BÀI GIẢNG ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH

GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Bài NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢNVỀ ĐO LƯỜNG ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI PHÉP ĐO: 1.1.Đònh nghóa đo lường: Đo lường trình so sánh, đònh lượng đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng chuẩn hóa (đại lượng mẫu đại lượng chuẩn) Như vậy, công việc đo lường nối thiết bò đo vào hệ thống khảo sát quan sát kết đo đại lượng cần thiết Tín hiệu đo : tín hiệu mang thông tin giá trò đại lượng đo lường Đại lượng đo thông số xác đònh trình vật lý tín hiệu đo Trong trình vật lý có nhiều thông số trường hợp cụ thể , ta quan tâm đến thông số cụ thể Đại lượng đo phân thành loại đại lượng đo tiền đònh đại lượng đo ngẫu nhiên Đại lượng đo tiền đònh đại lượng đo biết trước quy luật thay đổi theo thời gian chúng đại lượng đo ngẫu nhiên đại lượng đo mà thay đổi chúng không theo quy luật đònh Thiết bò đo thiết bò kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát Thiết bò đo gồm có : thiết bò mẫu , chuyển đổiđo lường , dụng cụ đo , tổ hợp thiết bò đo lường hệ thống thông tin đo lường 1.2.Phân loại đo lường: Trong kỹ thuật đo lường chia phương pháp đo lường cách tổng quát : Phương pháp đo lường trực tiếp Phương pháp đo lường gián tiếp 1.2.1 Phương pháp đo lường trực tiếp: Với phương pháp đo lường trực tiếp , thiết bò đo lường cho biết kết đo trực tiếp đại lượng đo , mà không thông qua đại lượng đo khác Phương pháp đo lường trực tiếp cho kết nhanh chóng xác , nhiên đại lượng dùng phương pháp đo lường trực tiếp thiết bò cho biết kết đo đại lượng đo đươc Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Thí dụ Trong mạch đo có Volt kế Ampere kế , ta dùng phương pháp đo lường trực tiếp để đo công suất mà phải sử dụng phương pháp đo gián tiếp 1.2.2 Phương pháp đo lường gián tiếp: Trong phương pháp đo lường gián tiếp , đại lượng đo biết kết thông qua đại lượng đo khác , mà thiết bò đo đo đại lượng đo khác phương pháp trực tiếp Như đại lượng cần đo phải có tương quan với đại lượng đo khác Thí dụ : Công suất có tương quan với điện áp dòng điện dùng Volt kế Ampe kế để đo công suất phương pháp gián tiếp Hay muốn đo điện trở phụ tải , ta đo điện áp dòng điện , từ suy điện trở cần đo Trong lónh vực đo lường , đại lượng điện dùng phương pháp đo lường gián tiếp bao gồm phương pháp sau a.Phương pháp đo biến đổi thẳng Là phương pháp đo có cấu trúc kiểu biến đổi thẳng, khơng có khâu phản hồi Q trình đo trình biến đổi thẳng, thiết bị đo gọi thiết bị biến đổi thẳng - Đại lượng cần đo X đưa qua khâu biến đổi biến thành số N X Đơn vị đại lượng đo X0 biến đổi thành N0, sau so sánh đại lượng cần đo với đơn vị qua so sánh (SS) Quá trình thực phép chia NX/N0 - Kết đo thể biểu thức dạng: X =NX/N0*X0 X BĐ X NX A/D SS NX/N0 X N0 tự-số SS so sánh - Trong đó: X0 BĐ biến đổi A/D 0bộ biến đổi tương b.Phương pháp đo kiểu so sánh: - Là sơ đồ có cấu trúc mạch vòng nghĩa có khâu phản hồi X SS Xk ∆X BĐ A/D Nk CT D/A - Trong đó: BĐ biến đổi A/D biến đổi tương tự - số SS so sánh D/A biến đổi số - tương tự CT thị kết Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH - Tín hiệu đo X so sánh với tín hiệu X k tỉ lệ với đại lượng mẫu X Qua so sánh ta có: X – Xk = ∆X - Tùy thuộc vào cách so sánh ta có phương pháp sau: So sánh cân bằng: - Là phép so sánh mà đại lượng cần đo X đại lượng mẫu X k so sánh với cho ∆X = X – Xk = 0, X = Xk = NkX0 ( X0 đơn vị đo) - Như Xk đại lượng thay đổi cho X thay đổi kết X = Xk = NkX0 Phép so sánh trạng thái cân bằng, độ xác phép đo phụ thuộc vào độ xác X k độ nhạy thiết bị thị cân Các dụng cụ đo theo phương pháp so sánh cân cầu đo, điện kế v.v… So sánh không cân bằng: - Nếu Xk