Bài giảng cơ sở kỹ thuật đo TS nguyễn thị lan hương

m
kg
cd
A
mol
K
s

Bài giảng

Cơ sở kỹ thuật đo
TS.Nguyễn thị Lan Hương
Bộ môn: Kỹ thuật đo và THCN

Hà nội 08/2007
 

 

1


m
kg
cd
A

Địa chỉ liên lạc

mol
K


s





Mobile 0953304974
Điện thoại Bộ môn: (04) 8696233
Điện thoại (04) 8683087
Email:
Nguyen Lan

 

 

2


m
kg
cd
A

Tài liệu tham khảo

mol
K

1.
s

2.

3.

 

Giáo trình ”Cơ sở kỹ thuật đo”, PGS. Nguyễn Trọng Quế,
Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1996
Đo lường các đại lượng Vật lý, Chủ biên PGS.TS. Phạm
Thượng Hàn, Nhà xuất bản Giáo dục, quyển 1
Giáo trình "Kỹ thuật đo lường", PGS. Nguyễn Trọng Quế,
Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1986

 

3


m
kg
cd
A

Mở đầu

mol

K


s



 

Cơ sở kỹ thuật đo lường trinh
̀ bay
̀ những cơ sở lý luân
̣ cơ ban
̉
về kỹ thuâṭ đo lường. Cung câp
́ những kiên
́ thức cơ ban
̉ để
phuc̣ vụ cho cać môn hoc̣ " Phương phap
́ và thiết bị đo cać đaị
lượng điên
̣ và không điên
̣ ", " Hệ thông
́ thông tin đo lường " và
những môn hoc̣ chuyên môn khać cuả kỹ thuât thông tin đo
lường như môn " Thiêt́ bị đo sinh y ", " Xử lý tin
́ hiêu
̣ " v.v...
Cung
̀ với cać môn hoc̣ trên, giao

́ trinh
̀ nay
̀ xây dựng môṭ hệ
thông
́ kiên
́ thức cho viêc̣ thu thâp
̣ số liêu
̣ đo, xử lý gia công và
điêù khiên
̉ hiên
̣ đai.
̣

 

4


m
kg
cd
A
mol

Chương 1. Các khái niệm chung về đo
lường

K



s





 

Đo lường và khái niệm về quá trình đo
Mô hình của quá trình đo
Các nguyên công đo lường cơ bản
Tín hiệu đo lường
Phương pháp đo và phương tiện đo

 

5


m
kg
cd
A

1.1. Định nghĩa về Đo lường

mol
K



s

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 của
một 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 đại
lượng ∆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
 

6


m
kg

Định nghĩa và phân loại phép đo

cd

A
mol



K



s

– Đo trực tiêp
́ : Là cach
́ đo mà kêt́ quả nhâṇ được trực tiêṕ từ môṭ phep
́ đo
duy nhât́
– Đo gian
́ tiêp:
́ Là cach
́ đo mà kêt́ quả được suy ra từ sự phôí hợp kêt́ quả
cuả nhiêù pheṕ đo dung
̀ cach
́ đo trực tiêp.
́
– Đo hợp bô:̣ Là cach
́ đo gâǹ giông
́ như pheṕ đo gian
́ tiêp
́ nhưng số lượng
pheṕ đo theo pheṕ đo trực tiêṕ nhiêù hơn và kêt́ quả đo nhâṇ được

thường phaỉ thông qua giaỉ môṭ phương trinh
̀ hay môṭ hệ phương trinh
̀
mà cać thông số đã biêt́ chinh
́ là cać số liêu
̣ đo được.
– Đo thông
́ kê: để đam
̉ baỏ độ chinh
́ xać cuả pheṕ đo nhiêu
̀ khi người ta
phaỉ sử dung
̣ phep
́ đo thông
́ kê. Tức là phaỉ đo nhiêu
̀ lân
̀ sau đó lây
́ giá trị
trung binh.
̀



 

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

Đo lường hoc̣ : là nganh
̀ khoa hoc̣ chuyên nghiên cứu về cać phương

phaṕ để đo cać đaị lượng khać nhau, nghiên cứu về mâu
̃ và đơn vị đo.
Kỹ thuâṭ đo lường: nganh
̀ kỹ thuâṭ chuyên nghiên cứu ap
́ dung
̣ cać
thanh
̀ tựu cuả đo lường hoc̣ vao
̀ phuc̣ vụ san
̉ xuât́ và đời sông.
́
 

