intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Kỹ thuật đo lường cảm biến - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên

Chia sẻ: Le Thanh Hai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:190

354
lượt xem
65
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Bài giảng Kỹ thuật đo lường cảm biến có kết cấu nội dung gồm 11 chương, nội dung tài liệu gồm có: Khái niệm về đo lường – các cơ cấu chỉ thị đo lường, đo dòng điện, đo điện áp, đo các thông số mạch điện, đo công suất và điện năng,...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật đo lường cảm biến - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN<br /> KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ<br /> <br /> BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG<br /> CẢM BIẾN<br /> <br /> 1<br /> <br /> BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN<br /> <br /> PHẦN 1: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG<br /> CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG – CÁC CƠ CẤU<br /> CHỈ THỊ ĐO LƯỜNG<br /> 1.1. Lý luận chung về đo lường<br /> 1.1.1 Định nghĩa và phân loại phép đo<br /> a. Định nghĩa<br /> Định nghĩa đo lường rất quan trọng vì nó thể hiện quan điểm đối với kỹ thuật đo<br /> lường. Nó là tiền đề cơ bản cho mọi lý luận về thiết bị đo và hệ thống thông tin đo lường.<br /> Do đó ta có thể thống nhất về định nghĩa đo lường như sau:<br /> Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết quả<br /> bằng số so với đơn vị đo.<br /> Khái niệm về đánh giá định lượng ở đây có thể hiểu rất hẹp như phép đo biến đổi<br /> thẳng nhưng cũng có thể hiểu là quá trình thu thập và biến đổi tin tức hoặc quá trình ước<br /> lượng và đánh giá ước lượng của các quá trình ngẫu nhiên, kết quả đánh giá là một con số<br /> so với đơn vị thể hiện quá trình lượng tử hoá và mã hoá ra kết quả bằng số và một phép<br /> so với đơn vị.<br /> Với định nghĩa trên thì đo lường là một quá trình thể hiện ba thao tác chính là:<br /> - Biến đổi tín hiệu và tin tức<br /> - So sánh với đơn vị đo hay so sánh với mẫu trong quá trình đo lường<br /> - Chuyển đơn vị, mã hoá để có kết quả bằng số so với đơn vị<br /> Vậy quá trình đo có thể viết dưới dạng:<br /> Ax = X/Xo<br /> Trong đó:<br /> Ax : Là kết quả của đại lượng cần đo<br /> X : Đại lượng cần đo<br /> Xo : Đơn vị đo<br /> Ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp để đo các đại lượng khác<br /> nhau, nghiên cứu về mẫu và đơn vị đo gọi là đo lường học<br /> Ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu và áo dụng các thành quả của đo lường học<br /> vào phục vụ sản xuất và đời sống gọi là kỹ thuật đo lường<br /> Để thực hiện quá trình đo lường ta phải biết chọn cách đo khác nhau phụ thuộc<br /> vào đối tượng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu của phép đo<br /> b. Phân loại phép đo<br /> Để thực hiện một phép đo người ta có thể thực hiện nhiều cách khác nhau. Ta có<br /> thể phân ra như sau:<br /> a.<br /> Đo trực tiếp: là cách đo mà kết quả nhận được từ một phép đo duy nhất.<br /> Cách đo này nhận được kết quả ngay, dụng cụ đo sử dụng thường ứng với kết quả<br /> đo. Ví dụ: đo điện áp dùng Vôn mét. Chúng ta thấy thực tế các phép đo đều sử dụng<br /> phép đo đều sử dụng cách đo trực tiếp này.<br /> b.<br /> Đo gián tiếp:<br /> Là cách đo mà kết quả đo suy ra từ sự phố hợp kết quả của nhiều phép đo trự tiếp.<br /> 2<br /> <br /> BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN<br /> <br /> Ví dụ: Đo điện trở dùng Vôn mét và ampe mét, sau đó ta tính ra điện trở. Cách đo<br /> này gặp phải sai số là tổng sai số của các phép đo.<br /> c.<br /> Đo hợp bộ:<br /> Cách đo mà kết quả đo sẽ được đưa ra cùng một lúc với nhau khi giải hệ phương<br /> trình.<br /> d.<br /> Đo thống kê<br /> Là cách đo mà ta đo nhiều lần sau đó lấy trung bình. Thực hiện khi tín hiệu đo là<br /> ngẫu nhiên hoặc khi kiểm tra độ chính xác của một dụng cụ đo<br /> 1.1.2. Sai số, phương pháp giảm sai số<br /> a. Sai số của phép đo<br /> Ngoài sai số của dụng cụ đo, việc thực hiện quá trình đo cũng gây ra nhiều sai số.<br /> Những sai số này gây ra bởi những yếu tố như: Phương pháp đo được chọn, mức độ cẩn<br /> thận khi đo…Do vậy kết quả đo lường không đúng với giá trị chính xác của đại lượng đo<br /> mà có sai số. Đó là sai số của phép đo. Có thể phân loại sai số của phép đo như sau:<br /> <br /> Theo cách thể hiện bằng số<br /> • Sai số tuyệt đối là hiệu giữa đại lượng đo X và giá trị thực Xth<br /> ΔX = X – Xth<br /> • Sai số tương đối γX được tính bằng phần trăm của tỉ số sai số tuyệt đối và giá trị<br /> thực:<br /> =<br /> <br /> 100 ≈<br /> <br /> 100<br /> <br /> Vì X và Xth gần bằng nhau.<br /> <br /> Theo nguồn gây ra sai số<br /> Người ta phân thành:<br /> • Sai số phương pháp là sai số sinh ra do sự không hoàn thiện của phương pháp đo<br /> và sự không chính xác biểu thức lý thuyết cho ta kết quả của đại lượng đo.<br /> • Sai số thiết bị là sai số của thiết bị đo sử dụng trong phép đo, nó liên quan đến<br /> cấu trúc và mạch đo của dụng cụ không được hoàn chỉnh, tình trạng của dụng cụ đo…<br /> • Sai số chủ quan là sai số gây ra do người sử dụng. Ví dụ như do mắt kém, do cẩu<br /> thả…<br /> • Sai số khách quan là sai số gây ra do ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài lên đối<br /> tượng đo cũng như dụng cụ đo. Ví dụ như nhiệt độ, độ ẩm…<br /> <br /> Theo quy luật xuất hiện của sai số<br /> • Sai số hệ thống là thành phần sai số của phép đo luôn không đổi hay là thay đổi<br /> có quy luật khi đo nhiều lần một đại lượng đo.<br /> Sai số hệ thống không đổi bao gồm sai số do khắc độ thang đo, sai số do hiệu<br /> chỉnh dụng cụ đo không chính xác (chỉnh “0” không đúng), sai số nhiệt độ tại thời điểm<br /> đo. v.v.<br /> Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự biến động của nguồn cung cấp (pin<br /> bị yếu đi) do ảnh hưởng của các trường điện từ hay những yếu tố khác.<br /> 3<br /> <br /> BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN<br /> <br /> Việc phát hiện sai số hệ thống là rất phức tạp nhưng nếu đã phát hiện được thì việc<br /> đánh giá và loại trừ nó sẽ không còn khó khăn<br /> Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách: phân tích lý thuyết; kiểm<br /> tra dụng cụ đo trước khi sử dụng nó; chuẩn trước khi đo; chỉnh “0” trước khi đo; tiến<br /> hành nhiều phép đo bằng các phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế; sử dụng<br /> các bù sai số ngược dấu (cho một lượng hiệu chỉnh với dấu ngược lại); trong trường hợp<br /> sai số hệ thống không đổi thì có thể loại được bằng cách đưa vào một lượng hiệu chỉnh<br /> hay một hệ số hiệu chỉnh.<br /> Lượng hiệu chỉnh là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm vào kết quả<br /> đo nhằm loại sai số hệ thống.<br /> Hệ số hiệu chỉnh là số được nhân với kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống.<br /> • Sai số ngẫu nhiên là thành phần sai số của phép đo thay đổi không theo một quy<br /> luật nào cả mà ngẫu nhiên khi nhắc lại phép đo nhiều lần một đại lượng duy nhất. Giá trị<br /> và dấu của sai số ngẫu nhiên không thể xác định được, vì sai số ngẫu nhiên gây ra do<br /> những nguyên nhân mà tác động của chúng không giống nhau trong mỗi lần đo cũng như<br /> không thể xác định được. Để phát hiện sai số ngẫu nhiên người ta nhắc lại nhiều lần đo<br /> cùng một đại lượng và vì thế để xét ảnh hưởng của nó đến kết quả đo người ta sử dụng<br /> toán học thống kê và lý thuyết xác suất.<br /> b. Sai số của dụng cụ đo<br /> Nguyên nhân gây ra sai số của dụng cụ đo thì có nhiều loại. Có thể đó là những<br /> nguyên nhân do chính phương pháp đo gây ra hoặc 1 nguyên nhân nào đấy có tính quy<br /> luật hoặc cũng có thể là do các yếu tố biến động ngẫu nhiên gây ra. Trên cơ sở đó người<br /> ta phân biệt hai loại sai số là sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên<br /> • Sai số hệ thống: còn gọi là sai số cơ bản, là sai số mà giá trị của nó luôn luôn<br /> không đổi hay thay đổi có quy luật. Sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được.<br /> • Sai số ngẫu nhiên: là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do các biến<br /> động của môi trường bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm…). Sai số này còn gọi là sai số<br /> phụ<br /> Tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác của dụng cụ đo là cấp chính xác.<br /> Người ta quy định cấp chính xác của dụng cụ đo đúng bằng sai số tương đối quy<br /> đổi của dụng cụ đo đó:<br /> %=<br /> <br /> 100%<br /> <br /> XN: là giá trị cực đại của thang đo<br /> Δm: là sai số tuyệt đố cực đại<br /> c. Sai số của kết quả các phép đo gián tiếp<br /> Khi tính toán các sai số ngẫu nhiên của phép đo gián tiếp cần nhớ rằng đại lượng<br /> cần đo có quan hệ hàm với một hay nhiều đại lượng đo trực tiếp.<br /> Giả sử X là đại lượng cần đo bằng phép đo gián tiếp; Y,V,Z là các đại lượng đo<br /> được bằng phép đo trực tiếp<br /> X = F(Y,V,Z)<br /> 4<br /> <br /> BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN<br /> <br /> ΔY, ΔV, ΔZ là các sai số hệ thống tương ứng khi đo Y, V, Z ; ΔX là sai số hệ<br /> thống khi xác định X<br /> <br /> TH1: X = aY + bV + cZ<br /> ΔX = a ΔY + bΔV+ cΔZ<br /> TH2:<br /> <br /> Ví dụ: Phương pháp đo điện áp dùng Ôm kế và Ampe kế. Biết<br /> = ±1%. Tính<br /> <br /> = ±3% và<br /> <br /> =? %<br /> <br /> LG<br /> Ta có U = I.R<br /> +<br /> <br /> ΔU =<br /> <br /> = .<br /> <br /> + .<br /> <br /> →<br /> =<br /> <br /> .<br /> <br /> + .<br /> <br /> =<br /> <br /> .<br /> <br /> + .<br /> .<br /> <br /> =<br /> <br /> +<br /> <br /> = ±(3% + 1%) = ±4%<br /> <br /> 1.2. Đặc tính của thiết bị đo<br /> 1.2.1. Độ nhạy<br /> Độ nhạy của một dụng cụ đo được tính bằng:<br /> S<br /> <br /> Y<br /> X<br /> <br /> Y<br /> <br /> Y=f(X)<br /> Nêu nên sự biến thiên của đại lượng đầu ra Y<br /> so với sự biến thiên nhỏ ở đầu vào X.<br /> Y<br /> - Trong trường hợp quan hệ giữa đại lượng ở<br /> đầu ra và đại lượng đầu vào là tuyến tính thì độ nhạy S<br /> = const và được gọi là độ nhạy của thiết bị đo.<br /> X<br /> - Trong trường hợp S là hàm của X thì quan hệ<br /> X<br /> là phi tuyến (độ nhạy thay đổi theo giá trị đo).<br /> Như vậy khi nói đến độ nhạy nghĩa là xác định S trong phạm vi nhỏ xung quanh X<br /> thì ta có quan hệ tuyến tính.<br /> - Trong trường hợp thiết bị gồm nhiều khâu thì ta có:<br /> S = S1. S2 ....Sn.<br /> Theo lý thuyết thì xét quan hệ Y, X thì X nhỏ bao nhiêu cũng được nhưng thực tế<br /> cho thấy với X nhỏ đến một giá trị nào đấy (X  ) thì Y không thể xác định được.<br /> Nguyên nhân do ma sát, hiện tượng trễ,.....<br /> <br /> 5<br /> <br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2