Nghiên cứu thiết lập duy trì dẫn xuất chuẩn điện cảm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP DUY TRÌ DẪN XUẤT CHUẨN ĐIỆN CẢM TRẦN VĂN HIỀN hientv.vmi@gmail.com Ngành : Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương Bộ môn : Kỹ thuật đo tin học công nghiệp Viện : Điện HÀ NỘI-2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VĂN HIỀN NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP DUY TRÌ DẪN XUẤT CHUẨN ĐIỆN CẢM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương HÀ NỘI-2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Trần Văn Hiền Đề tài luận văn: Nghiên cứu thiết lập trì dẫn xuất chuẩn điện cảm Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số SV: CB170280 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 31-10-2019 với nội dung sau: - Đã thêm danh mục thuật ngữ từ viết tắt - Sửa lỗi trình bày, lỗi dấu phẩy, dấu cách, viết hoa lỗi tả luận văn - Căn thẳng hàng số công thức luận văn - Bỏ nội dung mục 1.2.3.1 luận văn - Đã thích tiếng Việt cho hình cắt dán từ tài liệu tham khảo vẽ lại hình để thống ký hiệu điện cảm hình cắt dán - Đã sửa lại mục tham chiếu nhầm hình vẽ luận văn - Đã sửa lại cơng thức 2.18 bị sai rút từ công thức 2.16; 2.17 Bỏ công thức 2.20 đánh lại số thứ tự cơng thức cơng thức phía sau Ngày 28 tháng 11 năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương Trần Văn Hiền CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần ngày 11/11/2014 LỜI CAM ĐOAN Họ tên tác giả: Trần Văn Hiền Sinh ngày 06 tháng 08 năm 1984 Học viên lớp cao học chuyên ngành Đo lường hệ thống điều khiển 2017B – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu thiết lập trì dẫn xuất chuẩn điện cảm” cô giáo PGS TS Nguyễn Thị Lan Hƣơng hướng dẫn riêng Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Nếu có sai sót tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả (ký, ghi rõ gọ tên) Trần Văn Hiền LỜI CẢM ƠN Mở đầu luận văn trước tiên xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy cô giáo Bộ môn Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp –Trường ĐHBK Hà nội đặc biệt PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, người giúp đỡ tơi nhiều q trình nghiên cứu thực luận văn cho ý kiến q báu q trình thực Tơi xin chân thành cảm ơn banLãnh đạo Viện Đo lường Việt Nam,lãnh đạo phòng đồng nghiệp phòng Đo lường Điện – VMI tận tình giúp đỡ đóng góp ý kiến chun mơn tạo điều kiện mặt thời gian để theo học khố học 2017-2019 Và cuối tơi xin dành tất lịng biết ơn kính trọng sâu sắc tới cha mẹ, người sinh thành nuôi dưỡng tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu Xin cảm ơn gia đình tơi, người ln sát cánh bên tôi, đồng nghiệp quan tâm giúp đỡ thực luận văn Trong khoảng thời gian không dài nỗ lực cố gắng để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, song chắn khơng thể tránh khỏi sai sót Vì vậy, tơi mong bảo, hướng dẫn thầy giáo, góp ý chun gia, đồng nghiệp bè bạn để luận văn hoàn thiện tốt MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 13 1.1 Các vấn đề đại lượng đo điện 13 1.1.1 Đại cương trình thiết lập phát triển đơn vị đo điện 13 1.1.2 Đại lượng đơn vị đo điện cảm hệ đơn vị quốc tế SI 17 1.2 Chuẩn đơn vị điện cảm 19 1.2.1 Khái niệm chuẩn đo lường phân loại 19 1.2.2 Các chuẩn đơn vị điện cảm 21 1.2.3 Vấn đề chuẩn liên liên kết chuẩn 22 1.2.4 Vài nét trình độ chuẩn quốc tế hệ thống chuẩn điện cảm Việt Nam 23 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LĨNH VỰC ĐO ĐIỆN CẢM 25 2.1 Đo lường đại lượng điện cảm 25 2.1.1 Lý thuyết chung 25 2.1.2 Các phương pháp đo điện cảm 30 2.2 Độ không đảm bảo đo phép đo 41 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG CHUẨN ĐIỆN CẢM VÀ XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP DUY TRÌ 44 3.1 Thiết lập hệ thống chuẩn điện cảm 44 3.2 Xây dựng Quy trình hiệu chuẩn chuẩn điện cảm 46 3.2.1 Nghiên cứu phương pháp hiệu chuẩn chuẩn điện cảm 46 3.2.2 Lập quy trình hiệu chuẩn chuẩn điện cảm 49 3.2.3 Sau xin trình bày kết ví dụ cụ thể phép hiệu chuẩn chuẩn điện cảm sử dung cầu biến tỷ lệ F9200 56 3.3 Xây dựng phương pháp trì chuẩn điện cảm 59 3.3.1 Sơ đồ liên kết chuẩn 60 3.3.2 Phương pháp so sánh vòng đánh giá độ ổn định nhóm chuẩn 62 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP DẪN XUẤT CHUẨN ĐIỆN CẢM 71 4.1 Đặt vấn đề 71 4.2 Xây dựng phương pháp kiểm tra sai số cầu xoay chiều 72 4.2.1 Đánh giá độ ổn định cầu xoay chiều 72 4.2.2 Kiểm tra sai số cầu xoay chiều 74 4.3 Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn Máy đo LCR 75 4.3.1 Giới thiệu chung máy đo LCR 75 4.3.2 Xây dựng quy trình hiệu chuẩn máy đo LCR – Chức đo điện cảm 76 CHƢƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 81 5.1 Đánh giá nội dung đạt 81 5.2 Kết luận đề xuất 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Chuẩn thiết bị dùng hiệu chuẩn 50 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp thành phần độ không đảm bảo đo 55 Bảng 3.3 Kết hiệu chuẩn hai cuộn điện cảm chuẩn 1482-H RI930 57 Bảng Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo (ví dụ) 59 Bảng 3.5 Giá trị điện cảm chuẩn GR 1482-H, S/n: C18371600 64 Bảng 3.6 Giá trị điện cảm chuẩn P596, S/n:2263 65 Bảng 3.7 Giá trị điện cảm chuẩn P596, S/n: 2565 66 Bảng 3.8 Giá trị điện cảm chuẩn RI930, S/n: 751660 67 Bảng 3.9 Giá trị trung bình nhóm điện cảm chuẩn 68 Bảng 3.10 Độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình 69 Bảng 4.1 Chuẩn phương tiện hiệu chuẩn máy đo LCR 76 Bảng 4.2 Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo hiệu chuẩn máy đo LCR 79 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một số loại cuộn cảm 18 Hình 1.2 Cuộn điện cảm chuẩn Artifact 22 Hình 1.3 Sơ đồ truyền dẫn xuất chuẩn 23 Hình 2.1 Sơ đồ véc tơ tổng trở 25 Hình 2.2 Đáp ứng tần số điện cảm 27 Hình 2.3 Sơ đồ thay tương đương cuộn cảm 27 Hình 2.4 Sơ đồ quy đổi điện cảm điện dung sang thang đo tổng trở-tần số 28 Hình 2.5 Sơ đồ đo cực 29 Hình 2.6 Sơ đồ đo cực 29 Hình 2.7 Sơ đo cực 30 Hình 2.8 Sơ đồ phương pháp V-I 30 Hình 2.9 Sơ đồ cầu xoay chiều 31 Hình 2.10 Sơ đồ phương pháp cầu điện cảm Maxwell’s 32 Hình 2.11 Sơ đồ phương pháp cầu điện cảm- điện dung Maxwell’s 34 Hình 2.12 Sơ đồ phương pháp cầu Anderson’s 35 Hình 2.13 Sơ đồ phương pháp cầu Hay’s 37 Hình 2.14 Sơ đồ phương pháp cầu OWEN’S 39 Hình 2.15 Sơ đồ phương pháp cầu biến tỷ lệ ( Cầu phân áp điện cảm) 40 Hình 3.1 Một số loại cuộn điện cảm chuẩn 45 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý cầu biến tỷ lệ F9200 47 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý cầu biến tỷ lệ F9200 vẽ lại hiệu chuẩn điện cảm 48 Hình 3.4 Sơ đồ hiệu chuẩn điện cảm 51 Hình 3.5 Hệ thống hiệu chuẩn điện cảm chuẩn phịng Đo lường Điện-VMI 56 Hình 3.6 Sơ đồ dẫn xuất chuẩn quốc gia đến chuẩn đo lường quốc tế 60 Hình 3.7 Sơ đồ dẫn xuất chuẩn điện cảm Việt Nam 61 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn giá trị điện cảm chuẩn 1482-H S/n: C1-18371600 theo thời gian 64 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn giá trị điện cảm chuẩn P596, S/n: 2263 theo thời gian 65 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn giá trị điện cảm chuẩn P596, S/n: 2565 theo thời gian 66 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn giá trị điện cảm chuẩn RI930, S/n:751660 theo thời gian 67 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn giá trị trung bình nhóm điện cảm chuẩn theo thời gian 69 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình theo thời gian 70 Hình 4.1 Sơ đồ so sánh vịng chuẩn 72 Hình 4.2 Hình ảnh số loại máy đo LCR 75 Hình Sơ đồ hiệu chuẩn máy đo LCR 77 Giá trị điện cảm (mH) Giá trị trung bình nhóm chuẩn 10.0109 10.0108 10.0107 10.0106 10.0105 10.0104 10.0103 10.0102 10.0101 10.01 14-Aug-13 27-Dec-14 10-May-16 22-Sep-17 4-Feb-19 18-Jun-20 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn giá trị trung bình nhóm điện cảm chuẩn theo thời gian Nhận xét: Như phân tích nhận xét trên, giá trị điện cảm trung bình nhóm chuẩn sau thiết lập trì có độ ổn định cao ≈1,5 ppm/năm dự đốn giá trị dựa vào quy luật đồ thị biểu diễn với độ tin cậy cao Bảng 3.10 Độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình Độ lệch Độ lệch Độ lệch GR1482-H so P596-2263so P596-2565 so với GTTB với GTTB với GTTB (ppm) (ppm) (ppm) 10-Sep-14 -80.95250 33.25750 160.94750 -113.25250 31-Mar-15 -78.22500 38.86500 151.67500 -112.31500 15-Sep-15 -73.33000 41.88000 146.98000 -115.53000 22-Mar-16 -74.67500 47.52500 145.43500 -118.28500 16-Sep-16 -72.15750 48.35250 141.36250 -117.55750 15-Mar-17 -68.43500 47.07500 138.68500 -117.32500 26-Sep-17 -67.71000 49.49000 135.22000 -117.00000 17-Mar-18 -67.45250 54.16750 133.04750 -119.76250 20-Sep-18 -66.29250 54.90750 133.39750 -122.01250 17-Mar-19 -66.41500 57.17500 133.57500 -124.33500 15-sep-19 -68.86250 61.85750 131.33750 -124.33250 Ngày 69 Độ lệch RI930 so với GTTB (ppm) Đồ thị biểu diễn độ lệch chuẩn so với GTTB Độ lệch điện cảm chuẩn