B môn: T đ ng hóa – Cung c p đi n Bài giàng đo l ngộ ự ộ ấ ệ ườ
đi nệ
CH NG IƯƠ
KHÁI NI M V ĐO L NGỆ Ề ƯỜ
§ 1.1 Đ nh nghĩa, phân lo i các lo i m u đo và d ng c đoị ạ ạ ẫ ụ ụ
1.1.1 Đ nh nghĩa: ịĐo l ng là m t quá trình đánh giá đ nh l ng đ i l ng c nườ ộ ị ượ ạ ượ ầ
đo đ có k t qu b ng s so v i đ n v đo.ể ế ả ằ ố ớ ơ ị
K t qu đo l ng (Aế ả ườ x) là giá tr b ng s , đ c đ nh nghĩa b ng t s gi aị ằ ố ượ ị ằ ỉ ố ữ
đ i l ng c n đo (X) và đ n v đo (Xạ ượ ầ ơ ị 0):
Ax = X/X0.
Quá trình đo l ng: ườ quá trình đo là quá trình xác đ nh t s : ị ỉ ố
0
X
X
Ax=
(1-1)
T (1.1) có ph ng trình c b n c a phép đo: X = Aừ ươ ơ ả ủ x .X0, ch rõ s so sánh X soỉ ự
v i Xớ0, nh v y mu n đo đ c thì đ i l ng c n đo X ph i có tính ch t là các giáư ậ ố ượ ạ ượ ầ ả ấ
tr c a nó có th so sánh đ c, khi mu n đo m t đ i l ng không có tính ch t soị ủ ể ượ ố ộ ạ ượ ấ
sánh đ c th ng ph i chuy n đ i chúng thành đ i l ng có th so sánh đ c.ượ ườ ả ể ổ ạ ượ ể ượ
Nh v y,ư ậ trong quá trình đo l ng c n ph i quan tâm đ n: đ i l ng c nườ ầ ả ế ạ ượ ầ
đo X (các tính ch t c a nó), đ n v đo Xấ ủ ơ ị 0 và phép tính toán đ xác đ nh t s (1-1)ể ị ỉ ố
đ có các ph ng pháp xác đ nh k t qu đo l ng Aể ươ ị ế ả ườ X th a mãn yêu c u.ỏ ầ
Ví d : đo đ c dòng đi n I=5A, có nghĩa là: đ i l ng c n đo là dòng đi nụ ượ ệ ạ ượ ầ ệ
I, đ n v đo là A(ampe), k t qu b ng s là 5. ơ ị ế ả ằ ố
1.1.2 Phân lo i các lo i m u đo và d ng c đo: ạ ạ ẫ ụ ụ M u và d ng c đo đ cẫ ụ ụ ượ
chia làm hai lo i: lo i làm m u và lo i công tácạ ạ ẫ ạ
- M u đo và d ng c đo làm m u dùng đ ki m tra các m u đo vàẫ ụ ụ ẫ ể ể ẫ
d ng c đo khác , lo i này đ c ch t o và s d ng theo các tiêu chu n kụ ụ ạ ượ ế ạ ử ụ ẩ ỹ
thu t đ m b o làm vi c chính xác .Đ c các c s nhà n c qu n lý vàậ ả ả ệ ượ ơ ở ướ ả
b o qu n .ả ả
- M u đo và d ng c đo công tác dùng đ đo trong th c t nh trong quáẫ ụ ụ ể ự ế ư
trình s a ch ã , s n xu t , và thí nghi m.ử ư ả ấ ệ
§ 1.2 Các lo i ph ng pháp đoạ ươ
Tùy thu c vào đ i t ng đo, đi u ki n đo và đ chính xác yêu c u c a phépộ ố ượ ề ệ ộ ầ ủ
đo mà ng i quan sát ph i bi t ch n các ph ng pháp đo khác nhau đ th c hi nườ ả ế ọ ươ ể ự ệ
t t quá trình đo l ng.ố ườ
Có th có nhi u ph ng pháp đo khác nhau nh ng trong th c t th ngể ề ươ ư ự ế ườ
phân thành 2 lo i ph ng pháp đo chính là ph ng pháp đo bi n đ i th ng vàạ ươ ươ ế ổ ẳ
ph ng pháp đo ki u so sánh.ươ ể
1.2.1 Ph ng pháp đo bi n đ i th ng ươ ế ổ ẳ
a. Đ nh nghĩa:ị là ph ng pháp đo có s đ c u trúc theo ki u bi n đ i th ng,ươ ơ ồ ấ ể ế ổ ẳ
Leâ Kim Anh 1
B môn: T đ ng hóa – Cung c p đi n Bài giàng đo l ngộ ự ộ ấ ệ ườ
đi nệ
nghĩa là không có khâu ph n h i.ả ồ
b. Quá trình th c hi n:ự ệ
* Đ i l ng c n đo X qua các khâu bi n đ i đ bi n đ i thành con s Nạ ượ ầ ế ổ ể ế ổ ố X,
đ ng th i đ n v c a đ i l ng đo Xồ ờ ơ ị ủ ạ ượ 0 cũng đ c bi n đ i thành con s Nượ ế ổ ố 0 .
