
Trong ứng dụng hàng ngày, nhu cầu theo dõi nhiệt độ và độ ẩm ngày càng trở nên
phổ biến và thiết thực và sử dụng trong: Sản xuất chế biến nông nghiệp Hiển thị và thực
thi điều khiển (quạt gió, máy sấy, điều hòa, hay báo động) Datalog dữ liệu về môi
trường tại một khu vực Theo dõi môi trường, chế độ làm việc của một số các dây
chuyền, thiết bị có yêu cầu cao.
Khái niệm về đo nhiệt độ và độ ẩm đã có từ rất lâu, trong tất cả các đại lượng vật
lý thì nhiệt độ và độ ẩm được quan tâm nhiều nhất. Nhiệt độ và độ ẩm là yếu tố ảnh
hưởng trực tiếp đến tính chất của vật chất và môi trường sống. Trong công nghiệp sản
xuất và trong lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo và xử lí nhiệt độ, độ ẩm giữ một
vai trò quan trọng.
Trong các thiết bị đó có các thiết bị đòi hỏi về cảm biến đo và điều chỉnh nhiệt độ,
độ ẩm của không khí như điều hòa, chuống báo cháy, lò vi sóng… Do đó ta có thể thấy
tầm quan trọng và tính thực tế của việc đo và điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong các thiết
bị tự động hóa cũng như trong đời sống hàng ngày.
Ở đồ án này, chúng em nhận được đề tài thiết kế “Mạch đo và điều khiển ổn định
nhiệt độ và độ ẩm cho môi trường, dùng cảm biến đo nhiệt độ DS18B20, đo độ ẩm
HS1101”. Đây cũng là một trong những đề tài rất sát với thực tế, mang tính ứng dụng
thực tiễn rất cao. Điều đó càng tạo động lực và cảm hứng cho sinh viên tìm tòi và nghiên
cứu.
Trong đồ án chắc hẳn còn nhiều sai sót, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo,
hướng dẫn của các thầy cô cũng như sự đóng góp của các bạn sinh viên để đồ án hoàn
thiện hơn.
Chúng em chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng …. năm 2013
Chuyển đổi
Chỉ thịMạch đo

1. HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG
1.1  !"#$
Để thực hiện phép đo nào đó của một đại lượng nào đó thì tùy thuộc vào đặc

người ta đo được nhiệt độ cần đo.
Nhiệt điện trở dùng trong dụng cụ đo nhiệt độ làm việc với dòng phụ tải nhỏ để nhiệt
năng sinh ra do dòng nhiệt điện trở nhỏ hơn so với nhiệt năng nhận được từ môi
trường thí nghiệm.
Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điện trở là có hệ số
nhiệt độ lớn và ổn định, điện trở suất khá lớn…
Trong công nghiệp nhiệt điện trở được chia thành nhiệt điện trở kim loại và
nhiệt điện trở bán dẫn.
2.1.1.1 
Quan hệ giữa nhiệt điện trở của nó và nhiệt độ là tuyến tính, tính lặp lại của quan
hệ là rất cao nên thiết bị được cấu tạo đơn giản. Nhiệt điện trở kim loại thường có dạng
dây kim loại hoặc màng mỏng kim loại có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ. Trong
điện trở kim loại dược chia thành 2 loại:
-Kim loại quý (Pt)
-Kim loại thường (Cu, Ni…)
Platin được chế tạo với độ tinh khiết cao, cho phép tăng độ chính xác của các đặc
tính điện trở của nó, hơn nữa Platin còn trơ về mặt hoá học và ổn định tinh thể, cho phép
hoạt động tốt trong dải nhiệt độ rộng. Ngoài ra nó lại còn có tính lặp rất cao, sai số ngẫu
nhiên thấp ( dưới 0,01%), có độ sai khác 0.01
0
C…
Niken có độ nhạy cao hơn so với Platin nhưng Niken có tính hoá học cao, dễ bị
oxy hoá khi nhiệt độ tăng do vậy dải nhiệt độ làm việc của nó bị hạn chế ( dưới 250
0
C ).
Tuy vậy nó lại có giá thành rẻ vẫn đáp ứng về mặt kỹ thuật cho nên cũng hay được sử
dụng.
Đồng cũng được sử dụng nhiều vì sự thay đổi nhiệt độ của đồng có độ tuyến tính
cao, giống nh Niken thì hoạt tính hoá học của đồng lớn nên dải nhiệt độ làm việc của
đông bị hạn chế ( dưới 180

0
C thì quan hệ giữa điện trở của bạch kim với nhiệt độ có
dạng: Rt = { 1+At+Bt
2
+C(t-100)
3
Trong đó C = -4,10.10
-12
/
0
C
Đối với đồng ta có công thức: Rt = Ro(1+αt).
Trong đó: Ro - điện trở ở nhiệt độ 0
0
C
α

