Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án về đo nhiệt độ dùng PT 100, dùng led để hiển thị, chạy trên phần mềm protues.đây là đồ án môn vi mach số . đồ án nói về các cảm biến nhiệt độ, các Ic , mô phỏng và chạy trên phần mềm protues, có thế chỉnh sửa nhiệt độ dựa vào pt 100
Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 TRƯNG ĐI HC CÔNG NGHIP H NI Đ TI: THIẾT KẾ MCH ĐO NHIT Đ HIỂN THỊ SỐ TỪ 00 ĐẾN 99 0 C VỚI CẢM BIẾN Pt 100 (SAI SỐ 1 0 C) Họ và tên thành viên nhm I lp T Đng Ha 1 _ k6: 1 0641240007 Nguyễn Tuấn Anh 2 0641240022 Vũ Thế Anh 3 0641240033 Đào Ba 4 0641240044 Nguyễn Đỗ B;c 5 0641240075 Phạm Đình Chiến 6 0641240002 Hoàng Quang Chung 7 0641240020 Nguyễn Đức Cường 1 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 • Sơ đồ khối của toàn b hệ thống: 1. Khối cảm biến nhiệt độ 2. Khối khuếch đại thuật toán 3. Khối biến đổi ADC 4. Khối giải mã nhị phân BCD 5. Khối giải mã led 7 thanh 6. Khối hiển thị. • Thiết kế chương trình mô phỏng • Kết luận. LI NÓI ĐẦU Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường xuyên gặp trong đời sống hàng ngày cũng như trong kỹ thuật và công nghiệp. việc đo nhiệt độ chính vì thế là một yêu cầu thiết thực. hiện nay cảm biến đo nhiệt độ là 2 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 cảm biến được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp cũng như trong dân dụng. Đồ án môn học này nghiên cứu về phương pháp đo nhiệt độ hiển thị số từ 00 đến 99 0 C bằng cảm biến nhiệt độ PT100. Sơ đồ khối của hệ thống • KHỐI CẢM BIẾN NHIT Đ • Phân loại: 3 Khối hiển thị Khối giải mã led 7 thanh Khối giải mã nhị phân sang BCD Khối khuếch đại Khối biến đổi ADC Khối cảm biến nhiệt độ Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 - Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ). - Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ). - Thermistor. - Bán dẫn ( Diode, IC ,….). - Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ). Dùng hồng ngoại hay lazer. • Giới thiệu về nhiệt điện trở (Resitance temperature detector – RTD). Hình1:hình dạng và cấu tạo RTD - Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum, …được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. - Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định. - Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều 4 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 dài dây không hạn chế. - Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện - Dải đo: -200~400 o C - Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia công vật liệu, hóa chất… Hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum. Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài. Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm (khi ở 0 o C). Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao. - RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo chính xác nhất. • Cảm biến đo nhiệt độ PT100 Cảm biến nhiệt độ 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 0oC là 100 Ohm. Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định. 5 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 °C 0 1 0 100 100.39 10 103.9 104.29 20 107.79 108.18 30 111.67 112.06 40 115.54 115.92 °C 0 1 50 119.4 119.78 60 123.24 123.62 70 127.07 127.45 80 130.89 131.27 90 134.7 135.08 °C 0 1 100 138.5 Hình 2: bảng giá trị điện trở của PT100 -Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100: R t = R 0 ( 1+ αT+βT 2 +C(T-100)T 3 ) Trong đó: R t : điện trở tại nhiệt độ T R 0 : điện trở tại 0 0 C(=100Ω) α=3.9083x10 -3 β=-5.775x10 -7 C=-4.183x10 -12 ( t<0 0C ) , C=0 ( t>0 0C ) Với nhiệt độ từ 0 0 C đến 100 0 C dùng công thức : R t = R 0 ( 1+ αT) Cấu tạo dây đo nhiệt PT100 6 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 1. Các thông số cơ bản và nguyên tắc hoạt động a. Các thông số cơ bản : Dây cảm biến nhiệt PT100 bao gồm một đầu dò ống trụ có đường kính 4mm và chiều dài ống trụ là 30mm ,2 dây đầu ra có chiều dài 1m Hình 3: hình dạng PT100 Dải nhiệt độ đo được là từ -200ºC đến 500ºC b.Sơ đồ cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ Hình 4: cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ PT100 Điện trở của ống trụ RPT100 = RPT + R3 + R2 L2,L3 được nối với 2 dây đầu ra 7 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 • Nguyên t;c hoạt động Khi có sự thay đổi nhiệt độ trên đầu dò thì dẫn đến sự thay đổi điện trở của ống trụ .Mỗi giá trị nhiệt độ khác nhau tương ứng với mỗi giá trị điện trở khác nhau.Ở 10 ºC thì đo được giá trị điện trở RPT100 =107,6 Ω . Khi tăng 1ºC thì RPT tăng sấp xỉ 0,4Ω • Cầu đo điện trở: Hình 5: mạch nối dây Pt100 Ta sử dụng mạch cầu để đo điện trở, trong đó PT là một nhánh của cầu. V o =E*() Khi ở 0 0 C R PT =100Ω. Nên ta chọn R 1 =R 2 =R3=100Ω để cầu cân bằng. Suy ra V 0/0 0 c= 0V. • KHỐI KHUẾCH ĐI THUẬT TOÁN(KĐTT) 8 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 1.Ký hiệu và định nghĩa: KĐTT được dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất, để thiết kế các mạch điện tử chức năng. Một KĐTT được ký hiệu như trên sơ đồ hình 6 Hình 6: Ký hiệu đại thuật toán • Hai ngõ vào( ngõ vào đảo có điện áp V i - , ngõ vào không đảo có điện áp V i + ) • Một ngõ ra có điện áp V 0 • Nguồn cấp điện ± V cc • Trạng thái ngõ ra không có mạch hồi tiếp về ngõ vào gọi là trạng thái vòng hở. • Hệ số khuếch đại vòng hở: A v0 9 Bhòa âm +Vcc -Vcc Vo ΔV i = Vi + - Vi - -Vs Vs Bhòa dương HS KĐ vòng hở âm Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 7 : đặc tính truyền đạt vòng hở của KĐTT Theo đặc tuyến truyền đạt điện áp vòng hở của KĐTT có 3 vùng làm viêc: • Vùng khuếch đại: V 0 = A vo . ΔV i nằm trong khoảng ±V s • Vùng bão hòa dương: V 0 = +V cc , ΔVi > Vs • Vùng bão hòa dương: V0 = -Vcc, ΔVi < Vs • ±V s là các mức ngưỡng của điện áp vào 2. Các mạch khuếch đại cơ bản: a) MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO: 10 [...].. .Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 8:Khuếch đại đảo với KĐTT Hệ số khuếch đại: KU= b) MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHƠNG ĐẢO: Hình 9:Khuếch đại khơng đảo với KĐTT Hệ số khuếch đại: KU= c) MẠCH CỘNG cộng đảo: 11 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 10: bộ cộng đảo Điện áp ra: U0=-RF( ) cộng khơng đảo Hình 11: bộ cộng khơng đảo d) MẠCH TRỪ 12 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1... ∫ Vi dt C RC Hình 13: mạch tích phân điện áp ra: 13 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 f) MẠCH VI PHÂN V0 = − RC dVi dT Hình 14:mạch vi phân điện áp ra: • MẠCH ĐO SỬ DỤNG : 14 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 15: mạch đo và khối khuếch đại Ta sử dụng mạch trừ với hệ số khuếch đại : V0=(V2-V1) RV1 dùng để điều chỉnh cho vơn kế chỉ 0V PT100 ở 00C • KHỐI BIẾN ĐỔI ADC Chíp ADC0804 là bộ... này >= 10,ngược lại,Y=0 24 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 31: bảng sự thật • Ta khơng dùng ngõ vào S’1 vì từng cặp trị có C4’S4’S3’S2’ giống nhau thì S1’ = 0 và S1’ = 1 ' ' Y = C 4' + S 4 ( S3' + S2 ) • Dùng bảng Karnaugh xác định được Y Mạch cộng 2 số được thực hiện