Nghiên cứu thiết bị cảm biến nhiệt. Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò nhiệt công suất nhỏ

Bé GI¸O DôC & §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC D¢N LËP H¶I PHßNG Nghiªn cøu thiÕt bÞ c¶m biÕn nhiÖt.ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é lß nhiÖt c«ng suÊt nhá §å ¸N TèT NGHIÖP §¹I HäC HÖ CHÝNH QUY Ngµnh : ®iÖn c«ng nghiÖp H¶I phßng - 2009 Bé GI¸O DôC & §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC D¢N LËP H¶I PHßNG Nghiªn cøu thiÕt bÞ c¶m biÕn nhiÖt.ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é lß nhiÖt c«ng suÊt nhá §å ¸N TèT NGHIÖP §¹I HäC HÖ cHÝNH QUY Ngµnh : ®iÖn c«ng nghiÖp Sinh viªn : TrÞnh M¹nh Hïng Ng­êi h­íng dÉn : Th.S Vò Ngäc Minh H¶I phßng – 2009 Bé GI¸O DôC & §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC D¢N LËP H¶I PHßNG Nghiªn cøu thiÕt bÞ c¶m biÕn nhiÖt.ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é lß nhiÖt c«ng suÊt nhá §å ¸N TèT NGHIÖP §¹I HäC HÖ CHÝNH QUY Ngµnh : ®iÖn c«ng nghiÖp H¶I phßng - 2009 Bé GI¸O DôC & §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC D¢N LËP H¶I PHßNG Nghiªn cøu thiÕt bÞ c¶m biÕn nhiÖt.ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é lß nhiÖt c«ng suÊt nhá §å ¸N TèT NGHIÖP §¹I HäC HÖ cHÝNH QUY Ngµnh : ®iÖn c«ng nghiÖp Sinh viªn : TrÞnh M¹nh Hïng Ng­êi h­íng dÉn : Th.S Vò Ngäc Minh H¶I phßng – 2009 Céng hoµ x· héi chñ nghÜa viÖt nam ®éc lËp - tù do - h¹nh phóc ----------------o0o----------------- Bé GI¸O DôC & §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC D¢N LËP H¶I PHßNG NhiÖm vô ®Ò tµi tèt nghiÖp Sinh viªn : TrÞnh M¹nh Hïng M· sè : LT10230 Líp : §CL101 Ngµnh : §iÖn C«ng NghiÖp. Tªn ®Ò tµi : Nghiªn cøu thiÕt bÞ c¶m biÕn nhiÖt.ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é lß nhiÖt c«ng suÊt nhá NhiÖm vô ®Ò tµi 1. Néi dung vµ c¸c yªu cÇu cÇn gi¶i quyÕt trong nhiÖm vô ®Ò tµi tèt nghiÖp (vÒ lý luËn, thùc tiÔn, c¸c sè liÖu cÇn tÝnh to¸n vµ c¸c b¶n vÏ). 2. C¸c sè liÖu cÇn thiÕt ®Ó thiÕt kÕ, tÝnh to¸n. 3. §Þa ®iÓm thùc tËp tèt nghiÖp: Nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn U«ng BÝ – Qu¶ng Ninh. C¸c c¸n bé h­íng dÉn ®Ò tµi t«t nghiÖp Ng­êi h­íng dÉn thø nhÊt Hä vµ tªn : Häc hµm, häc vÞ : C¬ quan c«ng t¸c : Néi dung h­íng dÉn : Vò Ngäc Minh Th¹c sü Tr­êng §¹i Häc Hµng H¶i Toµn bé ®Ò tµi Ng­êi h­íng dÉn thø hai Hä vµ tªn : Häc hµm, häc vÞ : C¬ quan c«ng t¸c : Néi dung h­íng dÉn : §Ò tµi tèt nghiÖp ®­îc giao ngµy 06 th¸ng 04 n¨m 2009. Yªu cÇu ph¶i hoµn thµnh xong tr­íc ngµy 06 th¸ng 07 n¨m 2009. §· nhËn nhiÖm vô §.T.T.N. Sinh viªn TrÞnh M¹nh Hïng. §· giao nhiÖm vô §.T.T.N C¸n bé h­íng dÉn §.T.T.N Th.S Vò Ngäc Minh H¶i Phßng, ngµy......th¸ng ... n¨m 2009 HiÖu tr­ëng. GS.TS.NG¦T TrÇn H÷u NghÞ PhÇn nhËn xÐt tãm t¾t cña c¸n bé h­íng dÉn. 1. Tinh thÇn th¸i ®é cña sinh viªn trong qu¸ tr×nh lµm ®Ò tµi tèt nghiÖp. 2. §¸nh gi¸ chÊt l­îng cña §.T.T.N (so víi néi dung yªu cÇu ®· ®Ò ra trong nhiÖm vô §.T.T.N, trªn c¸c mÆt lý luËn thùc tiÔn, tÝnh to¸n gi¸ trÞ sö dông, chÊt l­îng c¸c b¶n vÏ…). 3. Cho ®iÓm cña c¸n bé h­íng dÉn : (§iÓm ghi b»ng sè vµ ch÷) Ngµy…..th¸ng…..n¨m 2009. C¸n bé h­íng dÉn chÝnh. NhËn xÐt ®¸nh gi¸ cña ng­êi chÊm ph¶n biÖn ®Ò tµi tèt nghiÖp 1. §¸nh gi¸ chÊt l­îng ®Ò tµi tèt nghiÖp vÒ c¸c mÆt thu thËp vµ ph©n tÝch sè liÖu ban ®Çu, c¬ së lý luËn chän ph­¬ng ¸n tèi ­u, c¸ch tÝnh to¸n chÊt l­îng thuyÕt minh vµ b¶n vÏ, gi¸ trÞ lý luËn vµ thùc tiÔn ®Ò tµi. 2. Cho ®iÓm cña c¸n bé chÊm ph¶n biÖn. (§iÓm ghi b»ng sè vµ ch÷) Ngµy…….th¸ng……..n¨m 2009 Ng­êi chÊm ph¶n biÖn. Môc lôc Ch­¬ng 1:Tæng quan vÒ thiÕt bÞ ®o 1.1 Tæng quan vÒ hÖ thèng ®o c«ng nghiÖp 1.2 C¶m biÕn ®o nhiÖt ®é 1.2.1 C¶m biÕn tiÕp xóc thuû ng©n (nhiÖt kÕ c«ng t¾c) 8 1.2.2 CÆp nhiÖt ®iÖn 10 1.2.3 NhiÖt kÕ ®iÖn trë 13 1.2.4 C¶m biÕn nhiÖt ®é vi m¹ch ®iÖn tö 15 Ch­¬ng 2: Tæng quan vÒ c¸c ®èi t­îng ®iÒu khiÓn 2.1 hÖ vi ®iÒu khiÓn 8051 2.1.1 Giíi thiÖu chung 18 2.1.2 CÊu t¹o cña chip 8051 19 2.2 §o nhiÖt ®é 2.2.1 HÖ thèng ®o l­êng 29 2.2.2 C¸c ph­¬ng ph¸p ®o 30 2.2.3 C¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë PT100 31 2.3 Bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù – sè 2.3.1 Kh¸i niÖm chung 32 2.3.2 Nguyªn t¾c chuyÓn ®æi A/D 33 2.3.3 C¸c ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi A/D 33 2.4 Khèi hiÓn thÞ 2.4.1 Led 7 thanh 38 2.4.2 Mµn h×nh LCD 39 Ch­¬ng 3: ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh lß nhiÖt c«ng suÊt nhá. 3.1 S¬ ®å khèi vµ s¬ ®å nguyªn lÝ cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn. 3.1.1 S¬ ®å khèi. 47 3.1.2 S¬ ®å nguyªn lÝ 48 3.2 ThiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nhiÖm vô tõng khèi 3.2.1 Bé c¶m biÕn 49 3.2.2 Khèi khuÕch ®¹i 50 3.2.3 Bé chuyÓn ®æi A/D 52 3.2.4 ThiÕt kÕ hiÓn thÞ giao tiÕp qua LCD 56 3.2.5 ThiÕt kÕ m¹ch giao tiÕp phÝm Ên 57 3.2.6 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn t¶i. 58 3.3 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn 3.3.1 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh chÝnh. 60 3.3.2 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh chän kªnh ®o. 60 3.3.3 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh chuyÓn ®æi ADC. 61 3.3.4 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh ®Æt nhiÖt ®é. 61 3.3.5 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn t¶i. 62 KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o. Lêi nãi ®Çu Trong nhiÒu lÜnh vùc s¶n suÊt c«ng nghiÖp hiÖn nay, nh­ lµ ngµnh c«ng nghiÖp luyÖn kim, chÕ biÕn thùc phÈm…vÊn ®Ò ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é ®Æc biÖt ®­îc chó träng ®Õn v× nã lµ mét yÕu tè quyÕt ®Þnh chÊt l­îng s¶n phÈm.N¾m ®­îc tÇm quan trong cña vÊn ®Ò trªn em ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ mét hÖ thèng ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é tù ®éng víi mong muèn gi¶i quyÕt nh÷ng yªu cÇu trªn, vµ lÊy ®ã lµm ®Ò tµi tèt nghiÖp cho m×nh. Qua ®Ò tµi nµy th× nh÷ng kiÕn thøc còng nh­ n¨ng lùc ®¹t ®­îc trong qu¸ tr×nh häc tËp ë tr­êng sÏ ®­îc ®¸nh gi¸ qua ®ît b¶o vÖ ®å ¸n tèt nghiÖp cuèi kho¸ nµy.V× vËy b¶n th©n em sÏ cè g¾ng tËn dông tÊt c¶ nh÷ng kiÕn thøc ®· häc ®­îc ë tr­êng cïng víi sù t×m tßi nghiªn cøu ®Ó cã thÓ hoµn thµnh tèt ®å ¸n nµy.Nh÷ng s¶n phÈm, nh÷ng kÕt qu¶ ®¹t ®­îc ngµy h«m nay tuy kh«ng cã g× lín lao.Nh­ng ®ã lµ thµnh qu¶ cña nh÷ng n¨m häc tËp lµ s¶n phÈm ®Çu tiªn cã thÓ chøng minh n¨ng lùc cña em tr­íc khi ra tr­êng. Do thêi gian nghiªn cøu vµ lµm ®å ¸n kh«ng dµi vµ do kiÕn thøc cña em ®«i khi cßn h¹n hÑp nªn kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu xãt em rÊt mong quý thÇy c« th«ng c¶m.Em rÊt mong nhËn ®­îc nh÷ng ý kiÕn gãp ý cña c¸c thÇy c« vµ c¸c b¹n.Cuèi cïng em xin ch©n thµnh c¶m ¬n quý thÇy c« ®· cho em nh÷ng kiÕn thøc bæ Ých vµ ®Æc biÖt lµ thÇy Vò Ngäc Minh ng­êi ®· gióp em hoµn thµnh tèt ®å ¸n nµy.Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n. Sinh viªn thùc hiÖn TrÞnh m¹nh hïng Ch­¬ng 1: Tæng quan vÒ thiÕt bÞ ®o 1.1.Tæng quan vÒ hÖ thèng ®o c«ng nghiÖp. B­íc ph¸t triÓn ®Çu tiªn cña tù ®éng ho¸ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt lµ trang bÞ c¸c thiÕt bÞ ®o tù ®éng c¸c th«ng sè c«ng nghÖ.C¸c thiÕt bÞ nµy gióp con ng­êi ®iÒu hµnh theo dâi s¸t sao c¸c diÔn biÔn x¶y ra trong quy tr×nh c«ng nghÖ vµ ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c chÊt l­îng s¶n phÈm. §o lµ mét ph¹m trï khoa häc.Nã lµ qu¸ tr×nh x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña mét ®¹i l­îng b»ng c¸ch so s¸nh gi¸ trÞ ®ã víi mét gi¸ trÞ chuÈn, ®­îc gäi lµ ®¬n vÞ ®o, ®Ó x¸c ®Þnh chØ sè ®o theo c«ng thøc: (1-1) Trong ®ã: Q - gi¸ trÞ cÇn ®o q - gi¸ trÞ ®¬n vÞ ®o n - chØ sè ®o Do vËy chØ sè ®o n kh«ng phô thuéc vµo gi¸ trÞ ®¹i l­îng cÇn ®o Q mµ phô thuéc vµo c¶ gi¸ trÞ ®¬n vÞ ®o q. Trªn thÕ giíi tån t¹i mét sè hÖ thèng ®¬n vÞ ®o chuÈn ®­îc sö dông réng r·i nhÊt hiÖn nay lµ hÖ SI. §o lµ qu¸ tr×nh nh»m x¸c ®Þnh b¶n chÊt gi¸ trÞ cña mét ®¹i l­îng. Tuy nhiªn,bÊt cø mét kÕ qu¶ ®o nµo còng chØ lµ t­¬ng ®èi gÇn ®óng so víi gi¸ trÞ ®Ých thùc cña ®¹i l­îng cÇn ®o. Bëi v× , nÕu x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l­îng cÇn ®o th× phÐp ®o kh«ng cßn ý nghÜa. Khoa häc ®o l­êng nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p ®o vµ t×m c¸ch x¸c ®Þnh ®­îc chÝnh x¸c gi¸ trÞ ®¹i l­îng cÇn ®o. §é chÝnh x¸c cña phÐp ®o ®­îc ®¸nh gi¸ th«ng qua gi¸ trÞ ®­îc gäi lµ sai sè ®o. Nã lµ gi¸ trÞ biÓu thÞ sù sai kh¸c gi÷a gi¸ trÞ ®o ®­îc vµ gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l­îng cÇn ®o. Sai sè ®o th­êng ®­îc biÓu diÔn d­íi mét trong hai d¹ng: sai sè tuyÖt ®èi vµ sai sè t­¬ng ®èi. Sai sè tuyÖt ®èi ∆n lµ hiÖu sè gi÷a gi¸ trÞ thùc N vµ gi¸ trÞ ®o ®­îc n cña ®¹i l­îng cÇn ®o ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ∆n = N- n (1-2) Sai sè t­¬ng ®èi lµ tû sè gi÷a gi¸ trÞ sai sè tuyÖt ®èi ∆n so víi gi¸ trÞ thùc N biÓu diÔn d­íi d¹ng: (1-3) Gi¸ trÞ sai sè t­¬ng ®èi th­êng ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng tØ sè phÇn tr¨m: δ% = δn.100% §Ó ®¸nh gi¸ ®­îc sai sè ®o cÇn x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ thùc N cña ®¹i l­îng cÇn ®o. Tuy nhiªn gi¸ trÞ nµy kh«ng bao giê x¸c ®Þnh ®­îc mµ ph¶i chÊp nhËn gi¸ trÞ gÇn ®óng b»ng mét trong hai c¸ch. C¸ch thø nhÊt lµ lÊy kÕt qu¶ ®o cña thiÕt bÞ mµ ta biÕt ch¾c ch¾n cã ®é chÝnh x¸c cao h¬n, ®ã chÝnh lµ kÕt qu¶ ®o cña c¸c thiÕt bÞ mÉu. C¸ch thø hai, th× kh«ng c¸c thiÕt bÞ mÉu th× ph¶i tiÕn hµnh ®o nhiÒu lÇn gi¸ trÞ ®¹i l­îng cÇn ®o vµ gi¸ trÞ thùc N lÊy b»ng gi¸ trÞ trung b×nh céng cña c¸c lÇn ®o ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: (1-4) Trong ®ã: ni - kÕt qu¶ ®o lÇn thø i k - tæng sè lÇn ®o C¸c lÇn ®o ph¶i tiÕn hµnh trong cïng mét ®iÒu kiÖn nh­ nhau. Sè lÇn ®o k cµng lín th× gi¸ trÞ N cµng gÇn víi gi¸ trÞ thùc. Nh­ vËy, theo lÝ thuyÕt th× k → ∞ gi¸ trÞ trung b×nh céng N sÏ tiÕn tíi gi¸ trÞ thùc ®¹i l­îng cÇn ®o. Mét vÊn ®Ò quan träng trong kÜ thuËt ®o lµ biÕt xuÊt xø cña c¸c sai sè ®o, tõ ®Êy cã thÓ n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o. NghÜa lµ ph¶i ph©n lo¹i ®­îc sai sè ®o. Cã rÊt nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i sai sè ®o. Nh­ng ®Ó gióp ng­êi sö dông dÔ dµng ®¸nh gi¸ sai sè cña kÕt qu¶ ®o mµ m×nh nhËn ®­îc.Theo c¸ch nµy sai sè ®o ®­îc ph©n thµnh hai lo¹i: sai sè c¬ b¶n vµ sai sè phô. Sai sè c¬ b¶n ∆nc lµ sai sè do kh¶ n¨ng chÕ t¹o thiÕt bÞ g©y ra. Khi thiÕt bÞ ®o lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn tu©n thñ tÊt c¶ c¸c yªu cÇu cña nhµ chÕ t¹o, th× kÕt qu¶ ®o cã sai sè b»ng sai sè c¬ b¶n. Sai sè phô ∆np lµ gi¸ trÞ sai sè sinh ra do ®iÒu kiÖn sö dông thiÕt bÞ kh«ng tu©n thñ ®Çy ®ñ yªu cÇu cña nhµ chÕ t¹o. Khi tån t¹i sai sè phô th× gi¸ trÞ sai sè cña phÐp ®o ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ∆n = ∆nc + ∆np (1-5) KÕt qu¶ cña c¸c phÐp ®o ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng: n ± ∆n Ph­¬ng ph¸p ®o ®­îc ph©n thµnh hai lo¹i chÝnh: ph­¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp vµ ph­¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp. §o trùc tiÕp lµ gi¸ trÞ ®¹i l­îng cÇn ®o ®­îc so s¸nh trùc tiÕp víi ®¬n vÞ ®o ®Ó x¸c ®Þnh chØ sè ®o, vÝ dô ®o chiÒu dµi b»ng c¸c ®¬n vÞ dµi chuÈn, ®o thÓ tÝch dÞch thÓ b»ng c¸c b×nh ®o chuÈn v.v…Ph­¬ng ph¸p ®o nµy cã ®é chÝnh x¸c kh«ng cao do bÞ giíi h¹n bëi ®¬n vÞ ®o nhá nhÊt vµ kh¶ n¨ng nhËn biÕt cña ng­êi ®o ®ång thêi nã kh«ng cã kh¶ n¨ng tù ®éng ho¸. Trong c«ng nghiÖp th­êng sö dông ph­¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp. Trong ph­¬ng ph¸p nµy, gi¸ trÞ ®¹i l­îng cÇn ®o kh«ng ®­îc so s¸nh trùc tiÕp víi ®¬n vÞ ®o mµ ®­îc chuyÓn ®æi sang d¹ng tÝn hiÖu kh¸c. ThiÕt bÞ thùc hiÖn chøc n¨ng chuyÓn ®æi nµy ®­îc gäi lµ c¶m biÕn ®o (CB§). TÝn hiÖu ra cña CB§ ®­îc truyÒn ®Õn thiÕt bÞ thø cÊp ®Ó gia c«ng so s¸nh víi tÝn hiÖu ®¬n vÞ vµ x¸c ®Þnh chØ sè ®o n. ThiÕt bÞ thø cÊp thùc hiÖn c«ng ®o¹n nµy ®­îc gäi lµ thiÕt bÞ chØ thÞ ®o (CT§). Nh­ vËy hÖ thèng ®o c«ng nghiÖp tèi thiÓu gåm hai thµnh phÇn CB§ vµ CT§ cã s¬ ®å ®­îc mè t¶ trong h×nh 1: H×nh 1:S¬ ®å hÖ thèng ®o c«ng nghiÖp ( yq - tÝn hiÖu ®¬n vÞ ®o) Nh­ vËy, ®Ó nghiªn cøu hÖ thèng ®o c«ng nghiÖp ph¶i nghiªn cøu ®¸nh gi¸ tÝnh chÊt tõng thµnh phÇn cña nã. §Æc tr­ng c¬ b¶n cña c¶m biÕn ®o lµ mèi liªn hÖ gi÷a tÝn hiÖu ra y vµ tÝn hiÖu vµo Q cña nã ®­îc m« t¶ d­íi d¹ng c«ng thøc y =f(Q) hay d­íi d¹ng b¶ng gi¸ trÞ. Mèi liªn hÖ nµy ®ßi hái ph¶i ®¼ng trÞ vµ liªn tôc. CB§ ®­îc ®¸nh gi¸ cã tÝnh ­u viÖt nhÊt khi mèi liªn hÖ y = f(Q) lµ tuyÕn tÝnh d¹ng: y = K.Q