (Photo – Resistor)
Quang trở là dụng cụ có giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào
Các vật liệu quang dẫn, ví dụ điện trở CdS, được chế tạo từ tập hợp các tinh thể riêng rẽ có khả năng thay đổi điện trở tương ứng với pho ton ánh sáng chuyền vào Đặc trưng phổ của quang trởbao chùm vùng phổ ánh sáng thấy được(ánh sáng biểu kiến)
Các bước thực hiện:
1 Nối các cực của quang trở với đất và chốt TP1 như Hình 1-9
Nối lối vào "-" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với đất của hệ thống Nối chốt vào "+" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với chốt TP1
STAUS DISPLAY DVC +12V
2 Che chắn quang trở bằng các tấm giấy trong mỏng Theo dõi giá trị thế đo trên bộ chỉ số khi tăng hay giảm dần số lượng các tấm giấy
X Cảm biến hiệu ứng Hall (Hall-Effect Sensor)
Cảm biến từ kiểu hiệu ứng Hallsử dụng hiện tượng phần điện tử chảy trong vật dẫn hoặc bán dẫn bị uốn cong quỹ đạo khi có từ trường tác động (hiệu ứng Hall) Biên độ uốn cong tuỳ thuộc vào loại vất chất làm cảm biến , được quy định bởi hằng số Hall-RH
Trang 7Với điều kiện từ trường B vuông góc với mặt phẳng của cảm biến điện thế VH được đo ở cực 1 và 2 được đo bằng :
VH = (RH / d).I.B với I dòng chảy qua cảm biến Như vậy tỷ lệ thuận với từ trường
Hình M1-10 Cảm biến từ hiệu ưng HALLTừ trường có thể tạo bằng nam châm hoặc cuộn dây
Các bước thực hiện:
Nối các cực của cảm biến với nguồn , đất và chốt TP1 như hình M1-10
Nối lối vào "-" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với đất của hệ thống
Nối chốt vào "+" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với chốt TP1
2 Dùng một nam châm nhỏ đưa đến gần sát và lùi ra xa cảm biến Ghi nhận sự thay đổi giá trị đo theo sư thay đổi khoảng cách của nam châm
XI Photo Transistor
Transistor quang là yếu tố có cực base được điều khiển bằng cường độ ánh sáng chiếu vào Dòng collector sẽ tỷ lệ với cường độ ánh sáng chiếu vào
Trang 82 Che chắn transistor quang bằng các tấm giấy trắng mỏng Theo dõi sự thay đổi giá trị đo khi tăng hoặc giảm dần số lượng các tấm giấy
Trang 9BÀI 2 : SƠ ĐỒ CẢNH BÁO TỪ TRƯỜNG
THIẾT BỊ SỬ DỤNG :
1 Thiết bị chính cho thực tập diện tử về cảm biến và đo lường MTS – 41
2 Nam châm vĩnh cữu cảm biến khói
3 Khối thí nghiệm SME-402 cho bài thực tập về cảnh báo từ trường và báo khói (gắn lên thiết bị chính MTS-41)
4 Dao động ký
Cảm biến trở từ thường dùng tinh thể InSb với các kim NiSb đặt bên trong Khi không có từ trường, dòng điện đi qua với trở kháng nhỏ Khi có từ trường vật liệu
bị uốn cong bởi các kim NiSb chịu tác động của từ trường , làm điện trở của cảm biến tăng
Với điều kiện từ trường B vuông góc với mặt phẳng của cảm biến (Hình 2-1), điện thế VH được đo ở 2 cực bằng:
VH = (RH / d)
VH như vậy tỷ lệ tỷ lệ thuận với từ trường
Các vật liệu thường dùng để vhế tạo cảm biến từ hiệu ứng Hall là InSB, TnSb,GaAs
