Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường

Hệ thống trang thiết bị đo lờng thử nghiệm của khoa Cơ Điện phải mang tính đồng đều, thuận lợi có tính năng kỹ thuật phù hợp không những cho đào tạo mà cả chocông tác nghiên cứu trong ph

mở đầu

Công nghệ đo lờng là một trong những yếu tố quan trọng đảm bảo sự tồn tại

và phát triển kinh tế xã hội, làm cơ sở thống nhất hoá các chuẩn mực và tiêu chuẩntrong hệ thống quản lý chất lợng tiến tới ký kết các hiệp ớc thừa nhận lẫn nhau

đang là xu thế phát triển tất yếu của thời đại Phát triển kỹ thuật và công nghệ đolờng là nhiệm vụ bức thiết đối với mỗi quốc gia trong bối cảnh hiện nay, góp phầntăng cờng giao lu sản phẩm hàng hoá và thúc đẩy quá trình phát triển khoa học kỹthuật công nghệ

Cùng với sự phát triển củacác ngành khoa học điện tử, tin học v.v… kỹ thuật kỹ thuật

đo lờng không ngừng đợc phát triển và ngày càng đợc ứng dụng rộng rãi trong đàotạo và nghiên cứu khoa học, góp phần nâng cao chất lợng và mở rộng qui mô đàotạo

Việt Nam là một trong những nớc đang phát triển có nền kinh tế lạc hậu, dovậy việc đầu t phát triển khoa học kỹ thuật đo lờng và các ngành khoa học côngnghệ mũi nhọn là việc làm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, cấp bách mang tínhchiến lợc trong việc thực hiện thành công sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đạihoá nớc nhà góp phần tăng cờng sự quản lý của nhà nớc về tiêu chuẩn chất lợngtrong toàn bộ nền kinh tế–xã hội, theo hệ thống tiêu chuẩn đo lờng chất lợngthống nhất trên toàn lãnh thổ

Trong hệ thống các Trờng Đại học của cả nớc, Trờng Đại Học Nông Nghiệp I

Hà Nội có nhiệm vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và triển khai nghiên cứu khoa học kỹthuật công nghệ góp phần đáp ứng nhu cấu phát triển nông nghiệp và hiện đại hoánông thôn Việt Nam, tiến tới hoà nhập khu vực và quốc tế Trớc vận hội mới vàthách thức mới của thời đại đòi hỏi trờng phải có những bớc nhảy vọt trong khoahọc kỹ thuật công nghệ giáo dục và đào tạo, trong đó cần bổ xung và nâng cấpchiều sâu hệ thống trang thiết bị đo lờng cơ điện nông nghiệp Kết hợp giữa lýthuyết và thực hành không ngừng nâng cao chất lợng là mục tiêu đào tạo của nhàtrờng Công tác đo lờng thí nghiệm là nhu cầu tất yếu để tồn tại và phát triển củatrờng trong thời gian hiện nay và trong tơng lai

Trên cơ sở học tập kinh nghiệm của các cơ sở thực hành đo lờng, dựa vào cáctài liệu có liên quan, đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo, Thạc Sĩ Ngô Trí D-

ơng trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn sâu sắc sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo, Thạc SỹNgô Trí Dơng trong quá trình thực hiện đề tài

Chân thành cảm ơn cán bộ phòng quản lý chất lợng nhà nớc, các bạn sinh viên

đồng nghiệp Trờng Đại Học Nông Nghiệp I đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trongquá trình thực hiện và hoàn thành bản luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm

Chuơng I Cơ sở lý luận về kỹ thuật đo lờng 1.1 Khái quát chung

ở các nớc tiên tiến khoa học kỹ thuật công nghệ đo lờng phát triển đạt trình

độ cao đã hỗ trợ cho các ngành kinh tế phát triển làm tăng hiệu quả sản xuất vànâng cao chất lợng sản phẩm Làm cơ sở phát khoa học công nghệ đo lờng điềukhiển, công nghệ tự động hoá và phát triển các ngành khoa học kỹ thuật côngnghệ có hiệu quả

Một trong những yếu tố chiến lợc phát triển khoa học công nghệ giáo dục làphát triển ứng dụng kỹ thuật và công nghệ đo lờng hiện đại theo các mô hình đo

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

lờng có ứng dụng kỹ thuật vi sử lý và máy tính phục vụ cho đào tạo và nghiên cứutrong hệ thống các trờng Đại học.

Kỹ thuật số đã cải thiện một bớc đáng kể chất lợng đo lờng Các phơng tiện đo

đợc gọn nhẹ hơn, khả năng làm việc nhiều hơn, độ chính xác và độ tin cậy cácphép đo cao hơn, có tốc độ nhanh và ổn định hơn v.v… kỹ thuậtcó khả năng kết nối với cácthiết bị ngoại vi nh máy tính, máy in v.v… kỹ thuật

ứng dụng kỹ thuật vi xử lý và các thiết bị ngoại vi ngày nay đã mở ra sự pháttriển vợt bậc trong kỹ thuật và công nghệ đo lờng chiếm một tỷ lệ khá lớn so vớicác lĩnh vực khác, hiện nay là phần tử quan trọng trong các hệ thống thông tin đolờng và điều khiển

Hệ thống thông tin đo lờng có ứng dụng kỹ thuật vi xử lý có tốc độ đo và xử

lý nhanh, cho phép thực hiện các phép đo tự động đồng thời nhiều kênh, độ tincậy và độ chính xác cao v v… kỹ thuật ợc ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự độngđphân loại sản phẩm Hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật và trong quá trình điều khiển

tự động v.v… kỹ thuật

Nhờ có hệ thống đo lờng ứng dụng kỹ thuật vi xử lý ngời ta đã tạo ra các thiết

bị đo thông minh nhờ cài đặt vào chúng các bộ vi xử lý hay vi tính đơn phiếmchúng có những tính năng hơn hẳn các thiết bị đo thông thờng, có thể tự xử lý và

lu giữ kết quả đo, làm việc theo chơng trình, tự động thu thập số liệu đo v.v… kỹ thuật

1.2 Vai trò vị trí đo lờng

Công tác đo lờng là một trong những yếu tố quyết định sự tồn tại, phát triển của

đất nớc nói chung và của trờng ĐHNN I nói riêng trong tơng lai Góp phần nângcao chất lợng đào taọ, phục vụ nghiên cứu khoa học, nghiên cứu triển khai, nângcao tiềm lực khoa học kỹ thuật công nghệ tiến kịp trình độ trong khu vực và trênthế giới

Trờng ĐHNN I coi công tác đo lờng thực nghiệm và nghiên cứu khoa học lànhiệm vụ quan trọng góp phần thực hiện mục tiêu chất lợng đào tạo của trờng.Thực hành thí nghiệm là nội dung bắt buộc đối với mỗi sinh viên rất đợc trú trọngtrong công tác nghiên cứu triển khai và nghiên cứu khoa học của cán bộ và nghiêncứu sinh trong trờng

Đo lờng thực nghiệm phục vụ đào tạo, nghiên cứu triển khai bao hàm nhiều lĩnhvực Cơ Điện, môi trờng đo nh xác định: cơ, lý tính của đất, các chỉ tiêu sinh họccủa thực, động vật, các chỉ tiêu môi trờng, các chỉ tiêu máy móc thiết bị v.v… kỹ thuật ợcđthực hiện thờng xuyên ở càc bộ môn của các khoa, các trung tâm chuyên ngành,các cơ sở thực hành của trờng

Trong thời gian học tập sinh viên của khoa Cơ Điện phải hoàn thành một khối ợng đo lờng thực nghiệm trong thí nghiệm, thực hành khá lớn nh ngành cơ khíchiiếm 41%, ngành điện chiếm 40%, ngành công nghiệp và công trình nông thôn37%, đào tạo sau đại học và nghiên cứu sinh 12%, phục vụ đề tài nghiên cứu 25%.

l-Để đáp ứng những nhu cầu trên trang thiết bị đo lòng, đo lờng Cơ Điện NôngNghiệp phải thoả mãn các nhu cầu sau:

- Phục vụ mục tiêu đào tạo của khoa Cơ Điện

- Phục vụ nghiên cứu khoa học, góp phần nâng cao kỹ thuật công nghệ tiến tới hoànhập trong khu vực

- Phục vụ công tác nghiên cứu triển khai trong thiết kế chế tạo và thử nghiệm cácmẫu máy, thiết bị Cơ Điện sử dụng trong sản suất nông nghiệp và chế biến nôngsản

- Tham gia xác định các thông số của hệ thống điện phục vụ cho quy hoạch tổngthể, các chỉ tiêu kinh tế của lới điện nông nghiệp hiện tại và trong tong lai

- Phục vụ công tác nghiên cứu tiết kiệm và sử dụng các dạng năng lợng trong nôngnghiệp và chế biến nông sản

- Kiểm tra tình trang kỹ thuật của ôtô, máy kéo

- Kiểm tra thử nghiệm các trang thiết bị điện trên ôtô, máy kéo

- Đo lờng các đại lợng vật lý phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học của nhàtrờng

Têu chuẩn hoá công tác đo lờng thực nghiệm theo pháp luận của nhà nớc, thamgia quản lý chất lợng, kiểm định và đánh giá sản phẩm Nông nghiệp

Hệ thống trang thiết bị đo lờng thử nghiệm của khoa Cơ Điện phải mang tính đồng

đều, thuận lợi có tính năng kỹ thuật phù hợp không những cho đào tạo mà cả chocông tác nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trờng có khả năng nốighép với các thiết bị ngoại vi v.v… kỹ thuật Đào tạo và bổ sung đội ngũ cán bộ kỹ thuật đủmạnh và công tác quản lý sử dụng có hiệu quả

1.3 Hiện trạng trang thiết bị đo lờng cơ điện.

Hệ thống trang thiết bị đo lờng của khoa Cơ Điện đang đợc sử dụng chủ yếu dựatrên mô hình đo lờng tơng tự (hình 1.1) để đo các đại lợng cơ học nh kéo, nén,xoắn v.v… kỹ thuật các đại lợng điện nh: , U, P v.v… kỹ thuật các đại lợng môi trờng nh độ ẩm,nhiệt độ, áp suất v v… kỹ thuật Đo lờng thử nghiệm trang thiết bị điện trên ôtô, máy kéo

Đợc trang bị từ năm 1960 hầu hết các thiết bị đều của Liên Xô cũ và đợc bổ xungvào những năm 1980 và năm 1985 Mặc dù các thiết bị đã đợc nhiệt đới hoá xong,cho đến nay hầu hết đều đã bị h hỏng hoặc qua sửa chữa

Tổ chức quản lý và sử dụng các trang thiết bị trên chủ yếu ở các bộ môn chuyênngành và bảo quản theo các phòng thí nghiệm

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

1.3.1 Phòng thí nghiệm kim loại – sửa chữa – Trực thuộc bộ môn kim loại sửa chữa.

Phòng có các thiết bị máy móc nh sau:

Thiết bị đo độ bóng, độ cứng bề mặt của các chi tiết

Thiết bị tôi cao tần

Lò nung nhiệt độ cao

Kính hiển vi quang học

Một số dụng cụ đo phục vụ cho công tác sửa chữa

Các thiết bị trên một số bị h hỏng, một số còn lại chất lợng không đảm bảo khôngthể đáp ứng đợc công tác đào tạo của khoa

1.3 2 Phòng thí nghiệm sức bền vật liệu –Trực thuộc bộ môn Cơ học kỹ thuật đ

-ợc trang bị:

Máy đo lực kéo, nén

Máy đo mômen quay

Một số dụng cụ đo chuyên dùng phục vụ cho các bài thí nghiệm đo ứng suất, biếndạng của vật liệu khi tiến hành thí nghiệm

Phòng thí nghiệm kỹ thuật điện –Trực thuộc bộ môn Cơ sở Kỹ thuật điện, phục

vụ chủ yếu cho sinh viên chuyên ngành điện, máy móc thiết bị rất đa dạng, nhiềuchủng loại Có thể phân thành các nhóm:

Máy biến áp đo lờng các loại

Các dụng cụ đo: A, V, P, Hz v.v… kỹ thuật

Các dụng cụ mẫu

Các thiết bị và dụng cụ trên có độ chính xác thấp, không còn đồng bộ và rất lạchậu Hiện nay phòng thí nghiệm chỉ phục vụ công tác thực tập và thí nghiệm củasinh viên mang tính chất cơ bản không thể thiếu trong đào tạo

1.3.3 Phòng thí nghiệm cung cấp và sử dụng điện–Trực thuộc Bộ môn cung cấp

điện, phòng phục vụ thực tập chủ yếu cho sinh viên chuyên ngành điện.

Máy biến áp đo lờng

Các dụng cụ đo:A, V, P, Hz v.v… kỹ thuật

Các dụng cụ mẫu

Máy hiện sóng

Thiết bị tự ghi

Thiết bị đo, đếm các thông số đờng dây cao và hạ áp

Thiết bị đo chuyên dùng trong mạch đo lờng bảo vệ

Hiện nay hầu hết các thiết bị trên đều bị h hỏng hoặc quá lạc hậu gặp rất nhiềukhó khăn trong công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học

1.3.4 Phòng thí nghiệm Ôtô, máy kéo-Trực thuộc bộ môn ôtô, máy kéo, đợc trang bị:

Hệ thống kiểm tra và chuẩn đoán kỹ thuật động cơ ôtô, máu kéo

Hệ thống kiểm tra các trang thiết bị điện trên ôtô và máy kéo

Thiết bị kiểm tra cung cấp nhiên liệu

Thiết bị kiểm tra hệ thống đốt cháy

Các dụng cụ đo chuyên dùng: V, A, N, v.v… kỹ thuật

Hiện nay hầu hết trang thiết bị trên đều h hỏng hoặc đã qua sửa chữa, chỉ đáp ứng

đợc một phần nhỏ công tác thực tập của sinh viên

1.3.5 Phòng thực tập Thuỷ lực- Trực thuộc Bộ môn Máy nông nghiệp, phòng đợc trang bị:

Thiết bị đo áp suất

Thiết bị đo lu lợng

Thiết bị đo vận tốc

Một số thiết bị phục vụ cho công tác khảo nghiệm Máy nông nghiệp

Có thể mô tả hiện trạng trang thiết bị đo lờng của khoa Cơ Điện theo sơ đồhình1.1

Hầu hết các trang thiết bị đều thuộc mô hình đo lờng tơng tự, các thiết bị đo chủyếu là loại cơ điện trong vùng thông số ổn định (tần số, biên độ v.v… kỹ thuật) khôngthích ứng với công tác nghiên cứu khoa học, phần lớn đến nay đã lỗi thời hoặc quasửa chữa nhiều lần không đáp ứng đợc nhu cầu hiện nay

Việc trang bị và nâng cấp hệ thống trang thiết bị đo lờng cơ điện nông nghiệp củaKhoa Cơ Điện sẽ đáp ứng đầy đủ cho công tác đào tạo, nghiên cứu khoa học vànghiên cứu triển khai của khoa Đáp ứng đợc công tác đo lờng kiểm tra chất lợngtiến tới tham gia vào hệ thống tiêu chuẩn đo lờng chất lợng nhà nớc, tham giaquản lý chất lợng, kiểm định và đánh giá sản phẩm nông nghiệp Tăng cờng giao

lu kỹ thuật công nghệ với các nớc trong khu vực và trên thế giới

Hiện trạng hệ thống đo lờng cơ điện

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

đáp ứng đ ợc nhu cầu thực tập thí nghiệm

Thiết bị đo vận tốc, l u tốc, nhiệt độ thiết bị kiểm tra các trang thiết bị điện trên ô tô, máy kéo Thiết bị chuẩn

đoán kiểm tra động cơ phần lớn đều do Liên Xô cũ chế tạo độ chính xác thấp, cồng kềnh không đáp ứng nhu cầu hiện nay

Các thiết bị và dụng cụ đo

điện kiểu cơ điện đo các đại l ợng I, U, W, Wh, cos, f, Thiết bị quan sát: Dao

động ký điện từ .Vùng làm việc ổn định (biên độ, tần số ) độ chính xác: từ 0.5 đến 2.5 điều kiện làm việc ổn

Hình 1.1 Thiết bị đo khoa cơ điện

1.4 Kết luận:

Qua những phân tích đánh giá về hiện trạng, xu thế phát triển, tầm quan trọng

và nhiệm vụ của công tác đo lờng trong việc nghiên cứu khoa học cho thấy “xâydựng và đánh giá dụng cụ đo lờng trong các phòng thí nghiệm kỹ thuật đo lờng”

là hoàn toàn đúng đắn và kịp thời phù hợp mục tiêu hiện đại hoá và công nghiệphoá nền sản xuất nông nghiệp nói riêng và xu thế hội nhập kinh tế toàn cầu

1.5 Hệ thống đơn vị đo lờng và dẫn xuất chuẩn.

Việc thành lập các đơn vị, thống nhất đơn vị đo lờng là một quá trình lâu dài,biến động Việc xác định đơn vị, tổ chức đảm bảo đơn vị tổ chức kiểm tra, xácnhận mang tính khoa học, kỹ thuật, tổ chức và pháp lệnh.

