Nghiên cứu hệ thống chuẩn nhiệt độ và xây dựng phần mềm hỗ trợ kiểm tra hiệu chuẩn các thiết bị đo nhiệt độ

Tổng quan hệ thống chuẩn nhiệt độ và hệ thống liên kết chuẩn. Thiết bị nguồn nhiệt chuẩn Fluke 9011. Sai số và độ không đảm bảo đo. Xây dựng và thiết kế phần mềm tính toán độ không đảm bảo đo. Tổng quan hệ thống chuẩn nhiệt độ và hệ thống liên kết chuẩn. Thiết bị nguồn nhiệt chuẩn Fluke 9011. Sai số và độ không đảm bảo đo. Xây dựng và thiết kế phần mềm tính toán độ không đảm bảo đo. Tổng quan hệ thống chuẩn nhiệt độ và hệ thống liên kết chuẩn. Thiết bị nguồn nhiệt chuẩn Fluke 9011. Sai số và độ không đảm bảo đo. Xây dựng và thiết kế phần mềm tính toán độ không đảm bảo đo.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

DƯƠNG VIẾT LINH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUẨN NHIỆT ĐỘ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM HỖ TRỢ KIỂM TRA (HIỆU CHUẨN)

CÁC THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

DƯƠNG VIẾT LINH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUẨN NHIỆT ĐỘ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM HỖ TRỢ KIỂM TRA (HIỆU CHUẨN)

CÁC THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG

Hà Nội – 2018

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Dương Viết Linh

Đề tài luận văn: “Nghiên cứu hệ thống chuẩn nhiệt độ và xây dựng phần mềm hỗ

trợ kiểm tra (hiệu chuẩn) các thiết bị đo nhiệt độ”

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa

Mã số SV: CA150428

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 27 tháng 04 năm 2018 với các nội dung sau:

- Đã sửa lỗi chính tả ở các trang 19, 30, 53

- Đã bổ sung trích dẫn TCVN 6165-1996 trong khái niệm, định nghĩa cơ bản ở trang 19

- Đã đánh số công thức ở các chương 1,3,4

- Đã sửa lại tiêu đề của mục 1.3.1 thành “Phân loại chuẩn”

- Đã bổ sung phần trích dẫn tài liệu trong chương 3,4

Ngày tháng năm

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực Nội dung luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ động viên và chia sẻ của các Thầy Cô giáo, các anh chị em đồng nghiệp và gia đình Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, người hướng dẫn trực tiếp tôi thực hiện đề tài này PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương đã có những định hướng, chỉ bảo, hướng dẫn và trao đổi với tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học, Viện Điện và Bộ môn Kỹ thuật đo và tin học công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thiện nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn khoa Điện – Tự động hóa, trường Cao đẳng Dầu khí - Vũng Tàu, các anh em đồng nghiệp, nơi tôi đang công tác; đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học, cũng như góp ý, trao đổi về các nội dung trình bày trong luận văn

Cuối cùng, xin chúc các Thầy Cô, anh chị em đồng nghiệp sức khỏe và thành công

Mục lục

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU viii

1 Tính cấp thiết của đề tài viii

2 Mục đích nghiên cứu viii

3 Đối tượng và phạm vi áp dụng viii

4 Phương pháp và nội dung nghiên cứu viii

Chương 1: HỆ THỐNG CHUẨN NHIỆT ĐỘ VÀ HỆ THỐNG LIÊN KẾT CHUẨN 1 1.1 Khái niệm đại lượng, đơn vị đo nhiệt độ 1

1.2 Các phương pháp và phương tiện đo nhiệt độ 5

1.3 Chuẩn và liên kết chuẩn đơn vị nhiệt độ 6

1.3.1 Phân loại chuẩn 7

1.3.2 Chuẩn quốc gia về nhiệt độ 8

1.3.3 Sơ đồ liên kết 8

Sơ đồ liên kết chuẩn 9

1.3.4 Nguyên tắc liên kết chuẩn 11

Chương 2: THIẾT BỊ NGUỒN NHIỆT CHUẨN FLUKE 9011 13

2.1 Giới thiệu chung 13

2.2 Cấu tạo của lò nhiệt Fluke 9011 14

2.2.1 Cấu tạo mặt sau lò nhiệt 14

2.2.2 Cấu tạo mặt trước lò nhiệt 9011 14

2.2.3 Cấu tạo phía trên lò nhiệt 15

2.3 Cách cài đặt các thông số cơ bản 16

2.3.1 Cài đặt đơn vị 16

2.3.2 Cài đặt các điểm đặt nhiệt độ 16

2.3.3 Cài đặt giá trị nhiệt độ 17

Chương 3: SAI SỐ VÀ ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO 18

3.1 Khái niệm về độ không đảm bảo của phép đo 18

3.2 Khái niệm về sai số của phép đo 19

3.3 Phân bố của phép đo và các đặc trưng của phân bố 20

3.4 Phân bố chuẩn, phân bố chữ nhật và phân bố Student 23

3.4.1 Phân bố chuẩn 23

3.4.2 Phân bố hình chữ nhật 26

3.4.3 Phân bố Student 26

3.5 Độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn 29

3.5.1 Ý nghĩa của việc hiệu chuẩn 29

3.5.2 Đánh giá độ không đảm bảo đo trong hiệu chuẩn 30

Chương 4: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO 34

4.1 Bài toán công nghệ 34

4.2 Xây dựng công thức tính độ không đảm bảo đo 35

4.2.1 Nhiệt kế chỉ thị hiện số và tương tự 35

4.2.2 Bộ chuyển đổi đo nhiệt độ 40

4.3 Thiết kế phần mềm tính độ không đảm bảo của phép đo 45

4.3.1 Lưu đồ thuật toán 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

1 Kết quả và đóng góp của đề tài 53

2 Kiến nghị của tác giả 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ITS-90 Thang đo nhiệt độ quốc tế năm 1990

SI Đơn vị đo lường quốc tế

SPRT Nhiệt điện kế điện trở chuẩn Platin

PTĐ Phương tiện đo

IPTS Thang nhiệt độ thực dụng quốc tế

ISO Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế

ĐLVN Đo lường Việt Nam

BMC Khả năng đo tốt nhất

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các điểm chuẩn nhiệt độ của ITS-90 5

