BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ
NỘI KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN
MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
ĐỀ TÀI: Dùng các vi mạch tương tự và vi mạch số tính toán, thiết kế mạch đo
và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu.
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Bá Khá
Sinh viên thực hiện:

Hồ Sỹ Linh (n=47 và a=7)

Mã sv:

104124180

Nhóm:

2

Lớp:
Khoa:

TỰ ĐỘNG HÓA 2 –K10
Điện

1


Mục lục

Chương 1: Tổng quan về mạch đo.........................................................................................
1.1 Tổng quan......................................................................................................................
1.1.1 Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu.................................................................................................
1.2 Hình thành sơ đồ khối...................................................................................................
1.2.1 Sơ đồ khối.....................................................................................................................
1.2.2 Chức năng của các khối................................................................................................
1.3 Tổng quan mạch đo........................................................................................................
1.3.1 Mạch đo........................................................................................................................
1.3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ.......................................................................................
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính............................................................................
2.1Các linh kiện có trong mạch.............................................................................................
2.1.1 Cặp nhiệt ngẫu TCJ.......................................................................................................
2.1.2 Điện trở,biến trở............................................................................................................
2.1.3LED................................................................................................................................
2.1.4 Transistor.......................................................................................................................
Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo.................................................................................
3.1 Chuẩn hóa đầu ra từ 0÷10v..............................................................................................
3.2 Chuẩn hóa đầu ra từ 0÷5v................................................................................................
3.3 Chuẩn hóa đầu ra từ 0÷-5v...............................................................................................
3.4 Chuẩn hóa đầu ra từ 0÷20mA..........................................................................................
3.5 Chuẩn hóa đầu ra từ 4÷20mA..........................................................................................
3.6 khối mạch so sánh............................................................................................................
3.7 tính toán đèn nhấp nháy cho led......................................................................................
3.8 tính toán mạch cảnh báo bằng còi....................................................................................
3.9 mạch quạt điện.................................................................................................................
3.10 hiện thị nhiệt độ bằng led 7 thanh..................................................................................


Lời nói đầu
Đất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển trở thành một nước công nghiệp. Vì vậy vấn

đề điều khiển và vận hành các thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao năng xuất và chât lượng
sản phẩm đồng thời giảm chi phí là vấn đề quan trọng đáng để chú ý. Trong thực tế có rất
nhiều bài toán liên quan đến vấn đề đo và điều khiển nhiệt độ. Ví dụ như: lò sấy công
nghiệp, các lò luyện gang, sắt, thép... Trong kì này sau khi học môn vi mạch tương tự -vi
mạch số và các môn liên quan nhóm chúng em được giao đề tài: Thiết kế mạch đo và cảnh
báo nhiệt độ sử dung cảm biến nhiệt điện trở. Trong quá trình làm đề tài được sự giúp đỡ
hết sức tận tình của thầy Nguyễn Bá Khá cùng các thầy cô trong bộ môn Đo lường điều
khiển đã giúp đỡ em hoàn thành đúng thời hạn đề tài này. Do quỹ thời gian hạn hẹp cùng
một số hạn chế về kiến thức thực tế, em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành tốt bài tập
lớn của mình, em rất mong nhận được những sự nhận xét, sửa chữa, góp ý quý báu của
quý thầy cô và các bạn giúp em hoàn thiện hơn nữa trong thời gian sắp tới!
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày…..tháng…năm 2015


NỘI DUNG
Đề Tài: Dùng các vi mạch tương tự và vi mạch số tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng
cặp nhiệt ngẫu.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =00C ÷ tmax = 0-(100+10*n)0C.
Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp:
1. U=0÷10V
2. U=0 ÷ 5V
3. U= 0 ÷ -5V
4. I=0÷20mA.
5. I=4÷20mA
1.
Vẽ sơ đồ khối hệ thống
2.
Dùng phần mềm mô phỏng (hoặc mạch thực tế) thiết kế mạch đảm bảo:
- Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường : t0C=0÷tmax-(10+5*n ) điều khiển đèn sáng liên tục:

Thông số đèn 220VAC, 100W
- Khi nhiệt độ vượt giá trị t0C= tmax-(10+5*n). Đóng điện cho quạt 1 chiều 24 VDC, 60W chạy
làm mát.
- Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi và đèn sáng nhấp nháy (đèn có thông số: 24VDC, 24W) với
thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: T0=(5+0,1*a) giây khi nhiệt độ vượt giá trị : t 0C=
tmax-(10+5*n)
- Dùng LED 7 thanh hiển thị nhiệt độ.
Trong đó:
a: chữ số hàng đơn vị của danh sách (ví dụ: STT=3→a=3; STT=10→a=0)
n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.
PHẦN THUYẾT MINH
Yêu cầu về bố cục nội dung: (đóng quyển A4, không quá 25 trang)
-

Chương 1: Tổng quan về mạch đo
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính
Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo
- Tính toán, lựa chọn cảm biến
- Tính toán, thiết kế mạch đo
- Lựa chọn nguồn cung cấp.
- Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa
- Tính toán mạch cảnh báo còi, đèn nhấp nháy cho LED
- ...
Kết luận và hướng phát triển.


Chương 1: Tổng quan mạch đo
Tổng quan



Vi mạch số ,vi mạch tương tự lĩnh vực không những mang tới thời sự nóng bỏng nhưng vẫn
ẩn chứa vô số điều bí ẩn và có sức hấp dẫn lạ kỳ , đă đang từng ngày thâm nhập vào đời
sống của chúng ta .Nhưng trong thưc tế các dạng năng lượng thường ở dạng tương tự .Do đó
muốn xừ lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín
hiệu số .
Xuất phát từ ý tưởng đó, em đă thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo nhiệt độ hiển
thị ra đèn LED .Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm thưc tế về vấn đề chuyển đổi U-I ,
vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và vấn đề đo lường các đại lượng không điện bằng điện
Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ Phân ra
làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp
+Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt
trực tiếp trong môi trường cần đo.
+Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi trường cần
đo(áp dụng với trường hơp đo ở nhiệt độ cao ).
Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không phải ở
quá cao.( 0 – 91)
Đo nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp nhiệt
ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở.
Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ như dùng cảm
biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến nhiệt độ. Sau đây ta
sẽ đi tìm hiểu phương pháp thường dùng nhất đó là dùng cặp nhiệt ngẫu.

1.Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu :
Phương pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng nhiệt điện.
Người ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bản chất hoá học khác nhau
được nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín và nhiệt độ hai mối hàn là t và t0 khác
nhau thì trong mạch xuất hiện một dòng điện. Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện
gọi là sức điện động nhiệt điện. Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu
thứ hai để hở thì giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế
·

Nhiệt độ đầu tự do t0 đươc duy trì ở nhiệt độ chuẩn 0
nhưng thực tế thường nhỏ hơn trên lý thuyết .Phương pháp khắc phục :có 2 phương pháp :
giữ ổn nhiệt độ đầu đo hoăc dùng thiết bị bù nhiệt. Với cách thứ nhất ta chỉ việc ngâm đầu đo
vào nước đá cũng có cách thứ 2 :khi nhiệt độ thanh tư do thay đổi làm cho mạch bù mất cân
bằng dẫn đến việc xuất hiện điện áp bù vào sức điện động bị thay đổi.



I. Hình thành sơ đồ khối
1. Sơ đồ khối.
Mạch đo gồm có 6 khối cơ bản :

1. Khối Cảm Biến
2. Mạch Khuếch Đại
3. Mạch So Sánh
4. Khối Chỉ Thị
5. Khối Cảnh Báo
6. Mạch Chuyển Đổi U sang I


Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo:
Khối Chỉ thị

T0
Cảm
biến
U đặt

đổi U sang I
KhuếchChuyển

đại
điện áp
Cảnh báo
Mạch so
sánh

2.Chức năng của các khối trong mạch đo:
a, Khối cảm biến : khối cảm biến có chức năng biến đổi các tín hiệu không điện thành tín
hiệu điện thành tín hiệu điện tương ứng. ở đây ta dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại để
chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp.
b, Khối khuếch đại : có chức năng khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, vì tín hiệu
điện do cảm biến đưa ra thường là rất bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa vào các mạch điện
khác.
c, Mạch so sánh : có tác dụng so sánh tín hiệu đưa ra từ khối khuếch đại để đưa ra khối sau.
Việc so sánh tín hiệu sẽ được ứng dụng cho mạch cảnh báo khi có sự quá nhiệt độ.
d, Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện sang tín hiệu điện
áp để hiển thị ra .
e, khối cánh báo : cảnh báo cho người biết rằng nhiệt độ đã tăng quá cao so với nhiệt độ cho
phép.
Đó là các khối cơ bản dùng trong mạch đo và cảnh báo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở kim loại.


II. Tổng quan mạch đo
1.Mạch đo
Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý, dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà chọn ra
loại cảm biến phù hợp để thực hiện việc biến đổi các thông số cần đo thành đại lượng điện
hay điện áp
1. 1. U=0÷5V
2. U=0 ÷ 10V
3. U= 0 ÷ -5V

4. I=0÷20mA.
5. I=4÷20mA

Sau đó qua bọ lọc và khuếch đại tín hiệu
Tín hiệu sau khi được hiệu chỉnh sẽ chuyển qua bộ chuyển đổi U-I để đưa vào cơ cấu hiển
thị.

2.Các phương pháp đo nhiệt độ
Đo nhiệt độ là phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên của môi trường, không có điện
trong đại lượng cần đo
-

Nhiệt độ được phân làm nhiều dải để đo:
+ Dải mức thấp
+ Dải mức trung bình
+ Dải mức cao
Nhiệt độ được đo với các cảm biến hỗ trợ như
+ Cặp nhiệt kế
+ Nhiệt điện kế kim loại
+ Nhiệt điện trở kim loại
+ Nhiệt điện trở bán dẫn
+ Cảm biến thạch anh.


Chương 2 : Giới thiệu về các thiết bị chính
I . Các linh kiện có trong mạch
1. Cặp nhiệt ngẫu TCJ

Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt công nghiệp
Cấu tạo :

1) Vỏ bảo vệ: 2) Mối hàn :3) Dây điện cực :4) Sứ cách điện:

5) Bộ phận lắp đặt: 6) Vít nối dây: 7) Dây nối; 8) Đầu nối dây.
Đầu làm việc của các điện cực (3) được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn khí hoặc hàn
bằng tia điện tử. Đầu tự do nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờ các vít nối (6) dây đặt
trong đầu nối dây (8). Để cách ly các điện cực người ta dùng các ống sứ cách điện (4), sứ
cách điện phải trơ về hoá học và đủ độ bền cơ và nhiệt ở nhiệt độ làm việc. Để bảo vệ các
điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ
thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo
vỏ phải có độ dẫn


nhiệt không quá nhỏ nhưng cũng không được quá lớn. Trường hợp vỏ bằng thép mối hàn ở đầu
làm việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp.

Vật liệu chế tạo điện cực
1) Telua 2) Chromel 3) Sắt 4) Đồng 5) Graphit 6) Hợp kim platin-rođi
7) Platin 8) Alumel 9) Niken 10) Constantan 11) Coben
- Cặp Platin - Rođi/Platin:
Cực dương là hợp kim Platin (90%) và rôđi (10%), cực âm là platin sạch. Nhiệt độ làm việc
o
o
ngắn hạn cho phép tới 1600 C , Eđ =16,77mV. Nhiệt độ làm việc dài hạn <1300 C. Đường
o
đặc tính có dạng bậc hai, trong khoảng nhiệt độ 0 - 300 C thì E ˜ 0.
o
Trong môi trường có SiO2 có thể hỏng ở nhiệt độ 1000 - 1100 C. Đường kính
điện cực thường chế tạo φ = 0,5 mm.
Do sai khác của các cặp nhiệt khác nhau tương đối nhỏ nên loại cặp nhiệt này thường được
dùng làm cặp nhiệt chuẩn.

- Cặp nhiệt Chromel/Alumel:
Cực dương là Chromel, hợp kim gồm 80%Ni + 10%Cr + 10%Fe. Cực âm là Alumen, hợp
kim gồm 95%Ni + 5%(Mn + Cr+Si).
o
Nhiệt độ làm việc ngắn hạn ~1100 C, Eđ = 46,16 mV. Nhiệt
o
độ làm việc dài hạn < 900 C.
Đường kính cực φ= 3 mm.
- Cặp nhiệt Chromel/Coben:
Cực dương là chromel, cực âm là coben là hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni. Nhiệt độ làm
o
việc ngắn hạn 800 C, Eđ = 66 mV.
o
Nhiệt độ làm việc dài hạn < 600 C.
- Cặp nhiệt Đồng/Coben:
Cực dương là đồng sạch, cực âm là coben. Nhiệt độ
o
làm việc ngắn hạn 600 C.
o
Nhiệt độ làm việc dài hạn <300 C.
Loại này được dùng nhiều trong thí nghiệm vì dễ chế tạo.


Điện trở , biến
trở . a.Điện
trở

Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất
cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số
khác nhau.


Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
b. Biến trở
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng có thể
được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.
Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong
thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh
sáng hoặc bức xạ từ,...
Ký hiệu


Bộ khuếch đại thuật toán Opam 741

Cấu tạo bên trong của OP 741
-OpAmp là một linh kiện có nhiều chức năng
Khuếch đại hiệu hai điện thế nhập

Khuếch đại điện âm hoặc dương


So sánh hai điện thế nhập
. Khi V+ > V- .
. Khi V+ < V- .
. Khi V+ = V- .
Ngoài ra, mạch tích phân ,vi phân ,mạch cộng ,mạch trừ...
LED.
-Led thực chất là một diode nhưng có phát ra ánh sáng khi có dòng điện chạy qua nó.
- Là thiết bị dùng để báo sáng khi mạch đo thấy nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép


Transistor.

Nguyên lý hoạt động :Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+)
nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.
Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó
cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.
Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không
có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+)
nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB
Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn
phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB


Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công
thức .
IC = β.IB
Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp
giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất
mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua
tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ
trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về
phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.
LED 7 đoạn:
Tại khối hiển thị ta dùng IC giải mã 4 ngõ vào thành 7 ngõ ra để hiển thị lên LED giá trị nhiệt độ tại
mọi thời điểm hệ thống hoạt động. Mạch thực hiện chức năng đo và hiển thị nhiệt độ, báo động nhiệt

độ tại những khoảng được lập trình trước cho IC điều khiển.

Hình 5 : sơ đồ nối chân LED 7 đoạn
Mạch sẽ hiển thị giá trị nhiệt độ đo được tại mọi thời điểm hệ thống hoạt động, giá trị hiện thị sẽ
được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47 qua các Input, với tính năng giải mã của vi mạch
này, sẽ cho ra dữ liệu song song trên các Bus đến các LED song song. Chương trình sẽ chọn LED
nào và hiển thị nhiệt độ lên LED.
Khi có 1 sự biến đổi điện áp từ cảm biến, tức sự thay đổi nhiệt độ môi trường cần đo thì mã của
74LS47 cũng sẽ thay đổi phù hợp, tần số quét LED được thiết kế hợp lý để tránh mắt thường quan
sát được.


Các thiết bị cảnh báo :
Để cảnh báo quá nhiệt độ ta có thể sử dụng chuông cảnh báo hoặc còi để cảnh báo, hoặc ta có thể
sử dụng đồng thời cả hai để cảnh báo quá nhiệt độ. Những thiết bị này thường mang thông tin
nhanh và chính xác, dễ lắp đặt và sử dụng nguồn điện một chiều hay xoay chiều.

1.6 Nguồn cấp cho mạch :
Trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với cấp điện áp 5V, 9V hoặc 12V tùy theo yêu cầu
của mạch trên thực tế thì nguồn điện 1 chiều thường được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều.
nguồn cấp của chúng ta gồm có :
Máy biến áp có chức năng hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng đó là 5V,
9V, 12V.
Bộ chỉnh lưu cầu gồm có các điot, tụ điện, và điện và cuộn cảm có tác dụng chỉnh lưu từ
dòng xoay chiều sang dòng 1 chiều. sơ đồ nguyên lý của khối chỉnh lưu:


2.8.relay.

Hình 16: relay và cấu tạo

Rơle (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua cuộn dây của rơle tạo ra một từ
trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch. Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt
vì thế rơle có hai vị trí chuyển mạch qua lại.
Các chân đấu nối và chân chuyển mạch của rơle thường được ký hiệu là COM (POLE), NC và NO.
+ NC là điểm thường đóng, chân COM/POLE được kết nối với NC khi cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi 2
đầu cuộn dây không được cấp điện).
+NO = là điểm thường mở, COM/POLE được kết nối với NO khi cuộn dây rơle được từ hóa (được cấp điện).
+Hai chân A, B là 2 đầu của cuộn dây (nơi cấp nguồn nuôi cuộn hút).
4.Giới thiệu về TC7107
-ICL7107 của hang Intersil là một bộ chuyển đổi AD 3 ½ digit công suất thấp ,hiển thị tốt.Bao gồm
trong IC này là bộ giải mã Led 7 đoạn,bộ điều khiển hiển thị,bộ tạo chuẩn và bộ tạo xung đồng hồ.Các đặc
tính của nó bao gồm: tự chỉnh ”0” nhỏ hơn 10uV ,điểm “0” trượt không quá 1uV/Oc,độ dốc dòng ngõ vào
tối đa là 10Pa.
-IC này có các đặc điểm rất quan trọng sau:
+Độ chính xác rất cao.
+Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu.
+Không cần mạch lấy mẫu và mạch giữ.
+Tích hợp đồng hồ.
+Không cần các thành phàn ngoại vi có độchính xác cao.
* Cấu tao:

Hình Vùng xử lí tín hiệu tương tự của ICL7107


-

Hình thể hiện mạch xử lý tương tự của ICL7107. Mỗi chu kì đo được chia thành 3 pha (1)
tự chỉnh ”0”(A-Z), (2) Tích hợp tín hiệu (INT ) và (3) giải tích (DE) và một số thong số
khác.


-

(1) Pha tự chỉnh “0”
Trong pha này thực hiện 3 việc:
Ngõ vào cao và thấp bị ngắt kết nối khỏi các chân và ngắn mạch nội với chân COMMON
analog.
Tụ tạo chuẩn được nạp tới điện áp chuẩn.
Một vòng lặp hồi tiếp nối kín quanh hệ thống để nạp cho tụ tự chỉnh “0” CAZ để bù cho
điện áp offset (trôi) trong bộ khuếch đại đệm, bộ tích hợp và bộ so sánh. Vì bộ so sánh
nằm trong vòng lặp nên độ chính xác A-Z chỉ bị giới hạn bởi nhiễu của hệ thống. Trong
bất cứ trường hợp nào, điện áp offset do ngõ vào nhỏ hơn 10uV.
(2) pha tích hợp tín hiệu
Trong quá trình tích hợp tín hiệu, vòng lặp tự chỉnh “0” được mở, ngắn mạch nội không
còn, ngõ vào cao và thấp được nối với các chân ngoại vi. Bộ chuyển đổi lúc này tích hợp
điện áp khác biệt giữa chân IN HI và chân IN LO trong một khoảng thời gian cố định.
Điện áp sai biệt này có thể nằm trong phạm vi rộng: lên tới 1V từ cả hai nguồn. Mặt khác
tín hiệu vào không hồi trở lại nguồn cung cấp thì IN LO có thể bị nối với chân
COMMON analog để thiết lập điện áp mode chung chính xác. Cuối pha này các cực của
tín hiệu tích hợp được xác định.
(3) pha giải tích
Còn gọi là tích hợp tham chiếu. ngõ vào thấp luôn được kết nối với chân COMMON và
ngõ vào cao được kết nối qua tụ chuẩn đã đc nạp từ pha trước.Mạch trong IC đảm bảo
rằng tụ điện sẽ đc nối đúng cực để làm bộ tích hợp ngõ ra chuyển về “0” . Thời gian cần
thiết đểngõ ra chuyển về giá trị “0” tỷ lệ với tín hiệu vào.Đặc biệt số được hiển thị là :
DISPLAY COUNT=1000.VIN/VREF
(4) ngõ vào chênh lệch
Ngõ vào có thể chấp nhận các điện áp chenh lệch trong phạm vi của bộ khuếch đại ngõ
vào,hay cụ thể là từ 0.5V dưới nguồn dương đến 1V trên nguồn âm.Trong phạm vi này hệ
thống có CMRR(commom mode rejection ratio) 86dB.Tuy nhiên cần bảo đảm ngõ ra bộ
tích hợp không bão hòa.Trường hợp xấu nhất là điện áp MODE chung tích cực lớn với

một điện áp ngõ vào tích cực âm toàn giai.Tín hiệu ngõ vào điều khiển bộ tích phân
dương khi phần lớn độ lắc ngõ ra đã được tận dụng bởi điện thế Mode chung tích cực
dương .Dành cho những ứng dụng cao độ lắc của tích hợp ngõ ra có thể đc giảm xuống
nhở hơn độ lắc toàn giai 2V với ít sai số hơn.Bộ tích phân ngõ ra có thể lắc trong khoảng
0.3V với cả 2 nguồn mà không mất sự tuyến tính.
(5) Tham chiếu sai biệt:
Diện áp tham chiếu có thể đc tạo ra từ mọi nơi từ điện áp nguồn của bộ chuyển đổi.
Nguồn chính của lỗi Mode chung là điện áp vòng tạo bởi tụ tham chiếu nạp hay xả làm
sai lệch giá trị điện dung của nó.Nếu có điện áp Mode chung lớn, tụ tham chiếu có thể
được nạp(tăng điện áp)khi được dung đến để giải tích một tín hiệu dương nhưng sẽ xả
(giảm điện áp) khi được dùng để giải tích một tín hiệu âm.Sự khác biệt trong tham chiếu
điện áp vào dương à âm sẽ gây ra lỗi.Tuy nhiên bằng cách chọn tụ tham chiếu chẳng hạn
tụ có điện dung đủ lớn thì lỗi này có thể kiểm soát hơn 0.5 lần đếm.
(6) Vùng xử lý số của ICL7107

-

-

-

-

-

-



Chương 3 : Tính toán thiết kế mạch đo


I.Tính toán cảm biến (TCJ)
o
Theo tính chất của vật liệu làm nên cặp nhiệt ngẫu cứ khoảng 1 C tương ứng với 0,4mV
như hình :
Ở đề tài này yêu cầu dải nhiệt độ từ t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100 + 10×n)°C (với n= 47 )
o
o
tức là khoảng 0 C÷570 C cho nên ta sẽ chọn cặp nhiệt ngẫu làm từ chromel/coben để
sử dụng trong đề tài.Với cực dương là chromel, cực âm là
o
coben là hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni.Nhiệt độ làm việc ngắn hạn 800 C, Eđ = 66 mV.
o
Nhiệt độ làm việc dài hạn < 600 C.

Tính toán thiết kế nguồn :
Vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế thì nguồn
lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V. vậy vấn đề đặt ra là phải biến đổi dòng xoay
chiều sang 1 chiều .
khối nguồn sẽ bao gồm:


máy biến áp





bộ chỉnh lưa cầu dùng 4 điot
tụ điện C để lọc

cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện.

Sơ đồ nguyên lý:


+ tính chọn máy biến áp:ở đây chúng ta có hai nguồn đó là nguồn cho điện áp đặt ở bộ so
sánh 5V và nguồn cấp cho OA là 12V như vậy cần sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp
để lấy ra hai cấp điện áp mình dùng. Hoặc ta có thể hạ xuống 12V rồi dùng con biến trở để
chỉnh xuống 5 V nhưng sẽ tiêu tốn 1 lượng năng lượng vì vậy nên dùng 2 bộ chỉnh lưu điện
áp. 1 phương pháp khác là ta có thể dùng khối ổn áp 1 chiều để có đầu ra thay đổi.

Tối ưu nhất ở đây nên dùng phương án 3.
Phương án thiết kế :
biến áp : do yêu cầu đặt ra nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V và điện
áp ra là 15V .
 mạch chỉnh lưu : do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra ít nhấp
nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp cân bằng nên ta
sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu 2 nửa chu kỳ.
 bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san bằng điện áp để dòng điện phẳng hơn, tụ điện khá
đơn giản và chất lượng học khá cao. Nên ta dùng tụ điện.
 khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp ra thay đổi từ 0 đến 15V nên ta dùng IC
ổn áp thông dụng là LM 7805 do có dải điện áp ra trong khoảng 1,2V-35V với cách
mắc thông thường.



Cơ cấu đo dùng ổn áp LM 7805 dùng để ổn áp đầu ra 5V:


Tính toán thiết kế mạch khuếch đại và chuẩn hóa


Chuẩn hóa đầu ra 10V

Ta có:
lại có:
với
Do đó ta chọn các giá trị của R như sau:
Ω
=20kΩ
Ω
Ω
Chuẩn hóa đầu ra 5V

Ta có:


Mà
Do đó ta chọn các giá trị của R như sau:
Ω
=20kΩ
Ω
Ω
Chuẩn hóa đầu ra -5V

Để lấy được chuẩn hóa đầu ra -5V.
Ta thêm 1 khối khuếch đại đảo vào khối chuẩn hóa 5v
Ta có:
KU=-1 ta được chuẩn hóa đầu ra -5v

Chuẩn hóa đầu ra I=0-20 mV

Ta có KUI=-20.10-3
Từ đó ta chọn R14=500Ω
R13=100Ω

Chuẩn hóa đầu ra I=4-20 mV