Đo lường và điều khiển tủ sấy sử dụng labview

Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
60 
ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TỦ SẤY SỬ DỤNG LABVIEW 
MEASUREMENT AND CONTROLS DRYER BY LABVIEW 
Nguyễn Thành Luân, Lê Thị Hồng Nhung, Lại Hoài Nam 
 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 28/4/2020, ngày phản biện đánh giá 18/5/2020, ngày chấp nhận đăng 01/6/2020. 
TÓM TẮT 
Bài báo giới thiệu việc xây dựng bộ đo lường và điều khiển tủ sấy sử dụng Labview kết 
hợp bộ thu thập dữ liệu NI-8006 nhằm giải quyết khó khăn ở khâu xác định độ ẩm vật liệu 
trong quá trình sấy. Kết quả cho thấy bộ đo lường thu thập dữ liệu về nhiệt độ tác nhân sấy, 
độ ẩm tác nhân sấy và độ ẩm vật liệu sấy có độ chính xác cao, phù hợp với kết quả đo các 
thiết bị kiểm chứng. Các dữ liệu thu thập được đồ thị hóa theo thời gian thực trên máy tính, 
thuận lợi trong việc theo dõi và xử lý các số liệu sau khi thu thập. Thiết bị điều khiển trực 
quan, tự động hóa tủ sấy đúng yêu cầu, có thể ứng dụng vào thực nghiệm quá trình sấy hoặc 
chế tạo các máy sấy, tủ sấy dùng để thí nghiệm. 
Từ khóa: Labview; NI-8006; cảm biến nhiệt độ; cảm biến độ ẩm; cảm biến khối lượng. 
ABSTRACT 
The article introduces the measuring and controls dryer using Labview combined with 
NI-8006 data collection to solve the problem in determining the moisture content of materials 
in process drying. The results show that the measurement set collects data: the temperature of 
the drying agent, the humidity of the drying agent and the moisture content of materials with 
high accuracy, there is good agreement with the results of the test equipment. The collected 
data is graphed in real time on a computer, advantage in tracking and processing of data 
after collection. The device have an intuitive interface which can apply on experimental 
drying process or manufacture dryers use for experiment. 
Keywords: Labview; NI-8006; temperature sensor; humidity sensor; loadcell. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Việc đo lường và điều khiển máy sấy có 
vai trò quan trọng trong nghiên cứu và sản 
xuất; giúp tiết kiệm thời gian, giảm sức lao 
động, giảm tiêu hao năng lượng và tối ưu hóa 
chế độ sấy để nâng cao chất lượng sản phẩm. 
Do đó, có nhiều nghiên cứu về đo lường và 
kiểm soát chế độ sấy trên các máy sấy đơn cử 
như: Tác giả Li và cộng tác viên (ctv) [1] 
nghiên cứu đo lường và kiểm soát chế độ sấy 
cà rốt trên máy sấy vi sóng sử dụng bộ thu 
thập dữ liệu PCI-6014 và phần mềm 
Labview. Kết quả nghiên cứu cho thấy thiết 
bị kiểm soát tốt chế độ sấy cà rốt, thời gian 
sấy và tiêu hao năng lượng giảm, chất lượng 
sản phẩm sấy được nâng cao. Tác giả 
Martynenko [2] nghiên cứu ứng dụng bộ đo 
lường và giám sát buồng sấy thông qua dữ 
liệu hình ảnh bằng cách sử dụng camera, 
phần mềm Labview và IMAQTM. Nghiên 
cứu chỉ ra rằng các dữ liệu hình ảnh thu từ bộ 
đo lường trực quan, thiết bị kiểm soát tốt 
nhiệt độ, độ ẩm và độ co ngót vật liệu trong 
quá trình sấy. Tác giả Gaceu [3] nghiên cứu 
ứng dụng bộ đo lường và giám sát máy sấy 
ngũ cốc sử dụng bộ điều khiển PID kết hợp 
phần mềm Labview để xây dựng mô hình 
toán học dự đoán đường cong sấy theo các 
biến khi vận hành. Kết quả nghiên cứu cho 
thấy bộ đo lường và giám sát có khả năng 
kiểm soát và tối ưu hóa tốt chế độ sấy. Tác 
giả Stawczyk và ctv [4] nghiên cứu điều 
khiển máy sấy xúc xích sử dụng cảm biến 
bức xạ hồng ngoại gần (NIR), bộ thu thập dữ 
liệu NI và phần mềm Labview. Các tác giả 
61 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
kết luận bộ điều khiển kiểm soát tốt độ ẩm 
của xúc xích sấy và nâng cao chất lượng sản 
phẩm. Tác giả Gagnon và ctv [5] nghiên cứu 
giám sát chế độ sấy dược phẩm trong máy 
sấy tầng sôi sử dụng cảm biến bức xạ hồng 
ngoại gần (NIR) kết hợp phần mềm Viavi 
MicroNIR, Matlab và Labview. Kết quả 
nghiên cứu cho thấy thiết bị kiểm soát tốt chế 
độ sấy, nâng cao chất lượng sản phẩm và 
giảm tiêu hao năng lượng. Tác giả Wu và ctv 
[6] nghiên cứu giám sát và điều khiển máy 
sấy bắp sử dụng mô hình nhiệt độ tích lũy kết 
hợp PLC và phần mềm Labview đã đi đến 
kết luận: thiết bị kiểm soát tốt quá trình sấy 
và giảm tiêu hao năng lượng. Tác giả Wang 
và ctv [7] nghiên cứu ứng dụng bộ thu thập 
dữ liệu NI-9025 kết hợp phần mềm Labview 
để thu thập dữ liệu và điều khiển máy sấy 
bơm nhiệt, nghiên cứu chỉ ra rằng thiết bị thu 
thập tốt dữ liệu và kiểm soát tốt chế độ sấy 
trên máy sấy bơm nhiệt. Tác giả Jianghong 
và ctv [8] nghiên cứu ứng dụng Labview và 
bộ thu thập dữ liệu để giám sát và điều khiển 
chế độ sấy thuốc trên máy sấy thăng hoa, kết 
luận thiết bị thu thập các thông số trong hệ 
thống và kiểm soát tốt quá trình cấp đông, 
quá trình sấy. Tác giả Shusen và ctv [9] 
nghiên cứu theo dõi sự thay đổi nhiệt độ bên 
trong rau, quả trong quá trình sấy sử dụng bộ 
thu thập dữ liệu NI-9205 và phần mềm 
Labview. Nghiên cứu chỉ ra rằng thiết bị thu 
thập và đồ thị hóa số liệu, lưu trữ số liệu trực 
quan với độ chính xác cao. 
Hiện nay, tại Việt Nam có nhiều nghiên 
cứu thực nghiệm trên máy sấy. Đặc biệt là 
nghiên cứu chế độ sấy của các vật liệu, trong 
đó việc theo dõi độ ẩm vật liệu trong suốt 
quá trình sấy là cần thiết. Tuy nhiên, do chi 
phí các bộ thí nghiệm lớn nên người nghiên 
cứu phải thực hiện việc mở tủ sấy, lấy vật 
liệu và đo độ ẩm vật liệu bằng cảm biến hoặc 
thông qua cân khối lượng tại các thời điểm. 
Công tác này, làm mất nhiều thời gian của 
người thực nghiệm, ảnh hưởng đến kết quả 
quá trình sấy. Đặc biệt, đối máy sấy thăng 
hoa thì không thể sử dụng phương án đo 
lường như trên để xác định độ ẩm vật liệu. 
Đối với máy sấy chân không thì việc lấy sản 
phẩm ra ảnh hưởng lớn đến kết quả thực 
nghiệm. Do đó, cần thiết phải xây dựng một 
bộ thu thập dữ liệu nhằm giúp cho người 
thực nghiệm giảm thời gian và công sức, đảm 
bảo độ tin cậy của kết quả thực nghiệm với 
chi phí đầu tư thấp. 
2. GIỚI THIỆU 
Để giải quyết vấn đề như đặt ra, tác giả 
đã tiến hành xây dựng bộ đo lường và tiến 
hành thử nghiệm trên tủ sấy điện trở. 
Yêu cầu đo lường và điều khiển tủ sấy 
bao gồm: 
 Điều khiển quạt và điện trở. 
 Đo độ ẩm vật liệu trong quá trình sấy. 
 Đo nhiệt độ và độ ẩm không khí trong 
buồng sấy. 
 Đo nhiệt độ không khí sau buồng sấy. 
Trong nội dung đo lường và điều khiển ở 
trên thì việc xác định độ ẩm vật liệu tại một 
thời điểm trong quá trình sấy là quan trọng 
nhất. Phương pháp xác định độ ẩm trong vật 
liệu sấy mà tác giả sử dụng là phương pháp 
cân, bằng cách sử dụng cảm biến khối lượng 
loadcell. 
Theo lý thuyết, độ ẩm vật liệu tại một 
thời điểm được xác định: 
ni
i
i
G
= .100%
G
W (1)
Trong đó : 
Gni: Khối lượng nước trong vật liệu tại thời 
điểm đo thứ i; g 
Gi: Khối lượng vật liệu tại thời điểm đo thứ i; g 
Triển khai công thức (1) ta có: 
0n
i
i
i
i 0
i
0W -100.(G -G )W
G .G
= .100=
G G
;i=1,2,..n 
 (2) 
Trong đó: 
Gi: Khối lượng vật liệu tại thời điểm đo thứ i; g 
G0: Khối lượng ban đầu của vật liệu, g 
W0: Độ ẩm ban đầu của vật liệu, g 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
62 
Tác giả sử dụng công thức (2) đưa vào 
lập trình để đo độ ẩm vật liệu sấy. 
Các thành phần bộ đo lường và điều 
khiển bao gồm: Card NI-6008, phần mềm 
Labview, cảm biến nhiệt độ LM35, cảm biến 
độ ẩm AMT1001, cảm biến khối lượng 
loacell 1kg. Sơ đồ khối kết nối để điều khiển 
tủ sấy thể hiện như hình 1. 
Hình 1. Sơ đồ khối kết nối điều khiển tủ sấy 
Các thông số đầu vào, đầu ra của bộ đo 
lường và điều khiển thể hiện như bảng 1 và 
bảng 2. 
Bảng 1. Các thông số đầu vào 
TT Thông số 
Đơn 
vị 
1 Nhiệt độ sấy 0C 
2 Độ ẩm ban đầu vật liệu sấy % 
3 Khối lượng của khay sấy g 
4 
Khối lượng ban đầu của khay 
và vật liệu sấy 
g 
Bảng 2. Các thông số đầu ra 
TT Thông số 
Đơn 
vị 
1 
Hiển thị giá trị và đồ thị nhiệt 
độ tác nhân sấy theo thời gian 
0
C 
2 
Hiển thị giá trị và đồ thị độ ẩm 
tác nhân sấy theo thời gian 
% 
3 
Hiển thị giá trị và đồ thị độ ẩm 
vật liệu sấy theo thời gian 
% 
3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 
Mô hình tủ sấy kích thước: 0,3mx0,3mx 
0,4m; điện trở công suất 500W; quạt 220V. 
Card NI-6008 [10]: 8 analog input, 2 
analog output, 12 digital I/O. 
Sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 [11] 
với dải đo nhiệt độ -55150°C, điện áp tuyến 
tính theo nhiệt độ 10 mV/0C, sai số ±0,250C. 
Cảm biến độ ẩm AMT1001 [12] với dải 
đo độ ẩm 2095%, điện áp làm việc 5VDC, 
điện áp ra 0,6÷2,7VD. 
Cảm biến khối lượng loadcell loại 1kg 
[13], điện áp làm việc 5VDC, tỉ số điện áp 
đầu ra và vào 1±0,15mV/V. Do tín hiệu điện 
áp đầu ra của loadcell nhỏ nên thiết bị thu 
thập dữ liệu NI -6008 không đọc được giá trị 
tín hiệu. Do đó, cần sử dụng một module 
khuếch đại điện áp cho loadcell. Trong 
nghiên cứu này, sử dụng module khuếch đại 
điện áp Weight Transmitters, điện áp làm 
việc 12÷24VDC, đầu vào là tín hiệu loadcell, 
đầu ra 0÷10VDC hoặc 4÷20mA, module có 
các biến trở để cân chỉnh giá trị khối lượng từ 
cảm biến loadcell. 
Trong code chương trình Labview, các 
cảm biến được thiết lập tỉ lệ Scale đúng theo 
dải đo được thiết lập tương ứng với cảm 
biến; đồng thời, để lọc nhiễu các cảm biến 
bằng cách sử dụng hàm “Sample Variance 
PtByPt” với số sample lựa chọn là 1000. 
Sử dụng rơle SSR-40DA (solid state 
module) với điện áp làm việc 3÷32VDC, 
dòng điện lớn nhất mà tiếp điểm điều khiển 
chịu được là 25A để điều khiển điện trở và 
quạt trong tủ sấy. 
Các thiết bị đo lường được dùng để đối 
chiếu và cân chỉnh các cảm biến (hình 2) bao 
gồm: 
- Hộp quả cân chuẩn sử dụng để cân 
chỉnh cảm biến loadcell. 
63 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
- Cân tiểu điện tử KS1000 với sai số 0,1g. 
- Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm XH-
M452 với sai số 0,10C; ±0,1% RH. 
Hình 2. Thiết bị đo sử dụng để đối chiếu và 
cân chỉnh cảm biến 
Mô hình thực nghiệm và cách lắp đặt cảm 
biến loadcell thể hiện như hình 3 và hình 4. 
1.Quạt, 2.Điện trở, 3.Cảm biến LM35 và 
AMT1001, 4.Khay sấy, 5.Cảm biến loadcell, 
6.Cảm biến LM35 
Hình 3. Mô hình tủ sấy 
1.Giá đỡ nơi đặt khay sấy, 2;4.Gối đỡ, 
3.Cảm biến Loadcell 
Hình 4. Lắp đặt loadcell trong buồng sấy 
Hình 5. Sơ đồ code trong Labview 
Code chương trình và giao diện Labview 
sử dụng để đo lường và điều khiển thể hiện 
như hình 5 và hình 6. Sau khi xây dựng mô 
hình đo lường và điều khiển tủ sấy (hình 7), 
tiến hành cân chỉnh giá trị các cảm biến: dựa 
trên giá trị quả cân chuẩn và cân tiểu ly điện 
tử KS1000 thực hiện cân chỉnh cảm biến 
loadcell bằng cách chỉnh các biến trở trên 
module khuếch đại điện áp; cân chỉnh giá trị 
nhiệt độ và độ ẩm của cảm biến LM35 và 
cảm biến AMT1001 so sánh với thiết bị đo 
XH-M452, sau đó chỉnh trực tiếp trong code 
chương trình Labview. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
64 
Hình 6. Giao diện đo lường, điều khiển tủ sấy trên Labview 
Hình 7. Mô hình đo lường và điều khiển tủ 
sấy sử dụng Labview kết hợp Card NI-6008 
Quy trình thực nghiệm trên mô hình 
được tiến hành theo các bước sau: 
Bước 1: Đặt khay sấy vào buồng sấy. 
Sau đó xem kết quả khối lượng và nhập vào 
ô khối lượng khay. 
Bước 2: Bố trí vật liệu lên khay, đưa vào 
buồng sấy. Sau đó xem kết quả khối lượng và 
nhập kết quả vào ô khối lượng vật liệu sấy và 
khay. 
Bước 3: Nhập độ ẩm ban đầu vật liệu sấy. 
Bước 4: Nhập giá trị nhiệt độ sấy. Đây là 
thông số sử dụng để điều khiển đóng, ngắt 
điện trở trong quá trình sấy. 
Bước 5: Khởi động tủ sấy bằng cách bật 
nút khởi động quạt và điện trở trên giao điện 
Labview. 
Bước 6: Xóa kết quả trên các đồ thị bằng 
cách click chuột phải vào đồ thị và chọn clear 
chart. Mục đích để xóa các dữ liệu trước đó 
và bắt đầu ghi dữ liệu mới cho quá trình sấy. 
Bước 7: Để xuất các dữ liệu trên đồ thị 
ra bảng excel, click chuột phải vào đồ thị và 
chọn: export export data to excel. 
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Sau khi cân chỉnh các cảm biến, tiến 
hành chạy thử nghiệm. So sánh giá trị đo của 
các cảm biến với giá trị đo của các thiết bị 
đối chiếu, kết quả cho thấy: đối với cảm biến 
loadcell sử dụng NI-6008 để đọc tín hiệu (12 
bits) có sai số của tín hiệu đọc khoảng 0,244g 
và so sánh lại với cân kiểm chứng KS1000 
thì sai lệch lớn nhất trong toàn dải đo khoảng 
0,1g; sai số của tín hiệu cảm biến nhiệt độ và 
độ ẩm khi so sánh với thiết bị đo XH-M452 
thì sai lệch lớn nhất về giá trị nhiệt độ và độ 
ẩm của các cảm biến lần lượt khoảng 0,10C 
và 1% trên toàn dải đo. 
Quạt, điện trở của tủ sấy được điều khiển 
trực tiếp trên giao diện Labview. Trong quá 
NI-6008 
Weight 
Transmitter
s 
SSR-40 
DA 
Quạt 
12VDC 
65 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
trình sấy điện trở được điều khiển đóng, ngắt 
tự động thông qua giá trị nhiệt độ sấy cài đặt. 
Qua kết quả chạy thử nghiệm cho thấy hệ 
thống làm việc ổn định, các dữ liệu được thu 
thập về máy tính có độ chính xác cao. Hình 8 
thể hiện kết quả dữ liệu thu thập được của 
mô hình. Các dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm của 
tác nhân sấy và độ ẩm vật liệu sấy được đồ 
thị hóa theo thời gian thực trên máy tính. Kết 
quả trực quan, giúp người thực nghiệm thuận 
lợi trong việc điều khiển, theo dõi và xử lý 
các số liệu sau khi thu thập. 
a) Dữ liệu nhiệt độ trong và sau buồng sấy 
b) Dữ liệu độ ẩm tác nhân sấy theo thời gian 
c) Dữ liệu độ ẩm vật liệu thay đổi theo thời gian 
Hình 8. Kết quả dữ liệu thu thập trên giao 
diện Labview 
Bảng 3. Độ ẩm vật liệu sấy theo thời gian 
Time - Voltage_0 Amplitude - Voltage_0 
0 67.6535 
1 67.6532 
2 67.6529 
3 67.6526 
4 67.6523 
5 67.652 
6 67.6517 
7 67.6514 
8 67.6511 
9 67.6508 
10 67.6505 
Bảng 3 thể hiện một đoạn kết quả đo độ 
ẩm vật liệu sấy theo thời gian được xuất dưới 
dạng file excel, bảng gồm 2 cột giá trị là thời 
gian và độ ẩm vật liệu sấy. Bảng 3 cho thấy 
giá trị dữ liệu thu thập không bị nhiễu (khi bị 
nhiễu thì kết quả biến thiên tăng giảm không 
ổn định) các giá trị có độ chính xác đến 4 số 
sau dấu phẩy và biến thiên đúng theo quy 
luật giảm ẩm của vật liệu khi sấy. 
Qua đó cho thấy, việc ứng dụng phần 
mềm Labview và các thiết bị ADQ như NI-
6008 để thu thập dữ liệu, giúp người sử dụng 
giảm được thời gian và công sức đáng kể, 
đảm bảo độ tin cậy các đo lường khi thực 
nghiệm. 
Với chi phí đầu tư ít, bộ đo lường có thể 
ứng dụng để nghiên cứu thực nghiệm trên 
máy sấy và ứng dụng vào tủ sấy thương mại. 
5. KẾT LUẬN 
Tác giả đã ứng dụng Labview, ADQ NI-
6008 và cảm biến loadcell giải quyết được 
khó khăn khi thực nghiệm sấy ở khâu xác 
định độ ẩm vật liệu trong suốt quá trình sấy. 
Giúp cho người thực nghiệm giảm thời gian 
và công sức. đảm bảo độ tin cậy của kết quả 
thực nghiệm. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 58 (06/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
66 
Bộ đo lường làm việc ổn định, thu thập 
các dữ liệu tốt. Khi so sánh với thiết bị đo 
kiểm chứng: sai số cảm biến loadcell là 0,1g; 
sai số cảm biến nhiệt độ là 0,10C và sai số 
cảm biến độ ẩm là 1%. Bộ đo lường có thể sử 
dụng phục vụ cho quá trình nghiên cứu thực 
nghiệm sấy và ứng dụng vào thực tế chế tạo 
các máy sấy, tủ sấy dùng để thí nghiệm. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Li, Z., G.V. Raghavan, and N. Wang, Carrot volatiles monitoring and control in 
microwave drying. LWT-Food Science and Technology, 2010. 43(2): p. 291-297. 
[2] Martynenko, A., Computer-vision system for control of drying processes. Drying 
Technology, 2006. 24(7): p. 879-888. 
[3] Gaceu, L. LabView predictive model for optimization of the cereals drying process. in 
the Proceedings of International Conference on Agricultural Economics, Rural 
development and Informatics, AVA3, Debrecen, Hungary, ISBN. 
[4] Stawczyk, J., et al., Control system for sausage drying based on on-line NIR aw 
determination. Drying Technology, 2009. 27(12): p. 1338-1343. 
[5] Gagnon, F., et al., Nonlinear model predictive control of a batch fluidized bed dryer for 
pharmaceutical particles. Control Engineering Practice, 2017. 64: p. 88-101. 
[6] Wu, Y., et al. Intelligent Monitoring and Control of Grain Continuous Drying Process 
Based on Multi-parameter Corn Accumulated Temperature Model. in 2017 International 
Conference on Smart Grid and Electrical Automation (ICSGEA). 2017. IEEE. 
[7] WANG, S.-p., X.-k. ZHANG, and J.-j. ZHANG, Design and Experiment of Data 
Acquisition System for Heat Pump Drying Based on LabVIEW [J]. Instrument 
Technique and Sensor, 2011. 8. 
[8] [Jianghong, X. and F.Y.F. Jia, Use of Virtual Instrument Language in Program for 
Inspection of Freezing and drying Medicine [J]. Pharmaceutical & Engineering Design, 
2006. 5. 
[9] Shusen, H.J.Z.X.Z. and X.G.X. Jianguo, Internal Temperature Test Based on LabVIEW 
for Fruits and Vegetables in Drying Process. Process Automation Instrumentation, 
2012(8): p. 13. 
[10] National instruments usb-6008 user manual. 
[11] LM35 datasheet. 
[12] AMT1001 datasheet. 
[13] Load Cell datasheet. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
Nguyễn Thành Luân 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 
Email: luannt@hcmute.edu.vn