- hệ số nhiệt độ đối với khoảng nhiệt độ bắt đầu từ 0
0
V bằng 4,3.10
-3
/
0
C.
Trong khoảng nhiệt độ từ -50
0
C - 150
0
C. Loại này có thể dùng được trong các môi
trường có độ kiềm và khí ăn mòn.

hở một đầu thì sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt. Khi mối hàn có cùng nhiệt độ ( ví
dụ bằng t
0
) thì sức điện động tổng bằng:
E
AB
= e
AB
(t
0
) + e
AB
(t
0
) = 0.
Từ đó rút ra: e
AB
= e
AB
(t
0
)
Khi t
0
và t khác nhau thì sức điện động tổng bằng:
E
AB
= e
AB
(t) – e+

AD592CN 1µA/
O
K -25
O
C÷105
0
C 0.3
0
C
LM35 ±10mV/
O
K -55
O
C÷150
0
C ±0.25
0
C
MMB-TS102 -2.25mV/
O
K -40
O
C÷150
0
C ±0.25
0
C
REF-02A 2.1mV/
O
K -55

C loại LM 35 và LM 35D
-40÷110
0
C loại LM35C và LM35CA
0÷100
0
C loại LM35DA
 #$%%
AD22100 có hệ số nhiệt độ 22,5 mV/
0
C. Điện áp ngõ ra có công thức:
Vout = (V
+
/5V).(1,375V+22,5mV/
0
C.T)
Trong đó:
V
+
: Trị số điện áp cấp
T : Nhiệt độ cần đo
Các IC trong họ AD22100:
AD100KT/KR cho dải nhiệt độ từ 0÷100
0
C
AD100AT/AR cho dải nhiệt độ từ -40÷85
0
C
AD100ST/SR cho dải nhiệt độ đo từ -50÷150
0

(e
c
2/αT
-1)
-1
Trong đó: C
1
: Hằng số và C
1
= 37,03.10
-7
(Jm
2
/s)
C
2
: Hằng số vá C
2
= 1,432.10
-2
(m.độ)
α: Độ dài sóng
T: Nhiết độ tuyệt đối
/01,2!%3#
Đối với vật đen tuyệt đối năng lượng bức xạ toàn phần trên một đơn vị bề mặt E
t
0
= α.T
4
p

4
p
= α
T
. α.T
4
T
α T
T
= T
p

4
α
1
/ α
T
( T
t
bao giê cũng nhỏ hơn T
p
)
Hoả quang kế dùng để đo dải nhiệt độ từ 20 ÷ 100
0
C. khi cần đo nhiệt độ lớn ( trên 100 ÷
2500
0
C ) mà tần số bước sóng đủ lớn người ta dùng 1 thấy kính bằng thạch anh hay thuỷ
tinh đặc biệt để tập chung các tia phát xạ và phần tử nhạy cảm với nhiệt độ được thay
bằng cặp nhiệt ngẫu. Trong nhiệt kế phát xạ thấu kính không thể đo được nhiệt độ thấp vì

.e
-c2/αT
Xác định α
t
là điều rất khó, thường α
t
= 0,03 ÷0,7 ở các vật liệu khác nhau và với độ sóng
α = 0,6 ÷ 0,7µm.
:
So sánh cường độ sáng của đối tượng đo nhiệt độ với cường độ sáng của một
nguồn sáng chuẩn trong dải phổ hẹp. Nguồn sáng chuẩn là một bóng đèn sợi đốt
Vonlfram sau khi đã được già hoá trong khoảng 100 giê với nhiệt độ khoảng 2000
0
C.
Cường độ sáng có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng đốt hay dùng bộ lọc ánh sáng.
Nếu cường độ sáng của đối tượng đo lớn hơn độ sáng của dây đốt ta sẽ thấy dây
thâm trên nền sáng.
Nếu cường độ của đối tượng đo yếu hơn độ sáng của dây đốt thì kết quả sẽ cho thấy dây
sáng trên nền thẫm.
Nếu độ sáng bằng nhau thì dây sẽ mất và đọc vị trí của bộ chắn sáng.
So sánh bằng mắt tuy thô sơ nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác nhất định vì cường
độ sáng thay đổi nhiều hơn gấp 10 lần so với sự thay đổi nhiệt độ.
nh sáng từ đối tượng đo 1 đến mẫu 10 qua khe hở và bộ lọc ánh sáng 8 cùng đặt
vào tế bào quang điện 4. Sự sánh được thực hiện bằng cách lần lượt cho ánh sáng từ đối
tượng đo và đèn chiếu tế bào quang điên nhờ tấm chắn 3 và sự di chuyển tấm chắn cảm
ứng điện từ 9 của chuyển đổi ngược với tần số 50 Hz.
Dòng ánh sáng i
1
và i
2

