Bài giảng về Kỹ thuật đo lường

Chia sẻ: Ha Tuananh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

1
440
lượt xem
244
download

Bài giảng về Kỹ thuật đo lường

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sinh viên nắm được cơ sởlý thuyết vềkỹthuật đo lường; các mạch gia công tính toán, một sốloại sensor cơ bản, nắm được phương pháp đo một số đại lượng không điện cơ bản. Trong trường hợp cần đo nhiều đại lượng, mỗi đại lượng đo ở một kênh, như vậy tín hiệu đo được lấy từ các sensor qua các bộ chuyển đổi.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng về Kỹ thuật đo lường

  1. Bài giảng KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐỖ CÔNG THÀNH 09-2009
  2. Đánh giá Điểm thứ nhất: 0.2 Kiểm tra giữa học phần. Điểm thứ hai: 0.8 Thi kết thúc học phần. Hình thức thi: Thi viết, thời lượng: 90 phút. Mục tiêu của học phần Sinh viên nắm được cơ sở lý thuyết về kỹ thuật đo lường; các mạch gia công tính toán, một số loại sensor cơ bản, nắm được phương pháp đo một số đại lượng không điện cơ bản. 8/24/2009 Thành DC 2
  3. Tài liệu học tập: [1]: Nguyễn Hữu Công – Giáo trình “Kỹ thuật đo lường” ; NXB Đại học Quốc gia; 2008 Tài liệu tham khảo: [2]: Phan Quốc Phó; Giáo trình cảm biến ; NXB Khoa học và kỹ thuật; 2006. [3]: Phạm Thượng Hàn; Đo lường các đại lượng vật lý; NXB Khoa học và kỹ thuật; 1999. [4]: Nguyễn Trọng Quế; Giáo trình đo các đại lượng điện và không điện; NXB ĐHBK Hà Nội, 1996 Mô tả tóm tắt học phần Môn học cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về Kỹ thuật đo lường, đánh giá sai số của phép đo và gia công kết quả đo. thiết bị đo, các phương pháp nâng cao độ chính xác của phép đo, các cơ cấu chỉ thị, các sensor đo lường; mạch đo lường và gia công thông tin: mạch tỉ lệ, mạch gia công tính toán, khái niệm cơ bản về AD; DA…; đo dòng điện, điện áp, đo các đại lượng không điện: lực, áp suất, nhiệt độ, độ bóng, bề dày, kích thước sản phẩm… 8/24/2009 Thành DC 3
  4. Bố cục: 5 chương Chương 1 CƠ SỞ KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG,THÔNG TIN VÀ THIẾT BỊ ĐO Chương 2 CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ Chương 3 MACH ĐO LƯỜNG VÀ GIA CÔNG THÔNG TIN Chương 4 CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI ĐO LƯỜNG SƠ CẤP Chương 5 ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN 8/24/2009 Thành DC 4
