Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ TÀI 5: Hãy tìm hiểu,phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản dạng hạt. Sấy là quá trình nước từ vật liệu ẩm khuếch tán, bốc hơi ra không khí xung quanh nó. Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất hơi nước ở bề mặt của vật liệu và môi trường xung quanh. Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bốc hơi cần có điều kiện: Pm >Pk Pm Pk = ΔP Pm : áp suất hơi nớc trên bề mặt vật liệu Pk : áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ΔP: Động lực của quá trình sấy
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI 5: Hãy tìm hiểu,phân tích xây dựng hệ thống đo điều khiển nhiệt độ lò sấy nơng sản dạng hạt BỘ MƠN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: MAI THẾ THẮNG SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Hữu Quang Trương Văn Sơn Trần Văn Quân Phan Huy Thành Lê Thanh Tuấn Lê Dỗn Đơng Ngơ Đức Hồng Chương Tổng quan chung sấy nông sản dạng hạt 1.1 Công nghệ sấy nông sản dạng hạt 1.1.1 Cơ sở vật lý trình sấy Sấy trình nước từ vật liệu ẩm khuếch tán, bốc khơng khí xung quanh Q trình thực chênh lệch áp suất nước bề mặt vật liệu môi trường xung quanh Để làm cho lượng ẩm bề mặt sản phẩm bốc cần có điều kiện: Pm >Pk Pm - Pk = ΔP Pm : áp suất nớc bề mặt vật liệu Pk : áp suất riêng phần nước khơng khí ΔP: Động lực q trình sấy Trị số ΔP lớn lượng ẩm chuyển sang mơi trường xung quanh mạnh q trình sấy thực nhanh Như vậy, trình bốc nước khơng khí xung quanh phụ thuộc vào Pm Pk, Pm phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu vật liệu tính chất liên kết nước vật liệu, P k phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước có mặt khơng khí Trong vật liệu ẩm nước tồn hai trạng thái: liên kết tự hai dạng ẩm đó, nước khuếch tán bốc khơng khí Nước liên kết giữ lực liên kết hố học lớn nên khó bay Nước bay vật liệu đốt nóng nhiệt độ cao q trình bay thường gây nên biến liệu đốt nóng nhiệt độ cao q trình bay thường gây nên biến đổi cấu trúc phân tử vật liệu Do tính chất hút, nhả ẩm vật liệu khơng khí nên độ ẩm khơng khí vật liệu ln có q trình cân động: Nếu P m >Pk lượng ẩm bề mặt sản phẩm bốc vào khơng khí làm cho áp suất bề mặt vật liệu P m giảm xuống Từ vật liệu nước khuếch tán bề mặt bốc thiết lập cân áp suất bề mặt độ ẩm Độ ẩm vật liệu giảm dần theo q trình sấy Theo mức độ khơ vật liệu, bốc chậm dần tới độ ẩm lại vật liệu đạt tới một giá trị đó, gọi độ ẩm cân Wcb, ΔP = 0, nghĩa P trình sấy dừng lại NếuP m < P k ngược lại vật liệu hút ẩm trình gọi trình hấp thụ nước, diễn độ ẩm vật liệu đạt tới trị số độ ẩm cân dừng lại Quá trình nước từ vật liệu ẩm bay hơi, kèm theo thu nhiệt Vì khơng có đốt nóng, cung cấp nhiệt từ ngồi vào nhiệt độ vật liệu giảm xuống Khi nhiệt độ giảm làm giảm áp suất bề mặt, dẫn đến làm chậm tốc độ bốc nước Do đó, muốn sấy nhanh, phải cung cấp lượng nhiệt từ vào để làm tăng nhiệt độ vật liệu sấy Quy luật thay đổi độ ẩm đánh giá tốc độ sấy, tốc độ khuếch tán nước từ vật liệu khơng khí Tốc độ sấy xác định lượng nước bốc từ 1m vật liệu ẩm đơn vị thời gian: Us = W/F t hay Us = G t Us - Tốc độ sấy, kg/m.h hay (kg/kg.h) W - Lượng nước bốc từ bề mặt vật liệu