so với GTTB ppm 200.00000 150.00000 GR 1482 - H 100.00000 P596 -2263 50.00000 P596-2565 RI 930 0.00000 14-Aug-13 -50.00000 27-Dec-14 10-May-16 22-Sep-17 4-Feb-19 18-Jun-20 -100.00000 -150.00000 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình theo thời gian Kết luận chương 3: Chương mơ tả phân tích yếu tố hợp thành hệ thống chuẩn đơn vị điện cảm nước ta nay,trình bày phương pháp kết thực nghiệm đạt việc xác định giá trị thực quy ước, độ không đảm bảo đo, chương trình bày việc xây dựng phương pháp hiệu chuẩn để tiến hành liên kết, dẫn xuất chuẩn điện cảm Viện đo Đo lường Việt Nam, hình thành sơ đồ liên kết, dẫn xuất chuẩn chung cho lĩnh vực đo điện cảm nước ta 70 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP DẪN XUẤT CHUẨN ĐIỆN CẢM Sau trình xây dựng hệ thống chuẩn có đầy đủ quy trình đo-hiệu chuẩn để trì giá trị chuẩn nội nội dung quan trọng cần xây dựng phương pháp để dẫn xuất giá trị chuẩn điện cảm xuống chuẩn phương tiện đo có độ xác thấp 4.1 Đặt vấn đề Hiện Việt Nam có khoảng 100 phịng thí nghiệm, hiệu chuẩn điện cơng nhận phịng thí nghiệm đạt tiêu chuẩn ISO-IEC 17025, có chức cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn chuẩn phương tiện đo, thiết bị đo lường thử nghiệm điện tất lĩnh vực Công nghiệp- Nông nghiệp- Quốc phịng Những chuẩn lĩnh vực cụ thể phịng thí nghiệm cần thiết phải liên kết chuẩn tới chuẩn cao liên kết tới chuẩn đo lườngquốc gia Với mục đích yêu cầu chương đặt cần xây dựng đầy đủ phương pháp để truyền giá trị chuẩn quốc gia điện cảm xuống tới loại chuẩn phương tiện đo phịng thí nghiệm nước Để giải yêu cầu dựa vào phân tích nhận thấy chuẩn phịng thí nghiệm điện có liên quan tới đại lượng Điện cảm nằm hai nhóm chuẩnđó là: Cầu xoay chiều (AC bridge); Máy đo điện cảm (Precision inductance meter) Tuy nhiên thực tế cho thấy máy đo điện cảm, đại lượng điện cảm lại liên quan trực tiếp đến đại lượng điện trở xoay chiều (AC resistance) điện dung(Capacitance) để tạo nên Tổng trở (Impedance).Do nhà chế tạo phương tiện đođã tích hợp ba đại lượng thiết bị gọi Máy đo LCR (LCR meter) Do phương pháp để dẫn xuất giá trị chuẩn đo lường quốc gia điện cảm phương pháp hiệu chuẩn cầu xoay chiều hiệu chuẩn Máy đo LCR - chức đo điện cảm Thông qua việc hiệu chuẩn, giá trị chuẩn điện cảm truyền tới cáccầu xoay chiều máy đo LCR phịng thí nghiệm 71 4.2 Xây dựng phƣơng pháp kiểm tra sai số cầu xoay chiều 4.2.1 Đánh giá độ ổn định cầu xoay chiều Độ ổn định cầu xoay chiều ảnh hưởng trưc tiếp đến kết đo – hiệu chuẩn đặc biệt nguồn quan trọng gây độ không đảm bảo đo Độ ổn định thể ổn định giá trị tỷ số Điện cảm chuẩn biết Điện cảm cần đo-hiệu chuẩn đọc cầu Do để đánh giá tính độ ổn định cầu xoay chiều cần xem xét dựa tỷ số điện cảm chuẩn biết Vì để đánh giá độ ổn định nhóm chuẩn tơi xin đề xuất phương pháp so sánh vòng điện cảm chuẩn để xác định độ ổn định cầu xoay chiều LB LA LC LD Hình 4.1 Sơ đồ so sánh vòng chuẩn Phương pháp so sánh vòng để xác định độ ổn định cầu xoay chiều cần có 02 điện cảm chuẩn có sơ đồ đo Để loại trừ ảnh hưởng điều kiện khác xảy ra, phép đo yêu cầu phải điều kiện (ví dụ: Biên độ điện áp; tần số; nhiệt độ; độ ẩm) Trình tự bước thực sau: 72 Bước 1: Lấy hai điện cảm chuẩn đưa vào so sánh xác định tỷ lệ qua cầu xoay chiều Một hai điện cảm chuẩn chọn làm chuẩn LSđiện cảm chuẩn lại Lx Bước 2: Trường hợp có hai điện cảmđể kiểm tra đảo điện cảmLS thành Lx ngược lại Trường hợp có nhiều hai điện cảm để kiểm tra lấy điện cảm chuẩn Lx phép đo bước làm điện cảm chuẩn LS bước Điện cảmLx bước lấy điện cảm lại Bước 3: Thực bước đến cuộn điện cảm chuẩn cuối cho khép kín vịng Khi thực só sánh vịng với n chuẩn ta n tỷ số Ví dụ: Có bốn điện cảm chuẩn hình 4.1 Tiến hành bước từ đến tỷ số: LA LB LC LD ; ; ; LB LC LD LA Theo lý thuyết ta có: LA LB LC LD 1 LB LC LD LA (4.1) Tuy nhiên thực tế tính ổn định cầu xoay chiều làm cho biểu thức (4.1) khơng cịn Trong độ ổn định cầu xoay chiều khơng thể tính toán biểu thức mà ta đánh giá độ ổn định chấp nhận phép đo hay không dựa vào độ xác cầu so qua biểu thức: LA LB LC LD 1 LB LC LD LA  b (4.2) Trong đó: b độ xác cầu xoay chiều nhà sản xuất công bố Trong trường hợp biểu thức (4.2) khơng thỏa mãn lúc phải tiến hành xác định sai số cầu xoay chiều 73 4.2.2 Kiểm tra sai số cầu xoay chiều Phép kiểm tra sai số cầu xoay chiều xác định biểu thức (4.2) khơng thỏa mãn có nghĩa độ ổn định cầu xoay chiều vượt giới hạn cho phép Khác với phương pháp đánh giá độ ổn định cầu xoay chiều, phương pháp xác định sai số cầu xoay chiều cần hai điện cảm chuẩn biết giá trị thực so sánh vòng với Khi ta biểu diễn: LA L  (1   ) B  (1   ) LB LA Trong đó: (4.3) LAlà điện cảm chuẩn A LBlà điện cảm chuẩn B  độ lệch từ giá trị danh định tỷ lệ LA/LB với tỷ số đo  độ lệch từ giá trị danh định tỷ lệ LB/LA với tỷ số đo Tuy nhiên xét đến sai số cầu xoay chiều biểu thức (4.3) biểu diễn lại thành: LA L  (1   ).(1  b ) B  (1   ).(1  b ) LB LA (4.4) Trong đó: b sai số cầu xoay chiều Kết hợp hai biểu thức (4.4) ta được: LA  (1  b )2 (1   ).(1   ).LA  2 b   b2  1       (4.5) (4.6) Do sai số cầu xoay chiều độ lệch từ giá trị danh định tỷ số đo nhỏ hàm bậc biểu thức (4.6) bỏ qua Do đó:  2 b  1    (4.7) Khai triển chuỗi furie cho biểu thức (4.7) rút gọn hàm bậc ta được: 74  2b   (   ) b  (   ) (4.8) Như thông qua độ lệch từ giá trị danh định tỷ số hai Điện cảm chuẩn ta dễ dàng xác định sai số cầu xoay chiều 4.3 Xây dựng phƣơng pháp hiệu chuẩn Máy đo LCR 4.3.1 Giới thiệu chung máy đo LCR Máy đo LCR thiết bị, dụng cụ đo đại lượng thông số mạch điện xoay chiều có đại lượng điện cảm Các máy đo LCR chủ yếu chế tạo theo nguyên lý dựa định luật Ôm xoay chiều hay nói cách khác phương pháp V-I trình bày chương Chính dựa định luật Ôm nên máy đo LCR đo đại lượng nói chung đại lượng điện cảm nói riêng quy thang đo tổng trở Z: 𝑍𝐿 = 𝜔𝐿 = 2𝜋𝑓𝐿 Cùng với dự phát triển công nghệ điện tử hệ vi xử lý phần mềm tính tốncác máy đo LCR đo tự động, tính tốn đưa kết cách xác (Độ xác