Phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ cho lò ấp trứng công nghiệp

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-------------------------

ĐỀ TÀI BỘ MÔN
ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU
KHIỂN NHIỆT ĐỘ CHO LÒ ẤP TRỨNG CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : CNKT Điện

Hà Nội -2011


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

Page 2


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

Mục lục :

Lời nói đầu
Page 3

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

N
gày nay,nông nghiệp đang phát triển theo xu hướng hiện đại hóa sản xuất với
nhiều trang trại có quy mô lớn trồng nhiều loại cây và nuôi nhiều loại con đặc
biệt là các loại gia cầm và thủy cầm.Với việc cần có số lượng lớn các loại gia
cầm như vậy việc ấp trứng để phát triển số lượng đàn gia cầm thủy cầm là vấn
đề rất quan trọng mà để ấp tự nhiên thì sẽ rất tốn thời gian cho một lứa gia
cầm, thủy cầm và hiệu quả kinh tế không cao.Vì vậy, chúng ta cần phải phải
chế tạo lò ấp trứng để giải quyết vấn đề đó .Và đối với lò ấp trứng yêu cầu kĩ
thuật quan trọng nhất là phải ổn định nhiệt trong lò.Và đây cũng là vấn đề cần
giải quyết trong đề tài bộ môn Đo lường và Cảm biến .
Đồ án được thực hiện với nhiều tài liệu tham khảo và được chia làm 3 phần
chính:
-Tổng quan về lò ấp trứng
-Xây dựng lò ấp trứng công nghiệp
-Kết luận
 Đặt vấn đề:
Như chúng ta đã biết điều khiển tự động đã trở thành nhu cầu không thể thiếu
trong cuộc sống hiện đại. Một trong yếu tố được điều khiển tự đông nhiều là
nhiệt độ.Để làm được điều đó chúng ta cần phải sử dụng các thiết bị đo và điều
khiển tự động ví dụ như cảm biến, rơle, ADC…Một trong những ứng dụng
quan trọng và phổ biến nhất của điều khiển tự đông nhiệt độ là ứng dụng để
điều khiển nhiệt độ trong lò ấp trứng công nghiệp . Với ưu điểm của lò ấp trứng
công nghiệp là tỉ lệ ấp thành công lớn, cho hiệu quả kinh tế cao. Vì vậy hệ
thống lò ấp trứng công nghiệp ứng dụng rộng rãi trong phát triển kinh tế địa
phương.

 Giải quyết vấn đề:
Vì vậy để giải quyết vấn đề trên ta sử dụng phương pháp hiện đại dùng cảm
biến và vi xử lý :
+Dùng dây meso hoặc bóng đèn cung cấp nhiệt. Điều khiển và ổn định
nhiệt độ bằng vi xử lý.
+Nguyên lý làm việc: sử dụng cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ lò ấp rồi
chuyển tín hiệu cho khối điểu khiển thông qua rơle để điều khiển hệ thống nhiệt
của lò ấp trứng và sử dụng cảm biến độ ẩm đo độ ẩm lò ấp để khối điều khiển
điều chỉnh tốc độ quay của cánh quạt.Và cần phải có thiết bị tự động chuyển
nguồn để đề phòng trường hợp xảy ra sự cố cắt điện thì hệ thống lò ấp vẫn
được cấp điện đảm bảo hoạt đông bình thường.

Page 4


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

+Ưu điểm: đo và điều khiển nhiệt độ chính xác, , tỷ lệ nở cao, đem lại
hiệu quả kinh tế. phù hợp với sản suất số lượng lớn và các lò ấp công nghiệp
chủ yếu thường sử dụng phương pháp này.
+Nhược điểm: cần phải có kiến thức sâu rộng điện tử, cảm biến, vi xử
lý, lập trình .

