- Hiểu về sai số của phép đo, các phương pháp đánh giá độ chính xác của phép đo.. Câu 8: Hãy giải thích tại sao thiết bị đo so sánh thường có độ chính xác cao hơn thiết bị đo biến đổi t
Trang 1CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KỸ THUẬT
ĐO LƯỜNG
I Mục tiêu:
Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về đo lường:
- Khái niệm, bản chất đo lường
- Các thao tác chính để thực hiện quá trình đo lường
- Cấu trúc, nhiệm vụ, đặc tính của thiết bị đo
- Hiểu về sai số của phép đo, các phương pháp đánh giá độ chính xác của phép đo
- Quá trình phát triển của khoa học đo lường, hệ thống đơn vị đo chuẩn quốc tế (SI) và quá trình truyền chuẩn trong đo lường
II Bài tập:
Câu 1: Hãy cho biết bản chất của đo lường, quá trình đo lường
Câu 2: Quá trình đo lường là gì?
Câu 3: Hãy cho biết các khái niệm về phương pháp đo, có những loại
phương pháp đo nào, các điểm khác biệt giữa các phương pháp đo
Câu 4: Thiết bị đo là gì? Đầu ra của thiết bị đo là gì? Tín hiệu đo khác với
đại lượng chỉ thị như thế nào?
Câu 5: Khái niệm về thiết bị đo tương tự, thiết bị đo số, đầu ra của thiết bị
đo tương tự và thiết bị đo số là gì?
Câu 6: Thao tác thành lập kết quả đo là gì?
Câu 7: Khác nhau giữa thiết bị đo biến đổi thẳng và thiết bị đo so sánh?
Câu 8: Hãy giải thích tại sao thiết bị đo so sánh thường có độ chính xác
cao hơn thiết bị đo biến đổi thẳng?
Câu 9: Sai số của thiết bị đo được đánh giá qua các đại lượng gì? Cấp
chính xác của thiết bị đo là gì? Ý nghĩa của chúng?
Câu 10: Sai số của phép đo là gì? Có những loại sai số nào, nguyên nhân
gây ra các loại sai số đó?
Câu 11: Điều kiện đo là gì?
Trang 2Câu 12: Phương pháp đo là gì? Phép đo là gì? Sự khác nhau giữa phương
pháp đo và phép đo?
Câu 13: Ý nghĩa của hệ đơn vị SI quốc tế, có bao nhiêu đơn vị cơ bản, tại
sao hệ đơn vị quốc tế được gọi là hệ mét?
Câu 14: Các đơn vị dẫn xuất của hệ đơn vị SI là gì?
Trang 3CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO
I Mục tiêu:
Cung cấp cho sinh viên các vấn đề về thiết bị đo:
- Phân loại thiết bị đo
- Nguyên lý làm việc và đánh giá sai số của thiết bị đo
- Các đặc tính vận hành (đặc tính tĩnh và đặc tính động) của thiết bị đo
II Bài tập:
Câu 15: Thế nào là thiết bị đo biến đổi thẳng? Sai số của thiết bị đo biến
đổi thẳng phụ thuộc vào các yếu tố nào?
Câu 16: Thế nào là thiết bị đo so sánh? Thiết bị đo so sánh có những loại
nào? Ưu nhược điểm của từng loại
Câu 17: Sai số của thiết bị đo so sánh phụ thuộc vào các yếu tố nào?
Câu 18: Đại lượng bù là gì? Có bao nhiêu cách tạo đại lượng bù đối với
thiết bị đo so sánh? Ưu điểm của từng loại như thế nào?
Câu 19: Đặc tính vận hành của thiết bị đo là gì? Khi thực hiện phép đo có
cần chú ý đến đặc tính vận hành của thiết bị đo không? Tại sao?
Câu 20: Độ nhạy của thiết bị đo là gì? Các yêu cầu đối với độ nhạy của
thiết bị đo
Câu 21: Phạm vi đo và thang đo của thiết bị đo là gì? Khi nào ta quan tâm
đến thang đo đầu vào và thang đo đầu ra của thiết bị đo?
Câu 22: Ngưỡng nhạy của thiết bị đo là gì? Hãy cho biết sự ảnh hưởng
của ngưỡng nhạy thiết bị đo đến sai số của phép đo?
Câu 23: Khả năng phân ly của thiết bị đo là gì? Ý nghĩa của khả năng
phân ly và độ phân giải của thiết bị đo?
