cơ sở kỹ thuật đo lường trong kế tạo cơ khí

Học viện Kỹ thuật quân sự
Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí


Hồ Việt Hải
Hiệu đính: PGS-TSKH Phan Bá




Cơ sở kỹ thuật đo lờng
trong chế tạo cơ khí
(Dùng cho hệ đào tạo đại học chuyên ngành cơ khí)




Lu hành nội bộ










H Nội - 2008
Mục lục

Trang
Mục lục 3
Lời nói đầu 7
Chơng 1. Những khái niệm cơ bản về đo lờng 8

1.1. Vấn đề bảo đảm chất lợng 8
1.2. Các khái niệm cơ bản về đo lờng-kiểm tra 8
1.2.1. Đo lờng 8
1.2.2. Đơn vị đo và hệ thống đơn vị 9
1.2.3. Phơng pháp đo 11
1.2.4. Kiểm tra và các phơng pháp kiểm tra 14
1.2.5. Các chỉ tiêu đo lờng của thiết bị đo 15
1.3. Các nguyên tắc cơ bản trong đo lờng 18
1.3.1. Nguyên tắc Abbe 18
1.3.2. Nguyên tắc xích truyền động ngắn nhất 20
1.3.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất (trùng chuẩn) 20
1.3.4. Nguyên tắc kinh tế 22
Chơng 2. Các nguyên lý chuyển đổi v khuếch đại
trong đo lờng 23

2.1. Những khái niệm cơ bản 23
2.1.1. Khái niệm chung 23
2.1.2. Các loại chuyển đổi đo lờng và mạch đo 23
2.2. Chuyển đổi cơ khí và các phơng pháp khuếch đại cơ khí 26
2.2.1. Chuyển đổi cơ khí 26
2.2.2. Các phơng pháp khuếch đại cơ khí 28
2.3. Chuyển đổi quang học 36
2.3.1. Các phơng pháp chuyển đổi 36
2.3.2. Các phơng pháp khuếch đại quang 42
2.4. Chuyển đổi khí nén 49

2.4.1. Nguyên lý chuyển đổi 49
2.4.2. Các máy đo kiểu khí nén 51
2.5. Chuyển đổi thuỷ lực 54
2.6. Chuyển đổi điện 56
2.6.1. Chuyển đổi điện cảm 56
2.6.2. Chuyển đổi điện dung 58
2.7. Chuyển đổi siêu âm 59
3
2.7.1. Nguyên lý chuyển đổi 59
2.7.2. Cấu tạo và hoạt động của máy dò khuyết tật bằng siêu âm 60
Chơng 3. Phơng pháp đo các thông số hình học v
các chỉ tiêu chất lợng của chi tiết cơ khí 62

3.1. Phơng pháp đo kích thớc thẳng 62
3.1.1. Phơng pháp đo hai tiếp điểm 62
3.1.2. Phơng pháp đo ba tiếp điểm 62
3.1.3. Phơng pháp đo một tiếp điểm 67
3.2. Phơng pháp đo kích thớc góc 68
3.2.1. Phơng pháp đo trực tiếp kích thớc góc 68
3.2.2. Phơng pháp đo gián tiếp kích thớc góc 70
3.2.3. Đo góc theo phơng pháp toạ độ 72
3.3. Phơng pháp đo kích thớc lỗ 72
3.3.1. Phơng pháp đo bằng đồng hồ đo lỗ 72
3.3.2. Dùng gá đo lỗ 75
3.3.3. Phơng pháp đo lỗ bằng phơng tiện đo khí nén 76
3.4. Phơng pháp đo kích thớc lớn 78
3.4.1. Phơng pháp đo cung 78
3.4.2. Phơng pháp chu vi 79
3.4.3. Phơng pháp con lăn 79
3.4.4. Phơng pháp đo bằng máy kinh vĩ 79

3.5. Phơng pháp đo kích thớc tế vi 80
3.5.1. Phơng pháp mặt cắt ánh sáng 80
3.5.2. Phơng pháp giao thoa 81
3.5.3. Phơng pháp đo tiếp xúc 82
3.6. Phơng pháp đo thông số sai số hình dáng bề mặt 83
3.6.1. Đo độ tròn 83
3.6.2. Đo độ trụ 87
3.6.3. Đo độ thẳng 91
3.6.4. Đo độ phẳng 92
3.7. Phơng pháp đo thông số sai số vị trí 94
3.7.1. Đo độ song song 94
3.7.2. Đô độ vuông góc 96
3.7.3. Đo sai số góc nghiêng 98
3.7.4. Đo độ đồng tâm và độ đảo hớng tâm 99
3.7.5. Đo độ đảo hớng trục 102
4
3.7.6. Đo độ xuyên tâm 103
3.7.7. Đo độ đối xứng 105
3.8. Phơng pháp đo các thông số của chi tiết ren 106
3.8.1. Đo đờng kính trung bình của ren 106
3.8.2. Đo góc nửa profin ren 110
3.8.3. Đo bớc ren 111
3.9. Phơng pháp đo các thông số bánh răng 113
3.9.1. Phơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên 114
3.9.2. Phơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít 117
3.9.3. Phơng pháp đo sai số tích luỹ bớc vòng 120
3.9.4. Đo sai lệch giới hạn bớc pháp cơ sở 123
3.9.5. Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung 124
3.9.6. Đo độ đảo hớng tâm vành răng 125
3.9.7. Đo đờng kính vòng chia 126

3.9.8. Đo sai số prôfin răng 127
3.10. Phơng pháp đo độ cứng bề mặt 128
3.10.1. Phơng pháp đo độ cứng Brinell 129
3.10.2. Phơng pháp đo độ cứng Rockewll 130
3.10.3. Phơng pháp đo độ cứng Wikker 131
3.11. Kiểm tra khuyết tật bằng phơng pháp không phá hủy 132
3.11.1. Các nguyên nhân gây ra khuyết tật và vết nứt 132
3.11.2. Các phơng pháp xác định khuyết tật và vết nứt 132
Chơng 4. Các phơng pháp xử lý kết quả đo thực
nghiệm 142

4.1. Sai số phép đo và xử lý kết quả đo 142
4.1.1. Sai số đo 142
4.1.2. Phân loại sai số đo 148
4.1.3. Sai số ngẫu nhiên-phơng pháp tính thông số đặc trng 149
4.1.4. Sai số hệ thốngcác phơng pháp khử sai số hệ thống 162
4.1.5. Sai số thô - Các chỉ tiêu loại sai số thô 165
4.2. Xử lý kết quả đo gián tiếp 170
4.2.1. Bài toán thuận 171
4.2.2. Bài toán nghịch 173
4.3. Độ chính xác và độ tin cậy của kết quả đo 177
4.3.1. Khi đo trực tiếp các đại lợng cùng điều kiện đo 177
4.3.2. Khi đo trực tiếp các đại lợng không cùng điều kiện đo 181
5
4.3.3. Xác định số lần đo cần thiết theo độ chính xác và độ tin cậy
yêu cầu 183

4.4. Phơng pháp xác định mối quan hệ thực nghiệm 186
4.4.1. Xác định quan hệ hàm số giữa các đại lợng. 187
4.4.2. Xác định mối quan hệ tơng quan giữa các đại lợng 192

