BÀI tập lớn DO LUONG CAM BIEN

34 2 0
  • Loading ...
1/34 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 15/03/2020, 12:47

TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT, MỖI LƯỢT SẤY DUNG LƯỢNG 100KGCHƯƠNG 13TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG3TỔNG QUAN CHUNG31.1 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY41.2 TIÊU CHUẨN SẤY CÁC LOẠI HẠT71.3 CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẤY81.4 THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG SẤY91.4.1 Lựa chọn phương pháp sấy91.4.2 Sơ đồ hệ thống10CHƯƠNG 212GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH122.1 – BỘ GIA NHIỆT SỬ DỤNG ĐIỆN TRỞ SẤY122.2 – HỆ THỐNG THÔNG GIÓ VÀ ĐỘNG CƠ QUẠT132.2.1 – Hệ thống thông gió132.2.2 – Quạt đẩy132.3 – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN142.3.1 – Lựa chọn cảm biến142.3.1.1 – Cảm biến nhiệt độ142.3.1.2 – Cảm biến độ ẩm202.3.2– BỘ ĐIỀU KHIỂN262.3.2.1– PLC S7 – 1200262.3.2.2 Arduino UNO R328CHƯƠNG 329TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN293.1 – TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CẢM BIẾN293.1.1 – Cảm biến nhiệt độ LM35293.1.1.1 – Thông số của cảm biến LM35293.1.1.2– Tính toán nhiệt độ đầu ra cho LM35303.1.1.3 – Sai số của LM35303.1.1.4 – Phương pháp, vị trí lắp đặt cảm biến LM35303.1.2 – Cảm biến độ ẩm HS1101313.1.2.1 – Thông số cảm biến HS1101313.1.2.2 – Tính toán độ ẳm đầu ra của HS1101323.1.2.3 – Phương pháp, vị trí lắp đặt HS110133 BỘ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN ĐỀ TÀI: TỰ ĐỘNG HĨA TRONG HỆ THỐNG SẤY NƠNG SẢN DẠNG HẠT, MỖI LƯỢT SẤY DUNG LƯỢNG 100KG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: MAI THẾ THẮNG LỚP: TỰ ĐỘNG HÓA – K18 SINH VIÊN THỰC HIỆN: VŨ TOÀN TRUNG MSV: 1831240014 NGUYỄN HỮU TUẤN MSV: 1831240067 VŨ MINH TUẤN MSV: 1831240003 NGUYỄN ĐÌNH TUẤN MSV: 1831240053 NGUYỄN VĂN TƯỞNG MSV: 1831240071 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỔNG QUAN CHUNG .3 1.1 - CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 1.2 - TIÊU CHUẨN SẤY CÁC LOẠI HẠT .7 1.3 - CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẤY 1.4 - THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG SẤY 1.4.1 - Lựa chọn phương pháp sấy .9 1.4.2 - Sơ đồ hệ thống 10 CHƯƠNG .12 GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 12 2.1 – BỘ GIA NHIỆT SỬ DỤNG ĐIỆN TRỞ SẤY 12 2.2 – HỆ THỐNG THƠNG GIĨ VÀ ĐỘNG CƠ QUẠT 13 2.2.1 – Hệ thống thơng gió 13 2.2.2 – Quạt đẩy 13 2.3 – HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN 14 2.3.1 – Lựa chọn cảm biến 14 2.3.1.1 – Cảm biến nhiệt độ .14 2.3.1.2 – Cảm biến độ ẩm 20 2.3.2 – BỘ ĐIỀU KHIỂN .26 2.3.2.1 – PLC S7 – 1200 26 2.3.2.2- Arduino UNO R3 28 CHƯƠNG 29 TÍNH TỐN, LỰA CHỌN .29 3.1 – TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CẢM BIẾN .29 3.1.1 – Cảm biến nhiệt độ LM35 .29 3.1.1.1 – Thông số cảm biến LM35 .29 3.1.1.2 – Tính toán nhiệt độ đầu cho LM35 30 3.1.1.3 – Sai số LM35 30 3.1.1.4 – Phương pháp, vị trí lắp đặt cảm biến LM35 30 3.1.2 – Cảm biến độ ẩm HS1101 .31 3.1.2.1 – Thông số cảm biến HS1101 31 3.1.2.2 – Tính tốn độ ẳm đầu HS1101 32 3.1.2.3 – Phương pháp, vị trí lắp đặt HS1101 33 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỔNG QUAN CHUNG Ở Việt Nam nông nghiệp ngành có đóng góp đáng kể vào tổng thu