* Ti n hành quá trình so sánh gi a đ i l ng đo và đ n v (th c hi n phépế ữ ạ ượ ơ ị ự ệ
chia NX/N0),
•Thu đ c k t qu đo: Aượ ế ả X = X/X0 = NX/N0
Quá trình này đ c g i là quá trình bi n đ i th ng, thi t b đo th c hi n quáượ ọ ế ổ ẳ ế ị ự ệ
trình này g i là thi t b đo bi n đ i th ng. Tín hi u đo X và tín hi u đ n v Xọ ế ị ế ổ ẳ ệ ệ ơ ị 0 sau
khi qua khâu bi n đ i (có th là m t hay nhi u khâu n i ti p) có th đ c qua bế ổ ể ộ ề ố ế ể ượ ộ
bi n đ i t ng t -s A/D đ có Nế ổ ươ ự ố ể X và N0 , qua khâu so sánh có NX/N0.
D ng c đo bi n đ i th ng th ng có sai s t ng đ i l n vì tín hi u qua cácụ ụ ế ổ ẳ ườ ố ươ ố ớ ệ
khâu bi n đ i s có sai s b ng t ng sai s c a các khâu, vì v y d ng c đo lo iế ổ ẽ ố ằ ổ ố ủ ậ ụ ụ ạ
này th ng đ c s d ng khi đ chính xác yêu c u c a phép đo không cao l m.ườ ượ ử ụ ộ ầ ủ ắ
1.2.2. Ph ng pháp đo ki u so sánhươ ể
a. Đ nh nghĩa:ị là ph ng pháp đo có s đ c u trúc theo ki u m ch vòng, nghĩaươ ơ ồ ấ ể ạ
là có khâu ph n h i.ả ồ
b. Quá trình th c hi n:ự ệ
Đ i l ng đo X và đ i l ng m u Xạ ượ ạ ượ ẫ 0 đ c bi n đ i thành m t đ i l ngượ ế ổ ộ ạ ượ
v t lý nào đó thu n ti n cho vi c so sánh.ậ ậ ệ ệ
Quá trình so sánh X và tín hi u XệK (t l v i Xỉ ệ ớ 0) di n ra trong su t quá trình đo, khiễ ố
hai đ i l ng b ng nhau đ c k t qu Xạ ượ ằ ọ ế ả K s có đ c k t qu đo.ẽ ượ ế ả
Quá trình đo nh v y g i là quá trình đo ki u so sánh. Thi t b đo th c hi n quáư ậ ọ ể ế ị ự ệ
trình này g i là thi t b đo ki u so sánh (hay còn g i là ki u bù).ọ ế ị ể ọ ể
c. Các ph ng pháp so sánh:ươ b so sánh SS th c hi n vi c so sánh đ i l ngộ ự ệ ệ ạ ượ
đo X và đ i l ng t l v i m u Xạ ượ ỉ ệ ớ ẫ K, qua b so sánh có: ∆X = X - XộK. Tùy thu cộ
vào cách so sánh mà s có các ph ng pháp sau:ẽ ươ
* So sánh cân b ng:ằ
Leâ Kim Anh 2
BD A/D SS
X0X0N0
X NxNx/N0
X
SS BD A/D
N0
NxNk
X
D/A
Xk
CT
Hình 1.1. L u đ ph ng pháp đo bi n đ i th ngư ồ ươ ế ổ ẳ
Hình 1.2. L u đ ph ng pháp đo ki u so sánhư ồ ươ ể
B môn: T đ ng hóa – Cung c p đi n Bài giàng đo l ngộ ự ộ ấ ệ ườ
đi nệ
+ Quá trình th c hi n:ự ệ đ i l ng c n đo X và đ i l ng t l v i m u Xạ ượ ầ ạ ượ ỉ ệ ớ ẫ K =
NK.X0 đ c so sánh v i nhau sao cho ∆X = 0, t đó suy ra ượ ớ ừ
X = XK = NK.X0
⇒
suy ra k t qu đo: Aế ả X = X/X0 = NK.
