Điều khiển, giám sát hệ thống mạng PLC điều khiển lò mở lò nhiệt và máy xếp hàng tự động, chương 12 pdf

Chương 12: Đối tượng lò nhiệt và
cảm biến
5.2.1. Đối tượng lò nhiệt
Trong thực tế, trong công nghiệp các lò nhiệt thường
có công suất rất lớn, quán tính lớn, tầm nhiệt hoạt động
rộng và có nhiều cách đốt nóng khác nhau như dùng lò xo,
khí đốt, sóng cao tần…Khi điều khiển nhiệt độ, đặc tính cần
chú ý là độ quán tính, năng suất toả nhiệt ra môi trường.
Tính chất của lò nhiệt phụ thuộc vào thể tích, vật liệu cách
nhiệt và nguồn nhiệt.
Lò nhiệt được sử dụng trong luận văn là 1 loại lò
nướng dân dụng, điện áp xoay chiều, có độ quán tính tương
đối lớn, có công suất tiêu thụ lớn nhất là 800W.
5.2.2. Các loại cảm biến
Khi điều khiển nhiệt độ, chúng ta phải có thiết bò để
đọc nhiệt độ hiện tại của lò về, từ đó mới có thể điều
khiển nhiệt độ 1 cách chính xác. Thiết bò đó là cảm biến.
Trong thực tế người ta thường sử dụng những loại cảm biến
sau: Thermocouple, RTD, thermistor, và các IC bán dẫn
5.2.2.1. RTD
Ưu điểm
° Ổn đònh nhất
° Chính xác
° Độ tuyến tính cao
Khuyết điểm
° Giá thành cao
° Cần phải cung cấp nguồn dòng
° Tự gia tăng nhiệt
5.2.2.2. Thermistor
Ưu điểm
° Ngõ ra có giá trò lớn

° Đáp ứng nhanh
Khuyết điểm
° Phi tuyến
° Giới hạn tầm đo nhiệt
° Dễ vỡ
° Cần phải cung cấp nguồn dòng
° Tự gia tăng nhiệt
5.2.2.3 . IC cảm biến
Ưu điểm
° Tuyến tính nhất
° Ngõ ra có giá trò cao nhất
° Rẻ tiền
Khuyết điểm
° Nhiệt độ đo dưới 200
0
C
° Cần cung cấp nguồn cho cảm biến
5.2.2.4 .Thermocouple (Cặp nhiệt điện)
Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn lại ở 1
đầu được gọi là đầu nối nóng, hai đầu còn lại gọi là
đầu nối lạnh hay đầu nối chuẩn
+
T
o
V
Đầu nóng
Hình: Sơ đồ nguyên lý thermocouple
Theo hiệu ứng Seebeck, khi có chênh lệch nhiệt
độ giữa đầu nóng hay đầu lạnh thì phát sinh suất điện
động giữa 2đầu lạnh,hai đầu lạnh đặt cùng nhiệt độ

T
o
.
V = a + b.

T + c.

T2 (2.4)

T = T-T
o

Kim loại A
Kim loại B
Trong đó T:nhiệt độ đo, To:nhiệt độ đầu lạnh
Từ (2.4) ta thấy quan hệ giữa V và

T là phi tuyến .
Nhưng khi sử dụng tầm đo hẹp có thể tuyến tính
hoá đặc tính cặp nhiệt điện theo biểu thức:
V=k.

T
k:hệ số nhiệt, đơn vò µV/
o
C.
Một số loại cặp nhiệt thông dụng
Nế
u dây
cặp nhiệt không được dài và ta phải sử dụng dây đồng để

nối đến dụng cụ đo thì số chỉ của dụng cụ đo là hiệu số giữa
nhiệt độ đo T và nhiệt độ chỗ nối T
o
, nhiệt độ T
o
thường là
Cặp nhiệt Vật liệu cấu
tạo
Hệ số nhiệt k
(µV/
o
C)
Loại J Sắt-Constantan 52.3
Loại K Chromel-
Alumel
40.0
Loại S Platinum-
Rhodium
6.4
Loại T Đồng-
Constantan
42.8
không ổn đònh

Để khắc phục ta nên dùng dây nối dài cùng loại
với vật liệu cặp nhiệt để bù trừ nhiệt độ T
o
, lúc này
ta có:
V=k(T-T

1
)
Nhiệt độ T
1
ổn đònh và đo được
Điện áp từ cặp nhiệt điện là khá nhỏ vì thế ta
phải khuếch đại lên nhiều lần để đo được điện áp đó
ngoài ra cần có thiết bò đo nhiệt độ đầu lạnh để bù
trừ.
Ưu điểm của thermocouple
° Là thành phần tích cực, tự cung cấp công
suất
° Đơn giản, dễ sử dụng, giá thành hạ
° Tầm đo nhiệt rộng
Khuyết điểm
° Độ tuyến tính kém
° Kém nhạy.
° Đòi hỏi điện áp tham chiếu
5.3. Bù nhiệt của môi trường
Khi dùng thermocouple thì giá trò hiệu điện thế thu
được bò ảnh hưởng bởi 2 loại nhiệt độ: nhiệt độ cần đo và
nhiệt độ tham chiếu. Cách gán 0
o
C cho nhiệt độ tham
chiếu thường chỉ làm trong phòng thí nghiệm để rút ra các
giá trò của thermocouple. Trong thực tế thì nhiệt độ tham
chiếu thường là nhiệt độ của môi trường nơi mạch hoạt
động nên không thể biết được chính xác nhiệt độ này là
bao nhiêu vì thế vấn đề bù trừ nhiệt độ được đặt ra để làm
sao ta thu được hiệu điện thế 1 cách chính xác(chỉ phụ

thuộc vào nhiệt độ cần đo)
Bù nhiệt môi trường là ta phải có thành phần cho
phép xác đònh nhiệt độ môi trường rồi từ đó tạo ra 1 giá trò
để bù lại giá trò tạo ra bởi thermocouple chứ không thể bù
nhiệt bằng cách ước lượng nhiệt độ môi trường rồi khi đọc
giá trò hiệu điện thế thì trừ đi giá trò mà ta đã ước lượng bởi
vì:
- Nhiệt độ môi trường thay đổi 1 cách thường
xuyên, không xác đònh trước.
- Ở những nơi khác nhau thì nhiệt độ môi trường
khác nhau.