THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HIỂN THỊ SỐ TỪ 0255 VỚI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ PT100 , SAI SỐ 10 C

GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HIỂN THỊ SỐ TỪ 0-255 VỚI CẢM BIẾN
NHIỆT ĐỘ PT100 , SAI SỐ 10 C
MÔ TẢ : Dùng cảm biến nhiệt độ Pt100 theo dõi sự thay đổi của mội trường .
Xây dựng mạch đo lường có điện áp chuẩn đầu ra từ 0-5V . Dùng ADC0804
chuyển điện áp sang mã nhị phân .Xây dựng bộ hiển thị số từ 0-255.
PHẦN THUYẾT MINH :
Yêu cầu về bố cục nội dung :
Chương 1: Tìm hiểu chung về KĐTT, mạch đo nhiệt độ,cảm biến nhiệt độ,
bộ biến đổi ADC0804.Giải mã LED 7 thanh, LED 7 thanh.
Chương 2: Thiết kế mạch đo lường nhiệt độ.
Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng.
Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề : 10/11/2012
Ngày hoàn thành : 20/12/2012
Thời gian bảo vệ dự kiến : 30/12/2012
Ngày … tháng … năm 2012
Khoa Điện

Bộ môn

Giáo viên hướng dẫn
NGUYỄN VĂN VINH

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 1


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
e&f
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Giáo viên hướng dẫn
NGUYỄN VĂN VINH

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 2


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Mục lục

Trang

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

5

I.Tìm hiểu chung về mạch KĐTT

5

1.Khái niệm

5

2.Ký hiệu

6

3. Cấu tạo

7

4. Nguyên lý hoạt động

8

5. Các mạch KĐ

9

II. Cảm biến nhiệt độ

14

1.Tìm hiểu chung về cảm biến nhiệt độ

14

2. Phân loại cảm biến nhiệt độ

14

3.Cảm biến pt100

20

III. Bộ biến đổi tương tự -số ADC 0804

24

1.Sơ đồ các chân và chức năng của ADC 0804

24

2.Các đặc điểm của ADC 0804.

27

IV. Giải mã led 7 thanh

29

1.Mã hóa 8 đường sang 3 đường

29

2.Mã hóa 10 đường sang 4 đường

31

3.Mạch mã hóa ưu tiên

32

4.Giải mã 3 sang 8

34

5. Mạch giải mã BCD sang thập phân

36

6. Giải mã BCD sang led 7 đoạn

38

V. LED 7 đoạn

42

Chương 2 :Thiết kế mạch đo lường nhiệt độ

43

I.Mạch cầu đo , khuyếch đại

43

II. Mạch tạo xung IC 555

44

III.Mạch chuyển đôi ADC0804& giải mã hiển thị 0-255

45

Chương 3: Xây dựng trương trình mô phỏng

50

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 3


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG
LỜI MỞ ĐẦU

Đo nhiệt độ là một trong các phương pháp cơ bản và thường gặp trong
đo lường, nó đã có từ lâu, mỗi giai đoạn có những phương pháp đo khác nhau.
Trước đây khi công nghệ điên tử và bán dẫn chưa phát triển thì các mạch đo
chủ yếu dựa trên kỹ thuật tương tự, phương pháp xử lý chủ yếu dựa vào phần
cứng cho nên giá trị đó có sai số lớn, thiết bị cồng kềnh, lắp đặt không thuận
tiện . Đến đầu những năm 80 và nhất là những năm cuối thế kỷ 20, khi công
nghệ bán dẫn và vi mạch phát triển mạnh, cùng với sự phát triển của khoa học
kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật số đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành đo
lường điều khiển làm thay đổi hẳn phương pháp xử lý tín hiệu đo. Trước đây
xử lý tín hiệu đo chủ yếu là đo bằng phần cứng thì ngày nay việc xử lý được
mềm hoá cùng với sự ra đời của những sensor thông minh đã làm cho các
thiết bị đo ngày càng thông minh và độ chính xác cao hơn. Ngày nay xuất
hiên nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến loại cặp nhiệt, nhiệt

điện trở hay bán dẫn hoặc sử dụng phương pháp phân tích phổ để xác định
nhiệt độ. Đối với những nơi không trực tiếp đặt được các đầu đo nhiệt độ (nơi
có nhiệt độ quá cao). Nhìn chung các phương pháp đo nhiệt độ có nhiều nét
giống nhau nhưng cách xử lý thì có thể khác nhau, tuỳ vào mục đích và yêu
cầu kỹ thuật đối với từng công việc cụ thể nhưng mục đích cuối cùng của
phép đo là thể hiện giá trị nhiệt độ với khoảng sai số cho phép có thể chấp
nhận được.
Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu và yếu nên có thể bài làm còn nhiều
sai sót , mong thầy có những góp ý để chúng em có thể hoàn thành đề tài một
cách hoàn thiện.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYÊN VĂN VINH đã giúp nhóm em
hoàn thành đồ án này.

