bai tap lon vi mach

12 19 0
  • Loading ...
1/12 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 04/11/2018, 21:52

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN: vi mạch tương tự Số : Họ tên HS-SV : MSV :0641040239 Khố : Trần Đình Vũ Nhóm : Lớp : Điện 4_ K6 Khoa : Điện NỘI DUNG Đề tài: Dùng vi mạch tương tự tính tốn, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0-(100+10*n)0C - Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0-10V I=0-20mA + Dùng cấu đo để thị - Đưa tín hiệu cảnh báo đèn, còi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: Ud=(tmax-tmin)/2 - n: Số thứ tự sinh viên danh sách - Lời nói đầu Nhiệt độ tín hiệu vật lý mà ta thường gặp đời sống ngày kỹ thuật công nghiệp Việc đo nhiệt độ u cầu thiết thực Hiện cảm biến đo nhiệt độ loại cảm biến sử dụng nhiều công nghiệp dân dụng Bài tập lớn nghiên cứu dùng vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại Nội dung làm có phần sau : Chương 1: tổng quan đo nhiệt độ Chương 2: Tổng quan mạch đo Chương 3: Giới thiệu thiết bị Chương 4: Tính tốn, thiết kế mạch đo - Tính tốn, lựa chọn cảm biến - Tính tốn, thiết kế mạch đo - Tính tốn, thiết kế mạch nguồn cung cấp - Tính tốn, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa - Tính tốn, thiết kế mạch cảnh báo - Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG I.Tổng quan đo nhiệt độ 1.1 Đo lường Phân loại cách thực phương pháp đo + Đo trực tiếp :là cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phếp đo +Đo gián tiếp : cách đo mà kết đo suy từ phép đo, từ phối hợp nhiều phép đo trực trực tiếp +Đo thống kê : phếp đo nhiều lần đại lượng đó, điều kiện giá trị Từ dung phếp tính xác suất để thể kết đo có độ xác cần thiết 1.2 Đo nhiệt độ 1.2.1 Khái niệm nhiệt độ thang đo nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lí đặc trưng cho mức chuyển động hỗn loạn phần tử vật thể Để đo nhiệt độ phải có dụng cụ đo, thơng thường cơng nghiệp nhiệt độ đo cảm biến phương pháp tiện lợi truyền tín hiệu nhiệt độ xa, không ảnh hưởng tới làm việc hệ thống cần xác định nhiệt độ CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến nhiệt độ Sau ta tìm hiểu phương pháp thường dùng dùng nhiệt điện trở kim loại 1, Sơ đồ nguyên lý chung mạch đo: _ mạch đo gồm có khối : 1, khối cảm biến 2, mạch khuếch đại 3, mạch so sánh 4, khối thị 5, khối cảnh báo 6, mạch chuyển đổi u sang i e, khối cánh báo : cảnh báo cho người biết nhiệt độ tăng cao so với nhiệt độ cho phép Đó khối dùng mạch đo cảnh báo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở kim loại Chương III : thiết bị dùng mạch đo Để xác định thiết bị mà sử dụng q trình tính tốn thiết kế mạch đo ta dựa vào khối mạch đo để xác định linh kiện mà dùng, sau ta liệt kê linh kiện sử dụng : 1, cảm biến: nhiệt độ đai lượng vật lý mà ta đo gián tiếp loại cảm biến nhiệt độ dựa chuyển động của hạt điện tích hình thành nên dòng điện kim loại Hiện có nhiều loại cảm biến nhiệt độ thông dụng mà ta thường dùng : _ cặp nhiệt ngẫu _ nhiệt điện trở kim loại _ IC cảm biến nhiệt độ Hình ảnh thực tế khuếch đại thuật toán : 3, điện trở : Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác Hình dạng điện trở thiết bị điện tử Ký hiệu điện trở sơ đồ nguyên lý