TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

23
1.2.5.3.Sơ đồ nối cảm biến nhiệt độ điện trở: R
1
R
2
R
1
R
2 R
d1
R
3
R
t
R
3
R
t
R
d2 Hình 1- 11

R.E
+

và
U
1-2

=
to2
to
R
R
R.E
+
-
31
3
R
R
R.E
+
= 0
Nếu chọn R
1
= R
2
và R
3
= R
to

U
1-2
= E
t2
tot
R
R
RR
+
−

TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

24
Khi dẫn tín hiệu đi xa và tránh ảnh hưởng của điện trở dây dẫn theo nhiệt độ
tới phép đo, thì nối dây như sơ đồ hình 1-11b ; do nhánh cầu đều được thêm
vào điện trở dây dẫn R
d1
,R
d2
nên điện thế tại điểm 2 trên sơ đồ phản ánh đúng
điện thế gây ra do nhiệt độ của cảm biến R
t
.
1.2.5 Hoả kế:
Tất cả các vật thể là nguồn nhiệt đều phát ra các bức xạ nhiệt. Ví dụ vật thể
có nhiệt độ 600
0
C thì phát ra tia hồng ngoại có bước sóng
λ = (0,75÷400)μm. Mắt con người chỉ nhìn được sóng ánh sáng

7- Mini vôn kế
8- Kính lọc.
Ưu điểm của hoả kế quang học là đo gián tiếp, dải đo rộng, dễ điều chỉnh và
sử dụng. Nhược điểm là phụ thuộc vào kinh nghiệm người quan sát. Hiện nay
hoả kế quang họ
c dùng đo nhiệt độ từ 800
0
C ÷ 6000
0
C, có nhiều loại với phạm
vi dải đo khác nhau. Cấp chính xác của hoả kế quang học là từ 1,5÷4,0
1.2.5.2 Hoả kế bức xạ:
Hoả kế bức xạ làm việc trên cơ sở năng lượng của tia phát ra của nguồn
nhiệt. Đây là dụng cụ đo nhiệt không tiếp xúc. Hoả kế bức xạ gồm có hệ thống
quang học như gương, thấu kính, dùng để
thu các tia do vật phát ra và hội tụ lại
trên vật đen. Để đo nhiệt độ của vật đen người ta sử dụng các bộ cặp nhiệt điện
mắc nối tiếp với nhau. Cặp nhiệt điện có thể là crom-copen.
Để đo sức điện động của các cặp nhiệt độ có thể dùng milivon kế hoặc điện thế
kế đã đượ
c chia thang đo theo nhiệt độ.
1 3 4 5
2
2

0
C


TRNG HKB H NI N TT NGHIP

27
PHN 2
S KHI V NGUYấN TC LM VIC
CA CC PHN T TRONG S KHI

2.1. S KHI - CHC NNG CA TNG KHI
2.1.1 S khi : T nhim v ca ti thit k, cú s khi ca h
thng o v iu khin nhit 5 kờnh nh hỡnh v: Hỡnh 2-1 S khi h thng o nhit
2.1.2 Chc nng ca tng khi

2.1.2.4 Khối chuyển kênh:
Khối này có nhi
ệm vụ cho phép từng kênh đọc một. Khi xong chuyển kênh
khác và báo kênh nào đang đọc.
2.1.2.5 Khối xung nhịp
Khối này có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điều khiển khối chuyển kênh .
2.1.2.6 Khối tương tự số : A/D
Khối Analog(tín hiệu liên tục) sang Digital (tín hiệu số) có nhiệm vụ là phân
tín hiệu tương tự cần đo mã hoá tín hiệu này và đưa sang chỉ thị số.
2.1.2.7 Khối chỉ thị
Khối này có nhiệm vụ
đọc tín hiệu và hiển thị số liệu đo, khối kênh nào đo.
2.1.2.8 Khối nguồn
Khối này có nhiệm vụ cung cấp điện áp (nguồn nuôi) cho tất cả các khối trên
và tạo ra nguồn luôn ổn định.
2.1.2.9 Khối chấp hành
Khối này có nhiệm vụ báo hiệu, cảnh báo khi nhiệt độ đo vượt quá nhiệt độ đặt
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

