Thiết kế hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ dùng vi xử lý ứng dụng trong giảng dạy tại trường đại học sao đỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HUỆ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
DÙNG VI XỬ LÝ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY TAỊ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. PHẠM THỊ NGỌC YẾN

HÀ NỘI - 2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

LI CAM OAN
Tụi xin cam oan lun vn l kt qu nghiờn cu ca riờng tụi, khụng sao chộp ca
ai. Ni dung lun vn cú tham kho v s dng cỏc ti liu, thụng tin c ng ti
trờn cỏc tỏc phm, tp chớ v cỏc trang web theo danh mc ti liu ca lun vn.
H Ni ngy 25 thỏng 10 nm 2010
Tỏc gi lun vn

Nguyn Th Phng Hu

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
1

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

MC LC
M u...

5

Danh mc cỏc hỡnhv..

7

Danh mc cỏc bng...

9

Chng I:Gii thiu h thng o v iu khin nhit .

10

1.1. Khỏi nim v h thng iu khin nhit

10

1.2. Mụ hỡnh tng quỏt ca cỏc h thng o nhit

10

1.2.1. Mụ hỡnh h thng iu khin

10

1.2.2. Chc nng cỏc khi trong h thng iu khin

11

1.2.3. Cỏc phn t trong thit b o

12

Chng II: Cm bin o nhit ...

15

2.1. Khỏi nim cm bin...

15

2.2. Phõn loi cm bin nhit..

15

Chng III: Cỏc phng phỏp o nhit

21

3.1. C s chung

21

3.2. Cỏc phng phỏp o nhit ..

21

3.2.1. Phng phỏp o tip xỳc.

21

3.2.2. Phng phỏp o khụng tip xỳc..

23

Chng IV: Thit k bi thớ nghim la chn cm bin o nhit ..

25

4.1. Mc ớch..

25

4.2. Phõn tớch cu trỳc c s d liu ca chng trỡnh tr giỳp la

25

chn thit b o.
4.3. H thng cỏc lut tỡm kim...

29

4.4. Hot ng ca chng trỡnh.

31

4.5. Cỏc bc thit k v thc hnh

35

4.5.1. Thit k.

35

4.5.2. Thc hnh.

38

4.6. Giao din ca chng trỡnh..

38

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu

2

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

Chng V: Thit k v xõy dng mt s bi thớ nghim ng dng h

41

thng o lng v iu khin nhit
Phn I: Thit k h thng o v iu khin nhit .

41

5.1.Gii thiu chung..

41

5.2. Thit k mch o v iu khin nhit .

42

5.2.1. H thng o lng s

42

5.2.2. Chuyn i tng t- s...

44

5.3. Thit k phn cng

54

5.3.1. S khi.

54

5.3.2. S lc chc nng cỏc b phn

55

5.3.3. S chi tit cỏc khi..

55

5.4. Thit k phn mm................................................................................

60

5.4.1. Lu gii thut tng quỏt..

60

5.4.2. Gii thut chng trỡnh c ADC v chng trỡnh i s nh phõn

61

sang mó BCD .
5.4.3. Gii thut xut LED..

61

5.4.4. Gii thut chng trỡnh tng gim..

63

5.4.5.Gii thut chng trỡnh so sỏnh v iu khin .

64

Phn II: Xõy dng bi thớ nghim ng dng h thng o v iu khin

65

nhit .
Bi 1: Ghộp ni cm bin vi mch o...

65

1. Mc ớch: ..

65

2. Mt s loi cm bin nhit.

65

3. Nguyờn lý lm vic chung ca cm bin nhit..

71

4. Thc hnh...

72

Bi 2: Thc hnh ghộp ni mch o vi vi x lý, hin th kt qu v

74

phng phỏp bự sai s.
1. Mc ớch

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
3

74

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

2. Giao tip mỏy tớnh..............

74

3. Phn cng...

83

4. Cỏc bc thc hnh .......................................

86

Kt lun.

88

Ti liu tham kho

90

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
4

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

M U

t nc ta ang trong quỏ trỡnh hi nhp v phỏt trin, s cnh tranh vi cỏc
nc trờn th gii trờn tt c cỏc lnh vc rt quyt lit ũi hi cỏc ngnh, cỏc cp
phi khụng ngng i mi phng phỏp qun lý, ỏp dng cụng ngh tin tin, hin
i nõng cao cht lung v hiu qu cụng vic.
i vi ngnh giỏo dc cng vy, ỏp ng nhu cu ngy cng cao ca th trng
lao ng, cn phi nõng cao cht lng o to, khng nh v gi vng thng
hiu. Vỡ vy, ũi hi cỏc c s o to, c bit l cỏc trng i hc, cao ng,
ngoi yu t khụng ngng nõng cao trỡnh chuyờn mụn v cht lng i ng giỏo
viờn, ging viờn, cỏc trng núi chung v trng i hc Sao núi riờng cn phi
chỳ trng n vic s dng, khai thỏc phng tin, dựng dy hc hin i, ng
dng cỏc phn mm phc v quỏ trỡnh ging dy, nõng cao cht lng o to
Ngy nay, vic ng dng mỏy tớnh vo trong k thut o lng v iu khin khụng
cũn xa l vỡ khi cỏc thit b o lng iu khin c ghộp ni vi mỏy tớnh s cú
thi gian thu thp v x lý d liu ngn trong khi mc chớnh xỏc vn c m
bo, nhng iu ỏng quan tõm hn c l kh nng t ng hoỏ trong vic thu thp
v x lý d liu. Mt bc tin quan trng trong k thut vi x lý l s ra i ca
cỏc b vi x lý k thut s. õy l mt vi mch in t cú mt tớch hp cao bao
gm rt nhiu cỏc mch s cú kh nng nhn, x lý v xut d liu. c bit l quỏ
trỡnh x lý d liu c thc hin theo mt chng trỡnh l mt tp hp cỏc lnh t
bờn ngoi m ngi s dng cú th thay i d dng tu thuc vo tng ng dng.
Do ú mt b vi x lý cú th thc hin c rt nhiu cỏc yờu cu iu khin khỏc
nhau ph thuc vo nhu cu ca ngi s dng. Vi nhng kin thc cú uc cựng
vi s quan khụng ngng u t trang thit b, phũng thớ nghim phc v o to
ca nh trng trong nhng nm qua. Vic tn dng, khai thỏc trang thit b, phũng
thớ nghim trong vic nõng cao hiu qu o to cng vi tớnh u vit ca vi x lý
ó thụi thỳc em la chn ti: Thit k h thng o v iu khin nhit dựng
vi x lý ng dng trong ging dy ti trng i hc Sao vi mc ớch xõy
dng phn mm tr giỳp sinh viờn trong cỏc bi thớ nghim o v iu khin nhit

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu

5

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

, la chn cm bin t ú giỳp sinh viờn tip cn vi cụng ngh thụng tin vo
trong quỏ trỡnh hc tp, nghiờn cu v tỡm hiu cỏc ng dng ca cụng ngh hin
i lm tin cho cỏc em khi ra trng cú c nhng kin thc thc tin.
c s hng dn, ch bo nhit tỡnh ca PGS-TS Phm Th Ngc Yn cựng cỏc
thy cụ trong b mụn o lng v iu khin ó giỳp em hon thnh lun vn ny.
Tuy nhiờn do trỡnh cũn hn ch nờn lun vn ny khụng th trỏnh khi nhng
thiu sút, vỡ vy rt mong c s úng gúp, ch bo ca cỏc thy cụ lun vn
ca em c hon thin hn qua ú giỳp em cú th xõy dng nhng ng dng thc
tin. Em xin chõn thnh cm n!

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
6

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

DANH MC CC HèNH V

Hỡnh 1.1: S khi trong h thng iu khin
Hỡnh 3.1 Cu to ca nhit k cp nhit ngu
Hỡnh 3.2 Mch bự sai s nhit do nhit u t do thay i trong nhit k cp
nhit ngu
Hỡnh 4.1 Mụ dun SQL trong Labview
Hỡnh 4.2 Complete SQL Session.
Hỡnh 4.3 Lu thut toỏn tr giỳp la chn cm bin
Hỡnh 4.4 Giao din chớnh ca chng trỡnh
Hỡnh 4.5 Thụng bỏo yờu cu nhp giỏ tr khong o
Hỡnh 4.6 Giao din phn tra cu
Hỡnh 5.1 Cu trỳc c bn ca h thng o
Hỡnh 5.2 S khi ca mt h thng o lng
Hỡnh 5.3 S khi ca mt h thng o lng s
Hỡnh 5.4 Cu trỳc vi iu khin 89C51
Hỡnh 5.5 Cu trỳc b nh chng trỡnh
Hỡnh 5.6 a ch cỏc ngt trờn b nh chng trỡnh
Hỡnh 5.6 Cu trỳc b nh d liu
Hỡnh 5.8 Cu trỳc b nh trong
Hỡnh 5.9 Cu trỳc 128 byte thp ca b nh d liu trong
Hỡnh 1.10. 128 byte cao ca b nh d liu
Hỡnh 5.11 S khi
Hỡnh 5.12: Cỏc phớm nhn
Hỡnh 5.13: Khi mch cm bin nhit
Hỡnh 5.14: Lu gii thut tng quỏt
Hỡnh 5.15: Gii thut chng trỡnh c ADC v chng trỡnh i s nh phõn sang
mó BCD
Hỡnh 5.16 Gii thut xut LED
Hỡnh 5.17 Gii thut chng trỡnh tng gim

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu

7

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

Hỡnh 5.18 Gii thut chng trỡnh so sỏnh v iu khin
Hỡnh 5.19 Cu to ca Thermocouple
Hỡnh 5.20 Cp nhit in
Hỡnh 5.21 Cu to ca nhit in tr RTD
Hỡnh 5.22 Cm bin dng NTD
Hỡnh 5.23 Cu to Thermistor.
Hỡnh 5.25 Tip giỏp p-n
Hỡnh 5.26a IC cm bin nhit LM35
Hỡnh 5.26b Cm bin nhit dng Diode
Hỡnh 5.27a IC cm bin nhit DS18B20
Hỡnh 5.27b IC cm bin nhit LM335
Hỡnh 5.28 Ho quang k
Hỡnh 5.29 Ha k
Hỡnh 5.30 S kt ni cp nhit in
Hỡnh 5.31 S kt ni LM3
Hỡnh5.32 S kt ni RTD
Hỡnh 5.33 cm 25 chõn
Hỡnh 5.34 S kt ni vi cng mỏy in
Hỡnh 5.36 Cng com 25 chõn
Hỡnh 5.37 S khi ca h thng s dng DQA
Hỡnh 5.38 S khi ca h thng s dng RS-232

Hỡnh 5.39 S chõn ca LM35
Hỡnh 5.40 S nguyờn lý mụ phng trờn Proteus
Hỡnh 5.41 Giao din thit lp thụng s cho ADC

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
8

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

DANH MC CC BNG
Bng 1.1 Cỏc loi cm bin th ng
Bng 1.2 Hin tng bin i
Bng 1.3 Kớch thớch - c tớnh
Bng 1.4 Túm tt cu trỳc d liu v ngun tra cu ca cm bin nhit .
Bng 1.5 Quan h gia loi cm bin v mụi trng s dng
Bng 1.6 Quan h gia v trớ t cm bin v hỡnh dng cm bin
Bng 1.7 Cỏc phộp toỏn s hc
Bng 1.8 Cỏc phộp toỏn logic
Bng 1.9 Mu phiu iu tra
Bng 2.1 Cỏc bit a ch T2CON S ER
Bng 2.2 Ký hiu cỏc chõn 8052
Bng 2.3 Quy nh cỏc chõn ca cng Com 9 chõn mc nh)
Bng 2.4 Quy nh cỏc chõn cng Com 25 chõn (mc nh)
Bng 2.5 Thụng s nhit chớnh xỏc
Bng 2.6 H s c tớnh k thut

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
9

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

CHNG I
GII THIU H THNG O V IU KHIN NHIT
1.1. Khỏi nim v h thng iu khin nhit
Nhit l i lng vt lý hin din khp mi ni v trong nhiu lnh vc, c
bit l trong cụng nghip vỡ mi sn phm, thit b hay iu kin lm vic cn cú
nhng nhit khỏc nhau. Mun cú nhit phự hp cn phi cú mt h thng iu
khin. Tu theo tớnh cht, yờu cu ca quỏ trỡnh m nú ũ hi cỏc phng phỏp iu
khin thớch hp.
H thng iu khin nhit cú th phõn thnh 2 loi: H thng iu khin hi
tip(feedback control system) v h thng iu khin tun t (sequence control
system)
- iu khin hi tip c xỏc nh v giỏm sỏt kt qu iu khin, so sỏnh vi yờu
cu thc thi v t ng iu chnh ỳng.
- iu khin tun t thc hin tng bc iu khin tu theo hot ng iu khin
trc khi xỏc nh tun t.
1.2. Mụ hỡnh tng quỏt ca cỏc h thng o nhit :
1.2.1 Mụ hỡnh h thng iu khin:
H thng o v iu khin nhit l mt dng ca h thng thu thp d liu. Nhỡn
chung mt h thng thu thp d liu y cú nhng thnh phn sau:

+ Phn thu thp d liu t i tng bờn ngoi vo h thng vi x lý-mỏy tớnh.
Phn ny gm cỏc cm bin, (ADC) v cỏc thit b ngoi vi khỏc mch gia cụng tớn
hiu o, b chuyn i tớn hiu tng ng sang tớn hiu s nh ngun, ng dõy
truyn d liu
+ Phn iu khin bao gm: h vi x lý, mỏy tớnh v h thng tỏc ng vo i
tng.
+ Phn mm: l chng tỡnh cho kit x lý ti ch v chng trỡnh cho mỏy tớnh
nhm thu nhn d liu v iu khin nhit cng nh giao tip vi ngi s dng.
Cỏc thnh phn trờn liờn quan cht ch vi nhau, to thnh mt h thng hp nht.

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
10

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

T phõn tớch trờn mt h thng thu thp d liu (ADS) s cú nhng thnh phn cu
trỳc sau:

Keõnh
1

Mch gia
cụng 1

Dn

kờnh
tng
t
AD
C

Keõnh
n

KIT
LU
TR
V
KIM
TRA

Mỏy
tớnh
ch

Mch
gia cụng
tớn hiu

Mch i tng
1

B
phõn
kờnh

DA
C

Mch i tng
n
Hỡnh 1.1: S khi trong h thng iu khin
1.2.2. Chc nng cỏc khi trong h thng iu khin
a. Kớt ch vi x lý :
Kớt s dng mt chip vi x lý, l n v master nhn yờu cu t ngi s dng
v truyn d liu cho cỏc slave khỏc, õy s dng k tht truyn thụng a x lý
giao tip kit ch v cỏc kit vi x lý slave, gia kit ch v mỏy tớnh, ch cú th giao
tip khi tỏc ng phớm t kit.
Kit ch cú thit k phn cng nh cỏc kớt slave, duy ch cú thờm phn cng mng
truyn v phn chng trỡnh qun lý cỏc thụng s ca cỏc n v slave.

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
11

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

b. Cỏc kit x lý tm thi (Slave) :
Cỏc kit x lý tm thi cú nhim v thu nhn cỏc giỏ tr t ADC v cú kh nng
iu khin nhit theo cỏc phng phỏp khỏc nhau. Chc nng ca cỏc thụng s
t cng ni tip.
c. Mng truyn :

Dựng giao tip gia cỏc kit, gia cỏc kit vi mỏy tớnh. Mng truyn s dng
õy l theo khuyn cỏo ca nh sn xut chip giao tip mó 485. Chun truyn 458
c s dng rng rói trong cỏc thit b iu khin vi tớnh n gin trong kt ni
phn cng cng nh giao thc truyn, õy l mng Half Duplex. Trong mt thi gian
s dng nht nh ch cú th nhiu nht hai i tng liờn lc vi nhau. Cỏc cỏch
thc giao tip l mt vi x lý ch v cỏc kit vi x lý t, cỏc kit vi x lý t khụng th
liờn lc vi nhau m ch cú th liờn lc thụng qua vi x lý ch.
1.2. 3. Cỏc phn t trong thit b o
1.2.3.1. Cỏc phn t trong mt h thng o lng
1.2.3.2. Cm bin
L phn t cm nhn u tiờn v tip cn gn nht vi quỏ trỡnh o. Cm bin
chu tỏc ng ca cỏc i lng cn c iu khin, giỏm sỏt ca mt h thng v
gi tớn hiu in thu c tng ng cha c chun hoỏ ti b chuyn i chun
hoỏ.
1.2.3.3. Thit b chuyn i chun hoỏ
Tớn hiu in u ra ca cm bin thng hoc l quỏ yu hoc b nhiu hoc
cha c cỏc thnh phn khụng mong mun, ngoi ra cỏc tớn hiu ny cú th khụng
tng thớch vi nhng ũi hi ca h thng thu thp s liu nờn nhng tớn hiu ny
thng phi c lm phự hp trc khi a vo cỏc thit b khỏc nh x lý kt
qu, iu khin... Cỏc thit b chuyn i chun hoỏ thc hin vic bin i cỏc tớn
hiu u vo l cỏc tớn hiu khụng chun hoỏ u ra ca cm bin thnh dng
dng tớn hiu thớch hp hin th, hoc lu gi hoc phự hp vi cỏc yờu cu ca
cỏc thit b tip theo. Chỳng thng gm cỏc mch in thc hin cỏc chc nng

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
12

Khoỏ hc: 2008-2010

Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

sau: khuch i, lc, phi hp tr khỏng, iu ch v di iu chB khuych i
mc thp v b lc thụng thp l nhng b chuyn i chun hoỏ thụng thng nht
* B khuch i thut toỏn:
Trong cỏc h thng o lng ngy nay phn ln cỏc tớn hiu ra tng t ca
cm bin u c bin i thnh tớn hiu s tin dựng cho vic lu gi hoc
iu khin do ú cỏc tớn hiu ny cn phi c a qua b ADC (b bin i
tng t s) tuy nhiờn di tớn hiu u ra ca cm bin thng rt nh c mili V
hoc li rt ln khụng phự hp vi di u vo ca ADC hoc cỏc h thng thu thp
s liu (DAQ system) do ú cú th s dng b khuch i thut toỏn cung cp
cỏc chc nng chuyn i chun húa tớn hiu sau:
ã Lm tng, gim biờn ca tớn hiu
ã Lc tớn hiu
ã Lm gim tr khỏng ca tớn hiu ra hoc
ã Cung cp h s khuch i cú th thay i c.
* B ly v gia mu (Sample and Hold):
Mc ớch ca b ly v gi mu l bt tớn hiu u ra ca cm bin v gi
li giỏ tr ú khụng i trong mt khong thi gian nht nh vỡ mi b ADC u
cn tớn hiu c gi n nh trong mt khong thi gian nht nh thc hin
vic chuyn i mt cỏch chớnh xỏc. Mt khỏc ph thuc vo tc bin i ca tớn
hiu ra ca cm bin m chn b ly v gi mu cú tc thớch hp, nu tớn hiu ra
ca cm bin cú tc bin thiờn ln thỡ cn b ly v gi mu cng phi cú tc
ln thớch hp kp bt c cỏc giỏ tr bin i ca u ra ca cm bin v ngc
li.
* B chuyn i tng t s (A-D Converter)
Tớn hiu s cho phộp lu gi d dng, phc v cho iu khin thun li hn,
truyn i xa ớt b nhiu, m tớn hiu u ra ca cm bin thng l tớn hiu tng t

nờn nú thng c bin i thnh tớn hiu s trc khi a i x lý tip do ú cn
phi s dng mt b chuyn i tng t s (ADC) . B ADC cú tr khỏng u
vo nh v chỳng ũi hi tớn hiu a vo u vo ca chỳng l tớn hiu mt chiu

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
13

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

hoc thay i chm v cú biờn khụng vut quỏ mt di xỏc nh. Mt trong
nhng thụng s k thut quan trng ca b chuyn i tng t s l phõn gii,
nú l s bớt mó hoỏ tớn hiu tng t thnh tớn hiu s u ra ca ADC. Vic
la chn phõn gii ny rt quan trng vỡ nú s nh hng ti quỏ trỡnh bin i
v lu gi s liu o c, nú tỏc ng ti vic nhn bit s bin i ca tớn hiu,
th hin s bin i ca tớn hiu. Tu thuc vo nhy ca cm bin v chớnh
xỏc yờu cu ca h thng o m chn ADC cú phõn gii thớch hp.
* B lc
Cho phộp chn tớn hiu cú tn s thớch hp. Mt ng dng in hỡnh ca b lc
l trong h thng õm thanh loi b i cỏc tớn hiu tp õm, ch ly cỏc tớn hiu õm
nm trong mt di tn s nht nh phự hp vi tai ngi nghe.
* Hin th v lu gi
Vic hin th kt qu o cú th di dng tng t hoc di dng s. B hin
th cú nhim v bin i tớn hiu o thu c di dng cỏc tớn hiu in thnh giỏ
tr o thc t hin th. Vic lu gi kt qu o cú th thc hin trờn bng t, b
nh hoc trờn giy.

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
14

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

CHNG II
CM BIN O NHIT .
Nhit t mụi trng s c cm bin hp thu, ti õy tựy theo c cu ca
cm bin s bin i lng nhit ny thnh mt i lng in no ú. Nh th mt
yu t ht sc quan trng ú l nhit mụi trng cn o v nhit cm
nhn ca cm bin. C th iu ny l: Cỏc loi cm bin m cỏc bn trụng thy nú
u l cỏi v bo v, phn t cm bin nm bờn trong cỏi v ny ( bỏn dn, lng
kim.) do ú vic o cú chớnh xỏc hay khụng tựy thuc vo vic truyn nhit t
mụi trng vo n phn t cm bin tn tht bao nhiờu (1trong nhng yu t quyt
nh giỏ cm bin nhit ).
Mt nguyờn tc t ra l: Tng cng trao i nhit gia cm bin v mụi trng
cn o
2.1. Khỏi nim cm bin:
Cỏc i lng vt lý l i tng o lng nh nhit , ỏp sut... c gi l
i lng cn o m. Sau khi tin hnh cỏc cụng on thc nghim o m (dựng
cỏc phng tin in t x lý tớn hiu) ta nhn c i lng in tng ng
u ra. i lng in ny cựng vi s bin i ca nú cha ng tt c cỏc thụng
tin cn thit nhn bit m. Vic o c m thc hin c l nh s dng mt thit
b gi l cm bin.

Cm bin l mt thit b chu tỏc ng ca i lng cn o m khụng cú tớnh
cht in v cho ta mt c trng mang bn cht in (nh in tớch, in ỏp, dũng
in hoc tr khỏng) ký hiu l s. c trng in s l hm ca i lng cn o m:
s = F(m)
trong ú s l i lng u ra hoc ỏp ng ca cm bin v m l i lng u
vo hay kớch thớch (cú ngun gc l i lng cn o). Vic o c s cho phộp nhn
bit giỏ tr ca m.
2.2. Phõn loi cm bin nhit.
Cú rt nhiu loi cm bin khỏc nhau ng vi cỏc i lng vt lý khỏc nhau, tuy
nhiờn cú th phõn loi cm bin theo mt s tiờu chớ nh sau:

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
15

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

* Theo ngun in cung cp: Cm bin c phõn loi thnh cm bin tớch cc v
cm bin th ng.
- Cm bin tớch cc: Hot ng nh mt mỏy phỏt, v mt nguyờn lý cm bin tớch
cc thng da trờn hiu ng vt lý bin i mt dng nng lng no ú (nhit, c
hoc bc x) thnh nng lng in vớ d nh cỏc hiu ng nhit in, ho in, ỏp
in, quang in, cm ng in t... Vớ d nh da trờn hiu ng nhit in: gia
cỏc u ra ca hai dõy dn cú bn cht húa hc khỏc nhau c hn li vi nhau
thnh mt mch in cú nhit hai mi hn l T1 v T2 s xut hin mt sut
in ng e(T1, T2), hiu ng ny c ng dng o nhit T1 khi bit trc

nhit T2.
- Cm bin th ng: Thng c ch to t nhng tr khỏng cú mt trong cỏc
thụng s ch yu nhy vi i lng cn o. Mt mt giỏ tr ca tr khỏng ph
thuc vo kớch thc hỡnh hc ca mu nhng mt khỏc nú cũn ph thuc vo tớnh
cht in ca vt liu nh in tr sut , t thm à, hng s in mụi . Vỡ vy giỏ
tr ca tr khỏng thay i di tỏc dng ca i lng o nh hng riờng bit n
kớch thc hỡnh hc, tớnh cht in hoc nh hng ng thi n kớch thc hỡnh
hc v tớnh cht in ca vt liu. Trong bng 1.1 gii thiu cỏc i lng cn o cú
kh nng lm thay i cỏc tớnh cht in ca vt liu s dng ch to cm bin
th ng.
Bng 1.1 Cỏc loi cm bin th ng
i lng cn o

c trng nhy cm

Loi vt liu s dng

Nhit

in tr sut,

Kim loi: Pt, Ni, Cu, Bỏn dn

Bc x ỏnh sỏng

in tr sut,

Thu tinh, Bỏn dn

in tr sut,

Hp kim Ni, Si pha tp

t thm,à

Hp kim st t

in tr sut,

Vt liu t in tr: Bi, InSb

in tr sut,

LiCl

Hng s in mụi,

Al2O3, polyme

Bin dng
V trớ (Nam chõm)
m

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
16

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

Mc cht lu

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

Hng s in mụi,

Cht lu cỏch in

* Theo tớn hiu u ra: Cm bin c phõn loi thnh cm bin tng t v cm
bin s.
Cm bin tng t: Tớn hiu ra ca cm bin thay i mt cỏch liờn tc. Cỏc
thụng tin ra thụng thng c ly t biờn . Phn ln cm bin l cm bin tng
t.
Cm bin s: Tớn hiu ra ca cm bin s cú dng bc ri rc hoc trng thỏi
ri rc. Cỏc cm bin s khụng ũi hi cú b ADC v tớn hiu ra ca chỳng d
truyn i hn so vi cm bin tng t. Cỏc cm bin s ng thi cng cú tin
cy v kh nng lp li cao hn v thng chớnh xỏc hn. Tuy nhiờn ỏng tic l
nhiu i lng vt lý li khụng th o bng cm bin s.
* Theo ch hot ng: Cm bin c phõn loi thnh cm bin so lch v cm
bin cõn bng.
Cm bin so lch: Trong cm bin so lch cỏc i lng o to nờn mt hiu
ng vt lý, hiu ng ny to ra trong mt s b phn ca dng c o hiu ng
tng t nhng cú chiu ngc li. Vớ d: lc k o lc l mt cm bin m khi
lc cn o tỏc ng lm lch lũ xo ti mt im thỡ nú to ra mt lc t l vi s
bin dng ca lũ xo cõn bng vi lc tỏc ng.
Cm bin cõn bng: Cm bin cõn bng hot ng trờn nguyờn tc ngn s lch
khi trng thỏi cõn bng bng cỏch to ra mt hiu ng ngc li vi hiu ng
c to ra bi i lng o. Vớ d trong o trng lng, v trớ ca ti t lờn ũn
cõn to nờn mt s lch khi v trớ cõn bng, iu ny c nhn bit bi v trớ ca

kim ch. Ngi s dng phi t mt ti trng lờn phớa khỏc ca cõn to nờn s
cõn bng cho n khi v trớ ca kim ch v im khụng. o bng phng phỏp cõn
bng thng chớnh xỏc hn vỡ cú th c chun li theo chun chớnh xỏc cao
hn hoc theo mt i lng chun tham chiu.
* Theo mi quan h gia u vo v u ra: Cm bin c phõn loi thnh cm
bin th t khụng, mt, hai v cao hn. Th t ny liờn quan ti s phn t cha
nng lng trong cm bin v nh hng ti chớnh xỏc v tc ca cm bin.

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
17

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

Cỏch phõn loi ny quan trng khi cm bin nm trong mt khõu ca mt h thng
iu khin khộp kớn.
* Theo i lng o: Thụng thng, phõn loi cm bin theo i lng vt lý m nú
o, do ú ta cú cm bin nhit o nhit , cm bin ỏp sut o ỏp sut,
cm bin m, cm bin v trớ v dch chuyn, cm bin vn tc, lu lng v
mc cht lu, cm bin lc, cm bin bin dng, cm bin gia tc v rung, cm bin
m...
* Theo i lng bin i: Dúi gúc k s in thng cú xu hng phõn loi
cm bin theo mt s i lng bin i: in tr, dung khỏng, cm khỏng...
* Theo hin tng bin i:
Bng 1.2 Hin tng bin i
Hin tng

Bin i

Vt lý

Nhit in
Quang in
in t
T in
Nhit t

Hoỏ hc

Bin i hoỏ hc
Bin i vt lý
Quỏ trỡnh in hoỏ hc
Quang ph hc

Sinh hc

Bin i sinh hc
Bin i vt lý

* Theo dng kớch thớch:
Bng 1.3 Kớch thớch - c tớnh
Kớch thớch
m thanh

Cỏc c tớnh
Biờn súng, pha

Ph

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
18

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

Vn tc súng

Dũng
in

ỏp
dn in

T
Quang

T trng (biờn , pha)
Biờn súng
Vn tc súng
V trớ
Gia tc

C hc

Lc
ỏp sut
Mụ men
Tc

Nhit

Nhit

* Theo c tớnh k thut ca cỏc b cm bin:
nhy
chớnh xỏc
phõn gii
chn lc
tuyn tớnh
Kh nng quỏ ti
Tc ỏp ng
n nh
Tui th
iu kin mụi trng
Kớch thc

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
19

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

* Theo phm vi s dng:
Cụng nghip
Nụng nghip
Mụi trng
Giao thụng
V tr
Quõn s
Cỏc c tớnh k thut ca cm bin cú th chia thnh hai loi l cm bin tnh v
cm bin ng. Cỏc c tớnh tnh liờn quan n s hot ng ca cm bin trong
nhng iu kin khụng i theo thi gian. Cỏc c tớnh ng liờn quan n cỏc hnh
vi ca cm bin trong iu kin o thay i theo thi gian. Do ú trong nhng phộp
o m chỳng ta thu c theo thi gian, chỳng ta s cn phi quan tõm n cỏc c
tớnh ng hn l cỏc c tớnh tnh.

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
20

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

CHNG III
CC PHNG PHP O NHIT
3.1. C s chung

Nhit l mt trong nhng thụng s quan trng nht nh hng n c tớnh
ca vt cht nờn trong cỏc quỏ trỡnh k thut cng nh trong i sng hng ngy
rt hay gp yờu cu o nhit . Ngy nay hu ht cỏc quỏ trỡnh sn xut cụng
nghip, cỏc nh mỏy u cú yờu cu o nhit .
Tựy theo nhit o cú th dựng cỏc phng phỏp khỏc nhau, thng phõn
loi cỏc phng phỏp da vo di nhit cn o.Thụngthng nhit o
c chia thnh ba di: nhit thp, nhit trung bỡnh v cao.
nhit trung bỡnh v thp: phng phỏp thng o l phng phỏp tip xỳc
ngha l cỏc chuyn i c t trc tip ngay mụi trng cn o.
i vi nhit cao: o bng phng phỏp khụng tip xỳc, dng c t ngoi
mụi trng o.
3.2. Cỏc phng phỏp o nhit
3.2.1. Phng phỏp o tip xỳc
Phng phỏp o nhit trong cụng nghip thng c s dng l cỏc nhit
k tip xỳc. Cú hai loi nhit k tip xỳc, gm:
- Nhit k nhit in tr (Resistance Thermomr)
Nhit k nhit in tr cú th to thnh dõy platin, ng, niken, bỏn dn...
qun trờn mt lừi cỏch in t trong v kim loi cú u c ni ra ngoi.
Nhit k nhit in tr cú th dựng mch o bt k o in tr nhng
thụng thng c dựng mch cu khụng cõn bng, ch th l lụgụmmột t
in hoc cu t ng cõn bng, trong ú mt nhỏnh l nhit in tr.
a) Bự sai s do s thay i in tr ca ng dõy khi nhit mụi trng thay
i: nu nhit in tr c mc vo mch cu bng hai dõy dn Rd1 v Rd2 (cu
hai dõy), dng c s cú sai s do s thay i in tr ca ng dõy khi nhit
ca mụi trng xung quanh thay i
- Nhit k nhit ngu (Thermocouples)

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
21

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

Cu to ca nhit k cp nhit ngu nh hỡnh 3.1:

Hỡnh 3.1 Cu to ca nhit k cp nhit
ngu
Gm hai dõy hn vi nhau im 1 v lun vo ng 2 cú th o c
nhit cao. Vi nhit thp hn, v nhit k cú th lm bng thộp khụng
r. cỏch in gia hai dõy, mt trong hai dõy c lng vo ng s nh
Nu v lm bng kim loi c hai dõy u t vo ng s.
Khc phc sai s do nhit u t do thay i: bng cỏch dựng mch bự sai
s nhit nh hỡnh 3.2

Hỡnh 3.2 Mch bự sai s nhit do nhit u t do thay i
trong nhit k cp nhit ngu
Cp nhit ngu mc ni tip vo ng chộo cu mt chiu ti im A B, trong ú Rt - nhit in tr to thnh nhỏnh cu. in tr Rt c mc
cựng v trớ vi u t do cp nhit ngu v cú nhit t0. Cu c tớnh

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
22

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

toỏn sao cho khi nhit t0 = 00C thỡ in ỏp ra trờn ng chộo cu U = 0.
Khi nhit u t do thay i n t'0 t0 thỡ in ỏp ra ca cu U 0
bự vo sc in ng mt i do nhit thay i. Vi phng phỏp bự ny
sai s gim xung n 0,04% trờn 100C. Nhc im ca phng phỏp
ny l phi dựng ngun ph v sai s do ngun ph gõy ra.
- Nhit in tr bỏn dn
Ngoi ra i vi cỏc ng dng n gin, di nhit c -550C ữ 2000C hin nay
ngi ta thng ng dng cỏc IC bỏn dn ng dng tớnh cht nhy nhit ca cỏc
it, tranzito o nhit .
Cu to ca nhit k nhit in tr v cp nhit ngu cng nh cỏch lp ghộp
chỳng phi m bo tớnh cht trao i nhit tt gia chuyn i vi mụi trng
o:
- i vi mụi trng khớ v nc: chuyn i c t theo hng ngc li vi
dũng chy.
- Vi vt rn khớ: t nhit k sỏt vo vt, nhit lng s truyn t vt sang
chuyn i v d gõy tn hao vt, nht l vi vt dn nhit kộm. Do vy din tip
xỳc gia vt o v nhit k cng ln cng tt.
- Khi o nhit ca cỏc cht dng ht (cỏt, t...): cn phi cm sõu nhit k
vo mụi trng cn o v thng dựng nhit in tr cú cỏp ni ra ngoi.
3.2.2. Phng phỏp o khụng tip xỳc:
Quỏ trỡnh trao i nhit gia cỏc vt cú th din ra di hỡnh thc bc x nhit,
khụng cn cỏc vt ú trc tip tip xỳc vi nhau. Bc x nhit chớnh l s truyn ni
nng ca vt bc x i bng súng in t. Khi mt vt khỏc hp th súng in t ca
vt bc x thỡ súng in t ú li c chuyn thnh nhit nng. Bt k mt vt no
sau khi nhn nhit thỡ cng cú mt phn nhit nng chuyn i thnh nng lng
bc x, s lng c chuyn i ú cú quan h vi nhit . Vy t nng lng
bc x ngi ta s bit c nhit ca vt. Dng c da vo tỏc dng bc x

nhit o nhit ca vt gi l ha k bc x, chỳng thng c dựng o

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
23

Khoỏ hc: 2008-2010


Luận văn thạc sỹ khoa học

GVHD: PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến

nhit trờn 600 0C .
Cỏc dng c o nhit bng phng phỏp giỏn tip:
Bao gm:
- Nhit k hng ngoi: Cm bin hng ngai l mt cm bin ha in
(pyroelectric sensor) theo sau l b chuyn i dũng sang ỏp
+ Ho quang k phỏt x ( di o t 20ữ1000C khi cn o nhit cao hn di o
100ữ2500)
+ Ho quang k cng sỏng ( Di o l 900ữ2200 vi sai s c bn 1%)
+ Ho quang k mu sc (Khong o t 1400 ữ 2800C)
+ Ho k quang in (Phm vi o 600ữ2000 oC c bit khi s dng kớnh m cú
th o n 4000 oC)
+ Ho quang k bc x ton phn (Khong o t 1800 oC n 3500 oC)
- Nhit k dựng Lazer

Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu
24

Khoỏ hc: 2008-2010