BÁO CÁO VỀ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----------

BÁO CÁO

Nguyên lý và đặc tính thiết bị đo lường công nghiệp

Sinh viên

: Đỗ Bá Trường

MSSV

: 20136671

Lớp

: CN Công nghệ thực phẩm - 02

Hà Nội, ngày 23/11/2015

Mục lục


I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG.
- Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ
thống để đáp ứng của hệ thống tới mục đích định trước.
- Điều khiển tự động là quá trình điều khiển không cần sự tác động của con
người.
- Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng một đại lượng cần đo để có kết

quả bằng số so với đơn vị đo. Hoặc có thể định nghĩa rằng đo lường là hành động
cụ thể thực hiện bằng công cụ đo lường để tìm trị số của một đại lượng chưa biết
biểu thị bằng đơn vị đo lường.
R

BỘ ĐIỀU KHIỂN

C

CƠ CẤU CHẤP HÀNH

ĐỐI TƯỢNG

F

THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG

1.

Bộ điều khiển.

Tín hiệu điều khiển C.
Cơ cấu chấp hành.
Thiết bị đo lường.
Tín hiệu ra O
Tín hiệu hồi tiếp F
1. Bộ điều khiển: Cơ quan đầu não để xử lý, khắc phục các tình huống phát sinh
trong hệ thống khi làm việc.
2.
3.

4.
5.
6.

1.1 Bộ điều khiển logic khả trình PLC.
PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Program Logic Control), là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua 1 ngôn
ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
* Tín hiệu vào: có thể qua cảm biến (tiếp điểm hành trình, cảm biến quang
điện,...) hoặc bằng tay (nút ấn, bàn phím,chuyển mạch). Tín hiệu đưa vào PLC có

O


thể là tín hiệu số (digital) hoặc tín hiệu tương tự (analog), các tín hiệu này được
giao tiếp với PLC thông qua các modul nhận tín hiệu vào khác nhau khác nhau DI
(Digital Input) hoặc AI (Analog Input),....
* Ưu điểm:
- Giảm 80% số lượng dây nối.
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .
- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được
nhanh chóng và dễ dàng.
- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính,
màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các
thiết bị vào, ra.
- Số lượng rơle và timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.
- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế.
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến
tăng cao tốc độ sản xuất .
- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận

tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.- Giao tiếp được với các
thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Modul mở rộng.
- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
- Giá cả có thể cạnh tranh được.
Đặc trưng của PLC là khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP ở dải quy định
cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền


vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương
trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu
vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là
các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm
cho một hệ thống hoạt động tự động.

PLC S7-300 CPU

SIMATIC S7- 400

SIMATIC S7- 200

1.2 Vi xử lý/ Vi điều khiển:
Vi xử lý là bộ xử lý tín hiệu, có thể nhận
tín hiệu vào, tính toán, xử lý, xuất tín hiệu ra.
Vi xử lý ứng dụng để thực hiện các thuật toán
điều khiển yêu cầu khối lượng tính toán lớn (s
với PLC) cho các đ ối tượng có đặc tính động

học nhanh (so với PLC) như điều khiển dòng
điện, mômen, tốc độ động cơ, điều khiển các mạch điện tử (tín hiệu hoặc công
suất), .v.v.
Vi
nó

vi
sang

điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp,
thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện
tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao
gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá
thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng
dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại
như bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô đun biến đổi số
tương tự và tương tự sang số,...

* Ưu và khuyết điểm :
- Giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp hơn và độ tin cậy cao hơn.


- Khả năng chống nhiễu và độ bền không cao.
- Vấn đề ở đây là tốc độ. Các giải pháp dựa trên bộ vi điều khiển không
bao giờ nhanh bằng giải pháp dựa trên các thành phần rời rạc. Những tình huống
đòi hỏi phải đáp ứng thật nhanh (cỡ nsec) đối với các sự kiện (thường chiếm thiểu
số trong các ứng dụng) sẽ được quản lý tồi khi dựa vào các bộ vi điều khiển.
1.3 Máy tính công nghiệp:
Máy tính công nghiệp (IPC) được thiết kế đặc biệt bền bỉ và được thử nghiệm
độ tin cậy với các thông số hoạt động trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt, độ

rung và sốc hơn hẳn những máy tính thương mại có trên thị trường. Các thành
phần được sử dụng với đủ điều kiện, tiêu chuẩn hóa và làm việc hiệu quả trong
thời gian dài.

- Ưu nhược điểm của máy tính công nghiệp: Tốc độ xử lý tín hiệu điều khiển
chậm, độ tin cậy cao; Đặc biệt với khả năng chống nhiễu và chống treo hệ thống
rất thích hợp để ứng dụng trong công nghiệp đòi hỏi độ ổn định cao.


