Xem mẫu
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
C¸c c¬ cÊu
chÊp hµnh
** NhiÖm vô tõng khèi:
+ Khèi nhiÖt ®é lµ khèi t¹o nguån nhiÖt cña s¶n phÈm. Do m« h×nh chØ cã
tÝnh t−îng tr−ng m« pháng sù lµm viÖc cña d©y chuyÒn nªn khèi nhiÖt ë ®©y ®−îc
t¹o b»ng c¸c ®Ìn sîi ®èt.
+ Khèi c¶m biÕn cã t¸c dông ®o nhiÖt ®é s¶n phÈm vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu,
®Ó ®−a vµo PLC xö lý vµ ®−a quyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh cã trong
d©y chuyÒn kh©u tinh läc.
+ Khèi PLC cã t¸c dông thu thËp tÝn hiÖu tõ c¶m biÕn, sau ®ã xö lý vµ ®−a
quyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh trong d©y chuyÒn.
+ Khèi c¬ cÊu chÊp hµnh lµ c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh cã trong d©y chuyÒn
thùc hiÖn c¸c thao t¸c vËn hµnh d©y chuyÒn. Khèi nµy gåm c¸c ®éng c¬, c¸c van.
3.3.2. ThiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nguyªn lý ho¹t ®éng tõng khèi
1- Khèi nhiÖt ®é
Nh− ®· ®Ò cËp ë trªn th× khèi nhiÖt ®é sÏ ®−îc m« pháng b»ng nhiÖt ®é cña
c¸c bãng ®Ìn ®iÖn ¸p 220V - 100W. C¸c ®Ìn sÏ t¹o nguån nhiÖt ®Ó trong mét hép
coi nh− vïng nhiÖt ®é s¶n phÈm. ViÖc ®iÒu khiÓn cÊp nhiÖt lµ viÖc ®ãng c¾t c¸c ®Ìn
sîi ®èt ®Ó t¨ng hoÆc h¹ nhiÖt ®é s¶n phÈm.
2 – Khèi c¶m biÕn
C¶m biÕn ®−îc ®Þnh nghÜa nh− mét thiÕt bÞ dïng ®Ó biÕn ®æi c¸c ®¹i l−îng
vËt lý vµ c¸c ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn cÇn ®o thµnh c¸c ®¹i l−îng ®iÖn cã thÓ ®o ®−îc
(nh− dßng ®iÖn, ®iÖn thÕ, ®iÖn dung, trë kh¸ng…). Nã lµ thµnh phÇn quan träng
nhÊt trong mét thiÕt bÞ ®o hay trong mét hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng. Cã thÓ nãi r»ng
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng ®¹i häc NNI
55
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
nguyªn lý ho¹t ®éng cña mét c¶m biÕn, trong nhiÒu tr−êng hîp thùc tÕ, còng chÝnh
lµ nguyªn lý cña phÐp ®o hay cña ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tù ®éng.
C¸c ®¹i l−îng vËt lý lµ ®èi t−îng ®o l−êng nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt… lµ c¸c ®¹i
l−îng cÇn ®o. Sau khi tiÕn hµnh c¸c c«ng ®o¹n ®Ó tiÕn hµnh ®o c¸c ®¹i l−îng nµy ta
nhËn ®−îc ®¹i l−îng ®iÖn t−¬ng øng ë ®Çu ra. §¹i l−îng ®iÖn nµy cïng víi sù biÕn
®æi cña nã chøa ®ùng tÊt c¶ c¸c th«ng tin cÇn thiÕt ®Ó nhËn biÕt ®èi t−îng cÇn ®o.
ViÖc ®o ®¹c c¸c ®èi t−îng nµy thùc hiÖn ®−îc lµ nhê cã c¸c c¶m biÕn.
VËy c¶m biÕn lµ mét thiÕt bÞ chÞu t¸c ®éng cña ®¹i l−îng cÇn ®o kh«ng cã
tÝnh chÊt ®iÖn vµ cho ta mét ®Æc tr−ng mang b¶n chÊt ®iÖn ( nh− ®iÖn tÝch, ®iÖn ¸p,
dßng ®iÖn, trë kh¸ng....).
** Vai trß cña c¶m biÕn trong qu¸ tr×nh tù ®éng ho¸.
§· tõ l©u c¶m biÕn ®−îc sö dông nh− nh÷ng bé phËn ®Ó c¶m nhËn vµ ph¸t
hiÖn, nh−ng chØ tõ vµi chôc n¨m trë l¹i ®©y chóng míi thÓ hiÖn râ vai trß quan
träng trong c¸c ho¹t ®éng cña con ng−êi. Nhê c¸c tiÕn bé cña khoa häc vµ c«ng
nghÖ trong lÜnh vùc vËt liÖu, thiÕt bÞ ®iÖn tö vµ tin häc c¸c c¶m biÕn ®· cã kÝch
th−íc nhá h¬n, c¶i thiÖn tÝnh n¨ng vµ ngµy cµng më réng ph¹m vi øng dông. Giê
®©y kh«ng cã mét lÜnh vùc nµo mµ ë ®ã kh«ng cã sö dông c¸c c¶m biÕn. Chóng cã
mÆt trong c¸c hÖ thèng tù ®éng phøc t¹p, ng−êi m¸y, kiÓm tra chÊt l−îng s¶n phÈm,
tiÕt kiÖm n¨ng l−îng, chèng « nhiÔm m«i tr−êng. C¶m biÕn còng ®−îc øng dông
réng r·i trong lÜnh vùc giao th«ng vËn t¶i, hµng tiªu dïng, b¶o qu¶n thùc phÈm, «
t«, trß ch¬i ®iÖn tö v.v…
a. ThiÕt kÕ c¶m biÕn nhiÖt
Trong tÊt c¶ c¸c ®¹i l−îng vËt lý, nhiÖt ®é lµ mét trong nh÷ng ®¹i l−îng
®−îc quan t©m nhiÒu nhÊt. §o nhiÖt ®é lµ mét ph−¬ng thøc ®o l−êng kh«ng ®iÖn,
®o nhiÖt ®é ®−îc chia thµnh nhiÒu d¶i nhiÖt ®é kh¸c nhau nh− sau:
+ §o nhiÖt ®é thÊp
+ §o nhiÖt ®é trung b×nh
+ §o nhiÖt ®é cao
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng ®¹i häc NNI
56
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
- Cã nhiÒu c¸ch ®o nhiÖt ®é kh¸c nhau, trong ®ã cã thÓ liÖt kª c¸c ph−¬ng
ph¸p chÝnh nh− sau:
+ Ph−¬ng ph¸p quang dùa trªn sù ph©n bè bøc x¹ nhiÖt ®é do dao ®éng
nhiÖt (hiÖu øng Doppler).
+ Ph−¬ng ph¸p c¬ dùa trªn sù gi·n në cña vËt r¾n, cña chÊt láng hoÆc chÊt
khÝ (víi ¸p suÊt kh«ng ®æi), hoÆc dùa trªn tèc ®é ©m.
+ Ph−¬ng ph¸p ®iÖn dùa trªn sù phô thuéc cña ®iÖn trë vµo nhiÖt ®é, hiÖu
øng seebeck, hoÆc dùa trªn sù thay ®æi tÇn sè dao ®éng cña th¹ch anh.
ViÖc ®o nhiÖt ®é ®−îc tiÕn hµnh nhê c¸c dông cô hç trî chuyªn biÖt nh−:
+ Caëp nhieät ngÉu
+ NhiÖt kÕ ®iÖn thÕ kim lo¹i
+ NhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i
+ NhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn
+ C¶m biÕn th¹ch anh
ViÖc sö dông c¸c IC c¶m biÕn nhiÖt ®Ó ®o nhiÖt ®é lµ mét ph−¬ng ph¸p
th«ng dông ®−îc sö dông trong c¸c øng dông m« pháng th«ng th−êng, nªn ë ®©y
t«i chän ph−¬ng ¸n sö dông IC nµy.
** Nguyªn lý ho¹t ®éng chung cña IC ®o nhiÖt ®é
IC ®o nhiÖt ®é lµ mét m¹ch tÝch hîp nhËn tÝn hiÖu nhiÖt ®é chuyÓn thµnh tÝn
hiÖu ®iÖn d−íi d¹ng ®iÖn ¸p.