  5. Chương 1 1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị đo 1.1.1.Định nghĩa 1.1.2.Phân loại a. Dụng cụ đo lường b.Chuyển đổi đo lường c. Tổ hợp thiết bị đo (với một thiết bị cụ thể và một hệ thống thông tin đo lường) 1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường tương tự và số 1.2.1. Thiết bị đo chuyển đổi thẳng 1.2.2. Thiết bị đo kiểu so sánh 1.3 Các đặc tính tĩnh của thiết bị đo 1.3.1 Độ nhạy, độ chính xác và các sai số của TBĐ a. Độ nhạy b. Độ chính xác và các sai số của TBĐ 1.3.2 Tổng trở vào và tiêu thụ công suất của TBĐ 1.4 Gia công kết quả đo lường 1.4.1. Tính toán sai số ngẫu nhiên 1.4.2. Tính toán sai số gián tiếp 8/24/2009 Thành DC 5
  6. 1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị đo 1.1.1 §Þnh nghÜa §o l−êng lμ mét qu¸ tr×nh ®¸nh gi¸ ®Þnh l−îng ®èi t−îng cÇn ®o ®Ó cã kÕt qu¶ b»ng sè so víi ®¬n vÞ. Víi ®Þnh nghÜa trªn th× ®o l−êng lµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn 3 thao t¸c chÝnh: - BiÕn ®æi tÝn hiÖu vµ tin tøc. - So s¸nh víi ®¬n vÞ ®o hoÆc so s¸nh víi mÉu trong qu¸ tr×nh ®o l−êng. - ChuyÓn ®¬n vÞ, m· ho¸ ®Ó cã kÕt qu¶ b»ng sè so víi ®¬n vÞ. 8/24/2009 Thành DC 6
  7. 1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị đo ThiÕt bÞ ®o vµ thiÕt bÞ mÉu - ThiÕt bÞ ®o lµ mét hÖ thèng mµ ®¹i l−îng ®o gäi lµ l−îng vµo, l−îng ra lµ ®¹i l−îng chØ trªn thiÕt bÞ (lµ thiÕt bÞ ®o t¸c ®éng liªn tôc) hoÆc lµ con sè kÌm theo ®¬n vÞ ®o (thiÕt bÞ ®o hiÖn sè). §«i khi l−îng ra kh«ng hiÓn thÞ trªn thiÕt bÞ mµ ®−a tíi trung t©m tÝnh to¸n ®Ó thùc hiÖn c¸c Algorithm kü thuËt nhÊt ®Þnh. Đại lượng Kết quả đo TB đo - ThiÕt bÞ mÉu dïng ®Ó kiÓm tra vµ hiÖu chØnh thiÕt bÞ ®o vµ ®¬n vÞ ®o. 8/24/2009 Thành DC 7
  8. 1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị đo 1.1.2 Ph©n lo¹i a ThiÕt bÞ ®o l−êng ThiÕt bÞ ®o chuyÓn ®æi th¼ng: §¹i l−îng cÇn ®o ®−a vµo thiÕt bÞ d−íi bÊt kú d¹ng nµo còng ®−îc biÕn thµnh gãc quay cña kim chØ thÞ. Ng−êi ®o ®äc kÕt qu¶ nhê thang chia ®é vµ nh÷ng quy −íc trªn mÆt thiÕt bÞ, lo¹i thiÕt bÞ nµy gäi lµ thiÕt bÞ ®o c¬ ®iÖn. Ngoµi ra l−îng ra cßn cã thÓ biÕn ®æi thµnh sè, ng−êi ®o ®äc kÕt qu¶ råi nh©n víi hÖ sè ghi trªn mÆt m¸y hoÆc m¸y tù ®éng lµm viÖc ®ã, ta cã thiÕt bÞ ®o hiÖn sè. ThiÕt bÞ ®o kiÓu so s¸nh : Còng cã thÓ là chØ thÞ c¬ ®iÖn hoÆc lµ chØ thÞ sè. Tuú theo c¸ch so s¸nh vµ c¸ch lËp ®¹i l−îng bï (bé m· ho¸ sè t−¬ng tù) ta cã c¸c thiÕt bÞ so s¸nh kh¸c nhau nh−: thiÕt bÞ so s¸nh kiÓu tuú ®éng ( ®¹i l−îng ®o x vµ ®¹i l−îng bï xk lu«n biÕn ®æi theo nhau); thiÕt bÞ so s¸nh kiÓu quÐt ( ®¹i l−îng bï xk biÕn thiªn theo mét quy luËt thêi gian nhÊt ®Þnh vµ sù c©n b»ng chØ x¶y ra t¹i mét thêi ®iÓm trong chu kú). 8/24/2009 Thành DC 8
  9. 8/24/2009 Thành DC 9
  10. 1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị đo b. ChuyÓn ®æi ®o l−êng Cã hai kh¸i niÖm: -ChuyÓn ®æi chuÈn ho¸: Cã nhiÖm vô biÕn ®æi mét tÝn hiÖu ®iÖn phi tiªu chuÈn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn tiªu chuÈn Víi lo¹i chuyÓn ®æi nµy chñ yÕu lµ c¸c bé ph©n ¸p, ph©n dßng, biÕn ®iÖn ¸p, biÕn dßng ®iÖn, c¸c m¹ch khuyÕch ®¹i… - ChuyÓn ®æi s¬ cÊp (S: Sensor): Cã nhiÖm vô biÕn mét tÝn hiÖu kh«ng ®iÖn sang tÝn hiÖu ®iÖn, ghi nhËn th«ng tin gi¸ trÞ cÇn ®o. Cã rÊt nhiÒu lo¹i chuyÓn ®æi s¬ cÊp kh¸c nhau nh−: chuyÓn ®æi ®iÖn trë, ®iÖn c¶m, ®iÖn dung, nhiÖt ®iÖn, quang ®iÖn... 8/24/2009 Thành DC 10
  11. 1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị đo c. Tæ hîp thiÕt bÞ ®o Víi mét thiÕt bÞ cô thÓ (1 kªnh ) ChuyÓn L−îng vµo M¹ch ®o ChØ thÞ L−îng ra ®æi s¬ cÊp H×nh 1.1 CÊu tróc hÖ thèng ®o 1 kªnh + ChuyÓn ®æi ®o l−êng : biÕn tÝn hiÖn cÇn ®o thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. + M¹ch ®o: thu nhËn, xö lý, khuyÕch ®¹i th«ng tin.... bao gåm: nguån, c¸c m¹ch khuyÕch ®¹i, c¸c bé biÕn đổi A/D, D/A, c¸c m¹ch phô… + ChØ thÞ: th«ng b¸o kÕt qu¶ cho ng−êi quan s¸t, th−êng gåm chØ thÞ sè vµ chØ thÞ c¬ ®iÖn, chØ thÞ tù ghi, v.v... 8/24/2009 Thành DC 11
  12. 1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị đo Víi hÖ thèng ®o l−êng nhiÒu kªnh Tr−êng hîp cÇn ®o nhiÒu ®¹i l−îng, mçi ®¹i l−îng ®o ë mét kªnh, nh− vËy tÝn hiÖu ®o ®−îc lÊy tõ c¸c sensor qua bé chuyÓn ®æi chuÈn ho¸ tíi m¹ch ®iÒu chÕ tÝn hiÖu ë mçi kªnh, sau ®ã sÏ ®−a qua ph©n kªnh (multiplexer) ®Ó ®−îc s¾p xÕp tuÇn tù truyÒn ®i trªn cïng mét hÖ thèng dÉn truyÒn. §Ó cã sù ph©n biÖt, c¸c ®¹i l−îng ®o tr−íc khi ®−a vµo m¹ch ph©n kªnh cÇn ph¶i m· ho¸ hoÆc ®iÒu chÕ (Modulation - MOD) theo tÇn sè kh¸c nhau (thÝ dô nh− f10, f20...) cho mçi tÝn hiÖu cña ®¹i l−îng ®o. T¹i n¬i nhËn tÝn hiÖu l¹i ph¶i gi¶i m· hoÆc gi¶i ®iÒu chÕ (Demodulation – DEMOD) ®Ó lÊy l¹i tõng tÝn hiÖu ®o. §©y chÝnh lµ h×nh thøc ®o l−êng tõ xa (Telemety) cho nhiÒu ®¹i l−îng ®o. 8/24/2009 Thành DC 12
  13. 1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị đo f1m f10 V1 TÝn hiÖu ®o 1 S MOD X1 f2m f20 TÝn hiÖu ®o 2 S V2 MOD X2 fi0 M Bé chuÈn ho¸ tÝn hiÖu fim Vi TÝn hiÖu ®o i S MOD XI Bé chuÈn ho¸ tÝn hiÖu fnm fn0 V N TÝn hiÖu ®o n S MOD XN Ph©n kªnh theo tÇn sè gi¶i ®iÒu chÕ f1m f1m DEMOD f2m f2m X1 DEMOD X2 thu ph¸t fim fim DEMOD fnm fnm XI DEMOD XN H×nh1.2 HÖ thèng ®o l−êng nhiÒu kªnh Bé thu nhËn chÕ biÕn tÝn hiÖu 8/24/2009 Thành DC 13
  14. 1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường tương tự và số 1.2.1 HÖ thèng ®o biÕn ®æi th¼ng Trong hÖ thèng ®o biÕn ®æi th¼ng ®¹i l−îng vµo x qua nhiÒu kh©u biÕn ®æi trung gian ®−îc biÕn thµnh ®¹i l−îng ra z. Quan hÖ gi÷a z vµ x cã thÓ viÕt: Z = f(x) Trong ®ã f(x) lµ mét to¸n tö thÓ hiÖn cÊu tróc cña thiÕt bÞ ®o Trong tr−êng hîp quan hÖ l−îng vµo vµ l−îng ra lµ tuyÕn tÝnh ta cã thÓ viÕt : Z = S.x (1-1) Lóc ®ã : S gäi lµ ®é nh¹y tÜnh cña thiÕt bÞ. - NÕu mét thiÕt bÞ gåm nhiÒu kh©u nèi tiÕp th× quan hÖ gi÷a l−îng vµo vµ l−îng ra cã thÓ viÕt: n Z = ∏ Si .x (1.2) i =1 Si : lµ ®é nh¹y cña kh©u thø i trong thiÕt bÞ. 8/24/2009 Thành DC 14
  15. 1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường tương tự và số 1.2.2 HÖ thèng ®o kiÓu so s¸nh Trong thiÕt bÞ ®o kiÓu so s¸nh ®¹i l−îng vµo x th−êng ®−îc biÕn ®æi thµnh ®¹i l−îng trung gian yx qua mét phÐp biÕn ®æi T: yx = T.x Sau ®ã yx ®−îc so s¸nh víi ®¹i l−îng bï yk . Ta cã: Δy = yx – yk x T yX Δy yk H×nh 1.3 HÖ thèng ®o kiÓu so s¸nh 8/24/2009 Thành DC 15
  16. 1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường tương tự và số a. Ph−¬ng ph¸p so s¸nh kiÓu c©n b»ng (h×nh 1.4) Trong ph−¬ng ph¸p nµy, ®¹i l−îng vµo so s¸nh: yx = const ; ®¹i l−îng bï yk = const T¹i ®iÓm c©n b»ng : Δy = y x − yk → 0 b. Ph−¬ng ph¸p so s¸nh kh«ng c©n b»ng (h×nh 1.5) Còng gièng nh− tr−êng hîp trªn song Δy → ε ≠0 L−îng ra L−îng ra C –ε ε Δy Δy O –C H×nh 1.4 Ph−¬ng ph¸p so s¸nh c©n b»ng H×nh 1.5 Ph−¬ng ph¸p so s¸nh kh«ng c©n b»ng 8/24/2009 Thành DC 16
