5 Phương Pháp đo Lường - Tài Liệu Text - 123doc

1. Trang chủ >
2. Giáo án - Bài giảng >
3. Cao đẳng - Đại học >

5 Phương pháp đo lường

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.03 MB, 122 trang )

Khái niệm về đo lườngTrong lónh vực đo lường , các đại lượng điện dùng phương pháp đo lường gián tiếpbao gồm những phương pháp sauPhương pháp đo biến đổi thẳngPhương pháp này có cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng , không có khâu phản hồiĐại lượng cần đo X được đưa qua các khâu biến đổi và chuyển thành con số NX ,đồng thời đơn vò của đại lượng đo X0 cũng được chuyển đổi thành N0 , sau đó các đại lượngnày được so sánh với nhau ( thông qua bô so sánh SS ) . Quá trình được thực hiện bằng mộtNXphép chiaN0Kết quả đo đượcthể bằng biểu thứcX =NXX0N0Từ sơ đồ trên, ta thấy quá trình đo là quá trình biến đổi thẳng . Thiết bò đo sử dụng trong cấu trúc trên gọilà thiết bò biến đổi thẳngPhương pháp so sánhXXSSBĐXKD/AA/DNKCTBĐ bộ biến đổiA/D bộ chuyển đổi tưong tự - sốD/A bộ chuyển đổi số - tương tựSS bộ so sánhCT bộ hiển thò kết quả đoSơ đồ mạch có cấu trúc mạch vòng vì có khâu phản hồi D/A . Tín hiệu cần đo Xđược so sánh với một tín hiệu XK tỷ lệ với đại lượng mẫu X0 . Qua bộ so sánh , ta có X –XK = ∆XTùy theo cách thức so sánh mà ta có so sánh cân bằng , so sánh không cân bằng , sosánh đồng thời hay so sánh không đồng thờiPhương pháp so sánh còn có tên gọi khác là phương pháp tương quan . Khi dùngphương pháp này thiết bò đo được dùng để so sánh đại lượng đo và đại lượng mẫu , sau đósẽ suy ra đại lượng đo. Tuy nhiên , phương pháp này đại lượng mẫu cần phải có trò số chínhxác cao. Phương pháp này có thể đạt đến độ chính xác khá cao nếu đại lượng mẫu và thiết6Chương 1bò chỉ thò có độ chính xác cao tuy nhiên quá trình đo thực hiệnkhông được nhanh chóng vàthao tác tương đối phức tạpThí dụ : Đo điện áp và điện trở bằng phương pháp thay thế như hình vẽ Đồng hồ chỉthò Volt và đồng hồ chỉ thò Ampere dùng để chỉ thò sự tương quan giữa đại lượng và đạilượng mẫu.So sánh không đồng thờiKKLà phương pháp đo mà các giáRXREEXItrò đo X được thay bằng đại lượngVmẫu XK . Các giá trò đo và giá tròEmẫu được đưa vào thiết bò đo khôngMạch đo điện trởcùng thời gian , thông thường giá tròMạch đo điện ápmẫu XK được đưa vào khắc độ trước ,sau đó qua các vạch khắc độ để xác đònh giá trò đại lượng cần đo . Thiết bò đo theo phươngpháp này là các thiết bò đánh giá trực tiếp như volt kế , ampere kế chỉ thò kim ( loại đồng hồcơ )So sánh đồng thờiLà phương pháp so sánh cùng một đại lượng đo X và đại lượng mẫu XK . Khi hai đạilượng X và XK trùng nhau , thông qua XK ta xác đònh được giá trò đại lượng cần đo XĐây cũng là phương pháp so sánh nhưng ở phương pháp này đại lượng mẫu và đạilượng cần đo được thực trong cùng một thời gian . Thay vì lần lượt so sánh như trongphương pháp thay thế . Trong phương pháp này không đòi hỏi bộ phận chỉ thò điểm phải cóđộ nhạy cao và chính xác cao nhưng đòi hỏi các phần tử trong mạch có trò số chính xáckhông thay đổi trong quá trình đo .Thí dụ : Đo điện áp bằng phương pháp biến trở kế , hoặc đo điện trở , điện áp , điệndung bằng cầu cân bằng .So sánh cân bằng hoặc phương pháp “điểm không”Là phép so sánh giữa đại lượng đo X và đại lượng mẫu XK sao cho∆X = X - XK = 0 hay X = XK = NK X0( với X0 là đơn vò đo )Như vậy XK là một