Tải bản đầy đủ

“ nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất mì ăn liền bằng PLC s7 200”

MỤC LỤC

1

1


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp đất nước đặc biệt là sự
phát triển của Công nghệ điện tử - tin học. Có thể coi là một cuộc cách mạng
công nghệ trên toàn thế giới. Ở nước ta, ngành kỹ thuật điện tử - tin học đã được
ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động đặc biệt là kỹ thuật vi xử lí. Hiện nay
người ta đã sản xuất ra thiết bị có thể lập trình được đó là thiết bị điều khiển khả
lập trình Programmable Logic Controller viết tắt là PLC.
Được phát triển từ những năm 1968 - 1970, PLC có thể coi là một ứng
dụng điển hình của mạch vi xử lí chiếm tới 80% và trở thành xu thế mới trong
điều kiện công nghiệp đang phát triển ở Việt Nam. So với điều khiển bằng mạch
điện tử thông thường thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn như: Kết nối mạch đơn
giản, rút ngắn thời gian lắp đặt thi công, dễ thay đổi chương trình điều khiển, độ
tin cậy cao…

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất bộ điều khiển lập trình (
Omron, Sement, ABB, Misubishi…) với nhiều ứng dụng như: Tự động hóa quá
trình sản xuất, tự động hóa các máy gia cộng, điều khiển trạm bơm, thang máy,
điều khiển đèn giao thông và rất nhiều ứng dụng khác, do đó chúng ta phải nắm
bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền
khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển
tự động nói riêng và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều thành tựu rực rỡ.
Quan trọng nhất là các kết quả này đã được ứng dụng rộng rãi trong các dây
chuyền sản xuất trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm
và phân loại sản phẩm. Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu
nhân công đi kèm với giảm chi phí sản xuất.
Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa thì việc ứng dụng tất cả các
ứng dụng hiện đại để tăng năng suất lao động và hiệu quả trong công việc nhằm
giảm sức làm việc của con người trong các nhà máy xí nghiệp hiệu quả được
tăng lên gấp bội, giảm chi phí nhân công và đáp ứng cao hơn nữa nhu cầu tự
2

2


động hoá hiện nay. Từ đó em đã quyết định chọn đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế hệ
thống điều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất mì ăn liền bằng PLC S7 200”
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu phần cứng PLC, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến
quang và các cơ cấu chấp hành để xây dựng mô hình “ Nghiên cứu thiết kế hệ
thống điều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất mì ăn liền bằng PLC S7
200”
Từ đó áp dụng vào thực tiễn quá trình sản xuất trong khâu phân đóng gói
sản phẩm.
3. Phương pháp nghiên cứu
• Các kết quả nghiên cứu kế thừa:
-

Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của các
phần mềm lập trình.

-

Kế thừa các mô hình sản xuất đã có trong thực tiễn


• Định hướng nghiên cứu:
-

Nghiên cứu phần mềm lập trình trên máy tính

-

Thay đổi phương pháp lập trình để tìm ra phương pháp đơn giản, dễ sử dụng và
hiệu quả nhất.

• Xây dựng chương trình điều khiển
• Nghiên cứu các thiết bị sử dụng trong quá trình vận hành để tìm ra thiết bị có

hiệu quả cao nhất trong quá trình làm việc
• Nghiên cứu về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC S7-200 trong việc điều

khiển tự động, các thiết bị vào/ra, từ đó ứng dụng vào việc điều khiển tự động
cho hệ thống
4. Nội dung nghiên cứu
-

Tổng quan đề tài

-

Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển

-

Lập trình điều khiển bằng PLC và mô phỏng

-

Tìm hiểu kỹ thuật lập trình PLC S7-200
3

3


-

Nghiên cứu phần mềm thiết kế chương trình điều khiển
5. Giới hạn
Do hạn chế về mặt thời gian, tài liệu tham khảo cũng như trình độ có
hạn nên trong phạm vi đề tài môn học này em chỉ nghiên cứu thiết kế hệ thống
điều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất mì ăn liền phân đoạn đóng thùng. Và
viết chương trình điều khiển bằng PLC S7-200 chạy trên mô phỏng.

