ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH TẠO ẨM TRONG KHÔNG GIAN CÓ GIỚI HẠN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH TẠO ẨM TRONG
KHÔNG GIAN CÓ GIỚI HẠN

Họ và tên sinh viên: ĐỖ MINH QUÂN
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2005 – 2009

Tháng 07 năm 2009


ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH TẠO ẨM
TRONG KHÔNG GIAN CÓ GIỚI HẠN

Tác giả:

ĐỖ MINH QUÂN

Khóa luận được đề trình đề để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành:
Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:
KS.Trần Thị Thanh Thủy

Tháng 7 năm 2009
i

CẢM TẠ
Trong suốt thời gian học tại Trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí
Minh, nhờ sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô về mọi mặt nên đề tài tốt nghiệp này đã
được hoàn thành.
Để có ngày hôm nay, đầu tiên con xin cảm ơn Bố - Mẹ, người đã sinh thành,
dưỡng dục, thương yêu, chăm sóc động viên con trong suốt những năm qua.
Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM, đặc biệt
là quí thầy cô Khoa Cơ Khí & Công Nghệ đã yêu thương, tận tình dạy dỗ cho chúng
em trong suốt quá trình học tập, làm hành trang cho em vững bước trong cuộc sống.
Em sinh bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô Trần Thị Thanh Thủy, đã hết lòng
hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp DH05TD và bạn bè thân hữu đã
tận tình giúp đỡ mình trong suốt quá trình học tập và thục hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp.HCM, tháng 7 năm 2009
Sinh viên thực hiện:
Đỗ Minh Quân

ii


TÓM TẮT
Đề tài:
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH TẠO ẨM TRONG KHÔNG GIAN CÓ
GIỚI HẠN
Ngày nay, việc đo đạc - điều khiển độ ẩm là vấn đề rất quan trọng và không dễ dàng
trong sản xuất nông nghiệp, nhất là các quá trình bảo quản nông sản sau thu hoạch, úm
côn trùng, ấp trứng… Đòi hỏi phải đo đạc độ ẩm một cách chính xác nhằm đem lại

hiệu quả kinh tế cao. Để đơn giản cho việc đo đạc và giảm bớt những sai số chúng ta
nên tự động hóa các quá trình đó. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều máy tạo ẩm
nhưng điều khiển độ ẩm rất là hiếm. Do đó, trong khuôn khổ luận văn này đề tài thực
hiện công việc tính toán, thiết kế và chế tạo mẫu máy điều khiển tự động độ ẩm nhằm
mục đích nghiên cứu vấn đề mới, vừa ứng dụng thực tế những kiến thức đã được trang
bị trong nhà trường nhằm tạo ra sản phẩm ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp.
Trên cơ sở đó có thể khai triển thành những hệ thống lớn hơn để phục vụ cho sản xuất.
™ Các kết quả đã đạt được:
Đã chế tạo thành công máy điều khiển tự động độ ẩm trong không gian có giới
hạn với dãy đo: từ độ ẩm môi trường đến ẩm độ bão hòa.
Trong đó, kết quả hiển thị lên màn hình LCD. Vi xử lí được ứng dụng để thiết
kế mạch đo có tốc độ xử lí nhanh, độ phân giải 10 bit.
Phần mềm hoạt động ổn định, kết quả đo được hiển thị nhanh lên màn hình.

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

KS. TRẦN THỊ THANH THỦY

ĐỖ MINH QUÂN

iii


MỤC LỤC
Trang tựa...........................................................................................................................i
Cảm tạ..............................................................................................................................ii
Tóm tắt........................................................................................................................... iii
Mục lục ............................................................................................................................v

Danh sách các hình ........................................................................................................vii
Danh sách các bảng ........................................................................................................ix
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ..........................................................................................................1
1.2 Mục đích đề tài ..................................................................................................1
1.1.1 Mục đích chung ......................................................................................1
1.1.2 Mục đích cụ thể ......................................................................................1
1.3 Giới hạn đề tài....................................................................................................2
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN .........................................................................................3
2.1 Tìm hiểu tổng quan về độ ẩm ............................................................................3
2.1.1 Độ ẩm tuyệt đối ........................................................................................3
2.1.2 Độ ẩm tương đối.......................................................................................3
2.1.3 Các phương pháp điều ẩm ........................................................................4
2.1.4 Giản đồ trắc ẩm ........................................................................................5
2.1.5 Ẩm kế .......................................................................................................7
2.1.5.1. Giới thiệu tính năng.....................................................................7
2.1.5.2. Phạm vi sử dụng ........................................................................10
2.2 Một số mẫu máy tạo ẩm tham khảo ................................................................11
2.3 Tra cứu máy tạo ẩm trực tiếp phục vụ đề tài...................................................12
2.3.1 Cấu tạo....................................................................................................12
2.3.2 Nguyên lí hoạt động ...............................................................................13
2.4 Tra cứu các linh kiện điện tử ...........................................................................13
2.4.1 Tra cứu LM7805.....................................................................................13
2.4.2 Tra cứu Triac BTA 136 ..........................................................................14
iv


2.4.3 Tra cứu LM358.......................................................................................15
2.4.4 Tìm hiểu về cảm biến độ ẩm ..................................................................15
2.5 Tìm hiểu về vi điều khiển................................................................................19

2.5.1 Định nghĩa ..............................................................................................19
2.5.2 Vi điều khiển ATMEGA 32 ...................................................................19
2.6 Tra cứu bộ hiển thị LCD .................................................................................21
2.7 Tìm hiểu phần mềm BASCOM-AVR lập trình cho vi điều khiển..................25
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................28
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài .........................................................28
3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài........................................................................28
3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài ..........................................................28
3.2 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu.....................................................................28
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu.............................................................................28
3.2.2 Thiết bị nghiên cứu.................................................................................28
3.3 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................29
3.3.1 Chọn phương pháp thiết kế hệ thống máy..............................................29
3.3.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí .......................................................29
3.3.3 Phương pháp thực hiện phần điện tử......................................................29
3.3.4 Thực hiện phần mềm ..............................................................................30
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................31
4.1 Thiết kế máy ....................................................................................................31
4.1.1 Sơ đồ khối chung của quá trình điều khiển ............................................31
4.1.2 Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy ..........................................................32
4.1.3 Tính toán không gian tạo ẩm ..................................................................32
4.2 Thực hiện phần cơ khí .....................................................................................33
4.2.1. Chế tạo hộp điều khiển ..........................................................................33
4.3 Thực hiện phần điện tử....................................................................................33
4.3.1 Chế tạo mạch nguồn ...............................................................................33
4.3.2 Chế tạo phần mạch chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu .......................34
4.3.3 Chế tạo mạch điều khiển tổng hợp .........................................................35
4.4 Thực hiện phần mềm .......................................................................................36
v

4.4.1 Lưu đồ giải thuật ....................................................................................36
4.4.2 Viết chương trình vi điều khiển..............................................................41
4.5 Kiểm tra chạy thử và hoàn thành hệ thống......................................................41
4.5.1 Kiểm tra máy .........................................................................................41
4.5.2 Thử nghiệm máy.....................................................................................42
4.5.3 Hiệu chỉnh máy.......................................................................................44
4.6 Khảo nghiện quá trình điều khiển tự động độ ẩm ...........................................44
4.6.1 Bố trí thí nghiệm.....................................................................................44
4.6.2 Kết quả khảo nghiệm và thảo luận .........................................................45
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................50
5.1 Kết luận ..........................................................................................................50
5.2 Đề nghị ...........................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ nhiệt kế công tắc bấc ẩm .......................................................................4
Hình 2.2. Giản đồ trắc ẩm ...............................................................................................7
Hình 2.3. Máy tạo ẩm Tigerking ...................................................................................11
Hình 2.4. Máy tạo ẩm Saiko..........................................................................................12
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển ..................................................................13
Hình 2.6. Cấu tạo mạch điều khiển ...............................................................................13
Hình 2.7. Sơ đồ chân LM7805 ......................................................................................14
Hình 2.8. Hình dáng và kí hiệu của BTA 136...............................................................14
Hình 2.9. Sơ đồ chân LM 358 .......................................................................................15
Hình 2.10. Cảm biến độ ẩm HSM – 20G ......................................................................17

Hình 2.11. Đặc tính điện áp ra của HSM – 20G ...........................................................18
Hình 2.12. Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA 32 ......................................................19
Hình 2.1.3. Bộ hiển thị LCD .........................................................................................22
Hình 2.14. Sơ đồ khối bộ hiển thị LCD.........................................................................23
Hình 2.15. Sơ đồ đấu nối mođun LCD với vi điều khiển ATMEGA32 .......................23
Hình 2.16. Giao diện chính của phần mềm Bascom – AVR.........................................26
Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lí mạch nạp ...........................................................................27
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống máy đo và hiển thị kết quả ...................................................29
Hình 4.1. Sơ đồ chung hệ thống điều khiển ẩm độ .......................................................31
Hình 4.2. Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển ẩm độ.........................................................32
Hình 4.3 Cấu tạo hộp điều khiển ...................................................................................33
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn .........................................................................34
Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lí mạch chuyển đổi ADC và hiển thị ......................................34
Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển máy tạo ẩm...............................................35
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển máy ..........................................................35
Hình 4.8. Sơ đồ khối mạch ADC...................................................................................36
Hình 4.9. Nạp chương trình cho vi điều khiển ..............................................................41
Hình 4.10. Hệ thống máy hoàn chỉnh............................................................................42
Hình 4.11. Chạy thử nghiệm máy .................................................................................42
vii


Hình 4.12. Màn hình hiển thị chương trình điều khiển .................................................43
Hình 4.13. Sơ đồ khối bố trí hệ thống điều khiển độ ẩm ..............................................44

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc tính điện áp đầu ra của cảm biến độ ẩm HSM – 20G...........................18

Bảng 1.2. Bảng sắp xếp và chức năng các chân của LCD ............................................22
Bảng 1.3. Chức năng của các đường dẫn điều khiển ....................................................24
Bảng 1.4. Bảng đấu nối môđun LCD với vi điều khiển ATMEGA32..........................25

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.Đặt vấn đề :
Trong nông nghiệp việc khống chế độ ẩm là vấn đề rất quan trọng. Nhất là trong
các quá trình như: bảo quản nông sản- thực phẩm(Lúa, Bắp,Đậu…), công nghệ sinh
học…đòi hỏi phải duy trì độ ẩm thích hợp trong thời gian dài. Chúng ta phải theo dõi
liên tục, thường xuyên đo đạc nên tốn rất nhiều công sức và thời gian mà nhiều khi
không chính xác dẫn đến thiệt hại đáng kể. Trong điều kiện xã hội ngày càng phát triển
như hiện nay, để giảm bớt lao động thủ công cần phải có những hệ thống điều khiển tự
động nó cho phép giảm bớt chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động, có độ chính
xác cao, nâng cao chất lượng sản phẩm để có thể bảo quản lâu dài.
Trước tình hình thực tế đó được sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Công
Nghệ và sự hướng dẫn của cô Trần Thị Thanh Thủy, tôi tiến hành thực hiện đề tài:
“Điều khiển tự động quá trình tạo ẩm trong không gian có giới hạn”. Do trình độ có
hạn và mức độ dừng lại ở đề tài tốt nghiệp cũng như khó khăn về vật chất, thời gian
nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót kính mong quí thầy cô và bạn đọc đóng
góp ý kiến để luận văn hoàn thiện hơn.
1.2. Mục đích đề tài:
1.2.1. Mục đích chung:
Để giảm bớt lao động thủ công trong việc đo đạc độ ẩm phục vụ cho vào sản
xuất nông nghiệp như: bảo quản và chế biến nông sản sau thu hoạch, úm côn trùng,
v.v…Thì phải từng bước đưa máy móc và những hệ thống tự động vào sản xuất nông
nghiệp.

1.2.2. Mục đích cụ thể của luận văn:
¾ Thiết kế mạch điều khiển độ ẩm, hiển thị kết quả đo lên màn hình LCD.
¾ Tính toán, thiết kế, chọn không gian điều khiển.
¾ Viết chương trình điều khiển, xử lí số liệu cho trên mạch.
1


¾ Khảo nghiêm sơ bộ, đánh giá và thu thập kết quả.
1.3. Giới hạn đề tài:
¾ Thiết kế - chế tạo máy điều khiển tự động độ ẩm trong không gian có giới hạn
dựa vào tín hiệu điện nhận được từ cảm biến.
¾ Máy chỉ đo được độ ẩm trong khoảng giá trị: từ ẩm độ môi trường đến ẩm độ
bão hòa và chỉ phun ẩm để điều khiển không có khả năng hút ẩm.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tìm hiểu tổng quan về độ ẩm :
2.1.1. Độ ẩm tuyệt đối:[ρh]

Độ ẩm tuyệt đối của không khí là khối lượng của hơi nước có trong 1 m3 không
khí ẩm,(kg/m3 không khí ẩm)

ρh =

1
P
= h

Vh
R h .T

; kg/m3

(2.1)

Trong đó : Vh : Thể tích riêng của hơi nước chưa bão hòa,m3/kg;
Rh: Hằng số của hơi nước , J/kg.0K ;
T : Nhiệt độ của không khí ẩm , 0K
2.1.2. Độ ẩm tương đối:[φ]
Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối trên độ ẩm tuyệt đối lớn nhất ứng
với nhiệt độ nào đó của không khí ẩm.
φ=

ρh
ρh max

.100 , %

ρhmax= ρ" =

(2.2)

1
Pb
=
; kg/m3
V" R h .T

Trong đó:ρh max : Độ ẩm tuyệt đối lớn nhất , kg/m3
ρ" : Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa , kg/m3
V" : Thể tích riêng của hơi nước bão hòa.
Pb : Áp suất riêng của hơi nước bão hòa , N/m3
Thay vào ta có:φ =

ρh .100

,%

Pb
3


Giá trị của φ thay đổi từ 0 – 1 hoặc từ 0% - 100%, nếu φ = 0 thì trong không khí không
có hơi nước,khi đó ta có không khí khô tuyệt đối.
2.1.3. Các phương pháp điều ẩm:
™ Điều ẩm bằng bộ cảm biến sử dụng loại vật liệu mà khi độ ẩm thay đổi chúng
có thể co lại hoặc dãn ra. Thường bộ cảm biến ẩm làm bằng vải visco có tính
dãn nở khi ẩm độ thay đổi làm đóng ngắt mạch điện để điều chỉnh sự đóng mở
van nước cung cấp cho bộ phận tạo ẩm. Bộ cảm biến ẩm thường đáp ứng chậm
đối với sự thay đổi độ ẩm không khí trong phòng có thể trễ từ 15’ đến 1 giờ.
™ Điều ẩm bằng nhiệt kế công tắc bấc ẩm hoặc một ẩm kế công tắc và một rơ le
trung gian khi máy thiếu ẩm thì sẽ làm cho nhiệt độ nhiệt kế công tắc bấc ẩm tụt
xuống dưới mức giới hạn ( đầu dây kim loại). Cột thủy ngân tụt xuống sẽ làm
hở mạch điện từ đi vào nhiệt kế công tắc, vào cuộn dây rơ le trung gian làm rơle
trung gian ngừng hút. Nếu điện đi vào van điện từ đi qua tiếp điểm thường đóng
(1 – 2) khi đó van sẽ hút mở cho nước vào máy khi độ ẩm trong máy tăng lên
chênh lệnh nhiệt độ giữa hai nhiệt kế nhỏ dần, nhiệt độ ở nhiệt kế bấc ẩm tăng
dần lên khi đủ độ ẩm, cột thủy ngân của nhiệt kế công tắc bấc ẩm chạm vào dây

kim loại giới hạn nhiệt độ đóng mạch cho điện đi vào cuộn dây của rơ le trung
gian. Rơ le trung gian hút làm hở cặp tiếp điểm thường đóng (1 – 2) không cho
điện vào van điện từ. Vì vậy van điện từ sẽ sập lại ngắt nước vào máy.

Hình 2.1. Sơ đồ nhiệt kế công tắc bấc ẩm

4


™ Điều ẩm bằng phương pháp hóa học :
Phương pháp này sử dụng một số hóa chất làm khô ( siligen, clorua …) hoặc
làm ẩm bằng các dung dịch muối để thay đổi độ ẩm cho phù hợp.
™ Điều ẩm bằng cách thay đổi mặt thoáng nước:
Phương pháp này sử dụng các cách tạo ẩm bằng bốc hơi nước tự nhiên. Có thể
tăng giảm số lượng hoặc thay đổi diện tích khay nước để làm thay đổi diện tích
mặt khoáng cách này đơn giản nhưng ít chính xác.
2.1.4. Giản đồ trắc ẩm: Trích tài liệu tham khảo [9]
Giản đồ trắc ẩm được vẽ từ phương pháp thống kê các thông số nhiệt động học
của không khí dưới những điều kiện bình thường của môi trường ( áp suất khí quyển )
cho nên nó cũng chỉ được áp dụng trong những điều kiện làm việc như vậy.
Không khí ẩm là hổn hợp của không khí khô ( chủ yếu chứa Oxygen và Nitrogen ) và
hơi nước. Đồ thị trắc ẩm biểu diễn các thông số trạng thái của không khí ẩm hình 2.2
là đồ thị với áp suất khí quyển P = 760 mmHg .
a) Các thông số của không khí ẩm:
¾ Nhiệt độ T: ( còn gọi là nhiệt độ bầu khô) là nhiệt độ không khí đo bằng một
nhiệt kế thường. Trên đồ thị trắc ẩm, T được đọc theo trục hoành.
¾ Lượng nước bão hòa ds: ( ứng với nhiệt độ T) lượng hơi nước tối đa có thể
chứa trong 1 kg không khí khô (kkk), nghĩa là phần hơi nước vượt quá mức
này sẽ ngưng tụ thành dạng lỏng. Trạng thái này còn gọi là không khí 100%
ẩm độ tương đối Rh.

¾ Cách xác định ds: từ T gióng lên gặp đường bão hòa 100% Rh, gióng ngang,
đọc ds trên trục tung d, là trục biễu diễn tỉ lệ ẩm (đơn vị: kg/kg )
¾ Tỷ lệ ẩm d1: là lượng nước thực sự có trong 1 kg không khí khô (kgnước/
kgkkk) d1 ≤ ds.
¾ Ẩm độ tương đối Rh: dây là thông số quan trọng nhất trong quá trình sấy.
Định nghĩa chính xác Rh bằng áp suất hơi riêng phần chia cho áp suất hơi ở
trạng thái bão hòa. Ta có công thức:
Rh = (

d1
).100
ds

5


¾ Nhiệt độ bầu ước: Tw là nhiệt độ không khí ẩm đo bằng một nhiệt kế có bọc
miếng vải thấm bầu thủy ngân ( hoặc rượu). Muốn xác định chính xác hơn có
thể cho luồng không khí thổi qua bầu ướt với vận tốc 4 - 5 m/s. Dù vậy với
nhiệt kế sai số ± 0,6 0 C thì Rh cũng sai số đến 5%. Theo tiêu chuẩn ASTME7 muốn Rh chỉ sai số kém ± 1%, độ chính xác của nhiệt kế phải đạt ±
0,15%.
¾ Entalpy: là nhiệt lượng của không khí ẩm ứng với 1 kg kkk so với nhiệt độ
chuẩn ( thường lấy là 0 0 C). Trên đồ thị, tọa độ trục entalpy nằm chéo khoảng
45 0 so với trục hoành.
¾ Thể tích riêng υ : là thể tích của không khí ẩm với 1 kg không khí khô.
¾ Các đường thẳng rất dốc hướng xuống từ trái sang phải và không chính xác
song song với nhau để chỉ các giá trị không đổi của thể tích riêng của không
khí V ( m3 / kgkkk ).
b) Phân tích các yếu tố nhiệt độ tại một điểm cần đo lường và điều khiển:
Giả sử tại điểm (1) có nhiệt độ T1 = 27 0 C và độ ẩm tương đối Rh = 80% từ đồ

thị trắc ẩm theo đường ngang ta có tỉ lệ độ ẩm d1 = 0,018 kg H 2 O/kg không khí khô
và theo đường chéo nhiệt độ bầu ướt Tw = 24 0 C. Nếu cần điểm (2) bất kì có độ ẩm
tương đối giảm xuống còn Tw = 33% thì ta phải tăng nhiệt độ từ T1 = 27 0 C đến T2 =
43 0 C lúc đó theo đường ngang tỷ lệ độ ẩm giữa (1) và (2) bằng nhau và theo đường
chéo thì ta thấy nhiệt độ bầu ướt tăng từ 24 0 C đến 28 0 C.

6


Hình 2.2. Giản đồ trắc ẩm
2.1.5. Ẩm kế: Trích tài liệu tham khảo [9]
2.1.5.1. Giới thiệu tính năng:
a) Ẩm kế ngưng tụ:
Đây là loại ẩm kế duy nhất có phạm vi đo rộng từ -70 0 C đến 100 0 C thậm chí
có thể mở rộng giới hạn trên cao hơn nữa cho những ứng dụng đặc biệt. Ví dụ: một
số ẩm kế có thể làm việc ở 180 0 C để đo nhiệt độ hóa sương của axit hoặc để đo
dưới áp suất cao.
Độ chính xác khi đo điểm hóa sương Td phụ thuộc vào độ chính xác khi đo nhiệt
độ và vào sai số hệ thống. Một số ẩm kế có độ chính xác đến ± 0,2 0 C. Đối với
những chất có độ hóa sương cao hơn 20 0 C thời gian hồi đáp cỡ khoảng vài phút. Ở
-80 0 C phải mất 3 giờ với lưu lượng 10 l/h để hình thành 1 lớp bằng 0,3 μ m tương
đương với thời gian hồi đáp ở điều kiện này.
Ưu điểm nổi bật của ẩm kế ngưng tụ là có thể làm việc trong môi trường ăn mòn
(thí dụ : khí nhiên liệu). Tuy vậy, sự phức tạp về cấu tạo, giá thành cao, nhu cầu
hiệu chỉnh thường xuyên là nhược điểm chính làm cho ẩm kế này chỉ được sử
dụng trong phòng thí nghiệm.
7


b) Ẩm kế hấp thụ:

Ẩm kế LiCl: Ẩm kế Clorualiti là loại đo nhiệt độ hóa sương với độ chính xác
cao. Việc đo nhiệt độ căn bằng thực hiện bằng cách đốt nóng cảm biến ( thay vì
phải làm lạnh như trong trường hợp cảm biến ngưng tụ ) là ưu điểm của loại cảm
biến này vì sự đơn giản, độ tin cậy cao và giá thành thấp.
Độ chính xác có thể đạt tới ± 0,2 0 C. Độ chính xác này phụ thuộc vào độ chính xác
của cảm biến nhiệt độ dặt trong đầu đo, vào cấu tạo của đầu đo và điều kiện sử
dụng ( như sự lưu thông không khí, nhiệt độ môi trường ). Nếu cảm biến được
chuẩn hóa độ chính xác là ± 1 0 C, khi tốc độ lưu thông không khí thấp hơn 0,5 m/s.
Thời gian hồi đáp của đầu đo LiCl tương đối lớn cỡ hàng chục phút, phạm vi đo
nhiệt độ hóa sương của các chất nằm trong khoảng từ -10 0 C đến 60 0 C. Độ chính
xác khi đo Td đối với các khoảng nhiệt độ hóa sương như sau:
-10 0 C ≤ Td ≤ 34 0 C và 41C ≤ Td ≤ 65 0 C độ chín xác ± 1 0 C
-34 0 C≤ Td ≤ 41 0 C độ chính xác ± 2 0 C
c) Ẩm kế biến thiên trở kháng:
Ẩm kế điện trở các đặt trưng đo lường chủ yếu của ẩm kế điện trở biến

thiên

được liệt kê như :
¾ Dãy đo độ ẩm : từ 5% đến 95%
¾ Dãy nhiệt độ: từ -10 0 C đến 50 0 C hoặc 60 0 C
¾ Thời gian hồi đáp ≈ 10s
¾ Độ chính xác: ± 2% đến ± 5%
d) Ẩm kế tụ điện polyme:
Các đặt trưng đo lường chủ yếu của ẩm kế tụ điện dùng chất điện môi là
polyme như sau:
Phạm vi đo: từ 0% đến 100% trong dãy nhiệt độ làm việc thay đổi từ -40C đến
80 0 C hoặc 100 0 C.
Độ chính xác từ ± 2% đến ± 3%
Thời gian hồi đáp cỡ vài giây.

Ngoài ra phải kể đến một số đặc tính ưu việt khác của cảm biến như: ít chịu ảnh
hưởng của nhiệt độ phần tử nhạy có thể nhúng vào nước mà không bị hư hỏng.
8


e) Ẩm kế tụ điện Al2O3
Các đặc trưng đo lường chính của ẩm kế tụ điện sử dụng chất điện môi Al2O3
như sau:
¾ Ẩm kế cho phép đo nhiệt độ hóa sương Td trong phạm vi thay đổi từ -80 0 C
đến 70 0 C .
¾ Cảm biến được chế tạo để sử dụng trực tiếp tại điểm cần đo độ ẩm.
¾ Thời gian hồi đáp cỡ vài giây.
¾ Ưu diểm của loại cảm biến này là có thể làm việc trong dãy áp suất rất rộng
từ chân không đến hàng trăm bar.
¾ Tuy nhiên cần tránh sử dụng cảm biến trong môi trường có chứa các chất ăn
mòn ( như NaCl,S ) vì chúng có thể làm ăn mòn nhôm, làm hư hỏng phần tử
nhạy ẩm của ẩm kế.
f) Ẩm kế điện ly:
Ẩm kế loại này đặc biệt thích hợp với các chất khí chứa lượng hơi nước rất
nhỏ. Giới hạn dưới của dãy đo bị hạn chế bởi các vấn đề về hấp thụ và nhã hơi
nước trên đường dẫn khí, thí dụ: các phép đo công nghiệp không thể thực hiện khi
nhệt độ hóa sương hạ xuống -70 0 C ( với nồng độ 10 đến 20ppm ).
Mặc dù sử dụng ống dẫn khí bằng thép không rĩ, các hiện tượng hấp thụ vẫn làm
tăng thời gian cần thiết để đạt tới trạng thái cân bằng ( 24 giờ đối với nồng độ nhỏ
hơn 10 ppm và Td < - 70 0 C
Thời gian hồi đáp phụ thuộc chủ yếu vào hướng thay đổi độ ẩm :
+ Nếu theo hướng tăng ẩm ( giữa 1000 và 100 ppm ) thời gian hồi đáp tăng lên nhỏ
hơn 30s.
+ Nếu theo hướng giảm độ ẩm ( giữa 1000 và 100 ppm ) thời gian hồi đáp tăng lên
và có thể đạt đến vài phút.

Theo nguyên lí làm việc của đầu đo chất P2O5 được tự động tái sinh thường xuyên.
Tuy vậy thời gian sống của lớp này có giới hạn cho nên phải tái sinh nó theo chu kì
tần số tái sinh phụ thuộc vào điều kiện sử dụng và độ sạch của chất khí phân tích
có thể giảm tần số này bằng cách sử dụng bộ lọc bằng thép không rĩ kết dính.

9


Ẩm kế điện li được sử dụng dễ đo độ ẩm của rất nhiều loại khí như Nitơ, Mêtan,
Hyđrô, CO 2 , các chất làm lạnh (freon), không khí…Một số chất khí dùng được
với ẩm kế điện li vì chúng làm hư hỏng đầu đo hoặc làm thay đổi hoạt động của
nó, Thí dụ: khí amôniăc, hơi rượu, ( các chất này tác dụng với P2O5 ).
2.1.5.2. Phạm vi sử dụng:
Việc lựa chọn loại ẩm kế phụ thuộc vào phạm vi sử dụng cần cân nhắc kỹ các yêu
cầu trước khi đi đến quyết định:
Trong khí tượng để đo chính xác nên sử dụng ẩm kế gương. Trong nhiều trường
hợp ẩm kế gương rất đắt có thể thay thế bằng ẩm kế LiCl ngày nay thường sử dụng ẩm
kế tụ điện.
Trong buồng máy tính để xác định độ ẩm tương đối thường sử dụng ẩm kế điện trở
polyme, ẩm kế gương.
Trong ngành dầu khí đa số trường hợp đòi hỏi đo ở nhiều điểm. Phép đo không
đòi hỏi độ chính xác cao thường sử dụng ẩm kế Al2O3, để đo độ ẩm khí tự nhiên có thể
sử dụng ẩm kế Al2O3,P2O5.
Trong chế tạo linh kiện bán dẫn : Công nghệ chế táo bán dẫn đòi hỏi môi trường
rất khô. Yêu cầu cỡ đo ppm hoặc ppb 10 −6 - 10 −9 . Thường sử dụng cảm biến P2O5,
Al2O3. Đối với hệ thống định chuẩn chính xác cần sử dụng ẩm kế áp điện.
Trong công nghệ dược phẩm: Cần đo độ ẩm chính xác, tin cậy, nên chọn ẩm kế
gương.
Trong công nghiệp năng lượng: Cần đo độ ẩm tương đối tại nhiều điểm. Trường
hợp này nên sử dụng ẩm kế điện trở và ẩm kế tụ điện.

Trong xử lí nhiệt: Cần hiển thị liên tục, chính xác độ ẩm, điểm sương, nên sử dụng
ẩm kế gương.

10


2.2. Một số mẫu máy tạo ẩm tham khảo:
™ Máy tạo ẩm Tigerking:

Hình 2.3. Máy tạo ẩm Tigerking
¾ Công dụng: Tạo sự cân bằng về độ ẩm trong phòng, làm không khí mát mẻ
dễ chịu, giữ cho da không bị khô. Đặc biệt thích hợp với các phòng sử dụng
điều hòa, quạt sưởi hoặc khi thời tiết khô hanh.
¾ Đặc điểm:
ƒ Máy chạy êm không gây tiếng ồn.
ƒ Thời gian hoạt động ~ 10h mới phải thêm nước.
ƒ Chế độ tạo ẩm thay đổi tùy chọn.
¾ Thông số kĩ thuật :
ƒ Điện áp : 220V
ƒ Công suất: 38W
ƒ Dung tích: 3,6 lít
ƒ Độ ồn: 35dB
ƒ Năng suất tạo ẩm: 380 ml/H
™ Máy tạo ẩm Saiko:
¾ Công dụng: Tạo sự cân bằng về độ ẩm trong phòng, làm không khí mát mẻ
dễ chịu, giữ cho da không bị khô. Đặc biệt thích hợp với các phòng sử dụng
điều hòa, quạt sưởi hoặc khi thời tiết khô hanh.
¾ Thông số kĩ thuật:
ƒ Máy chạy êm không gây tiếng ồn.
11

ƒ Thời gian hoạt động ~ 14h mới phải thêm nước.
ƒ Chế độ tạo ẩm thay đổi tùy chọn.
ƒ Chất liệu nhựa chịu nhiệt.
ƒ Điện áp: 220V
ƒ Công suất: 50W
ƒ Dung tích: 6 lít
ƒ Độ ồn: 35dB
ƒ Năng suất tạo ẩm: 380 ml/H

Hình 2.4. Máy tạo ẩm Saiko
2.3. Tra cứu mẫu máy tạo ẩm trực tiếp phục vụ đề tài:
Mẫu máy tạo được tra cứu có nguồn gốc xuất xứ Trung Quốc, sản xuất bởi hãng
Lingxiang. Đề tài này chọn mẫu máy tạo ẩm này bởi vì rẽ, được dùng phổ biến trong
cuộc sống. Dưới đây là cấu tạo và nguyên lí hoạt động của máy.
2.3.1. Cấu tạo:
Mạch nguồn xung ra 10VDC cho quạt, 40VDC cho bộ tạo siêu âm. Bộ tạo siêu
âm dùng 1 Transistor: BU406, mạch cộng hưởng L: 3 vòng dây 0,8mm quấn trên lõi
không khí 0,6cm, C:152/400V. Bộ phận tạo hơi nước là loa áp điện 3cm.Máy có van
phao để tắt dao động khi cạn nước, 2 đèn báo đang hoạt động và cạn nước.
™ Đặc tính kĩ thuật :
¾ Máy chạy êm không gây tiếng ồn.
¾ Thời gian hoạt động 10h mới phải thêm nước.
¾ Chế độ tạo ẩm thay đổi tùy chọn.
¾ Chất liệu nhựa chịu nhiệt.
12


¾ Dung tích: 4,5 lít

¾ Độ ồn : 35dB
¾ Năng suất tạo ẩm : >350ml/H
™ Mạch điều khiển:

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển

Hình 2.6. Cấu tạo mạch điều khiển
2.3.2. Nguyên lí hoạt động
Đầu siêu âm được bắt với một vành kim loại và đặt dưới bình nước. Phần
màng kim loại tiếp xúc với nước, cho dòng điện tần số từ 20 đến 30Khz chạy qua ( đầu
siêu âm cách mặt nước 3 đến 4 cm). Lúc này phần nước trên đầu siêu âm rung mạnh
và sẽ tạo ra những hạt nước li ti như sương khi đó quạt sẽ thổi những hạt nước nhỏ này
ra thành hơi nước.
2.4.Tra cứu các linh kiện điện tử:
2.4.1. Tra cứu LM7805:
LM7805 là IC ổn áp được dùng biến đổi điện áp xoay chiều từ cầu diod thành
điện áp một chiều +5V. Trong đề tài này chọn LM7805 bởi vì rẽ và hoạt động ổn định.
Sau đây là sơ đồ chân và hoạt động của LM7805.
13


™ Hoạt động ổn định hiệu điện thế đầu ra ở mức 5V
™ Hoạt động: nếu ta cung cấp vào chân 1 một hiệu điện thế dương, chân 3 một
hiệu điện thế âm với hiệu điện thế khoảng 5V – 25V thì giữa chân 3 và chân 2
sẽ có một hiệu điện thế ổn định là 5V

Hình 2.7. Sơ đồ chân LM7805
2.4.2. Tra cứu triac BTA 136:
BTA 136 là thiết bị đóng ngắt dòng điện xoay chiều, trong đề tài này chọn triac
BTA 136 để điều khiển đóng ngắt máy tạo ẩm, dưới đây là đặc tính và hoạt

động triac BTA 136:
a) Giới thiệu đặc tính Volt-Ampe của Triac: Triac ( viết tắt của Triode for
Alternating Current ) là phần tử bán dẫn gồm 5 lớp bán dẫn tạo nên cấu trúc p-np-n như ở Thyristor theo cả 2 chiều giữa các cực T1 và T2, do đó có thể dẫn dòng
theo cả 2 chiều giữa T1 và T2. Triac có thể coi tương đương với 2 Thyristor đấu
song song ngược.
¾ Ứng dụng: Triac đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay
chiều và điện áp tĩnh.
b) Hoạt động của triac BTA 136: Khi có dòng kích từ chân G thì dòng điện xoay
chiều sẽ đi từ T1 sang T2 hoặc ngược lại.

Hình 2.8. Hình dáng và kí hiệu của BTA 136
14


2.4.3. Tra cứu LM358:
LM358 là IC khếch đại thuật toán bao gồm 2 opamp bên trong, có tác dụng điều
điện áp. Trong đề tài này chọn LM358 để điều chỉnh điện áp tham chiếu cho vi điều
khiển ATMEGA 32, dưới đây là đặc tính và sơ đồ chân của LM358:

Hình 2.9. Sơ đồ chân LM 358
a. Dải nguồn cung cấp: 3V đến 30V
b. Dòng offset ngõ vào: 2nA
c. Dòng bias ngõ vào: 20nA
d. Dòng cung cấp thấp: 0,7mA
Sơ đồ chân LM358:
1: Ngõ ra opam 1

5: Chân cấp nguồn +Vcc

2: Ngõ vào đảo 1

6: Ngõ ra opam 2

3: Ngõ vào không đảo 1

7: Ngõ ra đảo 2

4: Nối đất

8: Ngõ ra không đảo 2

2.4.4. Tìm hiểu về cảm biến độ ẩm:
a) Giới thiệu cảm biến và ứng dụng:
Cảm biến có nhiệm vụ tiếp nhận các tín hiệu , biến đổi chúng thành dữ liệu để
xử lý và chuyển đến các thiết bị điều khiển.
Cảm biến độ ẩm : sử dụng loại có thang đo từ 0 – 100%.
Cảm biến độ ẩm tương đối có tầm đo từ 0 – 100%.
Cảm biến được đặt trong hộp nhựa có nhiều lỗ giúp tạo sự thông thoáng khí.
Cái hộp không những bảo vệ cảm biến mà còn giúp che chắn ánh sáng. Cảm
biến tương đối nhạy nếu bị ánh sáng chiếu thẳng vào. Để kết quả đo được chính
xác tránh cho cảm biến bị ánh sáng chiếu thẳng vào.
15