đại lượng thay đổi sao cho khi giá trò X thay đổi thì giá trò XKcũng thay đổi để đảm bảo ∆X = X - XK luôn bằng không ( zero ) và phép đo luôn cân bằngĐộ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiếtbò chỉ thò cân bằngSo sánh không cân bằngNếu XK là đại lượng không đổi , lúc đó ta cóX - XK = ∆Xsuy ra7X = ∆X + XKKhái niệm về đo lườngKết quả của phép đo được đánh giá qua ∆X ( vì XK là đại lượng biết trước ) . phươngpháp này được sử dụng để đo các đại lượng không điện như nhiệt độ ( sử dụng mạch cầukhông cân bằng )Ngoài những phương pháp đo lường kể trên , hiệân nay người ta sử dụng máy tính đểxử lý các tính hiệu điều khiển hệ thống tự động , điều khiển dùng phương pháp số ( digital )Trong phương pháp số , các tín hiệu của các đại lượng đo lường là những tín hiệu códạng xung sẽ được mã hóa , vì vậy trong phương pháp này cần đòi hỏi có độ biến đổi tínhiệu điện thế hoặc dòng điện gọi chung là tín hiệu tương tự (analog) sang tín hiệu số(digital)Tóm lại các phương pháp đo lường nói trên cần phải đạt được những yêu cầu chungsau đây :Nhanh chóngThuận lợi khi sử dụngChính xác caoThiết bò gọn gàngĐạt được hiệu quả kinh tế cao .Khi sử dụng thiết bò đo lường cần phải quan tâm để nguyên lý hoạtđộng và phương pháp đo.1.5 SAI SỐ TRONG ĐO LƯỜNGTrong quá trình đo , ta không thể tránh khỏi những sai số như sai số xảy ra trong kỹthuật đo lường , sai số này do nhiều nguyên nhân vì thế đo lường không thể đo được trò sốchính xác một cách tuyệt đối mà phải có sai số .1.5.1 Các dạng sai sốTa có thể phân loại sai số theo nhiều phương pháp khác nhau như sau :Những sai số do nhiều bước khác nhau của cách thức tiến hành đo lường :Sai số do việc chuẩn hóaSai số do việc biến đổi đại lượng đo cho phù hợp với mạch đoSai số của sự so sánhSai số của sự quan sátNhững sai số theo nhiều nguồn khác nhauSai số phương pháp : do cách thức tiến hành đo lường tạo ra , hoặc do nhữngkhái niệm toán học về thông số đo lường cần giải quyết , sai số này có thểkhắc phục được bằng cách tiến hành nhiều phương pháp khác nhau .8Chương 1Sai số do thiết bò : do sự không chính xác của thiết bò đo . Nguyên nhân gâyra do sự làm việc của mạch đo và sự không ổn đònh của phân tử trong mạchđo.Sai số do điều kiện bên ngoài tác động vào điều kiện đo lườngSai số do con người thực hiện , có những lỗi lầm khi đo như chọn sai phươngpháp đo , đọc kết quả sai , nội dung sai .Sai số theo điều kiện mà cách thức tiến hành đo lường làm việcSai số căn bản là sai số vốn có của dụng cụ đo , do quá trình chế tạo dụngcụ gây ra hay do điều kiện chung quanh của môi trường như nhiệt độ độẩm , nguồn cung cấp điện . . .Sai số phụ : là sai số gây ra do phương pháp đo không chính xác hoặc do cánhân người sử dụng dụng cụ gây ra . Sai số này sẽ tăng lên khi điều kiện đolường bắt đầu từ trò số chuẩnSai số theo sự hoạt động của những đại lượng cần đo trong khoảng thời gian đo lườngSai số tónh : khi đại lượng đo không thay đổi theo thời gianSai số giao thời ( quá độ ) : những đại lượng đột biến thay đổi theo thời giantạo ra sai số giao thời .Sai số động : khi đại lượng đo thay đổi theo thời gian , trong suốt quá trìnhđo lường , sai số động sẽ xảy ra phụ thuộc vào đáp ứng của thiết bò đo đốivới đại lượng thay đổi . Nếu tần số của đại lượng đo vượt quá tần số đáp ứngcủa thiết bò đo sẽ tạo nên sai số động càng lớn .Theo hình