đến ±0,02 %) Hình 4.2 Hình ảnh số loại máy đo LCR 75 Một số đặc trưng kỹ thuật đo lường điển hình máy đo LCR nay: Phạm vi đo: Điện dung CS, CP: 1.000000 nF đến 999.9999 F Điện cảm LS,LP: 1.000000H đến 999.9999 H Điện trở RS, RP: 1.000000 mΩ đến 999.9999 MΩ Phạm vi điện áp đo: 0V đến V rms Phạm vi tần số (typical): 10 Hz đến MHz Độ xác phép đo R;L;C (Basic): ± 0.02%; ±0,05% Việt Nam đất nước phát triển cơng nghiệp hóa nhà máy chế tạo linh kiện điện tử, vi mạch … Các máy đo LCR đưa vào sử dụng phổ biến công nghiệp để nhằm mục đích đảm bảo chất lượng đầu vào đầu sản phẩm nhu cầu dẫn xuất chuẩn điện cảm đến máy đo LCR cần thiết Để giải nhu cầu này, tơi xin trình bày quy trình hiệu chuẩn máy đo LCR – chức đo điện cảm 4.3.2 Xây dựng quy trình hiệu chuẩn máy đo LCR – Chức đo điện cảm 4.3.2.1 Các chuẩn thiết bị dùng hiệu chuẩn Bảng 4.1 Chuẩn phương tiện hiệu chuẩn máy đo LCR TT 1.1 Phƣơng tiện Đặc trƣng kỹ thuật đo lƣờng hiệu chuẩn Kiểu/loại Chuẩn đo lƣờng Điện cảm chuẩn Giá trị danh định: 1H đến 100H Bộ P596 Phƣơng tiện phụ Phạm vi điện áp: đến 200 Vac 2.1 Máy đo vạn Dải tần đến 10 kHz Độ phân giải: 1/2 digits Độ xác: Vac: ± 0,03 % f: ± 0,01 % 76 Fluke 8846A 4.3.2.2 Chuẩn bị hiệu chuẩn Kiểm tra bên để đảm bảo điện cảm chuẩn UUT (Unit Under Test- Đối tượng hiệu chuẩn) đủ điều kiện làm việc bình thường Chuẩn,UUTvà phương tiện phụ phải đặt mơi trường hiệu chuẩn phịng hiệu chuẩn: Nhiệt độ: (23±1)C; Độ ẩm tương đối (50±10)%RH thời gian 48 đồng hồ 4.3.2.3 Tiến hành hiệu chuẩn Khi hiệu chuẩn, máy đo LCR mắc với chuẩn Hình 4.3 Hình Sơ đồ hiệu chuẩn máy đo LCR Việc hiệu chuẩn tiến hành thang đo, tức chuyển từ chế độ tự động – (Auto Mode) – sang thang đo – (Manual Range Mode) Đặt giá trị chuẩn tương ứng với điểm hiệu chuẩn tiến hành đo-hiệu chuẩn Kết đo được gọi Zđo Phép đo-hiệu chuẩn lặp lại 10 lần.Sai số máy đo LCR sai số tuyệt đối xác định điểm hiệu chuẩn Z d  Z d  Z S Trong đó: - Zđ : Giá trị thị máy đo LCR - ZS : Giá trị tương ứng chuẩn Các điểm hiệu chuẩn thang đo lấy theo yêu cầu hiệu chuẩn máy (trong tài liệu kỹ thuật máy kèm theo – phần hiệu chuẩn (Calibration) máy đo); Nếu khơng có u cầu đặc biệt người sử dụng ta tiến hành 77 hiệu chuẩn máy đo LCR theo điểm:1H; 10H; 100H; 1mH; 10mH; 100mH; 1H; 10H Khi hiệu chuẩn máy đo LCR chức đo điện cảm, sai số điểm hiệu chuẩn xác định tần số f = 1kHz (1000Hz), biên độ điện áp U = 1Vrms Sai số xác định phải nằm giới hạn sai số cho phép máy đo LCR-chức đo điện cảmđược công bố đặc trưng kỹ thuật (Specification) máy đo LCR nhà sản xuất công bố Nếu sai số xác định nằm giới hạn cho phép, phải thực việc hiệu chỉnhmáy đo sau tiến hành hiệu chuẩn lại máy đo LCR.Nếu máy đo LCR không hiệu chỉnh phải đưa giá trị hiệu đính điểm hiệu chuẩn theo công thức sau: Z hd  Z S  Z d 4.3.2.4 Đánh giá độ khơng đảm bảo đo Mơ hình tốn học phép đo: Zd  Z S  Zd  ucal  udrift  ures a Độ không đảm bảo đo loại A Nếu tiến hành đo giá trị ZX n phép đo lặp, giá trị X1, X2, X3, , Xn, giá trị trung bình là: X  uA = u(X) = n  X i ,k n k 1 n ( X i ,k  X i )  n(n  1) k 1 b Độ không đảm bảo chuẩn (ucal) Độ không đảm bảo lấy từ giấy chứng nhận hiệu chuẩn chuẩn (điện trở chuẩn, điện cảm chuẩn, điện dung chuẩn) uS; ứng với mức tin cậy P (P = 95%) hệ số phủ tương ứng k (k = 2) độ khơng đảm bảo chuẩn là: uB1= uS = k uS c Độ không đảm bảo độ trôi chuẩn (udrift) Độ không đảm bảo uRES lấy từ đặc trưng kỹ thuật máy đo LCR ứng với thang đo sử dụng để hiệu chuẩn 78 uB2 = udrift d Độ không đảm bảo độ phân giải máy đo LCR (ures) Độ không đảm bảo uf lấy từ đặc trưng kỹ thuật máy đo LCR uB3 = ures Tổng hợp thành phần ta có : uB= uB21  uB2  uB2 e Độ không đảm bảo tổng hợp (uC) Độ khơng đảm bảo tổng hợp tính sau: uC = u A + u2 B f Độ không đảm bảo mở rộng (U) Với xác suất tin cậy P mức P = 95 % (k = 2) thì: U = 2.uC Bảng 4.2 Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo hiệu chuẩn máy đo LCR Bậc Hệ số Độ không tự nhạy đảm bảo đo Độ không đảm bảo loại A, uA Độ không đảm bảo chuẩn, ucal ∞ Độ không đảm bảo độ phân giải máy đo, ∞ Độ không đảm bảo ổn định tần số nguồn , ures ∞ Độ không đảm bảo kết hợp, uC ∞ Độ không đảm bảo mở rộng (k=2), U ∞ Nguồn gây độ không đảm bảo udrift Kết hiệu chuẩn máy đo LCR sau thực theo quy trình hiệu chuẩn trình bày Trung tâm đo lường đo lường khu vực PTN theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025 nhà máy, công ty công nghiệp sử dụng vào việc hiệu chuẩn – đo điện cảm chuẩn cuộn điện cảm thơng thường Nhờ mà chuẩn điện cảm vừa thiết lập trì chương truyền xuống chuẩn có cấp thấp Đây ý 79 nghĩa việc dẫn xuất chuẩn đảm bảo tính liên kết chuẩn đo lường liên tục từ cấp thấp đến chuẩn quốc gia Kết luận chương 4: Chương khái quát tình hình sử dụng thiết bị đo điện cảm phịng thí nghiệm, trung tâm đo lường khu vực, nhà máy sản xuất cơng nghiệp có sử dụng phương tiện đo điện cảm, mô tả phân tích đưa phương pháp kiểm tra cầu xoay chiều đưa phương pháp hiệu chuẩn máy đo LCR với việc đánh giá độ không đảm bảo đo 80 CHƢƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 5.1 Đánh giá nội dung đạt đƣợc Nội dung luận văn tập trung nghiên cứu thiết lập xây dựng phương pháp trì, dẫn xuất chuẩn đo lường đơn vị điện cảm (Hệ thống chuẩn đo lường điện cảm), xây dựng phương pháp dẫn xuất từ chuẩn quốc gia xuống chuẩn điện cảm sử dụng phịng thí nghiệm theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025 Tạo sở hoàn thiện hồ sơ đề nghị công nhận Chuẩn quốc gia điện cảm Viện Đo lường Việt Nam trình Chính phủ, theo nhiệm vụ giao quy hoạch phát triển chuẩn đo lường quốc gia đến năm 2020 Thủ tướng Chính phủ Theo yêu cầu nội dung yêu cầu nhiệm vụ, bước đầu thiết lập đơn vị điện cảm Việt Nam Nghiên cứu đề xuất phương pháp quy trình kỹ thuật cần xây dựng để thực nội dung công việc đề Những nội dung cụ thể trình bày chi tiết chương trước Đây coi sở để hoàn thiện hồ sơ công nhận chuẩn đo lường quốc gia điện cảm tiến tới đưa đơn vị điện cảm nước thông theo hệ quy chiếu định Do chưa đầu tư trọng tâm nên chuẩn chưa đồng kiểu loại thiếu đầu nối chuyển đổi Tuy nhiên kết đạt sở để định hướng trang bị thêm chuẩn sở để xây dựng hệ thống chuẩn đo lường đồng đầy đủ đầu tư Theo kết đo-đánh giá,giá trị điện cảmchuẩn thống kê so sánh với thông số kỹ thuật kết hiệu chuẩn theo giấy chứng nhận hiệu chuẩn chuẩn tốt phù hợp, điều khẳng định tính đắn hợp lý phương pháp, quy trình đo/ hiệu chuẩn đưa Từ cơng việc thực mở số định hướng phát triển cho đề tài là: nghiên cứu xây dựng cải tiến hệ thống hiệu chuẩn, dẫn xuất chuẩn đo lường quốc gia điện cảm theo hướng nghiên cứu thiết kế chế tạo thay cầu đo tiên tiến sánh ngang với nước phát triển giới 81 Lợi ích việc thay nhằm nâng cao tính xác, độ tin cậy đến kết đo 5.2 Kết luận đề xuất Những nội dung thực trình bày đề tài đầy đủ để áp dụng triển khai xây dựng hệ thống thực tế Sau hồn thiện hệ thống chuẩn xong chúng tơi đưa hai đề xuất Đề xuất thứ nhất:Tiếp tục đầu tư nhóm chuẩn khoảng đến 10 cuộn điện cảm chuẩn có giá trị 10 mH 100 mH nhằm mục đích trì theo nhiều nhóm chuẩn, nâng cao độ xác độ tin cậy giá trị chuẩn đo lường quốc gia lên nhiều Đề xuất thứ hai: Nghiên cứu xây dựng cải tiến hệ thống hiệu chuẩn, dẫn xuất chuẩn đo lường quốc gia điện cảm theo hướng nghiên cứu tự động hóa cầu biến tỷ lệ thiết kế chế tạo cầu đo Maxwell’s để phục vụ việc trì dẫn xuất chuẩn đo lường điện cảm 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.C Bridges, Chapter 16 Electrical Technology [2] Agilent Technologies Inc (2013), Agilent Impedence Handbook – A guide to measurement technology and techniques 4th Edition [3] Bureau International des Poids et Mesures (2006), The International System of Units (SI) [4] JCGM.(2008), “Evaluation of Measurement data-Guide to expression of Uncertainty in Measurement”, Working Group of the Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM/WG 1) [5] Wan-Seop Kim (2014), Impedance stadards and calibration (L-4-2), 2014 APMP TCEM-DEC Training Workshop, KRISS [6] IEC 80000-6 International standard (2008), Quantities and units-Part 6: Electromagnetism [7] TCVN 6165:2009, Từ vựng quốc tế đo lường học-Khái niệm, thuật ngữ chung (VIM) [8] Sullivan, Precision Inductive Voltage Divider F9200 catalog 83 ... đề thiết lập, trì dẫn xuất chuẩn đo lường đơn vị điện cảm (henry - H) Việt Nam 43 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG CHUẨN ĐIỆN CẢM VÀ XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP DUY TRÌ 3.1 Thiết lập hệ thống chuẩn. .. NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP HỆ THỐNG CHUẨN ĐIỆN CẢM VÀ XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP DUY TRÌ 44 3.1 Thiết lập hệ thống chuẩn điện cảm 44 3.2 Xây dựng Quy trình hiệu chuẩn chuẩn điện cảm 46 3.2.1 Nghiên. .. độ lớn đơn vị đo điện cảm từ chuẩn cao đến phương tiện đo thông dụng Việc nghiên cứu để thiết lập, trì dẫn xuất hệ thống chuẩn điện cảm nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất nghiên cứu khoa học nước