Câu 24: Sai số tuyệt đối của thiết bị đo là gì? Ý nghĩa của nó
Câu 25: Sai số tương đối quy đổi của thiết bị đo là gì? Tại sao người ta lại
dùng sai số tương đối quy đổi của thiết bị đo?
Câu 26: Cấp chính xác của thiết bị đo là gì? Từ cấp chính xác của thiết bị
đo ta biết được điều gì từ thiết bị đo?
Câu 27: Tính chính xác và tính chuẩn xác của thiết bị đo là gì? Tính chính
xác và tính chuẩn xác được thiết lập dựa trên yếu tố nào?
Trang 4Câu 28: Đặc tính động của thiết bị đo thể hiện thông qua các đặc tính
nào? Tại sao người ta lại xét đặc tính động của thiết bị đo thông qua hàm bước nhảy, hàm dốc và tần số của đại lượng đo?
Câu 29: Đặc tính biên tần của thiết bị đo nói lên điều gì?
Câu 30: Ý nghĩa của đặc tính pha tần, khi nào ta quan tâm đến đặc tính
pha tần?
Câu 31: Tiêu thụ công suất của thiết bị đo là gì?
Câu 32: Định chuẩn thiết bị đo là gì? Tại sao lại phải định chuẩn thiết bị
đo?
Câu 33: Độ trôi điểm không và độ lệch nhạy của thiết bị đo là gì? Các yếu
tố nào gây ra độ trôi điểm không và độ lệch nhạy?
Câu 34: Một thiết bị đo dòng có thang đo là 5A, cấp chính xác là 1 Hãy
cho biết sai số tuyệt đối của thiết bị đo Khi dùng Ampe kế này đo dòng điện được kết quả đo là 4,2A Hãy xác định sai số tương đối quy đổi của phép đo dòng điện
Câu 35: Cho phép đo dòng điện qua tải dùng Ampe kế như hình vẽ
Biết dòng điện qua tải thay đổi trong phạm
vi từ 5A đến 10A Yêu cầu phép đo dòng điện
có sai số tương đối nhỏ hơn 1% Hãy xác định
thang đo, cấp chính xác của Ampe kế để thỏa
mãn yêu cầu trên
Gợi ý:
Ta có dòng điện qua tải thay đổi trong phạm vi từ 5A đến 10A
Chọn SI = …… (A)
Sai số tương đối nhỏ hơn 1% :
1 1 2
I
10 I
100
Vì I (A) nên ta có:
I
Vậy cấp chính xác của Ampe kế là 0,2
Câu 36:
a Một thiết bị được định chuẩn tại nhiệt độ 200C có quan hệ giữa đầu ra
và đầu vào như sau:
Xác định độ nhạy của thiết bị đo trên
A
Tải
Rt
U N +
_
Trang 5b Khi thiết bị đo hoạt động tại môt trường có nhiệt độ 500C có quan hệ giữa đầu ra và đầu vào như sau:
Hãy xác định độ nhạy của thiết bị đo tại 500C Độ lệch nhạy của thiết bị đo? Nhiệt độ môi trường là 300C thì độ nhạy của thiết bị đo là bao nhiêu?
Câu 37: Một Loadcell được định chuẩn tại môi trường có nhiệt độ là
210C, quan hệ giữa khối lượng và sự biến thiên chiều dài của Loadcell là:
Biến thiên chiều
dài (mm)
Khi loadcell sử dụng ở môi trường có nhiệt độ là 350C, ta được quan hệ giữa khối lượng và sự biến thiên chiều dài là:
Biến thiên chiều
dài (mm)
a Xác định độ nhạy của Loadcell tại 210
C và 350C
b Xác định độ lệch nhạy và độ trôi điểm không của Loadcell tại 350C
Gợi ý:
a Độ nhạy của Loadcell là
- Tại t =210C:
y
x
- Tại t =350C: ' ( / )
b Độ lệch nhạy của Loadcell tại 350
C là:
0
0
2 1
t c
Độ trôi điểm không của Loadcell tại 35 0
C là:
0
0
2 1
t c
Câu 38: Cho một động cơ điện một chiều kích từ độc lập sử dụng điện áp
nguồn UN= 100V, công suất danh định 1Kw Người ta cần đo giá trị dòng điện của động cơ khi làm việc trong dải từ 80% - 100% công suất danh định với sai
số tương đối nhỏ hơn 1% Hãy xác định thang đo, cấp chính xác của Ampe kế cần sử dụng
Gợi ý:
Sử dụng công thức P=U.I
Trang 6
100
N
P
U
Chọn SI=……(A)
Đầu bài cho:
1 1 2
I
Vậy cấp chính xác của Ampe kế là 0,5
Trang 7CHƯƠNG 3: GIA CÔNG KẾT QUẢ ĐO
I Mục tiêu:
Cung cấp cho sinh viên một số phương pháp gia công kết quả đo cho một
số trường hợp cụ thể:
- Đánh giá sai số của phép đo trực tiếp và gián tiếp
- Đánh giá, giảm bớt sai số ngẫu nhiên
- Một số phương pháp giảm sai số hệ thống
II Bài tập:
Câu 39: Gia công kết quả đo là gì? Hãy nêu mục đích của gia công kết
quả đo?