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 4


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Phần chi tiết em xin trình bày dưới đây.

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 5


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I . Tìm hiểu chung về mạch khuếch đại thuật toán.
1.

Khái niêm:
Mạch khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operational amplifier), thường
được gọi tắt là op-amp là một mạch khuếch đại một chiều nối tầng trực tiếp
với hệ số khuếch đại rất cao, có đầu vào vi sai, và thông thường có đầu ra
đơn. Trong những ứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng một
mạch hồi tiếp âm sao cho có thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào và
tổng trở đầu ra.

Các mạch khuếch đại thuật toán có những ứng dụng trải rộng trong rất nhiều
các thiết bị điện tử thời nay từ các thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp và
khoa học. Các mạch khuếch đại thuật toán thông dụng hiện nay có giá bán rất
rẻ. Các thiết kế hiện đại đã được điện tử hóa chặt chẽ hơn trước đây, và một số
thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng được tình trạng ngắn mạch đầu ra mà
không làm hư hỏng.

một mạch khuếch đại thuật toán 741 được đóng gói trong vỏ kim loại TO-5.
Từ khi mới ra đời, mạch khuếch đại thuật toán được thiết kế để thực hiện
các phép tính bằng cách sử dụng điện áp như một giá trị tương tự để mô phỏng
các đại lượng khác. Do đó, nó mới được đặt tên là "Mạch khuếch đại thuật
toán". Đây là thành phần cơ bản trong các máy tính tương tự, trong đó mạch
khuếch đại thuật toán sẽ thực hiện các thuật toán như Cộng, Trừ, Tích phân và
Vi phân vv... Tuy nhiên, mạch khuếch đại thuật toán lại rất đa năng, với rất
nhiều ứng dụng khác ngoài các ứng dụng thuật toán. Các mạch khuếch đại thuật

toán thực nghiệm, được lắp ráp bằng các transistor, các đèn điện tử chân không
hoặc những linh kiện khuếch đại khác, được trình mày dưới dạng những mạch
linh kiện rời rạc hoặc các mạch tích hợp đã tỏ ra rất tương hợp với những linh
kiện thực sự.
Trong khi các mạch khuếch đại thuật toán đầu tiên phát triển trên các đèn
điện tử chân không, giờ đây chúng thường được sản xuất dưới dạng mạch tích
hợp (ICs), mặc dù vậy, những phiên bản lắp ráp bằng linh kiện rời cũng được sử
dụng nếu cần những tiện ích vượt quá tầm của các IC.

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 6


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Những mạch khuếch đại thuật toán tích hợp đầu tiên được ứng dụng rộng rãi
từ cuối thập niên 1960, là các mạch sử dụng transistor lưỡng cực μA709 của
hãng Fairchild, do Bob Widlar thiết kế năm 1965; nó nhanh chóng bị thay thế
bằng mạch 741, mạch này có những tiện ích tốt hơn, độ ổn định cao hơn và dễ
sử dụng hơn. Mạch μA741 đến nay vẫn còn được sản xuất, và có mặt khắp nơi
trong lĩnh vực điện tử - rất nhiều nhà chế tạo đã sản xuất ra các phiên bản khác
của mạch này, nhưng vẫn tiếp tục thừa nhận con số ban đầu là "741". Những
thiết kế tốt hơn đã được giới thiệu, một số dựa trên transistor hiệu ứng trường
FET (cuối thập niên 1970) và transistor hiệu ứng trường có cổng cách điện
MOSFET(đầu thập niên 1980). Rất nhiều những linh kiện hiện đại này có thể
thay thế được cho các mạch sử dụng 741, mà không cần thay đổi gì, nhưng lại
cho những hiệu năng tốt hơn.