7


m
kg
cd
A

Vớ d- Phng trỡnh c bn ca phộp
o

mol
K

Phng trỡnh c bn ca phộp o:

s

Ax =

X
X0



X = Ax ì X 0

X:ạilượngcầnđo.
X0:ơnvịđo.
Ax:Giátrịbằngsốcủađạilư
ợngcầnđo.
Quátrìnhsosánhđạilượng
cầnđovớimẫuchora
kếtquảbằngsố Khụng, vỡ khụng
Cú th o mt i
lng vt lý bt k c
khụng???



phi i lng no
cng cú th so
sỏnh giỏ tr ca nú
vi mu c.


8

m
kg
cd

Phương trình cơ bản

A
mol
K
s

 

– Muốn đo giá trị của một đại lượng vật lý bất kỳ phải chuyển
đổi đại lượng này sang một đại lượng vật lý khác 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)

 

9


m
kg

Ví dụ về phép đo hợp bộ

cd
A
mol
K
s



Xác định đặc tính của dây dẫn điện

rt = r20 [ 1+α(t ­ 20) + β(t­20)2 ]
α, β  ch
­a biÕt.
 Đo ®iÖn trë ë nhiÖt ®é 
200C, t1 vµ t2  
⇒ HÖ 2 ph­¬ng trình 2 Èn α 
vµ β.

Các phép đo
trực tiếp???

[

]

[

]

 rt = r20 1 + α ( t1 − 20) + β ( t1 − 20) 2
 1

 r = r 1 + α ( t − 20) + β ( t − 20) 2
2
2
 t2 20
α, β

 

 

10


m
kg

1.2. Phương pháp đo (1)

cd
A
mol
K
s

Quá trình đo biến đổi thẳng

kêt́ quả


X= X0

NX
N0

Bắt đầu
X0->N0 (Khắc độ)
X -> Nx ( Mã hoá)
Tính Nx/N0
Đưa ra kết quả
X
 

x
=N
N0

X0

Kết thúc
 

11


m
kg

Phương pháp đo (2)

cd
A
mol
K



Quá trình đo kiểu so sánh

s

Bắt đầu

CT
Nk

Nk

N=0

D/A

Xk

SS
X

(0/1)

Nk+1=NK+1
Nk =(0÷ Nn)
Biến đổi Nk -> Xk
Đưa ra kết quả
X=Nk.X0

X-Xk> 0
Đúng
 

Sai
 

Kết thúc

12


m
kg

Ví dụ

cd
A
mol
K



s

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

100
N0 =
vach /V
150
æ
ö
Nx
100÷
ç
= 120:ç ÷
ç

è150÷
ø
N0
X = 120

C=

150
= 120.1,5 = 180V
1000

1
= 1,5/vach
N0
 

gọi là hằng số của volmét
13


m
kg
cd
A
mol
K

s

 

1.3. Các nguyên công đo lường cơ
bản(1)
Quá trình đo là thực hiện các nguyên công đo lường, các
nguyên 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 truyền
mẫu:
 ̀xac
́ đinh
̣ đơn vi,̣ tao
̣ ra chuân
̉ mâu
̃ là những đaị lượng
vâṭ lý có tinh
́ bât́ biên
́ cao và là hiên
̣ thân cuả đơn vị đo
lường.
 lượng tử hoá chuân
̉ và tổ hợp thanh
̀ đaị lượng chuân
̉ có
thể thay đôỉ giá tri,̣ tao
̣ thuân
̣ lợi cho viêc̣ xać đinh
̣ giá trị
cuả đaị lượng đo, ta goị là truyên
̀ chuân.
̉

– Nguyên công biến đổi: Thực hiên
̣ phep
́ biên
́ đôỉ trên cać tin
́
hiêu
̣ đo lường, từ đaị lượng nay
̀ sang đaị lượng khac,
́ từ
14
 
dang
̣ nay
̀ sang dang
̣ khać thể hiên
̣


m
kg
cd
A

Các nguyên công đo lường cơ bản (2)

mol
K
s

 

– Nguyên công so sánh:
 so sanh
́ có thể thực hiên
̣ trong không gian số băng
̀ môṭ
thuâṭ toan
́ chia (phương phap
́ đo biên
́ đôỉ trực tiêp
́ )
 trong không gian cac
́ đaị lượng vâṭ ly,́ thực hiên
̣ băng
̀
môṭ phep
́ trừ trong bộ so sanh
́ (comparator) X - Xk ≤ ε
(phương phap
́ đo kiêu
̉ so sanh)
́
– Nguyên công giao tiếp.
 Giao tiêp
́ người và may
́ (HMI) trong ây
́ viêc̣ hiên
̉ thi,̣
trao đôi,
̉ theo doĩ giam

́ sat́ là môṭ dich
̣ vụ khá lớn trong
hệ thông
́ thông tin đo lường điêu
̀ khiên.
̉
 Giao tiêp
́ với hệ thông
́ (tức với mang)
̣
thể hiên
̣ chủ yêu
́
ở dich
̣ vụ truyên
̀ thông.
 

15


m
kg

1.4. Tín hiệu

cd
A
mol
K

s



Tín hiệu đo gồm 2 thông số
– Đại lượng vật lý của tín hiệu
– Dạng tín hiệu

X

 

C1
C2

 

16


m

Dkgạng tín
cd

0

1

2

3

4

Hằng

Xung hẹp

Xung vuông

Tỷ lệ t

Hình sin

A

hiệu
Đại lượng
mol
K
s

0

Con số

NX

NT

Nm, NT,Nθ

Nxo

NAm, Nf,Nϕ

1

Chiều dài

L(m)

X(1,1)
Encoder

X(1,2)
Mô tơ bước

X(1,3)
Mô tơ

X(1,4)
Chấn động

2

Khối
lượng
Lực

M(kg)

X(2,1)
Xung va đập

X(2,2)
xung lượng ra

X(2,3)
Lực nén

X(2,4)
Xung âm thanh

3

Thời gian

T(s)

X(3,1)
Phát xung hẹp

X(3,2)
Định thời gian

X(3,3)
Tgian tăng dần

X(3,4)

4

Điện

I(A)
U(V)

X(4,1)
Phát xung hẹp

X(4,2)
Phát xung vuông

X(4,3)
Phát xung tuyến
tính

X(4,4)
Phát hình sin

5

Nhiệt độ

t(0K)

X(5,1)
Xung nhiệt

X(5,2)
Xung lượng nhiệt

X(5,3)
Nung với nguồn
hằng

X(5,4)

6

Ánh sáng

φ (cd)

X(6,1)
Chớp sáng

X(6,2)
Chớp chu kỳ

X(6,3)
Dimmer

X(6,4)

7

Mol

mol

X(7,1)

X(7,2)

X(7,3)

X(7,4)

 
Dạng

n

θ

 

17


m
kg

1.5. Đánh giá kết quả đo và phương tiện
đo
cd
A

mol
K
s






Xać đinh
̣ tiêu chuân̉ đanh
́ giá môṭ phep.
́
Kêt́ quả đo ở môṭ mức độ naò đó có thể coi là chinh
́ xac.
́ Môṭ giá
trị như vâỵ được goị là giá trị ước lượng cuả đaị lượng đo. Đó là giá
trị được xać đinh
̣ bởi thực nghiêm
̣ nhờ cać phương tiệṇ đo. Giá trị
naỳ gâǹ với giá trị thực mà ở môṭ điêu
̀ kiên
̣ nao
̀ đó có thể coi là thực.
Để đanh
́ giá giữa giá trị ước lượng và giá trị thực, người ta sử dung
̣
khaí niêm
̣ sai số cuả phep

́ đo. Sai số cuả phep
́ đo là hiêu
̣ giữa giá trị
thực và giá trị ước lượng
∆X = X - X
thực



Có rât́ nhiêù nguyên nhân dân
̃ đên
́ sai số :
-

 

ước lượng

Do phương phap
́ đo không hoan
̀ thiên.
̣
Sự biên
́ đông
̣ cuả cać điêu
̀ kiên
̣ bên ngoaì vượt ra ngoaì những điêu
̀ kiên
̣ tiêu
chuân

̉ được quy đinh
̣ cho dung
̣ cụ đo mà ta chon.
̣

– Do dung
̣ cụ đo không đam
̉ bao
̉ độ chinh
́ xac,
́ do cach
́ đoc̣ cuả người quan
 
sat,
́ do cach
́ đăṭ dung
̣ cụ đo không đung
́ quy đinh
̣ v.v...

18


m
kg

Phương pháp đo- phương tiện đo

cd
A

mol
K



s



Phương pháp đo: là thủ tục thực hiện thao tác đo lường
để đo được kết quả bằng số
Thiết bị đo: là thực hiện kỹ thuật của phương pháp đo
với một họ đại lượng cụ thể.

Phương pháp đo
(Mô tả quá trình đo-Nguyên công)

Phương tiện đo
(Giải pháp kỹ thuật -Khối chức
năng)

Phối hợp các nguyên công khác
nhau

Thể hiện bằng sơ đồ khối chức
năng
Thực hiện bằng phần mềm xử lý

Các thủ tục phối hợp
 

 

19


m
kg
cd
A

Chương 2. Hệ đơn vị, chuẩn, mẫu, tạo
mẫu và chuyển mẫu

mol
K


s




 

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.

 

20


m
kg
cd
A

2.1.Đơn vị và hệ đơn vị chuẩn(1)

mol
K


Hệ đơn vị SI gồm 7 đại lượng chính

s

Đơn vị

Ký hiêụ

Chiêu
̀ daì

met́

m

Khôí lượng

Kilogam

Kg

Thời gian

giây

s

Dong
̀ điêṇ

Ampe

A

Nhiêṭ độ

độ Kelvin

0

ánh sang
́

Candela

Cd

Đinh
̣ lượng phân tử

Mol

Mol

Tên đơn vị



 

K

102 đơn vị dẫn xuất và 72 đại lượng vật lý
 

21


m
kg

Đơn vị và hệ đơn vị (2)

cd

A
mol
K


s

 

Bội số và ước số của đơn vị

Hệ số

Tên

Ký hiêu
̣

Hệ số

Tên

Ký hiêu
̣

1024

Yotta

Y

10-1

Deci

d

1021

Zetta

Z

10-2

Centi

c

1018

Exa

E

10-3

Mili

m

1015

Peta

P

10-6

Micro

µ

1012

Tera

T

10-9

Nano

n

109

Giga

G

10-12

Pico

p

106

Mega

M

10-15

Femto

f

103

Kilo

K

10-18

Atte

a

102

Hecto

H

10-21

Zepto

z

101

Deca

Da

10-24

Yocto

y

 

22

m
kg

nh ngha 7 n v c bn

cd
A
mol
K
s

a.

Chiudi:nvchiudilmột(m).Mộtlkhongchiudi
i c ca ỏnh sỏng truyn trong chõn khụng trong khong
thigianl:1/299.792.458giõy

b.Khilng:n v khi lng l kilogam (kg).úlkhilng
ca mtkhiBch kimIridi(PtIr)lugi BIPMPhỏpBureau
InternationaldesPoidsetMesure).

c.Thời gian: Đó là thời gian của
9.192.631.770 chu kỳ của máy phát
sóngnguyêntửSedi133(Csư133).



d. Dòng điện: Ampe là cường độ dòng
điện tạo ra một lực đẩy là 2x10ư7 N
trênđơnvịchiềudàigiữahaidâydẫn

23

dàivôcựcđặtcáchnhau1m.


m
kg
cd
A

nh ngha 7 n v c bn (2)

mol
K
s

1
e. Nhiệt độ (nhiệt động):Đó
273,là
16 nhiệt độ

nhiệtđộngcủađiểmbacủanướcnguyênchất.

f. Lượng vật chất (mol) Đó là lượng vật chất của số
nguyên tử của vật chất ấy, bằng số nguyên tử có
trong0,012kgcacbon12(C12).
g.Cường độ sáng hay quang độ: candela (Cd) là cường
độcủamộtnguồnsángphátraánhsángđơnsắcởtần
1
số540.1012 Hz,vớicôngsuấtWatttrong

683
mộtSteradian(Sr).



h.HaiđơnvịphụlàRadian(Rad)vàSteradian.
Radianlàgócphẳngcócungbằngbánkính.
Sterradianlàgóckhốinằmtronghinhcầugớihạn
bởivòngtròncầucóđườngkínhbằngđư
ờngkínhcủaquacầu.


24


m
kg
cd

Bảng các đơn vị dẫn xuất

A
mol
K
s

 

 

25