BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN:VI MẠCH TƯƠNG TỰ
Đề số : 1

Họ và tên HS-SV : Lương Ngọc Hiếu
Lớp : Tự động hóa 3
MSV : 0841240198
Khoá : 8

Khoa : Điện.
NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Đề tài : Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt
độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C = 0÷(100+5*n)0C.
- Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp:
1.U=0÷10V
2.I=0÷20mA
- Dùng cơ cấu đo để chỉ thị.
- Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường :t°C=0÷tmax/2.Thiết kế mạch
nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng
τ=(1+0.5*a) giây.
- Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt giá trị : t°C=tmax/2.
- Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân.Xây dựng bộ hiển thị số
BCD.
Trong đó:a: chữ số hàng đơn vị của danh sách(ví dụ:STT=3→a=3;STT=10→a=10)

n:số thứ tự sinh viên trong danh sách.


Lời nói đầu
Đất nước ta đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp vì vậy
vấn đề điều khiển và vận hành các thiệt bị công nghiệp nhằm nâng cao
năng xuất và chất lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí là vấn đề rất
quan trọng và vấn đề được chú ý nhiều hơn nữa là nhiệt độ.nhiệt độ được
ứng dụng rất rộng rãi ví dụ như trong các lò sấy gỗ,lò luyện
gang,sắt,thép…
Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường gặp trong đời sống hằng ngày
cũng như kỹ thuật và công nghiệp.Việc đo nhiệt độ cũng vì vậy là một
yêu cầu thiết thực nên cảm biến đo nhiệt độ là loại cảm biến được sử
dụng nhiều nhất trong công nghiệp kỹ thuật cũng như trong đời sống
hằng ngày.Dưới đây là bài tập của em về dùng các vi mạch tương tự tính
toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện
trở kim loại.


MỤC LỤC
Chương 1: Tổng quan về mạch đo
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính
Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo
- Tính toán, lựa chọn cảm biến
- Tính toán, thiết kế mạch đo,mạch hiển thị
- Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp
- Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa
- Tính toán mạch nhấp nháy cho LED
- Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo.

Kết luận và hướng phát triển


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO
Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ như dùng
cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến nhiệt
độ. Nhưng phương pháp được dùng nhất hiện nay là phương pháp dùng cảm biến
nhiệt điện trở kim loại.
1, Sơ đồ nguyên lý chung của mạch đo
gồm các khối cơ bản :
1. khối cảm biến
2. khối khuếch đại
3. khối so sánh
4. khối chỉ thị
5. khối cảnh báo
6. mạch chuyển đổi U sang I
Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo :

Khối Chỉ thị
T0
U đặt
2, Chức năng của các

Chuyển đổi U
sang I
Cảnh báo

khối trong mạch đo :

1. Khối cảm biến : khối

cảm biến có chức năng biến đổi các
tín hiệu không điện
thành tín hiệu điện tương ứng.
Trong bài này ta dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại để chuyển đổi tín hiệu nhiệt
độ sang tín hiệu điện áp.

2. Khối khuếch đại : có chức năng khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới vì
tín hiệu điện ra từ cảm biến thường là rất nhỏ nên ta cần dùng mạch khuếch đại để
khuếch đại tín hiệu đó rồi đưa vào các mạch điện khác.
3.Khối so sánh :so sánh tín hiệu vừa đưa về với tín hiệu đã cài đặt. Việc so sánh tín
hiệu sẽ được ứng dụng cho mạch cảnh báo khi có sự quá nhiệt độ.
4. Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện sang tín
hiệu điện áp.


5. Khối cánh báo : cảnh báo cho mọi người biết rằng nhiệt độ đã tăng quá cao so
với nhiệt độ cho phép.

Chương II : Các thiết bị chính
Dựa vào sơ đồ nguyên lý của mạch đo gồm các khối thì ta sẽ xác định được các
thiết bị được dùng cho mạch đo.
1, Cảm biến
- Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại
lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được và xử
lý được.Các đại lượng nhiệt độ cần đo thường có tính chất điện như nhiệt độ,áp
suất...
- Ta có t°C = 0÷(100+5*n)0C
n-STT trong danh sách →n=23
→t°C=0÷220°C
- Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ như :

+ cặp nhiệt ngẫu
+ nhiệt điện trở kim loại
+ IC cảm biến nhiệt độ
Theo yêu cầu của đề bài ta sẽ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.Nhiệt điện
trở kim loại có 2 loại thông dụng là nhiệt điện trở platin và nhiệt điện trở nikel. Do
nhiệt điện trở platin có độ tuyến tính theo nhiệt độ cao, điện trở suất cao, chống
oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo dài nên ta sẽ sử dụng nhiệt điện trở platin cụ thể
trong bài ta sẽ sử dụng nhiệt điện trở pt100.

a,Cấu tạo
- Được làm từ kim loại platinum quấn tủy theo hình dáng của đầu dò nhiệt
điện trở RTD có giá trị điện trở R0 tại 00C là 100Ω


- Đầu dò RTD gồm 2 loại
+ Loại dây nối : Thiết bị đơn giản,sợi dây cảm biến được quy ẩn xung
quanh 1 lõi hoặc trục. Lõi hình tròn hoặc phẳng phải cách điện được

+Loại màng mỏng : Người ta phủ 1 lớp bạch kim mỏng (dày khoảng 10-7
mm đến 10-6mm) lên 1 cái đế bằng sứ. Ưu điểm của loại này là giá thành thấp và
khối lượng tác dụng nhiệt thấp, làm cho chúng đáp ứng nhanh và dễ dàng đặt vào
các vỏ nhỏ.

- Cách nối dây(3 cách)
+ loại 2 dây:cấu hình đơn giản, độ chính xác thấp.
+ loại 3 dây:cấu hính phức tạp,độ chính xác không cao.
+ loại 4 dây:cấu hình đơn giản,độ chính xác cao,giá thành cao.
=> Để thiết bị cảm biến đơn giản và ít bị sai số thì ta sẽ chọn đầu dò loại dây
nối và loại 4 dây.
b,Nguyên lý hoạt động

Hoạt động nhiệt điện trở dựa trên sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện
trở
• Rt = R0 ( 1 + αt)
• Rt : Điện trở ở nhiệt độ t
• R0 : Điện trở ở 0 độ C
• α : Hệ số của nhiệt điện trở
Điện trở PT100 là một dây kim loại có bọc các đoạn sứ bao quanh toàn bộ dây
kim loại.Phần bao bọc này lại được đặt trong một ống bảo vệ(thermowell) thường


có dạng trụ tròn,chỉ đưa 2 đầu dây kim loại ra để kết nối với thiết bị chuyển
đổi.Phần ống bảo vệ sẽ được đặt ở nơi cần đo nhiệt độ.
Hai đầu dây kim loại để chừa ra ở phần ống bảo vệ được kết nối tới một thiết
bị gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện phục vụ cho việc truyền
tới phòng điều khiển giám sát.Thiết bị chuyển đổi có cấu tạo chẳng qua là một cầu
điện trở có một nhánh chính là Pt100(có điện trở là 100 ôm ở 0 độ C).
Ðáp ứng của RTD không tuyến tính nhưng nó có độ ổn định và chính xác rất
cao, do vậy hay được dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Nó
thường được dùng trong khoảng nhiệt độ từ -250 đến +850 mà can nhiệt pt100 là kí
hiệu thường được sử dụng để nói đến RTD với hệ số alpha=0.00391 và R0=100Ω.
2, Bộ khuếch đại thuật toán µA741 :
Dùng để khuếch đại các tín hiệu như điện áp,dòng điện,công suất. Trong
bài ta sẽ sử dụng khuếch đại thuật toán để khuếch đại điện áp đưa ra từ cảm
biến và dùng trong bộ so sánh để đưa ra khối cảnh báo cho mạch
Hình ảnh thực tế của bộ khuếch đại thuật toán :

a,Cấu tạo:
Input - : Đầu vào đảo
Input +: Đầu vào không đảo
Vss: Nguồn cấp

Output: Ngõ ra
b,Hoạt động:
Khi cấp nguồn vào thì mạch chỉ khuếch đại hệ số điện thế giữa đầu vào đảo và
không đảo. Điện áp ra được tính theo công thức Vra=(V+ - V-)Gvh
Với Gvh=độ lợi vòng hở.
3, Điện trở :
Là linh kiện không thể thiếu trong các mạch đo


Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
a,Cấu tạo
Thường được làm bằng than hay các chất đặc biệt có tính dẫn điện kém. Được
bao bọc bởi bên ngoài bằng 1 lõi sứ hoặc ép thành khối.
b,Cách đọc điện trở :
Cách đọc trị số của điện trở tùy thược vào cách biểu thị của các vòng màu và giá
trị điện trở






Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng
chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.
Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3
Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị
Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.

Sau khi thiết kế mạch chúng ta sẽ phải lựa chọn loại điện trở phù hợp mạch đo, để
hiển thì đầu ra có thể chính xác.
4, Cơ cấu chỉ thị :
Muốn biết được nhiệt độ có quá tải hay không thì ta phải hiển thị ra thông qua cơ
cấu chỉ thị. Vì mục đích cuối cùng là chúng ta biết được nhiệt độ và cảnh báo.
Chúng ta có nhiều cơ cấu chỉ thị thường dùng như điện từ, từ điện, điện động….
trong phạm vi bài này chúng ta đo dải điện áp từ 0 đến 10V và dải dòng điện từ 0
đến 20mA ta nên dùng cơ cấu chỉ thị từ điện vì từ trường của cơ cấu do nam
châm vĩnh cửu tạo ra mạnh,ít bị ảnh hưởng của từ trường bên ngoài,công suất tiêu
thụ nhỏ,từ 25µW - 200µW,phụ thuộc dòng điện Imax,độ chính xách cao và cơ cấu
này đo được dòng điện, điện áp 1 chiều với dải đo rộng .
5, Các thiết bị cảnh báo :
Để cảnh báo quá nhiệt độ ta có thể sử dụng chuông cảnh báo hoặc còi để cảnh
báo, hoặc ta có thể sử dụng đồng thời cả hai để cảnh báo quá nhiệt độ. Những
thiết bị này thường mang thông tin nhanh và chính xác, dễ lắp đặt và sử dụng
nguồn điện một chiều hay xoay chiều.

6, Nguồn cấp cho mạch :
Vì trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với cấp điện áp 5V, 9V hoặc
12V tùy theo yêu cầu của mạch trên thực tế thì nguồn điện 1 chiều thường được
chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều. Nguồn cấp của chúng ta gồm có :
» Máy biến áp có chức năng hạ áp từ 220V xuống điện áp 5V, 9V, 12V.


» Bộ chỉnh lưu cầu gồm có các điot, tụ điện, và điện trở và cuộn cảm có tác
dụng chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng 1 chiều

7,ADC0804

- Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800. Chip có
điện áp nuôi là +5V và độ phân giải 8 bit. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là
thời gian mà bộ ADC cần để chuyển đổi 1 đầu vào tương tự thành 1 số nhị phân.
Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số dồng hồ được cấp
tới chân CLK và CLK IN và không nhỏ hơn 110µs.
-Chức năng của các chân
+ CS(Chip select), chân số 1 là chân chọn chip,đầu vào tích cực mức thấp
được sử dụng để kích hoạt chip ADC0804. Để truy cập tới ADC thì chân 1 phải đặt
ở mức thấp
+ RD(read),chân số 2 là chân nhận tín hiệu vào tích cực ở mức thấp. Các
bộ chuyển đổi ADC se chuyển đầu vào tương tự thanh số nhị phân và giữ ở 1 thanh
ghi trong. Chân RD được sử dụng để cho phép đưa dữ liệu đã chuyển đổi tới đầu ra
của ADC. Khi CS=0 nếu có 1 xung cao xuống thấp, áp đến chân RD thì dữ liệu ra
dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu(DB0-DB7)
+WR(Write),chân 3 là chân vào tích cực mức thấp để báo cho ADC biết
để bắt đầu quá trình biến đổi. nếu CS=0 khi VR tạo ra xung cao xuống thấp thì
ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị
phân 8 bit. Khi chuyển đổi xong thì chân INTR được ADC hạ xuống thấp.
+CLK IN và CLKR , chân 4 và chân 19. chân 4 được nối với đồng hồ
ngoài được sử dụng để tạo thời gian. ADC cũng cố 1 bộ tạo xung đồng hồ riêng.Để
dùng được đồng hồ riên thì chân 4 và chân 19 phải được nối với 1 tụ điện và điện
trở.


+Ngắt INTR,chân 5 là chân ra tích cực mức thấp,bình thường ở trạng thái
cao và khi chuyển đổi hoàn tất nó xuống mức thấp để báo dộng cho CPU biết dữ
liệu đã được chuyển đổi sãn sàng để lấy đi.
+Chân VCC,chân 20 là chân nguồn nối +5V,được dùng như điện áp tham
chiếu khi đầu vào VREF/2(chân 9) để hở.
+Chân VREF/2 là 1 điện áp đầu vào dùng cho điện áp tham chiếu. Nếu

chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0-5V. Tuy
nhiên có nhiều đầu vào tương tự áp dến Vin khác với dái 0-5V. Chân VREF/2 được
dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0-5V
+Chân D0-D7 , chân 18-11 là các chân ra dữ liệu số(D7 là bit cao nhất
MSB và D0 là bit thấp nhất LSB). Các chân được định 3 trạng thái và dữ liệu đã
được chuyển đổi chỉ đợc truy cập khi chân CS =0 và chân RD đưa xuống mức thấp.
Công thức tính điện áp đầu ra
Dout=Vin/Kích thước bước
+Chân GND(chân số 10 và chân số 10) là chân nối đất.
8,Led

Led là thiết bị dùng để báo sáng khi mạch đo có nhiệt đọ vượt quá ngưỡng
cho phép.

Chương III : Tính toán và thiết kế mạch đo
1,Tính toán lựa chọn cảm biến
RT1

E+
S+

120.00
SERTD-PT100

Theo bài ta sử dụng cảm biến nhiệt độ là pt100.
Dải nhiệt t=0÷2200C mà dải nhiệt của pt100 là t=-200÷8500C
Cứ 0.5mV thì tương ứng với 10C nên:
Tại 0 thì giá trị đầu ra của pt100 là 0V
Mà nhiệt độ tối đa của pt100 là 8500C thì điện áp ra là 0.425V nên theo bài thì
ta có nhiệt độ tại 2200C thì điện áp ra là 0.11V

Do sai số và cách chọn giá trị điện trở mà ta có giá trị điện áp ra sẽ khác nhau và
giá trị điện áp ra rất nhỏ nên giá trị điện áp ra sẽ có sự sai số.
2,Mạch đo mạch hiển thị
a,Khối ADC

Các chân 1,2,8,10,7 được nối đất
Chân 3 được nối với chân số 3 của mạch tạo dao động HE555
Chân 19 nối với điện trở R3= 10kΩ rồi nối vào chân 4 tiếp nối vào tụ C 3=150pF rồi
nối đất
Chân 20 nối với nguồn nuôi
Chân 6 là chân nhận tín hiệu từ PT100 rồi chuyển hóa tín hiệu ra các chân
11,12,13,14,15,16,17,18

b,Khối giải mã cho 8bit đầu vào


74LS83 là IC cộng 2 số 4 bit nhị phân.
-A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 : các chân đầu vào của 2 số nhị phân A, B.
- S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân.
-C4 số nhớ của phép cộng.
CO: số nhớ ban đầu
A12

10
8
3
1

A1
A2
A3
A4

11
7
4
16

9
6
2
15

S1
S2
S3
S4

A1
A2
A3
A4

11
7
4
16

U3

B1
B2
B3
B4

13

U14
10
8
3
1

OR

U12

U7

1
2

9
6
2
15

S1

S2
S3
S4

3
4

B1
B2
B3
B4

13

C0

C4

14

74LS83
AND_2

C0

14

C4

OR

74LS83

A9

A1
A2
A3
A4

11
7
4
16

9
6
2
15

S1
S2
S3
S4

B1
B2
B3
B4

13

C0

U11
10
8
3
1

OR

U9
10
8
3
1

A1
A2
A3
A4

11
7
4
16

U13

U10

9
6
2
15

S1
S2
S3
S4

B1
B2
B3
B4

13

C0

14

C4

74LS83
AND_2
14

C4

OR

74LS83

A6

11
7
4
16
13

U8
10
8
3
1

OR

U2
10
8
3
1

A1
A2
A3

A4

S1
S2
S3
S4

9
6
2
15

B1
B2
B3
B4

U18

11
7
4
16

U17

13

A1
A2

A3
A4

S1
S2
S3
S4

9
6
2
15

B1
B2
B3
B4
C0

C4

14

74LS83
AND_2

C0

C4

14

OR

74LS83

A3

10
8
3
1

U6
10
8
3
1
11
7
4
16
13

A1
A2
A3
A4

S1

S2
S3
S4

9
6
2
15

11
7
4
16
13

B1
B2
B3
B4
C0

U5
10
8
3
1

OR

U4

A1
A2
A3
A4

S1
S2
S3
S4

9
6
2
15

B1
B2
B3
B4

U20

11
7
4
16

U19

13

A1
A2
A3
A4

S1
S2
S3
S4

9
6
2
15

a
b
c
d

B1
B2
B3
B4
C0

C4

14

74LS83
AND_2

C0

C4

14

OR

74LS83

C4

14

74LS83

c,Khối hiển thị
s
s
t
t
t
s

1

2

3

4

c

a

b

d

s

Khối hiển thị ra led 7 thanh.
3,Mạch khuếch đại chuẩn hoá
a,Mạch khuếch đại,chuẩn hoá điện áp
-Để tín hiệu đầu ra được chuẩn hóa ta dùng mạch khuếch đại vi sai cải tiến :

-Mạch khuếch đại vi sai cải tiến nâng được độ lớn tổng trở vào của mạch,có khả


năng điều chỉnh được hệ số khuếch đại bằng cách điều chỉnh 1 biến trở.
Điều kiện: R14R15=R13R16
Ta có biểu thức cho điện áp ra là:

Với =0.11V,=0,=10V
Chọn R13 =R14 =R15 =R16=10k, R10=10k, R11=80k, R12=11,91k

Thay các giá trị vừa chọn vào mạch đo ta sẽ có mạch khuếch đại điện áp từ 0.11V
lên 10V.
b,Mạch khuếch đại chuẩn hoá dòng điện(mạch chuyển đổi U sang I)
Sau khi chuẩn hóa đầu ra ra điện áp ta cần phải chuẩn hóa đầu ra cho dòng điện,
chuẩn hóa đầu chuẩn công nghiệp là 0-20mA. Như vậy cần thiết kế mạch chuyển
đổi áp-dòng.
Sơ đồ nguyên lý chung của bộ biến đổi áp-dòng:

Nếu như chọn thì ta sẽ có Ira = Ui
Với tín hiệu đầu ra từ 0 đến10V thì ta sẽ đi tính chọn điện trở cho mạch chuyển
đổi tín hiệu :
Khi tín hiệu vào U=0 thì dòng điện bằng không
Khi tín hiệu vào bằng 20mA thì ta có :
Ui= 20 mA
Thay Ui= 10 vào ta tính được Rl= 500 Ω
Như vậy ta đã tính chọn xong các điện trở cho mạch biến đổi dòng – áp
Và dòng điện ra là chuẩn công nghiệp với giá tri ra từ 0 đến 20mA khi giá trị đầu
vào là 0 đến 10 V, sau khi chuyển đổi xong thành tín hiệu dòng điện ta sẽ tiếp tục
đưa vào khối hiển thị.
ta lại có U0=(R6/R4)Ui
mà Ui=10V
I=20mA =>U0=2.5V


=>R6=(500/10)2.5=125 Ω
Thay các giá trị vào mạch chuyển đổi dòng áp ta sẽ thu được giá trị của dòng điện
cần đo.
4,Mạch nhấp nháy
R7

RA2
HC555 0.23k

4

R

VCC

8

10k

C2

Q
DC

5

3
7

CV

D1
RA1

0.01uF

LED-RED

1

C1

TR

GND

10k
2

TH

6
555

354uF

ta có thời gian sáng bằng thời gian tối t=1+0,5*a
mà a=3
=>tn=tx=t=1+0,5*3=2.5(s)
T=tn+tx=5(s)
Mà tn=0,69(R1+R2)C2
tx=0,69*R2*C2
vì R1 rất nhỏ nên ta chọn R1=0.23k,R2=10k =>C2=354µF
5, Mạch cảnh báo
Để có tín hiệu cảnh báo theo đúng nhiệt độ mà mình muốn ta cần phải chuyển đổi
tín hiệu đó từ nhiệt độ sang điện áp. Như vậy ta cần dùng mạch so sánh để so sánh

với tín hiệu mà ta đặt để đưa ra tín hiệu cảnh báo.
Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh 1 điện áp vào với một điện áp chuẩn Uđ trong
mạch so sánh chỉ có tín hiệu ra chỉ có 2 mức, mức điện áp cao và mức điện áp thấp
nghĩa là khi Ui
Uđ thì điện áp ra : Ura =0 V
Khi điện áp ra ở mức cao Ui> Uđ thì điện áp ra khác 0
U0
Uimax

Uimin
Uđ
Dựa vào nguyên lý đó ta thiết kế mạch cảnh báo dùng bộ so sánh, khi điện áp vẫn
chưa đủ so với điện áp đặt thì điện áp ra của bộ so sánh gần bằng 0 nên chúng chưa
báo, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn thì có sự quá điện áp, nên điện áp vượt quá điện


áp đặt, điện áp ra của bộ so sánh tăng lên, cung cấp tín hiệu điện áp. Lúc này
chuông báo sẽ được cấp nguồn và hoạt động báo quá nhiệt độ .
Tính chọn điện áp đặt :
Dựa vào điều kiện là khi nhiệt độ t=tmax/2 thì sẽ cảnh báo vậy ta có:
Nhiệt độ của giá trị cảnh báo : t =tmax/2=220/2=1100C

Vậy điện áp đặt cho bộ so sánh là : Uđ= -5V

Ur

+Ucc
0
Uv
Uđ

Nguyên lý hoạt động của mạch so sánh được thể hiện ở hình trên
Như vậy khi Uv > Uđ thì điện áp ra khác không và còi sẽ hoạt động cảnh báo. Một
vấn đề nữa là chọn nguồn cung cấp Ucc sao cho điện áp ra đủ để còi hoạt động.
thường thì ta hay chọn Ucc=2.5V nhưng theo bài thì ta sẽ chọn Ucc là -7.30V để
mạch có thể hoạt động được.
mạch cảnh báo là ta phải đấu vào đèn hoặc còi báo động, với đèn thì ta chỉ cần đấu
vào nguồn còn với còi báo động thì ta phải qua khâu khuếch đại công suất, như
trong bài thì ta sẽ sử dụng luôn mạch khuếch đại không đảo của bộ so sánh và nối
thêm với một con diode để chỉnh lưu mạch giúp mạch chạy ổn định hơn.
6, Tính toán thiết kế nguồn


Vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế
thì nguồn lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V. vậy vấn đề đặt ra là phải
biến đổi dòng xoay chiều sang 1 chiều .
khối nguồn sẽ bao gồm: _ máy biến áp
_ bộ chỉnh lưa cầu dùng 4 điot
_ tụ điện C để lọc
_ cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện.

Sơ đồ nguyên lý:

+ tính chọn máy biến áp: ở đây chúng ta có hai nguồn đó là nguồn cho điện áp đặt
ở bộ so sánh 5V và nguồn cấp cho OA là 12V như vậy cần sử dụng máy biến áp có
nhiều cấp điện áp để lấy ra hai cấp điện áp mình dùng. Hoặc ta có thể hạ xuống
12V rồi dùng con biến trở để chỉnh xuống 5 V nhưng sẽ tốn 1 lượng năng lượng vì
vậy nên dùng 2 bộ chỉnh lưu điện áp và 1 phương pháp khác là ta có thể dùng khối
ổn áp 1 chiều để có đầu ra thay đổi.
Tối ưu nhất ở đây nên dùng phương án 3.
Phương án thiết kế : + biến áp : do yêu cầu đặt ra nên ta sử dụng biến áp có điện

áp vào 220V và điện áp ra là 15V .
+ mạch chỉnh lưu : do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu
cầu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với
phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu.
+ bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san bằng điện áp để dòng điện
phẳng hơn, lọc bằng tụ điện khá đơn giản và chất lượng lọc khá cao. Nên ta dùng tụ
điện.
+ khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp ra thay đổi từ
0 đến 15V nên nên ta dùng IC ổn áp thông dụng là LM 7805 do có dải điện áp ra
trong khoảng 1,2V-35V với cách mắc thông thường.


Cơ cấu đo dùng ổn áp LM 7805 dùng để ổn áp đầu ra 5V:

7,Cơ cấu chỉ thị
Vì dòng điện ra là dòng 1 chiều và điện áp ra cũng là 1 chiều với giá trị bé nên ta
dùng cơ cấu chỉ thị từ điện
Cấu tạo chung: gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động
- Phần tĩnh: gồm nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ và cực từ 3 và lõi sắt 6
hình thành mạch từ kín. Giữa cực từ 3 và lõi sắt 6 có khe hở không khí đều gọi là
khe hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động.
- Phần động: gồm khung dây quay 5 được quấn bằng dây đồng. Khung dây
được gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có hai lò
xo cản 7 mắc ngược nhau, kim chỉ thị 2 và thang đo 8.

Hình 5.3. Cơ cấu chỉ thị từ điện.
+ Nguyên lý làm việc chung: khi có dòng điện chạy qua khung dây 5 (phần
động), dưới tác động của từ trường nam châm vĩnh cửu 1 (phần tĩnh) sinh ra
mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α. Mômen quay
được tính theo biểu thức:

Mq =

dW = B.S.W .I
e
dω


với

B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu
S: tiết diện khung dây
W: số vòng dây của khung dây
Tại vị trí cân bằng, mômen quay bằng mômen cản:
M q = M c ⇔B.S.W .I = D.〈 1
.B.S.W .I = S .
⇔〈 =
ID

(5.1)


Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch α tỷ
lệ bậc nhất với dòng điện I chạy qua khung dây.
+Các đặc tính chung: từ biểu thức (5.1) suy ra cơ cấu chỉ thị từ điện có các đặc
tính cơ bản sau:
- chỉ đo được dòng điện 1 chiều
-đặc tính thang đo đều
- độ nhạy là 1 hằng số

Sơ đồ mạch chạy mô phỏng trên phần mềm Proteus:

Thuyết minh sơ đồ : mạch đo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở được mô phỏng trên
protues với nhiệt điện trở pt100 . Nguyên lý hoạt động là khi nhiệt độ tăng thì giá


trị điện áp cũng tăng và nhiệt độ tăng lên bao nhiêu thì sẽ được hiển thị ra bộ led
7 thanh.
Phía sau khối đo là khối khuếch đại đảo, khuếch đại tín hiệu điện áp lên, tín hiệu
điện áp được khuếch đại lên từ 0-10V. Phía sau khối khuếch đại là khối chuyển
đổi u sang i dùng để chuyển đổi sang tín hiệu dòng điện, khi điện áp ra từ 0-10V
thì dòng điện ra được chuẩn hóa từ 0-20mA . khối so sánh điện áp dùng để lật
trạng thái và cảnh báo, khi điện áp ra vượt quá ngưỡng 10V thì khối so sánh sẽ
phát tín hiệu cảnh báo quá nhiệt độ và chuông cảnh báo sẽ kêu.

Kết luận:quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch đo và mạch hiển thị
còn nhiều bất cập, để cơ cấu đo chính xác ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý và
vi điều khiển để có thể hiển thị trực quan bằng số dễ đọc và quá trình điều khiển
cảnh báo có thể dễ dàng hơn .

Kết luận và phương hướng phát triển
Qua đề tài có thể thấy mạch đo được ứng dụng rộng rãi trog thực tế như đo nhiệt độ
phòng, đo nhiệt độ để cảnh báo cháy,….mạch đo nhiệt độ là thành phành trong 1 số
mạch chức năng khác như hệ thống đo và điiều chỉnh nhiệt độ ở lò cao,bộ phân ngắt
nhiệt,cung cấp nhiệt từ lò sưởi,…
Trong quá trình làm đề tài này em đã biết được thêm nhiều kiến thức thực tế và ứng
dụng kiến thức đã học.Qua đó em đã luyện tập được khả năng tư duy, cách nghiên
cứu và giải quyết vấn đề.
• Những việc đã làm được:
- Nghiên cứu phương pháp đo nhiệt độ.
- Thiết kế nguồn cấp.

- Chọn linh kiện cho hệ thống.
• Những việc chưa làm được:
- Chưa chỉnh được sai số của mạch khuếch đại.
- Mạch còn chưa tối ưu.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn đã giúp đỡ em trong quá trình
học tập và làm bài !