Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn máy và tự động hóa các thiết bị trong CNSH-CNTP

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
MÔN HỌC: Kỹ thuật đo lường và điều khiển các quá trình thiết bị
trong CNSH-CNTP
SVTH : Bùi Thị Lan
MSSV: 20115963
Lớp : CNTP 1 – k56
1
I. Các thiết bị:
1. Thiết bị thanh trùng cao áp:
- Mục đích: thanh trùng các loại đồ hộp hay chai lọ nhờ đạt được
nhiệt dộ thanh trùng cao ( có thể lên đén 121-125
o
C ).
- Cấu tạo: Gồm một nồi vỏ chịu nhiệt có nắp đậy kín. Bên trong có 2
giá để chai lọ lúc thanh trùng. Có các đường cấp nước, hơi vào bên trong và
đường xả hơi trong khoang, xả hơi thứ trong vỏ. Ngoài ra còn có một hệ
thống đồng hồ đo nhiệt độ và áp suất bên trong để điều chỉnh hợp lý các van
khí và nước bên ngoài.
- Nguyên lý hoạt động: Thiết bị hoạt động được dựa trên nguyên lý
khi tăng áp suất thì nhiệt độ sẽ tăng theo. Sản phẩm sau khi đặt vào trong
khoang thanh trùng, đậy nắp kín vặn chặt bằng các ốc vít sẽ được cấp hơi từ
từ để đạt được áp suất mong muốn. Sau đó nhiệt sẽ được cấp vào để tăng đến
nhiệt độ thanh trùng. Sau thời gian thanh trùng, phải xả hơi từ từ qua van
trong khi vẫn cấp khí nén vào để tránh chênh lệch áp suất quá mức gây vỡ vỏ
đựng sản phẩm. Sau khi nguội sản phẩm sẽ được lấy ra.
- Đo lường và điều khiển: Nồi có 1 đồng hồ đo áp suất, và 1 đồng
hồ đo nhiệt độ. Các thông số được điều chỉnh thủ công nhờ các van.
2

tùy thuộc vào từng loại sản phẩm.
- Đo lường và điều khiển: Nhiệt độ là thông số công nghệ chính.
Qua bảng điều khiển ta thiết lập giá trị mong muốn của nhiệt độ. Cảm biến
nhiệt độ truyền tín hiệu của nhiệt độ trong nồi đo được về bộ điều khiển từ đó
quyết định độ mở của van hơi (van màng). Bộ điều khiển là hàm PID tỉ lệ tích
phân, vi phân với bộ chuyển đổi khí điện, dòng thành áp. Với giá trị dòng từ
4÷20 mA chuyển thành 0.2÷1 bar
3. Thiết bị cô đặc chân không:
- Mục đích: Làm giảm lượng nước trong sản phẩm, mà nhiệt độ
không quá cao giữ nguyên chất lượng thành phẩm. Dùng cho những sản phẩm
yêu cầu nhiệt độ chế biến không quá cao(60- 70ºC)
5
Tín
hiệu
vào
Cấp khí nén
Khí ra
Bộ
chuyển
đổi
khí
điện
- Cấu tạo: Gồm khoang đun nóng nguyên liệu, khoang nước ngưng,
bơm chân không vòng nước, động cơ cánh khuấy. Ngoài ra còn có phễu chất
thơm, bảng điều khiển, hệ thống van và đường dẫn hơi, dẫn nước, đồng hồ đo
áp suất, nhiệt độ…
- Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu được đưa vào trong
khoang đun nóng nhờ sự chênh áp giữa áp suất chân không trong khoang và áp
suất khí quyển bên ngoài, và được đảo trộn nhờ động cơ cánh khuấy. Hơi được
cấp vào khoang đun nóng, làm sôi nguyên liệu dẫn tới hiện tượng bốc hơi. Phần