Bảng 1.2 Mô tả chuẩn 11

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của lò nhiệt Fluke 9011 14

Bảng 3.1.Bảng giá trị đo 22

Bảng 3.2 Bảng phân bố giá trị nằm trong độ lệch chuẩn k 25

Bảng 3.3 Bảng phân bố Student 28

Bảng 3.4 Bảng Student cho các giá trị k ứng với khoảng tin cậy 95% 29

Bảng 4.1 Các thành phần độ không đảm bảo đo 37

Bảng 4.2 Các thành phần độ không đảm bảo đo 42

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ liên kết chuẩn 9

Hình 2.1 Lò nhiệt chuẩn Fluke 9011 13

Hình 2.2 Cấu tạo mặt sau Fluke 9011 14

Hình 2.3 Cấu tạo mặt trước lò nhiệt Fluke 9011 15

Hình 2.4 Các loại Insert 16

Hình 3.1 Phân bố xác suất chuẩn hay phân bố Gaussian 24

Hình 3.2 Vùng diện tích nằm dưới đường cong phân bố xác suất chuẩn 24

Hình 3.3 Phân bố hình chữ nhật 26

Hình 3.4 Phân bố Student 27

Hình 4.1 Giao diện phần mềm 34

Hình 4.2 Kết nối nhiệt kế tương tự và lò nhiệt 38

Hình 4.3 Kết nối bộ chuyển đổi đo nhiệt độ với thiết bị chuẩn 43

Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán 45

Hình 4.5 Giao diện tạo project mới 46

Hình 4.6 Giao diện thiết kế 47

Hình 4.7 Giao diện viết chương trình 48

Hình 4.8 Giao diện kết quả tính 49

Hình 4.9 Trang 1 biên bản hiệu chuẩn 50

Hình 4.10 Trang 2 biên bản hiệu chuẩn 51

Hình 4.11 Giao diện lưu kết quả 52

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nhất là trong các lĩnh vực tự động hóa Việc áp dụng khoa học vào đời sống giúp tăng năng suất lao động, giải phóng con người trong các công việc nặng nhọc

Hiện nay, phương tiện đo nhiệt độ hết sức phong phú về chủng loại phương tiện đo, cấu tạo, phạm vi đo, cấp chính xác, độ phân giải, phương pháp đo Chúng có mặt ở hầu hết lĩnh vực trong các ngành kinh tế quốc dân cũng như trong đời sống xã hội, chính

vì vậy việc thống nhất quản lý và sao truyền dẫn xuất chuẩn từ chuẩn đầu quốc gia xuống đến các chuẩn cấp thấp hơn và đến phương tiện đo nhiệt độ thông thường là công việc rất cấp bách và cần thiết Bên cạnh đó việc đánh giá mức độ tin cậy của phương tiện đo cũng rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác trong hoạt động sản xuất

Vì vậy phạm vi đề tài “Nghiên cứu hệ thống chuẩn nhiệt độ và xây dựng phần mềm

hỗ trợ kiểm tra (hiệu chuẩn) các thiết bị đo nhiệt độ” là hết sức cần thiết để góp phần để

nâng cao chất lượng sản phẩm, hàng hoá; sử dụng tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, vật

tư, năng lượng, đảm bảo an toàn; bảo vệ sức khoẻ và môi trường, đẩy mạnh phát triển khoa học và công nghệ

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài “Nghiên cứu hệ thống chuẩn nhiệt độ và xây dựng phần mềm hỗ trợ kiểm tra

(hiệu chuẩn) các thiết bị đo nhiệt độ” được thực hiện theo định hướng phát triển của

ngành điện Mục tiêu của nghiên cứu bao gồm:

- Tìm hiểu về chuẩn nhiệt độ và hệ thống liên kết chuẩn của Việt Nam

- Xây dựng phần mềm tính toán sai số, độ không đảm bảo đo khi hiệu chuẩn thiết

bị đo nhiệt độ sử dụng bộ nguồn nhiệt chuẩn tại Trường Cao Đẳng Dầu Khí

3 Đối tượng và phạm vi áp dụng

Các xí nghiệp, nhà máy đang sử dụng các phương tiện để kiểm tra giá trị nhiệt độ

và tính độ không đảm bảo đo của thiết bị được hiệu chuẩn nhằm đánh giá mức độ tin cậy của phép đo

4 Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và xây dựng chương trình tính toán bằng phần mềm Visual Studio

Luận văn bao gồm phần mở đầu, 4 chương và kết luận Phần mở đầu thể hiện tính cấp thiết, mục đích nghiên cứu, đối tượng áp dụng và các nội dung trình bày trong đề tài

Chương 1 đưa ra cái nhìn tổng quan về hệ thống chuẩn nhiệt độ và sơ đồ liên kết chuẩn

Chương 2 giới thiệu hệ thống nguồn chuẩn Fluke 9011 đang sử dụng ở trường Cao Đẳng Dầu Khí

Chương 3 giới thiệu tổng quan về sai số và độ không đảm bảo của phép đo, các phân

bố chuẩn, phân bố Stduden, phân bố chữ nhật

Chương 4 xây dựng cách tính độ không đảm bảo của phép đo phần mềm Visual Studio để viết chương trình tính độ không đảm đo

Phần kết luận tổng kết lại các kết quả đạt được của đề tài, đồng thời đưa ra các định hướng phát triển tiếp theo của hệ thống, cũng như định hướng nghiên cứu mới của đề tài

Từ những nội dung nghiên cứu trên, kết cấu của luận văn bao gồm:

 Mở đầu

 Chương 1: Hệ thống chuẩn nhiệt độ và hệ thống liên kết chuẩn

 Chương 2: Thiết bị nguồn nhiệt chuẩn Fluke 9011

 Chương 3: Sai số và độ không đảm bảo đo

 Chương 4: Xây dựng và thiết kế phần mềm tính toán độ không đảm bảo đo

 Kết luận

Chương 1: HỆ THỐNG CHUẨN NHIỆT ĐỘ VÀ HỆ THỐNG LIÊN KẾT

CHUẨN

1.1 Khái niệm đại lượng, đơn vị đo nhiệt độ [3]

Nhiệt độ là một khái niệm phức tạp nhưng lại thường gặp trong đời sống cũng như trong khoa học kỹ thuật Thông thường người ta cho nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng lạnh của một vật Tuy nhiên, cảm giác nóng lạnh còn phụ thuộc nhiều vào yếu tố chủ quan của con người, nên rõ ràng quan niệm về nhiệt độ nói trên là thiếu chính xác

Lý thuyết về động học phân tử đã tìm ra sự liên hệ giữa vận tốc bình phương trung bình u2 của các phân tử khí lý tưởng với nhiệt độ tuyệt đối T của nó như sau:

Thực nghiệm cho thấy rằng khi nhiệt độ thay đổi thì tính chất của vật chất cũng thay đổi theo (ví dụ như thể tích, điện trở v.v ) Do vậy, để đo nhiệt độ, trước hết người ta chọn một chất nào đó và một tính chất vật lý nào đó cuả nó để dựa vào sự thay đổi của tính chất này mà đánh giá sự thay đổi của nhiệt độ Từ đó xây dựng một thang nhiệt độ bằng cách chọn những điểm chuẩn nhiệt độ và cách chia độ giữa những điểm chuẩn đó Thang nhiệt độ đầu tiên được nhà vật lý người Đức Fahrenheit xây dựng vào năm

1715 cho ta một khái niệm cụ thể về thang nhiệt độ cũng như đơn vị nhiệt độ Ông đã chế tạo ra nhiệt kế thủy ngân để đo nhiệt độ, trong đó 2 điểm chuẩn nhiệt độ được chọn

là nhiệt độ của hỗn hợp nước đá, muối và cloruaamon (quy ước là 0 độ) và thân nhiệt của người khoẻ mạnh (quy ước là 96 độ), 1/96 khoảng giữa hai điểm chuẩn nhiệt độ đó

là 1 độ Fahrenheit (ký hiệu là F)

kT u

m

2

32



Năm 1736, nhà luyện kim người Pháp Rêomuya chế tạo ra nhiệt kế rượu với hai điểm chuẩn nhiệt độ là nhiệt độ đông đặc của nước (quy ước là 0 độ) và nhiệt độ sôi của nước (quy ước là 80 độ) Như vậy 1 độ Rêômuya (ký hiệu là 1R) là 1/80 khoảng giữa điểm nhiệt độ sôi của nước và điểm nhiệt độ đông đặc của nước

Năm 1742, nhà vật lý Thụy điển Celsius chế tạo nhiệt kế thủy ngân với thang nhiệt độ có hai điểm chuẩn nhiệt độ là nhiệt độ tan của nước đá (quy ước là 0 độ) và nhiệt độ sôi của nước (quy ước là 100 độ) Khi đó 1 độ Celsius (ký hiệu là 1C) là 1/100 khoảng giữa điểm nhiệt độ sôi của nước và điểm nhiệt độ tan của nước đá Thang nhiệt

độ này gọi là thang nhiệt độ Celsius (ký hiệu là t) và được dùng rất phổ biến trong đời sống cũng như trong khoa học kỹ thuật

Các đơn vị nhiệt độ theo các định nghĩa nêu trên có mối liên hệ với nhau như sau:

R C

F o o

o

9

49

5

(1.2) Theo đó, giá trị nhiệt độ tính theo các đơn vị khác nhau được chuyển đổi như sau:

t o C t o F  t/o R

4

532/

9

5

(1.3) Thang nhiệt độ và theo nó là đơn vị nhiệt độ trên đây đều mang tính chất thực nghiệm và phụ thuộc vào việc chọn chất nhiệt biểu cụ thể Vấn đề đặt ra là phải xây dựng một thang nhiệt độ dựa trên lý thuyết vật lý thuần túy

Năm 1848, nhà vật lý người Anh Kelvin đã đề xuất việc xây dựng thang nhiệt độ nhiệt động mà cơ sở lý thuyết của nó là định luật Carno và nguyên lý II của nhiệt động học Thang nhiệt độ nhiệt động (ký hiệu là T) lấy hai điểm chuẩn nhiệt độ là nhiệt độ không tuyệt đối (0 độ) và nhiệt độ cân bằng ba pha của nước tinh khiết (273,16 độ) với đơn vị nhiệt độ là Kelvin (ký hiệu là K) Kelvin là đơn vị cơ bản của hệ đơn vị quốc tế

SI được định nghiã như sau: “Kelvin bằng 1/273,16 của nhiệt độ nhiệt động tại điểm ba của nước “ Thang nhiệt độ nhiệt động liên hệ với thang nhiệt độ Celsius bằng biểu thức:

T / K = t /C + 273,16 (1.4) Theo đó, đơn vị độ Kelvin bằng đơn vị độ Celsius

Thang nhiệt độ nhiệt động được xây dựng trên cơ sở lý thuyết nhiệt động học xét cho hệ khí lý tưởng Trên thực tế việc thể hiện thang nhiệt độ nhiệt động chỉ có thể thực hiện bằng nhiệt kế khí với khí thực như nhiệt kế khí Hydro có tính chất gần với khí lý tưởng

Tuy nhiên, ngay cả việc thể hiện thang nhiệt độ nhiệt động trực tiếp bằng nhiệt

kế khí cũng rất khó khăn và phức tạp Vì vậy cần thiết phải xây dựng một thang nhiệt

độ thực dụng quốc tế sao cho việc thể hiện được dễ dàng và phải phù hợp với thang nhiệt độ nhiệt động đến mức cao nhất mà trình độ khoa học kỹ thuật cho phép Các thang nhiệt độ thực dụng quốc tế như vậy được xây dựng theo nguyên tắc chung là lấy các điểm nhiệt độ cân bằng pha của các chất tinh khiết làm các điểm chuẩn nhiệt độ (ví dụ như nhiệt độ cân bằng ba pha của nước tinh khiết, điểm nhiệt độ đông đặc của vàng tinh khiết v.v ) và dùng các phương tiện đo nhiệt độ chuẩn (ví dụ như nhiệt kế điện trở chuẩn Platin) cùng với các phương trình nội suy đã quy định để nội suy các giá trị nhiệt

độ giữa các điểm chuẩn nhiệt độ của thang

Đại hội cân đo quốc tế lần thứ VII đã công nhận thang nhiệt độ quốc tế đầu tiên gọi

là thang nhiệt độ thực dụng quốc tế 1927 (IPTS-1927) Các đại hội cân đo quốc tế sau

đó đã xem xét lại, chính xác hoá và mở rộng thang nhiệt độ nêu trên: Đại hội Cân đo quốc tế lần thứ IX năm 1948 với thang nhiệt độ thực dụng quốc tế 1948 (IPTS-48); Đại hội Cân đo quốc tế lần thứ XIII với thang nhiệt độ thực dụng quốc tế 1968 (IPTS-68) và gần đây nhất, Đại hội cân đo quốc tế lần thứ XVII với thang nhiệt độ quốc tế 1990 (ITS-90) Theo thang này nhiệt kế điện trở Platin phủ toàn bộ dải nhiệt độ từ -259,3467C ( điểm ba của Hydro ) đến 961,78C ( điểm đông đặc của bạc ); Pyromet quang học mà nguyên lý hoạt động dựa trên định luật bức xạ Planck được sử dụng trong dải nhiệt độ trên 961,78C

