Đề bài báo cáo chuyên đề câu 1 trình bày những hiểu biết về phân loại thiết bị đo theo tính năng sử dụng câu 2 trình bày những hiểu biết về lưu lượng kế tốc độ

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ HÌNH 1.1 Mạch đo nhiệt độ đơn giản HÌNH 1.2 Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ nhiều thành phần HÌNH 1.3 Hình ảnh 1 số thiết bị đo tự chỉ HÌNH 1.4 Máy đo nhiệt độ, đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: Điện Tử Viễn Thông

CHUYÊN NGÀNH: Điện Tử Và Kỹ Thuật Máy tính HỌC PHẦN: Kỹ thuật đo lường các đại lượng không điện

Giảng viên hướng dẫn:Nguyễn Anh Hoa

Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện: nhóm 9/Hoàng Nghĩa Sáng

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 :TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO VÀ PHÂN LOẠI 6

1.1 Định Nghĩa. 6

1.2.Chức năng của thiết bị đo 7

1.3.Phân loại thiết bị đo 7

1.3.1.Theo cách đọc kết quả 8

a) Thiết bị đo tự chỉ 8

b) Thiết bị đo tự ghi 8

c) Thiết bị đo tự ghi và tự chỉ 8

d) Thiết bị đo tổng ghi 8

1.3.2.Theo đại lượng cần đo phân ra 8

a) Thiết bị đo nhiệt 9

b) Thiết bị đo điện 9

c) Thiết bị đo áp suất 10

1.3.3.Theo phạm vi ứng dụng 11 a) Thiết bị đo trong nghiên cứu 12

b) Thiết bị đo trong công nghiệp 12

1.3.4.Theo cấp chính xác 13

Chương 2 :LƯU LƯỢNG KẾ TỐC ĐỘ 15 2.1 Định nghĩa 15

2.2 Nguyên lý 15

2.2.1 Nguyên lý đo 16

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 16

2.3 Lưu lượng kế tuabin kiểu hướng trục 17

2.3.1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 17

a) Cấu tạo 18

b) Nguyên lý hoạt động 18

2.3.2 Đặc điểm 18

2.4.Công tơ tuabin kiểu tiếp tuyến 19

2.4.1.Cấu tạo và nguyên lý làm việc 20

a) Cấu tạo 20

b) Nguyên lý làm việc 20

2.4.2 Đặc điểm 20

2.5 Ưu nhược điểm của tuabin lưu lượng kế 21

2.5.1.Ưu điểm 22

2.5.2.Nhược điểm 22

2.6.Đồng hồ đo tốc độ ω 23

2.6.1.Đồng hồ đo tốc đọ của gió: anêmômet 24

2.6.2.Đồng hồ nước 24

3

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

HÌNH 1.1 Mạch đo nhiệt độ đơn giản

HÌNH 1.2 Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ nhiều thành phần

HÌNH 1.3 Hình ảnh 1 số thiết bị đo tự chỉ

HÌNH 1.4 Máy đo nhiệt độ, độ ẩm tự ghi

HÌNH 1.5 Hình ảnh một số thiết bị được sử dụng để đo nhiệt

HÌNH 1.6 Hình ảnh một số các thiết bị đo lường điện

HÌNH 1.7 Đồng hồ đo áp suất

HÌNH 1.8 Cấu tạo bên trong của cảm biến đô áp suất

HÌNH 1.9 Cảm biến điện tử chênh áp

HÌNH 1.10 Bộ cảm biến áp suất lốp oto không dây

HÌNH 1.11 Thiết bị đo trong nghiên cứu

HÌNH 1.12 Các thiết bị đo trong công nghiệp

HÌNH 1.13 Bảng phân loại tổng quan thiết bị đo

HÌNH 2.1 Lưu lượng kế tuốc bin

HÌNH 2.2 Lưu lượng kế quạt và đo lưu lượng bằng phương pháp tuốc binHÌNH 2.3 Cấu tạo tuabin kiểu hướng trục

HÌNH 2.4 Cấu tạo công tơ tuabin kiểu hướng trục

HÌNH 2.5 Cấu tạo công tơ tốc độ kiểu tuabin tiếp tuyến

HÌNH 2.6 : công tơ tốc độ kiểu tuabin tiếp tuyến

HÌNH 2.7 Lưu lượng kế tuabin

HÌNH 2.8 Cấu tạo lưu lượng kế tuabin

HÌNH 2.9 Đồng hồ đo tốc độ của gió: Anêmômet

HÌNH 2.10 Đồng hồ nước

ĐỀ BÀI: BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

Câu 1 Trình bày những hiểu biết về phân loại thiết bị đo theo tính năng sử dụng?

Câu 2 Trình bày những hiểu biết về lưu lượng kế tốc độ?

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO VÀ PHÂN LOẠI

1.1 Định nghĩa:

- Thiết bị đo là hệ thống bao gồm các dụng cụ đo và các dụng cụthứ cấp cho phép xác định chính xác đại lượng cần đo trong điều kiệntốt nhất có thể Đối với các thiết bị đo đơn giản, thường gồm bộ phận

đo và bộ phận hiển thị, thí dụ thiết bị đo chỉ gồm một cặp nhiệt nối trựctiếp với một milivon kế Tuy nhiên, trong thực tế do nhu cầu khai tháctín hiệu, đặc biệt là trong việc đo và kiểm tra tự động, thiết bị đothường gồm rất nhiều thành phần như cảm biến, các bộ chuyển đổinhiều kênh, bộ tuyến tính hóa tín hiệu, bộ khuếch đại, bộ chuyển đổitương tự-số, bộ vi xử lý, các thiết bị hỗ trợ,…

- Trong thực tế Thiết bị đo thường được hiểu là máy đo (ví dụ: Máyhiện sóng, Vôn mét số, Máy đếm tần …)

Trên hình 1.1 dưới đây là sơ đồ một, còn hình 1.2 là sơ đồ mộtmạch đo nhiệt nhiều thành phần

Hình 1.1 Mạch đo nhiệt độ đơn giản1) Cặp nhiệt 2) Dây dẫn 3) Milivon kế

Hình 1.2 Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ nhiều thành phần1) Cảm biến đo nhiệt độ 2) Bộ khuếch đại 3) Bộ chuẩn hóa tín

hiệu

1.2 Chức năng của thiết bị đo:

Hầu hết các thiết bị đo có chức năng cung cấp cho chúng ta kếtqủa đo được đại lượng đang khảo sát Kết quả này được chỉ thị hoặcđược ghi lại trong suốt quá trình đo, hoặc được dùng để tự động điềukhiển đại lượng đang được đo

Ví dụ: trong hệ thống điều khiển nhiệt độ, máy đo nhiệt độ cónhiệm vụ đo và ghi lại kết quả đo của hệ thống đang hoạt động và giúpcho hệ thống xử lý và điều khiển tự động theo thông số nhiệt độ.Nói chung thiết bị đo lường có chức năng quan trọng là kiểm tra

sự hoạt động của hệ thống tự điều khiển, nghĩa là đo lường quá trình trong công nghiệp (Industrial process measurements) Đây cũng là mônhọc trong ngành tự động hóa

1.3 Phân loại thiết bị đo

1.3.1 Theo cách đọc kết quả

a) Thiết bị đo tự chỉ.

- Là thiết bị tự động theo dõi và ghi lại các thông số cần đo theothời gian, cơ cấu chỉ thị có tín hiệu vào là điện áp hay dòng điện và tínhiệu ra là góc quay của kim chỉ thị Đại lượng cần đo sẽ trực tiếp biếnđổi thành góc quay của kim chỉ thị, tức là năng lượng điện từ sẽ đượcchuyển thành năng lượng cơ học Chỉ thị cơ điện gồm một số loại như:

Từ điện, điện từ, điện động, cảm ứng,…

Hình 1.3 Hình ảnh 1 số thiết bị đo tự chỉ

b) Thiết bị đo tự ghi.

- Là thiết bị tự động theo dõi và ghi lại các thông số cần đo theothời gian, cho phép các điều kiện được đo lường, ghi lại, phân tích vàxác nhận Bộ ghi dữ liệu chứa một cảm biến để nhận thông tin và chipmáy tính để lưu trữ Sau đó, thông tin được lưu trữ trong bộ ghi dữ liệuđược chuyển đến máy tính để phân tích

7

- Các thiết bị tự ghi thường được dùng theo dỗi nhiệt độ, độ ẩm, sửdụng năng lượng một pha và ba pha, CO2, mV, mA, điện áp, xung hoặcđếm hiển thị số dưới dạng màn LCD.

Hình 1.4 Máy đo nhiệt độ, độ ẩm tự ghi

c) Thiết bị đo tự ghi và tự chỉ.

- Là thiết bị tự động theo dõi và ghi lại các thông số cần đo theothời gian, hiển thị kết quả dưới dạng kim chỉ thị kết hợp với màn hìnhLCD

d) Thiết bị đo tổng ghi.

1.3.2 Theo đại lượng cần đo phân ra:

- Là phân loại theo các đại lượng vật lý như nhiệt, điện, áp suất,

để sử dụng, ứng dụng vào những lĩnh vực, nhu cầu khác nhau

- Thiết bị đo nhiệt là thiết bị điện tử sử dụng cảm biến có khả năngcảm ứng bức xạ tia hồng ngoại từ các nguồn phát ra Đây là loại máyhoạt động đa chức năng, được ứng dụng rộng rãi trong việc đo nhiệt độ

bề mặt các vật thể như nước tắm, nhiệt độ phòng, nhiệt độ máy móchoạt động… thậm chí là cả nhiệt độ của thức ăn nhanh chính xác trongvòng vài giây, đảm bảo an toàn và hợp vệ sinh

- Ví dụ : Nhiệt kế, đồng hồ đo nhiệt,…

Hình 1.5 Hình ảnh một số thiết bị được sử dụng để đo nhiệt

- Thiết bị đo lường điện là dụng cụ dùng để đo đạc các đặc tính củađiện như điện áp, dòng điện, điện trở hoặc một dạng tín hiệu khác để

có thể dễ dàng tìm ra được những nơi hoạt động không chính xác trong

hệ thống hoặc thiết bị Từ kết quả trả về, kỹ thuật viên, thợ điện có thể

dễ dàng phát hiện những sự cố, từ đó có cách khắc phục kịp thời

- Thiết bị đo lường điện được sử dụng cho nhiều mục đích khácnhau từ cửa hàng sửa chữa điện tử thông thường cho đến môi trườngcông nghiệp, các phòng thí nghiệm điện, điện tử…

- Ví dụ : đồng hồ vạn năng, đồng hồ Ampe kìm, máy hiện sóng

Hình 1.6 Hình ảnh một số các thiết bị đo lường điện

- Trong các ngành công nghiệp, đo áp suất là một công việc quantrọng trong quá trình sản xuất Máy đo áp suất được biết đến là máy đo

kỹ thuật số cho pháp đo áp lực của chất khí hoặc một chất lỏng bên

9

trong các các thiết bị kín như tàu, nồi hơi, Máy đo áp suất giúp ngườidùng xác định được độ áp suất của các sản phẩm có đạt yêu cầu vềchất lượng

Hiện nay, có 3 thiết bị đo áp suất được sử dụng phổ biến:

Đồng hồ đo áp suất :

- Đây là thiết bị dùng để đo áp suất của các chất lỏng (nước), khí(gas), hơi…và thường được sử dụng khi người dùng muốn thấy áp suấttrực tiếp tại điểm cần đo

- Thông qua tác động của áp lực nước lên hệ thống chuyển độnglàm quay bánh răng giúp kim trỏ đồng hồ chỉ tới dải áp suất trên mặtthiết bị đo Đây chính là mức áp suất của chất

Hình 1.7 Đồng hồ đo áp suấtCảm biến đo áp suất :

- Đây là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệuđiện và nó hoạt động theo nguyên lý cảm biến áp suất Khi chịu tácđộng của các nguồn như áp suất, nhiệt,… cảm biến sẽ đưa giá trị về vi

xử lý, sau đó vi xử lý tín hiệu rồi đưa tín hiệu ra

Hình 1.8 Cấu tạo bên trong của cảm biến đô áp suất

- Chủ yếu được dùng để đo áp những vị trí khó quan sát bằng mắtthường hoặc những trường hợp cần suất ra tín hiệu để điều khiển ápsuất.

Hình 1.9 Cảm biến điện tử chênh áp

11

Cảm biến đo áp suất có mặt hiển thị đồng hồ điện tử :

- Đây là loại thiết bị kết hợp cảm biến áp suất có tích hợp mặtđồng hồ hiển thị dạng điện tử, giúp người sử dụng có thể thấy được

áp suất ngay tại điểm cần đo, đồng thời xuất ra tín hiệu để đưa về bộ

xử lý – điều khiển

Hình 1.10 Bộ cảm biến áp suất lốp oto không dây

1.3.3 Theo phạm vi ứng dụng:

a) Thiết bị đo trong nghiên cứu.

- Mọi phòng thí nghiệm đều phấn đấu cho độ chính xác và sựhiệu quả Bất kể thiết bị đo được sử dụng là gì, mục tiêu về độ chínhxác và hiệu quả quy trình làm việc luôn là nền tảng và dễ thấy Tuynhiên, đạt được sự chính xác đo lường trong một thế giới khôngngừng thay đổi không phải là điều đơn giản Và việc không đạt mụctiêu tổng quát này có thể gây nguy hại, vì những lỗi không được pháthiện có thể nhân lên rất nhanh Một kết quả chất lượng kém khôngchỉ ảnh hưởng đến phép đo hiện tại mà còn ảnh hưởng đến các phép

đo sau đó Và khi độ chính xác không đảm bảo, kết quả thí nghiệm

và lợi nhuận cũng sẽ bị ảnh hưởng xấu: Những công việc tốn kémthời gian phải được lặp lại Người dùng cuối cũng có thể bị ảnh hưởngxấu

- Để có cơ hội đạt độ chính xác cao, người vận hành phòng thínghiệm trước tiên phải hiểu rõ về các kỹ thuật đo lường cơ bản vàcác nguyên tắc vận hành thiết bị Hiểu biết này giúp người vận hànhnhận diện và tránh các nguồn gây lỗi tiềm ẩn Nó cũng có thể chophép họ tìm ra những cách thức thiết kế lại quy trình làm việc vàtăng sự hiệu quả Trong phòng thí nghiệm hiện đại, các thiết bị phải

“hoạt động tốt cùng nhau” để đánh giá chất lượng mẫu đáng tin cậy

và mang lại quy trình đo lường liền mạch

Hình 1.11 Thiết bị đo trong nghiên cứu

b) Thiết bị đo trong công nghiệp.

Thiết bị đo lường công nghiệp giúp ta kiểm định các kết quả sauquá trình thực nghiệm, đảm bảo phục vụ tốt các nhiệm vụ quản lýnền kinh tế, kỹ thuật với mục đích làm tăng năng suất lao động,nâng cao sản lượng và chất lượng các sản phẩm được tạo ra, từ đóthúc đẩy tiến bộ nền khoa học kỹ thuật

Tuy nhiên việc áp dụng các thiết bị đo lường cần được nâng caonhận thức về việc đào tạo người phụ trách các bộ phận của xínghiệp, đảm bảo việc trang bị các thiết bị dụng cụ đo lường cần thiếtcũng như bổ sung, đổi mới, sửa chữa các thiết bị đo

Hình 1.12 Các thiết bị đo trong công nghiệp

Các thiết bị đo lường công nghiệp thường sử dụng:

Tùy vào từng công việc khác nhau cho nên việc sử dụng cácthiết bị đo lường sao cho phù hợp với tiêu chuẩn của ngành nghềcũng không hề giống nhau Sau đây là một số các thiết bị đo lườngcông nghiệp thường được sử dụng trong cuộc sống:

13

- Trong lĩnh vực sản xuất và chế biến lương thực- thực phẩm: Cânđiện tử, thiết bị đo độ ẩm, thiết bị đo áp suất, thiết bị đo các chấtđộc hại.

- Trong lĩnh vực cơ khi: thiết bị đo độ nhám bề mặt, đo khốilượng, trọng lượng,…

- Trong lĩnh vực y tế: sử dụng các thiết bị đo huyết áp, hệ timmạch, đo chiều cao, cân nặng hay thiết bị dùng để đo chỉ số cơ thểcon người

Ngoài ra còn có rất nhiều các ngành nghề quan trọng khác cũngcần đến các thiết bị đo lường công nghiệp hiện đại, tiên tiến giúp conngười đưa ra các quyết định đúng đắn, giảm thiểu các rủi ro cũngnhư rút ngắn thời gian làm việc mà hiệu suất công việc lại cao

1.3.4 Theo cấp chính xác:

- Cấp chính xác của thiết bị nói chung là đơn vị nhỏ nhất đượcthể hiển trên thiết bị đo mà người sử dụng quan sát được trực tiếphay gián tiếp Các cấp chính xác khác nhau cơ bản ở độ lớn Cấpchính xác của thiết bị đo được quyết định bởi độ ổn định của kết quả

đo, nó là sai số lớn nhất có thể có trong 1 lần đo

- Ảnh hưởng đến kết quả đo: tạo ra 1 kết quả gần đúng với kếtquả thực, tạo ra 1 lượng sai số dự trữ delta

- Giả sử trị số thực của đại lượng cần đo là m, kết quả đo lần thứ

I là m , thang đo của thiết bị đo có giới hạn là M thì sai số quy dẫni

của thiết bị đo là:

Ta có thể chia thiết bị đo thành nhiều loại tùy theo chức năngcủa nó Gồm 2 nhóm chính sau:

* Thiết bị đo đơn giản: mẫu, thiết bị so sánh, chuyển đổi

đo lường.

Chuẩn là phương tiện đo đảm bảo việc sao và giữ đơn vị đo tiêuchuẩn

giá trị cho trước với độ

chính xác cao

+ Thiết bị so sánh: thiết bị đo dùng để so sánh 2 đại lượng cùngloại

hiệu mang thông tin đo lường về dạng thuận tiện cho việc truyềntiếp, biến đổi tiếp, xử lí tiếp và giữ lại, nhưng người quan sát chưathể nhận biết trực tiếp được kết quả đo (VD: bộ KĐ đo lường; bộ biếndòng, biến áp đo lường; sensor, quang điện trở, nhiệt điện trở,ADC )

Phân loại: có hai loại chyển đổi:

Chuyển đổi các đại lượng điện thành các đại lượng điện khác:các bộ phân áp, phân dòng; biến áp, biến dòng; các bộ A/D, D/A…

Chuyển đổi các đại lượng không điện thành các đại lượng điện:

là các chuyển đổi sơ cấp bộ phận chính của đầu đo (cảm biến sensor): các chuyển đổi nhiệt điện trở, cặp nhiệt, chuyển đổi quangđiện…

-* Thiết bị đo phức tạp: máy đo, thiết bị đo tổng hợp và

hệ thống thông tin đo lường.

+ Máy đo (Instrument) : Thiết bị đo dùng để biến đổi tín hiệu

mang thông tin đo lường về dạng mà người quan sát có thể nhậnbiết trực tiếp được (VD: vônmét, ampe mét, )

để kiểm tra, kiểm chuẩn đo lường, đo lường các tham số phức tạp

những thiết bi phụ để tự động thu thập số liệu từ nhiều nguồn khácnhau, truyền các thông tin đo lường qua khoảng cách theo kênh liênlạc và chuyển nó về một dạng để tiện cho việc đo và điều khiển

- Với nhiều cách thức đo đa dạng khác nhau cho nhiều đại lượng

có những đặc tính riêng biệt, một cách tổng quát chúng ta có thểphân biệt 2 dạng thiết bị đo phụ thuộc vào đặc tính

Ví dụ: để đo độ dẫn điện chúng ta dùng thiết bị đo dòng điệnthuần túy điện là micro ampe kế hoặc mili ampe kế Nhưng nếuchúng ta dùng thiết bị đo có sự kết hợp mạch điện tử để đo độ dẫnđiện thì lúc bấy giờ phải biến đổi dòng điện đo thành điện áp đo Sau

đó mạch đo điện tử đo dòng điện dưới dạng điện áp Như vậy chúng

ta có đặc tính khác nhau giữa thiết bị đo điện và thiết bị đo điện tử.Hoặc có những thiết bị đo chỉ thị kết quả bằng kim chỉ thị (thiết bị đodạng analog), hiện nay thiết bị đo chỉ thị bằng hiện số (thiết bị đodạng digital) Đây cũng là một đặc tính phân biệt của thiết bị đo.Ngoài ra thiết bị đo lường còn mang đặc tính của một thiết bịđiện tử (nếu là thiết bị đo điện tử) như: tổng trở vào cao, độ nhạycao, hệ số khuyếch đại ổn định và có độ tin cậy đảm bảo cho kết quả

15

đo Còn có thêm chức năng, truyền và nhận tín hiệu đo lường từ xa(telemetry) Đây cũng là môn học quan trọng trong lĩnh vực đo lườngđiều khiển từ xa.

Bảng phân loại tổng quan thiết bị đo như Hình 1.2:

Hình 1.13 - Bảng phân loại tổng quan thiết bị đo

CHƯƠNG 2: LƯU LƯỢNG KẾ TỐC ĐỘ

Lưu lượng là đại lượng vật lý biểu thị lượng vật chất chảy quamột tiết diện trong một đơn vị thời gian Như vậy đơn vị đo lưu lượngphụ thuộc vào hai yếu tố: thứ nhất là đơn vị đo vật chất và thứ hai làđơn vị đo thời gian Đơn vị đo vật chất có thể là đơn vị thể tích hoặc

có thể sử dụng đơn vị khối lượng Nhìn chung đơn vị đo lưu lượng rất

đa dạng Trong kỹ thuật cho phép sử dụng đơn vị đo thông dụng,thuận tiện

Trong việc đo lưu lượng cần phân biệt:

- Lưu lượng thể tích: được tính bằng thể tích trên đơn vị thờigian

2.1 Định nghĩa

Công tơ tốc độ (lưu lượng kế tốc độ) dùng để xác định lượng thểtích môi chất cần đo, nhưng khác với công tơ thể tích là không cóbuồng đong và tiến hành đo gián tiếp số lượng vật chất thành đơn vịthể tích Phần tử nhạy cảm của công tơ tốc độ là một tuabin nhỏhướng trục hoặc một cánh quạt được đặt hướng ngược chiều chuyểnđộng của dòng chất lỏng qua công tơ

Dùng để đo tốc độ dòng chảy qua một ống dẫn, thường là công

tơ nước hoặc đo tốc độ tàu biển

2.2 Nguyên lý

Phương pháp tuabin được sử dụng để đo lưu lượng dòng chảytrong các đường ống có đường kính nhỏ Dựa trên phương pháp nàynhiều thiết bị đo lưu lượng đã được chế tạo

Nguyên lý hoạt động của nó là dựa trên mối liên hệ giữa tốc độquay của tuabin vào lưu lượng của dòng chảy trong đường ống Như

17