thức mà hệ thống xảy ra sai sốCó hai hình thức sai số xảy raSai số hệ thống : sai số được duy trì ở kết quả đo lường , khi sự đo lườngđược lập đi lập lại trong cùng một điều kiện .làm việc . Sai số này có thể đodụng cụ đo, do việc đònh cho cầu thang đo, do ảnh hưởng của môi trườngnhư : nhiệt độ , độ ẩm , từ trường hoặc điện trường nhiễu .Sai số ngẫu nhiên : sai số này hoàn toàn khác hẳn sai số hệ thống , khi sự đolường được lập đi lập lại thì trò số sai số này lại khác nhau . Muốn tính toánsai số ngẫu nhiên này thì phải dùng đến lý thuyết xác suất và thống kê .1.5.2 Sai số trong kỹ thuật đoSau khi được xuất xưởng chế tạo, thiết bò đo lường sẽ được kiểm nghiệm chất lượng,được chuẩn hoá theo cấp tương ứng và sẽ được phòng kiểm nghiệm đònh cho cấp chính xácsau khi được xác đònh sai số cho từng tầm đo của thiết bò . Do đó khi sử dụng thiết bò đolường, chúng ta nên quan tâm đến cấp chính xác của thiết bò đo được ghi trên thiết bò đo9Khái niệm về đo lườngChất lượng thiết bò đo được đánh giá thông qua các tiêu chuẩn như độ nhạy , độchính xác , khả năng quá tải . . .10Chương 1Độ chính xácNguyên nhân chính của sự sai số là do mức độ chính xác của thiết bò đo . Sự sa sốnày gọi là sai số chính . Ngoài sai số chính , còn có các sai số khác do khách quan như nhiệtđộ môi trường thay đổi , độ ẩm , từ trường . . .Một đại lượng có trò số thật là Xthật . Trò số đo được là Xđo thì có các sai sốSai số tuyệt đối∆X = | Xthật – Xđo |Sai số tương đối∆X∆X100 =%XXĐể đánh giá độ chính xác của một dụng cụ đo , người ta quy đònh ra cấp chính xácCấp chính xác của dụng cụ đo là giá trò sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải .Người ta qui ước cấp chính xác của dụng cụ đo đúng bằng sai số tương đối qui đổi của dụngcụ đo được nhà nước qui đònh cụ thể∆Xqd (%) =∆Xmax100%XmaxCấp chính xác của dụng cụ là trò số lớn nhất cho phép tính theo phầntrăm của sai số cơ bản so với trò số lớn nhất thang đoTheo tiêu chuẩn đo dụng cụ có 8 cấp chính xác : 0,05 – 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1,5 – 2,5 – 41.5.3 Cách tính toán sai sốSai số tuyệt đốiSai số tuyệt đối : là hiệu số giữa giá trò đại lượng đo X và giá trò thực Xthật ( là giátrò đại lượng đo xác đònh thông qua dụng cụ mẫu )Sai số tuyệt đối được đònh nghóa bằng biểu thức sau đây∆X = | Xthật – Xđo |Xđolà trò số đo được do thiết bò đoXthật trò số thật của đại lượng đoNhưng trong thực tế trò sai số tuyệt đối không xác đònh được vì Xthật không thể xácđònh . Cho nên trong thực tế chúng ta chỉ xác đònh trò số giới hạn lớn nhất của sai số tuyệtđối ∆X mà thôi∆X = | Xthật – Xđo |maxDo đóδX ≤ ∆ XNhư vậy δa được gọi là giới hạn sai số của đại lượng đoThí dụ :Một điện trở có trò số được viết như sau : R = 200 ± 20 Ohm11Khái niệm về đo lường± 20 Ohm có ý nghóa là giới hạn sai số tuyệt đối của điện trở đo được . Nên biểudiễn giới hạn sai số theo phần trăm ( % )∆X ( % ) =∆a100a'Theo thí dụ trên , ta có20∆X ( % ) = 200 100 = 10%Sai số tương đốiTrong thực tế trò số sai số tương đối tính theo (%) thường được suy từ độ chính xáchoặc cấp chính xác của thiết bò đo thường được cho bởi nhà sản xuất và thường đựơc ghitrên thiết bò đo.Sai số tương đối là phần trăm của tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trò thực . Saisố tương đối được xác đònh theo biểu thức sau∆Xtđ =∆X100 %XSai số tương đối của tầm đo ( hoặc thang đo )Đối với thiết bò đo có nhiều tầm đo khác nhau người ta thường dùng sai số tương đốicủa tầm đo . Sai số tương đối của tầm đo được xác đònh như sau :δrL =∆aLL : là trò số lớn nhất của tầm đoThí dụ :Một volt kế có tầm đo 0 – 150V trò số ∆a của Volt kế này là 1V5 . Như vậy saisố tương đối của tầm đo này là :δrL =∆a1.5== 0.01L150hoặc 1%Nếu trò số thang đo tối đa là 100V thì sai số tương đối của thang đo này là∆a1.5== 0.015 hoặc 1,5%L100Như vậy nếu ∆a không đổi trong tầm đo và trò số đo thay đổi t thì khi số đo càng nhỏthì sai số tương đối càng lớn . Cho nên thông thường ∆a được xác đònh theo tầm đo và độchính xác trên thiết bò đo.δrL =12Chương 1Thí dụ một thiết bò đo có độ chính xác là 1,5% và thang đo là 0 – 150 V . Sai số tương đốicủa tầm đo là∆a = δrL x 150V = 1.5% x 150V = 2.25VVậy giới hạn sai số của tầm đo này là 2V25 của thiết bò đo.Sai số tương đối của tổng hai đại lượngNếu 2 đại lượng đó có tính chất độc lập với nhau mỗi đại lượng có trò số sai số tươngđối riêng biệt δra và δrb . Sai số tương đối của tổng 2 đại lượng a và b được xác đònh∆a ± ∆ba±bδr ( a ± b ) =MàDo đóδra =∆aavàδr ( a ± b ) =δrb =∆bba δa ± b δba±bSai số tương đối của tích hai đại lượngNếu hai đại lượng độc lập với nhau mà mỗi đại lượng có 1 trò số sai số tương đốiriêng biệt thì sai số tương đối của tích hai đại lượng được xác đònhδr (a . b ) = δra + δrbTừ biểu thức trên , ta có thể suy rộng cho nhiều đại lượng độc lậpδrp = Σ δraiSai số quy dẫnSai số quy dẫn ( quy đổi ) là tỷ số giữa sai số tuyệt đối với giới hạn lớn nhất của thang đo∆Xqd =∆XXmaxĐộ nhạyĐộ nhạy của dụng cụ đo được xác đònh theo biểu thức sauS=dY= f(X)dXTrong đó , Y là đại lượng ra ( hiển thò ) và X là đại lượng vàoĐại lượng C =1là hằng số của dụng cụ đoS13Khái niệm về đo lườngNói cách khác , độ nhạy biểu thò quan hệ góc lệch phần động khi có dòng điện tácđộng lên cơ cầu đo . Đó chính là dòng điện nhỏ nhất có khả năng làm lệch kim chỉ thò . Độnhạy thực tế , được biểu diễn theo tỉ số Ω / V . Đồng hồ càng nhạy thì tỉ số càng lớnSai số ngẫu nhiênĐây là một sai số không thể loại bỏ được , mà phải giảm thiểu sai số này bằng kỹthuật đo lường tốt nhất là phải phân tích bằng lý thuyết xác xuất . Trong nhiều trường hợpnhững lượng ngẫu nhiên có thể diễn tả thật tốt dưới dạng phân bố xác xuất , cũng vì lý dođó mà khi thực hiện đo lường theo sự phân bố gì mà nó tuân theo . Sự phân bố này thay đổitừ thiết bò đo này đến thiết bò đo khác , phần lớn nó tuân theo đường phân bố chuẩn , còngọi là phân bố Gauss.Trò số trung bình của mỗi chuỗi quan sát trong điều kiện giống nhau của thiết bò đoΣ Ailường A0 =nTrò số này được xem như trò số có xác xuất lớn nhất của đại lượng đo .Sai số của trò số này được gọi là sai số ngẫu nhiên này qui tụ thì phân nửa số lượngđo sẽ vượt qua trò sai số này còn phân nửa thì sẽ không vượt qua nó .Sai số ngẫu nhiên này được xác đònh bởi phương trình sau :222 i12 + i 2 + ... + i n∆Aor =3n ( n − 1)Trong đó sự khác biệt giữa trò số trung bình và trò số đo được ở mỗi đo là :Ii = AI – A o với i = 1,2 ….. , nĐược gọi là độ lệch ngẫu nhiên hoặc sai số thặng dư ( Residual error )Sai số ngẫu nhiên tương đối :δ∆r =∆ A0r100%A0và giới hạn của sai số ngẫu nhiên được cho bởi :Lim ∆A0r = 4.5∆A0r∆Những trò số đo nào vượt quá trò số giới hạn này , phải được loại bỏ . Do đó kết quảđo có thể