Trong quá trình đo, XK ph i thay đ i khi X thay đ i đ đ c k t qu so sánh là ∆Xả ổ ổ ể ượ ế ả
= 0 t đó suy ra k t qu đo.ừ ế ả
+ Đ chính xác:ộ ph thu c vào đ chính xác c a Xụ ộ ộ ủ K và đ nh y c a thi t b chộ ạ ủ ế ị ỉ
th cân b ng (đ chính xác khi nh n bi t ∆X = 0).ị ằ ộ ậ ế
Ví d :ụ c u đo, đi n th k cân b ng …ầ ệ ế ế ằ
* So sánh không cân b ng:ằ
+ Quá trình th c hi n:ự ệ đ i l ng t l v i m u Xạ ượ ỉ ệ ớ ẫ K là không đ i và bi tổ ế
tr c, qua b so sánh có đ c ∆X = X - Xướ ộ ượ K, đo ∆X s có đ c đ i l ng đo X =ẽ ượ ạ ượ
∆X + XK t đó có k t qu đo: Aừ ế ả X = X/X0 = (∆X + XK)/X0 .
+ Đ chính xác:ộ đ chính xác c a phép đo ch y u do đ chính xác c a Xộ ủ ủ ế ộ ủ K
quy t đ nh, ngoài ra còn ph thu c vào đ chính xác c a phép đo ∆X, giá tr c aế ị ụ ộ ộ ủ ị ủ
∆X so v i X (đ chính xác c a phép đo càng cao khi ∆X càng nh so v i X).ớ ộ ủ ỏ ớ
Ph ng pháp này th ng đ c s d ng đ đo các đ i l ng không đi n, nh đoươ ườ ượ ử ụ ể ạ ượ ệ ư
ng su t (dùng m ch c u không cân b ng), đo nhi t đ …ứ ấ ạ ầ ằ ệ ộ
* So sánh không đ ng th i:ồ ờ
+ Quá trình th c hi n:ự ệ d a trên vi c so sánh các tr ng thái đáp ng c aự ệ ạ ứ ủ
thi tế
b đo khi ch u tác đ ng t ng ng c a đ i l ng đo X và đ i l ng t l v i m uị ị ộ ươ ứ ủ ạ ượ ạ ượ ỉ ệ ớ ẫ
XK, khi hai tr ng thái đáp ng b ng nhau suy ra X = Xạ ứ ằ K .
Đ u tiên d i tác đ ng c a X gây ra m t tr ng thái nào đo trong thi t b đo, sau đóầ ướ ộ ủ ộ ạ ế ị
thay X b ng đ i l ng m u Xằ ạ ượ ẫ K thích h p sao cho cũng gây ra đúng tr ng thái nhợ ạ ư
khi X tác đ ng, t đó suy ra X = Xộ ừ K. Nh v y rõ ràng là Xư ậ K ph i thay đ i khi Xả ổ
thay đ i.ổ
+ Đ chính xác:ộ ph thu c vào đ chính xác c a Xụ ộ ộ ủ K. Ph ng pháp này chínhươ
xác vì khi thay XK b ng X thì m i tr ng thái c a thi t b đo v n gi nguyên.ằ ọ ạ ủ ế ị ẫ ữ
Th ng thì giá tr m u đ c đ a vào kh c đ tr c, sau đó qua các v ch kh cườ ị ẫ ượ ư ắ ộ ướ ạ ắ
m u đ xác đ nh giá tr c a đ i l ng đo X. Thi t b đo theo ph ng pháp này làẫ ể ị ị ủ ạ ượ ế ị ươ
các thi t b đánh giá tr c ti p nh vônmét, ampemét ch th kim.ế ị ự ế ư ỉ ị
* So sánh đ ng th i:ồ ờ
+ Quá trình th c hi n:ự ệ so sánh cùng lúc nhi u giá tr c a đ i l ng đo X vàề ị ủ ạ ượ
đ i l ng m u Xạ ượ ẫ K, căn c vào các giá tr b ng nhau suy ra giá tr c a đ i l ng đo.ứ ị ằ ị ủ ạ ượ
Ví d :ụ xác đ nh 1 inch b ng bao nhiêu mm: l y th c có chia đ mm (m u), th cị ằ ấ ướ ộ ẫ ướ
kia theo inch (đ i l ng c n đo), đ t đi m 0 trùng nhau, đ c đ c các đi m trùngạ ượ ầ ặ ể ọ ượ ể
nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, t đó có đ c:ừ ượ
1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm
Trong th c t th ng s d ng ph ng pháp này đ th nghi m các đ c tính c aự ế ườ ử ụ ươ ể ử ệ ặ ủ
các c m bi n hay c a thi t b đo đ đánh giá sai s c a chúng.ả ế ủ ế ị ể ố ủ