1.4 Các sản phẩm thương mại: là các sản phẩm được tích hợp sẵn các vi xử lý,
vi điều khiển,…cũng như các cảm biến đo lường.
2. Tín hiệu điều khiển:
2.1 Tín hiệu số (Digital): là tín hiệu mà trong đó các thông tin ban đầu được
chuyển đổi thành một chuỗi các bit trước khi được truyền7
- Tín hiệu chỉ bao gồm 2 trạng thái on và off, hay là 1 và 0.
- Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín hiệu analog.
* Đặc trưng cơ bản:
- Có số mức (hay trạng thái) có thể là một số hữu hạn. Ví dụ tín hiệu là M=2,
ta có tín hiệu số nhị phân, hay 2 mức trạng thái. Tổng quát tín hiệu là M-ary.
- Có thời gian tồn tại, KH: Ts (symbol time interval).
 Là một loại tín hiệu rời rạc theo thời gian, được biểu diễn dưới dạng các con số,
tín hiệu digital chỉ có hai mức điện áp được biểu diễn bằng mã nhị phân (0-1), nên
thường được gọi là tín hiệu số. Tín hiệu digital không tồn tại dưới mọi hình thức
nào có sẵn trong tự nhiên. Do được sinh ra bởi công nghệ số, nên việc hiệu chỉnh
tần số là rất dễ dàng, như việc vặn nút để tăng cường độ chiếu sáng, hiệu chỉnh âm
thanh to nhỏ…Mọi thao tác và xử lý trên tín hiệu digital luôn chính xác, dứt khoát
và hết sức linh hoạt
2.2 Tín hiệu tương tự - analog: Bất kỳ tín hiệu nào diễn ra liên tục trong một
khoảng thời gian biến đổi đều được gọi là tín hiệu Analog Biểu đồ hiển thị của một
tín hiệu analog thường là dạng hình sin, cos, hoặc là bất kỳ một đường cong nào

đó. Một tín hiệu analog có độ phân giải lý thuyết là vô hạn. Analog còn có nghĩa là
tương tự, nghĩa là tín hiệu ở thời gian sau có dạng tương tự như ở thời gian trước
đó. Về mặt lý thuyết, tín hiệu sẽ giữ nguyên hình dạng biểu đồ tới vô hạn, nếu
trong điều kiện truyền tín hiệu lý tưởng. Tuy nhiên, trong thực tế, tín hiệu analog bị
ảnh hưởng bởi nhiều tác nhân, như vật cản trên đường đi, các tín hiệu khác làm
biến dạng. Những ví dụ điển hình nhất là tín hiệu của âm thanh, ánh sáng, nhiệt
độ…Chúng truyền đều trong môi trường, nhưng có cường độ sẽ bị giảm dần theo
thời gian và khoảng cách.


Ví dụ như: Tín hiệu dưới dạng điện thế 0-5 V hoặc 0-10 V
Tín hiệu dưới dạng dòng điện 4-20 mA

Analog

Digital

Tín hiệu

Liên tục theo thời gian, gần gũi Rời rạc theo thời gian, gần gũi
với tự nhiên hơn.
với máy tính và thiết bị tính toán.

Công
dụng

Thường dùng cho đo lường, làm
Dùng trong tính toán, truyền
việc với các thiết bị chuyên về
thông dữ liệu số.

analog.

Lưu dưới dạng sóng, trên các thiết Lưu dưới dạng bit, trên các thiệt
Khả năng
bị từ (băng từ, đĩa từ,...), chứa bị nhớ đắt tiền (fash, rom, ...),
lưu trữ
nhiều thông tin hơn.
chứa ít thông tin hơn.
Truyền
thông

Lượng dữ liệu truyền đi trong 1
Lượng dữ liệu truyền đi nhiều hơn
khoản thời gian rất ít và dễ bị
và ít bị lỗi.
nhiễu.

3. Cơ cấu chấp hành.
3.1 Van điều khiển: bao gồm thân van được ghép nối với một cơ chế chấp hành
cùng với các phụ kiện liên quan. Ta có thể phân loại van dựa theo thiết kế và kiểu
chuyển dộng của chốt van như:
- Van cầu: chốt trượt có đầu hình cầu hoặc hình nón, chuyển động lên xuống.
- Van nút: chootts xoay hình trụ (có đục lỗ theo chiều ngang) hoặc một phần hình
trụ.
- Van bi: chốt xoay hình cầu (có đuc lỗ theo chiều ngang) hoặc một phần hình
cầu.
- Van bướm: Chốt xoay hình đĩa.