4.4.3. áp dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên trong nghiên cứu quan hệ
thực nghiệm 198

Chơng 5. Chọn phơng án đo 201
5.1. Chọn phơng pháp đo 201
5.2. Chọn độ chính xác của phơng pháp đo 206
5.3. Chọn số lần đo 209
Phụ lục 216
Tài liệu tham khảo 219

6
Lời nói đầu
Chất lợng sản phẩm chế tạo máy có một tầm quan trọng đặc biệt trong
sản xuất công nghiệp. Trong giai đoạn hoà nhập, nhất là sau khi nớc ta trở thành
thành viên của WTO, sự cạnh tranh về chất lợng sản phẩm luôn đợc đánh giá là
khâu cần thiết của mỗi công ty, mỗi xí nghiệp.
Đứng về mặt sản xuất mà nói, chất lợng là tập hợp các tính chất vật lý,
hình học, mỹ học của sản phẩm đáp ứng yêu cầu của các tiêu chuẩn Nhà nớc
và quốc tế, yêu cầu của các văn kiện kỹ thuật.
Thực tế đã xuất hiện nhiều hệ thống quản lý chất lợng trong xí nghiệp
công nghiệp. Các hệ thống đó là tập hợp một hệ thống các biện pháp mang tính
chất kỹ thuật, tổ chức và kinh tế nhằm tác động thờng xuyên đến quá trình sản
xuất trên quan điểm bảo đảm chất lợng sản phẩm.
Để thực hiện đợc bất kỳ một hệ thống quản lý chất lợng nào trong sản
xuất, đảm bảo mức độ chất lợng sản phẩm cho trớc, giảm các hao phí chế tạo
ra phế phẩm đều đòi hỏi phải chọn và tạo ra đợc các phơng tiện đo lờng, kiểm
tra hợp lý, có năng suất cao, tin cậy, phải đề xuất đợc phơng pháp kiểm tra
mới nhằm cung cấp nhanh chóng và chính xác các thông tin về chất lợng ở
từng nguyên công, xử lý các thông tin đó để có những biện pháp công nghệ thích
ứng đảm bảo chất lợng.

Nội dung chủ yếu của các hệ thống quản lý chất lợng hiện nay đều nhằm
chuyển dần chức năng kiểm tra phân loại chính phẩm, phế phẩm của ngời kiểm
tra trớc đây sang chức năng kiểm tra quá trình công nghệ của công nhân trực
tiếp sản xuất và của cán bộ công nghệ. Nhiệm vụ đo đạc kiểm tra thông thờng là
chủ yếu trớc đây phải chuyển dần sang nhiệm vụ đo đạc nghiên cứu để duy trì
và nâng cao chất lợng của chính quá trình sản xuất là chủ yếu.
Vì vậy, ngời kỹ s cơ khí cần phải nắm vững các kiến thức cơ bản về quá
trình vật lý của đo lờng, biết chọn phơng pháp đo và dụng cụ đo thích hợp, biết
xử lý các thông tin về quá trình công nghệ qua quá trình đo. Đó là lý do cần phải
biên soạn giáo trình Cơ sở kỹ thuật đo lờng trong chế tạo cơ khí nhằm đáp ứng
công tác giảng dạy chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy tại Học viện Kỹ thuật
quân sự. Ngoài ra nó còn là tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật, cán bộ
giảng dạy, sinh viên chuyên nghành cơ khí nói chung.
Do giáo trình đợc biên soạn lần đầu nên khó tránh khỏi sai sót, chúng tôi
rất mong nhận đợc nhiều ý kiến đóng góp. Mọi góp ý về tài liệu xin gửi về bộ
môn Chế tạo máy-khoa Cơ khí-Học viện KTQS.
Các tác giả
7
Chơng 1
Những khái niệm cơ bản về đo lờng
1.1. Vấn đề bảo đảm chất lợng
Đảm bảo chất lợng sản phẩm trong sản xuất chính là đảm bảo hiệu quả
kinh tế cho nền sản xuất.
Việc đảm bảo chất lợng sản phẩm không đơn thuần là việc kiểm tra sản
phẩm sau khi chế tạo mà cái chính là phải vạch ra các nguyên nhân gây sai hỏng
ngay trong khi gia công để có đợc quy trình công nghệ hợp lý, có thể điều chỉnh
quá trình gia công nhằm tạo ra sản phẩm đạt chất lợng. Mức độ đa thiết bị và
kỹ thuật đo vào công nghệ chế tạo thể hiện mức độ tiên tiến của nền sản xuất.
Xét vấn đề dới góc độ đo lờng hay nói cách khác đo lờng bảo đảm chất
lợng sản phẩm nh thế nào thể hiện qua ba chức năng cơ bản của nó nh sau:

Đo lờng là để nghiên cứu nhận biết thế giới tự nhiên.
Kiểm tra chất lợng sản phẩm, giám sát sản xuất đảm bảo chất lợng
sản phẩm.
Nghiên cứu độ chính xác gia công nhằm cải tiến kỹ thuật hợp lý hoá
qui trình công nghệ để nâng cao chất lợng sản phẩm dẫn tới hạ giá
thành sản phẩm.
Trong sản xuất, đo lờng là trọng tài vô t nhất đánh giá đúng chất lợng
sản phẩm của đối tợng nghiên cứu. Nó cho phép ta đánh giá chính xác trình độ
kỹ thuật sản xuất của từng công ty, xí nghiệp, của nớc này với nớc khác.
1.2. Các khái niệm cơ bản về đo lờng-kiểm tra
1.2.1. Đo lờng
Đo lờng một đại lợng vật lý là việc thiết lập quan hệ giữa đại lợng đó với
đại lợng cùng tính chất vật lý nào đó đợc dùng làm đơn vị đo hay một đại
lợng tiêu chuẩn đã đợc qui ớc.
Nh vậy thực chất của việc đo lờng là việc so sánh đại lợng cần đo với
đơn vị đo hay đại lợng tiêu chuẩn qui ớc (chúng phải có cùng tính chất vật lý
của đại lợng cần đo) để tìm ra tỉ lệ giữa chúng, tức là xác định độ lớn (theo đơn
vị) bằng trị số của đại lợng đo.
Đo lờng là thiết lập quan hệ giữa đại lợng cần đo và một đại lợng cùng
tính chất vật lý đợc qui định làm đơn vị đo. Thực chất đó là việc so sánh đại
lợng cần đo với một đơn vị đo để tìm ra tỉ lệ giữa chúng theo công thức:
8
q=
u
Q
; ( 1-1)
trong đó: Q- đại lợng cần đo.
u- đơn vị đo.
Kết quả đo sẽ là: Q = q.u.
Tuỳ theo cách chọn đại lợng làm đơn vị đo khác nhau mà kết quả so sánh

(tỷ lệ) đại lợng đo và đơn vị đo sẽ khác nhau. Tức là có thể biểu diễn kết quả so
sánh bằng các trị số khác nhau khi chọn các đơn vị đo khác nhau.
+ Chọn đơn vị đo là u thì kết quả đo sẽ là:
Q = q . u ( 1-2)
+ Chọn đơn vị đo là u
'
u thì kết quả đó là:
Q = q' . u' ( 1-3)
trong đó q' q . Từ (1-2) và (1-3) rút ra:

K
u
u
q
q
==
'
'

