Giáo trình Đo lường và điều khiển bằng máy tính (Nghề Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Trình độ Cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG

GIÁO TRÌNH

MƠN HỌC/MƠ ĐUN: ĐO LƯỜNG
VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH

NGÀNH/ NGHỀ : CN KTĐK VÀ TĐH
TRÌNH ĐỘ : Cao đẳng

(Ban hành theo Quyết định số:630/QĐ-CĐN, ngày 05 tháng 04
năm 2022 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang)

An Giang, Năm ban hành: 2022

1


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng ngun bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

Nguyễn Trường Sanh

2

Đo lường và điều khiển bằng máy tính

LỜI MỞ ĐẦU
Mơn học Đo lường và điều khiển bằng máy tính là một môn học chuyên
ngành dùng giảng dạy cho sinh viên năm cuối ngành Điện tử tự động. Môn học
đề cập đến vấn đề ứng dụng máy tính (Máy tính cá nhân PC, máy tính cơng
nghiệp và PLC) vào hệ thống điều khiển và đo lường. Xu hướng phát triển là
dùng Điều khiển dựa vào máy tính (PC-based Control) với hệ điều hành mạnh,
giao diện thân thiện, phần mềm dễ phát triển và giá thành hợp lí.
Để học tốt mơn học này sinh viên cần phải học qua môn Lý thuyết điều
khiển tự động và Vi xử lí. Giáo trình được soạn dựa theo chương trình chi tiết
của mơn học Đo lường và điều khiển bằng máy tính ngành cơng nghệ kỹ thuật
điều khiển và tự động hóa, số giờ của môn học là 75 giờ (30 giờ lý thuyết, 45
giờ thực hành).
Với mục tiêu trên, nội dung môn học được chia thành 7 chương như sau:
Chương 1: Khái niệm chung
Chương 2: Cảm biến và chuyển đổi
Chương 3 : Giao tiếp qua cổng song song
Chương 4: Giao tiếp qua cổng nối tiếp
Chương 5: Giao tiếp qua cổng USB
Chương 6: Thiết kế hệ thống nhúng giao tiếp máy tính
Chương 7: Lâp trình giao tiếp và điều khiển trên PC
Các bài học trên được sắp xếp theo trình tự phù hợp với nhận thức và phát
triển nhận thức của người học nghề. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao hơn
khi đọc giáo trình này, người học cần nắm vững các kiến thức cơ bản của các
môn học cơ sở khác như: kỹ thuật điện, linh kiện điện tử, mạch số, điện tử công
suất, kỹ thuật vi điều khiển cơ bản.
Cho dù các kiến thức trong giáo trình đã được sắp xếp một cách hợp lý
và có mối quan hệ chặt chẽ nhưng người học cần tham khảo thêm các giáo

trình có liên quan để việc học có hiệu quả hơn.
Mặc dù rất cố gắng trong quá trình biên soạn nhưng chắc chắn khơng
tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các đồng nghiệp và học viên góp ý để
cho giáo trình này ngày được hồn thiện hơn.
Giáo trình chỉ phục vụ cho mục đích giảng dạy, lưu hành nội bộ !
An Giang, ngày 20 tháng 05 năm 2021
Tác giả biên soạn
Nguyễn Trường Sanh

Nguyễn Trường Sanh

3


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

Mục Lục
Mục Lục .................................................................................................................... 4
CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC ............................................................................. 8
CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG .................................................................. 12
I. Máy tính trong điều khiển.............................................................................. 12
1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển quá trình ................................... 12
2. Hệ điều khiển nhúng ...................................................................................... 13
II. HMI (Human Machine Interface) ............................................................... 14
III. Kỹ thuật số (Digital techique) .................................................................... 15
IV. Điều khiển phân cấp và tích hợp hệ thống ................................................. 17
1. Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng máy tính ............................................. 17
2. Hệ thống điều khiển vịng hở (Hệ thống không hồi tiếp) ......................... 20
3. Hệ thống điều khiển vịng kín ..................................................................... 20
4. Hệ thống điều khiển số: ............................................................................... 20

CHƯƠNG 2. CẢM BIẾN VÀ CHUYỂN ĐỔI ................................................... 22
I. Nguyên lý các mạch đo và chuyển đổi. ......................................................... 22
II. Các loại cảm biến thông dụng .................................................................... 22
1. Cảm biến nhiệt độ .......................................................................................... 22
1/ Nhiệt điện trở Platin ......................................................................................... 24
2/ Nhiệt kế điện trở silic ....................................................................................... 25
3/IC Cảm biến nhiệt ............................................................................................. 25
4/Nhiệt điện trở NTC ........................................................................................... 26
5/ Nhiệt điện trở PTC. .......................................................................................... 26
2. Cảm biến công nghiệp ................................................................................... 28
1/ Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor). ........................................................... 28
2/ Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensor)......................... 30
3/ Cảm biến tiệm cận siêu âm (Ultrasonic proximity sensor). ............................ 30
4/ Encoder ............................................................................................................ 31
CHƯƠNG 3. GIAO TIẾP QUA CỔNG SONG SONG (LPT) .......................... 32
I. Giới thiệu chung ............................................................................................ 32
1. Giao tiếp với thiết bị ngoại vi ........................................................................ 33
2. Giao tiếp thiết bị khác .................................................................................... 34
3. Cổng song song SSP. ..................................................................................... 35
4. Cổng song song EPP ...................................................................................... 36
5. Cổng song song ECP ..................................................................................... 36
II. Ghép nối 2 máy tính ................................................................................... 37
CHƯƠNG 4. GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP ............................................ 49
I. Cơ bản và ghép nối về chuẩn giao tiếp cổng Com RS232 ............................ 49
1. RS232:............................................................................................................ 49
1/ Đặc điểm của RS232 ........................................................................................ 49
2/ Chức năng chân RS232 .................................................................................... 50
2. RS422............................................................................................................. 51
1/ Thông số kỹ thuật chuẩn RS422 ...................................................................... 52
Nguyễn Trường Sanh

4


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

2/ Thơng số kỹ thuật chuẩn RS422A ................................................................... 52
3/ Ưu nhược điểm RS422 .................................................................................... 52
4/ Ứng dụng của RS422 ....................................................................................... 52
II. Bộ chuyễn đổi mức ..................................................................................... 53
1. Các mức điện áp đường truyền ...................................................................... 53
2. Quá trình truyền dữ liệu ................................................................................. 53
3. Tốc độ Baud ................................................................................................... 53
III. Mạch giao tiếp cổng com............................................................................ 54
1. Sơ đồ bộ chuyển đổi tín hiệu TTL thành RS485 ........................................... 54
2. Dây chuyển đổi USB sang RS485 ................................................................. 55
3. Cáp điều khiển RS485 – Grove ..................................................................... 55
4. Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang USB ...................................................... 56
5. Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet ................................................ 56
IV. Mạng RS485 ............................................................................................... 56
1. Thông số kỹ thuật chuẩn RS485A ................................................................. 57
2. Truyền dẫn cân bằng. ..................................................................................... 57
3. Mức tín hiệu. .................................................................................................. 57
4. Cặp dây xoắn. ................................................................................................ 57
5. Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn. ................................................................. 57
6. Điện áp kiểu chung. ....................................................................................... 57
7. Vấn đề nối đất. ............................................................................................... 58
8. Điện trở đầu cuối. .......................................................................................... 58
9. Phân cực đường truyền. ................................................................................. 58
V. MOSBUS RTU ........................................................................................... 59

1. Nguyên lý hoạt động của RS485 ................................................................. 59
2. Sơ đồ chân RS485 2 dây ............................................................................. 60
3. Ưu điểm của RS485 .................................................................................... 60
4. Nhược điểm RS485 ..................................................................................... 61
5. Sự khác nhau giữa RS485 và RS232 ........................................................... 61
6. Số lượng trình điều khiển và nút ................................................................. 61
7. Khoảng cách trong giao tiếp........................................................................ 61
8. Ứng dụng của RS485 trong công nghiệp ..................................................... 61
VI. Thực hành giao tiếp qua cổng nối tiếp...................................................... 62
1. Sơ đồ giao tiếp RS485 giữa hai Arduino ..................................................... 62
2. Chương trình ............................................................................................... 62
CHƯƠNG 5: GIAO TIẾP QUA CỔNG USB ................................................... 64
I. Cấu trúc cổng USB. .................................................................................... 64
II. Các mạch tích hợp chuyển đổi. ................................................................ 65
1. USB sang RS232 ........................................................................................ 65
2. USB sang RS422 ........................................................................................ 65
3. USB sang RS485 ........................................................................................ 66
4. Sự khác biệt giữa RS232, RS422, RS485 .................................................... 67
III. Các mạch ứng dụng.................................................................................. 67
Nguyễn Trường Sanh

5


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

1. USB đến cổng nối tiếp RS232 ..................................................................... 68
2. USB đến 3-dây cổng nối tiếp RS232 ........................................................... 68
3. Bộ điều hợp hồng ngoại USB ...................................................................... 68
CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG GIAO TIẾP MÁY TÍNH ....... 70

I. Giới thiệu chung. ........................................................................................ 70
1. Bo Nhúng.................................................................................................... 70
2. Sơ đồ ứng dụng hệ thống nhúng .................................................................. 70
3. Sơ đồ khối của hệ thống nhúng trên điều hòa: ............................................. 71
4. Đặc điểm của hệ thống nhúng ..................................................................... 72
5. Ứng dụng và tầm quan trọng của hệ thống nhúng. ...................................... 72
II. Hệ thống thu thập, đo đạc số liệu từ cảm biến. ......................................... 72
1. Tổng quan về hệ thống đo lường và điều khiển. .......................................... 72
2. Ví dụ về hệ thống đo lường nhiệt độ. ......................................................... 73
3. Hệ thiết bị đo lường .................................................................................... 74
4. Khảo sát một số sơ đồ khối của một hệ thống đo tự động:........................... 75
1/ Sơ đồ khối điều khiển của máy điều hịa khơng khí....................................... 75
2/ Hệ thống giám sát vận hành .......................................................................... 76
3/ Mơ hình ứng dụng IoT trong nơng nghiệp công nghệ cao .......................... 77
5. Thu thập dữ liệu Thu thập dữ liệu ............................................................... 77
1/ Thu thập dữ liệu Thu thập dữ liệu giao tiếp máy tính ................................. 77
2/ Chức năng của hệ thu thập dữ liệu ............................................................. 78
6. Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh .......................................................... 78
1/ Hệ thống dữ liệu 1 kênh ................................................................................ 78
2/ Hệ thống dữ liệu nhiều kênh.......................................................................... 79
7. Thực Hành: ................................................................................................. 79
III. Hệ thống điều khiển các thiết bị ngoại vi. ................................................ 79
1. Tạo cổng ảo trao đổi RS-232 ....................................................................... 79
2. Sử dụng file *. DLL trong phần mềm windows........................................... 80
3. Thực Hành: ................................................................................................. 80
CHƯƠNG 7: LẬP TRÌNH GIAO TIẾP VỚI VI ĐIỀU KHIỂN TRÊN PC ....... 81
I. Giới thiệu về Visual Basic........................................................................... 81
1. Giới thiệu về Visual Basic 6.0 ..................................................................... 81
2. Cài đặt Visual Basic 6.0 .............................................................................. 81
1/ Tìm hiểu các thành phần của IDE.................................................................. 82

2/ Biểu mẫu (Form) ........................................................................................... 82
3/ Lập Trình Cấu Trúc Trong Visual Basic ....................................................... 83
4/ Lệnh lựa chọn Select Case ............................................................................ 83
II. Lập trình giao tiếp cổng COM. ................................................................ 85
1. Ngơn ngữ lập Trình ..................................................................................... 85
2. Các chức năng cơ bản ................................................................................. 85
3. Chương trình ............................................................................................... 85
Nguyễn Trường Sanh

6


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

4. Thực Hành .................................................................................................. 87
III. Lập trình giao tiếp cổng song song. .......................................................... 87
1. Sơ đồ giao tiếp cổng song song ................................................................... 87
2. IC 89c051 giao tiếp &4HC299 ................................................................... 88
3. Ghép nối 2 máy tính .................................................................................... 89
IV. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Modbus .................................... 90
1. MODBUS RTU có một chủ, như PLC, PC, DCS và 247 thiết bị tớ được kết nối
trong cấu hình multi-drop. ................................................................................ 90
2. Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU ................................................... 91
3. Sơ đồ kết nối chuẩn MODBUS ..................................................................... 92
V. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Ethernet ....................................... 93
1. Hệ thống điều khiển .................................................................................... 93
2. Mạng truyền thông công nghiệp .................................................................. 94
3. Giao thức truyền thông................................................................................ 94
4. Mạng truyền thông Ethernet ........................................................................ 95
5. Các bước thiết lập điều khiển ...................................................................... 96

6. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ................................ 98
1/ Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 99
2/ Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển các thiết bị của hệ thống trạm trộn điều
khiển bằng PLC................................................................................................. 99
3/ Cấu trúc PLC CP1E-N30DR-A ................................................................... 100
4/ Biến tần 3G3JX ........................................................................................... 101
5/ Ethernet Option Board CP1W-CIF41 .......................................................... 101
6/ Cảm biến mức ............................................................................................. 101
7/ Cảm biến quang .......................................................................................... 101
8/ Giao tiếp truyền thông (Communications)................................................... 101
9/Giao tiếp truyền thông PLC Omron.............................................................. 101
7. Thực hành viết chương trình điều khiển ứng dụng .................................... 101

Nguyễn Trường Sanh

7


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC
Tên Môn học: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH
Mã số mơn học: MH26
Thời gian mơn học: 75h (Lý thuyết: 30h; Thực hành: 36h; kiểm tra: 9h)
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC:
Trước khi học Mơn học này cần hồn thành các Mơn học cơ sở, đặc biệt là các
môn học: Cảm biến và chuyển năng.
II. MỤC TIÊU MÔN HỌC :
1. Kiến thức:
Module nhằm trang bị cho người học các kiến thức cơ bản sau:

- Hiểu đặc điểm và cách sử dụng các chuẩn giao tiếp của máy tính.
- Phương pháp thiết kế hệ thống nhúng có khả năng thu thập số liệu từ cảm biến,
điều khiển các thiết bị ngoại vi và giao tiếp với máy tính thông qua các cổng giao
tiếp.
- Cung cấp kiến thức lập trình điều khiển trên Windows với Visual Basic.
- Lập trình truyền thông theo chuẩn Modbus, Ethernet.
2. Kỹ năng:
- Module giúp người học có cơ hội rèn luyện và phát triển các kỹ năng sau:
- Kỹ năng phân tích, lựa chọn các cổng kết nối trên máy tính.
- Kỹ năng thiết kế các hệ thống nhúng giao tiếp với máy tính.
- Kỹ năng lập trình giao tiếp và điều khiển trên Windows.
- Có khả năng làm việc nhóm, phân tích, đánh giá, lựa chọn giải pháp phù hợp để
giải quyết một vấn đề thực tế.
- Có khả năng tổng hợp, tìm kiếm thông tin, lập kế hoạch, báo cáo công việc,
thuyết trình kết quả đã thực hiện.
3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Sinh viên cần có thái độ tích cực tham gia vào các hoạt động trên lớp, chủ động
chuẩn bị bài và làm bài tập ở nhà.
- Có tinh thần trách nhiệm trong làm việc nhóm, hịa nhã, tích cực trong cơng việc
được giao.

Nguyễn Trường Sanh

8


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

III. NỘI DUNG MÔN HỌC
1. Nội dung tổng quát và phân bố thời gian :

Số
TT
1
2
3
4
5
6

Tên các bài trong Môn học
Chương 1: Khái niệm chung
Chương 2: Cảm biến và chuyển đổi
Chương 3 : Giao tiếp qua cổng song
song
Chương 4: Giao tiếp qua cổng nối
tiếp
Chương 5: Giao tiếp qua cổng USB
Chương 6: Thiết kế hệ thống nhúng
giao tiếp máy tính
Chương 7: Lâp trình giao tiếp và
điều khiển trên PC
Cộng:

Tổng
số
1
3

Thời gian
Lý

Thực
thuyết
hành
1
3

Kiểm
tra*

8

2

4

2

8

4

4

8

4

4

20

4

12

4

27

12

12

3

75

30

36

9

*Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và được
tính vào giờ thực hành.
2. Nội dung chi tiết:
2. Nội dung chi tiết:
Chương 1: Khái niệm chung
Mục tiêu của bài:
- Phát biểu các khái niệm về máy tính trong điều khiển.

Nội dung của bài:
Thời gian: 1.0h (LT: 1.0h; TH: 0.0h)
1. Máy tính trong điều khiển.
Thời gian:0.5h
2. Điều khiển phân cấp và tích hợp hệ thống
Thời gian:0.5h
Chương 2: Cảm biến và chuyển đổi
Mục tiêu của bài:
- Xác định nhiệm vụ và chức năng của cảm biến;
- Trình bày được nguyên lý hoạt của một số cảm biến công nghiệp;
- Nhận biết và sử dụng được một số cảm biến trong công nghiệp.
Nội dung của bài:
Thời gian: 3.0h (LT: 3.0h; TH: 0.0h)
1. Nguyên lý các mạch đo và chuyển đổi
Thời gian:1.0h
2. Giới thiệu các loại cảm biến thông dụng
Thời gian:1.0h
3. Cảm biến công nghiệp
Thời gian:1.0h
Chương 3: Giao tiếp qua cổng song song (LPT)
Mục tiêu của bài:
- Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng LPT;
Nguyễn Trường Sanh

9


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

- Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng LPT;

- Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng LPT.
Nội dung của bài:
Thời gian: 8.0h (LT: 2h; TH: 4.0h; KT: 2.0h)
1. Giới thiệu chung
Thời gian: 0.5h
2. Cổng song song SSP.
Thời gian:0. 5h
3. Cổng song song EPP
Thời gian: 0.5h
4. Cổng song song ECP
Thời gian: 0.5h
5. Ghép nối 2 máy tính
Thời gian: 4h
Kiểm tra
Thời gian: 2.0h
Chương 4: Giao tiếp qua cổng nối tiếp (RS232)
Mục tiêu của bài:
- Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng RS232;
- Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng RS232;
- Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng RS232.
Nội dung của bài:
Thời gian: 8h (LT: 4.0h; TH: 4.0h)
1. Cấu trúc cổng COM
Thời gian: 1.0h
2. Mạch chuyển mức
Thời gian: 1.0h
3. Mạch giao tiếp cổng COM
Thời gian: 1.0h
4. Mạng RS485
Thời gian: 1.0h

5. Thực hành giao tiếp qua cổng nối tiếp
Thời gian: 4.0h
Chương 5: Giao tiếp qua cổng USB
Mục tiêu của bài:
- Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng USB;
- Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng USB;
- Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng USB.
Nội dung của bài:
Thời gian: 8.0h (LT: 4.0h; TH: 4.0h)
1. Cấu trúc cổng USB.
Thời gian: 2.0h
2. Các mạch tích hợp chuyển đổi.
Thời gian: 2.0h
3. Các ứng dụng.
Thời gian: 4.0h
Chương 6: Thiết kế hệ thống nhúng giao tiếp máy tính
Mục tiêu của bài:
- Trình bày được cấu trúc cơ bản của hệ thống nhúng;
- Biết được các thành phần của một hệ thống nhúng cơ bản;
- Thực hiện kết nối được một hệ thống nhúng cơ bản.
Nội dung của bài: Thời gian: 20h (LT: 4.0h; TH: 12.0h;KT: 4.0h)
1. Giới thiệu chung.
Thời gian: 2.0h
2. Hệ thống thu thập, đo đạc số liệu từ cảm biến.
Thời gian: 6.0h
3. Hệ thống điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Thời gian: 8.0h
Kiểm tra
Thời gian: 4.0h
Chương 7: Lập trình giao tiếp với vi điều khiển trên PC

Mục tiêu của bài:
- Trình bày được cấu trúc cơ bản về Visual Basic trong lập trình giao tiếp;
- Viết được giao diện cơ bản cho lập trình vi điều khiển trên PC;
- Thực hiện kết nối được một hệ thống vi điều khiển với PC.
Nguyễn Trường Sanh

10


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

Nội dung của bài: Thời gian: 20h (LT: 4.0h; TH: 12.0h;KT: 4.0h)
1. Giới thiệu về Visual Basic.
Thời gian: 2.0h
2. Lập trình giao tiếp cổng COM.
Thời gian: 6.0h
3. Lập trình giao tiếp cổng song song.
Thời gian: 8.0h
4. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Modbus
Thời gian: 4.0h
5. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Ethernet
Thời gian: 4.0h
Kiểm tra
Thời gian: 3.0h

Nguyễn Trường Sanh

11

Đo lường và điều khiển bằng máy tính

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG
Mục tiêu của bài:
- Phát biểu các khái niệm về máy tính trong điều khiển.
Nội dung của bài:
Thời gian: 1.0h (LT: 1.0h; TH: 0.0h)
I. Máy tính trong điều khiển.
Ngày nay việc xử dụng máy tính nói riêng và vi xử lý nói chung trong các dây và vi xử lý
nói chung trong các dây chuyền sản xuất hiện đại đã là yêu cầu bắt chuyền sản xuất hiện
đại đã là yêu cầu bắt buộc để tăng năng suất và chất lượng sản buộc để tăng năng suất và
chất lượng sản phẩm. Trong các sản phẩm dân dụng, việc phẩm. Trong các sản phẩm dân
dụng, việc sử dụng vi xử lý góp phần tăng tính thơng sử dụng vi xử lý góp phần tăng tính
thơng minh của sản phẩm và tạo tiện lợi cho minh của sản phẩm và tạo tiện lợi cho người
sử dụng.
Vi xử lý được sử dụng trong điều khiển và đo Vi xử lý được sử dụng trong điều khiển và
đo lường dưới các dạng sau: lường dưới các dạng sau:
- Máy tính điều khiển Máy tính điều khiển
- Vi xử lý điều khiển nhúng Vi xử lý điều khiển nhúng (embedded (embedded
microprocessor, embedded micro-controller) microprocessor, embedded microcontroller)
- Bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) Bộ điều khiển logic lập trình được
(PLC)
- Cả ba dạng đều được thiết kế dựa trên cơ sở Cả ba dạng đều được thiết kế dựa trên
cơ sở hoạt động của vi xử lý với chức năng xử lý hoạt động của vi xử lý với chức năng
xử lý thông tin thơng.

Hình 1. Máy tính điều khiển
1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển quá trình
Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển quá trình gồm các phần sau: gồm các phần
sau:

- Bộ xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm
- Các kênh truyền thông liên lạc giữa người - máy Các kênh truyền thông liên lạc
Nguyễn Trường Sanh

12


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

giữa người - máy tính tính (HMI) (HMI) và giữa máy tính –máy tính . và giữa máy
tính –máy tính .
- Các thiết bị ghép nối và chuyển đổi tương tự - số Các thiết bị ghép nối và chuyển
đổi tương tự - số (ADC), chuyển đổi số - tương tự (DAC). (ADC), chuyển đổi số tương tự (DAC).
- Thiết bị đo lường (cảm biến) Thiết bị đo lường (cảm biến)
- Cơ cấu chấp hành (relay, động cơ, van khí và thủy Cơ cấu chấp hành (relay, động
cơ, van khí và thủy lực, xy lanh thủy khí…)
Khi dùng máy tính để đo lường – điều Khi dùng máy tính để đo lường – điều khiển ta
phải giải quyết vấn đề là xuất khiển ta phải giải quyết vấn đề là xuất một dữ liệu 8 bit ra
một thanh ghi hay đọc một dữ liệu 8 bit ra một thanh ghi hay đọc dữ liệu 8 bit từ thanh
ghi vào một biến. dữ liệu 8 bit từ thanh ghi vào một biến.
2. Hệ điều khiển nhúng
Vấn đề này được giải quyết dễ dàng bằng Vấn đề này được giải quyết dễ dàng bằng các
ngôn ngữ lập trình như hợp ngữ, các ngơn ngữ lập trình như hợp ngữ, Pascal, C, Visual
C, Delphi
Hệ điều khiển nhúng là hệ thống mà Hệ điều khiển nhúng là hệ thống mà máy tính
được nhúng vào vịng điều máy tính được nhúng vào vịng điều khiển của sản phẩm
nhằm điều khiển khiển của sản phẩm nhằm điều khiển một đối tượng, điều khiển một qúa
một đối tượng, điều khiển một qúa trình cơng nghệ đáp ứng các u cầu trình cơng nghệ
đáp ứng các u cầu đặt ra.
Hệ thống điều khiển nhúng lấy thông tin từ các cảm biến, xử lý thơng tin từ các

cảm biến, xử lý tính tốn các thuật điều khiển và tính tốn các thuật điều khiển và phát tín
hiệu điều khiển cho các phát tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành.

Hình 2. Hệ thống điều khiển nhúng .

Nguyễn Trường Sanh

13


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

II. HMI (Human Machine Interface)
HMI là từ viết tắt của Human-MachineInterface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa
Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết
người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào
Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một máy móc mà
con người “giao diện” với một máy móc thì đó là một HMI.

Hình 3. HMI
Khi các quá trình ở sàn nhà máy được tự động hóa nhiều hơn, người điều khiển
cần động hóa nhiều hơn, người điều khiển cần có thêm nhiều thơng tin về q trình, và
u có thêm nhiều thơng tin về quá trình, và yêu cầu về hiển thị và điều khiển nội bộ trở
nên cầu về hiển thị và điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn. Một trong những đặc điểm
tiến bộ trong lĩnh vực này là hiển thị dạng tiến bộ trong lĩnh vực này là hiển thị dạng cảm
ứng.
Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn từng phần của hiển thị có
một đơn giản ấn từng phần của hiển thị có một “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt
động “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt động hay nhận hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu
cầu hay nhận hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột và gậy điều khiển, có

bàn phím, chuột và gậy điều khiển, ngoại trừ công tác lập trình phức tạp ít gặp ngoại trừ
cơng tác lập trình phức tạp ít gặp có thể được thực hiện trong q trình rửa có thể được
thực hiện trong q trình rửa trôi.
Một ưu điểm khác nữa là hiển thị dạng tinh thể lỏng. Nó chiếm ít khơng gian hơn,
thể lỏng. Nó chiếm ít khơng gian hơn, mỏng hơn hiển thị dạng CRT, và do đó có mỏng
hơn hiển thị dạng CRT, và do đó có thể được sử dụng trong những không gian thể được
sử dụng trong những không gian nhỏ hơn.
Người điều khiển làm việc trong không người điều khiển làm việc trong không
gian rất hạn chế tại sản nhà máy. Đôi khi gian rất hạn chế tại sản nhà máy. Đơi khi khơng
có chỗ cho họ, các cơng cụ, phụ tùng khơng có chỗ cho họ, các cơng cụ, phụ tùng và
HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có thể di và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có thể di
chuyển được.
Nguyễn Trường Sanh

14


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

ADC – DAC (analog digital converter- digital analog converter) (analog digital
converter- digital analog converter) Kỹ thuật tương tự (analog techique) Kỹ thuật tương
tự (analog techique)
Khi ta nói trước micro thì lực của khơng khí tác động vào micro cũng thay đổi. Ở
khí tác động vào micro cũng thay đổi. Ở đây, micro đóng vai trị như màng nhỉ. Khi đây,
micro đóng vai trị như màng nhỉ. Khi đó điện áp ở 2 đầu micro sẽ thay đổi theo đó điện
áp ở 2 đầu micro sẽ thay đổi theo lực của khơng khí. Sự thay đổi của điện áp lực của
khơng khí. Sự thay đổi của điện áp này sẽ tương tự với sự rung động của màng này sẽ
tương tự với sự rung động của màng nhỉ
Bởi vậy, người ta gọi đây là kỹ thuật tương tự( Analog). Rõ ràng, bất kỳ sự thay
đổi tự( Analog). Rõ ràng, bất kỳ sự thay đổi nào của điện áp này điều có ý nghĩa. Nhiễu

nào của điện áp này điều có ý nghĩa. Nhiễu sẽ làm cho biên độ tín hiệu thay đổi. Đây sẽ
làm cho biên độ tín hiệu thay đổi. Đây chính là nguồn gốc nhược điểm của kỹ chính là
nguồn gốc nhược điểm của kỹ thuật tương tự. Nó rất dễ bị nhiễu xâm thuật tương tự. Nó
rất dễ bị nhiễu xâm nhập.

Hình 4. Tín hiệu tương tự
III. Kỹ thuật số (Digital techique)
Hệ số là tập hợp những chữ số mà ta dùng để hệ số là tập hợp những chữ số mà ta dùng
để đếm. Hệ 10 Hệ 10 : 0 1 2 4 5 6 7 8 9 ..
1. Hệ nhị phân
Hệ nhị phân: chỉ gồm 2 chữ số: 0 1
- Chữ số của hệ nhị phân được người ta gọi là bit
- Chữ số của hệ nhị phân được người ta gọi là bit.
2. Tín hiệu tương tự và tín hiệu số:

Nguyễn Trường Sanh

15


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

Hình 5. Tín hiệu tương tự và tín hiệu số
Ta thấy tín hiệu tương tự là: 1 miền liên tục
Trên hình, có chỗ điện áp là 4V nhưng vẫn là mức 1. Nhiễu chỉ có thể tăng/giảm biên là
mức 1.
Lấy mẫu: (SAMPLING) (SAMPLING) : T1, T2... là các lần lấy mẫu. T1, T2... là các lần
lấy mẫu. t1, t2... là thời gian .

Hình 6. Lấy mẫu.

Lấy mẫu là giai đoạn đầu của quá trình
Số lần lấy mẫu trong 1 giây gọi là tần số lấy Số lần lấy mẫu trong 1 giây gọi là tần số lấy
mẫu Sampling rate
ADC – DAC, ADC – DAC (analog digital converter- digital analog converter)
Số các mức gọi là độ rộng của mẫu Số các mức gọi là độ rộng của mẫu (Resolution), ví
dụ: độ rộng là 16 mức => dùng 4 bit nhị phân để lưu trữ. dùng 4 bit nhị phân để lưu trữ.
Tốc độ lấy mẫu = tần-số-lấy-mẫu x độTốc độ lấy mẫu Tiếng Anh gọi là sampling rate
sampling rate vd: 22khz x 8 bit = 176kb/s
Giải mã

Nguyễn Trường Sanh

16


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

Hình7. Giãi mã.
Sau khi giải mã thì ta thu được 1 đường gấp Sau khi giải mã thì ta thu được 1
đường gấp khúc trong khi đường gốc là 1 đường cong. khúc trong khi đường gốc là 1
đường cong. Cũng dễ thấy, nếu ta càng tăng tần số lấy Cũng dễ thấy, nếu ta càng tăng tần
số lấy mẫu, tăng độ rộng mẫu thì đường giải mã mẫu, tăng độ rộng mẫu thì đường giải
mã sẽ càng mịn và càng giống đường gốc.
Nyquyst đã nghiên cứu và nói là tần số lấy Nyquyst đã nghiên cứu và nói là tần số
lấy mẫu lớn hơn 2 lần băng thơng thì kết quả mẫu lớn hơn 2 lần băng thơng thì kết quả
thu được là gần trung thực Ví dụ: tai người nghe 0-20Khz, băng thơng = 20khz-0hz =
20khz, vậy thì tần số lấy = 20khz-0hz = 20khz, vậy thì tần số lấy mẫu ít nhất phải là 2x
20khz =40khz
IV. Điều khiển phân cấp và tích hợp hệ thống

1. Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng máy tính
Tùy theo độ phức tạp của đối điều khiển ta có thể sử dụng một cơng cụ máy tính
hoặc là hệ thống nhiều máy tính ghép với nhau theo mạng phân bố và phân cấp. Việc
giao tiếp giữa các máy tính thường là giao tiếp tuần tự khơng đồng bộ.
Giao tiếp người-máy thực hiện qua bàn phím (keyboard, touch panel), màn hình
(CRT, LCD) hay kênh âm thanh.
Tín hiệu đo lường điều khiển có 2 dạng: nhị phân (on/off) và tương tự. Đối với những
tín hiệu tượng tự từ cảm biến, cần sử dụng các bộ chuyển đổi ra dạng điện áp hay dòng
rồi chuyển từ tương tự sang số (ADC).

Nguyễn Trường Sanh

17


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

Hình 8. Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng máy tính
Tín hiệu điều khiển dạng số cần chuyển sang tương tự (DAC). Tùy theo loại
cơ cấu chấp hành ta cần các bộ khuếch đại công suất phù hợp (KĐCS lớp B, điều rộng
xung, điều khiển pha, biến tần, khóa bán dẫn, role).
Do bản chất làm việc của máy tính là tuần tự nên máy tính chỉ giao tiếp với bên
ngồi theo những khoảng thời gian rời rạc vì vậy hệ thống điều khiển dùng máy tính là
hệ thống điều khiển rời rạc và các vấn đề phát sinh như thời gian lấy mẫu, thời gian trễ
do tính tốn xử lý, sai số do lượng tử vì độ phân giải có hạn của chuyển đổi A/D và
D/A cần phải được xét đến.
Do tính chất đa dạng của các thiết bị về chủng loại và nhãn hiệu vấn đề ghép nối các
thiết bị nói trên (tích hợp hệ thống- system intergrator) địi hỏi phải có tiêu chuẩn
chung về cơ (kích thước ), điện (điện áp, dịng, cáp nối), truyền thơng.
Hệ thống sản xuất phức tạp thƣờng cấu trúc theo mạng, thấp nhất là mạng PLC

gồm nhiều PLC kết nối qua mạng MPI, Profibus. trong mạng có máy tính hay màn
hình HMI. Cấp cao hơn là mạng PLC+ máy tính SCADA(Supervisor Control and
Data Acquisition), máy tính làm nhiệm vụ chẩn đốn hỏng hóc, hiển thị, thay đổi
thông số hoạt động của hệ thống, lưu trữ và ttường trình, có thể có nhiều máy tính
kết nối theo mạng LAN.

Nguyễn Trường Sanh

18


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

Hình 9. Điều khiển phân cấp xí nghiệp.
Một dạng phân cấp khác là hệ thống điều khiển phân bố DCS(Distributed Control
System), trong mạng có máy tính giám sát, máy tính điều khiển q trình, PLC,
RTU(Remote Terminal Unit), FCU(Field Control Unit) hoạt động dưới một chương
trình bảo đảm năng suất, chất lượng sản phẩm, tránh ngừng dây chuyền sản xuất.

Hình 10. Cấu trúc phân cấp máy CNC

Nguyễn Trường Sanh

19


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

2. Hệ thống điều khiển vịng hở (Hệ thống khơng hồi tiếp)
Thành phần của hệ thống điều khiển vòng hở thường được chia làm hai phần:

bộ điều khiển và quá trình bị điều khiển (cịn gọi là đối tượng điều khiển).

Hình 11. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển (HTĐK) vòng hở.
Trong đó : r(t) là tín hiệu vào, c(t) là tín hiệu ra, u(t) là tín hiệu điều khiển
3. Hệ thống điều khiển vịng kín

Hình 12. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển (HTĐK) vịng kín.
Trong đó: r(t) là tín hiệu vào; c(t) là tín hiệu ra; c*(t) là tín hiệu hồi tiếp và u(t) là tín
hiệu điều.
4. Hệ thống điều khiển số:
Hệ thống điều khiển bằng máy tính chứa cả tín hiệu liên tục và tín hiệu lấy
mẫu hay rời rạc theo thời gian. Những hệ thống như vậy về truyền thống được họi là
hệ thống lấy mẫu dữ liệu.
Hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer-controlled system) cịn được
gọi là hệ thống lấy mẫu dữ liệu (sampled-data system). Sơ đồ khối hệ như sau

Nguyễn Trường Sanh

20


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

A-D

{u(tk)}

D-A

trình

Hình 13. Hệ thống điều khiển bằng máy tính
Các kiến thức lý thuyết nền tảng cần thiết mà người đọc cần biết :
- Tính tốn cơ bản.
- Lý thuyết mạch điện cơ bản.
- Lý thuyết điều khiển hồi tiếp cơ bản.
- Nguyên lý cơ bản về cấu trúc máy tính và hoạt động.
- Ngơn ngữ lập trình cấp cao như là Basic, Pascal, Fortran, C/C++, Visual Basic,
Delphi, Visual C++/Visual C#.
Khi sử dụng máy tính điều khiển q trình ta phải giải quyết các vấn đề sau:
- Ghép nối máy tính với ngoại vi (cảm biến và chấp hành).
- Lập trình điều khiển thời gian thực bao gồm các chương trình con đo, xử lí số,
thuật tốn điều khiển, xuất tín hiệu điều khiển.
- Giao tiếp với cổng nối tiếp.
- Giao tiếp với cổng USB.
- Chuyển đổi dữ liệu A/D và D/A.
- Hệ thống điều khiển số.
- Mạng truyền thông công nghiệp.
Câu hỏi .
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Máy tính trong điều khiển q trình.
Lịch sử phát triển của điều khiển máy tính q trình.

Hệ thống là gì? Cho ví dụ.
Trình bày cấu trúc hệ thống điều khiển bằng máy tính.
Trình bày hệ thống thu thập dữ liệu.
Cấu trúc điều khiển phân cấp máy CNC.
Bài toán điều khiển máy tính q trình tiêu biểu.
Trình bày hệ thống điều khiển : liên tục và số.

Nguyễn Trường Sanh

21


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

CHƯƠNG 2. CẢM BIẾN VÀ CHUYỂN ĐỔI
Mục tiêu của bài:
- Xác định nhiệm vụ và chức năng của cảm biến;
- Trình bày được nguyên lý hoạt của một số cảm biến công nghiệp;
- Nhận biết và sử dụng được một số cảm biến trong công nghiệp.
I. Nguyên lý các mạch đo và chuyển đổi.

Hình 14. Ngun lý các mạch đo và chuyển đổi
Có rất nhiều loại cảm biến đo các đại lượng khác nhau nhưng chúng ta chỉ xét các cảm
biến thông dụng trong điều khiển quá trình như nhiệt độ, lực, dịch chuyển, vận tốc, áp
suất, lưu lượng. Trong đo lượng ta phải thực hiện các phép đo giá trị của đại lượng như
là nhiệt độ, điện áp,.. nên có sai số.
Theo hình thức mà hệ thống xảy ra sai số:
Sai số hệ thống: sai số được duy trì ở kết quả đo lượng, khi sự đo lượng được lập đi lập
lại trong cùng một điều kiện làm việc. Sai số này có thể do dụng cụ đo, do việc định
chuẩn thang đo, do ảnh hưởng môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm, từ trường hoặc điện

trường nhiễu.
Sai số ngẫu nhiên: sai số này hoàn toàn khác hẳn sai số hệ thống, khi sự đo lượng được
lập đim lập lại thì trị số sai số này lại khác nhau.
II. Các loại cảm biến thông dụng
1. Cảm biến nhiệt độ
Nhiệt độ là một trong số những đại lượng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật chất. Bởi
vậy trong nghiên cứu khoa học, trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày
việc đo nhiệt độ là rất cần thiết. Tuy nhiên việc xác định chính xác một nhiệt độ là một
vấn đề không đơn giản. Đa số các đại lượng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so
sánh chúng với một đại lượng cùng bản chất. Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp
dựa vào sự phụ thuộc của tính chất vật liệu vào nhiệt độ.
Thang đo nhiệt độ
Để đo nhiệt độ trước hết phải thiết lập thang nhiệt độ. Thang nhiệt độ tuyệt đối được thiết
lập dựa vào tính chất của khí lý tưởng.
Theo định lý Carnot: hiệu suất  của một động cơ nhiệt thuận nghịch hoạt động giữa hai
nguồn có nhiệt độ 1 và 2 trong một thang đo bất kỳ chỉ phụ thuộc vào 1 và 2:
Nguyễn Trường Sanh

22


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

η

F(θ1 )
F(θ 2 )

Dạng của hàm F phụ thuộc vào thang đo nhiệt độ. Ngược lại việc chọn dạng hàm F sẽ
quyết định thang đo nhiệt độ. Đặt F() = T, khi đó hiệu suất nhiệt của động cơ nhiệt

thuận nghịch được viết như sau:
η  1

T1
T2

Trong đó T1 và T2 là nhiệt độ động học tuyệt đối của hai nguồn. Đối với chất khí lý
tưởng, nội năng U chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất khí và phương trình đặc trưng liên
hệ giữa áp suất p, thể tích v và nhiệt độ có dạng:
p.v=G()
Có thể chứng minh được rằng:
G()=RT
Trong đó R là hằng số khí lý tưởng, T là nhiệt độ động học tuyệt đối.
Để có thể gán một giá trị số cho T, cần phải xác định đơn vị cho nhiệt độ.
Muốn vậy chỉ cần gán giá trị cho nhiệt độ tương ứng với một hiện tượng nào đó với điều
kiện hiện tượng này hồn tồn xác định và có tính lặp lại.
- Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): Thang nhiệt độ động học tuyệt đối, đơn vị
nhiệt độ là K. Trong thang đo này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng ba trạng
thái nước - nước đá - hơi một giá trị số bằng 273,15 K.
- Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742): Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị nhiệt độ
0
là C và một độ Celsius bằng một độ Kelvin.
- Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ Kelvin theo biểu thức:
T(0C)= T(K) - 273,15 (5.3)
- Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): Đơn vị nhiệt độ là 0F. Trong thang đo này,
nhiệt độ của điểm nước đá tan là 320F và điểm nước sôi là 2120F.
Quan hệ giữa nhiệt độ Fahrenheit và nhiệt Celssius:
5
T(0 C)  T(0 F)  32
9

9
T (0F )  T (0C )  32
5



Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo
Giả sử mơi trường đo có nhiệt độ thực bằng Tx, nhưng khi đo ta chỉ nhận được nhiệt độ
Tc là nhiệt độ của phần tử cảm nhận của cảm biến. Nhiệt độ Tx gọi là nhiệt độ cần đo,
nhiệt độ Tc gọi là nhiệt độ đo được. Điều kiện để đo đúng nhiệt độ là phải có sự cân bằng
nhiệt giữa môi trường đo và cảm biến. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân, nhiệt độ cảm
biến không bao giờ đạt tới nhiệt độ mơi trường Tx, do đó tồn tại một chênh lệch nhiệt độ
Tx - Tc nhất định. Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào hiệu số Tx - Tc , hiệu số này
càng bé, độ chính xác của phép càng cao. Muốn vậy khi đo cần phải:
- Tăng cường sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường đo.
- Giảm sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và mơi trường bên ngồi.
- Chúng ta hãy khảo sát trường hợp đo bằng cảm biến tiếp xúc. Lượng nhiệt truyền từ
môi trường vào bộ cảm biến xác định theo công thức:
dQ  A(Tx  Tc )dt
- Với:
-  - hệ số dẫn nhiệt.
- A - diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.
- T - thời gian trao đổi nhiệt.
Nguyễn Trường Sanh

23


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

-

Lượng nhiệt cảm biến hấp thụ:
dQ = mCdT0
Với:
m - khối lượng cảm biến.
C - nhiệt dung của cảm biến.
Nêu bỏ qua tổn thất nhiệt của cảm biến ra mơi trường ngồi và giá đỡ, ta có:
A(Tx – T0 )dt = mCdT0
-

Hình 15. Trao đổi nhiệt của cảm biến

1/ Nhiệt điện trở Platin
 Có thể chế tạo với độ tinh khiết rất cao (99,999%) do đó tăng độ chính xác của các
tính chất điện.
 Có tính trơ về mặt hố học và tính ổn định cấu trúc tinh thể cao do đó đảm bảo tính ổn
định cao về các đặc tính dẫn điện trong quá trình sử dụng.
 Hệ số nhiệt điện trở ở 00C bằng 3,9.10-3/0C.
 Điện trở ở 1000C lớn gấp 1,385 lần so với ở 00C
 Dải nhiệt độ làm việc khá rộng từ -2000 c đến 10000C.
2/Nhiệt điện trở Nikel:
 Có độ nhạy nhiệt cao, bằng 4,7.10-3/0C.
 Điện trở ở 1000C lớn gấp 1,617 lần so với ở 00C.
 Dễ bị oxy hoá khi ở nhiệt độ cao làm giảm tính ổn định.
 Dải nhiệt độ làm việc thấp hơn 2500C.
Đồng được sử dụng trong một số trường hợp nhờ độ tuyến tính cao của điện trở theo
nhiệt độ. Tuy nhiên, hoạt tính hố học của đồng cao nên nhiệt độ làm việc thường không
vượt quá 1800C. Điện trở suất của đồng nhỏ, do đó để chế tạo điện trở có điện trở lớn
phải tăng chiều dài dây làm tăng kích thước điện trở.

Wonfram có độ nhạy nhiệt và độ tuyến tính cao hơn platin, có thể làm việc ở nhiệt độ cao
hơn. Wonfram có thể chế tạo dạng sợi rất mảnh nên có thể chế tạo được các điện trở cao
với kích thước nhỏ. Tuy nhiên, ứng suất dư sau khi kéo sợi khó bị triệt tiêu hồn tồn
bằng cách ủ do đó giảm tính ổn định của điện trở.
Cách nối dây đo.
 Kỹ thuật hai dây:

Nguyễn Trường Sanh

24


Đo lường và điều khiển bằng máy tính

Hình 16. Kỹ thuật nối 2 dây

2/ Nhiệt kế điện trở silic
Silic tinh khiết hoặc đơn tinh thể silic có hệ số nhiệt điện trở âm, tuy nhiên khi được
kích tạp loại n thì trong khoảng nhiệt độ thấp chúng lại có hệ số nhiệt điện trở dương, hệ
số nhiệt điện trở 0,7%/0C ở 250C. Phần tử cảm nhận nhiệt của cảm biến silic được chế
tạo có kích thước 500x500x240 m được mạ kim loại ở một phía cịn phía kia là bề mặt
tiếp xúc.
Trong dải nhiệt độ làm việc ( - 55  2000C) có thể lấy gần đúng giá trị điện trở của cảm
biến theo nhiệt độ theo công thức:
RT = R0 [1 + A(T – T0) + B(T – T0)2]
Trong đó R0 và T0 là điện trở và nhiệt độ tuyệt đối ở điểm chuẩn.
Sự thay đổi nhiệt của điện trở tương đối nhỏ nên có thể tuyến tính hố bằng cách mắc
thêm một điện trở phụ. Cảm biến nhiệt độ với vật liệu silic đang ngày đóng vai trị
quan trọng trong các hệ thống điện tử
3/IC Cảm biến nhiệt

Cảm biến nhiệt LM 35 Semiconductor của National
Hầu hết các cảm biến nhiệt độ phổ biến đều sử dụng có phần phức tạp, chẳng hạn cặp
nhiệt độ ngẫu có mức ngõ ra thấp và u cầu bù nhiệt, thermistor thì khơng tuyến tính,
thêm vào đó ngõ ra của các loại cảm biến này khơng tuyến tính tương ứng bất kỳ thang
chia nhiệt độ nào.
Các khối cảm biến tích hợp được chế tạo khắc phục được những đặc điểm đó, nhưng ngõ
ra của chúng quan hệ với thang đo Kelvin hơn là độ Celsius và Fahrenheit.


Nguyễn Trường Sanh

25