đại lượng khơng đổi, lúc ta có: X – Xk = ∆X X = Xk + ∆X - Kết phép đo đánh giá qua ∆X, với X k đại lượng biết trước Phương pháp sử dụng đo đại lượng không điện đo nhiệt độ So sánh không đồng thời: Là phương pháp đo mà giá trị đo X thay đại lượng mẫu X k Các giá trị đo X giá trị mẫu đưa vào thiết bị không thời gian, thông thường giá trị mẫu Xk đưa vào khắc độ trước, sau qua vạch khắc độ để xác định giá trị đại lượng đo Thiết bị đo theo phương pháp thiết bị đánh giá trực tiếp vôn mét, ampe mét kim So sánh đồng thời: Là phương pháp so sánh lúc đại lượng đo X đại lượng mẫu X k Khi X Xk trùng nhau, qua Xk xác định giá trị đại lượng X Những tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo: 2.1.Lý thuyết tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo: Dơng ®Ĩ tiÕn hμnh ®o lờng bao gồm nhiều loại khác cấu tạo, nguyên lý lm việc, công dụng Xét riêng mặt thực phép đo chia dụng cụ đo lờng thnh loại, l: vật ®o vμ ®ång hå ®o VËt ®o lμ biĨu hiƯn cụ thể đơn vị đo, ví dụ nh cân, mét, điện trở tiêu chuẩn Đồng hồ đo: L dụng cụ đủ để tiến hnh đo lờng kèm với vật đo Có nhiều loại đồng hồ đo khác cấu tạo, nguyên lý lμm viƯc Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH nh−ng xÐt vỊ t¸c dơng cđa c¸c bé phËn đồng hồ đồng hồ no gồm phận l phận nhạy cảm, phận thị v phận chuyển đổi trung gian - Bộ phận nhạy cảm : (đồng hồ sơ cấp hay đầu đo) tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp với đối tợng cần đo Trong trờng hợp bôỷ phận nhạy cảm đứng riêng biệt v trực tiếp tiếp xúc với đối tợng cần đo đợc gọi l ®ång hå s¬ cÊp - Bé phËn chun ®ỉi : Lm chuyển tính hiệu phận nhạy cảm phát ®−a vỊ ®ång hå thø cÊp, bé phËn nμy chuyển đổi ton hay phần, giữ nguyên hay thay đổi khuyếch đại - Bộ phận thị đồng hồ : (Đồng hồ thứ cấp) vo tín hiệu phận nhạy cảm cho ngời đo biết kết 2.2.ẹoùc hieồu nhửừng tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo: Các loại đồng hồ đo: Phân loại theo cách nhận đợc lợng bị đo từ đồng hồ thứ cấp + Đồng hồ so sánh: Lm nhiệm vụ so sánh lợng bị đo với vật đo Lợng bị đo đợc tính theo vật đo Ví dụ : cân, điện kế + Đồng hồ thị: Cho biết trị số tức thời lợng bị đo nhờ thang chia độ, thị dòng chữ số - Giới hạn đo dới Amin & Giới hạn đo Amax - Khoảng cách hai vạch gần gọi l mét ®é chia Th−íc chia ®é cã thĨ phÝa, phía, chứa không chứa điểm - Giá trị độ chia: l trị số biến đổi lợng bị đo lm cho kim di chuyển ®é chia, ®é chia cã thĨ ®Ịu hay kh«ng ®Ịu tùy giá trị độ chia hay khác Có thể đọc trực tiếp hay phải nhân thêm hệ số no - Khoảng đo l khoảng chia thang từ giới hạn dới đến giới hạn + Đồng hồ tự ghi: l đồng hồ tự ghi lại giá trị tức thời đại lợng đo giấy dới dạng đờng cong f(t) phụ thuéc vμo thêi gian §ång hå tù ghi cã Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH thĨ ghi liªn tục hay gián đoạn, độ xác đồng hồ thị Loại ny băng có nhiều số + Đồng hồ tích phân: l loại đồng hồ ghi lại tổng số vật chất chuyển qua mét sè thêi gian nμo ®ã nh− ®ång hồ đo lu lợng + Đồng hồ kiểu tín hiệu: loại ny phận thị phát tín hiệu (ánh sáng hay âm thanh) đại lợng đo đạt đến giá trị no đồng hồ có nhiều phận thị Phân loại theo tham số cần đo: + Đồng hồ đo áp suất : áp kế - chân không kế + Đồng hồ đo lu lợng : lu lợng kế + Đồng hồ ®o nhiƯt ®é : nhiƯt kÕ, háa kÕ + §ång hồ đo mức cao : đo mức nhiên liệu, nớc + Đồng hồ đo thnh phần vật chất : bé ph©n tÝch 2.2.1.Sai số cấp xác duùng cuù ủo: Trên thực tế có ®ång hå ®o lý t−ëng cho sè ®o ®óng trÞ số thật tham số cần đo Đó l nguyên tắc đo lờng v kết cấu đồng hồ tuyệt đối hon thiện Gọi giá trị đo đợc l : Ađ Còn giá trị thực l : At - Sai sè tut ®èi : lμ ®é sai lÖch thùc tÕ γ = Ad – At - Sai số tơng đối : = 100% At Trong thùc tÕ ta tÝnh : γ = γ 100% Ad - Sai sè qui dÉn: lμ tØ số s.số tuyệt