Tài liệu Bài giảng Kỹ thuật đo lường doc

1
Bài giảng
Kỹ thuật ño lường
GV: TS.Nguyn th Lan Hng
Bộ môn: Kỹ thuật ño và THCN
Hà nội 08/2007
Nguyễn Thị Lan Hương
2
Tài liệu tham khảo
1.
Giáo trình ” ”, PGS. Nguyễn Trọng Quế,
Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1996
, Chủ biên PGS.TS. Phạm
Thượng Hàn, Nhà xuất bản Giáo dục, quyển 1,
, PGS. Nguyễn
Trọng Quế, Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1996.
Nguyễn Thị Lan Hương
3
Mục ñích môn học

Nghiên cứu cơ sở kỹ thuật ño lường và việc ñảm bảo cơ
sở cho các thí nghiệm.

Nguyên tắc hoạt ñộng của các phương tiện ño, các
phương pháp ño các ñại lượng vật lý

Các phương pháp ñánh giá sai số của kết quả ño, các cơ
sở tiêu chuẩn hoá và chứng thực.

Hình thành kinh nghiệm tiến hành thí nghiệm ño, kinh
nghiệm làm việc với các phương tiện ño có trình ñộ ñánh

giá kết quả ño và sai số phép ño.
Nguyễn Thị Lan Hương
4
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của kỹ thuật
ño lường

Đo lường

Định nghĩa và phân loại phép ño

Khái niệm về và

Một số ñặc trưng của kỹ thuật ño

Tín hiệu ño

Các ñiều kiện ño.

Đơn vị ño va chuẩn mẫu

Phương pháp ño va Phương ti n ño

Ngư i quan s t v ñ nh gi k t qu
Nguyễn Thị Lan Hương
5
Định nghĩa về Đo lường

Theo pháp lệnh “ ĐO LƯỜNG” của nhà nước CHXHCN
Việt nam


Chương 1- ñiều 1: Đo lường là việc xác ñịnh giá trị của ñại lượng
cần ño

Chính xác hơn: Đo lường là một quá trình ñánh giá ñịnh lượng của
một ñại lượng cần ño ñể có kết quả bằng số so với ñơn vị ño

Đại lượng ño ñược:
Với một ñại lượng cần ño là X ta có thể tìm ñược một ñại
lượng ∆X ñể cho
m.∆X >X và (m-1)∆X =X
hay nói cách khác
Ánh xạ ñược X vào tập số tự nhiên {N} với ñộ ño ∆X
Nguyễn Thị Lan Hương
6
Định nghĩa và phân loại phép ño

Phép ño là quá trình thực hiện việc ño lường.

Phân loại

Đo trc tip: Là cách ño mà kết quả nhận ñược trực tiếp tư một phép ño
duy nhất

Đo gián tip: Là cách ño mà kết quả ñược suy ra tư sư phối hợp kết quả
của nhiều phép ño dùng cách ño trực tiếp.

Đo hp bôŃ: Là cách ño gần giống như phép ño gián tiếp nhưng sô lượng
phép ño theo phép ño trực tiếp nhiều hơn va kết quả ño nhận ñược
thường phải thông qua giải một phương trình hay một hê phương trình
mà các thông sô ña biết chính là các sô liệu ño ñược.


Đo thng kê : ñê ñảm bảo ñô chính xác của phép ño nhiều khi người ta
phải sư dụng phép ño thống kê. Tức là phải ño nhiều lần sau ño lấy gia trị
trung bình.

Đo lường học: là ngành khoa học chuyên nghiên cứu vê các
phương pháp ñê ño các ñại lượng khác nhau, nghiên cứu vê mẫu va
ñơn vị ño.

Ky thuật ño lường: ngành ky thuật chuyên nghiên cứu áp dụng các
thành tựu của ño lường học vào phục vụ sản xuất va ñời sống.
Nguyn Th Lan Hng
7
Vớ d- Phng trỡnh c bn ca phộp ủo

XAX
X
X
A
xx
ì==
X: ại lợng cần đo.
X
0
: ơn vị đo.
A
x
: Giá trị bằng số của đại lợng cần đo.
Quá trình so sánh đại lợng cần đo với
mẫu ủ cho ra kết quả bằng số

