tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
----™&˜----

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
Đề tài 1: Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp.

Giáo viên hướng dẫn:

NGUYỄN DUY LONG

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN VĂN BÌNH

1631040383

PHAN DUY BẢY

1631040324

PHẠM MINH ĐỨC

1631040408

BÙI MINH THUẬN

1631030357

Hà Nội - 2016
1


Nội dung đề tài
Đề tài: Hãy tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt
độ lò xấy gỗ công nghiệp.
Mô tả công nghệ như hình 1:

Giới hạn điều kiện:
1. Thể tích lò: 20m3 – 40m3 .
2. Dải nhiệt độ làm việc từ 100C đến 600C.
3. Sai số của phép đo nhiệt độ là 10C.

Yêu cầu
1. Tìm hiểu tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp.
2. Lựa chọn các cảm biến cần sử dụng cho hệ thống (nêu lý do lựa chọn cảm
3.
4.
5.
6.
7.

biến, số lượng và vị trí lắp đặt cảm biến?). Số lượng và vị trí lắp đặt cảm biến.
Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác (Sơ đồ khối).
Sơ đồ khối hệ thống của hệ thống.
Lựa chon phương án điều khiển (Mô tả cụ thể).
Đánh giá về sai số của hệ thống (Giới hạn, nguyên nhân, biện pháp khắc phục
).
Hạn chế của bản thiết kế và cách khắc phục ?

Lời nói đầu
2


Trong nền kinh tế thị trường mở cửa nước ta hiện nay, việc mở rộng
thương mại và giao lưu kinh tế giữa các nước trong khu vực và thế giới là
một xu thế tất yếu.
Hiện nay lĩnh vực gỗ ngày càng được sử dụng rộng rãi đa dạng và phong
phú. Trong ngành xây dựng, ngành chế tạo máy, ngành giao thông vận tải,
ngành điện, ngành hàng hải, và nhiều ngành khác… Qua đó ta thấy gỗ ngày
càng được sử dụng rộng rãi, nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng cao và đòi hỏi
chất lượng tốt.
Để gỗ có chất lượng tốt thì kỹ thuật sấy gỗ đóng một vai trò rất quan
trọng. Sấy gỗ trong sản xuất gỗ là làm tăng chất lượng gỗ, làm tăng độ bền
cơ lý, tránh hiện tượng co rút, nứt, nẻ ở gỗ, giảm trọng lượng gỗ trong khâu
vận chuyển, hạn chế sự phát sinh của nấm và côn trùng phá hoại gỗ, nâng
cao tuổi thọ gỗ.
Để có được sản phẩm đạt chất lượng cao thì chúng ta sẽ không thể thiếu
được các dụng cụ đo đó là thiết bị đo nhiệt độ. Đo nhiệt độ có tầm quan trọng
đặc biệt trong công nghiệp. Đo nhiệt độ trong công nghiệp luôn gắn liền với
quy trình công nghệ của sản xuất, việc đo và kiểm soát nhiệt độ tốt quyết định
rất nhiều đến chất lượng của sản phẩm trongcác ngành công nghiệp thực
phẩm, luyện kim, gốm sứ, công nghiêp sấy trong đó sấy gỗ vv….
Do thời gian và trình độ còn hạn chế, còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên
không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được những ý kiến
và đóng góp của các thầy cô và các bạn để chúng em có thể hoàn thiện thiết
kế hơn nữa...
Xin chân thành cảm ơn!