đối khoảng đo ®ång hå (%) γ δ qd = 100% Amim − Amax - CÊp chÝnh x¸c : lμ sai sè quy dẫn lớn khoảng đo đồng hồ γ max CCX = δ qdmax =   Amax − Amin  .100%  D·y cÊp chÝnh x¸c 0.1 ; 0.2 ; 0.5 ; ; 1.5 ; 2.5 ; Tiêu chuẩn để đánh giá độ xác cđa dơng ®o lμ CCX Trang GIÁO TRÌNH O LNG IN LNH Các dụng cụ đo có CCX = 0.1 hay 0.2 gäi lμ dơng chn Cßn dùng phòng thí nghiệm thờng l loại có CCX = 0.5 , Các loại khác đợc dùng công nghiệp Khi nói dụng cụ đo có cấp xác l 1,5 tức l Sqd = 1,5% Các loại sai số định tính: Trong sử dụng đồng hồ ngời ta thờng để ý đến loại sai số sau - Sai sè cho phÐp: lμ sai sè lín cho phép vạch chia no đồng hồ (với quy định đồng hồ vạch t/c kỹ thuật) để giữ cấp xác đồng hồ - Sai số bản: l sai số lớn thân đồng hồ đồng hồ lm việc bình thờng, loại ny cấu tạo ®ång hå - Sai sè phơ: ®iỊu kiƯn kh¸ch quan gây nên Trong công thức tính sai số ta dựa vo sai số sai số phụ không tính đến phép đo 2.2.2 Biến sai: L độ sai lệch lớn sai số đo nhiều lần tham số cần ®o ë cïng ®iỊu kiƯn ®o l−êng : Adm − And max Chó ý : BiÕn sai sè chØ đồng hồ không đợc lớn sai số cho phÐp cđa ®ång hå 2.2.3.Độ nhạy: S= ∆x ∆A X : độ chuyển động kim thị (m ; độ ) A : độ thay đổi giá trị bị đo Ví dụ : S =3/2 = 1,5 mm/oC - Ta tăng độ nhạy cách tăng hệ số khuếch đại (trong lúc ny không đợc tăng sai số đồng hồ) - Giá trị chia độ 1/s =C hay gọi l số dụng cụ đo Giá trị độ chia không đợc nhỏ trị tuyệt đối sai số cho phép đồng hồ 2.2.4 Hạn không nhạy L mức độ biến đổi nhỏ tham số cần đo để thị bắt đầu lm Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH viƯc ChØ số hạn không nhạy nhỏ 1/2 sai số * Trong thực tế ta không dùng dụng cụ có độ nhạy cao lm kim dao động dÉn ®Õn háng dơng 3.Sơ lược sai số đo lường : 3.1 Khái niệm sai số: - Đo lường có sai số thân dụng cụ đo tiêu thụ công suất mạch đo sai số phép đo, thị ảnh hưởng môi trường xung quanh - Trong thực tế khó xác định trị số thực đại lượng đo Vì trị số đo cho thiết bị đo gọi trị số tin cậy được, đại lượng đo bị ảnh hưởng nhiều thơng số Do kết đo phản ánh trị số tin cậy Cho nên có nhiều hệ số ảnh hưởng đo lường liên quan đến thiết bị đo Ngồi có hệ số khác liên quan đến người sử dụng thiết bị đo Như độ xác thiết bị đo diễn tả hình thức sai số 3.2 Các loại sai số: 3.2.1 Phân loại theo cách thể số: Sai số tuyệt đối, sai số tương đối 3.2.2 Phân loại theo nguồn gây sai số: a Sai số phương pháp: Là sai số sinh khơng hồn thiện phương pháp đovà khơng xác thức lí thuyết cho ta kết đại lượng đo Sai số phương pháp bao gồm sai số tác động dụng cụ đo lên đối tượng đo, saai số liên quan đến không xác định thông số đối tượng đo bSai số thiết bị: Là sai số thiết bị đo sử dụng phép đo, liên hoan đến cấu trúc mạch đo dụng cụ đokhơng hồn chỉnh, tình tạng dụng cụ đo c Sai số chủ quan: Là sai số gây người sử dụng Ví dụ mắt kém, đọc lệch Khi sử dụng cụ đo thị số, sai số khơng mắc phải d Sai số bên ngồi (hay sai số khách quan): Là sai số gây a ảnh hưởng điều kiện bên lên đối tượng đo dụng cụ đo Ví dụ biến động nhiệt độ bên ngoài, áp xuất, Vượt điều kiện tiêu chuẩn 3.2.3 Phân loại theo quy luật xuất sai số: 3.2.3.1 Sai số hệ thống: Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH - Là thành phần sai số phép đoluôn không đổi thay đổi có quy luật đo nhiều lần đại lượng đo Quy luật thay đổi phía (dương hay âm), có chu kỳ hay theo quy luật phức tạp - Sai số hệ thống không đổi bao gồm sai số khắc độ thang đo, sai số hiệu chỉnh dụng cụ đo khơng xác, sai số nhiệt độ thời điểm đo - Sai số hệ thống thay đổi sai số biến động nguồn cung cấp, ảnh hưởng trường điện từ hay yếu tố khác 3.2.3.2 Sai số ngẫu nhiên: - Là thành phần sai số phép đo thay đổi không theo quy luật mà ngẫu nhiên nhắc lại phép đo nhiều lần đại lượng Giá trị sai số ngẫu nhiên xác