Xem mẫu
- Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ l¾p r¸p thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè
A study on designing and assembling a digital tempeture measuring equipment
Phan V¨n Th¾ng1
Summary
Automation and automatic control on PLC and computers are applied widely in many
processes of agricultural production such as in seed production, seed-storage, post-harvesting
processing of agro-products, and animal production. Therefore, a digital temperature
measuring equipment (CTS-2) was studied, designed and assembled based on the principle of
converting analog signals into digital ones and the results were displayed by a seven-display
segment. It was a small equipment which had the ability for measuring temperature in research
and production installations.
Keywords: Analog, digital, computer, signal, amplifier
1. §Æt vÊn ®Ò1
Cïng víi sù tiÕn bé cña khoa häc vµ c«ng nghÖ, c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö ®·, ®ang vµ sÏ tiÕp
tôc ®−îc øng dông ngµy cµng réng r·i vµ mang l¹i hiÖu qu¶ cao trong hÇu hÕt c¸c lÜnh vùc
kinh tÕ, kü thuËt còng nh− ®êi sèng x· héi.
§o l−êng lµ mét trong nh÷ng lÜnh vùc ¸p dông nh÷ng thµnh tùu cña khoa häc kü thuËt
hiÖn ®¹i ®¹t ®−îc nhiÒu thµnh c«ng. Kü thuËt ®o l−êng khi ®−îc ¸p dông kü thuËt ®iÖn tö sè
nh»m chuyÓn ®æi c¸c ®¹i l−îng cÇn ®o d¹ng t−¬ng tù thµnh ®¹i l−îng ®o d¹ng sè ®· gãp phÇn
n©ng ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o, ®é tin cËy cao, kÝch th−íc ®−îc thu nhá thuËn tiÖn cho ng−êi
sö dông, tiªu tèn n¨ng l−îng tiÕt kiÖm h¬n.
Trong n«ng nghiÖp, nhiÖt ®é, ®é Èm lµ nh÷ng yÕu tè quan träng ®èi víi c¸c giai ®o¹n
sinh tr−ëng, ph¸t triÓn cña c©y trång còng nh− thu ho¹ch vµ b¶o qu¶n n«ng s¶n. C¸c thiÕt bÞ ®o
nhiÖt ®é, ®é Èm kh«ng chØ sö dông trong n«ng nghiÖp mµ cßn ®−îc sö dông réng r·i trong c¸c
lÜnh vùc kh¸c nh−: c«ng nghiÖp nhiÖt luyÖn, kü thuËt lµm m¸t vµ ®iÒu hoµ kh«ng khÝ, trong y
häc...
Trong thêi gian võa qua, chóng t«i ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ l¾p r¸p thµnh
c«ng mét sè thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè, trong ®ã cã thiÕt bÞ ®o CTS-2.
2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
2.1. TÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ lùa chän c¸c linh kiÖn, s¬ ®å
ViÖc thiÕt kÕ, tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña linh kiÖn vµ l¾p r¸p thiÕt bÞ ®−îc dùa trªn c¸c tµi liÖu
tham kh¶o ®· ®−îc c«ng bè (Ng« Diªn tËp, 1997; Huúnh §¾c Th¾ng, 1994; §Æng V¨n ChuyÕt,
1998; §ç Thanh H¶i, 2002). Tõ c¸c tÝnh to¸n th«ng sè, lùa chän c¸c s¬ ®å, chóng t«i ®· ®−a ra s¬
®å l¾p r¸p thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè CTS-2.
2.2. TÝnh to¸n sai sè cña thiÕt bÞ
1
Khoa C¬ ®iÖn, tr−êng §HNNI
- ThiÕt bÞ ®o CTS-2 sau khi l¾p r¸p hoµn chØnh ®· ®−îc kh¶o nghiÖm vµ so s¸nh víi c¸c thiÕt bÞ
mÉu hiÖn cã. §Ó t¹o ra chÕ ®é nhiÖt theo chiÒu t¨ng vµ gi¶m trong kho¶ng tõ 00C - 650C, chóng t«i
sö dông n−íc ®¸ lµm nguån nhiÖt ®Ó thay ®æi nhiÖt ®é khi kh¶o nghiÖm. Sau khi cã c¸c sè liÖu kh¶o
nghiÖm, viÖc tÝnh to¸n sai sè cña thiÕt bÞ CTS-2 so víi c¸c thiÕt bÞ mÉu ®−îc xö lý b»ng ph−¬ng
ph¸p x¸c suÊt thèng kª (Lª V¨n Doanh, 2001; Ph¹m Th−îng Hµn, 1996) cã sö dông ch−¬ng tr×nh
Microsoft Excel.
- Gi¸ trÞ trung b×nh cña thiÕt bÞ mÉu vµ CTS-2 x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
1 n 1 n
x = ∑ xk ; y = ∑ yk
n k =1 n k =1
- X¸c ®Þnh ph−¬ng sai:
1 n 1 n
σ x = ∑ x k2 − x 2 ; σ y = ∑ y k2 − y 2
2 2
n k =1 n k −1
- X¸c ®Þnh sai sè cña thiÕt bÞ ®o:
xy − x. y
R=
σ x .σ y
3. Néi dung nghiªn cøu
3.1. S¬ ®å khèi cña thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè
ThiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè CTS-2 ®−îc l¾p r¸p dùa vµo s¬ ®å khèi nh− sau:
Nguån nu«i
T¹o nguån ©m
C¶m biÕn KhuÕch ®¹i ADC HiÓn thÞ
H×nh 1. S¬ ®å khèi thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè CTS - 2
3.2. C¸c khèi chøc n¨ng cña thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè CTS-2
3.2.1. C¶m biÕn nhiÖt ®é
C¶m biÕn nhÞªt ®é mµ chóng t«i lùa chän lµ vi m¹ch c¶m biÕn LM 335. §©y lµ vi m¹ch cã 3
ch©n, ®−îc sö dông réng r·i trong c¸c thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é, ®é Èm... Vi m¹ch LM 335 cã ®é æn ®Þnh
vµ tÝnh chÝnh x¸c cao, tèc ®é ph¶n øng víi tÝn hiÖu vµo nhanh. Tuy nhiªn nã còng cßn h¹n chÕ ë d¶i
®o.
3.2.2. Bé nguån mét chiÒu chuyÓn ®æi tõ ®iÖn ¸p xoay chiÒu
- ë thiÕt bÞ nµy cã sö dông IC t¹o nguån ©m, cho nªn thiÕt bÞ chØ sö dông nguån mét chiÒu ®¬n
cùc, v× vËy bé nguån chóng t«i sö dông lµ bé nguån th«ng th−êng.
3.2.3. M¹ch t¹o nguån ©m
Trong thiÕt bÞ cã m¹ch khuÕch ®¹i vµ m¹ch chuyÓn ®æi ADC cÇn dïng ®iÖn ¸p ®èi xøng, mµ
bé nguån l¹i cÊp ®iÖn ¸p mét chiÒu +9V. Do ®ã, chóng t«i dïng m¹ch t¹o nguån ©m tõ nguån mét
chiÒu +9V. M¹ch t¹o nguån ©m sö dông vi m¹ch tÝch hîp lo¹i CMOS 4049.
§Ó thiÕt bÞ cã khèi l−îng vµ kÝch th−íc nhá, gän, th× thiÕt bÞ ph¶i ®−îc cÊp nguån tõ pin. ViÖc
dïng nguån pin còng t¹o ®iÒu kiÖn cho viÖc sö dông thiÕt bÞ ®o ë nh÷ng n¬i ch−a cã ®iÖn l−íi. Tõ
cÊu tróc vµ chøc n¨ng cña 4049 kÕt hîp víi ICL 7107 ta cã m¹ch t¹o ®iÖn ¸p ©m tõ ®iÖn ¸p d−¬ng.
3.2.4. M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu
TÝn hiÖu tõ c¶m biÕn nhiÖt ®é tr−íc khi ®−a vµo bé chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ADC ®−îc ®−a qua bé
khuÕch ®¹i tÝn hiÖu. Chóng t«i sö dông vi m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) 741 ®Ó l¾p r¸p bé
khuÕch ®¹i tÝn hiÖu.
3.2.5. M¹ch chuyÓn ®æi AD
Trong ®Ò tµi nghiªn cøu nµy chóng t«i sö dông vi m¹ch ICL 7107 cho bé chuyÓn ®æi ADC. Vi
m¹ch ICL 7107 lµ mét m¹ch tÝch hîp chuyÓn ®æi tÝn hiÖu tõ d¹ng t−¬ng tù sang d¹ng sè ®−îc kÕt
hîp víi bé gi¶i m· hiÓn thÞ b»ng LED 7 thanh.
§©y lµ mét vi m¹ch chuyÓn ®æi AD vµ gi¶i m· hiÓn thÞ sè lµm viÖc rÊt æn ®Þnh vµ chÝnh x¸c.
Vi m¹ch cã d¶i ®iÖn ¸p ®Çu vµo biÕn ®æi tõ 0 - 20 V, nhê cÇu ph©n ¸p cã møc chuyÓn ®æi tuyÕn tÝnh
toµn phÇn. ViÖc chän vi m¹ch ICL 7107 lµm bé chuyÓn ®æi AD vµ hiÓn thÞ sè ®o nhiÖt ®é b»ng
LED 7 thanh lµ rÊt phï hîp.
3.3. L¾p r¸p thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè CTS – 2
Sau khi thiÕt kÕ xong c¸c s¬ ®å m¹ch cña bé c¶m biÕn, bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu, s¬ ®å m¹ch chØ
thÞ LED 7 thanh, chóng t«i tiÕn hµnh l¾p r¸p thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é. ThiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè CTS-
2 ®−îc l¾p r¸p theo s¬ ®å cho trªn h×nh 2.
Th«ng sè kü thuËt cña thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é CTS-2:
M· hiÖu CTS-2 ;
Giíi h¹n ®o 0 - 500C ;
Nguån 220 V AC ; 9V DC
KÝch th−íc 160 x 60 x 25 mm
Träng l−îng 0,21 kg
3.4. Thö nghiÖm thiÕt bÞ ®o CTS-2
§Ó kiÓm tra møc ®é chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é CTS-2, chóng t«i tiÕn hµnh lÊy c¸c chØ sè
®o cña thiÕt bÞ so víi chØ sè cña nhiÖt kÕ chØ thÞ sè Checktemp 1 vµ nhiÖt kÕ thuû ng©n theo chiÒu
t¨ng vµ chiÒu gi¶m. Kho¶ng c¸ch mçi lÇn ®o lµ 30 gi©y, lÊy ®ång thêi chØ sè cña CTS-2 vµ chØ sè cña
c¸c nhiÖt kÕ. KÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy ë b¶ng 1.
C¸c kÕt qu¶ thö nghiÖm cho thÊy trong kho¶ng tõ 0 ®Õn 500C, sù hiÓn thÞ nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ
CTS-2 còng cã ®é chÝnh x¸c t−¬ng tù nh− c¸c dông cô ®o nhiÖt ®é kh¸c. Khi nhiÖt ®é lín h¬n 500C,
b¾t ®Çu cã sù sai kh¸c gi÷a CTS-2 vµ c¸c nhiÖt kÕ kh¸c.
- LED
1
LED 2
3
10K 10K 10K
3 LM335 2
10K
1
220
100K 100K
21 20
100K 150
22 19
1 8 150 150
23 18
100K 2 7 150 150
741
3 6 24 17
4 5 150 150
25 16
10K 150
26 15
0 .0 4 7 µ F
47K 150
27 14
1 8 470K 28 150
13
2 7 0 .2 2 µ F 150
741 29 12
3 6
4 5 150
-3,3V 0 .0 1 µ F
30 11
100µF
ICL 7107 150
31 10
J1 150
32 9
10 µF 150
33 8
9 8 0.1µF 150
10 7 34 7
11 6 150
35 6
4049
12 5 150
13 4 1K 36 5
14 3 150
15 2
37 4
100 pF 150
16 1 38 3
150
39 2
100K
40 1
2
1 3 +5V
LA 7805
330Ω x2
1
CT 1 3 LED
2 9V
J1
H×nh 2. S¬ ®å l¾p r¸p thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè CTS - 2
- B¶ng 1. ChØ sè nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ CTS - 2, nhiÖt kÕ Checktemp 1
vµ nhiÖt kÕ thuû ng©n theo chiÒu t¨ng nhiÖt ®é
ThiÕt bÞ ThiÕt bÞ CTS-2 NhiÖt kÕ thuû ng©n NhiÖt kÕ Checktemp-1
LÇn ®o T¨ng Gi¶m T¨ng Gi¶m T¨ng Gi¶m
1 0,6 56,7 0,05 60,5 0,5 61
2 3,2 55,5 2,8 58 2,9 58,4
3 8,2 54,5 8,1 56 7,9 56,6
4 12,3 53,2 12,2 54 11,9 54,4
5 17 52,3 16,8 52,2 16,9 52,7
6 20,9 47,3 20,7 47,4 20,6 47,2
7 23 40,6 22,9 40,3 22,9 40,4
8 28,5 35,2 28,2 35,4 28,4 35,3
9 33,6 32 33,4 32,2 33,5 32,1
10 38,1 29,9 38,1 30,2 38,2 30,1
11 45,3 27,5 45 27,7 45,3 27,8
12 50,2 23,6 50 23,7 50,3 23,5
13 52,3 20,1 54,5 20,7 55,5 20
14 53,8 15,5 57 15,6 58 15,2
15 54,9 11,6 59 11,5 59,8 11,2
16 56,8 6,7 61,1 6,5 62,2 6,4
4. KÕt luËn
ThiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é chØ thÞ sè CTS-2 ®· ®−îc nghiªn cøu vµ l¾p r¸p thµnh c«ng. ThiÕt bÞ cã
kÝch th−íc nhá, gän, sö dông ®−îc nguån xoay chiÒu vµ nguån mét chiÒu.
Qua thö nghiÖm cho thÊy, thiÕt bÞ ®¶m b¶o ®−îc gi¸ trÞ ®o nhiÖt ®é chÝnh x¸c cao trong
kho¶ng nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn 500C. ThiÕt bÞ cã thÓ ®−îc chÕ t¹o hµng lo¹t, phôc vô cho c«ng t¸c ®o
l−êng nhiÖt ®é trong c¸c lÜnh vùc b¶o qu¶n, chÕ biÕn n«ng s¶n, trong c¸c phßng thÝ nghiÖm, phßng
nu«i cÊy m«, trong s¶n xuÊt vµ ch¨n nu«i...
Tµi liÖu tham kh¶o
§Æng V¨n ChuyÕt (1998), Kü thuËt ®iÖn tö sè, Nxb Gi¸o dôc, Hµ Néi, tr. 22-35.
Lª V¨n Doanh, Ph¹m Th−îng Hµn, NguyÔn V¨n Hoµ, Vâ Th¹ch S¬n, §µo V¨n T©n (2001), C¸c bé
c¶m biÕn trong kü thuËt ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn, Nxb Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 503 tr.
Ph¹m Th−îng Hµn, NguyÔn Träng QuÕ, NguyÔn V¨n Hßa (1996), Kü thuËt ®o l−êng c¸c ®¹i l−îng vËt
lý (2 tËp), Nxb Gi¸o dôc, Hµ Néi, tr. 6-120.
§ç Thanh H¶i, Tr−¬ng Träng TuÊn (2002), Kü thuËt ®iÖn tö sè, Nxb Thanh niªn, Hµ Néi, 429 tr.
Huúnh §¾c Th¾ng (1994), CÈm nang thùc hµnh vi m¹ch tuyÕn tÝnh, Nxb Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi,
tr. 6-15; 56-59.
Ng« Diªn TËp (1997), §o l−êng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh, Nxb Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 363 tr.
nguon tai.lieu . vn