* Nhiệm vụ của cơ cấu chấp hành: cung cấp năng lượng và tạo ra chuyển động

cho chốt van thông qua cầu van (đối với chuyển động trượt) hoặc trục van (chuyển
động xoay).
Ngoài ra, ta có thể phân loại van theo cơ chế truyền động:
-

-

-

-

Van khí nén: Truyền động khí nén sử dụng màng chắn/ lò xo hoặc piston. Tín
hiệu vào có thể là khí nén, dòng điện hoặc tín hiệu số (bus trường). Nếu tín
hiệu điều khiển là dòng điện, ta cần bộ chuyển đổi dòng điện-khí nén (I/P)
tích hợp bên trong hoặc tách riêng bên ngoài.
Van điện: Sử dụng động cơ servo hoặc động cơ bước, được điều khiển trực
tiếp từ tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển, thông thường là dòng điện tương tự
4-20 mA hoặc tín hiệu số. Van điện được sử dụng trong những ứng dụng công
suất nhỏ đòi hỏi độ chính xác cao.
Van thủy lực: Cơ chế chấp hành sử dụng hệ thống bơm dầu kết hợp màng
chắn hoặc piston, bơm dầu được điều khiển bởi tín hiệu ra từ bộ điều khiển.
Van thủy lực được sử dụng cho các ứng dụng công suất lớn.
Van từ: Cơ chế chấp hành cuộn hút kết hợp lò xo, lực nén yếu và độ chính xác
kém, chỉ phù hợp với các bài toán đơn giản.

3.2 Rơ le điều khiển: Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay
đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện
dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch
điện động lực.
3.2.1 RƠLE ĐIỆN TỪ.

* Nguyên lí làm việc:


Rơle điện từ làm việc trên nguyên lý điện từ. Nếu đặt một vật bằng vật liệu
sắt từ (gọi là phần ứng hay nắp từ) trong từ trường do cuộn dây có dòng điện chạy
qua
sinh ra.
Từ trường này tác dụng lên nắp một lực làm nắp chuyển động.
 Rơle điện từ có các đặc điểm:
- Công suất điều khiển Pđk từ vài W đến hàng nghìn W.
- Công suất tác động Ptđ từ vài phần W đến hàng trăm W.
- Hệ số điều khiển Kđk = (5 ÷ 20).
- Thời gian tác động ttđ = (2 ÷ 20) ms.
* Một số loại rơle điện từ
a) Rơle dòng điện và điện áp loại ∋T
b) Rơle trung gian: Nhiệm vụ chính của rơle trung gian là khuếch đại tín hiệu
điều khiển, nó thường nằm ở vị trí trung gian giữa các rơle khác. Đặc điểm rơle
trung gian có cơ cấu điều chỉnh điện áp tác động để có thể tác động khi điện áp
tăng giảm trong khoảng ±15% Uđm.
c) Rơle thời gian điện từ khi từ thông φ0 giảm thì sức điện động e chống sự
giảm để duy trì thời gian khoảng t = (0,5 ÷ 5)s.
3.2.2 RƠLE ĐIỆN ĐỘNG.


* Nguyên lí:
Theo nguyên tắc, rơle điện động có hai cuộn dây như hình minh họa

Khi có dòng qua cuộn dây 1 là i1 và cuộn dây 2 có dòng điện i2. Tại vị trí như
hình minh họa ta có cảm ứng từ B12 = K’.i1 và có lực điện từ F = K”.B12.i2 hay lực
F = K1”.i1.i2 sẽ sinh ra mô men M = Ki1i2 đặt lên cuộn dây 2, làm cuộn dây 2 quay

và đóng tiếp điểm. Nếu hai cuộn được mắc nối tiếp thì i1 = i2 = i có M = Ki2 lúc
này mô men độc lập với chiều dòng điện. Khi mạch điện xoay chiều với tần số f thì
thì F thay đổi, rơle sẽ làm việc với giá trị trung bình của lực điện từ và mô men.
Mtb=
Trong đó :
+ I1, I2 :trị hiệu dụng.
+ ϕ :góc lệch pha giữa hai dòng điện i1, i2.
Nếu i1 = i2 thì cosϕ = 1 và Mtb = Ki2.
Khi một trong hai cuộn dây được đổi chiều dòng điện thì chiều mô men
trung bình Mtb cũng thay đổi.

* Ứng dụng
Rơle điện động được sử dụng làm rơle công suất tác dụng, phản kháng. Có thể
chế tạo rơle sắt điện động để tăng trị số mô men Mtb và sẽ tăng độ nhạy của rơle.


Loại rơle điện động xoay chiều không có mạch sắt từ tuy Mtb nhỏ nhưng dùng
nhiều trong tự động điều khiển.
3.2.3 RƠLE KIỂU TỪ ĐIỆN.
* Nguyên lí:
Sự làm việc của rơ le loại này dựa trên cơ sở lực điện từ do từ trường của nam
châm vĩnh cửu tác dụng lên một cuộn dây khi có dòng điện chạy qua. Nguyên lí
chung biểu diễn như hình minh họa.

