Bài Giảng Kỹ Thuật Đo lường Và Phần Mềm Phân Tích ( Combo Full Slide 3 Chương )

FACULTY OF ELECTRICAL & ELECTRONICS ENGINEERINGTON DUC THANG UNIVERSITYCHƯƠNG 1 CHẤT LƯỢNG ĐO LƯỜNG – Hiểu được mục đích vàvai tròcủa đo lường– Định nghĩa và phân biệt đặc tínhcủa thiết

Trang 1

KỸ THUẬT ĐO VÀ PHẦN MỀM PHÂN TÍCH

Trang 2

CHƯƠNG 1 CHẤT LƯỢNG ĐO LƯỜNG

CHƯƠNG 2 CƠ CẤU CHỈ THỊ

CHƯƠNG 3 ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Trang 3

CHƯƠNG 1 CHẤT LƯỢNG ĐO LƯỜNG

CHƯƠNG 2 CƠ CẤU CHỈ THỊ

CHƯƠNG 3 ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Trang 4

FACULTY OF ELECTRICAL & ELECTRONICS ENGINEERINGTON DUC THANG UNIVERSITY

CHƯƠNG 1 CHẤT LƯỢNG ĐO LƯỜNG

– Hiểu được mục đích vàvai tròcủa đo lường– Định nghĩa và phân biệt đặc tínhcủa thiết bị đo– Nhận dạng được các sai số

– Nguyên nhânvàbiện pháp hạn chếcác sai số trong đo lường

– Tính toán các đại lượng đặc trưng của phép đo

MỤC TIÊU CHƯƠNG

2

Measurand:đại lượng cần đo, đối tượng đo

Measurement: so sánh được lượng tử hóa giữa đại

lượng cần đo và đơn vị đo

Standard Units: đại lượng đo được tiêu chuẩn hóa

Direct Measurement: giá trị của đại lượng cần đo

được xác định trực tiếp bằng dụng cụ đo: dòng, áp

1.1 GIỚI THIỆU

3

Indirect Measurement: giá trị của đại lượng cần đođược tính toán dựa trên việc đo đạc các đại lượngliên quan

Instruments /thiết bị đo: Các dụng cụ được thiết kế,chế tạo theo tiêu chuẩn nhằm so sánh giữa đạilượng đã biết và chưa biết

Instrumentation: công nghệ/kỹ thuật đo

1.1 GIỚI THIỆU

4

Trang 5

Sensor(Cảm biến):

– Phần tử cơ bản của thiết bị đo

– Thu nhận đại lượng vật lý và biến đổi thành tín

hiệu phù hợp (quang, điện, cơ…) để sử lý

– Hiện nay đa số cảm biến có chức năng biến đổi

đại lượng vật lý thành đại lượng điện

Transducer

– Biến đổi tín hiệu từ dạng này sang dạng khác

– Sensor: physical to electrical

– Actuator: electrical to physical

– Điện: Điện tích, điện áp, dòng điện, điện trường,

độ dẫn điện, hằng số điện môi (Permittivity)

– Từ: từ trường (biên độ, pha, cực tính), từ thông,

độ từ thẩm (Permeability)

– Quang: Độ phản quang, cường độ sáng

– Nhiệt: Nhiệt độ, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng

– Cơ: vị trí, vận tốc, gia tốc, lực, áp suất, lực xoắn

Chỉ tập trung vào các đại lượng điện

Đơn vị đo (measurement unit)

– US System: Inch, foot, yard, mile

– Metric System: meter, centimeter, millimeter…

– Standard unit (SI units or Systèmes

Internationales d’Unités )

Tiêu chuẩn

– Là một biểu hiện vật lý của đơn vị đo

– Một vật thể được dùng làm tiêu chuẩn để xác

định giá trị của các đại lượng khác thông qua

phương pháp so sánh

1.1 GIỚI THIỆU

7

International Standards: quốc tế.

Primary Standards: ở từng quốc gia.

Secondary Standards: ở từng vùng (lĩnh vực công nghiệp).

Working Standards: ở các phòng lab

1.1 GIỚI THIỆU

8

Trang 6

– Các thiết bị đo lường không được làm ảnh hưởng

đến chất lượng của phép đo

– Chỉ có thể giảm thiểu, không thể loại bỏ hoàn

toàn

Đối với các đại lượng không điện: phải

chuyển sang các đại lượng bằng điện bằng

các bộ chuyển đổi (transducer) hoặc cảm

– Các đặc tính này là kết quả của quá trình địnhchuẩn (calibration)

Dynamic Characteristic /Đặc tính động– Thể hiện khả năng, tốc độ đáp ứng của thiết bị đokhi có sự thay đổi của đại lượng cần đo