định được, sai số ngẫu nhiên gây nguyên nhân mà tác động chúng không giống lần đo xác định - Để phát sai số ngẫu nhiên người ta nhắc lại nhiều lần đại lượng thế, để xét ảnh hưởng đến kết quả, người ta sử dụng lí thuyết thống kê lí thuyết xác suất 3.2.3 Phương pháp tính sai số: 3.2.3.1 Sai số tuyệt đối: Δx - Là số chênh lệch số máy đo mẫu Xđ số máy đo cần kiểm tra X: Δx = X d − X 3.2.3.2 Sai số tương đối: δ% - Là sai số biểu thị cách so sánh tính theo phần trăm sai số tuyệt đối Δx với số máy đo mẫu Xđ: δ% = ∆x 100% Xd 3.2.3.3 Độ xác phép đo: - Là đại lượng nghịch đảo sai số tương đối: ε = δ - Từ giá trị sai số biết trước ta tính giá trị thực phép đo: - Ví dụ: Sai số phép đo 10-5 độ xác 105 3.2.3.4 Cấp xác: - Cấp xác phép đo đánh giá sai số tương đối phép đo Cấp xác số ghi mặt dụng cụ đo Ví dụ: Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Dụng cụ mẫu: 0,01 ÷ 0,02 Dụng cụ nghiên cứu: 0,1 ÷ 0,5 Dụng cụ phòng thí nghiệm: Dụng cụ dùng cơng nghiệp: 1,5 ÷ Với máy đo có cấp xác cho trước ta tính sai số phép đo Ví dụ: Như cấp 0,5 có nghĩa dung sai lớn đo lường không vượt ±0,5% trị số lớn thang chia độ Nếu mặt máy đo điện ghi cấp xác mà trị số lớn thang đo ampe 150A có nghĩa suốt thang đo, dù 1,5…100,120,140,150A sai số lớn khơng vượt q ± 1× 150 = ±1,5A 100 - Đối với máy đo có nhiều giới hạn đo phải sử dụng giới hạn đo hợp lý để kết phép đo hiển thị phân giá trị định mức trở lên 3.2.4 Các phương pháp hạn chế sai số: - Điều kiện sử dụng thiết bị đo phải không thay đổi - Điện áp nguồn cùn cấp đủ lớn - Thiết bị đo phải có phận chỉnh “0” ban đầu - Nội trở thiết bị đo phù hợp với đại lượng đo - Đối với sai số cách đo trình đo muốn có kết đo xác phải đo nhiều lần - Đối với thiết bị có độ nhạy cao, để nâng cao tính xác người ta dùng mạch phản hồi âm (hồi tiếp âm), lấy phần đại lượng ngõ đem bù lại phần đại lượng ngõ vào Tuy nhiên, lượng phản hồi lớn độ nhạy thiết bị đo giảm độ xác cao - Sử dụng dụng cụ đo so sánh cho độ xác lớn - Nếu thiết bị đo có tốc độ đo nhanh sai số ngẫu nhiên tiến hành phép đo làm nhiều lần Giá trị kết đo trung bình cộng lần đo Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Bài ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.Khái niệm chung, cấu đo điện thông dụng 1.1 Khái niệm chung: Hiện nay, cấu thị kết dùng kim thị kết đo Do tơi trình bày tóm tắt cấu tạo nguyên lý hoạt động cấu dạng dùng vôn kế ampe kế Còn loại cấu thị kết số đề cập đến phần thiết bị đo lường thị số Trong dụng cụ đo trực tiếp, cấu biến đổi điện có nhiệm vụ biến đổi điện đại lượng cần đo thành làm dịch chuyển phận thị Cơ cấu biến đổi điện gồm phần tĩnh phần động Tùy theo phương pháp biến đổi lượng điện từ, người ta chia thành cấu đo kiểu từ điện, điện từ, điện động, cảm ứng 1.2.Các cấu đo điện thông dụng: 1.2.1.Cơ cấu đo từ điện: a.Cấu tạo: N S (Cơ cấu đo kiểu từ điện ) Trong đó: 1.Nam châm vĩnh cửu 2.Khung quay: đặt hai cực từ NS nam châm vĩnh cửu Khung nhơm, hình chữ nhật, khung có quấn dây đồng bọc lớp cách điện nhỏ từ 0,02 → 0,2 mm Toàn khối lượng khung quay phải nhỏ tốt cho momen quán tính nhỏ Toàn khung quay đặt trục quay 3.Trục quay Trang 10 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Dïng để đo môi chất lỏng rắn ng hổùng Thng chỉïa H×nh 4.12: Thùng đong H×nh 4.13: Phiễu lật Phơng pháp đo lu lợng thùng đong phễu lật đơn giản dung tích thùng đong phễu lật biết cần đếm số lần máy dẫn phễu lật chuyển động tơng ứng thời gian tính đợc lu lợng chất nớc Loại đo lu lợng chất nớc áp suất khí - Kiểu thùng đong xác - Kiểu phễu lật không đợc xác chất nớc bị bắn phễu, đo lu lợng lớn mặt nớc phễu bị sóng 3.o lu lng theo phương pháp tiết lưu: Trang 109 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH 3.1 ThiÕt bÞ tiÕt lu qui ≤ 0,03d chuẩn a- Định nghĩa : Thiết bị tiết lu thiết bị o 45 đặt đờng ống làm dòng chảy có 0,02d d D 0,1d tợng thu hẹp cục tác dụng lực quán tính lực ly tâm + 0,03d Hình 4.14 b- Cấu tạo: Nh hình vẽ Khi qua thiết bị tiết lu, chất lỏng bị mát áp suất (P dòng chảy bị thu hẹp nhiều P lớn thờng P < 1000mmHg (P đợc đo hiệu áp kế) Xét mặt học chất lỏng quan hệ lu lợng độ chênh áp st phơ thc rÊt nhiỊu u tè nh : kÝch thớc, hình dạng thiết bị, tiết lu, tình trạng lu chuyển dòng chảy, vị trí chỗ đo áp suất, tình trạng ống dẫn chất lỏng Quá trình tính toán tiết lu có quy định phơng pháp tính toán nh sau : - Dòng chảy liên tục (không tạo xung) - §êng èng > 50 mm NÕu dïng èng Venturi đờng ống > 100 mm, vành ống phải nhẵn khoảng 2D Nhờ nghiên cứu lý luận thực nghiệm lâu dài ngời ta giả ®Þnh mét sè thiÕt bÞ tiÕt lu quy chn HiƯn phơng pháp đo lu lợng thông dụng -Thiết bị tiết lu qui chuẩn thiết bị tiết lu mà quan hệ lu lợng giáng áp hoàn toàn dùng phơng pháp tính toán để xác định Trang 110 GIO TRèNH O LNG IN LẠNH Trang 111 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH ThiÕt bị tiết lu quy chuẩn gồm loại : Fo F2 Fo=F2 Fo=F2 F2, P2, ω2 F1, P1, ω1 F2, P2, ω2 ∆ P =p1- p2 p F1, P1, ω1 p P1 p P1 Pm P2 P1 Pm Pm P2 P1' P1' P2' P1' P2' - Vòng chắn tiết lưu - ống phun P2=P2' - ống venture qui chuẩn H×nh 4.15 3.2 Thiết bị tiết lu ngoại qui chuẩn Thiết bị tiết lu ngoại qui chuẩn thiết bị tiết lu cha đủ số liệu thí nghiệm hoàn chỉnh, công thức tính lu lợng hoàn toàn tính toán tìm ra, không chắn hoàn toàn đáng tin cậy khó ớc đoán đợc sai số đo Tuy vËy nÕu sư dơng chóng, ngoµi viƯc tÝnh toán ta dùng thí nghiệm để chia độ dụng cụ đo độ tin cậy kết đo cao Trong số trờng hợp đặc biệt ta dùng loại thiết bị tiết lu ngoại qui chuẩn thích hợp loại thiết bị tiết lu qui chuẩn Ví dụ : Re nhá, D < 50mm, m«i chÊt bÈn, Trang 112 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Các loại thiết bị tiết lu ngoại qui chuẩn hay dïng: Tiãú t lỉu kẹp (Dng Re nh) TB Tiãú t lỉu âàû t âáư u äú ng Tiãú t lỉu viãn phán (Dng âo ll mäi cháú t bỏứ n) Tióỳ t lổu hỗnh chổớnhỏỷ t 3.2 Cách lp đặt thiết bị tiết lu: Các thiết bị tiết lu đặt đờng ống nằm ngang, thẳng đứng, hai mặt bích phải đảm bảo vị trí giảm đợc sai số đo Đoạn ống thẳng trớc van khoảng L1 5D, phía sau L 2D Dùng ống khoảng 2D phải nhẵn Tiết lu phải đặt tâm Môi chất phải nằm trạng thái định Nếu nớc nên trạng thái nhiệt, khí không nên có tạp chất nớc L2 L1 Hình 4.19 ứng với tiết lu ta quy định ứng với loại đờng ống ống không vừa ta phải thêm đoạn nối phải nằm giá trị cho phép a/ Đo nớc: - §êng èng dÉn tÝn hiƯu Trang 113 GIÁO TRÌNH ĐO LNG IN LNH - Dùng bình cân nớc đọng đặt hai bên cửa tiết lu ống nối với cửa tiết lu phải ống thẳng có đờng kính d > 10 mm ngắn tốt (không có van) b/ Đo chất khí: - Tốt đặt HAK cao cửa TL Đờng lấy tín hiệu - Nếu áp kế đặt dới phải có van xả nớc đọng Cũng nh phải đảm bảo có nhiệt độ đờng ống tránh nớc đọng đờng tín hiệu Q Hình 4.31 c/ Cách ly môi chất cần đo với môi chất hiệu áp kế : Dùng đo chất ăn mòn ta phải dùng bình cách ly - Nếu chất cần ®o cã γ m/c < γ hak (cđa m«i chÊt HAK) ta cho thêm chất có > m/c -Nếu m/c > hak ngợc lại γmc γ γhak γmc γ γhak H×nh 4.32 Trang 114 γhak γ γmc H×nh 4.33 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LNH 4.Sai số đo lu lợng: Đo lu lợng phơng pháp tiết lu phép đo gián tiếp, sai số số lu lợng đợc xác định theo phơng pháp đo gián tiếp Trong công thức tính lu lợng ta thấy có loại trị số dùng để tính toán kết đo nhiều lần loại thờng kết lần đo - Loại thứ gồm Sai số trung bình bình phơng sai số ngẫu nhiên sai số giới hạn chúng biết cho phép dùng định luật cộng sai số trung bình bình phơng - Loại thứ hai gồm P, t1, P1, d Các trị số thờng kết đo trực tiếp lần - Các trị