K đợc gọi là hằng số qui đổi (hay chuyển đổi) đơn vị.
Ta thấy rằng việc chọn độ lớn của đơn vị đo khác nhau sẽ dẫn tới q khác
nhau. Cho nên việc chọn độ lớn của đơn vị đo phải sao cho việc biểu diễn kết quả
đo gọn, đơn giản tránh nhầm lẫn trong ghi chép và tính toán. Kết quả đo cuối
cùng cần biểu diễn theo đơn vị đo hợp pháp.
1.2.2. Đơn vị đo và hệ thống đơn vị
a. Đơn vị đo
Xuất phát từ định nghĩa và thực chất của việc đo. Ta thấy rằng việc đo lờng
sẽ không thể thực hiện đợc nếu không có đơn vị đo. Bởi thế đơn vị đo sẽ phải
xuất hiện ngay khi con ngời biết dùng đến đo lờng trong đời sống.
Đơn vị đo là cái cữ, là tiêu chuẩn đợc qui định thống nhất dùng khi so sánh

để tìm ra độ lớn của đại lợng cần đo.
Từ cổ đại con ngời đã biết dùng những phép đo đơn giản nh chia ruộng
đất, đo chiều cao tháp, độ lớn các khối đá và đơn vị đo khi đó cũng đơn giản và
tuỳ tiện nh bớc chân, sải tay, gang tay
Dần dần xã hội loài ngời phát triển, kinh tế mở mang, kiến thức khoa học
này càng nâng cao, đo lờng đợc dùng ngày càng nhiều trong đời sống và trong
khoa học kỹ thuật, việc đo lờng ngày càng phức tạp và yêu cầu chính xác hơn,
khi đó những sản phẩm của tự nhiên nh bớc chân, sải tay không đủ và không
9
thể đảm bảo độ chính xác và tính thông dụng của việc đo cho nên ngời ta cần
phải chế tạo ra những dụng cụ dùng làm đơn vị đo độc lập với cấu tạo thiên
nhiên. Lúc đầu những đơn vị đo này cũng chỉ là qui ớc thống nhất cho từng vùng
có quan hệ kinh tế riêng biệt. Cùng với sự phát triển của xã hội loài ngời, kiến
thức khoa học ngày càng phong phú, kinh tế phát triển, cần thiết phải có trao đổi
kinh nghiệm, văn hoá khoa học, giao lu ngoại thơng Các đơn vị đo tuỳ tiện
hoặc qui ớc theo địa phơng không thể thích hợp nữa, nó gây khó khăn cho việc
trao đổi sản phẩm, kinh tế, văn hoá Nói chung là nó không phù hợp với quan hệ
sản xuất xã hội mới. Thực tế đó đòi hỏi phải có sự thống nhất về đơn vị đo trên
phạm vi quốc tế. Các hội nghị về cân đo quốc tế đã đợc họp (thế kỷ 18) để thống
nhất thành lập ra Viện đo lờng quốc tế, qui định các đơn vị đo lờng cơ bản
nhằm đảm bảo tính thống nhất của đơn vị đo trên phạm vi quốc tế.
Để đạt đợc tính chính xác trong đo lờng, đơn vị đo cần đảm bảo 3 yêu cầu sau:
Thống nhất.
Có độ bền lâu cao: ổn định và bất biến theo thời gian-không mòn,
tránh ảnh hởng của điều kiện môi trờng; nhiệt độ, độ ẩm, điện từ
Độc lập với mọi điều kiện của môi trờng.
b. Phân loại đơn vị đo
a) Đơn vị đo độc lập: là loại đơn vị đo đợc qui ớc không phụ thuộc vào
các đơn vị đo khác.
Ví dụ: mẫu mét, mẫu kilôgam.

Các đơn vị này đã đợc chế tạo bằng các vật liệu quí dùng làm mẫu gốc để
bảo tồn trong phòng đo lờng của viện đo lờng quốc tế.
b) Đơn vị đo dẫn suất: là loại đơn vị đo mà độ lớn của nó đợc xác định phụ
thuộc vào độ lớn của đơn vị đo dẫn xuất khác .
Ta có thể biểu diễn sự phụ thuộc đó bằng một công thức tổng quát:


CBAkQ =
Trong đó: k - hằng số biến đổi đơn vị.
A, B, C - các đại lợng có quan hệ với Q.
, , - bậc của thứ nguyên của A, B, C.
c. Hệ thống đơn vị đo
Các đơn vị đo độc lập và dẫn suất hợp thành hệ thống đơn vị đợc qui định
trong bảng đơn vị đo hợp pháp của Nhà nớc dựa trên qui định của hệ thống đo
lờng quốc tế SI (viết tắt SI từ tiếng Pháp Système International d'Unités) . SI là
hệ đo lờng đợc sử dụng rộng rãi nhất. Nó đợc sử dụng trong hoạt động kinh
tế, thơng mại, khoa học, giáo dục và công nghệ của phần lớn các nớc trên thế
10
giới ngoại trừ Mỹ, Liberia và Myanma.
Hệ thống đơn vị đo đợc qui định nhằm thống nhất cách biểu diễn kết quả
đo các đại lợng, để có sự chuyển đổi tơng đơng dễ dàng, tính toán gọn nhẹ, đỡ
nhầm lẫn do chọn dùng các đơn vị không hợp lý và để kết quả tính ra đợc sẽ
mang tên đơn vị đo đã có qui định.
Các vấn đề nói về đơn vị và hệ thống đơn vị có thể xem tỉ mỉ hơn trong các
tài liệu: Đơn vị đo lờng hợp pháp, đơn vị đo các đại lợng vật lý.
1.2.3. Phơng pháp đo
a. Khái niệm
Phơng pháp đo là cách thức thủ thuật để xác định thông số cần đo. Đó là
tập hợp mọi cơ sở khoa học có thể thực hiện phép đo, trong đó nói rõ nguyên tắc
để xác định thông số đo. Các nguyên tắc này có thể dựa trên cơ sở mối quan hệ

toán học hay mối quan hệ vật lý có liên quan tới đại lợng đo.
Ví dụ: Khi đo bán kính R=h/2+S
2
/8h.
trong đó: h- chiều cao cung;
S- độ dài dây cung.
Ví dụ: Khi đo tỷ trọng vật liệu, dựa trên quan hệ vật lý D =
V
G

trong đó: D là tỷ trọng;
G là trọng lợng mẫu;
V là thể tích mẫu.
Nếu ta chọn mẫu dạng trụ thì :
h
d
V
4
2