Việc thống nhất quốc tế về đơn vị, hệ đơn vị v.v… kỹ thuật mang tính chất hiệp thơng

và qui ớc

Tổ chức quốc tế về đo lờng học đã họp nhiều lần để thống nhất quốc tế về các

đơn vị, hệ đơn vị và mẫu quốc gia và quốc tế về những đại lợng cơ bản, cho đếnnay vấn đề đơn vị cơ bản, hệ thống đơn vị, các mẫu cơ bản và yêu cầu về các mẫucơ bản cũng đã thống nhất với trình độ hiện nay

Hệ thống đơn vị đựơc thống nhất hiện nay là hệ thống thống nhất quốc tế SI

Hệ thống này chấp nhận những đơn vị cơ bản làm cơ sở để suy ra các đơn vị dẫnxuất khác, có bảy đại lợng đợc coi là đơn vị cơ bản:

4 đơn vị đầu tiên là cơ bản nhất vì vậy hệ SI còn gọi là hệ MKSA hợp lý hoá

Nớc ta, theo nghị định 186/CP ký ngày 26 tháng 12 năm 1964, nhà nớc Việt Namcông nhận và quy đinh hệ SI là hệ đơn vị hợp pháp của nớc Việt Nam Nghị địnhcòn quy đinh các đơn vị dẫn suất dùng thống nhất trong nớc Gồm 102 đơn vị cho

72 đại lợng vật lý

Hệ thống đơn vị đo lờng quốc tế SI ra đời vào năm 1954 và đợc bổ xung hoànchỉnh năm 1960 đã hơn hẳn các hệ thống cũ nh : Hệ mét, hệ CGS, hệ MTS v.v… kỹ thuật[8], [9]

Để đảm bảo tính thông nhất trong đo lờng trên toàn quốc pháp lệnh về đo lờngcủa Nhà nớc Việt Nam đã quyết định các đơn vị tiêu chuẩn Việt Nam phù hợp với

hệ đơn vị đo lờng quốc tế SI theo Bộ tiêu chuẩn quốc tế của Tổ chức tiêu chuẩnhoá quốc tế ISO-31 với các đơn vị cơ bản (bảng1.1)

Các đơn vị đo lờng đợc lợng hoá thông qua các đơn vị chuẩn có độ chính xáccao mà khoa học có thể thực hiện đợc [8] Dựa trên các đơn vị cơ bản này ngời ta

đã đa ra các đơn vị dẫn suất cho tất cả các đon vị vật lý [8], [2], [5], sự liên quan

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

giữa đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn suất dạ trên những quy luật thể hiện bằng nhữngcông thức.

ở Việt Nam chuẩn chuẩn Quốc gia do tổng cục Tiêu chuẩn đo lờng chất lợngquy định chế độ quản lý, đồng thời là cơ quan quản lý nhà nớc về công tác đo lờng[8] Định kỳ các chuẩn quốc gia đợc đem so sánh với chuẩn quốc tế để luôn đảmbảo độ chính xác và độ tin cậy của đơn vị đo

Chuẩn quốc tế: là chuẩn đợc hiệp định quốc tế công nhận làm cơ sở ấn địnhgiá trị cho các chuẩn khác của đại lợng có liên quan trên pham vi toàn thế giới [9]

do Viện cân đo Quốc tế (BTPM) quản lý

Chuẩn Quốc gia : là chuẩn có chất lơng cao nhất đợc một Quốc gia công nhận

để làm cơ sở ấn định cho các chuẩn khác có liên quan trong một nớc [8] ở Việtnam các chuẩn quốc gia đợc lu giữ tại Trung tâm đo lờng và tiêu chuẩn Quốc gia.Chuẩn chính: là chuẩn thờng có chất lợng cao nhất về mặt đo lờng có thể ởmột địa phơng hoặc một tổ chức nào đó mà phép đo ở đó đều đợc dẫn xuất từchuẩn này [ 8 ],[ 9 ]

Chuẩn công tác: là chuẩn đợc dùng thờng xuyên để kiểm tra hoặc hiệu chỉnhvật đo, các phơng tiện đo hoặc mẫu chuẩn, có thể phân loại chuẩn theo sơ đồ (phụlục)

Chuẩn Quốc tế và chuẩn Quốc gia đợc truyền tới các chuẩn thấp hơn thờng

đ-ợc thực hiện một cách hệ thống theo kiểu mắt xích liên tục không gián đoạn đếncác chuẩn công tác, các sản phẩm, đến các thiết bị đo lờng v v… kỹ thuật(phụ lục)

Các chuẩn đo lờng đợc định kỳ kiểm tra và hiệu chuẩn theo sơ đồ hiệu chuẩn(phụ lục) [8 ], [9 ]

1.6 Mô hình quá trình đo lờng

Thông qua nguyên lý đo và phơng tiện đo các đại lợng vật lý cần đo đợc xác

định chính xác về mặt định lợng và đợc thể hiện kết quả bằng số so với đơn vịchuẩn của đại lợng cần đo kết quả đo đợc thể hiện bằng con số so với đại lợng đocủa nó Sau đây là một số các mô hình đo lờng cơ bản

Hình 1.2 Mô hình đo lờng Analog

1 Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC);

2 Mạch đo ( MĐ)

3 Cơ cấu chỉ thị tơng tự

4 Cơ cấu tự ghi cơ điện

5 Máy hiện sóng

6 Thiết bị phối hợp phía sau (TBPH)

Tín hiệu cần đo sau khi qua khâu chuyển đổi sơ cấp 1 (có thể là điện hoặc cơ

điện) đợc biến đổi thành tín hiệu điện tơng tự Y1 tới mạch đo 2 thành tín hiệu

t-ơng tự thống nhất hoá Y2, tín hiệu Y2 đợc đa tới cơ cấu chỉ thị 3, cơ cấu tự ghi 4

và máy hiện sóng 5 hoặc các thiết bị phối hợp 6 ở phía sau

Với phơng pháp chia cũ các vạch độ đợc chia đánh dấu trên mặt dụng cụ, đó

là qui ớc của con ngời đợc thực hiện một cách tự nhiên mang yếu tố chủ quan, quátrình đo chậm, tốc độ thấp Thuận lợi trong đo lờng trong thực hành, kiểm tra vàtrong công nghiệp

1.6.2 Mô hình đo lờng A/ D

Quá trình đo lờng thực hiện theo phơng pháp biến đổi thẳng Đại lợng cần

đo X đợc đa qua khâu biến đổi biến thành các số N trên cơ sở so sánh với đơn vịcủa đại lợng đo X0 , cũng đợc biến đổi thành số N0 và đợc nhớ lại Kết quả đợc đọ

c trực tiếp bằng các số chỉ trên bảng chỉ thị, sơ đồ khối nguyên cho ở hình1.3

Hình 1.3 Mô hình đo lờng A/ D

1 Chuyển đổi sơ cấp;

2 Mạch biến đổi thống nhất hoá (BĐTNH)

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

PCBN

A/D

1

5 4

6

Y3

3 Bộ biến đổi tơng tự số (Analog-Digital)

ánh xạ đại lợng cần đo X (hay đại mẫu X0) là một hàm liên tục sang một tập hợpcác số N (N0) mang tính rời rạc