nhập quốc dân Chính mà Đảng Nhà nước ln coi trọng cơng cơng nghiệp hố, đại hố sản xuất nơng nghiệp nơng thơn, nhờ mà ngành nơng nghiệp có bước phát triển vượt bậc, sản lượng thu hoạch từ loại nông sản qua mùa vụ ngày nâng cao Sản xuất nơng nghiệp tăng, đòi hỏi cơng nghệ sau thu hoạch phải phát triển mạnh để bảo quản tốt sản phẩm làm Hầu hết sản phẩm nông nghiệp dạng hạt lúa, ngô, đậu, vừng sau thu hoạch cần sấy khơ kịp thời tránh hư hỏng nấm mốc, mối, mọt đồng thời đáp ứng yêu cầu cho trình chế biến Trước sản phẩm nông nghiệp dạng hạt sau thu hoạch làm khô phương pháp phơi nắng Nhưng phương pháp hiệu mùa thu hoạch mùa khơ, thu hoạch mà thời tiết mưa liên tục kéo dài sản phẩm khơng phơi khơ dẫn đến nảy mầm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Vì có phương pháp khác đời để làm khô sản phẩm kịp thời tình hình thời tiết phương pháp sấy Hiện giới có nhiều loại thiết bị sấy đại, có cơng suất lớn giá thành lại cao đòi hỏi kỹ thuật vận hành phức tạp nên đưa loại máy vào cho sản xuất nơng nghiệp nước ta Trên thị trường nước ta xuất thiết bị sấy, thiết bị cồng kềnh, nhiệt độ sấy không ổn định đồng thời tự động thay đổi nhiệt độ sấy cần thiết loại hạt ta cần chọn nhiệt độ sấy thích hợp nhằm đạt suất cao, chất lượng tốt tiết kiệm lượng Đặc biệt nông sản dạng hạt mà làm hạt giống yêu cầu độ ổn định nhiệt độ cao suốt trình sấy Mặt khác để dễ dàng cho người sử dụng việc theo dõi nhiệt độ sấy thay đổi nhiệt độ sấy nhiệt độ sấy nhiệt độ đặt cần phải hiển thị Ngồi hệ thống sấy phải có giá thành rẻ phù hợp với kinh tế nơng nghiệp nước ta Theo chúng em tiến hành nghiên cứu phát triển đề tài: “Thiết kế hệ thống tự động đo, điều khiển hiển thị nhiệt độ khí sấy nơng sản dạng hạt” 1.1 - CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ 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: P m > Pk Pm – Pk = ΔP Pm - áp suất nước 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 hiên 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 Pk phụ thuộc chủ yếu nước có mặt khơng khí Trong vật liệu ẩm nước tồn hai trạng thái: liên kết tự Ở hai dạng ẩm đó, nước khuếch tán bốc khơng khí Nước liên kết giữ lực liên kết hoá học lớn nên khó bay Nước bay vật liệu đốt nóng nhiệt độ cao 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: Pm > Pk lượng ẩm bề mặt sản phẩm bốc vào khơng khí làm cho áp suất bề mặt vật liệu Pm giảm xuống Từ vật liệu nước khuếch tán bề mặt bốc thiết lập cân giữ áp suất bề mặt độ ẩm Độ ẩm vật liệu giảm dần theo trình sấy Theo mức độ khơ vật liệu, bốc chậm dần tới độ ẩm lại vật liệu đạt tới giá trị đó, gọi độ ẩm cân Wcb, ΔP = 0, nghĩa Pm = Pk trình sấy dừng lại Nếu Pm < Pk ngược lại vật liệu hút ẩm trình gọi q 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 khơngkhí Tốc độ sấy xác định lượng nước bốc từ 1m bề mặt hay từ 1kg vật liệu ẩm đơn vị thời gian: Us = hay Us = G.t Us - Tốc độ sấy, kg/m2.h hay (kg/kg.h) W - Lượng nước bốc từ bề mặt vật liệu có diện tích F(m 2) 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 mặt vật liệu sấy… Mặc dù quy luật thay đổi nhiệt, nông ẩm phần lớn loại nông sản có dạng chung đồ thị (hình 1) Hình Đồ thị trình sấy Căn vào biến thiên tốc độ sấy, chia trình sấy thành giai đoạn:  Giai đoạn 1: 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 Wvl giảm không đáng kể (đoạn AB)  Giai đoạn 2: ứng với thời gian t1, 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 không 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 3: ứng với thời gian t2, 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 tốc độ sấy giảm vật liệu khô hơn, tốc độ khuếch tán ẩm vật liệu nhỏ tố 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 thoát ẩm Cuối giai đoạn lượng ẩm liên kết bền bắt đầu tách Nhiệt cung cấp phần để nước tiếp tục bốc hơi, phần để làm vật liệu tiếp tục nóng lên Nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên độ ẩm vật liệu đạt độ ẩm cân nhiệt độ vật liệu nhiệt độ tác nhân sấy (tương ứng với điểm E) Ở giai đoạn phải giữ nhiệt độ tác nhân sấy không vượt nhiệt độ cho phép vật liệu Trong qua trình sấy khơ vật liệu, tính chất sinh học, lý hóa, cấu trúc học tính chất khác vật liệu cần giữ nguyên thay đổi Vì quan trọng, tiêu chuẩn đánh giá phẩm chất sản phẩm Để đạt yêu cầu cần phải thực chế độ sấy, nghĩa phải đảm bảo giá trị thích hợp nhiệt độ sấy, thời gian tốc độ giảm ẩm loại vật liệu mà không giới hạn cho phép Vì trình sấy cần ý đặc điểm sau: Nhiệt độ sấy cho phép nhiệt độ tối đa chưa làm ảnh hưởng tới chất lượng Nếu nhiệt độ sấy cao làm biến đổi thành phần dinh dưỡng có hạt, protein hạt bị ngưng tụ, chất bột hạt bị hồ hóa, dầu bị oxy hóa…, dẫn đến giảm giá trị dinh dưỡng sản phẩm, giảm súc nảy mầm hạt giống… Yêu cầu kĩ thuật sấy nhiệt độ hạt không 60 0C hạt lương thực 50 0C hạt giống, độ ẩm đạt tới 25% nhiệt độ chất mang nhiệt cho phép tới 70 0C, độ ẩm hạt cao 25%, nhiệt độ chất mang nhiệt không 800C Tốc độ giảm ẩm cho phép giới hạn tốc độ tối đa tốc độ giảm ẩm trung bình chưa gây hư hỏng chất lượng sản phẩm Quá trình giảm ẩm sấy kèm theo những biến đổi tính chất vật lý, hóa học cấu trúc vật liệu Ví dụ: trọng lượng riêng, độ bền học, kích thước, hình dáng, biến dạng cấu trúc tế bào Nếu sấy với tốc độ nhanh, biến đổi nói xảy mãnh liệt làm gãy nứt nông sản 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 đạt tới mức làm giảm chất lượng hạt nhiệt không ngắn tới mức làm cho tốc độ giảm nhiệt nhanh 1.2 - TIÊU CHUẨN SẤY CÁC LOẠI HẠT Khi thu hoạch, hạt thường có độ ẩm cao, trung bình 20-22% Một số loại hạt thu hoạch vào mùa mưa nước ta, độ ẩm lúc đầu chúng tới 3440% Những hạt ẩm khơng sấy kịp thời bị thâm, chua, thối chí hư hỏng hồn tồn Một số loại hạt đậu tương, vừng Phải sấy tới độ khô định tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi Tất loại hạt trước đưa vào kho bảo quản, thiết phải qua sấy tới độ ẩm an tồn  Lúa mì:  Yêu cầu: phải đảm bảo số lượng chất lượng gluten  Đặc điểm: bắt đầu nhiệt độ từ 50ºC có thay đổi nhỏ số lượng chất lượng gluten Vì nhiệt độ sấy cho phép đến 50ºC  Lúa, ngô: Nước thoát 200kg/tấn, lúa 33% ẩm độ xuống 16% ẩm độ Lúa khơ vỏ khoảng 20-22% ẩm độ, có màu vừa chuyển từ màu nâu đen qua màu vàng sáng, hạt lúa cắn bên mềm Lúa khơ xay chà tồn trử khoảng 14-16%ẩmđộ,hạt cắn kêu, giòn Lúa ướt từ 33% ẩm độ giảm xuống 20-22% ẩm độ giảm nhanh vòng đến phút nên dùng nhiệt độ đến 80ºC để sấy Lúa ướt từ 20-22% ẩm độ giảm xuống 14-16% ẩm độ phải có thời gian định, thường giảm không 1,5% ẩm độ/1giờ, giảm nhanh hạt gạo bên bị nứt Nên thời gian nhiệt độ sấy không 42ºC cho lúa giống, từ 45ºC trở xuống cho lúa ăn Nếu ta biết đặc tính quạt, lò đốt, sinh lý