Page 5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

PHẦN 1:TỔNG QUAN VỀ LÒ ẤP TRỨNG
CHƯƠNG 1:Cấu tạo của Lò Ấp Trứng
1.Thùng máy và giàn khay trứng
-Thùng máy thường có dạng hình hộp bằng gỗ và có thể bọc tôn, nhôm ngoài
mặt đáy để tăng cứng vững, có cửa lớn phía trước để đưa trứng vào ra, có cửa
kính để quan sát trong máy, nhiệt kế, ẩm kế; có cửa sổ phía sau để mở và chăm
sóc máy bên trong. Ngoài ra còn có cửa thoát gió, thoát khí thải trong máy.
-Giàn là một bộ khung, thường bằng kim loại, để đặt các khay trứng, có thể
xoay nghiêng bên phải, bên trái để đảo trứng. Giàn thường có 2 kiểu: giàn
trống và giàn tầng.
-Khay xếp trứng ấp (khay ấp) thường hình chữ nhật, bằng gỗ, kim loại hoặc
nhựa có những thanh ngăn giữ trứng. Khe giữa các thanh có thể thay đổi rộng
hẹp để phù hợp kích thước to nhỏ của các loại trứng.
-Khay xếp trứng nở (khay nở) cũng hình chữ nhật, có đáy bằng lưới thép (lỗ
vuông hoặc tròn). Khi tới ngày nở trứng được chuyền từ các khay ấp sang khay
nở để việc nở của trứng được dễ ràng. Khi đảo trứng, các khay ấp sẽ nghiêng
cùng với khung giàn một góc 45-470 so với mặt ngang, lần lượt theo 2 phía đối
xứng.
2.Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt
Bộ tạo nhiệt làm việc theo các nguyên lý sau:
- Bằng nước nóng: nước đun ngoài đổ vào bình tạo nhiệt đặt trong máy, phía
trên.
- Nước nóng đun bằng đèn dầu: nước nóng lưu thông theo ống dẫn trong máy
bằng cách đối lưu để cấp nhiệt cho trứng.
- Bằng điện: dùng các dây điện trở đốt nóng, khi có dòng điện qua sẽ toả
nhiệt cho máy.
Bộ điều nhiệt thường gồm một bộ cảm biến nhiệt đặt trong máy, tác động vào
bộ đóng ngắt mạch điện cung cấp cho dây điện trở tạo nhiệt.

Ở máy ấp trứng bằng nước nóng và đun đèn dầu thường dùng bộ cảm biến
nhiệt kiểu bầu ête để tác động vào bộ phận đóng mở ống khói nóng của đèn dầu
đun nước, nhờ đó mà tự động điều nhiệt được.
3.Bộ tạo ẩm
Làm việc theo nguyên lý sau:
- Dẫn nước hay đổ nước vào máng tạo ẩm đặt trong máy để nước bốc hơi tạo
ẩm. Cách này thủ công, đơn giản, không đảm bảo tốt yêu cầu độ ẩm ổn định,
khó điều ẩm tốt được.
Page 6


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

- Vung nước qua cánh quạt trong máy, nước từ bình chứa đặt cao hay từ
mạng ống cung cấp chung của trại, qua van nước, ống dẫn vào bầu, để rồi theo
ống dẫn hàn dọc các cánh quạt gió mà vung ra xung quanh, xuyên qua các lỗ
nhỏ của vành lưới thép bao xung quanh, sẽ tạo thành lớp sương mù gây ẩm
trong máy.
4.Bộ thông gió và bộ điều gió
-Bộ thông gió ở các máy ấp trứng đều là quạt hướng trục,
lắp ở giữa thành sau bên trong máy. Cửa hút gió được bố trí gần trục quạt có
nắp điều gió, điều chỉnh độ mở bằng tay. Cửa thoát gió thường bố trí trên nóc
máy hay ở thành trước máy, có nắp điều gió, đóng mở bằng tay.
5. Bộ đảo trứng
Bao gồm có các nguyên lý làm việc sau:
- Động cơ điện quay: dùng cho mọi kiểu giàn trứng, thường gồm động cơ điện,
bộ giảm tốc, bộ truyền động và cụm tiếp điểm cuối.
- Dây kéo: dùng ở một số máy ấp trứng cỡ nhỏ, trong đó khay trứng có các đũa

tròn xoay được, quấn một dây chung sao cho khi đảo, ta kéo một đầu dây thì
các đũa xoay đủ để khay trứng xoay theo một góc nào đó.
- Tay quay: dùng ở máy ấp trứng có giàn trống, dùng tay quay trống nghiêng
một góc 45-470(so với mặt nằm ngang) lần lượt cả hai phía theo từng thời gian
qui định.
6. Bộ điều khiển và báo hiệu
Thường bao gồm: những bộ khởi động từ, những cụm tiếp điểm tổng, những
rơle điện từ, cầu chì, nút bấm, cụm đầu nối điện, chuông đèn báo hiệu.
7. Bộ phận phụ trợ
Máy ấp trứng còn có những bộ phận phụ trợ như: giàn chuyển trứng, bộ
bánh xe chuyển giàn trứng, bàn chuyển trứng, thang, dụng cụ soi trứng.

