bài giảng kỹ thuật đo và điều khiển quá trình phần 1

1
NI DUNG MễN HC
K THUT O V IU KHIN QU TRèNH CễNG NGH
Bi m u. Gii thiu chung v k thut o v iu khin quỏ trỡnh 3
PHN I. H THNG O CễNG NGHI P 5
Chng 1. Các khái niệm cơ bản về o lờng 5
1.1. Khái niệm đo lờng 5
1.2. Các phơng pháp v biện pháp đo lờng cơ bản 6
1.3. Phõn loi dng c o 8
Chơng 2. Định giá sai số trong o lờng .9
2.1. Nguyên nhân v phân loại sai số trong o lờng 9
2.1.1. Nguyên nhân gây sai số 9
2.1.2. Phân loại sai số 9
2.1.3. Các biểu thức diễn đạt sai số . 10
2.2. Mt s khỏi nim c bn v o lng 13
2.3. Cỏc phng phỏp kh sai s v xỏc nh kt qu o. 16
Chng 3. Cm bin o v chuyn i o. .15
3.1. Cỏc khỏi nim v c trng c bn 15
3.2. Cỏc cm bin v chuyn i o nhit .22
3.3. Cỏc cm bin v chuyn i o ỏp sut. 47
3.4. Cỏc cm bin v chuyn i o lu lng 53
3.5. o mc . 84
PHN II. H THNG IU KHIN T NG 88
Chng 1. Nhng khỏi nim c bn v iu khin quỏ trỡnh 88
1.1. Khỏi quỏt chung v iu khin 88
1.2. C s v iu khin quỏ trỡnh 109
1.3. Nhn bit cỏc bin quỏ trỡnh 133
Chng 2. Cỏc sỏch lc iu khin c s 141
2.1. iu khin truyn thng .141
2.2. iu khin phn hi 144
2.3. iu khin t l 147

2.4. iu khin tng 155
2.5. iu khin suy din 161
2.6. iu khin la chn. 166
2.7. iu khin phõn vựng 169
Chng 3. c tớnh cỏc thnh phn h thng. .171
2
3.1. Thiết bị đo………………………………………………………………………. .172
3.2. Thiết bị chấp hành và van điều khiển…………………………………… ………180
Chương 4. Thiết lập sơ đồ chức năng đo và điều khiển các quá trình công nghệ………185
4.1. Chức năng và lĩnh vực ứng dụng……………………………………………………… 185
4.2. Một số định nghĩa……………………………………………………………… ……… 185
4.3. Hình dáng và kích th ước của ký hiệu quy ước…………………………………………. .186
4.4. Mã chữ………………………………………………………………………………… .188
4.5. Đường nét và tổ hợp các quy ước……………………………………………………… 188
4.6. Ví dụ ứng dụng các ký hiệu cơ bản……………………………………………………… 192
Chương 5. Các sơ đồ tự động hóa các quá trình công ngh ệ…………………… …………200
5.1. Quá trình truyền (trao đổi) nhiệt…………………………………………………………200
5.2. Quá trình cô đặc, bốc hơi, chiết, kết tinh…………………………………………… … 203
5.3. Quá trình thiết bị phản ứng………………………………………………… ……………206
5.4. Quá trình chưng cất (chưng luyện)…………………………………………………… …208
5.5. Quá trình hấp thụ……………………………………………………………………… 216
Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Văn Hòa. Cơ sở tự động điều khiển quá trình. NXBGD, 2007.
[2]. Hoàng Minh Công. Giáo trình cảm biến công nghiệp, ĐHBK Đà Nẵng. NXBGD, 2007.
[3]. Đào Văn Tân. Giáo trình tự động hóa và mô hình hóa quá trình l ọc dầu. Trường ĐH
Mỏ-Địa Chất. HN, 2007.
[4]. Hoàng Minh Sơn. Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình. NXB Bách Khoa HN, 2006.
[5]. Vũ Quý Điềm, Phạm Văn Tuân, Đỗ Lê Phú. Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử.
NXBKHKT, 2001.
[6]. Nguyễn Minh Hệ. Giáo trình tự động hóa các quá trình công ngh ệ, 2004

[7]. Nguyễn Đình Lâm. Các thiết bị phụ trợ cho quá trình lọc dầu.
[8]. Hoàng Dương Hùng. Giáo trình tự động hóa quá trình nhiệt, 2004.
[9]. Page S. Buckley, William L. Luyben, Joseph P. Shunta. Design of distillation column
control systems. Publishers Creative Services Inc., New York, 1985.
3
Bi m u
Gii thiu chung v k thut o v iu khin quỏ trỡnh
Trong cụng nghip núi chung v cụng nghi p du khớ núi riờng, ngi ta
cn phi o v kim tra thng xuyờn cỏc i lng nh: ỏp sut, nhit , nng
, lu lng,ú l nhng quỏ trỡnh o liờn tc. Cỏc tớn hiu o t cỏc cm
bin c gi v cỏc trung tõm x lý s liu. Do ú m bo o chớnh xỏc cỏc
thụng s ny cú nh hng rt ln n quỏ trỡnh sn xut v ch bin du khớ.
iu khin quỏ trỡnh khụng phi l mt lnh vc mi, nhng luụn chim v
trớ quan trng hng u trong t ng húa cụng nghip. Ngy nay cỏc nh mỏy, xớ
nghip ó v ang c trang b cỏc h thng iu khin t ng mc cao
vi cỏc thit b tiờn tin. Bt c mt nh mỏy xi mng, m t nh mỏy in, hay
mt nh mỏy lc du no nht nh khụng th vn hnh c nu thiu h thng
iu khin t ng. H thng iu khin t ng m bo cho s hot ng ca
quy trỡnh cụng ngh t c kt qu mong mun.
Cu trỳc cỏc h thng iu khin t ng cỏc quỏ trỡnh cụng ngh rt a
dng, nhng cú th chia thnh hai mc: mc thp v mc cao. Mc thp l cỏc h
thng iu chnh t ng m bo mụi trng cn thit cho quy trỡnh cụng
ngh. Mc cao l h thng t ng húa iu khin quy trỡnh cụng ngh. Mc ớch
ca h thng ny khụng ch bo m mụi trng cn thit cho quy trỡnh cụng
ngh m cũn bo m sao cho quy trỡnh cụng ngh t c cht lng tt nht
(iu khin ti u).
Mc t ng húa cỏc dõy chuyn sn xut ngy cng phi c nõng
cao tng nng sut, cht lng sn phm v h giỏ thnh sn xut.
Việc ứng dụng rộng rãi Tự độ ng hoá iu khin quỏ trỡnh các quá trình
công nghệ đang là một trong các yếu tố then chốt để thúc đẩy tiến bộ kỹ thuật của