29
2.2. GIỚI THIỆU TỪNG PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ KHỐI
2.2.1 Khối cảm biến
2.2.1.1 Chọn khối cảm biến
Qua một vài phương pháp đo nhiệt độ ta thấy đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở
là hiệu quả bởi vì:
- Dải đo không lớn (0
0
C ÷ 100
0
C)

2
R
3

Hình 2-2
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

30
- Chọn R
1
, R
2
, R
3
ít thay đổi theo nhiệt độ (không thay đổi theo nhiệt
độ).Thông thường trong kỹ thuật dùng điện trở bằng đồng có hệ số điện trở
thay đổi là:
α = 0,004/0
0
C
R
t
= R
0
[1 + α(t
0
− t
0
0
)](1)

)tt.(α1RRR
)tt.(α1R.E
0
00
0
00
003
0
−
21 RR
E
+
R
1
(3)
ở (3) ta thấy tuyến tính khi :

21 RR
E
+
R
1
, E, R
0
, R
2
, R
3
là hằng số
Và nếu ta chọn R

)
Lúc này ta có được phương trình (3) mới
Υ
cầu
= E.R
0
02
R
R
)tt.(α1
0
00
+
−+
−
20 RR
1
+

=
02
.0
R
R
)tt.(αR.E
0
00
+
+
=

Với cách chọn này Υ
cầu
= 0 khi nhiệt độ là 0
0
C. Khi tăng nhiệt độ trong dải (0
0
C
÷100
0
C) là tuyến tính và tạo ra tín hiệu liên tục.
2.2.2 Khối khuyếch đại trung gian
Khối khuyếch đại trung gian gồm năm bộ khuyếch đại thuật toán đo lường
tuyến tính. ở đây ta sử dụng IC tuyến tính TL084 là loại IC dùng trong công
nghiệp, có nguồn nuôi là (+12V) và (−12V). IC này có khả năng chống nhiễm
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

31
cao, có mạch chống trôi điểm 0 do nhiệt độ công suất tiêu tán định mức
680mV, tốc độ tăng áp 13C/1μ, nhiệt độ làm việc −250
0
C ÷85
0
C. Như vậy
dùng 5 IC TL084.

R
R

ở công thức (5) ta muốn thay đổi hệ số khuyếch đại phù hợp thì ta điều chỉnh
điện trở R
2
sao cho phù hợp.
-12V TL084
1 2 3 4 5 6 7
14 13 12 11 10 9 8
0A
0A
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

32 Hình 2.4 Sơ đồ nối thành khuyếch đại đo lường IC TL084

r6
U
ng
c
U
T
7
4
&
S
R
&
3
cc
v
8
cc
v
2
5 k
5 k
6
5
3
v
cc
3
1
1
5 k

2
5- Tranzitor T là tranzitor có cực để hở, nối ra chân 7
2.2.3.1 Nguyên lý làm việc của TIMER 555 :
- Khi mới đóng điện (chân 4, 8) tụ C bắt đầu nạp điện từ 0V.
OA
1
có V
i
+
> V
i
-
nên ngõ ra V
01
ở mức cao (H), (P
2
= H)
OA
2
có V
i
+
< V
i
-
nên ngõ ra V
02
ở mức thấp (L), (S
1
= L)

= H → R = L (mức thấp)
R
1
= H (chân 4 nối với nguồn)
Cực B của Tranzitor T ở mức thấp hay T bị khoá
Tụ nạp điện theo mạch “ V
cc
– R
A
– D – C – V
cc
’’ , có hằng số :
t
n
= 0,693R
A
.C
(khi xả Diod phân cực thuận nên dòng điện không qua R
B
và hằng số thời gian
nạp và xả của tụ không tính đến điện trở của Diod là do điện trở này rất nhỏ so
với R
A
, R
B
và được cân bằng với điện trở thuận của tranzitor T khi tụ xả)
Khi điện áp trên tụ : U
6;2
≥ 1/3 U
N