Từ trường nam châm vĩnh cửu với cảm ứng từ B tác dụng lên khung có dòng
I tạo ra mômen quay.
Lực điện từ là F = K’B12I.
Mô men quay M = KI (tỉ lệ với dòng điện I).
* Đặc điểm:
Rơle từ điện có độ nhạy lớn, công suất tác động nhỏ (cỡ 10-10 w) sử dụng

nhiều trong tự động hóa, công suất điều khiển cỡ 1 đến 2 W.
Không làm việc ở mạch xoay chiều vì ở mạch xoay chiều mô men trung bình
Mtb = 0.
3.2.4 RƠLE CẢM ỨNG.
* Nguyên lí:
Dựa trên tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều với dòng điện cảm ứng
trong bộ phận quay (đĩa, cối) để tạo mômen quay.


Hai từ thông φ1, φ2 biến thiên xuyên qua đĩa nhôm tương ứng cảm ứng các sức
điện động e1, e2 sinh ra các dòng i1, i2 . Các lực điện từ là F12 = B2i1l và F21 = B1i2l,
lực điện từ tổng:
Vì dòng điện và từ thông là những đại lượng thay đổi theo thời gian nên tấm
kim loại sẽ chịu lực trung bình:

với α là góc lệch pha giữa φ1 và φ2.
Mô men quay trung bình tác dụng vào phần động sẽ là: Mtb= km. φm1.
φm2.sinα.
Trong thực tế sự lệch pha từ thông có thể thực hiện bằng nhiều cách nhưng
thường dùng vòng ngắn mạch.
 Nhận xét
+ α = 0 thì F = 0 nghĩa hai từ thông trùng pha nhau đĩa không quay.
+ α = 900 thì F = Fmax.
Vậy muốn đĩa quay thì từ thông của hai nam châm phải có vị trí khác nhau
trong không gian và lệch pha về thời gian.
* Ứng dụng rơle cảm ứng chế tạo:
+ Rơle dòng µT-80, PT-80.
+ Rơle công suất loại cốc 4 cực từ ( 2 cực quấn cuộn dòng, 2 cực quấn cuộn
áp).
+ Rơle kiểm tra tốc độ kiểu cảm ứng kí hiệu PKC.

3.3 Bơm: Máy bơm là thuyết bị dùng để chuyển chất lỏng hoặc chất khí từ nơi có
áp suất thấp hơn đến nơi có áp suất cao hơn.


Bơm khí nâng: Đây là loại bơm được sử dụng để tạo dòng, phun nước.
Nguyên tắc hoạt động của bơm khí nâng là nước sẽ được kết hợp với khí được
bơm xuống phần thân bơm tạo thành một hỗn hợp gồm khí và nước. Do hỗn hợp
này nhẹ hơn nước nên nó trào lên và tạo ra một áp suất giúp nước có thể được đưa
ra bên ngoài qua thân bơm.
Bơm điện chìm: Đây là loại bơm được đặt chìm và sử dụng ở bên dưới chất
lỏng. Máy bơm này hoạt động theo nguyên tắc khi motor quay nước được hút vào
miệng hút và vận chuyển ra bên ngoài qua ống đẩy. Bơm điện chìm có ưu điểm đó
là gọn nhẹ và cho hiệu suất cao nhưng nhược điểm của nó lại là khó sửa chữa do
đặt chìm dưới nguồn chất lỏng.
Bơm ly tâm: Nguyên tắc hoạt động của bơm ly tâm đó là dựa vào lực ly tâm và
dưới tác động của lực ly tâm thì lượng chất lỏng sẽ được đưa ra bên ngoài, bên
trong thân bơm sẽ tạo ra một khoảng chân không để nước có thể được hút vào. Đặc
điểm của việc sử dụng bơm ly tâm đó là phải có quá trình mồi nước trước khi vận
hành máy bơm.
Bơm phun: Nguyên tắc hoạt động của loại bơm này là dựa vào khí nén hoặc
bơm phụ giúp tạo được ra sự dịch chuyển lúc đầu trong thân bơm. Sự dịch chuyển
này sẽ tạo được một vùng có áp suất thấp phía sau thân bơm khiến chất lỏng được
vận chuyển.
Bơm piston: Là loại bơm được sử dụng nhiều trong sản xuất vì hiệu quả mà
chúng mang lại là tương đối cao. Nguyên tắc hoạt động là dựa vào hành trình của
xy-lanh trong piston để vận chuyển nước.


4. Thiết bị đo lường: Là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin
đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát.