ngành công nghệ. Tự động hoá là bớc phát triển logic của cơ khí hoá sản xuất.
Nếu cơ khí hoá thay thế lao động cơ bắp cho con ngời thì tự động hoá là bớc
tiếp tục phát triển thay thế các cơ quan cảm giác và logic của con ngời.
Ta hiểu Tự động hoá iu khin quỏ trỡnh là sự ứng dụng các dụng cụ, các
thiết bị và các máy điều khiển. Những phơng tiện kỹ thuật này cho phép thực
4
hiện các quá trình công nghệ theo một chơng trình đã đợc tạo d ng, phù hợp
với những tiêu chuẩn cho trớc (các điều kiện) mà không cần sự tham gia trực
tiếp của con ngời.
Ni dung ca hc phn trang b cho sinh viờn nhng kin thc c bn v
h thng t ng o lng v iu khin t ng cỏc quy trỡnh cụng ngh . Nhng
kin thc ny rt cn thit cho cỏc k s cụng ngh. Nú s giỳp cỏc k s cụng
ngh s dng tt cỏc h thng o lng kim tra v iu khin t ng phc v
cho cụng tỏc nghiờn cu cng nh tip cn vi h thng t ng húa cỏc quy
trỡnh cụng ngh hin nay. Cỏc ni dung c bn bao gm:
Cm bin v chuyn i o
H thng iu khin t ng
5
PHN I. H THNG O CễNG NGHI P
Chng 1. Các khái niệm cơ bản về o lờng
1.1. Khái niệm đo lờng
Đo lờng l khoa học về các phép đo, các phơng pháp v các công cụ đảm
bảo cho kt qu o đạt đợc độ chính xác mong muốn. Các hớng nghiên cứu
chính của đo lờng bao gồm:
- Các lý thuyết chung về phép đo.
- Các đơn vị vật lý v hệ thống của chú ng
- Các phơng pháp v công cụ đo , bin phỏp nõng cao chớnh xỏc ca
phộp o.
- Phơng pháp xác định độ chính xác của phép đo .
- Cơ sở bảo đảm cho việc thống nhất giữa phép đo v rất nhiều công cụ

thực hiện nó.
- Công cụ đo chuẩn v barem .
- Các phơng pháp để chuyển đơn vị đo từ công cụ chuẩn hoặc gốc ra công
cụ lm việc.
Phép đo l công việc thực hiện chính của đo lờng, đó l việc tìm ra giá trị
vật lý bằng cách thí nghiệm với sự trợ giúp cả các công cụ kỹ thuật đặc biệt. Giá
trị tìm đợc gọi l kết q uả của phép đo. Hnh động thực hiện trong quá trình đo
để cho ta kết quả l một đại lợng vật lý gọi l quá trình ghi nhận kết quả. Tuỳ
thuộc vo đối tợng nghiên cứu , vo tính chất của công cụ đo m ngời ta cần
thực hiện phép đo ghi nhận một lần hay nhiề u lần. Nếu nh có một loạt ghi nhận
thì kết quả phép đo nhận đợc l kết quả khi xử lý các kết quả từ các ghi nhận đó.
Phép đo có bản chất l quá trình so sánh đại lợng vật lý cần đo với một đại
lợng vật lý đợc dùng lm đơn vị. Kết quả của phép đo đợc biểu diễn bằng một
số l tỷ lệ của đại lợng cần đo với đơn vị đó. Nh vậy để thực hiện phép đo, ta
cần thiết lập đơn vị đo, so sánh giá trị của đại lợng cần đo với đơn vị v ghi nhận
kết quả so sánh đợc.
n = Q/q
Trong ú: Q - giỏ tr i lng cn o
q - giỏ tr n v o
6
n - ch s o c
Nh vy ch s o c n khụng ch ph thuc vo giỏ tr cn o Q m cũn ph
thuc vo giỏ tr n v o q.
1.2. Các phơng pháp v biện pháp đo lờng cơ bản
Các phơng pháp cơ bản của kỹ thuật đo lờng thờng đợc chia thnh:
- Phơng pháp đo trực tiếp
- Phơng pháp đo gián tiếp
- Phơng pháp đo kt hp, tơng quan
Đo trực tiếp l phơng pháp dùng các máy đo hay các mẫu đo (các chuẩn)
để đánh giá số lợng của đại lợng đo đợc. Kết quả đo đợc chính l trị số của

đại lợng cần đo, m không phải tính toán thông qua một phơng trình vật lý n o
liên quan giữa các đại lợng , giỏ tr i lng cn o c so sỏnh trc tip vi
giỏ tr n v o xỏc nh ch s o. Nh vy, s dng phng phỏp o tr c
tip thỡ phi tn ti giỏ tr n v o c th. Nếu không tính đến sai số, thì trị số
đúng của đại lợng cần đo X sẽ bằng kết quả đo đợc a:
X = a
Các ví dụ về phơng pháp đo trực tiếp nh: đo điện áp bằng vôn -mét; đo
tần số bằng tần số-mét, o cng dũng in bng ampemột, Đo trực tiếp thì
phép đo thực hiện đơn giản về biện pháp kỹ thuật, tiến hnh đo đợc nhanh chóng
v loại trừ đợc các sai số do tính toán.
Đo gián tiếp l phơng pháp đo m kết quả đo đợc không phải l trị số
của đại lợng cần đo, m l các s ố liệu cơ sở để tính ra trị số của đại lợng ny.
Nghĩa l ở đây, X=F(a1, a2, , an). Cỏc thụng s cụng ngh thng l nhng i
lng khụng in nh: nhit , ỏp sut, lu lng dũng chy, ỏp lc, vn tc,
m,Giỏ tr n v o cỏc thụng s ny khụng tn ti trong thc t m ch l giỏ
tr tru tng. Do vy o cỏc i lng ny phi dựng phng phỏp o giỏn
tip. Ngha l giỏ tr i lng cn o phi chuyn sang dng tớn hiu khỏc v
c so sỏnh vi tớn hiu n v xỏc nh giỏ tr i lng cn o.
Các ví dụ về phơng pháp đo gián tiếp nh: đo cô ng suất bằng vôn -mét v
ampemét, đo nhiệt độ theo suất điện động của cặp nhiệt, đo lu lợng của dòng
chảy bằng phơng pháp chênh áp biến đổi, v.v
7
Trong kỹ thuật đo lờng, thông thờng ngời ta m uốn tránh phơng pháp
đo gián tiếp, vì trớc hết nó yêu cầu tiến hnh nhiều phép đo (ít nhất l hai phép
đo) v thờng l không nhận biết ngay đợc kết quả đo. Song trong một số trờng
hợp thì không thể tránh đợc phơng pháp ny.
Trong phép đo kết hợp kết quả nhận đợc bằng cách giải hệ phơng trình,
đợc xác lập trên cơ sở các phép đo trực tiếp (ví dụ: xác định hệ số nhiệt độ của lò
xo áp kế). Phép đo gián tiếp có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hơn cả, còn
phép đo kết hợp chỉ ứng dụng trong điều kiện thí nghiệm và trong nghiên cứu.