hạt lúa, ta yên tâm sấy chất lượng cao, khơng bị tro, khói nứt hạt lúa  Các hạt họ đậu: Các hạt học đậu thường chứa lượng lớn protein, phần lớn tinh bột từ 46-52% lipit từ 2-3% Các hạt họ đậu nhạy cảm với tăng nhiệt độ nên thường phải thực nhiều giai đoạn sấy để giữ chất cho sản phẩm nâng cao suất máy sấy 1.3 - CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN Q TRÌNH SẤY Để qúa trình sấy đạt hiệu cao, không làm giảm chất lượng nơng sản sau sấy ta cần tìm hiểu tác động gây ảnh hưởng đến 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 mơi trường lớn, hạt hơ hấp mạnh Q trình diễn làm ơxi hố chất hữu hạt sinh nhiệt, làm hạt bị nóng lên, phôi 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 khơ hạt mà q 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 hô hấp không đáng kể Khi độ ẩm tăng cường độ hơ hấp tăng dần Độ ẩm hạt tăng đến giới hạn định cường độ hô hấp tăng lên Sự tăng đột biến cường độ hơ hấp q 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 hô 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 ln phải nhỏ nhiệt độ cho phép Ví dụ nhiệt độ cho phép ngô giống 500C ngô thịt 50 – 550C Bảng nhiệt độ sấy cho phép độ ẩm giới hạn Tên hạt Nhiệt độ sấy cho phép (0C) Thóc 35 Ngô 50 Đỗ tương 30 Vừng 50 Lạc 50 1.4 - THIẾT KẾ SƠ BỘ HỆ THỐNG SẤY Độ ẩm giới hạn bảo quản (%) 13 – 13,5 13 – 13,5 11 – 12 7–8 8–9 1.4.1 - Lựa chọn phương pháp sấy  Các phương pháp sấy:  Sấy đối lưu: phương pháp dùng phổ biến sản xuất, sử dụng tác nhân sấy khí nóng vừa làm nhiệm vụ truyền nhiệt vừa lấy ẩm khỏi vật liệu sấy  Sấy tiếp xúc: vật liệu nhận trực tiếp dẫn nhiệt từ bề mặt nóng  Sấy xạ: phương pháp sấy dùng tia xạ chiếu vào đối tượng cần làm khô, nguồn nhiệt xạ thường dùng đèn hồng ngoại, điện trở, chất lỏng chất khí đốt nóng điến nhiệt độ định để vật nóng phát xạ hồng ngoại Tia hồng ngoại chiếu vào vật nước hấp thụ đa số lượng, tia xuyên qua không sinh nhiệt  Sấy hăng hoa: trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực iếp từ trạng thái rắn sang trạng thái nhờ trình thăng hoa  Lựa chọn: dựa vào vật liệu sấy nông sản dạng hạt dung lượng lượt sấy 100kg ta lựa chọn phương pháp sấy đối lưu tính phổ biến, áp dụng rộng rãi để thiết kế hệ thống đơn giản phương pháp lại 1.4.2 - Sơ đồ hệ thống – Cửa khí – Buồng sấy – Quạt đẩy gia nhiệt – Cửa xả nguyên liệu – Cảm biến độ ẩm – Phễu đổ nguyên liệu – Băng truyền – quạt thơng gió – Cảm biến nhiệt độ 10 – Cảm biến trọng lượng Bên buồng sấy ta đặt băng tải so le với nhau, băng tải làm vải lưới kim loại chuyển động ngược chiều Vật liệu từ thùng chứa chảy xuống băng tải cùng, di chuyển dọc theo buồng sấy đổ xuống bang tải đặt Quạt gió đẩy khơng khí qua gia nhiệt vào buồng sấy, ngồi qua cửa Sản phẩm sấy ngồi qua cửa Do ngun liệu đổ xuống nhiều lượt từ bang tải đến bang tải khác xáo trộn nhiều lần nên trình sấy đồng Nhiệt độ độ ẩm buồng sấy hiển thị điều khiển từ tín hiệu cảm biến đặt buồng sấy Từ thông số độ ẩm nhiệt độ, điều khiển điều chỉnh tốc độ băng truyền, quạt đẩy gia nhiệt để đảm bảo độ ẩm nông sản theo yêu cầu 10  Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản  Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, bền  Dải đo: -50 ~ 150oC  Ứng dụng: Đo nhiệt độ khơng khí, dùng thiết bị đo, bảo vệ mạch điện tử  Các loại cảm biến nhiệt bán dẫn điển hình: kiểu diode, kiểu IC LM35, LM335, LM45 2.3.1.2 – Cảm biến độ ẩm Cảm biến đo độ ẩm hoạt động dựa nguyên lý hấp thụ độ ẩm (hơi nước) làm biến đổi tính chất thành phần cảm nhận cảm biến (chất hóa học cấu tạo LiCl, P2O5) làm thay đổi điện trở cảm biến qua xác định độ ẩm Phân loại cảm biến độ ẩm: Cảm biến độ ẩm thường chia thành hai loại: loại thứ dựa tượng vật lý cho phép xác định độ ẩm(ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế điện ly) Loại thứ hai dựa tính chất vật có liên quan đến độ ẩm (ẩm kế trở kháng, cảm biến điện dung, nhiệt dẩn) Các tiêu chí lựa chọn cảm biến độ ẩm: Những tiêu chí quan trọng lựa chọn cảm biến độ ẩm bao gồm: Độ xác Tính thay lấp lẫn Tính lặp lại đặc tính kỹ thuật Tính ổn định Khả phục hồi sau ngưng tụ nước Tính kháng nhiễm tạp chất, chất bẩn Kích cỡ bao gói Tính hiệu giá thành Giá thành thay bảo dưỡng có hỏng hóc Hiệu chuẩn Tính phức hợp thực hóa q trình chuẩn hóa tín hiệu mạch thu thập liệu Sau số loại cảm biến độ ẩm thông dụng :             Cảm biến RH kiểu điện dung: 20  Cấu tạo: Được thiết kế dựa tế bào điện dung đặc biệt  Nguyên lý: Khi độ ẩm thay đổi làm giá trị điện dung thay đổi Các ứng dụng cảm biến độ RH kiểu điện dung chiếm phạm vi rộng, bao gồm:  Các thiết bị bên ô tô phận chống đóng bang kính chắn gió          Các máy in, máy tính Các thiết bị y tế quạt thơng gió lò ấp Những ứng dụng dân dụng lò vi sóng, tủ lạnh, máy sấy quần áo HVAC (Nhiệt, thơng gió điều hòa khơng khí) Các máy thu ghi liệu Bộ phận phát rò rỉ Các trạm khí tượng Thiết bị cơng nghiệp xử lý thực phẩm Buồng thử môi trường Ưu điểm: điện áp gần tuyến tính, phạm vi đo độ RH dung sai ngưng tụ nước rộng; tính thay lấp dẫn dùng điều hướng tính laser, tính ổn định thời gian dài sử dụng Nhược điểm: khoảng cách từ phần tử cảm biến tới mạch chuẩn hóa tín hiệu bị giới hạn nhược điểm lớn loại  Cảm biến độ ẩm kiểu điện trở: 21 Các cảm biến kiểu điện trở cảm biến độ ẩm loại nhỏ, giá thấp mà lại có độ ổn định lâu bền tính thay lấp lẫn cao Chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp, thương mại dân dụng, đặc biệt kiểm tra thị chất lượng sản phẩm Các cảm biến điện trở có đáp ứng phi tuyến thay đổi độ ẩm, tuyến tính hóa phương pháp tương tự hay phương pháp số Phạm vi biến thiên điện trở điển hình từ vài kΩ tới hàng trăm MΩ Tần số kích thích định mức từ 30Hz đến 10KHz Các cảm biến độ RH có tính thay lấp dẫn cao (trong phạm vi ±2% PH) Mạch điện từ chuẩn hóa tín hiệu hiệu chuẩn điểm RH cố định, hạn chế cần thiết chuẩn độ ẩm Độ xác kiểm nghiệm buồng hiệu chuẩn RH hệ tiêu chuẩn dùng máy tính tham chiếu tới mơi trường tiêu chuẩn Các cảm biến kiểu điện trở có nhiệt độ làm việc định mức phạm vi từ -40 tới 100˚C Tuổi thọ cảm biến mong đợi năm ứng dụng thương mại dân dụng, sử dụng điều kiện bám bẩn gây hỏng hóc vĩnh viễn Các cảm biến kiểu điện trở có xu hướng suy dời số thị trình lộ cho nước ngưng tụ sử dụng lớp phù hòa tan nước Ưu điểm:  Khơng cần hiệu chỉnh, có tính thay lấp dẫn cao khả thay chỗ     Có tính ổn định lâu bền Có khả sử dụng vị trí lắp đặt xa Kích thước nhỏ Giá thành thấp Nhược điểm:  Việc phản ứng với hóa chất bám bẩn gây nên hỏng hóc vĩnh viễn  Trị số đo bị suy dời sử dụng phủ hòa tan nước  Cảm biến kiểu nhiệt dẫn: Các cảm biến độ ẩm kiểu nhiệt dẫn nói chung sử dụng thiết bị máy móc, kể máy sấy quần áo lò vi