4.1 Thiết bị đo lường tại chỗ: là các thiết bị mà ta có thể đo các thông số vật lý,
hóa học,…và đọc trị số ngay trên thiết bị. Ví dụ: Đông hồ đo áp suất, lưu lượng,
nhiệt độ, độ nhớt,…
* Một số thiết bị đo áp suất:
- Áp kế lò xo ống: gồm ống Bourdon, thanh nối điều chỉnh được và thanh
răng.
Ống Bourdon có tiết diện ngang dẹt, tròn hoặc elip. Khi tăng áp suất, ống
Bourdon có chiều hướng duỗi ra và cuộn lại khi áp suất giảm.
Ưu điểm:
+ Gía thành rẻ, ứng dụng rộng rãi.
+ Độ nhạy cao và đap ứng nhanh.
+ Đo trực tiếp áp suất
Nhược điểm:
+ Có độ trễ.
+ Chịu ảnh hưởng của nhiệt độ.
+ Độ bền kém khi áp suất chất lưu dao động hoặc thay đổi đột ngột.
- Áp kế hộp xếp: dựa vào sự so sánh áp suát trong hộp xếp và bên ngoài môi
trường làm cho hộp xếp bị kéo giãn hay co lại để ạo sự cân bằng áp suất trong hộp
xếp và môi trường bên ngoài. Áp suất bên ngoài là áp suất cần đo được đưa vào
trong hộp xếp và hiển thị trên thang đo.
Đối với áp suất thấp thì độ chính xác cao hơn áp kế lò xo ống.
Áp kế hộp có thể sử dụng để đo áp suất tuyệt đối, áp suất không khí, áp suất
chân không hoặc áp suất chênh lệch.
- Áp kế chất lỏng: Dựa vào độ chênh lệch hai cột chất lỏng ta tính được áp suất
ta cần đo.
Ưu điểm:
+ Lắp đặt dễ dàng, sử dụng đơn giản.


+ Chi phí rẻ.

+ Rất chính xác và độ nhạy cao.
+ Ứng dụng rộng, sử dụng đo áp suất thấp.
Nhược điểm:
+ Chịu va đập kém, dễ hư hỏng trong khi sử dụng.
+ Chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, không truyền tín hiệu xa.
+ Khó khăn trong xác định độ cao h.
+ Dải đo không lớn.
+ Chất lưu phải phù hợp với chất lỏng trong thiết bị.
* Một số thiết bị đo lưu lượng:
-Lưu lượng kế cánh quạt: Khi cánh quạt quay 1 vòng do dòng chảy chất lưu, từ
thông trong nam châm vĩnh cửu tăng và giảm 2 lần. Đo tần số của cuộn dây bằng
tần số kế, từ đó tính ra tốc độ quay và lưu lượng dòng chảy.
Ưu điểm:
+ Đo được cả 2 chiều dòng chảy.
+ Đáp ứng nhanh.
+ Cấu tạo gọn nhẹ.
Nhược điểm:
+ Không chính xác với chất lưu là hơi.
+ Không chính xác khi chất lưu bẩn, độ nhớt cao.
+ Chất lưu có khả năng làm tăng ma sát ở trục tuabin
+ Yêu cầu chất lưu chảy với vận tốc đều.
- Ngoài ra có thể sử dụng: rotameter, tapered plug ( dựa vào ta đặt thiết bị thu
hẹp trong đường ống tăng tốc độ dòng chảy thế năng chuyển động năng hai


đầu thiết bị xuất hiện sự chênh lệch áp suất tính độ chênh lêch lệch); ống
venture, lưu lượng kế tần số dòng xoáy, lưu lượng kế khối lượng nhiệt, lưu lượng
kế siêu âm, lưu lượng kế cảm ứng,….
* Một số thiết bị đo nhiệt độ:
- Dựa vào giãn nở nhiệt: nhiệt kế ống kim loại, nhiệt kế thủy tinh, nhiệt kế lưỡng

kim.
- Dựa vào suất điện động: cặp nhiệt điện.
…
4.2 Cảm biến đo lường: là thiết bị đo các thông số vật lý, hóa học,…của vật liệu
và hiển thị trên đồng hồ số hoăc truyền tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển.
- Cảm biến nhiệt độ pt100 : dựa trên mối quan hệ mật thiết giữa kim loại và
nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại cũng tăng. Dải nhiệt độ đo
-200~700oC Theo tiêu chuẩn thì khi nhiệt độ là 00C điện trở của Pt-100 sẽ là 100Ω.

- Cảm biến áp suất điện tử:

+ Điện trở: dựa vào sự thay đổi điện trở khi chịu tác động của áp suất
+ Điện dung: dựa vào sự thay đổi điện dung của tụ điện. Áp suất tác động lên
bản cực của tụ điện làm cho khoảng cách giữa hai bản cựa thay đổi.


+ Cảm biến áp suất với ác động cơ khí,….
-

Cảm biến lưu lượng:

-

Cảm biến dịch chuyển:

-

Cảm biến lực, trọng lượng:

II.Nguyên lý và đặc tính của một số thiết bị đo lường công nghiệp:

1. Một số đặc điểm của hệ thống điều khiển:

Lưới điện 3 pha 5 dây:
- Hệ thống điện trong nhà máy là hệ thống 3 pha nhưng bên trong có 5 đầu
dây do có thêm dây trung tính và dây nối đất.



- Dây nối đất có tác dụng chống giật do trong quá trình vận hành có nguy cơ
dây trung tính và điện áp 1 trong 3 pha chạm vào vỏ thiết bị (do trong quá trình vận
hành nhiệt độ cao, dây không tốt  vỏ dây chảy ra)  Dây nối đất đưa luồng điện
xuống đất giảm bớt cường độ dòng điện để bớt khả năng nguy hiểm.
- Thiết bị bằng inox để tránh bị hoen gỉ, gây ảnh hưởng xấu đến sản phẩm
thực phẩm.
- Có gờ vát lên để khi vệ sinh thiết bị ta có thể xả trực tiếp mà không sợ rò rỉ
nước vào.
Bên trong tủ điện:
- Nguồn điện nằm bên dưới. Các công tắc tổng, cầu giao, cầu chì, actomat
được thiết kế sao cho dòng điện được đi từ trên đi xuống và đi từ trái sang phải
=> Các công tắc tổng thường đặt phía trên và nằm bên phải.


- Các linh kiện điện tử: Các linh kiện điện tử khi hoạt động bố trí các linh kiện
một cách hợp lý, phải có không giản để trao đổi nhiệt tức là không gian để làm mát
thiết bị.
- Các đầu đấu dây, hộp đấu dây phải thiết kế sao cho gọn gàng và có tính
thẩm mĩ cao.
Bên ngoài tủ điện:
- Công tắc nguồn, có khóa an toàn ở công tắc nguồn để khi khóa lại thì không
thể thao tác ở đó nữa.



- Bật nguồn, đèn chậm sáng để đảm bảo an toán và để cho người vận hành
thiết bị một thời gian nghỉ trước khi vận hành xem lại cacsthao tác vận hành và
những sai sót để kịp thời xử lý.
- Ấn “Reset” sau đó mới ấn “Start” là để trải qua 2 thao tác vận hành Xem
xét những sai sót trong xử lý, vận hành, sửa chữa để khắc phục trước khi khởi động
chu trình làm việc.
- Các nút nhấn: Các nút nhấn này có ưu điểm hơn công tắc “On” và “Off” là
do nó có thể chủ động trong vận hành, khắc phục nhược điểm khi mất điện đột
ngột trong khi đó công tắc sẽ hoạt động tiếp khi có điện mà không tự ngắt.


- Nút “Emergency Stop”:Dừng hoạt động của thiết bị trong trường hợp khẩn
cấp. Cũng làm nút nhấn đặc trưng là đỏ, to và tròn để khi người vận hành muốn
thao tác thì sẽ dễ dàng hơn trong những trường hợp khẩn cấp (có thể đứng từ mọi
vị trí thao tác).
- Nút nguồn thiết kế khác với nút “Emergency Stop” là do nút nguồn phải
chịu một dòng điện lớn vào.
2. Thiết bị nghiền:
-Thông số kỹ thuật:
+ Năng suất:
100 kg/h với các sản phẩm ướt
10 kg/h với các sản phẩm khô
+ Phân loại kích thước mắt lưới: 2- 6 -10 -14mm
+ Điện cung cấp: 220/380V 3 pha, 50Hz, 1,5kW
+ Tốc độ động cơ: 1100-2400 vòng /phút
+ Kích thước: 800x800x1750 mm
+ Trọng lượng: 100kg
-Nguyên lý hoạt động: nguyên liệu sau khi được rửa sạch, (nguyên liệu có kích

thước lớn thì thái trên cửa nghiền của thiết bị nghiền. Nhờ động cơ có cánh nghiền,
nguyên liệu được băm miếng thích hợp) được đưa đến cửa nghiền và ép vào má
nghiền. Qua các lỗ nhỏ trên má nghiền cùng với sự va đập vào thành thiết bị,
nguyên liệu được nghiền nhỏ và đưa ra ngoài theo cửa ra ở phía dưới vào phễu của
thiết bị đun.
-Thiết bị được điều khiển hoàn toàn thủ công, mức độ nghiền của máy nghiền
được điều khiển thông qua tốc độ quay của roto bằng cách sử dụng chiết áp để thay
đổi thông số điện áp vào làm thay đổi tốc độ quay của động cơ  độ min của vật
liệu được thay đổi.
-Ngoài ra để hạn chế rủi ro trong quá trình tiếp liệu, nếu các ốc cố định cửa nạp
liệu bị rơi ra làm hở búa nghiền gây nguy hiểm cho người vận hànhsử dụng cảm
biến khoảng cách được đặt ở gần vị trí tiếp xúc giữa cửa nạp liệu và thân máy, cảm
biến giữa vào sự thay đổi của từ trường của hai nam châm tại vị trí tiếp điểm giữa
2 cảm biếnkhi ốc rơi ra thì lực từ này sẽ giảm dần và biến mất, dựa vào sự thay
đổi của lực từ cảm biến sẽ truyền đến cơ cấu chấp hành là động cơ để dừng hoạt
động của roto lại.
3. Thiết bị thanh trùng liên tục dạng băng tải.