Cú th ủo mt ủi lng
vt lý bt k ủc
khụng???
Khụng, vỡ khụng phi
ủi lng no cng
cú th so sỏnh giỏ tr
ca nú vi mu
ủc.
Nguyn Th Lan Hng
8

Mun ủo giỏ tr ca mt ủi lng vt lý bt k phi
chuyn ủi ủi lng ny sang mt ủi lng vt lý
khỏc cú th so sỏnh ủc giỏ tr ca nú vi mu

Hai loi chuyn ủi:
i lng ủin ủin
i lng khụng ủin ủin

Cụng c: cm bin (sensor, chuyn ủi s cp)
Phng trỡnh c bn
Nguyễn Thị Lan Hương
9


  

÷
÷
÷ Ω







∆
=
∆
l
l
f
R
R
Ví d: Đo ng sut c hc ca mt dm bê
tông chi lc
Nguyễn Thị Lan Hương
10
∆
R
R
R
R
tz
=
 Khi P ch−a t¸c ®éng, cÇu c©n b»ng
⇒ U
ra
= 0
 Khi cã P t¸c ®éng, R

tz
thay ®æi
mét l−îng ∆R → U
ra
thay ®æi mét
l−îng ∆U. Đo ∆U → ∆R → ∆l
K
P
: HÖ sè poisson.
m : HÖ sè tû lÖ.
Đèi víi kim lo¹i : K
P
= 0,24 ÷ 4.
NÕu thÓ tÝch V=l.S kh«ng thay ®æi trong qu¸
tr
nh biÕn d¹ng th K
P
= 0,5 vµ bá qua m.
( ) ( )
mK
fR
l
l
f
R
R
P
l
R
l

++=
=






∆
=
∆
ε
ε
εε
Ví dụ (2)


CM??
R
R
U
U
∆
×=∆


 ∆U??
Nguyễn Thị Lan Hương
11


Xác ñịnh ñặc tính của dây dẫn ñiện
r
t
= r
20
[ 1+α(t - 20) + β(t-20)
2
] α, β ch−a biÕt.
(
)
(
)
[
]
( ) ( )
[
]





−+−+=
−+−+=
ttrr
ttrr
t
t
βα
βα

Đo ®iÖn trë ë nhiÖt ®é 20
0
C, t
1
vµ t
2
⇒ HÖ 2 ph−¬ng tr nh 2 Èn α vµ β.
α β
Các phép ño
trực tiếp???
Nguyễn Thị Lan Hương
12
1.2. Phương pháp ño (1)

Quá trình ño biến ñổi thẳng
kết quả
X= X
0
X
0
N
N
x
N
N
X X
=
Nguyễn Thị Lan Hương
13
Phương pháp ño (2)


Quá trình ño kiểu so sánh
÷
Nguyễn Thị Lan Hương
14
Ví dụ

Có một vônmét ñược khắc ñộ như sau:

150V tương ứng 100 vạch

Khi ño ñiện áp Vônmét chỉ 120 vạch, xác ñịnh kết quả?

So sánh

Giá trị

Giá trị gọi là hằng số của volmét
0
100
/
150
N vach V
=
0
100
120 :
150
x
N

N
 


=





 
150
120 120.1,5 180
1000
X V
= = =
0
1
1,5/
C vach
N
= =
Nguyễn Thị Lan Hương
15
1.3. Đặc trưng của kỹ thuật ño(1)
Tín hiệu ño & Các ñiều kiện ño

Tín hiệu ño mang theo thông tin vê ñối tượng cần nghiên
cứu.


Tín hiệu ño thê hiện ở 2 phần : Phần ñại lượng va phần
dạng tín hiệu.

Ph n Đi lng: thông tin vê gia trị của ñối tượng ño

Ph n Dng tín hiu: thông tin vê sư thay ñổi tín hiệu ño
 Gia công tín hiệu: là nghiên cứu các quy luật biến ñổi tín hiệu, xác ñịnh các loại tín
hiệu, chuyển các tín hiệu bất ky vê các tín hiệu có quy luật ñê ñánh gia chúng,
chuyển ñi xa, dùng vào việc ñiều khiển hoặc phục hồi lại tín hiệu ấy khi cần thiết
 Xư ly tín hiệu ño lường: tức là áp dụng các nguyên công vê ño lường lên các tín
hiệu ño, có những ñặc ñiểm riêng là vấn ñê biến các tín hiệu ño thành sô với một
sai sô xác ñịnh, phản ảnh ñịnh lượng ñại lượng cần ño

