Điều khiển, giám sát hệ thống mạng PLC điều khiển lò mở lò nhiệt và máy xếp hàng tự động, chương 19 doc

Chương 19: Thiết kế điều khiển và giám
sát hệ thống lò nhiệt
8.8.1- Mạch gia công tín hiệu
Sơ đồ nguyên lí mạch gia công
Trong mạch gia công trên, ta sử dụng thermocouple loại K
(Chromel-Alumel) có độ nhạy là 40 µV/
o
C, rất tuyến tính.
Mạch này thực hiện 3 chức năng sau: bù nhiệt cho đầu tự do,
khuếch đại và tạo điện áp ra là 0V khi đo ở 0
o
C. Xét hoạt động
của mạch:
° U7, U8, U9 ( sử dụng OP07 cho offset thấp ) làm bộ đệm
điện áp.
° Điện áp ra trên thermocouple:
V3=S(T
d
-T
a
)=ST
d
-ST
a
Với: T
d
là nhiệt độ cần đo
T
a
là nhiệt độ môi trường
S là độ nhạy của thermocouple loại K (29,5 µV/

o
C)
Để loại trừ ảnh hưởng nhiệt độ của môi trường, ta dùng khối tạo
ra điện áp theo nhiệt độ môi trường nhưng có dấu ngược lại sử
dụng IC LM335A.
° IC LM335A là loại cảm biến nhiệt độ bán dẫn, có độ nhạy
là 10mV/
o
K. Áp tạo ra do LM335A cảm biến được là:
V2=K.T
a
[
o
K]=K(273+ T
a
) [
o
C]
=K.273 + K.T
a
=C+ K.T
a
(C=K.273) (3.1)
với K=10mV/ oK; C=2,73V
Từ (3.1) ta thấy có thể triệt tiêu ảnh hưởng của T
a
, nhưng lại tạo
ra 1 mức điện áp là 2,73V ở 0
o
C nên cần phải có 1 khối trừ để

trừ đi 2,73V nhằm tạo điện áp đầu ra là oV ở 0
o
C.
° Biến trở R12 dùng để bù trừ điện áp 2,73V ở trên
° U4 (dùng OP07) đóng vai trò bộ cộng có khuếch đại, tạo
áp ra cuối cùng là:
V
out
=(1+
15
2322
R
RR

)[(R17+R24)//R16](
16
3
24
17
2
R
V
R
R
V


)- 1
15
2322

V
R
RR


V
out
=(1+
15
2322
R
RR

)[(R17+R24)//R16](
16
.
16
.
24
17
.
24
17
R
TS
R
TS
R
R
TK

R
R
C
ada




)-
-
1
15
2322
V
R
RR

Để không bò ảnh hưởng nhiệt độ môi trường:
893,338
5,29
10
16
2417
0
16
.
2417
.





V
mV
S
K
R
RR
R
TS
RR
TK
aa

Chọn R16=100


R17+R24=25K


Chọn R17=27K

và R24
là biến trở 10K

. Ta chỉnh biến trở để triệt tiêu T
a.
Để triệt tiêu điện áp tónh (2,73V):
(1+
15

2322
R
RR

)[(R17+R24)//R16](
24
17
R
R
C

)- 1
15
2322
V
R
RR

=0
với (R17+R24)//R16=(338.893K

)//(100

)=99,97


(1+
15
2322
R

RR

)*99,97*
338893
73,2
= 1
15
2322
V
R
RR

hay
947,3389
73,2
)
947,3389
73,2
1(
15
2322


V
R
RR
(3.2)
khi đó, điện áp ra là:
V
out

=(1+
16
.
]16//)2417)[(
15
2322
R
TS
RRR
R
RR
d


Thay các giá trò linh kiện vừa tính toán, ta suy ra:
V
out
=260.T
d
° Các tụ C14,C15,C16 đều có giá trò là 10µF để chống nhiễu
Chú
ý:
° Các biến trở nên dùng loại tinh chỉnh, không nên dùng
biến trở thông thường rất khó chỉnh và không ổn đònh (khi va
chạm nhẹ dễ bò thay đổi giá trò).
° Các OPAMP nên dùng loại OP07 có mức OFFSET thấp để
phù hợp với các đại lượng đo có giá trò nhỏ, các chân 1 và 8
dùng để chỉnh OFFSET không sử dụng trong thiết kế này.