Cách đọc điện trở : điện trở đa dạng nên để đọc xác điện trở ta cần xác định trị số vòng màu • Vòng số vòng cuối ln ln có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, vòng sai số điện trở, đọc trị số ta bỏ qua vòng • Đối diện với vòng cuối vòng số 1, đến vòng số 2, số • Vòng số vòng số hàng chục hàng đơn vị • Vòng số bội số số 10 Sau thiết kế mạch phải lựa chọn loại điện trở phù hợp mạch đo, để hiển đầu xác 3, cấu thị : muốn biết nhiệt độ ta phải hiển thị thơng qua cấu thị mục đích cuối biết nhiệt độ cảnh báo Chúng ta có nhiều cấu điện từ từ điện, điện động… phạm vi đo dải điện áp từ đến 10V dải dòng điện từ đến 20mA ta nên dùng cấu thị từ điện cấu đo dòng điện điện áp chiều với dải đo rộng 4, thiết bị cảnh báo : để cảnh báo nhiệt độ ta sử dụng chng cảnh báo còi để cảnh báo, ta sử dụng đồng thời hai để cảnh báo nhiệt độ Những thiết bị thường mang thơng tin nhanh xác, dễ lắp đặt sử dụng nguồn điện chiều hay xoay chiều Với n số thứ tự sinh viên danh sách Số thứ tự danh sách n = 68 dải đo : ToC = tmin-tmax= 0-(100+ 10*68)0C = 0- 780 0C Từ yêu cầu đề sử dụng nhiệt điện trở kim loại dải đo từ 1- 780 0C ta tính lựa chọn cảm biến Nhiệt điện trở kim loại có nhiều loại có hai loại thường dùng nhiệt điện trở nickel nhiệt điện trở platin Nhiệt điện trở nickel so với platin rẻ tiền song độ tuyến tính từ -600C đến +2500C mà dải đo max 7700C nên ta không sử dụng Ta sử dụng nhiệt điện trở platin với dải đo rộng độ tuyến tính cao Cụ thể ta sử dụng nhiệt điện trở Pt100 nhiệt điện trở có đọ tuyến tính tương đối điện trở Ro 00C 100Ω sau chi tiết cảm biến nhiệt Pt100cấu tạo can nhiệt Pt100 Là cảm biến nhiệt độ pt100 có cấu tạo nhiệt điện trở RTD ( RTD-Resistance Temperature Detector ):Nguyên lý hoạt động nhiệt điện trở dựa thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện trở • Rt = R0 ( + αt) • Rt : Điện trở nhiệt độ t • R0 : Điện trở độ C • α : Hệ số nhiệt điện trở can nhiệt pt100 Điện trở dây kim loại có bọc đoạn sứ bao quanh toàn dây kim loại.Phần bao bọc lại đặt ống bảo vệ(thermowell) thường có dạng hình tròn,chỉ đưa đầu dây kim loại để kết nối với thiết bị chuyển đổi.Phần ống bảo vệ đặt nơi cần đo nhiệt độ, thông thường can nhiệt đo nhiệt độ tối đa 600 độ C Hai đầu dây kim loại để chừa phần ống bảo vệ kết nối tới thiết bị gọi 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 cầu điện trở có nhánh Pt100(có điện trở 100 ôm độ C) Ðáp ứng RTD khơng tuyến tính có độ ổn định xác cao, hay dùng ứng dụng yêu cầu độ xác cao Nó thường dùng khoảng nhiệt độ từ -250 đến +850 Can nhiệt pt100 kí hiệu thường sử dụng để nói đến RTD với hệ số alpha=0.00391 R0=100 Ohm Ura= Ura=0 RcbR1=R2R3 cầu cân có Rcb nên cầu nhánh hoạt động Rcb= R0+∆R Thường chọn R1=R2=R3=R0 Ura= R0 bé so với ∆R nên ta lắp thêm điện trở để thỏa mãn cầu cân (∆R= 305Ω) Ura= chọn Ra = R+R0 Với nhiệt điện trở platin Pt100 ta chọn R= 1k Ra 1,1k thay Thay vào công thức : Ura= = = 0,381V Vậy dải điện áp U từ 0- 0,381 V Tín hiệu thường khơng chuẩn nên ta cho qua khuếch đại thuật tốn để tang cường tín hiệu lên độ lớn b, mạch khuếch đại đo lường : để tín hiệu đầu chuẩn hóa ta dùng khuếch đại thuật toán đảo với hệ k tính sau : U từ 0- 0,381 V Ura từ 0-10V Suy k= 10:0,381= 26,25 Vậy điện áp xác định biểu thức với điều kiện bình thường R4R7=R5R6 Uo= Ung .( + 1) Với U0= 10V Ung=Ura= 0,381 V ta có : ( + 1) = = = 26,247 Chọn R4= R5 = R6 = R7 = 1k Vậy ta có : + = 26,247 = 25,247 R2 + R3 = 25,247 R1 Chọn R2=10k ; R3= 15,247k Ω R1=1k Như với dải đo nhiệt độ từ – 7800C ta sử dụng mạch cầu đo với nhiệt điện trở platin đưa tín hiệu khơng điện nhiệt độ thành tín hiệu điện điện áp Và sử dụng khuếch đại thuật toán , khuếch đại tín hiệu lên giống chuẩn yêu cầu mà đề cho để tiếp tục đưa khối hiển thị , khối so sánh để cảnh báo tín hiệu khối chuyển đổi U sang I để đưa chuẩn tín hiệu dòng điện +) mạch chuẩn hóa đầu ra:các ngõ vào vi sai KĐTT không lý tưởng Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Xin chao Tính chọn điện áp đặt : Dựa vào điều kiện nhiệt độ T=( Tmax-Tmin)/2 cảnh báo ta có Nhiệt độ giá trị cảnh báo : Td = Tmax-Tmin = 780-0 = 390 0C 2 Thay vào công thức Rt = R0 ( + αt) với α = 0.00391 thay vào biểu thức ta có : Rt= 100( 1+0,00391.390)= 252,5 Ω Thay vào cơng thức : Ura= ta có điện áp đặt Ta có : P Up= ( + ).R12 với R12= + R1 R2 Mặt khác Un=0V Nếu Up>Un Up > Ur = + Ucc ( bão hòa mức dương) Up>0 suy + > Uv > - Uđ Ngược lại UpUn Ur=0 bão hòa mức âm biểu thức đổi dấu Vậy ta tìm hiểu trình lật trạng thái cho tín hiệu vào thay đổi cụ thể thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện áp Yêu cầu đề 5V cảnh báo ta chọn giá trị điện trở chọn R1=R2= 1k Ur +Ucc Uv Uđ Nguyên lý hoạt động mạch so sánh thể hình Như Uv > Uđ= 5V điện áp khác khơng mạch đèn hay còi phía sau hoạt động cảnh báo Một vấn đề chọn nguồn cung cấp Ucc cho điện áp đủ để còi đèn hoạt động thường ta hay chọn Ucc=12V hầu hết đèn báo hoạt động mức điện áp 12V 24V mạch cảnh báo ta phải đấu vào đèn mạch còi báo động, với đèn thì ta cần đấu vào nguồn với còi báo động ta phải qua khâu khuếch đại công suất, mạch khuếch đại công suất hình : Sau khuếch đại cơng suất nối vào loa để loa hoạt động e, tính tốn thiết kế nguồn : hầu hết nguồn sử dụng mạch nguồn chiều mà thực tế nguồn lại nguồn xoay chiều với điện áp 220V vấn đề đặt phải biến đổi dòng xoay chiều sang chiều khối nguồn bao gồm: _ máy biến áp _ chỉnh lưa cầu dùng điot _ tụ điện C để lọc _ cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện Sơ đồ nguyên lý: + tính chọn máy biến áp: có hai nguồn nguồn cho điện áp đặt so sánh 5V nguồn cấp cho OA 12V cần sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp để lấy hai cấp điện áp dùng Hoặc ta hạ xuống 12V dùng biến trở để chỉnh xuống V tiêu tốn lượng lượng nên dùng chỉnh lưu điện áp phương pháp khác ta dùng khối ổn áp chiều để có đầu thay đổi Tối ưu nên dùng phương án Phương án thiết kế : + biến áp : yêu cầu đặt nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V điện áp 15V + mạch chỉnh lưu : ưu điểm mạch chỉnh lưu cầu điện áp nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ so với phương pháp cân nên ta chọn chỉnh lưu cầu + lọc nguồn có nhiệm vụ san điện áp để dòng điện phẳng hơn, lọc tụ điện đơn giản chất lượng học cao Nên ta dùng tụ điện + khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp thay đổi từ đến 15V nên nên ta dùng IC ổn áp thông dụng LM 7805 có dải điện áp khoảng 1,2V-35V với cách mắc thông thường Cơ cấu đo