có diện tích F(m).hay từ G(kg) vật liệu thời gian t(h) Khi tốc độ sấy cao, nghĩa thời gian làm khô vật liệu ngắn, suất thiết bị sấy cao Cho tới chưa có phương pháp hồn chỉnh để tính tốn lựa chọn tốc độ sấy, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố biến đổi trình sấy.Người ta tính tốn tương đối xác sở đường cong sấy vẽ theo kết thực nghiệm cho loại vật liệu điều kiện định như: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động tác nhân sấy, bề dày vật liệu sấy … Mặc dù quy luật thay đổi nhiệt , ẩm phần lớn loại nông sản có dạng chung đồ thị hình I.1.1 Hình1.1 - Đồ thị trình sấy Căn vào biến thiên tốc độ sấy, chia trình sấy thành giai đoạn chủ yếu: Giai đoạn (tốc độ sấy không đổi) giai đoạn (tốc độ sấy giảm) Nếu theo trình tự thời gian trình sấy chia theo giai đoạn: Giai đoạn đầu làm nóng vật liệu, ứng với thời gian ngắn t liệu sấy từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao bay giai đoạn nhiệt độ vật liệu tvl tăng nhanh đồng thời tốc độ sấy Us tăng nhanh độ ẩm vật liệu w vl giảm không đáng kể (đoạn AB) Giai đoạn thứ hai ứng với thời gian t giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi Tồn nhiệt từ khơng khí truyền vào cho vật liệu dùng để bốc nước Nhiệt độ vật liệu không đổi nhiệt độ nước bốc ra, độ ẩm vật liệu giảm xuống nhanh (đoạn BC) Tốc độ sấy khơng đổi vật liệu nhiều nước, lượng ẩm rời đến bề mặt vật liệu để bốc tương ứng với lượng ẩm bốc bề mặt Giai đoạn chủ yếu làm tách lượng nước tự vật liệu, nước bay khỏi bề mặt tương tự bay từ mặt nước tự Giai đoạn cuối ứng với thời gian t Ở giai đoạn tốc độ sấy giảm, độ ẩm vật liệu giảm dần (đoạn CD), nhiệt độ vật liệu tăng dần Giai đoạn diễn vật liệu có độ ẩm cân (ứng với điểm D) tốc độ sấy 0, trình sấy dừng lại Nguyên nhân làm cho vận tốc sấy giảm vật liệu khô hơn, tốc độ khuếch tán ẩm vật liệu nhỏ tốc độ bay nước bề mặt phải khắc phục trở lực khuếch tán, đồng thời bề mặt vật liệu phủ lớp màng cứng làm cản trở việc thoát ẩm Cuối giai đoạn này, lượng ẩm liên kết bền bắt đầu tách Nhiệt cung cấp phần để nước tiếp tục bốc hơi, phần để vật liệu tiếp tục nóng lên Nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên vật liệu đạt độ ẩm cân nhiệt độ vật liệu nhiệt độ tác nhân sấy (tương ứng với điểm E) Vì vậy, giai đoạn cần giữ nhiệt độ tác nhân sấy (tương ứng với điểm E) Vì vậy, giai đoạn cần giữ nhiệt độ tác nhân sấy không vượt nhiệt độ cho phép vật liệu Trong q trình sấy khơ sản phẩm, tính chất sinh học, lý hố, cấu trúc học tính chất khác sản phẩm cần phải giữ nguyên thay đổi ít, tính chất có ý nghĩa quan trọng, xác định tiêu phẩm chất Để đạt yêu cầu cần phải thực chế độ sấy, nghĩa phải đảm bảo giá trị thích hợp nhiệt độ, thời gian tốc độ giảm ẩm loại vật liệu khơng q giới hạn cho phép Vì trình sấy cần ý số đặc điểm sau: Nhiệt độ sấy cho phép nhiệt độ tối đa chưa làm ảnh hưởng tới chất lượng Nếu nhiệt độ cao thành phần dinh dưỡng có hạt bị biến đổi Protein hạt bị ngưng tụ, chất bột bị hồ hoá, dầu bị oxy hoá …, dẫn đến giảm giá trị dinh dưỡng sản phẩm, giảm sức nảy mầm hạt giống,… Yêu cầu kỹ thuật sấy nhiệt độ hạt sấy không 600C hạt lương thực 50 hạt giống Khi độ ẩm đạt tới 25%, nhiệt độ chất mang nhiệt cho phép tới 70 độ ẩm hạt cao 25%, nhiệt độ chất mang nhiệt không 80 Tốc độ giảm ẩm cho phép giới hạn tối đa tốc độ giảm ẩm trung bình chưa gây hư hỏng chất lượng sản phẩm trình sấy Quá trình giảm ẩm sấy kèm theo biến đổi tính chất vật lý, hố học cấu trúc sản phẩm Ví dụ như: trọng lượng riêng, độ bền học tăng, kích thước hình dáng biến đổi gây co kéo, dịch chuyển phận cấu trúc bên trong, biến dạng cấu trúc tế bào, phá vỡ mô, …Nếu sấy với tốc độ nhanh, biến đổi nói xảy mãnh liệt gây rạn nứt sản phẩm dạng hạt Từ làm giảm chất lượng sản phẩm, giảm độ an toàn bảo quản giảm giá trị cảm quan ,… Thời gian sấy cho phép thời gian phép thực trình sấy nằm giới hạn không dài tới mức làm giảm chất lượng hạt nhiệt không ngắn mức làm giảm chất lượng hạt tốc độ giảm ẩm nhanh 1.1.2 Các phương pháp sấy Để tách ẩm khỏi sản phẩm, người ta dùng nhiều phương pháp khác như: phương pháp học (ép máy ép hay máy ly tâm, hút ẩm máy bơm), phương pháp hoá lý (dùng chất hút ẩm canxi clorua, axit sunfuric, silicagen, ) phương pháp nhiệt (tách ẩm vật liệu sang dạng nhờ có tác dụng nhiệt) Phương pháp tách ẩm học đơn giản rẻ tiền khó tách hết lượng ẩm đạt yêu cầu bảo quản thường làm biến dạng sản phẩm Sấy hoá lý phương pháp phức tạp, tốn phải dùng chất hấp thụ tương đối đắt tiền Vì thực tế sản xuất phương pháp sấy nhiệt áp dụng có hiệu Sấy nhiệt chia làm phương pháp : sấy tự nhiên sấy nhân tạo 1.1.2.1 Sấy tự nhiên Là phương pháp làm khô đơn giản nhất, bao gồm hong gió tự nhiên phơi nắng -Hong gió tự nhiên thường áp dụng cho trường hợp sản phẩm thu hoạch có độ ẩm cao với khối lượng khơng lớn Do có độ ẩm cao nên áp suất nước bề mặt sản phẩm lớn so với áp suất nước riêng phần khơng khí làm cho nước sản phẩm bốc bên ngồi Thời tiết khơ (áp suất nước khơng khí thấp) tốc độ bay nước mạnh ngược lại Vì độ ẩm tương đối khơng khí q lớn đặc biệt sương mù việc hong gió khơng có hiệu Phương pháp có ưu điểm đơn giản tốc độ bay chậm, thời gian kéo dài khó giảm độ ẩm tới mức cần thiết để bảo quản Do phương pháp áp dụng để làm giảm ẩm sơ cho sản phẩm thu hoạch chưa kịp phơi sấy để tránh sẩy thối mốc hay mọc mầm -Phơi nắng phương pháp sấy tự nhiên lợi dụng nhiệt xạ mặt trời để làm khô sản phẩm Nguyên lý phương pháp sấy ánh nắng mặt trời sản phẩm hấp thụ lượng xạ tia mặt trời làm tăng nhiệt độ áp suất bề mặt sảy q trình bốc nước từ hạt vào khơng khí làm hạt khơ dần Phương pháp có ưu điểm đơn giản, tận dụng nguồn lượng thiên nhiên có nhược điểm ln phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, sản phẩm không đồng đều, tốn nhiều công sức không khí hố 1.1.2.2 Sấy nhân tạo Sấy nhân tạo thực nhờ có tác nhân sấy đốt nóng (khói lò khí…), chúng tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với vật liệu, đốt nóng hút nước Q trình tốn nhiều lượng Tuy phương pháp phương pháp làm khô khối lượng sản phẩm lớn thời gian ngắn với điều kiện thời tiết tách hết độ ẩm liên kết bền vững khỏi sản phẩm cần thiết 1.1.3 Hệ thống sấy nông sản dạng hạt 1.1.3.1 Tính chất chung vật liệu sấy Để qúa trình sấy đạt hiệu cao, không làm giảm chất lượng nơng sản sau sấy ta cần tìm hiểu tính chất chung làm ảnh hưởng đến q trình sấy hạt * Sự hô hấp nông sản dạng hạt Nơng sản