3


Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ
1.1 Tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp.
- Khái niệm về sấy gỗ.
Sấy gỗ là quá trình khử ẩm từ gỗ bằng cách làm chất ẩm trong gỗ bay
hơi. Trong kỹ thuật đôi khi người ta nén vật liệu để đẩy ẩm ra ngoài nhưng
đối với gỗ người ta không dùng cách này vì gỗ cần được đảm bảo hình dạng
ban đầu để gia công và sản xuất tạo hình khác.
- Mục đích của sấy gỗ.
Mục đích của sấy gỗ là làm thay đổi , giảm độ ẩm cho phù hợp với môi
trường sử dụng và yêu cầu công nghệ gia công gỗ.
Sự thay đổi độ ẩm của gỗ dẫn đến sự thay đổi hình dạng , kích thước gỗ.
Vì vậy độ ẩm của chi tiết gỗ cần phải ổn định để đảm bảo hình dạng và kích
thước của gỗ trong kết cấu hay công trình.
Như vậy mục đích chính của công nghệ sấy gỗ là:
+ Để đề phòng trước sự thay đổi hình dạng và kích thước của chi tiết
khi gia công và sử dụng.
+ Giúp gỗ không bị mốc hoặc bị mọt, mối xâm hại. Giữ ổn định công
trình và sản phẩm gỗ.
+ Sấy gỗ để giảm trọng lượng chi tiết, công trình gỗ, đảm bảo chất
lượng độ bền, đẹp của bề mặt sản phẩm.
- Các khuyết tật của gỗ sấy sản sinh trong quá trình sấy.
Gỗ bị cong vênh là do các bộ phận gỗ co rút không đồng đều sinh ra
( co rút không đồng đều theo các chiều thớ gỗ khác nhau). Cong vênh ở các
loại ván khác nhau là khác nhau , đối với phần tiếp tuyến là quan trọng nhất.
Để hạn chế mức độ cong vênh cần tuân theo các biện pháp sau:

4

+ Khi xếp đống cần sử dụng thanh kê có bề dày đề nhau và phải đặt
đúng vị trí của thanh kê , cự ly thanh kê không nên cách quá xa nhau.
+ Gỗ bị nhăn mặt là biểu hiện của sự biến dạng hết sức mãnh liệt .
Khuyết tật này xảy ra ở một số loại gỗ nhất định . Để tránh hiện tượng này ,
khi sấy không nên sử dụng nhiệt độ quá cao.
+ Gỗ bị nứt nẻ là do sự phát sinh áp suất quá lớn bên trong gỗ làm cho
các thớ gỗ bị phá hoại. Ứng suất hình thành ở các giai đoạn sấy đầu sẽ gây
nên nứt ngoài . Còn ứng xuất hình thành ở giai đoạn sau sẽ gây nứt nẻ ở bên
trong. Để tránh hiện tượng này chúng ta nhất thiết không được hạ thấp độ
ẩm của môi trường sấy xuống quá thấp.
1.2 Tổng quan thiết kế lò sấy
+ Thể tích lò : 20 – 40 m3
+ Dải nhiệt độ sấy của lò trong quá trình sấy: dải nhiệt độ của lò trong quá
trình sấy: 100C- 600C
+ sai số ±10C.
Lò sấy thiết kế kiểu buồng, nằm ngang dùng không khí nóng để sấy gỗ
xếp bên trong. Ở đầu lò sấy có cửa để đưa sản phẩm cần sấy ra vào khi
hoàn thành quá trình công nghệ sấy. Dàn sấy được làm bằng sắt trên một hệ
thống xe goòng để xếp gỗ cần sấy.
Sàn lò sấy được gắn cố định một hệ thống đường ray dẫn xe goòng ở
giữa. Hệ thống ray này được kéo dài ra ngoài hai đầu lò sấy một khoảng
vừa đủ để bốc và xếp sản phẩm cần sấy.
Quạt thổi khí của mỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van
để điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp. Phần kết nối ở mỗi đầu ra, vào của
mỗi quạt đều có ống giảm rung nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động
của quạt gió khi làm việc với hệ thống.

