BÀI GIẢNG kỹ THUẬT đo LƯỜNG chương 1 các KHÁI NIỆM cơ bản (5t)

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG - Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (5t) $1. Mở đầu • Mục đích của môn học: • Vị trí của ngành đo lường đối với sản xuất và đời sống • Quan điểm cổ điển và hiện đại về đo lường • Sự phát triển của kĩ thuật đo lường trên thế giới • Tương lai của ngành đo lường • Ngành đo lường ở Việt Nam 10/23/15 1 $2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ??? • Con người muốn có thông tin về các sự vật, hiện tượng xung quanh mình • Cần phải có các dụng cụ, phương pháp để cung cấp, ước lượng thông tin về đối tượng cần biết • Hoạt động đó gọi là đo lường. 10/23/15 2 $3. Đo lường và định nghĩa phép đo • Đo lường là quá trình đánh giá, ước lượng đại lượng vật lí để có kết quả bằng số so với đơn vị đo • 3 yếu tố: đánh giá, ước lượng, kết quả bằng số • A=X/X0 : A: kết quả đo, X:đại lượng đo, X0: đơn vị đo Cô này cao 1,6m Cô này cao 8 gang (1 gang=0,2m) Cô này cao 0,0016km 10/23/15 3 $4. Đơn vị đo • CÁC LOẠI HỆ ĐO PHỔ DỤNG VÀ ÍT PHỔ DỤNG • Hệ SI (System International) • Hệ CGS (Centimeter Gramme Second) • Hệ Anh (English) • Hệ MKS (Meter Kilogram Second) • Hệ MKSA (Meter Kilogram Second Ampere) • Hệ Á Đông (thước, tấc, yến, tạ, sào, mẫu…) • Hệ phi tổ chức (gang tay, sào đứng, bước chân…) • Nói chung trong kĩ thuật ta dùng hệ SI để thống nhất các qui định về đơn vị đo khi đánh giá kết quả cũng như chỉnh định các thông số trong dụng cụ đo. 10/23/15 4 $5. Các đặc trưng của kĩ thuật đo • Đại lượng đo: tiền định và ngẫu nhiên; tương tự, rời rạc và số; năng lượng, thông số, phụ thuộc thời gian; điện và không điện • Điều kiện đo • Đơn vị đo • Thiết bị đo và phương pháp đo • Người quan sát • Kết quả đo • Đặc tính tĩnh dụng cụ đo(đặc tính tần số, quĩ đạo pha) • Đặc tính động dụng cụ đo(hàm quá độ, hàm trọng lượng) 10/23/15 5 $6. Phân loại phương pháp đo • Đo trực tiếp : kết quả có chỉ sau một lần đo • Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một số phép đo trực tiếp • Đo hợp bộ: như gián tiếp nhưng phải giả một phương trình hay một hệ phương trình mới có kết quả • Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình mới có kết quả R(t ) = R0 (1 + at + bt 2 ) ( t = t1 => R (t1 ) = R0 1 + at1 + bt1 ( t = t => R (t ) = R (1 + at ) 2 t = t 2 => R(t 2 ) = R0 1 + at 2 + bt 2 3 3 0 3 + bt3 ) ) 2 2 n n ∑ Xi A = i=1 ; n n A= ∏ Xi i =1 n n ; A= 2 X ∑ i i =1 n ==> R0 = ?; a = ?; b = ? 10/23/15 6 $7 Phương pháp đo cơ bản X Đối tượng đo Đối tượng đo X Mạch đo E Kết quả đo Mạch đặt mẫu X Mạch đo X’=X Xm ? Kết quả đo Xm Biến đổi tỉ lệ đầu vào • Phương pháp đo biến đổi thẳng • Phương pháp đo kiểu so sánh: E=X - Xm 10/23/15 7 Phương pháp đo kiểu so sánh • So sánh cân bằng: E=0 • So sánh không cân bằng: E0-> X=Xm+E • So sánh đồng thời: chọn bội số tỉ lệ thích hợp • So sánh không đồng thời:Tạo tín hiệu mẫu có cùng đáp ứng 1 inch ≈25,4mm 100 inch = 2547mm ⇒1 inch=25,47mm 10/23/15 Tín hiệu đo Tín hiệu mẫu Dụng cụ đo 8 $8. Mẫu và chuẩn • Mẫu là dụng cụ đo dùng để kiểm tra và chuẩn hoá các dụng cụ đo khác • Chuẩn là các đơn vị đo tiêu chuẩn: chuẩn độ dài, chuẩn thời gian, khối lượng, dòng điện, nhiệt độ, điện áp, điện trở, cường độ ánh sáng, số lượng vật chất (hoá học) • Các dụng cụ đo tạo ra chuẩn được gọi là dụng cụ chuẩn cấp 1, đảm bảo độ chính xác nhất của một quốc gia • Các dụng cụ mẫu có cấp chính xác thấp hơn và thường dùng để kiểm định các dụng cụ đo sản xuất. • Dụng cụ mẫu nói chung đắt tiền và yêu cầu bảo quản, vận hành rất nghiêm ngặt nên chỉ sử dụng khi cần thiết. 10/23/15 9 $9 Hệ thống thông tin đo lường và điều khiển 10/23/15 10 $10 Mã nhận dạng trong đo lường • 1. Mã vạch dùng để nhận dạng các dụng cụ và sản phẩm Hiện nay loại mã này được dùng rất thông dụng, mã vạch được đọc bằng các thiết bị laser 10/23/15 11 10/23/15 12 10/23/15 13 $11: Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đo 1. Cấu trúc chung Thông tin đo X Cảm biến Mạch đo Kết quả ?? 12345678 Hiển thị Lưu trữ Truyền tin Ghép nối Điều khiển In ấn Yếu tố khác Cấu trúc mạch đo có dạng biến đổi thẳng và so sánh (phản hồi) như ở chương 1 Dụng cụ đo hiện nay có 2 loại: - Loại tương tự: điện cơ, cơ khí… - Loại điện tử Điện tử tương tự: dao động kí, V, A điện tử  Điện tử số: hiện nay được dùng phổ biến 10/23/15 14 2. Thiết bị đo biến đổi thẳng Cảm biến khuếch đại Cảm biến khuếch đại Kết quả ADC Kết quả ????????? • • • • • 10/23/15 Loại này có cấu trúc đơn giản Giá thành rẻ Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản và chí phí thấp Không đòi hỏi tay nghề cao Độ chính xác và tin cậy thấp 15 3. Thiết bị đo kiểu so sánh Cảm biến !!! Cảm biến X Xz X Xz • • • • 10/23/15 E khuếch đại Mẫu Z Kết quả Tỉ lệ E khuếch đại ADC Mẫu Z Kết quả Tỉ lệ -DAC Loại này có cấu trúc phức tạp hơn Hiện nay thường dùng vi xử lí bên trong Độ chính xác cao và giá thành đắt Các loại: so sánh cân bằng, không cân bằng, đồng thời, không đồng thời 16 4. Thiết bị đo kiểu cơ điện • Tín hiệu từ đối tượng đo được cảm biến thu nhận, đưa vào mạch đo, biến đổi tỉ lệ và hiển thị ra kết quả. cảm biến ở đây không nhất thiết phải thể hiện rõ ràng. Mạch đo thường là mạch biến đổi điện-cơ, mạch kết quả là chỉ thị kim trên mặt khắc độ. • Loại này có cấu tạo đơn giản • Giá thành rất rẻ • Độ chính xác thấp • Đo để biết hệ đang hoạt động • Chịu đựng tác động cơ học kém • Chóng hư hỏng • khả năng hiệu chỉnh nhỏ • Độ nhạy thấp 10/23/15 17 5. Thiết bị đo kiểu điện tử • Tín hiệu đo đưa vào cảm biến, được chuyển thành tín hiệu điện • Tín hiệu điện được mạch đo khuếch đại và biến đổi rồi đưa đến bộ ADC • Mạch ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số rồi đưa vào mạch xử lí • Mạch xử lí tín hiệu số sẽ thực hiện các phép tính để biến đổi theo thuật toán đo phù hợp để đưa đến mạch kết quả • Mạch kết quả sẽ thực hiện các chức năng cuối cùng: hiển thị số, truyền tin, lưu trữ… • Với loại không dùng ADC thì tín hiệu đo sau khi được khuếch đại sẽ được bù nhiễu và các thông số phụ sau sau đó đưa đến mạch kết quả để hiển thị. • Loại này có giá thành cao, vận hành phức tạp, độ chính xác cao, tuổi thọ cao và chịu đựng môi trường tốt hơn, tính năng hiện đại ưu việt hơn. 10/23/15 18 [...]... $10 Mã nhận dạng trong đo lường • 1 Mã vạch dùng để nhận dạng các dụng cụ và sản phẩm Hiện nay loại mã này được dùng rất thông dụng, mã vạch được đọc bằng các thiết bị laser 10 /23 /15 11 10 /23 /15 12 10 /23 /15 13 $11 : Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đo 1 Cấu trúc chung Thông tin đo X Cảm biến Mạch đo Kết quả ?? 12 345678 Hiển thị Lưu trữ Truyền tin Ghép nối Điều khiển In ấn Yếu tố khác Cấu trúc mạch đo có... có dạng biến đổi thẳng và so sánh (phản hồi) như ở chương 1 Dụng cụ đo hiện nay có 2 loại: - Loại tương tự: điện cơ, cơ khí… - Loại điện tử Điện tử tương tự: dao động kí, V, A điện tử  Điện tử số: hiện nay được dùng phổ biến 10 /23 /15 14 2 Thiết bị đo biến đổi thẳng Cảm biến khuếch đại Cảm biến khuếch đại Kết quả ADC Kết quả ????????? • • • • • 10 /23 /15 Loại này có cấu trúc đơn giản Giá thành rẻ Vận... cậy thấp 15 3 Thiết bị đo kiểu so sánh Cảm biến !!! Cảm biến X Xz X Xz • • • • 10 /23 /15 E khuếch đại Mẫu Z Kết quả Tỉ lệ E khuếch đại ADC Mẫu Z Kết quả Tỉ lệ -DAC Loại này có cấu trúc phức tạp hơn Hiện nay thường dùng vi xử lí bên trong Độ chính xác cao và giá thành đắt Các loại: so sánh cân bằng, không cân bằng, đồng thời, không đồng thời 16 4 Thiết bị đo kiểu cơ điện • Tín hiệu từ đối tượng đo được... mạch đo, biến đổi tỉ lệ và hiển thị ra kết quả cảm biến ở đây không nhất thiết phải thể hiện rõ ràng Mạch đo thường là mạch biến đổi điện -cơ, mạch kết quả là chỉ thị kim trên mặt khắc độ • Loại này có cấu tạo đơn giản • Giá thành rất rẻ • Độ chính xác thấp • Đo để biết hệ đang hoạt động • Chịu đựng tác động cơ học kém • Chóng hư hỏng • khả năng hiệu chỉnh nhỏ • Độ nhạy thấp 10 /23 /15 17 5 Thiết bị đo. .. đo kiểu điện tử • Tín hiệu đo đưa vào cảm biến, được chuyển thành tín hiệu điện • Tín hiệu điện được mạch đo khuếch đại và biến đổi rồi đưa đến bộ ADC • Mạch ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số rồi đưa vào mạch xử lí • Mạch xử lí tín hiệu số sẽ thực hiện các phép tính để biến đổi theo thuật toán đo phù hợp để đưa đến mạch kết quả • Mạch kết quả sẽ thực hiện các chức năng cuối cùng: hiển... hiển thị số, truyền tin, lưu trữ… • Với loại không dùng ADC thì tín hiệu đo sau khi được khuếch đại sẽ được bù nhiễu và các thông số phụ sau sau đó đưa đến mạch kết quả để hiển thị • Loại này có giá thành cao, vận hành phức tạp, độ chính xác cao, tuổi thọ cao và chịu đựng môi trường tốt hơn, tính năng hiện đại ưu việt hơn 10 /23 /15 18 ... thông dụng, mã vạch đọc thiết bị laser 10 /23 /15 11 10 /23 /15 12 10 /23 /15 13 $11 : Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo Cấu trúc chung Thông tin đo X Cảm biến Mạch đo Kết ?? 12 345678 Hiển thị Lưu trữ Truyền tin... ? 10 /23 /15 $7 Phương pháp đo X Đối tượng đo Đối tượng đo X Mạch đo E Kết đo Mạch đặt mẫu X Mạch đo X’=X Xm ? Kết đo Xm Biến đổi tỉ lệ đầu vào • Phương pháp đo biến đổi thẳng • Phương pháp đo. .. cầu bảo quản, vận hành nghiêm ngặt nên sử dụng cần thiết 10 /23 /15 $9 Hệ thống thông tin đo lường điều khiển 10 /23 /15 10 $10 Mã nhận dạng đo lường • Mã vạch dùng để nhận dạng dụng cụ sản phẩm Hiện