Bài giảng kỹ thuật đo lường

Mục đích của mơn học.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
•

•
•

Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý –
Tập 1, 2 – Phạm Thượng Hàn, Nguyễn
Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa.
Các bộ cảm biến trong kĩ thuật đo
lường và điều khiển – Lê Văn Doanh.
Kỹ thuật đo – Nguyễn Ngọc Tân


Chương 1

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN


t1. MỞ ĐẦU

???
• Con người muốn có thơng tin về các sự vật, hiện tượng
xung quanh mình.
• Cần phải có các dụng cụ, phương pháp để cung cấp, ước
lượng thông tin về đối tượng cần biết.
• Hoạt động đó gọi là đo lường.

t1. MỞ ĐẦU

Đo lường là quá trình đánh giá, định lượng đại lượng
cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.

A=X/X0
A:
X:
X0:

Kết quả đo
Đại lượng đo
Đơn vị đo

Cây này cao 4 m

Cây này cao 20 gang (1 gang=0,2m)
Cây này cao 0,004 km


• Đo lường học.
• Kỹ thuật đo lường.
• Đo lường – Điều khiển


t2. CÁC ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT ĐO

• Đại lượng đo:
• Tiền định và ngẫu nhiên.

• Tương tự và số.
• Năng lượng, thơng số, phụ thuộc thời gian.
• Điện và khơng điện.
• Điều kiện đo.
• Đơn vị đo.
• Thiết bị đo và phương pháp đo.
• Người quan sát.
• Kết quả đo.
• Đặc tính tĩnh dụng cụ đo(đặc tính tần số, quĩ đạo pha).
• Đặc tính động dụng cụ đo (hàm q độ, hàm trọng
lượng).


ĐƠN VỊ ĐO

CÁC LOẠI HỆ ĐO PHỔ DỤNG VÀ ÍT PHỔ DỤNG
 Hệ SI (System International)

 Hệ CGS (Centimeter Gramme Second)
 Hệ Anh (English)

 Hệ MKS (Meter Kilogram Second)

 Hệ MKSA (Meter Kilogram Second Ampere)

 Hệ Á Đông (thước, tấc, yến, tạ, sào, mẫu…)

 Hệ phi tổ chức (gang tay, sào đứng, bước chân…)
Nói chung trong kĩ thuật ta dùng hệ SI để thống nhất các qui
định về đơn vị đo khi đánh giá kết quả cũng như chỉnh định

các thông số trong dụng cụ đo.


CÁC ĐƠN VỊ ĐO CƠ BẢN TRONG HỆ SI
Các đại lượng
Độ dài
Khối lượng

Tên đơn vị

Kí hiệu

mét
kilơgam

m
kg

Thời gian

giây

s

Nhiệt độ

ampe

A

Kelvin

K

Số lượng vật chất

mơn

Mol

Canđêla

Cd

Dịng điện
Cường độ ánh sáng


THIẾT BỊ ĐO:
• Mẫu
• Dụng cụ đo
• Chuyển đổi đo lường:

• Chuyển đổi TH điện thành TH điện khác
• Chuyển đổi TH khơng điện thành TH điện (transducer)

• Hệ thống thơng tin đo lường:
•
•
•

•
•

HT đo lường
HT kiểm tra tự động
HT chuẩn đốn kỹ thuật
HT nhận dạng
Tổ hợp đo lường tính toán


t3. PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP ĐO

• Đo trực tiếp: kết quả có chỉ sau một lần đo.
• Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một
số phép đo trực tiếp.
• Đo hợp bộ: như gián tiếp nhưng phải giải một
phương trình hay một hệ phương trình mới có kết
quả.
• Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình
mới có kết quả

 Xi
A

i 1

n

 Xi

2
X
 i

n

n

n

;

A

i 1

n

n

; A

i 1

n


CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CƠ BẢN
• Phương pháp đo biến đổi thẳng
Mạch đo

Đối tượng đo

X

Cảm biến

X’=X

Mạch chế
biến TH

Kết quả

Mạch chế biến TH
Giao tiếp

Khuếch
đại

Mạch lọc


• PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂU SO SÁNH
Đối tượng
đo

X

E

Cảm biến

Mạch chế
biến TH

Mạch đặt
mẫu Xm

Xm

Xm
Mạch biến đổi
Tỉ lệ đầu vào

• So sánh cân bằng: E = 0
• So sánh khơng cân bằng: E<>0  X=Xm+E
• So sánh khơng đồng thời:Tạo tín hiệu mẫu có
cùng đáp ứng.
• So sánh đồng thời: chọn bội số tỉ lệ thích hợp.
1 inch 25,4mm ; 100 inch = 2547mm 1 inch=25,47mm

Kết quả


t4. MẪU VÀ CHUẨN

• Mẫu là dụng cụ đo dùng để kiểm tra và chuẩn hố các
dụng cụ đo khác.

• Chuẩn là các đơn vị đo tiêu chuẩn: chuẩn độ dài, chuẩn
thời gian, khối lượng, dòng điện, nhiệt độ, điện áp, điện
trở, cường độ ánh sáng, số lượng vật chất (hố học).

• Các dụng cụ đo tạo ra chuẩn được gọi là dụng cụ chuẩn
cấp 1, đảm bảo độ chính xác nhất của một quốc gia.
• Các dụng cụ mẫu có cấp chính xác thấp hơn và thường
dùng để kiểm định các dụng cụ đo sản xuất.

• Dụng cụ mẫu nói chung đắt tiền và yêu cầu bảo quản,
vận hành rất nghiêm ngặt nên chỉ sử dụng khi cần thiết.


HỆ THỐNG TRUYỀN CHUẨN
Các thiết bị
chuẩn có độ
chính xác cao sẽ
khơng có ý
nghĩa nếu khơng
truyền được
cho các dụng cụ
mẫu và dụng cụ
làm việc.


HỌC GÌ?
NHỚ GÌ?


Chương 2

SAI SỐ VÀ XỬ LÝ
KẾT QUẢ ĐO


t1. CÁC LOẠI SAI SỐ
Sai số tuyệt đối: X = |X – Xth|
 Sai số tương đối:

X
X
 
100 
100
X th
X

 Độ chính xác:  = 1/ : dụng cụ đo có độ
chính xác càng lớn thì sai số càng bé.


CÁC LOẠI SAI SỐ

 Sai số phương pháp
 Sai số thiết bị
 Sai số chủ quan
 Sai số bên ngoài
 Sai số hệ thống θ
 Sai số ngẫu nhiên 
 SAI SỐ PHÉP ĐO
X =  + 

t2. PHƯƠNG PHÁP LOẠI TRỪ SAI SỐ

 Đối với sai số hệ thống
 Hiệu chỉnh 0
 Chỉnh định (calibration) theo đặc tuyến
 Bù nhiệt độ
 Phân tích lí thuyết và kiểm tra dụng cụ, sử dụng
các phương pháp bù ngược dấu, thế thông số…
 Đối với sai số ngẫu nhiên
 Kì vọng tốn học mx (giá trị trung bình)
 Độ lệch bình quân phương σ.
 Phương sai D = σ1/2
 Phân bố xác suất: hàm mật độ phân bố xác suất
2
chuẩn W(∆):
 ( x  mx ) 2

 0.5 
1
1
2 2
W () 
e

e  
 2
 2

t3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KẾT QUẢ

 Các bước xử lý kết quả đo

 Loại bỏ các kết quả đo có sai số quá lớn.
 Loại trừ sai số hệ thống.
 Loại trừ sai số ngẫu nhiên: thực hiện theo lưu
đồ thuật toán loaị trừ sai số ngẫu nhiên.
 Xây dựng biểu thức giải tích của đường cong
thực nghiệm bằng các phương pháp: bình
phương cực tiểu, tuyến tính hóa, kéo chỉ...


Lưu đồ
thuật toán
loại trừ sai
số ngẫu
nhiên


 Phương pháp bình phương cực tiểu
Tìm đa thức P(x) sao cho sai lệch bình phương so với
F(x) nhỏ nhất
P( x)  x n  a1 x n 1  ...  an 1 x  an

S ( x)   Fi ( x)  P ( xi )  min
m

2

i 1

S ( x)
 0,
a1

S ( x)
 0,
a2

(1)

F(x)

(2)

..........

S ( x)
 0,
an

P(x)

( n)

Giải hệ n phương trình với
n ẩn số ai (i=1,n) ta sẽ được
dạng thức của đa thức P(x)

 Phương pháp dùng máy tính
 Dùng các phần mềm khác như
SIMPLE++, MATLAB, TUTSIM, LABVIEW
…
 Phần mềm MATLAB hiện đang được sử
dụng rất nhiều:
• Lệnh polyfit

 Cơng cụ nhận dạng
 Cơng cụ xử lí đồ hoạ
…


BÀI TẬP

1. Gia công kết quả đo của n lần đo bằng phép
đo trực tiếp.
2. Gia công kết quả đo của n lần đo bằng phép
đo gián tiếp.
3. Xây dựng mối quan hệ giữa hai đại lượng
ngẫu nhiên X và Y của đối tượng đo.