– Đại lượng đo đầu vào được thay đổi theo một quyluật xác định

Trang 7

1.2 ĐẶC TÍNH CỦA THIẾT BỊ ĐO

Accuracy

– Độ gần nhau giữa giá trị đo được và giá trị thực

– Thường được hiểu là độ không chính xác

Inaccuracy (Measurement Uncertainty)

– Độ không chính xác: là sai số giữa giá trị đo được

và giá trị thực

– Thường được cho dưới dạng % so với thang đo

lớn nhất của thiết bị đo

Ví dụ: đồng hồ đo áp suất có dải đo từ 0-10 bar,

độ chính xác là 1%

STATIC CHARACTERISTICS / ĐẶC TÍNH TĨNH

13

Precision / Repeatability /Reproducibility– Sự giống nhau của kết quả đo khi đo một đầu vàogiống nhau

– Là mức độ không phụ thuộc vào sai số ngẫunhiên của thiết bị đo

– Một thiết bị đo ổn định chưa chắc đã cho kết quả

đo chính xác– Repeatability: Điều kiện đo giống nhau– Reproducibility: Điều kiện đo khác nhau

Range or Span: Dải đo, Tầm đo– Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của đại lượng đo màthiết bị đo có thể đo được

– Thường coi như từ 0 đến tầm đo lớn nhất

Threshold: ngưỡng đo– Giá trị nhỏ nhất của đại lượng đo đầu vào màdụng cụ đo có thể phát hiện ra được

Ví dụ: đồng hồ đo tốc độ của ô tô có ngưỡng đo

là khoảng 24 km/h (15 miles/h)

16

Trang 8

Resolution: độ phân giải

– Giá trị thay đổi nhỏ nhất của đại lượng đo mà

thiết bị có thể xác định được

Sensitivity of Measurement: Độ nhạy

– Là tỷ số giữa sự thay đổi của giá trị đầu ra của

thiết bị đo tương ứng với sự thay đổi của đại

lượng đo

17 m

YS

– Sự thay đổi của độ nhạy của thiết bị đo do môitrường:

• Zero drift / bias: Giá trị đầu ra của thiết bị đo khikhông có đầu vào

• Sensitivity drift: độ nhạy phụ thuộc môi trường

Trang 9

Là sự chậm thay đổi của đầu ra thiết bị đo so với

sự thay đổi của đại lượng đo đầu vào

Dynamic Error: sai số động

Là sự sai khác giữa giá trị thực của một đại lượngthay đổi theo thời gian so với giá trị đo được

DYNAMIC CHARACTERISTICS / ĐẶC TÍNH ĐỘNG

24

Trang 10

Mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của một thiết bị

đo có thể được biểu diễn bởi PTVP:

Zero Order Instrument: thiết bị đo lý tưởng

– Mối quan hệ giữa giá trị cần đo và giá trị đo được

là một hằng số

25

First Order Instrument

Step response: qi= 1 at t

26

1 t / o

q K e 

Sai số tĩnh: sự khác biệt giữa giá trị thực của đại

lượng cần đo và giá trị thu được từ thiết bị đo

Phân loại:

– Gross error or human error: sai số chủ quan

– Systematic error: Sai số hệ thống

– Random error: sai số ngẫu nhiên

1.3 SAI SỐ TRONG ĐO LƯỜNG

– Lắp đặt thiết bị theo đúng hướng dẫn của nhà sx

GROSS ERROR: SAI SỐ CHỦ QUAN

28

Trang 11

GROSS ERROR: SAI SỐ CHỦ QUAN

403033 – Chất lượng đo lường 29 13/10/2021

Chỉnh 0 sai Đọc sai Do cài đặt thiết bị sai

Đặc điểm– Đôi khi được biết đến như độ lệch (bias)

– Sai số giống nhau khi đo các đại lượng giốngnhau

Nguyên nhân– Do thiết bị đo: Instrumental Errors

– Do môi trường: Environmental Errors

SYSTEMATIC ERRORS: SAI SỐ HỆ THỐNG

– Lựa chọn thiết bị đo / thang đo phù hợp

– Thêm bớt kết quả đo sau khi đã xác định được

lượng sai khác do thiết bị

– Định chuẩn lại thiết bị, bảo trì bảo dưỡng định kì

Cách khắc phục– Sử dụng hệ thống điều hòa không khí

Trang 12

Đặc điểm

– Là sai số gây ra bởi những yếu tố không lường

trước trong quá trình đo lường

– Thông thường có giá trị nhỏ, chỉ xét đến trong các

quá trình đo lường yêu cầu độ chính xác cao

– Tuân theo quy luật của phân bố ngẫu nhiên

– Không hiểu rõ về hệ thống và đại lượng cần đo

– Sự thay đổi của các tham số trong quá trình hoạtđộng, các yếu tố ngẫu nhiên

– Bảo trì, bảo dưỡng kém

– Do người vận hành

– Do hạn chế trong thiết kế: không thể nào lườnghết được các yếu tố của một hệ thống vật lý

NGUYÊN NHÂN GÂY RA SAI SỐ

Absolute Error: Sai số tuyệt đối



Relative accuracy: Độ chính xác tương đối

% Accuracy: Độ chính xác tương đối %

Y X A

Trang 13

Deviation from the mean (Độ lệch so với giá trị trung bình):

Trong đó:

dn: độ lệch của lần đo thứ n

𝑋 : giá trị trung bình của n lần đo

Xn: giá trị của lần đo thứ n

1.4 PHÂN TÍCH THỐNG KÊ

40 13/10/2021

d  X  X

403033 – Chất lượng đo lường

Trang 14

41 13/10/2021 403033 – Chất lượng đo lường

Average deviation (Độ lệch trung bình)

Trong đó:

Dav: độ lệch trung bình

43 13/10/2021

1

n i i av

d D

Trang 15

Standard deviation (Độ lệch chuẩn):

Trong đó:

σ : độ lệch chuẩn

Khi n<30 mẫu số được thay thế bằng (n-1) để

tăng độ chính xác cho độ lệch chuẩn

45 13/10/2021

2 1

n i i

d n

  

403033 – Chất lượng đo lường

– Các thiết bị đo được thiết kế với độ chính xác

1.5 SAI SỐ GIỚI HẠN

Trang 16

Ví dụ: Mạch điện như hình vẽ Trong đó R1 = 5W; R2

= R3 = 10W; Vs= 24V

1 Chọn đồng hồ có tầm đo phù hợp để xác định

điện áp trên R1

2 Nếu đồng hồ ở trên có cấp chính xác là 2, hãy xác

định sai số tương đối của phép đo và giá trị mà

YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN

Trang 18

FACULTY OF ELECTRICAL & ELECTRONICS ENGINEERINGTON DUC THANG UNIVERSITY

CHƯƠNG 2: CƠ CẤU CHỈ THỊ

– Xác định mối quan hệ giữa các đại lượng đầu ra vàđầu vào (hàm truyền) của cơ cấu đo

– Ứng dụng của các cơ cấu đo trong các thiết bị đolường

– Dùng để định chuẩn các thiết bị đo khác

Trang 19

Dựa trên hiệu ứng

– Từ (magnetic): voltmeter, ammeter

– Tĩnh điện (electrostatic): voltmeter

– Điện động (electrodynamic): voltmeter, ammeter

– Điện-từ (electromagnetic): ammeters, voltmeters, wattmeters

and watthour meters

– Nhiệt (Thermal): voltmeter, ammeter

– Hóa (Chemical): D.C ampere-hour meters

Ngoài ra:

– Chỉ thị (Indicating): Voltmeter, ammeter, wattmeter

– Ghi( recording):

– Tích lũy: Integrating: Amp-hours; watt-hours

PHÂN LOẠI DỤNG CỤ ĐO

Oct 2015 403033 - Chương 2 - Chỉ thị đo lường 5

PHÂN LOẠI DỤNG CỤ ĐO

Trong môn học này:

– Cơ cấu đo từ điện (PMMC Movement

-Permanent Magnetic Moving Coil Movement)

– Cơ cấu đo điện động (Electro-dynamometer)

– Cơ cấu đo điện từ (Moving Iron)

X: đại lượng vào U, I

 : đại lượng ra là góc quay của kim chỉ thị và các chỉ dẫn (con số) giúp đọc được kết quả đo.

Trang 20

2.1 CHỈ THỊ KIM

2.1.1 CƠ CẤU ĐO TỪ ĐIỆN (PMMC)

403033 - Chương 2 - Chỉ thị đo lường 10 Oct 2015

2.1 CHỈ THỊ KIM

Movement)

 Ký hiệu:

2.1 CHỈ THỊ KIM

Trang 21

2.1 CHỈ THỊ KIM

Khung quay

– Làm bằng nhôm hình chữ nhật, quấn dây đồng có

đường kính nhỏ cách điện

– Bên trong có lõi sắt non hình trụ

Nam châm vĩnh cửu

Kim chỉ thị

– Được gắn chặt trên trục quay hoặc dây treo

– Phía sau kim chỉ thị có mang đối trọng

Lò xo kiểm soát

– Đưa kim chỉ thị về vị trí ban đầu

– Cân bằng moment xoắn của lực từ lên khung

quay

2.1 CHỈ THỊ KIM

Lực điện từ F tạo ra trên khung dây có dòng điện I chạy qua được tính theo công thức:

F = N.B.L.ITrong đó:

– w: bề rộng khung quay (m) – Kq= N.B.L.w.I

Góc quay  tỉ lệ tuyến tính với dòng điện I

.

q c

K

I K I K

  

2.1 CHỈ THỊ KIM

Trang 22

2.1 CHỈ THỊ KIM

Ưu điểm

– Từ trường của nam châm vĩnh cửu mạnh, ít bị

ảnh hưởng từ trường bên ngoài

– Công suất tiệu thụ nhỏ (25  200 W)

– Độ nhạy cao, có thể đo dòng điện rất nhỏ (10-12

-10-14 A)

– Độ chính xác trung bình, thông thường từ 2 - 5%

– Thang đo có góc chia đều do góc quay tuyến tính

2.1 CHỈ THỊ KIM

Nhược điểm– Chịu quá tải kém do dòng đi qua rất nhỏ

2.1 CHỈ THỊ KIM

2.1.2 CƠ CẤU ĐO ĐIỆN ĐỘNG(ELECTRO-DYNAMO)

Trang 23

2.1 CHỈ THỊ KIM

2.1.2 CƠ CẤU ĐO ĐIỆN ĐỘNG

2.1 CHỈ THỊ KIM

Ưu điểm– Có thể đo tốt cả đại lượng AC và DC– Không bị ảnh hưởng bởi trễ

– Đo AC không phụ thuộc dạng sóng– Dùng cho thiết bị hiệu chỉnh và chuyển đổi

Nhược điểm– Thang chia không đồng dạng (không đều)– Có mô men nhỏ, dễ bị ảnh hưởng bởi ma sát– Tổn hao công suất lớn

– Độ nhạy nhỏ: 10-30 W/V

Trang 24

– 2 cánh gió (vane) làm bằng sắt từ được đặt bên

trong lõi của cuộn dây

– Một cánh được gắn cố định với khung dây

– Một cánh nối với trục quay và kim chỉ thị

– Lò xo kiểm soát được nối với trục quay

2.1.3 CƠ CẤU ĐO ĐIỆN TỪ (MOVING IRON)

2.1 CHỈ THỊ KIM

– Hoạt động dựa vào sự tương tác giữa hai cực từ của hai miếng sắt: loại đẩy (repulsion) hoặc loại hút (attraction)

– Loại đẩy được sử dụng phổ biến hơn

– Cuộn dây nối với dòng điện cần đo tạo ra từ trường

– Hai cánh gió bị nhiễm từ với cùng cực tính

– Lực từ tỷ lệ với bình phương dòng điện sẽ làm cho cánh di động bị lệch một góc xác định

2.1 CHỈ THỊ KIM

For DC

For AC

2

I

 

2

– Dễ chế tạo hơn cơ cấu từ điện

– Đo dòng DC, AC

Nhược điểm– Dễ bị ảnh hưởng của từ trường nhiễu, từ dư

– Thang đo không tuyến tính; tỷ lệ bậc hai

– Tiêu thụ nhiều năng lượng hơn CC từ điện

– Độ chính xác thấp

Trang 25

2.1 CHỈ THỊ KIM

Ứng dụng

– Được dùng trong lĩnh vực điện công nghiệp

– Trong các thiết bị đo thương mại, ở các tần số từ

25-125 Hz

2.2 CHỈ THỊ SỐ

Chỉ thị số (digital indicator): Sử dụng các kỹ thuật

điện tử và máy tính để biến đổi và hiển thị đại lượng

đo ra thành các con số

Hiển thị số (digital display): Trực quan hóa các con

số, con chữ, kí hiệu tương ứng với tín hiệu điện đầu

vào nhằm giúp người dùng dễ dàng hiểu được

Là thành phần quan trọng của đo lường hiện đại

Xung

Giải Mã X(kt)

Hiển thị

 Một số loại thiết bị thông dụng:

– Màn hình CRT (Cathode Ray Tube)

– LED: đơn, 7 đoạn, ma trận– LCD

– Máy in– Màn hình cảm ứng

Trang 26

LIQUID CRISTAL DISPLAY (LCD)

Trang 27

2.2 CHỈ THỊ SỐ

TOUCH SCREEN

Infrared (IR) Projected-capacitive (PCAP)

Optical Surface Acoustic Wave (SAW)

Resistive

1 Ký hiệu, cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và ứng dụng của cơ cấu đo từ điện

2 Ký hiệu, cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và ứng dụng của cơ cấu đo điện đông

3 Ký hiệu, cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và ứng dụng của cơ cấu đo điện từ

CÂU HỎI ÔN TẬP

Xem trước Slides bài giảng chương 3

Xem giáo trình chính [1] : 64-71; 79-91

Sách tham khảo [2] : 35-38; 42-44

SV tìm các tài liệu nói trên ở Thư viện

YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN

Tiêu đề	Bài Giảng Kỹ Thuật Đo Và Phần Mềm Phân Tích
Trường học	Ton Duc Thang University
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Đo Lường
Thể loại	bài giảng
Năm xuất bản	2023

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	21,31 MB