Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thông tin và thiết bị đo pot

KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG 1
Bài giảng
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Khoa Điện Tử
Bộ môn Đo lường - Điều khiển
GV: Nguyễn Thị Thanh Quỳnh
01266325996

Giới thiệu
Mã học phần: TEE301
Số tín chỉ: 2
Đánh giá:
0.2 Kiểm tra viết giữa học kỳ
0.8 Thi kết thúc học phần
Hình thức thi: thi viết

MỤC TIÊU CỦA HỌC PHẦN
Sinh viên nắm được:
- Cơ sở lý thuyết về kỹ thuật đo lường
- Các mạch gia công tính toán
- Một số loại sensor cơ bản
- Nắm được phương pháp đo một số đại lượng
không điện

NỘI DUNG VẮN TẮT CỦA HỌC PHẦN
* Cơ sở lý thuyết của Kỹ thuật đo lường:
- Các khái niệm cơ bản của kỹ thuật đo lường
- Sai số của phép đo và gia công kết quả đo
- Vấn đề xử lý số liệu đo lường
* Các cơ cấu chỉ thị:

* Các sensor đo lường
* Mạch đo lường và gia công thông tin
* Đo các đại lượng không điện

Mục lục
Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thông tin
và thiết bị đo
Chương 2: Các cơ cấu chỉ thị
Chương 3: Mạch đo lường và gia công thông
tin
Chương 4: Các bộ chuyển đổi đo lường sơ cấp
Chương 5: Đo các đại lượng không điện

Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo
lường, thông tin và thiết bị đo
1.1. Định nghĩa và phân loại thiết bị đo
1.2. Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường
1.3. Các đặc tính tĩnh của thiết bị đo
1.4. Gia công kết quả đo lường

§ 1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ
1. Định nghĩa
- Đo lường: Là một quá trình đánh giá định
lượng đối tượng cần đo để có kết quả bằng số so
với đơn vị
Quá trình đo gồm 3 thao tác chính:
+ Biến đổi tín hiệu và tin tức cần đo
+ So sánh với đơn vị đo hoặc với mẫu đo
+ Chuyển đơn vị, mã hoá để có kết quả đo

+ Thiết bị mẫu: Là TB đo chuẩn dùng để kiểm tra
và hiệu chỉnh TB đo. Quy định hiện hành TB mẫu
phải có độ chính xác lớn hơn ít nhất hai cấp so với
TB đo
- Thiết bị đo và thiết bị mẫu
+ Thiết bị đo: Là một hệ thống mà lượng vào là đại
lượng đo, lượng ra là chỉ thị bằng kim, tự ghi hoặc số.
Đôi khi lượng ra không hiển thị mà đưa tới trung tâm
tính toán để thực hiện các angorithm kỹ thuật nhất
định
Ví dụ: Muốn kiểm định công tơ cấp chính xác 2 thì
bàn kiểm định công tơ phải có cấp chính xác ít nhất
là 0,5.

a. Dụng cụ đo lường
-
Mẫu:
là thiết bò đo để khôi phục một đại lượng vật lí
nhất đònh. Những mẫu dụng cụ đo phải đạt cấp
chính xác rất cao từ 0,001% đến 0,1% tùy theo
từng cấp, từng loại.

-
Dụng cụ đo lường điện:
dụng cụ đo lường bằng điện để gia công các
thông tin đo lường, tức là tín hiệu điện có quan hệ
hàm với các đại lượng vật lí cần đo.
Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thơng tin và thiết bị đo
2. Phân loại

b. Chuyển đổi đo lường
loại thiết bò để gia công tín hiệu thông tin đo lường để
tiện cho việc truyền, biến đổi, gia công tiếp theo, cất giữ
nhưng không cho ra kết quả trực tiếp.
Chuyển đối chuẩn hóa: có nhiệm vụ biến đổi một tín hiệu
điện phi tiêu chuẩn thành tín hiệu điện tiêu chuẩn (thông
thường U = 0 ÷10v ; I = 4 ÷ 20mA)
Chuyển đổi sơ cấp: có nhiệm vụ biến một tín hiệu không
điện sang tín hiệu điện, ghi nhận thông tin giá trò cần đo.
Có rất nhiều loại chuyển đổi sơ cấp khác nhau như: chuyển
đổi điện trở, điện cảm, điện dung, nhiệt điện, quang điện….
Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thơng tin và thiết bị đo

c. Tổ hợp thiết bị đo
Là tổ hợp các thiết bò đo và những thiết bò phụ để tự
động thu thập số liệu từ nhiều nguồn khác nhau, truyền
các thông tin đo lường qua khỏang cách theo kênh liên
lạc và chuyển nó về một dạng để tiện cho việc đo và
điều khiển.
Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thơng tin và thiết bị đo
Lượng vào
Mạch đo
Chỉ thị Lượng ra
Cấu trúc hệ thống đo 1 kênh
chuy n ể
i s c pđổ ơ ấ

- Đối với hệ thống đo lường nhiều kênh
X
1

Phân kênh theo tần số
Bộ thu nhận chế biến tín
hiệu
Giải điều chế
f
1m
f
10
V
1
S
MOD
MUX
f
nm
f
n0
V
n
S
MOD
X
n
f
1m
f
10
X
1
DEMOD

f
nm
f
n0
X
n
DEMOD
X
i
X
i
Phát
thu
CĐCH
CĐCH

•
d. Cách thực hiện phép đo
- Đo trực tiếp: là cách đo mà kết quả nhận
được trực tiếp từ một phép đo duy nhất.
Cách đo này cho kết quả ngay. Dụng cụ đo được
sử dụng thường tương ứng với đại lượng đo.
Ví dụ: đo điện áp Voltmet, trên mặt Voltmet đã khắc độ
sẵn bằng Volt.
- Đo gián tiếp: là cách đo mà kết quả đo được suy ra từ
sự phối hợp kết quả của nhiều phép đo dùng cách đo
trực tiếp.
Ví dụ: để đo điện trở ta có thể sử dụng đònh luật Ohm
R=U/I (thường hay sử dụng khi phải đo điện trở của
một phụ tải đang làm việc).

Cách đo gián tiếp thường mắc phải sai số lớn.
Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thơng tin và thiết bị đo

- Đo hợp bộ: là cách đo gần giống đo gián tiếp nhưng
số lượng phép đo theo cách trực tiếp nhiều hơn và
kết quả đo nhận được thường phải thông qua giải một
phương trình (hay hệ phương trình) mà các thông số
đã biết chính là các số liệu đo đựơc.
- Đo thống kê: để đảm bảo độ chính xác của phép đo
nhiều khi người ta phải sử dụng cách đo thống kê.
Tức là phải đo nhiều lần. Cách đo này đặc biệt hữu
hiệu khi tín hiệu đo là ngẫu nhiên hoặc khi kiểm tra
độ chính xác của một dụng cụ đo.
Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thơng tin và thiết bị đo

§ 1.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG
1. Hệ thống đo lường biến đổi thẳng
Trong hệ thống đo biến đổi thẳng đại lượng vào x qua
nhiều khâu biến đổi trung gian được biến thành đại
lượng ra y.
y = f(x)
Trong đó f(.) là một toán tử thể hiện cấu trúc của thiết
bị đo

- Trong trường hợp quan hệ lượng vào và lượng ra
là tuyến tính :
y = S.x (1-1)
S gọi là độ nhạy tĩnh của thiết bị.
-
Nếu một thiết bị gồm nhiều khâu nối tiếp thì quan

hệ giữa lượng vào và lượng ra có thể viết:
y= (1-2)
Si: là độ nhạy của khâu thứ i trong thiết bị.
xS
n
i
i
.
1
∏
=

Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thông tin và thiết bị đo

Trong thiết bị đo kiểu so sánh đại lượng vào x
thường được biến đổi thành đại lượng trung gian
y
x
qua một phép biến đổi T:
y
x
= T.x
Sau đó y
x
được so sánh với đại lượng bù y
k
.
Ta có:
Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thông tin và thiết bị đo
T

∆y
y
k
Hệ thống đo kiểu so sánh
x
y
X
kx
yyy
−=∆
2. Hệ thống đo kiểu so sánh

Chương 1: Cơ sở kĩ thuật đo lường, thông tin và thiết bị đo

2.1. Phân loại phương pháp đo căn cứ vào điều
kiện cân bằng.
a. Phương pháp so sánh kiểu cân bằng
Nội dung của phương pháp này là: Đại lượng vào
cần đo y
x
= const, đại lượng bù y
k
= const.
Lượng ra
Hình 1.4 Phương pháp so sánh cân bằng
C
- C
∆y
0
Tại điểm cân bằng ta có:

Δy = y
x
- y
k
→ 0

x k
y y y 0
∆ = − → ε ≠
Cũng giống như trường hợp trên song
b. Phương pháp so sánh không cân bằng (hình 1.5).
∆y
Lượng ra
ε
-ε
Hình 1.5 Phương pháp so sánh không cân bằng
0

2.2. Phân loại phương pháp đo căn cứ vào cách
tạo đại lượng bù.
a. Phương pháp mã hoá thời gian.
- Nội dung: Đại lượng vào y
x
= const, còn đại lượng
bù y
k
cho tăng tỉ lệ với thời gian t.
y
x
y

k
y
x
Hình 1.6 Phương pháp mã hoa thời gian
t
x
y
k
= y
0
.t (y
0
= const)
Tại thời điểm cân bằng
y
x
= y
k
= y
0
t
x
0
x
x
y
y
t
=⇒
Nghĩa là đại lượng cần đo y

x
được biến thành khoảng
thời gian t
x

- Bộ ngưỡng: Để xác định điểm cân bằng của phép
đo.
x k
x k
x k
1 y
y sign(y y )
0 y
≥

∆ = − =

<

nÕu y
nÕu y
b. Phương pháp mã hoá tần số xung.
-
Nội dung: Đại lượng vào y
x
cho tăng tỉ lệ với lượng
cần đo x và khoảng thời gian t:
y
x
= t.x. Còn đại lượng bù y

k
= const
y
k
y
t
0
Hình 1.7 Phương pháp mã hoá tần số xung
y
x
t
x
=1/f
x
Tại điểm cân bằng
có:
y
x
= x.t
x
= y
k
= const
Suy ra: f
x
= 1/t
x
= x/y
k
(1-4).

Nghĩa là đại lượng cần đo x đã được biến thành
tần số f
x
.
- Bộ ngưỡng:
k x
k x
k x
1 y
y sign(y y )
0 y
≥

∆ = − =

<

nÕu y
nÕu y
y
y
k
t
0
Hình 1.7 Phương pháp mã hoá tần
số xung
y
x
t

x
=1/f
x

c. Phương pháp mã hoá số xung.

Nội dung: Đại lượng vào y
x
= const, còn đại lượng
bù y
k
cho tăng tỉ lệ với thời gian t theo quy luật bậc
thang với những bước nhảy không đổi y
0
gọi là bước
lượng tử.
y
k
= y
o

( )
∑
=
−
n
1i
iTt1
Trong đó:
T = const, gọi là xung

nhịp
Y
x
N
x
y
0
y
k
T
t
y
Hình 1.8 Phương pháp mã hoá
số xung
Tại điểm cân bằng có: y
x
≈ N
x
.y
o