dùng ổn áp LM 7805 dùng để ổn áp đầu 5V: f, cấu thỉ : dòng điện dòng chiều điện áp chiều với giá trị bé nên ta dùng cấu thị từ điện Cấu tạo chung: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động - Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ cực từ lõi sắt hình thành mạch từ kín Giữa cực từ lõi sắt có có khe hở khơng khí gọi khe hở làm việc, đặt khung quay chuyển động - Phần động: gồm: khung dây quay quấn bắng dây đồng Khung dây gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lò xo cản mắc ngược nhau, kim thị thang đo Hình 5.3 Cơ cấu thị từ điện + Nguyên lý làm việc chung: có dòng điện chạy qua khung dây (phần động), tác động từ trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu góc α Mơmen quay tính theo biểu thức: Mq = dWe = B.S.W I dω với B: độ từ cảm nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số vòng dây khung dây Tại vị trí cân bằng, mômen quay mômen cản: 〈1 Mq =Mc ⇔ B.S.W I = D.〈 ⇔ B.S.W I = S = ID (5.1) Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dòng điện I chạy qua khung dây +Các đặc tính chung: từ biểu thức (5.1) suy cấu thị từ điện có đặc tính sau: - đo dòng điện chiều -đặc tính thang đo - độ nhạy số sơ đồ mạch đo tồn q trình thiết kế dùng mô protues : Thuyết minh sơ đồ : mạch đo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở mô protues với nhiệt điện trở RV1 nằm mạch cầu đo điện áp Nguyên lý hoạt động dựa lệch áp cầu đo cân điện trở tăng theo nhiệt độ Phía sau khối đo khối khuếch đại đo lường với OA, khuếch đại tín hiệu điện áp lên, tín hiệu điện áp khuếch đại lên từ 0-10V Phía sau khối khuếch đại khối chuyển đổi u sang i dùng để chuyển đổi sang tín hiệu dòng điện, điện áp từ 0-10V dòng điện chuẩn hóa từ 0-20mA khối so sánh điện áp dùng để lật trạng thái cảnh báo, điện áp vượt ngưỡng 5V khối so sánh phát tín hiệu cảnh báo nhiệt độ Kết luận : trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch đơn giản nhiều bất cập, mạch đơn giản để cấu đo xác ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý vi điều khiển để hiển trực quan số dễ đọc trình điều khiển cảnh báo dễ dàng ứng dụng với vi mạch số vi mạch điều khiển ta dùng cảm biến nhiệt độ ứng dụng vào mạch mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ lò nung, điều khiển điều hòa khơng khí, hay lò ấp trứng, nhà bảo quản lạnh … Trong trình làm em nhiều bất cập thiếu sót mong thầy cô giáo thông cảm, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn giúp đỡ em trình làm tập lớn !!! ... để cấu đo xác ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý vi điều khiển để hiển trực quan số dễ đọc q trình điều khiển cảnh báo dễ dàng ứng dụng với vi mạch số vi mạch điều khiển ta dùng cảm biến... Vì mục đích cuối biết nhiệt độ cảnh báo Chúng ta có nhiều cấu điện từ từ điện, điện động… phạm vi đo dải điện áp từ đến 10V dải dòng điện từ đến 20mA ta nên dùng cấu thị từ điện cấu đo dòng điện... mang thông tin nhanh xác, dễ lắp đặt sử dụng nguồn điện chiều hay xoay chiều Với n số thứ tự sinh vi n danh sách Số thứ tự danh sách n = 68 dải đo : ToC = tmin-tmax= 0-(100+ 10*68)0C = 0- 780 0C
- Xem thêm -

Xem thêm: bai tap lon vi mach, bai tap lon vi mach

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay