Hệ thống đo nhiệt độ lò sấy gỗ

Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN
MÔN

ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

Đề tài: Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp.
GVHD:
Hà Văn Phương
Nhóm thực hiện:
Nhóm 1:

Vũ Duy Anh
Nguyễn Văn Bính
Đặng Công Chỉnh
Lương Văn Cử
Đỗ Hải Đăng
1


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

Nguyễn Đắc Bình

Mục lục...................................................................................................Trang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ...............

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN
2.1- Yêu cầu đề tài...................................................................................
2.2- Các hướng giải quyết.......................................................................
2.3- Lý do lựa chọn thiết kế....................................................................
2.4- Tính chọn thiết bị.............................................................................

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN
3.1-Các kết quả đạt được.........................................................................
3.2-Các hạn chế khi thực hiện.................................................................
3.2-Biện pháp khắc phục.........................................................................

CHƯƠNG 4: BẢN DỊCH TÀI LIỆU CẢM BIẾN

4.1-Bản tài liệu lý thuyết.........................................................................

2


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

4.2-Bản tài liệu sử dụng cảm biến...........................................................

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con
người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị phục vụ
công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự
phát triển đó thì ngành kỹ thuật điện, điện tử đã góp phẩn không nhỏ vào sự
phát triển đất nước. Trong đó môn kỹ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh
mẽ dựa trên những tiến bộ công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập
trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử. Từ những thời gian đầu phát triển
đã cho thấy sự ưu việt của nó và tới ngày nay tính ưu việt của đó ngày càng
được khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái
tưởng trừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống
vật chất tinh thần cho con người.
Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của của những ứng dụng trong thực tế của
môn “Đo lường và cảm biến”” chúng em sau một thời gian học tập được các
thầy, các cô trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên ngành đồng thời
được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy “Hà Văn Phương” chúng em đã “tìm hiểu,
phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công
nghiệp”.
Cùng với sự nỗ lực của nhóm nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nhiệm
của chúng em vẫn còn hạn chế sẽ không chánh khỏi sự thiếu sót. Chúng em rất

3


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

mong có được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm
đóng góp, phát triển và hoàn thiện đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ
1.1 Giới thiệu
Lò sấy là lò sấy kiểu buồng, nằm ngang dùng không khí
nóng để sấy.
Lò sấy được trang bị hệ thống điện động lực hiện đại, thiết bị
điều khiển tiên tiến đảm bảo điều khiển tự động các quá trình
công nghệ sấy hoặc bảo ôn với sai số điều khiển ±1% so với
nhiệt độ đặt.
Ở đầu lò sấy có cửa để đưa sản phẩm cần sấy vào và ra khi
hoàn thành quá trình công nghệ sấy. Cửa được thiết kế đóng
mở theo phương pháp kéo lên, hạ xuống bằng hệ thống cáp
treo. Hệ thống cáp treo này được dẫn động bằng động cơ liền
hộp số Nhằm mục đích bảo vệ an toàn, trên mỗi động cơ kéo
cửa đều trang bị phanh từ. Trong khi đóng mở cửa nếu bị mất
điện đột ngột, cửa sẽ ở vị trí cố định mà không bị rơi xuống. Ở
mỗi đầu hành trình của cửa có gắn công tắc giới hạn, đảm bảo
cửa chỉ đóng mở trong phạm vi cho phép an toàn. Các động cơ
hộp số kéo cửa được đặt trên nóc lò với khung bệ chắc chắn.
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 và vào của mỗi quạt đều có ống giảm rung

4

Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió khi
làm việc với hệ thống.
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. Để thuận tiện cho vận hành, sàn thao tác đều có cầu
thang lên xuống bằng thép.
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 ở chính giữa là hệ thống ống thu khí tái tuần hoàn
nối vào tới miệng hút của quạt thổi khí.
Sàn lò sấy bảo ôn được gắn cố định 01 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.
Sấy gỗ là bước đầu tiên và quan trọng nhất trước khi gỗ xẻ được chế biến
(gia công). Với gỗ sấy đạt tiêu chuẩn, sản phẩm với chất lượng tốt có thể đạt
được. Gỗ ở trạng thái tự nhiên, luôn luôn chứa một lượng nước lớn. Khi không
có một lượng nào hoặc một lượng nước nhỏ được thoát ra, gỗ được gọi là “gỗ
tươi” hoặc “gỗ chưa sấy”. Lượng nước tồn tại trong gỗ ảnh hưởng đến tính chất
của gỗ. Chính vì vậy gỗ phải được sấy vì nhiều lý do.
1.2 Các lý do cho việc sấy gỗ
Sấy sẽ làm cho gỗ có kích thước ổn định. Gỗ mà không được sấy một cách
đầy đủ thì sẽ không duy trì được kích thước chuẩn của nó thậm chí nó được gia
công một cách chính xác. Sấy sẽ làm tăng cường độ của gỗ. Nó cũng sẽ làm cho

gỗ dễ dàng hơn để xử lý chất bảo quản. Gỗ sấy sẽ không bị sâu mục một cách
dễ dàng. Nó sẽ không bị tấn công một cách dễ dàng bởi côn trùng hoặc nấm,
việc đánh nhẵn và các quá trình hoàn thiện khác dễ dàng và hiệu quả hơn. Một
lý do khác của việc sấy gỗ là nhằm giảm trọng lượng của nó và giảm chi phí vận
chuyển.
1.3 Giảm độ ẩm của gỗ

5


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

Sấy có nghĩa là làm giảm độ ẩm của gỗ đến mức tương tự với độ ẩm môi
trường nơi mà gỗ được sử dụng. Độ ẩm của gỗ là một lượng nước có trong gỗ.
Nó bao gồm nước tự do và nước thấm. Nước tự do là nước chứa trong ruột tế
bào thấm là nước chứa trong vách tế bào. Khi lượng nước tự do giảm đi thì nó
không làm thay đổi tích chất của gỗ nhiều lắm. Nó chỉ làm cho gỗ nhẹ hơn. Khi
mà lượng nước tự do bay hơi hết và chỉ còn lại duy nhất lượng nước thấm tồn
tại. Độ ẩm của gỗ tại thời điểm này được gọi là độ ẩm bão hoà thớ gỗ (FSP).Độ
ẩm tại thời điểm này nằm trong khoảng 25- 35% tuỳ thuộc vào loài gỗ. Phần lớn
gỗ được sử dụng ở môi trường có độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm bão hoà thớ gỗ. Điều
này có nghĩa là một lượng nước thấm phải được lấy đi. Có nghĩa gỗ phải được
sấy xuống dưới độ ẩm bão hoà thớ gỗ, điểm mà độ ẩm sẽ đạt tới khi lượng nước
tồn tại trong gỗ cân bằng với lượng ẩm trong không khí. Độ ẩm tại thời điểm
này được gọi là độ ẩm thăng bằng (EMC). Độ ẩm thăng bằng của gỗ sẽ thay đổi
cùng với độ ẩm tương đối của môi trường (RH). Độ ẩm tương đối (RH) là độ
ẩm của môi trường không khí xung quanh. Độ ẩm tương đối trong ngày là khác

nhau cho các khí hậu khác nhau. Độ ẩm thăng bằng sẽ tăng khi độ ẩm tương đối
tăng, độ ẩm tương đối giảm thì độ ẩm thăng bằng cũng giảm. Điều này có nghĩa
là nếu gỗ khô hơn môi trường không khí xung quanh thì nó sẽ hút ẩm từ không
khí. Nếu môi trường không khí khô hơn thì gỗ sẽ nhả ẩm. Chính vì lý do này,
việc sấy gỗ tới độ ẩm tương tự độ ẩm môi trường nơi mà nó được sử dụng là rất
quan trọng. Ví dụ, khi sử dụng ở ngoài trời nơi độ ẩm tương đối cao gỗ phải có
độ ẩm cao hơn nếu nó được sử dụng trong nhà, trong môi trường có điều hoà
không khí. Độ ẩm trong một miếng gỗ luôn luôn không được phân bố đều. Khi
mà độ ẩm khác nhau theo chiều dài, chiều rộng và chiều dầy của miếng gỗ,
gradient ẩm xuất hiện.
1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
Quá trình sấy bị ảnh hưởng bởi các nhân tố sau:
• Nhiệt độ
• Độ ẩm tương đối
• Sự tuần hoàn của không khí
• Loại gỗ
• Kích thước của gỗ
• Cách thức mà gỗ được xẻ
Trong quá trình sấy, nhiệt được sử dụng để làm bay hơi nước tồn tại trong gỗ.
Ở nhiệt độ cao gỗ khô nhanh hơn, nhưng sẽ có nhiều khả năng hơn tạo ra
6


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

khuyết tật khi sấy ví dụ như nứt, tách, cong vênh … Khi độ ẩm tương đối thấp,
điều này có nghĩa là không khí xung quanh gỗ khô. Gỗ sẽ khô nhanh hơn khi độ

ẩm tương đối thấp hơn và ngược lại. Tuy nhiên khi độ ẩm tương đối quá thấp
gradient độ ẩm trong gỗ trở nên quá cao. Điều này sẽ làm cho gỗ co ngót nhiều
và dẫn đến các khuyết tật sấy. Ngược lại khi độ ẩm tương đối cao hơn khô chậm
hơn và giảm được các khuyết tật sấy. Nếu có sự tuần hoàn không khí tốt, gỗ sẽ
khô nhanh hơn. Nếu tốc độ không khí qua gỗ tăng lên, tốc độ sấy cũng sẽ tăng
lên. Nhiệt độ, độ ẩm tương đối, sự tuần hoàn của không khí là các nhân tố có
thể kiểm soát được nếu gỗ được sấy trong lò, tuy nhiên nếu gỗ được hong phơi,
các nhân tố này không thể kiểm soát được và quá trình khô phụ thuộc vào điều
kiện tự nhiên xung quanh gỗ. Tốc độ sấy cũng bị ảnh hưởng bởi loài gỗ. Loài gỗ
mà có khối lượng thể tích thấp sẽ khô nhanh và ít khuyết tật. Loài gỗ có khối
lượng thể tích cao khó khô hơn và có xu hướng có nhiều khuyết tật hơn. Nhìn
chung gỗ cứng khó khô hơn gỗ mềm. Kích thước của gỗ cũng ảnh hưởng đến
tốc độ sấy. Gỗ có chiều dầy nhỏ hơn sẽ khô nhanh hơn. Cách thức mà gỗ được
xẻ ảnh hưởng đến tốc độ sấy. Ví dụ ván xẻ tiếp tuyến khô nhanh hơn ván xẻ
xuyên tâm.
1.5 Các phương pháp sấy
Có hai phương pháp sấy gỗ phổ biến – hong phơi và sấy cưỡng bức.
1.5.1 Hong phơi
Hong phơi là một cách thức sấy gỗ tự nhiên. Mặt trời cung cấp năng lượng
(nhiệt) cho việc làm bay hơi nước ở trong gỗ trong khi đó gió lưu thông không
khí xung quanh gỗ. Sử dụng phương pháp hong phơi, gỗ có thể được sấy đến độ
ẩm 15 -20% tuỳ thuộc vào điều kiện thời tiết. Thời gian sấy có thể rất khác nhau
từ 2 tháng cho đến 2 năm. Điều này tuỳ thuộc vào loài gỗ và kích thước của gỗ.
So với việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức, hong phơi yêu cầu đầu tư
ít và không mất chi phí cho năng lượng.
Tuy nhiên hong phơi có những nhược điểm sau:
• Thời gian sấy dài
•Gỗ không thể sấy khô đến độ ẩm dưới 15% .Với một độ ẩm thấp hơn thường
được yêu cầu cho các sản phẩm xuất khẩu tới các nước có khí hậu ôn hòa
• Cần một diện tích rộng cho việc xếp đống và hong phơi.

1.5.2. Sấy cưỡng bức

7


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

Gỗ xẻ trước khi sử dụng để làm đồ nội thất, các sản phẩm định hình hoặc
cho một số mục đích sử dụng khác….Nó thường phải được sấy đến một độ ẩm
theo yêu cầu. Nhằm đạt được mục đích này nhanh và chính xác, gỗ được đưa
vào sấy trong lò sấy. Không giống với quá trình hong phơi, nhiệt độ, độ ẩm
tương đối và sự tuần hoàn không khí trong lò sấy được kiểm soát trong suốt quá
trình sấy.
-Ưu điểm của việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức:
• Quá trình sấy được kiểm soát và hạn chế được khuyết tật
• Đạt được độ ẩm thấp hơn so với hong phơi
• Thời gian sấy ngắn hơn so với hong phơi
• Lò sấy được sử dụng cho nhiều loại gỗ khác nhau
• Đạt được độ ẩm chính xác theo yêu cầu
• Các sâu nấm hại gỗ bị diệt trong quá trình sấy
-Nhược điểm của việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức:
• Đòi hỏi đầu tư lớn hơn so với hong phơi
• Yêu cầu chi phí cho năng lượng
• Yêu cầu công nhân vận hành phải có kỹ năng vận hành và bảo dưỡng lò sấy.
- Hiện nay phần lớn các nhà máy ở các nước phát triển thường hong phơi trước
khi đưa gỗ vào sấy nhằm tiết kiệm chi phí năng lượng. Đây cũng là bước tốt cần
làm khi sấy loại gỗ khó sấy.

1.6 Kiểm soát độ ẩm trong quá trình sấy:
Để kiểm soát quá trình sấy gỗ, điều cần thiết là xác định độ ẩm trung bình
của gỗ trong quá trình sấy nhanh chóng và chính xác tại bất kỳ thời điểm nào.
- Việc xác định độ ẩm có thể sử dụng phương pháp cân sấy hoặc có thể sử
dụng máy đo độ ẩm (Để xác định độ ẩm ban đầu một cách chính xác người ta
thường sử dụng phương pháp cân sấy).
Sử dụng các tấm ván mẫu đó chính là một phương pháp được thiết lập cho
việc kiểm soát tốc độ sấy.
- Các tấm ván mẫu là thuận tiện và nhanh chóng cho việc kiểm soát quá
trình sấy. Chúng được chuẩn bị và xắp xếp ngay từ lúc xếp đống, bởi vậy tại bất
kỳ thời điểm nào, chúng có thể được lấy ra để cân hoặc đo và sau đó lại được
đưa lại đống gỗ. Tấm gỗ mẫu thường được cắt ngắn với chiều dài là 500 mm và
được sơn hai đầu bởi vậy chúng sẽ khô với tốc độ tương tự như các tấm gỗ dài,
các tấm gỗ mẫu thường được lựa chọn từ những thanh gỗ không có khuyết tật.
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

8


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

2.1. Yêu cầu đề tài
1. Tìm hiểu tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp
2. Lựa chọn các cảm biến phù hợp cho hệ thống (nêu lý do lựa chọn cảm biến,
số lượng và vị trí đặt cảm biến?)
3. Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác. (Sơ đồ khối)
4. Sơ đồ khối hệ thống của hệ thống

5. Lựa chọ phương án điều khiển (Mô tả cụ thê)
6. Đánh giá về sai số của hệ thống (Giới hạn, nguyên nhân, biện pháp khắc
phục)
7. Hạn chế của bản thiết kế và khắc phục?
Giới hạn điều kiện:
1. Thể tích lò 20- 40
2. Dải nhiệt độ làm việc từ 10 đến 60
3. Sai số của phép đo nhiệt độ là1
2.2. Các hướng giải quyết
Để thiết kế một hệ thống lò sấy nông sản ta có nhiều hương pháp. Dưới đây
là một số phương pháp điển hình nhất.
Các loại lò sấy:
Có hai loại lò sấy chính là lò sấy liên tục và lò sấy gián đoạn, hiện nay lò sấy
gián đoạn được sử dụng phổ biến ở Việt Nam và các nước Đông Nam Á. Lò sấy
gián đoạn có nhiều loại, tuỳ vào nguồn nhiệt sử dụng. Nó được chia làm các loại
sau:
• Lò sấy hơi nước
• Lò sấy tách ẩm

9


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

• Lò sấy năng lượng mặt trời
2.2.1 Lò sấy hơi nước:
Nhiệt trong lò sấy được cung cấp hơi nước bão hoà, hơi nước đi qua bộ phận

trao đổi nhiệt. Sự lưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằng quạt.
Nó giúp cho sự trao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn. Mặt cắt ngang
của lò sấy được chỉ ra ở hình 11. Sàn được làm bằng bê tông. Tường và cửa lò
được làm bằng vật liệu cách và chịu nhiệt.

2.2.2 Lò sấy tách ẩm
Bơm nhiệt và hệ thống tách ẩm bao gồm một máy làm lạnh và một số quạt.
Máy làm lạnh có thể làm việc như là hệ thống nhiệt gọi là bơm nhiệt hoặc như
một máy tách ẩm. Hệ thống tách ẩm hoạt động ở nhiệt độ nhỏ hơn 600 oC. Trong
khi đó bơm nhiệt có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 750 oC. Sự tuần hoàn không

10


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

khí trong lò được cung cấp bởi một số quạt. Không khí ẩm tuần hoàn trong lò đi
qua bộ phận làm lạnh tại đây nước được tách ra bởi bộ phận ngưng tụ. Lượng
nước này sau đó được thải ra ngoài bằng đường ống. Nhiệt từ bộ phận nén của
máy làm lạnh được sử dụng để làm nóng lò. Hình 12 thể hiện một dạng lò sấy
tách ẩm, cửa xả ẩm Bộ phận trao đổi nhiệt Quạt Bộ phận phun ẩm Nhiệt kế khô
và nhiệt kế ướt Tường cách nhiệt Trần phụ Đống gỗ Đà kê.

2.2.3 Lò sấy năng lượng mặt trời:
Lò sấy năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng từ mặt trời để sấy gỗ. Có 04
loại lò sấy năng lượng mặt trời.

11


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

• Lò sấy nhà kính: Tất cả tường và mái của lò sấy đều được làm bằng vật liệu
trong suốt. Bộ phận thu nhận năng lượng mặt trời được lắp ở bên trong lò sấy.
• Lò sấy nửa nhà kính: Mái và một vài bức tường được làm bằng vật liệu trong
suốt trong khi đó một số bức tường khác và sàn được làm bằng vật liệu cách
nhiệt nhằm giảm sự thất thoát nhiệt.
• Lò sấy có bộ phận thu năng lượng ở bên ngoài: Có một lò sấy riêng biệt, được
nối với bộ phận thu năng lượng bê ngoài bằng các đường ống.
• Lò sấy tách ẩm năng lượng mặt trời: Lò sấy này được lắp đặt một thiết bị tách
ẩm phù hợp. Thiết bị tách ẩm này làm giảm độ ẩm của không khí trong lò. Nó
cung cấp nhiệt thu được từ việc ngưng tụ nước. Quạt Vỏ lò Bộ phận phụ trợ
nhiệt Quạt nhỏ Ngưng tụ ẩm Thiết bị tách ẩm Không khí ấm ẩm Không khí khô
nóng Đống gỗ Vật liệu sử dụng để làm nhà kính là kính, tấm film nhựa, PVC,
polythene và sợi kính. Khung thường được làm bằng nhôm. Các bộ phận hấp
thụ nhiệt sử dụng các vật liệu đen mờ để hấp thụ năng lượng mặt trời để làm
nóng không khí trong buồng sấy.

2.3. Lý do lựa chọn thiết kế
Với tiêu chỉ dễ dàng lắp đặt và đạt hiệu quả cáo, chúng em quyết định chọn lò
sấy hơi nước.
12

Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

Ưu điểm:
- Hệ thống điều khiển sấy thông minh giúp tăng tuổi thọ của thiết bị và tăng
hiệu suất sử dụng năng lượng.
- Tỉ lệ trao đổi không khí tối ưu tăng tính năng hoạt động của thiết bị, tăng hiệu
suất sấy
- Sử dụng hơi nước: Tránh hoàn toàn khả năng cháy gỗ
- Mô đun hóa, tiêu chuẩn hóa: Giảm giá thành, rút ngắn thời gian giao hàng
- Sản xuất hoàn toàn trong nước: Giảm chi phí và chủ động trong việc bảo trì
- Thiết kế theo điều kiện khí hậu Việt Nam: Sấy tốt hơn, do các sản phẩm nước
ngoài sử dụng chương trình có sẵn cho các loại sản phẩm tại nước ngoài, khác
xa về điều kiện khí hậu
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 600C. 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 độ
buồng phát nhiệt. Theo số liệu người ta đã tính được thì cần phải cung cấp một
lượng không khí là 2000m3/ h.

13

Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

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(1-3 h
1lần
2.4 Tính chọn thiết bị
2.4.1. Sơ đồ khối hệ thống

2.4.2. 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.

14


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

b) Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt.


Bộ tạo nhiêt.

-Buồng nhiệt có chức năng phối trộn không khí với chất đốt để đảm bảo khi
đốt nhiên liệu cháy hết .
-Nếu không dùng cách trên, ta có thể dùng dây meso được đặt trong buồng
sấy để tạo nhiêt.


Bộ điều nhiệt.

-Quạt VP làm việc theo kiểu ngược dòng, hệ đường ống chính được chia làm
hai đường ống tách rời hoặc chỉ dùng để chuyển lưu không khí (đối với loại
dùng dây meso).
- Là hệ thống cảm biến nhiệt và các linh kiện được cài đặt 2 chiều theo ý
muốn trong 1 thời gian ấn định.
- Bộ vi điều khiển là hệ thống cảm biến kết hợp với bán dẫn để giám sát ,
nhận và xử lý các thông số kỹ thuật khi bộ cảm biến báo về.
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 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.

- 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 qui 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.
e) Hệ thống đảo.
- Động cơ điện quay: dùng cho mọi kiểu giàn quay, thường gồm động cơ điện,
bộ giảm tốc, bộ truyền động và cụm tiếp điểm cuối.
15


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

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.
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.

2.4.3. Tính, lựa chọn các thiết bị
a, Dàn nhiệt
-Dàn nhiệt Chế tạo bằng ống thép chịu nhiệt, cánh tản nhiệt nhôm. Kích thước
ống Φ25, đường kính cánh Φ55, hàng nhập khẩu, số lượng:10m

b, Quạt gió
Quạt Công nghệ Đức sản xuất tại Việt Nam Ø600 loại cánh 2 chiều, Cánh quạt
thép có thể đảo chiều quay mà không tới kết cấu quạt. Động cơ chuyên dùng
chịu nhiệt, có thể chịu 155độ C, công suất 1,5Kw tốc độ 1450 v/p, số lượng
2cái.

16


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

c, Cảm biến nhiệt độ
Trước tiên ta cần biết 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.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ: Nhiệt độ từ
môi trường sẽ được cảm biến hấp thụ, tại đây tùy theo cơ cấu
của cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng
điện nào đó (điện áp, dòng điện…). 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
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).
1) Phân loại cảm biến nhiệt
- Cặp nhiệt điện (Thermocouple ).
17


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

- Nhiệt điện trở (RTD-resitance temperature detector) - PT100.
- Thermistor.
- Bán dẫn ( Diode, IC ,...).
- Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc (hỏa kế- Pyrometer ). Dùng
hồng ngoại hay lazer.


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, giáo dục 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.
+ Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới những
điểm sau 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.

18


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

- 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.


Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD).

- 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.
- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây

không hạn chế.
- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện
- Dải đo: -200~700oC
- 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.

19


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến



Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

Điện trở oxit kim loại (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.
- 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 .


Cảm biến nhiệt bán dẫn

20


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

- 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 diod, các kiểu IC LM35,
LM335, LM45


Nhiệt kế bức xạ (Hay hỏa kế)

- 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

21


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

sóng nhất định. Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra
nhiệt độ của vật cần đo
2) Lựa chọn cảm biến cần 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 DS1820.

-

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 -55 0C 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 201500Hz 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 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 9-12 nghìn, có thể thiết kế 1 hệ thống đo và điều

22


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

khiển nhiệt độ dễ dàng đơn giản khi kết hợp với LM741 để khuếch đại cho
mạch và dùng LED 7 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°C-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.

3) 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 phòng.
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.
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.
4) Tìm hiểu về cảm biến LM35 và cách lắp đặt
 Sơ đồ khối của mạch đo

23


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

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:
•

Khối nguồn

Đây là khối cung cấp nguồn cho toàn hệ thống mạch. Nguồn cung cấp ổn định
5V thông qua 7805. Nguồn đầu vào là biến áp hạ áp 220VAC-12VAC được
thông qua chỉnh lưu. Chi tiết bạn xem trên mạch nguyên lý
•

Khối cảm biến đầu vào

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

24


Bài tập lớn Đo lường và Cảm biến

Trường ĐH
Công Nghiệp Hà Nội

+ 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 ᵒC - 150 ᵒC với các mức điện áp ra
khác nhau. Xét một số mức điện áp sau :
- Nhiệt độ -55 ᵒC điện áp đầu ra -550mV
- Nhiệt độ 25 ᵒC điện áp đầu ra 250mV
25