phân tích, đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp|(Đề 1)

Trường đại học công nghiệp Hà Nội

ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

Giáo viên hướng dẫn : Võ Thị Cẩm Thùy
Sinh viên thực hiện:


Phiếu Giao Đề Tài
Đề tài 1
Hãy tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống
Đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp

Hình 1

Giới hạn điều kiện:


1.
2.
3.

Thể tích lò từ 20m3 – 40m3
Dải nhiệt độ từ 10oC đến 60oC
Sai số phép đo nhiệt độ là 1oC

Yêu cầu:
1.
2.

Tìm hiểu tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp

Lựa chọn các cảm biến cần sử dụng trong hệ thống (nêu lý do lựa chọn cảm

3.
4.
5.
6.

biến trong bản thiết kế)- số lượng và vị trí lắp ráp.
Trình bày cụ thể về cảm biến sử dụng
Cách chọn và bố trí các thiết bị khác và sơ đồ khối
Sơ đồ khối của hệ thống
Lựa chọn phương án điều khiển (mô tả cụ thể)
Đánh giá về sai số của hệ thống (giới hạn, nguyên nhân, biện pháp khắc

7.

phục)
Hạn chế của bản thiết kế và các khắc phục.

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 cô “Võ Thị Cẩm Thùy” 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 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 đềtài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

-Giáo viên bộ môn:


Cô Võ Thị Cẩm Thùy – Bộ môn Đo Lường Cảm Biến Khoa Điện

-Nhóm 9 – Đề 1 – Lớp Điện 1 K9



Bùi Trọng Thắng
Nguyễn Thị Thanh Tâm






Lê Đăng Thắng
Phạm Văn Thanh
Phạm Trung thành
Nhận xát của giáo viên bộ môn
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
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.........................................................................
4.2-Bản tài liệu sử dụng cảm biến...........................................................

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ
1.1 Giới thiệu
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 đựơc 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


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 sấygỗ tới độ ẩm tuơng 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 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.
-Gỗ nên được xếp đống ở những nơi thông thoáng và có mái che. Điều này nhằm
bảo vệ khỏi mưa to và ánh nắng trực tiếp từ mặt trời.Nhiệt (ánh nắng) trực tiếp và
mưa to sẽ làm hư hại gỗ. Trong hong phơi, gỗ được xếp đống theo lớp như hình 1.
Cách thức mà gỗ được xếp đống là rất quan trọng. Phải có được sự lưu thông
không khí một cách tự do qua bề mặt gỗ. Bởi vậy việc xếp đống không nên gần cây


cối và nhà cửa.phía dưới đống gỗ phải được thông thoáng và tốt nhất là sàn xi
măng. Lớp gỗ cuối cùng nên được kê trên đà kê và cách mặt đất ít nhất là 40 -50
cm. Nhằm đảm bảo rằng không khí có thể lưu thông một cách tự do trong đống gỗ,
các tấm gỗ trong một đống nên có cùng một chiều dầy. Gỗ nên được xếp phẳng với
khoảng cách giữa lớp là 20-25 mm. Tất cả các thanh kê phải thẳng hàng theo
phương thẳng đứng.

- Các loài gỗ khác nhau hoặc cùng loại gỗ nhưng có độ dầy khác nhau nên được
xếp đống riêng biệt. Tốt nhất gỗ nên được xếp đống vuông góc với hướng gió (xem
hình 2).
Xếp đống gỗ phải có thanh kê ở đầu.Trong trường hợp các tấm gỗ có độ dài không
bằng nhau, chúng nên được xếp như ở hình 3.Điều này sẽ giảm việc sấy không đều
và nứt đầu. Kích thước của đống gỗ thường là 1-1,5 m đối với chiều rộng, 1m đối
với chiều cao và từ 4 - 6 m đối với chiều dài tuỳ thuộc vào chiều dài của gỗ. Với
kích thước này dễ dàng trong việc vận chuyển.Ba hoặc bốn đống gỗ có thể được
xếp chồng lên nhau.
- Đầu của các tấm gỗ trong đống gỗ nên được phủ một lớp chống nước.Bởi vì đầu
của các tấm gỗ có xu hướng khô nhanh hơn và hiện tượng nứt đầu có thể xảy
ra.Các thanh gỗ hoặc kim loại cũng có thể được đóng vào đầu các tấm gỗ để giảm
nứt đầu.
- Các thanh kê sử dụng để tách các lớp gỗ trong đống gỗ phải có cùng một kích
thước, chúng phải được xếp thẳng hàng theo phương đứng khi xếp đống và vuông
góc với chiều dài tấm gỗ ( xem hình 4,5). Các thamh kê ở đầu đống gỗ để làm
chậm quá trình sấy, làm giảm khả năng nứt đầu. Các thanh kê phải được làm bằng
gỗ khô thẳng thớ và không có nhựa hay các chất khác mà có thể làm biến màu các
tấm gỗ.
Kích thước của thanh kê là 20-25 mm đối với chiều dầy và 30-38 mm đối với chiều
rộng. Khoảng cách giữa các thanh kê như sau: Chiều dầy ván:
•
•

Ván có chiều dầy ≥ 25 mm nên để khoảng cách ở giữa đống gỗ 600 mm,
khoảng cách ở hai đầu đống gỗ 300 mm
Ván có chiều dầy ván <25mm nên để khoảng cách ở giữa đống gỗ
450mm,khoảng cách ở hai đầu đống gỗ 250mm

- Để việc xếp đống được thuận tiện và dễ dàng có thể sử dụng khung xếp đống

Các thanh kê phải đảm bảo kích thước theo qui định nhằm đảm bảo độ cứng và
không hư hại khi vận chuyển, trong trường hợp các thanh kê không đảm bảo kích


thước (không đủ độ cứng) có thể làm cho các tấm gỗ bị biến dạng…. Các thanh kê
phải được kiểm tra xem có đảm bảo chiều dầy theo tiêu chuẩn không. Loại bỏ các
thanh kê không đảm bảo chiều dầy theo tiêu chuẩn, những thanh bị tách, bị gẫy
hoặc có dấu hiệu mục nát.
Sắp xếp các đống gỗ ở bãi hong phơi: Khoảng cách giữa các đống gỗ trong bãi
hong phơi có ảnh hưởng một cách đáng kể đến tốc độ sấy. Khoảng cách lớn giữa
các đống gỗ làm tăng tốc độ sấy trong khi đó khoảng cách hẹp sẽ làm giảm tốc độ
sấy, thông thường khoảng cách này là từ 0,6 -0,75 m. Kiểm soát độ ẩm trong quá
trình hong phơi: Việc xác định độ ẩm được xác định bởi các tấm ván mẫu hoặc
được đo bằng máy đo độ ẩm điện trở ở lớp gỗ dưới cùng của đống gỗ.
Sấy cưỡng bức
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.
- Nhiệt độ trong quá trình sấy có thể lên tới 1000c Tuy nhhiên việc sấy gỗ với nhiệt
độ cao thường không phổ biến bởi vì khó hạn chế các khuyết sinh ra trong quá
trình sấy. Như đã đề cập ở phần trên, nhiệt là cần thiết để làm bay hơi nước từ gỗ.
Nhiệt có thể được cung cấp trực tiếp hoặc gián tiếp. Nguồn nhiệt trực tiếp, không
khí trong lò sấy được làm nóng bằng việc đốt than, củi…trực tiếp. Đối với lò sấy
năng lượng mặt trời không khí trong lò được làm nóng bằng năng lượng của mặt
trời.Nguồn nhiệt gián tiếp, nhiệt được cung cấp chủ yếu bằng hơi nước quá nhiệt
hoặc nước nóng tuần hoàn qua các đường ống hoặc bộ phận trao đổi nhiệt.Hiện
nay lò sấy hơi nước quá nhiệt được sử dụng phổ biến.Sự tuần hoàn không khí trong
các lò sấy được kiểm soát bằng quạt.Quạt được lắp đặt ở trần hoặc cạnh của lò

sấy.Lò sấy cũng có cửa trao đổi ẩm để lấy không khí ngoài môi trường vào và cho
không khí ẩm trong lò thoát ra.Độ ẩm không khí trong lò sấy được được kiểm soát
bằng nhiệt độ, việc đóng mở cửa thoát ẩm cũng như hệ thống phun ẩm bên trong lò
sấy. Gỗ được sấy theo một chế độ sấy nhất định. Chế độ sấy là một loạt các giá trị
về nhiệt độ và độ ẩm tương đối. Trong quá trình gỗ được sấy, độ ẩm của gỗ ngày
càng giảm, do vậy nhiệt độ và độ ẩm bên trong lò sấy cũng phải được điều chỉnh
cho phù hợp nhằm đảm bảo cho khuyết tật sinh ra trong quá trình sấy là nhỏ nhất
có thể. Mỗi một loại gỗkhác nhau sẽ yêu cầu một chế độ sấy khác nhau. Chế độ
sấy cũng phụ thuộc vào kích thước của gỗ được sấy.Khi sấy gỗ bằng phương pháp


sấy cưỡng bức, gỗ mềm có thể chịu được chế độ sấy khắc nhiệt hơn so với gỗ
cứng, gỗ mỏng dễ sấy hơn gỗ dầy.
-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 bât 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
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 mà nhóm em cho là tối ưu 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
• 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 c. Trong khi đó bơm
nhiệt có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 750 c. sự tuần hoàn không 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.
• 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 xấy
hơi nước.
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
2.4 Tính chọn thiết bị


2.4.1 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

2.4.2 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.


2.4.3 Nồi hơi
Nồi hơi năng suất hơi 50kg.h


2.4.4 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 thu, 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 ).
2.4.4.1 Phân loại cảm biến nhiệt
- Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).
- 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.
a. 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


Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay
đầu đo), 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. Vì thế cần 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 ).
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


b. Nhiệt điện trở ( RTD-resistane temperature detector ) - PT100

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
).
Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây.
Ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn nguyên lý đo nhiệt độ của Pt100 :

Thiết bị đo nhiệt độ Pt100 hay còn gọi là can nhiệt Pt có cấu tạo là một điện trở
nhiệt (điện trở thay đổi khi nhiệt độ thay đổi).Điện trở này 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 hình 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,thông thường can nhiệt Pt100 chỉ đo được nhiệt độ tối đa là 600độC.
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)


c. Thermister
- 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 điện
tử.
- Tầm đo: 50 <150 D.C.

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 50-150độ 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 .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.

4. IC 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.
- 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.

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

Cảm biến nhiệt dạng Diode

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 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.
*Trong phần này ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về IC LM335:
a. Temperature accuracy ( sự chính xác của nhiệt độ đo).


Thông số

Điều
Kiện

LM335A
Min
2.95

Điện áp ra

Tc = 250C
IR = 2.5mA

Sai số
nhiệt độ
Sai số
nhiệt độ
Sai số với
250C
Sai số ở
mức nhiệt
độ max
Tính không
tuyến tính

Tc=250C,
IR=1mA
Tc=250C,
IR=1mA
TMin≤TC≤TMax,
IR=1mA

Typ

LM335

2.98

Max
3.01

1

Min
2.92

Đơn
Vị

Typ
2.98

Max
3.04

3

2

6

0

C

2

5

4

9

0

C

0.5

1

1

2

0

C

0

C

0

C

2

2

V

Tc=TMax
0.3

IR=1mA

1.5

0.3

1.5

b. Thông số điện
Thông số

Điều kiện
Min

Điện áp đầu
ra với dòng
thay đổi
Trở kháng

Hệ số đầu
ra
Thời gian
ổn định

400µA≤IR≤5mA
Tại 1 nhiệt độ
cố định.
IR=1mA

LM 335
Typ
3

0.6
+10

Tc=1250C

c. Các cách kết nối LM335 trong mạch

0.2

Đơn vị
Max
14

mV

Ω
mV/0C
0

C/khr