- Thông số kỹ thuật:
+Năng suất: 150 lọ/h
+Nhiệt độ thanh trùng: 95-980C, nhiệt độ làm nguội: 600C
+Kích thước: 1000 x 3200 x 1850 mm
+Nguồn sử dụng 220/380V 3 pha 50/60Hz; 2,5kW
+Hơi tiêu thụ: 12-15kg/h
+Công suất bơm 1,5kW

- Nguyên lý hoạt động:

Nhờ bơm, nước được bơm đầy vào 2 khoang (trong các khoang có 2 lưới lọc
nước được bơm vào khoảng trống giữa 2 tấm lưới), van hơi được điều chỉnh để gia
nhiệt theo tham số đặt cho nước trong thùng chứa (có thể bằng tay nhưng hầu hết
được điều chỉnh bằng cảm biến trừ khi cảm biến bị hỏng), ta đóng van tay lại, van
tự động mở để nó tự động điều chỉnh nhiệt độ. Mở nhỏ đường hơi sang khoang
nước ấm đến nhiệt độ 50 - C ta đóng van lại. Sản phẩm thanh trùng được đưa vào
đầu băng tải nhờ động cơ băng tải đi vào trong khoang nước nóng nhờ hệ thống
bơm và vòi phun nước nóng được phun đều lên sản phẩm. Thời gian thanh trùng
phụ thuộc vào từng loại sản phẩm. Tiếp đó hệ thống băng tải chạy, đưa phần sản
phẩm này tiếp tục đến khoang nước làm ấm. Nước ấm được đưa lên vòi phun nhờ
bơm và làm giảm bớt nhiệt độ của sản phẩm, tăng thời gian thanh trùng và tránh
hiện tượng rạn nứt chai do nhiệt độ giảm nhanh đột ngột trước khi sang khoang
nước thường. Tại đây sản phẩm được làm nguội trước khi theo bằng chuyền ra
ngoài. Kết thúc quá trình thanh trùng, phần hơi được chuyển ra ngoài qua ống xả.
- Thiết bị được điều khiển một cách tự động: điều khiển và hiển thị nhiệt độ giá
trị tham chiếu (giá trị đặt). Đồng thời cũng đo và hiển thị nhiệt độ hiện tại.
- Tín hiệu điều khiển: on/ off, nghĩa là dựa vào thông số nhiệt độ mà cảm biến
nhiệt độ truyền tới để thông qua role để bật hoặc tắt đường cung cấp hơi để gia
nhiệt cho nguồn nước.
- Cơ cấu chấp hành: Van điện từ (on/off): dựa vào tín hiệu của cảm biến đo nhiệt
độ của dòng nước sau khi gia nhiệt để đóng mở dòng hơi sao cho phù hợp với tham
số chiếu.
- Đối tượng điều khiển: nhiệt độ trong thùng chứa, trong bài toán thanh trùng hay
tiệt trùng thì yếu tố nhiệt độ luôn là yếu tố cần được kiểm soát. Nước được lưu
thông trên đường ống có lắp các cảm biến nhiệt độ pt100 và các đồng hồ đo áp suất
và nhiệt độ để đo nhiệt đọ của nước sau khi gia nhiệt nhằm đảm bảo chế độ thanh
trùng.
- Phương thức điều khiển: điều khiển theo sai lệch, nghĩa là dựa vào sự chênh
lệch giữa nhiệt độ của nước trong thùng chứa được đo bằng cảm biến pt100 và giá
trị tham chiếu để điều chỉnh lượng hơi gia nhiệt cho nước đảm bàỏ chế độ đặt.

 Hệ thống điều khiển là hệ thống có phản hồi: tất cả thông số đo được từ cảm
biến điều được phản hồi về hệ thống để điều khiển các cơ cấu chấp hành: van điện
từ, bơm,… nhằm điều chỉnh các thông số phù hợp với giá trị tham chiếu.
∆ Lưu ý:
- Lắp đặt pt100 đúng: tiếp xúc với tâm dòng chảy, song song nhưng ngược chiều
với chiều của dong chảy. Nhưng ở trên thiết bị thì cảm biến lại được lắp cùng
chiều với dòng lưu thể  sai số và nhiệt dộ chỉ đạt khoảng 98oC.
- Đồng hồ quan sát: Lắp cùng phương với dòng lưu thể và không tiếp xúc với tâm
dòng chảy  kết quả đo không chính xác.