dạng hạt có tính chất thể sống, trạng thái độ ẩm cao, nhiệt độ môi trường lớn, hạt hô hấp mạnh Q trình diễn làm ơxi hố chất hữu hạt sinh nhiệt, làm hạt bị nóng lên, phơi phát triển thành hạt mầm Kết q trình hơ hấp hạt giảm khối lượng, chất lượng hạt, chí hạt hỏng hồn tồn Vì khơng sau thu hoạch cần sấy khô hạt mà trình bảo quản cần thường xuyên theo dõi nhiệt độ nơi bảo quản tiến hành sấy khô kịp thời để làm ngừng hô hấp hạt Đại lượng đặ trưng cho hô hấp hạt cường độ hô hấp * Độ ẩm hạt Khi hạt có độ ẩm độ ẩm bảo quản cường độ hơ hấp khơng đáng kể Khi độ ẩm tăng cường độ hơ hấp tăng dần Độ ẩm hạt tăng đến giới hạn định cường độ hơ hấp tăng lên Sự tăng đột biến cường độ hô hấp trình sinh học sản phẩm biểu xuất lượng nước tự tế bào hạt Độ ẩm ứng với tế bào hạt xuất lượng nước tự gọi độ ẩm giới hạn Với hạt ngơ, thóc độ ẩm giới hạn để bảo quản 13 - 13,5%, với hạt có dầu vừng, lạc độ ẩm giới hạn - 9% * Nhiệt độ hạt Khi nhiệt độ tăng cường độ hơ hấp hạt tăng lên, ảnh hưởng nhiệt độ thường hiệu lực so với ảnh hưởng độ ẩm Khi nhiệt độ tăng nhiệt độ giới hạn cường độ hơ hấp yếu chức sống khác bị chậm lại Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ hạt ngừng hơ hấp (mất hoạt động sống) Cho nên, nhiệt độ sấy lớn làm ảnh hưởng đến trình nảy mầm phát triển hạt sau q trình sấy nhiệt độ hạt phải nhỏ nhiệt độ cho phép Ví dụ nhiệt độ cho phép ngơ giống 500C ngô thịt 50 – 55 Bảng nhiệt độ sấy cho phép độ ẩm giới hạn 1.2.1 Thiết bị sấy Việt Nam 1.2.1.1 Thiết bị sấy kiểu hầm Thiết bị sấy kiểu hầm - phễu đưa nguyên liệu - Nguyên liệu - quạt - Cửa khí ẩm - Lưới sàng - Cửa lấy nguyên liệu - Buồng sấy - Buồng đốt - Van dẫn hướng 1.2.1.2 Thiết bị sấy băng tải - Thiết bị sấy kiểu băng tải 1- Phễu đổ nhiên liệu 2- Buồng sấy 3- Băng tải 4- Quạt đẩy 5- calorife 6- Cửa xả nguyên liệu 7- Cửa thoát khí thải 1.3 Kết luận giải pháp Qua phân tích sở lý thuyết ta thấy nông sản dạng hạt sau thu hoạch cần sấy khơ kịp thời tình hình thời tiết Tuy nhiên để đảm bảo không bị thay đổi dinh dưỡng q trình sấy loại nơng sản cần nhiệt độ sấy định Đặc biệt với hạt dùng làm hạt giống cần có nhiệt độ sấy ổn định suốt trình sấy Mặt khác dựa vào tình hình nước ta, thiết bị sấy chưa nhiều chưa đảm bảo mặt chất lượng sản phẩm sau sấy, thiết bị giới giá thành cao khơng phù hợp với sản suất nông nghiệp nước ta Thực tế nước ta sử dụng phương pháp phơi khô tự nhiên chủ yếu ứng dụng dựa nguyên lý định luật Jun-Len-xơ “Nhiệt lượng tỏa dây dẫn có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, điện trở dây dẫn thời gian dòng điện chạy qua” Và hệ thức định luật: Q = I²Rt Như dễ dàng điều khiển nhiệt độ lò sấy thơng việc điều chỉnh dòng điên điên áp Với mức độ cơng nghệ dung mạch điều khiển nhiệt độ đơn giản sử dụng loại IC, PLC… 1.1.1 Ưu điểm lò điện so với lò sử dụng nhiên liệu Có khả nhiệt độ cao Đảm bảo tốc độ nung lớn hiệu suất cao Đảm bảo nung xác( dễ điều chỉnh nhiệt độ) Kín Có khả khí hóa tự động hóa Bảo đảm điều kiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ 1.1.2 Nhược điểm sử dụng điện trở Năng lượng điện đắt u cầu có trình độ cao sủ dụng Để tiết kiệm lượng cần có 1.1.3 Vật liệu làm dây nung 1.2.1 Yêu cầu vật liệu làm dây nung