Bài giảng ĐO LƯỜNG NHIỆT Chương 1 Một số kiến thức chung về đo lường Bộ môn TĐH&ĐK quá trình Nhiệt – Lạnh

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện KH&CN Nhiệt - Lạnh ĐO LƯỜNG NHIỆT Bộ mơn TĐH&ĐK q trình Nhiệt – Lạnh Phòng 102 – C7 Nội dung Ch1: Một số kiến thức chung đo lường Ch2: Đo nhiệt độ Ch3: Đo áp suất Ch4: Đo lưu lượng Ch5: Đo mức chất lỏng Ch6: Phân tích thành phần hỗn hợp Ch7: Đo độ ẩm Tài liệu tham khảo William C Dunn Fundamentals of Industrial Instrumentation and Process Control, 2005 Richard S Figliola, Donald E Beasley Theory and Design for Mechanical Measurements, 5th Edition Robert P Benedict, A Wiley Fundamentals of Temperature, Pressure and Flow Measurements, 3rd Edition Pavel Ripka Alois Tipek Modern Sensors Handbook, 2007 Alan S.Morris Measurement and Instrumentation Principles, Elsevier butter worth heinemann, 2006 Ramon Pallàs-Ảeny, John G Webster Sensors and Signal conditioning, A Wiley- Interscience Publication , 2006 Trần Bảo, Trần Quang Uy Cơ sở đo lường học, NXB giáo dục Việt Nam, 2009 Phạm Thượng Hàn số tác giả khác Kỹ thuật đo lường đại lượng v ật lý tập 1, nhà xuất giáo dục, 1996 Nguyễn Quý Trạch Đo lường nhiệt, Khoa Đại học chức, 1976 10 Dương Minh Trí Cảm biến ứng dụng, NXB trẻ, 2007 Nội dung chương 1.1 Phép đo phương pháp đo 1.2 Sai số độ không đảm bảo phép đo 1.3 Phương tiện đo đặc tính đo lường chúng 1.4 Kiểm định hiệu chuẩn phương tiện đo 1.5 Chuẩn liên kết chuẩn 1.6 Thiết bị đo thơng minh 1.7 Ứng dụng máy tính đo lường nhiệt 1.8 Hệ thống thu thập liệu thông tin đo lường 1.1 Phép đo phương pháp đo  Phép đo (đo lường):  Tập hợp thao tác để xác định giá trị đại lượng cần đo  Bản chất: trình nhận thức thực nghiệm, đem đại lượng cần đo so sánh với đại lượng khác dùng làm đơn vị để tìm tỉ số số đặc trưng cho so sánh X - đại lượng cần đo Ax  X U U - đơn vị đo Ax - kết đo  Phương trình phép đo: X  Ax.U 1.1 Phép đo phương pháp đo (tiếp) Chia loại phép đo: • Căn vào phương thức nhận kết ĐL:  Đo trực tiếp: kết nhận từ phép đo  Đo gián tiếp: y  f (x1, x xn ) y lượng chưa biết cần tìm x1, x2, xn lượng bị đo, đo trực tiếp, có quan hệ với y  Đo tổng hợp:     f y , y , x ' , x ' ,  1 1  f y1, y2 , x1'' , x ''2 ,   2     f1  y1, y2 , x n  , x  n  ,   n     Ví dụ: rt  r0 1  At  Bt  y1, y2, đại lượng chưa biết x1’, x2’ x1(n), x2(n) lượng bị đo trực tiếp f quan hệ hàm số biết, số f để điều kiện tương ứng với lần đo lường 1.1 Phép đo phương pháp đo(tiếp) • Căn vào mục đích ĐL, (Luật ĐL 2011):  Phép đo nhóm 1: phép đo NCKH, qui trình cơng nghệ, kiểm sốt chất lượng SX mục đích khác khơng thuộc nhóm Phép đo nhóm kiểm soát theo y/c kỹ thuật tổ chức, cá nhân cơng bố  Phép đo nhóm 2: phép để định lượng hàng hóa, dịch vụ mua bán, toán, bảo đảm AT, bảo vệ sức khỏe cộng đồng, bảo vệ MT, phục vụ hoạt động tra, KT, giám định tư pháp hoạt động cơng vụ khác Phép đo nhóm kiểm soát theo y/c kỹ thuật quan nhà nước có thẩm quyền định 1.1 Phép đo phương pháp đo(tiếp)  Phương pháp đo: Cách thức sử dụng nguyên lý đo phương tiện đo Phương pháp đo khác tùy thuộc vào độ xác yêu cầu, điều kiện đo thiết bị có,… Chia làm nhóm lớn: + Phương pháp đánh giá trực tiếp: đại lượng đo đọc kết phương tiện đo + Phương pháp so sánh: đại lượng cần đo X so sánh với đại lượng dùng làm chuẩn Xch (giá trị biết trước), kết đọc đại lượng 1.1 Phép đo phương pháp đo(tiếp) Tùy thuộc vào cách so sánh, ta có: + Phương pháp hiệu: X  Xch  X + Phương pháp 0: X  Xch  + Phương pháp thế: X  X ch + Phương pháp trùng: đo lúc nhiều điểm X Xch,căn vào điểm trùng suy X (vd thước cặp) 1.2 Sai số, độ tin cậy độ không đảm bảo phép đo  Sai số phép đo = Kết đo (X) – Giá trị thực (Xth)  Giá trị thực (Xth ): phản ánh thuộc tính đối tượng, chân lý đại lượng cần đo mà phép đo cố gắng đạt tới  Giá trị thực qui ước (X0 ): giá trị tìm thực nghiệm gần giá trị thực đến mức đủ sử dụng cho mục đích định 10 1.4 Kiểm định hiệu chuẩn ptđ 1- Kiểm định phương tiện đo: hoạt động đánh giá, xác định đặc tính KT ĐL ptđ theo y/c KT ĐL + Cơ quan quản lý nhà nước ĐL (Bộ KH & CN) qui định tổ chức có thẩm quyền ủy quyền KĐ ptđ, danh mục ptđ phải KĐ, chế độ KĐ, chu kỳ KĐ, qui trình KĐ y/c ptđ phải KĐ + Ptđ đạt y/c qui định mang dấu, tem KĐ cấp giấy chứng nhận KĐ để xác định tính hợp pháp lưu thông sử dụng + Ptđ không đạt y/c không đưa vào lưu thông, sử dụng 31 1.4 Kiểm định hiệu chuẩn ptđ (tiếp) + Ptđ nhóm kiểm định tự nguyện theo y/c tổ chức cá nhân có liên quan + Ptđ nhóm phải KĐ ban đầu trước đưa vào sử dụng, KĐ định kỳ trình sử dụng, KĐ sau sửa chữa KĐ bất thường phục vụ cho tra ĐL, giám định tư pháp hoạt động công vụ khác + Trong Đo lường nhiệt, ptđ sau phải KĐ: - Ptđ khối lượng: loại cân cân - Ptđ dung tích - lưu lượng: ptđ dung tích thơng dụng, bể đong cố định, xitéc, cột đo xăng dầu, khí LPG, đồng hồ đo nước lạnh, xăng dầu, khí dân dụng, LPG - Ptđ áp suất: áp kế chân không kế - Ptđ nhiệt độ: nhiệt kế - Ptđ hóa - lý: máy đo độ ẩm hạt, độ ẩm kk, ptđ khí thải xe giới, máy đo pH, tỷ trọng kế 32 1.4 Kiểm định hiệu chuẩn ptđ (tiếp) 2- Hiệu chuẩn phương tiện đo: hoạt động xác định, thiết lập mối quan hệ giá trị đo chuẩn đo lường, ptđ với giá trị đo đại lượng + HC khơng mang tính pháp lý quản lý + Được thực Phòng hiệu chuẩn Kết HC ghi Giấy chứng nhận HC Thơng báo HC + Phịng HC phải Tổ chức cơng nhận có thẩm quyền đánh giá cơng nhận có đủ đ/k theo qui định để tiến hành hoaạt động HC lĩnh vực đo cụ thể + Cơ quan công nhận (BoA) VN: Văn phịng cơng nhận chất lượng thuộc Bộ KH & CN + Chương trình cơng nhận Phịng thử nghiệm hiệu chuẩn VILAS Chuẩn mực đánh giá: TCVN ISO/ IEC 17025:2005 33 1.5 Chuẩn liên kết chuẩn 1- Chuẩn đo lường: phương tiện KT để thể hiện, trì đơn vị đo dùng làm chuẩn để so sánh với ptđ chuẩn khác  Theo độ xác: chuẩn đầu, chuẩn thứ, chuẩn bậc I, bậc II,…  Theo chức năng, mục đích sử dụng: chuẩn quốc tế, chuẩn vùng, chuẩn quốc gia, chuẩn chính, chuẩn cơng tác + Mẫu chuẩn (RM): vật liệu, đủ đồng ổn định với mốc qui chiếu t/c xác định, thiết lập phù hợp với việc sử dụng định phép đo việc k/tra t/c danh nghĩa (Vd: H2O có độ tinh khiết qui định, độ nhớt động dùng HC nhớt kế) 34 1.5 Chuẩn liên kết chuẩn (tiếp) 2- Liên kết chuẩn (LKC):  Tính chất lkc t/c kết đo nhờ liên hệ tới mốc qui chiếu (đơn vị đo) thông qua chuỗi không đứt đoạn phép HC lập thành tài liệu, phép HC đóng góp vào ĐKĐBĐ  Chuỗi liên kết chuẩn: dãy chuẩn ĐL phép HC dùng để liên hệ kết đo tới mốc qui chiếu  Có hình thức để đảm bảo trì tính LKC (Hình vẽ) BIPM - Viện cân đo quốc tế A- ký hiệu mẫu thử 35 1.5 Chuẩn liên kết chuẩn (tiếp) a- Liên kết chuẩn thơng qua HT phịng HC BIPM - Viện cân đo quốc tế A- ký hiệu mẫu thử Được quan có thẩm quyền đánh giá công nhận đủ lực để thực phép hiệu chuẩn định 36 1.5 Chuẩn liên kết chuẩn (tiếp) b- Liên kết chuẩn thông qua việc so sánh kết đo BIPM - Viện cân đo quốc tế A- ký hiệu mẫu thử 37 1.5 Chuẩn liên kết chuẩn (tiếp) Sơ đồ truyền dẫn xuất chuẩn cho ptđ t0 pp trực tiếp tiếp xúc dải từ -40 0C đến +962 0C Phương pháp hiệu chuẩn 38 1.5 Chuẩn liên kết chuẩn (tiếp) 39 1.6 Thiết bị đo thông minh + Thiết bị đo có thêm VXL, thống công việc ĐL VXL, nhiều chức cứng phần mềm thực Ví dụ: - Tự động bù ảnh hưởng dao động môi trường - Khả khắc độ từ xa - Tự kiểm tra lỗi - Tự động tính tốn độ xác ĐL bù SS ngẫu nhiên - Hiệu chỉnh phép đo phi tuyến để có tín hiệu tuyến tính + Thiết bị đo thơng minh, cảm biến thông minh, truyền xa thông minh 40 1.6 Thiết bị đo thông minh (tiếp) + Các bước phát triển việc tích hợp chức vào bên cảm biến: 41 1.7 Ứng dụng máy vi tính ĐLN   Chế độ đo luân phiên định kỳ in ấn Nâng cao chất lượng đo lường (vd dùng pp trung bình số học để lọc nhiễu)  Áp dụng phần mềm để bù phi tuyến đồng hồ đo  Tổng hợp thông số phức tạp xử lý số liệu Vd Xác định Hs truyền nhiệt K 1 tb K  Cn Q.tn t F 1 42 1.7 Ứng dụng máy vi tính ĐLN (tiếp) Xây dựng HT ĐL kết hợp với máy vi tính Tiến hành theo bước sau:    Phân tích nhiệm vụ đo Lựa chọn đồng hồ đo (bộ cảm biến, chuyển đổi ĐL), biến đổi A/D, máy vi tính thiết bị ngoại vi Giải vấn đề ghép nối (qua khe cắm mở rộng, cổng nối tiếp, song song, cổng USB,…)  Lắp ráp HT đo  Chuẩn bị phần mềm (Window, C++, Visual Basic,…)  Viết chương trình cho HT đo + Xây dựng lưu đồ thuật toán cho HT đo + Chọn pp điều khiển vào/ra liệu máy tính + Viết chương trình 43 1.8 Hệ thống thu thập liệu TT ĐL 44 1.8 Hệ thống thu thập liệu TT ĐL (tiếp) Hệ thống thông tin đo lường  Ứng dụng: ngành công nghiệp sản xuất phân phối điện, nước, chế biến dầu, khí,…- NM HT thường bố trí cách xa  Cấu tạo: chạm trủ M/S (nằm TT đ/k) số trạm O/S (nằm NM)  Chuẩn truyền thơng quốc tế: + Mơ hình qui chiếu cho liên kết HT mở (OSI) ISO - mơ hình lớp + Mơ hình Bus trường - mơ hình lớp (đơn giản hóa từ mơ hình OSI) 45