Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (489.56 KB, 63 trang )
Đồ án tốt nghiệp
- Phương pháp cơ dựa trên sự giãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc chất
khí (Với áp suất không đổi) hoặc dựa trên tốc độ âm.
- Phương pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu
ứng Seebeck hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh.
Người ta thường chia làm 3 dải nhiệt độ đo: nhiệt độ thấp, trung bình và
cao.
Dải nhiệt độ thấp từ -2730C ÷ 1000 0C . Nó thường được đo bằng các
dụng cụ nh nhiệt điện trở, bán dẫn, phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.
Dải nhiệt độ trung bình từ 1000 0C ÷ 3000 0C. Nó thường được đo bằng
các dụng chụ được chế tạo từ các vật liệu có độ chịu nhiệt cao, hoả quang kế,
bức xạ và phương pháp cường độ sáng.
Dải nhiệt độ cao từ 3000 0C ÷ 100.000 0C. Đây là dải nhiệt độ đòi hỏi các
thiết bị đo phải có độ chịu nhiệt tốt nhưng có độ chính xác chỉ cần tương đối.
Thông thường ta dùng hoả quang kế màu sắc và phổ quang kế.
Để đo nhiệt độ người ta chia làm 2 loại phương pháp đo: Phương pháp đo
tiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc. Phương pháp đo tiếp xúc thường
dùng với dải nhiệt độ thấp và trung bình còn phương pháp đo không tiếp xúc
dùng với dải nhiệt độ cao.
Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ một số các dụng cụ đo nh:
+ cặp nhiệt điện.
+ Nhiệt điện trở kim loại.
+ Nhiệt điện trở bán dẫn.
+ Cảm biến thạch anh.
+ Các IC cảm biến nhiệt.
II. Các phương pháp đo nhiệt độ:
a. Cặp nhiệt điện:
Cấu tạo: cặp nhiệt điện được cấu tạo từ 2 hai thanh kim loại khác nhau nối
t
2
chung một đầu lại với nhau. Suất điện động E trên 2 đầu ra phụ thuộc vào bản
chất vật liệu của dây dẫn a, b và phụ thuộc vào nhịêt độ t1, t2.
a
b
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
t
1
H×nh1.1: cÆp nhiÖt
trang 8
Đồ án tốt nghiệp
- Nguyên lý làm việc: Cặp nhiệt điện làm việc dựa trên hiện tượng nhiệt
điện. Nếu hai dây dẫn khác nhau nối nlại với nhau tại hai điểm và một trong hai
điểm đó được đốt nóng thì trong mạch đó xuất hiện một dòng điện gây bởi sức
điện động gọi là sức điện động nhiệt điện.
Khi t1=t2 thì Va=Vb dẫn đến Uab = 0, ET = 0
Khi t1 ≠ t2 thì Va ≠ Vb lúc đó ET = f(t1) – f(t2).
Nếu t2 = const thì ET = f(t1) + C
- Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo cặp nhiệt điện:
+ độ dẫn điện tốt và phải có trị số sức điện động lớn.
+ Suất điện động nhiệt điện phải lớn.
+ Độ bền hóa học và cơ học với nhiệt độ phải cao.
+ Điện dẫn lớn và hệ sô nhiệt độ của điện trở bé.
+ Tính chất nhiệt điện không thay đổi
+ Quan hệ giữa sức điện động ET và nhiệt độ T phải là hàm đơn trị
+ Cấu tạo và thành phần kim loại phải ổn định, đồng nhất.
Việc sử dụng cặp nhiệt độ có nhiều lợi thế: Kích thước cặp nhiệt độ nhỏ
nên có thể đo được nhiệt độ của từng điểm của đối tượng nghiên cứu. Cặp nhiệt
độ cung cấp suất điện động nên khi đo không cần có dòng điện chạy qua và do
vậy không có hiệu ứng đốt nóng.
Tuy nhiên nó cũng có một số điểm bất lợi: Phải biết trước nhiệt độ so
sánh Tref và do vậy sai số của Tref gây nên sai số. Suất điện động của cặp nhiệt
điện trong dải nhiệt độ rộng là hàm không tuyến tính của T c. Bảng sau đây giới
thiệu một sô loại cặp nhiệt điện thông dụng:
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
trang 9
Đồ án tốt nghiệp
Giới hạn nhiệt độ trên
Tên cặp nhiệt điện
O
C
Đo
Đo
Sức điện động
nhiệt điện với
100OC : mV
lâu dài
1300
ngắn hạn
1750
900
1300
4,10
Crômmel-Côpen (56% Cu + 44%Ni)
600
800
6,95
Đồng - Côpen
350
500
4,75
Đồng - Constantan
350
500
4,15
200
1,33
Platin-platin Rôdi (90%Pt, 10% Rh)
Crômmel (90%Ni +10% Cr)-
0,64
Alumel (95%Ni + 5% Al)
1800
Vonfram (5%reni)- Vonfram (5%reni)
Bảng1.1 : Mét số cặp nhiệt điện.
- Độ nhạy nhiệt của cặp nhiệt điện ở nhiệt độ T C được xác định theo biểu
thức sau:
s(Tc) =
dE A / B
dTc
Trong đó S là hàm của nhiệt độ và có đơn vị là µV/OC.
- Nguyên nhân chủ yếu gây sai số đối với cặp nhiệt điện.
Sai sè do nhiệt độ đầu tự do thay đổi. Khi khắc độ thì đầu tự do được đặt
ở nhiệt độ 00C nhưng trong thực tế đầu tự do đặt trong môi trường có nhiệt độ
khác 0.
Sai sè do sù thay đổi điện trở của đường dây.
Sai sè do đặt cặp nhiệt điện không đúng vị trí cần đo, không đúng hướng
và diện tích tiếp xúc của cặp nhiệt vơi đối tượng đo quá nhỏ.
b.Nhiệt điện trở:
Nhiệt điện trở là chuyển đổi có điện trở thay đổi theo nhiệt độ tác động
vào nó. Tùy theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy quanhiệt điện trở
mà người ta phân ra: nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng.
Trong nhiệt điện trở không đốt nóng dòng điện chạy qua rất nhỏ không
làm tăng (hoặc tăng rất Ýt) nhiệt độ của điện trở và nhiệt độ của nó bằng nhiệt
độ mội trường cần đo.
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
trang 10
Đồ án tốt nghiệp
Nhiệt điện trở đốt nóng thì dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ của nó
tăng lên cao hơn nhiệt độ cần đo nên có sự tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.
Yêu cầu đối với vật liệu là có hệ số nhiệt độ lớn, có độ bền hóa học khi có tác
dụng của môi trường, khó chảy.
b.1. Nhiệt điện trở dây.
Chuyển đổi nhiệt điện trở dây thông thường được chế tạo từ đồng, platin
và Niken đường kính dây từ 0,02 ÷ 0,06 mm với chiều dài từ 5 ÷ 20 mm.
- Nhiệt điện trở đồng
Dải nhiệt độ làm việc : -50 ÷ 180 0C .
Phương trình đặc trưng: RT=R0(1 + αt)
α: Hệ số nhiệt độ của điện trở. α=4,3.10-3 1/0C trong khoảng 0÷100 0C
t : Nhiệt độ.
R0: Điện trở chuyển đổi ở 0 0C.
Nếu không biết giá trị của R0 thì ta có thể dùng công thức:
RT2 = RT1(τ - t2)/(τ + t1)
RT2, RT1 là điện trở ứng với nhiệt độ T2 và T1
τ = 1/α là hằng số phụ thuộc vào từng loại vật liệu. τ = 234 đối với đồng.
- Nhiệt điện trở Platin.
Platin có thể chịu được đến nhiệt độ 1200 0C mà không bị ô xi hóa hoặc
nóng chảy.
Phương trình đặc trưng: RT=R0(1 + At + Bt2) ở nhiệt độ 0 0C÷ 660
0
C.
RT=R0(1 + At + Bt2 +C(t – 100)3) ở nhiệt độ -180 0C ÷ 0 0C
R0: Điện trở ở 0 0C
A, B, C là các hằng số.
Đặc tính của nó có dạng phi tuyến. Với nhiệt độ lớn hơn 660 0C và nhỏ
hơn -1800C quan hệ RT = f(t) được cho dưới dạng bảng.
- nhiệt điện trở Niken.
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
trang 11
Đồ án tốt nghiệp
Niken có thể sử dụng để đo đến nhiệt độ: 300 0C. ở nhiệt độ cao hơn thì
quan hệ RT = f(t) không đơn trị.
Khi t = 0 0C ÷ 1000C thì hệ số α=5.10-3 1/0C
ưu điểm cơ bản của nó là có điện trở suất cao, hệ số nhiệt lớn cho phép
chế tạo được các chuyển đổi có kích thước nhỏ.
b.2 nhiệt điện trở bán dẫn.
Nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo từ một số ôxit kim loại khác nhau nh
CuO, MnO …. Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở được biểu diễn dưới dạng biểu
thức:
RT = A.eβ/T.
Trong đó:
A: Hằng số phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn, kích
thước và hình dáng của nhiệt điện trở.
β: Hằng số phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn.
T: Nhiệt độ tuyệt đối
e: Cơ số logarit tự nhiên.
Hệ số nhiệt độ α của chất bán dẫn mang dấu âm và có giá trị 0,02 ÷ 0,08
1/OC. điện trở suất lớn do đó kích thước nhỏ.
α = - β/T2
Cấu tạo của nhiệt điện trở bán dẫn có thể ở dạng thanh, dạng đĩa và dạng
hình cầu.
Sai số của nhiệt kế nhiệt điện trở chủ yéu là do sù thay đổi điện trở đường
dây khi nhiệt độ môi trường thay đổi. điện trở đường dây có thể đạt tới 5Ω trong
khi đó điện trở của nhiệt điện trở thường vào khoảng 40Ω ÷ 100Ω do đó khi điện
trở đường dây thay đổi sẽ gây ra mét sai số đáng kể. Ngoài ra dòng điện chạy
qua nhiệt điện trở gây nóng cũng làm cho điện trở tăng gây sai sè.
ứng của chuyển đổi nhiệt điện trở dùng để đo nhiệt độ, đo các đại lượng
không điện nh đo di chuyển, đo áp suất và dùng để phân tích thành phần, nồng
độ của một số hợp chất và chất khí.
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
trang 12
Đồ án tốt nghiệp
c.Các IC đo nhiệt độ
IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành
tiná hiệu điện dưới dạng điện áp. dựa vào đặc tính rất nhạy cảm của bán dẫn với
nhiệt độ để tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối. Đo tín
hiệu điện ta biết được giá tri của nhiệt độ cần đo. Sau đây là thông số của một số
loại IC dùng để đo nhiệt độ
+ LM135/ LM335
Các thông số kỹ thuật:
Dòng cho phép 400uA ÷ 5 mA.
Điện trở động 1 Ω.
Nhiệt độ cho phép : 1000C.
Mức điện áp thay đổi: 10mV/0K
+ AD590
Đầu ra là dòng điện
độ nhạy 1A/OK.
Độ chính xác +4OC.
Nguồn cung cấp VCC = 4 ÷ 30 V
Khoảng nhiệt độ đo được -55 OC ÷ 150 OC.
+ Lx5700
Đầu ra là điện áp
độ nhạy 10mV/OK.
Khoảng nhiệt độ đo được -55 OC ÷ 150 OC.
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
trang 13
Đồ án tốt nghiệp
Chương II
Họ vi điều khiển MCS-51
II.1 Giới thiệu họ họ vi điều khiển MCS-51
Họ vi điều khiển MCS-51 là họ vi điều khiển 8 bit được sử dụng phổ biến
nhất của hãng Intel trên thị trường thế giới.Sau đây là bảng tổng kết về kiến trúc
phần cứng của một số bộ vi điều khiển họ MCS-51
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
trang 14
Đồ án tốt nghiệp
Tên
Công
ROM
ROM
RAM
RAM
gọi
nghệ
trong
ngoài
trong
ngoài
8031
NMOS
Không
64
128
64
8051
NMOS
có
4
KByte
64
Byte
128
KByte
64
8751
NMOS
Kbyte
4
KByte
64
Byte
128
KByte
64
8032
NMOS
Kbyte
Không
KByte
64
Byte
256
KByte
64
8052
NMOS
có
8
KByte
64
Byte
256
KByte
64
Kbyte
Không
KByte
64
Byte
128
KByte
64
có
4
KByte
64
Byte
128
KByte
64
Kbyte
KByte
Byte
KByte
80C3
1
80C5
1
CMOS
CMOS
Timer
Counte
r
2
2
2
3
3
2
2
Phần lớn các vi điều khiển trong họ MCS-51 được đóng vỏ theo kiểu 2
hàng (PDIP) với tổng cộng 40 chân, một số khác được đóng vỏ theo kiểu hình
vuông với 44 chân. Chip 8051 có các đặc trưng sau:
• 4 KB EPROM bên trong.
• 128 Byte RAM nội.
• 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.
• Giao tiếp nối tiếp.
• 64 KB vùng nhớ mã ngoài
• 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.
• Xử lý bit (thao tác trên từng bit riêng rẽ).
• 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit.
• 4µs cho hoạt động nhân hoặc chia.
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
trang 15