Sơ đồ phối hợp các thao tác đo lờng A/ D cơ bản trên hình 1.4 Thao cơ bảncủa quá trình đo bao gồm 4 bớc chính sau:

Hình 1.4 Sơ đồ phối hợp thao tác mô hình đo lờng A/DBớc 1: Đa đại lợng mẫu vào thiết bị đo mã hoá thành tập hợp số N0

1.6.3 Mô hình đo lờng có sử dụng vi xử lý

Mô hình đo lờng có sử dụng vi xử lý giới thiệu ở hình 1.5 đánh dấu một bớcphát triển của kỹ thuật và công nghệ đo lờng, ngoài các tính năng đo nhanh, độchính xác cao vv có thể thực hiện dễ dàng việc biến đổi, xử lý tín hiệu và tự

động hoá quá trình đo Là cơ sở để xây dựng hệ thông tin đo lờng

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

TBGN

X(t)

32

Hình 1.5 Mô hình có sử dụng vi sử lý

1 Chuyển đổi sơ cấp; 2 Mạch khuếch đại thống nhất hoá (TNH); 3 Bộ biến đổiA/D; 4 Bộ vi xử lý; 5 Chỉ thị số (CTS); 6 Hệ thống điều khiển (HĐK); 7 Thiết bịghép nối (TBGN)

Tín hiệu đo sau khi chuyển đổi sơ cấp 1 là tín hiệu tơng tự Y1, qua bộ khuếch

đại thống nhất hoá 2 đợc Y2, tín hiệu tơng tự chuẩn hoá Y2 (dòng từ o đến 24mAhoặc từ o đến 10 V) sau đó qua bộ biến đổi tơng tự số 3 (A/ D) thành tín hiệu số

đa vào bộ vi xử lý 4 (p) Để điều khiển bộ (p) dùng bộ phát xung nhịp lấy từ bộ

điều khiển 6 Thiết bị ghép nối vào ra 7 cho phép đa thông tin ra màn hình haymáy in, hoặc lấy tín hiệu điều khiển từ bàn phím, kết quả đo đợc đa tới cơ cấu chỉthị số 5

1.7 Mô hình hệ thống thông tin đo lờng

Hệ thống thông tin đo lờng đợc định nghĩa là một tập hợp đầy đủ các phơngtiện đo và các thiết bị khác liên kết lại để thực hiện những phép đo nhất định.Trong hệ thống đo vi xử lý làm nhiệm vụ thu thập số liệu và thực hiện hàng loạtcác vấn đề nh: phân lớp, xác định các chế độ đo, các đại lợng cần đo, phạm vi đo,trình tự đo, tìm ra các hệ số hiệu chỉnh và tự động xử lý kết quả đo trên máy vitính mà các phép đo trớc kia không thể thực hiện đợc

Sơ đồ chung một hệ thống thông tin đo lờng hình 1.6

P

Hình 1.6 Hệ thống thông tin đo lờng.

Tín hiệu từ các bộ cảm biến (S) đợc đa qua các chuyển đổi chuẩn hoá(C.Đ.C.H) đến các bộ kênh (MUX) tới bộ tích giữ mẫu (S/H), sau đó tín hiệuchuyển tới bộ khuyếch đại (KĐ) tới bộ chuyển đổi tơng tự số (A/D) Trong hệthống sử dụng vi sử lý (P) để thực hiện các nhiệm vụ nh: Xử lý thống kê, nénthông tin, thực hiện các phép biến đổi vi xử lý kết hợp với các bộ nhớ cố địnhROM và bộ nhớ thay đổi RAM các thông tin sau ADC đợc trao đổi với P thôngqua kênh BUS, đồng thời qua BUS điều khiển P có thể điều khiển tất cả các khâutrong hệ thống ở đầu ra tín hiệu có thể nối với các đối tợng khác nh: Máy phát tínhiệu, máy điều khiển [1]

Hệ thống thông tin đo lờng thể hiện bớc phát triển nhảy vọt trong kỹ thuật vàcông nghệ đo lờng không những khắc phục các nhợc điểm và phát triển các u

điểm của các mô hình đo lờng trớc mà còn cho phép đo đợc nhiều kênh trongcùng một thời gian, truyền đi xa đợc ứng dụng rộng rãi trong đo lờng-điều khiển

tự động, trong nghiên cứu khoa học

5 4

6

Y

3

Đến các thiết bị phối hợp

Hệ thống thông tin đo lờng độc lập về cơ bản quá trình đo cũng giống nh môhình đo lờng A/D (1.6.2), chỉ khác hệ thống có thêm đầu ra Analog để phục vụcho mục đích sử dụng ở phía sau: Điều khiển nhờ trên băng từ hoặc trên đĩa vv

1.7.2 Hệ thống đo lờng nối tiếp.

Là hệ thống mà các đại lợng cần đo đợc truyền lần lợt trên một kênh duy nhấttới thiết bị thể hiện và bộ nhớ hoặc các thiết bị phía sau Sơ đồ khối hình 1.8

Hình 1.8 Hệ thống thông tin đo lờng nối tiếpTrong sơ đồ tín hiệu tơng tự của cảm biến (S) qua khuếch đại thống nhất hoá(KĐTNH) tới bộ phân kênh (PK), tại đây các đại lợng đo lần lợt đợc truyền tới bộthu thập và xử lý thông tin (TTXL) trên một kênh duy nhất sau đó đợc đa tới thiết

bị thể hiện (CT) hoặc thiết bị nhớ (TBN) Tín hiệu sau bộ nhớ có thể đợc gửi đi xử

lý tiếp Nếu sử dụng bộ chỉ thị kiểu hiện số thì trớc nó cần có bộ chuyển đổi tơng

tự số

Để điều khiển hệ thống làm việc có sử dụng hệ điều khiển, hệ điều khiển cóthể đợc cài đặt theo một trơng trình Angorit đã định trớc hoặc trực tiếp do ngời sửdụng

Trong trờng hợp các chuyển đổi chuẩn hoá cùng loại và có cùng một thang đothì có thể dùng chung một chuyển đổi chuẩn hoá khi có bộ phân kênh đợc đa vềphía trớc của chuyển đổi chuẩn hoá

Hệ thống đo nối tiếp có cấu tạo đơn giản, giá thành hợp lý đòi hỏi tốc độ đo vàphân kênh cao, phù hợp cho các quá trình đo chậm, ở vùng có tần số thấp, độ tincậy không cao, mắc sai số lớn

1.7.3 .Hệ thống đo lờng song song.

Hệ thống đo lờng song song cho phép đo đồng thời các đại lợng cần đo trongthời điểm bất kỳ tới các cảm biến (S) khác nhau, các tín hiệu đợc truyền trên kênhthông tin không ảnh hởng lẫn nhau

s1

s2

sn

KĐTNH1KĐTNH2KĐTNH3

tbncts đk

Ng ời quan sát

Hình 1.9 Hệ thống thông tin đo lờng song songCác tín hiệu đo sau khi qua chuyển đổi chuẩn hoá đều đợc đa tới bộ thu thậpthông tin (TTDL), từ đây tín hiệu đợc dẫn tới bộ xử lý thông tin trung tâm (XLTT)bằng các tiến hiệu (khoảng cách thích hợp nhỏ hơn 2km) Bộ xử lý trung tâm thựchiện các chức năng đa ra những tín hiệu cần thiết cho các thiết bị phía sau phốihợp Điều khiển hệ thống có thể theo một trơng trình sẵn hoặc trực tiếp.