số t đợc lấy từ bảng tra, loại ta biết sai số lớn lần đo Nếu xét cách xác dùng định luật cộng sai số trung bình bình phơng để tính sai số đo lu lợng từ hai loại sai số Muốn dùng định luật cộng sai số trung bình bình phơng ta xem sai số thành phần loại thứ hai sai số giới hạn (gấp lần sai số trung bình bình phơng đo liên tục) Trang 115 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH BÀI ĐO ĐỘ ẨM 1.Khái niệm Hoạt tính số chất, nguyên vật liệu động thực vật phụ thuộc vào hàm lượng nước ( nước ) khơng khí lớn thay đổi mạnh mẽ thu nhận hay bớt nước Do đó, hàm lượng nước khơng khí hay loại khí gọi độ ẩm Người ta phân biệt hai đại lượng khác độ ẩm: độ ẩm tuyệt đối độ ẩm tương đối Độ ẩm tuyệt đối (Aabs) : cần xác định hàm lượng nước có thực khơng khí cần biết: qui trình sấy khơ, qui trình phân tích loại khí, diễn biến q trình phản ứng, kết trao đổi nhiệt lượng, … ta gọi Aabs độ ẩm tuyệt đối xác định theo công thức sau: Độ ẩm tuyệt đối : (g/m3 ) Trọng khối nước Thể tích khơng khí Độ ẩm bão hòa (Asat ): cho biết hàm lược nước cao có thể tích khơng khí định Nó phụ thuộc vào nhiệt độ gia tăng nhanh với nhiệt độ khối nước cao (g/mTrọng ) Thể tích khơng khí Độ ẩm tương đối ( Arel ): qui trình sản xuất chế biến bảo quản nguyên vật liệu, sản phẩm công nghiệp, lương thực, thực phẩm,… có tính chất hút ẩm, độ ẩm tương đối khơng khí cần xác định Độ ẩm tương đối tỷ số độ ẩm tuyệt đối độ ẩm bão hòa Arel (δ ) = Aabs 100% Asat (δ ) Độ ẩm bão hòa phụ thc vào nhiệt độ biểu diễn đồ thị hình Hình độ ẩm bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ Trang 116 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Đo độ ẩm phương pháp điểm ngưng tụ: Đây phương pháp đo cổ điển dùng Vì với phương pháp này, người ta có trị số đo xác lập lại tốt cho hàm lượng nước với nhiệt độ cao hay nhiệt độ thấp Khí cần tìm hiểu làm lạnh có ngưng tụ bề mặt kim loại đánh bóng Nhiệt độ mà có bão hòa theo hình ta đọc áp suất nước theo hình ta có độ ẩm tuyệt đối tương ứng Tuy nhiên, cách đo phức tạp Để đơn gian hơn, ta nên dùng phương pháp điểm ngưng tụ với LiCl Hình Hình Trang 117 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH 2.1.Phương pháp điểm ngưng tụ với LiCl Cảm biến LiCl (hình 3.31) bao gồm ống bọc lớp vải tẩm dung dịch LiCl có hai điện cực kim loại khơng bị ăn mòn Giữa hai điện cực đặt vào điện áp xoay chiều cho dòng điện chạy qua dung dịch để đốt – Nguồn xoay chiều nóng làm bay nước Khi nước bay – Chỉ thị nhiệt độ hết, dòng điện điện cực giảm – Cảm biến đo nhiệt độ Platin cách đáng kể độ dẫn muối LiCl – Sợi thuỷ tinh thể rắn nhỏ nhiều so với độ dẫn – Điện cực dung dịch, nhiệt độ cảm biến – Ống kim loại bọc cách giảm xuống Vì LiCl chất ưa nước nên nhiệt lại hấp thụ nước, độ ẩm tăng dòng điện I Hình 3.31: Nguyên lý lại tăng lên làm cho nhiệt độ cảm biến cảm biến độ ẩm LiCl tăng lên Cuối đạt cân muối rắn LiCl dung dịch Cân xảy nhiệt độ liên quan trực tiếp đến áp suất nhiệt độ hóa sương, Hình xác định Td Phần tử điều chỉnh LiCl 2.2.Các đặc tính cảm biến LiCl Ẩm kế LiCl dùng để đo nhiệt độ hóa sương với độ xác cao Việc đo nhiệt độ cân thực cách đốt nóng cảm biến thay làm lạnh cảm biến ngưng tụ cảm biến có cấu tạo đơn giản, độ tin cậy cao, giá thành thấp Độ xác đạt tới ± 0,20C Độ xác phụ thuộc vào độ xác cảm biến nhiệt độ đặt đầu đo, vào cấu tạo đầu đo điều kiện sử dụng Nếu cảm biến chuẩn hóa đạt độ xác ± 10C tốc độ lưu thơng khơng khí 0,5 m/s Thời gian hồi đáp ẩm kế LiCl tương đối lớn (tính phút) Phạm vi đo nhiệt độ hóa sương chất từ -100C đến 600C 3.Cảm biến đo độ ẩm: 3.1.Cảm biến độ ẩm có điện dung thay đổi Loại cảm biến dùng để đo độ ẩm tương đối Bên cảm biến vỏ nhựa có đục nhiều lỗ nhỏ Bên màng nhựa đặc biệt với hai bề mặt có phủ lớp vàng Màng nhựa xem chất