Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ
1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ
Tùy theo nhiệt độ đo có thể dùng các phương pháp khác nhau. Thông
thường nhiệt độ đo được chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình,
nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ trung bình và thấp phương pháp đo là phương pháp tiếp
xúc nghĩa là các cảm biến được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần đo. Đối với
nhiệt độ cao đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài môi
trường đo.
- Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc
Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường là các nhiệt kế tiếp
xúc. Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở và nhiệt kế nhiệt ngẫu. Cấu tạo của
nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng như cách lắp ghép chúng phải
đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi trường đo. Đối với
môi trường khí hoặc nước, chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại với dòng
chảy. Với vật rắn khi đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng sẽ truyền từ vật sang
chuyển đổi và sẽ gây tổn hao nhiệt, nhất là với vật dẫn nhiệt kém. Do vậy diện
tích tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt. Khi đo nhiệt độ của các
chất hạt (cát, đất…), cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo và thường
dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài.
- Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc
Đây là phương pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là
vật hấp thụ năng lượng theo mọi hướng với khẳ năng lớn nhất. Bức xạ nhiệt của
mọi vật thể đặc trưng bằng mật độ phổ
λ
E
nghĩa là số năng lượng bức xạ trong
một dơn vị thời gian với một đơn vị diện tích của vật xảy ra trên một đơn vị của
độ dài sóng. Quan hệ giữa mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ
và độ dài sóng được biểu diễn bằng công thức :
1)/(25
1

1.2.1. Nhiệt điện trở
Nguyên lý hoạt động của các loại nhiệt điện trở chủ yếu là dựa trên sự
thay đổi giá trị điện trở của các loại vật liệu dẫn điện và bán dẫn khi có sự thay
đổi nhiệt độ của chúng. Chính vì vậy mà người ta sử dụng nhiệt điện trở làm
phần tử cảm biến nhiệt độ; tuy nhiên tùy theo yêu cầu sử dụng mà người ta có
thể dùng nhiệt điện trở kim loại hoặc nhiệt điện trở bán dẫn.
1. Nhiệt điện trở kim loại
Đối với nhiệt điện trở kim loại thì việc chế tạo nó thích hợp hơn cả là sử
dụng các kim loại nguyên chất như: platin, đồng, niken. Để tăng độ nhạy cảm
nên sử dụng các kim loại có hệ số nhiệt điện trở càng lớn càng tốt. Tuy nhiên
tùy thuộc vào khoảng nhiệt độ cần kiểm tra mà ta có thể sử dụng nhiệt điện trở
loại này hay khác. Cụ thể: nhiệt điện trở chế tạo từ dây dẫn bằng đồng thường
làm việc trong khoảng nhiệt độ từ -50
0
÷+150
0
C với hệ số nhiệt điện trở
α=4,27.10
-3
; Nhiệt điện trở từ dây dẫn platin mảnh làm việc trong khoảng nhiệt
độ -190
0
÷ +650
0
C với α=3,968.10
-3





.
θ

3
+ )
2
Trong đó : R
0
-điện trở dây dẫn ứng với nhiệt độ ban đầu 0
0
C.
R
θ
-điện trở dây dẫn ứng với nhiệt độ θ.
θ -nhiệt độ [
0
C]
α,β,γ -các hệ số nhiệt điện trở = const.






C
0
1

Để thấy rõ hơn nữa về bản chất của nhiệt điện trở kim loại, chúng ta có thể
xem qua điện trở suất của nó được tính theo công thức :