2
.C
1
α
-5
2
e
-c2/α1T
T = C
2
( 1/α
1
- 1/α
2
).ln (E1)
Vì vậy trong dụng cụ hoả kế màu sắc có thiết bị tự giải phương trình. Các giá trị
α
1
,α
2
,α
1
,α
2
được đưa vào trước. Nếu các thông số trên không được đưa vào trước sẽ gây
nên sai sè.
Khi đo đến dải nhiệt độ 2000÷ 2500
0
C thì giá trị α
1

cặp nhiệt ngẫu
- Đắt tiền
- Cần phải cung cấp nguồn dòng
- Lượng thay đổi R nhá
- Điện trở tuyệt đối thấp
- Tù gia tăng nhiệt
Cặp nhiệt
ngẫu
- Là thành phần tích cực,
tự cung cấp công suất
- Đơn giản, rẻ tiền
- Tầm thay đổi rộng
- Tầm đo nhiệt độ rộng
- Phi tuyến
- Điện áp cung cấp thấp
- Đòi hỏi điện áp tham chiếu
- Kém ổn định nhất
- Kém nhạy nhất
IC cảm
biến
- Tuyến tính nhất
- Ngõ ra có giá trị cao nhất
- Rẻ tiền
- Nhiệt độ đo thấp
- Cần cung cấp nguồn dòng cho
Cảm biến
Đo bằng
phương
pháp
không

2
SO
4
hoặc cát sạch.
Cát chuẩn bị như sau: đổ cát qua dây có đường kính lỗ 4 – 5mm. Rửa qua bằng nước
máy, sau đó rửa bằng HCl bằng cách đổ acid vào cát rồi khuấy (một phần acid một
phần cát). Để qua đêm sau đó rửa cát bằng nước máy cho đến khi hết acid (thử bằng
giấy quỳ). Rửa lại bằng nước cất sau đó sấy khô, cho qua dây có đường kính lỗ 1 –
1,5 mm, rồi đem nung ở lò nung từ 550 -600
0
C để loại chất hữu cơ. Giữ cát trong lọ
đậy kín.
$$<%2+
Lấy cốc thủy tinh có đượng 10 – 20g cát sạch và một đũa thủy tinh bẹt đầu, đem sấy
ở 100 – 103
0
C cho đến khi trọng lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cân
trọng lượng chính xác đến 0,0001g.
Sau đó cho vào cốc khoảng 10g mẫu. Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác như
trên.
Dùng que thủy tinh trộn đều thuốc thử với cát. Dàn đều thành lớp mỏng.
Cho tất cả vào tủ sấy ở 100 – 103
0
C, sấy cho đến khi trọng lượng không đổi, thường
tối thiểu là 6h. Trong thời gian sấy, cứ sau 1h lại dùng đũa thuỷ tinh đầu bẹt nghiền
nhỏ các phần vón cục, sau đó dàn đều và tiếp tục sấy.
Sấy xong, làm nguội trong bình hút ẩm (20 -25 phút) và đem cân ở cân phân tích với
độ chính xác như trên.
Cho lại vào tủ sấy 100 – 103
0

Dùng một loại dung môi hữu cơ có 3 đặc tính:
- Có nhiệt độ sôi cao hơn nước một chút.
- Không trộn lẫn với nước.
- Nhẹ hơn nước.
Khi đun sôi dung môi hữu cơ đã trộn lẫm với mẫu, dung môi bốc hơi và sẽ kéo theo
nước trong mẫu. Dung môi và nước gặp lạnh ngưng tụ ở ống đo có vạch chia làm hai
lớp riêng biệt. Đọc thể tích nước lắng ở phía dưới, từ đó tính ra phần trăm nước có
trong mẫu.
$9::*;*+'
- Dụng cụ cất cất để xác định độ ẩm ( các bộ phận trong máy cất lắp ráp với nhau
bằng mối nối nhám hoặc bằng nút lie (liege) kín, không nên dùng nút cao su vì cao su
bị hòa tan trong dung môi hữu cơ).
- Cân kỹ thuật.
- Đũa thủy tinh.
- Bi thủy tinh hoặc đá bọt.
- Toluol (toluen) tinh khiết (độ sôi: 110
0
C) hoặc xylen tinh khiết (độ sôi: 138 –
144
0
C).
$$<%2+
Tùy theo độ ẩm của mẫu thử, cân khoảng 5- 10g mẫu thử (để giải phóng 2 – 3ml
nước) trong chén cân khô, bằng cân kỹ thuật với độ chính xác 0,01g.
Cho mẫu thử vào bình đựng mẫu đã chứa sẵn khoảng 50 ml toluen. Tráng chén cân 2
lần bằng toluen rồi cũng cho toluen đó vào trong bình. Thêm toluen vào cho đến
khoảng 100 - 150ml, cho thêm vài viên bi thủy tinh hay đá bọt.
Lắp máy cất, mở nước vào máy sinh hàn. Đun cho toluen sôi mạnh,bốc hơi kéo theo
phần nước có trong mẫu và ngưng tụ trong phần ống đo có khắc vạch. Tiếp tục đun
cho đến khi mực nước trong ống đo không đổi. Nếu có những giọt nước đọng lại trên

