Giáo trình Hiệu chuẩn thiết bị đo lường (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hoá - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Hiệu chuẩn thiết bị đo lường được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Hiệu chuẩn thiết bị đo lường; Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu khí nén và kiểu tương tự; Transmitter thông minh; Transducer và bộ định vị van. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hiệu chuẩn thiết bị đo lường (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hoá - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG NGHỀ: SỬA CHỮA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 198/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Hiệu chuẩn thiết bị đo lường được dịch và biên soạn dành cho sinh viên hệ trung cấp và cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị tự động hóa (SCTBTĐH) của Trường Cao Đẳng Dầu Khí và thuộc môn học chuyên ngành. Các sinh viên nghề SCTBTĐH trước khi học môn học này cần hoàn thành môn học Thiết bị đo lường. Nội dung của giáo trình gồm 04 bài: Bài 1: Hiệu chuẩn thiết bị đo lường Bài 2: Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu khí nén và kiểu tương tự Bài 3: Transmitter thông minh Bài 4: Transducer và bộ định vị van Tác giả chân thành gửi lời cám ơn đến các đồng nghiệp Tổ Kĩ Thuật Điện và Tự Động Hóa đã giúp tác giả hoàn thiện giáo trình này. Tuy đã nỗ lực nhiều, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được sự kiến đóng góp để lần ban hành tiếp theo được hoàn thiện hơn. Chân thành cảm ơn. Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 03 năm 2020 Tham gia biên soạn 1. ThS. Nguyễn Xuân Thịnh - Chủ biên 2. ThS. Phan Đúng 3. ThS. Phạm Thị Thu Hường 4. KS. Tô Minh Dần
MỤC LỤC 1 BÀI 1: HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG ............................................... 13 1.1 Xác định các công việc hiệu chuẩn ....................................................................... 15 1.1.1 Tín hiệu vào hoặc nguồn vào .................................................................... 16 1.1.2 Tín hiệu hoặc nguồn ra .............................................................................. 17 1.1.3 Các khái niệm về hiệu chuẩn .................................................................... 17 1.1.4 Quá trình hiệu chuẩn ................................................................................. 18 1.1.5 Lưu hồ sơ................................................................................................... 19 1.2 Phương pháp hiệu chuẩn 5 điểm ........................................................................... 19 2 BÀI 2: HIỆU CHUẨN CÁC THIẾT BỊ KIỂU KHÍ NÉN VÀ KIỂU TƯƠNG TỰ 25 2.1 Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu khí nén ..................................................................... 26 2.1.1 Thiết bị hiệu chuẩn đa năng kiểu khí nén ................................................. 27 2.1.2 Transmitter áp suất chênh kiểu khí nén .................................................... 28 2.1.3 Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 29 2.1.4 Tổng quan quy trình hiệu chuẩn thiết bị kiểu khí nén .............................. 32 2.1.5 Transmitter nhiệt độ .................................................................................. 33 2.2 Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu tương tự ................................................................... 33 2.2.1 Thiết bị hiệu chuẩn đa năng kiểu tương tự................................................ 33 2.2.2 Transmitter áp suất chênh kiểu tương tự ................................................... 34 2.2.3 Áp suất thủy tĩnh ....................................................................................... 35 2.2.4 Đo mức bồn hở .......................................................................................... 35 2.2.5 Đo mức bồn kín có áp suất ........................................................................ 37 2.2.6 Zero và Span của Rosemount 1151........................................................... 40 2.2.7 Transmitter nhiệt độ với ngõ ra tương tự .................................................. 42 3 BÀI 3: TRANSMITTER THÔNG MINH......................................................... 45 3.1 Giao thức HART ................................................................................................... 47 3.2 Hiệu chuẩn các thiết bị HART .............................................................................. 48 3.2.1 Tóm tắt cấu trúc bên trong của thiết bị HART ......................................... 48 3.2.2 Tầng vào .................................................................................................... 49 3.2.3 Tầng giữa................................................................................................... 50 3.2.4 Tầng ra....................................................................................................... 50 3.2.5 Hiệu chuẩn Transmitter áp suất thông minh kiểu HART ......................... 50
3.2.6 Các lưu ý khi kiểm tra và hiệu chuẩn ........................................................ 51 4 BÀI 4: TRANSDUCER VÀ BỘ ĐỊNH VỊ VAN ............................................... 55 4.1 Transducer ............................................................................................................ 56 4.2 Bộ định vị van ....................................................................................................... 57 4.2.1 Bộ định vị kiểu khí nén và kiểu điện-khí nén ........................................... 58 4.2.2 Bộ định vị thông minh (bộ điều khiển van kỹ thuật số) ............................ 61 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 64
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Bộ hiệu chuẩn đa năng .................................................................................. 16 Hình 1-2: Một ví dụ về mẫu tài liệu hiệu chuẩn ............................................................ 22 Hình 2-1: Các bộ hiệu chuẩn khi nén ............................................................................ 28 Hình 2-2: Transmitter DP kiểu khí nén ......................................................................... 29 Hình 2-3: Transmitter DP kiểu khí nén được lắp đặt để đo lưu lượng .......................... 30 Hình 2-4: Transmitter chênh áp kiểu khí nén Foxboro 13A ......................................... 30 Hình 2-5: Bộ hiệu chuẩn vòng Fluke 725 ..................................................................... 34 Hình 2-6: Các kiểu lắp đặt của transmitter lưu lượng kiểu DP điển hình ..................... 35 Hình 2-7: Một LT được gắn thấp hơn mức nhỏ nhất .................................................... 37 Hình 2-8: Lắp đặt bồn hở với điểm zero âm ................................................................. 37 Hình 2-9: Bù tỷ trọng của chất lỏng trong chân ướt...................................................... 38 Hình 2-10: Zero dương trong lắp đặt kiểu chân ướt ...................................................... 40 Hình 2-11: Vị trí các nút chỉnh zero và span của transmitter Rosemount 1151 ........... 41 Hình 3-1: Bộ giao tiếp HART cầm tay .......................................................................... 48 Hình 3-2: Nguyên lý hoạt động của một Transmitter HART........................................ 49 Hình 3-3: Fluke 754 được kết hợp giữa bộ hiệu chuẩn và bộ giao tiếp ........................ 51 Hình 4-1: Mặt cắt của một transducer I/P ..................................................................... 57 Hình 4-2: Liên kết cơ khí của ty cơ cấu chấp hành van với bộ định vị ......................... 58 Hình 4-3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ định vị khí nén Fisher dòng 3582 .......... 59 Hình 4-4: Bộ định vị điện-khí nén hãng Fisher dòng 3582i .......................................... 61 Hình 4-5: Sơ đồ khối bộ điều khiển van kỹ thuật số Fisher FIELDVUE DVC6000 .... 62
CHƯƠNG TRÌNH MÔ-ĐUN: HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG 1. Tên mô-đun: Hiệu chuẩn thiết bị đo lường 2. Mã mô-đun: TĐH19MĐ07 Thời gian thực hiện mô-đun: 120 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành: 87 giờ; Kiểm tra: 05 giờ). Số tín chỉ: 5 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô-đun: 3.1. Vị trí: Là mô-đun thuộc các mô-đun chuyên ngành của chương trình đào tạo. Môn đun này được dạy sau.môn học thiết bị đo lường và môn học tài liệu và bản vẽ thiết bị đo lường. 3.2. Tính chất: Mô mô-đunđun này trang bị những kiến thức và kỹ năng về công việc hiệu chuẩn, các qui trình hiệu chuẩn thiết bị khí nén, thiết bị điện tử , các thiết bị thông minh (HART), các transducer và bộ định vị van. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Là môn học khoa học mang tính thực tế và ứng dụng thực tiễn dành cho đối tượng là người học chuyên ngành đo lường tự động hóa (Instrumentation). Mô-đun này đã được đưa vào giảng dạy tại trường Cao Đẳng Dầu Khí từ năm 2018 đến nay. Nội dung chủ yếu của mô-đun này nhằm cung cấp các kiến thức và kỹ năng thuộc lĩnh vực đo lường tự động hóa: (1) Mô tả và giải thích được quá trình hiệu chuẩn và các thiết bị dùng để hiệu chuẩn các thiết bị đo lường; (2) Hiệu chuẩn được các loại transmitter kiểu điện tử, kiểu khí nén và bộ định vị van. Qua đó, giáo trình cung cấp các hướng dẫn, các qui trình để thực hiện hiệu chuẩn các loại thiết bị đo lường thường gặp trong thực tế. 4. Mục tiêu mô-đun: 4.1. Về kiến thức: A1. Xác định được quá trình hiệu chuẩn, mô tả được phương pháp hiệu chuẩn 5 điểm và các biên bản được sử dụng trong việc hiệu chuẩn; A2. Mô tả được các thiết bị chuẩn dùng để hiệu chuẩn thiết bị khí nén và tương tự và các qui trình hiệu chuẩn cơ bản; A3. Xác định được và mô tả được các transmitter thông minh và quá trình hiệu chuẩn các thiết bị này; A4. Giải thích được cách hiệu chuẩn transducer và các bộ định vị van. 4.2. Về kỹ năng: B1. Hiệu chuẩn được các transmitter áp suất kiểu khí nén và kiểu điện tử và hoàn thành được các biên bản hiệu chuẩn;
B2. Hiệu chuẩn được các transmitter nhiệt độ và hoàn thành được các biên bản hiệu chuẩn; B3. Hiệu chuẩn được một transducer và hoàn thành được biên bản hiệu chuẩn; B4. Hiệu chuẩn được các bộ định vị van kiểu khí nén, kiểu điện – khí nén và kiểu số và hoàn thành được biên bản hiệu chuẩn. 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc; C2. Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn khi làm công tác hiệu chuẩn thiết bị; C3. Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc. 5. Nội dung của mô đun: 5.1. Chương trình khung: Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Mã Thực hành/ Kiểm tra STT Tên môn học, mô đun tín Tổng MH/MĐ/HP thực tập/ chỉ số Lý thí nghiệm/ thuyết LT TH bài tập/ thảo luận Các môn học chung/đại I 12 255 94 148 8 5 cương 1. MHCB19MH01 Giáo dục chính trị 2 30 15 13 2 2. MHCB19MH03 Pháp luật 1 15 9 5 1 3. MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 4. MHCB19MH07 Giáo dục quốc phòng và 2 45 21 21 1 2 An ninh 5. MHCB19MH09 Tin học 2 45 15 29 1 6. TA19MH01 Tiếng Anh 4 90 30 56 4 Các môn học, mô đun II chuyên môn ngành, 45 1020 346 632 27 15 nghề II.1 Môn học, mô đun cơ sở 18 315 164 133 15 3 7. ATMT19MH01 An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 8. TĐH19MH23 Toán kĩ thuật 2 30 14 14 2 9. TĐH19MH 24 Hình học lắp đặt 3 45 15 27 3 10. TĐH19MH06 Bản vẽ thiết bị đo lường 3 45 42 0 3
Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Mã Thực hành/ Kiểm tra STT Tên môn học, mô đun tín Tổng MH/MĐ/HP thực tập/ chỉ số Lý thí nghiệm/ thuyết LT TH bài tập/ thảo luận 11. KTĐ19MĐ05 Điện kỹ thuật 1 3 60 28 29 2 1 12. TĐH19MH01 An toàn TĐH 2 45 14 29 1 1 13. TĐH19MĐ04 Kĩ thuật số 3 60 28 29 2 1 Môn học, mô đun II.2 chuyên môn ngành, 27 705 182 499 12 12 nghề 14. TĐH19MH05 Thiết bị đo lường 5 90 56 29 4 1 15. TĐH19MĐ08 Lắp đặt hệ thống TĐH 1 4 90 28 58 2 2 16. Cơ sở điều khiển quá TĐH19MĐ10 3 60 28 29 2 1 trình 17. Hiệu chuẩn thiết bị đo TĐH19MĐ07 5 120 28 87 2 3 lường 18. TĐH19MĐ09 Lắp đặt hệ thống TĐH 2 5 120 28 87 2 3 19. TĐH19MH22 Thực tập sản xuất 5 225 14 209 2 Tổng cộng 57 1275 440 780 35 20 5.2. Chương trình chi tiết mô đun: Thời gian (giờ) Số Thực hành, Kiểm tra Nội dung tổng quát Tổng Lý thí nghiệm, TT số thuyết thảo luận, LT TH bài tập 1 Bài 1: Hiệu chuẩn thiết bị đo lường 15 14 0 1 Bài 2: Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu khí 2 64 4 58 2 nén và kiểu tương tự 3 Bài 3: Transmitter thông minh 26 4 22 4 Bài 4: Transducer và bộ định vị van 15 6 7 1 1 Cộng 120 28 87 2 3
6. Điều kiện thực hiện mô đun: 6.1. Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: - Phòng học lý thuyết: đáp ứng phòng học chuẩn - Phòng thực hành: phòng thiết bị đo lường 6.2. Trang thiết bị máy móc: - Máy tính, máy chiếu, bảng, bút viết bảng, giẻ lau - Các thiết bị, máy móc: các thiết bị đo lường như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và mức, van điều khiển, các thiết bị đo/phát tín hiệu chuẩn 6.3. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: - Giáo trình, giáo án - Qui trình thực hành (nếu có) - Phiếu đánh giá thực hành 6.4. Các điều kiện khác: 7. Nội dung và phương pháp đánh giá 7.1. Nội dung: - Kiến thức: từ bài 1 đến bài 4. - Kỹ năng: từ bài 2 đến bài 4. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc; + Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn khi làm công tác hiệu chuẩn thiết bị; + Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc 7.2. Phương pháp đánh giá: 7.2.1. Kiểm tra thưởng xuyên: - Số lượng bài: 02. - Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện tại thời điểm bất kỳ trong quá trình học thông qua việc kiểm tra vấn đáp trong giờ học, kiểm tra viết với thời gian làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội dung thực hành, thực tập, chấm điểm bài tập. 7.2.2. Kiểm tra định kỳ: - Số lượng bài: 05, trong đó 02 bài lý thuyết và 03 bài thực hành. - Cách thức thực hiện: Do giáo viên giảng dạy môn học/mô đun thực hiện theo theo số giờ kiểm tra được quy định trong chương trình môn học ở mục III có thể bằng hình thức kiểm tra viết từ 45 đến 60 phút, chấm điểm bài tập lớn, tiểu luận, làm bài thực hành, thực tập. Giáo viên biên soạn đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án và đề kiểm tra thực hành kèm biểu mẫu đánh giá thực hành theo đúng biểu mẫu qui định. 7.2.3. Thi kết thúc môn học: lý thuyết và thực hành - Hình thức thi: tích hợp lý thuyết (vấn đáp/viết/trắc nghiệm) và thực hành tại phòng thực hành chuyên môn. - Thời gian thi: 60÷120 phút
Hình thức Chuẩn đầu ra Stt Bài kiểm tra Nội dung Thời gian kiểm tra đáp ứng 1. Bài kiểm tra Lý thuyết Bài 1 A1 45 phút số 1 Bài 2 phần 1: hiệu B1, C1, C2, 60 phút Bài kiểm tra 2. Thực hành chuẩn các thiết bị C3 số 2 khí nén bài 2 phần 2: hiệu B2, C1, C2, 60 phút Bài kiểm tra 3. Thực hành chuẩn các thiết bị C3 số 3 tương tự 4. Bài kiểm tra Lý thuyết bài 2, bài 3, và bài 4 A2, A3, A4 45 phút số 4 5. Bài kiểm tra Thực hành bài 3, và bài 4 B3, B4, C1, 60 phút số 5 C2, C3 6. Thi kết thúc Lý thuyết và Bài 1, 2, 4, 4 A1, A2, A3, 60÷120 mô đun thực hành A4, B1, B2, phút B3, B4, C1, C2, C3 8. Hướng dẫn thực hiện mô đun 8.1. Phạm vi áp dụng chương trình - Chương trình mô đun này được áp dụng cho nghề sửa chữa thiết bị tự động hoá, hệ trung cấp và cao đẳng. 8.2. Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy mô đun đào tạo: - Đối với giảng viên/giáo viên: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết hoặc tích hợp hoặc thực hành phù hợp với từng chương/bài học với thời lượng theo giờ dạy hoặc theo buổi dạy. + Tổ chức giảng dạy: tập trung đối với giờ lý thuyết và chia ca đối với giờ thực hành theo qui định. - Đối với người học: + Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) + Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau. + Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 6-8 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. + Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
+ Tham dự thi kết thúc môn học. + Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 8.3. Những trọng tâm chương trình cần chú ý: + Bài 2: Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu khí nén và kiểu tương tự + Bài 3: Transmitter thông minh + Bài 4: Transducer và các bộ định vị van 9. Tài liệu cần tham khảo: [1]. Nguyễn Xuân Thịnh, Hiệu chuẩn thiết bị đo lường, Tài liệu lưu hành nội bộ, Trường Cao Đẳng Dầu Khí, 2017. [2]. NCCER, Instrumentation Level 4, Trainee Guide, third edition – Nhà xuất bản Pearson Education, Inc., New York, Mỹ, 2015. [3]. NCCER, Instrumentation Level 2, Trainee Guide, third edition – Nhà xuất bản Pearson Education, Inc., New York, Mỹ, 2015. [4]. NCCER, Instrumentation Level 3, Trainee Guide, third edition – Nhà xuất bản Pearson Education, Inc., New York, Mỹ, 2015.
1 BÀI 1: HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG GIỚI THIỆU BÀI 1: Tất cả các thiết bị đo lường mà có ngõ ra tuyến tính theo tín hiệu ngõ vào phải được hiệu chuẩn chính xác để hoạt động đúng trong vòng điều khiển. Hiệu chuẩn là một trong các công việc chính của bất kỳ người thợ tự động hóa nào. Các phương pháp hiệu chuẩn cho một loại thiết bị cụ thể thường có thể được sử dụng cho các loại thiết bị khác. Tuy nhiên, các phương pháp nhất quán đôi khi phải được áp dụng trong các trường hợp tiêu chuẩn bởi vì chức năng của một thiết bị đo trong vòng điều khiển. Các thiết bị yêu cầu phải hiệu chuẩn thường được phân loại theo ba nhóm tín hiệu: khí nén, tương tự hoặc thông minh. Mặc dù thiết bị thông minh, PLC và DCS đã trở nên phổ biến trong các vòng điều khiển quá trình, các thiết bị khí nén và tương tự vẫn được sử dụng trong một số ngành công nghiệp và yêu cầu hiệu chuẩn bình thường. Một số thiết bị vòng điều khiển cần phải hiệu chuẩn bao gồm các transmitter, các bộ chuyển đổi, và các bộ định vị van. MỤC TIÊU BÀI 1: Về kiến thức: - Xác định quá trình hiệu chuẩn; - Mô tả phương pháp hiệu chuẩn 5 điểm và các biên bản hiệu chuẩn liên quan; Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc; - Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn khi làm công tác hiệu chuẩn thiết bị; - Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 1 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: phòng thiết bị đo lường - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển Trang 13
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan, các loại trang thiết bị bảo hộ cá nhân - Các điều kiện khác: không có KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1 Nội dung: - Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: o Nghiên cứu bài trước khi đến lớp o Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. o Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. o Nghiêm túc trong quá trình học tập. Phương pháp: - Điểm kiểm tra thường xuyên: Không - Kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành: 01 bài kiểm tra lý thuyết NỘI DUNG BÀI 1 Các thuật ngữ chuyên ngành: - Hiệu chuẩn (calibration): Là quá trình hiệu chỉnh một thiết bị đo để tín hiệu hoặc mức năng lượng ngõ ra của nó tương ứng với mức năng lượng ngõ vào không thể điều chỉnh tại bất kỳ điểm nào. Việc hiệu chuẩn bao gồm kiểm tra tính liên kết chuẩn của thiết bị với chuẩn quốc gia. - Hiệu chuẩn 5 điểm (five-point calibration): Một phương pháp hiệu chuẩn thiết bị đo mà trong đó mức ngõ ra được kiểm tra và thiết lập theo mức tín hiệu vào được mô phỏng tại 5 điểm tính theo phần trăm của span: 0%, 25%, 50%, 75%, 100%, 75%, 50%, 25%, và 0%. theo thứ tự. - In nước (Inches of water): Một đơn vị đo áp suất (1” H2O = 0,036 psi, hoặc 249 Pa). - Bộ hiệu chuẩn vòng đa năng (multifunction loop calibrator): Là một thiết bị kiểm tra dùng để cấp nguồn và đo trên cùng một thiết bị. Bộ hiệu chuẩn đa năng thường thực hiện nhiều loại hiệu chuẩn khác nhau. - Dải đo (range): Giá trị nhỏ nhất và lớn nhất mà một thiết bị có thể đo được. Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển Trang 14
- Khoảng đo (span): Độ chênh lệch giữa giới hạn đo trên và giới hạn đo dưới của một thiết bị đo. - Chỉnh khoảng đo (spanning): Cài đặt ngõ ra của thiết bị sao cho nó ở giá trị lớn nhất khi giá trị ngõ vào đạt giá trị lớn nhất của phạm vi đo đã xác định. - Hiệu chuẩn 3 điểm (three-point calibration): Một phương pháp hiệu chuẩn thiết bị mà trong đó mức ngõ ra được kiểm tra và cài đặt theo mức tín hiệu được mô phỏng ở ngõ vào tại 3 điểm khác nhau theo phần trăm khoảng đo: 0%, 50%, 100%, 50%, và 0%, theo thứ tự. - Chỉnh Zero (Zeroing): Cài đặt ngõ ra của thiết bị sao cho nó đạt giá trị nhỏ nhất khi giá trị ngõ vào đạt giá trị nhỏ nhất của phạm vi đo đã xác định. Tất cả thiết bị mà có tín hiệu ngõ ra tỷ lệ theo tín hiệu vào phải được hiệu chuẩn chính xác để nó hoạt động đúng trong hệ thống. Hiệu chuẩn là một trong những nhiệm vụ chính của bất kỳ kỹ thuật viên đo lường nào. Các phương pháp hiệu chuẩn được sử dụng cho một loại thiết bị đo cụ thể thường có thể được sử dụng cho những loại khác. Tuy nhiên, các phương pháp riêng đôi khi phải được áp dụng trong những trường hợp nhất định bởi vì một chức năng của thiết bị đo trong hệ thống. Các thiết bị đo cần hiệu chuẩn thường được phân loại theo một trong ba nhóm tín hiêu: khí nén, tương