Bài giảng môn học thí nghiệm ô tô - đại học chính quy

Khoa Cơ khí Động lực
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
CHƯƠNG 1. CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG KỸ THUẬT 4
1.2. Các dạng thí nghiệm ô tô 5
1.3. Yêu cầu đối với thiết bị đo 5
CHƯƠNG 2. CÁC LOẠI CẢM BIẾN DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM 6
2.1. Định nghĩa và phân loại cảm biến 6
2.2. Cấu tạo các loại cảm biến 6
2.2.1. Cảm biến điện áp 6
2.2.2. Cảm biến cảm ứng từ 8
2.2.3. Cảm biến áp suất 10
2.2.4. Cảm biến Hall 12
2.2.5. Manheto – điện trở suất 13
2.2.6. Cảm biến điện dung 15
2.2.7. Cảm biến quang 17
2.2.8. Cảm biến con trượt 18
2.2.9. Cảm biến theo nguyên tắc dây nóng 20
2.10. Cảm biến ôxy 21
2.2.11. Cảm biến Tenxơ 22
2.3. Mạch chuyển đổi, thiết bị chỉ thị và ghi 24
2.3.1. Mạch chuyển đổi 24
2.3.2. Thiết bị chỉ thị và ghi 27
2.4. Tổ hợp các cảm biến 29
CHƯƠNG 3. THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ 31
3.1. Mục đích thí nghiệm động cơ 31
3.2. Thí nghiệm động cơ 31
3.2.1. Thí nghiệm đo công suất động cơ 31
3.2.3. Do lương khí nạp vào trong động cơ 41
1
Khoa Cơ khí Động lực

3.2.3.1. Các vấn đề chung khi đo lưu lượng không khí nạp 41
3.2.5. Do lường chất lượng khí thải 48
3.3. Thí xây dựng đường đặc tính tải, đặc tính điều chỉnh động cơ bằng thực nghiệm 55
3.3.1. Mục đích thí nghiệm 55
3.3.2. Cơ sở lý thuyết 55
3.3.3. Phương pháp và dụng cụ dùng cho thí nghiệm 57
CHƯƠNG 4. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TÁC ĐỘNG GIỮA Ô TÔ VÀ MÔI TRƯỜNG 60
4.1. Mục đích thí nghiệm 60
4.2. Xác định hệ số cản lăn 61
4.2.1. Thử nghiệm trên đường 61
4.2.2. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 65
4.3. Xác định hệ số cản không khí 69
4.3.1. Thử nghiệm ở trên đường 69
4.3.2. Thí nghiệm ở trong phòng thí nghiệm 76
4.4. Xác định hệ số bám 79
4.4.1. Thử nghiệm trên đường 79
4.4.2. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 81
CHƯƠNG 5. THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 83
5.1. Mục đích thí nghiệm 83
5.2. Bệ thử theo nguyên lý dòng công suất hở 84
5.3. Bệ thử theo nguyên lý dòng công suất kín 86
5.3.1. Nguyên lý làm việc của bệ thử có dòng công suất kín 86
5.3.2. Các bệ thử làm việc theo nguyên lý dòng công suất kín và xác định hiệu suất truyền lực 88
CHƯƠNG 6. XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ 91
6.1. Mục đích thí nghiệm 91
6.2. Thí nghiệm xác định vận tốc lớn nhất của ô tô 92
CHƯƠNG 7. THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHANH CỦA Ô TÔ 104
7.1. Mục đích thí nghiệm 104
7.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh 104
2

Khoa Cơ khí Động lực
7.3. Các thí nghiệm đánh giá chất lượng phanh của ô tô trên đường và trên băng thử 106
7.3.1. Thí nghiệm phanh ô tô trên đường 106
7.3.2. Thí nghiệm phanh trên bệ thử 113
CHƯƠNG 8. THÍ NGHIỆM CÁC TÍNH NĂNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ 116
8.1. Mục đích thí nghiệm 116
8.2. Thí nghiệm đánh giá tính ổn định chuyển động của ô tô 116
8.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ ổn định chuyển động của ô tô 116
8.2.2. Thí nghiệm đánh giá tính ổn định chuyển động của ô tô 116
8.3. Thí nghiệm đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô 121
8.3.1. Các chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô 121
8.3.2. Thí nghiệm đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô 122
CHƯƠNG 9. THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ 126
9.1. Mục đích thí nghiệm 126
9.2. Tính kinh tế nhiên liệu của ô tô 126
9.3. Các thí nghiệm đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ô tô 127
9.3.1. Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu ở chế độ kiểm tra 127
9.3.2. Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu ở chế độ chuyển động ổn định 127
9.3.3. Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu trên đường của bãi thử chuyên dùng 128
9.3.4. Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu khi xe chuyển động theo chu trình 129
9.3.5. Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu trên đường giao thông chung 130
9.4. Dụng cụ đo lượng tiêu hao nhiên liệu 130
TÀI LIỆU THAM KHẢO 132
3
Khoa Cơ khí Động lực
CHƯƠNG 1. CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG KỸ THUẬT
1.1. Mục đích thí nghiệm
Thí nghiệm ô tô chiếm vị trí rất quan trọng trong nền công nghiệp ô tô nói chung.
Mục đích của thí nghiệm là để đánh giá hoặc phát hiện các ưu nhược điểm của các chi
tiết, các cụm và toàn bộ ô tô về các mặt:

- Thông số kỹ thuật và tính năng làm việc cơ bản;
- Độ tin cậy làm việc;
- Độ bền và tuổi thọ.
Tóm lại, nhờ có thí nghiệm chúng ta có thể đánh giá chất lượng của chi tiết, của
cụm và toàn bộ ô tô một cách tổng thể và từ đó có cơ sở đề xuất cải tiến và hoàn thiện
chúng nhằm đảm bảo sản xuất được những ô tô ngày càng có chất lượng cao.
Cần chú ý rằng chữ thí nghiệm có thể được hiểu ở nghĩa rất hẹp, thí dụ thí
nghiệm xác định độ cứng của lò xo ly hợp, nhưng cũng có thể nghĩa rất rộng thí dụ thí
nghiệm đánh giá chất lượng làm việc của ô tô trong điều kiện sử dụng v. v…
Quy mô và độ phức tạp của thí nghiệm phụ thuộc vào mục đích đề ra ban đầu.
4
Khoa Cơ khí Động lực
Tuỳ theo mục đích và tính chất của thí nghiệm mà đề ra chương trình thí nghiệm
bao gồm:
- Phương pháp tiến hành và thời gian thí nghiệm;
- Đối tượng dùng cho thí nghiệm;
- Trang thiết bị dùng cho thí nghiệm;
- Vị trí, chế độ và điều kiện thí nghiệm;
- Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm.
1.2. Các dạng thí nghiệm ô tô
Thí nghiệm ô tô được phân loại theo:
- Mục đích thí nghiệm;
- Tính chất thí nghiệm;
- Vị trí tiến hành thí nghiệm;
- Đối tượng thí nghiệm;
- Cường độ và thời gian thí nghiệm.
Theo mục đích thí nghiệm ta có thí nghiệm kiểm tra kiểm tra ở nhà máy sản xuất,
thí nghiệm trong điều kiện sử dụng, thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học.
Theo tính chất thí nghiệm ta có thí nghiệm để xác định tính chất kéo, tính nhiên
liệu, tính chất phanh, tính ổn định và điều khiển, tính êm dịu chuyển động, tính cơ

động, độ tin cậy làm việc, độ mòn, độ bền… của ô tô.
Theo vị trí tiến hành thí nghiệm ta có thí nghiệm trên bệ thử (trong phòng thí
nghiệm), thí nghiệm ở bãi thử, thí nghiệm trên đường. Thí nghiệm trên bệ thử có thể
tiến hành cho từng chi tiết, cho từng cụm hoặc cho cả ô tô một cách dễ dàng hơn so
với khi thí nghiệm trên đường.
Theo đối tượng thí nghiệm ta có thí nghiệm mẫu ô tô đơn chiếc, thí nghiệm mẫu
ô tô của một đợt sản xuất nhỏ, thí nghiệm ô tô được sản xuất đại trà.
Theo cường độ và thời gian thí nghiệm ta có thí nghiệm bình thường theo quy
định và thí nghiệm tăng cường. Ở thí nghiệm tăng cường thì thời gian thường được rút
ngắn và chế độ tải trọng được tăng.
1.3. Yêu cầu đối với thiết bị đo
Thiết bị đo dùng cho thí nghiệm cần đảm bảo những yêu cầu chính sau đây:
- Đảm bảo độ chính xác cần thiết cho thí nghiệm.
- Không bị ảnh hưởng bởi rung động, điều này rất cần thiết đối với thí nghiệm
trên đường.
5
Khoa Cơ khí Động lực
- Đặc tính của thiết bị đo cần phải tuyến tính hoặc rất gần với tuyến tính trong
suốt phạm vi đo.
- Trọng lượng và kích thước nhỏ để có thể đặt được ở trong ô tô. Điều này rất
quan trọng khi thí nghiệm trên đường.
- Không bị ảnh hưởng bởi khí hậu và thời tiết.
CHƯƠNG 2. CÁC LOẠI CẢM BIẾN DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM
2.1. Định nghĩa và phân loại cảm biến
Cảm biến là bộ phận để nhận tín hiệu về trang thái của tín hiệu cần đo và biến đổi
nó thành tín hiệu điện tương ứng.
Trong thí nghiệm ô tô thường dùng cảm biến để đo các đại lượng: chuyển dịch,
tốc độ, gia tốc, lực, áp suất và ứng suất. Khi nghiên cứu động cơ đốt trong cũng như
những cơ cấu khác của ô tô có thể dùng đến cảm biến loại nhiệt, loại quang và loại
hoá, hall, áp suất.v.v.

Cảm biến còn phân loại theo nguyên lý biến đổi đại lượng không điện thành đại
lượng điện theo hai nhóm lớn:
−Nhóm phát điện (gênêratơ): ở nhóm này các đại lượng không điện từ đối tượng
cần đo được biến đổi thành sức điện động hoặc cường độ dòng điện, chẳng hạn như
cảm biến điện cảm, cảm biến thạch anh, cảm biến quang, cảm biến hall và những cảm
biến khác không cần nguồn điện bởi vì chính các cảm biến ấy là nguồn điện.
−Nhóm thông số: ở nhóm này đại lượng không điện từ đối tượng cần đo sẽ biến
đổi thành một hoặc vài thông số điện của cảm biến như điện trở tenxơ, cảm biến điện
dung , cảm biến từ, cảm biến con trượt.
2.2. Cấu tạo các loại cảm biến
2.2.1. Cảm biến điện áp
a. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý cảm biến điện áp Hình vẽ
6
Khoa Cơ khí Động lực
Hiệu ứng áp điện(piezo-electric):
Ở trạng thái ban đầu các tinh thể
thạch anh là trung hòa về điện, tức là
các ion dương và ion âm cân bằng như
hình 2.1A. Khi có áp lực bên ngoài tác
dụng lên một tinh thể thạch anh làm
cho mạng tinh thể bị biến dạng. Điều
này dẫn đến sự dịch chuyển các ion.
Một điện áp điện (B) được tạo ra.
Ngược lại, khi ta đặt vào một điện áp,
điều này dẫn đến một biến dạng tinh
thể và bảo toàn lực (hình 2.1C).
Hình 2.1. Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng
áp điện.
A. Thạch anh tinh thể ở trạng thái chưa làm

việc;
B. Tác động của một lực bên ngoài;
C. đặt vào một điện áp;
1. Áp lực; 2. Ion chiếm chỗ; 3. Điện áp tạo
ra; 4. Phương tác động; 5. Biến dạng của
tinh thể; 6. Cung cấp điện áp.
b. Ứng dụng
Cảm biến áp điện được ứng dụng rất rộng rãi trong cơ khí và ngành công nghệ ô
tô. Chẳng hạn như : cảm biến kích nổ, cảm biến áp suất, cảm biến siêu âm, cảm biến
gia tốc.
Ứng dụng cảm biến điện áp Hình vẽ
Cảm biến tiếng gõ
được đặt nắp trên động cơ dưới đầu
xi lanh.
Thành phần áp điện trong cảm biến
kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch
anh là những vật liệu khi có áp lực sẽ
sinh ra điện áp . phần tử áp điện được
thiết kế có kích thước với tần só riêng
trùng với tần số rung của động cơ khi có
hiện tượng kích nổ để xẩy ra hiện tượng
cộng hưởng (f=7kHz). Như vậy, khi có
kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lục
Hình 2.2. Cảm biến tiếng gõ
7
Khoa Cơ khí Động lực
lớn nhất và sinh ra một điện áp.
2.2.2. Cảm biến cảm ứng từ
a. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động Hình vẽ

Những cảm biến này làm việc trên
nguyên lý phát sinh sức điện động trên
mạch khi thay đổi từ thông.
Nguyên lý làm việc của cảm biến
này được trình bày trên hình 2.3. Cảm
biến cấu tạo bởi khung dây điện quay
trong trường nam châm vĩnh cửu gây nên
bởi hai cực bắc N và nam S.
Khi khung dây điện quay như vậy
thì từ thông đi qua dây điện sẽ thay đổi
và sức điện động e (tín hiệu ra) sinh ra ở
hai đầu ra của khung dây điện sẽ tỷ thuận
với tốc độ thay đổi từ thông đi qua
khung dây điện.
Hinh 2.3 .Sơ đồ nguyên lý làm việc của
cảm biến cảm ứng từ .
Sức điện động e được biểu diễn dưới
công thức:
Trong đó:
W số vòng dây của khung dây
tốc độ thay đổi từ thông đi qua dây
điện.
b. Ứng dụng
Ứng dụng cảm biến cảm ứng từ Hình vẽ
8
Khoa Cơ khí Động lực
− Ứng dụng thực tế đối với cảm
biến tốc độ bánh xe:
Cảm biến này bao gồm: một nam
châm được bao kín bằng một cuộn dây và

các vòng cảm biến.
Nam châm và cuộn dây được đặt
cách các vòng cảm biến một khoảng xác
định.
Khi răng của vòng cảm biến 4
không nằm đối diện cực từ, thì từ thông đi
qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì
khe hở không khí lớn lên có từ trở cao.
Khi một răng đến gần cực từ của cuộn
dây, khe hở không khí giảm dần khiến từ
thông tăng nhanh. Như vậy, nhờ sự biến
thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện
một sức điện động cảm ứng. Khi răng
vòng cảm biến đối diện cuộn dây từ thông
đạt giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu
cuộn dây bằng không. Khi răng của vòng
cảm biến di chuyển ra khỏi cực từ, khe hở
không khí tăng dần làm từ thông giảm
sinh ra một sức điện động theo chiều
ngược lại.
Việc luân chuyển các bánh xe sẽ
thay đổi khe hở dẫn đến làm thay đổi từ
trường. Những thay đổi của từ trường tạo
ra điện áp xoay chiều trong cuộn dây. Các
tần số tín hiệu thay đổi như tốc độ bánh
xe tăng hoặc giảm.
Hình 2.4. Cảm biến tốc độ.
1. Nam châm vĩnh cửu; 2.Cuộn dây; 3.
Từ trường; 4. Vòng cảm biến; 5.khe hở
không khí; 6. Cáp kết nối.

− Cảm biến vị trí trục cam :
Cảm biến vị trí trục cam có thể đặt
trên vành đai puli cam hoặc có thể tích
hợp trong bộ chia điện.
9
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ phận chính của cảm biến là một
cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu
và một rotor dùng để khép mạch từ có số
răng như hình 2.5. Về cơ bản nguyên lý
tương tự như cảm biến tốc độ. Việc luân
chuyển trục cam sẽ thay đổi khe hở dẫn
đến làm thay đổi từ trường. Sự biến thiên
từ trường tạo ra điện áp xoay chiều trong
cuộn dây. Tần số này thay đổi như hình
2.5. Cảm biến giúp xác định góc chuẩn
của trục cam, từ đó xác định điểm chết
trên và kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh
lửa.
Hình 2.5. Cảm biến vị trí trục cam.
1.cảm biến vị trí trục cam; 2. Vòng cảm biến
trục cam.
2.2.3. Cảm biến áp suất
a. Nguyên lý hoạt động
b. Ứng dụng
10
Khoa Cơ khí Động lực
Ứng dụng cảm biến áp suất Hình vẽ
− Cảm biến áp suất đường ống
nạp (MAP).

Cảm biến MAP được đặt tại dẫn
khí nạp.
Cảm biến nhằm xác định áp suất
hiện tại trong đường ống nạp. Điều đó là
rất cần thiết để điều chỉnh chính xác tỷ
lệ hòa khí. Cảm biến MAP được cung
cấp bởi một điện áp tham chiếu 5V.
Cảm biến bao gồm một tấm chip silicon.
Mặt ngoài của tấm silicon tiếp xúc với
áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm
được phủ thạch anh để tạo thành điện
trở áp điện. Khi áp suất đường ống nạp
thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ
thay đổi. các điện trở áp điện được nối
thành cầu Wheastone.
Hình 2.7. Cảm biến áp suất đường ống nạp.
− Cảm biến áp suất nhiên liệu.
Cảm biến được lắp đặt ống phân
phối của hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Cảm biến nhằm xác định áp suất
nhiên liệu.
Việc xác định áp suất được thực
hiện bằng cách sử dụng một màng mỏng
bằng thép có thể thay đổi điện trở. Việc
làm biến dạng màng thép sẽ tạo ra sự
thay đổi điện trở, việc thay đổi điện trở
này tỷ lên với áp suất nhiên liệu và được
Hình 2.8. Cảm biến áp suất nhiên liệu.
11
Khoa Cơ khí Động lực

khuyếch đại trong IC khuyếch đại 2.
Hình 2.9. Cấu tạo cảm biến áp suất nhiên
liệu.
1.dây kết nối;
2.IC khuyếch đại; 3.màng ngăn thép;
4. Áp suất nhiên liệu; 5. Vỏ.
2.2.4. Cảm biến Hall
a. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý cảm biến Hall Hình vẽ
− Hiệu ứng Hall ở đây được tạo ra
bởi một tấm bán dẫn (IC hall). Khi cung
cấp một điện áp một chiều U thì có một
dòng điện phân bố đều trên toàn bộ bề
mặt của tấm IC Hall và tạo ra từ trường
xung quang tấm Hall. Khi ta thay đổi từ
trường dẫn đến sự thay đổi các điện tử,
các điện tử này bất ngờ chệch hướng quỹ
đạo hiện tại. Kết quả là tấm Hall đưa ra
một hiệu điện thế Hall (hình 2.10).
Hình 2.10. Nguyên lý cảm biến HALL.
12
Khoa Cơ khí Động lực
b. Ứng dụng
Ứng dụng cảm biến Hall Hình vẽ
− Cảm biến vị trí trục khuỷu :
Cảm biến Hall được lắp gần bánh đà
hoặc puli trục khuỷu.
Cảm biến xác định vị trí của trục và
tốc độ của trục khuỷu.
Các tín hiệu từ cảm biến vị trí suất ra

là ở dạng xung. Các xung này được đưa tới
ECU.
Theo sơ đồ nguyên lý, khí có nguồn
cung cấp đến IC Hall và có từ thông đi qua
nó thì IC Hall sẽ cho một tín hiệu điện áp.
Khi cực bắc lại gần IC Hall thì IC Hall sẽ
tạo ra điện áp. Còn cực nam lại gần IC Hall
thì sự thay đổi điệp áp là rất nhỏ so với cực
bắc , do đó điện áp lúc này là 0V.
Hình 2.11. Cảm biến vị trí trục khuỷu.
Cặp cực từ; 2. Cảm biến tốc độ động cơ; 3.
Khoảng cách giữa cặp cực và cảm biến tốc
độ; 4.khoảng cách giữa các xung; 5. Tín
hiệu từ cảm biến tốc độ.
− Cảm biến mô men:
Khi người lái điều khiển vô lăng, mô
men lái tác dụng lên trục của cảm biến mô
men thông qua trục lái chính. Khi đó làm
quay rotor của cảm biến. Trên Stator là đĩa
phân đoạn có tác dụng ngăn IC hall tiếp
xúc với từ trường. Trên rotor có các nam
châm, do đó khi quay rotor làm cho IC Hall
tiếp xúc với từ trường. khi tiếp xúc sẽ sinh
ra các điện áp. Khi không tiếp xúc thì điện
áp mất.
Hình 2.12. Cấu tạo cảm biến mô men.
1. IC Hall; 2. Rotor; 3. Stator.
2.2.5. Manheto – điện trở suất
a. Nguyên lý hoạt động
13

Khoa Cơ khí Động lực
Nguyên lý hoạt động Hình vẽ
Dó là liên kết từ hóa trong một
vật liệu sắt từ. Vật liệu sắt từ gồm nhiều
lớp. Mỗi một lớp là một lớp từ hóa. Nếu
không có sự ảnh hưởng của từ hóa bên
ngoài, thì sự liên kết của mỗi lớp từ hóa
là ngẫu nhiên. Nếu một từ trường ngoài
tác dụng vào vật liệu sắt từ, thì các
thành phần từ hóa sẽ phù hợp với từ
trường bên ngoài.
Sự liên kết của các thành phần từ
hóa phụ thuộc trên độ mạnh của từ
trường bên ngoài :
− Nếu từ trường yếu, sự liên kết
của thành phần từ hóa đến từ trường
bên ngoài là ngẫu nhiên và do đó không
đồng đều. các vật liệu sắt từ có điện trở
cao.
− Nếu từ trường đủ mạnh, sự liên
kết của thành phần từ hóa là thống nhất
với tù trường ngoài. Các vật liệu sắt từ
có điện trở thấp.
Hình 2.13. Cảm biến Manhêtô.
b. Ứng dụng
Ứng dụng Hình vẽ
− Cảm biến tốc độ bánh xe :
Cảm biến tốc độ bánh xe đặt trên
các bánh xe trước và bánh sau.
Cảm biến tốc độ đo tốc độ của

từng bánh xe. Tạo ra các sóng vuông
với tần số liên tục và tương ứng với tốc
độ động cơ tăng lên.
Cảm biến tốc độ bao gồm hai
magneto- resistive điện trở kết nối với
Hình 2.14. Cảm biến tốc độ bánh xe.
14
Khoa Cơ khí Động lực
nhau theo dạng cầu Wheatstone. Khi
vòng từ tính quay, từ thông biến thiên
qua các phần tử magneto này làm cho
điện thế tại các điểm giữa của hai nhánh
thay đổi. một bộ so sánh khuyếch đại
căn cứ vào sự chênh lệch điện áp tại 2
điểm này sẽ tạo ra các xung vuông. Tần
số các xung này bằng số cực các nam
châm gắn vào vòng từ tính.
Hình 2.15. Nguyên lý hoạt động của cảm
biến tốc độ xe.
2.2.6. Cảm biến điện dung
a. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động Hình vẽ
Cảm biến điện dung dựa trên các
nguyên tắc của một tụ điện. Một trong
những tính chất vật lý của tụ điện là sự
phụ thuộc của điện dung, tức là khả
năng lưu trữ năng lượng, vào khoảng
cách giữa hai tấm kim loại. Các tấm có
khoảng cách phù hợp.
Nếu hai mảnh là tương đối xa

nhau, thì khả năng nạp giữa chúng là
tương đối thấp. Nếu các tấm di chuyển
lại gần nhau hơn, thì khả năng nạp tăng
tương ứng.
Hình 2.16. Khi hai tấm khim loại ở xa nhau.
Hình 2.17. Khi hai tấm kin loại ở gần nhau.
15
Khoa Cơ khí Động lực
b.Ứng dụng
Ứng dụng Hình vẽ
− Cảm biến đo gia tốc:
Cảm biến gia tốc được lắp trên
khung kết cấu sàn xe theo chiều dọc
và ngang trục.
Cảm biến gia tốc đo gia tốc của
xe theo chiều dọc hoặc ngang, tùy
thuộc vào sử dụng.
Cảm biến này được dùng để điều
khiển hoạt động của túi khí.
Hìn
h 2.18. Cấu tạo cảm biến gia tốc.
− Cảm biến áp suất phanh :
Cảm biến áp suất phanh có thể
được lắp bên ngoài của xi lanh phanh
chính hoặc có thể tích hợp vào HCU.
Cảm biến áp suất phanh dùng để
đo áp suất trong hệ thống phanh thủy
lực.
Cảm biến này tạo ra một tín hiệu
điện áp tỉ lệ thuận với áp suất phanh

tạo ra. Và gửi tín hiệu này về ECU.
Khi áp suất phanh nhỏ thì
khoảng cách giữa đĩa dung (di động)
và đĩa dung (cố định) ở xa nhau do đó
làm thay đổi điện dung của mạch do
đó tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng.
hình 2.19. Cảm biến áp suất phanh.
Hình 2.20. Cấu tạo cảm biến áp suất phanh.
1. Xi lanh phanh chính; 2.dầu phanh; 3. Thân
cảm biến; 4.Đĩa dung (di động); 5. Đĩa dung
(cố định).
16
Khoa Cơ khí Động lực
− Cảm biến độ lệch của xe :
Cảm biến được lắp ở mặt cắt
ngang bên phải của dầm ngang trong
khoang hành lý.
Cảm biến độ lệch của xe sử dụng
một con quay kiểu điện dung có hình
âm thoa.
Một cái cộng hưởng gồm có một
phần rung và một phần phát hiện được
dịch chuyển 90 độ để hình thành một
bộ phận. Một miếng gốm áp điện
được lắp vào cả phần rung và phấn
phát điện. để pháp hiện độ lệch
hướng, người ta đặt điện áp xoay
chiều vào phần rung, điện áp này làm
cho nó rung. Sau đó, mức lệch hướng
được phát hiện từ phần phát hiện theo

mức lệch và hướng lệch của miếng
gốm áp điện, do tác dụng của lực
coriolis được tạo ra quang cái cộng
hưởng.
Hình 2.21. Cấu tạo cảm biến độ lệch của xe.
2.2.7. Cảm biến quang
a. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động Hình vẽ
Cảm biến quang điện sử dụng bộ
phát và nhận ánh sáng cho tiếp xúc
không gián tiếp với một bộ phận truyền
động.
Các bộ phận truyền động có thể
là : một đĩa phân đoạn (hình vẽ). Các
khoảng trống trên các cạnh của đĩa phân
khúc cho phép các chùm ánh sang đi
qua và đó cũng chính là khoảng cách
dịch chuyển.
Hình 2.22. Nguyên lý cảm biến quang.
17
Khoa Cơ khí Động lực
1. Đĩa phân đoạn; 2. Chùm sáng; 3.
Bộ phận phát và nhận.
b. Ứng dụng
Ứng dụng Hình vẽ
− Cảm biến góc quay tay lái.
Cảm biến góc lái được lắp đặt
trong cụm ống trục lái, để phát hiện góc
và hướng quay.
Cảm biến bao gồm 3 bộ ngắt

quang điện với các pha, và một đĩa xẻ
rãnh để ngắt ánh sáng nhằm đóng ngắt
(on/ off) tranzito-quang điện nhằm phát
hiện góc và hướng lái.
Hình 2.23. Cảm biến góc quay tay lái.
2.2.8. Cảm biến con trượt
a. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động Hình vẽ
Một tiếp điểm trượt theo 1 góc xác
định trên các rãnh điện trở. Cảm biến này
được cấp điện áp chuẩn thông qua một
thanh tiếp xúc. Thanh tiếp xúc này có
điện trở rất thấp và cố định. Khi con
trượt di chuyển thì giá trị điện trở tăng
hoặc giảm từ điểm đầu tới điểm cuối.
Đồng thời việc sụt giảm điện áp qua
những thay đổi biến điện trở tương ứng.
Hình 2.24. Nguyên lý làm việc của cảm
biến vị trí con trượt.
1. Góc quay tối đa; B.góc đo hiện tại; 1.
Rãnh biến điện trở; 2. Điện trở lớn nhất;
3.rãnh tiếp xúc; 4.con trượt tiếp xúc;
5.điện trở nhỏ nhất.
b. Ứng dụng
18
Khoa Cơ khí Động lực
Ứng dụng Hình vẽ
− Cảm biến hao mòn má phanh:
Cảm biến hao mòn má phanh nằm
trong điệm hãm phanh ( chỉ cho phanh đĩa).

Cảm biến hoa mòn má phanh bao
gồm một vòng dây nhỏ mà được lồng vào
trong của các má phanh.
Ngay sau khi má phanh bị mòn xuống
đến mức độ dày quy định, điều này dẫn đến
:
A : nối chỗ mòn đó với mát
B : hoặc ngắn mạch.
hình 2.25. Vị trí lắp cảm biến hao mòn má
phanh.
− Cảm biến vị trí bàn đạp phanh:
Cảm biến vị trí bàn đạp phanh trong
xi lanh phanh chính (chỉ có trong hệ thống
ABS).
Cảm biến xác định vị trí bàn đạp
phanh.
Hướng trượt được chia làm bảy phân
đoạn, theo đó mỗi phân đoạn được kết nối
qua điện trở ta có thể quan sát trên hình vẽ.
tại mỗi vị trí thì điện trở thay đổi hoặc thay
đổi điện áp trên toàn bộ cảm biến.
Hình 2.26. Cảm biến vị trí bàn đạp phanh.
Hình 2.27. Cấu tạo cảm biến vị trí bàn đạp
phanh.
1. Hướng trượt; 2.Con chạy; 3.điện
trở; 4.giắc kết nối điện.
19
Khoa Cơ khí Động lực
− Cảm biến vị tri bướn ga :
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp ở

trên trục của bướm ga.
Khi bướm ga được mở ra, một vành
trượt di chuyển bên trong rãnh điện trở của
cảm biến. Điện trở của cảm biến tăng lên
tương ứng là vị trí bướm ga (hình 2.28).
Hình 2.28. Cảm biến vị trí bướm ga.
Tương ứng với khoảng 0,5V; B. Tương ứng
với khoảng 4,7V; Ct đóng bướm ga; PT mở
một phần bướn ga;
− Cảm biến vị trí bàn đạp ga :
Cảm biến vị trí bàn đạp ga được tích
hợp vào bàn đạp ga.
Cảm biến xác định vị trí hiện tại của
bàn đạp ga. Khi ta đạp vào bàn đạp ga, trục
và vít trượt được di chuyển vào vị trí của
nó trên các rãnh trượt, khi đó điện trở thay
đổi tỷ lệ với vị trí của bàn đạp ga.
Hình 2.29. Cảm biến vị trí bàn đạp ga.
1.Rãnh trượt; 2. Trục với.
2.2.9. Cảm biến theo nguyên tắc dây nóng
a. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động Hình vẽ
20
Khoa Cơ khí Động lực
Dây sấy được mắc trong một mạch
cầu wheatsone. Mạch cầu này có đặc
điểm là hiệu điện thế tại A và B bằng
nhau khi tích điện trở tính theo đường
chéo là bằng nhau :
[R

a
+ R
3
].R
1
=R
h
. R
2
Khi dây sấy (R
h
) bị làm lạnh bởi
không khí, điện trở giảm kết quả là tạo
ra sự chênh lệch điện thế giữa A và B.
một bộ khuyếch đại hoạt động sẽ nhận
biết sự chênh lệch này và làm cho điện
áp cấp đến mạch tăng (tăng dòng điện
chạy qua dây sấy (R
h
)). Khi đó nhiệt độ
của dây sấy (R
h
) tăng lên kết quả là làm
điện trở tăng cho đến khi điện thế tại A
bằng B.
Hình 2.30. Sơ đồ nguyên lý cảm biến hoạt
động theo nguyên tắc dây nóng.
b. Ứng dụng
Ứng dụng Hình vẽ
− Cảm biến đo lưu lượng khí nạp

dùng dây sấy :
Cảm biến được lắp trên đường ống
nạp của động cơ.
Cảm biến do lưu lượng khí nạp vào
động cơ. Dòng điện chạy qua dây nóng 2
làm nó nóng lên. Khi không khí chạy qua
dây nóng, dây nóng sẽ được làm mát phụ
thuộc vào khối lượng không khí nạp vào.
Bằng cách điều khiển dòng điện chạy qua
dây sấy để giữ cho nhiệt độ của dây không
đổi ta có thể đo được lượng khí nạp bằng
cách đo dòng điện. điện áp này tỷ lệ thuận
với khối lượng khí nạp.
Hình 2.31. Cấu tạo cảm biến đo lưu lượng
khí nạp dùng dây sấy.
1. Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 2. Dây
nóng; 3.Đường ống đi vòng.
2.10. Cảm biến ôxy
a. Nguyên lý hoạt động
21
Khoa Cơ khí Động lực
Nguyên lý hoạt động Hình vẽ
Cảm biến oxy loại này có một
phần tử được chế tạo bằng Điôxít
Zirconia ( Zro
2
, một laoij gốm). Phần
thử này được phủ ở cả bên trong và bên
ngoài bằng một lớp mỏng platin. Không
khí bên ngoài được dẫn vào bên trong

của cảm biến và bên ngoài của nó tiếp
xúc với khí xả.
Nếu nồng độ oxy trên bề mặt trong
của phần tử zirconia chênh lệch lớn so
với bề mặt bên ngoài tại nhiệt độ cao
(400
0
C hay cao hơn), phần tử zirconia sẽ
tạo ra một điện áp để báo về nồng độ
oxy trong khí xả tại mọi thời điểm.
Khi tỷ lệ không khí – nhiên liệu là
nhạt, sẽ có nhiều oxy trong khí xả, sẽ có
nhiều oxy trong khí xả, nên chỉ có sự
chênh lệch nhỏ về nồng độ giữa bên
trong và bên ngoài phần tử cảm biến. Vì
lý do đó, điện áp nó tạo ra rất nhỏ (gần
0V). Ngược lại, nếu tỷ lệ không khí –
nhiên liệu đậm, oxy trong khí xả gần
như biến mất. Điều đó tạo ra sự chênh
lệch lớn về nồng độ oxy bên trong và
bên ngoài của cảm biến, nên điện áp tạo
ra tương đối lớn (xấp xỉ 1V).
Platin (phủ bên ngoài phần tử cảm
biến )có tác dụng như một chất xúc tác,
làm cho oxy và Co trong khí xả phản
ứng với nhau. Nó làm giảm giảm lượn
oxy và tăng độ nhạy của cảm biến.
Hình 2.32. Cấu tạo cảm biến oxy.
A.Lưu lượng khí thải qua ống;
B. không khí ngoài trời;

C. cảm biến điện áp;
1. Lớp Zirconia; 2.platin (21 % oxy);
3.platin ( oxy còn lại quá trình cháy);
4.dòng khí thải.
2.2.11. Cảm biến Tenxơ
a. Nguyên lý hoạt động
22
Khoa Cơ khí Động lực
Nguyên lý hoạt động Hình vẽ
Trên hình 2.33 trình bày cấu tạo
của cảm biến dây điện trở. Nó được
bằng dây điện trở nhỏ có đường kính
0,02
÷
0,04 mm được uốn đi uốn lại
nhiều lần và dán trên giấy hoặc trên lớp
nhựa mỏng.Ở hai đầu cuối có gắn các
dây nối ra. Để đo biến dạng người ta
dán cảm biến lên bề mặt của chi tiết
bằng một thứ keo đặc biệt, nhờ thế dây
điện trở của cảm biến sẽ biến dạng khi
chi tiết bị biến dạng và sẽ làm thay đổi
kích thước hình học của sợi dây điện trở
(chiều dài và diện tích tiết diện ngang),
qua đó làm thay đổi tính chất vật lý của
dây điện trở (điện trở suất). Như vậy
điện trở của cảm biến dây điện trở là
hàm số của biến dạng của chi tiết được
thử, mà biến dạng của chi tiết là do lực
tác dụng lên nó, cho nên điện trở của

cảm biến sẽ thay đổi tương ứng với lực
tác dụng lên chi tiết đó. Khi điện trở của
cảm biến thay đổi thì đòng điện trên
mạch đó sẽ thay đổi tương ứng.
Cảm biến dây điện trở có các ưu
điểm :
+ Có thể dán trực tiếp lên chi tiết
cần nghiên cứu,do có kích thước bé có
thể dán vào chi tiết nhỏ.
+ Do trọng lượng nhỏ nên có thể
dán vào chi tiết quay nhanh.
+ Không có quán tính về điện cho
nên có thể dùng chúng làm cảm biến đầu
tiên trong các máy ghi rung động và ghi
Hình 2.33. Cảm biến dây điện trở loại dây
tiết diện tròn.
1. Điện trở tenxơ; 2. Giấy hoặc lớp
nhựa mỏng; 3. Dây dẫn.
Điện trở của dây điện trở được xác
định theo công thức:

S
l
R
ρ
=

Trong đó :
R điện trở của dây.
Ρ điện trở suất.

l chiều dài của sợi dây điện trở
S diện tích tiết diện của sợi dây
điện trở.
23
Khoa Cơ khí Động lực
gia tốc với tần số tới hàng nghìn Hz.
+ Giá thành rất rẻ cho nên có thể
dùng một lần rồi bỏ đi.
Cảm biến dây điện trở có loại tiết
diện tròn và loại dây tiết diện hình chữ
nhật.Trên hình (2.34) trình bày cảm biến
loại dẹt.
Hình 2.34. Cảm biến dây điện trở loại dẹt.
2.3. Mạch chuyển đổi, thiết bị chỉ thị và ghi
2.3.1. Mạch chuyển đổi
Như chúng ta đều biết hầu hết tín hiệu mà chúng ta thường gặp trong khoa học và
kỹ thuật là tín hiệu tương tự . Tức tín hiệu là các hàm của biến liên tục như thời gian
hoặc không gian và thường cho ta giá trị liên tục trên một khoảng.
Chúng ta hoàn toàn có thể xử lý trực tiếp các tín hiệu này nhờ các hệ thống xử lý
tín hiệu tương tự như là bộ lọc hay bộ phân tích tần số tương tự. Tuy nhiên có một số
điểm hạn chế khi xử lý với tín hiệu tương tự như : Tín hiệu tương tự khó trong việc
điều chỉnh ,khó lưu trữ tín hiệu Tuy nhiên thì bộ xử lý tín hiệu số khắc phục được
điều này và vì vậy mà thông thường người ta sẽ chuyển một tín hiệu tương tự sang tín
hiệu số để xử lý.
Hình 2.35. Mô phỏng nguyên lý của bộ chuyển đổi A/D và D/A.
+ Công việc chuyển đổi xảy ra qua 3 quá trình:
24
Khoa Cơ khí Động lực
− Lấy mẫu tín hiệu
Lấy mẫu là quá trình chuyển từ một tín hiệu tương tự liên tục theo thời gian sang

tín hiệu rời rạc theo thời gian bằng cách "lấy mẫu" tức là lấy giá trị của tín hiệu tại
những thời điểm cho trước . Lưu ý khoảng thời gian lấy giữa 2 lần lấy mẫu liên tiếp là
như nhau.
Như vậy nếu ta có một tín hiệu tương tự liên tục theo thời gian x(t) ta cần lấy ra
các tín hiệu x(n) thỏa :
x(n)=x(nT)
Trong đó : T được gọi là khoảng lấy mẫu hoặc là chu kỳ lấy mẫu .
Sau qua trình này ta thu được một mẫu x(n) , Đối với tín hiệu tương tự V
I
thì tín
hiệu lấy mẫu V
S
sau quá trình lấy mẫu có thể khôi phục trở lại V
I
một cách trung thực
nếu điều kiện sau đây thỏa mản:

f
S
>= 2f
lmax
(1)
Trong đó f
S
: tần số lấy mẫu
f
lmax
: là giới hạn trên của giải tần số tương tự
Hình 2.36. Lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào
Nếu biểu thức (10) được thỏa mản thì ta có thể dùng bộ tụ lọc thông thấp để khôi

phục VI từ VS.
Vì mỗi lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng đều cần có
một thời gian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết sau
mỗi lần lấy mẫu. Điện áp tương tự đầu vào được thực hiện chuyển đổi A/D trên thực tế
là giá trị VI đại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu.
− Lượng tử hóa và mã hóa :
25