Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Trong đó muôn kĩ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh mẽ dựa trên những tiến bộ của công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử. Từ những thời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm.Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng trừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.
MÔN ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN Đề tài Tìm hiểu phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản dạng hạt ************** Mục lục Trang LỜI MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ 3 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.1-Yêu cầuđề tài 5 2.2- Các hướng giải quyết 5 2.3- Lý do lựa chọn cho thiết kế 9 2.4- Tính chọn thiết bị 9 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 19 3.1- Các kết quả đạt được 19 3.2- Các hạn chế khi thực hiện 20 3.3- Biện pháp khắc phục 20 CHƯƠNG 4: BÀI DỊCH TÀI LIỆU CẢM BIẾN 21 4.1- Bản tài liệu lí thuyết 4.2- Bản tài liệu sử dụng cảm biến 1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Trong đó muôn kĩ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh mẽ dựa trên những tiến bộ của công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử. Từ những thời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm.Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng trừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người. Để góp phần làm sang tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn “ Đo lường và cảm biến” chúng em sau một thời gian học tập được các thầy , các cô trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên ngành đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của cô “ NGUYỄN THU HÀ ” chúng em đã “tìm hiều, phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò xấy nông sản dạng hạt”. Cũng với sự nỗ lực của cả nhóm nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp và phát triển đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ 1.1-Tiêu chuẩn sấy các loại hạt Khi mới thu hoạch, hạt thường có độ ẩm cao, trung bình 20-22%. Một số loại hạt thu hoạch vào mùa mưa ở nước ta, đọ ẩm lúc đầu của chúng có thể tới 34-40%> Những hạt ẩm nếu không sấy kịp thời có thể bị thâm, chua, thối thậm chí có thể hư hỏng hoàn toàn. Một số loại hạt như đậu tương, vừng phải sấy tới độ khô nhất định mới tách, lấy hạt ra khỏi vỏ thuận lợi. Tất cả các loại hạt trước khi đưa vào kho bảo quản, nhất thiết phải qua sấy tới độ ẩm an toàn. a) Lúa mì Yêu cầu: phải đảm bảo số lượng và chất lượng của gluten. Đặc điểm: bắt đầu ở nhiệt độ từ 50ºC đã có sự thay đổi nhỏ về số lượng và chất lượng của gluten. Vì vậy nhiệt độ sấy chỉ cho phép đến 50ºC. b)Lúa, ngô Nước thoát ra 200kg/tấn, lúa 33% ẩm độ xuống 16% ẩm độ. Lúa khô ráo vỏ khoảng 20-22% ẩm độ, có màu vừa chuyển từ màu nâu đen qua màu vàng sáng, hạt lúa cắn bên trong còn mềm. Lúa khô có thể xay chà và tồn trử được khoảng 14-16% ẩm độ, hạt cắn kêu, dòn. Lúa ướt từ 33% ẩm độ giảm xuống 20-22% ẩm độ có thể giảm nhanh trong vòng 5 đến 8 phút nên có thể dùng nhiệt độ đến 80ºC để sấy. Lúa ướt từ 20-22% ẩm độ giảm xuống 14-16% ẩm độ phải có thời gian nhất định, thường giảm không quá 1,5% ẩm độ/1giờ, nếu giảm nhanh hơn hạt gạo bên trong bị nứt. Nên trong thời gian này nhiệt độ sấy không quá 42ºC cho lúa giống, từ 45ºC trở xuống cho lúa ăn. Vận tốc gió xuyên qua lớp lúa sấy trung bình 10m/1 phút.Nếu ta biết được đặc tính của quạt, lò đốt, sinh lý của hạt lúa, ta có thể yên tâm sấy ra được chất lượng cao, không bị tro, khói và nứt hạt lúa. c) Các hạt họ đậu 3 Các hạt học đậu thường chứa một lượng khá lớn protein, phần lớn là tinh bột từ 46-52% và lipit từ 2-3%. Các hạt họ đậu rất nhạy cảm với sự tăng nhiệt độ nên thường phải thực hiện nhiều giai đoạn sấy để giữ chất cho sản phẩm và nâng cao năng suất máy sấy. 1.2- Sơ lược về hệ thống thiết kế *Với yêu cầu của đề tài nhóm em chọn đối tượng sấy cụ thể là lúa. Hệ thống sấy gồm: quạt, thiết bị gia nhiệt bằng điện, hệ thống điều khiển nhiệt độ và nhà che. -Nhà che cần rộng có mái che và thông thoáng. Các thông số về kích thước của buồng sấy: *Buồng sấy: - Chiều rộng: 3m - Chiều dài: 4m - Chiều cao: 1,5m - Gồm sàn đổ lúa sấy 18m 2 dung tích 18m 3 và buồng chứa khí nóng khô do quạt thổi vào. - Miệng lò rộng ở phía trên để hơi nước dễ dàng thoát ra trong quá trình sấy đồng thời thuận tiện cho việc đổ nông sản vào sấy. 4 1,5m 4m 3m - Thành lò được làm bằng vật liệu cách nhiệt để đảm bảo cho nhiệt độ sấy được ổn định - Quạt thổi khí của mỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp. Phần kết nối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi quạt đều có ống giảm rung nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió khi làm việc với hệ thống. - Thiết bị gia nhiệt là hệ thống dây mayso, cung cấp nhiệt cho lò sấy. -Ngoài ra, còn có hệ thống cảm biến và vi mạch điều khiển nhiệt độ ở trong buồng sấy. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.1 Yêu cầu đề tài - Tìm hiểu phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản dạng hạt. - Lựa chọn các cảm biến cần sử dụng cho hệ thống - Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác - Sơ đồ khối của hệ thống - Lựa chọn phương án điều khiển - Đánh giá về sai số của hệ thống - Hạn chế của bản thiết kế và cách khắc phục * Giới hạn điều kiện: - Thể tích lò 10m 3 – 20m 3 - Dải nhiệt độ làm việc từ 10ºC đến 80ºC - Sai số của phép đo nhiệt độ là 2ºC 2.2- Các hướng giải quyết 5 Để thiết kế một hệ thống lò sấy nông sản ta có rất nhiều phương pháp.Dưới đây là một số phương pháp mà chúng tôi cho là tối ưu nhất. 1 2.2.1-Phương pháp sấy kiểu tháp a) Giới thiệu hệ thống Hình 2.1-Hệ thống sấy kiểu tháp Buồng sấy hình trụ hay hình lăng trụ để đứng (tháp). Vật liệu đổ và tháp từ phía trên.Khí nóng thổi vào từ phía dưới hoặc cắt ngang chiều chuyển động của vật liệu. Tùy theo dạng vật liệu sấy và trạng thái ẩm của vật liệu mà có thể sử dụng các phương pháp vận chuyển vật liệu khác nhau trong tháp. Hệ thống điều khiển thông minh có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ sấy một cách tối ưu nhất đối với nhiên liệu đốt.Người vận hành có thể dễ dàng chọn lựa chế 6 độ sấy cho phù hợp với mỗi loại nguyên liệu bằng cách nhấn nút chọn các chế độ. -Hệ thống được điều khiển tự động sấy với trữ lượng nông sản lớn. b) Ưu nhược điểm của hệ thống *Ưu điểm - Thiết kế vững chắc, độ bền vật liệu cao,dễ vận hành. - Có thể sấy một trữ lượng nông sản lớn phù hợp với quy mô công nghiệp. - Tiết kiệm nhân công. - Tỷ lệ hao hụt thấp, tỷ lệ hạt gãy thấp, độ đồng đều cao, sản phẩm đầu ra đạt chất lượng tốt. - Hệ thống gầu tải, trục tải thiết kế tối ưu, đảm bảo hiệu quả hoạt động cao. - Các động cơ điện vận hành hợp lý, giảm tối đa chi phí điện năng. - Lò đốt thiết kế hiện đại, được điều khiển tự động đảm bảo hiệu suất cao, tiết kiệm tối đa chất đốt. *Nhược điểm - Thiết kế cồng kềnh, khó chuyển dịch đi nơi khác - Vì sử dụng chất đốt nên không thân thiện với môi trường -Phụ thuộc nhiều vào nguồn nhiên liệu than, củi, chấu…. 7 2.2.2-Phương pháp sấy kiểu vỉ ngang a) Giới thiệu hệ thống Hình 2.2-Hệ thống sấy vỉ ngang Hệ thống thiết kết được trang bị cảm biến đo nhiệt độ kết hợp với vi sử lí để điều khiển nhiệt độ và tốc độ quạt gió trong lò, cũng thông qua bảng điều khiển tự động toàn bộ hoạt động của lò được giám sát trực quan bằng hệ thống đèn báo. b) Ưu nhược điểm của hệ thống *Ưu điểm - Lò sấy được thiết kế dựa theo nguyên lí sấy đối lưu cưỡng bức thiết bị có kết cấu đơn giản dễ lắp đặt được ứng dụng rộng rãi để sấy các loại nông sản dạng hạt như ngô, lúa, đậu… - Có hệ thống còi cảnh báo khi quá thời gian sấy - Chi phí lắp đặt thấp,dễ vận hành và bảo trì - Dễ thao tác phù hợp với trình độ lao động của các địa phương - Tỉ lệ hao hụt thấp, sản phầm đầu ra chất lượng tốt - Thân thiện với môi trường 8 *Nhược điểm - Độ đồng đều về độ ẩm không cao nếu trong quá trình sấy không đảo - Thời gian sấy lâu 2.3- Lý do lựa chọn thiết kế Với chỉ tiêu “dễ lắp đặt-hiệu suất cao–giá thành rẻ” để phù hợp với người nông dân nghèo nhóm em quyết định chọn thiết kế bằng phương pháp sấy kiểu vỉ ngang. Thiết kế có ưu điểm là cấu tạo đơn giản với mức đầu tư thấp so với các loại lò sấy có cùng công suất, có thể sấy được nhiều loại nông sản dạng hạt hoặc các loại vật liệu khác. Ngoài việc chi phí lắp đặt thấp thiết kế cũng có một số ưu điểm vượt trội như: - Lắp đặt đơn giản - Vận hành dễ dàng - Đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường 2.4- Tính chọn thiết bị Sau khi phân tích và tìm ra hướng thiết kế, chúng ta tiến hành tìm hiểu và lựa chọn các thiết bị trong hệ thống thiết kế. 2.4.1-Quạt gió Ta sử dụng loại quạt hướng trục là loại đặc biệt với sức ép cao để gió xuyên qua lớp lúa dầy 30-40cm. Thường dùng 2 quạt mỗi quạt lưu lượng 4m3/giây, đường kính quạt 750mm, quay 1.600 vòng /phút. [...]... kiện: + pt100 cảm biến nhiệt độ từ buồng sấy để lấy tín hiệu nhiệt độ đưa vào vi xử lý +LCD giải mã và hiển thị nhiệt độ + ATMEGA16L điều khiển tắt mở thiết bị theo nhiệt độ đã mặc định, điều khiển hiển thị LCD + Mạch ổn áp, tạo điện áp 5VDC cấp cho vi mạch + Led đỏ gỉa lập máy làm tăng nhiệt độ + Let xanh giả lập máy làm giảm nhiệt độ - Cảm biến nhiệt độ truyền tín hiệu nhiệt độ đọc được qua chân DQ(2)... xây dựng được một lò sấy nông sản dạng hạt với thể tích 15m3 có thể sấy tối đa 3 tấn/ lần Với ưu điểm dễ vận hành và lắp đặt, giảm thiểu sức người trong quá trình sấy, tốc độ sấy nhanh, đảm bảo chất lượng nông sản - Nhờ việc ứng dụng khoa học kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất giúp giải quyết vấn đề bảo quản nông sản sau khi thu hoạch - Đáp ứng được sự ổn định về nhiệt độ trong quá trình sấy, góp phần tiết... sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp hiện nay.Và chúng em lựa chọn đặt 1 cảm biến nhiệt độ PT100, cảm biến được đặt như trong hình 2.2 2.4.5 Hệ thống hẹn giờ và điều khiển nhiệt độ trong lò 14 Chúng ta sẽ ứng dụng vi sử lí để điều khiển nhiệt độ cụ thể ở mạch điều khiển này ta dùng ATMEGA16L *ATMEGA16L + Điện áp hoạt động: 2,7-5,5VDC + Sơ đồ chân: - VCC: là cấp nguồn + - GND: nối đất - AVCC: là chân... 3.2- Những mặt hạn chế - Độ đồng đều của hạt sấy không cao nếu trong quá trình sấy không đảo - Thiết kế tốn nhiều diện tích - Khó cơ giới hóa 3.3- Biện pháp khắc phục - Nên đảo hạt sấy từ 10-20 phút một lận để đảm bảo độ đồng đều của hạt sấy - Tăng kích thước và quy mô của lò để có thể sấy được nhiều nông sản hơn - Xây dựng thêm hệ thống đảo chiều gió để giảm chi phí cho lao động *Tài Liệu Tham Khảo... để dưa vào lò sấy 11 Hình 2.5-Dây mayso 2.4.4- Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ trong buồng sấy, trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ dưới đây là một số loại thông dụng: Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn... 4V đến 30V +Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/0C +Độ chính xác cao ở 250Clà 0.50C +Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -550C- 1500Cvới các mức điện áp ra khác nhau Xét một số mức điện áp sau: Nhiệt độ -550Cđiện áp đầu ra -550mV Nhiệt độ 250Cđiện áp đầu ra 250mV Nhiệt độ 1500Cđiện áp đầu ra 1500mV Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối... sử dụng dạng chuẩn PT100 dải nhiệt độ từ 00C - 1000C 13 -Sai số của PT100 là: ± 10C Cảm biến AD 590 được thiết kế làm cảm biến nhiệt độ có tổng trở ngõ khá lớn(10mΩ) Vi mạch đã được cân bằng bởi nhà sản xuất, khiến cho dòng mA ra tương ứng với chuẩn nhiệt độ tuyệt đối K Điện áp làm việc càng nhỏ càng tốt để tránh hiện tượng tự gia nhiệt Khi cấp điện áp thay đổi, dòng thay đổi ít Dải nhiệt độ của AD... được cân bằng động 2 mặt nên chạy rất êm, không rung hay kêu to 2.4.2- Động cơ Động cơ kéo quạt công suất phải lớn hơn 16kw mã lực, có thể dùng động cơ 2 pha hoặc 3 pha quay với tốc độ cao nhằm đẩy nhiệt đi khắp buống sấy và xuyên qua lớp lúa dày 10 Hình 2.4-Động cơ công suất lớn 2.4.3- Thiết bị gia nhiệt Thường được sử dụng dây mayso.Dây may so là dây điện trở để biến năng lượng điện thành nhiệt Đây là... PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100 được cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt có giá trị điện trở khi ở 00C là 100 Ω Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định -Đặc điểm: + có thể chịu được nhiệt độ cao + không bị oxy hóa khí nóng chảy + độ bền hóa học cao, tính dẻo tốt -Dải nhiệt độ của PT từ 00C -200... trở suất (rô) lớn, có độ bền nhiệt cao và cứng về cơ học Thường làm từ vonfram hoặc hợp kim của vonfram Người ta có thể cán dẹp, hoặc kéo thành sợi với các đường kính khác nhau tùy theo yêu cầu chế tạo.Dây được sản xuất theo công nghệ nóng chảy rồi kéo như cán thép hoặc đúc theokhuôn khi dây điện trở có kích thước lớn Sử dụng điện trở đốt nóng công suất lớn tạo nhiệt để dưa vào lò sấy 11 Hình 2.5-Dây . biến nhiệt độ PT100, cảm biến được đặt như trong hình 2.2. 2.4.5 Hệ thống hẹn giờ và điều khiển nhiệt độ trong lò 14 Chúng ta sẽ ứng dụng vi sử lí để điều khiển nhiệt độ cụ thể ở mạch điều khiển. và điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản dạng hạt. - Lựa chọn các cảm biến cần sử dụng cho hệ thống - Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác - Sơ đồ khối của hệ thống - Lựa chọn phương án điều. trình sấy đồng thời thuận tiện cho việc đổ nông sản vào sấy. 4 1,5m 4m 3m - Thành lò được làm bằng vật liệu cách nhiệt để đảm bảo cho nhiệt độ sấy được ổn định - Quạt thổi khí của mỗi lò được