Đo lường đại lượng không điện chapter 1

Chương1 :1.1 Định nghĩa và phân loại đo lường 1.2 Phân loại thiết bị đo lường 1.3 Sai số đo lường và các tham số đặc trưng cho chất lượng của thiết bị đo 1.4 Cấu trúc cơ bản của thiết b

ĐẠI LƯỜNG ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN

Tiến sỹ Võ Huy Hoàn

hoanvh@epu.edu.vn ; Mobile:0903219824

ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

• Ch6: Đo biến dạng, lực và trọng lượng

• Ch7: Đo tốc độ và gia tốc chuyển động

• Ch8: Cảm biến thông minh

• Ch9: Phân tích chất khí

Tài liệu học tập và tham khảo

[1] Võ Huy Hoàn Đo lường nhiệt, nhà xuất bản giáo dục, 2013

[2] Phạm Thượng Hàn và một số tác giả khác Kỹ thuật đo

lường các đại lượng vật lý tập 1, 2 nhà xuất bản giáo dục,

1996.

[3] Alan S.Morris Measurement and Instrumentation

Principles, Elsevier butter worth heinemann, 2006.

[4] Ramon Pallàs- Ảeny, John G Webster Sensors and Signal

conditioning, A Wiley- Interscience Publication , 2006.

[5] Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn và một số tác giả

khác Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001.

[6] Nguyễn Văn Hòa Cơ sở tự động hóa

[7] www.yokogawa.com ; www.siemens.com ; v,v.

Chương1 :

1.1 Định nghĩa và phân loại đo lường

1.2 Phân loại thiết bị đo lường

1.3 Sai số đo lường và các tham số đặc

trưng cho chất lượng của thiết bị đo

1.4 Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo

1.5 Kiểm định và hiệu chuẩn các thiết bị đo lường

1.6 Máy tính trong đo lường

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản

1.1.1 Định nghĩa:

Đo lường là quá trình nhận thức bằng thực nghiệm, đem đại lượng bị đo so sánh với một đại lượng khác dùng làm đơn vị để tìm ra tỷ số bằng số đặc trưng cho sự so sánh đó

Q: đại lượng bị đoU: đại lượng đơn vịq: tỷ số bằng số

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.1.2 Phân loại đo lường

a) Đo trực tiếp

Là phép đo mà kết quả nhận được từ một phép đo duy

nhất Cách đo này cho ta kết quả ngay thiết bị đo được sử dụng thường tương ứng với đại lượng đo Ví dụ: đo nhiệt

độ bằng nhiệt kế, đo áp suất bằng áp kế, đo lưu lượng

bằng lưu lượng kế v.v…

b) Đo gián tiếp

Là phép đo mà kết quả được suy ra từ một mối quan hệ

toán học nào đó đã biết Các đại lượng chưa biết trong mối quan hệ toán học này được xác định bằng phép đo trực

tiếp.

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

c) Đo tổng hợp

Là phép đo phải làm nhiều lần ở nhiều điều kiện khác nhau

để được một hệ phương trình biểu thị quan hệ giữa các

lượng chưa biết và các lượng bị đo trực tiếp, từ đó tìm ra các lượng chưa biết.

1.2 Phân loại thiết bị đo lường

Có nhiều cách phân loại

a) Theo tính năng sử dụng

Đồng hồ làm việc: là những loại được lắp đặt trong các dây chuyền công nghệ, để theo dõi các thông số làm việc của một quá trình nào đó

Đồng hồ mẫu: là những loại thiết bị đo dùng để kiểm tra định

kỳ các đồng hồ làm việc.

Đồng hồ chuẩn: là những loại thiết bị đo dùng để kiểm và

chuẩn các thiết bị đo loại mẫu.

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

b) Theo thông tin truyền đi trong thiết bị đo Thiết bị đo tương tự

Thiết bị đo kiểu kỹ thuật số

c) Căn cứ vào cách thể hiện kết quả

1 Thiết bị chỉ thị

2 Thiết bị tự ghi

3 Thiết bị tích phân

4 Thiết bị tín hiệu

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

d) Căn cứ vào thông số cần đo

• Nhiệt kế : Đo nhiệt độ

• Áp kế : Đo áp suất

• Lưu lượng kế : Đo lưu lượng

• Vôn kế : Đo điện áp

• Ampekế : Đo dòng điện

….

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.3 Sai số đo lường và các tham số đặc trưng cho chất lượng của thiết bị đo

1.3.1 Sai số và cấp chính xác

• Xđ là trị số đúng của thông số cần đo, XC là số chỉ của thiết bị khi đo thông số đó;  là sai số tuyệt đối ứng với số đo đó của thiết bị đo; 0 là sai số tương đối thì ta có các biểu thức định nghĩa sau:

• Sai số tuyệt đối  = Xc – Xđ ;

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Sai số tương đối

• Sai số tương đối quy đổi

• Sai số tương đối quy đổi lớn nhất (cấp chính xác)

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Sai số cho phép: Sai số cho phép là sai số lớn nhất mà thiết

bị đo được phép mắc phải nhưng vẫn đảm bảo được cấp

chính xác.

• Sai số cơ bản: là sai số mà thiết bị đo mắc phải khi nó làm

việc ở điều kiện bình thường.

• Sai số phụ: Sai số mà thiết bị đo mắc phải khi nó làm việc ở

chế độ khác chế độ bình thường.

• Sai số hệ thống

Là sai số không đổi hoặc thay đổi theo một quy luật nhất định xét theo nguyên nhân thì có thể chia sai số hệ thống thành các loại sau:

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

*) Sai số công cụ: là do thiếu sót của công cụ đo

lường gây nên

VD: chia độ sai, chỉnh không chưa đúng, khuyết tật của các linh kiện,v.v …

*) Sai số do sử dụng thiết bị đo không đúng quy định

VD: đặt thiết bị đo trong môi trường đo không hợp lý

*) Sai số do chủ quan người đọc

VD: đọc số sớm hoặc muộn hơn thực tế, ngắm đọc vạch theo đường xiên

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

*) Sai số phương pháp: do chọn phương pháp đo

chưa hợp lý, không nắm vững phương pháp

đo…Phát hiện sai số hệ thống rất khó, nhưng nếu

đã phát hiện được thì việc đánh giá và loại trừ nó sẽ không khó

Số bổ chính: là số cần cộng thêm vào số chỉ của

thiết bị đo để được trị số đúng

Xđ = Xc +b => b = - (Xc - Xđ) = -

b có thể dương, âm hoặc = 0

Hệ số bổ chính: là số nhân vào số chỉ của đồng hồ

để được số đúng (ít dùng)

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Hạn nhạy: là mức độ biến đổi nhỏ nhất của thông số

cần đo mà đồng hồ có thể nhận biết được

• Biến sai (hồi sai): là độ sai lệch lớn nhất giữa các lần

đo khi đo nhiều lần của cùng một thông số cần đo

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Sai số của phép đo gián tiếp

• Hàm y = f(x1, x2, …, xn)

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

Công thức tính sai số tuyệt đối

Công thức tính sai số tương đối

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Sai số của phép đo gián tiếp

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Ví dụ về tính sai số của phép đo:

Ví dụ : Từ kết quả đo trực tiếp dòng điện I, điện áp U và thời

gian t, ta được I = 7,130  0,018 ampe, U = 218,7  0,4 volt, t

= 10  0,6 h Nếu xác định điện năng Q bằng phương pháp gián tiếp thì trị số của Q sẽ là bao nhiêu.

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

Sai số tuyệt đối của kết quả đo gián tiếp là

 = Q X  =15,59331X 0,0601= 0,9372

Kết quả của phép đo gián tiếp là:

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.3.5 Sai số ngẫu nhiên

1.3.5.1 Qui luật phân bố số đo và sai số ngẫu nhiên

0 x i

Trôc sè

Hình 1.1: Đường cong phân bố các số đo

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.3.5 Sai số ngẫu nhiên

Là thành phần sai số của phép đo thay đổi không theo một quy luật nào cả mà là ngẫu nhiên khi thực hiện lại phép đo nhiều lần một đại lượng duy nhất.

1 Tiên đề về tính ngẫu nhiên: Khi tiến hành một phép

đo với số lần n rất lớn thì cơ hội xuất hiện sai số

ngẫu nhiên có trị số đối nhau (phân bố như nhau

nhưng dấu trái nhau) là như nhau Số các sai số

ngẫu nhiên dương bằng số các sai số ngẫu nhiên âm

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

2 Tiên đề về tính phân bố : Khi tiến hành một phép đo với số lần n rất lớn thì cơ hội xuất hiện sai số ngẫu nhiên có trị số tuyệt đối nhỏ nhiều hơn là cơ hội xuất hiện sai số ngẫu nhiên có trị số lớn Cơ hội xuất hiện sai số ngẫu nhiên có trị số tuyệt đối quá lớn là rất

hiếm hoặc bằng không Nếu phép đo nào mà sai số không phù hợp với 2 tiên đề trên thì chắc chắn là sai

số trong phép đo đó không chỉ hoàn toàn do nguyên nhân ngẫu nhiên mà còn chịu ảnh hưởng của sai số

hệ thống hoặc sai số nhầm lẫn

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Ta thấy khi  = 0, nếu  càng lớn thì y tương ứng càng nhỏ và trái lại, tức là khi  càng nhỏ thì đường biểu diễn càng dốc chứng tỏ là số

cơ hội xuất hiện sai số ngẫu nhiên có trị số

tuyệt đối nhỏ càng nhiều, phép đo đạt được

độ chính xác cao hơn.

• Người ta gọi 2 là tham số của luật chuẩn và

là độ đo mức chính xác.

2 1



Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

Hình 1.2: Đường cong phân bố chính

tắc của sai số ngẫu nhiên



y

0

y là số cơ hội xuất hiện sai số ngẫu nhiên

có trị số sai số ngẫu nhiên là ,

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Đường biểu diễn hình 1.2 phản ánh đầy đủ nội dung của 2 tiên đề, nó được gọi là đường cong phân bố chính tắc của sai số ngẫu nhiên

và có thể biểu thị bằng hàm số :

• Đó là luật phân bố chuẩn của sai số ngẫu

nhiên hoặc còn gọi là định luật sai số Gauss.

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.3.9 Sai số động

• Khi đại lượng đo X biến thiên theo thời gian ta sẽ có quan hệ:

 (t) = S(t) X(t)

• Quan hệ này được biểu diễn bằng một phương trình vi phân

và thường viết dưới dạng toán tử Laplace:

(p) = S(p) X (p)

• S(p) gọi là độ nhạy của thiết bị trong quá trình đo đại lượng động Đây cũng chính là hàm truyền của thiết bị đo Tuỳ theo dạng của tín hiệu vào, hàm truyền thể hiện dưới các dạng đặc tính khác nhau.

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• S(p) đặc trưng cho đặc tính quá độ của thiết bị đo và tuỳ theo phương trình đặc tính của nó, nó có thể dao động hoặc không dao động

• Khi tín hiệu vào có dạng hình sin Xt =

• S(p) thể hiện dưới dạng được gọi là đặc tính tần

số của thiết bị đo

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

đặc tính A() quan hệ giữa biên độ và tần số và () đặc tính pha tần

• A() thay đổi theo , vì thế gây ra một sai số động tính theo công thức:

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.4 Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo

1.4.1 Sơ đồ cấu trúc chung của thiết bị đo

Cảm biến

Mạch đo

Cơ cấu chỉ thị

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của thiét bị đo

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.4.2 Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đo biến đổi thẳng :

CĐ1 Y1 CĐ2 CĐn

Hình 1.5: Sơ đồ cấu trúc của thiét bị đo biến đổi thẳng

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• thiết bị đo biến đổi thẳng là thiét bị mà tín hiệu truyền

đi trong nó chỉ theo một hướng nhất định, không có tín hiệu phản hồi để so sánh, chẳng hạn tín hiệu X sau một hoặc vài lần biến đổi thông qua các chuyển đổi CĐ1, CĐ2, , CĐn theo một hướng xác định

thành đại lượng Y truyền trực tiếp đến cơ cấu chỉ thị

để hiện thị kết quả đo như hình 1.5

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.4.3 Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đo kiểu so sánh:

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.5 Kiểm định và hiệu chuẩn các thiết bị đo lường

Trong chương 3 và chương 4 của pháp lệnh đo lường ngày 6 tháng 10 năm 1999 đã quy định

• Trong lĩnh ngành nhiệt, những phương tiện đo sử dụng vào mục đích 1 và 2 phải kiểm định, bao gồm:

• Thiết bị đo khối lượng: cân phân tích, cân kỹ thuật, cân ô tô, cân tàu hỏa tĩnh, cân tàu hỏa động, cân băng tải, quả cân.

• Phương tiện đo dung tích - lưu lượng: đồng hồ nước lạnh, đồng hồ xăng dầu.

• Thiết bị đo áp suất: Áp kế

• Thiết bị đo nhiệt độ: nhiệt kế.

• Thiết bị đo hoá lí: máy đo độ ẩm hạt, máy đo pH, tỷ trọng kế, Thiết bị đo độ ẩm không khí.

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Chế độ kiểm định bao gồm: kiểm định ban đầu, kiểm

định định kỳ và kiểm định bất thường.

• Kiểm định ban đầu là kiểm định lần đầu đối với các

phương tiện đo sau khi sản xuất hoặc nhập khẩu.

• Kiểm định định kỳ là kiểm định theo chu kỳ đối với các

phương tiện đo đang sử dụng.

• Kiểm định bất thường là kiểm định đối với các phương

tiện đo sau khi sửa chữa; theo yêu cầu của tổ chức, cá nhân sử dụng; phục vụ việc thanh tra đo lường, giám định tư pháp hoặc các hoạt động công vụ khác của Nhà nước

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Hiệu chuẩn phương tiện đo

• Hiệu chuẩn là việc so sánh giá trị của đại lượng thể hiện bằng phương tiện đo với giá trị tương ứng thể hiện bằng chuẩn đo lường

đo dùng làm chuẩn và các phương tiện đo ngoài

danh mục phải kiểm định; riêng các chuẩn dùng

trong kiểm định thì áp dụng chế độ kiểm định

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

1.6 Máy tính trong đo lường

• Các phương pháp nối thiết bị đo với máy tính:

1 Nối thiết bị hay tấm mạch đo lường với cổng ghép

nối song song

2 Nối thiết bị hay tấm mạch đo lường với chuẩn

truyền tín nối tiếp

Ch 1: Một số khái niệm cơ bản (tiếp)

• Chuẩn RS232

• Chuẩn RS422

• Chuẩn RS485

Hình ảnh một số thiết bị

Hình ảnh về tổng kết khóa Đào tạo thiết bị điều

khiển lậo trình cho Xi măng Duyên Hà

Hình ảnh về tổng kết khóa Đào tạo thiết bị điều

khiển lậo trình cho Xi măng Duyên Hà

Hết chương 1