Mục đích: Thanh trùng sản phẩm ở dạng lỏng nhằm tác dụng tránh sự tiếp xúc vi
khuẩn, tăng thời gian bảo quản sản phẩm.
Cấu tạo: hệ thống ống lồng ống gốm 2 lớp: lớp ngoài là nhiệt, lớp trong là nguyên
liệu. Hệ thống bơm trục vít, bơm nước, thùng chứa nguyên liệu, thiết bị cấp hơi vào
trong nước.
- Thiết bị điều khiển gồm:
Bảng điều khiển, 2 bộ điều khiển tự động, bộ chuyển đổi điện khí, cảm biến, đồng hồ
đo nhiệt độ tại chỗ, đồng hồ đo áp suất, các van an toàn và 2 van tự động ổn định 2
nhiệt độ… Thiết bị này có 1 bộ điều chỉnh tự động để ổn định nhiệt độ thanh trùng,
nhiệt độ nóng
A: Nơi để bơm nguyên liệu vào
7
B: Cảm biến mức
D: Đồng hồ đo nhiệt độ nóng, nhiệt độ đầu ra của thanh trùng.
G:Đồng hồ đo nhiệt độ nguội
E: Bộ điều khiển nhiệt độ thanh trùng
F: Bộ thanh trùng nhiệt độ ra của sản phẩm
H: Bộ điều chỉnh nhiệt độ
Cảm biến mức để: khi nào cạn thì không bơm nữa.
Các van sử dụng là van màng, nếu không dùng van màng thì phải sử dụng van nào
đó mà có thể dễ dàng điều chỉnh độ mở.
Áp suất điều khiển để tác động vào van màng này để cho nó hoạt động là 0,2- 1 bar
Độ mở của van là 0-100% tuyến tính phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển.
Cảm biến đo nhiệt điện trở, đưa về bộ điều khiển cũng là tín hiệu điện nhưng có bộ
chuyển đổi điện- khí chuyển 4-20 mA thành 0.2- 1 bar.
Bộ điều khiển tự động biến đổi ra tín hiệu điện, tín hiệu điện biến đổi ra tín hiệu khí
nén, tín hiệu khi nén đó đưa áp suất về van bắt van đó dừng ở vị trí mà theo tín hiệu
điều khiển.
Nguyên lý hoạt động:Dung dịch chạy trong ống nhỏ, bên ngoài khoảng không
gian giữa 2 ống là tác nhân nhiệt. Nhiệt này do ta đặt. Quá trình này gồm 2 giai

cho quá trình cô đặc từ đó điều khiển nhiệt độ quá trình cô đặc. Cảm biến tốc độ
động cơ cánh tạo màng để có thể điều chỉnh tốc độ phù hợp.
6. Thiết bị thanh trùng tấm
bản:
- Cấu tạo:
- Thùng chứa sữa.
- Bơm hút sữa, đồng hồ đo áp suất, đo lưu
lượng sữa.
10
- Tấm bản được xếp khít, gần nhau tạo thành rãnh dẫn sữa.
- Các khoang trao đổi nhiệt.
- Van điều chỉnh sữa ra vào.
- Thiết bị đồng hóa sữa.
- Van điều chỉnh cấp hơi.
Khu vực I: làm nóng nguyên liệu cho vào.
Khu vực II: làm nóng lại.
Khu vực III: làm mát nguyên liệu.
Khu vực IV: làm lạnh.
TI: đồng hồ đo nhiệt độ
- Cảm biến điện cực: Hai thanh
điện cực có độ dài khác
nhau(chênh lệch khoảng 20cm),
đặt cách nhau 3cm.Mục đích để
giới hạn mức dung dịch trong
thùng chứa,nếu dung dịch chạm
đến thanh ngắn thì sẽ dòng đi qua 2
thanh, kết quả là đóng van, mức
dung dịch không tăng thêm nữa.
- Nguyên tắc hoạt động: Sữa sau khi được bảo quản sẽ được chuyển vào thùng chứa
sữa của thiết bị thanh trùng. Máy bơm hút sữa sẽ điều chỉnh tốc độ sữa đi vào. Sữa đi

khoang chứa nướcấm để giảm nhiệt, động cơ của băng tải sản phẩm, hệ thống
vòi phun, bơm, đồng hồ chỉ nhiệt độ, áp suất. Ngoài ra còn có hệ thống đường
dây dẫn, ống xả, bảng điều khiển, van xả tự động và van cấp hơi, rơle tự ngắt.
- Nguyên lý hoạt động: Sản phẩm sau khi đóng chai được đặt trên bề mặt băng
tải. Quá trình diễn ra ba bước sau:
12
1. Thanh trùng : Nước nóng được làm nóng tới 90- 95
0
C bằng hơi
nóng. Nước được chứa trong bồn và được bơm phun bằng máy
bơm ly tâm. Quá trình được kiểm soát bằng hệ thống điều khiển.
2. Tiền làm mát. Nước nóng tầm 60
0
C được phun vào sản phẩm sau
bước 1, nhằm tránh làm rạn nứt thủy tinh do sự thay đổi nhiệt độ
quá nhanh. Quá trình có thể điều khiển bằng tay.
3. Làm mát: Sản phẩm sau bước hai được làm mát bằng nước lạnh.
- Thiết bị đo lường:
- Cảm biếnđóng mởđiện từ: được dùng để ngắt mở van hơi vào khoang nước
nóng theo nhiệt độ đặt trước
- Đồng hồđo nhiệt độ: Đo nhiệt độ của đường nước nóng và nước ấm vào các
khoang thanh trùng.
- Đồng hồ đo áp suất: Đo áp suất của đường nước nóng và nước ấm vào các
khoang thanh trùng.
8. Hệ thống CIP:
Là hệ thống vệ sinh tẩy rửa cho các thiết bị mà không cần tháo lắp thiết bị.
Ngoài ra hệ thống còn có thể thanh tiệt trùng cho các thiết bị khác nhờ việc sử
dụng hóa chất.
- Cấu tạo: hệ thống CIP (Clean in place) có cấu tạo gồm 3 thùng chứa dung
dịch: axit, kiềm và nước. Các thùng này đều có hệ thống ống dẫn nối với máy

Một bộ điều khiển PLC có thể được chế tạo theo các cách:
- Cấu hình cứng: các bộ phận cấu thành được làm liền 1 khối; nhỏ gọn, giá
thành thấp nhưng không có khả năng mở rộng.
- Cấu hình cứng (có khả năng mở rộng hạn chế): có thể thêm được một số
modul tùy theo CPU.
- Cấu hình modul: các bộ phận cấu thành được chế tạo riêng biệt thành các
modul; một hệ thống được lắp ghép từ các modul trên nên có khả năng
mở rộng cao nhưng kéo theo giá thành cao và phức tạp. Cơ bản của một
bộ điều khiển cần: Bộ cấp nguồn; CPU; bộ ghép nối,tích hợp.
Sơ đồ mạch điện:
15
Trên sơ đồ mạch: chân 6;7;8 là chân nối với nhiệt điện trở Pt100 với chân số 7
là đường riêng (+) còn chân số 6 và 8 là đường chung có thể đổi chỗ cho nhau
được.
Còn nếu sử dụng cặp nhiệt thì chỉ đấu vào hai chân số 7 (+) và số 6 (-).
1.1.2. Rở le đóng ngắt mạch điện
Rơ le có tác dụng đóng ngắt mạch điện chính cấp điện cho thiết bị, tác động
mạnh hơn, rộng hơn để đảm bảo cho rơ le của bộ điều khiển không bị ảnh
hưởng do nguồn điện có cường độ lớn.
Sơ đồ đấu nối của rơ le:
16
1.1.3. Mạch điều khiển nhiệt độ
Được thiết lập từ bộ điều khiển PLC và rơ le đóng ngắt mạch để điều khiển
thiết bị đun nóng duy trì nhiệt độ của nước ở giá trị nhiệt độ đặt (80
o
C)
Sơ đồ mạch điện:
1.2. Bộ truyền xa
Với các cảm biến nhiệt độ nhiều khi cần sử dụng bộ truyền xa để truyền tín hiệu
về bộ điều khiển hay hiển thị nằm ở xa so với cảm biến.

o
C)
- Lần đo thứ 77 mạch tự đống đóng điện, đun nóng nước lại do nước nguội
2.3. Nhận xét
Từ đồ thị nếu lấy nhiệt điện trở Pt100 làm chuẩn thì:
- Nhiệt kế giãn nở nhiệt đo được các giá trị gần kề với giá trị đúng của
nước do khoảng chia thang đo dụng cụ lớn (5
o
C) và cấp chính xác lớn
(2,5).
- Nhiệt kế thủy ngân hiển thị giá trị nhiệt độ thấp hơn giá trị đúng trong
giai đoạn bắt đầu đun nóng do vỏ bảo vệ nhiệt kế truyền nhiệt kém.
- Nhiệt kế điện tử đo được các giá trị không đều do trong quá trình đo tay
người giữ ở vị trí không ổng định. Nhiệt kế nhạy nên đo được giá trị nhiệt
18
đọ ở gần đế gia nhiệt của ấm đun nên nhiệt độ tăng cao ở những lúc mạch
điện đóng.
Trên đồ thị thấy được khoảng nhiệt độ làm việc của nhiệt điện trở Pt100 theo
giá trị đặt 80
o
C là khoảng 79,5
o
C – 81,5
o
C các giá trị sau có phần vượt qua
khoảng giá trị làm việc là do quán tính nhiệt của thiết bị đun nóng và nước.
Thiết bị đo áp suất:
1. Bộ đo áp suất có truyền xa:
Đây là thiết bị dùng để đo áp suất có thiết bị cảm biến truyền xa.
Nhãn hiệu: Px 61-3030

-0,625 ≤ P
thực tế
≤ -0,575 (Kgf/cm
2
)
b, Áp kế loại lớn:
Đơn vị đo: Kgf/cm
2
Giới hạn đo: 0 – 25 (Kgf/cm
2
) (A= 25 Kgf/cm
2
)
Cấp chính xác dụng cụ: N= 1,5
Sai số lớn nhất: ΔX
max
= (N x A)/100 = (1,5 x 25)/100 = 0,375
Giả sử kim đồng hồ chỉ: 10 Kgf/cm
2
Khi đó giá trị thực tế sẽ là: 9,675 ≤ P
thực tế
≤ 10,375 (Kgf/cm
2
)
III. Kết luận:
Thông qua đợt thí nghiệm của môn “Kỹ thuật đo lường và điều khiển các
quá trình thiết bị trong CNSH-CNTP” , chúng em đã hiểu hơn về các
dụng cụ đo cũng như cách thức hoạt động của chúng trong các thiết bị cụ thể.
Do còn nhiều thiếu sót nên em mong được sự chỉ bảo của thầy, để từ đó có thể
hoàn thiện hơn kiến thức.