Kỹ thuật đo lường - tự động hóa chương 1

6/25/2011
1
 Môn học: Kỹ thuật đo lường – tự động hóa
 Lý thuyết: 15 tiết
 Thực hành: 30 tiết
 Hình thức kiểm tra & thi: trắc nghiệm
 GV: Lê Văn Nhiều
 Mobile: 0984252844
 Email:
 Website:
6/25/2011 1
Bài giảng Kỹ thuật đo lường – tự động hóa
 Bắt buộc: Giáo trình kỹ thuật đo lường, ĐH
công nghiệp TpHCM.
 Tham khảo:
- Trần Văn Ngũ – Dụng cụ đo – NXB Đại học
quốc gia TpHCM, 1996.
- Trần Vũ An, Thái Thị Thu Hà, Nguyễn Lê
Quang – Kỹ thuật đo lường – NXB Đại học
Quốc gia TpHCM, 2001.
6/25/2011 2
Bài giảng Kỹ thuật đo lường – tự động hóa
 Giúp sinh viên nắm được những kiến
thức cơ bản trong đo lường
 Nắm được cấu tạo, nguyên lý của một số
loại phương tiện đo, phương pháp đo một
số đại lượng quan trọng trong ngành hóa
Mục đích môn học
6/25/2011 3Bài giảng Kỹ thuật đo lường – tự động hóa
 Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
 Chương 2: Đo nhiệt độ

 Chương 3: Đo áp suất
 Chương 4: Đo lưu lượng
 Chương 5: Đo mức chất lỏng
 Chương 6: Đo thành phần hợp chất
 Chương 7: Tổng quan về điều khiển tự động
Nội dung môn học
6/25/2011 4Bài giảng Kỹ thuật đo lường – tự động hóa
6/25/2011
2
1.1 Các khái niệm cơ bản
1.2 Các phương pháp đo
1.3 Các phương tiện đo
1.4 Sai số
1.5 Tính toán sai số
Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011 5Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
 Đo lường là gì?
Biểu thức: A = kA
0
k: là giá trị đo, k R
Nếu ta chọn đại lượng chuẩn quy ước là
A
01
 A
0
, khi đó ta có:
kA
0
= k
1

A
01
→
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 6Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
 Phân loại đo lường
Lĩnh vực đo và đại lượng đo tương ứng
Đặc tính của đại lượng cần đo.
Phương pháp đo
Mục đích đo
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 7Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
 Đo lường học là gì?
Nội dung và nhiệm vụ đo lường học:
1. Nghiên cứu đơn vị đo
2. Phương pháp đo, phương tiện đo
3. Chuẩn hóa, mẫu hóa trong đo lường
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 8Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
3
Nội dung và nhiệm vụ đo lường học:
4. Cơ sở lý thuyết, nguyên tắc, yêu cầu
kỹ thuật….trong đo lường
5. Phương pháp đánh giá độ chính xác,
sai số, nguyên nhân và cách khắc phục
6. Xử lý và phân tích kết quả đo.
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 9Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Kỹ thuật đo: là môn kỹ thuật nghiên cứu

và áp dụng thành quả của đo lường học:
1. Phục vụ nghiên cứu thực nghiệm.
2. Phát triển khoa học kỹ thuật.
3. Phục vụ đời sống, sản xuất.
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 10Chương 1: Đại cương vềkỹ thuật đo
Điều kiện đo:
1. Thực hiện phép đo.
2. Đảm bảo đo lường có độ chính xác.
Điều kiện bắt buột trong đo lường là xác
định rõ đơn vị đo.
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 11Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Thực tế có những điều kiện cần, cũng là
điều kiện đủ:
1. Liên quan khách thể đo (vật đo…).
2. Phương pháp, phương tiện đo.
3. Ghi nhận và xử lý kết quả.
4. Người thực hiện phép đo.
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 12Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
4
Đơn vị đo là gì?
Là đại lượng cùng loại với đại lượng
cần đo, được chọn làm chuẩn để thực hiện
phép đo
Thứ nguyên là những ký hiệu được quy
ước thống nhất chung cho mọi đơn vị đo ở
các hệ khác nhau của cùng một đại lượng

