Giới thiệu chung đo lường CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG Định nghóa Đo lường trình đánh giá, định lượng đại lượng cần đo để so sánh với đại lượng chọn làm đại lượng chuẩn nhằm thuận tiện cho việc đánh giá điều khiển Mục đích yêu cầu Mục đích: Để xác định giá trị đại lượng cần đo Xem giá trị đo có với yêu cầu hay không để có điều chỉnh xác Yêu cầu: Cần đạt đến độ xác cao, tùy thuộc vào đối tượng, ví dụ đo lường cho công nghiệp cần đồng hồ đo loại công nghiệp, cho mục đích nghiên cứu cần đồng hồ đo xác Các đại lượng đo lường Trong lónh vực đo lường, dựa tính chất đại lượng đo, phân hai lọai Đại lượng điện, I,V, R, L, C, P, … Đại lượng không điện (non electrical) đại lượng vật lý, hóa học, sinh học, y học,… không mang đặc trưng đại lượng điện, nhiệt độ, độ ẩm, lực, moment, ứng suất, … Phân loại cách thức thực phép đo Để đo lường phải sử dụng thiết bị đo, dụng cụ thiết bị giúp cho việc định tính định lượng cho đại lượng cần đo gọi thiết bị đo Tùy theo cách biến đổi tín hiệu thị, dụng cụ đo chia thành dụng cụ đo tương tự (Analog) dụng cụ đo thị số (Digital) - Dụng cụ đo tương tự dụng cụ đo mà kết đo hàm liên tục trình thay đổi đại lượng đo Các dụng cụ loại loại dụng cụ đo thị kim dụng cụ đo có cấu tự ghi - Dụng cụ đo số dụng cụ đo mà kết đo thể số a) b) c) Hình 1.1: a) Dụng cụ đo thị kim, b) Dụng cụ đo có cấu tự ghi, c) Dụng cụ đo thể số Để thực phép đo người ta sử dụng nhiều cách khác nhau, ta phân biệt cách sau đây: Giới thiệu chung đo lường a- Đo trực tiếp: cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phép đo Cách đo cho kết Dụng cụ đo sử dụng thường tương ứng với đại lượng đo Ví dụ: đo điện áp dùng voltmeter chẳng hạn mặt voltmeter khắc độ sẵn vôn Thực tế đa số phép đo sử dụng cách đo trực tiếp b- Đo gián tiếp: cách đo mà kết suy từ phối hợp kết nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp Ví dụ: Để đo điện trở ta sử dụng định luật ohm R = U/I Ta cần đo điện áp dòng điện cách đo trực tiếp sau tính điện trở Cách đo gián tiếp thường mắc phải sai số lớn, tổng sai số phép đo trực tiếp c- Đo thống kê: Để đảm bảo độ xác phép đo nhiều người ta phải sử dụng cách đo thống kê Tức phải đo nhiều lần sau lấy giá trị trung bình Cách đo đặc biệt hữu hiệu tín hiệu đo ngẫu nhiên kiểm tra độ xác dụng cụ đo Đơn vị đo Đơn vị đo giá trị đơn vị tiêu chuẩn đại lượng đo quốc tế quy định mà quốc gia phải tuân thủ Trên giới người ta đặt đơn vị tiêu chuẩn như: (tham khảo thêm phần tài liệu giáo viên gởi kèm) Các đại lượng Điện lượng Dòng điện Điện áp Điện dung Điện cảm Điện trở Công suất tác dụng Công