5

Bộ gia nhiệt của lò sấy được cấu thành từ các thanh đốt điện trở có vỏ
bằng thép không gỉ, được cách điện để đảm bảo an toàn.
Hệ thống ống dẫn không khí nóng được nối từ bộ gia nhiệt theo hai
đường ống nhánh phân phối cho hai bên thành lò và theo các cửa thổi khí,
phân phối khí nóng đều từ dưới lên. Phía trên thành lò là hệ thống ống thu
khí tái tuần hoàn nối vào tới đầu hút của quạt thổi khí. Còn ở chính giữa là
quạt để đối lưu khuếch tán không khí nóng đều lò sấy .
Cảm biến đo nhiệt độ được bố trí ở những vị trí không bị ảnh hưởng bởi
nhiệt độ bên ngoài và các thiết bị gia nhiệt của lò sấy đảm để đảm bảo độ
chính xác.
Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN
2.1) Yêu cầu đề bài
Các thông số về lò:
+ thể tích lò : 20 – 40 m3
+ Dải nhiệt độ sấy của lò trong quá trình sấy: dải nhiệt độ của lò trong quá
trình sấy: 100C- 600C
+sai số ±10C.
Tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy
gỗ công nghiệp
2.2)Hướng giải quyết
Để làm bay hơi hoàn toàn 1Kg cần cung cấp lượng nhiệt 539Kcal. Để sấy
khô 1Kg sản phẩm có độ ẩm 6% thì cần cung cấp nhiệt lượng 32,34Kcal.
Trong 1h có 6.361,2Kg vật sấy đi vào lò sấy, để sấy khô chúng ta cần cung
cấp nhiệt lượng 205.721Kcal.
Thông thường hiệu suất của lò sấy chính là công suất của buồng phát
nhiệt.Theo dự kiến nhiệt độ buồng phát nhiệt là 100 0C, trong khi đó nhiệt độ
tác nhân sấy theo yêu cầu công nghệ là 60 0C. Do đó để có được nhiệt độ tác
nhân sấy theo yêu cầu đặt ra thì phải cung cấp một lượng không khí có nhiệt

độ bằng nhiệt độ của môi trường (200C ) phù hợp nào đó để hoà trộn vói nhiệt
6


độ buồng phát nhiệt. Theo số liệu người ta đã tính được thì cần phải cung cấp
một lượng không khí là 2000m3/ h.
Để tạo ra một lò sấy phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
- Bảo đảm nhiệt độ thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu
cầu của sản phẩm .
- Bảo đảm độ ẩm thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu
của sản phẩm .
- Bảo đảm lượng nhiệt được đưa vào liên tục và tuần hoàn vào lò sấy.
- Bảo đảm đảo sản phẩm thường xuyên được đưa vào(1-3h/1lần).
2.3)Sơ đồ khối hệ thống.

Hình 1: sơ đồ khối hệ thống.
2.4) Cấu tạo của lò sấy gỗ công nghiệp
a) Hệ thống cách nhiệt:
- Muốn cho lò sấy ít bị dao động nhiệt thi việc làm vỏ lò là quan trọng.Lớp
cách nhiệt càng dày thì càng ổn định,ít tốn chất đốt và ít phải điều
chỉnh.Ngoài ra trong lớp cách nhiệt đó còn có cả than hoạt tinh để khử độc và
còn có cả lỗ thông hơi để dẫn không khí vào lò sấy.Trong lò còn có quạt để
lưu thông luồng khí nóng chuyển lưu tuần hoàn trong lò sấy.
b) Bộ tạo nhiệt.
- Ta có thể dùng dây mayso được đặt trong buồng sấy để tạo nhiêt. Bộ gia
nhiệt của lò sấy được cấu thành từ các thanh đốt điện trở có vỏ bằng thép
không gỉ, được cách điện để đảm bảo an toàn.
7

Hình 2: dây mayso

c) Bộ tạo ẩm và bộ điều ẩm.
-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 chạy 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.
-Bộ điều ẩm thường gồm một bộ cảm biến ẩm đặt trong máy để tác động vào
bộ phận ngắt van nước để đóng ngắt dòng chảy vào máy, khi độ ẩm thấp hay
cao quá mức quy định.
d) Hệ thống thông gió và bộ điều gió.
- Bộ thông gió ở các lò sấy 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.
- Ta sử dụng loại quạt hướng trục là loại đặc biệt với sức ép cao nhằm đẩy
nhiệt đi khắp buồng xấy. Thường dùng 2 quạt mỗi quạt lưu lượng 4m3/giây,
đường kính quạt 750mm, quay 1.600 vòng /phút.
- Đặc tính nổi trội của loai quạt này là: Lưu lượng lớn, cột áp cao, rất phù hợp
cho hút hoặc thổi không khí trong đường ống. Cánh quạt của quạt hướng
trục được thiết kế góc nghiêng, số cánh phù hợp và được cân bằng động 2 mặt
nên chạy rất êm, không rung hay kêu to.
8


Hình 3: Quạt hướng trục.
e) Hệ thống đảo.