Hệ thống đo lờng song song đảm bảo phép đo có độ tin cậy cao, các tín hiệu

đợc truyền đi song song với nhau nên không phụ thuộc lẫn nhau, nhng đòi hỏi cần

có biện pháp chống nhiễu giữa các kênh tốt Nhng có nhợc điểm là số lợng dâyquá lớn, cồng kềnh và giá thành cao

1.7.4 Hệ thống đo lờng hỗn hợp.

Hệ thống đo lờng hỗn hợp là tổng hợp của hai hệ thống đo nối tiếp và songsong Hệ thống đo lờng này cho phép tác động nhanh với các tín hiệu đo, đo đợcnhiều đại lợng cùng một lúc và hạn chế đợc nhợc điểm riêng rẽ của các loại trên.Hiện nay các tổ hợp đo lờng đã ra đời và dần dần thay thế các phơng tiện đo l-ờng cũ, hệ thống đo lờng càng đợc sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nh tự động

điều khiển quá trình sản xuất, tự động kiểm tra chất lợng sản phẩm, tự động hiệuchuẩn các phơng tiện đo

Hệ thống đo lờng là tập hợp các phơng tiện đợc liên kết với nhau để thực hiệnmột phép đo nhất định Hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật, hệ thống tự động kiểm trasản phẩm, hệ thống tự động hiệu chỉnh phơng tiện đo

Với ứng dụng của kỹ thuật vi tính, kỹ thuật điện tử và tự động hoá các hệthống thông tin đo lờng dần dần đợc hoàn thiện, càng ngày càng chiếm u thế và đ-

ợc ứng dụng rộng rãi trong mọi ngành kinh tế quốc dân, chất lợng của phép đokhông ngừng đợc cải thiện

Trong tơng lai các nhà khoa học đang nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật côngnghệ mới không ngừng đợc nâng cao hiệu quả và chất lợng của hệ thông đo, cácphơng tiện đo gọn và nhẹ hơn

1.8 Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo.

Để chọn đúng phơng tiện đo cho ứng dụng cụ thể hãy xây dựng hệ thống trangthiết bị đo cần có sự hiểu biết tốt về cấu trúc và các đặc tính của chúng cũng nhnhững căn cứ về kỹ thuật và công nghệ để đáp ứng yêu cầu và mục đích sử dụng.Ngày nay các phơng tiện đo lờng có ứng dụng kỹ thuật điện tử, kỹ thuật số và

vi xử lý đang chiếm u thế trong các phép đo và đang đợc ứng dụng rộng rãi trongmọi lĩnh vực, trong sự phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật công nghệ

Công nghệ đo lờng hiện nay gồm các thiết bị chính: Chuyển đổi sơ cấp,chuyển đổi chuẩn hoá, hệ thống thu thập dữ liệu đa năng (loại kênh dẫn hoặckhông dây), bộ vi xử lý với máy tính và phần mềm ứng dụng (thu thập số liệu,phân tích và tự động xử lý số liệu) thực hiện theo các mô hình đo l ờng đã nghiêncứu ở mục 1.6

Nghiên cứu và ứng dụng có hiệu quả phơng tiện đo trong các phép đo có ýnghĩa quyết định trong công tác đo lờng và là yếu tố cơ bản nhất để có đợc kết quả

đo theo mong muốn

1.8.1 Độ tin cậy của thiết bị đo.

Độ tin cậy của phơng tiện đo lờng giữ một vai trò quan trọng trong việc cấuthành phơng tiện đo đó Độ tin cậy của phơng tiện đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố

và luôn đợc thể hiện trong quá trình đo các đại lợng khác nhau

Thông thờng độ tin cậy của thiết bị đo đợc xác định bởi khả năng làm việc tincậy của phơng tiện trong điều kiện cho phép có phù hợp với thời gian qui định vàphụ thuộc tính chất nội tại của phơng tiện đo:

-Trình độ kỹ thuật công nghệ của nhà sản xuất

-Độ tin cậy của các linh kiện, các phần tử trong phơng tiện đo

-Các dụng cụ đo đợc chế tạo có kết cấu đơn giản hay phức tạp

-Điều kiện làm việc của phơng tiện đo có phù các tiêu chuẩn hay điều kiện chophép hay không của nhà chế tạo

-Trình độ hiểu biết và kỹ năng thực hành của ngời sử dụng

Do vậy để nâng cao độ tin cậy của phơng tiện đo cần có những biện pháp tíchcực trong thiết kế chế tạo, trong quản lý sử dụng và trong vận hành phải quan tâmtới các yếu tố nh điều kiện môi trờng, đào tạo cán bộ và nhân viên lành nghề Duytrì đều đặn chế độ bảo dỡng và hiệu chuẩn định kỳ

1.8.2 Các đặc tính cơ bản của phơng tiện đo.

1.Sai số của phơng tiện đo.

Các đại lợng cần đo đều có một giá trị thực của nó, đó là giá trị phản ánhthuộc tính của đối tợng đã cho phù hợp với đối tợng đã cho về số lợng và chất l-

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

ợng Giá trị thực không phụ thuộc vào phơng pháp đo, phơng tiện nhận biết chúng,

đó là giá trị mà phép đo cố gắng đạt đợc

Kết quả đo là sản phẩm của trình độ nhận thức, nó không những phụ thộc vàobản thân đại lợng đo mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: Phơng pháp đo, ph-

ơng tiện đo, ngời đo, điều kiện môi trờng thực hiện phép đo

Một trong những đặc trng kỹ thuật cơ bản của các phơng tiện đo là sai số củathiết bị phải đảm bảo duy trì trong thời gian xây dựng, sai số của phơng tiện đo thểhiện dới các dạng sau:

a Sai số hệ thống.

Là sai số cơ bản, là sai số mà giá trị của nó luôn không đổi hay thay đổi cóquy luật sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ đợc

b Sai số ngẫu nhiên.

Là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do các biến động của môitrờng bên ngoài (nh nhiệt độ, áp suất, độ ẩm ) sai số này còn gọi là sai số phụ.Tiêu chuẩn để đánh giá độ chính xác của dụng cụ đo là cấp chính xác Cấpchính xác của dụng cụ đo là giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải Ngời taquy định cấp chính xác của dụng cụ đo đúng bằng sai số tơng đối quy đổi củadụng cụ đo đó

% 100

*

%

N

m n

X





 (1-1)Trong đó: XN- là giá trị cực đại của thang đo

m- là sai số tuyệt đối cực đại

n- là sai số ngẫu nhiên tính theo %

2 Độ nhạy của phơng tiện đo.

Độ nhạy cho biết khả năng làm việc của phơng tiện đo đối với đại lợng cần

đo Phơng tiện đo có độ nhạy càng cao càng tốt Đặc trng cho độ nhậy của phơngtiện đo là ngỡng nhậy của phơng tiện cho biết khả năng mà thiết bị có thể phânbiệt đợc giá trị nhỏ nhất của đại lợng đo

Y

X S





 (1-2)Trong đó: S – là độ nhạy

X – là sự thay đổi của đại lợng vào

Y – là sự thay đổi của đại lợng ra

Ngỡng nhạy đợc xác định:

Khi Y= 0 thì X tiến tới một giá trị  (X = )

Nếu S không đổi thì quan hệ vào ra của dụng cụ đo là tuyến tính Lúc đó thang đo

sẽ đợc khắc độ đều

3 Công suất tiêu thụ của phơng tiện đo.

Trong các thiết bị đo hạn chế công suất tiêu hao trên phơng tiện là điều kiệnhết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn: Tăng khả năng làm việc của thiết bị, kéodài tuổi thọ, tăng độ chính xác của kết quả đo

Hiện nay trong công nghệ đo nhờ áp dụng tiến bộ kỹ thuật điện tử công nghệchế tạo các phơng tiện đo có tổn hao cực kỳ nhỏ

4 Độ tác động nhanh.