điện môi lớp vàng phủ hai bề mặt màng nhựa xem điện cực tụ điện Dưới ảnh hưởng độ ẩm khơng khí, số điện mơi tụ điện cảm biến bị thay đổi nên kéo theo thay đổi điện dung Sự thay đổi điện dung theo độ ẩm xem thước đo độ ẩm tương đối Ví dụ : Đặc trưng kỹ thuật cảm biến đo độ ẩm hãng Valvo sản xuất : Điện dung 122 pF ± 15% ( T = 25 C, Arel = 43%, f = 100Hz) Độ nhạy ( Arel = 43% ) 1/ (0,4 ± 0,05 )pF/ % Sự ảnh hưởng nhiệt độ 2/ ≈ 0,1%/K ( f = kHz … MHz ) Khoảng đo độ ẩm 3/ 10 … 90% Trang 118 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Khoảng nhiệt độ hoạt động … 60% Điện áp cấp ( chiều xoay chiều) 15V Hệ số tiêu hao ( tan δ ) < 35.10-3 ( T = 250C, f = 100kHz ) Thời gian hồi đáp ( 90% - trị số đo ) (T = 250C khơng khí chuyển động a) Trong khoảng Arel = 10 … 43% < phút b) Trong khoảng Arel = 43 … 90% < phút Thời gian nhiệt độ hàn max 2400C max giây Với :  1/ : phần trăm độ ẩm tương đối  2/ : số phần trăm tính toán trừ từ trị số Arel  3/ : Arel Mạch điện với phương pháp xung hiệu số: Điện dung toàn phần sensor : Cs = C0 + ∆C Với • C0 điện dung khơng có hàm ẩm • ∆C thay đổi điện dung theo hàm ẩm Nguyên tắc việc đo điện dung cảm biến loại mô ta hình sau: Multivibrator M1 t1 CA t2 Multivibrator M2 C0 + ∆C Hình 5: Mạch điện nguyên tắc giản đồ xung đo điện dung thay đổi theo hàm ẩm t3 T Khối M1 tạo xung vuông có độ rộng xung t1 tỉ lệ với CA ta điều chỉnh tụ CA để giá trị CA = C0 M1 làm đồng với M2 Độ rộng xung t2 M2 tỉ lệ với điện dung cảm biến Cs = C0 + ∆C Khi ∆C = 0, ta có t1 = t2 Khi điện dung cảm biến thay đổi (∆C ≠ ), ngõ 2, ta có hiệu số xung với t3 = t2 –t1 tỉ lệ với ∆C hai Multivibrator có hệ số tỉ lệ Ta chọn chu kỳ T xung vuông cho T = 2t1 biên độ có trị số UB Như thế, ta có điện áp trung bình ngõ U0 xác định sau: U0 = Trang 119 t3 ∆C U B = U B T 2C0 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH 3.2.Cảm biến độ ẩm với điện trở thay đổi: a Cảm biến độ ẩm SHS3 hãng Hygrotec GmbH/Đức Cảm biến có điện trở thay đổi theo độ ẩm Nó dùng để đo nhận biết độ ẩm cao, ứ nước hay ngưng đọng nước Với khơng khí khơ ráo, cảm biến có tổng trở thấp Khi độ ẩm tương đối 70%, cảm biến có điện trở nhỏ 20 kΩ Khi độ ẩm tăng cao, điện trở tăng theo hàm logarith Khi độ ẩm tương đối 93%, điện trở nhỏ 100 kΩ có ngưng đọng nước tổng trở đạt khoảng 300 kΩ Để tránh hiệu ứng điện giải, ta dùng nguồn điện xoay chiều có tần số từ kHz đến 30 kHz điện áp hiệu dụng 0,8V0 Cảm biến dùng để đo hàm ẩm tương đối từ đến 100% Dải nhiệt độ hoạt động từ -10 đến 600C, thời gian hồi đáp 60 giây kích thước 5,5 x x 2,5 mm b Cảm biến độ ẩm NH-3/Figaro/Nhật Cảm biến gồm có điện trở thay đổi theo nhiệt độ điện trở thay đổi theo độ ẩm Để cảm biến có tuyến tính tốt, cảm biến có nhiệt điện trở điện trở thay đổi theo hàm ẩm Nhiệt điện trở dùng để bù trừ nhiệt ảnh hưởng đến điện trở đo hàm ẩm tương đối Trong sơ đồ mạch điện hình 5, ta có mạch điện đo độ ẩm với cảm biến có điện trở thay đổi theo độ ẩm Dưới điện áp xoay chiều, ngõ số 2, ta có điện phụ thuộc vào độ ẩm Điện áp xoay chiều cần có tính đối xứng tốt biên độ có trị số cố định Điện ngõ chỉnh lưu thiết lập trị số trung bình qua IC3a, IC3b IC3c Với IC4, ta có thị led IC1a tạo sóng vng với tần số định R4 C2 khoảng kHz Điện áp chuẩn chân số IC4 1,25V điện áp IC3d khuếch đại thành V Khi S1 vị trí B, ta chỉnh P2 để có ngưỡng độ ẩm để rơle đóng mở IC1 loại TLC 3702CP IC loại TLC 274CN Hình cho ta liên hệ điện áp ngõ hàm ẩm tương đối 3.3.Cảm biến độ ẩm theo tổng trở màng mỏng Al203 Cảm chế tạo phương pháp anode hóa nhơm nhôm điện cực thứ tụ điện Điện cực thứ hai màng kim loại mỏng chế tạo mặt lớp điện mơi (hình 7) Nếu chiều dày lớp Al2O3 nhỏ 0,3µm thay đổi điện dung phụ thuộc vào áp suất riêng phần nước mà không phụ thuộc vào nhiệt độ, đo độ ẩm tuyệt đối môi trường Trang 120 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Đặc tính cảm biến tụ điện Al2O3 Cho phép đo nhiệt độ điểm sương Td phạm vi (-80÷70)0C Thời gian hồi đáp khoảng vài giây Điện cực Các hạn chế của cảm biến tụ điện Al2O3 Cảm biến oxide nhôm thiết bị đo thứ R1 C0 cấp nên phải định kỳ định chuẩn già hóa trễ R0 nhiễm làm thay đổi cỡ đo Cảm biến không đồng nhất, phi tuyến, cần R2 C2 phải định chuẩn riêng cho cảm biến Cần sử dụng môi trường tránh ăn mòn mơi trường có hoạt tính cao ăn mòn nhơm, làm cho phần tử nhạy ẩm kế bị hư hỏng Hình 7: Sơ đồ mạch cảm biến tụ điện Al2O3 4.Phương pháp đo độ ẩm vật liệu sấy 4.1.Nguyên lý chung: Khi vật liệu ẩm sấy, có nghĩa cung cấp cho vật liệu dòng nhiệt ( từ tác nhân sấy: dòng khơng khí nóng, nước nhiệt, nguồn nhiệt, … ) có dòng ẩm tách Điều cho thấy, khối lượng vật liệu ẩm trình sấy giảm Sự giảm khối lượng lượng nước thoát Như vậy, để khảo sát đo độ ẩm vật liệu ẩm trình sấy, cần phải khảo sát đo độ hụt khối vật liệu ẩm Dựa nguyên tắc chung này, xây dựng phương pháp xác định độ ẩm vật liệu ẩm q trình sấy thơng qua việc xác định thay đổi khối lượng vật liệu ẩm Phương pháp xác định độ ẩm vật liệu ẩm Trong trình sấy, hàm lượng ẩm vật liệu ẩm thay đổi 4.2 Phương pháp xác định độ ẩm vật liệu ẩm Trong qu trình sấy hàm lượng ẩm vật liệu ẩm thay đổi, chứa hàm lượng chất khô vật liệu ẩm không thay đổi Giả sử vật liệu ẩm ban đầu trước đưa vào sấy (thời gian τ0 = 0) có khối lượng G0 [kg], độ ẩm ban đầu w0 [%] (đây độ ẩm tương đối vật liệu ẩm, độ ẩm phải biết trước nhờ đem vật liệu ẩm đến trung tâm phân tích 79Trương Định, Q.1, Tp.HCM xác định), độ khô vật liệu ẩm (100 – w0) [%] Trang 121 GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Sau sấy thời gian l τ = τ1 [s] khối lượng cịn l G [kg] v độ ẩm cịn lại l w[%], độ khô vật liệu ẩm lúc (100 – w) [%] Nhiệm vụ phải xác định w = ? [%] sau thời gian τ1 Trong phương pháp đo khối lượng khối lượng ban đầu G [kg] đưa vào cảm biến khối lượng xác định hoàn toàn độ ẩm ban đầu w0 vật liệu ẩm phải biết trước, sau thời gian sấy τ1 lượng ẩm thoát ra, cảm biến khối lượng xác định khối lượng cịn lại l G [kg] Từ cảm biến khối lượng hoàn toàn xác định độ ẩm vật liệu ẩm trình sấy thơng qua định luật bảo toàn vật chất chất khô trước sau sấy Σ[khối lượng chất khô trước sấy] = Σ[khối lượng chất khô sau sấy] (3) Tương đương: G0(100 – w0) = G(100 – w) (4) Như vậy: w = 100 - G0 (100 − w ) G (5) 4.3 Tiến hành khảo sát thực nghiệm xác định độ ẩm vật liệu ẩm Thiết bị mô tả sơ đồ khối hình 1: Gồm cảm biến khối lượng Loadxel card hay modul đo lường kết nối với máy tính, vật liệu ẩm cần đo lường có độ ẩm ban đầu w0 [%] Phịng sấy  Ở thời điểm τ0 = [s] chưa sấy, vật liệu ẩm đo G0 [kg] thiết bị ghi nhận  Ở thời diểm τ = τ1 [s] đ sấy, vật Vật liệu ẩm Cảm biến khối lượng Loadxel liệu ẩm đo G [kg] thiết bị ghi nhận  Như vậy, độ ẩm vật liệu thời điểm xác định: Trang 122 Thiết bị đo lường GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH w = 100 - Trang 123 G0 (100 − w ) G ... quan với điện áp dòng điện dùng Volt kế Ampe kế để đo công suất phương pháp gián tiếp Hay muốn đo điện trở phụ tải , ta đo điện áp dòng điện , từ suy điện trở cần đo Trong lónh vực đo lường ,... TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Thí dụ Trong mạch đo có Volt kế Ampere kế , ta dùng phương pháp đo lường trực tiếp để đo công suất mà phải sử dụng phương pháp đo gián tiếp 1.2.2 Phương pháp đo lường. .. cộng lần đo Trang GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN LẠNH Bài ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.Khái niệm chung, cấu đo điện thông dụng 1.1 Khái niệm chung: Hiện nay, cấu thị kết dùng kim thị kết đo Do tơi trình bày tóm tắt