A8A8 "+2&'1"31JKL*M-7"NL
$$8
Dựa trên độ mất màu của iot. Ở nhiệt độ thường, iot kết hợp với nước và SO
2
thành
HI không màu, theo phản ứng:


OP

O

QO

P
R
Từ sự mất màu của dung dịch iot, ta có thể tính phần trăm lượng nước có trong mẫu.
Phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch, muốn cho phản ứng theo một chiều, Fischer
cho thực hiện phản ứng trong môi trường có piridin.
Phương pháp này có thể phát hiện được tới vết nước (lượng nước rất nhỏ) và nếu sử
dụng máy đo tự động có thể xác định đọ ẩm hàng loạt trong công nghiệp.
$$9::*;*+'
- Máy đo độ ẩm tự động theo phương pháp Fischer.
- Cân phân tích.
- Thuốc thử Fischer:
Piridin 10 mol
SO
2
3 mol
Iot 1 mol

- Chén, chày sứ.
- Đũa thủy tinh đầu tròn.
- Vải gạc.
- Bông hút ẩm hoặc giấy mềm thấm nước.
- Cát sạch.
$=$<%2+
Chuẩn bị mẫu:
- Nếu mẫu thử ở thể dung dịch đồng nhất, trong và màu nhạt thì có thể tiến hành
thử ngay được.
- Nếu mẫu thử có những hạt rắn thì lấy một ít để vào miếng vải gạc, vắt từ từ ra vài
giọt, giọt thứ 3 hoặc thứ 4 có thể thử được.
- Nếu mẫu thử có những hạt rắn không thể ép thành giọt được hoặc mẫu thử có màu
xẫm thì lấy khoảng 5 – 20g cho vào chén xứ và cân chính xác đến 0,01g. cho vào
khoảng 4 g cát và lượng nước cất bằng lượng mẫu đã cân. Sau đó dùng chén xứ
nghiền nhanh và cẩn thận. Lọc qua vải lọc và lấy giọt thứ 3 hay thứ 4 để thử.
Tiến hành thử:
Bỏ trực tiếp hoặc dùng đũa thủy tinh đưa một giọt thuốc thử vào mặt phẳng của lăng
kính. Ấp hai lăng kính lại. Nhìn vào thị kính và điều chỉnh thị kính để nhìn thấy
đường phân chia rõ nhất giữa nửa tối và nửa sáng của thị trường. Điều chỉnh đường
phân chia sao cho trùng với đường chấm chấm hay tâm của vòng tròn quan sát.
Đọc kết quả trên thang đo ở phía có ghi hàm lượng chất khô. Chú ý nhiệt độ khi thử
phải là 20
0
C.
$==>?210
Trường hợp sử dụng ngay mẫu thử hoặc vắt được thành giọt để thủ thì hàm lượng
chất khô theo phần trăm đọc ngay trên khúc xạ kế.
Trường hợp có thêm nước cất thì thì hàm lượng chất khô theo phần trăm được tính
theo công thức:
FGK

C÷60
o
C
• Độ chính xác ±2%
• Thời gian hồi đáp 10s
• Kích thước nhỏ ,rẻ, ít chịu ảnh hưởng ô nhiễm môi trường trừ nơi có hóa chất ăn mòn
cao
$@A72(
- Nguyên lý hoạt động: ẩm kế điện dung sử dụng điện môi là màng mỏng polyme
(hay Al
2
O
3
) có khả năng hấp thụ hơi nước. Điện dung của tụ thay đổi tỉ lệ với độ ẩm
được chuyển hóa thành tín hiệu điện tương ứng.
• Dải đo RH : 0%-100%
• Dải nhiệt độ: -40÷100
o
C.
• Độ chính xác: ±2÷ ±3%.
• Thời gian hồi đáp: khoảng vài giây.
• Kích thước nhỏ ,ít chịu ảnh hưởng của môi trường
Ví dụ: cảm biến HS1101:

Chức năng:
• Đo độ ẩm với chu kỳ 1s
• Hoạt động ở 2 chế độ :trigger hoặc read manual
• Chuẩn hóa lại hệ số khi cần thiết
• Hiệu chỉnh sai số độ ẩm theo nhiệt độ môi trường
HS1101 cơ bản là 1 tụ biến dung theo độ ẩm, giá trị của nó sẽ thay đổi khi độ ẩm

Trích đoạn Nguyên lý làm việc

---