- Động cơ điện quay: Động cơ kéo

quạt công suất phải lớn hơn 16kw , có thể dùng động cơ 2 pha hoặc 3 pha
quay với tốc độ cao nhằm đẩy nhiệt đi khắp buống sấy.
Hình3: Động cơ công suất lớn.
f) 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.

9


- Sơ đồ khống chế, điều khiển nhiệt độ bằng tiếp điểm. Mạch lực có điện áp
cấp từ lưới 220/380 (v). Dòng điện cấp cho lò được đo bằng ampe kế thông
qua biến dòng.

Hình 4: Sơ đồ khống chế, điều khiển nhiệt độ bằng tiếp điểm.
* Nguyên lý làm việc của sơ đồ:
- Khóa K dùng để chuyển đổi chế độ điều khiển: vị trí tự động (TĐ) hoặc
bằng tay (T) . Ở chế độ khống chế nhiệt độ là tự động sau khi nhiệt độ thấp
( lúc đầu cung cấp điện cho lò ) thì tiếp điểm 1 đóng và được duy trì bởi RC,
cuộn dây role RT có điện, đèn Đ2 sáng và tiếp điểm RT đóng lại cung cấp điện
cho cuộn dây contactor K, contactor K đươc cung cấp điện và các tiếp điểm K
đóng lại cấp điện cho các dây điện trở R2. Khi nhiệt độ tăng đến nhiệt độ cao
(TMAX ) thì tiếp điểm 2 đóng lại cung cấp điện cho cuộn dây role RC làm tiếp
điểm RC mở ra, RT mất điện và tiếp điểm 2 được duy trì bởi tiếp điểm thường
đóng RT cuộn dây RT mất điện làm cho K cũng mất điện làm cắt các dây điện
trở R2 ra khỏi lưới điện dẫn đến nhiệt độ lò giảm xuống gần khi đến nhiệt độ
(TMIN) thì tiếp điểm 1 lại được đóng lại. Sơ đồ hoạt động trở lại như trước.
Đèn Đ3 dùng để báo hiệu aptomat đã được đóng lại. Tiếp điểm role nhiệt R1
đung để bảo vệ khi tiếp điểm 1 (RC) bị dính ko ngắt được.
- Ngoài sơ đồ điều khiển nhiệt độ bằng tiếp điểm trên còn có nhiều sơ đồ điều

khiển bằng tiếp điểm khác.
10


g) Bộ phận phụ trợ.
-Máy sấy công nghiệp còn có những bộ phận phụ trợ như: giàn
chuyển sản phẩm, bộ bánh xe chuyển giàn, bàn chuyển sản phẩm,
thang.

2.5) CÁC LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
1. Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

- 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,…
- Dải đo: -100 ~ 1400oC
- Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim,hay gia công vật liệu…
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại Cặp nhiệt điện khác nhau (E, J, K, R,
S, T…) đó là vì mỗi loại Cặp nhiệt điện đó được cấu tạo bởi 1 chất liệu khác
nhau, từ đó sức điện động tạo ra cũng khác nhau dẫn đến dải đo cũng khác
nhau. Người sử dụng cần chú ý điều này để có thể lựa chọn loại Cặp nhiệt
điện phù hợp với yêu cầu của mình.
11


+ Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới những
điểmsau đây:
- Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu truyền

đi dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều).
- Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát trên
đường dây. Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và
môi trường lắp đặt.
- Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần
đo.
- Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện.
2)Nhiệt điện trở (PT 100) (Resitance temperature detector –RTD).

Hình ảnh và cấu tạo của nhiệt điện trở Pt100
- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…
được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo.
- Nguyên lí hoạt động: 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.
- Dải đo: -200~700oC
- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài
dây không hạn chế.
12


- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt
điện
- Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường
hay gia công vật liệu, hóa chất…
Hiện nay 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 (khi ở 0 oC). Điện trở càng
cao thì độ nhạy nhiệt càng cao.
- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo chính

xác nhất.
3) Điện trở oxit kim loại (Thermistor)

Hình ảnh của thermistor
- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxit kim loại: mangan, nickel, 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.
- Dải đo: 50o
- Ứng dụng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện
tử.
- 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.