víi K lµ hÖ sè Mét ®Æc tr­ng c¬ b¶n n÷a cña CB§ lµ ®é nh¹y ε. Nã lµ sù thay ®æi tÝn hiÖu ra khi tÝn hiÖu vµo thay ®æi mét ®¬n vÞ. §èi víi CB§ tuyÕn tÝnh ®é nh¹y ε chÝnh lµ hÖ sè cè ®Þnh K. §é nh¹y cµng lín th× tÝnh ­u viÖt cña CB§ cµng t¨ng. Ng­ìng ®é nh¹y lµ gi¸ trÞ nhá nhÊt cña ®¹i l­îng cÇn ®o mµ CB§ cã thÓ ph¸t hiÖn mét c¸ch ch¾c ch¾n. Ng­ìng ®é nh¹y ®­îc tÝnh b»ng mét nöa kho¶ng kh«ng x¸c ®Þnh cña CB§ nghÜa lµ kho¶ng tÝn hiÖu ra cã thÓ tån t¹i khi tÝn hiÖu vµo kh«ng ®æi. Giíi h¹n ®o cña CB§ lµ gi¸ trÞ lín nhÊt cña ®¹i l­îng cÇn ®o mµ CB§ ®ã cã thÓ thu nhËn kh«ng bÞ mÐo vµ kh«ng g©y h­ h¹i cho nã. Sai sè cña CB§ lµ chØ sè chÊt l­îng c¬ b¶n cña nã. Sai sè cña CBD ®­îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm ®ång thêi víi viÖc x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh cña nã, tøc lµ qu¸ tr×nh kh¾c ®é cña CB§. Trong qu¸ tr×nh kh¾c ®é ph¶i tiÕn hµnh x¸c ®Þnh mèi liªn hÖ gi÷a ®Çu ra vµ ®Çu vµo nhiÒu lÇn trong cïng mét ®iÒu kiÖn chuÈn. KÕt qu¶ thu ®­îc cña c¸c lÇn nµy lµ kh¸c nhau. §iÒu ®ã b¾t buéc ph¶i x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh chuÈn c¶u CB§. VÊn ®Ò nµy ®­îc tiÕn hµnh theo tr×nh tù sau: X©y dùng c¸c mèi liªn hÖ ngÉu nhiªn gi÷a tÝn hiÖu ra vµ tÝn hiÖu vµo cña CB§ ®· nhËn ®­îc b»ng thùc nghiÖm. Trªn c¬ së tr­êng t­¬ng quan võa x©y dùng chän d¹ng hµm håi quy: y = f(Q,a,b,…) Trong ®ã : a,b… lµ c¸c hÖ sè cña hµm. C¸c hÖ sè cña hµm håi quy ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p cùc tiÓu tæng b×nh ph­¬ng sai lÖch. NghÜa lµ t×m c¸c hÖ sè a,b,… sao cho: (1-6) C¸c hÖ sè a,b,… ®­îc x¸c ®Þnh tõ hÖ ph­¬ng tr×nh: (1-7) Trªn c¬ së hµm t­¬ng quan võa x¸c ®Þnh vµ tr­êng t­¬ng quan x¸c ®Þnh sai sè c¬ b¶n cña CB§. Sai sè nµy th­êng ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng: ∆ = ∆y0 + δ.Q (1-8) ∆y0 - sai sè ®iÓm kh«ng. §Æc tÝnh ®éng häc cña CB§ còng lµ mét ®Æc tr­ng c¬ b¶n cña nã. §Æc tÝnh nµy biÓu thÞ d¶i tÇn sè lµm viÖc cña CB§. NÕu tÇn sè tÝn hiÖu ®o n»m ngoµi giíi h¹n lµm viÖc th× sÏ g©y ra sai sè ®éng. TÝnh giµ ho¸ vµ tuæi thä cña CB§ ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng kÐo dµi thêi gian lµm viÖc tin cËy cña nã. Khi thêi gian sö dông ®· v­ît ra ngoµi giíi h¹n th× sÏ tån t¹i sai sè phô do giµ ho¸. ThiÕt bÞ chØ thÞ ®o thùc hiÖn chøc n¨ng gia c«ng sè liÖu nhËn ®­îc tõ CB§ ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ chØ sè ®o vµ hiÓn thÞ chØ sè ®o ®· x¸c ®Þnh. Phô thuéc vµo ph­¬ng ph¸p gia c«ng sè liÖu vµ hiÓn thÞ kÕt qu¶ ®o mµ hÖ thèng ®o ®­îc ph©n lo¹i thµnh ®o liªn tôc vµ ®o sè. Trong hÖ thèng ®o liªn tôc gi¸ trÞ chØ sè ®o ®­îc hiÓn thÞ b»ng kim trªn thang chia ®é.§Æc tr­ng c¬ b¶n cña thiÕt bÞ CT§ liªn tôc lµ tèc ®é dÞch chuyÓn cña kim trªn thang chia ®é, giíi h¹n ®o vµ ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ hiÓn thÞ. Tèc ®é dÞch chuyÓn cña kim trªn thang chia ®é lµ gi¸ trÞ ®Æc tr­ng tÇn sè giíi h¹n lµm viÖc cña CT§. Sai sè cña CT§ ®­îc ®Æc tr­ng b»ng ®¹i l­îng ®­îc gäi lµ cÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ. CÊp chÝnh x¸c lµ gi¸ trÞ tÝnh b»ng tØ lÖ phÇn tr¨m cña gi¸ trÞ sai sè cùc ®¹i so víi gi¸ trÞ thang ®o theo c«ng thøc: (1-9) Trong ®ã : K - cÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ. ∆nmax - gi¸ trÞ sai sè cùc ®¹i. nmax - giíi h¹n trªn cña thang ®o. nmin - giíi h¹n d­íi cña thang ®o. CÊp chÝnh x¸c phô thuéc vµo kh¶ n¨ng chÕ t¹o cña thiÕt bÞ. V× vËy thiÕt bÞ cã cÊp chÝnh x¸c cµng cao th× cµng ®¾t tiÒn. CÊp chÝnh x¸c cao nhÊt lµ 0,001. C¸c thiÕt bÞ CT§ ®­îc chÕ t¹o víi cÊp chÝnh x¸c chän trong d·y sau: K = (1 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6).10n Víi n = 1 ; 0 ; -1 ; -2 ; -3. §é chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ CT§ ∆nmax kh«ng chØ phô thuéc vµo cÊp chÝnh x¸c K mµ c¶ giíi h¹n thang ®o. V× vËy ®é chÝnh x¸c c¶u phÐp ®o sÏ ®­îc n©ng cao nÕu chän thang ®o thÝch hîp. KÕt qu¶ ®o trong hÖ thèng ®o sè ®­îc hiÓn thÞ trªn b¶ng sè. C¸c sè nµy cã thÓ lµ sîi ®èt ®­îc uèn thµnh h×nh c¸c con sè trong ®Ìn ch©n kh«ng hay sè b¶y thanh b»ng ®iod ph¸t quang hoÆc tinh thÓ láng. §Æc tr­ng c¬ b¶n cña CT§ b»ng sè ( hÖ thèng ®o sè) lµ chu k× lÊy mÉu vµ sè l­îng ch÷ sè hiÓn thÞ trong d·y sè. Chu kú lÊy mÉu lµ kho¶ng thêi gian cÇn thiÕt ®Ó thiÕt bÞ thùc hiÖn c¸c thao t¸c: rêi r¹c ho¸ tÝn hiÖu liªn tôc, l­îng tö ho¸, m· ho¸ vµ hiÓn thÞ kÕt qu¶ lªn b¶ng sè. Chu kú lÊy mÉu lµ ®¹i l­îng biÓu thÞ giíi h¹n tÇn sè tÝn hiÖu liªn tôc mµ thiÕt bÞ ®o cã thÓ sö dông ®Ó ®o b¶o ®¶m ®é chÝnh x¸c. Sè l­îng d·y sè hiÓn thÞ ®Æc tr­ng ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ hiÓn thÞ. Sai sè tuyÖt ®èi cña hiÓn thÞ ®­îc tÝnh b»ng mét nöa møc thay ®æi cña ch÷ sè bËc thÊp nhÊt trong d·y sè. Trong nhiÒu hÖ thèng ®o c«ng nghiÖp hiÖn nay ngoµi CB§ vµ CT§ cßn tån t¹i c¸c thiÕt bÞ ®­îc gäi lµ chuyÓn ®æi ®o (C§§) ®­îc ghÐp nèi xen gi÷a CB§ vµ CT§. S¬ ®å cña hÖ thèng nµy ®­îc m« t¶ trong h×nh2: H×nh 2: HÖ thèng ®o cã chuyÓn ®æi ®o. Vai trß cña chuyÓn ®æi ®o lµ chuyÓn tÝn hiÖu tõ d¹ng nµy sang d¹ng kh¸c cÇn thiÕt ®Ó thùc hiÖn thao t¸c tiÕp theo. LÊy vÝ dô, chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ra kh«ng ®iÖn cña CB§ sang tÝn hiÖu ®iÖn, chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p sang dßng ®iÖn ho¹c ng­îc l¹i v.v…Mèi liªn hÖ gi÷a tÝn hiÖu ra vµ tÝn hiÖu vµo cña c¸c C§§ ®­îc m« t¶ b»ng hµm tuyÕn tÝnh. §Æc tr­ng c¬ b¶n cña chuyÓn ®æi ®o lµ ®é nh¹y vµ ng­ìng ®é nh¹y. Giíi h¹n cña chuyÓn ®æi ®o ph¶i lu«n lu«n ®¶m b¶o yªu cÇu cÇn thiÕt. Sai sè c¬ b¶n cña chuyÓn ®æi ®o ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng cÊp chÝnh x¸c t­¬ng tù nh­ thiÕt bÞ CT§. Nh­ vËy, hÖ thèng ®o c«ng nghiÖp th­êng gåm nhiÒu phÇn tö m¾c nèi tiÕp nhau lµ : CB§, c¸c C§§ vµ thiÕt bÞ CT§. ChØ tiªu quan träng nhÊt ë ®©y lµ ph¶i ®¸nh gÝa ®­îc sai sè cña kÕt qu¶ ®o. §Ó x¸c ®Þnh sai sè ®o cña hÖ thèng, tr­íc hÕt ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc sai sè cña tõng thiÕt bÞ bao gåm sai sè c¬ b¶n vµ sai sè phô. Sai sè cña hÖ thèng ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: (1-10) Trong ®ã : ∆n – sai sè cña hÖ thèng. ∆i – sai sè cña thiÕt bÞ thø i k – sè l­îng thiÕt bÞ trong hÖ thèng. C¸c thiÕt bÞ ®o c«ng nghiÖp th­êng ®­îc trang bÞ nh÷ng c¬ cÊu ®Ó ghi l¹i c¸c kÕt qu¶ ®o. Trong thiÕt bÞ ®o liªn tôc c¸c kÕt qu¶ th­êng ®­îc ghi trªn ®Üa giÊy hoÆc b¨ng giÊy, cßn trong thiÕt bÞ ®o sè th× ®­îc ghi lªn ®Üa tõ ho¹c b¨ng tõ. 1.2.C¶m biÕn ®o nhiÖt ®é. 1.2.1 C¶m biÕn tiÕp xóc thuû ng©n (nhiÖt kÕ c«ng t¾c). - CÊu t¹o: Trong ®ã: 1 - BÇu thuû ng©n 2 - Cét cho thuû ng©n d©ng lªn 3 - D©y b¹ch kim 4 - Gèi vÝt v« tËn vµ cÇu nèi tiÕp ®iÓm ®éng 5 - Trôc vÝt v« tËn 6 - B¶ng ®Æt nhiÖt ®é trªn 7 - Vá ngoµi 8 - Lâi s¾t non 9 - Nam ch©m vÜnh cöu 10 - VÝt ®Þnh vÞ nhiÖt ®é 11 - æ c¾m nhiÖt kÕ 12 - G¸ nhùa lâi nhiÖt kÕ 13 - £cu ®Æt t0C vµ cã g¾n tiÕp ®iÓm ®éng 14 - B¶ng xem nhiÖt ®é d­íi. - Ho¹t ®éng cña nhiÖt kÕ c«ng t¾c: Khi ta xoay nam ch©m vÜnh cöu 9 th× s¾t non còng chuyÓn ®éng theo lµ cho ªcu chØ nhiÖt ®é còng ch¹y trªn trôc vÝt, ®ång thêi thay ®æi kho¶ng c¸ch cÆp tiÕp ®iÓm mµ mét m¸ chÝnh lµ sù lªn xuèng cña thuû ng©n, mét m¸ lµ d©y b¹c nhá còng chuyÓn ®éng lªn xuèng. Khi thuû ng©n d©ng lªn ch¹m d©y b¹c th× ë m¹ch ngoµi ®ãng m¹ch c¾t ®iÖn cho kh¸ng ®èt. B¶ng chØ thÞ phÝa d­íi lµ chØ ®Ó chØ nhiÖt ®é thËt cña tñ. 1.2.2 CÆp nhiÖt ®iÖn. - CÊu t¹o: CÆp nhiÖt ®iÖn cã cÊu t¹o gåm hai d©y kim lo¹i kh¸c nhau ®­îc nèi víi nhau bëi hai mèi hµn.SuÊt ®iÖn ®éng E phô thuéc vµo b¶n chÊt vËt liÖu lµm c¸c d©y dÉn. - Nguyªn lÝ lµm viÖc: CÆp nhiÖt ®iÖn lµ c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é, chuyÓn tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p dùa trªn hiÖn t­îng nhiÖt ®iÖn. HiÖn t­îng nµy nh­ sau: NÕu lÊy hai d©y dÉn cã b¶n chÊt kim lo¹i kh¸c nhau nèi chÆt l¹i víi nhau ë hai ®Çu råi ®èt nãng mét ®Çu th× trong vßng d©y sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn. Dßng ®iÖn nµy ®­îc gäi lµ dßng ®iÖn nhiÖt. Sù xuÊt hiÖn dßng nhiÖt ®iÖn nµy cã thÓ gi¶i thÝch b»ng hiÖn t­îng khuÕch t¸n ®iÖn tö tù do. ë ®©y tån t¹i hai hiÖn t­îng: hiÖn t­îng khuÕch t¸n ®iÖn tö tù do gi÷a hai d©y dÉn t¹i ®iÓm tiÕp xóc vµ hiÖn t­îng khuÕch t¸n ®iÖn tö trong mçi d©y dÉn khi cã sù chªnh lÖch nhiÖt ®é ë hai ®Çu d©y. Khi hai d©y dÉn kh¸c nhau ®­îc g¾n tiÕp xóc víi nhau, th× do hai d©y cã sè l­îng ®iÖn tö tù do kh¸c