Các mạch khuếch đại thuật toán thường có những thông số nằm trong những
giới hạn nhất định, và có những vỏ ngoài tiêu chuẩn, cùng với nguồn điện cung
cấp tiêu chuẩn. Chúng có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện tử; chỉ cần một
số ít linh kiện bên ngoài nó có thể thực hiện cả một dải rộng các tác vụ xử lý tín
hiệu tương tự. Rất nhiều mạch khuếch đại thuật toán tính hợp có giá chỉ chừng
vài cent nếu mua với số lượng vừa phải, trong khi những mạch khuếch đại tích
hợp hoặc rời rạc với những thông số kỹ thuật không tiêu chuẩn có thể có giá đến
cả 100 dollar nếu đặt hàng số lượng ít.
2.Ký hiệu
Ký hiệu trên mạch điện của một mạch khuếch đại thuật toán như sau:

Trong đó:
•

V+: Đầu vào không đảo

•

V−: Đầu vào đảo

•

Vout: Đầu ra

•

VS+: Nguồn cung cấp điện dương

•

VS−: Nguồn cung cấp điện âm

Các chân cấp nguồn (VS+ and VS−) có thể được ký hiệu bằng nhiều cách khác
nhau. Cho dù vậy, chúng luôn có chức năng như cũ. Thông thường những chân
Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 7


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

này thường được vẽ dồn về góc trái của sơ đồ cùng với hệ thống cấp nguồn cho
bản vẽ được rõ ràng. Một số sơ đồ người ta có thể giản lược lại, và không vẽ
phần cấp nguồn này. Vị trí của đầu vào đảo và đầu vào không đảo có thể hoán
chuyển cho nhau khi cần thiết. Nhưng chân cấp nguồn thường không được đảo
ngược lại.
3.Cấu tạo.
Cấu tạo cơ sở của vi mạch khuếch đại thuật toán là các tầng khuếch đại vi sai.
Các vi mạch khuếch đại thuật toán bao gồmba phần:
+ Khuyếch đại vi sai:Dùng khuếch đại tín hiệu vào, có đặc điểm là khuếch đại
nhiễu thấp, trở kháng vào cao, thường đầu ra vi sai.
+ khuếch đại điện áp: tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cao thường đầu ra đơn
cực.
+ khuếch đại đầu ra: dùng với tín hiệu ra, cho phép khả năng tải dòng lớn, trở
kháng ra thấp, có các mạch chống ngắn mạch và hạn chế dòng điện.
Một vi mạch khuếch đại thuật toán phổ dụng là 741 hình vẽ :

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 8


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

4.Nguyên lý hoạt động:
Đầu vào vi sai của mạch khuếch đại gồm có đầu vào đảo và đầu vào không
đảo, và mạch khuếch đại thuật toán thực tế sẽ chỉ khuếch đại hiệu số điện thế
giữa hai đầu vào này. Điện áp này gọi là điện áp vi sai đầu vào. Trong hầu hết
các trường hợp, điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán sẽ được điều
khiển bằng cách trích một tỷ lệ nào đó của điện áp ra để đưa ngược về đầu vào
đảo. Tác động này được gọi là hồi tiếp âm. Nếu tỷ lệ này bằng 0, nghĩa là không
có hồi tiếp âm, mạch khuếch đại được gọi là hoạt động ở vòng hở. Và điện áp ra
sẽ bằng với điện áp vi sai đầu vào nhân vớiđộ lợi tổng của mạch khuếch đại,
theo công thức sau:
Vra = (V+ - V- ). Gvongho
Trong đó V+ là điện thế tại đầu vào không đảo, V− là điện thế ở đầu vào đảo
và G gọi là độ lợi vòng hở của mạch khuếch đại.
Do giá trị của độ lợi vòng hở rất lớn và thường không được quản lý chạt chẽ
ngay từ khi chế tạo, các mạch khuếch đại thuật toán thường ít khi làm việc ở
tình trạng không có hồi tiếp âm. Ngoại trừ trường hợp điện áp vi sai đầu vào vô
cùng bé, độ lợi vòng hở quá lớn sẽ làm cho mạch khuếch đại làm việc ở trạng
thái bão hòa trong các trường hợp khác.