1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 13Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Hệ đơn vị đo lường quốc tế - SI
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 14Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Đại lượng
Đơn vị đo
Thứ nguyên
Kích thước hình
học
m
L
Khối lượng
kg
M
Thời gian
s

Nhiệt độ
K
T
Hệ đơn vị đo lường quốc tế - SI
Ngoài ra còn 2 đơn vị bổ sung là radian
và steradian
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 15Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Đại lượng
Đơn vị đo
Thứ nguyên
Cường độ dòng

điện
A
I
Cường độ ánh sáng
Cd
J
Lượng chất
mol
N
Tín hiệu đo là gì?
1.Tín hiệu ban đầu, trung gian, cuối cùng
2.Tín hiệu điện và tín hiệu không điện
3.Tín hiệu vào và tín hiệu ra
4.Tín hiệu thuận và tín hiệu ngược
5.Tín hiệu có âm thanh và không âm thanh
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 16Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
5
Chuyển đổi tín hiệu đo?
Chuyển đổi tín hiệu này sang tín hiệu
khác để thực hiện phép đo.
1. Chuyển đổi sơ cấp
2. Chuyển đổi trung gian
3. Chuyển đổi truyền tải
1.1 Các khái niệm cơ bản
6/25/2011 17Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Theo nguyên lý của phép đo:
1. Nguyên lý biến đổi thẳng
X: đại lượng cần đo

CĐ
1,n
: bộ chuyển đổi tín hiệu
Y
1,n
: kết quả sau lần chuyển đổi tín hiệu
Y: kết quả đo
1.2 Các phương pháp đo
6/25/2011 18Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
CĐ1 CĐ2 CĐn
Y
Y
2
Y
1
Y
n
X
Theo nguyên lý của phép đo:
1. Nguyên lý biến đổi thẳng
Phương pháp đo theo nguyên lý biến
đổi thẳng thường cho kết quả có độ chính
xác không cao.
1.2 Các phương pháp đo
6/25/2011 19Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
CĐ1 CĐ2 CĐn
Y
Y
2
Y

1
Y
n
X
Theo nguyên lý của phép đo:
2. Nguyên lý biến đổi phản hồi
Phương pháp đo này xác định đại lượng
cần đo có độ chính xác cao, cho phép tự
động hóa quá trình đo lường
1.2 Các phương pháp đo
6/25/2011 20Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
X
CĐT1
SS CĐTn
Y
CĐNm
CĐN1
X
N
ΔX
6/25/2011
6
Theo cách thức thực hiện phép đo
1. Phương pháp đo trực tiếp, gián tiếp
2. Phương pháp đo một lần, nhiều lần
3. Phương pháp đo tiếp xúc và không
tiếp xúc
1.2 Các phương pháp đo
6/25/2011 21Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
 Là phương tiện kỹ thuật có chức năng đo

lường được chuẩn hóa dùng để đo các đại
lượng.
 Dụng cụ đo là phương tiện đo đơn giản, sử
dụng đo các đại lượng.
 Thiết bị đo, đồng hồ đo là phương tiện đo có
thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu đo, nhằm dễ
nhận biết kết quả đo
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 22Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
 Hệ thống đo là tổ hợp của phương tiện
đo cùng các thiết bị phụ trợ để thực hiện
phép đo hiệu quả, thuận lợi hơn
1. Hệ thống đo đơn chức năng
2. Hệ thống đo đa chức năng
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 23Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Phân loại phương tiện đo:
1. Dạng đại lượng đo.
2. Phương pháp đo.
3. Cách thể hiện kết quả đo.
4. Chức năng, ý nghĩa sử dụng
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 24Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
7
 Phương tiện đo chuẩn: đạt chuẩn quy định,
có độ chính xác cao nhất, sử dụng chủ yếu để
kiểm định các phương tiện đo khác.
 Phương tiện đo mẫu: làm cơ sở để so sánh
phương tiện đo nào đó với phương tiện đo