được viết như sau :A = A0 ± ∆A0rThí dụ : trong một thí nghiệm xác đònh giá trò điện strở . Trong 8 lần đo có kết quả lần lượtnhư sau :14Chương 1R1 = 116.2R4 = 117.0R7 = 117.8R2 = 118.2R5 = 118.2R8 = 118.1R3 = 118.5R6 = 118.4Giá trò trung bình điện trởRo =R1 + R2 + . . . + R8= 117.8 Ohm8Độ lệch ngẫu nhiên :I1 = R1 – R0 = - 1.6R4 = - 0.8R7 = 0.0I2 = R2 – R0 =0.4R5 =0.4R8 = 0.3I3 = R3 – R0 =0.7R6 =0.6Do đó sai số ngẫu nhiên của kết quả đo∆R0r2=3I12 + I22 + . . . + I828.7∆R0r = 0.19 ≅ 0.20 OhmGiới hạn của sai số ngẫu nhiên như sauR = R0 ± R0r = 117.8 ± 0.20 OhmNhư vậy kết quả dưới điều kiện đã cho không được vượt quá 0.9 Ohm theo kết quảđo lần thứ nhất R1 = 116.2 Ω có I1 = -1.6 Ohm không thể chấp nhận đượcPhạm vi thang đoĐể đồng hồ có khả năng đo được các đại lượng khác nhau , phải cần có nhiều thangđo khác nhau . Thang đo được xem là phù hợp khi giá trò đo được hiển thò trên đồng hồkhoảng 2/3 khung đo ( thang đo )15Khái niệm về đo lường1.6 ĐƠN VỊ ĐO – CHUẨN – MẪU ĐO1.6.1 Khái niệm chungĐơn vò đo là giá trò đơn vò tiêu chuẩn về một đại lượng về một đại lượng đo nào đóđược quốc tế qui đònh mà mỗi quốc gia đều phải tuân thủ . Trên thế giới , người ta đưa ranhững đơn vò tiêu chuẩn được gọi là các chuẩnVí dụ Chuẩn Ohm quốc tế của điện trở là điện trở của cột thủy ngân có tiết diện1mm dài 106,300 cm ở nhiệt độ 00C và có khối lượng 14,452.1 gam2Chuẩn “ Ampere “ là dòng điện có thể giải phóng 0,001.111.800 gam bạckhỏi dung dòch nitrat trong thời gian 1 giâyCấp chính xác của các chuẩn này khoảng 0,001% ( 1/ 100.000 )1.6.2 Hệ thống đơn vòHệ thống đơn vò bao gồm hai nhómĐơn vò cơ bảnĐược thể hiện bằng các đơn vò chuẩn với độ chính xác cao nhất mà khoa học kỹthuật hiên đại có thể thực hiện đượcChuẩn cấp 1 là chuẩn đảm bảo tạo ra những đại lượng có đơn vò chính xác nhất củamột quốc giaVí dụChuẩn đơn vò độ dài mét ( m ) là quãng đường ánh sáng đi được trong chân khôngtrong khoảng thời gian 1/ 299.792.458 giây ( CGPM lần thứ 17 năm 1983 – CGPM là tênviết tắt tiếng Pháp của Đại Hội Cân Đo Quốc Tế )Chuẩn khối lượng ( kg ) bằng khối lượng của mẫu kilogam quốc tế đặt tại trung tâmmẫu và cân quốc tế ở Paris ( nước Pháp )Chuẩn đơn vò thời gian ( giây – second ) là khoảng thời gian của 9.192.631.770 chukỳ phát xạ , tương ứng với thời gian chuyển giữa hai mức gần nhất ở trạng thái cơ bản củanguyên tử xesi 133Chuẩn đơn vò dòng điện ( ampe – A ) là dòng điện không đổi khi chạy trong hai dâydẫn thẳng , song song , dài vô hạn , tiết diện tròn nhỏ không đáng kể , đặt cách nhau 1 méttrong chân không , sẽ gây ra trên mỗi mét dài của dây một lực 2.10-7 Niuton ( CGPM lầnthứ 9 – 1948 )Chuẩn đơn vò nhiệt độ ( Kenvin – K ) đó là nhiệt độ có giá trò bằng 1/ 273,16 phầnnhiệt độ đông của điểm thứ ba của nước ( là điểm cân bằng của 3 trạng thái rắn – lỏng vàhơi )16

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• giáo trình kỹ thuật đo - dương hữu phước
  • 122
  • 3,674
  • 2
• 226089
  • 149
  • 149
  • 0
• 226088
  • 123
  • 123
  • 0
• 226071
  • 77
  • 218
  • 0
• 226053
  • 88
  • 116
  • 0
• 225952
  • 87
  • 326
  • 0
• 225947
  • 50
  • 192
  • 0
• 225600
  • 27
  • 174
  • 0

Tải bản đầy đủ (.pdf) (122 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(3.03 MB) - giáo trình kỹ thuật đo - dương hữu phước-122 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×