T các ph ng pháp đo trên có th có các cách th c hi n phép đo là:ừ ươ ể ự ệ
- Đo tr c ti p :ự ế k t qu có ch sau m t l n đoế ả ỉ ộ ầ
- Đo gián ti p:ế k t qu có b ng phép suy ra t m t s phép đo tr c ti p.ế ả ằ ừ ộ ố ự ế
Leâ Kim Anh 3
B môn: T đ ng hóa – Cung c p đi n Bài giàng đo l ngộ ự ộ ấ ệ ườ
đi nệ
- Đo h p b :ợ ộ nh gián ti p nh ng ph i gi i m t ph ng trình hay m t hư ế ư ả ả ộ ươ ộ ệ
ph ng trình m i có k t qu .ươ ớ ế ả
- Đo th ng kê:ố đo nhi u l n và l y giá tr trung bình m i có k t qu .ề ầ ấ ị ớ ế ả
§ 1.3 Các đ c tr ng c b n c a d ng c đo ặ ư ơ ả ủ ụ ụ
M c đích c a quá trình đo l ng là tìm đ c k t qu đo l ng Aụ ủ ườ ượ ế ả ườ X, tuy nhiên
đ k t ẻ ế qu đo l ng Aả ườ X th a mãn các yêu c u đ t ra đ có th s d ng đ cỏ ầ ặ ể ể ử ụ ượ
đòi h i ph i n m ỏ ả ằ v ng các đ c tr ng c a quá trình đo l ng. ữ ặ ư ủ ườ
1.3.1 Đ nh yộ ạ
- Là 1 thông s kh o sát m i quan h gi a đ i l ng ra và đ i l ng vàoố ả ố ệ ữ ạ ượ ạ ượ
1.3.2 Ng ng nh yưỡ ạ
- Là giá tr nh nh t c a đ i l ng đo đ u vào mà ta bi t đ c đ u raị ỏ ấ ủ ạ ượ ở ầ ế ượ ở ầ
1.3.3 Thang đo và thang chia độ
- Thang đo là ph m vi làm vi c c a 1 d ng c đo.ạ ệ ủ ụ ụ
- Thang chia đ là 1 khung tròn trên đó có kh c các v ch b ng nhau vàộ ắ ạ ằ
không b ng nhau.Trên m i v ch t ng ng v i giá tr nh t đ nh c a đ i l ngằ ỗ ạ ươ ứ ớ ị ấ ị ủ ạ ượ
c n đo.ầ
1.3.4 C ác sai s và c p chính xác c a d ng c đoố ấ ủ ụ ụ
a. Sai s tuy t đ i, sai s t ng đ i, sai s h th ngố ệ ố ố ươ ố ố ệ ố
- Sai s c a phép đo: là sai s gi a k t qu đo l ng so v i giá tr chính xác c aố ủ ố ữ ế ả ườ ớ ị ủ
đ i l ng đo.ạ ượ
- Giá tr th c Xị ự th c a đ i l ng đo:ủ ạ ượ là giá tr c a đ i l ng đo xác đ nh đ cị ủ ạ ượ ị ượ
v i m t đ chính xác nào đó (th ng nh các d ng c m u có cáp chính xác caoớ ộ ộ ườ ờ ụ ụ ẫ
h n d ng c đo đ c s d ng trong phép đo đang xét).ơ ụ ụ ượ ử ụ
Giá tr chính xác (giá tr đúng) c a đ i l ng đo th ng không bi t tr c, vì v yị ị ủ ạ ượ ườ ế ướ ậ
khi đánh giá sai s c a phép đo th ng s d ng giá tr th c Xố ủ ườ ử ụ ị ự th c a đ i l ng đo.ủ ạ ượ
Nh v y, ta ch có s đánh giá g n đúng v k t qu c a phép đo. Vi c xác đ nh saiư ậ ỉ ự ầ ề ế ả ủ ệ ị
s c a phép đo - t c là xác đ nh đ tin t ng c a k t qu đo là m t trong nh ngố ủ ứ ị ộ ưở ủ ế ả ộ ữ
nhi m v c b n c a đo l ng h c.ệ ụ ơ ả ủ ườ ọ
Sai s c a phép đo có th phân lo i theo cách th hi n b ng s , theo ngu n gây raố ủ ể ạ ể ệ ằ ố ồ
sai s ho c theo qui lu t xu t hi n c a sai s .ố ặ ậ ấ ệ ủ ố
Tiêu chí phân
lo iạTheo cách thể
hi n b ng sệ ằ ố Theo ngu n gây raồ
sai sốTheo quy lu t xu tậ ấ
hi n c a sai sệ ủ ố
Lo i sai sạ ố
- Sai s tuy t đ iố ệ ố
- Sai s t ng đ iố ươ ố - Sai s ph ngố ươ
pháp
- Sai s thi t bố ế ị
- Sai s ch quanố ủ
- Sai s bên ngoài.ố
- Sai s h th ngố ệ ố
- Sai s ng uố ẫ
nhiên.