0
a)
b)
độ tăng ρ phụ thuộc vào sự dao động của mạng tinh thể kim loại, tức là nó được
xác định bởi tính linh hoạt của các điện tử. Như vậy khi có sự thay đổi nhiệt độ
thì cũng làm cho tính linh hoạt của các điện tử thay đổi theo. Tuy nhiên tính linh
hoạt của các điện tử còn phụ thuộc vào mật độ tạp chất trong kim loại. Cụ thể
điện trở suất của kim loại nguyên chất có thể xác định theo dạng: ρ = ρ
0
+ ρ(θ),
trong đó ρ
0
không phụ thuộc vào nhiệt độ; còn ρ(θ) là một hàm phụ thuộc không
cố định: ứng với nhiệt độ trong khoảng nào đó thì nó là tuyến tính ρ(θ) = K.θ,
nhưng ứng với nhiệt độ rất thấp (≈ 0
0
C) thì quan hệ đó là hàm bậc năm của nhiệt
độ. Trên hình 1.1.a biểu diễn mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ, hình 1.1.b là
dạng đặc tính vôn-ampe của nhiệt điện trở kim loại.
Độ nhạy cảm của nhiệt điện trở được xác định theo biểu thức:

Δθ
Δ
θ
R
d
dR
S
≈=


θ
) = R
0
.e
-
αθ
= R
0
(1-
αθ
+
2
2
θ
2
α
- ) (1.7)
Trong đó hệ số nhiệt điện trở của termistor thường có giá trị
α
= (0,03
÷
0,06).










θ
02

θ
03
0 I
R [Ω]
1200
1000
800
600
400
200
0 20 40 60 80 100 θ°C
b)a)
Hình 1.2. Đặc tính nhiệt (a) và đặc tính vôn - ampe (b)
của nhiệt điện trở bán dẫn.
điện áp đặt trên termistor với dòng điện chạy qua nó ứng với nhiệt độ nào đó θ
0

(hình 1.2.b). Chúng ta thấy rằng đặc tính vôn - ampe của termistor có giá trị cực
đại của U ứng với I
1
nào đó, là do khi tăng dòng lớn hơn I
1
thì nó sẽ nung nóng
termistor và làm cho giá trị điện trở của nó giảm xuống.
Các loại termistor thường được chế tạo
từ vài chục Ω đến vài chục KΩ. Termistor

tuơng ứng của mối hàn, nghĩa là t > t
0
thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại.
6
+

E
_
R
1
R
2
R
3
U
R
R
T
U
I
R
θ

θV
Hình 1.3. Sơ đồ cầu điện trở đo nhiệt
độ
A B
2
1
t

C phương pháp duy nhất là dùng hoả kế vì nó không
phải tiếp xúc với môi trường đo. Ta nhận thấy với phương pháp đo không tiếp
xúc có tính ưu việt là không làm sai lệch nhiệt của đối tượng đo.
Ngoài ra để đo nhiệt độ người ta còn dùng: Nhiệt kế áp suất, nhiệt kế áp
suất khí, nhiệt kế áp suất chất lỏng
7
Chương 2. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MODUL XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ ĐO
NHIỆT ĐỘ
2.1. MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ
Bao gồm:
2.1.1. Khối nguồn cấp
2.1.2. Khối nguồn dòng
Cảm biến nhiệt độ PT100 là cảm biến nhiệt độ dạng điện trở. Khi nhiệt độ
thay đổi, giá trị điện trở của PT100 sẽ thay đổi theo. nếu cấp cho PT100 một giá
trị dòng điện không đổi thì giá trị điện áp trên cảm biến sẽ được tính theo định
luật:
U

= R . I
U : Là giá trị điện áp trên hai đầu cảm biến
R : Điện trở của cảm biến tại T
0
C.
2.1.3. Khối ADC
Các bộ chuyển đổi ADC thuộc những thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất để thu
dữ liệu. Các máy tính số sử dụng các giá trị nhị phân, nhưng trong thế giới vật lý
thì mọi đại lượng ở dạng tương tự (liên tục). Nhiệt độ, áp suất (khí hoặc chất
lỏng), độ ẩm và vận tốc và một số ít những đại lượng vật lý của thế giới thực mà
ta gặp hằng ngày. Một đại lượng vật lý được chuyển về dòng điện hoặc điện áp
qua một thiết bị được gọi là các bộ biến đổi. Các bộ biến đổi cũng có thể coi như

gnd
2
out
3
BT1
C10
+
D1
1
3
2
4
- +
C6
+
R16
D2
C8
AC12V
1
2
BT3
Q5
D468
C9
+
C11
+
F1 FUSE
C7