nhau nªn t¹i ®iÓm tiÕp xóc sÏ cã sù khuÕch t¸n ®iÖn tö tù do. D©y nµo cã ®iÖn tö tù do nhiÒu h¬n th× sè l­îng tö tù do cña nã khuÕch t¸n sang d©y kia sÏ nhiÒu h¬n sù khuÕch t¸n ng­îc l¹i, v× vËy b¶n th©n nã sÏ thiÕu ®iÖn tö tù do vµ mang ®iÖn tÝch d­¬ng. PhÝa bªn d©y cßn l¹i sÏ thõa ®iÖn tö tù do nªn mang ®iÖn tÝch ©m. Nh­ vËy t¹i ®iÓm tiÕp xóc sÏ xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng mµ ®iÖn tr­êng cña nã chèng l¹i sù khuÕch t¸n ®iÖn tö tõ d©y cã sè l­îng ®iÖn tö tù do nhiÒu h¬n sang d©y cã Ýt h¬n. Gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng tiÕp xóc phô thuéc vµo b¶n chÊt cña hai d©y dÉn vµ nhiÖt ®é cña ®iÓm tiÕp xóc. NhiÖt ®é cµng t¨ng th× ho¹t tÝnh cña c¸c ®iÖn tö cµng t¨ng, kh¶ n¨ng khuÕch t¸n t¨ng lªn, gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng t¨ng lªn. NÕu ®èt nãng mét ®Çu cña d©y dÉn th× ho¹t tÝnh cña ®iÖn tõ tù do ë ®Çu ®èt nãng sÏ t¨ng lªn v× vËy cã dßng ®iÖn khuÕch t¸n tõ ®Çu nãng ®Õn ®Çu l¹nh lµm cho ®Çu nãng thiÕu ®iÖn tö tù do nªn mang ®iÖn tÝch d­¬ng cßn ®Çu l¹nh thõa ®iÖn tö tù do nªn mang ®iÖn tÝch ©m. Gi÷a hai ®Çu cña d©y dÉn sÏ xuÊt hiÖn mét søc ®iÖn ®éng. H×nh trªn m« t¶ sù h×nh thµnh søc ®iÖn ®éng trong vßng d©y A-B víi ®iÒu kiÖn sè l­îng ®iÖn tö tù do cña d©y A (NA) lín h¬n sè l­îng ®iÖn tö tù do cña d©y B(NB), ®ång thêi nhiÖt ®é cña mét ®Çu tiÕp xóc lµ t vµ ®Çu kia lµ t0 vµ t > t0. Theo ®Þnh luËt KÐc- h«p, søc ®iÖn ®éng trong vßng d©y ®­îc x¸c ®Þnh lµ: E = eAB(t) – eA(t,t0) – eAB(t0) + eB(t,t0) (1-11) Søc ®iÖn ®éng nµy ®· sinh ra dßng ®iÖn ch¹y trong vßng d©y. Trong thùc tÕ gi¸ trÞ eA(t,t0) vµ eB(t,t0) rÊt nhá so víi eAB(t) vµ eAB(t0) v× vËy c«ng thøc trªn cã thÓ chuyÓn sang d¹ng: E = eAB(t) – eAB(t0) (1-12) Nh­ vËy søc ®iÖn ®éng sinh ra trong vßng d©y tØ lÖ víi hiÖu nhiÖt ®é ë hai ®Çu d©y. NghÜa lµ th«ng qua gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng E ®o ®­îc sÏ biÕt ®­îc hiÖu nhiÖt ®é hai ®Çu d©y. Trong thùc tÕ cÆp nhiÖt ®iÖn th­êng ®­îc sö dông ®Ó ®o nhiÖt ®é cña m«i tr­êng hay vËt thÓ. Nh­ vËy nhiÖt ®é cña mét ®Çu ph¶i ®­îc gi÷ cè ®Þnh, ®Çu nµy ®­îc gäi lµ ®Çu tù do hay ®Çu l¹nh, ®Çu cßn l¹i ®­îc nhóng vµo m«i tr­êng ®o nhiÖt ®é vµ nã ®­îc gäi lµ ®Çu lµm viÖc hay ®Çu nãng. Ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña cÆp nhiÖt ®iÖn lµm c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é nh­ sau: E = f(t) víi t0 = const §iÒu kiÖn chuÈn khi chia ®é c¸c cÆp nhiÖt quy ®Þnh t0 = 00C. §Æc tuyÕn cña c¸c cÆp nhiÖt ®iÖn E = f(t) khi t0 = 00C th­êng ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng b¶ng sè liÖu. C¸c d©y A vµ B ®­îc gäi lµ c¸c ®iÖn cùc nhiÖt. *Mét sè cÆp nhiÖt ®iÖn th«ng dông: - Therm«cuple Platin_Rhodium Platin: NhiÖt ®é sö dông: T = -500C -> 15000C §­êng kÝnh d©y: 0,51 mm Søc ®iÖn ®éng Seebeck: E = (-2,3 -> 16,7)mV Lo¹i 10% Platin : T = 00C ->6000C, cÊp chÝnh x¸c lµ +/-2,5% T = 6000C -> 16000C, cÊp chÝnh x¸c +/-0,4% Lo¹i 13% Platin : T = 00C -> 5380C, cÊp chÝnh x¸c lµ +/-1,4% T = 5380C -> 15000C, +/-0,25% Lo¹i 30% Platin: T = 00C -> 17000C, +/-0,5% - Thermocouple Wolfram- Rhenium: §­êng kÝnh d©y: 0,4 mm Søc ®iÖn ®éng Seebeck : E = (0 -> 38,5)mV Lo¹i Wolfram_Rhenium 5% : T = 00C -> 27600C Lo¹i Wolfram_Rhenium 26% : T = 00C -> 19500C Chuyªn dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é rÊt cao. - Thermocouple Chromel_Alumel: NhiÖt ®é sö dông : T = -2700C -> 12500C §­êng kÝnh d©y : 3,25 mm Søc ®iÖn ®éng Seebeck : E = (-5,35 -> 50) mV CÊp chÝnh x¸c : T = 00C -> 4000C lµ +/-3% T = 4000C -> 12500C lµ +/- 0,75% - Thermocouple Chromel_Constantan: NhiÖt ®é sö dông : T = -2700C -> 8700C §­êng kÝnh d©y: 3,25 mm Søc ®iÖn ®éng Seebeck : E = (-9,8 -> 66)mV CÊp chÝnh x¸c: T = 00C -> 4000C lµ +/-3% T = 4000C -> 12500C lµ +/-0,75% 1.2.3 NhiÖt kÕ ®iÖn trë. - CÊu t¹o: NhiÖt ®iÖn trë b¸n dÉn cßn gäi lµ thermistor ®­îc chÕ t¹o tõ mét sè oxit b¸n dÉn ®a tinh thÓ kh¸c nhau nh­: MgO, Mn2O3, NiO …®­îc trén lÉn víi nhau theo tØ lÖ thÝch hîp, sau ®ã ®­îc nÐn ®Þnh d¹ng vµ ®­îc ®èt ë nhiÖt ®é 100000C. Khi nhiÖt ®é t¸c ®éng lµm ¶nh h­ëng ®Õn nång ®é ®iÖn tÝch tù do, dÉn ®Õn néi trë thay ®æi theo. Lîi dông tÝnh chÊt nµy ng­êi ta ®· chÕ t¹o ra lo¹i c¶m biÕn nµy. - Nguyªn lÝ lµm viÖc: NhiÖt kÕ ®iÖn trë lµ c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é cã thÓ sö dông ®Ó ®o nhiÖt ®é trong kho¶ng tõ -260 ®Õn 7500C. Trong nh÷ng tr­êng hîp riªng cã thÓ lªn tíi 10000C. Nguyªn lÝ ho¹t ®éng cña nhiÖt kÕ ®iÖn trë dùa vµo sù phô thuéc ®iÖn trë cña vËt dÉn hay b¸n dÉn vµo nhiÖt ®é cña nã theo c«ng thøc: Rt = f(R0,t) (1-13) Trong ®ã: R0 : lµ ®iÖn trë ë 00C Rt : lµ ®iÖn trë ë t0C Yªu cÇu c¬ b¶n ®Ó mét vËt liÖu cã thÓ sö dông lµm nhiÖt kÕ ®iÖn trë lµ ph¶i cã hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë lín æn ®Þnh vµ ®iÖn trë suÊt lín. Trong c«ng nghiÖp th­êng sö dông hai lo¹i nhiÖt kÕ ®iÖn trë d©y dÉn lµ ®ång vµ b¹ch kim. NhiÖt kÕ ®iÖn trë ®ång th­êng ®­îc chÕ t¹o víi ®­êng kÝnh d©y 0,02 ÷ 0,05 mm. NhiÖt ®é cùc ®¹i cã thÓ sö dông lªn ®Õn 1800C. Mèi quan hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ ®iÖn trë ®ång ®­îc m« t¶ b»ng c«ng thøc: Rt = R0 (1 + 4,25.10-3 t) (1-14) NhiÖt kÕ ®iÖn trë b¹ch kim ®­îc chÕ t¹o rÊt nhiÒu lo¹i b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau. Phô thuéc vµo ph­¬ng ph¸p chÕ t¹o mµ giíi h¹n ®o sÏ kh¸c nhau. NÕu nhiÖt kÕ ®iÖn trë b¹ch kim ®­îc chÕ t¹o b»ng d©y dÉn cã ®­êng kÝnh tõ 0,05 ®Õn 0,1 mm th× giíi h¹n ®o cùc ®¹i cã thÓ lªn tíi 7500C vµ nÕu dïng d©y cã ®­êng kÝnh 0,5 mm th× cã thÓ ®o ®­îc nhiÖt ®é ®Õn 11000C. NÕu nhiÖt ®é thay ®æi tõ 0 ®Õn 6600C th× mèi liªn hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é cña b¹ch kim ®­îc m« t¶ theo c«ng thøc: Rt = R0 (1 + 3,94.10-3t – 5,8.10-7t2) (1-15) Khi nhiÖt ®é thay ®æi tõ -190 ®Õn 00C th× mèi liªn hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é cña b¹ch kim cã d¹ng: Rt = R0 (1 + 3,94.10-3t – 5,8.10-7t2 – 4.10-12t3) (1-16) NhiÖt kÕ ®iÖn trë b¸n dÉn khèi ®­îc chÕ t¹o tõ hçn hîp nhiÒu oxit kim lo¹i kh¸c nhau ( CuO, MnO). Khi chÕ t¹o hçn hîp oxit ®­îc nung ë nhiÖt ®é cao t¹o nªn nh÷ng khèi ch¾c vµ h×nh thµnh nh÷ng liªn kÕt ho¸ häc. Mèi liªn hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é ®­îc m« t¶ b»ng quan hÖ: RT = A.eB/T (1-17) Trong ®ã : A - h»ng sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lÝ cña b¸n dÉn, kÝch th­íc vµ h×nh d¸ng cña nhiÖt ®iÖn trë. B - h»ng sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt b¸n dÉn (B < 0) T - nhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ tÝnh theo ®é Kenvin. ¦u ®iÓm c¬ b¶n cña nhiÖt kÕ ®iÖn trë b¸n dÉn lµ cã ®é nh¹y cao, hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña nã ©m cã gi¸ trÞ gÊp 6 ÷ 10 lÇn hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña kim lo¹i. NhiÖt kÕ ®iÖn trë ®­îc chÕ t¹o d­íi d¹ng thanh, vßng ®Öm, ®Üa vµ h¹t. H×nh trªn lµ sù m« t¶ cÊu t¹o cña nhiÖt kÕ b¸n dÉn d¹ng thanh. Thanh b¸n dÉn 1 ®­îc phñ líp s¬n – men tr¾ng cã hai n¾p chôp tiÕp xóc 2 liªn kÕt víi hai d©y dÉn ra 3. Lo¹i nhiÖt kÕ ®iÖn trë nµy chØ sö dông ë m«t tr­êng kh« r¸o. §Ó cã thÓ sö dông ë m«i tr­êng bÊt k× th× toµn bé thanh b¸n dÉn ph¶i ®Æt trong vá b¶o vÖ b»ng kim lo¹i. NhiÖt kÕ ®iÖn trë d¹ng thanh ®­îc chÕ t¹o víi gi¸ trÞ ®iÖn trë ®Þnh møc ë 200C thay ®æi tõ 1000 ®Õn 200000Ω ,nhiÖt ®é ®o trong kho¶ng -100 ®Õn 1200C. Nh­îc ®iÓm c¬ b¶n cña nhiÖt kÕ ®iÖn trë b¸n dÉn lµ ®Æc tÝnh phi tuyÕn tÝnh, ®iÖn trë ®Þnh møc vµ c¶ ®Æc tuyÕn cña c¸c nhiÖt kÕ ®iÖn trë b¸n dÉn rÊt kh¸c nhau v× vËy chóng kh«ng cã kh¶ n¨ng thay thÕ gi÷a c¸c nhiÖt kÕ ®iÖn trë s¶n xuÊt hµng lo¹t cïng chñng lo¹i. 1.2.4 C¶m biÕn nhiÖt ®é vi m¹ch ®iÖn tö. §©y lµ sù kÕt hîp cña c¶m biÕn nhiÖt ®é vµ c¸c m¹ch ®iÖn tö t¹o lªn nh÷ng vi m¹ch ®iÖn tö ®Ó lµm c¶m biÕn nhiÖt ®é. ¦u ®iÓm cña c¸c c¶m biÕn lo¹i nµy lµ cã ®Æc tÝnh tuyÕn tÝnh vµ cã ®é nh¹y rÊt lín. Nh­îc ®iÓm lµ giíi h¹n ®o kh«ng cao. a.Vi m¹ch LM335: §©y lµ diod zen¬ c¶m biÕn nhiÖt ®é cã giíi h¹n sö dông tõ -40 ®Õn 1000C. §Æc tuyÕn cña nã ®­îc m« t¶ theo c«ng thøc: U = 10.T (mV) = 2730 + 10.t (mV) (1-18) Víi T lµ gi¸ trÞ nhiÖt ®é tÝnh theo Kenvin, cßn t lµ 0C. Dßng ®iÖn ®i qua vi m¹ch cho phÐp trong kho¶ng 0,4 ®Õn 5 mA. NÕu dßng ®iÖn cao h¬n cã thÓ ph¸ vì vi m¹ch. Trong m¹ch ®o nhiÖt ®é nªn chän dßng I ≥ 1 mA v× nhá h¬n 1 mA cã thÓ lµm gi¶m ®é chÝnh x¸c. H×nh 3 lµ s¬ ®å m¹ch ®iÖn ®¬n gi¶n ®Ó n¾p c¶m biÕn. H×nh 3: S¬ ®å l¾p LM335 ®¬n gi¶n. R1 lµ ®iÖn trë giíi h¹n dßng qua c¶m biÕn ®­îc tÝnh cho ®iÒu kiÖn chuÈn nhiÖt ®é t = 200C. NÕu chän dßng ®iÖn lµ I mA th× R1 ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: (1-19) Víi E lµ ®iÖn ¸p nguån (V) Rt lµ ®iÖn trë t¶i. §Ó ®¶m b¶o tÝnh tuyÕn tÝnh cña chuyÓn ®æi ®o ®ßi hái It << I. §é lÖch tuyÕn tÝnh cña LM335 cã thÓ ®¹t ± 10C. Khi nhiÖt ®é t = 00C tÝn hiÖu ra U = 2,73V b.Vi m¹ch LM34: Lµ vi m¹ch sö dông ®Ó ®o nhiÖt ®é thay ®æi trong kho¶ng tõ -50 ®Õn 3000F ( kho¶ng tõ -45,6 ®Õn 148,90C). TÝn hiÖu ra cña LM34 tØ lÖ víi ®é Pharenhait vµ hoµn toµn kh«ng tuyÕn tÝnh víi ®é nh¹y ε = 10 mV/ 10F. LM34 kh«ng ®ßi hái thiÕt bÞ hiÖu chØnh bªn ngoµi. Dßng tiªu thô cña LM34 chØ kho¶ng 70μA. Sai sè ®o ±1,50F ®èi víi toµn bé thang ®o ( tõ -50 ®Õn 3000F). Sai sè ®o nhiÖt ®é phßng ±0,50F. C¸c m¹ch nèi LM34 ®Ó sö dông ®­îc m« t¶ trong h×nh 4: H×nh 4: M¹ch nèi LM34 ®Ó sö dông. Nguån cung cÊp +E cã thÓ thay ®æi trong kho¶ng tõ 5 ®Õn 20V. H×nh 4a sö dông khi ®o nhiÖt ®é d­¬ng pharenhait, cßn h×nh 4b sö dông khi ®o c¶ nhiÖt ®é ©m pharenhait. §iÖn trë R ®­¬c chän theo c«ng thøc R = -E/50μA. TÝn hiÖu ra thay ®æi theo hµm: U = 10.n (mV) (1-20) Víi n - gi¸ trÞ nhiÖt ®é tÝnh theo pharenhait (n0F). c.Vi m¹ch AD590 (AD592): Vi m¹ch AD590 (AD592) lµ c¶m biÕn nhiÖt ®é cã tÝn hiÖu ra lµ dßng ®iÖn tØ lÖ víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi (0K). §iÒu nµy cho phÐp truyÒn tÝn hiÖu ®i xa mµ kh«ng bÞ ¶nh h­ëng cña ®iÖn trë d©y dÉn. Giíi h¹n lµm viÖc cña AD590 tõ -55 ®Õn 1500C (AD592 tõ -25 ®Õn 1050C) víi sai sè ±0,50C cho toµn thang ®o. Dßng ra cho AD590 (AD592) ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng: I = 1.T (μA) = 273 + 1.t (μA) (1-21) Trong ®ã : T lµ nhiÖt ®é tÝnh theo Kenvin cßn t tÝnh theo Cenxi. Nh­ vËy ®é nh¹y cña c¶m biÕn lµ 1μA/10K. Ch­¬ng2: Tæng quan vÒ c¸c ®èi t­îng ®iÒu khiÓn. 2.1.hÖ vi ®iÒu khiÓn 8051. 2.1.1 Giíi thiÖu chung. Vi xö lÝ ( Microprocessor), bé phËn xö lÝ trung t©m ®Ó xö lÝ lÖnh, ®· ra ®êi lÇn ®©u tiªn (1971) víi 4 bit d÷ liÖu, ®· lÇn l­ît ®­îc c¶i tiÕn thµnh 8 bit (8088 n¨m 1974), 16 bit (8086, 80286 n¨m 1978), 32 bit (80386, 80486, n¨m 1983) vµ 64 bit (80586, n¨m 1991). Trªn c¬ së c¸c vi xö lÝ trªn , thªm c¸c khèi ch­¬ng tr×nh chØ ®äc (PROM), khèi nhí ®äc /ghi RAM, c¸c cæng vµo ra song song vµ nèi tiÕp, ng­êi ta ®· chÕ t¹o ®­îc c¸c m¸y vi tÝnh c¸ nh©n PC (personal Computer) nh­ PC/XT (1985 víi 8080, 8085), PC/AT (1987 víi 80286), PC/AT c¶i tiÕn (1989 víi 80386, 80486) vµ Pentium (1991 víi 80586). Riªng Pentium, cã Pentium I (tèc ®é xung nhÞp 66MHz), Pentium II (tèc ®é 133MHz), Pentium III (tèc ®é 233MHz), Pentium MTX ®a ph­¬ng tiÖn, Pentium Pro hay IV (tèc ®é 1,4GHz,1995) vµ hiÖn nay lµ Pentium V (tèc ®é tíi 2,4GHz). C¸c thÕ hÖ m¸y vi tÝnh c¸ nh©n nµy ®· t¹o ra sù bïng næ th«ng tin vµ c¸ch m¹ng vÒ kÜ thuËt v× m¸y tÝnh ®· x©m nhËp vµo hÇu hÕt c¸c lÜnh vùc khoa häc-kÜ thuËt, truyÒn th«ng víi m¹ng toµn cÇu – Internet vµ ®êi sèng x· héi, tíi tõng gia ®×nh cña c¶ nh©n lo¹i trªn toµn thÕ giíi. Vi ®iÒu khiÓn cã kh¶ n¨ng nh­ mét m¸y vi tÝnh, cã nh÷ng ­u ®iÓm ®Æc biÖt vÒ kÝch th­íc rÊt nhá, nªn ®· x©m nhËp sau h¬n n÷a vµo c¸c thiÕt bÞ ®o l­êng, ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ vµ ®Æc biÖt lµ vµo c¸c thiÕt bÞ cña ®êi sèng hµng ngµy nh­ ®ång hå thêi gian, ®ång hå b¸o giê, ®Çu m¸y ghi vµ ph¸t ©m hay ph¸t h×nh (video, VCD,DVD v.v…). §Ønh cao cña viÖc dïng V§K lµ dïng trong ng­êi m¸y (ROBOT) vµ c¸c thiÕt bÞ PLC ®Ó ®iÒu khiÓn logic ch­¬ng tr×nh ho¸ d©y truyÒn s¶n xuÊt tù ®éng. Vi ®iÒu khiÓn cã hai dßng hä lín lµ vi ®iÒu khiÓn 68HCxx cña h·ng Motorola(th«ng dông ë T©y ¢u) vµ MCS-51 cña h·ng Intel(th«ng dông trªn toµn thÕ giíi). Ngoµi c¸c bé phËn gièng nhau vÒ cÊu tróc, c¸c vi ®iÒu khiÓn trªn ®Òu cã: C¸c nhãm lÖnh: nh­ rÏ nh¸nh ch­¬ng tr×nh ( ®iÒu khiÓn ch­¬ng tr×nh thay ®æi theo lÖnh), dÞch chuyÓn d÷ liÖu( gi÷a c¸c thanh ghi trong RAM), xö lÝ sè häc( céng, trõ, nh©n, chia), xö lÝ logic (Vµ,HoÆc, lo¹i trõ v.v…) vµ xö lÝ theo bit (x¸c lËp, xo¸ ®¶o v.v…) C¸c hµnh ®éng c¬ b¶n: nh­ trao ®æi tin song song, trao ®æi tin nèi tiÕp, ®Þnh thêi ._.