- Cảm biến đo áp suất không có dầu (áp suất lò xo ống): sau khi bơm dưới áp suất
của máy bơm thì dòng chảy chưa ổn định  kim đồng hồ dao động xung quanh vị
trí điểm “0”  kết qua có sai số và tuổi thọ của dụng cụ giảm.
- Công tắc hành trình: khi lượng sản phẩm quá tải  sảm phẩm sẽ tác động thanh
gạt ở phía cuối của băng tải  khởi động công tắc hành trình t ác động lên động
cơ  dùng băng tai.
- Theo tiêu chuẩn thì các lọ đi qua thiết bị điều phải lộn ngược nắp xuống dưới để
phần tiếp xúc giữa nắp và miệng lọ cũng được thanh trùng nhưng hầu hết ở Việt
Nam để giảm bớt tốn giai đoạn thì tất cả các lọ đều được đặt đứng-nắp lọ ở phía
trên.
4. Thiết bị thanh trùng sữa - thanh trùng tấm bản.
Sữa là một trong những sản phẩm rất nhạy cảm với nhiệt độ, nó dễ dàng nâu hóa
ở nhiệt độ từ 65oC trở lên bởi các phản ứng không enzyme như caramel hay
mailard. Do đó ta phải điều khiển yếu tố nhiệt độ một cách thật tốt nếu không sản
phẩm sẽ mất không chỉ giá trị cảm quan mà cả giá trị dinh duongx cũng như kinh
tế cũng bị giảm.
Giả sử: Ta điều khiển nhiệt đô vào/ra của sữa: 4oC với các dòng lưu thể sau:
- Sữa nguyên liệu: 4 oC.
- Nước nóng: 100 oC

- Hơi: >100 oC
- Sữa nóng: 82 oC
- Nước thường: 30 oC
- Nước lạnh: 0-2 oC
Đầu tiên sữa nguyên liệu sẽ được trao đổi nhiệt với sữa nóng để tang nhiệt độ
lên khoảng 40 oC nhằm tránh việc lãng phí nhiệu vì yêu cầu của sữa nguyên liệu là
tang nhiệt độ còn của sữa nóng là hạ nhiệt độ. Sau đó sữa nguyên liệu sẽ được cho
trao đổi nhiệt với dòng nước nóng để tăng nhiệt độ đến chế độ thanh trùng và sữa
sẽ được lưu trong dàn ống trong khoảng 15 giây, tùy thuộc vào thành phần và chất
lượng của sữa nguyên liệu mà thời gian lưu trong ống có thể khác nhau. Tiếp theo,
sữa sau khi thanh trùng được trao đổi nhiệt với sữa nguyên liệu để tăng nhiệt độ
sữa nguyên liệu lên 40 oC trao đổi nhiệt với nước thường để hạ nhiệt độ từ từ
tránh biến tính protein trong sữa. Cuối cung sữa được trao đổi nhiệt với nước lạnh
để hạ nhiệt độ xuống 4 oC tăng hiệu quả bảo quản.
Yêu cầu đặt ra là phải điều khiển nhiệt độ thanh trùng.
- Bộ điều khiển: analog (là bộ điều khiển tương tự, đường biểu diễn là một
đường liên tục có thể à đường hình sin, có hoặc đường cong bất kỳ nào đó)
- Tín hiệu điều khiển là dòng điện: 4-20 mA, ghĩa là dựa vào sự phụ thuộc của
thông số nhiệt độ t vào dòng điện I mà thông qua tín hiệu dòng điện nhận được để
điều khiển nhiệt độ hay thời gian lưu, cũng như lượng hơi để gia nhiệt cho nước
thường.


- Cơ cấu chấp hành: Van khí nén ( Dòng điện sẽ tác động lên van khí nén dưới
tín hiệu là áp suất để van khí nén điều khiển lượng hơi gia nhiệt cho nước thay
đổi nhiệt độ thanh trùng)
- Thiết bị đo lường: Cảm biến pt100 được lắp sao cho tiếp xúc với tâm dòng
sữa sau khi thanh trùng và ngược chiều với dòng lưu thể để đo được chính xác
nhiệt độ của sữa.
∆ Nhiệt độ thấp của sữa ở giai đoạn ổn định. Trong thanh trùng sữa thì thời gian

lưu trong ống là để giúp ổn định chất lượng sữa đồng thời tiêu diệt hoàn toàn lượng
vi sinh vật gây bệnh. Nếu nhiệt độ sau đó không đạt thì chứng tỏ quá trình thanh
trùng không đảm bảo, các vi sinh vật gây bệnh có thể chưa được tiêu diệt hoàn
toàn do đó ta phải hồi lưu lại tanh chứa để tiếp tục thanh trùng.