Độ tác động nhanh của dụng cụ đo chính là thời gian để xác lập kết quả đotrên chỉ thị Đối với dụng cụ tơng tự thời gian này khoảng 4s Đối với dụng cụ số

có thể đo đợc hàng nghìn điểm đo trong một giây

Sử dụng máy tính có thể đo và ghi lại với tốc độ nhanh hơn nhiều Mở ra khảnăng thực hiện các phép đo lờng thống kê

5 Thời gian đo của thiết bị đo.

Thời gian đo của thiết bị đo cho biết độ tác động nhanh của phơng tiện đo, đợcxác định bằng thời gian để xác lập kết quả trên cơ cấu chỉ thị Thời gian đo (Tđo)

đợc tính từ lúc đặt tín hiệu cần đo (To) vào phơng tiện đo đến khi ổn định đa kếtquả trên cơ cấu chỉ thị (Tođ) Trong phép đo ngời ta quan tâm tới tốc độ, đợc xác

định:

Tđo=Tođ-To (1-3)

Tốc độ đo nhanh cũng rất cần trong các phơng tiện đo phân kênh hay nối tiếp.Nay do ứng dụng kỹ thuật điện tử, vi xử lý và máy tính có thể đáp ứng đợc tốc độ

đo nhanh đến micrô giây và nhanh hơn

1.8.3 Cấu trúc cơ bản của phơng tiện và hệ thống đo lờng.

1 Mô tả cấu trúc.

Về cơ bản cấu trúc của phơng tiện đo lờng có thể mô tả theo hình 1.10 và1.11

Hình 1.10 Mô tả cấu trúc phơng tiện đo lờng

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

2

Đại lợng cần đo đợc đa trực tiếp tới đầu vào chuyển đổi sơ cấp (CĐSC) củathiết bị đo, ở đầu ra của chuyển đổi Y1 có thể là dòng điện hay điện áp tới mạch

đo (MĐ) để xử lý, gia công đợc Y2 chuyển tới cơ cấu chỉ thị kết quả (CCCT)

Để đo đợc nhiều thông số trong cùng một thời gian và thực hiện đồng thờinhiều thao tác nh đo với tốc độ nhanh, có thể lu giữ, quan sát ngời ta thờng sửdụng hệ thống đo lờng có cấu trúc nhiều đầu vào (hình 1.11) Các đại lợng cần đoqua các cảm biến (S) đợc biến đổi thành đại lợng điện tơng ứng và đợc gửi tới đầuvào của bộ thu thập giữ liệu 2 Tại đây tín hiệu đợc xử lý, gia công hoặc có thể lugiữ, đầu ra của 2 tín hiệu đa tới bộ biến đổi A/D 3 và tới máy tính 4 để quan sát, lugiữ và gia công kết quả

Hình 1.11 Mô tả cấu trúc hệ thống đo lờng 1.các sensor(S); 2 Bộ thu thập dữ liệu(TTDL)

3 Bộ biến đổi tơng tự-số; 4 Máy tính (PC)

Điều khiển quá trình có thể trực tiếp hoặc bằng bàn phím thông qua giao điện(interface)

2 Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC).

Chuyển đổi sơ cấp có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lợng vật lý cần đo là điệnhoặc không điện ở đầu vào thành các đại lợng điện tơng thích (dòng hoặc áp) ở

đầu ra, phơng trình mô tả chuyển đổi có dạng:

Y=f(x)Trong đó: x – là đại lợng không điện cần đo

Y – là đại lợng điện sau chuyển đổi

Phơng trình mô tả trên có thể là tuyến tính hay phi tuyến tuy nhiên trong kỹthuật đo lờng ngời ta cố gắng tạo ra các chuyển đổi có quan hệ tuyến tính với mục

đích nâng cao độ chính xác của phép đo

Thực tế tiến hiệu Y ở đầu ra của chuyển đổi không những chỉ phụ thuộc vào

đại lợng x mà còn phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài z, khi đó phơng trình mô tả

có dạng:

Y=f(x,z)

S1

PCA/D

Sn

43

21

Các chuyển đổi sơ cấp đợc đặt trong một lớp vỏ bọc bảo vệ có hình dáng rấtkhác nhau phù hợp với chỗ đặt để đo các đại lợng vật lý x cần đo đợc gọi là Sensor(hay đầu đo, cảm biến) Các Sensor đợc chế tạo riêng rẽ đơn chiếc hoặc đợc chếtạo hợp bộ với các thiết bị đo hay hệ thống đo lờng.

Khi chế tạo các chuyển đổi ngời ta thờng quan tâm các đặc tíh cơ bản sau:

-Khả năng thay thế và lắp lẫn của các chuyển đổi

-Chuyển đổi phải có đặc tính đơn trị

-Đờng cong của chuyển đổi phải ổn định không thay đổi theo thời gian

-Tín hiệu ra chuyển đổi thờng đặt thống nhất (chuẩn) hoá đảm bảo thuận tiện choviệc ghép nối vào các máy đo điện tử, hệ thống đo hay máy tính

-Sai số của các chuyển đổi đảm bảo nhỏ nhất để nâng cao độ chính xác của cácchuyển đổi sơ cấp, đồng thời nâng cao độ chính xác của các phép đo hay dụng cụ

1.8.4 Tuyến tính hoá đặc tính cảm biến.

Trong quá trình đo cảm biến cần phản ánh đúng đặc tính của các đại lợng cần

đo X theo quan hệ đơn trị X=f(Y) Điều này khó có thể thoả mãn, phần lớn do cácchuyển đổi cấu tạo nên cảm biến có đặc tính phi tuyến hoặc chịu tác động củanhiều yếu tố ảnh hởng với các nguồn gốc khác nhau

Có thể khắc phục các nhợc điểm trên dựa vào các thành tựu khoa học kỹ thuậtcông nghệ điện tử và tin học hiện đại Một số các hớng phổ biến là:

* Sử dụng các chuyển đổi thống nhất hoá.

Chuyển đổi thống nhất hoá gồm phần tử nhạy (Sensor hay cảm biến) vàkhâu phối hợp đợc kết nối trong thiết bị đo, tại đó tín hiệu điện đợc xử lý và đa ravới đặc tính phù hợp cho các khâu biến đổi tiếp theo của quá trình đo (hình1.12)

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi thống nhất hoá

Đại lợng cần đo X sau khi qua chuyển đổi thành đại lợng điện tơng ứng u(t),i(t) đợc đa qua khâu phối hợp để tạo ra tín hiệu thống nhất hoá ví dụ nh:

* Trong công nghệ chế tạo

Nâng cao các tính năng của cảm biến bằng ứng dụng linh kiện điện tử, vật liệumới và các giải pháp mạch tiên tiến có đặc tính kỹ thuật tốt: chính xác, ổn định vànhiệt đới hoá Sau đây là một số các chuyển đổi có ứng dụng trong đo lờng các đạilợng cơ điện

1 Chuyển đổi kiểu điện trở.

Là những chuyển đổi kiểu thông số thờng đợc sử dụng để đo các dịch chuyểnthẳng hoặc di chuyển góc của đại lợng càan đo Chuyển đổi kiểu điện trở dựa trên

sự thay đổi điện trở của chuyển đổi khi có sự tác động cdủa đaị lợng cần đo,những loại thờng sử dụng;

a Chuyển đổi kiểu biến trở

Dây điện trở chế tạo bằng Manganin, Ni ken, Crom, Contantan, Vonfram đợcphủ lớp cách điện, đờng kính dây khoảng từ 0,02 đến 0,1 mm, điện trở của dâythay đổi từ vài chục ôm đến vài nghìn ôm và đợc quấn trên vật liệu cách điện nhgốm, sứ, hay điện trở màng mỏng có con chạy v.v

Phơng trình mô tả quan hệ giữa đại lợng vào, ra của chuyển đổi nh sau:

R=f(Xv)Trong đó: R- Giá trị điện trở của chuyển đổi

Xv- Đại lợng cần đo

Trong kỹ thuật đo lờng ở các dạng: mạch biến đổi; mạch phân áp; mạch cầu;mạch Lôgômét

Hình 1.13 Chuyển đổi biến trở

a Mạch biến trở

b Mạch phân áp

b Chuyển đổi kiểu điện trở ứng suất (điện trở Tenzô).

Chuyển đổi dựa trên hiệu ứng Tenzô, nghĩa là khi chuyển đổi chịu biến dạngcơ khí thì điện trở của nó thay đổi và thờng đợc chế taọ dới ba dạng:

- Chuyển đổi dây điện trở ứng suất có d=20m

- Chuyển đổi màng điện trở ứng suất có chiều dày từ 25 đến 60 m

- Chuyển đổi lá điện trở ứng suất mỏng 0,02mm và dày 0,2mm

Vật liệu chế tạo chuyển đổi thờng là Constantan, Nỉcrôm, hợp kim Iriddi Khi đo biến dạng điện trở Tenzô dợc dán lên đối tợng đo, khi đối tợng biếndạng chuyển đổi biến dạng theo kéo theo sự thay đổi điện trở của chuyển đổihình1.14

Platin-Đặc trng cơ bản của chuyển đổi điện trở ứng suất là độ nhạy:

Trong đó: R và R – Là điện trở và suất gia điện trở khi chịu biến dạng

L và L - Là chiều dài và suất giản dài của điện trở ứng suất tơng ứng.Khi đó:

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

lo

y

xa,

Hình 1.14.Điện trở lực căng dây mảnhThông thờng chuyển đổi điện trở ứng suất thờng đợc sử dụng với mạch cầumột chiều hay xoay chiều hình 1.15.

-Khi dán chuyển đổi lên đối tợng đo cần chú ý vị trí dán cho thích hợp để có độnhạy cao tránh sai số do nhiễu và nhiệt độ gây ra

2 Chuyển đổi kiểu điện từ.

Đại lợng không điện cần đo tác dụng tới chuyển đổi làm thay đổi điện cảm, hỗcảm hay từ thông của phần tử chuyển đổi

a, Chuyển đổi điện cảm, hỗ cảm.

Chuyển đổi hỗ cảm có cấu tạo tơng tự nh nhau đều có cấu tạo là cuộn dây 2

đ-ợc quấn trên lõi thép 1 có khe hở không khí Với loại điện cảm thì chỉ cần mộtcuộn (hình 1.16a) còn với loại hỗ cảm có thêm cuộn dây ra (hình 1.16b) Dới tácdụng của đại lợng vào Xv làm dịch chuyển phần ứng 3, khe hở tơng đối giữa phần

động và phần tĩnh thay đổi dẫn đến điện cảm hay hỗ cảm trong mạch của chuyển

đổi thay đổi theo Để tăng độ nhạy và chống nhiễu sử dụng kiểu vi sai (hình1.16c)

Phơng trình chuyển đổi vối loại điện cảm Z = f()

Phong trình chuyển đổi với loại hỗ cảm H = f()

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

12

3

1

2

3

Hình 1.16 Chuyển đổi kiểu điện từ

a, Loại điện cảm; b, Loại hỗ cảm; c, Kiểu vi sai

1 Lõi sắt từ; 2 Cuộn dây; 3 Phần động;  Khe hở không khí

Các chuyển đổi điện cảm và hỗ cảm đựơc dùng để đo các đại lợng không điệnkhác nhau nh :

- Đo dịch chuyển từ vài chục Mỉcrômet đến hàng chục centimet

- Đo chiều dày của lớp phủ

- Đo độ bóng của chi tiết gía công

- Đo lực tác động từ 0,1N đến hàng trăm Niutơn

- Đo áp suất từ 0,001N/m2 đến hàng nghìn N/m2

Nhựơc điểm cơ bản của các chuyển đổi trên là trong mạch đo cần sử dụngnguồn cung cấp điện áp xoay chiều cố tần số thật ổn định

b Chuyển đổi kiểu áp từ.

Là một dạng đặc biệt của chuyển đổi kiểu điện cảm, hỗ cảm chỉ khác nhau vớihai loại trên là mạch từ của chuyển đổi áp từ là loại mạch từ kín

Dới tác dụng của biến dạng đàn hồi cơ học độ từ thẩm và các tính chất của vậtliệu sắt từ thay đổi nghĩa là độ từ thẩm và từ trở của mạch thay đổi theo dẫn đến

điện cảm (hình 1.17a) hoặc hỗ cảm (hình 1.17b) của chuyển đổi thay đổi theo,mạch đo thờng sử dụng là mạch cầu vi sai Độ chính xác của chuyển đổi phụ

UraFx

thuộc vào điện áp và tần số của nguồn nuôi, khi nguồn cung cấp thay đổi 1 thìkết quả mắc sai số khoảng 1%, tần số của nguồn thay đổi 1% thì gây ra sai số0,2% Chuyển đổi phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trờng

Hình 1.17 Chuyển đổi áp từ

a, Kiểu điện cảm; b, Kiểu hỗ cảm;

1, Lõi thép; 2, Cuộn dây; 3, Đối tợng nghiên cứu

Chuyển đổi áp từ có độ chính xác thấp (từ 3% đến 5%) nhng có cấu trúc đơngiản, độ tin cậy cao thòng đợc sử dụng ở ngoài hiện trờng để đo áp suất, mômenxoắn trong các máy khoan đất, đo lực cắt trong quá trình gia công kim loại v.v Nhợc điểm của chuyển đổi có sai số phụ thuộc vào nhiệt độ môi trờng và dòng

điện từ hoá

c Chuyển đổi kiểu cảm ứng.

khi có tác động của đại lợng cần đo Xv vào phần động 3 thì trong cuộn đay 2xuất hiện một sức diện động, kết quả ở cửa ra cho một điện áp tơng ứng Độ lớncủa điện áp đầu ra của chuyển đỏi phụ thuộc vào sự biến thiên của từ thông donam châm điện hay man châm vĩnh cửu 1 của chuyển đổi gây ra

Phơng trình tổng quát:

Ur = f(Xv)

Đại lợng Xv có thể là các tác động thẳng (lực kéo, nén v.v ) hoặc mô menquay hay chuyển dịch góc Nguyên tắc cấu tạo có loại chuyển đổi cuộn dây dịchchuyển có loại phần sắt dịch chuyển

Các chuyển đổi cảm ứng đợc dử dụng để đo tốc độ quay, mômen quay Loại

có lõi thép di chuyển đợc dùng để đo các di chuyển thẳng, di chuyển góc, đo biên

độ rung từ vài phần trăm mm đến vài mm Chuyển đổi cảm ứng có u điểm:

Tín hiệu ra của các chuyển đổi có giá trị tơng đối lớn từ vài phần vôn đến vài chụcvôn nên mạch đo không cần khuếch đại Độ nhạy của chuyển đổi cho phép đo đợccác di chuyển nhỏ, đo tốc độ, gia tốc và các đại lợng khác có tần số từ 15 đến 30KHz Sai số của chuyển đổi đạt từ 0,2% đến 0,5%

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

3 Chuyển đổi tĩnh điện

Gồm hai dạng chính:

a Chuyển đổi kiểu áp điện.

Dựa trên hiệu ứng áp điện ngời ta đã chế tạo các chuyển đổi áp điện làm việctheo nguyên tắc: dới tác dụng của đại lợng cơ học cần đo biến thiên tác dụng vào

bề mặt của vật liệu thì trên bề mặt của chuyển đổi sẽ xuất hiện các điện tích gọi làhiệu ứng áp điện thuận Ngợc lại nếu đặt các vật liệu trên vào trong một điện trờngbiến thiên, dới tác dụng của điện trờng biến thiên làm biến dạng chuyển đổi gọi làhiệu ứng áp điện ngợc, nghĩa là điện tích q biến thiên với đại lợng vào

Nhợc điểm của chuyển đổi áp điện là không đo đợc lực tĩnh và rất khó khắc độ b.

Chuyển đổi kiểu điện dung

Chuyển đổi điện dung là những chuyển đổi có điện dung thay đổi dới tác dụng của

đại lợng cần đo khi đại lợng vào là sự dịch chuyển thẳng, di chuyển góc tác độngvào phần động của chuyển đổi thì tín hiệu ra của chuyển đổi dới dạng điện áp Cácchuyển đổi làm việc theo nguyên tắc nh vậy gọi là chuyển đổi máy phát Nếu đạilợng vào của chuyển đổi là sự di chuyển còn đại lợng ra là sự thay đổi điện dungthì gọi là chuyển đổi thông số

Dới đây là một số loại chuyển đổi thờng đợc sử dụng trong kỹ thuật đo lờng bảng1.2

4 Chuyển đổi nhiệt điện

Là những chuyển đổi dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của các quá trình nh đốtnóng, làm lạnh hay trao đổi nhiệt v.v thì đầu ra của chuyển đổi sẽ có tín hiệu cóthể là điện áp (nh chuyển đổi cặp nhiệt điện ) hay tín hiệu ra là sự thay đổi về

điện trở ( nh chuyển đổi kiểu nhiệt điện trở )

a Chuyển đổi cặp nhiệt điện ( cặp nhiệt ngẫu ).