-

R
2
= L

TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

34
→ V
0
= L
Do biểu thức logic ở trên nên ta có R = H (mức cao)
Lúc này do R = H = S
2

S
1
= H → S = L chân ra 3 có điện áp = 0 (mức thấp)
đồng thời do R= B = H (mức cao), nên tranzito T được mở thông. Tụ không
được nạp điện và chuyển sang xả điện vào chân 7 qua T ra chân 1 nối đất, tụ xả
theo hằng số thời gian : t
X
= 0,693R
B
C.
Tụ xả đến khi điện áp trên tụ nhỏ hơn 2/3 U

R
2
= 1
R
3
= 1
T khoá và tụ lại bắt đầu nạp và quá trình nạp được lặp lại như trên
Có một điều khác từ chu kỳ thứ 2 trở đi là tụ được nạp điện từ
1/3 → 2/3 U
N
mà không nạp từ 0 như ban đầu.
U
R
8
7
I
A
R
4
3
2
C
5
6
2
1
555

X
t
4
t
cc
2
3
v
C
N
T
3
2
T
X
T
CK
t
t
3
v
1
cc
T
k®
U
t
1
T
t

1
3
2
+12V
- 12V

LA 7812
1
3
2
+12 - + 35V
-12 - 35V
A
3
1
B
c4c2
d4
d3
2
7812
ap
A
1
d2
d1
c1
c3
7912
2

khác nhau trong sơ đồ
- Vp
+
, Vp
-
là nguồn nuôi OA
a

A
Vp
+M
V
p
-
S
U
-
U

14
d(100)
15
b(100)
16
f(100)
17
e(100)
18
POLARITY(-)
a/ b(1 00 )
20
19
a(x100)
Digital_GND
21
22
g(x100)
c(x100)
g(x100)
-5(V)
23
24
25
In t e g r a t or
Buffer
26
27
28
Outozero

2
digital tương thích với hiển thị LED. Có thể sử dụng trực tiếp vi mạch
7107 như một milivonmet với giá trị tối đa đo được là ±199,9 (mv). Nguồn cấp
cho vi mạch là ±5 (V)
a. Cấu tạo của IC 7107
Chân 2 đến 25 là các chân ra điều khiển bộ chỉ thị số 7 thanh
1
3
2

digital. Trong đó chân 20 là chân
Polarty (phân cực tính âm, dương)
của bộ chỉ thị, chân 21 là chân nối
đất, chân số 1 nối với nguồn +5(V)
Chân 26: nối với nguồn - 5(V)
Chân 27: có tác dụng là mạch
tích phân
Chân 28: có tác dụng như bộ
đệm
Chân 29: tự động điều chỉnh
về o
Chân 30, 31: điện áp so sánh
(điện áp đo: chân 30 là cực (-), chan
31 là cực (+)
Chân 32: là chân chung
(comon) của nguồn điện và xung.
Chân 33: bộ tích luỹ điệ
n dung
tụ điện
Chân 34: lấy lại chuẩn (Ref: Reference) Hình 4.8. Sơ đồ hoạt động của ICL7107
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
20
19
18
17
16


40
2.2.8 Khối chuyển và nhớ kênh
2.2.8.1 khối chuyển kênh
Nhiệm vụ của khối chuyển kênh là nhận tín hiệu từ 5 kênh tới. Sau đó sẽ chỉ
thị đo lần lượt từng kênh một (từ sensor 1, sensor 2, sensor3, sensor4, sensor 5)
và chỉ thị cho biết kênh nào đang đọc và đo nhiệt độ sensor của kênh đó. Việc
chuyển kênh có thể được thực hiện theo nhiều cách, nhưng tổng quát có thể
chia ra làm 2 cách là dùng mạch có tiếp điển (điều khiển bằng cơ) và dùng
mạch không tiếp điển, hiện nay với dùng phổ biến là mạch không tiếp điểm với
lý do là mạch có tiếp điểm có
+ tuổi thọ không cao do sự đóng mở các tiếp điểm nên có sự hao mòn về điện
hồ quang và về cơ khí.
+ Không đáp ứng được yêu cầu cầu các hệ tác độ
ng nhanh.
+ Kích thước và không gian chiếm chỗ khá lớn, hệ thống điều khiển phức tạp,
cồng kềnh và kém tin cậy
Bên cạnh đó thì dùng mạch không tiếp điểm có rất nhiều ưu điểm là
+ Có thể tác động nhanh
+ Kích thước nhỏ, dễ điều khiển
+ Độ tin cậy cao
Với những lý do đó ta chọn cách dùng mạch không tiếp điểm
Dùng IC 4051B là (loại HEF4051B của Nhật)
- IC HEF4051B bao gồm mạch đa hợp/ giải đa hợp với 3 ngõ vào cho
phép (A
0
÷A
2
),một ngõ vào cho phép hoạt động mức thấp (E), tám ngõ
vào/ra độc lập và một ngõ vào/ra chung (Z).

DD
và V
SS
.
Giá trị V
DD
−V
SS
không vượt quá 15V
- Trong trường hợp hoạt động như một bộ đa hợp/giải đa hợp dạng số
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

41
( Digital Multiplexer/Demultiplexer), V
EE
được nối với V
SS
(thường là nối
Mass)
+ Ta cần 2 IC HEF4051B
• 1- HEF4051B có nhiệm vụ đọc số liệu đo của các kênh
• 2- HEF4051B có nhiệm vụ đọc kênh đang đọc số liệu đo nhiệt độ
ở kênh đó


9
11
10
a
0
a
1
hef 4051 b
y
5
y
4
6
y
7
y
z
5
1
2
4
3
ssv
e
v
ee
8
6
7
TRƯỜNG ĐHKB HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

L
L
H
H
L

X
L
H
L
H
L

X

Y
0
– Z
Y
1
– Z
Y
2
– Z
Y
3
– Z
Y
4
- Z

43
Sơ đồ chân IC HEF 4017 B
¾ Nhiệm vụ các chân :
- CP
0
: Clock input (kích khởi đếm lên)
- CP
1
: Clock input (kích khởi đếm xuống)
- MR : Reset lại ngõ vào
- (0
0
– 0
9
) : Các ngõ ra đã giải mã 2.3 TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ
5 KÊNH
2.3.1 Tính chọn các phần tử cảm biến (sensor)


8
ss
07
3
03
0
5
6
0
4
2
0
1
2
0
5
9
11
0
hef 4017b
8
4
0
0
10
9
0
1
cp
cp

21
1
+

RR
tαRE
do chọn R
2
= R
3

- R
2
=
3_
10.7
100.004,0.100.5
- 100
⇔ R
2
=28571,4 (Ω) =28,571 (KΩ)
Chọn R
2
= R
3
=28 (KΩ)
- Tính R
T
ở 100
0

RRRR
RE
T
T

U’
cẫu
=
mv1,7≈0071,0=
10.28+100
5.100

140+10.28
140.5
3
-
3

- Tính sai số = 100.
%14,0=100.
7
7,01_7
=100.
_
=
Δ
'
cau
caucau
cau

5
=
+
3
21
RR
E
(A)
Chọn điện trở R
1
, R
2
là dây măng Ganin 1/4w loại này có hệ số nhiệt điện trở
γ =0,000015 (1/
0
C)
Kiểm tra công suất trở đã chọn
P
R1
=I
2
R1,R2
.R
1
=(0,000177)
2
.100 =3,132.10
-6
(w)
P