+ S¬ ®å nguyªn lý m¹ch cña LM335 nh− sau:
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng ®¹i häc NNI
57
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
Dùa vµo ®Æc tÝnh rÊt nh¹y cña c¸c b¸n dÉn víi nhiÖt ®é, t¹o ra ®iÖn ¸p hoÆc
dßng ®iÖn, tû lÖ thuËn víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi. §o tÝn hiÖu ®iÖn ta biÕt ®−îc gi¸ trÞ
cña nhiÖt ®é cÇn ®o. Sù t¸c ®éng cña nhiÖt ®é t¹o ra ®iÖn tÝch tù do vµ c¸c lç trèng
trong c¸c b¸n dÉn, b»ng sù ph¸ vì c¸c ph©n tö, bøt c¸c electron thµnh d¹ng tù do di
chuyÓn qua vïng cÊu tróc m¹ng tinh thÓ t¹o sù xuÊt hiÖn c¸c lç trèng, lµm cho tû lÖ
®iÖn tö tù do vµ lç trèng t¨ng lªn theo quy luËt hµm mò víi nhiÖt ®é. C¸c IC c¶m
biÕn nhiÖt ®é cã ®é chÝnh x¸c cao, dÔ t×m trªn thÞ tr−êng hiÖn nay, ®ång thêi nã cã
nh÷ng ®Æc tÝnh phï hîp víi thiÕt kÕ chi tiÕt cña m¹ch, vµ trong m¹ch nµy ta dïng
lo¹i IC LM335, d−íi ®©y lµ mét sè ®Æc ®iÓm kü thuËt vÒ LM 335.
* §Æc tÝnh kü thuËt
+ H×nh d¹ng bªn ngoµi
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng ®¹i häc NNI
58
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
+ S¬ ch©n nèi cña nã nh− sau:
S¬ ®å nh×n tõ d−íi ch©n thiÕt bÞ
+ V+ vµ V- lµ hai ®Çu nguån ®Æt cña c¶m biÕn
+ ADJ lµ ch©n chuÈn ®iÒu kiÖn lµm viÖc ®Çu ra cña c¶m biÕn.
*TÝnh chÊt c¬ b¶n cña LM335:
- LM335 cã ®é biÕn thiªn theo nhiÖt ®é lµ: 10mV / 10C
- §é chÝnh x¸c cao, tÝnh n¨ng c¶m biÕn nhiÖt ®é rÊt nh¹y, ë nhiÖt ®é 250C nã
cã sai sè kh«ng qu¸ 1%. Víi kho¶ng ®o tõ 00C – 1280C, tÝn hiÖu ngâ ra tuyÕn tÝnh
liªn tôc víi nh÷ng thay ®æi cña tÝn hiÖu ngâ vµo.
- Th«ng sè kü thuËt:
+ Tiªu t¸n c«ng suÊt thÊp
+ Dßng lµm viÖc tõ 450m A - 5mA
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng ®¹i häc NNI
59
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
+ Dßng ®iÖn ng−îc 15mA
+ Dßng ®iÖn thuËn 10mA
+ §é chÝnh x¸c : khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é 250C víi dßng lµm viÖc 1mA th×
®iÖn ¸p ngâ ra tõ 2,94V - 3,04V.
- §¨c tÝnh ®iÖn:
Theo th«ng sè cña nhµ s¶n xuÊt, quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ ®iÖn ¸p ngâ ra nh− sau:
Vout = 0,01xT0K
= 2,73 + 0,01xT0C
VËy øng víi kho¶ng ho¹t ®éng tõ 00C - 1000C ta cã sù biÕn thiªn ®iÖn ¸p ngâ
ra nh− sau:
ë 00C th× ®iÖn ¸p ngâ ra Vout = 2,73 (V)
ë 50C th× ®iÖn ¸p ngâ ra lµ Vout = 2,78 (V)
...........................
ë 1000C th× ®iÖn ¸p ngâ ra Vout =3,73 (V)
Kho¶ng biÕn thiªn ®iÖn ¸p t−¬ng øng lµ 1V víi kho¶ng nhiÖt ®é tõ 00C – 1000C
** Thieát keá cuï theå maïch caûm bieán duøng LM335
+ S¬ ®å m¹ch nh− sau:
LM335
H×nh 3.2. S¬ ®å m¾c kh«ng chuÈn hãa
§iÖn ¸p ®Æt ë ®©y lµ +5V. §©y lµ s¬ ®å m¾c lµm viÖc ë chÕ ®é ch−a chuÈn
hãa tøc lµ kh«ng ë 250C. Ngoµi ra ta cßn cã c¸ch m¾c ®Ó chuÈn hãa ®iÒu kiÖn
chuÈn nh− sau.