tự, hoặc thông minh. Mặc dù thiết bị đo lường thông minh, bộ điều khiển logic khả trình (PLC), và hệ thống điều khiển phân tán (DCS) trở nên phổ biến trong các vòng đo lường điều khiển, các thiết bị đo kiểu khí nén và tương tự vẫn được sử dụng trong một số ngành công nghiệp và cần phải hiệu chuẩn thường xuyên. Một số thiết bị đo trong vòng điều khiển đòi hỏi phải hiệu chuẩn bao gồm transmitter, transducer, và bộ định vị van. 1.1 Xác định các công việc hiệu chuẩn Tất cả thiết bị đo mà yêu cầu phải hiệu chuẩn có ít nhất hai đặc tính phổ biến. Thứ nhất, chúng có một số kiểu tín hiệu vào. Thứ hai, chúng sử dụng ngõ vào đó để tạo ra tín hiệu ngõ ra được sử dụng cho việc đo lường, hoặc là chúng chuyển đổi tín hiệu đó sang một số loại tín hiệu khác (cơ, điện, hoặc khí nén) để sử dụng cho các thiết bị khác trong một kênh đo. Việc hiệu chuẩn bao gồm làm phù hợp theo tỷ lệ tín hiệu ra với tín hiệu vào. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng thiết bị hiệu chuẩn vòng để cung cấp một nguồn biến đổi đến ngõ vào của thiết bị, trong khi một thiết bị khác đọc ngõ ra sử dụng thang đo phù hợp. Việc hiệu chuẩn cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một bộ hiệu chuẩn vòng đa năng, nó có khả năng cấp nguồn và đo trên cùng một thiết bị (hình 1-1). Một bộ hiệu chuẩn đa năng thường có thể thực hiện nhiều phép hiệu chuẩn trên các loại thiết bị khác nhau, làm cho nó trở thành một thiết bị hữu ích để sở hữu. Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển Trang 15
Các thiết bị đo dùng để hiệu chuẩn chính nó phải được hiệu chuẩn và tham chiếu đến các chuẩn được công nhận. Trong hầu hết các trường hợp, để cho một phép hiệu chuẩn có giá trị, các thiết bị đo phải được liên kết chuẩn đến một tổ chức tiêu chuẩn quốc gia chẳng hạn như NIST. Thông thường, các thiết bị đo được gửi đến một phòng thí nghiệm hiệu chuẩn theo kế hoạch. Một tem hiệu chuẩn dán trên thiết bị và một giấy chứng nhận tương ứng xác nhận việc hiệu chuẩn và trạng thái liên kết chuẩn và cho biết ngày hiệu chuẩn. Sau đó công việc hiệu chuẩn được thực hiện bằng thiết bị này được xem là hợp lệ và được liên kết chuẩn. Lưu ý rằng các quy trình được phát thảo trong giáo trình này là chung. Chúng được thiết kế để cung cấp một kiến thức cơ bản về quá trình hiệu chuẩn. Nhớ rằng mỗi thiết bị đo và thiết bị kiểm tra là duy nhất. Luôn luôn tham khảo tài liệu của nhà sản xuất trước khi hiệu chuẩn bất cứ điều gì, và tuân theo các hướng dẫn và các quy trình đúng của công ty. Hình 1-1: Bộ hiệu chuẩn đa năng 1.1.1 Tín hiệu vào hoặc nguồn vào Các thiết bị đo tiếp xúc trực tiếp với quá trình được thiết kế và chế tạo để hoạt động trong một phạm vi tín hiệu vào của một quá trình cụ thể. Tín hiệu vào có thể là áp suất, nhiệt độ, điện áp, dòng điện, hoặc một số dạng tín hiệu khác. Mức của tín hiệu quá trình này thường đại diện cho biến quá trình được đo, vì vậy mức tín hiệu này không được điều tiết tại ngõ vào của thiết bị đo. Ví dụ, các transmitter thường được thiết kế và chế tạo để hoạt động trong phạm vi xác định chẳng hạn như 0-200 inH2O, 0-100 psi, hoặc 1,3-5,3 kPa. Phạm vi hoạt động thường có giá trị lớn nhất và nhỏ nhất, thường được ghi trên thẻ của thiết bị. Điều quan trọng cần lưu ý là giá trị nhỏ nhất không phải là zero – Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển Trang 16
trong thực tế, nó thường là như thế. Ví dụ, một thiết bị đo có phạm vi đo là 60 – 400 inH2O. Thiết bị đo không nên lắp đặt trong trường hợp mà biến đo không hoạt động bình thường trong phạm vi xác định. Thực hiện đo trong trường hợp này có thể làm thiết bị cho kết quả đo sai, thậm chí bị hỏng. 1.1.2 Tín hiệu hoặc nguồn ra Tín hiệu hoặc năng lượng ngõ ra từ một thiết bị đo thì tỷ lệ với tín hiệu vào và thể hiện độ chính xác của nó. Cũng như tín hiệu vào, tín hiệu ra hoạt động trong một phạm vi xác định, chẳng hạn như 0-60 psig, 3-15 psi, 20-100 kPa, 4-20 mA, 10-50 mA, hoặc 1- 5 VDC. Nhớ rằng, giá trị nhỏ nhất không phải luôn là zero. Không giống như mức tín hiệu hoặc năng lượng ngõ vào, tín hiệu ra trên hầu hết thiết bị đo phải được điều chỉnh để chúng tỷ lệ với tín hiệu vào tại bất kỳ điểm đo nào trên thang đo của nó. Hiệu chuẩn thiết bị đo là quá trình hiệu chỉnh tín hiệu ra để nó thể hiện chính xác tín hiệu