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 9

GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Một cấu hình khác của mạch khuếch đại thuật toán là sử dụng hồi tiếp
dương, mạch này trích một phần điện áp ra đưa ngược trở về đầu vào không
đảo. Ứng dụng quan trọng của nó dùng để so sánh, với đặc tính trễ hysteresis.
5.Các mạch KĐTT.
5.1 : Mạch khuyếch đại đảo.
Mạch khuyếch đại đảo có đầu vào nối đất tín hiệu U1 được đưa vào đầu vào
dảo qua điện trở R1, mạch thực hiện hổi tiếp âm qua điện trở R2 . Đầu ra U2
đảo cực so với đầu vào U1 .
Tính toán đầu ra U2 :
U+ = U - = 0
I+ = I - = 0
Xét tại nút A , ta có :

I1 - I_ -I2 = 0

-0- =0
Thay U _ = 0 vào ta có :

U2 = - .U1

Nhận xét :
+ Điện áp vào được khuyếch đại lên tỉ lệlần
+ Điện áp ra ngược pha với điện áp vào.
5.2: Mạch khuyếch đại không đảo

Mạch khuyếch đại không đảo có tín hiệu được đưa tới đầuv ào không đảo , đầu
vào đảo được nối đất qua điện trở R1 như hình vẽ :
Tính toán đầu ra :
U+ = U - = U1
I+ = I - = 0
Xét tại nút A ta có:
I1 - I_ -I2 = 0
-0- =0
Thay U_ = U1 vào ta có :
-0– =0

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 10


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

U2 = U1 (1 + )
Nhận xét :
+ Điện áp vào được khuyếch đại lên tỉ lệ U2 = U1 (1 + ) lần .Như vậy , điện
áp ra luôn lớn hơn điện áp vào biên độ.
+ Điện áp ra cùng pha với điện áp vào.
5.3 Mạch cộng đảo .
Mạch cộng đảo hai số dử dụng vi mạch KĐTT được thực hiện như hình vẽ :
Mạch có 2 tín hiệu vào U1 và U2 được đưa song sơng tới đầu vào đảo của vi
mạch KĐTT.
Tính toán đầu ra :

U+ =U- =0

I+ = I- =0
Xét tại nút A , ta có :

I1 + I 2 - I _ - I h = 0

+– 0 – = 0
Thay U_ vào ta có :
+–= 0
Ur = - ( U1 + U 2 )
Điện áp ra sẽ là tổng các điện áp vào, lấy đảo dấu :
Tổng quát :đối với trường hợp nhiều đầu vào , mạch cộng đảo được thực hiện
như sau :

5.4. Mạch cộng không đảo

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 11


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Tổng quát :đối với trường hợp nhiều đầu vào , mạch cộng không đảo được
thực hiện như sau :

5.5 :Mạch trừ
U + = U - = UA = U B
I+ = I- =0
I1 - I_ - I ht = 0

Xét tại nút A , ta có : :
– =0
U_ =
Xét tại nút B , ta có :

I2 + I0 + I+ = 0

– =0

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 12


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

U+ =
Thay U_ = U+ vào ta có :

Ur = U2 – U1

Mạch cộng trừ tổng quát :

5.6 . Mạch tích phân
Đặc tính của tụ điện : ic = C.
Khi thay đổi điện trở hồi tiếp của
mạch KĐTT bằng tụ đện , do
chất của tụ điện ta sẽ có mạch
hiện lấy tích phân của tín nhiệu
như hình vẽ :

vi
tính
thực
vào

U+ =U- =0
I+ = I- =0
Xét nút tại A , ta có :
I1 – I_ - Ic = 0

- ( -C.) = 0
Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 13


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Như vậy , tín hiệu ra tích phân là tín hiệu vào có đảo dấu .
5.7 . Mạch vi phân

Khi thay tụ điện vào điện trở nối với nguồn tín hiệu , do tính chất tụ điện
của tụ điện ta sẽ có mạch thực hiện lấy vi phân của tín hiệu vào như hình vẽ :
U+ =U- =0
I+ = I- =0
Xét tại nút A , ta có :
Ic - I_ - Iht = 0
C. - = 0
Ur = -RC.
Như vậy , tín hiệu ra chính là vi phân tín hiệu vào có đảo dấu.

II. CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ.
1.Tìm hiểu chung
Trước tiên, cảm biến là gì: Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,
…các đại lượng vật lý
không điện thành các tín
hiệu điện. Ví dụ: Nhiệt độ
là
1 đại lượng không liên
quan đến điện chúng ta
phải chuyển nó về 1 đại
lượng khác ( điện trở, điện
áp ) để phù hợp với các cơ
cấu điện tử.
Các cảm biến thường dùng trong HVAC: Cảm biến nhiệt, áp suất, độ ẩm, mức
nước, lưu lượng gió, lưu lượng khí, đo nồng độ hóa chất trong nước, CO2, khói,
….

