Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ

Chương 1 :các phương pháp đo nhiệt độ 1. 1 Khái niệm về nhiệt độ 1. 1. 1 Khái niệm. 1. 1. 2 Thang đo nhiệt độ 1. 1. 3 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ 1. 2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc 1.3 Đo nhiệt độ cao bằng phương pháp tiếp xúc 1.4 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc 1.5 Tổng quan về mạch đo 1.5.1 sơ đồ khối 1.5.2 vai trò tác dụng của các khối Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính 1.Giới thiệu về IC cảm biến nhiệt LM35 2.Giới thiệu về IC ổn áp 7805 3.Giới thiệu IC LM358 4.Led biby Chương 3.Tính toán và thiết kế 1, Tính toán các khối 2,sơ đồ tổng thể 3, Thuyết minh CHƯƠNG I : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1. 1 Khái niệm về nhiệt độ 1. 1. 1 Khái niệm: Nhiệt độ là đại lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên tử,phân tử của một hệ vật chất.Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất (rắn, lỏng, khí) mà chuyển động này có khác nhau.Ở trạng thái lỏng, các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng nhưng vị trí cân bằng của nó luôn dịch chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định.Còn ở trạng thái rắn,các phần tử,nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng.Các dạng vận động này của các phân tử,nguyên tử được gọi chung là chuyển động nhiệt.Khi tương tác với bên ngoài có trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt.Quá trình truyền nhiệt trên tuân theo 2 nguyên lý: Bảo toàn năng lượng : Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất.Ở trạng thái rắn,sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt. Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền nhiệt bằng đối lưu.Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệt bằng cách vận chuyển các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh lệch về tỉ trọng. 1. 1. 2 Thang đo nhiệt độ: Từ xa xưa con người đã nhận thức được hiện tượng nhiệt và đánh giá cường độ của nó bằng cách đo và đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo của mỗi thời kỳ.Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ,chúng được định nghĩa theo từng vùng,từng thời kỳ phát triển của khoa học kỹ thuật và xã hội.Hiện nay chúng ta có 3 thang đo nhiệt độ chính là: Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ). Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15. Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67. Đây là 3 thang đo nhiệt độ được dùng phổ biến nhất hiện nay.Trong đó thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) được quy định là mét trong 7 đơn vị đo cơ bản của hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa trên 3 thang đo này chúng ta có thể đánh giá được nhiệt độ. 1. 1. 3 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ: Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất của vật phụ thuộc nhiệt độ.Hiện nay chúng ta có nhiều nguyên lí cảm biến khác nhau để chế tạo cảm biến nhiệt độ như : nhiệt điện trở,cặp nhiệt ngẫu,phương pháp quang dựa trên phân bố phổ bức xạ nhiệt,phương pháp dựa trên sự dãn nở của vật rắn,lỏng,khí hoặc dựa trên tốc độ âm…Có 2 phương pháp đo chính: Ở dải nhiệt độ thấp và trung bình phương pháp đo là phương pháp tiếp xúc, nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ngay trong môi trường đo.Thiết bị đo như: nhiệt điện trở,cặp nhiệt,bán dẫn. Ở dải nhiệt độ cao phương pháp đo là phương pháp không tiếp xúc ( dụng cụ đặt ngoài môi trường đo). 1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường là các nhiệt kế tiếpxúc. Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở và nhiệt kế nhiệt ngẫu.Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng như cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi trường đo. Đốivới môi trường khí hoặc nước,chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy.Với vật rắn khi đặt nhiệt kế sát vào vật,nhiệt lượng sẽ truyền từ vật sang chuyển đổi và sẽ gây tổn hao nhiệt, nhất là với vật dẫn nhiệt kém.Do vậy diện tích tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt.Khi đo nhiệt độ của các chất hạt (cát, đất…),cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo và thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài 1.3 Đo nhiệt cao độ bằng phương pháp tiếp xúc Ở môi trường nhiệt độ cao từ 1600oC trở lên, các cặp nhiệt ngẫu không chịu được lâu dài,vì vậy để đo nhiệt độ ở các môi trường đó người ta dựa trên hiện tượng quá trình quá độ đốt nóng cặp nhiệt: ϴ= ƒ(ṭ)= ∆T(1e(1∂)) Trong đó : + ϴ : là lượng tăng nhiệt độ của đầu nóng trong thời gian t + ∆T hiệu nhiệt độ của môi trường đo và cặp nhiệt + ∂: hằng số thời gian của cặp nhiệt ngẫu Dựa trên quan hệ này có thể xác định được nhiệt độ của đối tượng đo mà không cần nhiệt độ đầu làm việc của cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ ấy. Nhúng nhiệt ngẫu vào môi trường cần đo trong khoảng (0,4 – 0,6)s, ta sẽ được phần đầu của đặc tính quá trình quá độ của nhiệt ngẫu và theo đó tính được nhiệt độ của môi trường. Nếu nhiệt độ đầu công tác của cặp nhiệt ngẫu trong thời gian nhúng vào môi trường cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng một nửa nhiệt độ môi trường thì nhiệt độ tính được có sai số không quá hai lần sai số của nhiệt kế nhiệt nhẫu đo trực tiếp. Phương pháp này dùng để đo nhiệt độ của thép nấu chảy. 1.4, Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc: Đây là phương pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối,tức là vật hấp thụ năng lượng theo mọi hướng với khẳ năng lớn nhất.Bức xạ nhiệt của mọi vật thể đặc trưng nghĩa là số năng lượng bức xạ trong một đơn vị thời gian với một đơn vị diện tích của vật xảy ra trên một đơn vị của độ dài sóng. 1.5 Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ 1.5.1: Sơ đồ khối Để thực hiện phép đo của một đại lượng nào đó thì phụ thuộc vào đặc tính của đại lượng cần đo ,điều kiện đo, cũng như độ chính xác yêu cầu của một phép đo mà ta có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở của hệ thống đo lường khác nhau trên cơ sở của các hệ thống đo lường khác nhau. Sơ đồ của một hệ thống đo lường tổng quát: Khối chuyển đổi  Mạch đo Chỉ thị Sơ đồ khối đo : 1.5.2: vai trò tác dụng của các khối Khối chuyển đổi: làm nhiệm vụ đổi trực tiếp các đại lượng vật lý đặc trưng cho đối tượng cần đo biến đổi các đại lượng thành các đại lượng vật lý thống nhất (dòng điện hay điện áp) để thuận lợi cho việc tính toán. Khối so sánh: làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu vừa đưa về với tín hiệu đã cài đặt.Tuỳ theo tín hiệu ngõ ra, sẽ ra quyết định để cơ cấu chấp hành gia tăng, giảm, hay giữ nguyên nhiệt độ thậm chí có thể kết hợp để báo động hiển thị . Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu điện nhận được từ bộ chuyển đổi sao cho phù hợp với yêu cầu kết quả đo của bộ chỉ thị. Khối chỉ thị: làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận được từ mạch đo để thể hiện kết quả đo. Hệ thống đo lường số được áp dụng để thực hiện đề tài này vì có các ưu điểm: các tín hiệu tương tự qua biến đổi thành các tín hiệu số có các xung rõ ràng ở trạng thái 0,1 sẽ giới hạn được nhiều mức tín hiệu gây sai số.Mặt khác,hệ thống này tương thích với dữ liệu của máy tính,qua giao tiếp với máy tính ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật.Có thể hiện ra mà hình LCD, LED 7 thanh hoặc LED đơn. Khối khuếch đại dùng làm ứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm sao cho có thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào và tổng trở đầu ra.