= .
Với d là đờng kính mẫu, h là chiều dài mẫu, khi đó ta có:
hd
G
D
2
.
4

=

Việc chọn mối quan hệ nào trong các mối quan hệ có thể với thông số đo cụ
thể phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu đối với đại lợng đo, trang thiết bị hiện
có, khả năng tìm đợc hoặc tự chế tạo đợc. Mối quan hệ cần đợc chọn sao cho
đơn giản, các phép đo dễ thực hiện với yêu cầu về trang bị đo ít và có khả năng
hiện thực hoá.
b. Phân loại các phơng pháp đo
Các phơng pháp đo đợc phân loại dựa trên cơ sở:
Quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo.
Quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị của đại lợng đo.
11
Quan hệ giữa đại lợng cần đo và đại lợng đợc đo.
1. Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo.
Theo quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia ra:
Phơng pháp đo tiếp xúc
Phơng pháp đo không tiếp xúc.
Phơng pháp đo tiếp xúc là phơng pháp đo mà giữa đầu đo và bề mặt chi
tiết đo tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo. Ví dụ nh khi đo bằng dụng cụ đo cơ
khí, quang cơ, điện tiếp xúc áp lực này làm cho vị trí đo ổn định vì thế kết quả
đo tiếp xúc rất ổn định.
Tuy nhiên, do có áp lực đo mà khi đo tiếp xúc không tránh khỏi sai số đo do
các biến dạng có liên quan đến áp lực đo gây ra, đặc biệt là khi đo các chi tiết
bằng vật liệu mềm, dễ biến dạng hoặc các hệ đo kém cứng vững.
Phơng pháp đo không tiếp xúc là phơng pháp đo không có áp lực đo giữa
yếu tố đo và bề mặt chi tiết đo.
Ví dụ: Các máy đo kiểu hiển vi chiếu hình, thuỷ lực khí nén, đều đo theo
phơng pháp không tiếp xúc.
Do không có sự tiếp xúc giữa đầu đo và mặt chi tiết đo nên có một loạt các
u điểm:
Không gây biến dạng bề mặt chi tiết (điều này rất quan trọng đối với
chi tiết nhỏ); không có sai số do biến dạng bề mặt dới tác dụng của

lực đo.
Không có sai số do ảnh hởng của sự mòn đầu đo.
Không có sai số đo gây nên bởi hình dáng bề mặt chi tiết đo làm chất
lợng tiếp xúc của đầu đo và chi tiết đo không tốt.
Không chịu tác dụng của độ không ổn định lực đo.
Có hệ số khuếch đại lớn nên sai số nhỏ.
Các u điểm kể trên làm tăng cao độ chính xác của phép đo so với phơng
pháp đo tiếp xúc. Tuy vậy phơng pháp này chỉ thích hợp với loại chi tiết nhỏ,
mềm, mỏng, dễ biến dạng, các sản phẩm không cho phép có vết xớc.
2. Dựa vào quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị của đại
lợng đo
Trên quân hệ này các phơng pháp đo chia ra:
Phơng pháp đo tuyệt đối .
Phơng pháp đo so sánh.
Trong phơng pháp đo tuyệt đối, giá trị chỉ thị trên đụng cụ đo là giá trị đo
đợc. Phơng pháp đo này đơn giản, ít nhầm lẫn, nhng vì hành trình đo dài nên
12
độ chính xác đo kém.
Trong phơng pháp đo so sánh, giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo chỉ cho ta sai
lệch giữa giá trị của chuẩn dùng khi chỉnh "0" cho dụng cụ đo và giá trị của đại
lợng cần đo. Kết quả đo phải là tổng của giá trị chuẩn và giá trị chỉ thị:
Q= Q
0
+x
với: Q
0
- kích thớc mẫu chỉnh "0".
x - giá trị chỉ thị của dụng cụ.
Độ chính xác của phép đo so sánh cao hơn của phép đo tuyệt đối và phụ
thuộc chủ yếu vào độ chính xác của mẫu và quá trình chỉnh "0".

3. Dựa vào quan hệ giữa đại lợng cần đo và đại lợng đợc đo
Trên quan hệ này các phơng pháp đo chia thành:
Phơng pháp đo trực tiếp.
Phơng pháp đo gián tiếp.
Phơng pháp đo trực tiếp (đo thẳng) là phơng pháp đo mà đại lợng đợc
đo chính là đại lợng cần đo, ví dụ nh khi ta đo đờng kính chi tiết bằng panme,
thớc cặp, máy đo chiều dài
Phơng trình cơ bản của phép đo là: Q = X
Trong đó: Q- đại lợng thực cần đo.
X- chỉ số của máy đo.
Phơng pháp đo trực tiếp có độ chính xác cao nhng kém hiệu quả.
Phơng pháp đo gián tiếp là phơng pháp mà giá trị của đại lợng cần đo
đợc xác định thông qua các mối quan hệ hàm toán học hoặc vật lý giữa đại
lợng đợc đo và đại lợng cần đo. Ví dụ nh khi ta đo đờng kính chi tiết thông
qua việc đo các yếu tố trong cung hay qua chu vi
Phơng pháp đo gián tiếp thông qua các mối quan hệ toán học hoặc vật lý
học giữa đại lợng đợc đo và đại lợng cần đo là phơng pháp đo phong phú, đa
dạng và rất hiệu quả. Tuy nhiên, nếu hàm quan hệ càng phức tạp thì độ chính xác
đo càng thấp.
Việc tính toán xử lý kết quả đo và độ chính xác đo phụ thuộc nhiều vào việc
chọn mối quan hệ này.
Phơng trình cơ bản của phép đo gián tiếp là:
Q = f (x
1
, x
2
, . . . , x
n
)
Trong đó x

i
là các giá trị đo trực tiếp, có quan hệ hàm với đại lợng cần tìm Q.
Ví dụ:
- Đo thể tích cầu qua việc đo trực tiếp đờng kính. Quan hệ hàm xác định
13
theo công thức tính thể tích hình cầu: V
cầu


3
4
=
d
3

- Đo góc theo phơng pháp toạ độ. Quan hệ hàm đợc xác định bằng hàm
lợng giác ngợc của các cạnh vuông:
b
a
garc
a
b
arctg cot==


Trong khi tiến hành một quá trình đo, việc chọn phơng pháp đo nào cần
xuất phát từ việc phân tích kỹ lỡng tính chất và cấu tạo của đối tợng đo cũng
nh yêu cầu kỹ thuật đối với nó. Việc chọn phơng pháp đo có thích hợp hay
không rất ảnh hởng tới mức độ phức tạp của phép đo và thiết bị đo, do đó rất ảnh
hởng tới độ chính xác khi đo, thời gian điều chỉnh và đo, số thiết bị cần cho

phép đo cũng nh sự phức tạp của quá trình sử lý tính toán số liệu sau này. Các
vấn đề kể trên có ảnh hởng trực tiếp tới độ chính xác khi đo lờng kiểm tra chất
lợng sản phẩm cũng nh giá thành chung của sản phẩm.
1.2.4. Kiểm tra và các phơng pháp kiểm tra
Kiểm tra một đại lợng là xác định xem giá trị thực của đại lợng đó có
nằm trong giới hạn đợc qui định hay không.
Sự khác biệt căn bản giữa kiểm tra và đo lờng là ở chỗ khi kiểm tra không
cần xác định trị số cụ thể của đại lợng đó mà chỉ cần so sánh đại lợng kiểm tra
với giá trị giới hạn định trớc.
Nếu đo lờng trả lời câu hỏi về lợng là bao nhiêu thì kiểm tra sẽ trả lời câu
hỏi về chất là đạt hay không hoặc tốt hay xấu hoặc chính phẩm hay phế phẩm.
Nh vậy, khi kiểm tra, chất lợng cơ bản của đối tợng cần đợc qui định
trớc, kiểm tra nhằm xét xem đối tợng thực có thoả mãn yêu cầu qui định đó
không, còn đo lờng chính là nhằm xác định giá trị thực của đại lợng là bao nhiêu.
Các hình thức kiểm tra đợc phân loại theo 2 đặc điểm:
Theo tính chất kiểm tra.
Theo nội dung kiểm tra.
a. Phân loại theo tính chất kiểm tra
Theo tính chất kiểm tra phân thành:
1. Kiểm tra bị động
Kiểm tra bị động còn đợc gọi là kiểm tra thụ động ngẫu nhiên là hình thức
kiểm tra mà khi kiểm tra kết quả chỉ cho phép ta đánh giá chất lợng của sản
phẩm sau khi đã chế tạo có đạt hay không. Nghĩa là ngời kiểm tra đứng trớc
một sự đã rồi của sản xuất để phân loại cái đúng và cái sai theo yêu cầu kỹ thuật
đã qui định.
Hình thức kiểm tra này thờng dùng để kiểm tra thu nhận nên nó còn mang
14
tên là kiểm tra thu nhận.
2. Kiểm tra chủ động.
Kiểm tra chủ động (kiểm tra tích cực) là hình thức kiểm tra mà kết quả kiểm

tra phản ánh thông số đo của quá trình công nghệ đang đợc tiến hành. Nó có tác
động trở lại đối với quá trình gia công qua hệ thống tự động điều chỉnh để điều
chỉnh lại thông số cần thiết đảm bảo chế tạo ra thành phẩm (chính phẩm). Nh
thế kết quả kiểm tra có tác dụng tích cực đối với việc phòng ngừa khả năng chế
tạo ra phế phẩm vì thế kiểm tra trong khi gia công là kiểm tra tích cực, còn mang
tên là kiểm tra dự phòng. Tuyệt đại đa số kiểm tra loại này là kiểm tra tự động và
thờng dùng ngay trong quá trình gia công.
b. Theo nội dung kiểm tra
Theo nội dung kiểm tra phân thành:
1. Kiểm tra thành phần
Kiểm tra thành phần, còn gọi là kiểm tra yếu tố, là việc kiểm tra thực hiện
với từng yếu tố riêng, thờng đợc dùng để kiểm tra trong khi nghiên cứu độ
chính xác gia công nhằm phân tích nguyên nhân sai hỏng của sản phẩm, cải tiến
qui trình công nghệ.
2. Kiểm tra tổng hợp
Kiểm tra tổng hợp là tiến hành kiểm tra đồng thời ảnh hởng của tất cả các
yếu tố tới chất lợng sử dụng của sản phẩm. Thờng đợc dùng để kiểm tra lần
cuối trớc khi đa đi lắp ráp, bao gói, xuất xởng, sử dụng.
Việc chọn hình thức kiểm tra nào là tuỳ thuộc vào yêu cầu, tầm quan trọng
của thông số, khối lợng sản xuất và yêu cầu sử dụng của kết quả kiểm tra. Đối
với các chi tiết phức tạp nh bánh răng, then hoa phải kết hợp cả kiểm tra tổng
hợp và kiểm tra riêng lẻ đối với các thông số cần thiết.
1.2.5. Các chỉ tiêu đo lờng của thiết bị đo
Các đặc trng (hay còn gọi là các chỉ tiêu) đo lờng cơ bản của máy đo và
dụng cụ đo có thể tạm chia theo 2 nhóm:
Nhóm 1: gồm các chỉ tiêu thờng dùng đến nhất khi lập bảng yêu cầu đối
với thiết bị đo để thực hiện một phép đo cần thiết.
Nhóm 2: gồm những chỉ tiêu đo lờng cần đợc chú ý đến khi đo lờng thí
nghiệm và nghiên cứu khoa học.
a. Nhóm 1

Nhóm các chỉ tiêu này bao gồm:
1. Giới hạn đo theo bảng A
Giới hạn đo theo bảng A là giá trị đo đợc ứng với toàn bộ bảng chia.
15
Nếu A
max
: là giá trị max có thể chỉ thị đợc trên bảng chia và A
min
là giá trị
min có thể chỉ thị đợc trên bảng chia thì: A = A
max
- A
min

+ Ví dụ trong bảng chia đối xứng A = 20m chẳng hạn thì:
A
max
= +20m; A
min
=-20m
A = +20 - (-20) = 40m hay 20m.
+ Ví dụ trong bảng chia không đối xứng:
A
max
= + 15m, A
min
=

+5m
A = + 15 -(+5) =10m

2. Giới hạn đo của máy L
Giới hạn đo của máy L là giá trị đo lớn nhất có thể đo đợc trên máy.
L = L
1
+ A
Trong đó L
1
là khoảng dịch chuyển cho phép của đầu đo theo giá máy.
3. Độ chính xác đọc số
Độ chính xác đọc số, còn gọi là độ chính xác đo của dụng cụ đo, là độ chính
xác có thể đạt đợc khi thông qua thiết bị đọc số của máy đo.
Độ chính xác đọc số của các máy đã tiêu chuẩn hoá đợc qui định bằng giá
trị một vạch chia của bảng chia.
4. Độ nhậy giới hạn
Độ nhậy giới hạn là sự thay đổi nhỏ nhất của kích thớc đo còn có khả
năng gây một thay đổi ở bộ phận chỉ thị một lợng ổn định và có thể quan sát
đợc. Độ nhậy giới hạn có thứ nguyên của đại lợng đo.
5. Sai số chỉ thị của dụng cụ đo
Sai số chỉ thị của dụng cụ đo là hiệu số giữa giá trị chỉ thị của dụng cụ đo
và giá trị thực của đại lợng đo.
Giá trị thực của đại lợng đo có thể đợc xác định đợc bằng những dụng cụ
đo có cấp chính xác cao hơn hoặc bằng kích thớc mẫu đã đợc ghi sẵn trong tờ
kiểm nhận. Thông thờng yêu cầu
CT
c
n
A

Trong đó: A - giới hạn đo theo bảng.
n - Số vạch chia của bảng.

c- Giá trị chia vạch của vạch chia.
Đối với máy đo kiểm tra (thí nghiệm):
CT
=
4
c

Đối với máy đo kỹ thuật (sản xuất) dùng
CT
=
2
c

6. Độ ổn định và độ biến động chỉ thị
16
Tính ổn định của máy và dụng cụ đo là đặc tính đảm bảo giá trị chỉ thị của
chúng bất biến theo thời gian.
Tính chất này là một đặc tính rất quan trọng của máy và dụng cụ đo, đặc
biệt là đối với những quá trình nghiên cứu lâu dài và trùng lặp. Tuy nhiên, yêu
cầu tính bất biến nh trên là rất lý tởng.
Độ biến động chỉ thị (cũng chính là độ ổn định), của máy và dụng cụ đo là
sự sai khác nhau của giá trị chỉ thị giữa các lần đo khi tiến hành đo lặp lại nhiều
lần với cùng một kích thớc đối tợng đo và điều kiện đo nh nhau. Độ biến động
chỉ thị càng bé thì độ ổn định càng cao, máy càng chính xác, kết quả đo đáng tin
cậy hơn.
Độ biến động chỉ thị đợc qui định bằng hiệu số giá trị chỉ thị lớn nhất và
nhỏ nhất. Nó phản ánh độ không ổn định của các cơ cấu máy đo khi chúng làm
việc nh: vị trí cơ cấu, biến đổi tỷ số truyền, cơ cấu đọc và độ không ổn định
của ngời đọc số. Nói chung là với xích truyền động của máy càng dài thì độ ổn
định càng kém.