sóng, chúng sử dụng nhiều 22 ứng dụng công nghiệp, kể lò sấy gỗ, máy sấy, bào chế dược phẩm, nấu ăn khử nước thực phẩm Được cấu trúc từ thủy tinh, vật liệu bán dẫn, chất dẻo nhiệt độ cao nhôm, cảm biến nhiệt dẫn loại lâu bền có tính chịu hóa chất Chúng cho độ phân giải cao so với cảm biến kiểu điện dung kiểu điện trở nhiệt độ lớn 200˚F Độ xác điển hình 3(g/m 3), chuyển đổi thành gần ±5% RH 40 ˚C ±5% RH 100 ˚C Ưu điểm:  Rất lâu bền  Hoạt động tốt mơi trường ăn mòn nhiệt độ cao tới 575 ˚F  Có độ phân giải tốt cảm biến kiểu điện dung điện trở Nhược điểm: Đáp ứng với chất khí có tính chất nhiệt khác với nito lỏng, điều ảnh hưởng tới phép đo 2.3.1.3 Cảm biến tải loadcell Z6FC3 100kg 2.3.1.3.1 Giới thiệu Hệ thống cảm biến tải Z6 Đức, làm từ thép không gỉ phòng hộ cao, sản phẩm bán chạy thị trường Có thể dùng rộng rãi lĩnh vực cân bàn, cân đóng bao, cân băng chuyền máy chiết rót tự động _ load cell phụ kiện lắp đặt chế tạo từ thép không gỉ _ dựa theo tiêu chuẩn OIMLR60, lớn đạt tới 6000d _ ống gợn sóng hàn kín lazer _ phạm vi lớn từ 5kg – _ chế tạo dây _ mơ hình chống cháy nổ đạt tiêu chuẩn ATEX 95 _ trải qua trình điều chỉnh chênh lệch góc, phù hợp sử dụng song song _ đạt chuẩn EMC/ESD (dựa theo EN45501) 2.3.1.3.2Bản vẽ kỹ thuật 23 Thông số kỹ thuật Mã sản phẩm Z6FD1 Z6FC3 Z6FC3MI Cấp xác D1 Phạm vi xác minh tối đa 1000 C3 3000 Tải trọng hạn định Kg 10; 20; 50; 50;100; 100; 200; 200 500 – t 5; 10; 20 50; 100; 200; 500 Phạm vi đo nhỏ % of 0.0360 0.0090 Emax – – Tử trọng nhỏ hồi phục đầu 2 mV/V +1; -0.1 ±0.051) Độ nhạy % Sai số độ nhạy Z6FC4 C3/MI7.5 C4 3000 4000 Z6FC6 C6 6000 10; 50; 50; 100; 100; 200; 200; 500 – – 0.0066 0.0066 0.0066 0.5SEmax/ – 7500 2 1) 1) ±0.05 ±0.05 ±0.051) ảnh hưởng nhiệt độ % of ±0.0500 ±0.0080 ±0.0080 ±0.0070 ±0.0040 độ nhạy Cn/10 ±0.0500 ±0.0125 ±0.0093 ±0.0093 0.0093 ảnh hưởng nhiệt độ K số zero 24 Lỗi trễ Lỗi tuyến tính khoảng lệch phục hồi % of ±0.0500 ±0.0170 ±0.0066 ±0.0130 ±0.0080 Cn ±0.0500 ±0.0180 ±0.0180 ±0.0150 ±0.0110 ±0.0490 ±0.0166 ±0.0098 ±0.0125 ±0.0083 Trở kháng vào Trở kháng Ω 350…480 350…480 350…480 350…480 350…480 356 ± 0.2 356 ± 356 ± 356 ± 356 ± 0.12 0.12 0.12 0.12 Điện áp kích thích khuyến nghị Điện áp kích thích hạn định V Trở cách ly GΩ 0.5…12 >5 Nhiệt độ hạn định oC[oF] -10…+40[15…+105] Nhiệt độ làm việc -30…+70[-20…160] Nhiệt độ bảo quản -50…+85[-60…+185] Tải an toàn Tải hỏng Tải trọng lớn Cho phép tải động Lượng biến dạng lớn Trọng lượng Cấp độ bảo vệ Đo hệ thống ống kim loại ống cáp vỏ cáp % of 150 Emax kg ≥300 10 20 50 100 % of 100 100 100 100 Emax 0.24 0.3 0.29 0.27 Mm 0.5 0.5 0.5 0.5 kg 100 0.31 0.5 200 500 100 100 0.39 0.6 0.5 0.5 1000 100 0.55 2.3 IP 68 ( kiểm tra điều kiện ngiêm ngặt: ngâm nước 100h độ sâu 1m) Thép không gỉ Thép không gỉ Thép không gỉ/Viton PVC Cảm ứng tải (load cell): Z6FD1/5kg Z6FD1/10kg Z6FD1/20kg Z6FD1/50kg Z6FD1/100kg Z6FD1/200kg Z6FD1/500kg Z6FD1/1t Cảm ứng tải (load cell): Z6FC3/10kg Z6FC3/20kg Z6FC3/50kg Z6FC3/100kg Z6FC3/200kg Z6FC3/500kg Z6FC3/1t 25 2.3.2 – BỘ ĐIỀU KHIỂN 2.3.2.1 – PLC S7 – 1200  Khái quát PLC S7 1200: Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ yêu cầu điều khiển tự động Sự kết hợp thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt tập lệnh mạnh mẽ khiến cho S7- 1200 trở thành giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác  Bộ phận kết nối nguồn  Các phận kết nối nối dây người dùng tháo (phía sau nắp che)  Khe cắm thẻ nhớ nằm cửa phía  Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp  Bộ phận kết nối PROFINET Chức Kích thước vật lý Bộ nhớ người dùng  Bộ nhớ làm việc  Bộ nhớ nạp  Bộ nhớ giữ lại CPU 1214C 110 x 100 x 75 Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) 1204 byte ngõ (O) 8192 byte Bộ nhớ bit (M) Độ mở rộng module tín hiệu Bảng tín hiệu Các module truyền thơng Các đếm tốc độ cao  Đơn pha  Vuông pha Các nõ sung  50 KB  MB  KB (mở rộng bên trái)  100KHz 30KHz  80KHz 20KHz 26 Thẻ nhớ Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực PROFINET Tốc độ thực thi tính tốn thực Tốc độ thực thi boolean Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn) Thông thường 10 ngày, ngày 400C cổng truyền thông ethernet 18 μs/lệnh 0,1 μs/lệnh  Sơ đồ nguyên lý làm việc:  Viết chương trình, thiết lập PLC  Sau tải chương trình xuống PLC, trình sấy nông sản dạng hạt sau khoảng thời gian thiết lập từ trước vào đếm thời gian TIMER cảm biến kiểm tra nhiệt độ độ ẩm hạt ngưỡng cho phép dừng trình sấy lại đóng gói sản phẩm Nếu trình sấy (sau thời gian TIMER thiết lập lần 1) hạt nông sản chưa đủ tiêu chuẩn quy định mà ta đề phải thiết lập thêm khoảng thời gian cho TIMER để sấy Ưu điểm:     Thiết kế nhỏ gọn, độ ổn định cao Ngơn ngữ lập trình đơn giản Dung lượng lớn để xử lý nhiều chương trình phức tạp Không hạn chế việc sử dụng tiếp điểm Dễ dàng kết nối với thiết bị: Máy tính, internet, modul mở rộng… Nhược điểm: Gía thành cao 27 2.3.2.2- Arduino UNO R3  Khái quát Arduino UNO R3: Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… Một vài thơng số bản: - Vi điều khiển: Atmega328 họ 8bit - Điện áp hoạt động: 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động: 16MHz Dòng tiêu thụ: Khoảng 30mA Điện áp vào (khuyên dùng): 7-12V DC Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog: (độ phân giải 10 bit) Dòng tối đa chân I/O: 30mA Dòng tối đa (5V): 500mA Dòng tối đa (3V): 50mA Bộ nhớ flash: 32KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bootloader SRAM: 2KB (Atmega328) EEPROM: 1KB (Atmega328) Ưu điểm:     Giá thành thấp Thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi Có nhiều ứng dụng vượt trội Cộng đồng hỗ trợ lớn Nhược điểm:  Độ ổn định thấp  Hạn chế nhớ  Ngôn ngữ lập trình phức tạp 28 CHƯƠNG TÍNH TỐN, LỰA CHỌN 3.1 – TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CẢM BIẾN 3.1.1 – Cảm biến nhiệt độ LM35 LM35 cảm biến nhiệt độ analog Nhiệt độ xác định cách đo hiệu điện ngõ LM35 Sơ đồ chân LM35 sau:  Chân 1: Chân nguồn Vcc  Chân 2: Đầu V  Chân 3: GND 3.1.1.1 – Thông số cảm biến 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 không yêu cầu chỉnh ngồi vốn chúng chỉnh  Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V  Độ phân giải điện áp đầu 10mV/0C  Độ xác cao 250C 0.50C 29  Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải  Dải nhiệt độ đo LM35 từ -550C đến 1500C với mức điện áp khác Xét số mức điện áp sau :  Nhiệt độ -550C điện áp đầu -55mV  Nhiệt độ 250C điện áp đầu 250mV  Nhiệt độ 1500C điện áp đầu 1500mV Tùy theo cách mắc LM35 để ta đo giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống đo từ 00C đến 1500C 3.1.1.2 – Tính tốn nhiệt độ đầu cho LM35 Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường sử dụng cách: LM35 → VDC → Vi điều khiển ta có: Ur = T.k Ur - điện áp đầu (mV) T - nhiệt độ môi trường đo (0C) k - hệ số theo nhiệt độ LM35 10mV/10C Vậy nhiệt độ ta đo T = Ur/10 (0C) Điện áp Vcc cấp cho LM35 5V VDC 10bit Bước thay đổi LM35 5/ (2^10) = 5/1024 = 0.00488 Tương tự với VDC 11bit Vcc khác ta tính để công thức lấy nhiệt độ 3.1.1.3 – Sai số LM35  Tại 00C điện áp LM35 0.01V  Tại 1500C điện áp LM35 1.5V => Giải điện áp VDC biến đổi 1.5 - 0.01 = 1.49 (V)  VDC 10 bit nên bước thay đổi VDC : n = 0.00488 Vậy sai số hệ thống đo : Y = 0.00488/1.49 = 0.327 % 3.1.1.4 – Phương pháp, vị trí lắp đặt cảm biến LM35 Ta sử dụng mơi trường Arduino cho việc đọc tín hiệu cảm biến xuất Serial việc lập trình đơn giản Phần cứng:  Arduino UNO R3  Breadboard  Dây cắm Breadboard  cảm biến LM35 Lắp mạch nguyên lý hình đây: 30 Cảm biến nhiệt LM35 đặt phần buồng chứa khay sấy, tiếp xúc với khí nóng buồng Như cảm biến đo xác nhiệt độ buồng sấy 3.1.2 – Cảm biến độ ẩm HS1101 HS1101 loại cảm biến đo độ ẩm có độ xác ±2% Dải nhiệt độ hoạt động từ -400C÷ 1000C Cảm biến HS1101 sử dụng phổ biến sống, ngồi dùng kết hợp với cảm biến LM35 (DS18B20 tương tự với LM35) dùng đo nhiệt độ Sơ đồ chân HS1101 sau:  Chân Ground Pin : Chân đất ( có vỏ đồng)  Chân Signal : Chân tín hiệu (khơng có vỏ đồng) 3.1.2.1 – Thông số cảm biến HS1101  Điện áp hoạt động: 5V đến 10V  Giao tiếp: Ngõ analog 31  Dải đo độ ẩm: đến 99%RH  Nhiệt độ hoạt động: - 40 oC đến 100oC 3.1.2.2 – Tính tốn độ ẳm đầu HS1101 Cảm biến HS1101 cảm biến điện dung Khi độ ẩm thay đổi, điện dung HS1101 thay đổi Do vậy, để đo độ ẩm người ta thiết kế mạch đo điện dung HS1101 Trong thực tế, người ta thường ghép nối HS1101 IC NE555 Khi giá trị điện dung HS1101 thay đổi làm thay đổi tần số đầu IC555 Như cần đo tần số đầu đo điện dung HS1101 Tần số dao động mạch tính cơng thức: F – Tần số C% - Điện dung theo độ ẩm RH – Độ ẩm Công thức liên hệ đọ ẳm điện dung: C(pF) = C55% x (1.2510-7 x RH3 - 1.3610-5 x RH2 + 2.1910-3 x RH + 9.010-1 ) C – Điện dung đo C55%  180 pF Từ hai cơng thức ta có mối quan hệ tần số độ ẩm: 32 3.1.2.3 – Phương pháp, vị trí lắp đặt HS1101 Ta sử dụng mơi trường Arduino cho việc đọc tín hiệu cảm biến xuất Serial việc lập trình đơn giản Phần cứng:  Cảm biến độ ẩm HS1101  Arduino UNO R3  Breadboard  Dây cắm Breadboard  led đỏ, led xanh  Dây nhảy  điện trở Lắp mạch nguyên lý hình đây: 33 Cảm biến độ ẩm HS1101 đặt vị trí tiếp xúc với lượng ẩm buồng Như cảm biến đo xác độ ẩm buồng sấy 34 ... ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Vì có phương pháp khác đời để làm khô sản phẩm kịp thời tình hình thời tiết phương pháp sấy Hiện giới có nhiều loại thiết bị sấy đại, có cơng suất lớn giá... Nước liên kết giữ lực liên kết hoá học lớn nên khó bay Nước bay vật liệu đốt nóng nhiệt độ cao trình bay thường gây nên biến đổi cấu trúc phân tử vật liệu Do tính chất hút, nhả ẩm vật liệu khơng... cao, khơng bị tro, khói nứt hạt lúa  Các hạt họ đậu: Các hạt học đậu thường chứa lượng lớn protein, phần lớn tinh bột từ 46-52% lipit từ 2-3% Các hạt họ đậu nhạy cảm với tăng nhiệt độ nên thường
- Xem thêm -

Xem thêm: BÀI tập lớn DO LUONG CAM BIEN, BÀI tập lớn DO LUONG CAM BIEN

Mục lục

Xem thêm

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn