Giáo trình Đo lường cảm biến - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

LỜI NĨI ĐẦU
Mơ đun Đo lường cảm biến là một trong những mô đun rất quan trọng đối với
sinh viên ngành điện, nó trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các đại
lượng không điện, nguyên lý đo các đại lượng khơng điện phổ biến. Giáo trình Mô đun
Đo lường cảm biến được biên soạn bao gồm phần lý thuyết trình bày cấu tạo, nguyên
lý các cảm biến thông dụng đo các đại lượng không điện; phần thực hành hướng dẫn
chi tiết thao tác thực hành rèn luyện kỹ năng cho sinh viên lắp mạch, thu thập dữ liệu,
tính tốn và phân tích đặc tính các cảm biến.
Giáo trình Mơ đun Đo lường cảm biến bao gồm 7 bài:
Bài 1: Khái niệm chung về cảm biến
Bài 2: Đo nhiệt độ
Bài 3: Đo vị trí và dịch chuyển
Bài 4: Đo vận tốc, gia tốc và độ rung
Bài 5: Đo lực và trọng lượng
Bài 6: Đo áp suất
Bài 7: Đo mức, lưu lượng và các đại lượng khác
Nhóm tác giả biên soạn giáo trình đã tham khảo nhiều tài liệu liên quan, tham khảo
ý kiến của đồng nghiệp. Tuy nhiên vẫn cịn nhiều thiếu sót, chúng tơi mong nhận được
ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và các em sinh viên để chúng tơi hồn thiện hơn nữa
giáo trình này!
Chân thành cảm ơn!

1


Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................. 1
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẢM BIẾN.............................................................. 4
I. MỤC TIÊU BÀI HỌC ................................................................................................. 4
II. NỘI DUNG ................................................................................................................. 4
1.1. Khái niệm ............................................................................................................. 4

1.2. Phân loại cảm biến ............................................................................................... 7
1.3. Các thông số kỹ thuật của cảm biến ..................................................................... 9
1.4. Nhiễu và cách khắc phục .................................................................................... 12
CÂU HỎI LUYỆN TẬP ............................................................................................... 13
1.5. Giới thiệu phần mềm Labsoft dùng trong đo lường cảm biến ........................... 13
BÀI 2: ĐO NHIỆT ĐỘ ................................................................................................. 32
I. MỤC TIÊU BÀI HỌC ............................................................................................... 32
II. NỘI DUNG ............................................................................................................... 32
2.1. Khái niệm chung về đo nhiệt độ......................................................................... 32
2.2. Cảm biến nhiệt điện trở ...................................................................................... 33
CÂU HỎI LUYỆN TẬP ............................................................................................... 36
2.3. Cặp nhiệt điện ..................................................................................................... 51
CÂU HỎI LUYỆN TẬP ............................................................................................... 53
2.4. Cảm biến nhiệt có cấu trúc tiếp giáp P-N .......................................................... 62
CÂU HỎI LUYỆN TẬP ............................................................................................... 68
BÀI 3: ĐO VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN ..................................................................... 69
I. MỤC TIÊU BÀI HỌC ............................................................................................... 69
II. NỘI DUNG ............................................................................................................... 69
3.1. Cảm biến vị trí, dịch chuyển kiểu điện trở ......................................................... 69
3.2. Cảm biến vị trí và dịch chuyển kiểu điện cảm ................................................... 71
CÂU HỎI LUYỆN TẬP ............................................................................................... 73
3.3. Cảm biến vị trí và dịch chuyển kiểu điện dung .................................................. 82
3.4. Cảm biến siêu âm đo vị trí và dịch chuyển ........................................................ 89
2


3.5. Thước đo tuyến tính (Encoder tăng) đo vị trí và dịch chuyển ............................ 95
3.6. Cảm biến tiệm cận .............................................................................................. 96
CÂU HỎI LUYỆN TẬP .............................................................................................123
BÀI 4: ĐO VẬN TỐC, GIA TỐC VÀ ĐỘ RUNG ....................................................124

I. MỤC TIÊU BÀI HỌC .............................................................................................124
II. NỘI DUNG .............................................................................................................124
4.1. Đo vận tốc .........................................................................................................124
CÂU HỎI LUYỆN TẬP .............................................................................................128
4.2. Đo gia tốc..........................................................................................................151
4.3. Đo độ rung ........................................................................................................152
BÀI 5: ĐO LỰC VÀ TRỌNG LƯỢNG ....................................................................154
I. MỤC TIÊU BÀI HỌC .............................................................................................154
II. NỘI DUNG .............................................................................................................154
5.1. Đo lực ...............................................................................................................154
CÂU HỎI LUYỆN TẬP .............................................................................................160
5.2. Đo trọng lượng .................................................................................................170
BÀI 6: ĐO ÁP SUẤT .................................................................................................175
I. MỤC TIÊU BÀI HỌC .............................................................................................175
II. NỘI DUNG .........................................................................................................175
6.1. Khái niệm chung ...............................................................................................175
6.2. Cảm biến áp suất kiểu áp trở ............................................................................177
BÀI 7: ĐO MỨC, LƯU LƯỢNG VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÁC ..........................195
I. MỤC TIÊU BÀI HỌC .............................................................................................195
II. NỘI DUNG .............................................................................................................195
7.1. Đo mức .............................................................................................................195
7.2. Đo lưu lượng .....................................................................................................214
7.3. Đo các đại lượng khác ......................................................................................215
Phụ Lục ........................................................................................................................221
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................223
3


BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẢM BIẾN
I. MỤC TIÊU BÀI HỌC

Sau học xong bài học sinh viên có khả năng:
Kiến thức:
- Trình bày được khái niệm về cảm biến và đo lường cảm biến.
- Trình bày được cách thức cài đặt phần mềm Labsoft.
Kỹ năng:
- Nhận biết, tra cứu các thông số kỹ thuật của các cảm biến từ catalogue, từ
Internet...
- Sử dụng các công cụ và các thiết bị ảo của phần mềm Labsoft.
- Bảo quản được dụng cụ đo, các cảm biến theo đúng quy trình kỹ thuật.
Thái độ:
- Nghiêm túc học tập, tích cực luyện tập
- Tổ chức nơi thực hành gọn gàng, ngăn nắp
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
II. NỘI DUNG
1.1. Khái niệm
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
Đo lường cảm biến (đo lường không điện)
Là dùng các cảm biến để biến đổi các đại lượng đo (thường là không điện: nhiệt
độ, khoảng cách, tốc độ...), về các đại lượng điện và đo chúng dựa trên các phép đo
điện. Sơ đồ cấu trúc của một dụng cụ đo không điện
Máy đo dù đơn giản hay phức tạp đều có cấu tạo gồm 3 khâu (hình 1.1)
X

Cảm biến

Y

Mạch đo

Bộ chỉ thị

Hình 1.1. Cấu tạo của một dụng cụ đo không điện

Cảm biến: Là bộ phận thu nhận và biến đổi sự thay đổi của đối tượng cần nghiên
cứu thành sự thay đổi của đại lượng điện đầu ra. Trong dụng cụ đo không điện, cảm
biến là khâu quan trọng nhất của máy đo, nó quyết định độ nhạy và độ chính xác của
máy đo, cảm biến biến đổi đại lượng không điện thành đại lượng điện.
Mạch đo: Gia cơng tín hiệu từ cảm biến tới cho phù hợp với bộ chỉ thị gồm:
khuếch đại, dịch mức, lọc, phối hợp trở kháng
Bộ chỉ thị: Chỉ thị kết quả đo (số, điện tử, kim...)
1.1.2. Định nghĩa cảm biến
Cảm biến (chuyển đổi) là bộ phận thu nhận và biến đổi sự thay đổi của đại
lượng không điện (nhiệt độ, khoảng cách, tốc độ...) đặc trưng cho đối tượng cần
nghiên cứu thành sự thay đổi của đại lượng điện (điện áp, dòng điện, điện trở...) đầu ra
4


theo quan hệ hàm đơn trị. Hay, cảm biến là thiết bị cảm nhận và đáp ứng với các tín
hiệu kích thích.
1.1.3. Vị trí vai trị và ứng dụng của cảm biến
Cảm biến có vai trị quan trọng trong hệ thống cơng nghiệp, nó là một thiết bị
trong nhóm các thiết bị cấp trường cùng với các thiết bị chấp hành. Cảm biến thu thập
dữ liệu, tín hiệu từ các thiết bị chấp hành (Actuators) và truyền lên các thiết bị thu thập
và xử lý tín hiệu, các bộ điều khiển (controllers). Mơ hình mạng cơng nghiệp được mơ
tả trong hình 1.2.

Hình 1. 2. Mạng cơng nghiệp

Cảm biến đo lường rất phong phú, đa dạng, chúng đo tất cả các đại lượng
khơng điện do đó có ứng dụng to lớn và rộng rãi. Ví dụ như cảm biến quang trong đếm

sản phẩm (hình 1.3)

5


Hình 1. 3. Ứng dụng cảm biến quang

Cảm biến áp suất trong đo áp suất hệ thống khí nén (hình 1.4)

Hình 1. 4. Ứng dụng cảm biến áp suất

Cảm biến siêu âm trong báo mức (hình 1.5)

Hình 1. 5. Ứng dụng cảm biến siêu âm báo mức

6


Cảm biến Encoder trong đo tốc độ trục động cơ (hình 1.6)

Hình 1. 6. Ứng dụng cảm biến Encoder đo tốc độ động cơ

Và cịn vơ vàn những ứng dụng hữu ích khác.
1.2. Phân loại cảm biến
Cảm biến có thể được phân loại theo các tiêu chí sau:
1.2.1. Theo nguyên lý chuyển đổi giữa kích thích và đáp ứng
- Nhiệt điện
- Quang đàn hồi
- Quang điện
- Từ điện

- Quang từ
- Nhiệt từ...
- Điện từ
Hiện tượng hoá học:
- Biến đổi hoá học
- Biến đổi điện hoá
Hiện tượng sinh học :
- Biến đổi vật lý

- Phân tích phổ ...
- Biến đổi sinh hoá
- Hiệu ứng trên cơ thể sống ...
- Cường độ ...

1.2.2. Theo tính năng của bộ cảm biến
- Độ nhạy

- Độ trễ

- Độ chính xác
- Độ phân giải
- Độ chọn lọc
- Độ tuyến tính
- Cơng suất tiêu thụ
- Dải tần

- Khả năng quá tải
- Tốc độ đáp ứng
- Độ ổn định
- Tuổi thọ

- Điều kiện mơi trường
- Kích thước, trọng lượng

1.2.3. Phân loại theo phạm vi sử dụng
- Công nghiệp
- Nghiên cứu khoa học

- Dân dụng
- Giao thông

- Môi trường, khí tượng

- Vũ trụ
7


- Thông tin, viễn thông

- Quân sự

- Nông nghiệp
1.2.4. Phân loại theo thơng số của mơ hình mạch điện thay thế
+ Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.
+ Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số R, L, C, M .... tuyến tính
hoặc phi tuyến.
1.2.5. Phân loại theo yêu cầu về nguồn cung cấp
- Cảm biến thụ động
Cảm biến thụ động thường được chế tạo từ những trở kháng có một trong các
thông số chủ yếu phụ thuộc vào đối tượng đo. Một mặt giá trị của trở kháng phụ thuộc
vào kích thước hình học của mẫu, nhưng mặt khác nó cịn phụ thuộc vào tính chất điện

của vật liệu như điện trở suất  , độ từ thẩm  , hằng số điện mơi  . Vì vậy, giá trị của
trở kháng bị thay đổi khi đại lượng đo tác động gây ảnh hưởng đến kích thước hình
học, tính chất điện của cảm biến hoặc đồng thời làm thay đổi cả kích thước hình học
và tính chất điện của vật liệu làm cảm biến.
Thơng số hình học hoặc kích thước của trở kháng có thể thay đổi nếu cảm biến
có phần tử chuyển động hoặc phần tử biến dạng. Trong trường hợp cảm biến chứa
phần tử chuyển động, mỗi vị trí của chuyển động tương ứng với một giá trị của trở
kháng vì vậy nếu đo trở kháng sẽ xác định được vị trí của đối tượng. Đây là nguyên lý
của nhiều loại cảm biến đo vị trí hoặc dịch chuyển mà ta sẽ nghiên cứu ở chương 2.
Trong trường hợp thứ hai, cảm biến có phần tử biến dạng. Sự biến dạng được gây nên
bởi lực hoặc các đại lượng dẫn đến lực tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp lên cảm biến,
loại này thường được ứng dụng để chế tạo các cảm biến đo biến dạng, gia tốc, độ rung,
lực, trọng lượng, áp suất...
Phụ thuộc vào bản chất của các vật liệu khác nhau, tính chất điện của chúng có
thể nhạy với nhiều đại lượng vật lý như nhiệt độ, độ chiếu sáng, áp suất, độ ẩm... Nếu
chỉ có một trong các đại lượng đó có thể thay đổi cịn các đại lượng khác được giữ
khơng đổi, chúng ta sẽ thiết lập được sự quan hệ đơn trị giữa đại lượng đó với trở
kháng ra của cảm biến. Hầu hết các cảm biến này địi hỏi có sự cung cấp năng lượng
từ bên ngồi hay tín hiệu kích thích để hoạt động. Nguồn tín hiệu ra có được nhờ năng
lượng cung cấp. Ví dụ: Thermistors, RTD...
Trở kháng của cảm biến thụ động và sự thay đổi của trở kháng dưới tác dụng của
đại lượng cần đo chỉ có thể xác định được khi cảm biến là một thành phần trong một
mạch điện. Trên thực tế, tùy từng trường hợp cụ thể mà người ta chọn mạch đo cho
thích hợp với cảm biến.
- Cảm biến tích cực
Cảm biến tích cực lập tức phát tín hiệu đáp trả lại sự tác động bên ngoài mà
8


khơng cần năng lượng cung cấp từ bên ngồi. Nguồn tín hiệu ra có được nhờ các tác

nhân kích thích
Ví dụ: Cặp nhiệt điện (Thermocouple), máy phát tốc...
1.2.6. Phân loại theo dạng tín hiệu ra
- Cảm biến tương tự
Cung cấp tín hiệu liên tục trong cả cường độ, thời gian và không gian. Hầu hết
các giá trị đo lường vật lý mang bản chất tương tự:
Ví dụ: nhiệt độ, sự dịch chuyển, cường độ sáng...
- Cảm biến số
Tín hiệu ra (output) của chúng giữ ở trạng thái các bước hay rời rạc.
Tín hiệu số dễ dàng lập lại, đáng tin cậy và dễ truyền đi xa hơn...
Ví dụ: Encoder, contact switch

Ck
A
B
Trục

Đếm

Tốc độ,
chiều quay

Bánh răng

Hình 1. 7. Ví dụ về cảm biến số

1.2.7. Phân loại theo phạm vi sử dụng
- Cảm biến công nghiệp
- Cảm biến giao thông
- Cảm biến y tế...

1.3. Các thông số kỹ thuật của cảm biến
1.3.1. Phương trình chuyển đổi (Hàm truyền, phương trình đặc trưng)
Đại lượng điện (Y) ở ngõ ra của cảm biến ln có thể biểu diễn theo ngõ vào
không điện (X) qua một hàm f.
Tức là:
Y = f (X )
(1. 1)
Biểu thức (1.1) được gọi là phương trình chuyển đổi của cảm biến. Như vậy,
phương trình chuyển đổi (transfer function) là biểu thức toán học biểu thị mối quan hệ
đầu vào và đầu ra của cảm biến.
X

Chuyển đổi

Đại lượng
khơng điện

Y
Đại lượng điện

Hình 1. 8. Ngõ vào và ra của chuyển đổi

9


Thực tế ngoài đại lượng cần đo tác động vào cảm biến thì vẫn có nhiều yếu tố
tác động vào cảm biến nữa. Vì vậy, có thể biểu diễn ngõ vào và ngõ ra của cảm biến
như hình 1.4

Hình 1.9. Biểu diễn ngõ vào và ra của cảm biến theo thực tế

Theo hình 1.4 Quan hệ vào ra của cảm biến có thể biểu diễn:
Y = f(X, X1, X2 …Xn )
Trong đó

(1. 2)

X là đại lượng khơng điện cần đo (đại lượng chủ đạo ); X1, X2… là đại lượng phụ
(nhiễu). Do vậy luôn mong muốn ảnh hưởng của Xi là bằng 0 tức là đạt được (1.1).
1.3.2. Độ nhạy (sensitivity)
Định nghĩa: Độ nhạy là tỉ số biến thiên đầu ra trên biến thiên đầu vào.
Độ nhạy chủ đạo

S

X

Y Y

X  0 X
X

 lim

Độ nhạy chủ đạo càng lớn càng tốt.
Y
Y

Độ nhạy phụ
(1. 3)

S Xi  lim
Xi0 Xi
Xi
với Xi là biến phụ thứ i, SX i càng bé càng tốt (lí tưởng SX i =0 )
Ví dụ1: Để đo kích thước thì nên chọn cảm biến nào trong các cảm biến sau
Cảm biến

SX

SX 1

CB1

100Ω/mm

1Ω /0C

CB2

105Ω/mm

0,05Ω /0C

Theo định nghĩa về độ nhạy có thể thấy khi chọn cảm biến nên chọn cảm biến
có độ nhạy chủ đạo lớn và độ nhạy phụ nhỏ. Như vậy cảm biến 2 sẽ được chọn vì:
SXCB2> SXCB1 và SX1CB2 < SX1CB1
Độ nhạy có thể giúp ích rất nhiều trong việc chọn lựa cảm biến nhưng có nhiều
trường hợp nếu chỉ dựa vào độ nhạy thơi thì khơng đủ cơ sở để chọn lựa nên một
thơng số mới được đưa ra. Đó là độ chọn lựa.
Độ chọn lựa (selectivity): Độ chọn lựa là tỉ số giữa độ nhạy chủ đạo và độ nhạy

phụ
10


S
K S

X

(1. 4)

i

Xi

Khi chọn lựa cảm biến thì cảm biến nào có Ki càng lớn càng tốt.
Ví dụ 2: Nên chọn cảm biến nào trong 2 cảm biến sau để phục vụ việc đo khối lượng
Cảm biến

SX1 (mV/0C)

SX (mV/kg)

CB1
8.10-3
4.10-6
CB2
9.10-3
8.10-6
Theo định nghĩa độ chọn lựa nên chọn cảm biến có Ki lớn, từ (1.4) tính được

S
S

XCB1

X 1CB1



S
S

XCB 2

Do vậy, nên chọn cảm biến 1.

X 1CB 2

1.3.3. Ngưỡng độ nhạy và giới hạn đo
Ngưỡng độ nhạy (Resolution): Ngưỡng độ nhạy là trị số biến thiên lớn nhất của ngõ
vào mà ngõ ra chưa thay đổi
Y = f( X; ±∆0 );
∆0 càng bé càng tốt
Giới hạn đo (Span): Giới hạn đo là phạm vi biến thiên của ngõ vào mà phương
trình chuyển đổi của cảm biến còn nghiệm đúng. Khi chọn lựa cảm biến cần chọn cảm
biến có giới hạn đo bằng hoặc lớn hơn khoảng muốn đo.
Ví dụ 3: Hãy chọn cảm biến tốt nhất để đo kích thước với khoảng cách cần đo từ
0 ÷ 800 mm.
Cảm biến

SX (mV/mm)

SX1 (mV/0C)

Khoảng đo(mm)

CB1

120

2.10-2

0÷150

CB2

130

2,5.10-2

0÷80

CB3

160

8.10-2

0÷1000

CB4

80

4.10-2

0÷1500

Vì yêu cầu chọn cảm biến để đo kích thước từ 0 ÷800 mm nên CB1 và CB2
khơng
đáp ứng được do khoảng đo nhỏ nên có thể bỏ qua, chỉ cần xét CB3 và CB4:
SX1CB3 > SX1CB4
SCB3 > SCB4

K

CB 3



S
S

CB 3

 K CB 4 

XCB3

S
S

XB4

XCB 4

Có thể nhận thấy độ chọn lựa của CB3 và CB4 bằng nhau, CB3 có độ nhạy chủ
đạo lớn hơn CB4, song độ nhạy phụ của nó cũng lớn hơn CB4 do đó khơng dựa vào độ
nhạy và độ chọn lựa để chọn cảm biến. Tuy nhiên, căn cứ theo điều kiện giới hạn đo
của 2 cảm biến có thể chọn CB3 vì:
11


Khoảng đo của CB3 từ 0 ÷ 1000 mm; Khoảng đo của CB4 từ 0 ÷ 1500 mm.
Trong khi khoảng cần đo từ 0 ÷ 800 mm bằng 2/3 khoảng đo của CB3 nên đo bằng
CB3 cho kết quả chính xác hơn. Vì vậy ta chọn CB3.
1.4. Nhiễu và cách khắc phục
1.4.1. Nhiễu trong các bộ cảm biến
Nhiễu có thể được định nghĩa như bất kì tín hiệu khơng mong muốn làm mờ
hay làm biến dạng tín hiệu quan sát.
Nhiễu có thể được chia làm hai loại:
- Nhiễu nội tại
- Nhiễu do truyền dẫn.
1. Nhiễu nội tại
Nhiễu nội tại phát sinh do khơng hồn thiện trong việc thiết kế, cơng nghệ chế
tạo, tính chất vật liệu của các bộ cảm biến…, do đó đáp ứng có thể bị méo so với dạng
lý tưởng. Sự méo của tín hiệu ra có thể có tính hệ thống hoặc ngẫu nhiên. Dạng tín
hiệu ra liên quan chặt chẽ đến hàm truyền, đặc tính tuyến tính và đặc tính động của bộ
cảm biến.

Nhiễu nội tại khơng thể khắc phục nhưng có thể giảm xuống mức tối thiểu
2. Nhiễu do truyền dẫn
Nguồn nhiễu

Mạch phối hợp

Máy thu

Quá độ trong nguồn nuôi

Điện dung

Phần tử cảm nhận

Từ trường, tĩnh điện

Từ trường

Điện trở

Trường điện từ tần số radio

Môi trường dẫn

Điện dung

Hìnhthiên
1. 10.
Sơ đồ khối của nguồn nhiễu
và mạch

thu khuếch đại
Biến
nhiệt….
Đóng
gói phối hợp với máy
Bộ tiền
1.4.2. Cách khắc phục nhiễu
Để chống nhiễu ta dùng kỹ thuật vi sai phối hợp bộ chuyển đổi từng đơi, trong
đó tín hiệu ra là hiệu của hai tín hiệu ra của từng bộ. Một bộ chuyển đổi gọi là chuyển
đổi chính và bộ kia là chuyển đổi chuẩn được đặt trong màn chắn.

Bộ cảm biến chính

Y1
Y1 – Y2

Nhiễu
Y2
Bộ cảm biến chuẩn
Hình 1. 11. Kỹ thuật vi sai

Để giảm nhiễu đường truyền ta có thể sử dụng các biện pháp được trình bày
trong bảng sau:
12


Bảng 1.1 Các biện pháp giảm nhiễu
Nguồn nhiễu

Độ lớn

Biện pháp khắc phục

Nguồn 50Hz
Nguồn 100Hz
150 Hz do máy biến áp bị bão hồ

100pA

Cách ly nguồn ni, màn,nối đất
Lọc nguồn
Bố trí linh kiện hợp lý

Đài phát thanh
Tia lửa do chuyển mạch
Dao động

1mV
1mV

Dao động cáp nối
Bảng mạch

3V
0.5V

10pA
100pA
0.0110pA

Màn chắn
Lọc, nối đất,màn chắn
Ghép nối cơ khí, khơng để dây cao
áp gần đầu vào chuyển đổi
Sử dụng cáp ít nhiễu
Lau sạch, dùng cách điện Teflon

CÂU HỎI LUYỆN TẬP
Câu 1: Trình bày khái niệm cảm biến và cách phân loại cảm biến?
Câu 2: Trình bày những đặc tính cơ bản của cảm biến, phân tích ý nghĩa của từng đặc
tính trong việc lựa chọn cảm biến.
Câu 3: Trình bày khái niệm độ nhạy, phân tích ý nghĩa của độ nhạy trong việc lựa
chọn cảm biến, cho ví dụ minh họa.
Câu 4: Trình bày khái niệm phương trình chuyển đổi của cảm biến? Ý nghĩa của
phương trình chuyển đổi? Vì sao phương trình chuyển đổi là một hàm nhiều biến?

1.5. Giới thiệu phần mềm Labsoft dùng trong đo lường cảm biến
1.5.1. Giới thiệu phần mềm
1. Giới thiệu chung
- LabSoft là một giao diện mở, hỗ trợ đa phương tiện cho người dùng trong các bài thí
nghiệm UniTrain-I. LabSoft là giao diện chính để sinh viên thực hiện các thí nghiệm
trên các phần cứng của UniTrain-I. Hệ thống dựa trên ý tưởng chính là sử dụng máy vi
tính để tạo các chỉ dẫn và thực hiện các bài thí nghiệm có cấu trúc.
- Phần mềm này được dùng để:
+ Đặt các tham số cho các thiết bị
+ Thực hiện các phép đo trên các thiết bị đo
+ Tạo giao diện cho các khoá học LabSoft
+ Điều khiển hoạt động các thiết bị ảo
- LabSoft tích hợp đủ các cơng cụ cần thiết cho các bài thí nghiệm và phân tích kết
quả, báo cáo thí nghiệm; điều khiển các thiết bị ảo, đánh giá, kiểm tra và mô phỏng lỗi.

13


Một họ các thiết bị ảo khác là các nguồn cung cấp và các nguồn tín hiệu, máy phát
hàm, máy phát tín hiệu số, điện áp cung cấp ổn định và các nguồn biến đổi DC, AC, và
ba pha.
- LabSoft xử lý các khoá học viết dưới dạng file HTML. Các văn bản, các trường nhập
dữ liệu và kết quả, các hình ảnh động , video và âm thanh đều có thể thực hiện được.
2. Hướng dẫn cài đặt phần mềm
Bộ phần mềm gồm 3 thành phần:

Hình 1. 12. Bộ phần mềm Labsoft

Tiến hành giải nén và cài “Lab 30 Measurement”:
Bước 1: Chạy file cài đặt Setup.exe
Chọn tùy chọn: Install english version

Hình 1. 13. Lựa chọn ngơn ngữ cài đặt

Bước 2: Click “Next”
Click chọn tất cả các bài học “Control Techniques 1” -> “Control Techniques 2” và
“Measuament technology 1” - “Measuament technology 4”.
14


Hình 1. 14. Lựa chọn các thành phần cài đặt

Bước 3: Click Next cho quá trình cài đặt bắt đầu

Hình 1. 15. Tiến trình cài đặt

Chờ trong vài phút cho quá trình cài đặt kết thúc

15


Hình 1.16. Kết thúc quá trình cài đặt

Click “Finish” để kết thúc quá trình cài đặt phần mềm “Lab 30 Measurement”
Tương tự như trên ta cài đặt 2 phần hỗ trợ các bài học còn lại: “LUCAS-NÜLLE
Software_2A” và “LUCAS-NÜLLE Software_8U”
Sau khi cài đặt các phần mềm kể trên, ta có biểu tượng của phần mềm Labsoft như
sau:

Hình 1.17. Biểu tượng phần mềm Labsoft

3. Các cơng cụ chính của phần mềm
Trên góc trên bên trái cửa sổ làm việc là các tool (chức năng) chính của phần mềm.

Hình 1.18. Các chức năng (tool) chính của phần mềm

16


a) Thẻ tài liệu (tab File)

Hình 1.19. Thẻ tài liệu_File

- Save Workspace (Lưu không gian làm việc): Chức năng này giúp ta lưu trữ lại
những định dạng của các thiết bị đã được thiết lập trong bài để có thể sử dụng nhiều

lần sau mà khơng phải thiết lập lại.

Hình 1.20. Lưu không gian làm việc

- Open Workspace (Mở không gian làm việc): Chức năng này giúp ta mở lại
không gian làm việc đã lưu trước đó, để mở ra những thiết bị cùng với các thiết lập đã
cài đặt trước đó.

Hình 1.21. Mở khơng gian làm việc

b) Thẻ Tùy chọn (Option)

Hình 1.22. Thẻ tùy chọn

17


- Select Course Category (Chọn bài học): Khi muốn thay đổi bài học ta có thể
chọn từ mục này.

Hình 1.23. Lựa chọn bài thực hành

- Change password (thay đổi mật khẩu): Chọn tùy chọn này để thay đổi mật
khẩu tài khoản người dùng.
- Read Solution (đọc bài giải): Tùy chọn này cho phép người dùng tìm và tham
khảo lời giải của các bài thực hành.

Hình 1.24. Lựa chọn lời giải

4. Các thiết bị ảo

Trên Menu chức năng (tool) chọn mục “thiết bị” (Instruments) -> “ thiết bị đo”
(measuring divices), ta sẽ quan sát được tất cả các thiết bị đo ảo có thể dùng trong
phần mềm Labsoft:

18


Hình 1.25. Các thiết bị đo ảo

Các thiết bị đo cơ bản gồm có:
a. Máy hiện sóng (Oscilloscope)

Hình 1.26. Máy hiện sóng

Máy hiện sóng ảo với đầy đủ tính năng như một máy hiện sóng thực đã được
học và làm quen trong môn học Đo lường điện như điều chỉnh và hiển thị Time/div,
điều chỉnh và hiển thị Vols/div, lựa chọn nguồn tín hiệu AC/DC/GND, lựa chọn nguồn
tín hiệu đồng bộ Trigger,…
+) Hướng dẫn lựa chọn time/div

19


Hình 1.27. Lựa chọn time/div

+) Hướng dẫn lựa chọn vol/div

Hình 1.28. Lựa chọn vol/div

+) Hướng dẫn lựa chọn chế độ đo AC/DC/GND

20


Hình 1.29. Lựa chọn chế độ đo AC/DC/GND

b. Vơn kế
Vơn kế có 2 thiết bị là Vơn kế A và Vôn kế B, với khả năng lựa chọn dạng hiển
thị dạng số hay tương tự thông qua nút chọn A/D. Thay đổi thang đo với chọn “Lên –
Xuống”, lựa chọn đại lượng hiển thị giá trị biên độ AV, giá trị đỉnh – đỉnh PP, giá trị
tuyệt đối [AV] hay giá trị RMS thông qua việc chọn công tắc chuyển mạch.
Chọn nguồn tín hiệu dạng AC hay DC. Đèn báo giá trị âm và Over cũng được
tích hợp trên mặt đồng hồ Vơn kế.

a) Hiển thị số
b) Hiển thị kim
Hình 1.30. Vôn kế A
+) Hướng dẫn lựa chọn thang đo của Vôn mét

21


Hình 1.31. Lựa chọn thang đo của Vơn mét

+) Hướng dẫn lựa chọn dạng hiển thị

Hình 1.32. Lựa chọn dạng hiển thị

+) Hướng dẫn thay đổi dạng đồng hồ tương tự/số

22


Hình 1.33. Thay đổi dạng đồng hồ tương tự/số

c. Ampe kế
Với các tính năng tương tự như Vơn kế, ta có Ampe kế ảo với khả năng thay
đổi, lựa chọn thang đo cũng như đại lượng hiển thị, ngoài ra Ampe kế còn cho phép
thay đổi giá trị điện trở Shunt của nó.

a) Ampe kế

b) Thay đổi điện trở Shunt
Hình 1.34. Ampe kế

d. Đồng hồ vạn năng

Hình 1.35. Đồng hồ vạn năng

23


e. Các nguồn xung tín hiệu
Phần mềm cịn cung cấp cho người dùng những bộ nguồn điện áp cũng như các
nguồn xung tín hiệu cần thiết:

Hình 1.36. Các thiết bị sinh hàm, nguồn DC

-

Máy tạo hàm (Function Generator)
Máy phát xung (Pulse Generator)

-

Máy phát tùy chọn (Arbitrary Generator)

a) Máy sinh hàm
b) Máy phát xung
c) Máy phát tùy chọn
Hình 1.37. Hình ảnh các máy phát xung, sinh hàm
f. Bộ nguồn DC

Hình 1.38. Nguồn DC

1.5.2. Thực hành
1. Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị.
Thiết bị, vật tư cho một nhóm thực tập (3 sinh viên)
TT

Số
lượng

Tên thiết bị, dụng cụ

Đv
tính

1

Nguồn Power Supply SO4203-2A

01

Cái

2

Nguồn Extended Supply SO4203-2D

01

Cái

24

Ghi chú
Nguồn cung cấp
chính
Nguồn mở rộng


TT

Tên thiết bị, dụng cụ

Số

Đv

lượng

tính

3

Giao diện Interface SO4203-2A

01

Cái

4

Máy tính

01

Bộ

5

Ổ cắm lioa

01

Cái

Ghi chú
Module giao tiếp

chính giữa máy
tính và phần cứng.

2. Trình tự thực hiện
Bài Thực hành 1.1: Lập tài khoản nhóm, thiết lập mật khẩu, đổi mật khẩu
I/ Lập tài khoản nhóm
Bước 1: Mở phần mềm
- Tìm biểu tượng phần mềm trên màn hình Desktop hoặc vào Menu All
Program tìm tên phần mềm LabSoft.
- Click đúp vào biểu tưởng hoặc click chuột phải vào biểu tượng chọn Open.
Bước 2 : Tạo tên nhóm và mật khẩu
Trên màn hình chính xuất hiện giao diện tạo tên nhóm và mật khẩu

Hình 1. 39. Giao diện tạo tên nhóm và mật khẩu

- Ghõ vào ơ « Name » tên nhóm. Ví dụ : Nhóm 1
- Ghõ vào ơ « Password » mật khẩu của nhóm. Mật khẩu từ 6 ký tự trở lên có
thể bao gồm cả chữ cái và chữ số.
- Nhấn Enter.
Sau khi nhấn Enter giao diện phần mềm hỏi lại việc có quyết định tạo tài khoản nhóm
có tên như đã ghõ hay không ?

25