Các ñiều kiện ño:Khi tiến hành phép ño ta phải tính ñến ảnh
hưởng của môi trường ñến kết quả ño va ngược lại, khi sư
dụng dụng cụ ño phải không ñược ảnh hưởng ñến ñối tượng
ño.
Nguyễn Thị Lan Hương
16
Đặc trưng của kỹ thuật ño(2)
Đơn vị ño và chuẩn mẫu

Việc ñầu tiên của ño lường học là xác ñịnh ñơn vị ño và
những tổ chức cần thiết ñể tạo mẫu ñể ñảm bảo cho kết
quả ño lường chính xác, tin cậy

Việc thành lập ñơn vị , thống nhất ñơn vị ño lường là một
quá trình lâu dài, biến ñộng. Việc ñảm bảo ñơn vị, tổ chức
kiểm tra, xác nhận, mang tính chất khoa học, kỹ thuật vừa
tổ chức và pháp lệnh


Việc thống nhất hệ thống quốc tế về ñơn vị mang tính chất
hiệp thương và quy ước ->
-> hệ thống ñơn vị IS
(International Standard) ra ñời (1960) Do tổ chức quốc tế
về chuẩn phụ trách ISO(International Standard
Organisation) gồm 7 ñại lượng chính
Nguyễn Thị Lan Hương
17
Đặc trưng của kỹ thuật ño(3)
Phương pháp ño và Phương tiện ño

Quá trình ño ñược thực hiện theo những bước nhất ñịnh,
thực hiện các thao tác ño lường cơ bản.

Thủ tục ph i hợp các thao tác (nguyên công) ño lường là
phương pháp ño.

Phương tiện ño thể hiện kỹ thuật của một phương pháp ño
cụ thể. ->Định nghĩa “ Phương tiện ño là tập hợp các phần
tử, các modul, các dụng cụ, các hệ thống phục vụ cho việc
thu thập và xử lý số liệu ño lường”

Phân loại phương tiện ño lường
Nguyễn Thị Lan Hương
18
Đặc trưng của kỹ thuật ño(4)
Người quan sát

Đo là người ño va gia công kết quả ño. Nhiệm vụ của

người quan sát khi ño là phải nắm ñược phương pháp ño,
am hiểu vê thiết bị ño mà mình sư dụng; kiểm tra ñiều kiện
ño; phán ñoán vê khoảng ño ñê chọn thiết bị phu hợp;
chọn dụng cụ ño phu hợp với sai sô yêu cầu va phu hợp
với ñiều kiện môi trường xung quanh; biết ñiều khiển quá
trình ño ñê cho ra kết quả mong muốn; nắm ñược các
phương pháp gia công kết quả ño ñê tiến hành gia công sô
liệu thu ñược sau khi ño. Biết xét ñoán kết quả ño xem ña
ñạt yêu cầu hay chưa, có cần ño lại hay không, hoặc phải
ño lại nhiều lần theo phương pháp ño lường thống kê.

Ngày nay vai trò của người quan sát giảm nhẹ vì hầu hết
các phương tiện ñều ño tự ñộng
Nguyễn Thị Lan Hương
19
Đặc trưng của kỹ thuật ño(5)
Đánh giá kết quả ño

Xác ñịnh tiêu chuẩn ñánh gia một phép.

Kết quả ño ở một mức ñô nào ño có thê coi là chính xác. Một gia
trị như vậy

ñược gọi là gia trị ước lượng của ñại lượng ño. Đo là gia trị ñược xác
ñịnh bởi thực nghiệm nhơ các thiết bị ño. Gia trị này gần với gia trị
thực mà ở một ñiều kiện nào ño có thê coi là thực.

Đê ñánh gia giữa gia trị ước lượng va gia trị thực, người ta sư
dụng khái niệm sai sô của phép ño. Sai sô của phép ño là hiệu giữa
gia trị thực va gia trị ước lượng

∆X = X
thực
- X
ước lượng

Có rất nhiều nguyên nhân dẫn ñến sai sô :

Do phương pháp ño không hoàn thiện.

Sư biến ñộng của các ñiều kiện bên ngoài vượt ra ngoài những ñiều kiện tiêu
chuẩn ñược quy ñịnh cho dụng cụ ño mà ta chọn.