  17. 1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường tương tự và số c. Ph−¬ng ph¸p m∙ ho¸ thêi gian Trong ph−¬ng ph¸p nµy ®¹i l−îng vµo yx= const cßn ®¹i l−îng bï yk cho t¨ng tØ lÖ víi thêi gian t: yk= y0.t (y0= const) T¹i thêi ®iÓm c©n b»ng yx = yk = y0 .tx y yx yx ⇒ tx = (1-3) y0 yk §¹i l−îng cÇn ®o yx ®−îc biÕn thµnh kho¶ng thêi gian tx tx x ë ®©y phÐp so s¸nh ph¶i thùc hiÖn H×nh 1.6 Ph−¬ng ph¸p m· hoa thêi gian mét bé ng−ìng ⎧1 y x ≥ yk Δy = sign( y x − yk ) = ⎨ ⎩ 0 y x < yk 8/24/2009 Thành DC 17
  18. 1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường tương tự và số d. Ph−¬ng ph¸p m∙ ho¸ tÇn sè xung Trong ph−¬ng ph¸p nµy ®¹i l−îng vµo yx cho t¨ng tØ lÖ víi l−îng cÇn ®o x vµ kho¶ng thêi gian t: yx = t.x Cßn ®¹i l−îng bï yk ®−îc gi÷ kh«ng ®æi T¹i ®iÓm c©n b»ng cã: y yk yx = x.tx = yk = const : fx = 1/tx = x / yk (1-4). §¹i l−îng cÇn ®o x ®· ®−îc biÕn thµnh tÇn yx sè fx . ë ®©y phÐp so s¸nh còng ph¶i thùc 0 hiÖn 1 bé ng−ìng t 1 nÕu y ≥ y ⎧ Δy = sign( yk − y x ) = ⎨ k x H×nh 1.7 Ph−¬ng ph¸p m· ho¸ tÇn sè xung ⎩0 nÕu y k < y x 8/24/2009 Thành DC 18
  19. 1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường tương tự và số e. Ph−¬ng ph¸p m∙ ho¸ sè xung Trong ph−¬ng ph¸p nµy ®¹i l−îng vµo yx ®−îc gi÷ bằng const, cßn ®¹i l−îng bï yk cho t¨ng tØ lÖ víi thêi gian t theo quy luËt bËc thang víi nh÷ng b−íc nh¶y kh«ng ®æi y0 gäi lµ b−íc l−îng tö . T = const cßn gäi lµ xung nhÞp y Ta cã: n Yx yk = y0 ∑ 1( t − iT ) (1.5) i =1 yk T¹i ®iÓm c©n b»ng ®¹i l−îng vµo yx ®−îc biÕn y0 thµnh con sè Nx. yx ≈ Nx . y0 (1-6) Nx t §Ó x¸c ®Þnh ®−îc ®iÓm c©n b»ng, phÐp so T s¸nh còng ph¶i thùc hiÖn mét bé ng−ìng ⎧1 nÕu y x ≥ yk H×nh 1.8 Ph−¬ng ph¸p m· ho¸ sè xung Δy = sign( y x − yk ) = ⎨ ⎩0 nÕu y x < yk 8/24/2009 Thành DC 19
  20. 1.3 Các đặc tính tĩnh của thiết bị đo 1.3.1 §é nh¹y, ®é chÝnh x¸c vµ c¸c sai sè cña thiÕt bÞ ®o a. §é nh¹y vµ ng−ìng ®é nh¹y §Ó cã mét sù ®¸nh gi¸ vÒ quan hÖ gi÷a l−îng vµo vµ l−îng ra cña thiÕt bÞ ®o, ta dïng kh¸i niÖm vÒ ®é nh¹y cña thiÕt bÞ: Δz (1-7) S= Δx S: Độ nhạy tĩnh của thiết bị đo. n Nếu thiết bị đo gồm nhiều khâu nối tiếp: S = ∏ Si i =1 Víi Si lµ ®é nh¹y cña kh©u thø i trong thiÕt bÞ. XÐt quan hÖ gi÷a ng−ìng ®é nh¹y vµ thang ®o cña thiÕt bÞ: D = xmax – xmin { xmin th−êng = 0} Tõ ®ã ®−a ra kh¸i niÖm vÒ kh¶ n¨ng ph©n ly cña thiÕt bÞ ®o: D X max − X min vµ so s¸nh c¸c R víi nhau = ε ε 8/24/2009 Thành DC 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản