Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài, mục tiêu nghiên cứu, phạm vi và bố cục của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương này tập trung vào những lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm kiến thức về các linh kiện, thiết bị được sử dụng trong hệ thống như các cảm biến, thiết bị ngoại vi, mạch điều khiển, cũng như phần mềm và ngôn ngữ lập trình liên quan đến đề tài. Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống.
Chương này sẽ đi trình bày một cách chi tiết về mô hình của hệ thống bao gồm sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống. Tiếp đến là sẽ đi thiết kế hệ thống, nên chọn module nào để đạt hiệu quả cao nhất cũng như sơ đồ kết nối giữa các module. Chương 4: Thi công hệ thống. Dựa trên thiết kế hệ thống, tiến hành thi công phần cứng và phần mềm cho hệ thống.
Từ đó đưa ra quy trình vận hành của hệ thống. Chương 5: Kiểm tra và đánh giá kết quả thực hiện được. Chương này sẽ trình bày kết quả thực hiện được đồng thời đưa ra những nhật xét và đánh giá với lý thuyết đã trình bày ở Chương 2. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
Chương này tóm lược lại những điều đã làm được và những hạn chế đồng thời đưa là những đánh giá cho BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 3 do an TỔNG QUAN hệ thống để từ đó có thể đưa ra những giải pháp cũng như hướng phát triển mới cho đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 4 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 2.1 Khái niệm Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng cảm nhận sự biến đổi của các đại lượng vật lý không có tính chất điện (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…) cần đo thành các đại lượng (thường mang tính chất điện) có thể đo và xử lý được. Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt của vật chất ảnh hưởng rất lớn đến nhiều tính chất của vật, việc đo nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác. Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để cảm nhận sự biến đổi về nhiệt độ của đại lượng cần đo.2 Phân loại cảm biến nhiệt Cảm biến nhiệt độ được chia thành hai loại: Cảm biến tiếp xúc - Cặp nhiệt điện (thermocouple) - Nhiệt điện trở + RTD + Thermistor Cảm biến không tiếp xúc - Nhiệt kế hồng ngoại: đo nhiệt độ bằng cách nhận năng lượng hồng ngoại được phát ra từ vật.3 Chi tiết các loại cảm biến nhiệt 2.1 Cặp nhiệt điện (Thermocouples) Thermocouples là một loại cảm biến nhiệt độ, hoạt động dựa trên hiệu ứng Seebeck, được sử dụng nhiều trong công nghiệp, thí nghiệm phục vụ cho việc đo lường.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 5 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 1: 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: -250 ~ 1800oC Hình 2.
2: Cấu tạo của thermocouples. Khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện cần chú ý tới những điểm sau đây: - Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu truyền đi dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều). - Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát trên đường dây. Giá trị bù nhiệt lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và môi trường lắp đặt.
- Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo. - Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 6 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 3: Đồ thị quan hệ điện áp - nhiệt độ của một số cặp nhiệt độ phổ biến.
Công thức tính: V = S *ΔT (2.1) Trong đó: V: điện áp đo được (V) S: hệ số seebeck (v/℃) ΔT: sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối 2.2 Nhiệt điện trở (RTD) Nhiệt điện trở (Resistance Temperature Detector) là một loại thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ. Nhiệt điện trở thông thường bao gồm một miếng kim loại rất nhỏ mà điện trở của nó thay đổi theo một quy luật được biết trước khi nhiệt độ thay đổi. Nhiệt điện trở có giá thành và độ chính xác cao hơn so với cặp nhiệt điện. Chúng có thể được sử dụng ở hầu hết các vị trí mà cặp nhiệt điện được sử dụng.
Platinum là kim loại phổ biến nhất được dùng để chế tạo Nhiệt điện trở bởi vì điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ rất tuyến tính. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 7 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 4: Nhiệt điện trở (RTD). - Cấu tạo: gồm có dây kim loại làm từ Đồng, Niken, Platinum… được quấn theo hình dáng của đầu đo.
- Nguyên lý: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa 2 đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong 1 khoảng nhiệt độ nhất định. - Ưu điểm: Độ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế. - Khuyết điểm: Dải đo bé hơn cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn cặp nhiệt điện. - Thường dùng: Trong các nghành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia công vật liệu, hóa chất… - Tầm đo: -200 – 7000C Hình 2.
5: Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 8 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 6: Đồ thị thể hiện quan hệ điện trở - nhiệt độ của cảm biến nhiệt độ loại RTD.3 Nhiệt kế (Thermistor) Nhiệt kế thông thường được sử dụng cho các mục đích chống quá tải. Mặc dù không có độ chính xác cao như một số các giải pháp cảm biến nhiệt độ khác, nhưng thermistors lại có giá thành khá rẻ.
Chúng không tuyến tính và đòi hỏi phải có một bảng tra cứu sự bù nhiệt nhiệt độ khi sử dụng. - Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxit kim loại: mangan, niken, cobalt… - Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. - Ưu điểm: Bền, rẻ tiền, dễ chế tạo. - Khuyết điểm: Dải tuyến tính hẹp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 9 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử. - Tầm đo: -100 °C đến + 150 °C - Ứng dụng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử. - Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là loại NTC.
8: Quan hệ điện trở - nhiệt độ của cảm biến loại Thermistor. - 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. - Ứng dụng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện tử. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 10 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Các loại cảm biến nhiệt bán dẫn điển hình: diode, transistor, IC (LM35,.
9: Cấu tạo bán dẫn. 10: Cảm biến LM35. 11: Đồ thị quan hệ điện áp - nhiệt độ của biến trở bán dẫn LM35. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 11 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT 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 và va chạm mạnh.4 Nhiệt kế bức xạ (còn gọi là hỏa kế- pyrometer).
12: Nhiệt kế bức xạ. - Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học. - Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt. - Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo.
- Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền. - Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung. Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ của những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúc được (lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 12 do an CƠ SỞ LÝ THUYẾT Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc.
Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ năng lượng. Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định. Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo. Lưu ý khi sử dụng: Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế có các tầm đo khác nhau, tuy nhiên đa số hỏa kế đo ở khoảng nhiệt độ cao.
Và vì đặc điểm không tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo nên mức độ chính xác của hỏa kế không cao, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường xung quanh (góc độ đo, rung tay, ánh sáng môi trường).2 CẢM BIẾN LỬA 2.1 Khái niệm Lửa Lửa là quá trình oxy hoá nhanh chóng của vật liệu trong phản ứng cháy, giải phóng nhiệt, ánh sáng và các sản phẩm phản ứng cháy khác. Để tạo ra lửa cần có đủ 3 yếu tố đó là: chất cháy, oxy và nguồn nhiệt. Thiếu một trong 3 yếu tố trên hoặc là hàm lượng của 3 yếu tố không đủ thì sẽ không gây ra được sự cháy, không tạo ra lửa.