Dây nung phận phátnnhiệt lò, làm việc điều kiện kiện khắc nghiệt đòi hỏi phải đảm bảo u cầu sau: Chịu nóng tốt, bị ô xi hóa nhiệt độ cao Độ bền học cao, không bị biến dạng nhiệt độ cao Điện trở suất phải lớn Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ 23 Các tính chất điện phải cố đinh thay đổi Dễ gia cơng 1.2 Lò sấy sử dụng song vi-ba Sóng vi-ba dùng magnetron sinh vi ba có tần số khoảng 2,45 GHz để nấu nướng Vi ba nấu thức ăn cách làm rung phân tử, rung động tạo sức nóng cho sản phẩm cần sấy 1.2.1 cách phát sinh song vi-ba Có thể tạo vi ba nhiều thiết bị, chia làm hai loại: thiết bị chất rắn thiết bị ống chân không Thiết bị vi ba chất rắn dựa chất bán dẫn silicon arsenur galli, transistor hiệu ứng trường (FET), transistor tiếp xúc mặt lưỡng cực (BJT), diode Gunn diode IMPATT (diode dòng thác va chạm có thời gian cảnh) Từ transistor tiêu chuẩn người ta phát triển linh kiện tốc độ cao dùng ứng dụng vi ba Biến thể vi ba transistor BJT có loại HBT (heterojunction bipolar transistor), biến thể vi ba transistor FET có loại MESFET (transistor hiệu ứng trường có màng bán dẫn kim loại), loại HEMT (còn gọi HFET), transistor LDMOS Thiết bị ống chân không hoạt động dựa chuyển động electron chân không ảnh hưởng điện trường từ trường, gồm có magnetron, klystron, đèn sóng chạy (TWT), gyrotron “ 1.3 gia nhiệt chất đốt(dầu, khí….) Sử dụng chất đốt làm nguồn cung cấp nhiệt cho lò sấy Ưu điểm phương pháp giá thành rẻ, vận hành đơn giản,,… Ngồi phương pháp số nhược điểm Điều khiển nhiệt độ khó Nhiệt cung cấp khơng 2, VỎ LỊ 24 Vỏ lò khung cứng vững chắc, chủ yếu để chịu tải trọng q trình lò vận hành Mặt khác vỏ lò có tác dụng giữ lớp cách nhiệt rời đồng thời đảm bảo độ kín tương đối lò tránh làm thất nhiệt gây lãng phí tốn Vỏ lò thường làm thép dày 3-6mm dựng lên nhờ trụ thép Phương pháp lắp ghép chủ yếu hàn tán *LỚP LÓT Gồm hai thành phần vật liệu chịu lửa cách nhiệt Vâtj liệu chịu lửa : xây ghạch(tiêu chuẩn chịu lửa tốt) Yêu cầu vật liệu chịu lửa sau: Chịu nhiệt độ làm việc cực đại q trình làm việc lò Có độ bền nhiệt đủ lớn làm việc Có độ bền học lớn Đảm bảo khả năn tích nhiệt cực tiểu Phần cách nhiệt thường nằm vỏ lò phần vật liệu chịu lửa Phần chủ yếu đê giảm tổn thất nhiệt Chú ý với phần đáy phải chịu tcs dụng lực nơng sản giá đỡ nên đòi hỏi lớp cần có độ bền tươn đối tốt 3, động quạt Với thong số lò sau + Chiều rộng tác dụng lò: 1m + Chiều dài tác dụng lò: 2m + Chiều cao tác dụng lò: 1m 25 Ta dùng quạt VP làm việc theo kiểu ngược dòng, hệ đường ống chia làm hai đường ống tách rời dùng để chuyển lưu khơng khí (đối với loại dùng dây meso) Nhiệt độ khơng khí lò khơng đồng cần sử dụng quạt đối lưu nhiệt 4, Hệ thống thơng gió điều gió Bộ thơng gió lò sấy quạt hướng trục, lắp thành sau bên máy Cửa hút gió bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, điều chỉnh độ mở tay Cửa gió thường bố trí máy hay thành trước máy, có nắp điều gió Hệ thống đảo - Động điện quay: dùng cho kiểu giàn quay, thường gồm động điện, giảm tốc, truyền động cụm tiếp điểm cuối Bộ điều khiển báo hiệu Thường bao gồm: khởi động từ, cụm tiếp điểm tổng, rơle điện từ, cầu chì, nút bấm, cụm đầu nối điện, chuông đèn báo hiệu Bộ phận phụ trợ -Máy sấy cơng nghiệp có phận phụ trợ như: giàn chuyển sản phẩm, bánh xe chuyển giàn, bàn chuyển sản phẩm, thang Sơ đồ kối hệ thống sau 26 I.Khâu chuẩn bị nguyên liệu II.Hệ thống cân chọn lọc nguyên liệu VIII Khâu đóng gói bảo quản sản phẩm III.Hệ thống sơ chế nguyên liệu VII Hệ thống phân loại đưa sản phẩm ngồi lò sấy VI .Khâu hồn thành sản phẩm IV Hệ thống tự động đưa nguyên liệu vào lò V Hệ thống tự đưa nguyên liệu vào buồng sấy - LM35 cảm biến nhiệt độ analog Nhiệt độ xác định cách đo hiệu điện ngõ LM35 Hình Lm35 Sơ đồ chân LM35 sau: Chân 1: Chân nguồn Vcc Chân 2: Đầu Vout Chân 3: GND 27 Một số thơng số LM35: Cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng khơng u cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Đặc điểm cảm biến LM35 + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V + Độ phân giải điện áp đầu 10mV/oC + Độ xác cao 25 C 0.5 C + Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Dải nhiệt độ đo LM35 từ -55 C - 150 C với mức điện áp khác Xét số mức điện áp sau : - Nhiệt độ -55 C điện áp đầu -550mV - Nhiệt độ 25 C điện áp đầu 250mV - Nhiệt độ 150 C điện áp đầu 1500mV Tùy theo cách mắc LM35 để ta đo giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống đo từ đến 150 Chi tiết bạn xem datasheet Tính toán nhiệt độ đầu LM35 Việc đo nhiệt độ dụng LM35 thông thường sử dụng cách LM35 - > ADC - > Vi điều khiển Như ta có: U= t.k u điện áp đầu t nhiệt độ môi trường đo k hệ số theo nhiệt độ LM35 10mV/1 độ C Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 5V ADC 10bit Vậy bước thay đổi LM35 5/(2^10) = 5/1024 28 Giá trị ADC đo điện áp đầu vào LM35 (t*k)/(5/1024) = ((10^-2)*1024*t)/5 = 2.048*t Vậy nhiệt độ ta đo t = giá trị ADC/2048 Tương tự với ADC 11bit Vcc khác ta tính để cơng thức lấy nhiệt độ -cảm biến lm335 Hình dạng LM335 ngồi thực tế : Hình Lm 335 Nó có chân : chân cấp nguồn chân out tín hiệu Analog Khi ta cấp điện áp 5V cho LM335 nhiệt độ đo từ cảm biến chuyển thành điện áp tương ứng chân số (Vout) Điện áp tỉ lệ với giải nhiệt độ mà đo Với độ giải nhiệt độ đầu 10mV/K Hoạt động giải điện áp từ 5V giải nhiệt độ đo từ oC đến 100oC Và cần ý đến thơng số sau : 29 + Hoạt động xác dòng điện đầu vào từ 0.4mA đến 5mA Dòng điện đầu vào khoảng kết đo sai + Điện áp cấp vào ổn định 5V + Trở kháng đầu thấp ôm + Giải nhiệt độ môi trường từ đến 100 C Như LM335 cho tín hiệu tương tự (Analog) chúng phải xử lý tín hiệu thành nhiệt độ 3) Tính tốn giá trị mạch đo Do tín hiệu trả từ cảm biến LM335 tín hiệu tương tự Như để xử lý tín hiệu cho kết nhiệt độ tương ứng ta cần dùng biến đổi tương tự sang số gọi tắt ADC Đầu đo nhiệt độ từ đến 100 C Như ta biết độ phân giải nhiệt độ LM335 10mV/ K nên ta có + Tại C điện áp đầu LM335 2.73V + Tại 100 C điện áp đầu LM335 3.73V Như giải điện áp mà ADC biến đổi từ (2.73V đến 3.73V) tức 1V Gọi S giải điện áp đo tín hiệu : S = (2.73 – 3.73V) tức 1V A giải điện áp ADC : A = 5V Ta có Dspic tích hợp sẵn khối ADC 10 bit tốc độ cao Psoc tích hợp sẵn ADC 11 bit nên sử dụng ADC cho mục đích biến đổi Ta có bước thay đổi ADC 10 bit : n = /1024 = 4.9mV (Dspic) n1 = 5/2047 = 2.44mV (Psoc Sai số tương đối mạch đo ς= 0.0049/1 = 0.49% (Dspic) ς1 = 