- Sai s tuy t đ i ∆X: là hi u gi a đ i l ng đo X và giá tr th c Xố ệ ố ệ ữ ạ ượ ị ự th :
∆X = X - Xth
Leâ Kim Anh 4
B môn: T đ ng hóa – Cung c p đi n Bài giàng đo l ngộ ự ộ ấ ệ ườ
đi nệ
- Sai s t ng đ i γX : là t s gi a sai s tuy t đ i và giá tr th c tính b ngố ươ ố ỉ ố ữ ố ệ ố ị ự ằ
ph n trăm: ầ
(%)100.
th
XX
X∆
=
γ
Vì X ≈ Xth nên có th có: ể
(%)100.
th
XX
X∆
≈
γ
Sai s t ng đ i đ c tr ng cho ch t l ng c a phép đo.ố ươ ố ặ ư ấ ượ ủ
Đ chính xác c a phép đo ε : đ i l ng ngh ch đ o c a sai s t ng đ i:ộ ủ ạ ượ ị ả ủ ố ươ ố
X
th
X
X
γ
ε
1
=
∆
=
- Sai s h th ngố ệ ố (systematic error): thành ph n sai s c a phép đo luôn không đ iầ ố ủ ổ
ho c thay đ i có qui lu t khi đo nhi u l n m t đ i l ng đo.ặ ổ ậ ề ầ ộ ạ ượ
Qui lu t thay đ i có th là m t phía (d ng hay âm), có chu kỳ ho c theo m t quiậ ổ ể ộ ươ ặ ộ
lu t ph c t p nào đó.ậ ứ ạ
Ví d :ụ sai s h th ng không đ i có th là: sai s do kh c đ thang đo (v ch kh cố ệ ố ổ ể ố ắ ộ ạ ắ
đ b l ch…), sai s do hi u ch nh d ng c đo không chính xác (ch nh đ ng tâmộ ị ệ ố ệ ỉ ụ ụ ỉ ườ
ngang sai trong dao đ ng ký…)…ộ
Sai s h th ng thay đ i có th là sai s do s dao đ ng c a ngu n cung c p (pinố ệ ố ổ ể ố ự ộ ủ ồ ấ
y u, n áp không t t…), do nh h ng c a tr ng đi n t …ế ổ ố ả ưở ủ ườ ệ ừ
b. C p chính xácấ
- C p chính xác c a d ng c đo là giá tr sai s c c đ i mà d ng c đo m cấ ủ ụ ụ ị ố ự ạ ụ ụ ắ
ph i.ả
C p chính xác c a d ng c đo đ c qui đ nh đúng b ng sai s t ng đ i qui đ iấ ủ ụ ụ ượ ị ằ ố ươ ố ổ
c a d ng c đó và đ c Nhà n c qui đ nh c th : ủ ụ ụ ượ ướ ị ụ ể
(%)100.
m
m
qdX X
X∆
=
γ
v i ∆Xớm- sai s tuy t đ i c c đ i, Xố ệ ố ự ạ m- giá tr l n nh t c a thang đo.ị ớ ấ ủ
Sau khi xu t x ng ch t o thi t b đo l ng s đ c ki m nghi m ch t l ng,ấ ưở ế ạ ế ị ườ ẽ ượ ể ệ ấ ượ
chu n hóa và xác đ nh c p chính xác. T c p chính xác c a thi t b đo l ng sẩ ị ấ ừ ấ ủ ế ị ườ ẽ
đánh giá đ c sai s c a k t qu đo.ượ ố ủ ế ả
Th ng c p chính xác c a d ng c đo đ c ghi ngay trên d ng c ho c ghi trongườ ấ ủ ụ ụ ượ ụ ụ ặ
s tay kĩ thu t c a d ng c đo. ổ ậ ủ ụ ụ
- D ng c làm m u: 0.05, 0.1ụ ụ ẫ
- Dùng trong phòng thí nghi m: 0.2 ,0.5ệ
- Ngành đi n th ng dùng: 1, 1.5ệ ườ
- Dùng trong s n xu t : 2.5 ,4ả ấ
CH NG 2ƯƠ
Leâ Kim Anh 5