suất phản kháng Công suất biểu kiến Năng lượng Thời gian Tốc độ Gia tốc Năng lượng công Tên đơn vị Culông Ampe Vôn Fara Henry Ôm Watt Vôn Ampe r Vôn Ampe Watt giây Giây Mét giây Mét giây bình phương Jun Kí hieäu C A V F H Ω W VAr VA W.s s m/s m/s2 J 1MW = 1.000KW = 1.000.000W hay ghi caùch khaùc 1MW = 103KW = 106W 1W = 1.000mW = 1.000.000µW hay ghi cách khác 1W = 103mW = 106µW 1µW = 0.001mW = 0.000001W hay ghi cách khác 1µW = 10-3mW = 10-6W 1W = 0.001KW = 0.000001 MW hay ghi caùch khaùc 1W = 10-3KW = 10-6MW Giới thiệu chung đo lường Các sai số Bất loại đồng hồ dù chế tạo xác đến đâu có sai số Sai số giá trị chênh lệch giá trị thực giá trị đo Sai số gồm có hai loại: a Sai số bản: sai số vốn có dụng cụ đo trình chế tạo dụng cụ đo định, ví dụ ma sát ổ trục, khắc vạch mặt dụng cụ đo không xác,… b Sai số phụ: sai số phương pháp đo không xác, điều kiện môi trường đo khác với điều kiện tiêu chuẩn, sai số cá tính, thói quen người thực công việc đo lường gây nên,… Để biểu thị sai số người ta đưa ra: - Sai số tuyệt đối hiệu số giá trị đo – x’ giá trị thực – x (giá trị x giá trị đại lượng cần đo xác định với độ xác cao nhờ dụng cụ đo mẫu chuẩn) ∆x = x − x ' (1.1) - Sai số tương đối phép đo đánh giá phần trăm sai số tuyệt đối giá trị thực: ∆x 100 % (1.2) ∆x % = x - Sai số tương đối định mức hay gọi cấp xác giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải, xác định công thức: ∆x ∆x % đm = 100 % = CCX (1.3) xđm Ở đây: - xđm trị số lớn thang đo - CCX cấp xác Trong điều kiện làm việc tiêu chuẩn (nhiệt độ: (20 ± 5)0C, độ ẩm tương đối: (65 ± 15)%, áp suất khí quyển: (750 ± 30)mmHg) với thao tác đo tốt sai số tương đối định mức chủ yếu sai số gây nên Vì người ta dùng sai số tương đối định mức để biểu thị độ xác đồng hồ Ví dụ: theo tiêu chuẩn việt nam T.C.V.N 1689-T5 có hiệu lực từ 1-1-1977 dụng cụ đo có cấp xác: 0,1; 0.2; 0.5; 1; 1.5; 2.5; Cấp xác ghi mặt dụng cụ đo Ví dụ: Một đồng hồ đo điện áp xoay chiều loại thị kim có giá trị thang đo lớn 500V, cấp xác đồng hồ 2.5 Hãy cho biết kim đồng hồ vạch 480, giá trị khoảng bao nhiêu? Giải: với CCX = 2.5, Xđm = 500V, x’= 480V 2.5× 500 Từ (1.3) ta có ∆x = = 12.5 100 Từ (1.1) ta có ∆x = x − x ' = x − 480 = 12.5 ⇔ x − 480 = ±12.5 ⇔ x = 480 ±12.5 giá trị thực 467.5 (V) ≤ x ≤ 492.5 (V) Giới thiệu chung đo lường Các phận chủ yếu dụng cụ đo Phân loại dụng cụ đo, ký hiệu mặt dụng cụ đo Nói chung tất loại dụng cụ đo thường có hai phận cấu thị mạch đo Mạch đo dùng để biến đổi đại lượng cần đo thành đại lượng điện (điện áp, dòng điện,…) Có trị số phù hợp tác dụng trực tiếp lên cấu thị Cơ cấu thị kiểu kim thị gồm có: phần động phần tónh, làm nhiệm vụ biến đổi điện đưa vào thành tác dụng lên phần động Phần động gắn liền với kim thị, góc quay kim xác định trị số đại lượng đưa vào cấu thị Căn vào nguyên lý làm việc người ta phân thành loại cấu thị kiểu kim - Cơ cấu thị kiểu từ điện, ký hiệu: - Cơ cấu thị kiểu điện từ, ký hiệu: - Cơ cấu thị kiểu điện động, ký hiệu: - Cơ cấu thị kiểu cảm ứng, ký hiệu: - Cơ cấu thị kiểu tónh điện, ký hiệu: Trên sở cấu này, số dụng cụ đo cấu thị thêm số chi tiết khác để mở rộng khả sử dụng, lúc ký hiệu phải ghi thêm ký hiệu phụ khác Ví dụ: - Cơ cấu thị kiểu từ điện có chỉnh lưu, ký hiệu: - Cơ cấu thị kiểu sắt điện động, ký hiệu: - Cơ cấu thị kiểu từ nhiệt điện, ký hiệu: - Tỷ số mét (logomét) kiểu từ điện, ký hiệu: - Tỷ số mét (logomét) kiểu điện từ, ký hiệu: - Tỷ số mét điện động, ký hiệu: - Tỷ số mét cảm ứng, ký hiệu: Ngoài mặt dụng cụ đo ghi đại lượng đo: ampe kế (ampe mét) ký hiệu A, vôn kế – V, wát kế – W, ôm kế – Ω, công tơ – Wh, hệ số công suất – cosφ, loại dòng điện mà dụng cụ sử dụng: dòng điện chiều ký hiệu , xoay chiều , chiều xoay chiều , xoay chiều ba pha Giới thiệu chung đo lường Các ký hiệu cách đặt dụng cụ: - Đặt thẳng đứng, ký hiệu: ↑ ┴ - Đặt nằm ngang, ký hiệu:→ - Đặt nghiêng góc φ, ký hiệu: Các ký hiệu thử cách điện dụng cụ: ví dụ dụng cụ thử cách điện điện áp 2kv ký hiệu: 2kv Ký hiệu cấp xác dụng cụ: 0,1; 0.2; 0.5; 1; 1.5; 2.5; Ví dụ mặt dụng cụ đo ghi: 1,5 ┴ Có nghóa dụng cụ đo có cấp xác 1,5 với cấu thị kiểu từ điện, đặt thẳng đứng điện áp thử cách điện 2kv Độ tác động nhanh Độ tác nhanh hay gọi thời gian thị thời gian ngắn để dụng cụ đo xác lập kết đo bề mặt thị Đối với dụng cụ đo tương tự thời gian khoảng giây, dụng cụ hiển thị số thời gian khoảng giây Độ nhạy Độ nhạy dụng cụ đo tính bằng: Y với Y đại lượng ra, X đại lượng vào S= X Nếu dụng cụ đo có nhiều khâu biến đổi bên độ nhạy chung dụng cụ đo tích số độ nhạy thành phần: S = S1 S2 S3 S4 S5 ….Sn ... J 1MW = 1. 000KW = 1. 000.000W hay ghi caùch khaùc 1MW = 10 3KW = 10 6W 1W = 1. 000mW = 1. 000.000µW hay ghi cách khác 1W = 10 3mW = 10 6µW 1? ?W = 0.001mW = 0.000001W hay ghi cách khác 1? ?W = 10 -3mW = 10 -6W... CCX = 2.5, Xđm = 500V, x’= 480V 2.5× 500 Từ (1. 3) ta có ∆x = = 12 .5 10 0 Từ (1. 1) ta có ∆x = x − x ' = x − 480 = 12 .5 ⇔ x − 480 = ? ?12 .5 ⇔ x = 480 ? ?12 .5 giá trị thực 467.5 (V) ≤ x ≤ 492.5 (V) Giới... thị độ xác đồng hồ Ví dụ: theo tiêu chuẩn việt nam T.C.V.N 16 89-T5 có hiệu lực từ 1- 1 -19 77 dụng cụ đo có cấp xác: 0 ,1; 0.2; 0.5; 1; 1. 5; 2.5; Cấp xác ghi mặt dụng cụ đo Ví dụ: Một đồng hồ đo