Chuong 1 tong quan

Trang 1

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP

1 Khái niệm chung về đo lường2 Các phương pháp đo

3 Cấu trúc của thiết bị, hệ thống đo lường

4 Mức độ ứng dụng cảm biến đo lường trong hệ thống sx CN5 Lợi ích khi sử dụng cảm biến đo lường

6 Một số ứng dụng hệ cảm biến thông minh

Trang 2

1 Khái niệm chung về đo lường

1.1 Các khái niệm chung

- Đo lường: Là quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.

- Đại lượng đo: Là đại lượng mà ta muốn biết về giá trị của nó (đây chính là đối

tượng của đo lường).

- Tín hiệu đo: Là tín hiệu mang thông tin về giá trị của đại lượng đo.- Đơn vị đo: Là giá trị đơn vị tiêu chuẩn

VD: Ampe đơn vị là dòng điện có thể giải phóng 0,001118 g bạc khỏi dung

dịch Nitrat trong thời gian 1s Một kilogam là một hình trụ platin-iridi được lưu giữ tại Văn phòng Trọng lượng và Tiêu chuẩn Quốc tế ở Sèvres, Pháp.Một mét được định nghĩa là khoảng cách ánh sáng truyền đi trong chân không trong 1/299.792.458 giây.

Trang 3

1.2 Các tham số đặc trưng cho thiết bị, hệ thống đo lường

- Phạm vi đo:

Là khoảng giá trị của đại lượng đo, ở đó thiết bị, hệ thống đo lường có khả năng nhận biết và thu thập một cách chính xác.

- Dải đo: Dải đo là sự thay đổi lớn nhất trong đầu vào hoặc đầu ra, tức là khoảng

đầu vào là IMAX - IMIN và khoảng đầu ra là OMAX - OMIN

- Sai số: Là sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo được

+ Sai số hệ thống: Do đặc tính của các thiết bị, phần tử sử dụng trong hệ thống

đo, do việc tính toán làm tròn,

+ Sai số ngẫu nhiên: Do sự tác động của các yếu tố ở môi trường bên ngoài

(nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, )

Trang 4

- Độ nhạy:

Là độ biến thiên nhỏ nhất của đại lượng đo mà thiết bị, hệ thống đo có thể phản ứng (là sự thay đổi ∆O ở đầu ra O đối với sự thay đổi đơn vị ∆I ở đầu vào I, tức là tỷ số ∆O/∆I)

Trang 5

-Độ phân giải: Độ phân giải được định nghĩa là sự thay đổi lớn nhất trong đầu

vào I có thể xảy ra mà không có bất kỳ thay đổi tương ứng nào trong đầu ra O.

-Đặc tính lý tưởng: Một phần tử được cho là tuyến tính nếu các giá trị tương

ứng của I và O nằm trên một đường thẳng Đường thẳng lý tưởng nối điểm cực tiểu A (IMIN, OMIN) với điểm cực đại B (IMAX, OMAX), và do đó có phương trình đặc tính lý tưởng:

Trang 6

-Tính phi tuyến: Tính phi tuyến được định nghĩa theo hàm N(I), là sự khác biệt

giữa đường đặc tính thực tế và đường đặc tính lý tưởng:

N(I) = O(I) - (KI + a)

Tính phi tuyến thường được định lượng bằngđộ phi tuyến cực đại tính theo phần trăm:

Trang 7

2 Các phương pháp đo

2.1 Khái niệm:

Là cách thức phối hợp thực hiện các thao tác: xác định mẫu, thành lập mẫu,

biến đổi, so sánh, tính toán và thể hiện kết quả.

2.2 Phân loại:

- Phương pháp đo kiểu biến đổi thẳng - Phương pháp đo kiểu so sánh

Trang 8

- Phương pháp đo kiểu biến đổi thẳng:

Đại lượng đo được biến đổi thành kết quả đưa thẳng lên khâu chỉ thị

Đại lượng đo

Kết quả đo

Trang 9

- Phương pháp đo kiểu so sánh:

Đại lượng đo được so sánh với giá trị đo mẫu Kết quả được biến đổi và đưa lên cơ cấu chỉ thị.

Trang 10

2.3 Một số phương pháp đo phổ dụng:

- Phương pháp đo trực tiếp: Trong phương pháp này, giá trị của một đại lượng

thu được trực tiếp bằng cách so sánh cái chưa biết với chất chuẩn Nó không liên quan đến tính toán toán học để đi đến kết quả, ví dụ, đo độ dài bằng thang chia độ Phương pháp này không chính xác lắm vì nó phụ thuộc vào sự trạng thái của con người khi đưa ra phán đoán.

- Phương pháp đo lường gián tiếp: Trong phương pháp này, một số tham số

được đo trực tiếp và sau đó giá trị được xác định bằng quan hệ toán học Ví dụ, phép đo mật độ bằng cách đo khối lượng và kích thước hình học.

Trang 11

- Phương pháp đo lường cơ bản: Còn được gọi là phương pháp đo tuyệt đối, nó

dựa trên phép đo các đại lượng cơ bản được sử dụng để xác định đại lượng đo Ví dụ, đo trực tiếp một đại lượng theo định nghĩa của đại lượng đó, hoặc đo gián tiếp một đại lượng bằng cách đo trực tiếp các đại lượng liên kết với định nghĩa của đại lượng cần đo.

- Phương pháp đo lường so sánh: Phương pháp này liên quan đến việc so sánh

với một giá trị đã biết của cùng một đại lượng hoặc một đại lượng khác là hàm của đại lượng cần đo.

Trang 12

- Phương pháp đo lường thay thế: Trong phương pháp này, đại lượng cần đo

được đo bằng cách so sánh trực tiếp trên thiết bị chỉ thị bằng cách thay đại lượng đo bằng một số đại lượng đã biết khác tạo ra tác dụng tương tự trên thiết bị chỉ thị Ví dụ, xác định khối lượng bằng phương pháp Borda.

- Phương pháp đo chuyển vị: Đây là phương pháp đo bằng cách so sánh trực

tiếp, trong đó giá trị của đại lượng cần đo lần đầu tiên được cân bằng với giá trị A đã biết ban đầu của cùng một đại lượng; tiếp theo, giá trị của đại lượng cần đo được đưa vào vị trí của giá trị đã biết đó và được cân bằng lại bằng giá trị đã biết thứ hai B Khi thiết bị chỉ thị cân bằng cho cùng một chỉ báo trong cả hai trường hợp, giá trị của đại lượng được đo là VAB Ví dụ, xác định khối lượng bằng cân và các quả nặng đã biết, sử dụng phương pháp cân kép Gauss.

Trang 13

-Phương pháp đo chênh lệch hoặc so sánh: Phương pháp này liên quan đến

việc đo lường sự khác biệt giữa đại lượng đã cho và một đại lượng đã biết gần về cùng một giá trị Ví dụ, xác định đường kính với ống trụ chính trên máy so sánh.

-Phương pháp đo trùng hợp: Trong phương pháp đo vi phân này, sự khác biệt

rất nhỏ giữa đại lượng đã cho và đại lượng chuẩn được xác định bằng cách quan sát sự trùng khớp của các vạch tỷ lệ Ví dụ: đo lường trên thước cặp vernier.

-Phương pháp đo vô hiệu: Trong phương pháp này, đại lượng cần đo được so

sánh với một nguồn đã biết và chênh lệch giữa hai nguồn này bằng không.

Trang 14

-Phương pháp đo độ lệch: Trong phương pháp này, giá trị của đại lượng được

biểu thị trực tiếp bằng độ lệch của con trỏ trên thang đo đã hiệu chuẩn.

-Phương pháp nội suy đo lường: Trong phương pháp này, đại lượng đã cho

được so sánh với hai hoặc nhiều giá trị đã biết có giá trị gần bằng nhau, đảm bảo ít nhất một giá trị nhỏ hơn và một lớn hơn đại lượng cần đo và các số đọc được nội suy.

-Phương pháp đo ngoại suy: Trong phương pháp này, đại lượng đã cho được so

sánh với hai hoặc nhiều giá trị nhỏ hơn đã biết và ngoại suy số đọc.

Trang 15

-Phương pháp đo bổ sung: Đây là phương pháp đo bằng phương pháp so sánh,

trong đó giá trị của đại lượng cần đo được kết hợp với một giá trị đã biết của cùng một đại lượng để điều chỉnh sao cho tổng của hai giá trị này bằng giá trị so sánh định trước Ví dụ, xác định thể tích của một chất rắn bằng cách dịch chuyển chất lỏng.

-Phương pháp đo tổng hợp: Nó liên quan đến việc so sánh đường thực tế của

một thành phần được kiểm tra với đường của nó trong các giới hạn có thể chịu được tối đa và tối thiểu Phương pháp này cung cấp cho việc kiểm tra các lỗi tích lũy của các phần tử được kết nối với nhau của thành phần được kiểm soát thông qua một dung sai kết hợp

Trang 16

-Phương pháp phần tử: Trong phương pháp này, một số kích thước liên quan

được đo riêng lẻ, tức là mỗi phần tử thành phần được kiểm tra riêng biệt Ví dụ, trong trường hợp ren, đường kính bước, bước và góc sườn được kiểm tra riêng biệt và sau đó đường kính bước ảo được tính toán Có thể lưu ý rằng giá trị của đường kính bước ảo phụ thuộc vào độ lệch của các phần tử ren trên Hoạt động của ren phụ thuộc vào đường kính bước răng ảo nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được đã chỉ định Trong trường hợp sử dụng phương pháp tổng hợp, cả ba yếu tố này không cần phải được kiểm tra riêng lẻ và do đó rất hữu ích cho việc kiểm tra các bộ phận của sản phẩm Phương pháp phần tử được sử dụng để kiểm tra các công cụ và để phát hiện nguyên nhân gây ra lỗi trong sản phẩm.

Trang 17

-Phương pháp đo tiếp xúc và không tiếp xúc: Trong các phương pháp đo tiếp

xúc, đầu đo của dụng cụ thực sự tiếp xúc với bề mặt cần đo Trong những trường hợp như vậy, cần bố trí áp suất tiếp xúc không đổi để ngăn ngừa sai số do áp suất tiếp xúc vượt quá Trong phương pháp đo không tiếp xúc, không cần tiếp xúc

Đối với mọi phương pháp đo, cần có định nghĩa chi tiết về thiết bị sẽ được sử dụng, danh sách tuần tự các hoạt động sẽ được thực hiện, điều kiện môi trường xung quanh và mô tả tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo ở mức độ yêu cầu

Trang 18

3 Cấu trúc của thiết bị, hệ thống đo

3.1.Cấu trúc chung của một thiết bị đo

Trang 19

3.2.Cấu trúc chung của một thiết bị đo lường thông minh

+ CĐCH: Biến đổi t/h điện về mức chuẩn hóa (áp: 0 - 5V; 0 - 10V ; dòng : 4 - 20mA)

Nếu chúng ta kết hợp một cảm biến, một mạch giao diện tương tự, một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC) và một giao diện bus trong một vỏ, chúng ta sẽ có được một cảm biến thông minh.

Nếu chúng ta tích hợp tất cả các chức năng từ cảm biến đến giao diện bus trong một chip, chúng ta sẽ nhận được một cảm biến thông minh tích hợp

Trang 20

3.3.Cấu trúc chung của một hệ đo lường thông minh

+ CĐCH: Biến đổi t/h điện về mức chuẩn hóa (áp: 0 - 5V; 0 - 10V ; dòng : 4 - 20mA)

Đại lượng đo 1

D/A - Chuẩn hóa

Đại lượng đo 2

Trang 21

3.3.Cấu trúc chung của một hệ đo lường thông minh

Trang 22

4 Mức độ ứng dụng cảm biến đo lường trong hệ thống sx CN

Trang 23

5 Lợi ích khi sử dụng cảm biến đo lường

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Trang 28

Trang 29

Trang 30

BÀI TẬP

1 Cảm biến mức Vegason S61 có các thông số: Nguồn cấp :24VDC; Độ phân giải: 3mm; Tần số siêu âm: 75khz; Độ chính xác 0.3%; Dải đo: 0-5.5 mét; Tín hiệu ra: 4 – 20mA Hỏi khi tín hiệu thu được bằng 12 mA thì khoảng cách đo bằng bao nhiêu?

Tính sai số lớn nhất của cảm biến trong toàn dải đo?

2 Cảm biến áp suất E8AA-M05 có các thông số: Dải đo: 0-500 kPa; Tín hiệu ra: 20mA; Sai số 0,1% toàn dải đo; Nguồn cấp: 12-24 VDC Hỏi khi thu được tín hiệu là 10 mA thì áp suất bằng bao nhiêu? Tính sai số lớn nhất của cảm biến trong toàn dải đo?

4-3 Cảm biến Prosonic Flow 91W có các thông số: Dải đo: 0,01 - 10 m/s; 110000 m3/h; Tín hiệu ra: 4-20mA; xung 30VDC/100Hz; Sai số 0,1% toàn dải đo; Nguồn cấp: 85-260VAC; 16-62VDC; Tần số sóng siêu âm: 0,5 - 2Mhz; Đường kính ống đo: đến 160"Hỏi khi lưu lượng là 50000 m3/h thì tín hiệu thu được bằng bao nhiêu? Tính sai số lớn nhất của cảm biến trong toàn dải đo?