13


4) Cảm biến nhiệt 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: 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.
- Dải đo: -50 ~ 150oC
- Ứng dụng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các
mạch điện tử.
- Các loại cảm biến nhiệt bán dẫn điển hình: kiểu diode, các kiểu IC LM35,
LM335, LM45

5) Nhiệt kế bức xạ (Hay hỏa kế)

14


- 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.
- Ứng dụng: Làm các thiết bị đo cho lò nung.
- Dải đo: -97 ~ 1800 oC
-Hỏa kế 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 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
2.6)TÍNH CHỌN CẢM BIẾN CHO HỆ THỐNG.
-Trên thị trường hiện nay có khá nhiều các loại cảm biến đo nhiệt độ như cảm
biến dòng LM( LM35, LM335,…) hay cảm biến thông minh dòng DS18B20.
- Dùng cảm biến nhiệt độ LM35 kết hợp với AT89S52 và IC biến đổi A/D và
hiển thị bằng LED 7 thanh đo được nhiệt độ từ -550C đến +1500C, dùng
LM34C và 16F88 thuộc vi điều khiển PIC dùng ngôn ngữ lập trình BASIC
hiển thị nhiệt độ bằng LCD, chỉ đo được nhiệt độ từ -550C đến +1250C. Nói
chung những loại cảm biến họ LM so với họ DS thì độ chính xác không cao
và tốc độ truyền tín hiệu chậm 20C đến 1500C với tần số từ 20-1500Hz nhưng
giá thành chế tạo rẻ. còn ở loại cảm biến họ DS độ chính xác rất cao do tín
hiệu được truyền có độ phân giải lên đến 12Bit trong 750ms. Ở loại cảm biến
này có tích hợp ROM 64Bit, bộ nhớ Logic, mạch ổn định tín hiệu đầu ra.
Chính vì vậy mà nó khắc phục những nhược điểm của cảm biến họ LM. So

với những loại nhiệt kế dùng họ vi điều khiển 8051 và PIC thì nhiệt kế dùng
vi điều khiển ATMEGA16L thuộc họ vi điều khiển AVR có nhiều ưu điểm
hơn, so với vi điều khiển PIC lập trình bằng ngôn ngữ lập trình BASIC thì
dùng AVR lập trình bằng ngôn ngữ lập trình C do đó phần mềm sẽ ngắn gọn
hơn, còn so với 8051 thì tốc độ xử lý tín hiệu nhanh hơn không cần lắp thêm
15


bộ biến đổi A/D do ATMEGA16L đã tích hợp sẵn bộ biến đổi A/D và việc
lập trình sẽ đơn giản hơn. Cảm biến nhiệt độ LM335. Cảm biến này có dải
nhiệt độ -550C tới +1200C, độ nhạy 0,02mV/10C, sai số là trên dưới 0,50C, giá
thành rẻ từ 9 đến 12 nghìn VNĐ, có thể thiết kế 1 hệ thống đo và điều khiển
nhiệt độ dễ dàng đơn giản khi kết hợp với LM741 để khuếch đại cho mạch và
dùng LED 7 thanh để hiển thị, sai số của mạch chỉ 10C.
- Ở lò sấy công nghiệp, chúng ta cần dùng cảm biến có thể đo ở dải nhiệt độ
10 - 60°C và sai số thấp 1°C. Và chúng em nhận thấy cảm biến nhiệt độ
LM35 có dải nhiệt độ đo từ -55°C - 150°C chi phí thấp và có sai số trong
khoảng cho phép là cảm biến phù hợp với điều kiện yêu cầu.
2.6.1) Vị trí đặt cảm biến trong mô hình lò sấy gỗ công nghiệp
Cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ của môi trường nên nó sẽ được đặt bên
trong môi trường đó để có thể đo một cách chính xác nhất nhiệt độ của cả môi
trường.
Trong lò sấy gỗ có rất nhiều chỗ để đặt cảm biến và chúng ta cần đặt ở
những điểm có thể khái quát rõ ràng nhất nhiệt độ của lò.
Để đo chính xác dải nhiệt độ trong phòng chúng ta sẽ sử dụng 3 cảm biến
nhiệt độ LM35 được đặt ở các vị trí lần lượt là: 1 cảm biến trên trẩn của lò,2
cảm biến còn lại lần lượt đặt đối diện 2 bên tường không có thiết bị gia nhiệt.
Thiết bị hiển thị và chuông báo sự cố nhiệt độ phòng sấy nên đặt bên ngoài
cạnh cửa lò để thuận tiện cho việc theo dõi.
Chú ý: Không nên đặt cảm biến gần thiết bị gia nhiệt vì như vậy thiết bị