Trang 10Hình 2-1 Nguyên tắc cấu trúc cảm biến HALL
Hình 2-2 Khối cảnh báo từ trường với cảm biến Hall
Các bước thực hiện :
1 Sử dụng dây có chốt cắm để nối mặt theo sơ đồ hình M2-2/SME-402:
- nối các chốt nguồn và đất của khối SME-402 (POWER INPUT)với nguồn
±12Vvà đất (GND) của thiết bị chính MTS-41 Chú ý cắm đúng phân cực của nguồn
2 Khảo sát tác động của từ trường
2.1 Nối lối ra OUT của bộ khuếch đại IC3 với lối vào cộng của bộ đo hiện số DCV của thiết bị chính MTS-41 lối vào “-“ nối đất
2.2 Chỉnh biến trở P1 (OFFSET)để khi không có từ trường , điện thế của sơ đồ bằng zero
Trang 112.3 Đặt thanh nam châm ở sát cảm biến chỉnh biến trở P1 (GAIN)để thế ra chỉ thị trên DCV là 5V
Khoảng cách l
(cm) 10 8 6 4 2 1 U(OUT)
Ul
2.4 Đặt thanh nam châm ở khoảng cách l(cm) –xacảm biến từ trường Sau đó dịch nam châm vào gần cảm biến Tại mổi vị trí ghi giá trị điện thế ra chỉ thị trên bộ đo DVC Ghi kết quả vào bảng M2-1
2.5 Nhận xét kết quả
3 lựa chọn ngưỡng cảnh báo
Ưùng với mỗi vị trí nam châmtrong bảng M2-1, vặn biến trở P3
(LEVEL)để định giá trị ngưỡng cho đèn báo D1 sáng Đo giá trị thế ngưỡng Ul
tại TP6 (chân 2/IC4) và ghi vào cột tương ứng của bảng M2-1
Trang 12BÀI 3 :ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG CẢM BIẾN NHIỆT BÁN DẪN
CẶP NHIỆT ĐIỆN VÀ CẢM BIẾN NHIỆT PT-100
THIẾT BỊ SỬ DỤNG
1 Thiết bị chính cho thực tập diện tử về cảm biến và đo lường MTS – 41
2 bộ cảm biến nhiệt bán dẫn, cặp nhiệt điện PT-100
3 Card thí nghiệm SME-403 cho bài thực tập về đo nhiệt độ bằng cảm biến bán dẫn (gắn lên thiết bị chính MTS-41)
4 phụ tùng: dây cắm nước đá, nước sôi, nhiệt kế
5 máy tính PC có gắn card giao diện PCBUS-2
MỞ ĐẦU
Trong hệ thống đo nhiệt độ có 3 dãi đơn vị đo được sử dụng :
- Nhiệt độ Celsius: ký hiệu là oC là đơn vị phổ biến nhất
- Nhiệt độ tuyệt đối –Kelvin: ký hiệu là K trong đó 0K= -273.19 oC
- Nhiệt độ Fahrenheit :ký hiệu là oF mối liên hệ giữa độ F và độ c được mô tả bằng biểu thức :
Về nguyên tắc giá trị nhiệt độ chỉ thị phải trùng với nhiệt độ thực Trong thực tế giá trị chỉ thị của máy đo chưa chuẩn hoá có khác với giá trị thực Đường biểu diễn giá trị đo không trùng với đường chuẩn (hính M1-3), do đó cần phải lấy chuẩn thang đo cho máy đo
Phép lấy chuẩn thang đo dựa vào việc thay đổi gốc toạ độ và độ dốc của đường thẳng đo nhằm dịch đường biểu diễn đo chùng với đường chuẩn
Đối với các thiết bị điều nhiệt, chuẩn thang thường được chọn với nhiệt độ nước đá (~0 oC) và nước sôi (~+100 oC) với đối tượng đo có khoảng nhiệt độ làm việc rộng, cần sử dụng nước đá và lò điện ổn nhịêt ở nhiệt độ cao (~300-1000)
Trong sơ đồ thí nghiệm, các mạch điện tử đều có chứa các biến trở OFFSETcho phép chỉnh zero cho thang đo và biến trở GAIN cho phép chỉnh thang đo (độ dốc biểu diển đường giá trị đo )
PHẦN I : ĐO NHIỆT ĐỘ VỚI CẢM BIẾN NHIỆT BÁN DẪN