Do dụng cụ ño không ñảm bảo ñô chính xác, do cách ñọc của người
quan sát, do cách ñặt dụng cụ ño không ñúng quy ñịnh v.v
Nguyễn Thị Lan Hương
20
1.3. Các nguyên công ño lường cơ bản(1)
Quá trình ño là thực hiện các nguyên công ño lường, các
nguyên công có thể thực hịên tự ñộng trong thiết bị hoặc do
người thực hiện.

Xác ñịnh ñơn vị ño, thành lập mẫu, tạo mẫu và truyền
mẫu:

xác ñịnh ñơn vị, tạo ra chuẩn mẫu là những ñại lượng vật ly có tính bất
biến cao va là hiện thân của ñơn vị ño lường.

lượng tư hoa chuẩn va tô hợp thành ñại lượng chuẩn có thê thay ñổi gia
trị, tạo thuận lợi cho việc xác ñịnh gia trị của ñại lượng ño, ta gọi là truyền
chuẩn.


Nguyên công biến ñổi: Thực hiện phép biến ñổi trên các
tín hiệu ño lường, tư ñại lượng này sang ñại lượng khác,
tư dạng này sang dạng thê hiện khác
Nguyễn Thị Lan Hương
21
Các nguyên công ño lường cơ bản (2)

Nguyên công so sánh:

so sánh có thê thực hiện trong không gian sô bằng một thuật
toán chia (phương pháp ño biến ñổi trực tiếp)

trong không gian các ñại lượng vật ly, thực hiện bằng một phép
trư trong bô so sánh (comparator) X - X
k
≤ε (phương pháp ño
kiểu so sánh)

Nguyên công giao tiếp.

Giao tiếp người va máy (HMI) trong ấy việc hiển thi, trao ñổi,
theo dõi giám sát là một dịch vụ kha lớn trong hê thống thông
tin ño lường ñiều khiển.

Giao tiếp với hê thống (tức với mạng) thê hiện chu yếu ở dịch
vụ truyền thông.
Nguyễn Thị Lan Hương
22
1.4. Thiết bị ño (1)


Xác ñịnh tiêu chuẩn ñánh giá một thiết bị ño:

Tiêu chuẩn có thê là tiêu chuẩn quốc gia do cơ quan pháp quyền của
một Nha nước quyết ñịnh va thành pháp lệnh.

Tiêu chuẩn quốc tê là tiêu chuẩn do hội ñồng các nha bác học nghiên
cứu, xác ñịnh va khuyến cáo ñê các quốc gia áp dụng.

ISO va IEC là những tiêu chuẩn quốc tê ñược ứng dụng rộng rãi trong
rất nhiều lĩnh vực sản xuất

Tổ chức kiểm ñịnh và xác nhận thiết bị ño:

Thiết bị ño lường là thiết bị phải ñảm bảo các tiêu chuẩn vê chất lượng
vì vậy ñịnh ky phải ñược kiểm ñịnh va cấp giấy lưu hành

Đây là công việc của các trung tâm kiểm chuẩn tức là so sánh thiết bị
do với chuẩn va ñánh gia lại thiết bị ño.

Chỉ có những thiết bị ño ña kiềm chuẩn va ña ñược cấp giấy chứng
nhận mới ñược coi là thiết bị ño hợp pháp, có thê lưu hành.
Nguyễn Thị Lan Hương
23
Thiết bị ño (2)

Tổ chức quản lý ñảm bảo ño lường
Thiết bị ño là một thiết bị ñặc biệt, nó ñược quản ly theo pháp lệnh
Nha nước. Nha nước ra những quy ñịnh vê quản ly thiết bị ño, như
, ñạt tiêu chuẩn hay không ñạt tiêu chuẩn, ñược

lưu hành hợp pháp hay không. Phải ñảm bảo việc truyền chuẩn có thê
xuống ñến những nơi cần thiết ñảm bảo cho việc nâng cao chất lượng
của các sản phẩm công nghiệp với yêu cầu ngày càng cao.

Các tiêu chuẩn chung nhất của một thiết bị ño

Gia trị ño va khoảng ño

Sai sô và ñộ chính xác

Các tiêu chuân khác

Ngoai hai tiêu chuân vê ñộ nhay, ñộ chính xác cua thiết bị ño con phai xét
ñến ñăc tính ñông, tôn hao cua thiết bị và các chỉ tiêu ñăc biêt ñối với từng
thiết bị.