mẫu cùng loại, chúng có độ chính xác thấp
hơn phương tiện đo chuẩn
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 25Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
 Phương tiện đo thực tế:
Là phương tiện đo hợp pháp được phép
lưu hành đem vào sử dụng trong thực tế.
Người đo có trách nhiệm phải kiểm tra
phương tiện đo trước khi lưu hành
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 26Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Cấu trúc tổng quát của phương tiện đo
có bộ chuyển đổi sơ cấp.
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 27Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Bộ chuyển
đổi sơ cấp
Mạch đo
Cơ cấu hiển
thị kết quả đo
 Bộ chuyển đổi sơ cấp:
Cảm biến hay sensor, biến đổi tín hiệu
không điện sang tín hiệu điện
Theo nguyên lý bộ chuyển đổi
Theo tính chất nguồn điện
Theo phương pháp đo
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 28Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
8

 Mạch đo: hệ thống thiết bị kỹ thuật, tiếp
nhận thông tin sau bộ chuyển đổi sơ cấp,
biến đổi tính toán cho ra kết quả đo.
Mạch tỷ lệ
Mạch khuếch đại
Mạch gia công tính toán
Mạch so sánh
Mạch tạo hàm
Mạch đo sử dụng kỹ thuật vi xử lý
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 29Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
 Cơ cấu hiển thị kết quả đo:
Là khâu cuối cùng của phương tiện đo,
nhiệm vụ thể hiện kết quả đo lường
Chỉ thị bằng kim chỉ báo trên thang đo
khắc độ sẵn
Chỉ thị bằng dụng cụ tự ghi trong suốt
quá trình đo
Hiển thị dưới dạng đồng hồ hiện số
1.3 Phương tiện đo
6/25/2011 30Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số là gì?
Là một đại lượng có giá trị bằng số, cho
biết độ chênh lệch của kết quả đo với giá
trị thực của đại lượng cần đo.
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 31Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 32Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Giá trị thực ?

6/25/2011
9
Phân loại sai số:
Theo giá trị của sai số
Theo tính chất của sai số
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 33Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số tuyệt đối:
ΔX = X
đ
- X
th
Trong trường hợp đo lặp nhiều lần thì
Điều kiện: X
i
có sai số trong phạm vi cho
phép, tức là không có sai số thô.
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 34Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số tương đối: không có đơn vị kèm
theo.
Trong trường hợp đo lặp nhiều lần thì
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 35Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Độ chính xác: là nghịch đảo của độ lớn
sai số tương đối.
Trong thực tế hay dùng độ chính xác
tương đối

1.4 Sai số trong đo lường

6/25/2011 36Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
10
Sai số hệ thống:
 Nguyên nhân
Phương tiện đo
Phương pháp đo
Chủ quan từ phía người đo
Yếu tố ngoại cảnh.
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 37Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số hệ thống:
 Dấu hiệu nhận biết
Đo lặp → kết quả không đổi
Điều kiện đo thay đổi → thay đổi theo
quy luật.
- Sai số hệ thống không đổi
- Sai số hệ thống biến đổi
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 38Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số do phương tiện đo
Sai số cơ bản
Sai số bổ sung
Tổng hợp hai dạng này gọi là sai số quy
ước của phương tiện đo (X
qư
)
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 39Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số do phương tiện đo

Sai số quy ước:
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 40Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
11
Sai số do phương tiện đo
Cấp chính xác của phương tiện đo:
Cấp chính xác của phương tiện đo được
thể hiện bằng số, tương ứng với sai số cơ
bản tối đa cho phép.
Dựa vào cấp chính xác của phương tiện đo,
xác định giới hạn cho phép của sai số cơ bản
tuyệt đối và sai số cơ bản quy ước
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 41Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số do phương tiện đo
Giới hạn cho phép sai số cơ bản tuyệt đối
phương tiện đo:
1. Giới hạn dưới bằng không
2. Giới hạn dưới lớn hơn không
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 42Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
(ΔX
PTD
)
GH
: giới hạn cho phép của sai số cơ
bản tuyệt đối.
a: cấp chính xác phương tiện đo
E: khoảng đo của phương tiện đo (Min;