4

4


Chương 1 : Nghiên cứu quy trình công nghệ của quá trình
1.1. Giới thiệu quy trình công nghệ
Khi ấn nút khởi động ON thì băng chuyền thùng vận hành. Khi thùng đến
cảm biến S1 thì băng chuyền thùng dừng lại và băng chuyền mì ăn liền bắt đầu
chuyển động, khi mì ăn liền gặp cảm biến 2, cảm biến S2 gửi tín hiệu tới bộ
đếm để đếm số lượng mì ăn liền.Khi đếm được 30 gói mì ăn liền thì băng
chuyền mì ăn liền dừng và băng chuyền thùng lại bắt đầu chuyển động để đưa
thùng tiếp theo vào đồng thời đưa tín hiệu để đếm số thùng lên 1. Cứ như vậy
khi đủ 15 thùng thì hệ thống dừng lại. Trong quá trình hoạt động lâu dài nếu mà
có sự cố xảy ra như nhiệt độ trong phòng tăng cao thì hệ thống sẽ dừng hoạt
động.Khi ấn nút STOP thì hệ thống dừng lại
1.2. Ứng dụng thiết bị điều khiển quá trình công nghệ
-

Cảm biến quang : dùng làm cảm biến phát hiện thùng mì ăn liền và gói mì ăn

liền trong hệ thống đóng thùng sản phẩm
- PLC : Điều khiển hệ thống hoạt động đúng theo quy trình công nghệ đã được
đưa ra từ ban đầu
- Bộ cảm biến nhiệt độ: là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từ môi trường
bên ngoài và biến đổi thành các tín hiệu điện để điều khiển các thiết bị khác.
1.3. Nghiên cứu tổng quan quy trình ứng dụng trong và ngoài nước
-

Ngày nay nước ta có rất nhiều cơ sở sản xuất với quy mô và công

nghệ ở nhiều mức độ. Đa phần các cơ sở sản xuất trung bình và nhỏ mới chỉ ứng
dụng máy móc sản xuất do con người điều khiển là chính ít khâu sản xuất tự
động. Các cơ sở sản xuất lớn thì đã áp dụng công nghệ cao vào sản xuất khá
nhiều trong hầu hết các công đoạn sản xuất . Có nhiều cơ sở có các dây truyền
sản xuất không kém gì các nước phát triển .
-Ở nước ngoài thì một số nước có trình độ khoa học công nghệ phát
triển cao và nghành sản xuất phát triển có những dây truyền sản xuất hiện đại
và chất lượng cao như Hàn Quốc , Nhật bản, Mỹ , Thái Lan,… trong nước cũng
5

5


có nhiều các cơ sở liên doanh với nước ngoài hay do nước ngoài đầu tư với các
dây truyền công nghệ cao, hiện đại.
-

Hiện nay mì ăn liền được tiêu thụ ở hơn 80 quốc gia và được công nhận trên tầm
quốc tế. Theo thống kê gần đây nhất năm 2013 lượng mì gói tiêu thụ trên toàn
thế giới là 101.4 tỷ gói, chủ yếu là ở Châu Á, trong đó Trung Quốc là 44 tỉ,
Inddoonessia là 14.1 tỉ, Nhật Bản 5,4 tỉ, Việt Nam là 5.1 tỉ ….Việt Nam đứng

thứ 4 trên thế giới về mức độ tiêu thụ mì ăn liền
- Việt Nam hiện nay các sản phẩm mì ăn liền được sử dụng rộng rãi trong mọi
tầng lớp nhân dân vì tính tiện dụng và giá trị dinh dưỡng của chúng. Trước nhu
cầu to lớn của thị trường ngành công nghiệp mì ăn liền đã và đang có những
bước phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là khi nền kinh tế nhà nước đang chuyển sang
cơ chế thị trường. Các công ty quốc doanh như MILIKET, COLUSA , Hảo
Hảo, Tiến Vua … cũng như các công ty liên doanh như VINA ACECOOK , AONE …. Đã không ngừng nâng cao sản lượng và chất lượng sản phẩm , đa dạng
hóa chủng loại và mẫu mã để đáp ứng nhu cầu thị hiếu của người tiêu dung
- Với tốc độ tăng dân số cao cùng với nhu cầu của con người ngày càng tăng cao
cho nên sự ứng dụng khoa học kĩ thuật trong các khâu sản xuất càng phải phát
triển hơn, Đặc biệt trong khâu đóng gói sản phầm càng cần sự chất lượng để
mang lại uy tín cho khách hàng tiêu dùng
1.4. Nêu yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống
-

Thiết kế mô hình điều khiển băng truyền cho hệ thống với nhà máy sản xuất với
quy mô nhỏ

• Hệ thống gồm 2 hệ thống băng truyền , mỗi băng truyền dài 4m và rộng 0.5m
• Băng truyền thùng có thể chứa tối đa 3 thùng, băng truyền mì gói có thể chứa

khoảng 15 gói
• Các băng truyền đặt chênh nhau khoảng 0.4m
• Có 2 động cơ ở 2 đầu băng truyền để kéo băng truyền
-

Quá trình điều khiển được đặt ở chế độ vận hành bằng tay

-

Hệ thống tự động làm việc khi ấn nút start và dừng khi ấn nút stop.
6

6


-

Sau khi cảm biến gói mì đọc được 30 tín hiệu thì dừng 1 thời gian để cảm biến

thùng làm việc
- Cảm biến nhiệt độ làm việc trong dải nhiệt cho phép

7

7


Chương 2 : Lưu đồ thuật toán
2.1 Sơ đồ tổng quan về hệ thống

8

8


2.2 Lưu đồ thuật toán

9

9


Bắt đầu

Q0.0 = 0 ; Q0.1 = 1

Q0.0 = 1 ; Q0.1 = 0

i: = i + 1

30

Q0.0 = 0 ; Q0.1 = 1

J: = j + 1

15

Kết thúc

10

10


2.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán
2.3.1. Thao tác chọn lựa (decision)
Thao tác chọn lựa được biểu diễn bằng một hình thoi, bên trong chứa biểu
thức điều kiện.

2.3.2. Thao tác xử lý (process)
Thao tác xử lý được biểu diễn bằng một hình chữ nhật, bên trong chứa nội
dung xử lý.

2.3.3.Ðường đi (route)
Khi dùng ngôn ngữ tự nhiên, ta mặc định hiểu rằng quá trình thực hiện sẽ
lần lượt đi từ bước trước đến bước sau (trừ khi có yêu cầu nhảy sang bước
khác). Trong ngôn ngữ lưu đồ, do thể hiện các bước bằng hình vẽ và có thể đặt
các hình vẽ này ở vị trí bất kỳ nên ta phải có phương pháp để thể hiện trình tự
thực hiện các thao tác.
Hai bước kế tiếp nhau được nối bằng một cung, trên cung có mũi tên để
chỉ hướng thực hiện. Chẳng hạn trong hình dưới, trình tự thực hiện sẽ là B1, B2,
B3.
Từ thao tác chọn lựa có thể có đến hai hướng đi, một hướng ứng với điều
kiện thỏa và một hướng ứng với điều kiện không thỏa. Do vậy, ta dùng hai cung
11

11


xuất phát từ các đỉnh hình thoi, trên mỗi cung có ký hiệu Ð/Ðúng/Y/Yes để chỉ
hướng đi ứng với điều kiện thỏa và ký hiệu S/Sai/N/No để chỉ hướng đi ứng với
điều kiện không thỏa.

2.3.4. Ðiểm cuối (terminator)
Ðiểm cuối là điểm khởi đầu và kết thúc của thuật toán, được biểu diễn
bằng hình ovan, bên trong có ghi chữ bắt đầu/start/begin hoặc kết thúc/end.
Ðiểm cuối chỉ có cung đi ra (điểm khởi đầu) hoặc cung đi vào (điểm kết thúc).
Xem lưu đồ thuật toán giải phương trình bậc hai ở trên để thấy cách sử dụng của
điểm cuối.
2.3.5. Ðiểm nối (connector)
12

12


Ðiểm nối được dùng để nối các phần khác nhau của một lưu đồ lại với nhau.
Bên trong điểm nối, ta đặt một ký hiệu để biết sự liên hệ giữa các điểm nối.

2.3.6. Ðiểm nối sang trang (off-page connector)
Tương tự như điểm nối, nhưng điểm nối sang trang được dùng khi lưu đồ
quá lớn, phải vẽ trên nhiều trang. Bên trong điểm nối sang trang ta cũng đặt một
ký hiệu để biết được sự liên hệ giữa điểm nối của các trang.

Ở trên chỉ là các ký hiệu cơ bản và thường được dùng nhất. Trong thực tế,
lưu đồ còn có nhiều ký hiệu khác nhưng thường chỉ dùng trong những lưu đồ
lớn và phức tạp. Ðối với các thuật toán trong cuốn sách này, ta chỉ cần sử dụng
các ký hiệu trên là đủ.

13

13


Chương 3 : Thiết kế bộ điều khiển
3.1 Phần cứng
3.1.1 Lựa chọn cảm biến
I. Cảm biến quang
Sử dụng cảm biến quang làm nhiệm vụ nhận biết sản phẩm để đưa tín
hiếu đến bộ điều khiển trung tâm.
 Cảm biến quang là cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc phát và thu tín hiệu

ánh sáng.
Có 2 dạng cảm biến quang:
+Cảm biến quang dạng thu và phát rời:
Là cảm biến gồm hai bộ phát và thu được tách rời ra riêng biệt. Các thiết
bị chuyển mạch quang điện vận hành theo kiểu truyền phát, vật thể cần phát hiện
sẽ chắn chùm ánh sáng (thường là bức xạ hồng ngoại) không cho chúng chiếu
tới thiết bị dò.

Hình 2.2 Cảm biến quang thu phát rời
+Cảm biến quang dạng thu và phát chung:
Là cảm biến gồm hai phần phát và thu được gộp chung thành một khối.
Các thiết bị chuyển mạch quang điện vận hành theo kiểu phản xạ, vật thể cần
phát hiện sẽ phản chiếu chùm ánh sáng lên thiế bị dò.

Hình 2.3 Cảm biến quang thu phát chung
Trong cả hai loại trên, cực phát xạ thông thường là Diode phát quang
(LED).
14

14


Thiết bị dò bức xạ có thể là Transistor quang, thường là hai Transistor
được gọi là cặp Darlington. Cặp Darlington làm tăng độ nhạy của thiết bị. Tuỳ
theo mạch được sử dung đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch đến mức
thấp khi ánh sáng đến Transistor.
Khoảng cách phát hiện vật thể tùy vào từng chủng loại. Có những loại chỉ
phát hiện được vật thể trong phạm vi nhỏ từ 20mm-160mm như series E3Z-LS
của OMRON.Nhưng cũng có nhứng series phát hiện vật thể từ khoảng cách 30m
như E3Z-T62, E3Z-T82 của OMRON…
 Cảm biến quang là một trong những công nghệ chủ chốt của OMRON và là

nhóm sản phẩm phong phú nhất trong các loại thiết bị tự động của OMRON.
Cảm biến quang có 4 chế độ hoạt động cơ bản:
 Chế độ thu phát
 Chế độ phản xạ (gương)
 Chế độ phản xạ khuếch tán
 Chế độ chống ảnh hưởng của nền.
 Cảm biến dạng thu phát có bộ phát và thu sáng tách riêng. Bộ phát truyền ánh

sáng đi và bộ thu nhận ánh sáng. Nếu có vật thể chắn nguồn sáng giữa hai phần
này thì sẽ có tín hiệu ra của cảm biến.
Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành phần chính:

Hình 2.4 Cấu trúc cảm biến quang
1. Bộ Phát sáng
2. Bộ Thu sáng
3. Mạch xử lý tín hiệu ra.
Bộ phát sáng

15

15


Ngày nay cảm biến quang thường được sử dụng bán dẫn LED (Light
Emitting Diode).
Ánh sáng được phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến
phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh
nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng).
Bộ thu sáng
Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ
phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều
loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên môn ASIC
(Application Specific Integrated Circuit).
Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức
năng vào một vi mạch (IC). Tất cả các dòng cảm biến quang Omron ra mắt gần
đây (như E3Z, E3T, E3F2) đều sử dụng ASIC.
Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp
của loại thu - phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp
phản xạ khuếch tán).
Mạch tín hiệu ra
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analog) từ tranzito quang/ASIC thành
tín hiệu On/Off được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức
ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt.
Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng
tín hiệu ra là tiếp điểm rơ le vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ
yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN).
 Cách mắc cảm biến quang:

Cảm biến quang thường có 3 đầu dây ra tương ứng với 3 màu đen, nâu và
xanh. Dây màu nâu được nối với +24V còn dây màu xanh nối với 0V để làm
nguồn nuôi cảm biến và dây màu đen nối là đầu xuất tín hiệu ra của cảm biến
nối với bộ điều khiển.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang.


16

16


Sử dụng cảm biến quang làm nhiệm vụ nhận biết sản phẩm lỗi để đưa tín
hiệu đến bộ điều khiển trung tâm.
Nguyên tắc làm việc của cảm biến quang: Được giải thích theo nguyên lý
hiện tượng quang điện tức là khi chiếu ánh sáng có năng lượng thích hợp vào
Katốt sẽ làm điện tử thoát khỏi Katốt và bị Anốt hút tạo thành dòng điện (với tế
bào quang điện). Và với quang trở là khi chiếu ánh sáng vào, điện tử nhận được
năng lượng nên sẽ thoát khỏi sức hút hạt nhân trở thành điện tử tự do nên quang
trở có khả năng dẫn điện.
Nguyên lý được thể hiện theo hình vẽ sau:

Hình3.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang
Theo hình thì rơle có hai đầu nối vào cuộn hút, một đầu đã được đấu với
dương nguồn và đầu còn lại thì được đấu nối tiếp với một quang trở và xuống
đất khi quang trở này không nhận được ánh sáng thì điện trở là lớn vô cùng nên
mạch không được nối kín cuộn hút của rơle sẽ không làm việc khi quang trở
nhận được ánh sáng thì lúc này điện trở tại quang trở là nhỏ vô cùng mạch đã
được nối kín lúc này cuộn làm việc sinh ra từ trường làm đóng tiếp điểm.
Trong bài sử dụng cảm biến quang của Omron loại E3F-DS10C4 có các
tính năng và đặc điểm như sau:

17

17


Hinh 3.3. Cảm biến E3F-DS10C4
Đây là loại cảm biến được tích hợp cả bộ thu và phát, ánh sáng được phản
xạ bởi bộ thu và phát từ đó đưa tín hiệu nhận biết này đến bộ điều khiển trung
tâm để xử lý. Bộ chuyển đổi quang điện điều khiển bằng tia hồng ngoại, như là
một cảm biến sử dụng phương pháp tiếp cận. Nguyên lý thu nhận của cảm biến
như hình.

18

18


Bộ phát

Bộ thu

Hình 3.4 Nguyên lý của bộ thu phát
Các thông số chính:
+ Modul

: E3F-DS10C4

+ Tên hãng

: Omron

+ Đầu ra

: 1chiều với 3 dây tín hiệu.

+ Khoảng cách phát hiện : 20cm
+ Điện áp làm việc

: 6 đến 36 VDC

+ Dòng làm việc

: 200mA

+ Tần số

: 500Hz

+ Kích thước

: 18 x 69mm /(D*L)

+ Trọng lượng

: 60g

+ Màu sắc

: Vàng và đen

Ưu, nhược điểm của cảm biến quang.



Ưu điểm:
-

Khả năng xác định chính xác cả vật thể.

-

Độ tin cậy cao, phát hiện được mọi loại vật thể (trừ loại trong suốt).

-

Có một điểm lắp đặt duy nhất.

-

Giá thành thấp hơn loại thu phát khác.

-

Có thể chỉnh khoảng cách phát hiện ở một mức thấp nhất.
Nhược điểm:
19

19


-

Khoảng cách phát hiện ngắn tối đa là 30m.
II. Cảm biến nhiệt độ
Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu
của cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó. Như
thế một yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt
độ cảm nhận của cảm biến”. Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà các bạn
trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này
( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào
việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1
trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt ).
+ Phân loại cảm biến nhiệt độ
- Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).
- Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ).
- Thermistor.
- Bán dẫn ( Diode, IC ,….).
- Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ). Dùng
hồng ngoại hay lazer.
a. Cặp nhiệt điện ( Thermocouples ).
- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.
- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
- Tầm đo: -100 D.C <1400 D.C

20

20


- Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng
( hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ). Khi có sự
chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động
V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh,
điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp
nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T. Các bạn
lưu ý điều này để chọn đầu dò và bộ điều khiển cho thích hợp.
- Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố
dẫn đến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ
cho nó ( offset trên bộ điều khiển ).
Lưu ý khi sử dụng:
- Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là
không nên nối thêm dây ( vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều ).
Cọng dây của cảm biến nên để thông thoáng ( đừng cho cọng dây này dính vào
môi trường đo ). Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị.
- Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm và dương ) do vậy cần
chú ý kí hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng.

Hình cặp nhiệt điện
21

21


b. ( Thermocouples ).
- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.
- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
- Tầm đo: -100 D.C

Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD
Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…
được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai
đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính
trong một khoảng nhiệt độ nhất định.Phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt,
được làm từ Platinum. Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy
cao, dải nhiệt đo được dài. Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm tại 0
D.C. Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao.
- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây.
Lưu ý khi sử dụng:
- Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số.
- Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple. Chúng ta
có thể nối thêm dây cho loại cảm biến này ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống
nhiễu ) và có thể đo test bằng VOM được.
- Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây.

22

22


Cảm biến dạng NTD
c. Thermistor
- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…
- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
- Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo.
- Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp.
- Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch
điện tử.
- Tầm đo: 50

Cấu tạo Thermistor.
- Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid. Các bột này được hòa
trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ
cao. Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.
- Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt
độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là loại
NTC.
23

23


- Thermistor chỉ tuyển tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C do
vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục
đích bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít. Cái Block lạnh nào
cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ.
Lưu ý khi sử dụng:
- Tùy vào nhiệt độ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu
ý hai loại PTC và NTC (gọi nôm na là thường đóng/ thường hở ) Có thể test dễ
dàng với đồng hồ VOM.
- Nên ép chặt vào bề mặt cần đo.
- Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ.
- Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây.

1. Hình Thermistor

d. Bán dẫn
- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.
- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
- Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý
đơn giản.
- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền.
- Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ
các mạch điện tử.
- Tầm đo: -50 <150 D.C.

24

24


Cấu tạo bán dẫn
Cảm biến nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những
chất bán dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là dựa
trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ngày
nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại
cảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống
nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản, rẽ tiền,….
Ta dễ dàng bắt gặp các cảm biến loại này dưới dạng diode ( hình dáng
tương tự Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng
là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một
điện áp chuẩn có trong mạch.

IC Cảm biến nhiệt LM35 và cảm biến nhiệt độ dạng Diode ần đây có cho ra
đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C (
DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”.

25

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×