Cơ sở kỹ thuật Đo quyển 3

Cơ sở kỹ thuật đo lường là bộ môn khoa học nghiên cứu những lý luận cơ bản về kỹ thuật đo lường. Giáo trình Cơ sở kỹ thuật đo cung cấp những kiến thức cơ bản phục vụ cho các môn học "Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện và không điện", "Hệ thống thông tin đo lường" và những môn học chuyên ngành khác của kỹ thuật thông tin đo lường như "Thiết bị đo sinh hoá và sinh học", " Thiết bị đo thông minh và linh hoạt", đồng thời xây dựng một hệ thống kiến thức cho việc thu thập số liệu đo, xử lý, gia công, điều khiển hiện đại. Lần xuất bản này, các tác giả đã bổ khuyết những chi tiết về cơ sở lý luận, bố sung thêm các phần tử, linh kiện hiện đại thực hiện các chức năng của các nguyên công do lường, làm cho giáo trình sát với thực tế các thiết bị đo và hệ thống đo thông minh hiện đại. Giáo trình cũng cung cấp thêm những kiến thức về đo lường học phục vụ cho việc đảm bảo đo lường cho các thiết bị đo công nghiệp hiện đại hiện có và các thiết bị đo mới sắp ra đời. Nội dung giáo trình bao gồm 8 chương, được chia thành 3 quyển nhỏ. Quyển 3 gồm các chương 7, 8.

NGUYEN TRONG QUE, NGUYEN THỊ LAN HUONG

PHAM THI NGOC YEN

CO SO KY THUAT DO

QUYEN 3

NHA XUAT BAN BACH KHOA HA NOI

CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐO

QUYEN 3

NHA XUAT BAN BACH KHOA HA NOI

Số 1 Đại Cô Việt — Hai Ba Trung — Ha Noi

VPGD: Ngé 17 Ta Quang Buu — Hai Ba Trung — Ha Nội

DT: 024 38684569; Fax: 024 38684570

https://nxbbachkhoa.vn

Chịu trách nhiệm xuất bản điện tứ:

Giám đốc — Tổng biên tập: PGS TS BÙI ĐỨC HÙNG

Biên tập: DO THANH THUY

Trinh bay: DUONG HOANG ANH Thiết kế bìa: ` DƯƠNG HOÀNG ANH

LỜI NÓI ĐẦU

Cơ sở kỹ thuật đo lường là bộ môn khoa học nghiên cứu những lý luận cơ bản về kỹ thuật đo lường Giáo trình Cơ sở kỹ thuật đo cung cấp những kiến thức cơ bản phục vụ cho các môn học "Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện và không điện", "Hệ thống thông tin đo lường" và những môn học chuyên ngành khác của kỹ thuật thông tin đo lường

nhu "Thiết bị đo sinh hoá và sinh học", " Thiết bị đo thông mình và linh hoạt", đồng thời xây

dựng một hệ thống kiến thức cho việc thu thập số liệu đo, xử lý, gia công, diéu khién hién dai

Nội dung giáo trình bao gém 8 chwong, với 2 phân cơ bản như sau:

Phân thứ nhất: Đưa ra định nghĩa và mô hình quá trình đo, trên cơ sở đó phân tích các nguyên công cơ bản về đo lường, tìm ra quy luật phân tích tín hiệu đo, phép tạo mẫu, phép biến đổi, phép so sánh, phép giao tiếp với người và hệ thống, đề ra các thuật toán đề

tổng hợp phương pháp đo và xây dựng sơ đồ khối của thiết bị đo

Phân thứ hai: Trình bày cơ sở lý luận về đánh giá thiết bị đo, đánh giá một phép đo, các biện pháp nâng cao tính năng của thiết bị đo, các biện pháp gia công kết quả đo lường Đây là cơ sở để thiết kế thiết bị đo, thiết kế một phép đo phức tạp và là cơ sở để tạo ra các

cảm biến thông mình, thiết bị thông mình và xây dựng hệ chuyên gia trong kỹ thuật ẩo

lường

Lan xuất bản này, giáo trình được xuất bản phiên bản điện tử tại NXB Bách khoa Hà Nội và có sửa chữa, bồ sung Các tác giả đã bồ khuyết những chỉ tiết về cơ sở lý luận, bố sung thêm các phân tử, linh kiện hiện đại thực hiện các chức năng của các nguyên công do

lường, làm cho giáo trình sát với thực tế các thiết bị ẩo và hệ thống đo thông mình hiện đại

Giáo trình cũng cung cấp thêm những kiến thức về đo lường học phục vụ cho việc đảm bảo

đo lường cho các thiết bị ảo công nghiệp hiện đại hiện có và các thiết bi do moi sắp ra đời Phiên bản điện tử của giáo trình được chia thành 3 quyển nhỏ Quyển 3 gồm các

chương 7, ổ

Các tác giả chân thành cảm ơn những đóng góp vô cùng quý báu về tài liệu, về các gợi

y của Viện sĩ Terentrep C N, Trường Đại học Bách khoa Kharkov va đặc biệt của Giáo sư

Ornatsky, Trường Đại học Bách khoa Kiev, người đã xây dựng cơ sở cho môn học và ý tưởng cho giáo trình này Các tác giả cũng cảm ơn các tài liệu và kiến thức hiện đại do các giáo sư Viện Đại học Bách khoa Grenoble, Cộng hòa Pháp chuyển giao, đã giúp cho giáo

trình thêm phân hiện đại

Các tác giả mong nhận được ÿ kiến đóng góp về nội dung cuốn sách, các ý kiến xin gửi

về Khoa Tự động hóa, Trường Điện — Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội

Các tác giả

7.2 Độ nhạy của thiết bị đo

7.2.1 Khái niệm về độ nhạy ve

7.2.2 Tính lặp lại hay hệ số ồn định của thiết bị đo -.- 174

7.2.3 Tính tuyến tính của thiết bị đo

7.2.4 Thiết bị đo có nhiều phần tử biến đi

7.3 Khoảng đo và ngưỡng nhạy

7.3.1 Khoảng đo (Span, Range, Scale)

7.3.3 Khả năng phân ly của thiệt b

7.4 Mở rộng khoảng đo của thiết bị đo cccc+2222vvcccrsrrrrrxee

7.4.1 Mở rộng thang đo bằng cách thay đổi hệ số K

7.4.2 Mở rộng thang đo giữ nguyên hệ số biến đổi K

7.5 Sai số của thiết bị đo

7.5.1 Sai số tuyệt đối, tương đối, tương đối quy đổi

7.5.2 Sai số hệ thông, sai số ngẫu nhiên

7.5.3 Sai số ngẫu nhiên ¿+222+++2222++2E2EEES2EEEvrrrrkrrrrrres

7.5.4 Sai số cộng tính, sai số nhân tính

7.6 Đặc tính động của thiết bị đo se

Il Nho

7.8 Cấp chính xác thiết bị đo và tiên chuẩn

7.8.1 Cấp chính xác của thiết bị đo

7.8.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật

7.9 Nâng cao đặc tính kỹ thuật của phương tiện đo lường 203

7.9.1 Phương hướng chung

7.9.2 Ôn định hệ số K của thiết bị

7.9.3 Loại trừ yếu tố ảnh hưởng .-¿-2¿+222+z++22zxeeztrxserrrrex

7.9.7 Bù sai số mạch kín tác động lên hệ số biến đồi của bộ biến đối 217

7.9.8 Bù sai số thiết bị bằng phương pháp lặp (hồi quy) .- 218

7.9.9 Bù sai số động của thiết bị đo

7.9.11 Khảo sát quá trình động tốc độ cao . - ¿+

7.9.12 Giảm sai số ngẫu nhiên của thiết bị đo

7.9.13 Xử lý thông minh phép đo

7.10 Kiểm định phương tiện đo lường

7.10.1 Kiểm tra cấp giấy phép sản xuất và lưu hành

7.10.2 Kiểm tra xuất xưởng

7.10.3 Kiểm tra định kỳ

Chương 8 Xây dựng một thiết bị đo, một phép đo

8.1 Thiết kế một thiết bị đo

8.1.1 Nguyên tắc thành lập một phương tiện đo - 228

8.1.2 Quá trình thiết kế TBĐ hay hệ thống đo

§.2 Các đặc điểm cần chú ý khi thiết kế TBĐ

8.2.1 Linh kiện và mạch điện từ - ¿- +52 +52 +22 + se£+xeeeseexsssex

8.2.2 Phương pháp đo

§.2.3 Phân bồ sai số trong các khâu we

8.2.4 Chỉnh định TIBĐ se

8.3 Tổ chức kiểm định thiết bị đo

8.3.1 Thử nghiệm khi nghiên cứu chế tạo TBĐ

8.3.2 Thử nghiệm TBĐ để lấy giấy phép sản xuất

8.3.3 Kiểm tra xuất xưởng .-.-: ©2222vv+ctt222EEvvrrrrtrrrkrrrrrrrrrr

8.3.4 Kiểm tra định kỳ thiết bị đo lưu hành trên đất nước

8.4 Thiết kế một phép đo hay một băng thử nghiệm ve

§.5.6 Chỉnh định thiết bị

8.5.7 Khắc độ hệ đo hay băng thử nghiệm

8.6 Trinh bay kết quả

Tài liệu tham khảo

Chương 7

CÁC ĐẶC TINH KY THUAT CUA THIET BI DO

7.1 Dai cương

Một thiết bị đo dù đơn giản hay phức tạp cũng có thể biểu diễn như sơ dé hình 7.1

Trong đó đại lượng vào cần đo là X, đại lượng ra là Y„ Y„ có thể là một chỉ thị góc quay

dx (chi thi co điện) gọi là thiết bị đo tương tự; Yx có thể là con sé Nx gọi là thiết bị đo số

xX TRB | _ ** Y;{d„, Nụ]

Hình 7.1 Mô hình thiết bị đo

Ngoài ra còn có các đại lượng A, B làm ảnh hưởng đến kết quả đo lường Phương

trình cơ bản của thiết bị đo có thể viết:

Y, =f (X, A, B )

Đó là phương trình đặc tính của thiết bị đo Căn cứ theo phương trình này, ta có thé

đánh giá được đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo

Ta có:

dY =F i Fan ape

Ox oA ØB

S =K, 1a dao ham riéng phan của Y theo X hay còn gọ là hệ số biến đổi X sang Y,

quan hệ này nêu lên sự biến đổi của Y theo sự biến đổi của X:

đY, = K¿ dx

on =K,, 2 =K,, la hệ sô ảnh hưởng đên kết cuả đo của các yêu tô ảnh hưởng

Phân tích cdc quan hé Kx, Ky ta c6 cdc dic tính của thiết bị đc

172

7.2 Độ nhạy của thiết bị đo

7.2.1 Khái niệm về độ nhạy

Xét quan hệ giữa đại lượng ra Y so với đại lượng vào X

dY;: biến thiên của Y theo X

dx: Biến thiên của đại lượng vào thiết bị

đo hay đại lượng đo Miền độ nhạy thấp

Ky néu lên sự biến đổi của đầu ra Y theo

sự biến đổi của đầu vào X, gọi là độ nhạy của

thiết bị đo (S„) S„ càng lớn, độ nhạy thiết bị

càng cao

Miền độ nhạy cao

Hình 7.2 Độ nhạy của thiết bị đo

Độ nhạy của cảm biến tương tự chính là độ dốc của đường biểu thị mối quan hệ giữa đầu ra và đầu vào Một thiết bị có đặc tính tuyến tính thì có độ nhạy không đổi trên tòan bộ

thang đò, còn thiết bị phi tuyến thì có độ nhạy tăng hay giảm theo sự thay đổi của đầu vào như hình 7.2

Để xác định giá trị của Ky hay S¿, ta cho một giá trị Xa (giá trị chuẩn định mức vào

YG

đầu thiết bị đo, đầu ra có một giá trị Yn Ta có Kxa = so

n

Ta gọi quá trình đó là khắc độ thiết bị đo (Calibration)

Néu: K, = const & moi giá trị của X trong khoảng từ 0 Xạ, ta có Ä = K, = const;

Kevan

x X,

Quan hệ giữa Y và X của thiết bị đo là tuyến tính

K hay S được gọi là độ nhạy của thiết bị đo

Y=KX=SX; X= = =CY, C -< được gọi là hằng số của thiết bị đo

Đối với các thiết bị đo tương tự, góc quay œ của chỉ thị là đều trong khoảng 0 - ap

Đối với thiệt bị đo số thì Ny=K.X, X= ae = CNx (7.2)

173

Trong trường hợp ngược lại, K¿ = f(x) Quan hệ giữa X và Y không tuyến tính Ở các thiết bị đo tương tự, góc œ của chỉ thị quay không đều

Đối với các dụng cụ đo số thì kết quả hiển thị là con số so với đơn vị tức phải tỷ lệ với

X, ta phải tuyến tính hoá thiết bị đo bằng nhiều biện pháp khác nhau

7.2.2 Tính lặp lại hay hệ số ồn định của thiết bị đo

Xét phương trình đặc tính của thiết bị đo

của thiết bị đo hay tính lặp lại của TBĐ, sai

số lặp lại hay độ tin cậy của thiết bị đo

đK „

Tx =—— cũng có thể gọi là sai số về : i

Kk 0 “Am FS OR

độ nhạy của thiết bị đo Sai sô này có tính S0

chất nhân tính Hình 7.3 Tính lặp lại của thiết bị

ad - x? có thể được gọi là tính lặp lại của thiết bị đo (repeatability) Tính lặp lại của

thiết bị đo có thể tính theo phan trim (%)

K,ø =[I-S 00% K

Ẵ cũng có thể coi là tinh ổn định của thiết bị đo, hay chính xác hơn = = Yq IA sai

số ổn định của thiết bị đo (repeatability): Trong các TBĐ chính xác cao, sai số ổn định phải được xác định trong khoảng thời gian khảo sát Ví dụ sai số ổn định là 30ppm trong khoảng 24 giờ, tức là “s trong khoảng thời gian là 24 giờ không vượt quá 30 ppm (30 phần triệu tức 0,003%) '

(-Š

K

} cho phép đánh giá độ tin cậy đo lường của thiết bị đo (fiability) hay độ tin 174

cậy về kết quả đo

* được xác định bằng thực nghiệm thông qua việc kiểm định thiết bị đo Quá trình

xác định hệ số biến đổi K hay độ nhạy S được tiến hành bằng một phép kiểm định nhiều

= phản ánh trình độ kỹ thuật và công nghệ dùng để chế tạo thiết bị đo

Thường kỳ phải tiến hành kiểm tra xác định lại K và hiệu chỉnh lại K Có thể tham khảo thêm hướng dẫn xác định chu kỳ kiểm chuẩn của phương tiện đo theo quy định

ĐLVN 132:2004 (Guidelines for the Determination of Recalibration Intervals of Measuring Equipments)

7.2.3 Tính tuyến tính của thiết bị đo

Khi xét độ nhạy K¿ theo X, nếu Kx là hằng số trong một khoảng đo nhất định ta gọi là

trong khoảng đó đo quan hệ giữa X và Y tuyến tính

Y=KX

Thông qua khắc độ thiết bị đo, ta có thể xác định tính phi tuyến của thiết bị đo

Giả sử trong khoảng từ 0 ~ Xu ta có các giá trị tương ứng Ÿ từ 0 — Yn

Nếu trong khoảng ấy quan hệ giữa Y và X là tuyến tính thì ở mỗi giá trị của X ta có

giá trị của Yụ

Sai số phi tuyến được xác định AY,„ =max|AY,| và hệ số phi tuyến Kạy hay sai số phi

tuyến Nụ được xác định như sau:

175

= max|AY,| _ 2[ max (AY, )|

Hình 7.4 Xác định sai số phi tuyến

Nếu Kạ¿ nhỏ hơn sai số yêu cầu đối với thiết bị do, (yp < yw:) thì thiết bị đo được coi là

tuyến tính

Nếu Kạy lớn hơn sai số yêu cầu (Ypt > y.), ta phải tiến hành tuyến tính hoá ở các thiết

bị đo, trước kia, khí chưa có các vi xử lý, người ta đã phải áp dụng nhiều biện pháp phức tạp để tuyến tính hoá các thiết bị đo Ngày nay, phương pháp cơ bản hay dùng nhất là phương pháp tuyến tính hoá từng đoạn Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là: một đường cong bat ky, có thể coi là sự kết nối của nhiều đoạn tuyến tính

Phương pháp tuyến tính hoá từng đoạn đơn giản nhất có thẻ tiền hành như sau:

Trong quá trình khắc độ thiết bị đo, người ta xác định sai số phi tuyến trong khoảng đó

đã xác định Nếu phát hiện Tụ: > yyc ta phân khoảng đo phi tuyến ấy thành 2 khoảng ở ngay

tại điểm X¡ mà sai số phi tuyến lớn nhất Sau đó lại tiến hành xác định sai số phi tuyến

trong 2 đoạn đã chia Trong khoảng nào mà Yp: < Yyeu càu được coi là đạt, trong khoảng nào

ma (Ypt > Yyc), ta lai phải tiếp tục tuyến tính hoá lần nữa

Đối với thiết bị đo tuyến tính, để xác định đường thẳng tuyến tính, ta chỉ cần xác định

một điểm Y, (X,) va cdc gia trị đo trong khoảng ấy sẽ được tính là:

Kaa K

ket:

X

Ta gọi là thiết bị đo một điểm chuẩn khắc độ

Đúng ra, để xác định đường thẳng, phải xác định được 2 điểm của đường thẳng ấy, ở

đây một điểm chuẩn đã qua điểm zero của trục toạ độ

Trong trường hợp quan hệ giữa Y(ŒX) là tuyến tính nhưng không qua zero, ta cần có

thêm điểm chuẩn nữa là điểm chuản zero Yo(Xụ) (Tức là giá trị của Y khi X = 0)

Giá trị Y theo X được xác định

176

Ở đây ta có thiết bị đo 2 điểm chuẩn tại diém X = 0 va X = Xp,

Ở thiết bị đo 3 điểm chuẩn, thang đo của thiết bị được chia thành 2 đoạn tuyến tính

Ở thiết bị đo 4 điểm chuẩn, thang đo được chia thành 3 khoảng tuyến tính

Sau đây là lưu đồ xử lý kết quả đo khi TBĐ được chia thành nhiều khoảng tuyến tính

Ví dụ: Có dụng cụ đo 4 điểm chuẩn tức chia khoảng đo thành 3 khoảng tuyến tính

4 điểm chuẩn ấy là (M,,M,,M,,M,) Là giá trị 4 điểm chuẩn đưa vào thiết bị đo

Các khoảng sẽ là (N,,N,);(N,,N,);(N;,N,,)

Giả thiết sau một lần đo ta có kết quả là Nụ

Lưu đồ xử lý lấy ra kết quả đo X như sau:

- Lấy kết quả đo N„

- Tim khoảng của X, ta chọn theo điều kiện N, <N, <N,,,

Ví dụ: N nằm trong khoảng 2 tức N,<N, <N,

M,-M

N,

- Nội suy kết quả: X=M,+

7.2.4 Thiết bị đo có nhiều phần tử biến đổi

Thông thường một thiết bị đo gồm nhiều phần tử biến đổi ghép với nhau, các phần tử biến đổi có thể ghép nối tiếp thành một chuỗi (chuỗi đo) hoặc ghép song song với nhau

- Hệ số biến đổi tổng hợp của thiết bị đo gồm nhiều phần tử biến đổi nối tiếp với

nhau

K=K) Ko Ka (7.9)

Ki: Hệ số biến đổi khâu thứ I

177

K¿: Hệ số biến đổi khâu thứ 2

Y=Kj Kp K3 X=K.X

Hình 7.5 Thiết bị đo gồm chuỗi các biến đổi

Sau đó là bộ khuếch đại biến đổi 41,6mv lên thành 5V

Hệ số biến đổi Kạ= 2000 = 120

41,6 Cuối cùng là bộ mã hoá tương tự số 12 bit biến 5V thành 4096 bậc (lượng tử)

Kị: Hệ số biến đổi của khâu thứ 1

Ka: Hệ số biến đổi của khâu thứ 2

Nếu tất cả các khâu đều giống nhau thi Kyg =nKj

178

KL

Kn

Hình 7.6 Thiết bị đo gồm các biến đổi ghép song song

Tính ổn định của thiết bị đo được tính

dK _ 5›dK,

Kk ĐK,

7.3 Khoảng đo và ngưỡng nhạy

7.3.1 Khoảng đo (Span, Range, Scale)

Một đặc tính khác của độ nhạy là khoảng đo của thiết bị Khoảng đo của thiết bị đo là

khoảng giữa giá trị lớn nhất và bé nhất mà thiết bị có thể đo được

Dx = Xmax - Xmin (7.11)

Xmin 06 thé cd giá trị âm, dương hoặc zerô

Khi Xmin có giá trị âm

Dụng cụ đo được cả hai phía dương và âm

Khi Xmin=0 = Dx = Xmax = Xn

D, = Xạ lúc này được gọi là giá trị định mức của thiết bị đo

Cũng như khoảng đo đầu vào D„, đầu ra cũng có khoảng đo đầu ra

Đối với dụng cụ đo tương tự, X được xác định bằng kim chỉ thị, ey là phần lẻ khoảng

chia mà ta có thể đọc được (thông thường có thể chọn là : vạch khắc độ)

Đối với dụng cụ số, thì đó là ngưỡng của ADC hay là giá trị một mức lượng tử

[LSB](Least Significating Bit) của bộ, mã hoá

3 ©

7.3.3 Kha nang phân ly của thiết bị

Khả năng phân ly của thiết bị RÌ được tinh

Đối với thiết bị đo tương ty ex duge ly 1a : vạch khắc độ

Ví dụ thang chia độ được chia 100 vạch thì e, = skhoi ngchia = =aDx

Dy

Dy 500 = 500

Kha nang phan ly: R =

Déi vi thiét bi do sé, ¢, 1a mot LSB Nhu vay kha nang phân ly của thiết bị đo số

Khả năng phân ly (Resolution) là n bit

Như vậy số bit, số digit là đặc trưng cho khả năng phân ly của thiết bị đo số, đó cũng

chính là số bậc lượng tử của bộ mã hoá TBĐ sé

Ví dụ: Một bộ biến đổi tương tự số ADC - 700 (D, E, F, I, N ) cha Burr Brown: Sé bit là 16 tức R = 2! = 65.536

Chữ D của ADC loại này có nghĩa là khoảng đo đầu vào là: 0— 10V

Chữ I có nghĩa là khoảng đo đầu vào là: 0 — 0,5V

Như vậy một LSB của ADC 700 - D là: -10Y 65536 =0,1525mV

LSB của ADC 700 - Ia; 2 65536 =0,0076mV

Độ nhạy của ADC700 - I cao hơn rất nhiều so với ADC - 700 - D nhưng cùng một khả

năng phân ly

! Theo một số tài liệu của phương Tây người ta thường đồng nhất khái niệm độ phân giải/khả năng phân

ly và ngưỡng nhạy (Resolution)

180

* Để so sánh khả năng phân ly giữa thiết bị đo tương tự và số ta có thể phân tích như

sau:

Để có cùng khả năng phân ly 16 bit như của ADC - 700 dụng cụ tương tự phải có

13.107 vạch chia độ

Giả sử khoảng cách chia độ là 1mm, thì thàng chia độ của thiết bị đo phải dài 13,107

mét và điều này không có kỹ thuật nào có thể thực hiện được

7.4 Mở rộng khoảng đo của thiết bị đo

Lúc một đại lượng cần đo không nằm trong khoảng đo của thiết bị hay không nằm

trong vùng thuận lợi của khoảng đo, ta phải mở rộng thang đo của thiết bị Khi mở rộng

thang đo người ta thường bố trí thiết bị có nhiều thang đo

7.4.1 Mỡ rộng thang đo bằng cách thay đổi hệ số K

Thiết bị đo có cùng một thang đo đầu ra (Ví dụ œạ ở dụng cụ tương tự và Nạ ở dụng

cụ số) Khoảng đo hay giá trị định mức của đại lượng vào tương ứng là

Hình 7.7 Thay đổi thang đo bằng cách thay đổi K

Với cách bố trí như vậy khi đo, ta chọn thang đo như sau:

Nếu giá trị đo X nằm trong khoảng: X;¿ < X < X,3 ta chon thang do 0—X,3

Nếu Xại < X < Xị¿ ta chọn thang 0 — Xụa

181

Nếu Xi > X ta chon thang do 0 — Xn

7.4.2 Mở rộng thang đo giữ nguyên hệ số biến đổi K

Dụng cụ nhiều khoảng đo được bố trí Y

như hình 7.8

Do hệ số K không thay đổi cho nên ở

tất cả các thang do quan hệ giữa Y(X) là

nhưng đường thẳng với cùng góc nghiêng

K= Ấn v6i thang 1 0 Xp Xn X

1 Hình 7.8 Mở rộng thang đo nối tiếp nhau

K= — yn —_ với thang 2

Xia —Xmi

K= — Yn với thang 3

X3n — Xan

Các thang do được bố trí nối tiếp nhau như sau:

(0— Xa), CÉat — X2), QXnp - Xaa),

Với các bố trí như vậy, việc chọn thang đo được thực hiện như sau:

Có đại lượng đo X, thang đo được chọn:

Khi tự động hoá phép đo ở thiết bị này được tiến hành theo 2 cách từ dưới lên hay từ trên xuống như sau:

- Thang đo đầu tiên đặt ở khoảng đo 0 — Xj) (thang thdp nhất)

Trong trường hợp X4o > Xu, ta có trạng thái vượt thang, bộ phận tự động chuyển sang

thang đo cao hon tite (Xn1, Xn2) va tiép tuc cho đến khi X nằm trong khoảng đo thích hợp:

Khoang do chon: Xpi < X < Xs

Kết quả được tính bằng cách nội suy

X=Xpit XẤnt¿‡D Xi N_ (7.14)

n Thiết bị do này được gọi là TBĐ vi sai tự động chọn thang đo

7.5 Sai số của thiết bị đo

- Đặc tính quan trọng nhất đối với thiết bị đo là tính chính xác của nó Tính chính xác

thê hiện ở sai sô của thiết bị đo

Sai số thiết bị đo được phân tích tóm tắt ở hình 7.9

Loại sai số [wk 74 tong đôi|

Nguyên nhân lệ thông]

Quan hệ với X [Công tính [há thị Tính chất tín hiệu vào a Đông ]

Hình 7.9 Phân tích sai số của thiết bị đo

Sai số thiết bị đo là đặc tính kỹ thuật quan trọng nhất phụ thuộc vào kỹ thuật và công

nghệ chế tạo, đồng thời sai số mang tính pháp nhân có nghĩa là phải tuân theo những quy

định của Nhà nước.Vì vậy, những định nghĩa về độ chính xác, cấp chính xác đều có tính quy định pháp lý

7.5.1 Sai số tuyệt đối, tương đối, tương đối quy đổi

A Sai số tuyệt đối

Một dụng cụ đo dẫu tỉnh vi đến bao nhiêu vẫn có sai số Sự sai lệch của dụng cụ đo hay

183

của một phép đo được xác định

8): Sai lệch của phép đo thứ ¡ khi đo đại lượng X

Xj: Kết quả phép đo thir i dai lượng X

Xa: Giá trị đúng, Xa được quy định là giá trị đo do một mẫu (calibrator) cung cấp hay

là kết quả đo X bởi dụng cụ đo cấp chính xác cao hơn nhiều lần thiết bị đo được sử dụng Sai số tuyệt đối (một phép đo, hay một thiết bị đo) được định nghĩa

AX được xác định thông qua phép kiểm chuẩn thiết bị

B Sai số tương đối

Sai số tuyệt đối không cho phép đánh giá tính chính xác một phép đo Để đánh giá tính

chính xác của một phép đo người ta dùng sai sô tương đôi:

ca

F Xay

Xạo: Đại lượng đo

€ Sai số tương đối quy đổi (quy đổi về khoảng do)

không cho phép đánh giá một thiết bị đo, vì thế người ta phải đưa ra khái niệm sai số tương đối quy đổi Đây là sai số tương đối quy đổi về khoảng đo của thiết bị

1

x

AX là sai số tuyệt đối gây ra do thiết bị đo khi đo một đại lượng xác định

Dx: Khoang đo của thiết bị dùng để đo đại lượng X

Để đánh giá về sai số thiết bị đo người ta dưa vào sai số tương đối quuy đổi y của thiết

bị đo

Đo một đại lượng Xạo bằng một dụng cụ đo có sai số tương đối quy đổi y ta có sai số

tương đối của phép đo như sau:

AX _yD, _D X B=S—~=+ *=y-=hayB=C*y

Đây là cơ sở để phân chia các khoảng đo trong một thiết bị đo, giúp cho việc chọn lựa

khoảng đo đảm bảo j không lệch quá nhiều so với y (sử dụng triệt để tính chính xác của

thiết bị đo)

184

7.5.2 Sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên

Sai số tuyệt đối của dụng cụ đo AX chia làm 2 loại sai số dựa theo nguyên nhân gây

Sal SO

AX = Ant + Ang: (7.19)

AX sai số tuyệt đối của thiết bị đo :

Air Sai số hệ thống của thiết bị đo do nguyên nhân có thể phân tích được, có thể dùng

các biện pháp bù trừ được

Ang: Sai số ngẫu nhiên mà nguyên nhân không thể xác định được và theo quy luật ngẫu nhiên

Ta có thể phân tích sai số tuyệt đối AX của một thiết bị đo theo nguyên nhân như sau:

7.5.3 Sai số ngẫu nhiên

Đường phân bố xác suất của sai số AX như ở hình vẽ 7.10a

AX được biểu diễn bằng một đường cong phân bố xác suất p(Ax) Xác suất cực đại của

AX tập trung chủ yếu xung quanh giá trị AX bằng kỳ vọng của sai số AX

Với các thiết bị đo khác nhau, hàm

phân bố pAX) khác nhau (phân bố Gauss, AX

tam giác, đều v.v

Nguyên nhân của sai số ngẫu nhiên

chính là do tính không ổn định của thiết bị " a)

đo tức la — K AXnr Ang x

Ky ỳ vọng của phân bô xác suât: ủa phân bố xác suất: AXm Ea AX=4 pet Ang

x ˆ

Hình 7.10 Phân bố xác suất sai số ngẫu nhiên

thiết bị đo

Kỳ vọng quy về tâm của phân bố sai số ngẫu nhiên bằng zerô, vì thế AX không do quy

luật ngẫu nhiên và là sai số hệ thống AXụu

Từ đây suy ra: AX = = AX; = AXnt

a AX- giá trị trung bình của sai số hệ thống

A Lý thuyết về sai số ngẫu nhiên

Sai số ngẫu nhiên của một thiết bị đo tuân theo các luật cơ bản của lý thuyết thông tin

Năm 1968 P.V NoVitski đưa ra khái niệm về sai số entropi nói lý thuyết về sai số dụng cụ

185

đo với lý thuyết thông tin

Sơ lược về lượng thông tin và sai số entropi của thiết bị đo được xác định như sau:

Theo Shanon, entropi của một nguồn tin được xác định:

+00

H(x) = [p(x)Inpdx

p(x) là xác suất xuất hiện đại lượng X

Nếu p(x) tuân theo luật phân phối đều trong khoảng (Xmin, Xmax) ta có:

Đối với dụng cụ đo, trước khi đo, người ta chưa biết giá trị đo rơi vào phần nào trên

thang đo của thiết bị vì vậy, xác xuất rơi vào một điểm trên thang đo là đều Đối với dụng

cụ đo tương tự, ta có thể phân biệt được một giá trị là e„ (ngưỡng nhậy của dụng cụ đo theo

X) và khi thay vào công thức trên tat có: H,„) = tf 2 }- In(R,)

Ex

D,: Khoảng đo của thiết bị

e„: Ngưỡng nhạy của thiết bị

Rx: Khả năng phân ly của thiết bị đo

Đối với dụng cụ đo số, R„ chính là số lượng tử của thiết bị R„ = 2"

Entropi của thiết bị đo số được xác định H(x) = loga(2") = n bit

Ciing theo Shanon: I = H;(X) — Ho(X)

I: Lượng thông tin của một thiết bị

H,(X): Entropi của thiết bị sau khi đo

Ho(X): Entropi của thiết bị trước khi đo

Đối với phép đo không sai H¡(X) = 0 (entropi sau khi đo) ta có

1(X) = Hi(X) - Ho(X) = - Ho(X)

Đối với phép đo có sai ta có:

IX) = Ho(X) - HỆX/Xu)

H(X/Xu) Entropi có điều kiện, là entropi để X rơi vào trong vùng (Xu - A, Xe + A)

và phân phối xác suất trong vùng này là đều:

Ta có: H(X/X,)= ye fs log = -Iog2A (7.20)

xia2

186

X‹¿ Giá trị X chỉ bởi chỉ thị đầu ra

Thay vào ta có: Lượng thông tin I:

y: Sai số tương đôi quy đổi của thiết bị đo

Trong thực tế, phân bố xác suất của sai số không phải là đều, vì vậy, khi tính ra sai số

ngẫu nhiên ta được con số A;s, vô hình chung người ta đã quy xác suất sai số trong vùng

(~ Ang + Ang) thành phân bố xác suất đều

ơ: Phương sai của hàm phân bố

Theo tính toán và công bố của Novitski thì với phân bố déu K, = 1,73, với phân bố

gauss K, = 2,07

B Tính toán sai số ngẫu nhiên bằng thực nghiệm

Theo lý thuyết, trên một loại dụng cụ đo có một quy luật phân bố xác suất sai số Chỉ cần làm một thực nghiệm để suy ra hàm phân bố xác suất p(X) sau dé tinh ra o, còn hệ số

Kc được tra trong bảng tóm tắt của Novitski

Tuy nhiên việc làm như vậy có nhiều khó khăn Ta có thể dùng biện pháp sau đây đẻ

xác định sai số ngẫu nhiên của một thiết bị đo mà không cần biết hàm phân bố xác suất của

sai số thiết bị đó

Theo lý thuyết về xác suất thống kê, thì khi khảo sát thực nghiệm một đối tượng mà số

lần thực nghiệm hạn chế, ta có thể coi xác suất xuất hiện X ở đối tượng tuân theo luật phân

S„ : Độ lệch trung bình quân phương khi lấy X làm kết quả đo với một độ đáng tin

Khi sử dụng hệ số student tức là số lần thực nghệm bị hạn chế, phương sai ơ trở thành

Hình 7.11 Lưu đồ hoạt động của chương trình tính sai số ngẫu nhiên

Ví dụ có kết quả đo điện áp với dụng cụ đo số, đo cùng một điện áp và có kết quả

trong 10 lần đo như sau:

189

Tóm tắt kết quả đo trong bảng 7 - 2

Bảng 7.2 Tóm tắt kết quả của quá trình tính sai số ngẫu nhiên

không đảm bảo chuẩn kiểu A) Khi độ không đảm bảo chuẩn của đại lượng đầu vào không

đánh giá được bằng sự phân tích các kết quả đo của một số lần quan trắc lặp thì độ không

đảm bảo chuẩn u(x¡) được đánh giá bằng cách ấn định một phân bố xác suất ưu tiên dựa

trên sự hiểu biết từ: các số liệu đo trước, các quy định kỹ thuật của nhà chế tạo; số liệu cho tron giấy chứng nhận hiệu chuẩn; các số liệu tra cứu; kinh nghiệm hoặc kiến thức chung về

phương tiện đo và liên quan Độ không đảm bảo được đánh giá theo cách này được gọi là

độ không đảm bảo chuẩn loại B

7.5.4 Sai số cộng tính, sai số nhân tính

Xét theo quan hệ AX và X, ta có thể chia sai số tuyệt đối AX thành 2 thành phần

AX,: Sai số cộng tính (additif) là sai số ma giá trị của nó không phụ thuộc vảo đại

lượng đo X

AXm: Sai số cộng tính (multiphicatif) là sai số mà giá trị của nó tỷ lệ với X

Ta có thể biểu diễn sai số tuyệt đối cuả một thiết bị đo ở hình 7.12

190

Sai số cộng tính AX: là một đường thẳng nằm ngang Sai số nhân tính AXm tỷ lệ với X

là 1 đường thẳng có góc nghiêng là Yn = AX

AX: Là tổng của 2 đường AXạ và AXu

Sai số tuyệt đối AX là tổng của 2 đường I và II (hình 7.12a)

AX AX

Ill

Xa

Hinh 7.12 Sai số cộng tính và nhân tính: a Sai số tuyệt đối; b Sai sé tong déi

Sai số tương đối cộng tính và nhân tính của thiết bị đo cho ở hình 7.12 b) trong ấy

Yu = Ate không thay đổi theo X biểu diễn bằng đường nim ngang I, trong khi dé

Và y% = y,, % of reading + y,% fullscale

7.6 Đặc tính động cúa thiết bị đo

Các sai số xét ở trên đều xét trong điều kiện X không biến đổi theo thời gian và các sai

số xét trong điều kiện ấy đều là sai số tĩnh

Nếu đại lượng đo biến thiên theo thời gian X() thì phương trình cơ bản của thiết bị đo

trở thành

Y(t) = K(t) X(t)

Đây là một phương trình vi phân

Viết dưới dạng toán tử ta có: Y(p) = K(p) X(p)

Y(p) là ánh Laplace của đại lượng ra Y (t)

191

X(p) là ánh Laplace của đại lượng vào X (t)

Kp) là hàm truyền đạt, đó là toán tử đặc trưng cho đặc tính động của thiết bị đo

Phương trình đặc tính của K(p) cho phép khảo sát đánh giá đặc tính động của thiết bị đo;

Kíp) cũng thay đổi theo đạng tín hiệu vào thiết bị đo

A Đặc tính xung của thiết bị đo

Nếu tín hiệu vào có dang xung nhọn X(t) = X.Š(t - +)

ô hàm Dirac đặc trưng cho dạng

xung nhọn xuất hiện ở thời điểm t = t

Kíp) được gọi là đặc tính xung

của thiết bị đo

Tuy theo K(p) ma dap ứng xung

của Y( có thé không giao động (đường

là xung bước nhảy tức là bằng zerô ở trước, /

chuyển trạng thái từ 0 sang | tai thoi điểm yt

t=t

Hình 7.14 Dac tính quá độ của thiết bị đo

K(p) đặc trưng cho đặc tính quá độ

Tuỳ theo nghiệm của hàm đặc tính đó, mà Y(t) có thẻ tiền đến Y¿a a¡m không giao động

(đường I) hay giao động tắt dần (đường II)

Yêu cầu thời gian ổn định càng ngắn càng tốt

€ Đặc tính tần của thiết bị đo

Nếu tín hiệu vào là một giao dong X; = Xm.sinot (hay X= Xmel

K(p) = K (ja) đặc trưng cho đặc tính tần của thiết bị đo

Kđø) là một số phức cho nên có thé phân ra module và pha, A(@) là đặc tính biên độ tần số 0(œ) là đặc tính pha tần số Hình 7.15 vẽ các đường đặc trưng biên tần và pha tàn của thiết bị đo và có thể đánh giá đặc tính động của thiết bị đo thông qua sai số tần số Sai

số tần số được xác định thông qua sai số biên tần và sai số pha tần

Sai số biên tần:

192

_ A(o)-A(0) le)

Ya = A(0)

Ya, : Sai sô biên tân ø

A(o) Đặc tính biên tần của thiết bị đo _ ø

A(0) Đặc tính biên tần của thiết bị đo te

có đặc tính tần rất cao không phụ thuộc vào

6(œ): Đặc tính pha tân của thiết bị

6(0): Đặc tính pha tần của thiết bị lý Hình 7.15 — Đặc trưng A(o) và (o)

tưởng không phụ thuộc tân sô

D Thời gian ấo

Thời gian do cia TBD là thời gian tính từ lúc đặt đại lượng đo vào thiết bị cho đến khi thiết bị ồn định để lấy ra kết quả đo

Đối với thiết bị đo số thời gian đo là thời gian biến đổi của bộ biến đổi tương tự -

số (Tha) Trong các thiết bị đo số, thời gian lấy mẫu (Tim) phải lớn hơn thời gian biến đổi

nay Tim > Toa

Thời gian lấy mẫu của thiết bị cũng chính là thời gian rời rạc tín hiệu đo lường (Tp)

Do rời rạc hoá tín hiệu đo lường cho nên kết quả đo sẽ có một sai số gọi là sai số rời rạc

†„: Sai số do rời rạc hoá tín hiệu

T„: Thời gian hay chu kỳ rời rặc hoá

2m: Gia tốc cực đại của tín hiệu đo: g = ae

{

Xm: Giá trị cực đại của tín hiệu đo

Ví dụ: Muốn đo một đại lượng hình sin với sai số rời rạc hoá 0,1%, chu kỳ lấy mẫu sẽ

là:

193

E Khả năng thông tin của thiết bị đo

Đối với bộ biến đổi tương tự - số, lượng thông tin của một phép đo không sai: là số bit của ADC sử dụng Chu kỳ biến đổi của ADC là Ta Khả năng thông tin của ADC được tính như sau:

Lượng thông tin của một lần đo: I = n bit

Trong một giây tiền hành được _ lần đo

m

Khả năng thông tin của một ADC hay một thiết bị đo số:

C= La tinh bang bit/s hay baud

Ví dụ: - ADC 700 của hãng Burr Brown có lượng thông tin một lần biến đổi là 16bit,

C = 300 Mega baud hay 300 Megabit/s

1.6.2 Sai số cơ bản và sai số phụ thêm của thiết bị đo

Nếu xét về điều kiện kỹ thuật, hay môi trường trong đó thiết bị đo hoạt động, ta có sai

số cơ bản và sai số phụ thêm

dụng cụ đo chỉ phụ thuộc vào quan hệ giữa X và Y ta có sai số là sai số cơ bản

Sai số cơ bản của thiết bị đo là sai số của thiết bị đo được xác định trong các điều kiện

tiêu chuẩn

Vĩ dụ: Sai số cơ bản của thiết bị đo là sai số xác định trong điều kiện nhiệt độ 20°C, áp

suất 760mmHg, từ trường ngoài tác động không có, không bị tác động, gia tốc, va đập v.V

Điều kiện kỹ thuật lúc đó là điều kiện tiêu chuẩn

B Sai số phụ do yếu tố ảnh lưưởng

Ngoài sai số cơ bản, người ta còn phải xác định các sai số phụ do ảnh hưởng yếu tố

xung quanh

Theo phương trình cơ bản của thiết bị đo, sai số phụ được xác định

Biến thiên đầu ra do yếu tố ảnh hưởng A, được tính

Ka os panty ⁄ LẤ ân chIÁt bị

K : Nêu lên tính chông nhiễu của thiệt bị đo

x

- Nhiễu cộng tính: Trong trường hợp nhiễu không phụ thuộc vào X Ta có thể quy về

nhiễu ở đầu vào e, = ay, = = A

Nhiéu này có tính cộng tính

Thông thường, nhiễu cộng tính trong các thiết bị đo là các loại nhiễu sau:

+ Nhiệt nhiễu: Do các chuyển động nhiệt trong các phân tử thụ động của các mạch điện tử như điện trở R, điện dung v.v

195

Nhiệt nhiễu thay đổi theo căn bạc hai của tần số tín hiệu

Ví dụ: Nhiệt nhiễu của OPA2130 là 16nV/VHz , OPA232 la 8nV /VHz

+ Trôi điểm công tác, hay trôi điểm zero

Khi đầu vào ngắn mạch với đất, đầu ra không chỉ zero và giá trị của nó thay đổi từ từ

Ta gọi là lệch hoặc trôi điểm công tác

Điện áp lệch hay trôi này thường được quy về điện áp đầu vào

Ví dụ: Điện áp trôi của OPA2130 là 10uV /C

Điện áp trôi của OPA2134 là 2uV /°C

+ Lệch điểm làm việc hay điểm zero

Đầu vào ngắn mạch với đất, đầu ra chỉ một giá trị, giá trị lệch zero giá trị lệch này quy

về đầu vào được gọi là lệch zerô đầu vào (offset)

Vi du: Đối với OPA2130 offset là ImV ở 25°C

Đối với OPA2134 offset là 0,1mV 6 25°C

Thông thường người ta phải bố trí mạch bù offset nếu sai số do offset vượt qua sai số

yêu cầu

+ Dòng điện lệch đầu vào

Khi nối đầu vào với đất, do sự không cân bằng của mạch điện tử trong linh kiện, có

một dòng điện lệch chảy trong mạch đầu vào, ta gọi là dòng lệch đầu vào Dòng này cũng được coi là dòng nhiễu và gây ra sai số

Ví dụ: Đối với OPA2130 dòng lệch đầu vào max là 20pA ở 25%C

Đối với OPA2132 dòng lệch đầu vào max là 50pA 6 25°C

Trong các nhiễu cộng tính nói trên, nhiễu lệch áp và dòng là có thể tìm biện pháp bù

được đến một mức nhất định, trôi điểm công tác không thể bù được, nhưng có thể xử lý ở

phần xử lý kết quả đo, bằng các biện pháp thích hợp

- Sau khi đã bù các sai số do nhiễu gây ra, ta có thể tính nhiễu cộng tính tổng hợp như

ea eo ter te: + (7.29)

sau:

e¡: Nhiễu tổng hợp

€,: Nhiéu do yéu tố A

ey: Nhiễu đo yếu tố B

(Các nhiễu này độc lập với nhau, không có tương quan)

196

- Nhiễu điện từ: Đối với dụng cụ đo, nhiễu điện từ là nhiễu do cảm ứng điện từ gây ra bởi điện trường và từ trường tác động vào đầu vào TBĐ thiết bị đo

Nhiễu điện từ lên dụng cụ đo rất phức tạp và khó tính toán, đặc biệt khi cần tăng độ

nhạy của thiết bị đo lên ngang với nhiễu

Để giảm thiểu ảnh hưởng nhiễu điện từ đo người ta phải chống hiện tượng cảm ứng hay can nhiễu bằng các màn chắn tĩnh điện (dây bọc kim) và màn chắn từ (hộp bọc bằng

vật liệu sắt từ)

+ Chống các hiện tượng phản xạ sóng trong các dây dẫn bằng phương pháp phối hợp trở kháng

+ Chống nhiễu đồng pha bằng các mạch vi sai đầu vào

+ Nói đất hợp lý để chống điện áp gây ra bởi dòng cân bằng và can nhiễu đó bởi dòng

không cân bằng hay đòng đất gây ra

+ Sử dụng các phương tiện truyền thông tin và tín hiệu không bị nhiễu và không gây

+: Sai số nhiễu dưới tác động của yếu tố A

Vi du: Khi nhiệt độ thay đổi, hệ số khuếch đại (quyết định bởi lưới điện trở) thay đổi

theo nhiệt độ và sai số do nó tạo ra có tính nhân tính

Sai số y có thể xử lý bằng nhiều cách, ngày nay chủ yếu là dùng phương pháp

logomet (tỷ số kế), hay so sánh không đồng thời

7.7 Phản tác dụng

Một đặc tính kỹ thuật nữa đối với thiết bị đo là phản tác dụng của TBĐ lên đến đối

tượng đo lường, nói cách khác là TBĐ làm thay đổi đại lượng đo Người ta cũng còn gọi là

sai số phương pháp

s ee ad +k a in AUR RR RT ae

Ví dụ: Một cảm biên galvanic cho ra sức điện động E = Eọ - SH [C] „ với điện trở

trong của cảm biến là 1080

197

Điện áp trên milivolmet dùng để đo sức điện động đó sẽ là:

E,Uy Rig tRy

Uy=

trợ

E;: Sức điện động galvanic

Rựy: Điện trở trong của cảm biến

Ry: Điện trở của milivolmet đo lường

Sai số phụ do điện trở vào của milivolmet Ry hay sai số phương pháp được tính:

gost te ;-—Rv —_

Các sai số do yếu tố ảnh hưởng và sai số phương pháp đều là các sai số có hệ thống

mà người ta có thể tìm nguyên nhân để tìm cách loại trừ

Đối với các thiết bị đo số théng minh, sai số hệ thống có thể được bù bằng các biện

pháp khắc độ khác nhau

7.8 CẤp chính xác thiết bị đo và tiêu chuẩn

Thiết bị đo được dùng vào việc đảm bảo chất lượng các sản phẩm, do đó nó có tính

pháp nhân

Căn cứ vào các đặc tính của thiết bị đo người ta xếp chúng vào các cấp khác nhau và

xây dựng các tiêu chuẩn tương ứng

7.8.1 Cấp chính xác của thiết bị đo

Tuỳ theo tính chất của thiết bị đo, cấp chính xác của chúng được quy định theo nhiều

cách khác nhau Sau đây là các cách thẻ hiện của cấp chính xác thiết bị đo

a) Đối với các thiết bị đo mà tính chính xác được thể hiện bằng sai số tuyệt đối của nó,

người ta phân các thiết bị đo thành các cấp 0, cấp 1, cấp 2, cấp 3,

Ví dụ: Pin mẫu cấp 0 là pin mẫu quốc gia được xác định theo trình độ quốc gia đó

Pin mẫu cấp 1 là pin mẫu dùng ở các phòng thí nghiệm quốc gia, sai số tuyệt đối của

nó không vượt quá S0ItV trong | nam

Pin mẫu cấp 2 sai số tuyệt đối hay dao động điện áp so với pin mẫu cấp 0 không vượt quá 100I:V trong 1 nam

Pin mẫu cp 3 1a pin mau céng tac, dao déng dién 4p khéng qua 300pV trong mét

năm

Các can mẫu, các calib: Trong cơ khí các can mẫu, calib cũng được phân theo cấp như

vậy

198

b) Đối với thiết bị đo mà sai số chủ yếu là sai số cộng tính

Cấp chính xác của thiết bị đo được sắp xếp theo sai số tương đối quy đổi của chúng tính theo %

Ví dụ: Các dụng cụ cơ điện; sai số chủ yếu là do ma sát giữa trục và trụ của cơ cấu đo;

sai số có tính cộng tính Cấp chính xác của loại dụng cụ cơ điện được sắp xếp theo sai số tương đối quy đổi

Ở nước ta, các dụng cụ đo cơ điện được chia lam 8 cấp chính xác: 0,05, 0,1; 0,2; 0,5; 1;1,5:2:725::4:

Ví dụ: Dụng cụ đo cấp 1 có sai số tương đối quy đổi tính theo % không vượt quá 1%

Ký hiệu KI 2,5 hay class 2,5 hay đơn giản hơn là 2,5 ghi bên trái của mặt dụng cụ sau

ký hiệu về nguyên lí làm việc của dụng cụ

Vi dụ: (1 có nghĩa là thiết bị thuộc loại cơ cấu từ điện, cấp chính xác là 1 ma cha

yếu là sai số cộng tính

c) Đối với thiết bị đo mà trong ấy sai số nhân tính trội hơn sai số cộng tính Sai số

AX tương đối khi dùng thiết bị đo được tính: B=—-=y„› Ym không phụ thuộc vào X Cấp x Im chính xác của thiết bị đo này được định nghĩa là giá trị % của Ym

Ký hiệu cấp chính xác của loại này được ghi là con số phan trăm của Tạ ở trong vòng uòn nằm ở phía bên trái thang chia độ sau ký hiệu về nguyên lý hoạt động của dụng cụ

V7 dụ: ® có nghĩa là thiết bị đo có sai số nhân tính không vượt quá 1% Sai số chủ yếu

là nhân tính (như trong các thiết bị đo điện tử)

d, Đối với thiết bị đo mà sai số cộng tính và nhân tính cùng cỡ như nhau; thì sai số cơ

bản gồm 2 thành phan: Sai số tương đối cộng tính phụ thuộc vào giá trị X và sai số nhân

tính không phụ thuộc vào giá trị đo

Sai số tương đối khi sử dụng thiết bị đo ấy được viết dưới dạng

Vĩ dụ: 0,5 có nghĩa là sai số tương đối quy đổi là 0,5% quy về thang đo đầu ra

7.8.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật

Những vấn đề nói trên chỉ là những chỉ tiêu chủ yếu để phân chia cấp chính xác của

dụng cụ đo

Khi nói đến cấp chính xác một TBĐ, tức là nói đến các tiêu chuẩn mà thiết bị đo phải

đạt Nhiều tổ chức quốc tế và quốc gia đã xây dựng các tiêu chuẩn của thiết bị đo như là

tiêu chuẩn các sản phẩm

Nội dung của tiêu chuẩn một thiết bị đo được xây dựng như sau:

A Các định nghĩa và các khái niệm được sử dụng trong tiêu chuẩn

- Phạm vi ứng dụng của tiêu chuẩn, các tiêu chuẩn tham khảo để xây dựng tiêu chuẩn

Định nghĩa các đại lượng trong dụng cụ đo

Định nghĩa các yếu tố ảnh hưởng

Định nghĩa các thử nghiệm

B Các yêu cầu về kÿ thuật đối với thiết bị đo đạt tiêu chuẩn

Ap tiéu chuan

Dòng tiêu chuẩn

, - Các yêu cầu về kết cấu cơ khí, an toàn, chống nhiễu

- Các yêu cầu đối với kết câu đầu ra, các đấu nối dây

-V.V

€ Các yêu cầu về môi trường

- _ Các yêu cầu về khí hậu

- Công suất tiêu thụ

- _ Các phần tử phát nóng

-_ Yêu cầu về tương thích điện từ (EMC)

- VW

D Cac yéu cau về chính xác

- Các vấn đề về khoảng đo, độ nhạy

- _ Điều kiện thử nghiệm

-_ Thử nghiệm điền hình tức trọng điều kiện chuẩn

- Thử nghiệm cơ khí

201

- Thir nghiém va dap, rung

3.2 Định nghĩa các phần tử chức năng của công tơ

3.3.Định nghĩa các phần tử có khí của công tơ

3.4.Định nghĩa các cách điện của công tơ

3.5.Định nghĩa về các đại lượng của công tơ

3.6 Định nghĩa về các đại lượng gây ảnh hưởng

3.7.Định nghĩa về các thử nghiệm

4 Các yêu cầu kỹ thuật phải đạt

4.1 Yêu cầu về điện tiêu chuẩn (điện áp vào, dòng điện vào)

4.2 Yêu cầu về cơ

4.3.Điều kiện về khí hậu

4.4.Điều kiện về điện (biến động về điện)

4.5.Tương thích điện tử (EMC)

4.6 Yêu cầu về chính xác: Các sai số cơ bản và sai số phụ

5 Thử nghiệm và các điều kiện thử nghiệm

5.1.Thủ tục thử nghiệm chung

5.2.Thử nghiệm về điều kiện cơ

5.3.Thử nghiệm về các ảnh hưởng của khí hậu

5.4.Thử nghiệm về các điều kiện về điện

5.5 Thử nghiệm tương thích điện từ

5.6 Thử nghiệm về độ chính xác (các sai số).

Phụ lục D: Chương trình thử nghiệm (có tính khuyến cáo)

Sau đây là một mẫu các thử nghiệm phải thực hiện

11 Thử nghiệm điện áp xung : 5.4.6.2

12 Thử nghiệm điện áp xoay chiều 5.4.6.3

Các cơ quan tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế đã đưa ra hàng ngàn tiêu chuẩn, thuộc mọi

lĩnh vực Tiêu chuẩn quốc tế thường do ISO xây dựng được thông qua hội đồng duyệt gồm

những chuyên gia đầu ngành thuộc các lĩnh vực

Tuy nhiên tiêu chuẩn ISO vẫn là tiêu chuẩn khuyến nghị, còn đối với Việt Nam

TCVN có tính pháp lý

Các tiêu chuẩn tạo thuận lợi cho việc ký kết các hợp đồng Khi tuyên bố tiêu chuẩn, có nghĩa, các là bên hợp đồng phải theo mọi quy định ghi trong tiêu chuẩn

Ví dụ: Công tơ chế tạo phải theo TCVN 6571, có nghĩa là đã cam kết với nhau theo

mọi điều kiện ghi trong tiêu chuẩn và cơ quan TCVN sẽ được mời làm trọng tài cho mọi

việc thực thi tiêu chuẩn trên

Khi thiết kế, chế tạo thiết bị đo, nhất thiết phải nghiên cứu các tiêu chuẩn và thực hiện

đúng mọi điều ghi trong bản tiêu chuẩn đó

7.9 Nâng cao đặc tính kỹ thuật của phương tiện đo lường

Trong TBĐ, các đặc tính kỹ thuật hầu như tập trung phụ thuộc vào hệ số biến đổi K và

sai số của TBĐ

7.9.1 Phương hướng chung

Phương hướng cơ bản để nâng cao tính chính xác một thiết bị đo thường tiến hành theo 3 hướng

- Giảm thiểu sai số thiết bị: Để giảm thiểu sai số thiết bị, phải phần đấu giảm sai số

của linh kiện, tập trung vào vật liệu, công nghệ và kiểm tra chất lượng

Với công nghệ vi điện tử, vi gia công hiện nay, người ta đã tạo ra được những vi hệ thống thông minh tích hợp trên một IC Vì vậy việc có thông tin và chọn lựa các IC, các vi

hệ thống thích hợp là một hướng cơ bản để nâng cao đặc tính kỹ thuật của TBĐ

- Giảm thiểu sai số phương pháp bằng cách sử dụng các phương pháp đo hữu hiệu

thích hợp, áp dụng các phép gia công thông minh :

- Tăng cường thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng TBĐ, rút ra các quy luật để hiệu chỉnh, loại trừ hay giảm thiểu sai số mà không cần động đến phần cứng của thiết bị

203

7.9.2 On định hệ số K của thiết bị

A Giảm sai sỗ ngẫu nhiên

Như đã nói ở trên, trong một thiết bị đo, hệ số biến đổi K, rất quan trọng Sự biến đổi

cua K, la (=) thể hiện tinh lặp lại, tinh ổn định, tính tin cậy của TBĐ Quy luật của

x

'

K, thường không để tìm ra nguyên nhân (có tính ngẫu nhiên) vì vậy nó được xác định

thông qua sai số ngẫu nhiên của TBĐ