Độ biến động chỉ thị là nhân tố chủ yếu gây nên sai số khi đo. Do chịu tác
động của những nguyên nhân rất ngẫu nhiên nên độ biến động chỉ thị cũng có
tính chất ngẫu nhiên. Nó phản ánh độ chính xác tổng hợp của máy. Thông thờng
cho phép biến động trong giới hạn
c)
5
1
2
1
( +
.
Đối với máy kiểm tra (thí nghiệm) thờng dùng [
ôđ
]0,2c.
Đối với máy đo dùng trong sản xuất [
ôđ
]0,5c.
b. Nhóm 2
1. Giá trị chia c
Giá trị chia c là giá trị của đại lợng đo ứng với một khoảng chia của bảng.
Đó chính là dịch chuyển của đầu đo khi kim chỉ thị dịch đi một vạch chia.
2. Khoảng chia a
Khoảng chia a là khoảng cách giữa 2 vạch chia liên tiếp của bảng.
3. Lực đo
Lực đo là lực xuất hiện trong quá trình đo ở tiếp điểm của mặt đầu đo với
mặt đối tợng đo. Lực đo càng lớn thì ổn định khi đo càng tăng nhng gây biến
dạng bề mặt chi tiết, gây sai số đo do lực đo.
4. Độ nhậy của máy đo
Độ nhậy của máy đo là khả năng có thể phản ứng của máy đo đối với đại
lợng đo.

17
Đối với máy đo không chuyển đổi K =
c
a
chính là tỷ số truyền dài của máy
đo. Đó là đại lợng không có thứ nguyên.
Đối với máy đo có chuyển đổi nh thuỷ lực, điện ngời ta không dùng
khái niệm tỷ số truyền để đánh giá mà dùng độ nhạy để đánh giá. Khi đó độ nhạy
có thứ nguyên là thứ nguyên của đại lợng đã chuyển đổi ra chia cho thứ nguyên
của đại lợng đo đợc chuyển đổi.
Ví dụ: mmHg/m; mmH
2
0/m; m/m; mA/m; mV/m
1.3. Các nguyên tắc cơ bản trong đo lờng
Trong khi thiết kế một phơng án đo, lập qui trình để kiểm tra đo lờng một
chi tiết, để đảm bảo độ chính xác và chỉ tiêu kinh tế cho phép đo cần phải dựa
trên những nguyên tắc cơ bản sau:
1.3.1. Nguyên tắc Abbe
Nguyên tắc: Đờng tâm của kích thớc đo và đờng tâm kích thớc mẫu
(tức là thớc đo) phải nằm trên cùng đờng thẳng.
Trong khi đo có hai cách gá đặt kích thớc đo và kích thớc mẫu.
Đặt nối tiếp (nh khi đo trên pan me).
Đặt song song (nh khi đo trên thớc cặp).
Đặt nối tiếp kích thớc đo và kích thớc mẫu là phù hợp với nguyên tắc
Abbe. Có thể chứng minh đợc rằng cùng kích thớc và sai số công nghệ của
máy đo (ví dụ khe hở, độ song song của sống trợt ) thì đặt kích thớc theo
nguyên tắc Abbe sẽ cho sai số đo nhỏ hơn.
f1
(Kích thớc mẫu)
f1

Chi tiết đo
S

L'
L
S

Bảng chia thớc đo





Hình 1-1. Nguyên tắc đo kích thớc trên thớc cặp.
Trên Hình 1-1 biểu diễn nguyên tắc đo kích thớc trên thớc cặp. Ta có thể
18
tính đợc sai số lớn nhất phạm phải là:
f
1
= L - L
'
= S . tg
Tính gần đúng tg = +

15
2
3
1
52
++

với nhỏ bỏ qua các số hạng bậc cao ta có tg
Do đó: f
1
= S.
Trờng hợp kích thớc đặt nối tiếp ta có thế lấy ví dụ đo trên pan me hay
Komparato kiểu Abbe (Hình 1-2) biểu diễn nguyên tắc đo và cho phép ta cách
tính toán sai số phạm phải:


Đờng trợt
L
L
f2
L

Hình 1-2. Nguyên tắc đo kích thớc trên panme (Komparao) kiểu Abbe.
f
2
= L L = L (1- cos)
Tính gần đúng cos =
2
1
2
1
22

+
Nên f

2
= L ( 1-1 +
2
.)
2
22

L=
f
2
=
2
.
2

L

So sánh f
1
và f
2
thấy rằng sai số f
1
lớn hơn f
2
nhiều vì là góc lệch do khe
hở của sống trợt rất nhỏ nên sai số bậc 2 sẽ rất nhỏ.
Ví dụ: Với máy Komparato kiểu song song, thông thờng S =150; 10" ;
thì m.
7

'
1
=f
Với máy Komparato kiểu Abbe có L =1000; = 10
"
thì f
2
= 0,001m.
Kết quả trên cho ta thấy rằng nếu tôn trọng nguyên tắc Abbe thì sai số đo sẽ
rất nhỏ. Do tính chất quan trọng đó mà khi thiết kế máy đo ngời ta cố gắng kết
cấu sao cho kích thớc mẫu và kích thớc đo cùng nằm trên một đờng thẳng.
Ngoài ra, đối với các máy đo có bộ khuếch đại thờng (thờng dùng đòn
bẩy) để bảo đảm nguyên tắc Abbe yêu cầu tiếp điểm của trục đo với khâu thứ
19
nhất của bộ truyền phải nằm trên cùng đờng thẳng với trục đo. Nghĩa là phơng
chuyển động của tiếp điểm phải nằm trên đờng biến thiên của kích thớc đo (là
phơng dịch chuyển của trục đo).
r1
l
v
t
l
v

l
r1
t
l
a)
b)

Hình 1-3. Kết cấu đo đảm bảo (a) và không (b) theo nguyên tắc Abbe.
Hình 1-3 biểu diễn 2 trờng hợp kết cấu, trong đó:
Trờng hợp nguyên tắc Abbe.
Trờng hợp không phù hợp.
1.3.2. Nguyên tắc xích truyền động ngắn nhất
Nói chung do hạn chế của trình độ công nhân chế tạo, các chi tiết máy đều
mang sẵn sai số chế tạo ngoài ra khi lắp ráp còn có sai số do lắp rắp các sai số
trên sẽ ảnh hởng trực tiếp đến chất lợng làm việc của từng khâu, nhóm chi tiết
và nói chung cả xích truyền của máy. Nếu xích truyền dài, số chi tiết, khâu khớp
tham gia sẽ càng lớn và sai số tích luỹ sẽ của máy sẽ càng lớn. Bởi vậy trong thiết
kế nêu ra nguyên tắc xích truyền động ngắn nhất. Đó là: với tỷ số truyền yêu cầu,
giảm đến mức ít nhất số khâu tham gia vào xích truyền để giảm sai số của máy.
1.3.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất (trùng chuẩn)
Trong công nghệ sản xuất phân ra:
Chuẩn thiết kế (do ngời thiết kế dùng).
Chuẩn gia công (cho ngời chế tạo dùng).
Chuẩn lắp ráp.
Chuẩn kiểm tra (cho ngời kiểm tra dùg khi kiểm tra).
Nguyên tắc chuẩn thống nhất nêu là khi các chuẩn trên đợc dùng thống
nhất (chọn trùng nhau) thì sai số đo sẽ nhỏ nhất.
Điều đó có thể giải thích nh sau: Mỗi kích thớc chi tiết thờng có cho
20
dung sai. Nếu vì lý do nào đó mà ta phải chuyển chuẩn thì bản thân chuẩn đã
mang trong đó dung sai của kích thớc, dung sai đó là sai số chuyển chuẩn và
nếu chuyển chuẩn càng nhiều thì độ chính xác của kết quả đo càng kém.
Ví dụ: Đo khoảng cách tâm 2 lỗ trục.
l
1
l