Hiện nay, kỹ thuật đo lờng đã phát triển nhiều về phơng pháp đo tơng
quan. Nó l một phơng pháp riêng, không nằm trong phơng pháp đo trực tiếp
hay phơng pháp đo gián tiếp. Phơng pháp tơng quan dùng trong những trờng
hợp cần đo các quá trình phức tạp, m ở đây không thể thiết lập một quan hệ hm
số no giữa các đại lợng l các thông số của một quá trình nghiên cứu. Ví dụ: tín
hiệu đầu vo v tín hiệu đầu ra của một hệ thống no đó.
Khi đo một thông số của tín hiệu no bằng phơng pháp đo tơng qua n, thì
cần ít nhất l hai phép đo m các thông số từ kết quả đo của chúng không phụ
thuộc lẫn nhau. Phép đo ny đợc thực hiện bởi cách xác định khoảng thời gian
v kết quả của một số thuật toán có khả năng định đợc trị số của đại lợng thích
hợp. Độ chính xác của phép đo tơng quan đợc xác định bằng độ di khoảng
thời gian của quá trình xét. Khi đo trực tiếp, thật ra l ngời đo đã phải giả thiết
hệ số tơng quan giữa đại lợng đo v kết quả rất gần 1, mặc dù có sai số do quy
luật ngẫu nhiên của quá trìn h biến đổi gây nên.
Ngoi các phơng pháp đo cơ bản nói trên, còn một số các phơng pháp đo
khác thờng đợc thực hiện trong quá trình tiến hnh đo lờng nh sau:
-Phơng pháp đo thay thế: Phép đo đợc tiến hnh hai lần, một lần với đại
lợng cần đo v một lần với đại lợng đo mẫu. Điều chỉnh để hai trờng hợp đo
có kết quả chỉ thị nh nhau.
-Phơng pháp hiệu số: Phép đo đợc tiến hnh bằng cách đánh giá hiệu số
trị số của đại lợng cần đo v đại lợng mẫu.
8
-Phơng pháp vi sai, phơng pháp chỉ thị không, phơng pháp bù, cũng l
những trờng hợp riêng của phơng pháp hiệu số. Chúng thờng đợc dùng trong
các mạch cầu đo hay trong các mạch bù.
-Phơng pháp đo thẳng: kết quả đo đợc định lợng trực tiếp trên thang độ
của thiết bị chỉ thị. Tất nhiên sự khắc độ của các thang độ ny l đã đợc lấy
chuẩn trớc với đại lợng mẫu cùng loại với đại lợng đo.
-Phơng pháp rời rạc hoá (chỉ thị số): Đại lợng cần đợc đo đợc biến đổi
thnh tin tức l các xung rời rạc. Trị số của đại lợng cần đo đợc tính bằng số

xung tơng ứng ny.
1.3. Phân loại dụng cụ đo
Dụng cụ đo có thể phân loại theo nhiều dấu hiệu khác nhau. Hiện nay
thông thờng ta phân loại dụng cụ đo theo cách thông báo kết quả đo, theo đại
lợng đo và theo cấp chính xác (theo cỏc cp khỏc nhau).
Theo cách thông báo kết quả đo các dụng cụ đo đợc phân thành: dụng
cụ tự chỉ, dụng cụ tự ghi và đồng hồ tổng ghi.
ở các dụng cụ đo tự chỉ giá trị của đại lợng đo có thể đợc thông báo
bằng kim hoặc hiện số.
Dụng cụ tự ghi đợc trang bị phơng tiện cho phép tự động g hi kết quả đo
trên giấy hoặc trên các phần tử nhớ. Dụng cụ tự ghi có loại một điểm đo và loại
nhiều điểm đo.
Đồng hồ tính tổng (bộ đếm) cho kết quả tổng của giá trị đo trong một
khoảng thời gian nhất định. Bộ đếm thực hiện phép tính tích phân giá trị tức t hời
của đại lợng đo theo hàm thời gian.
Theo đại lợng đo (thông số đo) các dụng cụ đo phân thành dụng cụ đo
nhiệt độ, áp suất và chân không, lu lợng và số lợng, mức, thành phần chất
lợng và trạng thái của chất (khối lợng riêng, độ nhớt, độ ẩm v.v) và các thông
số khác.
9
Chơng 2. Định giá sai số trong o lờng
Mở đầu
Đo lờng l một phơng pháp vật lý thực nghiệm nhằm mục đích thu đợc
những thông tin về đặc tính số lợng của một đối tợng hay một quá trình cần
nghiên cứu. Nó đợc thực hiện bằng cách so sánh đại lợng cần đo với đại lợng
đã chọn dùng lm tiêu chuẩn, lm đơn vị. Kết quả đo đạc biểu thị bằng số hay
biểu đồ; kết quả đo đợc ny chỉ l giá trị gần đúng, nghĩa l phép đo có sai số.
Chơng ny sẽ nghiên cứu về cách xử lý các trị số gần đúng đó tức l cần đánh
giá đợc độ chính xác của phép đo.
2.1. Nguyên nhân v phân loại sai số trong o lờng

2.1.1. Nguyên nhân gây sai số
Không có phép đo no l không có sai số. Vấn đề l khi đo cần phải chọn
dùng phơng pháp thích hợp, cũng nh cần chu đáo, th nh thạo khi thao tác , để
hạn chế sai số các kết quả đo sao cho đến mức ít nhất.
Các nguyên nhân gây sai số thì có nhiều, ngời ta phân loại nguyên nhân
gây sai số l do các yếu tố khách quan v chủ quan gây nên.
Các nguyên nhân khách quan ví dụ nh: dụng cụ đo lờng không hon
hảo, đại lợng đo đợc bị can nhiễu nên không hon ton đợc ổn định
Các nguyên nhân chủ quan , ví dụ nh: do thiếu thnh thạo trong thao tác,
phơng pháp tiến hnh đo không hợp lý
Vì có các nguyên nhân đó v ta không thể tuyệt đối loại tr ừ hon ton đợc
nh vậy, nên kết quả của phép đo no cũng chỉ cho giá trị gần đúng. Ngoi việc
cố gắng hạn chế sai số đo đến mức ít nhất, ta còn cần đánh giá đợc xem kết quả
đo có sai số đến mức độ no.
2.1.2. Phân loại sai số
Các sai số mắc phải trong phép đo có nhiều cách phân loại. Có thể phân
loại theo nguồn gốc sinh ra sai số, theo quy luật xuất hiện sai số hay phân loại
theo biểu thức diễn đạt sai số.
Phân loại theo quy luật xuất hiện sai số đợc chia lm hai loại: sai số hệ
thống v sai số ngẫu nhiên.
Sai số hệ thống
10
Sai số ny do những yếu tố thờng xuyên hay các yếu tố có quy luật tác
động. Nó khiến cho kết quả đo có sai số của lần đo no cũng nh nhau, nghĩa l
kết quả của các lần đo đều hoặc l lớn hơn hay bé hơn giá trị thực của đại lợng
cần đo. Tuỳ theo nguyên nhân tác dụng, m sai số hệ thống có thể phân thnh các
nhóm sau đây:
Do dụng cụ, máy móc đo chế tạo không hon hảo
Ví dụ: kim chỉ thị của thiết bị chỉ thị không chỉ đúng vị trí ban đầu, máy
móc không đợc chuẩn lại thang độ với các máy chuẩn

Do phơng pháp đo, hoặc l do cách chọn dùng phơng pháp đo không hợp
lý; hoặc khi xử lý kết quả đo, khi tính toán để cho đơn giản hơn đã tự ý bỏ
qua một số yếu tố no đấy.
Do khí hậu, ví dụ nhiệt độ, độ ẩm khi tiến hnh đo khác với điều kiện k hí
hậu tiêu chuẩn đã quy định trong quy trình sử dụng máy đo
Sai số ngẫu nhiên
Sai số ngẫu nhiên l sai số do các yếu tố biến đổi bất thờng, không có quy
luật tác động. Tuy ta đã cố gắng thực hiện đo lờng trong cùng một điều kiện v
chu đáo nh nhau, nhng vì do nhiều yếu tố không biết, không khống chế đợc,
nên đã sinh ra một loạt kết quả đo khác nhau. Ví dụ: do điện áp cung cấp của
mạch đo không ổn định, do biến thiên khí hậu của môi trờng chung quanh xảy ra
trong quá trình đo lờng
Ngoi hai loại sai số trên, khi đo ta còn nhận đợc những kết quả các lần
đo có các giá trị sai khác quá đáng (sai s thụ). Nó thờng do những yếu tố chủ
quan của ngời đo gây ra, nh thiếu chu đáo; hay do các tác động đột ngột của
bên ngoi. Các kết quả đo ny qua suy xét chủ quan, ta có thể biết đợc nó l các
giá trị vô nghĩa v ta có thể loại bỏ ngay đợc. Thờng ngời ta gọi các kết quả
đo ny l các trị số đo sai.
2.1.3. Các biểu thức diễn đạt sai số
Thông thờng các sai số hay đợc phân loại theo biểu thức diễn đ ạt. Theo
cách phân loại ny thì có hai loại sau: sai số tuyệt đối v sai số tơng đối.
Sai số tuyệt đối
Ngời ta định nghĩa sai số tuyệt đối l trị tuyệt đối của hiệu số giữa hai giá trị đo
11
đợc v giá trị thực của đại lợng cần đo.
Nếu gọi a l giá trị đo đợc, X l trị thực của đại lợng cần đo thì:
x*=|a-X| [1]
l sai số tuyệt đối.
Ví dụ, nếu dụng cụ đo chỉ giá t rị nhiệt độ là a = 44
0

C và giá trị thực của
nhiệt độ đo bằng dụng cụ đo có độ chính xác cao hơn là:
X= 45
0
C, thì sai số chỉ thị của dụng cụ đo là
1X
0
C.
Trên thực tế, vì cha biết đợc X, nên không định lợng cụ thể đợc x*.
a ra: Sai s tuyt i gii hn (x) : x x*.
VD: Xỏc nh sai s tuyt i gii hn ca s a=3,14 thay cho s
Vỡ 3,14< < 3,15 nờn a- < 0,01 suy ra x=0,01
Vỡ 3,14< < 3,142 nờn a- < 0,002 suy ra x=0,002
Nờn x khụng n tr.
Nhng căn cứ vo dụng cụ đo v khả năng đạt đợc chính xác của phép đo,
cũng nh thực hiện cách đo nhiều lần, ta có thể tìm đợc giới hạn cực đại của
x*: x*x v lấy x l sai số tuyệt đối.
Sai số tơng đối
Sai s tuyt i v sai s tuyt i gii hn khụng th hin mt cỏch y
mc chớnh xỏc ca phộp o hoc tớnh toỏn.
Sai số tơng đối l tỷ số của sai số tuyệt đối v trị số thực của đại lợn g cần đo:
[2]
Sai số tơng đối đợc biểu thị dới dạng phần trăm (%). Sai số tơng đối nh biểu
thức (2) l sai số tơng đối chân thực , nó đúng theo định nghĩa. Tuy vậy, nó
không có giá trị trong thực tiễn tính toán, vì cha biết đợc X.
Sai s tng i gii hn () : x
Trong trờng hợp x << X, v x << a (tức l a v X coi nh xấp xỉ nhau)
12
[3]
Sai số tơng đối nh biểu thức (3) l sai số tơng đối danh định.

Còn có loại biểu thức sai số tơng đối khác hay đợc dùng để đánh giá phẩm chất
của các đồng hồ đo. Đó l sai số tơng đối chiết hợp :
[4]
ở đây, A l giới hạn cực đại của lợng trình thang đo của đồng hồ để đo.
Sai số tơng đối chiết hợp l cấp chính xác của đồng hồ. Nó đợc ghi trực tiếp
bằng chữ số lên trên mặt đồng hồ đo, cùng các ký hiệu khác. Ví dụ nh ở hình 2 -1,
chữ số 1,5 ghi ở góc l biểu thị cấp chính xác của đồng hồ đo bằng 1,5.
Vớ d: nếu lợng trình thang đo của đồng hồ từ 0 đến 50
0
C thì sai số chiết
hợp sẽ là: (-1x100%) / (50 - 0) = - 2% (khi X = -1
0
C)
Sai số tuyệt đối l m ột đại lợng có thứ nguyên. Sai số tơng đối l đại
lợng không có thứ nguyên. Khi đánh giá phẩm chất của phép đo thì sai số tơng
đối biểu thị đầy đủ hơn v nó còn có thể dùng để so sánh độ chính xác giữa các
phép đo các đại lợng khác nhau.
Ví dụ: Khi đo hai tần số f1 = 100Hz, f2 = 1000Hz; cả hai đều có sai số tuyệt đối
l f=1Hz. Nếu nh chỉ so sánh bằng sai số tuyệt đối thì hai phép đo l nh nhau.
Nhng hai phép đo có độ chính xác khác nhau; độ chính xác ny đợc biểu thị
bằng sai số tơng đối:
13
Nh vậy phép đo tần số f2 có độ chính xác cao hơn phép đo f1.
2.2. Mt s khỏi nim c bn v o lng
Lĩnh vực khoa học đặc thù, nghiên cứu các phơng pháp và các phơng
tiện đo gọi là đo lờng. Cũng nh các lĩnh vực khác, đo lờng có những khái niệm
riêng của mình.
Chuẩn đo - là tái lập vật chất của đơn vị đo, giá trị bội số hoặc ớc số của đơn
vị đo (ví dụ: các quả cân).
Dụng cụ đo - là thiết bị, nhờ nó ta thực hiện phép so sánh đại lợng đo với

đơn vị đo.
Các chuẩn mẫu và dụng cụ đo mẫu - là các chuẩn và dụng cụ dùng để bảo
quản và phục hồi đơn vị đo, để kiểm định và khắc độ các chuẩn và các dụng cụ
đo khác.
Kiểm định - là thao tác so sánh các chuẩn và dụng cụ đo công nghiệp với các
chuẩn và dụng cụ mẫu.
Khắc độ - là thao tác gán giá trị ở đơn vị đo cho c ác vạch trên thang đo.
Thang đo - là tổ hợp các vạch, mô tả dãy trình tự các số, ứng với các giá trị
của đại lợng đo.
Biểu đồ - là giấy có lới tọa độ, dùng để ghi các chỉ thị của dụng cụ đo tự ghi.
Chỉ số đo - là số đọc trong phép đo theo chỉ thị ở thang đo hoặc ở biểu đồ.
Vạch thang đo - dấu (dấu gạch, dấu chấm, dấu gạch nối) ứng với từng giá trị
riêng biệt của đại lợng đo.
Điểm không của thang đo - vạch thang đo, ứng với giá trị không của đại
lợng đo. Nếu điểm không là điểm đầu hoặc điểm cuối của than g đo, thì thang
đo thuộc loại một phía. Khi các vạch thang đo phân bố theo hai phía so với
điểm không thì thang đo thuộc loại hai phía.
Chỉ thị của dụng cụ đo - là giá trị của đại lợng đo xác định theo chỉ số đo.
14
Giới hạn chỉ thị của dụng cụ đo - giá trị của đại lợng đo, ứng với các điểm
đầu và điểm cuối của thang đo.
Phần làm việc của thang đo - là phần của thang đo, trong giới hạn đó sai số
chỉ thị của dụng cụ đo không vợt quá các đại lợng qui định.
Hằng số của dụng cụ đo - là đại lợng cần nhân với chỉ số đo để nhận đợc
giá trị của đại lợng đo.
Các giới hạn đo của dụng cụ đo - là các giá trị của đại lợng đo, giới hạn
miền, trong phạm vi đó sai số chỉ thị của dụng cụ không vợt quá những đại
lợng qui định, nghĩa là giới hạn phần làm việc của thang đo.
Hiệu chỉnh - là đại lợng cần đợc thêm (bớt) vào chỉ thị của dụng cụ đo để
nhận đợc giá trị thực của đại lợng đo. Hiệu chỉnh bằng sai số chỉ thị của

dụng cụ đo, tính với dấu đảo ngợc.
Hệ số điều chỉnh - là thừa số cần đợc nhân với chỉ thị của dụ ng cụ đo để
nhận đợc giá trị thực của đại lợng đo.
Độ phân rã của dụng cụ đo - là hiệu số lớn nhất (nhận đợc trong thực
nghiệm) giữa các chỉ thị số của dụng cụ đo trong phép đo lặp lại ứng với một
giá trị thực của đại lợng đo khi điều kiện bên ngoài kh ông thay đổi.
Độ nhạy của dụng cụ đo - là tỷ số giữa độ dịch chuyển thẳng hoặc dịch
chuyển góc của kim chỉ thị với độ thay đổi giá trị của đại lợng đo do độ dịch
chuyển đó tạo ra. Độ nhậy tỷ lệ nghịch với giá trị vạch đo.
Ngỡng nhy cảm của các dụng cụ đ o - là độ thay đổi nhỏ nhất giá trị của
đại lợng đo, có khả năng tạo ra sự thay đổi chỉ thị của dụng cụ đo.
Kim chỉ thị - là chi tiết (kim, tia sáng), cho phép ta đọc chỉ số đo trên thang
đo.
Khoảng chia của thang đo - là khoảng cách giữa hai trục của vạc h đo kề
nhau thuộc thang đo.
Độ trễ - là khoảng thời gian, tính từ thời điểm có sự biến đổi của đại lợng đo
đến thời điểm chỉ thị sự biến đổi đó bằng kim chỉ thị của dụng cụ đo. Độ trễ
đặc trng cho quán tính của dụng cụ đo.
15
Hệ số nhiệt độ - là sự thay đổi tơng đối chỉ số của dụng cụ đo khi nhiệt độ
đo ở bên trong hoặc ở môi trờng xung quanh thay đổi một độ.
Công thức nhiệt - là công thức mô tả quy luật thay đổi chỉ số của dụng cụ đo
khi nhiệt độ của dụng cụ đo thay đổi.
Sai số cho phép - là giá trị sai số chỉ thị lớn nhất của dụng cụ đợc văn bản
pháp quy cho phép.
Sai số cơ bản - là sai số chỉ thị của dụng cụ đo xác định trong các điều kiện
làm việc chuẩn, khi ảnh hởng của các yếu tố không thuận lợi bên ngoài đến
phép đo ở mức tối thiểu.
Sai số bổ sung - là sai số chỉ thị của dụng cụ đo, phát sinh dới tác động của
những điều kiện bên ngoài vào dụng cụ đo, khi điều kiện làm việc không phải

là điều kiện chuẩn.
Sai số dụng cụ: là sai số có nguyên nhân xuất hiện do tính chất của các
phơng tiện đợc sử dụn g trong phép đo. Sai số này đợc xác định bởi các đặc
tính chính xác của từng phần tử trong hệ thống và của cả hệ thống đo nói
chung. Nguyên nhân phát sinh sai số này ở sự điều chỉnh không chuẩn xác của
từng phần tử trong hệ thống,v.v
Cấp chính xác của dụ ng cụ đo (N): Giá trị tuyệt đối của sai số tuyệt đối lớn
nhất cho phép, xác định trong điều kiện chuẩn và thể hiện trong % của giới
hạn lợng trình thang đo, đợc gọi là cấp chính xác của dụng cụ đo:
N =100 X
max
/A.
Khi biết cấp chính xá c của dụng do ta có thể xác định sai số lớn nhất theo
biểu thức X
max
= NA/100.
Nh vậy, dụng cụ đo cấp chính xác 1 có thể có sai số phép đo không quá
1% giới hạn lợng trình đo.
Tiêu chuẩn quy định dãy cấp chính xác của dụng cụ đo: 0,006; 0,002; 0,06;
0,1; 0,2; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0;. Trong điều kiện sản xuất sử dụng chủ yếu các
dụng cụ đo cấp chính xác 0,6; 1,0; và 1,6. Các dụng cấp chính xác 0,2 còn ít
đợc sử dụng trong điều kiện sản xuất vì giá thành cao và kết cấu phức tạp, còn
16
các dụng cụ cấp chính xác 2,5 và 4,0 ngày một ít sử dụng vì độ chính xác quá
thấp, không thỏa mãn các yêu cầu công nghệ ngày càng khắt khe.
2.3. Cỏc phng phỏp kh sai s v xỏc nh kt qu o
Sau khi đo, để hiệu chỉnh v đánh giá kết quả đo, ta có thể loại bỏ các s ai
số hệ thống đợc. Sự xử lý ny đợc thực hiện đơn giản bằng phép cộng đại số
(có kể cả dấu), khi m đã định lợng đợc giá trị của sai số hệ thống. Dù l sai số
hệ thống của một hay nhiều nguyên nhân thì ta có thể hiệu chỉnh đợc, ví dụ nh

bằng cách chuẩn lại máy móc thiết bị đo với máy mẫu,
Với sai số ngẫu nhiên, ta không thể xử lý đợc. Vì không biết giá trị sai số
l bao nhiêu, v theo chiều hớng no, lớn hơn hay bé hơn giá trị thực tế. Để có
thể định lợng đợc giá trị sai số ngẫu nhiên, tức l đánh giá đợc độ chính xác
của kết quả đo, thì ngời ta dùng công cụ toán học l lý thuyết xác suất v thống
kê.
Giỏ tr thc ca i lng cn o cú th xỏc nh bng hai cỏch. Cỏch th
nht: X l kt qu o ca h thng o m ta bit cú chớnh xỏc cao. ú l thit
b o chun c trang b cho cỏc trung tõm o l ng, kim nh vi giỏ thnh
rt cao khụng th s dng trong cụng nghip. Trong trng hp hp khụng cú
thit b o chun m cn ỏnh giỏ chớnh xỏc ca h thng o thỡ ta dựng
phng phỏp thng kờ bng cỏch o nhiu ln cựng mt giỏ tr trong cựng mt
iu kin nh nhau. Giỏ tr thc ca i lng cn o c xỏc nh bng giỏ tr
trung bỡnh cng ca cỏc ln o ú theo cụng thc:
1
k
i
X i
X
k



k s ln o
Xi: kt qu o ca ln th i
17
Theo lý thuyt, s ln o k cng ln thỡ giỏ tr X xỏc nh c cng gn vi giỏ
tr thc v khi k , X s t n giỏ tr thc tuyt i. Khi ú, sai s o ca
h thng c xỏc nh theo cụng thc:
1

1
k
i
Xi
k






- phng sai ca phộp o.
Trong ú: Xi = X - Xi : sai s o th i
Sai s cũn cú th phõn thnh hai loi: sai s c bn xc v sai s ph xp.
Sai s c bn l sai s tn ti khi iu kin lm vic ca thit b tuõn th y
theo yờu cu ca nh ch to. Sai s ph l sai s sinh ra khi iu kin lm vic
ca thit b khụng tuõn th y theo yờu cu ca nh ch to. Cỏch xỏc nh
cỏc sai s ca thit b u c ch ra trong cỏc ti liu hng dn s dng thit
b v ngi s dng phi xỏc nh c hai sai s ny. Sai s ca phộp o c xỏc
nh theo biu thc: x = xc + xp
Kt qu o c biu din di dng: X x
Để đánh giá kết quả của phép đo, ta phải giới hạn, định lợng đ ợc sai số
ngẫu nhiên. Muốn lm đ ợc điều ny, thì cần tìm đợc quy luật phân bố của nó.
Để tìm đợc, ngời ta dùng công cụ toán học cần thiết cho việc nghiên cứu sự
phân bố l lý thuyết xác suất v thống kê.
Với sai số của mỗi lần đo riêng biệt, sau khi ta đã loạ i bỏ sai số hệ thống
rồi thì nó hon ton có tính chất của một sự kiện ngẫu nhiên. Kết quả của lần đo
ny hon ton không phụ thuộc gì với kết quả của lần đo khác, vì các lần đo đều
riêng biệt, v đều chịu những yếu tố ảnh hởng tới kết quả đo một cách ngẫu
nhiên khác nhau. Với mỗi lần đo chỉ cho ta một kết quả no đó. Nh vậy, dùng

phép tính xác suất để nghiên cứu, tính toán các sai số ngẫu nhiên, thì cần thực
hiện các điều kiện sau:
- Tất cả các lần đo đều phải tiến hnh với độ chính xác nh nhau. Nghĩa l
không những cùng đo ở mộ t máy, trong cùng một điều kiện, m với cả sự thận
trọng, chu đáo nh nhau.
- Phải đo nhiều lần. Phép tính xác suất chỉ đúng khi có một số nhiều các sự
kiện.
18
Cách giảm tối thiểu trị số sai số ngẫu nhiên
Nh ta đã biết, sai số ngẫu nhiên thì không thể xác đ ịnh trớc v loại bỏ
nh loại bỏ sai số hệ thống đợc. Điều có thể lm l giảm tối thiểu nó bằng cách
xử lý kết quả đo một cách thích hợp trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết sai số đo
lờng bằng cách sử dụng các quy luật phân bố ngẫu nhiên v công cụ tính toán l
phép tính thống kê, xác suất. Nh vậy, sai số ngẫu nhiên đợc tính toán với một
số hữu hạn n lần đo, có trình tự nh sau:
-Tính trị số trung bình cộng của n lần đo:
ở đây ai l kết quả đo thứ i, m đã loại bỏ sai số hệ thống.
-Tính sai số trung bình bình phơng:
Nếu tiến hnh đo rất nhiều lần, có thể coi nh l một số liệu kết quả đo
đợc, để rồi lại có thể xét sự phân bố ngẫu nhiên của tập hợp n kết quả đo bằng
các
a
, ta có giá trị trung bình bình phơng của các
a
l:
Để đảm bảo độ tin cậy phép đo, thờng lấy P=0,997, khi đó trị số sai số cực đại
M=3
a
. Kết quả đo l:
19