vào. 1.1.3 Các khái niệm về hiệu chuẩn Để thực hiện hiệu chuẩn, điều quan trọng là phải hiểu các thuật ngữ chính liên quan cũng như các tính toán phải được thực hiện. Hai thuật ngữ thường bị hiểu sai là phạm vi đo (range) và khoảng đo (span). Cả hai thuật ngữ này áp dụng cho ngõ vào cũng như ngõ ra. Một phạm vi đo của thiết bị đo bao gồm các giới hạn ngõ vào hoặc ngõ ra cao và thấp của nó. Ví dụ, nếu một thiết bị đo có thể đo một biến quá trình giữa 60 inH2O và 400 inH2O, phạm vi đo của của nó là 60-400 inH2O. Tương tự, nếu một thiết bị đo có ngõ ra áp suất giữa 3 psi và 15 psi, phạm vi của nó là 3-15 psi. Khoảng đo nói đến độ chênh lệch giữa giới hạn trên và dưới. Ví dụ, nếu một thiết bị đo có phạm vi ngõ vào là 60-400 inH2O, khoảng đo của nó là 340 inH2O (400 – 60 = 340). Tương tự, nếu một thiết bị có phạm vi áp suất ngõ ra là 3-15 psi, khoảng đo của nó là 12 psi (15 – 3 = 12). Là một phần của quá trình hiệu chuẩn, thường cần phải tính toán phần trăm khoảng đo ngõ vào hoặc ngõ ra. Để thực hiện tính phần trăm, chuyển phần trăm sang dạng thập phân (chia cho 100) và nhân với giá trị khoảng đo. Ví dụ, nếu bạn muốn tính điểm 50% của một khoảng đo là 340 inH2O, nhân 340 với 0,5 (dạng thập phân của 50%), được kết quả là 170 inH2O. Khi giá trị nhỏ nhất (gọi là zero - không) của một phạm vi đo là một số khác không, cần phải thêm một bước. Ví dụ, nếu một thiết bị đo có phạm vi đo là 60-400 inH2O, điểm 50% của khoảng đo không phải là 170 inH2O, bởi vì giá trị không (giá trị nhỏ nhất) của Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển Trang 17
phạm vi đo là 60 inH2O, không phải là 0 inH2O. Trong trường hợp này, cộng thêm vào điểm 50% khoảng đo đã tính toán (170) giá trị không (60) để xác định điểm 50% đúng của khoảng đo là 230 inH2O (170 + 60 = 230). Một ví dụ khác, nếu thiết bị có phạm vi ngõ ra là 3-15 psi, nó có khoảng đo là 12 psi. Nhưng do điểm không của nó là 3 psi, không phải 0 psi, giá trị ngõ ra ở điểm 50% sẽ là 9 psi (12 x 50% + 3 = 9). Công thức sau đây có thể được sử dụng để tính toán giá trị tại bất kỳ điểm % nào của khoảng đo, bất kể giá trị không của nó. Giá trị = (giá trị lớn nhất – giá trị nhỏ nhất) x giá trị % + giá trị nhỏ nhất 1.1.4 Quá trình hiệu chuẩn Về mặt khái niệm, hiệu chuẩn là một quá trình rất đơn giản: đặt một tín hiệu vào cụ thể vào thiết bị và đọc ngõ ra tương ứng. Ngõ ra sẽ có một quan hệ theo tỷ lệ biết trước với ngõ vào. Xác định xem ngõ ra có cung cấp các giá trị chính xác cho các ngõ vào đã biết hay không bằng cách đo liên tiếp các điểm theo tỷ lệ phần trăm khác nhau dọc theo thang đo của thiết bị. Nếu điều này không đạt, phải điều chỉnh thiết bị cho đến khi ngõ ra thể hiện giá trị chính xác của ngõ vào cho trước. Một trong những hình thức hiệu chuẩn đơn giản nhất là điều chỉnh điểm không (zeroing) và điều chỉnh điểm span (spanning) của thiết bị. Khi chỉnh zero thiết bị, bạn phải thiết lập giá trị ngõ ra của nó đến giới hạn nhỏ nhất của dải đo, thể hiện giá trị điểm không của quá trình. Ví dụ, xem xét một transmitter khí nén được sử dụng trong một quá trình có dải đo là 20-150 inH2O. Giá trị không là 20 inH2O. Nếu phạm ngõ ra của transmitter là 3-15 psi, giá trị không của nó là 3 psi. Một giá trị 20 inH2O đưa đến ngõ vào transmitter thì ngõ ra của nó sẽ là 3 psi. Nếu không đạt được điều này, bạn phải hiệu chỉnh ngõ ra cho đến khi đạt được. Điều chỉnh điểm span bao gồm thiết lập giới hạn trên của ngõ ra tương ứng với giới hạn trên của ngõ vào. Sử dụng những ví dụ trước, ngõ vào lớn nhất của biến quá trình là 150 inH2O sẽ tạo ở ngõ ra của transmitter 15 psi. Nếu không đạt được điều này, thiết bị phải được hiệu chỉnh cho đến khi đạt được. Khi bạn hoàn thành bước này, thiết bị được điều chỉnh span, nghĩa là nó thực hiện được phép đo trong dải đo mong muốn. Trong một số trường hợp, chỉ cần thiết lập giới hạn trên và giới hạn dưới là đủ. Tuy nhiên, đôi khi điều chỉnh một giá trị sẽ ảnh hưởng đến giá trị khác. Điều chỉnh zero và span cho thiết bị có thể cần phải thực hiện vài lần. Việc hiệu chuẩn thường liên quan nhiều hơn là việc chỉnh zero và chỉnh span. Thường, phải kiểm tra thêm các điểm và hiệu chỉnh theo thứ tự xác định. Các điểm bổ sung này Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển Trang 18