Các chỉ tiêu chuan nay là những chỉ tiêu phụ nhưng co nhưng lúc trở
thanh chỉ tiêu quan trong.
Nguyễn Thị Lan Hương
24
Chương 2. Hệ ñơn vị, chuẩn, mẫu, tạo mẫu và
chuyển mẫu

Đơn vị và hệ ñơn vị

Chuẩn và mẫu

Tạo ra mẫu công tác và mẫu biến ñổi

Tổ chức quốc tế và quốc gia về hệ thống chuẩn.

Nguyễn Thị Lan Hương
25
2.1.Đơn vị và hệ ñơn vị chuẩn(1)

Hệ ñơn vị SI gồm 7 ñại lượng chính

102 ñơn vị dẫn xuất và 72 ñại lượng vật lý
á
Nguyễn Thị Lan Hương
26
Đơn vị và hệ ñơn vị (2)

Bội số và ước số của ñơn vị
µ
Nguyn Th Lan Hng
27
nh ngha 7 ủn v c bn
a. Chiu di:
b. Khi lng:
c.Thời gian: Đó là thời gian của 9.192.631.770 chu kỳ của
máy phát sóng nguyên tử Sedi 133(Cs-133).
d. Dòng điện: Ampe là cờng độ dòng điện tạo ra một lực đẩy
là 2x10
-7
N trên đơn vị chiều dài giữa hai dây dẫn dài vô cực
đặt cách nhau 1m.
Nguyn Th Lan Hng
28
nh ngha 7 ủn v c bn (2)
e. Nhiệt độ (nhiệt động):Đó là nhiệt độ nhiệt động của

điểm ba của nớc nguyên chất.
1
273,16
g.Cờng độ sáng hay quang độ: candela (Cd) là cờng độ của
một nguồn sáng phát ra ánh sáng đơn sắc ở tần số 540.10
12
Hz,
với công suất Watt trong một Steradian (Sr).
1
683
f. Lợng vật chất (mol) Đó là lợng vật chất của số nguyên tử
của vật chất ấy, bằng số nguyên tử có trong 0,012 kg cacbon 12
(C
12
).
h. Hai đơn vị phụ là Radian (Rad) và Steradian.
Radian là góc phẳng có cung bằng bán kính.
Sterradian là góc khối nằm trong hinh cầu gới hạn bởi vòng
tròn cầu có đờng kính bằng đờng kính của qua cầu.
Nguyễn Thị Lan Hương
29
Bảng các ñơn vị dẫn xuất
Nguyễn Thị Lan Hương
30
Một số ñơn vị ngoài ñơn vị hợp pháp mà vẫn sử
dụng
1.10
-8
WbMaxwell
1.10

-4
TGauss
1,602 . 10
2
JElectron volt (ev)
1,0551 . 10
3
JThermie4,5 10
-3
m
3
Galon (Anh)
3,60 . 10
6
JKilowatt gi3,785. 10
-3
m
3
Galon (M )
7,457.10
2
WMã l c2,832 . 10
-2
m
3
Foot kh i
4,1868JCalo1,6384. 10
-5
m
3

Inch kh i
9,8066NKilogam l
c9,290.10
-2
m
2
Foot vuong
1,332. 10
2
N/m
2
Torr6,4516.10
-4
m
2
"Inch vuông
1.10
6
N/m
2
Bari1,852kmMille (h i lý)
1,6018510 kg/m
3
Fynt/foot
3
1,609km0Mille (d m)
4,882kg/m
2
Fynt/foot
2

9,144 . 10
-1
mYard (Yat)
1,0161. 10
3
kgTonne3,048. 10
-1
mFoot (phút)
4,536 . 10
-1
kgFynt2,54. 10
-2
mInch
Quy ñ
i ra SIĐơn vQuy ñ i ra SIĐơn v
Nguyễn Thị Lan Hương
31
2.2.Chuẩn và mẫu

Để thống nhất ñược ñơn vị thì người ta phải tạo ñược mẫu
của ñơn vị ấy, phải truyền ñược các mẫu ấy cho các thiết
bị ño

Để thống nhất quản lý ño lường, ñảm bảo ño lường cho
công nghiệp, thương mại, và ñời sống, mỗi quốc gia ñều tổ
chức hệ thống mẫu chuẩn và truyền chuẩn của quốc gia
ñó.

Các hằng số vật lý dùng ñể làm chuẩn


Chuẩn mẫu mét

Chuẩn mẫu về khối lượng

Chuẩn mẫu về thời gian và tần số.

Chuẩn mẫu về các ñại lượng ñiện.
Nguyễn Thị Lan Hương
32
Định nghĩa - chuẩn

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 6165 -1996 chuẩn ño
lường (measurement standard) hay vắn tắt là chuẩn, ñược
ñịnh nghĩa như sau: “Chun
”

Phân loại

Chuẩn ñầu (Primary standard)

Chuẩn thứ (Secondary standard):

Chuẩn bậc I:

Chuẩn bậc II:
Theo cùng
một ñại lượng
Nguyễn Thị Lan Hương
33
Phân loại (2)


Chuẩn ñầu (Primary standard): Là chuẩn ñược chỉ ñịnh hay
thừa nhận rộng rãi là có chất lượng về mặt ño lường cao
nhất và các giá trị của nó ñược chấp nhận không dựa vào
các chuẩn khác của cùng ñại lượng.

Chuẩn thứ (Secondary standard): Là chuẩn mà giá trị của
nó ñược ấn ñịnh bằng cách so sánh với chuẩn ñầu của
cùng ñại lượng.

Chuẩn bậc I: là chuẩn mà giá trị của nó ñược ấn ñịnh bằng
cách so sánh với chuẩn thứ của cùng ñại lượng.

Chuẩn bậc I: là chuẩn mà giá trị của nó ñược ấn ñịnh bằng
cách so sánh với chuẩn thứ của cùng ñại lượng.
Nguyễn Thị Lan Hương
34
Phân loại (3)

Trên phạm vi quốc tế

Chuẩn quốc tế (International standard):
Là chuẩn ñược một hiệp ñịnh quốc tế công nhận ñể làm cơ sở ấn ñịnh giá trị
cho các chuẩn khác của ñại lượng có liên quan trên phạm vi quốc tế.

Chuẩn quốc gia (National Standard):
Là chuẩn ñược một quyết ñịnh có tính chất quốc gia công nhận ñể làm cơ sở
ấn ñịnh giá trị cho các chuẩn khác có liên quan trong một nước.

Chuẩn chính (Reference standard):

Là chuẩn thường có chất lượng cao nhất về mặt ño lường có thể có ở một ñịa
phương hoặc một tổ chức xác ñịnh mà các phép ño ở ñó ñều ñược dẫn xuất
từ chuẩn này.

Chuẩn công tác (Working standard):
Là chuẩn ñược dùng thường xuyên ñể hiệu chuẩn hoặc kiểm tra vật ño,
phương tiện ño hoặc mẫu chuẩn.

Chuẩn so sánh (Transfer standard):
Là chuẩn ñược sử dụng như là một phương tiện ñể so sánh các chuẩn.
Nguyn Th Lan Hng
35
Mt s hng s vt lý dựng lm chun
ại lợng
Ký
hiệu
Giá trị (với độ không chắc
chắn 1)
ứng dụng
Tốc độ ánh sáng
trong chân không
C 299.792.458 m/s(chính xác)
Thời gian, tần số
chiều dài
iện tích electron
C 1,60217733 . 10
-
(0,3ppm)
iện áp, dòng
điện

Hằng số Jozepson"
K
j-90
483.587,96 Hz/v (0,4 ppm) iện áp
Hằng số Von klitzing
R
J-90
25,812807 K (0,2 ppm) iện trở
Hệ số dẫn t trong
chân không
à
0
4.10
-7
N/A
2
(chính xác) iện dung
Nguyn Th Lan Hng
36
Mt s chun mu v cỏc ủi lng ủin

Chun dũng ủin

Chun ủin ỏp

Chun ủin tr

Chun ủin dung

Chun tn s

Nguyễn Thị Lan Hương
37
Một số ñơn vị ngoài ñơn vị hợp pháp mà vẫn sử
dụng
1.10
-8
WbMaxwell
1.10
-4
TGauss
1,602 . 10
2
JElectron volt (ev)
1,0551 . 10
3
JThermie4,5 10
-3
m
3
Galon (Anh)
3,60 . 10
6
JKilowatt gi3,785. 10
-3
m
3
Galon (M )
7,457.10
2
WMã l c2,832 . 10

-2
m
3
Foot kh i
4,1868JCalo1,6384. 10
-5
m
3
Inch kh i
9,8066NKilogam l c9,290.10
-2
m
2
Foot vuong
1,332. 10
2
N/m
2
Torr6,4516.10
-4
m
2
"Inch vuông
1.10
6
N/m
2
Bari1,852kmMille (h i lý)
1,6018510 kg/m
3

Fynt/foot
3
1,609km0Mille (d m)
4,882kg/m
2
Fynt/foot
2
9,144 . 10
-1
mYard (Yat)
1,0161. 10
3
kgTonne3,048. 10
-1
mFoot (phút)
4,536 . 10
-1
kgFynt2,54. 10
-2
mInch
Quy ñ i ra SIĐơn vQuy ñ i ra SIĐơn v
Nguyễn Thị Lan Hương
38
a.Chuẩn dòng ñiện

Chuẩn bằng cân AgNO
3
ñiện phân

Năm 1960 chuẩn ñược thực hiện thông qua cân dòng

ñiện tức là ño lực ñẩy ñiện từ giữa hai dây dẫn dài vô
cực thông qua cân có ñộ chính xác cao ( ñạt ñến 4.10
-6
A).

Gần ñây thì người ta có ñề xuất việc xác ñịnh dòng ñiện
thông qua từ trường

Xác ñịnh dòng ñiện chuẩn rất phức tạp vì vậy trong thực
tế người ta sử dụng chuẩn về ñiện áp.
Nguyn Th Lan Hng
39
Phỏt ủin ỏp mt chiu
chun
Pin mu Weston
Sực điện động Pin mẫu ở 20
0
C cho bởi Công thức:
E
20
= 1.018636-0.6.10
-4
N-5.0.10
-5
N
N=0.04-0.08
Sức điện động của Pin mẫu lại thay đổi theo nhiệt độ theo Công
thức:
E
t

= E
20
-4.610
-5
(t-20) 9.510
-4
(t-20)
2
+1.0 10
-5
(t-20)
3
+
Trôi sức tự động hằng năm là 1àV/năm (microVolt)
Mẫu địên áp Quốc gia đợc lấy là giá trị trung bình của 20 (hoặc
10) pin mẫu bão hoà này.
Dung dch
in phõn CdSO
4
Tinh th
h
Thy ngõn
Dõy Pt
Almangan Hg
(12,5%Cd)
Nguyn Th Lan Hng
40
Phn t Jozepson (1)
h
V n f

e
=
n- Số cấp chuyển tiếp Siêu dẫn; h- Hằng số Plank, e-
Điện tích Electron; f tần số sóng điện từ cực ngắn dụng
lên lớp chuyển tiếp siêu dẫn chì-oxit chì tinh khiết.
Lớp chuyển tiếp để trong bình cách nhiệt nhiệt độ (2-
4)K. Tần số sóng điện từ cực ngắn là 9 GHz.
Điện áp trên một lớp chuyển tiếp (4-5) mV có tính ổn
định rất cao: đợc truyền để so sánh với pin mẫu thông
qua một phân áp chính xác (3.10
-8
) và tổng hợp có thể
thiết lập điện áp vào khoảng 1V (để so với Pin mẫu) hệ
số không ổn định thấp hơn 5.10
-8
V.
Nguyn Th Lan Hng
41
Lp chuyn tip
Nguyn Th Lan Hng
42
ặc tính Xedi Hitro Rubidi Thạch anh
Tính lặp lại
3.10
-12
2.10
-12
ổn định(trung binh trong 1 sec) 5.10
-12
5.10

-13
5.10
-12
5.10
-12
Trôi Rất nhỏ Rất nhỏ
1.10
-13
5.10
-10
Tần số cộng hởng 9.192.631.770 1420405.751 6.834.682.608
Trọng lợng máy (khoang) 30kg 400 15 10
Nhiệt độ làm việc
-20 ữ +60
0
C 0 ữ 50
0
C 0 ữ 50
0
C 0 ữ 50
0
C
Số lần cộng hởng nguyên tử trong
một giây
10
6
10
12
10
12

Nhiệt độ cộng hởng 360
0
K 300
0
K 330
0
K
Phỏt tn s chun
Nguyên lý của máy phát thời gian hay tần số chuẩn đều dựa trên công thức:
h- hằng số Plank; - là tần số;E
1
và E
2
là hai mức năng lợng trong khi chuyển mức.
Hiện nay dùng 3 loại mẫu nguyên tử về thời gian: Xedi, Hitro, Rubidi
Bng tóm tắt các đặc tính của các mẫu thời gian hay sử dụng
h E E

=
Nguyn Th Lan Hng
43
S ủ mỏy phỏt tn s mu kiu Xedi

Chỉ có các nguyên tử xê di có
nng lợng F = 4. mf = 0 mới đi
vào buồng chân không, ở đây
nó qua 1 điện trờng đều và
đợc nung nóng lên bằng tia
sóng cực ngắn, có tần số
9.162.631.770 Hz.

Nguyn Th Lan Hng
44
Vớ d: Mt s ủi phỏt tn s trờn th gii
Nguyn Th Lan Hng
45
Chun ủin tr
Từ lâu, điện trở mẫu là một bộ gồm 10 cuộn dây manganin có
điện trở định mức 1 để trong hộp kín 2 lớp đổ đầy không khí nén,
có giá trị 1,0000002 với phơng sai = 1.10
-7
.
Truyền điện trở mẫu cho các điện trở khác bằng cầu 1 chiều.
Từ nm 1990, điện trở mẫu đợc xác định thông qua hiệu ứng
Hall lợng tử từ (QHE), nhò có hằng số vật lý von Klitzing.
Hằng số von Klitzing đợc xác định R
k-90
= 25,81280 với sai
số 0,2.10
-6
. Phần tử cơ b n của một QHE là một planar
MOSFET mỏng để trong một môi trờng nhiệt độ thấp. 1-2K (-
271
0
C). Từ trờng đợc đặt vuông góc với lá mỏng bán dẫn có
cờng độ từ c
m một vài Tesla.
Nguyn Th Lan Hng
46
Hiu ng Hall

in ỏp cm ng Hall t l vi
cng ủ t cm B v dũng ủin
ủi qua tm QHE
Dũng ủin
T cm
Dn
ủin t
Nguyn Th Lan Hng
47
Chun ủin tr
U
h
= R
k-90
I/i
R
h
=
U
h
: điện áp Hall, R
h
= iện trở Hall lợng t .
I dòng điện chạy trong màng bán dẫn MOSFET.
i con số nguyên chỉ số đo Hall trong màng bán
dẫn lúc xác định R
h
.
R

k-90
: hằng số von Klitzing.

=
h
k 90
U
R / i
I
Phần
tử
QHE
Điện trở
truyền
chuẩn
Nguyn Th Lan Hng
48
Vớ d
Nguyn Th Lan Hng
49
Chun ủin dung
Chuẩn điện dung đợc thực hiện bằng tụ điện tính theo lý thuyết Thompson -
Lambard. Tụ gồm 4 thanh thép đờng kính 50mm dài 500mm có trục song song và
nằm trên đỉnh hinh vuông, gi
a chúng có 1 thanh màn chẵn tĩnh điện đặt ở ngay
tâm của h
nh vuông: Sự thay đổi điện dung của tụ điện (của từng cặp điện cực) thay
đổi theo kho ng di chuyển của thanh màn chẵn.
C =
à

0
: từ dẫn của không k hí, C = tốc độ ánh sáng.
L đo bằng phơng pháp giao thoa với L = 100mm sai số 10
-7
. C=
0,4002443 pF, sai số không quá 5.10
-7
.
iện dung mẫu đợc truyền sang các điện dung khác bằng cầu xoay chiều.
Từ các mẫu này ta có thể suy ra các đại lợng điện khác thông qua các hộp điện
trở và hộp điện dung chính xác cao.
=
à
2
0
1 1
ln2 L ln2 L
2 2 C
Nguyn Th Lan Hng
50
2.3.To ra mu cụng tỏc v mu bin ủi

Sau khi to mu quc gia, phi t chc mng li quc t
v quc gia ủ truyn chun ủn nhng phũng thớ nghim
tiờu chun khu vc. Nhng chun ny phi ủt ủ chớnh
xỏc yờu cu: cỏch b trớ, quy lut bin ủi phự hp vi tớn
hiu kim tra v thit b so sỏnh.