Trường ĐHCN Hà Nội
ĐLĐK

Bộ Môn
BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN
MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ
ĐỀ TÀI:GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG BẰNG CẶP CẢM BIẾN
NHIỆT NGẪU

Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THU HÀ
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Phúc
Nguyễn Huy Phương
Nguyễn Hữu Phương
Nguyễn Thế Quang
Lê Đức Quảng

0841 240 098
0841 240160
0841 240 159
08412 40165
0841 240 094

Lớp: ĐH TĐH2_K8

NỘI DUNG
Đề Tài:Dùng cảm biến nhiệt ngẫu giám sát nhiệt độ từ :

thử nghiệm thưc tế về vấn đề chuyển đổi U-I , vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và
vấn đề đo lường các đại lượng không điện bằng điện
Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ
2


Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp
+Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện
đươc đặt trực tiếp trong môi trường cần đo.
+Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi
trường cần đo(áp dụng với trường hơp đo ở nhiệt độ cao ).
Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không
phải ở quá cao.( 0 – 91)
Đo nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp
nhiệt ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở.
Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ như
dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến
nhiệt độ. Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu phương pháp thường dùng nhất đó là dùng cặp
nhiệt ngẫu.
.Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu :
Phương pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng
nhiệt điện. Người ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bản chất
hoá học khác nhau được nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín và nhiệt
độ hai mối hàn là t và t0 khác nhau thì trong mạch xuất hiện một dòng điện. Sức
điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện động nhiệt điện. Nếu
một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu thứ hai để hở thì giữa hai
cực xuất hiện một hiệu điện thế
·
Nhiệt độ đầu tự do t0 đươc duy trì ở nhiệt độ chuẩn 0
nhưng thực tế thường nhỏ hơn trên lý thuyết .Phương pháp khắc phục :có 2

Chuyển đổi U
sang I
U đặt

Cảnh báo

II.Chức năng của các khối trong mạch đo:
a, Khối cảm biến : khối cảm biến có chức năng biến đổi các tín hiệu không điện
thành tín hiệu điện thành tín hiệu điện tương ứng. ở đây ta dùng cảm biến nhiệt
ngẫu để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp.

4


b, Khối khuếch đại : có chức năng khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, vì
tín hiệu điện do cảm biến đưa ra thường là rất bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa
vào các mạch điện khác.
c, Mạch so sánh : có tác dụng so sánh tín hiệu đưa ra từ khối khuếch đại để đưa ra
khối sau. Việc so sánh tín hiệu sẽ được ứng dụng cho mạch cảnh báo khi có sự quá
nhiệt độ.
d, Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu điện áp sang tín hiệu
dòng điện để hiển thị ra .
e, khối cánh báo : cảnh báo cho người biết rằng nhiệt độ đã tăng quá cao so với
nhiệt độ cho phép.
Đó là các khối cơ bản dùng trong mạch đo và cảnh báo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở
kim loại.

III.Tổng quan mạch đo
3.1 Mạch đo
Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý, dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà

1.Cặp nhiệt ngẫu TCK

6


Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt công nghiệp
1.1.Cấu tạo :
1) Vỏ bảo vệ: 2) Mối hàn :3) Dây điện cực :4) Sứ cách điện:
5) Bộ phận lắp đặt: 6) Vít nối dây: 7) Dây nối; 8) Đầu nối dây.
Đầu làm việc của các điện cực (3) được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn khí
hoặc hàn bằng tia điện tử. Đầu tự do nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờ các vít
nối (6) dây đặt trong đầu nối dây (8). Để cách ly các điện cực người ta dùng các
ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ về hoá học và đủ độ bền cơ và nhiệt ở
nhiệt độ làm việc. Để bảo vệ các điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm bằng
sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ
để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không quá
nhỏ nhưng cũng không được quá lớn. Trường hợp vỏ bằng thép mối hàn ở đầu làm
việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp.
1.2.Vật liệu chế tạo điện cực
1) Telua 2) Chromel 3) Sắt 4) Đồng 5) Graphit 6) Hợp kim platin-rođi
7) Platin 8) Alumel 9) Niken 10) Constantan 11) Coben
- Cặp Platin - Rođi/Platin:
Cực dương là hợp kim Platin (90%) và rôđi (10%), cực âm là platin sạch. Nhiệt độ
làm việc ngắn hạn cho phép tới 1600oC , Eđ =16,77mV. Nhiệt độ làm việc dài hạn

xác định đúng trị số các vòng màu .
8


 Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là
vòng chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.
 Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3
 Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị
 Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.
Sau khi thiết kế mạch chúng ta sẽ phải lựa chọn loại điện trở phù hợp mạch đo, để
hiển thì đầu ra có thể chính xác.
b. Biến trở
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng
có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.
Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn
điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh
sáng hoặc bức xạ từ,...
Ký hiệu

1.3 Bộ khuếch đại thuật toán Opam 741
9


Cấu tạo bên trong của OP 741
-OpAmp là một linh kiện có nhiều chức năng
Khuếch đại hiệu hai điện thế nhập
Khuếch đại điện âm hoặc dương
10



Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua
mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P
tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn
N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ
trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành
dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp
UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.
1.6 Nguồn cấp cho mạch : 12v
1.7 Ic LM358

12


Có chức năng là để so sánh điện áp tại chân 3 U3 với điện áp ở chân 2 U2 nếu :
U3>U2 thì điện áp U1ở chân 1 sẽ dương và đèn Led sẽ sáng.
U


-12V

R3
500

+20.0
mA

+10V

4
1
5

U1
R1

2
6

500

7

3

741


S: tiết diện khung dây
W: số vòng dây của khung dây
Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch α tỷ lệ bậc nhất
với dòng điện I chạy qua khung dây.
+Các đặc tính chung: từ biểu thức suy ra cơ cấu chỉ thị từ điện có các đặc tính cơ bản
sau:
- chỉ đo được dòng điện 1 chiều
-đặc tính thang đo đều
- độ nhạy là 1 hằng số
18


VI.Toàn mạch của đề tài

Nguyên lý hoạt động:đầu tiên nhiệt độ sẽ được chuyển từ tín hiệu không điện sang
tín hiệu điện nhờ TCK(cặp nhiệt ngẫu).Tín hiệu điện áp ra rất nhỏ cho nên ta phải
khuếch đại đến điện áp tiêu chuẩn 0÷10V nhờ mạch khuếch đại không đảo.Tín
hiệu ra của mạch khuếch đại là tín hiệu tiêu chuẩn ,nó sẽ được đưa vào mạch
chuyển đổi U-I để đưa vào cơ cấu chỉ thị điện từ.Ngoài ra ,tín hiệu điện áp còn
được đưa vào mạch so sánh để so sánh với điện áp đặt và đưa ra cảnh báo ở loa khi
nhiệt độ tăng cao hơn 80

.

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

3.1 Kết luận:

19