thể hiện các giá trị phần trăm khác nhau của khoảng đo. Đây là lý do tại sao cần phải biết cách tính phần trăm của khoảng đo ngõ vào và ngõ ra. Có nhiều quy trình hiệu chuẩn khác nhau, hai phương pháp phổ biến là hiệu chuẩn 3 điểm và hiệu chuẩn 5 điểm. Quy trình được sử dụng tùy thuộc vào độ chính xác mong muốn, và tiêu chuẩn công nghiệp hoặc công ty đang áp dụng. 1.1.5 Lưu hồ sơ Lưu hồ sơ – lưu lại hồ sơ những gì bạn đã làm – dễ quên, nhưng cực kỳ quan trọng. Hầu hết công ty yêu cầu việc hiệu chuẩn thiết bị phải được ghi chép lại theo một cách nào đó. Với những hệ thống cũ, việc ghi chép thường được thực hiện trên giấy, thường theo một biểu mẫu tiêu chuẩn (hình 1-2). Trong những hệ thống thông minh hiện đại, đặc biệt những hệ thống là một bộ phận của hệ thống DCS, việc hiệu chuẩn có thể được ghi lại dưới dạng điện tử như là một phần của quá trình công nghệ. Trong tất cả các trường hợp, việc lưu hồ sơ chuẩn mực là quan trọng bởi vì nó cung cấp các bằng chứng rằng các thiết bị đo được bảo trì và vận hành tuân thủ theo các quy trình công nghiệp và công ty. 1.2 Phương pháp hiệu chuẩn 5 điểm Khi thực hiện một phép hiệu chuẩn 5 điểm cho một thiết bị đo, ngõ ra của thiết bị được kiểm tra độ chính xác và tính tỉ lệ với tín hiệu ngõ vào ở các điểm 0%, 25%, 50%, 75%, 100%, 75%, 50%, 25% và 0% của span theo thứ tự. Mặc dù thực tế 9 điểm (không phải 5 điểm) được kiểm tra, chỉ có 5 điểm tính theo phần trăm được sử dụng. Chín điểm được lựa chọn bởi vì nó dễ dàng tăng và giảm theo span của thiết bị. Cách tiếp cận này mô phỏng đặc tính quá trình thực và cũng cho thấy liệu rằng có độ trễ trong hệ thống hay không. Quy trình thường đòi hỏi nhiều lần kiểm tra lại và hiệu chỉnh lặp lại các thiết lập trước đó. Phép hiệu chuẩn 3 điểm thì về bản chất là giống như thế, ngoại trừ ít điểm hơn (0%, 50%, 100%, 50%, và 0%). Các bước tuần tự sau đây là một hướng dẫn chung để hiệu chuẩn thiết bị đo theo phương pháp 5 điểm: Bước 1: Xác định loại tín hiệu vào để đặt vào thiết bị thay cho tín hiệu quá trình. Bước 2: Kiểm tra phạm vi đo sử dụng của thiết bị cần hiệu chuẩn (ví dụ, 0,14-1,4 Mpa, 0-60 psi or 60-200 inH2O) để đảm bảo rằng nó tương thích với ngõ vào quá trình. Cũng xác định luôn các cách thức hiệu chỉnh thiết bị trong suốt quá trình hiệu chuẩn (đinh vít, núm xoay, màn hình hiệu chuẩn,...). Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển Trang 19
Bước 3: Chuẩn bị các thiết bị hiệu chuẩn phù hợp để cấp các tín hiệu ngõ vào đúng và để đọc tín hiệu ra. Xác nhận rằng các thiết bị kiểm tra bản thân nó đã được hiệu chuẩn và còn hiệu lực. Đảm bảo tuân thủ tất cả các tiêu chuẩn mà công ty đang áp dụng. Bước 4: Xác định điểm #1 (0%). Trong hầu hết các trường hợp, cần phải cách ly thiết bị đo khỏi quá trình công nghệ (tuân thủ theo quy trình của công ty). Kết nối thiết bị hiệu chuẩn với thiết bị đo và đưa tín hiệu tương ứng điểm thấp nhất của phạm vi đo (điểm zero). Nhớ rằng mặc dù giá trị này được xem là điểm zero, nó không nhất nhiết là bằng 0. Bước 5: Đọc giá trị ngõ ra và điều chỉnh thiết bị đo để giá trị này tương ứng với giá trị zero theo quy định. Ví dụ, một thiết bị đo mà ngõ ra là 4-20 mA thì giá trị này là 4 mA. Một thiết bị đo mà có ngõ ra là 1-5V thì giá trị này là 1 V. Bước 6: Xác định điểm #2 (25%). Đặt tín hiệu tương ứng 25% span của tín hiệu vào. Tính giá trị này sử dụng quy trình đã thảo luận ở phần trước. Bước 7: Tính giá trị ngõ ra mong muốn. Ví dụ, điểm 25% của ngõ ra 4-20 mA là 8 mA. (20 – 4) x 25% + 4 = 8 Một thiết bị đo có ngõ ra 1-5V thì giá trị này sẽ là 2 V. (5 -1) x 25% + 1 = 2 Đọc ngõ ra và điều chỉnh thiết bị đo để giá trị ngõ ra tương ứng với điểm 25%. Bước 8: Xác định điểm #3 (50%). Đặt tín hiệu tương ứng 50% span của tín hiệu vào. Tính giá trị này sử dụng quy trình đã thảo luận ở phần trước. Bước 9: Tính giá trị ngõ ra mong muốn. Ví dụ, điểm 50% của ngõ ra 4-20 mA là 12 mA. (20 – 4) x 50% + 4 = 12 Một thiết bị đo có ngõ ra 1-5V thì giá trị này sẽ là 3 V. (5 -1) x 50% + 1 = 3 Đọc ngõ ra và điều chỉnh thiết bị đo để giá trị ngõ ra tương ứng với điểm 50%. Bước 10: Xác định điểm #4 (75%). Đặt tín hiệu tương ứng 75% span của tín hiệu vào. Tính giá trị này sử dụng quy trình đã thảo luận ở phần trước. Bài 1: Các thiết bị lắp đặt trên bảng điều khiển Trang 20