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng ®¹i häc NNI
60
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
LM335
H×nh 3.3. S¬ ®å m¾c chuÈn hãa
+ TÝnh to¸n vµ chän linh kiÖn
Ta cã
450m A < IR < 5mA
450m A < (5-V0)/R< 5mA
(5-V0)/5mA < R
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
¸p, víi hÖ sè khuÕch ®¹i 10 lÇn cho ®Çy møc giíi h¹n ®Çu vµo cña PLC s¬ ®å nh−
(h×nh 3.2).
VR1
V0
V1 V2
H×nh 3.4. S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i
Theo nh− h×nh trªn th× V+ vµ V- ®−îc tÝnh nh− sau:
V+ = R4 .V2/(R2 + R4)
V- = (V0 – V1) . R5/(R3 + R5) – V1
V× : V + = V-
suy ra
R4 .V2/(R2 + R4) = (V0 – V1) . R5/(R3 + R5) – V1
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng ®¹i häc NNI
62
- B¸o c¸o tèt nghiÖp §inh V¨n Hïng - T§H46
V1 : lµ ®iÖn ¸p ngâ vµo ®¶o cña bé khuÕch ®¹i vµ V1 = 2,73 V
V2 : lµ tÝn hiªu ra cña c¶m biÕn vµ V2 = 2,73 + 0,01xT0C
V0 : lµ ®iÖn ¸p ngâ ra cña OA vµ V0 = K(V2 – V1)
K : lµ hÖ sè khuÕch ®¹i
Nh− vËy ta xÐt ë nhiÖt ®é 00C th× V2 = V1; V0 = 0V
= > R4 /(R2 + R4) = R5 /(R3 + R5)
§Ó ®¬n gi¶n ta chän R2 = R3; R4 = R5 nh− vËy:
V0 = (V2 – V1).R5/R3
Chän hÖ sè khuÕch ®¹i K = R5 / R3 = 10
MÆt kh¸c ta cã dßng cña OA lµ I0 < 20mA, nªn dßng håi tiÕp If If = (V0 – V1)/(R3 + R5) R3 + R5 >> (V0 – V1)/20mA
Mµ V0max =10V
V1 = 2,73V
=> R3 + R5 >> 2,27/ 20mA
Hay 6R3 >>2,27 / 20mA
=> R3 >>18,4 (Ohm)
Chän R3 = 1k; R5 = 10k; VR1 = 15k
Do ®ã R1 = 100 (Ohm)
c. Thieát keá c¶m biÕn møc chÊt láng
Môc ®Ých cña viÖc ®o vµ ph¸t hiÖn møc chÊt l−u lµ x¸c ®Þnh møc ®é hoÆc
khèi l−îng chÊt l−u trong c¸c b×nh chøa. Cã hai d¹ng ®o lµ ®o liªn tôc vµ x¸c ®Þnh
theo ng−ìng. Khi ®o liªn tôc, biªn ®é hoÆc tÇn sè cña tÝn hiÖu ®o cho biÕt thÓ tÝch
chÊt l−u cßn l¹i trong b×nh chøa. Khi x¸c ®Þnh theo ng−ìng, c¶m biÕn ®−a ra tÝn
hiÖu d¹ng nhÞ ph©n cho biÕt th«ng tin vÒ t×nh tr¹ng hiÖn t¹i møc ng−ìng cã ®¹t hay
kh«ng. Th«ng th−êng ng−êi ta hay kÕt hîp c¶ hai lo¹i ®Çu ®o ph¸t hiÖn ng−ìng cao
vµ ng−ìng thÊp ®Ó tù ®éng hãa quy tr×nh cung cÊp vµ hót chÊt l−u tõ b×nh chøa.
Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®Ó thiÕt kÕ c¶m biÕn møc chÊt láng nh−: ph−¬ng ph¸p
thñy tÜnh, ph−¬ng ph¸p ®iÖn, ph−¬ng ph¸p bøc x¹.
Khoa C¬ §iÖn Tr−êng ®¹i häc NNI
63
nguon tai.lieu . vn