Là những chuyển đổi đợc cấu tạo từ hai dây dẫn, đợc làm từ hai vật liệu khácnhau đợc nối lại với nhau Khi hai đầu của chuyển đổi có sự chênh lệch về nhiệt

độ thì trong mạch sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt điện ( hình 1-19)

Hình 1-19.Sơ đồ cấu tạo của một cặp nhiệt điện1,2- Hai đầu dây của cặp nhiệt điện; 3- Đầu hàn; 4,5- ống cách điện;

6- Vỏ ngoài; 7- Đầu nối ra

Vật liệu dùng chế tạo chuyển đổi cặp nhiệt ngẫu phải đảm bảo: quan hệ giữa sức

điện động nhiệt điện với nhiệt độ là hàm đơn trị, tính chất bền điện không thay

đổi, độ bền hoá và cơ với nhiệt độ phải cao, dẫn điện tốt, có trị số sức điện độngnhiệt điện lớn

Cặp nhiệt điện nối với nhau theo phơng pháp hàn và đợc đặt trong thiết bị bảo vệ

để tránh tác động của môi trờng Thiết bị bảo vệ đợc chế tạo từ loại thép tốt, đốivới loại cặp nhiệt điện quý, thiết bị bảo vệ thờng đợc làm bằng thạch anh hoặcgốm ( hình 1-19)

Để tăng độ chính xác của phép đo và có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ của

đầu đo trong sơ đồ mạch ngời ta có đa thêm một mạch cầu vào mạch đo, trong đó

ba nhánh của cầu đo là ba diện trở không thay đổi theo nhiệt độ ( Đồng hoặcNiken) Cầu đợc tính toán ở nhiệt độ 00C mắc nối tiếp với đầu tự do của cặpnhiệt ngẫu để ổn định nhiệt trong quá trình đo sử dụnh mạch bù nhiệt theo sơ đồhình 1.20

Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lờng

Hình 1-20 Sơ đồ nguyên lý mạch bù nhiệt độ đầu đo

R1- Điện trở bù nhiệt; EB- Nguồn nuôiCặp nhiệt điện đợc ứng dụng chủ yếu để đo nhiệt độ, ngoài ra còn để đo các đại l-ợng không điện nh đo dòng điện ở tần đố cao, đo hớng chuyển động

b Chuyển đổi nhiệt điện trở.

Chuyển đổi nhiệt điện trở là những chuyển đổi có điện trở thay đổi theo sự thay

đổi của nhiệt độ Vật liệu chế tạo bằng dây đẫn hoặc là chất bán dẫn có hệ sốnhiệt độ lớn, điện trở suất lớn, khó chảy và có độ bền hoá học cao đối với môi trt-ờng

 Loại nhiệt điện trở dây.

Vật liệu chế tạo thờng là từ Đồng, Platin và Niken có dờng kính từ 0,02 đến0.06mm và chiều dài từ 5 đến 20mm Một số loại nhiệt điện trở thờng gặp (hình1.21)

4

3

2 1

Hình 1-21- Một số nhiệt điện trở thờng gặp1- Dây đặt trong ống sứ; 2- Vỏ bảo vệ; 3- ổ đỡ; 4- Hộp đầu ra.

 Nhiệt điện trở bán dẫn

Đợc chế tạo từ một số ôxit kim loại khác nhau nh CuO, CoO, MnO v.v Cấu tạocủa nhiệt điện trở bán dẫn có thể ở dạng thanh, dạng đĩa và hình cầu.Bảng dới đâycho đặc tính của một số nhiệt điện trở bán dẫn ( bảng 1.3 )

Mạch đo đối với chuyển đổi nhiệt điện trở có thể dùng mạch bất kỳ để đo điệntrở của nó Thông thờng ngời ta hay dùng mạch cầu không cân bằng ( hình 1.22b)

có chỉ thị là Lôgomet hoặc mạch cầu cho thiết bị tự ghi ( hình 1.22c )

ứng dụng của chuyển đổi nhiệt điện trở đợc dùng để đo nhiệt độ, đo các đại

lợng di chuyển, đo áp suất và dùng để phân tích các thành phần, nồng độ của một

số hợp chất và chất khí

Hình 1.22-Mạch đo dùng với chuyển đổi nhiệt điện trở

a, Mạch Lôgômet; b, Mạch cầu 3 dây dùng chỉ thị lôgômet;

c, Mạch cầu 3 dây dùng với thiết bị ngoài

Ngoài các chuyển đổi đã trình bày ở trên trong kỹ thuật đo lờng còn sử dụng sơcấp dựa trên nguyên tắc hoá học (các chuyển đổi hoá điện), theo nguyên tắc xuấthiện các điện tử hay Ion (các chuyển đổi điện từ và Ion),v.v [1]

khoa học công nghệ càng phát triển sẽ có nhiều phơng pháp đợc áp dụng và cókhả năng loại trừ ót các sai số đảm bao kêt quả đo có độ chính xác cao.Trong thựctiễn ứng dụng nhiều phơng pháp có thể phân thành một số dạng cơ bản hình 1.23.Phơng pháp đó sánh với vật đọ đợc sử dụng nhiều trong các phép đo hiện nay, ph-

ơng pháp có u điểm:

- Cho kết quả có độ chính xác cao

- Có khả năng loại trừ sai số hệ thống

- Trong quá trình tiêu thụ ít năng lợng của đối tợng đo

- Có ý nghĩa cao trong thực tiễn bởi vì chế tạo một vật đọ có độ chính xác cao sẽ

dễ dàng hơn chế tạo một phơng tiện đo có cung cấp chính xác

Trong kiểm định, hiệu thờng sử dụng phơng pháp so sánh vi sai và phơng phápchỉ zêzô

Với phơng pháp biến đổi thẳng độ chính xác thấp nhng có u điểm là đơn giản do

đó thờng đợc sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp đợc ứng dụng để đo và kiểmtra các quá trình sản xuất

Là phơng pháp đo trình tự lôgic các thao tác đợc thực hiện nối tiếp nhau thôngqua mạch đo lờng(M.Đ), gồm các khâu chuyển đổi đợc nối tiếp với nhau Sơ đồnguyên lý quá trinh đo hình 1.24.

Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý quá trình đo biến đổi thẳng

Đại lợng cần đo X đợc đa qua một hay nhiều khâu biến đổi sau đó đợc biến đổithành số Nx, mặt khác các đơn vị của đại lợng đo X0 cũng đợc biến đổi thành số No

và đợc ghi nhớ lại Sau đó diễn ra quá trình so sánh giữa đại lợng cần đo với đơn vịcủa chúng, quá trình đợc thực hiện bằng phép chia Nx/No Kết quả đo trên cơ cấuchỉ thị:

X = ( Nx/No )*Xo ( 1.6 )

Phơng pháp đo trực tiếp thờng đợc áp dụng cho các dụng cụ đo biến đổi thẳng cósai số lớn Phơng pháp thờng đợc áp dụng cho các nhà máy, xói nghiệp côngnghiệp công nghiệp, kiểm tra quá trìng sản xuất có độ chính xác không cao

1.9.2 Phơng pháp đo so sánh với vật đọ

Là phơng pháp thực hiện trình tự lôgic các thao tác theo một mạch vòng khépkín (có khâu phản hồi), quá trình so sánh có thể cân bằng hoặc không cân bằng,mô tả quá trình : hình 1.25 giới thiệu phơng pháp đo với các lôgic so sánh kiểucân bằng Trong quá trình đo đại lợng cần đo X và đại lợng mẫu Xo đều đợc biến

đổi thành các đại lợng điện tơng ứng (dòng hặc áp) gửi tới bộ so sánh (SS).Quá trình so sánh đợc diễn ra trong suốt quá trình đo, đại lợng cần đo đợc so sánhvới đại lợng Xk tỉ lệ với đại lợng mẫu Xo, khi hai đại lợng bằng nhau thì quá trình

X

XXo