Chương 3. Cảm biến đo và chuyển đổi đo
3.1. Các khái niệm và đặc trưng cơ bản
Phần tử thực hiện chức năng chuyển giá trị đại lượng cần đo sang dạng tín
hiệu khác được gọi là cảm biến đo (CBĐ). Cảm biến đo là phần tử quan trọng
nhất trong hệ thống đo lường, thu thập tín hiệu để điều khiển. Tuy nhiên tín hiệu
ra của cảm biến đo chưa thể sử dụng trong hệ thống điều khiển vì nó không thích
hợp với dạng tín hiệu được sử dụng trong hệ thống thiết bị điều khiển. Vì vậy
phải được chuyển đổi sang dạng tín hiệu khác cho thích hợp với dạng tín hiệu
trong hệ thống. Phần tử thực hiện chức năng này gọi là chuyển đổi đo (CĐĐ). Sơ
đồ khối cấu trúc của một hệ thống đo thu thập số liệu để điều khiển trong công
nghiệp được mô tả như sau:
3.1.1. Cảm biến đo (CBĐ): CBĐ là thiết bị thu nhận giá trị đại lượng cần đo và
chuyển đổi sang dạng tín hiệu khác dựa trên các hiện tượng xảy ra trong lòng nó
Mô hình cảm biến đo
Nói cách khác, cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại
lượng vật lý cần đo thành các đại lượng đo chứa đựng thông tin cho phép xác
định giá trị đại lượng cần đo.
Các đại lượng cần đo có tính chất điện hoặc không có tính chất điện (nhiệt
độ, áp suất, lực,…) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng mang tính chất
điện (điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng,…)
Đặc điểm cơ bản của cảm biến đo là mối liên hệ giữa tín hiệu ra y của nó
với giá trị đại lượng cần đo Q. Mối liên hệ này có thể biểu diễn bằng bảng số
hoặc dưới dạng công thức y=f(Q). Cảm biến đo tuyến tính: có mối liên hệ y và
Q được mô tả dưới dạng hàm tuyến tính: y=a.Q hoặc y=a.Q+b, trong đó: a,b là
hằng số. Cảm biến đo phi tuyến: mối liên hệ giữa y và Q không được mô tả
CBĐ
CĐĐ1
CBĐ2
CBĐ3
CBĐk

CBĐ
Q
Yk
Y
Y1
Y2
Y3
Q
Y
20
bằng hàm tuyến tính. Cảm biến đo tuyến tính ưu việt hơn cảm biến đo phi tuyến
vì khi sử dụng cảm biến đo tuyến tính thì việc gia công số liệu tiếp theo sẽ đơn
giản hơn khi sử dụng cảm biến đo phi tuyến. Do đó, nên chọn cảm biến đo tuyến
tính.
 Độ nhạy của cảm biến đo: là sự thay đổi giá trị tín hiệu ra của cảm biến đo
khi đại lượng cần đo thay đổi một đơn vị. Ký hiệu là ɛ . Như vậy, đối với cảm
biến đo tuyến tính độ nhạy có giá trị không đổi, còn đối với cảm biến đo phi
tuyến tính độ nhạy của nó thay đổi. Nếu đặc tuyến của cảm biến đo phi tuyến
được biểu diễn dưới dạng hàm số liên tục y=f(Q) thì độ nhạy của nó là
ɛ =f’(Q). Trong trường hợp đặc tuyến của cảm biến đo được biểu diễn dưới
dạng bảng số thì độ nhạy được xác định bằng tỷ số biến thiên của tín hiệu ra
∆y so với biến thiên của đại lượng cần đo ∆Q nghĩa là ɛ =∆y/∆Q. Sử dụng
cảm biến đo có độ nhạy lớn hơn sẽ ưu việt hơn. Độ nhạy của cảm biến đo
càng lớn thì việc gia công số liệu tiếp theo sẽ càng đơn giản.
 Giới hạn đo: là giá trị giới hạn của đại lượng cần đo mà cảm biến đo có thể
thu nhận và chuyển đổi đảm bảo độ chính xác cần thiết và không làm hư hỏng
cảm biến đo. Như vậy khi tiến hành đo phải đảm bảo giới hạn đo phải nhỏ hơn
giới hạn của cẩm biến đo, nếu không thì sẽ làm phép đo không chính xác ho ặc
làm hỏng CBĐ.
 Thời gian quá độ của cảm biến đo: là khoảng thời gian cần thiết để tiến

hành một lần đo riêng lẻ, nghĩa là thời gian từ thời điểm khi cảm biến đo được
tiếp xúc với môi trường đo cho đến thời điểm tín hiệu ra đạt trạng thái cân
bằng (không thay đổi nữa với thời gian khi giá trị đại lượng cần đo thay đổi).
Cảm biến đo có thời gian quá độ càng ngắn càng tốt.
 Sai số của cảm biến: gồm hai loại sai số cơ bản và sai số phụ. Sai số cơ bản
được biểu diễn dưới dạng hàm số mối liên hệ giữa sai số của tín hiệu ra với
giá trị đại lượng cần đo ∆y
c
=f(Q). Sai số phụ ∆n
p
=f(∆K), ∆K là sự sai khác
giữa điều kiện làm việc và điều kiện theo yêu cầu của nhà chế tạo.
∆ncb=∆y
c
/ɛ + ∆n
p
21
 Đường cong chuẩn của cảm biến: là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của
đáp ứng ở đầu ra của cảm biến (y) vào giá trị của đại lượng đo (Q). Đường
cong chuẩn có thể biểu diễn bằng biểu thức đại số dưới dạng y=f(Q) hoặc
bằng đồ thị. Dựa vào đường cong chuẩn của cảm biến, ta có thể xác định yi
chưa biết của y thông qua giá trị đo được Qi của Q.
 Phương pháp chuẩn cảm biến: Chuẩn cảm biến là phép đo nhằm mục đích
xác lập mối quan hệ giữa giá trị y đo được của đại lượng điện ở đầu ra và giá
trị Q của đại lượng đo có tính đến các yếu tố ảnh hưởng, trên cơ sở đó xây
dựng đường cong chuẩn dưới dạng tường minh (đồ thị hoặc biểu thức đại số).
Khi chuẩn cảm biến, với một loạt giá trị đã biết chính xác của Q, đo giá trị
tương ứng yi của y và dựng đường cong chuẩn.
3.1.2. Chuyển đổi đo (CĐĐ):
CĐĐ là thiết bị chuyển tín hiệu từ dạng này sang dạng khác thuận tiện cho việc

truyền tín hiệu hoặc xử lý tín hiệu.
Mô hình chuy ển đổi đo
Đặc tuyến của chuyển đổi đo là mối liên hệ giữa tín hiệu ra y của chuyển đổi đo
và tín hiệu vào x của nó. Đặc tuyến này luôn tuyến tính (y=ax hoặc y=ax+b, a và
b là hằng số).
 Giới hạn của chuyển đổi đo: gồm giới hạn tín hiệu vào x
min
-x
max
và giới hạn
tín hiệu ra y
min
-y
max
.
 Sai số của chuyển đổi đo: gồm sai số cơ bản (thường được biểu diễn bằng đại
lượng gọi là cấp chính xác, ký hiệu là K) và sai số phụ. Cấp chính xác của
CĐĐ được biểu diễn:
K=[∆x
c
/(x
max
-x
min
)]x100 = [∆y
c
/(y
max
-y
min