Câu 40: Hãy nêu phương pháp đánh giá sai số của phép đo trực tiếp? Để
sai số của phép đo trực tiếp giảm xuống, ta có những phương pháp nào?
Câu 41: Phép đo gián tiếp là gì? Hãy nêu phương pháp đánh giá sai số
của phép đo gián tiếp? Sai số tuyệt đối của phép đo gián tiếp phụ thuộc vào những yếu tố nào? Để làm giảm sai số trong phép đo gián tiếp ta phải làm gì?
Câu 42: Sử dụng dư thừa độ nhạy để nâng cao độ chính xác của phép đo
là gì?
Câu 43: Nêu phương pháp hiệu chỉnh hiện tượng trôi điểm không của
thiết bị đo khi tiến hành phép đo?
Câu 44: Nêu phương pháp bù phi tuyến của thiết bị đo?
Câu 45: Nêu phương pháp hiệu chỉnh thiết bị đo khi làm việc không đúng
với mẫu?
Câu 46: Nhiễu tác động lên thiết bị đo là gì? Có bao nhiêu loại nhiễu chủ
yếu tác động lên thiết bị đo?
Câu 47: Nêu các phương pháp chủ yếu để giảm bớt sai số do nhiễu tác
động lên thiết bị đo?
Câu 48: Sai số ngẫu nhiên là gì? Để đánh giá sai số ngẫu nhiên người ta
sử dụng đặc trưng nào? Nêu ý nghĩa của một đặc trưng đó?
Câu 49: Để giảm bớt sai số ngẫu nhiên người ta sử dụng phương pháp đo
nào? Mối liên quan của sai số ngẫu nhiên và số lần đo thể hiện như thế nào?
Câu 50: Độ tin cậy của phép đo thống kê là gì? Phương pháp xác định độ
chính xác của phép đo thống kê?
Câu 51: Cho một thiết bị đo điện áp có phạm vi đo từ -5V đến 5V, cấp
chính xác là 1.0 Dùng thiết bị này đo điện áp đầu ra của một cảm biến ta được kết quả đo là 3.2V Hãy xác định sai số tuyệt đối, sai số tương đối và viết kết
Trang 8quả đo của phép đo điện áp trên? Biết phép đo được thực hiện trong điều kiện
quy định của thiết bị đo?
Câu 52 : Cho phép đo áp suất dùng áp kế Biết áp kế có cấp chính xác là
1, thang đo là 100 psig, Khi đo áp kế chỉ 80 psig Biết rằng phép đo được thực
hiện trong quy định của áp kế Hãy xác định sai số tương đối và sai số tuyệt đối
của phép đo trên
Gợi ý:
1 %
100 p p P S psi
% 100 100 %
p
P
Câu 53: Nhiệt độ trong phòng được đo tại 8 điểm khác nhau, kết quả đo
được là 21.20
C, 25.00C, 18.50C, 22.10C, 19.70C, 27.10C, 19.00C, 20.00C Hãy xác định giá trị nhiệt độ trung bình và độ lệch bình quân phương sai số ngẫu
nhiên của phép đo nhiêt độ trên
Câu 54: Lưu lượng của một đường ống vận chuyển nhiên liệu được theo
dõi trong một tuần, các giá trị lưu lượng được ghi lại như sau (đơn vị
gal5/phút): 10.1, 12.2, 9.7, 8.8, 11.4, 12.9, 10.2, 10.5, 9.8, 11.5, 10.3, 9.3, 7.7,
10.2, 10.0, 11.3
Hãy xác định giá trị lưu lượng trung bình và độ lệch bình quân phương sai
số ngẫu nhiên của phép đo trên
Câu 55: Tính kết quả đo và sai số ngẫu nhiên với một xác suất đáng tin
p=0.99 của một phép đo điện trở bằng cầu kép với kết quả như sau (đơn vị tính
mΩ): 140.25, 140.5, 141.75, 139.5, 140.25, 140.75, 144.15, 140.15, 142.75
Biết sai số ngẫu nhiên có phân bố chuẩn
Câu 56: Hãy đánh giá sai số ngẫu nhiên và kết quả của phép đo thống kê
giá trị điện trở bằng cầu đơn với mức độ tin cậy p=0.98 cho tập kết quả như
sau, đơn vị mΩ { 1417; 1419; 1417; 1418; 1419; 1415; 1417; 1418;1416;
1415; 1417 }
Biết rằng sai số ngẫn nhiên có phân bố chuẩn và tập kết quả trên đã loại
bỏ hoàn toàn sai số hệ thống
Cho biết Kst = f(11; 0,98) = 2.718; Kst = f(10; 0,98) = 2.764; Kst = f(9;
0,98) = 2.821
Gợi ý:
Sai số tuyệt đối của áp kế là:
Sai số tương đối của phép đo là:
Trang 9Bước 1: Tính giá trị trung bình của đại lượng đo R
Bước 2: Tính các sai số dư:
Lập bảng
i
Bước 3: Độ lệch bình quân phương của đại lượng đo:
Bước 4: Kiểm tra điều kiện
Nhận xét các kết quả đo : ………
Bước 5: Tính độ lệch bình quân phương trung bình đại số
Bước 6: Sai số ngẫu nhiên (khoảng tin cậy)
Bước 7: Kết quả đo:
Câu 57: Tính toán sai số gián tiếp khi thí nghiệm đo điện trở Rx và tổng trở zx bằng phương pháp nguồn xoay chiều như hình vẽ sau:
Biết:
Wattmet có thang đo 80W, số chỉ 75W,
cấp chính xác 1
Volmet có thang đo 250V, số chỉ 245V,
cấp chính xác 0,5
Ampemet có thang đo 5A, số chỉ 4,6A, cấp chính xác 0,1
A
V U V Rx, Zx
I A
W
* *
n i i
R
n
2
1 ( ) 1
n i i
m n
3 ( )
( )
x
n
( )
st R
( )
Trang 10Câu 58: Cho phép đo điện trở gián tiếp dùng ampe kế và vôn kế như
hình vẽ
Biết ampe kế có cấp chính xác là 1,
thang đo 1A, dòng điện đo dược là
0,95A.Von kế có cấp chính xác là 1.5, thang
đo là 100V, điện áp đo được là 80V
Hãy xác định sai số tương đối và sai số
tuyệt đối của phép đo điện trở trên
Gợi ý:
R=U/I = = () + Sai số tuyệt đối của Ampemét là:
I = SI % =1 = (A)
+ Sai số tuyệt đối của Volmét là:
U = Su .% = 1,5/100 = (V)
+ Sai số tuyệt đối của phép đo công suất là:
2
+ Sai số tương đối của phép đo điện trở là:
R
Câu 59: Để đánh giá độ chính xác giá trị điện trở của một thiết bị, người
ta dùng phép đo thống kê thu được một loạt số liệu sau (đơn vị tính Ω):
Ri (Ω) 9.11 9.15 9.14 9.13 9.16 9.17 9.12
Ri (Ω) 9.10 9.18 9.15 9.12 9.13 9.16 9.14 Tính kết quả đo của phép đo trên Biết độ tin cậy k=95%
Câu 60: Tính kết quả đo và sai số ngẫu nhiên với một xác suất đáng tin
p=0,98 của một phép đo điện trở bằng cầu kép với kết quả như sau (đơn vị tính mΩ):
Ri (Ω) 130,25 130,5 131,75 130,25 130 131,15 130,75 Biết sai số ngẫu nhiên có phân bố chuẩn
Kst=f(7;0,98)=3,14; Kst=f(6;0,98)=3,36
+ Giá trị tổng trở Rx của phép đo là:
A
Tải
R t
U N
+
_
V
Trang 11CHƯƠNG 4: CÁC MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐO CƠ BẢN
TRONG ĐO LƯỜNG ĐIỆN
I Mục tiêu:
Cung cấp cho sinh viên một số loại mạch xử lý tín hiệu đo cơ bản trong
đo lường điện: Mạch khuếch đại, mạch chuyển đổi dòng áp, mạch tỷ lệ, mạch
so sánh, các mạch chuyển đổi số - tương tự và các cơ cấu chỉ thị
II Bài tập:
Câu 61: Hãy cho biết tại sao cần có các mạch xử lý tín hiệu đo? Có những
loại mạch xử lý tín hiệu đo nào, nêu ngắn gọn chức năng của chúng
Câu 62: Mạch khuếch đại đảo là gì? Tại sao được gọi là mạch khuếch đại
đảo?
Câu 63: Mạch khuếch đại không đảo là gì? Tại sao được gọi là mạch
khuếch đại không đảo?
Câu 64: Cho mạch khuếch đại đảo như hình 4-2, biết điện trở R1=1200Ω,
R2=150KΩ Hãy cho biết hệ số khuếch đại của mạch là bao nhiêu? Nếu đầu vào uin=3,5mV thì điện áp đầu ra uout=?
Gợi ý:
Tham khảo ví dụ 4.2 (Giáo trình trang 82)
Câu 65: Cho mạch khuếch đại đảo và không đảo như hình 4-2 Biết điện
trở R1=4,7KΩ, R2=120KΩ Nếu đầu vào uin=0,15V thì điện áp đầu ra uout=?
Gợi ý:
Tham khảo ví dụ 4.2 (Giáo trình trang 82)
Câu 66: Cho mạch chuyển đổi từ điện áp sang dòng điện như hình 4-11,
biết R1= R4 = 5KΩ, R2=100KΩ Hãy tìm giá trị của R3, R5 cần thiết để chuyển đổi điện áp đầu vào um=3V thành dòng điện đầu ra Iout=20mA
Câu 67: Cho mạch chuyển đổi từ dòng điện sang điện áp như hình 4-12,
nếu dòng điện đầu vào Iin=165µA và điện áp đầu ra Vout=-2,9V Hệ số tỷ lệ của mạch là bao nhiêu, giá trị điện trở R của mạch là bao nhiêu?
Câu 68: Hãy cho biết vai trò của các mạch tỷ lệ về dòng điện, điện áp
trong kỹ thuật đo lường bằng điện Hãy lấy một ví dụ minh họa cho điều này?
Câu 69: Hãy cho biết tại sao người ta lại biểu diễn hệ số biến dòng điện,
hệ số biến điện áp dưới dạng một phân thức? Dạng biểu diễn như vậy cho chúng ta biết được những gì về biến dòng điện và biến điện áp?
Trang 12Câu 70: Hãy cho biết ý nghĩa của sai số về trị số dòng điện khi dùng
mạch tỷ lệ về dòng điện sử dụng biến dòng điện? Để giảm sai số này ta phải làm gì? Cho ví dụ minh họa
Câu 71: Hãy cho biết ý nghĩa của sai số hệ số biến dòng điện? Nguyên
nhân gây ra sai số này? Muốn giảm sai số này thì phải làm như thế nào?
Câu 72: Hãy thiết kế một mạch tỷ lệ về dòng có 3 hệ số tỷ lệ có thể
chuyển đổi được thông qua một chuyển mạch K Hãy viết biểu thức quan hệ giữa các hệ số tỷ lệ này với các điện trở shunt ở trong mạch
Câu 73: Hãy cho biết ý nghĩa của mạch cộng điện áp trong kỹ thuật đo
lường điện Lấy ví dụ minh họa
Câu 74: Hãy cho biết ý nghĩa của mạch nhân và mạch chia điện áp trong
kỹ thuật đo lường điện Lấy ví dụ minh họa
Câu 75: Hãy cho biết ý nghĩa của mạch tích phân và vi phân trong kỹ
thuật đo lường điện Lấy ví dụ minh họa
Câu 76: Hãy cho biết sự khác nhau giữa tín hiệu đo lường analog và tín
hiệu đo số?
Câu 77: Hãy cho biết vai trò của cơ cấu chỉ thị trong đo lường, có những
đại lượng chỉ thị nào? Ưu nhược điểm của các dạng chỉ thị đó?
Câu 78: Cho biết sự khác nhau về bản chất của cơ cấu chỉ thị cơ điện và
cơ cấu chỉ thị số? Ưu nhược điểm của cơ cấu chỉ thị số so với cơ điện
Câu 79: Cơ cấu chỉ thị số có bao nhiêu nguyên tắc chuyển đổi? Ưu nhược
điểm của từng nguyên tắc?
Câu 80: Cho một mạch tỷ lệ về dòng như hình vẽ
a Hãy viết quan hệ tỷ lệ giữa dòng điện I1 và I2 tương ứng với khóa K đóng tại 4 vị trí (1), (2), (3), (4)
1
R CT
R 4 R 3 R 1
I 2
2
3
4