2
l
d
1
d
2

Hình 1-4. Ví dụ đo khoảng cách 2 tâm lỗ.
Nh trên Hình 1-4 ta có thể đo đợc d
1
, d
2
, l
1
, l
2
.
Khi thiết kế ngời ta qui định các dung sai
l
,
d1
,
d2
theo chuẩn thiết kế là
đờng tâm hai lỗ.
Khi kiểm tra không thể dùng đờng tâm 2 lỗ làm chuẩn kiểm tra nên phải
chuyển chuẩn.
Ta lấy mặt lỗ làm chuẩn, đo các kích thớc d
1
, d

2
, l
1
, hoặc l
2
. Do chuyển
chuẩn nên bản thân chuẩn đo đã mang sai số chuẩn là
c
.
2
2
2
1 ddc

+=

Ta có phơng trình đo gián tiếp là:
2
21
1
dd
ll
+
+=

2
21
2
dd
ll

+
=
hoặc:
Độ chính xác khi đo l sẽ tính bằng sai số
l
:
2
2
2
2
2
1
2
2
2
212
.
ddll
d
l
d
l
l
l

+










+










=
()
2

2
2
1
2
4
1
2
ddl

++
= ( 1-4)
(
)
22
21
dd

+
Trong công thức (1-4) phần phản ánh sai số chuyển chuẩn.
2
1
=


d
l
là hệ số ảnh hởng của kích thớc chuyển chuẩn tới kích thớc ta đo.
21
)Chú ý:
Nguyên tắc chuẩn thống nhất là cần để đảm bảo độ chính xác khi kiểm tra

đo lờng song cần phải giành u tiên cho công nghệ để tránh khó khăn phiền
phức cho sản xuất ảnh hởng đến giá thành sản phẩm.
1.3.4. Nguyên tắc kinh tế
Nội dung của nguyên tắc này là: Cần đảm bảo đợc độ chính xác đo lờng
theo yêu cầu trong điều kiện kinh tế nhất, tức là yêu cầu về điều kiện kinh tế là
thấp nhất (đơn giản, rẻ tiền) mà vẫn đảm bảo độ chính xác đo lờng yêu cầu. Cụ
thể là:
Độ chính xác máy (máy và dụng cụ đo) đủ dùng.
Hiệu suất cao thao tác nhanh, dễ điều chỉnh, đo hàng loạt, tự động
Trình độ nhân viên đo lờng kiểm tra thấp (có quan hệ tới tiền lơng
ngời kiểm tra).
Thiết bị phục vụ việc kiểm tra đo lờng đơn giản, dễ chỉnh, rẻ tiền,
vạn năng, dễ mua, dễ chế tạo, có điều kiện tự trang tự chế.
Dựa vào thiết bị sẵn có của phòng thí nghiệm để đỡ tốn phí mua sắm thêm.
Trên đây đã trình bày 4 nguyên tắc cơ bản trong đo lờng nhằm đảm bảo
tính chính xác và tính kinh tế của việc kiểm tra đo lờng. Tuỳ trờng hợp cụ thể
của trình độ và nhịp độ sản xuất mà coi trọng nguyên tắc nào. Tuỳ điều kiện kỹ
thuật và khó khăn của chế tạo và khả năng điều chỉnh có thể dùng những kết
cấu không hoàn toàn tôn trọng các nguyên tắc trên.

22
Chơng 2
Các nguyên lý chuyển đổi v khuếch đại
trong đo lờng
2.1. Những khái niệm cơ bản
2.1.1. Khái niệm chung
Nhiệm vụ của việc đo lờng các đại lợng vật lý là định lợng đại lợng đo
với độ chính xác kỹ thuật theo yêu cầu.
Công cụ dùng để thực hiện nhiệm vụ đo lờng đợc gọi chung là thiết bị đo.
Để thực hiện việc đo lờng thiết bị đo cần gồm các bộ phận cấu trúc đo sau:

Bộ chuyển đổi dùng để tiếp nhận thông tin vào.
Bộ chế biến và khuếch đại thông tin.
Bộ chỉ thị để biểu đạt hoặc ghi nhận thông tin ra.
Để đạt độ chính xác cao trong khi đo, hệ thống chuyển đổi, chế biến và
khuếch đại, chỉ thị thông tin cần đạt các yêu cầu sau:
Chuyển đổi có độ nhạy giới hạn với độ ổn định cao.
Hệ số khuếch đại lớn (độ nhạy cao), ổn định và chính xác.
Thông tin chính xác, độ tin cậy cao, thông tin ra cần dễ ghi nhận và
quan sát.
Nội dung của chơng này sẽ trình bày các ứng dụng những hiện tợng vật lý
có quan hệ với chuyển vị dài và góc vào kỹ thuật chuyển đổi và khuếch đại trong
các máy đo chiều dài và góc. Qua các ví dụ ứng dụng học sinh sẽ làm quen với sơ
đồ nguyên lý một số máy đo thông dụng trong chế tạo máy.
2.1.2. Các loại chuyển đổi đo lờng và mạch đo.
a. Bộ chuyển đổi
Chuyển đổi là một bộ phận cấu trúc đo dùng để phát hiện biến thiên của
thông số đo.
Nếu ta đa tín hiệu vào chuyển đổi là biến thiên kích thớc X. Qua chuyển
đổi nhờ mối quan hệ vật lý của tín hiệu vào X và tín hiệu ra Y ta nhận đợc một
thông tin ra của chuyển đổi để đa vào bộ khuếch đại (Hình 2-1).
Nh vậy chuyển đổi có thể kiêm 2 nhiệm vụ vừa tiếp nhận vừa chuyển đổi
thông tin.
Nếu X và Y cùng loại đặc tính vật lý ta có chuyển đổi trực tiếp; nếu X và Y
khác loại ta có chuyển đổi gián tiếp.
23
Trong kỹ thuật chuyển đổi, yếu tố quan trọng nhất là yếu tố nhậy. Yếu tố
nhậy quyết định đặc tính và nguyên tắc hoạt động của chuyển đổi. Chính vì vậy
ngời ta thờng dùng yếu tố nhậy để đặt tên cho chuyển đổi.
Yếu tố nhậy là yếu tố vật lý cảm thụ sự biến thiên của kích thớc, tức là nó
sẽ biến thiên khi kích thớc biến thiên. Nó quyết định độ nhậy, độ nhậy giới hạn

