Phần 1 : Cơ sở lý thuyết kỹ thuật đo lường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN Bấm để thêm nội dung Bấm để thêm nội dung KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG Nguyễn Thị Huế BM: Kĩ thuật đo Tin học công nghiệp Nội dung môn học     2/6/22 Phần 1: Cơ sở lý thuyết kĩ thuật đo lường  Chương 1: Khái niệm kĩ thuật đo lường  Chương 2: Phương tiện đo phân loại  Chương 3: Các thông số kỹ thuật thiết bị đo Phần 2: Các phần tử chức thiết bị đo  Chương 4: Cấu trúc dụng cụ đo  Chương 5: Cơ cấu thị điện, tự ghi thị số  Chương 6: Mạch đo lường gia công thông tin đo  Chương 7: Các chuyển đối đo lường sơ cấp Phần 3: Đo lường đại lượng điện  Chương 8: Ðo dòng điện  Chương 9: Đo điện áp  Chương 10: Ðo cơng śt lượng  Chương 11: Ðo góc lệch pha, khoảng thời gian tần số  Chương 12: Ðo thông số mạch điện  Chương 13: Dao động kí Phần 4: Đo lường đại lượng khơng điện  Chương 14: Đo nhiệt độ  Chương 15: Đo lực  Chương 16: Đo đại lượng không điện khác Tài liệu tham khảo  Sách:  Kĩ thuật đo lường đại lượng điện tập 1,2- Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế…  Ðo lường điện cảm biến: Ng.V.Hoà Hoàng Si Hồng  Bài giảng website:  Bài giảng kĩ thuật đo lường cảm biến-Hoàng Sĩ Hồng  Bài giảng Cảm biến kỹ thuật đo: P.T.N.Yến, Ng.T.L.Huong, Lê Q Huy  Bài  2/6/22 giảng MEMs ITIMS - BKHN Website: sciendirect.com/sensors and actuators A and B Chương 1: Khái niệm kĩ thuật đo lường Lịch sử phát triển ứng dụng Khái niệm phân loại phép đo Các đặc trưng kĩ thuật đo lường Mơ hình q trình đo Các ngun cơng đo lường bản  Tín hiệu đo lường 2/6/22 Click to add text 1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng 2/6/22 1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng  Cùng với phát triển vũ bão công nghệ vi điện tử, vi chế tạo công nghệ thông tin, kỹ thuật đo lường bước sang giai đoạn xây dựng thiết bị đo dựa sở vi hệ thống  Vi hệ thống hệ tích hợp (IC) cấu tiểu hình (kích thước µm hay nm) sử dụng cơng nghệ đại (vi điện tử, vi gia công, công nghệ nano) để thực chức đo lường điều khiển (biến đổi, xử lý tín hiệu, xử lý số liệu, điều khiển, truyền tin.) 2/6/22 1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng 2/6/22 1.1 Lịch sử phát triển - Ứng dụng  Trong công nghiệp Sp e(t) Bộ điều khiển u(t) c(t) Đối tượng ph Cảm biến  2/6/22 Để thực trình điều khiển định nghĩa trên, hệ thống điều khiển bắt buộc có ba thành phần thiết bị đo lường (cảm biến), điều khiển đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường có chức thu thập thơng tin, điều khiển có chức xử lý thông tin, định điều khiển đối tượng điều khiển chịu tác động tín hiệu điều khiển 1.2 Định nghĩa đo lường  2/6/22 Theo pháp lệnh “ ĐO LƯỜNG” nhà nước CHXHCN Việt nam  Chương 1- điều 1: Đo lường việc xác định giá trị đại lượng cần đo  Chính xác hơn: Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo o Ví dụ: Đo điện áp: U = 135V  0,5V o Tức điện áp đo 135 đơn vị điện áp tính volt, với sai số 0,5V 10 Phương trình phép đo  Phương trình phép đo: Ax  X X0  X  Ax X X: Đại lượng cần đo X0: Đơn vị đo Ax: Giá trị số đại lượng cần đo Quá trình so sánh đại lượng cần đo với mẫu để cho kết số Có thể đo đại lượng vật lý bất kỳ không??? 2/6/22 Khơng, khơng phải đại lượng có thể so sánh giá trị với mẫu 11 Cấp xác thiết bị đo  Ví dụ: Cấp 0,02/0,01  Có nghĩa C = aqd + m = 0.02% •  Tức D= aqd = 0.01% m = 0.01% aqd = 0.01%  Một volmet có thang đo 200V, volmet ghi 0.02/0.01 Kết đo volmet 100V, sai số phép đo 2/6/22 120 Bài tập  Bài 1: Một thiết bị đo có thang đo cực đại 100mA, có sai số tương đối quy đổi ±1% Tính giới hạn giới hạn đối tượng cần đo sai số theo phần trăm phép đo đốố́i với : a Độ lệch cực đại b 0,5 độ lệch cực đại c 0,1 độ lệch cực đại 2/6/22 121 Bài tập  Bài 2: Một thiết bị đo có thang đo cực đại 100mA, có sai số tương đối quy đổi ±3% Hăy tính sai số dụng cụ : a 50mA b 10mA Bài 3: Để 25mA đo dụng cụ có thang đo cực đại 38mA Nếu phải đo 25mA xác khoảng ±5% Hăy tính độ xác cần thiết dụng cụ đo 2/6/22 122 Bài tập Bài 4: Một Ampemet có ba khoảng đo 5A, 2.5A, 1A Chia thành 100 vạch, cấp xác 1/ Đặt vào thang đo 5A để đo dòng điện, kim 18 vạch a/ Xác định giá trị dòng điện b/ Tính sai số tương đối phép đo 2/ Chọn thang đo thích hợp, xác định số vạch mà kim thị, tính sai số 2/6/22 123 Sự kết hợp sai số  Ở phép đo có sử dụng nhiều dụng cụ đo hay nhiều phép đo sai số hệ thống có xu hướng tích tụ lại, sai số toàn hệ thống thường lớn bất kỳ sai số phép đo đơn lẻ  Khi tính toán cần giả định sai số kết hợp với theo hướng bất lợi nhất 2/6/22  Sai số tổng đại lượng  Sai số hiệu đại lượng  Sai số tích đại lượng  Sai số thương đại lượng 124 Sự kết hợp sai số  Sai số tổng đại lượng E  (V1 �V1 )  (V2 �V2 )  (V1  V2 ) �(V1  V2 )  Sai số hiệu đại lượng E  (V1 �V1 )  (V2 �V2 )   (V1  V2 ) �(V1  V2 ) Ví dụ: E1 = 100V ± 2V = 100V ± 2% E2 = 80V± 4V = 80V ± 5% E1 + E2 = 180V±6V = 180V ± 3,3% E1 – E2 = 20V ± 6V = 20V ± 30% Từ ta thấy sai số % hiệu đại lượng rất lớn nên cần tránh phép đo có bao hàm phép hiệu đại lượng 2/6/22 125 Sự kết hợp sai số  Sai số tích đại lượng E (V1 V1 )(V2 V2 ) V1 V2 V1 V2 V2 V1 V1 V2 V1 V2 (V1 V2  V2 V1 ) V1.V2  V2 V1 V1 V2    E  �( ).100%  ( � � ).100% V1V2 V1 V2 Nhận xét: sai sớ tương đới tích hai đại lượng tổng sai số tương đối thành phần  2/6/22 Trường hợp riêng, nâng lên luỹ thừa  ( E  )  E 126 Sự kết hợp sai số  Sai số thương đại lượng V1 �V1 V1 E � V2 �V2 V2    E  �( V1   V2 ) 2/6/22 127 Sự kết hợp sai số Một điện trở có giá trị khoảng 1,14k – 1,26k Tính sai số điện trở Biết R = 1,2k 250C, sai số 0.06 kOhm, tính giá trị lớn nhất 750C, hệ số nhiệt 500ppm/0C Giải: Tại 250C R 0,06k  R 1,2 0,06 1,2k 5% Khi nhiệt độ tăng 10C R tăng lượng: 1,26.10 3.500 0,63 10 Vậy giá trị Rmax = 1,26 + 0,63.(75-25).10-3 = 1,2915k 2/6/22 128 Sự kết hợp sai số Một nguồn 12V mắc với điện trở 470 ±10% Điện áp nguồn đo vơn kế có khoảng đo 25V độ xác 3% Tính cơng suất điện trở sai số phép đo Một Vơn kế có thang đo 30V độ xác 4%, ampe kế có thang đo 100mA độ xác 1% sử dụng để đo điện áp dòng điện qua điện trở R Kết đo 25V 90mA Hãy tính giá trị R Pmin Pmax 2/6/22 129 Sự kết hợp sai số Bài tập 3: U2 P R  Ta có:  Vì Vơn kế có độ xác 3% với khoảng đo 25V nên sai số tuyệt đối lớn nhất gặp phải tính bằng: U 25V 3% 0,75V  U 12V 0,75V 12V 6,25%   (U ) 2.6,25% 12,5% U2   ( ) 12,5%  10% 22,5% R  Vậy: 122 P �22,5% 470 2/6/22 130 Sự kết hợp sai số  Bài tập 4: U 30V 4% 1,2V  U 25V 1,2V 25V 4,8% I 100mA.1% 1mA  I 90mA 1mA 90mA 1,1% U 25  R  (4,8  1,1)% 277,78 5,9% I 0,09  P U I 25.0,09 (4,8  1,1)% 2,25W 5,9% 2,25W 0,13W  Vậy P 2,25  0,13 2,12W 2,25.(1  0,059) P max 2,25  0,13 2,38W 2,25.(1  0,059) 2/6/22 131 Một số biện pháp nâng cao cấp xác thiết bị đo Phơng pháp nâng cao tính xác thiết bị đo Loại trừ nguyên nhân gây sai số Kết cấu công nghệ Bảo vệ chống ảnh hởng Giảm bớt mức ảnh hởng nguyên nhân gây sai số Hiệu chỉnh Tối thiểu hoá ảnh h ởng sai sè Tèi thiĨu ho¸ sai sè b»ng biƯn ph¸p thống kê 132 Phơng pháp hiệu chỉnh Biện pháp hiệu chØnh sai sè Cã ngêi tham gia HiÖu chØnh ngời đo thực Tự động (Không có ngời ) HiƯu chØnh th«ng qua sè chØ cđa dơng Dïng cảm biến đo yếu tố liên quan Phân theo không gian Cộng tính Nhân tính Phân theo thời gian Tạo nên đại lợng tỉ lệ với yếu tố liên quan Phân theo không gian Logomet (tỉ số) 133 Phân theo thêi gian Kiểm định phương tiện đo lường  Kiểm tra giấy phép sản xuất và lưu hành Đây là kiểm tra dùng để tư vấn cho quan nhà nước cấp giấy phép sản xuất, cấp giấy chứng nhận thương hiệu  Nôi dung kiểm tra theo dẫn tiêu chuẩn nhà nước  Thiết bi nhập ngoại phải kiểm đinh trước đưa lưu hành   Kiểm tra xuất xưởng Hôi đồng kiểm tra chất lượng sản phẩm đinh tiêu chuẩn cụ thể cho đặc tính kỹ thuật thiết bi đo được sản xuất  Mẫu biên thư nghiệm phải được hôi đồng duyệt Biên này coi môt phần công tác bảo hành  Cơ quan quản lý đo lường, theo chu kỳ đôt xuất , tiến hành kiểm tra sản xuất và xét tính trung thực băng thư nghiệm   Kiểm tra đinh kỳ Mỗi lần kiểm tra đinh kỳ, thiết bi được cấp môt chứng và kết đo dụng cụ được coi có giá tri pháp nhân  Hôi đồng tiêu chuẩn nhà nước tổ chức các trung tâm đo lường được uỷ quyền thực hiện các phép kiểm tra cấp giấy chứng lưu hành  134 ... 10 15 Peta P 10 -6 Micro  10 12 Tera T 10 -9 Nano n 10 9 Giga G 10 -12 Pico p 10 6 Mega M 10 -15 Femto f 10 3 Kilo K 10 -18 Atte a 10 2 Hecto H 10 - 21 Zepto z 10 1 Deca Da 10 -24 Yocto y 2/6/22 22 1. 3 Các đặc... Fynt/foot3 1, 6 018 510 kg/m3 Yard (Yat) 9 ,14 4 10 -1m Bari 1. 106 N/m2 Mille (dặm) 1, 609km0 Torr 1, 332 10 2 N/m2 Mille (hải ly? ?) 1, 852km Kilogam lực 9,8066N "Inch vuông 6,4 516 .10 -4m2 Calo 4 ,18 68J Foot... vật lý 21 1.3 Các đặc trưng kĩ thuật đo lường  Bội số ước số đơn vị Hệ số Tên Ky? ? hiệu Hệ số Tên Ky? ? hiệu 10 24 Yotta Y 10 -1 Deci d 10 21 Zetta Z 10 -2 Centi c 10 18 Exa E 10 -3 Mili m 10 15 Peta