Page 7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

Hình 1: Mô hình cấu tạo của lò ấp trứng

Page 8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

CHƯƠNG 2: KĨ THUẬT ẤP TRỨNG
Kết quả ấp nở phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó kỹ thuật ấp trứng là

yếu tố đặc biệt quan trọng. Muốn có tỷ lệ nở cao ta phải thao tác đúng cẩn thận
tất cả các khâu trong quy trình ấp.
1. Thu trứng, bảo quản trứng
- Thu trứng 3-5 lần/ngày để tránh trứng bị bẩn, bị dập, vỡ do bị gà dẫm
phải. Khi thu trứng ta loại những quả quá to, quá bé, quả có hình dạng khác
thường, những quả vỏ sần sùi. Những quả trứng đạt yêu cầu ta xếp vào khay
sạch, đầu nhỏ của quả trứng xếp quay xuống, đầu to có buồng khí quay lên
trên.
- Bảo quản trứng: Sau khi đẻ 24 giờ phôi trong trứng bắt đầu phát triển. Phôi
ngừng phát triển ở nhiệt độ dưới 240C sau khi đẻ 6 giờ trứng phải được đưa về
phòng bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn 24 0C. Nếu bảo quản trứng trong một tuần
thì nhiệt độ trong phòng bảo quản 15-160C. Nếu bảo quản trứng lâu hơn ta
phải hạ nhiệt độ phòng bảo quản xuống 12-13 0C. Nhiệt độ trong phòng bảo
quản phải được kiểm soát chặt chẽ. ẩm độ trong phòng bảo quản nên giữ ở mức
80-85%. Trứng đưa khỏi phòng bảo quản để đi ấp phải được làm ấm trở lại
trước khi đưa vào máy ấp, bằng cách xếp lên giá đế ở phòng ấp 4-8 giờ sau đó
mới xếp vào máy.
2. Quá trình ấp trứng
-Quá trình ấp-nở-thời gian ấp nở của trứng các loại gia cầm rất khác nhau,
phụ thuộc vào giống. Thời gian nở trung bình của trứng gà 21 ngày, trứng vịt
28 ngày, trứng ngan 35 ngày, trứng đà điểu 42-45 ngày.
Trong quá trình ấp nở phải lưu ý các yếu tố nhiệt độ, ẩm độ trong máy, độ
thông thoáng và lưu thông không khí, chế độ đảo trứng. Đối với máy ấp bằng
điện quy mô nhỏ gia đình cách vận hành đảm bảo quy trình ấp như sau:
- Nhiệt độ: Tuy có nhiệt kế đo độ và có chuông báo động nhưng ta vẫn phải
luôn quan sát để kịp điều chỉnh nhiệt độ trong máy bằng rơle điện theo đúng
quy trình ấp đế đảm bảo kết quả ấp cao.
- Ẩm độ: Máy ấp hiện đại có hệ thống điều hòa ẩm độ tự động bằng cách phun
sương còn loại máy bán tự động tự thiết kế lắp ráp của ta thì ẩm độ được điều
chỉnh bằng bề mặt bốc hơi của các khay nước. Trong khoang máy ta thiết kế

nơi đặt khay nước (thường ở phía dưới). Bộ khay thường có kích cỡ khác nhau
để khi cần độ ẩm cao thì đặt khay to còn cần độ ẩm thấp thì đặt khay nhỏ. Quạt
Page 9


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

thổi không khí lên bề mặt nước trong khay sẽ làm nước bốc hơi vào không khí
trong máy tạo độ ẩm cần thiết.
- Thông thoáng và lưu thông không khí: Hệ thống quạt và cửa sổ hoa thị sẽ
giúp cho việc lưu thông các luồng khí trong máy làm điều hòa nhiệt độ.
- Đảo trứng: Trứng ấp nên đảo ít nhất 3-5 lần một ngày. Mục đích của việc đảo
trứng là để tránh phôi bị dính vào vỏ trứng và tăng sự hoạt động của lòng đỏ,
lòng trắng trứng. Khi đưa khay trứng ra ngoài đảo còn để làm mát trứng.
-Chuyển trứng: Trứng được chuyển từ khay ấp sang khay nở 3 ngày trước khi
trứng nở: Khi chuyển trứng nên cẩn thận để tránh làm dập vỡ trứng.
Hình 2: Quy trình ấp của một số loại trứng gia cầm thông dụng
Thời
gian ấp

Đối với trứng gà

Đối với trứng vịt

Đối với trứng ngan

Nhiệt
độ (0C)

ẩm độ
(%)

Nhiệt
độ (0C)

ẩm độ
(%)

Nhiệt độ
(0C)

ẩm độ
(%)

1-3

34.8

60-65

37.6

70

38.5

65

4-14

37.5

55-60

37.5

59-60

38.2

64

15-21

37.2

70-80

37.4

59-60

37.8

55-57

22-23

37.3

65

37.8

55-57

24-25

37.25

70-80

26-28

37.25

80-85

29-31

37.5

55-57

37.8

60-65

37.5

80-85

3. Soi trứng kiểm tra sự phát triển của phôi sau ngày ấp trứng
Dụng cụ soi trứng gồm: Bóng đèn 60W, đặt trong một hộp gỗ, hộp carton
kín, riêng mặt trước khoét một lỗ hình tròn đủ để ánh sánh phát ra trùm kín

Page 10


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

trứng.
Nếu soi với số lượng trứng lớn sử dụng thiết bị soi - thùng hình hộp, cao
0.7-0.8m. Năm mặt kín còn mặt trên để trống, đặt khít khay trứng định soi.
Trong thùng có 1 bóng điện công suất 100W. Hiện nay cũng đã có máy soi
trứng và loại trứng tự động.
a. Đặc điểm của phôi phát triển tốt sau 6 ngày ấp
- Phôi lớn nằm chìm sâu trong lòng đỏ, chỗ phôi nằm có màu trắng đục mờ, túi
nước ối lớn lên quanh phôi.
-Bên ngoài túi nước ối có hệ thống mạch máu của lòng đỏ, mạch máu phân bố
giống như mạng nhện. Vì vậy trứng có màu hồng.
- Khi soi phải xoay trứng hơi mạnh mới thấy phôi.
b. Đặc điểm của phôi phát triển yếu ,chết sau 6 ngày ấp
- Nếu trứng trong suốt , xoay trứng thấy lòng đỏ và lòng trắng trộn lẫn là trứng
không phôi.
- Phôi nhẹ nằm lên sát mặt vỏ trứng, nhìn rõ tâm phôi.

- Túi nước ối nhỏ.
- Hệ thống mạch máu phát triển yếu, mờ nhạt.
- Đôi khi buồng khí khá lớn.
- Trứng bị chết phôi, khi xoay trứng phôi di động nhanh, có vết đen nằm sát
buồng khí, mạch máu sẫm, vòng máu chạy ngang.
c. Nguyện nhân chết phôi
- Trứng bảo quản không tốt, quá lâu.
- Chăm sóc nuôi dưỡng đàn gà sinh sản kém: bị thiếu vitamin A, D,E,B kéo dài,
thiếu khoáng vi lượng.
- Chế độ ấp không thích hợp, nhiệt quá cao.
Sau khi soi, loại bỏ trứng không phôi, chết phôi, tính tỉ lệnh trứng không phôi,
chết phôi.
d. Soi trứng kiểm tra sự phát triển của phôi sau 11 ngày ấp
+Phương pháp: Đây là lần kiểm tra sinh vật học thứ 2 từ khi trứng vào ấp.
Các bước tiến hành như sau:
Lấy khay trứng trong máy ra, đưa vào phòng kiểm tra , yêu cầu phòng phải tối,
kín gió.
- Đặt khay trứng về phía phải đèn soi, bên trái đặt khay ấp không có
trứng.Trước mặt người soi đặt trứng bằng nhựa.
- Loại bỏ trứng chết phôi, trứng dập và dặt vào khay nhựa.
- Sau khi soi hết một khay, kiểm đém số trứng chết phôi, tính số trứng phôi
sống, xếp lại và đặt vào máy.
- Đối với trứng ấp 11 ngày phải soi đầu nhọn của trứng, cần chú ý xem màng
niệu nang đã khép kín chưa.
+ Đặc điếm nhận biết phôi bị chết trong giai đoạn 11 ngày ấp
- Phôi không chuyển động.
- Trứng có màu nâu sẫm, do mạch máu bị vỡ, máu đen.

Page 11

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

- Sờ vỏ trứng lạnh.
- Phôi yếu biểu hiện niệu nang bị hở, phôi nhỏ, chuyển động yếu.
Cần chú ý: soi trứng phải nhanh, để đưa vào máy ngay kẻo trứng bị mất nhiệt.
Phòng soi trứng phải đảm bảo ấm, sạch và không bật quạt máy.

PHẦN II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG LÒ ẤP TRỨNG CÔNG NGHIỆP
Chương 1: KIẾN THỨC CƠ SỞ
1. Cảm biến nhiệt độ:

Phân loại cảm biến nhiệt độ:
Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).
Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ).
Thermistor.
Bán dẫn ( Diode, IC ,….).
Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ).
Dùng hồng ngoại hay lazer.
a) Cặp nhiệt điện( Thermocouples ).
- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.
- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
- Tầm đo: -100 oC <1400 oC

Page 12

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

- Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay
đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ). Khi có sự
chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện
động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở
đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra các
chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K,
R, S, T. Các bạn lưu ý điều này để chọn đầu đo và bộ điều khiển cho thích
hợp.
- Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn
đến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ
cho nó ( offset trên bộ điều khiển ).
Lưu ý khi sử dụng:
- Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là
không nên nối thêm dây ( vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ tiêu hao rất nhiều
năng lượng). Cọng dây của cảm biến nên để thông thoáng ( đừng cho cọng
dây này dính vào môi trường đo ). Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc
Offset thiết bị.
- Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm và dương) do vậy cần chú
ý kí hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng.

Hình cặp nhiệt điện
b) Nhiệt điện trở

Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD

- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…
được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. Khi nhiệt độ thay đổi điện trở
giữa hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ
tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định.Phổ biến nhất của RTD là
loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum. Platinum có điện trở suất cao,
chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài. Thường có các loại: 100,
Page 13


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

200, 500, 1000 ohm tại 0 oC. Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao.
- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây.
Lưu ý khi sử dụng:
- Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số
- Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple. Chúng ta có
thể nối thêm dây cho loại cảm biến này ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống
nhiễu ) và có thể đo test bằng VOM được.
- Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây.
c). Thermistor
- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxit kim loại: mangan, nikel, cobalt,…
- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
- Ưu điểm: Bền, rẻ tiền, dễ chế tạo.
- Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp.
- Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch
điện tử.
- Tầm đo: 50 <1500 C.

Cấu tạo Thermistor.
- Thermistor được cấu tạo từ hn hợp các bột ocid. Các bột này được hòa
trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt
độ cao. Và mức độ dẫn điện của hỗn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay
đổi.
- Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt
độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là
loại NTC.

Page 14


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

- Thermistor chỉ tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150 0C do
vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các
mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt.
Lưu ý khi sử dụng:
- Tùy vào nhiệt độ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý
hai loại PTC và NTC ( gọi nôm na là thường đóng/ thường hở ) Có thể test
dễ dàng với đồng hồ VOM.
- Nên ép chặt vào bề mặt cần đo.
- Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ.
- Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây.
d) Cảm biến bán dẫn

- Cảm biến nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những
chất bán dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là

dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường.
Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất
nhiều loại cảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao,
chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản, rẻ tiền….
- Ta dễ dàng bắt gặp các cảm biến loại này dưới dạng diode
( hình dáng tương tự Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý
của chúng là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi. Điện áp này được
phân áp từ một điện áp chuẩn có trong mạch.

IC cảm biến nhiệt LM35

Cảm biến nhiệt dạng Diode

Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hỗ trợ luôn cả chuẩn

Page 15


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

truyền thông I2C ( DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm
biến”.

IC cảm biến nhiệt DS18B20
Lưu ý khi sử dụng:
- Vì được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn
kém bền, không chịu nhiệt độ cao. Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng
cảm biến.

- Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào đó, ngoài
dải này cảm biến sẽ mất tác dụng. Hết sức quan tâm đến tầm đo của loại cảm
biến này để đạt được sự chính xác.
-Loại cảm biến này kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao,
hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh.
Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.
- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
- 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, kém bền.
- Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các
mạch điện tử.
- Tầm đo: -50 ÷150 oC
e) Hỏa kế- pyrometer
- Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học.
- Nguyên lý: Đo nhiệt độ dựa trên tính chất bức xạ năng lượng của môi
trường mang nhiệt.
- Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi
trường đo.
- Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền.
- Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung.
- Tầm đo: -54 <1000 oC

- Nhiệt kế bức xạ ( hỏa kế ) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ
của những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúc
được ( lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến).
- Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc.
Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng
Page 16

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

bức xạ năng lượng. Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định.
Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ của vật
cần đo.
Lưu ý khi sử dụng:
Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế có các tầm đo khác nhau,
tuy nhiên đa số hỏa kế đo ở khoảng nhiệt độ cao. Và vì đặc điểm không tiếp
xúc trực tiếp với vật cần đo nên mức độ chính xác của hỏa kế không cao,
chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường xung quanh.
Theo các phân tích ở trên. Cảm biến nhiệt này hoạt động tốt trong môi
trường có nhiệt độ cao và có biên độ thay đổi nhiệt lớn.Phù hợp với yêu cầu
đề bài đo nhiệt độ từ 50-300 o C và sai số là 3 oC.
-Các loại cảm biến phổ biến:
AD590
Ngõ ra là dòng điện
Độ nhạy:1 mA/ 0K
Nguồn cung cấp Vcc: 4 đến 30 VDC
Độ chính xác: 4K
Phạm vi hoạt đông: -55 0C đến 1500C
LX5700
Ngõ ra điện áp
Độ nhạy: -10mV/0C
Phạm vi hoạt động: -550C đến 1500C
Loại này ít dùng vì độ chính xác thấp
LM335
Ngõ ra là điện áp

Độ nhạy là 10mV/0K
Dòng làm việc 400uA đến 5mA
Nguồn cung cấp Vcc: 2.5 V
Phạm vi hoạt động: -200C đến 1000C
Page 17


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

Sai số khoảng 10C trong khoảng 1000C
LM35
Ngõ ra điện áp
Độ nhạy là 10 mV/0C
Phạm vi hoạt động: -550C đến 1500C
Ở nhiệt độ 250C sai số không quá 1%.
Dòng làm việc 400µA đến 5mA

2. Cảm biến độ ẩm:
Độ ẩm có mặt khắp mọi nơi trong khí quyển. Độ ẩm đóng vai trò quan trọng
đối với cơ thể sống. Việc đo độ ẩm khó khăn hơn việc đo các đại lượng khác
như lưu lượng, nhiệt độ, mức và áp suất. Lý do chủ yếu là giới hạn độ ẩm rất
rộng từ vài phần triệu đến hơi nước ở 100oC. Do vậy cần có nhiều kỹ thuật và
dụng cụ đo độ ẩm khác nhau, vấn đề là cần chọn kiểu cảm biến và phương
pháp đo thích hợp đối với từng hoàn cảnh cụ thể.Các thông số đặc trưng cho độ
ẩm:
- Áp suất hơi bão hòa Ps(T) là áp suất hơi nước ở trạng thái cân bằng với
nước ở nhiệt độ T. đây là giá trị lớn nhất mà áp suất riêng phần Pv có thể đạt
tới ở nhiệt độ T, trên áp suất này sẽ xảy rag hiện tượng ngưng tụ.

- Độ ẩm tương đối RH% là tỉ số giữa áp suất riêng của hơi nước và áp suất
hơi bão hòa ở nhiệt độ T.
RH%=Pv/Ps(T).100
-Nhiệt độ tạo sương Td (oC) là nhiệt độ cần phải làm lạnh không khí ẩm
xuống tới đó để đạt được trạng thái bão hòa
Pv=Ps(Td)
- Nhiệt độ ẩm Th(oC) là nhiệt độ cân bằng của một khối lượng nước hóa hơi
và không khí trong trường hợp nhiệt lượng cần thiết để hóa hơi .
• Các loại ẩm kế có thể được chia ra làm 2 loại chính:
+ Ẩm kế dựa trên nguyên lý đo tính chất của vật liệu có liên quan đến độ ẩm
gồm có: ẩm kế biến thiên trở kháng, ẩm kế tinh thể thạch anh…
Page 18


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

+ Ẩm kế dựa trên nguyên lý vật lý cho phép xác định trực tiếp độ ẩm. Gồm
có: ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế điện ly…
2. Bộ chuyển đổi ADC

Các bộ chuyển đổi ADC thuộc một trong những thiết bị được sử dụng rộng
rãi nhất để thu dữ liệu. Các máy tính số sử dụng giá trị nhị phân, nhưng trong
thế giới vật lý thì mọi đại lượng ở dạng tương tự (liên tục).
Nhiệt độ, áp suất (khí hoặc chất lỏng) độ ẩm,
vận tốc và một số ít trong những đại lượng vật lý của thế giới thực mà ta gặp
hàng ngày. Một đại lượng vật lý được chuyển đổi về dòng điện hoặc một điện
áp qua một thiết bị được gọi là các bộ biến đổi. Các bộ biến đổi cũng có thể
được coi như các bộ cảm biến.

Mặc dù chỉ có các bộ cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng và nhiều đại
lượng tự nhiên khác nhưng chúng đều cho ra các tín hiệu dạng dòng điện hoặc
điện áp ở dạng liên tục.
Do vậy ta cần một bộ chuyển đổi tương tự số sao cho bộ vi điều khiển có thể
đọc được chúng.
a) Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của ADC
- Độ phân giải
Độ phân giải của một ADC biểu thị bằng số bit của tín hiệu số đầu ra. Số lượng
bit nhiều sai số lượng tử càng nhỏ, độ chính xác càng cao.
-Dải động, điện trở đầu vào
Mức logic của tín hiệu số đầu ra và khả năng chịu tải (nối vào đầu vào).
- Độ chính xác tương đối
Nếu lý tưởng hóa thì tất cả các điểm chuyển đổiphải nằm trên một đường
thẳng. Độ chính xác tương đối là sai số của các điểm chuyển đổi thực tế so với
đặc tuyến chuyển đổi lý tưởng. Ngoài ra còn yêu cầu ADC không bị mất bit
trong toàn bộ phạm vi công tác.
-Tốc độ chuyển đổi
Tốc độ chuyển đổi được xác định thời gian bởi thời gian cần thiết hoàn thành
một lần chuyển đổi A/D. Thời gian này tính từ khi xuất hiện tín hiệu điều khiển
chuyển đổi đến khi tín hiệu số đầu ra đã ổn định.
- Hệ số nhiệt độ
Hệ số nhiệt độ là biến thiên tương đối tín hiệu số đầu ra khi nhiệt độ biến đổi
10˚C trong phạm vi nhiệt độ công tác cho phép với điều kiện mức tương tự đầu
vào không đổi.
- Tỉ số phụ thuộc công suất

Page 19


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

Giả sử điện áp tương tự đầu vào không đổi, nếu nguồn cung cấp cho ADC biến
thiên mà ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu ra càng lớn thì tỉ số phụ thuộc nguồn
càng lớn.
- Công suất tiêu hao.
b) Nguyên tắc làm việc của ADC:
Trước hết tín hiệu tương tự được đưa tới một mạch lấy mẫu, mạch này có hai
chức năng như sau:
-Lấy tín hiệu tương tự tại những thời điểm khác nhau và cách đều nhau (rời rạc
hoá tín hiệu về mặt thời gian).
-Giữ cho biên độ điện áp tại các thời điệm lấy mẫu không đổi trong suốt quá
trình chuyên đổi tiếp sau đó (nghĩa là trong quá trình lượng tử hoá và mã hoá).
Tín hiệu ra mạch lấy mẫu được đưa đến mạch lượng tử hoá để thực hiện làm
tròn chính xác đến q/2. Mạch lượng tử hoá làm nhiệm vụ rời rạc hoá tín hiệu
về mặt biên độ. Lượng tử hoá thực hiện theo nguyên tắc so sánh. Tín hiệu
chuyển đổi được so sánh với một loạt các đơn vị chuẩn q.
Sau mạch lượng tử hoá là mạch mã hoá. Trong mạch mã hoá, kết quả lượng tử
hoá được sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào loại mã yêu
cầu trên đầu ra của bộ chuyển đổi.
Trong nhiều loại ADC quá trình lượng tử và mã hoá xẩy ra đồng thời, lúc này
không thể tách rời hai quá trình đó. Phép lượng tử và phép mã hoá được gọi
chung là phép chuyển đổi AD.

Page 20


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

c) Nguyên tắc thực hiện chuyển đổi ADC
Mạch chuyển đổi tin hiệu tương tự sang số,chuyển một tín hiệu ngõ vào
tương tự (dòng điện hay điện áp) thành dạng mã số nhị phân có giá trị tương
ứng.
Chuyển đổi ADC có rất nhiều phương pháp. Tuy nhiên,mỗi phương pháp
điều có những thông số cơ bản khác nhau:
- Độ chính xác của chuyển đổi AD.
- Tốc độ chuyển đổi .
-Dải biến đổi của tín hiệu tương tự ngõ vào.
Các bộ biến đổi ADC thông dụng
Các bộ biến đổi ADC thuộc trong những thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất để
thu dữ liệu.Có hai loại được sử dụng rộng rãi nhất là ADC0809 và ADC 0804.

4. Các thiết bị khác
-Quạt, đèn
-Bộ phận điều khiển,bộ nút ấn
Page 21


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

-Màn hình LED

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THÔNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ
ẤP TRỨNG
I) Thiết kế sơ đồ khối

-Hệ thống lò ấp trứng sử dụng : Bô điều khiển, đèn, quạt, cảm biến nhiệt độ,
cảm biến độ ẩm, rơ le , màn hình hiển thị LCD, ADC.
-Bóng đèn sử dụng để cung cấp nhiệt cho hệ thống, cảm biến nhiệt độ có nhiệm
vụ đo nhiệt độ trong lò ấp trứng và truyền dữ liệu đến Bộ điều khiển thông qua
bộ ADC nếu dữ liệu truyền đến khác so với dữ liêu chuẩn thì Bộ điều khiển
nhiệt độ sẽ phát tín hiệu đến Rơle điều khiển Rơle hoạt động đồng thời Bộ điều
khiển nhiệt độ cũng truyền tín hiệu ra màn hình hiển thị LCD .
.
-Bộ cảm biến độ ẩm dùng để đo độ ẩm trong lò ấp trứng nếu độ ẩm trong lò
dưới ngưỡng cho phép thì Bộ điều khiển sẽ truyền tín hiệu đến hệ thống phun
sương làm tăng độ ẩm trong lò ấp, nếu độ ẩm trong lò ấp trên ngưỡng cho phép
thì Bộ điều khiển nhiệt độ sẽ truyền tín hiệu đến
-Một điều rất quan trọng là hệ thống quạt gió giúp không khí lưu thông trong lò
ấp vì không khí rất cần cho sự trao đổi khí của phôi trứng
Sơ đồ khối lò ấp trứng

Màn hình hiển thị
LCD
Rơ Le
Trứng
Đèn
Cảm biến
Nhiệt

Cảm biến
ẩm

Page 22

Khối Điều

Khiển


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

Quạt

ADC

ADC

II) Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
1) Cảm biến nhiệt độ LM335
-Các thông số:
Ngõ ra là điện áp
Độ nhạy là 10mV/0K
Dòng làm việc 400uA đến 5mA
Nguồn cung cấp Vcc: 2.5 V
Phạm vi hoạt động: -200C đến 1000C
Sai số khoảng 10C trong khoảng 1000C

Page 23

Rơ
Le


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

Lý do lựa chọn:
- Rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản, phạm
vi hoạt động -200C đến 1000C phù hợp với yêu cầu của lò ấp trứng công
nghiệp
2) Bộ chuyển đổi ADC0804
Chíp ADC0804 là bộ chuyển dổi tương tự sổ trong họ các loại ADC800 từ
hãng National Semiconductor. Nó cũng có nhiểu hãng sản xuất khác sản xuất,
nó làm việc với +5V và độ phân giải 8 bít. Ngoài độ phân giải thì thời gian
chuyển đổi cũng là yếu tố quan trọng khác khi đánh giá bộ ADC. Thời gian
chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần đẻ chuyển một
đầu vào tương tự một số nhị phân.

Page 24


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án môn Cảm biến

Sơ đồ chân ADC 0804

Page 25