)]x100
∆y
c
, ∆x
c
: sai số cơ bản của chuyển đổi đo tính theo đơn vị đầu ra, đầu vào
Như vậy sai số cơ bản của chuyển đổi đo không những phụ thuộc vào cấp
chính xác của chuyển đổi đo mà còn phụ thuộc vào giới hạn của chuyển đổi đo.
CĐĐ
X
Y
22
Vì vậy để có độ chính xác cao thì phải sử dụng thiết bị có giới hạn gần với giới
hạn đo. Sai số phụ của chuyển đổi đo cũng được tính toán hoàn toàn tương đương
như sai số phụ của CBĐ. Sai số của chuyển đổi đo được xác định theo công thức:
∆ncd = ∆y
c
/ɛ
y
+∆np = ∆x
c
/ɛ
x
+∆np
ɛ
x
– độ nhạy tính theo đơn vị đầu vào x
ɛ
y
– độ nhạy tính theo đơn vị đầu ra y

Hệ thống chuyển đổi đo phải đảm bảo sao cho tín hiệu ra của chuyển đổi đo
cuối cùng phải thích hợp với loại tín hiệu được sử dụng trong thiết bị điều khiển.
3.1.3. Chuyển đổi đo lường sơ cấp
Trong nhiều hệ thống đo như: đo áp su ất, đo lưu lượng, v.v… cảm biến đo
thường được gắn liền với chuyển đổi đo tạo thành một thiết bị hoàn chỉnh được
gọi là chuyển đổi đo lường sơ cấp.
C ấu trúc chuyển đổi đo sơ cấp
Các chuyển đổi đo lường sơ cấp được gắn với đối tượng đo có đầu ra là
dạng tín hiệu điện hoặc tín hiệu khí nén. Cấu trúc của chuyển đổi đo sơ cấp gồm
một CBĐ một hoặc nhiều CĐĐ. Đặc tuyến của chuyển đổi đo sơ cấp cũng mang
tính tuyến tính như CĐĐ (y = a.Q hoặc y = a.Q + b, a và b là h ằng số). Sai số của
chuyển đổi đo sơ cấp được tính hoàn toàn tương t ự sai số của chuyển đổi đo. Cần
chú ý giới hạn tín hiệu đo ở đầu vào và giới hạn tín hiệu đầu ra của chuyển đổi đo
lường sơ cấp.
3.2. Các cảm biến và chuyển đổi đo nhiệt độ
Nhiệt độ là một đại lượng rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp lên chất
lượng của hầu hết các quy trình công ngh ệ. Trong công nghiệp, nhiều quá trình
công nghệ đòi hỏi kiểm tra và khống chế nhiệt độ một cách chặt chẽ để đảm bảo
hiệu suất của quá trình, đảm bảo chất lượng sản phẩm cung như đảm bảo an toàn
cho thiết bị khi làm việc. Do đó, đo nhiệt độ đóng vai trò hết sức quan trọng trong
CBĐ
X
CĐĐ
Y
23
công nghiệp. Nhiệt độ là đại lượng vật lý biểu thị mức độ nóng lạnh của vật chất
hoặc môi trường. Đa số các đại lượng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so
sánh chúng với một đại lượng cùng bản chất, trong khi đó nhiệt độ là đại lượng
chỉ có thể đo gián tiếp dựa vào sự phụ thuộc của tính chất vật liệu vào nhiệt độ.
Đơn vị đo nhiệt độ thường sử dụng là Kelvin (K), nhưng thông d ụng nhất ở

Việt Nam là Celcius (
0
C). Ngoài ra còn có thang nhi ệt độ là Fahrenheit(
0
F) và
Renkin (
0
R). Mối liên hệ giữa chúng như sau:
T(
0
C )= T(
0
K) - 273,15 = 5/9[T(
0
F)-32] = 5/9[T
0
(R)] - 273,15
Theo quy chuẩn của thế giới, thang chuẩn nhiệt độ được chia thành hai
loại: điểm chuẩn nhiệt độ và thiết bị chuẩn nhiệt độ. Các điểm chuẩn nhiệt độ
thường được lấy bằng giá trị nhiệt độ chuyển pha của các chất dưới điều kiện
tiêu chuẩn. Dưới điều kiện tiêu chuẩn mà nước đang đông đặc thì nhất định nhiệt
độ của nó sẽ là 0
0
C, còn nước đang sôi là 100
0
C. Trong trường hợp này không
cần phải sử dụng thiết bị nào để đo cả. Nếu sử dụng thiết bị đo mà kết quả không
đúng như giá trị chuẩn thì đó là sai số đo của thiết bị đo gây ra. Điều này cho
phép sử dụng để kiểm tra độ chính xác của hệ thống đo nhiệt độ trong công
nghiệp.

Một số điểm chuẩn nhiệt độ
Điểm chuẩn nhiệt độ
0
K
0
C
Điểm sôi của hydro
20,28
-252,87
Điểm sôi của oxy
90,188
-182,962
Điểm đông đặc của nước
273,15
0
Điểm sôi của nước
373,15
100
Điểm nóng chảy của kẽm
692,73
419,58
Điểm nóng chảy của bạc
1235,08
961,93
Điểm nóng chảy của vàng
1337,58
1064,43
Trong mỗi khoảng nhiệt độ, sử dụng các thiết bị đo chuẩn khác nhau. Dưới
600
0

C thiết bị đo chuẩn nhiệt độ là nhiệt kế điện trở bạch kim. Từ 600
0
C-1100
0
C
sử dụng thiết bị đo chuẩn là cặp nhiệt điện Platinorodi-Platin. Để đo khoảng nhiệt
24
độ lớn hơn 1100
0
C thiết bị đo chuẩn nhiệt độ là hỏa kế bức xạ đơn sắc theo định
luật bức xạ Plank. Các phương pháp đo nhiệt độ bao gồm: cặp nhiệt điện, nhiệt
kế điện trở, nhiệt kế điện trở bán dẫn, hỏa kế và các IC cảm biến nhiệt độ.
3.2.1. Nhiệt kế giãn nở
25