max)
D: giá trị min của thang đo
d: giá trị hiệu chỉnh.
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 43Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số do phương tiện đo
Sai số cơ bản quy ước ở tầm đo:
1. Giới hạn dưới bằng không
2. Giới hạn dưới lớn hơn không
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 44Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
12
Sai số do phương tiện đo
Sai số tầm đo:
Sử dụng tính toán sai số khi sử dụng
phương tiện đo có X
TD
và cấp chính xác a để
đo đại lượng có giá (X < X
TD
)
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 45Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số do phương tiện đo
Ví dụ: Giả sử dùng đồng hồ đo áp suất có tầm
đo 10MPa với cấp chính xác là 1,0 để đo áp suất
khoảng 2MPa. Xác định sai số cơ bản phương
tiện đo, sai số cơ bản quy ước và sai số tầm đo.
- Sai số cơ bản phương tiện đo: ±0,1MPa

- Sai số cơ bản quy ước: ±0,01 hay ±1%
- Sai số tầm đo: ±0,05 hay ±5%
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 46Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số ngẫu nhiên:
Không xác định được nguyên nhân →
không tìm được biện pháp khắc phục.
Bắt buộc đo lặp nhiều lần trong cùng điều
kiện đo như nhau
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 47Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Sai số ngẫu nhiên:
1.Xác định và loại bỏ sai số thô.
Điều kiện loại bỏ:
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 48Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Lần
đo
1
2
i
n
Giá trị
X
1
X
2
X
i
X

n
6/25/2011
13
Sai số ngẫu nhiên:
2. Xác định và đánh giá sai số ngẫu nhiên.
1.4 Sai số trong đo lường
6/25/2011 49Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Kết quả thực:
X
th
= X  ΔX

X: giá trị đo được
ΔX

: giới hạn sai số tuyệt đối tổng hợp
ΔX

=(ΔX
0
,ΔX
GH
)
1.5.1 Kết quả
6/25/2011 50Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Đo trực tiếp:
1. Đo trực tiếp một lần
2. Đo trực tiếp nhiều lần
Đo gián tiếp
1. Đo gián tiếp một lần

2. Đo gián tiếp nhiều lần
1.5.1 Kết quả
6/25/2011 51Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Các dạng sai số tổng hợp:
1. Đo một lần – không có sai số ngẫu nhiên.
 Sai số do phương tiện đo
 Sai số do phương pháp đo
 Sai số do yếu tố chủ quan
2. Đo nhiều lần – sai số hệ thống (ΔX
0
) và
ngẫu nhiên (ΔX
GH
)
1.5.2 Tính toán sai số tổng hợp
6/25/2011 52Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
6/25/2011
14
Đo một lần trực tiếp:
1. Sai số tuyệt đối
2.Sai số tương đối
b = 1,1 với xác suất tin cậy 95%
1.5.2 Tính toán sai số tổng hợp
6/25/2011 53Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Đo một lần gián tiếp:
1. Dạng tổng X = 
1
(X
1
) + 

2
(X
2
) + 
n
(X
n
)
Tuyệt đối:
Tương đối:
2. Dạng tích X = 
1
(X
1
). 
2
(X
2
). 
n
(X
n
)
Tương đối:
Tuyệt đối:
1.5.2 Tính toán sai số tổng hợp
6/25/2011 54Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Đo nhiều lần trực tiếp:
Sai số tuyệt đối: ΔX


= k.S
X
k: hệ số tương quan
1.5.2 Tính toán sai số tổng hợp
6/25/2011 55Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo
Đo nhiều lần gián tiếp:
Sai số tuyệt đối của từng đại lượng:
ΔX
i
= k
i
.S
Xi
Dạng tổng:
Dạng tích:
Với
1.5.2 Tính toán sai số tổng hợp
6/25/2011 56Chương 1: Đại cương về kỹ thuật đo