cảm biến có thể bị hỏng do sức nóng của thiết bị gia nhiệt,cũng như cho sai
lệch về kết quả đo.

16


2.6.2)Tìm hiểu về cảm biến LM35 và cách lắp đặt.
2.6.2.1 )Sơ đồ khối của mạch đo.

Nhìn trên sơ đồ cấu trúc ta sẽ thấy được hệ thống đo của chúng ta gồm
những thành phần nào? Nó gồm những khối chính sau:
1) Khối nguồn.
Đây là khối cung cấp nguồn cho toàn hệ thống mạch. Nguồn cung cấp ổn
định 5V thông qua ic nguồn LM7805. Nguồn đầu vào là biến áp hạ áp
220VAC-12VAC được thông qua chỉnh lưu. Chi tiết bạn xem trên mạch
nguyên lý
2) Khối cảm biến đầu vào.

17


gồm : Điểm 1 (LM35) ,Điểm 2 (LM35) ,Điểm 3 (LM35)
Đây là những cảm biến để đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35. Các đầu
ra của cảm biến được đưa vào bộ MUX. Các đặc điểm chung của cảm biến
nhiệt độ LM35 như sau.

+ Chân 1 : Chân nguồn đầu vào Vcc
+ Chân 2 : Chân đầu ra Vout
+ Chân 3 : Chân nối GND
- Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện

áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng
cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh.
- Đặc điểm chính của cảm biến LM35.
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC
+ Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra
khác nhau. Xét một số mức điện áp sau :
- Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV
- Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV
- Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV

18


Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với
hệ thống này thì đo từ 100C đến 600C.
3) Khối dồn kênh : MUX
Đây là khối dồn kênh khối này dùng để dồn các tín hiệu từ cảm biến về (3
điểm). Dồn kênh sử dụng CD4051 có 8 kênh đầu vào và 1 kênh đầu ra thông
qua 3 chân điều khiển. Đầu ra của bộ dồn kênh được nối với bộ ADC
4) Khối ADC và PSoC
Đâylà hai khối nằm trong PSoC CY8C29466. ADC là khối dùng để chuyển
đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Tín hiệu từ LM35 đưa về bộ MUX sau
đó qua bộ ADC trong PSoc sau đó chuyển đổi thành tín hiệu số từ đó suy ra
được nhiệt độ là bao nhiêu.

Vi xử lý Psoc với ưu điểm có khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ, người sử
dụng sẽ có được những thiết bị điều khiển, thiết bị đo có giá rẻ, kích thước

nhỏ gọn và sản phẩm PSoC của họ sẽ thay thế được hầu hết các thiết bị dựa
trên vi xử lý hoặc vi điều khiển đã có từ trước đến nay .

19


5) Khối nút nhấn và cảnh báo.
Nút nhấn dùng để điều khiển nhiệt độ cảnh báo thông qua 3 nút. Còn khối
cảnh báo thì cảnh báo nhiệt độ được thông qua còi chip.

6) Khối hiện thị LCD.

20


Đây là khối hiện thị thông số của kết quả đo được. Nhiệt độ ở 3 điểm được
hiện thị trực tiếp lên LCD 20x4 và nhiệt độ cảnh báo. Việc sử dụng hiện thị
LCD sẽ đơn giản hơn và tốn ít tài nguyên của vi xử lý đồng thời dễ điều khiển
hiện thị.
7) Khối RS232.
Đây là khối dùng để giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn truyền thông
RS232. Các thông số của mạch đo có thể hiện thị lên máy tính thông qua phần
mền giao diện đồng thời cũng điều khiển từ máy tính.
Việc ghép nối truyền thông qua máy tính dùng RS232 đã khá hữu ích trong
việc quan sát thông số của thiết bị trên máy tính và điều khiển từ máy tính.
Nên truyền thông qua RS232 được sử dụng trong bài toán này.
21


Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là trong những kỹ thuật được sử dụng

rộng rãi nhất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính.

2.6.2.2 )Tính toán nhiệt độ đầu ra và sai số của hệ thống.
1) Tính toán nhiệt độ.
Ta có hàm truyền sau
t

U(v)

ADC_value

LM35

ADC

Từ hàm truyền trên ta có :
U = t. K
22


Với K : là điện áp đầu ra của LM35 : K = 10mV/oC
t : là nhiệt độ môi trường [K]
U = t. 10mV/oC
Có ADC = 11 bit n = 11
Dải đo: A = [0 – 5] V
Bước thay đổi
n = 5 /2023 = 2.44mV
Giá trị ADC đo được từ giá trị điện áp đầu vào
ADC_value =

U/n = (t * 10mV) / 2.44mV

Giá trị nhiệt độ đo được:
t = ADC_value * 2.44/10 (oC)
2) Sai số của hệ thống đo
+ Tại 0 độ C thì điện áp của LM35 là 10mV
+ Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V
==> Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49 (V)
+ ADC 11 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 2.44mV
Vậy sai số của hệ thống đo là : Y = 0.00244/1.49 = 0.164 %
3) Đánh giá sai số
Sai số của bộ vi xử lí do:
-Sai số hệ thống: do hiểu biết sai lệch hoặc không đầu tư cho hệ thống đo,
hay do điều kiện sử dụng không tốt như: sai số do đặc tính của cảm biến, do
các đại lượng chuẩn không đúng, hay xử lí kết quả đo chưa tốt.
-Sai số ngẫu nhiên: không thể xác định do yếu tố khách quan.
-Bộ phận nguồn có thể cung cấp không đều hay sụt áp.
-Sai số thiết bị 1%
-Mạch đo có thể bị ảnh hưởng bởi điện trở, tụ điện có thể gây sai số nhỏ
-ADC gây sai số 1 bước lượng tử nên sai số là 1:2^8=0,39%
Sai số tổng là:(λ1^2+λ2^2)^1 /2 =1,07%

23


Chương 3: KẾT LUẬN
3.1. Kết quả đạt được
-Mạch đo và cảm biến

-Phần hiển thị trên máy tính

24


3.2. Hạn chế khi thực hiện bản thiết kế
Tín hiệu đưa về từ cảm biến là tín hiệu tương tự mà vi xử lý của chúng
ta không xử lý được tín hiệu này nên ta phải biến đổi nó sang dạng số để xử
lý. Từ giá trị số biến đổi,từ đó chúng ta quy đổi ra được nhiệt độ tương ứng
như cách tính ở trên. Do có 3 tín hiệu tương tự đưa về nên ta phải xử lý 3 tín
hiệu tương tự này,vì trong mạch sử dụng con dồn kênh CD4051 nên do đó ở 1
thời điểm rất nhỏ chúng ta chỉ có biến đổi được 1 kênh thôi và lưu kênh này
vào 1 mảng dữ liệu, tiếp theo ta quét tiếp đến các kênh còn lại và cũng lưu nó
vào 1 mảng. Như vậy chúng biến đổi được 3 kênh đầu vào mà chỉ dùng 1 bộ
ADC. Từ đó chúng ta tính ra giá trị nhiệt độ và hiên thị lên LCD.
3.3. Cách khắc phục
Khi thực hiện bản thiết kế này chúng em gặp khá nhiều vấn đề về kiến thức
cũng như kinh nghiệm thực tế, các thông tin đa số là tìm kiếm trên mạng, trên
các trang diễn đàn, cũng như một số sách giáo trình về đo lường cảm
biến.Chính vì vậy những thông tin chúng em thu thập có thể bị sai lệch do
nhiều nguồn trên mạng không rõ nguồn gốc nên có gì sai lệch mong chỉ bảo
chúng em để chúng em hiểu rõ và hoàn thiện bài. Chúng em cảm ơn thầy.
MỤC LỤC
25