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 14

GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Cảm biến nhiệt độ Omega
Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu của
cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó. Như thế
một yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ
cảm nhận của cảm biến”. Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà chúng ta
trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này
( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào
việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1
trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt ).
- Một nguyên tắc đặt ra là: Tăng cường trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi
trường cần đo.
2. 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.
2.1 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 D.C <1400 D.C

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 15


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

- 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 dò 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 suy hao rất nhiều ). 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

2.2 Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ).
-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.

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 16


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
- Tầm đo: -100 D.C

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, 200, 500, 1000 ohm tại 0 D.C. 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.

Cảm biến dạng NTD
2.3 THERMISTOR
- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…
- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
- Ưu điểm: Bền, rẽ 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

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 17


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

điện tử.
- Tầm đo: 50

Cấu tạo Thermistor.
- Thermistor được cấu tạo từ hổn 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 hổn 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.

- Thermistor chỉ tuyển tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C do vậy
người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục đích
bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít. Cái Block lạnh nào
cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ.
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.

Hình Thermistor

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 18


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

2.4 Bán dẫn
- 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: Rẽ 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 D.C.

Cấu tạo 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, rẽ 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 và cảm biến nhiệt độ dạng Diode

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 19


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn
truyền thông I2C ( DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm
biến”.

IC Cảm biến nhiệt độ 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.
2.5 NHIỆT KẾ BỨC XẠ ( còn gọi là hỏa kế- pyrometer ).
- Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học.
- Nguyên lý: Đo 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 D.F.

Cấu tạo hỏa kế
- 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.
Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 20


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng 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.
3.Cảm biến nhiệt độ pt100
Bất kỳ một hệ thống đo lường nào đều tuân theo một sơ đồ khối nhất định ,
hệ thống đo lường nhiệt độ gồm các khối như : Cầu đo , khuyếch đại , bộ giải
mã , hiển thị …
Hệ thống đo nhiệt độ dùng PT100 có sơ đồ khối như hình vẽ :

Hiển thị
Cầu đo

Giải mã
Khuyếch đại

(ADC0804)

PT100

+ PT100 : cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ môi trường và đưa tín hiệu vào cho
mạch đo.
+ Cầu đo và mạch khuyếch đại : có nhiện vụ thu nhận tín hiệu đầu vào , biến
đổi và khuyếch đại cho tín hiệu đầu ra từ 0 - 5V.
+ Bộ giải mã : sử dụng ADC0804 giải mã tín hiệu đầu vào 0-5V cho ra tín
hiệu tương tự với đầu ra 8bit.
+ Bộ hiển thị : giải mã 8bit và hiển thị ra led 7 thanh.
Mẫu PT100 thị trường .

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 21


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

PT100 thực chất là một điện trở, điện trở của nó thay đổi tuyến tính theo
nhiệt độ môi trường đo . Như tên gọi của nó - PT 100 tức là khi nó đặt trong
môi trường có nhiệt độ là 0 độ C (nước đá) thì điện trở của nó là 100 ôm. Cứ
tăng khoảng 1 độ C thì điện trở tăng lên khoảng 0.39 ôm.
Các thông số cảm biến.
Được quyết định do nhà sản xuất và phụ thuộc vào từng loại cảm biến.
Thông số sử dụng:
Bao gồm các yếu tố sau:
•
•

Khoảng làm việc: Là khoảng nhiệt độ mà cảm biến có khả năng khi chưa
bị bảo hòa. Khoảng làm việc cao hay thấp là do tính chất cấu tạo và tính
lý hóa của từng loại cảm biến quy định
Độ nhạy: Được định nghĩa:
s=

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 22

GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

df: sự thay đổi đại lượng đo của cảm biến.
dx: sự thay đổi đại lượng vật lý.
Ngưỡng độ nhạy là mức thấp nhất mà cảm biến có thể phát hiện được.
Tính trễ: còn gọi là quán tính của cảm biến. tính trễ của cảm biến tạo ra
sai số của phép đo. Tốc độ thay đổi của đại lượng đo phải phù hợp với
tính trễ của cẩm biến. Nếu đại lượng đo thay đổi quá nhanh mà quán
tính của cảm biến lớn thì không thể đo chính xác được. Mọi cảm biến
đều có tính trễ do ảnh hưởng của vỏ bảo vệ.
Bảng đặc tính của Pt 100

•
•

•

°C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-100 60.26
-90 64.3

63.89 63.49 63.08 62.68 62.28 61.87 61.46 61.06 60.66

-80 68.32 67.92 67.52 67.12 66.72 66.31 65.91 65.51 65.1

64.7

-70 72.33 71.93 71.53 71.13 70.73 70.33 69.93 69.53 69.13 68.73
-60 76.33 75.93 75.53 75.13 74.73 74.33 73.93 73.53 73.13 72.73
-50 80.31 79.91 79.51 79.12 78.72 78.32 77.92 77.52 77.12 76.73
°C

0

1

2

3

4

5

6

-40 84.27 83.88 83.48 83.08 82.69 82.29 81.9

7

8

9

81.5

81.1

80.7

-30 88.22 87.83 87.43 87.04 86.64 86.25 85.85 85.46 85.06 84.67
-20 92.16 91.77 91.37 90.98 90.59 90.19 89.8
-10 96.09 95.69 95.3

89.4

89.01 88.62

94.91 94.52 94.12 93.73 93.34 92.95 92.55

0

100

99.61 99.22 98.83 98.44 98.04 97.65 97.26 96.87 96.48

°C

0

1

0

100

100.39 100.78 101.17 101.56 101.95 102.34 102.73 103.12 103.51

10

103.9 104.29 104.68 105.07 105.46 105.85 106.24 106.63 107.02 107.4

20

107.79 108.18 108.57 108.96 109.34 109.73 110.12 110.51 110.9 111.28

30

111.67 112.06 112.45 112.83 113.22 113.61 113.99 114.38 114.77 115.15

40

115.54 115.92 116.31 116.7 117.08 117.47 117.85 118.24 118.62 119.01

°C

0

1

2

2

3

3

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

4

4

5

5

Page 23

6

6

7

7

8

8

9

9


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

50

119.4 119.78 120.16 120.55 120.93 121.32 121.7 122.09 122.47 122.86

60

123.24 123.62 124.01 124.39 124.77 125.16 125.54 125.92 126.31 126.69

70

127.07 127.45 127.84 128.22 128.6 128.98 129.36 129.75 130.13 130.51

80

130.89 131.27 131.66 132.04 132.42 132.8 133.18 133.56 133.94 134.32

90

134.7 135.08 135.46 135.84 136.22 136.6 136.98 137.36 137.74 138.12

°C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

100 138.5 138.88 139.26 139.64 140.02 140.4 140.77 141.15 141.53 141.91
110 142.29 142.66 143.04 143.42 143.8 144.18 144.55 144.93 145.31 145.68
120 146.06 146.44 146.82 147.19 147.57 147.94 148.32 148.7 149.07 149.44
130 149.82 150.2 150.70 150.95 151.33 151.7 152.08 152.45 152.83 153.2
140 153.70 153.95 154.32 154.7 155.07 155.45 155.82 156.2 156.57 156.94
°C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

150 157.32 157.69 170.06 170.44 170.81 159.18 159.56 159.93 160.3 160.67
160 161.04 161.42 161.79 162.16 162.53 162.9 163.28 163.65 164.02 164.39
170 164.76 165.13 165.5 165.88 166.24 166.62 166.99 167.32 167.73 168.1
180 168.47 168.84 169.21 169.70 169.95 170.32 170.68 171.05 171.42 171.79
190 172.16 172.53 172.9 173.27 173.64 174

174.37 174.74 175.11 175.48

°C

6

0

1

2

3

4

5

200 175.84

III.BỘ BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ ADC0804

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 24

7

8

9


GVHD:NGUYỄN VĂN VINH

SVTH:NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Sơ đồ khối chuyển đổi A/D
Thực hiện chuyển đổi từ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số.
* ADC0804
Chíp ADC 0804 là bộ chuyển đổi tương tự sang số thuộc họ ADC 0800 từ
hãng National Semiconductor. Nó cũng được nhiều hãng khác sản xuất, làm
việc với +5V và có độ phân giải là 8 bít. Ngoài độ phân giải thì thời gian
chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC. Thời
gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển
một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Trong ADC 0804 thời gian
chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và
CLK IN nhưng không thể nhanh hơn 110s.
1.Sơ đồ chân và chức năng của

ADC 0804.

Lớp ĐH Tự Động Hóa 2 k5

Page 25