Bai giang ky thuat do luong

1

Bài giảng

Kỹ thuật đo lường

GV: TS.Nguyn th Lan Hng

Bộ môn: Kỹ thuật đo và THCN

Hà nội 08/2007

Nguyễn Thị Lan Hương 2

Tài liệu tham khảo

1. Giáo trình ”

”, PGS. Nguyễn Trọng Quế, Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1996

, Chủ biên PGS.TS. PhạmThượng Hàn, Nhà xuất bản Giáo dục, quyển 1,

, PGS. NguyễnTrọng Quế, Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1996.


Mục đích môn học

Nghiên cứu cơ sở kỹ thuật đo lường và việc đảm bảo cơsở cho các thí nghiệm.

Nguyên tắc hoạt động của các phương tiện đo, cácphương pháp đo các đại lượng vật lý

Các phương pháp đánh giá sai số của kết quả đo, các cơsở tiêu chuẩn hoá và chứng thực.

Hình thành kinh nghiệm tiến hành thí nghiệm đo, kinhnghiệm làm việc với các phương tiện đo có trình độ đánhgiá kết quả đo và sai số phép đo.


Chương 1. Các khái niệm cơ bản của kỹ thuậtđo lường

Đo lường

Định nghĩa và phân loại phép đo

Khái niệm về

và

Một số đặc trưng của kỹ thuật đo Tín hiệu đo

Các điều kiện đo.

Đơn vị đo vaW chuẩn mẫu

Phương pháp đo vaW Phương ti nY đo

Ngư i quan s t v đ nh gi k t qu


Định nghĩa về Đo lường

Theo pháp lệnh “ ĐO LƯỜNG” của nhà nước CHXHCN Việt nam Chương 1- điều 1: Đo lường là việc xác định giá trị của đại lượng

cần đo

Chính xác hơn: Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng củamột đại lượng cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo

Đại lượng đo được:

Với một đại lượng cần đo là X ta có thể tìm được một đạilượng ∆X để cho

m.∆X >X và (m-1)∆X =X hay nói cách khác

Ánh xạ được X vào tập số tự nhiên N với độ đo ∆X


Định nghĩa và phân loại phép đo

Phép đo là quá trình thực hiện việc đo lường. Phân loại

Đo trc tip: Là cách đo mà kết quả nhận được trực tiếp tưW một phép đoduy nhất

Đo gián tip: Là cách đo mà kết quả được suy ra tưW sưY phối hợp kết quả của nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp.

Đo hp bô": Là cách đo gần giống như phép đo gián tiếp nhưng sôl lượngphép đo theo phép đo trực tiếp nhiều hơn vaW kết quả đo nhận đượcthường phải thông qua giải một phương trình hay một hêY phương trình mà các thông sôl đam biết chính là các sôl liệu đo được.

Đo th#ng kê : đên đảm bảo đôY chính xác của phép đo nhiều khi người taphải sưn dụng phép đo thống kê. Tức là phải đo nhiều lần sau đol lấy gial trị trung bình.

Đo lường học: là ngành khoa học chuyên nghiên cứu vêW cácphương pháp đên đo các đại lượng khác nhau, nghiên cứu vêW mẫu vaW đơn vị đo.

Ky" thuật đo lường: ngành kym thuật chuyên nghiên cứu áp dụng cácthành tựu của đo lường học vào phục vụ sản xuất vaW đời sống.


Ví dụ- Phương trình cơ bản của phép đo

XAXX

XA xx ×=⇒=

X: Đ¹i l−îng cÇn ®o.X0: Đ¬n vÞ ®o.Ax: Gi¸ trÞ b»ng sè cña ®¹i l−îng cÇn ®o.

Qu¸ tr×nh so s¸nh ®¹i l−îng cÇn ®o víimÉu để cho ra kÕt qu¶ b»ng sè

Có thể đo một đại lượngvật lý bất kỳ được

không???

Không, vì không phảiđại lượng nào cũngcó thể so sánh giá trịcủa nó với mẫuđược.


Muốn đo giá trị của một đại lượng vật lý bất kỳ phảichuyển đổi đại lượng này sang một đại lượng vật lýkhác có thể so sánh được giá trị của nó với mẫu

Hai loại chuyển đổi:

Đại lượng điện điện

Đại lượng không điện điện

Công cụ: cảm biến (sensor, chuyển đổi sơ cấp)

Phương trình cơ bản


a

!

" # !

$ % & ' ( e * %

+ + ÷÷

÷ Ω

∆=∆

l

lf

R

R

Ví d(: Đo )ng su+t c h,c c-a m/t d0m bêtông ch(i lc


,∆-. /01 2

345R

R

R

R

tz

=

Khi P ch−a t¸c ®éng, cÇu c©n b»ng⇒ Ura = 0

Khi cã P t¸c ®éng, Rtz thay ®æimét l−îng ∆R → Ura thay ®æi métl−îng ∆U. Đo ∆U → ∆R → ∆l

KP : HÖ sè poisson.m : HÖ sè tû lÖ.

Đèi víi kim lo¹i : KP = 0,24 ÷ 4.NÕu thÓ tÝch V=l.S kh«ng thay ®æi trong qu¸tr nh biÕn d¹ng th KP = 0,5 vµ bá qua m.

( ) ( )

mK

fR

l

lf

R

R

Pl

R

l

++=

=

∆=

∆

εε

εε

Ví dụ (2)

CM??R

RUU

∆×=∆ ∆U??


Xác định đặc tính của dây dẫn điện

rt = r20 [ 1+α(t - 20) + β(t-20)2 ] α, β ch−a biÕt.

( ) ( )[ ]

( ) ( )[ ]

−+−+=

−+−+=

ttrr

ttrr

t

t

βα

βα

Đo ®iÖn trë ë nhiÖt ®é 200C, t1 vµ t2 ⇒ HÖ 2 ph−¬ng tr nh 2 Èn α vµ β.

α β

Các phép đotrực tiếp???


1.2. Phương pháp đo (1)

Quá trình đo biến đổi thẳng

kết quả

X= X0X

0

N

N

xNN

X X=


Phương pháp đo (2)

Quá trình đo kiểu so sánh

÷


Ví dụ

Có một vônmét được khắc độ như sau: 150V tương ứng 100 vạch

Khi đo điện áp Vônmét chỉ 120 vạch, xác định kết quả?

So sánh

Giá trị

Giá trị gọi là hằng số của volmét

0

100/

150N vach V=

0

100120 :

150xN

N

=

150120 120.1,5 180

1000X V= = =

0

11,5 /C vach

N= =


1.3. Đặc trưng của kỹ thuật đo(1)Tín hiệu đo & Các điều kiện đo

Tín hiệu đo mang theo thông tin vêW đối tượng cần nghiêncứu.

Tín hiệu đo thê( hiện ở 2 phần : Phần đại lượng vaW phầndạng tín hiệu. Ph n Đ3i lng: thông tin vêW gial trị của đối tượng đo Ph n D3ng tín hi5u: thông tin vêW sưY thay đổi tín hiệu đo

Gia công tín hiệu: là nghiên cứu các quy luật biến đổi tín hiệu, xác định các loại tínhiệu, chuyển các tín hiệu bất kyW vêW các tín hiệu có quy luật đên đánh gial chúng, chuyển đi xa, dùng vào việc điều khiển hoặc phục hồi lại tín hiệu ấy khi cần thiết

Xưn lyl tín hiệu đo lường: tức là áp dụng các nguyên công vêW đo lường lên các tínhiệu đol, có những đặc điểm riêng là vấn đêW biến các tín hiệu đol thành sôl với mộtsai sôl xác định, phản ảnh định lượng đại lượng cần đo

Các điều kiện đo:Khi tiến hành phép đo ta phải tính đến ảnhhưởng của môi trường đến kết quả đo vaW ngược lại, khi sưn dụng dụng cụ đo phải không được ảnh hưởng đến đối tượngđo.


Đặc trưng của kỹ thuật đo(2)Đơn vị đo và chuẩn mẫu

Việc đầu tiên của đo lường học là xác định đơn vị đo vànhững tổ chức cần thiết để tạo mẫu để đảm bảo cho kếtquả đo lường chính xác, tin cậy

Việc thành lập đơn vị , thống nhất đơn vị đo lường là mộtquá trình lâu dài, biến động. Việc đảm bảo đơn vị, tổ chứckiểm tra, xác nhận, mang tính chất khoa học, kỹ thuật vừatổ chức và pháp lệnh

Việc thống nhất hệ thống quốc tế về đơn vị mang tính chấthiệp thương và quy ước -> a a a

-> hệ thống đơn vị IS (International Standard) ra đời (1960) Do tổ chức quốc tếvề chuẩn phụ trách ISO(International Standard Organisation) gồm 7 đại lượng chính


Đặc trưng của kỹ thuật đo(3)Phương pháp đo và Phương tiện đo

Quá trình đo được thực hiện theo những bước nhất định, thực hiện các thao tác đo lường cơ bản.

Thủ tục ph i hợp các thao tác (nguyên công) đo lường là phương pháp đo.

Phương tiện đo thể hiện kỹ thuật của một phương pháp đocụ thể. ->Định nghĩa “ Phương tiện đo là tập hợp các phầntử, các modul, các dụng cụ, các hệ thống phục vụ cho việcthu thập và xử lý số liệu đo lường”

Phân loại phương tiện đo lường


Đặc trưng của kỹ thuật đo(4)Người quan sát

Đol là người đo vaW gia công kết quả đo. Nhiệm vụ củangười quan sát khi đo là phải nắm được phương pháp đo, am hiểu vêW thiết bị đo mà mình sưn dụng; kiểm tra điều kiệnđo; phán đoán vêW khoảng đo đên chọn thiết bị phuW hợp; chọn dụng cụ đo phuW hợp với sai sôl yêu cầu vaW phuW hợpvới điều kiện môi trường xung quanh; biết điều khiển quá trình đo đên cho ra kết quả mong muốn; nắm được cácphương pháp gia công kết quả đo đên tiến hành gia công sôl liệu thu được sau khi đo. Biết xét đoán kết quả đo xem đam đạt yêu cầu hay chưa, có cần đo lại hay không, hoặc phảiđo lại nhiều lần theo phương pháp đo lường thống kê.

Ngày nay vai trò của người quan sát giảm nhẹ vì hầu hếtcác phương tiện đều đo tự động


Đặc trưng của kỹ thuật đo(5)Đánh giá kết quả đo

Xác định tiêu chuẩn đánh gial một phép. Kết quả đo ở một mức đôY nào đol có thên coi là chính xác. Một gial

trị như vậy được gọi là gial trị ước lượng của đại lượng đo. Đol là gial trị được xác

định bởi thực nghiệm nhơW các thiết bị đo. Gial trị này gần với gial trị thực mà ở một điều kiện nào đol có thên coi là thực.

Đên đánh gial giữa gial trị ước lượng vaW gial trị thực, người ta sưn dụng khái niệm sai sôl của phép đo. Sai sôl của phép đo là hiệu giữagial trị thực vaW gial trị ước lượng

∆X = Xthực - Xước lượng

Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sai sôl : Do phương pháp đo không hoàn thiện. SưY biến động của các điều kiện bên ngoài vượt ra ngoài những điều kiện tiêu

chuẩn được quy định cho dụng cụ đo mà ta chọn.

Do dụng cụ đo không đảm bảo đôY chính xác, do cách đọc của ngườiquan sát, do cách đặt dụng cụ đo không đúng quy định v.v...


1.3. Các nguyên công đo lường cơ bản(1)

Quá trình đo là thực hiện các nguyên công đo lường, cácnguyên công có thể thực hịên tự động trong thiết bị hoặc do người thực hiện.

Xác định đơn vị đo, thành lập mẫu, tạo mẫu và truyềnmẫu:

Wxác định đơn vị, tạo ra chuẩn mẫu là những đại lượng vật lyl có tính bấtbiến cao vaW là hiện thân của đơn vị đo lường.

lượng tưn hoal chuẩn vaW tôn hợp thành đại lượng chuẩn có thên thay đổi gial trị, tạo thuận lợi cho việc xác định gial trị của đại lượng đo, ta gọi là truyềnchuẩn.

Nguyên công biến đổi: Thực hiện phép biến đổi trên cáctín hiệu đo lường, tưW đại lượng này sang đại lượng khác, tưW dạng này sang dạng thên hiện khác


Các nguyên công đo lường cơ bản (2)

Nguyên công so sánh: so sánh có thên thực hiện trong không gian sôl bằng một thuậttoán chia (phương pháp đo biến đổi trực tiếp)

trong không gian các đại lượng vật lyl, thực hiện bằng một phéptrưW trong bôY so sánh (comparator) X - Xk ≤ε (phương pháp đokiểu so sánh)

Nguyên công giao tiếp. Giao tiếp người vaW máy (HMI) trong ấy việc hiển thiY, trao đổi, theo dõi giám sát là một dịch vụ khal lớn trong hêY thống thôngtin đo lường điều khiển.

Giao tiếp với hêY thống (tức với mạng) thên hiện chun yếu ở dịch vụ truyền thông.


1.4. Thiết bị đo (1)

Xác định tiêu chuẩn đánh giá một thiết bị đo: Tiêu chuẩn có thên là tiêu chuẩn quốc gia do cơ quan pháp quyền của

một NhaW nước quyết định vaW thành pháp lệnh.

Tiêu chuẩn quốc têl là tiêu chuẩn do hội đồng các nhaW bác học nghiêncứu, xác định vaW khuyến cáo đên các quốc gia áp dụng.

ISO vaW IEC là những tiêu chuẩn quốc têl được ứng dụng rộng rãi trongrất nhiều lĩnh vực sản xuất

Tổ chức kiểm định và xác nhận thiết bị đo: Thiết bị đo lường là thiết bị phải đảm bảo các tiêu chuẩn vêW chất lượng

vì vậy định kyW phải được kiểm định vaW cấp giấy lưu hành

Đây là công việc của các trung tâm kiểm chuẩn tức là so sánh thiết bị do với chuẩn vaW đánh gial lại thiết bị đo.

Chỉ có những thiết bị đo đam kiềm chuẩn vaW đam được cấp giấy chứngnhận mới được coi là thiết bị đo hợp pháp, có thên lưu hành.


Thiết bị đo (2)

Tổ chức quản lý đảm bảo đo lườngThiết bị đo là một thiết bị đặc biệt, nó được quản lyl theo pháp lệnhNhaW nước. NhaW nước ra những quy định vêW quản lyl thiết bị đo, như y

l,

đạt tiêu chuẩn hay không đạt tiêu chuẩn, đượclưu hành hợp pháp hay không. Phải đảm bảo việc truyền chuẩn có thên xuống đến những nơi cần thiết đảm bảo cho việc nâng cao chất lượngcủa các sản phẩm công nghiệp với yêu cầu ngày càng cao.

Các tiêu chuẩn chung nhất của một thiết bị đo Gial trị đo vaW khoảng đo Sai sôl và độ chính xác Các tiêu chuânn khác

NgoaWi hai tiêu chuânn vêW độ nhaYy, độ chính xác cuna thiết bị đo coWn phani xétđến đăYc tính đôYng, tônn hao cuna thiết bị và các chỉ tiêu đăYc biêYt đối với từngthiết bị.

Các chỉ tiêu chuan nayW là những chỉ tiêu phụ nhưng col nhưmng lúc trở thaWnh chỉ tiêu quan troYng.


Chương 2. Hệ đơn vị, chuẩn, mẫu, tạo mẫu vàchuyển mẫu

Đơn vị và hệ đơn vị

Chuẩn và mẫu

Tạo ra mẫu công tác và mẫu biến đổi

Tổ chức quốc tế và quốc gia về hệ thống chuẩn.


2.1.Đơn vị và hệ đơn vị chuẩn(1)

Hệ đơn vị SI gồm 7 đại lượng chính

102 đơn vị dẫn xuất và 72 đại lượng vật lý

ơ ơ o a a ! " # e " %& %& e ' á

( a e a # ) * o * o


Đơn vị và hệ đơn vị (2)

Bội số và ước số của đơn vị+ ,- . / 0 1 , 2 3 4 0 5 6 7 8 + ,- . / 0 1 , 2 3 4 0 5 6 7 89 : ; < o > > a < 9 @ A B e D 6 E9 : A F e > > a F 9 @ : G e 2 > 6 D9 A H I a I 9 @ J K 6 L 6 M9 A N O e > a O 9 @ P K 6 D Q oµ9 A : 1 e Q a 1 9 @ R S a 2 o 29 R T 6 U a T 9 @ A : O 6 D o V9 P K e U a K 9 @ A N W e M > o X9 J 3 6 L o 3 9 @ A H Y > > e a9 : + e D > o + 9 @ : A F e V > o Z9 A B e D a B a 9 @ : ; < o D > o 4


Định nghĩa 7 đơn vị cơ bản

a. Chiều dài:

b. Khối lượng:

c.Thêi gian: §ã lµ thêi gian cña 9.192.631.770 chu kú cñam¸y ph¸t sãng nguyªn tö Sedi 133(Cs-133).

d. Dßng ®iÖn: Ampe lµ c−êng ®é dßng ®iÖn t¹o ra mét lùc ®Èylµ 2x10-7 N trªn ®¬n vÞ chiÒu dµi gi÷a hai d©y dÉn dµi v« cùc®Æt çch nhau 1m.


Định nghĩa 7 đơn vị cơ bản (2)

e. NhiÖt ®é (nhiÖt ®éng):§ã lµ nhiÖt ®é nhiÖt ®éng cña®iÓm ba cña n−íc nguyªn chÊt.

1

273,16

g.C−êng ®é s¸ng hay quang ®é: candela (Cd) lµ c−êng ®é cñamét nguån s¸ng ph¸t ra ¸nh s¸ng ®¬n s¾c ë tÇn sè 540.1012 Hz, víi c«ng suÊt Watt trong mét Steradian (Sr).1

683

f. L−îng vËt chÊt (mol) §ã lµ l−îng vËt chÊt cña sè nguyªn töcña vËt chÊt Êy, b»ng sè nguyªn tö cã trong 0,012 kg cacbon 12 (C12).

h. Hai ®¬n vÞ phô lµ Radian (Rad) vµ Steradian. Radian lµ gãc ph¼ng cã cung b»ng b¸n kÝnh. Sterradian lµ gãc khèi n»m trong hinh cÇu gíi h¹n bëi vßngtrßn cÇu cã ®−êng kÝnh b»ng ®−êng kÝnh cña qua cÇu.


Bảng các đơn vị dẫn xuất


Một số đơn vị ngoài đơn vị hợp pháp mà vẫn sửdụng

1.10-8WbMaxwell

1.10-4 TGauss

1,602 . 102JElectron volt (ev)

1,0551 . 103JThermie4,5 10-3m3Galon (Anh)

3,60 . 106JKilowatt gi 3,785. 10-3m3Galon (M)

7,457.102 WMã l c2,832 . 10-2m3Foot kh i 4,1868JCalo1,6384. 10-5m3Inch kh i 9,8066NKilogam l c9,290.10-2m 2Foot vuong

1,332. 102 N/m2Torr6,4516.10-4m2"Inch vuông

1.106 N/m2Bari1,852kmMille (h i lý) 1,6018510 kg/m3Fynt/foot31,609km0Mille (d m) 4,882kg/m2Fynt/foot29,144 . 10-1mYard (Yat)

1,0161. 103kgTonne3,048. 10-1mFoot (phút)

4,536 . 10-1kgFynt2,54. 10-2mInch

Quy đ i ra SIĐơn v Quy đ i ra SIĐơn v


2.2.Chuẩn và mẫu

Để thống nhất được đơn vị thì người ta phải tạo được mẫucủa đơn vị ấy, phải truyền được các mẫu ấy cho các thiếtbị đo

Để thống nhất quản lý đo lường, đảm bảo đo lường chocông nghiệp, thương mại, và đời sống, mỗi quốc gia đều tổchức hệ thống mẫu chuẩn và truyền chuẩn của quốc giađó.

Các hằng số vật lý dùng để làm chuẩn

Chuẩn mẫu mét

Chuẩn mẫu về khối lượng

Chuẩn mẫu về thời gian và tần số.

Chuẩn mẫu về các đại lượng điện.


Định nghĩa - chuẩn

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 6165 -1996 chuẩn đolường (measurement standard) hay vắn tắt là chuẩn, đượcđịnh nghĩa như sau: “Chu7n

a y a y a ”

Phân loại Chuẩn đầu (Primary standard)

Chuẩn thứ (Secondary standard):

Chuẩn bậc I:

Chuẩn bậc II:

Theo cùngmột đại lượng


Phân loại (2)

Chuẩn đầu (Primary standard): Là chuẩn được chỉ định hay thừa nhận rộng rãi là có chất lượng về mặt đo lường caonhất và các giá trị của nó được chấp nhận không dựa vàocác chuẩn khác của cùng đại lượng.

Chuẩn thứ (Secondary standard): Là chuẩn mà giá trị củanó được ấn định bằng cách so sánh với chuẩn đầu củacùng đại lượng.

Chuẩn bậc I: là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằngcách so sánh với chuẩn thứ của cùng đại lượng.

Chuẩn bậc I: là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằngcách so sánh với chuẩn thứ của cùng đại lượng.


Phân loại (3)

Trên phạm vi quốc tế Chuẩn quốc tế (International standard):

Là chuẩn được một hiệp định quốc tế công nhận để làm cơ sở ấn định giá trịcho các chuẩn khác của đại lượng có liên quan trên phạm vi quốc tế.

Chuẩn quốc gia (National Standard):

Là chuẩn được một quyết định có tính chất quốc gia công nhận để làm cơ sởấn định giá trị cho các chuẩn khác có liên quan trong một nước.

Chuẩn chính (Reference standard):

Là chuẩn thường có chất lượng cao nhất về mặt đo lường có thể có ở một địaphương hoặc một tổ chức xác định mà các phép đo ở đó đều được dẫn xuấttừ chuẩn này.

Chuẩn công tác (Working standard):

Là chuẩn được dùng thường xuyên để hiệu chuẩn hoặc kiểm tra vật đo, phương tiện đo hoặc mẫu chuẩn.

Chuẩn so sánh (Transfer standard):

Là chuẩn được sử dụng như là một phương tiện để so sánh các chuẩn.


Một số hằng số vật lý dùng làm chuẩn

Đ¹i l−îngKýhiÖu

Gi¸ trÞ (víi ®é kh«ng ch¾c ch¾n 1σ)

øng dông

Tèc ®é ¸nh s¸ngtrong ch©n kh«ng C 299.792.458 m/s(chÝnh x¸c)

Thêi gian, tÇn sèchiÒu dµi

ĐiÖn tÝch electronC 1,60217733 . 10- (0,3ppm)

ĐiÖn ¸p, dßng®iÖn

H»ng sè “Jozepson"Kj-90 483.587,96 Hz/v (0,4 ppm) ĐiÖn ¸p

H»ng sè Von klitzingRJ-90 25,812807 KΩ (0,2 ppm) ĐiÖn trë

HÖ sè dÉn t

trongch©n kh«ng

µ0 4π.10-7 N/A2 (chÝnh x¸c) ĐiÖn dung


Một số chuẩn mẫu về các đại lượng điện

Chuẩn dòng điện

Chuẩn điện áp

Chuẩn điện trở

Chuẩn điện dung

Chuẩn tần số


Một số đơn vị ngoài đơn vị hợp pháp mà vẫn sửdụng

1.10-8WbMaxwell

1.10-4 TGauss

1,602 . 102JElectron volt (ev)

1,0551 . 103JThermie4,5 10-3m3Galon (Anh)

3,60 . 106JKilowatt gi

3,785. 10-3m3Galon (M)

7,457.102 WMã l c2,832 . 10-2m3Foot khi

4,1868JCalo1,6384. 10-5m3Inch khi

9,8066NKilogam l c9,290.10-2m 2Foot vuong

1,332. 102 N/m2Torr6,4516.10-4m2"Inch vuông

1.106 N/m2Bari1,852kmMille (h i lý) 1,6018510 kg/m3Fynt/foot31,609km0Mille (d m) 4,882kg/m2Fynt/foot29,144 . 10-1mYard (Yat)

1,0161. 103kgTonne3,048. 10-1mFoot (phút)

4,536 . 10-1kgFynt2,54. 10-2mInch

Quy đ i ra SIĐơn v

Quy đ i ra SIĐơn v


a.Chuẩn dòng điện

Chuẩn bằng cân AgNO3 điện phân

Năm 1960 chuẩn được thực hiện thông qua cân dòngđiện tức là đo lực đẩy điện từ giữa hai dây dẫn dài vôcực thông qua cân có độ chính xác cao ( đạt đến 4.10-6

A).

Gần đây thì người ta có đề xuất việc xác định dòng điệnthông qua từ trường

Xác định dòng điện chuẩn rất phức tạp vì vậy trong thựctế người ta sử dụng chuẩn về điện áp.


Phát điện áp một chiềuchuẩn

Pin mẫu Weston

Sùc ®iÖn ®éng Pin mÉu ë 200C cho bëi C«ng thøc:

E20= 1.018636-0.6.10-4 N-5.0.10-5N

N=0.04-0.08

Søc ®iÖn ®éng cña Pin mÉu l¹i thay ®æi theo nhiÖt ®é theo C«ngthøc:

Et = E20-4.610-5(t-20) –9.510-4(t-20)2 +1.0 10-5(t-20)3+..

Tr«i søc tù ®éng h»ng n¨m lµ 1µV/n¨m (microVolt)

MÉu ®Þªn ¸p Quèc gia ®−îc lÊy lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña 20 (hoÆc10) pin mÉu b·o hoµ nµy.

Dung dịch

Điện phân CdSO4

Tinh thể

hồ

Thủy ngân

Dây Pt

Almangan Hg (12,5%Cd)


Phần tử Jozepson (1)

hV n f

e=

n- Sè cÊp chuyÓn tiÕp Siªu dÉn; h- H»ng sè Plank, e-§iÖn tÝch Electron; f tÇn sè sãng ®iÖn tõ cùc ng¾n dônglªn líp chuyÓn tiÕp siªu dÉn ch×-oxit ch× tinh khiÕt.

Líp chuyÓn tiÕp ®Ó trong b×nh çch nhiÖt nhiÖt ®é (2-4)K. TÇn sè sãng ®iÖn tõ cùc ng¾n lµ 9 GHz.

§iÖn ¸p trªn mét líp chuyÓn tiÕp (4-5) mV cã tÝnh æn®Þnh rÊt cao: ®−îc truyÒn ®Ó so s¸nh víi pin mÉu th«ngqua mét ph©n ¸p chÝnh x¸c (3.10-8) vµ tæng hîp cã thÓthiÕt lËp ®iÖn ¸p vµo kho¶ng 1V (®Ó so víi Pin mÉu) hÖsè kh«ng æn ®Þnh thÊp h¬n 5.10-8V.


Lớp chuyển tiếp


ĐÆc tÝnh Xedi Hitro Rubidi Th¹ch anh

TÝnh lÆp l¹i ± 3.10-12 ± 2.10-12

æn ®Þnh(trung binh trong 1 sec) 5.10-12 5.10-13 5.10-12 5.10-12

Tr«i RÊt nhá RÊt nhá ±1.10-13 ± 5.10-10

TÇn sè céng h−ëng 9.192.631.770 1420405.751 6.834.682.608

Träng l−îng m¸y (khoang) 30kg 400 15 10

NhiÖt ®é lµm viÖc -20 ÷ +600C 0 ÷ 500 C 0 ÷ 500 C 0 ÷ 500 C

Sè lÇn céng h−ëng nguyªn tö trongmét gi©y

106 1012 1012

NhiÖt ®é céng h−ëng 3600K 3000K 3300K

Phát tần số chuẩn

Nguyªn lý cña m¸y ph¸t thêi gian hay tÇn sè chuÈn ®Òu dùa trªn c«ng thøc:

h- h»ng sè Plank;ν - lµ tÇn sè;E1vµ E2 lµ hai møc n¨ng l−îng trong khi chuyÓn møc.

HiÖn nay dïng 3 lo¹i mÉu nguyªn tö vÒ thêi gian: Xedi, Hitro, Rubidi

Bảng tãm t¾t çc ®Æc tÝnh cña çc mÉu thêi gian hay sö dông

h E Eν = −


Sơ đồ máy phát tần số mẫu kiểu Xedi

∼

ChØ cã çc nguyªn tö xª di cãnăng l−îng F = 4. mf = 0 míi ®i vµo buång ch©n kh«ng, ë ®©y nã qua 1 ®iÖn tr−êng ®Òu vµ®−îc nung nãng lªn b»ng tiasãng cùc ng¾n, cã tÇn sè9.162.631.770 Hz.

a o a Ố a a ! " # $ %$ %$ & '


Ví dụ: Một số đài phát tần số trên thế giới



Tõ l©u, ®iÖn trë mÉu lµ mét bé gåm 10 cuén d©y manganin cã®iÖn trë ®Þnh møc 1Ω ®Ó trong hép kÝn 2 líp ®æ ®Çy kh«ng khÝ nÐn, cã gi¸ trÞ 1,0000002Ω víi ph−¬ng s−ai σ = 1.10-7.

TruyÒn ®iÖn trë mÉu cho çc ®iÖn trë kh¸c b»ng cÇu 1 chiÒu.

Tõ năm 1990, ®iÖn trë mÉu ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua hiÖu øngHall l−îng tö tõ (QHE), nhß cã h»ng sè vËt lý von Klitzing. H»ng sè von Klitzing ®−îc x¸c ®Þnh Rk-90 = 25,81280Ω víi saisè 0,2.10-6. PhÇn tö c¬ b n cña mét QHE lµ mét planar MOSFET máng ®Ó trong mét m«i tr−êng nhiÖt ®é thÊp. 1-2K (-2710C). Tõ tr−êng ®−îc ®Æt vu«ng gãc víi l¸ máng b¸n dÉn cãc−êng ®é tõ c m mét vµi Tesla.


Hiệu ứng Hall

Điện áp cảm ứng Hall tỉ lệ vớicường độ từ cảm B và dòng điệnđi qua tấm QHE

Dòng điện

Từ cảm

Dẫn điện tử



Uh = Rk-90 I/i

Rh =

Uh: ®iÖn ¸p Hall, Rh = ĐiÖn trë Hall l−îng t.

I dßng ®iÖn ch¹y trong mµng b¸n dÉn MOSFET.i con sè nguyªn chØ sè ®o Hall trong mµng b¸n

dÉn lóc x¸c ®Þnh Rh.Rk-90: h»ng sè von Klitzing.

−=hk 90

UR / i

I

PhÇntöQHE

§iÖn trëtruyÒnchuÈn


Ví dụ


Chuẩn điện dung

ChuÈn ®iÖn dung ®−îc thùc hiÖn b»ng tô ®iÖn tÝnh theo lý thuyÕt Thompson -Lambard. Tô gåm 4 thanh thÐp ®−êng kÝnh 50mm dµi 500mm cã trôc song song vµn»m trªn ®Ønh hinh vu«ng, gi a chóng cã 1 thanh mµn ch½n tÜnh ®iÖn ®Æt ë ngayt©m cña h nh vu«ng: Sù thay ®æi ®iÖn dung cña tô ®iÖn (cña tõng cÆp ®iÖn cùc) thay®æi theo kho ng di chuyÓn cña thanh mµn ch½n.

∆C =

µ0: tõ dÉn cña kh«ng k hÝ, C = tèc ®é ¸nh s¸ng.∆L ®o b»ng ph−¬ng ph¸p giao thoa víi ∆L = 100mm sai sè 10-7. ∆C=

0,4002443 pF, sai sè kh«ng qu¸ 5.10-7. ĐiÖn dung mÉu ®−îc truyÒn sang çc ®iÖn dung kh¸c b»ng cÇu xoay chiÒu.Tõ çc mÉu nµy ta cã thÓ suy ra çc ®¹i l−îng ®iÖn kh¸c th«ng qua çc hép ®iÖn

trë vµ hép ®iÖn dung chÝnh x¸c cao.

∆ = ∆π πµ 2

0

1 1ln2 L ln2 L

2 2 C


2.3.Tạo ra mẫu công tác và mẫu biến đổi

Sau khi tạo mẫu quốc gia, phải tổ chức mạng lưới quốc tếvà quốc gia để truyền chuẩn đến những phòng thí nghiệmtiêu chuẩn khu vực. Những chuẩn này phải đạt độ chínhxác yêu cầu: cách bố trí, quy luật biến đổi phù hợp với tínhiệu kiểm tra và thiết bị so sánh.


Tạo ra mẫu công tác và mẫu biến đổi (2)

Các vấn đề tạo mẫu công tác (mẫu biến đổi): Lượng tử hoá chuẩn mẫu:

Sau khi đam xác định đơn vị, cần có cách phân chia mẫu thành những bội sôl vaW ước sôl của đơn vị.

Đơn vị nhon nhất của chuẩn mẫu gọi là lượng tưn. Sai số lượng tử

Tổ hợp các lượng tử của mẫu thành mẫu biến đổiCác lượng tưn của mẫu được tôn hợp với nhau thành những đại lượng mẫubiến thiên.Tôn hợp các quy tắc gọi vaW biểu diễn các con sôl có gial trị xác địnhgọi là hêY thống đếm.

Thuật toán biến đổi trong quá trình ra mẫuTrong quá trình so sánh với đại lượng cần đo, mẫu cần phải thay đổi đượcgiá trị của nó. Thay đổi theo một chiến lược như thế nào để tối ưu theo mộtmục tiêu nhất định, đó là thuật toán biến đổi mẫu.

K

K K

q

X Nβ = =


2.3. Liên kết chuẩn

Tổ chức chuẩn thế giới Tổ chức đảm bảo đo lường của Việt namTheo sơ đồ tổ chức quốc tế về công ước mét ở Việt nam có

Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng trực thuộc hộiđồng bộ trưởng chịu trách nhiệm về việc xây dựng các tiêuchuẩn, quản lý các phương tiện đo lường để đảm bảo chấtlượng các sản phẩm sản xuất tại Việt nam.

Về việc đảm bảo đo lường, trực thuộc Tổng cục TC-ĐL-CL cócác trung tâm đo lường Trung tâm đo lường nhà nước Trung tâm đo lường 1, trung tâm đo lường 2.. Các phòng thí nghiệm chuẩn chuyển ngành Vilas


Cấu trúc đảm bảo đo lường Việt nam

a


Trung tâm đo lường Việt nam

a


Tổ chức quốc tế về chuẩn ISO31-1992

ISO 31-0: Nguyên tắc chung ISO 31-1: Không gian và thời gian ISO 31-2: Hiện tương tuần hoàn và các phần liên quan ISO 31-3: Cơ ISO 31-4: Nhiệt ISO 31-5: Địên và từ ISO 31-6: Ánh sáng và bức xạ địên có liên quan ISO 31-7:Âm ISO 31-8: Hoá học và vật lý phân tử ISO 31-9: Vật lý nguyên tử và hạt nhân ISO 31-10: Phản ứng hạt nhân và bức xạ ion hoá ISO 31-11: Dấu hiệu và ký hiệu toán học dùng trong khoa học vật lý và

công nghệ ISO 31-12: Số đặc trưng ISO 31-13: Vật lý trạng thái rắn


Tổ chức quốc tế về chuẩnChâu âu EUROMET


Tổ chức quốc tế về chuẩnChâu âu EUROMET (2)


VÝ dô: Tæ chøc truyÒn mÉu quèc tÕ (1)

mMeter

m

kKilogram

AsSecond Ampere

sk A

NewtonN

JJoule

VoltV

WattW

2e/h

J-Array

KJ-90

§Þnh nghÜa çc ®¬n vÞ c¬ b¶n

CIPM x¸c ®Þnh h»ng sèJosephson

Phßng thÝ nghiÖm quèc gia

Thùc hiÖn çc ®Þnh nghÜa SI

Gi¸ trÞ cña çc h»ng sè vËt lý

§¹i diÖn quèc gia vÒ Volt ( mÉu 10V)


Tæ chøc truyÒn mÉu quèc tÕ (2)

J-Array

732B

734A

752A

732B

8842A

5700A

§¹i diÖn ®éc lËpcña ®iÖn ¸p VPhßng thÝ nghiÖm ®Þa ph−¬ng

TruyÒn chuÈn s¬ cÊp (dïng ë MAP)

MÉu ®Çu Volt nh©n t¹o t¹i ®Þa ph−¬ng(Theo MAP)

MÉu 10V-So s¸nh víi m¹ng J-Array th«ng qua MAP.

MÉu ph©n ¸p (10:1 vµ 100:1)

MÉu lµm viÖc

Dông cô ®o sö dông (dÞch vô cho R&D)

= § Þnh nghÜa

= ThiÕt bÞ thùc nghiÖm

= ThiÕt bÞ sö dông vµ th−¬ng m¹i

= thiÕt bÞ th−¬ng m¹i

Ký hiÖu


Chương 3. Thiết bị đo và đánh giá thiết bị đo

Phân loại phương tiện đo lường

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo

Mở rộng khoảng đo

Nâng cao đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo

Kiểm định phương tiện đo lường

Xây dựng một thiết bị đo


Tình hình phát triển của thiết bị đo và hệ thốngđo

Số hoá

Thông minh hoá áp dụng cho phương pháp đo hiện đại

Tự động xử lý thao tác đo

Tự động xử lý kết quả đo

Thông tin với hệ thống


Phân loại phương tiệnđo lường ! " #$ % & '! ( ! "$ ) * + , ) - . / . + 0 ! ) * ! $ (+ 0 1! 2 /! 3 /! ) + 04 5 6 /7 8 ! 9 ' ! ( ! 5 # /! : ; 2& ' ! ( < ) / ) =; " - . / > * !? % + 0


Kết nối hệ thống công nghiệp-PLC


Phân loại thiết bị đo lường (2)

Dông cô ®o l−êng ®iÖn : Gia c«ng çc th«ng tin ®o l−êng, tøc lµçc tÝn hiÖu ®iÖn cã quan hÖ hµm víi çc ®¹i l−îng vËt lý cÇn ®o. Çc dông cô ®¬n lÎ thùc hiÖn çc phÐp ®o trùc tiÕp Dông cô ®o t−¬ng tù : Gi¸ trÞ cña kÕt qu¶ ®o thu ®−îc ®−îc

biÓu diÔn b»ng mét hµm liªn tôc theo thêi gian (gåm çclo¹i dông cô ®o kim chØ vµ dông cô tù ghi )

Dông cô ®o sè : KÕt qu¶ ®o ®−îc thÓ hiÖn b»ng sè ThiÕt bÞ ®o: bao trïm lªn tÊt c¶ dông cô ®o t−¬ng tù vµ dông cô®o sè, cã thÓ ph©n lo¹i theo ph−¬ng ph¸p ®o gåm 2 lo¹i thiÕt bÞ®o : ThiÕt bÞ ®o biÕn ®æi th¼ng. ThiÕt bÞ ®o kiÓu so s¸nh hay bï.

Ngoµi ra, cã thÓ ph©n lo¹i dông cô ®o theo ®¹i l−îng ®o nh−: Ampemet, Volmet, Hecmet (®o tÇn sè), ¸p kÕ (®o ¸p suÊt), tèc®é kÕ (®o tèc ®é), l−u tèc kÕ (®o l−u tèc) v.v...


PROCESSOR BUS

Conditioning

TimingA/D

D/A

DI/O

TI/O

DISPLAY

AND

CONT

ROL

488 P

ORT

µPMa

th

MEMO

RYµP

ROM

Control Panel

Flow

Pressure Alarm Conditions

STOP

Temperature

Thiết bị đo lường đơn lẻ Thiết bị đo lường trên cơ sở máy tínhPC

Nhà sản xuất quyết địnhđặc tính máy

Người sử dụng quyết địnhđặc tính máy

o a e a o e


o a e a o eSC

XI

1140

SCXI

1140

SCXI

1140

SCXI

1140

SCXI-1001

MAINFRA

ME

SCXI

SCXI1100

NATIONAL

INSTRUMENTS®

bus

Control Panel

Flow

Pressure Alarm Conditions

STOP

Temperature

Tích hợp hệ thống

LabVIEWSoftwareAnalysis and Presentation

Hardware & Driver SoftwareAcquisition and Control

GPIB Instruments

Serial Instruments

DAQ Products

Unit Under Test

Process

VXI Instruments

PC orWorkstation

Other networked computers


Phân loại các phương tiện đo lường

Hệ thèng th«ng tin ®o l−êng

HÖ thèng ®o l−êng HÖ thèng kiÓm tra HÖ thèng nhËn d¹ng HÖ thèng chuÈn ®o¸n

HÖ thèng ®o, kiÓm tra, b¸o®éng

HÖ thèng ®o, kiÓm tra, nhËnd¹ng

HÖ thèng ®o l−êng, ®iÒu khiÓn HÖ thèng ®o, kiÓm tra, chuÈn ®o¸n

Thiết bị đo và đánh giá thiết bị đoC¶mbiÕn

M¹ch ®o ChØ thÞ


HÖ thèng ®o l−êng : §o vµ ghi l¹i çc ®¹i l−îng ®o. HÖ thèng kiÓm tra tù ®éng : Thùc hiÖn kiÓm tra çc ®¹i l−îng ®o.

Cho ra kÕt qu¶ lín h¬n, nhá h¬n hay b»ng chuÈn. HÖ thèng chuÈn ®o¸n kü thuËt : KiÓm tra sù lµm viÖc cña ®èi t−îng

®Ó chØ ra sù háng hãc cÇn söa ch÷a. HÖ thèng nhËn d¹ng : KÕt hîp viÖc ®o l−êng, kiÓm tra ®Ó ph©n lo¹i

®èi t−îng t−¬ng øng víi mÉu ®· cho. VD: M¸y kiÓm tra ph©n lo¹i s¶n phÈm.

Tæ hîp ®o l−êng tÝnh to¸n : Sù ph¸t triÓn cña kü thuËt tÝnh to¸n ®·cho ra ®êi mét thiÕt bÞ míi ®ã lµ tæ hîp ®o l−êng tÝnh to¸n víi chøcn¨ng cã thÓ bao qu¸t toµn bé thiÕt bÞ ë trªn. §ã lµ sù ghÐp nèi hÖthèng th«ng tin ®o l−êng víi m¸y tÝnh. Nã cã thÓ tiÕn hµnh ®o, kiÓm tra, nhËn d¹ng, tÝnh to¸n vµ c¶ ®iÒu khiÓn ®èi t−îng n÷a.

Thiết bị đo và đánh giá thiết bị đo


Phân loại thiết bị đo

Nằm trong hệ thống: Transmitter và transducer:

Đo điện Đo nhiệt độ và áp suất Phân tích nồng độ vật chất

Thiết bị rời:Phân theo nhóm thiết bị cơ bản để xây dựng hệ Multimét: Máy đếm vạn năng: (tần số kế) Máy hiện sóng, Monitor cùng các thiết bị tự ghi Thiết bị dùng µP(vi xử lý – Micro Processor):

Thiết bị thu thập số liệu intelligent transmitter Analyser


2.2. Thông số kỹ thuật của thiết bị

§é nh¹y Kho¶ng ®o, ng−ìng nh¹y vµ kh¶ n¨ng ph©n ly Sai sè hay ®é chÝnh x¸c CÊp chÝnh x¸c TÝnh tuyÕn tÝnh cña thiÕt bÞ §Æc tÝnh ®éng Mét sè th«ng sè kh¸c nh−: c«ng suÊt tiªu thô, kÝch th−íc, träng l−îng cña thiÕt bÞ


A. Mô hình thiết bị đo


B. Độ nhạy

Phương trinh cơ bảnY= F(X,a,b,c...)

∂F/∂X - Đé nh¹y víi X hay ∂F/∂a - Đé nh¹y cña yÕu tè anh h−ëng a hay nhiÔu NÕu kh«ng xÐt tíi nhiÔu ®Çu vµo

Khi K=(S)=const -> X,Y lµ tuyÕn tÝnh.K=f(X) -> X, Y lµ kh«ng tuyÕn tÝnh - > sai sè phi tuyÕn.

ViÖc x¸c ®Þnh K b»ng thùc nghiÖm gäi lµ kh¾c ®é thiÕt bÞ ®o. Víimét gi¸ trÞ cña X cã thÓ cã çc gi¸ trÞ Y kh¸c nhau, hay K kh¸cnhau.

Sai sè vÒ ®é nh¹y:

X

fS

∆∆

=

S

dSS =γ Sai số nhân tính


Ví dụ

Cân trọng lượng có độ nhạy cầu 1,5 mV/V

Khi cung cấp cho cầu 1V Đường chéo cầu là 1,5mV.

X là đại lượng nào??

Y là đại lượng nào ??

X là điện áp cung cấp cho cầu

Y điện áp ra của đường chéo cầu


Ví dụ

Cảm biến đo nhiệt độ LM35 có độ nhạy 10mV/0C

Tính điện áp ra của cảm biến khi nhiệt độ 00C và 1000C



C. Hệ số phi tuyến của thiết bị

ĐÓ ®¸nh gi¸ tÝnh phi tuyÕn cña thiÕt bÞ ®o ta x¸c ®Þnh hÖ sè phi tuyÕn cña nã.

HÖ sè phi tuyÕn x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

. ∆Xmax- lµ sai lÖch lín nhÊt

Ta th−êng dïng kh©u bï phi tuy n

Scb.Sb= K

a ∆=


D. Khoảng đo, ngưỡng nhạyvà khả năng phân ly

Kho¶ng ®o ( Range/Full Scale/Span): Dx = Xmax – Xmin Ng−ìng nh¹y, kh¶ n¨ng ph©n ly (Resolution):Khi gi m X mµ Y còng gi m theo, nh−ng víi ∆X≤ εX khi ®ã kh«ng thÓ ph©nbiÖt ®−îc ∆Y, εX ®−îc gäi lµ ng−ìng nh¹y cña thiÕt bÞ ®o.

Th«ng th−êng : dông cô t−¬ng tù εY=1/5 v¹ch chia ®édông cô sè : εX =Xn/Nn tøc gi¸ trÞ mét l−îng tö ®o

Khả nng ph©n ly cña thiÕt bÞ ®o

-ThiÕt bÞ t−¬ng tù

-ThiÕt bÞ sè:

ε

= =ε

=


Ví dụ

Độ phân giải của một Volmét là


E. Độ chính xác và sai số - Phân loại

Sai sè thiÕt bÞ ®o

TuyÖt ®èi Quy ®æi T−¬ng ®ối

HÖ thèng NgÉu nhiªn

Céng tÝnh

TÜnh

C¬ b¶n Phô thªm

Nh©n tÝnh Phi tuyÕn

§éngChÕ ®é

Nguyªn nh©n

Theo ®iÒukiÖn kü thuËt

kiÓm tra

Quan hÖvíi X

Theo çchthÓ hiÖn


Độ chính xác và sai số (2)

Sai sè tuyÖt ®èi (thiết bị đo, phép đo)

∆X = X - XthX: Gi¸ trÞ chØ bëi thiÕt bÞ ®o t¹i mét gi¸ trÞ trong kho¶ng ®o.Xth: Gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l−îng ®o, th−êng Xth ®−îc ®o ë dông cô ®o cÊp

cao h¬n.

Sai sè t−¬ng ®èi (phép đo) ×

∆≈×

∆=

X

X

X

X

th

xγ

Sai sè t−¬ng ®èi quy ®æi (thiÕt bÞ ®o): đánh giá thiết bị đo

X

nD

X∆=γ

n

nX

X∆=γhay



Sai sè hÖ thèng : Nguyªn nh©n do chÕ t¹o vµ l¾p r¸p Có gi¸ trÞ kh«ng ®æi (kh¾c ®é thang ®o, do hiÖu chØnh dông cô ®o kh«ng chÝnh x¸c (chØnh ®iÓm "0" kh«ng ®óng), do nhiÔu…) Thay ®æi cã quy luËt: do ¶nh h−ëng cña tr−êng ®iÖn tõ NÕu t×m ra nguyªn nh©n cã thÓ lo¹i trõ ®−îc. Cã thÓ t×m ra sai sè hÖ thèng khi kiÓm tra ®Þnh kú thiÕt bÞ ®o (lo¹i trõ theo mét c«ng thøc hiÖu chØnh hay mét b¶ng hiÖu chØnh).

Sai sè ngÉu nhiªn : XuÊt hiÖn do mét nguyªn nh©n kh«ng biÕt, theo quy luËt ngÉunhiªn. NÕu t¨ng sè lÇn ®o ®Õn v« cïng (n → ∞) thì ∆Xng → 0.


+ §Æc tÝnh thèng kª cña mét biÕn ngÉu nhiªn X.

Gi¶ thiÕt ta cã mét biÕn ngÉu nhiªn X, mËt ®é ph©n bè x¸c suÊtcña X lµ f(x)

M« men bËc k cña X : mk(x)

Kú väng to¸n häc : M« men bËc 1 cña X.

Çc tÝnh chÊt E(X): E(λX) = λE(X) E(X + Y) = E(X) + E(Y).


∫=∞+

∞−dxxfxxm k

k

∫==∞+

∞−dxxxfxmxE



: −íc l−îng gi¸ trÞ trung bình∗x

∑== ixN

xxE

n

xx

E

n

ii

M

∑ −= =

∗Gi¸ trÞ trung bình cña mét biÕn ngÉu nhiªn X chÝnh b»ng kú vängto¸n häc cña nã.

NÕu X rêi r¹c :é lÖch trung bình :

xmxEx ==


Sai sè céng tÝnh : ∆a kh«ng phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®o (g©y ra do hiÖn t−îng trÔ, ma s¸t ) Sai sè nh©n tÝnh : ∆m tØ lÖ víi gi¸ trÞ ®o : ∆m = γmX (g©y ra do sùthay ®æi ®é nh¹y cña thiÕt bÞ ®o) Sai sè tuyÖt ®èi cña thiÕt bÞ ®o:

Sai sè tương ®èi cña thiÕt bÞ ®o

ax m

x a m

X

X Xγ γ

γ γ γ

∆∆= = +

= +

∆X = ∆a + ∆m = ∆a + γmX

Khi X=Xn nhỏ nhất

Sai số (5)

∆∆∆∆X

∆∆∆∆X = ∆∆∆∆a

+ ∆∆∆∆m

∆∆∆∆m

∆∆∆∆a

X


F. CÊp chÝnh x¸c cña dông cô ®o

§Ó ®¸nh gi¸ độ chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o CÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o ®−îc quy ®Þnh chÆt chÏ theoph¸p lÖnh nhµ n−íc vÒ sai sè c¬ b¶n cña thiÕt bÞ, sai sè phô, c«ng thøc tÝnh to¸n sai sè, çc quy ®Þnh kiÓm ®Þnh Çc c¬ quan nghiªn cøu, chÕ t¹o vµ qu¶n lý ph¶i tu©n thñpháp lệnh này


Phân loại cấp chính xác(1):

a) §èi víi nh÷ng thiÕt bÞ mµ tÝnh chÝnh x¸c ®−îc quy ®Þnh b»ng saisè tuyÖt ®èi cña nã. Ng−êi ta ph©n thµnh cÊp 0, cÊp 1, cÊp 2, cÊp3.VD : §èi víi çc pin mÉu : Pin mÉu cÊp1, cÊp 2, cÊp 3. §é biÕn ®éng

cña pin mÉu cÊp 1 kh«ng qu¸ 50 µµµµV/1n¨m; cÊp 2 < 100 µµµµV/1n¨m; cÊp 3 < 300 µµµµV/1n¨m. TÝnh theo gi¸ trÞ tuyÖt ®èi.b) §èi víi thiÕt bÞ ®o mµ sai sè chñ yÕu lµ sai sè céng tÝnh th× cÊp

chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o ®−îc s¾p xÕp theo sai sè t−¬ng ®èi quy ®æitÝnh theo phÇn tr¨m kho¶ng ®o cña thiÕt bÞ ®o.

VD: γγγγn%≤≤≤≤ 1% cÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o ®−îc xÕp vµo cÊp 1.§èi víi dông cô ®o c¬ ®iÖn, sai sè chñ yÕu do ma s¸t trôc trô; sai

sè chñ yÕu là sai sè céng tÝnh, ng−êi ta ph©n thµnh 8 cÊp chÝnh x¸c0.05; 0.1; 0.2; 0.5; 1; 1.5; 2.5; 4


Phân loại (2):

c) §èi víi thiÕt bÞ ®o mµ sai sè chñ yÕu lµ sai sè nhân tÝnh th× cÊpchÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o ®−îc s¾p xÕp theo sai sè t−¬ng ®èi của thiếtbị đo tÝnh theo phÇn tr¨m.VD: Ký hiÖu cÊp chÝnh x¸c cña lo¹i thiÕt bÞ nµy ®−îc ®ãng khung

bëi mét vßng trßn. VD : cÊp chÝnh x¸c →→→→ sai sè t−¬ng ®èi 1%.d) §èi víi thiÕt bÞ ®o mµ sai sè céng tÝnh vµ sai sè nh©n tÝnh cïng

cì víi nhau, sai sè c¬ b¶n gåm 2 thµnh phÇn vµ phô thuéc vµo gi¸ trÞ®o.CÊp chÝnh x¸c ®−îc ghi b»ng tØ sè c/d.Víi c = γγγγa + γγγγ m ; d = γγγγaVD : CÊp : 0,02/0,01 ⇒⇒⇒⇒ γγγγa + γγγγ m = 0,02 vµ γγγγa = 0,01 ⇒⇒⇒⇒ γγγγ m= 0,01

nXc d

Xγ = ± + −

Các nước phương tây: %FS+%Rdg(reading)


Ví dụ

Vonmét thang đo 200V

Sai số thiết bị đo được viết: 1%FS+0,5%Rdg

Đọc kết quả trên thiết bị là 100V -> Sai số phép đo bằngbao nhiêu?

∆X= 1%.200V+ 0.5%100V=2,5V


1, Mét thiÕt bÞ ®o cã thang ®o cùc ®¹i 100µµµµA, cã sai sè t−¬ng ®èiquy ®æi ±±±±1%. TÝnh çc giíi h¹n trªn vµ giíi h¹n d−íi cña dßng cÇn®o vµ sai sè theo phÇn tr¨m trong phÐp ®o ®ối víi :

a, §é lÖch cùc ®¹i.b, 0,5 ®é lÖch cùc ®¹i.c, 0,1 ®é lÖch cùc ®¹i.

2, Mét thiÕt bÞ ®o chØ 250µµµµA víi ®é lÖch toµn thang ®o vµ sai sèt−¬ng ®èi quy ®æi ±±±±2%. TÝnh ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o khi dßng lµ200µµµµA vµ 100µµµµA.

3, Mét thiÕt bÞ ®o cã thang ®o cùc ®¹i 100µµµµA, cã sai sè t−¬ng ®èiquy ®æi ±±±±3%. H·y tÝnh sai sè kh¶ dÜ khi dông cô chØ :

a, 50µµµµA.b, 10µµµµA.

Bài tập:

4, Dßng 25µµµµA ®o ®−îc ë dông cô cã thang ®o cùc ®¹i 40µµµµA. NÕuph¶i ®o 25µµµµA chÝnh x¸c trong kho¶ng ±±±±5%. H·y tÝnh ®é chÝnh x¸ccÇn thiÕt cña dông cô ®o.


G. §Æc tÝnh ®éng cña thiÕt bÞ (1)

Hµm truyÒn c¬ b¶n : Y(p)=K(p).X(p)

§Æc tÝnh ®éng:+ §Æc tÝnh qu¸ ®é+ §Æc tÝnh tÇn+ §Æc tÝnh xung

t

h(t)

δ(t)a. Đặc tính xung:

NÕu ®¹i l−îng vµo cã d¹ng xung hÑp: x(t)= δ(t-τ)

Đại lượng ra y(t) = h(t-τ) gọi làđặc tính xung của thiết bị

∫∞

∞−−= τττ

ý nghÜa cña ®Æc tÝnh xung??? PhÇn tö c¬ b¶n chophÐp tÝnh ®¸p øng racña thiÕt bÞ


§Æc tÝnh ®éng cña thiÕt bÞ (2)

t

g(t)

Xt

τ

b. Đặc tính quá độ Nếu tín hiệu vào có dạng xung đơn vị: x(t) = u(t-τ)

Đại lượng ra y(t) = g(t-τ) [= h(t-τ)] gọilà đặc tính quá độ của thiết bị

c. Đặc tính tần số Nếu tín hiệu vào có dạng sin: x(t) = ejωt

Đại lượng ra y(t) = H(ω).x(t) với H(ω) gọi là đặc tính tần số củathiết bị Đặc tính tần số được phân tích thành hai thành phần: đặc tínhmôđun A(ω) và đặc tính pha ϕ(ω). (Lý thuyết mạch 1)

Ưu điểm cơ bản khi sử dụng đặctính tần số của thiết bị???


( ) ( )( ) M

M

N

N

jaja

jbjbb

X

YH

ωωωω

ωω

ω−⋅⋅⋅−−+⋅⋅⋅++

==

d. Hàm truyền đạt của thiết bị đo

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )ωωωωωωωωωω

αα

YjaYjaXjbXjbXbY

t

ta

t

ta

t

txb

t

txbtxbty

M

M

N

N

M

M

MN

N

N +⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=

∂∂

+⋅⋅⋅+∂

∂+

∂∂

+⋅⋅⋅+∂

∂+=

Phương trình biểu diễn quan hệ giữa tín hiệu ra/tín hiệu vàocủa một thiết bị đo:

ω : gi¸ trÞ thùc. Thay jω b»ng sè phøc p = σ + jω

( )M

M

N

N

papa

pbpbbpH

+⋅⋅⋅−−+⋅⋅⋅++

= Hàm truyền đạt của thiết bị đo H(p) Cách xác định điểmcực và điểm không của hệ

thống??

§Æc tÝnh ®éng cña thiÕt bÞ (3)


N

N i

N N i

M

M NM i

i

b p zb p z p z p z

H pa p p p p p p

a p p

=

=

−− − −

= =− − − − − −

∏

∏

Tõ çc vÞ trÝ cña ®iÓm cùc (p) vµ ®iÓm kh«ng (z) trªnmÆt ph¼ng p (hay s) cã thÓ nhËn biÕt ®−îc tÝnh chÊt cña

thi t b đo/hÖ thèng đo

Đặc tính động (4)


H. Tæn hao c«ng suÊt, ®iÖn trë vµo cña thiÕt bÞ ®o

ThiÕt bÞ ®o khi nèi vµo ®èi t−îng ®o, muèn cã ®¸p øng ph¶i thumét Ýt n¨ng l−îng tõ phÝa ®èi t−îng ®o ta gäi ®ã lµ tæn hao c«ng

suÊt.

Tr−êng hîp thiết bị đo mắc nèi tiÕp víi t¶i: Tổn hao: pa= RA.I2

RA: điện trở vào của TBĐ, RA: cµng nhá th×sai sè do tæn hao cµng Ýt.

yc

t

A

t

aff

R

R

p

pγγ <==

Yêu cầu sai số phương pháp

Tr−êng hîp thiết bị đo mắc // víi t¶i:Tổn hao:

RV: điện trở vào của TBĐ, RV cµng lớn th× saisè do tæn hao cµng Ýt.

=Yêu cầu sai số phươngpháp

γ<≈γ


Giới thiệu một số chuẩn thiết bị trong công nghiệp

Theo tiªu chuÈn ANSI Y32.20.1975 hay ISA - S5.1 cña viÖn tiªuchuÈn Hoa Kú (American National Stardard Institute) ng−êi ta quy®Þnh ký hiÖu thiÕt bÞ ®o còng chÝnh lµ ®¹i l−îng lµ ®¹i l−îng cô thÓ®−îc ghi trªn vßng trßn vÏ trªn s¬ ®å c«ng nghÖ

A = thiÕt bÞ ph©n tÝch

B = §¹i l−îng liªn quan ®Õn vßi ®èt vµ ngän löa (Burner)

C = §iÖn dÉn, nhiÖt dÉn.

D = tû träng, träng l−îng riªng.

E = §iÖn ¸p, søc ®iÖn ®éng, ®¹i l−îng ®iÖn nãi chung.

F = L−u tèc (flow).


Chuẩn thiết bị trong công nghiệp (tiếp)

G = §Þnh l−îng (theo lo¹i). I = dßng ®iÖn

J = c«ng suÊt K = thêi gian, ®Þnh thêi gian.

L = Møc (level) M = §é Èm (Moistrure).

N, O = ng−êi dïng tù chän. P = ¸p suÊt (Presure).

Q = L−îng hay tÝch lòy R = Phãng x¹ (Radio activity).

S = tèc ®é, tÇn sè (Speed) T = NhiÖt ®é

U = nhiÔu biªn sè (phÐp ®o gi¸n tiÕp). V = ®é nhít (Viscosity).

W = träng l−îng vµ lùc Y = Tù chän

Z = vÞ trÝ.


Ví dụ


Ví dụ sơ đồ công nghệ


3.3. Mét sè biÖn ph¸p n©ng cao cÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o

Ph−¬ng ph¸p n©ng cao tÝnhchÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o

Lo¹i trõ nguyªn nh©ng©y sai sè

Gi¶m bít møc ¶nh h−ëngcña nguyªn nh©n g©y saisè

KÕt cÊu vµc«ng nghÖ

B¶o vÖ chèng¶nh h−ëng

HiÖu chØnh. Tèi thiÓuho¸ ¶nh h−ëng sai sè

Tèi thiÓu ho¸ saisè b»ng biÖnph¸p thèng kª


Ph−¬ng ph¸p hiÖu chØnh

BiÖn ph¸p hiÖu chØnh sai sè

Cã ng−êi tham gia Tù ®éng (Kh«ng cã ng−êi )

HiÖu chØnhdo ng−êi ®o thùc hiÖn

HiÖu chØnhth«ng qua sèchØ cña dông cô

Dïng c¶mbiÕn ®o yÕutè liªn quan

T¹o nªn ®¹i l−îng tØ lÖ víiyÕu tè liªnquan

Ph©n theokh«nggian

Ph©n theothêi gian

Ph©n theokh«nggian

Ph©n theothêi gian

Céng tÝnh Nh©n tÝnh Logomet(tØ sè)


4.4. Kiểm định phương tiện đo lường

Kiểm tra giấy phép sản xuất và lưu hành Đây là kiểm tra dùng để tư vấn cho cơ quan nhà nước cấp giấy phép sản

xuất, cấp giấy chứng nhận thương hiệu Nội dung kiểm tra đúng theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn nhà nước Thiết bị nhập ngoại cũng phải kiểm định trước khi đưa ra lưu hành.

Kiểm tra xuất xưởng Hội đồng kiểm tra chất lượng sản phẩm định tiêu chuẩn cụ thể cho từng

đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo được sản xuất. Mẫu của biên bản thử nghiệm phải được hội đồng duyệt. Biên bản này

coi như một phần của công tác bảo hành. Cơ quan quản lý đo lường, theo chu kỳ hoặc đột xuất , tiến hành kiểm tra

sản xuất và xét tính trung thực của băng thử nghiệm.

Kiểm tra định kỳ Mỗi lần kiểm tra định kỳ, thiết bị được cấp một chứng chỉ và kết quả đo

bởi dụng cụ ấy được coi có giá trị pháp nhân. Hội đồng tiêu chuẩn nhà nước tổ chức các trung tâm đo lường được uỷ

quyền thực hiện các phép kiểm tra cấp giấy chứng chỉ lưu hành.


Chương 4. Tổ chức phép đo và gia công kết quảđo lường

Thiết kế một phép đo hay một băng thử nghiệm Xác định nhiệm vụ: gồm các qui trình (1) xác định mục tiêu; (2) Yêu cầu kỹ

thuật; (3) Mô tả quá trình đo; (4) yêu cầu về dịch vụ; (5) yêu cầu về thôngtin

Lập sơ đồ đo: gồm các quyi trình (1) Chọn phương pháp đo; (2) Chọn loạithiết bị đo; (3) Chọn thang đo; (4) Mở rộng thang đo; (5) Chọn sai số củadụng cụ đo; (6) Chọn tốc độ hay đặc tính động của thiết bị; (7) Thiết bị vàkết quả đo

Tổ chức phép đo: gồm các khâu (1) thu thập số liệu đo lường; (2) quản lýsố liệu thu thập

Gia công số liệu đo lường: Chỉnh lý lại số liệu

Tính toán ra kết quả

Bù các yếu tố ảnh hưởng

Tính toán sai số

Trình bày kết quả


Gia công số liệu đo

Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

Lý thuyết về sai số ngẫu nhiên

Tính toán sai số ngẫu nhiên bằng thực nghiệm

Sai số của thiết bị từ các khâu tổ hợp

Tính toán độ không đảm bảo đo


Gia công số liệu đo

Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

Lý thuyết về sai số ngẫu nhiên

Tính toán sai số ngẫu nhiên bằng thực nghiệm

Sai số của thiết bị từ các khâu tổ hợp

Tính toán độ không đảm bảo đo ( ĐLVN 131:2004)

Trªn c¬ së nh ng kÕt qua ®o l−êng b»ng nh ng dông cô cô thÓ , x¸c®Þnh gi¸ trÞ ®óng cña kÕt qua ®o vµ sai sè cña phÐp ®o. KÕt qua ®ã sÏ®−îc viÕt:

X®=X ± ∆XDông cô ®o nµo còng cã sai sè vµ nguyªn nh©n sai sè rÊt kh¸c nhau, vi vËy çch x¸c ®Þnh sai sè phai tuú theo thiÕt bÞ ®o mµ x¸c ®Þnh


Độ không đảm bảo đo

Thông số gắn với kết quả của phép đo, đặc trưng cho sự phân tán củacác giá trị có thể quy cho đại lượng đo một cách hợp lý.

Độ không đảm bảo đo có thể phân thành hai thành phần: Đánh giá ước lượng bằng phân bố thống kê đặc trưng bằng độ

lệch chuẩn thực nghiệm.( loại A) Được ước lượng từ các phân bố xác suất mô phỏng trên cơ sở

thực nghiệm hoặc các thông tin khác.(loại B) Độ không đảm bảo tổng hợp(các phép đánh giá độc lập)

Độ không đảm bảo đo mở rộngU=k.

Hệ số phủ k ( lấy theo phân bố student)

c A Bu u u= +


Tính toán sai số ngẫu nhiên (đánh giá độkhông đảm bảo loại A)

Ng−êi ta còng l¹i chøng minh r»ng víi nh ng ph©n bè x¸c suÊt kh¸cnhau, sai sè ngÉu nhiªn cña thiÕt bÞ ®o ®−îc tÝnh theo c«ng thøc

∆=k σk phô thuéc vµo ph©n bè x¸c suÊt cña sai sè ngÉu nhiªn cña lo¹i

dông cô ®o ®ù¬c xÐt.

Đé lÖch qu©n ph−¬ng trë thµnh -−íc l−îng ®é lÖch binh qu©n ph−¬ng

Sai sè ngÉu nhiªn ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

n iXs X X n n= − −∑

st Xt s∆ =

tst lµ hÖ sè student 1σ


Ví dụTT KÕt qu¶

i iX Xδ = − ( )2iX X2δ = −

1 100,5 +0,34 0,0576

2 100,4 +0,14 0,0196

3 100,6 +0,34 0,1156

4 100,2 -0,06 0,0036

5 100,2 -0,06 0,0036

6 99,91 -0,36 0,1296

7 100,4 +0,14 0,0196

8 100,4 +0,14 0,0196

9 100,1 -0,16 0,0256

10 99,9 -0,36 0,1296

11 10

i1

X

X10

=∑

i

10

δδ =∑

( )

n2i

XS

n n 11

δ=

−

∑

12 100,26 0,00

( )

n2i

X

X

Sn n 1

S 0,076

1

δ=

−

=

∑

Chän: P = 0,99.

Tra b¶ng Student:

(n = 10, P = 0,99)

Kst = 3,25

∆ng = 2,35.0,076 = 0,247

KÕt qu¶

100,013V<X<100,507V

víi x¸c suÊt tin cËy P = 0,99



Sai số tương đối

Sai số của phép đo gián tiếp, sai số từ các khâutổ hợp ( nhóm độ không đảm bảo loại B)

Y

Yγ

∆= X X± ∆ + ∆ ( )

X X X X± ∆ + ∆ +

X X X X± ∆ + ∆ X X

X X

∆ ∆± +

X

X

X X X X X± ∆ + ∆

X X

X X

∆ ∆± +

nnX X−± ∆

±x(∆X/X)Xn

X1.X2

X1+X2

Sai số tuyệt đối ∆YHàm Y


Đối với một hàm số

Đèi víi hµm sè Y=f(X1, X2, X3,...Xn) ∆

∂∂

++∆

∂∂

=∆ γ++γ+γ=γ

Technology

Bai giang ky thuat do luong