theo sơ đồ sau: 25 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 32: sơ đồ cộng 2 số 4 bít Cách hoạt động: • IC thứ nhất cho... A chung hay K chung 30 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 35: sơ đồ cấu tạo và hình dạng led 7 thanh Cấp nguồn cho chân nào thì đo n tương ứng với chân đó sáng 31 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Ví dụ như hình trên nếu đưa chân 0 lên mức logic 1 thì đo n 0 sẽ sáng Nếu cấp cho chân 5 và chân 4 thì đo n 5 và 4 sáng tạo thành số 1 Tương tự nếu hiển thị số 2 thì mức logic tương ứng của... (Cửa ra phụ) 32 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 36: mạch tạo xung Các thơng số xung với phần trên ta có: Thời gian nạp ( có xung ra): tn=0,69 �n, hay tn = 0,69(RA+ RB)C Thời gian xả điện ( khơng có xung ra): tx=0,69 �x , hay tx = 0,69RBC 33 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 37: thiết kế mạch đo KẾT LUẬN Đề tài chúng em tìm hiểu còn khá nhiều hạn chế chỉ dừng lại ở mức độ mơ hình nghiên... IC74LS83 và các cổng logic để thực hiện bài tốn trên 74LS83 là IC cộng 2 số 4 bit nhị phân 21 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 18:Sơ đồ chân IC74LS83 -A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 : các chân đầu vào của 2 số nhị phân A, B - S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân -C4 số nhớ của phép cộng CO: số nhớ ban đầu 22 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 19: mạch logic của 74LS83 Q trình biến đổi nhị phân sang BCD... chân INTR được ép xuống thấp bởi ADC0804 17 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 16: Sơ đồ khảo sát ADC0804 - Chân CLK IN (chân số 4) và CLK R (chân số 19): Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngồi khi đồng hồ ngồi được sử dụng để tạo ra thời gian Tuy nhiên ADC0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong của ADC0804 thì các chân CLK IN... c, d, e, f, g của led 7 đo n loại catod chung hiển thò số thập phân -Chân 8 GND nối mass -Chân 16 Vcc nối nguồn dương ° Nguyên lý hoạt động của IC 4511: chưcù năng của IC 4511 là nhận tín hiệu thuộc hệ số BCD từ các chân ngõ vào D1, D2, D3, D4 sau đó thực hiện giải mã và điều khiển led 7 đo n thực hiện hiển thò số thập phân 29 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình 34: sơ đồ khối logic của 4511... nó làm việc với +5V và có độ phân giải 8 bit Ngồi độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ 15 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân Trong ADC0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân... Qf, Qg điều khiển led 7 đo n hiển thò số thập phân -Chân 4 BI có chức năng kiểm tra mạch, tích cực mức thấp, khi nối mass thì các ngõ ra từ Qa đến Qg có mức áp là 0v, led 7 đo n không sáng 27 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 Hình33 :hình dạng IC 4511 Chân 3 LT có chức năng chạy thử mạch, tích cực mức thấp, khi nối mass thì các ngõ ra từ Qa đếùn Qg đều ở mức cao Vcc, led 7 đo n hiển thò số 8 -Chân . biến đo nhiệt độ là 2 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 cảm biến được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp cũng như trong dân dụng. Đồ án môn học này nghiên cứu về phương pháp đo nhiệt độ. quả đo chính xác nhất. • Cảm biến đo nhiệt độ PT100 Cảm biến nhiệt độ 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. t>0 0C ) Với nhiệt độ từ 0 0 C đến 100 0 C dùng công thức : R t = R 0 ( 1+ αT) Cấu tạo dây đo nhiệt PT100 6 Đo nhiệt độ dùng Pt100 nhóm 1 TĐH 1 K6 1. Các thông số cơ bản và nguyên tắc hoạt động a.