Q5
A1015
Q6
R25
R26
Hình 2.5. Mạch tạo nguồn dòng.
2.2.3. Mạch khuếch đại
-5V
-5V
+
-
48
1
2
3
4558/SO
R29
R22
R23
Hình 2.6. Mạch khuếch đại không đảo.
10
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý mạch đo.
11
BUZZ
BUZZ
C1-
-5V
+5V
-5V+5V
C2-

-5V
+5V
+5V
-5V
RXD-PC
TXD-PC
V+
V-
V+
V-
GND
VCC
TXD-PC
C1+
C2-
C1-
C1+
C2+
RXD
RXD-PC
C2+
GND
CHAN2
CHAN1
VCC
GND
GND
CHAN1
CHAN2
MOSI

78L05
in
1
gnd
2
out
3
4558/SO
3
2
1
8 4
-
+
R28
A1
f
d
c
dot
g
a
e
b
A3
A2
A4
A4
A3
d

DGND
8
PB6/X1
9
PB7/X2
10
PD5
11
PD6
12
PD7
13
PB0
14
PB1
15
PB2
16
PB3/MOSI
17
PB4/MISO
18
PB5/SCK
19
AVCC
20
AVREF
21
GND
22

A1015
R26
Q3
A1015
R5
R25
R1
R6
R21
R22
C6
+
Q6
A1015
C13
+
R16
D2
R29
HOLD
L1
C8
Q8
A1015
PT100-2
1
2
MAX232
C1+
1

2
R23
C12
+
BUZZ
+
1
-
2
C5
R10
R7
R7
BT3
Q5
D468
C9
+
C11
+
D8
F1 FUSE
C7
+
4MHZ
R1
4558/SO
5
6
7

14
g
15
b
16
Q2
A1015
R17
ISP
1
2
3
4
5
6
D3
D7
R2
R6
BT2
R9
ATMEGA8 SLAVE
RESET
1
PD0/RxD
2
PD1/TxD
3
PD2
4

AVCC
20
AVREF
21
GND
22
PC0
23
PC1
24
PC2
25
PC3
26
PC4/SDA
27
PC5/SCL
28
R12
PC
RS232
5
9
4
8
3
7
2
6
1

8
C3
Q1
A1015
R13
D4
R19
R9
C15
+
CH
D6
Chương 3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
3.1. THUẬT TOÁN CHO CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Code chương trình
#include <mega8.h>
// Standard Input/Output functions
#include <stdio.h>
#define FIRST_ADC_INPUT 3
#define LAST_ADC_INPUT 5
unsigned int adc_data[LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1];
#define ADC_VREF_TYPE 0x00
// ADC interrupt service routine
// with auto input scanning
interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void)
{
register static unsigned char input_index=0;
// Read the AD conversion result
adc_data[input_index]=ADCW;
// Select next ADC input

ch2=1;
else
ch2=0;
if ((ch1==1)&&(ch2==1))
{
buzz();
delay_ms(500);
buzz();
test_ok=0;
}
else
test_ok=1;
}
{
#asm("sei")
i=0x10;
delay_ms(200); //
while(test_ok==0)
{
test_channel();
}
test_ok=0;
while (1)
{
{
if (ch1==0)
{
RT=adc_data[1];
ad=RT/2-245 ;
tg=ad;// }

{
k_hold=PIND.7; //
}
buzz();

}
k_cf=PIND.6; //
//ok_cf=1 >F
if (k_cf==0)
{
while (k_cf==0)
{
k_cf=PIND.6;
}

}
14
k_ch=PIND.5;
if (k_ch==0)
{
while(k_ch==0)
{
k_ch=PIND.5;
}
buzz();
ch1=ch1^1;
ch2=ch2^1;

if (i>200)
{