và đờng đặc tính của chuyển đổi.
Dựa vào cơ sở vật lý của các chuyển đổi ngời ta phân ra các loại chuyển
đổi sau: chuyển đổi cơ, chuyển đổi điện, chuyển đổi quang hình quang lý, quang
điện, chuyển đổi khí nén, chuyển đổi thuỷ lực, chuyển đổi tiếp xúc, điện từ, điện
cảm, điện dung.
Cảm biến (hay còn gọi là senxơ) là dụng cụ, phân tử thực hiện việc chuyển
đổi để phát hiện biến thiên của thông số đo. Tùy thuộc cảm biến dựa trên nguyên
lý chuyển đổi nào mà có các tên gọi tơng ứng nh: cảm biến điện trở, cảm biến
điện cảm, cảm biến điện dung, cảm biến điện áp
b. Bộ khuếch đại
Bộ phận thứ hai của cấu trúc đo là bộ khuếch đại và chế biến thông tin.
Thông tin Y từ chuyển đổi ra thờng là rất nhỏ và có thế là loại tín hiệu
phức tạp rất khó diễn đạt và ghi nhận ở bộ chỉ thị, vì vậy nên phần khuếch đại và
chế biến thông tin có nhiệm vụ truyền và chế biến nó thành dạng tín hiệu dễ diễn
đạt và ghi nhận bằng các thiết bị chỉ thị, ghi nhận
Chất lợng của bộ khuếch đại và chế biến thông tin đợc đánh giá qua chỉ
tiêu độ nhạy và độ méo của thông tin ra Y
2
.

Chu
y
ển
đổi
Khuếch
đại
X
Y
1
Y

2
C
T




Hình 2-1. Sơ đồ cấu trúc đo
Nếu Y
1
và Y
2
cùng loại ta có bộ khuếch đại không chuyển đổi tín hiệu.
Nếu Y
1
và Y
2
khác loại ta có bộ khuếch đại có chuyển đổi tín hiệu.
1
y
f
K


=
Nếu ta có quan hệ y
2
= f (y
1
) thì độ nhạy .

Nếu f là quan hệ tuyến tính ta sẽ có K là hằng số.
Vấn đề méo tín hiệu ở đây không trình bày cụ thể vì rất phức tạp và phụ
thuộc vào điều kiện cụ thể của mạch khuếch đại.
Trong bộ khuếch đại ngoài bộ phận khuếch đại là chính, tùy theo yêu cầu
còn có các mạch sau :
24
Mạch tỉ lệ thực hiện một phép nhân (hoặc chia) với một hệ số K.
Mạch gia công và tính toán thực hiện các phép tính đại số nh cộng,
trừ, nhân, chia, tích phân, vi phân
Mạch đạo hàm tạo ra những hàm số theo yêu cầu của phép đo nhằm
mục đích tuyến tính hóa các đặc tính của tín hiệu đo ở đầu ra các bộ
phận cảm biến.
Mạch biến đổi A/D, D/A biến đổi tín hiệu đo tơng tự thành tín hiệu
số và ngợc lại. Mạch này sử dụng cho kỹ thuật đo số và chế tạo các
mạch ghép nối với máy tính.
Mạch đo sử dụng kỹ thuật vi xử lý là mạch đo có cài đặt bộ vi xử lý
để tạo ra các cảm biến thông minh, khắc độ bằng máy tính và gia
công sơ bộ số liệu đo
Thiết bị đo ngày càng hiện đại thì khối khuếch đại ngày càng phức tạp.
Ngời ta thờng dùng nhiều loại mạch đo để hoàn thành nhiều chức năng, tăng
độ nhạy và độ chính xác.
c. Bộ chỉ thị
Bộ chỉ thị có nhiệm vụ ghi lại kết quả đo đợc. Có nhiều loại thiết bị ghi tùy
theo loại cảm biến, tính chất đo tĩnh hay động, mức độ chính xác cần đạt đợc.
Các thiết bị ghi thờng phân chia thành các loại :
Thiết bị chỉ thị.
Thiết bị chỉ thị tự ghi.
Thiết bị chỉ thị số.
1. Thiết bị chỉ thị
Đây là thiết bị đo tơng tự nh các cơ cấu chỉ thị : điện từ, tĩnh điện Kết

quả đo đợc đọc trên các đồng hồ nhờ kim chỉ thị hoặc bằng ánh sáng để tăng
cờng độ nhạy.
2. Thiết bị chỉ thị tự ghi
Thiết bị chỉ thị tự ghi gồm có : thiết bị tự ghi có tần số thấp (dới 10Hz),
thiết bị tự ghi có tần số cao (dới 100Hz), thiết bị tự ghi có tần số cao (trên
100Hz). Kết quả đo đợc ghi lại nhờ bút vạch trên giấy chuyển động với tốc độ
đều hoặc dùng dao động ký điện tử quan sát trực tiếp trên màn hình hay kèm theo
bộ chụp tín hiệu ghi lại các tín hiệu bằng giấy ảnh. Dao động ký điện tử hiện đại
có nhiều tia điện tử, cho phép đo đợc nhiều điểm đo cùng một lúc, có cài đặt bộ
vi xử lý để có thể nhớ lại một đoạn tín hiệu và có thể điều khiển để đa tín hiệu
này ra máy in hoặc ghi vào băng hay đĩa từ để lu trữ.
3. Thiết bị chỉ thị số
25
Trong dụng cụ đo chỉ thị số ngời ta sử dụng một loạt các thành tựu kỹ
thuật điện tử và kỹ thuật máy tính để biến đổi chỉ thị đại lợng đo. Có thể tóm tắt
sơ đồ của dụng cụ đo chỉ thị số nh sau: đại lợng đo x(t) sau khi qua bộ biến đổi
xung thành số xung N tỉ lệ với độ lớn x(t). Số xung N đợc đa vào bộ mã hóa
MH cơ số 2-10, sau đó đến bộ giải mã GM và đa ra bộ hiện số (hoặc máy tính)
nh trên Hình 2-2.


26



X(t)
BĐX
MH GM
Hình 2-2. Sơ đồ khối dụng cụ đo chỉ thị số.

2.2. Chuyển đổi cơ khí v các phơng pháp khuếch
đại cơ khí
2.2.1. Chuyển đổi cơ khí
a. Chuyển đổi trực tiếp
Các chuyển đổi cơ khí thờng dùng là chuyển đổi tiếp xúc. Nếu cho rằng
trong quá trình đo, sự tiếp xúc giữa đầu đo và chi tiết đo không gây ra một sự biến
dạng nào nghĩa là hệ cứng tuyệt đối thì khi kích thớc L biến thiên một lợng X =
l (Hình 2-3) thì trục đo cụ thể là tiếp điểm A thuộc trục đo sẽ có một chuyển vị
tơng ứng theo phơng biến thiên của kích thớc đó lợng Y = l.
Đây là một chuyển đổi trực
tiếp. Độ chính xác của chuyển đổi
này phụ thuộc vào 2 yếu tố:
L
A
Trục đo
Đầu đo
Mặt chuẩn(bàn đo)
Chi tiế
t
đo
Chất lợng tiếp xúc của
đầu đo và chi tiết đo.
Biến dạng của mặt chi
tiết đo dới tác dụng của
lực đo và biến dạng của
cơ cấu chuyển đổi do lực
phản tác dụng gây ra.

Hình 2-3. Chuyển đổi cơ khí trực tiếp.