0.00244/1 = 0.244% (Psoc) 30 ) Tính giá trị nhiệt độ đầu LM335 cảm biến nhiệt độ , với nhiệt độ đầu 10mV/K Sử dụng biến đổi ADC_10bit : + có giá trị lớn 1024 + với V = V = 5V + Bước thay đổi : (Của Dspic Psoc)n = 5/1024 = 4.9 (mV) (Dspic) n1 = 5/2047 = 2.44(mV) (Psoc) Nên C hay 273K điện áp đầu LM335 có giá trị 2.73V Nên 100 C hay 373K điện áp đầu LM335 có giá trị : 373.10mV/K = 3.73V Như giải điện áp đầu vào (2.73 đến 3.73V) Tính tốn giá trị ADC đọc từ Lm335 + V_in = 2.73V =>ADC_value = (1024/5).2.73 = 559 (Dspic) + V_in = 3.73V => ADC_value = (1024/5).3.73 = 764 (Dspic) + V_in = 2.73V => ADC_value = (2047/5)*2.73 = 1118 (Psoc) + V_in = 3.73 => ADC_value = (2047/5)*3.73 = 1527 (Psoc) Mặt khác ADC_value = cho điện áp tương ứng 4.9mV (dspic) 2.44mV (Psoc) Trong LM335 cho điện áp 10mV/K Nên để ADC _value thay đổi đơn vị nhiệt độ phải thay đổi : (4.9mV/10mV/K) = 0.5K (dspic) (2.44mV/10mV/K) = 0.244K (Psoc) Như ta có cơng thức tính đầy đủ độ C tương ứng cho Psoc Dspic: t = (ADC_value – 559)* (4.9mV/10mV) = (ADC_value – 559) * 0.49 (Đối với Dspic) t = (ADC_value - 1118) * (2.44mV/10mV) = (ADC_value - 1118) * 0.244 (Đối với Psoc) 5) Tính giá trị điện trở đệm cho LM355 31 Muốn áp ứng với 10mV/oK phải cấp dòng cho từ 400uA đến 5mA, phải có điện trở đệm Nếu dùng nguồn áp 5V, dải đo từ 0-100 C => áp LM335 từ 2.73V đến 3.73V => áp rơi điện trở từ 2.27V đến 1.27V => chọn điện trở 1.5k nối 5V - 1,5k LM335 Do điện trở 1.5K khơng có nên ta dùng biến trở điện trở đệm 1.5K.Điều chỉnh giátrijij điện trở cho nhiệt độ với giá trị nhiệt độ mẫu cảm biến Pt 100 Hình cảm biến Pt100 Thông số kỹ thuật Nguyên lý đo Đo dòng Khoảng đo -20 đến +100oC Thời gian đáp ứng < giây Thời gian hiệu chuNn Không cần thiết Khoảng nhiệt độ -20 đến +100oC Cảm biến nhiệt Cáp Cáp dây 32 - - Loại lm34 Hình Lm34 + Lm34 giống lm35 thiết kế thang đo Fahrenheit từ -50 đến +3000F,độ xác ± 0,40F; +Lm34 có ngõ 10mV/0F Điện áp hoạt động: tới 20 V DC Trở kháng ngõ Lm34 thấp đặc điểm ngõ tuyến tính làm cho giá trị đọc rahay điều khiển điện dễ dàng 2.3 lý lựa chọn thết kế Chúng ta lựa chọn sử dụng lò sấy điện trở sử dụng cảm biến nhiệt độ(LM335, LM 35 LM34 … ) Thứ ở lò điện trở sấy nơng sản u cầu điều khiển nhiệt độ nằm dải từ 10-80oc Sử dụng cảm biến để điều khiển nhiệt độ thông qua vi xử lí CHƯƠNG KẾT LUẬN 3.1 Các kết đạt 3.1 1: Hợp lý công nghệ Hợp lý cơng nghệ có nghĩa lò khơng phù hợp với q trình cơng nghệ u cầu mà tính đến khả sử dụng q trình sử dụng khác khơng làm phức tạp q trình gia cơng làm tăng giá thành rõ rệt Cấu trúc lò phải 33 đảm bảo yêu cầu coi hợp lý Điều đặc biệc quan trọng nhu cầu vượt khả sản xuất 3.1 2: Hiệu kỹ thuật Hiệu kỹ thuật khả biểu thị hiệu suất cự đại kết cấu thơng số xác định ( kích thước ngồi, cơng suất, trọng lượng, giá thành…) Đối với thiết bị sản phẩm xuất ra, suất công suất định mức, suất tiêu hao điện để nung v.v tiêu của hiệu kỹ thuật Còn phần riêng biệt kết cấu hoạc chi tiết, hiệu kỹ thuật đánh giá công suất dẫn động, mô men xoắn, lực v.v … ứng với trọng lực, kích thước giá thành kết cấu 3.1 3: chán làm việc Chắc chán làm việc tiêu quan trọng chất lượng kết cấu lò điện Thường lò điện làm việc liên tục ca,hai ca ba ca ngày Nếu làm việc, phận khơng hồn hảo ảnh hưởng đến q trình sản xuất chung Điều đặc biệt quan trọng đến lò điện làm việc liên tục dây chuyền sản xuất tự động Ngay cá lò điên làm việc theo chu kỳ, lò ngừng làm thiệt hại rõ rệt cho sả xuất ngừng lò đột ngột ( nghĩa phá hủy chế độ việc bình thường lò ) dẫn đến việc làm hư hỏng sản phẩm, lẵng phí nguyên vật liệu làm tang giá thành sản phẩm Một tiêu phụ chắn làm việc phận lò điện khả thay nhanh khả trì dự trữ lớn lò điện làm việc bình thường Theo quan điểm chắn,trong thiết bị cần ý đến phận quan trọng nhất, quết định làm việc liên tục lò 3.1 4: Tiên lợi sử dụng Tiện lợi sử dụng nghĩa yêu cầu - Số nhân viên phục vụ tối thiểu - Không yêu cầu trình độ chun mơn cao, khơng u cầu sức lực dẻo dai nhân viên phục vụ - Số lượng thiết bị thiết bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu 3.2 Các hạn chế thực Do quán tính nhiệt thiết bị gia nhiệt lớn nên việc điều chỉnh nhiệt độ ổn định khó khăn 34 Thiết bị có độ nhạy nên khả phát tín hiệu điều khiển tới thiết bị điều khiển chậm xác Vì sử dụng nguồn điện làm tác nhân sấy điện nên gây lãng phí phụ phẩm nơng ngiệp tác nhân sấy có sẵn Sai số phép đo,sai số hệ thống chưa tính tốn chuẩn xác việc điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm khó khăn Khâu chuẩn bị nguyên liệu sấy đưa vào lò chưa tự động nên tốn thêm chi phí cho khâu Chất lượng nông sản thu hoạch không đồng dẫn đến việc kiểm soát chế độ sấy gặp nhiều khó khan 3.3 Biện pháp khắc phục Để giảm qn tính nhiệt, phải có thiết bị mơi trường gia nhiệt có qn tính nhỏ tốt - Thiết bị gia nhiệt bé quán tính nhiệt nhỏ Ở nhiệt độ, lò lớn có qn tính nhiệt tới 30% nhiệt độ làm việc; lò nhỏ, qn tính 10% - Mơi trường có qn tính nhiệt nhỏ qn tính nhiệt thiết bị nhỏ: quán tính nhiệt tỷ lệ thuận nhiệt dung vật chất Hai lò cơng suất, dùng loại dây sợi đốt, kiểu vỏ lò, dùng dây to có quán tính nhiệt lớn Cái dùng vật liệu chèn đặc qn tính lớn Vì ta nên chia thiết bị gia nhiệt thành nhiều nhánh song song, dùng vật liệu chèn thật xốp, nhẹ để giảm quán tính nhiệt Để tăng độ nhạy, cần thiết bị cảm biến có độ nhạy / độ phân giải cao Bên cạnh phải giảm độ trễ nhiệt Đầu tiên giảm quán tính nhiệt, sau áp dụng phương pháp điều khiển đại, phương pháp dùng PID có hiệu khả quan Đối với vấn đề tác nhân sấy cải thiện cách tích hợp thêm phận dàn nhiệt sử dụng tác nhân sấy từ phế thải nơng, cơng nghiệp vỏ trấu bã mía,gỗ vụn,mùn cưa, than làm nguồn cung cấp lượng cho hệ thống sấy Tuy nhiên sử dụng tác nhân sấy cần phải ý tới phận làm hòa trộn hỗn hợp khí Nếu làm hiệu lò sấy cao, giá thành rẻ, không sử dụng vùng sản xuất nông nghiệp tập trung mà áp dụng rộng khắp địa phương 35 Tính tốn sai số cách xác trình sấy đạt hiệu cao hơn,cho sản phẩm sấy có chất lượng tốt Đối với khu chế xuất,nhà máy chế biến nông sản cố định:để giảm giá thành sấy thiết kế thêm hệ thống xuất nhập nông sản tự động.như giảm chi phí th nhân cơng thực việc Sự đồng nông sản thu hoạch yếu tố quan trọng định tới chất lượng sản phẩm.Để có sản phẩm sấy đạt chất lượng cao chất lượng nông sản đầu vào cần ổn định.Vấn đề vấn đề khó khan yêu cầu có tham gia nhiều ban ngành tham gia để quy hoạch vùng sản xuất 36 37