Trang 13(Semiconductor Temperature Sensor)
Đối với lớp tiếp xúc PN dẫn dòng không đổi I:
Trong công thức trên nhiệt độ T là thừa số mũ
Tuy nhiên, do dòng bảo hoà của diode mắc phân cực ngược (Zener) cũng tồn tại mối quan hệ theo hàm mũ theo nhiệt độ, vì vậy, tổng hợp cả hai mối quan hệ hàm mũ trên, ta có mối quan hệ tuyến tính giữa sụt thế trên diode và nhiệt độ:
∆U = Eg/q-4.6kT/q(lnM-lnN)
Trong đó :
I0 : là dòng bão hoà của diode phân cực ngược (dòng qua Zener ổn áp)
q: điện tích của ekectron = 1.60.10-19As
k: hằng số Boltzman = 1.38.10-23J/K
Eg: là độ rộng vùng cấm = 1.12eV đối với Silicon
Cảm biến nhiệt bán dẫn là là dụng cụ có độ tuyến tính cao, khoảng nhiệt đô làm việc giới hạn (40-+400) oK tương ứng (-233 oC-+127) oC
LM355 là linh kiện tạo dòng chuẩn điều chỉnh được Sơ đồ nối cảm biến (hình M3-2)có đặc điểm cho thế ra tỷ kệ tuyến tính với nhiệt độ ~10mV/ oK(ở 0 oK- thế ra =0) Vì vậy có thể sử dụng LM355 như một cảm biến nhiệt độ
Sơ đồ đo với cảm biến nhiệt bán dẫn gồm trở tải cấp dòng cho cảm biến bộ khuếch đại từ cảm biến IC1a (hình M3-2) và bộ khuếch đại lối ra IC1b
+12V
R4 49K
TP2
12V R1
9K 12V
TP6
S2
C1 10uF
TP1
12V
R6 7k15 S2
GAIN U1A
7K15 R
-U1A 2
12V
R5 49K9
39K R
Trang 14Các bước thực hiện:
1 Sử dụng các dây cắm để nối mạch theo sơ đồ hình M 3-2 cho mảng M1-3 khối SME-403:
* Nối các chốt nguồn và đất của khối SME-403với nguồn ±12V và đất (GND) của máy chủ MTS-41 chú ý cắm đúng phân cực của nguồn
Nối các chốt của cảm biến với các chốt vào S1-S2-M3 của mảng M3-1 khối SME-403:
- Dây màu đỏ -nối với S1
- Dây màu nâu -nối với S2
- Dây màu đen -nối vớiS3
2 Xác định sự phụ thuộc thế ra vào nhiệt độ (xác định đường đo chưa chuẩn ) 2.1 Cắm điện cho bếp điện, tiến hành đo nước sôi Cho đá (nước đóng băng ) vào cốc
2.2 Nối chốt TP5của sơ đồ M1-3(lối vào khuếch đại cảm biến –IC1a) với lối vào INPUT(+) của bộ đo DCV Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV
2.3 Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong không khí, ghi giá trị thế ra cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M1-3
2.4 Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong nước đá đang tan (~0oC),ghi giá trị thế của cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M1-3
2.5 Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong nước đang sôi(~+100 oC), ghi giá trị thế của cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M1-3
Thạng thái cảm biến Nhiệt độ Thế ra TP5
Trong nước đá đang tan T1 = ~0oC U1=
Trong không khí T2 = nhiệt độ phòng U2=
2.6 Biểu diễn sự phụ thuộc thế ra cảm biến vào nhiệt độ
2.7 Kết luận về sự biếm đổi nhiệt độthành điện thế Tính giá trị biến đổi nhiệt – điện thế của cảm biến bán dẫn loại LM334:
ε =( U3 – U1 )/ K* ( T3 – T1 ) trong đó K là hệ số khuếch đại của IC1a để xác định K, sử dụng bộ đo DCVđể
đo thế vàoUv(tịa chốt TP1)và thế ra (TP5)
3 Chuẩn thang đo
Mục đích chuẩn thang đo nhằm chỉnh zero và khuếch đại, sao cho nhiệt độ chỉ thị trùng với nhiệt độ thực cần đo
Trang 153.1 Nối lối ra của bộ khuếch đại (IC1b)-OUT1với lối vào INPUT(+) của bộ đo DCV Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV
3.2 Đặt cảm biến trong nước đá đang tan Chỉnh biến trở P1-OFFSET để bộ chỉ thị DVC chỉ giá trị nhiệt độ nước đá đang tan (theo giá trị nhiệt kế )
3.3 Đặt cảm biến trong nước sôi Chú ý để cảm biến chạm đáy Chỉnh biến trở P2 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế ) Tương ứng OUT1 = 1V
3.4 Đặt cảm biến trở lại nước đá đang tan Chỉnh lại biến trở P1-OFFSET để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước đá
3.5 Đặt cảm biến trở lại nước sôi Chỉnh lại biến trở P2 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế )
3.6 lặp lại các bước 3.2 và 3.3 vài lần cho đến khi nhiệt độ chỉ trên bộ thị DCV trùng với nhiệt độ thược cần đo Chú ý chỉnh giá trị chỉ thị 1V = 1000C
3.7 Đưa cảm biến ra không khí, chờ cho nhiệt độ ổn định, kiểm tra nhiệt độ chỉ thị trên DVC có trùng với nhiệt độ phòng hay không
4 Thay bình nước và đo lại từ đầu Đặt nhiệt kế và cảm biến ở cùng độ cao , không chạm đáy hoặc thành cốc Thực hiện đun nước và theo dõi, ghi lại giá trị nhiệt độ chỉ thị trên nhiệt kế và trên máy đo
Biểu diển đồ thị mô tả đặc trưng lối ra của thiết bị, trong đó trục X đặt các giá trị ghi trên nhiệt kế , còn trục Y giá trị ghi trên máy đo DCV
Nếu đường sai lệch lớn so với đường chuẩn, cần chuẩn lại thang đo theo mục 3
PHẦN 2 :ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG CẢM BIẾN CẶP NHIỆT ĐIỆN
Trang 16Như vậy bằng cách đo giá trị Et, có thể đo được nhiệt độ tại mối tiếp xúc khi đặt trong môi trường đo
Các cặp nhiệt điện sử dụng được phổ biến giới thiệu trong bảng M3-2
LOAI
TYPE HỢP KIM ALLOY
NHIỆT ĐỘ CƯC DẠI [0C]
SUẤT NHIỆT ĐÔNG [µV/0C]ở 200C 1000C 4000C 10000C
Cặp nhiệt điện sử dụng trong thí nghiệm là loại K
Trong sơ đồ khối M3-2(hình M3-3)có đặt hai biến trở –biến trở
P3/OFFSETcho phép chỉnh Zero cho thang đo và biến trở P4/GAIN cho phép chỉnh thang đo (độ dốc đường biểu diển giá trị đo)
Hình M 3-3: Sơ đồ đo với cảm biến cặp nhiệt điện
-12V
7K15 R
R13 10
IC3a
75K4 R19 R11
1K5
TP12 TP7
C4 01
SENSOR
R10
10K
R14 500 -12V TC-
TP8 P1
OFFSET
R18 75K15
R16 4K22
GAIN
OUT
+12V TP9
-+ U1A
TL082 6
5
7 +12V
-+ U1A
TL082 3
C1 100uF
IC3b
TP10
R12
1K5
Trang 17Các bước thực hiện:
1 Sử dụng các dây cắm để nối mạch theo sơ đồ hình M 3-3cho mảng M3-2 khối SME-403:
* Nối các chốt nguồn và đất của khối SME-403với nguồn ±12V và đất (GND) của máy chủ MTS-41 chú ý cắm đúng phân cực của nguồn
Nối các chốt của cảm biến với các chốt vào TC+,TC- của mảng M3-2 khối SME-403:
- Dây có chốt màu đỏ –nối với TC+
- Dây có chốt màu xanh –nối với TC-
2 Xác định sự phụ thuộc thế ra vào nhiệt độ (xác định đường đo chưa chuẩn ) 2.1 Cắm điện cho bếp điện, tiến hành đo nước sôi Cho đá (nước đóng băng ) vào cốc
2.2 Nối chốt TP5của sơ đồ M3-2(lối vào khuếch đại cảm biến –IC3a) với lối vào INPUT(+) của bộ đo DCV Nối đất lối vào INPUT(-)của bộ đo DCV
2.3 Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong không khí, ghi giá trị thế ra cảm biến chỉ thị trên bộ đo DVC, điền kết quả vào bảng 3-3
2.4 Đặt cảm biến nhiệt bán dẫn trong nước đang sôi(~+100 oC), ghi giá trị thế của cảm biến chỉ thị trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M3-3
Thạng thái cảm biến Nhiệt độ Thế ra TP5
Trong nước đá đang tan T1 = ~0oC U1=
Trong không khí T2 = nhiệt độ phòng U2=
2.5 Biểu diễn sự phụ thuộc thế ra cảm biến vào nhiệt độ
2.6 Kết luận về sự biếm đổi nhiệt độthành điện thế Tính giá trị biến đổi nhiệt – điện thế của cảm biến cặp nhiệt điện loại K:
ε = (U3-U1)/K.(T3-T1) : [µV/0C]
Trong đó K là hệ số khuếch đại của IC3a để xác định K, sử dụng bộ đo
Trang 183.3 Đặt cảm biến trong nước sôi Chú ý để cảm biến chạm đáy Chỉnh biến trở P2 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế ) Tương ứng OUT2 = 1V
3.4 Đặt cảm biến trở lại nước đá đang tan Chỉnh lại biến trở P3-OFFSET để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước đá
3.5 Đặt cảm biến trở lại nước sôi Chỉnh lại biến trở P4 GAIN để bộ chỉ thị DCV chỉ giá trị nhiệt độ nước sôi (theo giá trị nhiệt kế )
3.6 Lặp lại các bước 3.2 và 3.3 vài lần cho đến khi nhiệt độ chỉ trên bộ thị DCV trùng với nhiệt độ thược cần đo Chú ý chỉnh giá trị chỉ thị 1V = 1000C 3.7 Đưa cảm biến ra không khí, chờ cho nhiệt độ ổn định, kiểm tra nhiệt độ chỉ thị trên DVC có trùng với nhiệt độ phòng hay không
4 Thay bình nước và đo lại từ đầu Đặt nhiệt kế và cảm biến ở cùng độ cao , không chạm đáy hoặc thành cốc Thực hiện đun nước và theo dõi, ghi lại giá trị nhiệt độ chỉ thị trên nhiệt kế và trên máy đo
Biểu diển đồ thị mô tả đặc trưng lối ra của thiết bị, trong đó trục X đặt các giá trị ghi trên nhiệt kế , còn trục Y giá trị ghi trên máy đo DVC
Nếu đường sai lệch lớn so với đường chuẩn, cần chuẩn lại thang đo theo mục 3 PHẦN 3: ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG CẢM BIẾN NHIỆT PT-100
Nhiệm vụ :
Nghiên cứu các nguyên tắc làm việc và đặc điểm sử dụng cảm biến nhiệt
PT-100 trong các thiết bị đo và điều khiển nhiệt độ
Cảm biến nhiệt điện trở RTD (Resistan Temperature Decector) hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở R của đa số kim loại thay đổi theo nhiệt độ T khi nhiệt độ tăng, giá trị điện trở tăng Cảm biến PT-100 là loại RTD,trong đó sử dụng điẹn trở thuần của cuộn dây plain cuốn theo dạng cuộn dạng lò xođặt ở vị trí đầu của cảm biến Trong bảng 3-4 giới thiệu sự thay đổi giá trị điện trở của cảm biến platin