Như trên đã nói nhiệt độ thể hiện bằng các thang nhiệt độ thực dụng quốc tế chỉ là việc thể hiện gần đúng nhiệt độ nhiệt động, do vậy nhiệt độ thể hiện theo các thang khác nhau không hoàn toàn trùng nhau mà có sự khác nhau dù là nhỏ Vì vậy, ký hiệu nhiệt

độ cho các thang nói trên được ghi thêm chỉ số gắn với thang nhiệt độ cụ thể; ví dụ ký hiệu nhiệt độ theo thang IPTS-68 là T68 hoặc t68; theo thang ITS-90 (thang nhiệt độ đang áp dụng hiện nay) là T90 hoặc t90

Chuẩn quốc tế của đơn vị nhiệt độ chính là Thang nhiệt độ quốc tế ( ITS - 90) hiện nay đang được quốc tế sử dụng rộng rãi, Thang nhiệt độ bao gồm 17 điểm chuẩn nhiệt

độ (là các điểm nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ đông đặc hoặc các điểm nhiệt độ ở trạng thái ba pha (rắn - lỏng - khí) của một số chất tinh khiết khác nhau được quốc tế quy định), từ điểm áp suất hơi của khí Heli (gần độ 0 tuyệt đối) là - 270,15 0C cho đến điểm đông đặc của kim loại Đồng tinh khiết (1357,77 K, hoặc là + 1084,62 0C) và dải nhiệt

độ cao hơn trong vùng bức xạ của ánh sáng đơn sắc

Trên thang ITS - 90 được chia ra nhiều dải nhiệt độ khác nhau, ở mỗi dải nhiệt độ đều quy định rõ một số điểm chuẩn nhiệt độ, các tổ hợp dụng cụ nội suy, thiết bị đo chuẩn và các phương trình nội suy xác định Như trong dải nhiệt độ từ - 40 0C đến + 420

0C, Thang nhiệt độ ITS - 90 quy định gồm 5 điểm chuẩn nhiệt độ: điểm ba của Thuỷ ngân tinh khiết có nhiệt độ: - 38,8344 0C; điểm ba của Nước tinh khiết: + 0,01 0C; điểm nóng chảy của Gali tinh khiết: + 29,7646 0C; điểm đông đặc của Thiếc tinh khiết: + 231,928 0C và điểm đông đặc của Kẽm tinh khiết: + 419,527 0C; dụng cụ nội suy chuẩn

là nhiệt kế điện trở chuẩn Platin (SPRT) cùng với tổ hợp thiết bị chuẩn (cầu đo tỉ số điện trở chính xác cao, lò tái tạo duy trì, bình điều nhiệt, bình ủ ) để tạo môi trường giữ chuẩn nhiệt độ; phương trình nội suy dải nhiệt độ trên là các hàm bậc hai để tính các hệ

số a5, b5 và a8, b8 thông qua các hàm tỉ số điện trở W(t) = R(t)/R0.01, với R(t) là giá trị điện trở đo tại các điểm chuẩn và R0,01 là giá trị điện trở đo tại điểm ba của Nước

 256,15

 252,85 -248,5939 -218,7916 -189,3442 -38,8344 0,01 29,7646 156,5985 231,928 419,527 660,323 961,78 1064,18 1084,62

He e-H2

e-H2/He e-H2/He

Bảng 1.1: Các điểm chuẩn nhiệt độ của ITS-90 [3]

Ghi chú: Các ký hiệu có ý nghĩa như sau:

V: điểm áp suất hoá hơi

T: điểm ba (nhiệt độ tại các pha rắn, lỏng, hơi cân bằng)

M, P: điểm nóng chảy và điểm đông đặc (nhiệt độ các pha rắn, lỏng cân bằng ở áp suất 101 525 Pa)

1.2 Các phương pháp và phương tiện đo nhiệt độ

Phương pháp đo là cách thức sử dụng các nguyên lý đo và phương tiện đo Để đo nhiệt độ, người ta dựa vào những tính chất vật lý của vật chất thay đổi theo nhiệt độ và

thiết lập quan hệ giữa chúng Mỗi tính chất vật lý của vật chất đã chọn tương ứng với một nguyên lý đo được xây dựng làm cơ sở chế tạo phương tiện đo nhiệt độ hay là nhiệt

kế Khái niệm nhiệt kế được hiểu là phương tiện đo nhiệt độ bao gồm phần cảm (sensor)

để biến đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện hoặc không điện và bộ phận chỉ thị (indicater)

mà thông qua nó con người có thể nhận biết một cách trực tiếp nhiệt độ cần đo

Khi đề cập đến các phương tiện đo nhiệt độ chúng ta thường nói đến các khái niệm như nguyên lý hoạt động và nguyên lý cấu tạo của phương tiện đo Nguyên lý hoạt động (còn gọi là nguyên lý đo) là cơ sở lý thuyết từ đó xác định phương pháp đo, còn nguyên

lý cấu tạo là thiết kế có tính chất nguyên lý cơ bản của phương tiện đo Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật đã hình thành những phương pháp đo nhiệt độ thông dụng dựa trên những tính chất vật lý của vật chất như sau:

- Sự dãn nở của các chất theo nhiệt độ

- Sự thay đổi của điện trở theo nhiệt độ

- Hiệu ứng nhiệt điện

- Hiện tượng bức xạ nhiệt

Theo đó các phương tiện đo nhiệt độ thông thường được phân loại như sau:

- Nhiệt kế dãn nở: hoạt động dựa trên nguyên lý dãn nở của vật chất theo nhiệt độ, bao gồm:

 Nhiệt kế thuỷ tinh - chất lỏng

 Nhiệt kế lưỡng kim và nhiệt kế dãn dài

sự chênh lệch nhiệt độ tại hai điểm nối đó

- Nhiệt kế bức xạ: hoạt động dựa trên các định luật bức xạ mô tả quan hệ giữa cường độ bức xạ nhiệt của vật chất và nhiệt độ của nó

1.3 Chuẩn và liên kết chuẩn đơn vị nhiệt độ

Chuẩn quốc gia về nhiệt độ là các điểm chuẩn, dụng cụ nội suy và tổ hợp các thiết

bị chuẩn, tuỳ thuộc vào tiềm lực, nhu cầu trình độ thiết bị mỗi nước mà có thể tái tạo,

thể hiện lại thang nhiệt độ, trên cơ sở hàng năm so đọ với các nước khác hoặc so sánh vòng, từ đó sao truyền chuẩn xuống các cấp thấp hơn, đảm bảo sự thống nhất và liên tục

của sơ đồ dẫn xuất chuẩn, không bị đứt đoạn

1.3.1 Phân loại chuẩn

Chuẩn đo lường là phương tiện kỹ thuật để thể hiện đơn vị đo lường và dùng làm chuẩn để xác định giá trị đại lượng thể hiện trên phương tiện đo

Căn cứ vào độ chính xác có thể phân loại chuẩn như sau:

- Chuẩn đầu: Chuẩn được chỉ định hay được thừa nhận là có chất lượng về mặt

đo lường cao nhất và giá trị của nó được chấp nhận không dựa vào các chuẩn khác của cùng đại lượng

- Chuẩn thứ: Là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằng cách so sánh với

chuẩn đầu của cùng đại lượng

- Chuẩn bậc I, bậc II bậc N: là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằng cách

so sánh với chuẩn thứ hoặc chuẩn có bậc chính xác cao hơn

Số bậc N bằng bao nhiêu là tuỳ thuộc yêu cầu của từng lĩnh vực đo

Căn cứ vào chức năng, mục đích sử dụng có thể phân loại chuẩn như sau:

- Chuẩn quốc tế: Là chuẩn được một hiệp định quốc tế công nhận để làm cơ sở

ấn định giá trị cho các chuẩn khác cuả đại lượng có liên quan trên phạm vi quốc tế (ví dụ: Chuẩn quốc tế đơn vị Nhiệt độ là Thang Nhiệt độ quốc tế 1990)

- Chuẩn quốc gia: Là chuẩn được một quyết định có tính chất quốc gia công

nhận để làm cơ sở ấn định giá trị cho các chuẩn khác có liên quan trong một nước; chuẩn quốc gia là chuẩn đo lường có độ chính xác cao nhất của quốc gia được Chính phủ phê duyệt dùng làm chuẩn gốc để xác định giá trị các chuẩn còn lại của một lĩnh vực đo; Chuẩn quốc gia phải được liên kết với chuẩn quốc tế bằng việc định kỳ so sánh trực tiếp với chuẩn quốc tế hoặc gián tiếp qua chuẩn quốc gia của nước ngoài

- Chuẩn chính: Là chuẩn thường có chất lượng cao nhất về mặt đo lường, có thể

có ở một địa phương hoặc một tổ chức xác định mà các phép đo ở đó đều được dẫn xuất

từ chuẩn này; chuẩn chính thường xuyên được hiệu chuẩn bằng cách so sánh với chuẩn quốc gia

- Chuẩn công tác: Là chuẩn được dùng thường xuyên để hiệu chuẩn hoặc kiểm tra vật đọ, phương tiện đo hoặc mẫu chuẩn Chuẩn công tác thường xuyên được hiệu chuẩn bằng cách so sánh với chuẩn chính

1.3.2 Chuẩn quốc gia về nhiệt độ

Chuẩn quốc gia về nhiệt độ của nước ta hiện nay được thiết lập phù hợp với trình

độ phát triển của nền kinh tế quốc dân cũng như trình độ chuẩn của các nước trong khu vực và xu hướng phát triển của khoa học đo lường trên thế giới

Hiện nay, chuẩn quốc gia thể hiện đơn vị nhiệt độ, ví dụ trong dải nhiệt độ từ 00C đến 4200C với độ không đảm bảo đo trong dải trên không vượt quá 3.10-3 0C (3mK) bao gồm ba điểm chuẩn nhiệt độ và tổ hợp thiết bị chuẩn kèm theo:

- Các điểm chuẩn:

● Điểm ba của nước tinh khiết: + 0,01 0 C

● Điểm đông đặc của thiếc tinh khiết: + 231,928 0 C

● Điểm đông đặc của kẽm tinh khiết: + 419,527 0 C

- Nhiệt kế điện trở Platin chuẩn (SPRT)

- Hệ thống cầu đo điện trở

- Điện trở chuẩn (Air Standard Resistor) 25  ; 100 

1.3.3 Sơ đồ liên kết

a Sơ đồ liên kết:

Sơ đồ liên kết chuẩn về nhiệt độ tổng thể được thể hiện trên Hình 1.1, trên sơ đồ mô

tả phương pháp dẫn xuất đơn vị nhiệt độ từ chuẩn quốc gia xuống các chuẩn có độ chính xác thấp hơn và tương ứng với các phương tiện đo đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống

Hình 1.1 Sơ đồ liên kết chuẩn [4]

b Mô tả chuẩn liên kết

1 K

SPRT (-40  420) 0 C (2  10) mK

HT SPRT (420  1000 ) 0 C (30 - 50) mK

Nhiệt kế thuỷ tinh (-40  450)

0 C,(0,03  0,5) K

Cặp nhiệt (type S;R;B) (0  1100) 0 C

2 K

Nhiệt kế điện trở IPRT ( -40 - 450) 0 C, (0,01 - 0,03 ) K

Phương tiện đo nhiệt các loại

Nhiệt kế điện trở chuẩn

Hg 0,5 mK

Điểm

Ba của

nước

0,5

mK

Điểm nóng chảy

Ga 0,5

mK

Điểm đông đặc In

1 mK

Điểm đông đặc

Sn

1 mK

Điểm đông đặc

Zn

2 mK

Điểm đông đặc

Al

5 mK

Điểm đông đặc

Ag

8 mK

Tên chuẩn Phương tiện thể hiện và các đặc trưng cơ bản Lĩnh vực áp dụng

+ Coi là chuẩn quy ước được quốc tế thừa nhận rộng rãi, thay cho thang nhiệt độ nhiệt động lực lí tưởng

+ Tuỳ thuộc vào trình độ mỗi quốc gia, tái tạo lại một hệ thống các điểm chuẩn và thiết bị chuẩn đi kèm theo thang ITS - 90 để công bố khả năng sao truyền và dẫn xuất chuẩn ở mỗi dải nhiệt độ

Hiệu chuẩn SPRT và cặp chuẩn S tại các điểm nhiệt độ chuẩn

+ Ví dụ trong dải nhiệt độ từ -40 0C  962 0C, ITS -

90 quy định phải có 8 điểm chuẩn nhiệt độ: Hg, H20,

Ga, In,Sn, Zn, Al và Ag cùng các thiết bị chuẩn kèm theo:

- SPRT, HT SPRT

- Các lò tái tạo điểm chuẩn

- Cầu đo và điện trở chuẩn ngoài

- Các thiết bị phụ trợ…

(xem chi tiết phần mô tả chuẩn) + Theo tổ hợp thiết bị chuẩn của phòng thí nghiệm tại mỗi điểm chuẩn đều có SPRT theo dõi trạng thái

3 pha hoặc đông đặc (gọi là Monitoring SPRT)

+ Khả năng tái tạo lại các điểm chuẩn và đo với độ không đảm bảo nhất định

Hiệu chuẩn SPRT

HT SPRT và cặp chuẩn S dùng làm chuẩn thứ theo phương pháp điểm chuẩn

Tên chuẩn Phương tiện thể hiện và các đặc trưng cơ bản Lĩnh vực áp dụng

b và bảng hiệu chuẩn của SPRT

Chuẩn t

+ Nhiệt kế điện trở Platin chuẩn (SPRT, HT SPRT)

và cặp chuẩn S được hiệu chuẩn tại các điểm chuẩn nhiệt độ và dùng phương trình nội suy để tính toán các hệ số a, b và bảng hiệu chuẩn của SPRT

Hiệu chuẩn SPRT,

HT SPRT và cặp chuẩn S trong dải hiệu chuẩn và nhiệt

kế thủy tinh dùng làm chuẩn bậc I

Hiệu chuẩn các loại nhiệt kế điện trở công nghiệp có độ chính xác cao, các cặp nhiệt và nhiệt kế thủy tinh dùng làm chuẩn bậc II

+ Các loại nhiệt kế điện trở công nghiệp, cặp nhiệt

và nhiệt kế thủy tinh độ chính xác cao được hiệu chuẩn trong bình điều nhiệt trong dải từ -30 0C  450

0C

Hiệu chuẩn tất cả các loại phương tiện

đo nhiệt trong dải nhiệt độ trên sử dụng trong nền kinh tế quốc dân

R tpw

t R t

W( ) ( )

Với R(t): là giá trị điện trở của SPRT tại nhiệt độ t 0C

RtpW: là giá trị điện trở của SPRT tại điểm ba của nước

b Chuẩn thứ

Chuẩn thứ đơn vị nhiệt độ là nhiệt kế điện trở Platin chuẩn có độ chính xác rất cao,

đã được hiệu chuẩn tại các điểm chuẩn, được sử dụng như chuẩn sao từ các điểm chuẩn nhiệt độ (chuẩn đầu quốc gia và quốc tế) và dùng làm chuẩn để truyền xuống các bậc

thấp hơn

c Chuẩn bậc I

Là các SPRT và nhiệt kế thủy tinh chuẩn được sao truyền từ chuẩn thứ theo phương

pháp so sánh trực tiếp trong các bình điều nhiệt trong dải đo tương ứng

d Chuẩn bậc II

Là các loại nhiệt kế điện trở có độ chính xác cao và nhiệt kế thủy tinh dùng làm chuẩn được sao truyền từ chuẩn bậc I theo phương pháp so sánh trực tiếp trong các bình

điều nhiệt trong dải đo tương ứng

e Phương tiện đo (PTĐ)

Tất cả các PTĐ nhiệt các loại đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân thuộc dải đo trên, tuỳ thuộc vào cấp chính xác của mỗi loại mà có thể sao

truyền dẫn xuất từ chuẩn bậc I hoặc chuẩn bậc II xuống

f Quan hệ về độ không đảm bảo đo/sai số

Trong quá trình dẫn xuất đơn vị nhiệt độ từ chuẩn đầu xuống đến PTĐ công tác, tương quan giữa độ không đảm bảo/ sai số của chuẩn bậc cao so với bậc thấp hơn cho đến các PTĐ cần hiệu chuẩn, giữa hai bậc truyền liên tiếp không thấp hơn tương quan 1/3

Chương 2: THIẾT BỊ NGUỒN NHIỆT CHUẨN FLUKE 9011

2.1 Giới thiệu chung

Hình 2.1 Lò nhiệt chuẩn Fluke 9011 [6]

Fulke 9011 có hai khối để điều khiển nhiệt độ độc lập, làm cho việc hiệu chuẩn các thiết bị RTD và cặp nhiệt điện nhanh hơn bao giờ hết, có thể chuyển đổi hiện thị giữa 0C và 0F Trong khi đọc giá trị đo của một điểm nhiệt độ, khối khác có thể được tăng lên hoặc xuống đến điểm tiếp theo Các khối lạnh thậm chí có thể được sử dụng như một tham chiếu điểm không cho một phép đo nhiệt độ tại khối nóng

Fluke 9011 có độ chính xác cao, có khả năng hiệu chỉnh tại phòng thí nghiệm cũng như ngoài hiện trường Độ ổn định đến ± 0.02 °C, do đó đối chiếu với sơ đồ liên kết chuẩn ở chương 1 (hình 1.2), Fluke 9011 là chuẩn bậc II Fluke 9011 sử dụng nhiều

lỗ có thể thay thế được, có thể hiệu chỉnh nhiều đầu dò cùng một lúc Fluke 9011 có thể lưu tới 8 điểm thiết lập, có thể giao tiếp với máy tính qua giao thức RS232

Thông số kỹ thuật của Fulke 9011:

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của lò nhiệt Fluke 9011 [6]

2.2 Cấu tạo của lò nhiệt Fluke 9011

2.2.1 Cấu tạo mặt sau lò nhiệt

Hình 2.2 Cấu tạo mặt sau Fluke 9011 [6]

Power: Ổ cắm cấp nguồn cho Fluke 9011 hoạt động

RS232: Cổng giao tiếp RS-232 để giao tiếp thiết bị với máy tính hoặc máy in sử

dụng cáp nối tiếp kèm theo

Fuse holders: Có 4 ngăn chứa cầu chì

2.2.2 Cấu tạo mặt trước lò nhiệt 9011

Hình 2.3 Cấu tạo mặt trước lò nhiệt Fluke 9011 [6]

Power: Công tắc nguồn cho cả 2 giếng được đặt phía trước của thiết bị Có 2 chế độ

hoạt động: mở/tắt Khi ở vị trí mở, thiết bị hoạt động bình thường Khi ở vị trí tắt, ngắt nguồn điện cho toàn bộ thiết bị

Màn hình hiện thị: Màn hình hiện thị kỹ thuật số là một phần quan trọng của bộ điều

khiển nhiệt độ bởi vì nó không chỉ hiện thị nhiệt độ cài đặt và thực tế mà còn hiện thị các chức năng khác như hiệu chuẩn, cài đặt và hằng số Màn hình hiện thị nhiệt độ theo thang đo được chọn 0C hay 0F

Bàn phím điều khiển: Bàn phím 4 nút cho phép dễ dàng cài đặt các điểm điều khiển

nhiệt độ Các nút điều khiển (SET, DOWN, UP, EXIT) được dùng để thiết lập điểm đặt nhiệt độ hiệu chuẩn, truy cập, và thiết lập các tham số hoạt động

Các chức năng của các nút như sau:

- SET: Dùng để hiện thị các tham số tiếp theo trong menu và để lưu các tham số đến

giá trị hiện thị

- DOWN: Dùng để giảm giá trị hiện thị các thông số

- UP: Dùng để tăng giá trị hiện thị các thông số

- EXIT: Dùng để thoát một hàm và bỏ qua đến chức năng kế tiếp Bất cứ sự thay đổi

nào cũng bị từ chối

2.2.3 Cấu tạo phía trên lò nhiệt

Well Block: Giếng được đặt phía trên của cả 2 bên làm nóng và làm lạnh Giếng mở

tạo thuận lợi cho việc thay đổi các insert Các insert được thiết kế để phù hợp với các đầu dò có đường kính khác nhau

- Nhấn “SET” 3 lần từ màn hình hiện thỉ để hiện thị để hiện thị

- Nhấn “UP” hoặc “DOWN” để thay đổi đơn vị

- Nhấn “SET” để lưu lại thiết lập hoặc “EXIT” để tiếp tục mà không thay đổi cài đặt

2.3.2 Cài đặt các điểm đặt nhiệt độ

Fluke 9011 có thể thiết lập được 8 giá trị đặt nhiệt độ trong bộ nhớ Những giá trị này có thể gọi một cách nhanh chóng thuận tiện cho việc hiệu chuẩn Để đặt nhiệt độ, trước hết phải lựa chọn giá trị đặt được nhớ Chức năng này được truy cập bằng cách ấn nút “SET” Số hiện tại của vùng nhớ giá trị đặt được hiển thị bên trái màn hình tiếp theo

là giá trị hiện tại của giá trị đặt

Truy cập vào vùng nhớ giá trị đặt

Để chuyển vùng nhớ khác của giá trị đặt, ấn “UP” hoặc “DOWN”

Ấn “SET” để tiếp nhận vùng nhớ mới lưu giá trị đặt và truy cập giá trị đặt Ấn

“EXIT” để tiếp tục và bỏ qua những sự thay đổi

2.3.3 Cài đặt giá trị nhiệt độ

Sau khi lựa chọn được vùng nhớ của giá trị đặt, điều chỉnh giá trị đặt nhiệt độ bằng cách ấn “SET”

Nếu giá trị điểm đặt không thay đổi, Ấn và giữ “EXIT” để hiện thị lại giá trị nhiệt

độ của lò Để thay đổi giá trị đặt, Ấn “SET” và sau đó ấn “UP”

Khi đã thiết lập được giá trị đặt, ấn “SET” để chấp nhận giá trị mới

Khi nhiệt độ điểm đặt được thay đổi, bộ điều khiển sẽ chỉnh bộ gia nhiệt đóng/mở

để tang hay giảm nhiệt độ Nhiệt độ của lò nhiệt sẽ thay đổi dần cho đến khi bằng với giá trị đặt Lò nhiệt đòi hỏi một thời gian đáng kể để giá trị hiện tại bằng giá trị đặt phụ thuộc vào dải đo Và cần thêm thời gian để ổn định trong khoảng ± 0.1 0C của điểm đặt

2.4 Kết luận chương 2

Hiện tại trường Cao Đẳng Dầu Khí đang sử dụng nguồn nhiệt chuẩn Fluke 9011 để

sử dụng trong việc hiệu chuẩn các thiết bị đo nhiệt độ do độ chính xác cao, có thể dùng trong phòng thí nghiệm hoặc mang ra ngoài hiện trường để sử dụng, có 2 giếng làm lạnh

và làm nóng riêng biệt giúp việc hiệu chuẩn nhiệt độ nhanh chóng hơn

Ngoài ra, qua chương 2 giúp người hiệu chuẩn có thể sử dụng một cách cơ bản trong việc thiết lập đơn vị đo, giá trị cài đặt ban đầu nhiệt độ

Giá trị đặt thứ nhất, nhiệt độ hiện tại là 100 oC

Giá trị đặt thứ tư, nhiệt độ hiện tại là 300 oC

Giá trị đặt thứ tư, nhiệt độ hiện tại là 200 oC

Giá trị đặt mới

Chương 3: SAI SỐ VÀ ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO

3.1 Khái niệm về độ không đảm bảo của phép đo

Mục đích của phép đo là để xác định giá trị cần đo Tất cả các phép đo, ngay cả dù

có được thực hiện tối ưu cũng không tránh mắc phải một sai số Độ tin cậy kèm theo các kết quả đo của bất kỳ phép đo nào thì thuộc vào sự nhận thức hiểu biết về sai số Để tăng mức độ tin cậy cho kết quả đo thường phải tiến hành một số phép đo có thể nhận thức rõ về các sai số Một sự ước tính độ chính xác của phép đo, về phương tiện kỹ thuật, được coi là độ không đảm bảo của phép đo

Độ không đảm bảo đo được định nghĩa là thông số gắn với kết quả của phép đo, đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị có thể quy cho đại lượng đo một cách hợp lý Hướng dẫn của ISO phân ra làm hai loại: độ không đảm bảo loại A và không đảm bảo loại B

Thành phần độ không đảm bảo loại A: được đánh giá nhờ phương pháp phân tích

thống kê một hoặc nhiều tập hợp các phép đo Chúng được đặc trưng bởi phương sai hay độ lệch chuẩn, giá trị trung bình và số bậc tự do

Các thành phần độ không đảm bảo loại B: được đánh giá bằng các phương pháp

khác với phương pháp phân tích thống kê các loại quan trắc Việc đánh giá chúng đòi hỏi cần tìm một đại lượng được thừa nhận coi là tương ứng với phương sai Chúng được đặc trưng bơi phương sai hay độ lệch chuẩn, giá trị số trung bình (có thể 0), và số bậc

Độ không đảm bảo mở rộng (U) là một đại lượng xác định một khoảng xung quanh kết quả đo hy vọng phủ một phần lưới phân bố của các giá trị có thể quy cho đại lượng

đo một cách hợp lý

U = k.uc (3.1) Với k là hệ số phủ được xác định theo hệ số Student, ứng với một mức tin cậy mong muốn (Tra bảng phân bố Student)

3.2 Khái niệm về sai số của phép đo

Thông thường một phép đo được tiến hành với mong muốn xác định giá trị thực cho đại lượng được đo

Giá trị thực của đại lượng là giá trị phản ánh thuộc tính của đối tượng đã cho bằng một phương pháp lý tưởng phù hợp với nó cả về số lượng và chất lượng Giá trị thực không phụ thuộc vào phương pháp, phương tiện nhận biết chúng, đó là “chân lý” của đại lượng đo mà phép đo cố gắng đạt tới

Ngược lại, kết quả của phép đo (vắn tắt là kết quả đo) là sản phẩm của trình độ nhận thức của chúng ta Nó phụ thuộc không những vào bản thân đại lượng đo, mà còn phụ thuộc vào phương pháp đo, phương tiện đo, người đo, điều kiện môi trường trong đó phép đo được thực hiện, …

Như vậy giữa kết quả đo và giá trị thực của đại lượng đo bao giờ cũng có một sự sai khác gọi là sai số của phép đo

Sai số của phép đo = Kết quả đo – Giá trị thực Giá trị thực là ‘lý tưởng”, ta chỉ có thể tiệm cận đến nó, không thể biết được nó một cách hoàn toàn Vì vậy, để nhận được những thông tin, dù chỉ gần đúng về sai số của phép đo, người ta thay giá trị thực bằng giá trị thực quy ước

Theo TCVN 6165-1996, giá trị thực quy ước là “giá trị quy cho một đại lượng riêng biệt và được chấp nhận, đôi khi bằng thỏa ước, có độ không đảm bảo phù hợp với mục đích đã định” Đó chính là giá trị tìm được bằng thực nghiệm và gần giá trị thực đến mức đủ sử dụng cho một mục đích nhất định

Sai số phép đo = Kết quả đo – Giá trị thực quy ước Sai số là một trong những nhân tố góp phần vào độ phân tán của cá phép đo Tuy nhiên, cần phân biệt và đừng nhầm lẫn sai số với độ không đảm bảo Sai số thì ảnh hưởng tới từng phép đo còn độ không đảm bảo thì đặc trưng cho độ phân tán của nhiều phép đo, trong đó có thể có một vài phép đo bị ảnh hưởng bởi sai số

Khi tiến hành một phép đo, nói chung chấp nhận hai loại sai số: sai số ngẫu nhiên

và sai số hệ thống

Sai số hệ thống là phần sai số không đổi hoặc thay đổi theo một cách quy luật xác định khi đo lặp lại cùng một đại lượng Quy luật này không phụ thuộc vào số lần đo lặp nhiều hay ít Trong đa số trường hợp, sai số hệ thống có thể xác định được bằng thực nghiệm và có thể loại trừ được khỏi kết quả đo Cần lưu ý rằng sai số hệ thống chưa phát hiện được còn nguy hiểm hơn cả sai số ngẫu nhiên vì nó luôn luôn làm cho kết quả đo không đúng Việc nghiên cứu sai số hệ thống của phép đo là rất quan trọng, nó cho ta

cơ sở để quyết định xem có thể bỏ qua sai số đó hoặc tìm cách loại trừ

Khi đo lặp lại cùng một đại lượng trong các điều kiện như nhau ta vẫn nhận được các giá trị khác nhau Sự khác nhau này gây ra bởi những yếu tố xuất hiện và biến mất một cách ngẫu nhiên hoặc với một cường độ rất khó đoán trước như sự lệch của các phần tử cấu thành phương tiện đo theo phương của nó, sự thay đổi không điểu chỉnh được của các moomen ma sát trong các bệ tựa, những thăng giáng nhỏ của điều kiện môi trường, những biến động trong sự chú ý của người đo … Sai số của phép đo do những yếu tố ngẫu nhiên này gây ra gọi là sai số ngẫu nhiên Đây là phần sai số của phép đo thay đổi một cách ngẫu nhiên khi đo lặp lại cùng một đại lượng

Số hiệu chính là giá trị được cộng đại số với kết quả chưa được hiệu chuẩn của một phép đo để bù cho sai số hệ thống Số hiệu chính được áp dụng để giảm sai số hệ thống của phép đo và ngược dấu với sai số hệ thống

Như vậy thuật ngữ loại A và loại B đặc trưng cho các phương pháp đánh giá độ không đảm bảo, còn thuật ngữ ngẫu nhiên và hệ thống thì đưa ra loại của sai số Khi sai

số ngẫu nhiên và hệ thống cùng góp phần trong độ không đảm bảo thì cả hai có thể được đánh giá bằng phương pháp loại A hoặc loại B

3.3 Phân bố của phép đo và các đặc trưng của phân bố

Do hầu hết các phép đo thực hiện theo thang đo hệ mét nên đều là phân bố liên tục Các phép đo được tiến hành đo lặp lại sẽ tạo thành một hình ảnh phân bố của phép đo Phân bố mô tả phạm vi các kết quả có thể có và khả năng chắc chắn nhận được các kết quả riêng biệt Thông thường sự phân bố không thể biết chính xác, nhưng với càng nhiều phép đo thì độ tin cậy của phân bố phép đo càng tăng thêm Phân bố nhận được từ một

số vô hạn các phép đo được coi là phân bố giới hạn biên đối với phép đo Trong thực tế

chỉ có thể tiến hành một số hữu hạn các phép đo nên chỉ thu được một sự tiệm cận với phân bố giới hạn Vì có một số vô hạn các kết quả đo có thể có nên xác suất của một kết quả riêng biệt bất kỳ sẽ là không Vấn đề là cần xác định xác suất cho kết quả cần tìm nằm trong một phạm vi các giá trị Đường cong mô tả phân bố liên tục được gọi hàm mật độ xác suất p(x) và có diện tích tổng nằm dưới đường cong 1,0 hay 100% Xác suất

để một kết quả nằm trong khoảng giữa X1 hay X2 là vùng nằm dưới đường cong p(x) giữa hai giá trị đó: [7]

𝑃(𝑋1 < 𝑋 < 𝑋2) = ∫ 𝑝(𝑥)𝑑(𝑥)𝑥1

Với mục đích tính toán độ không đảm bảo, phân bố của phép đo được đặc trưng bởi hai tham số: trị số trung bình µ và phương sai 𝜎2, tức là tâm và độ rộng của phân bố Trị số trung bình của phân bố được tính như sau: [7]

Ước tính trị số trung bình của phân bố là trị số trung bình số học m:

𝑚 = 1

𝑁∑ 𝑥𝑖𝑁

𝑖=1 (3.5)

Với Xi là N số phép đo giá trị x

Ước tính phương sai là phương sai thực nghiệm s2 (hay phương sai chuẩn):