Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 1

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các khái niệm và đặc trưng cơ bản trong đo lường 1.1. Khái niệm và phương pháp đo Trong công nghiệp, nhiều quá trình công nghệ đòi hỏi phải tiến hành trong những điều kiện công nghệ (như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, thành phần môi trường…gọi chung là thông số công nghệ) cần khống chế trong một giới hạn nhất định. Đo và kiểm tra các thông số công nghệ cho phép người thực hiện biết được trạng thái của quá trình, từ đó tác động để đảm bảo sự hoạt động bình thường của hệ thống thiết...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa ( Hoàng Minh Công ) - Chương 1

§¹i häc ®µ n½ng Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa Hoµng Minh C«ng Gi¸o tr×nh KiÓm nhiÖt tù ®éng ho¸ §µ N½ng - 2006
Lêi më ®Çu Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim, nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ tiÕn hµnh trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao hoÆc rÊt cao vµ sö dông nhiÒu thiÕt bÞ sö dông chÊt l−u (chÊt láng, khÝ vµ h¬i) yªu cÇu khèng chÕ nhiÖt ®é chÆt chÏ còng nh− th−êng xuyªn ®o kiÓm c¸c th«ng sè ¸p suÊt, thµnh phÇn m«i tr−êng khÝ… Do vËy ®o vµ kiÓm tra nhiÖt ®é còng nh− c¸c th«ng sè c«ng nghÖ kh¸c cã ý nghÜa hÕt søc quan träng trong viÖc ®¶m b¶o ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ theo theo yªu cÇu, ®¶m b¶o chÊt l−îng s¶n phÈm vµ an toµn cho thiÕt bÞ. §o vµ kiÓm tra còng ®ãng vai trß quan träng trong viÖc tù ®éng hãa c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Nhê c¸c tiÕn bé cña khoa häc vµ c«ng nghÖ trong lÜnh vùc vËt liÖu, thiÕt bÞ ®iÖn tö vµ tin häc, c¸c thiÕt bÞ ®o vµ kiÓm tra tù ®éng nãi chung còng nh− ®o vµ kiÓm tra nhiÖt ®é nãi riªng ngµy cµng cã nhiÒu chñng lo¹i víi tÝnh n¨ng sö dông vµ ®é tin cËy khi lµm viÖc cao, ®¸p øng nhu cÇu ®a d¹ng cña s¶n xuÊt. ThiÕt bÞ ®o vµ kiÓm tra cã thÓ lµ mét dông cô ®o ®¬n gi¶n gåm mét ®Çu ®o vµ bé phËn hiÓn thÞ hoÆc lµ c¶ mét hÖ thèng phøc t¹p gåm c¸c c¶m biÕn, c¸c bé chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ®o, truyÒn kÕt qu¶ ®i xa, xö lý sè liÖu… Trang bÞ nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ kiÓm nhiÖt còng nh− ®o, kiÓm tra c¸c th«ng sè vµ chØ tiªu c«ng nghÖ lµ hÕt søc cÇn thiÕt, gióp cho sinh viªn tiÕp thu tèt c¸c m«n häc chuyªn ngµnh còng nh− vËn dông vµo thùc tÕ s¶n xuÊt sau nµy. §èi víi sinh viªn ngµnh c¬ khÝ - luyÖn c¸n thÐp, m«n häc KiÓm nhiÖt vµ tù ®éng ho¸ lµ mét m«n häc b¾t buéc trong ch−¬ng tr×nh ®µo t¹o. Gi¸o tr×nh ®−îc biªn so¹n theo néi dung m«n häc gåm 8 ch−¬ng, ®Ò cËp ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò chñ yÕu vÒ kü thuËt ®o nãi chung, thiÕt bÞ ®o vµ kiÓm tra nhiÖt ®é, thiÕt bÞ ®o vµ kiÓm tra c¸c th«ng sè vµ chØ tiªu c«ng nghÖ quan träng trong c¸c qu¸ tr×nh luyÖn kim. Do néi dung gi¸o tr×nh bao qu¸t réng, tµi liÖu tham kh¶o h¹n chÕ vµ tr×nh ®é cã h¹n cña ng−êi biªn so¹n nªn ch¾c ch¾n gi¸o tr×nh kh«ng tr¸nh khái sai sãt. T¸c gi¶ mong muèn nhËn ®−îc sù gãp ý cña b¹n ®äc vµ ®ång nghiÖp ®Ó gi¸o tr×nh ®−îc hoµn thiÖn h¬n. C¸c nhËn xÐt, gãp ý xin göi vÒ Khoa C¬ khÝ Tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa, §¹i häc §µ N½ng. T¸c gi¶
Môc lôc Ch−¬ng 1. C¸c kh¸i niÖm vµ ®Æc tr−ng c¬ b¶n trong ®o l−êng 1.1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i ph−¬ng ph¸p ®o 5 1.1.1. PhÐp ®o 5 1.1.2. Ph©n lo¹i ph−¬ng ph¸p ®o 5 1.2. Sai sè cña phÐp ®o 6 1.2.1. Sai sè 6 1.2.2. C¸c lo¹i sai sè 7 1.2.3. Ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ sai sè 9 1.3. ThiÕt bÞ ®o vµ ph©n lo¹i 10 1.3.1. ThiÕt bÞ ®o 10 1.3.2. Ph©n lo¹i thiÕt bÞ ®o 11 1.4. §o vµ kiÓm tra trong c«ng nghÖ luyÖn kim 12 Ch−¬ng 2. §o nhiÖt ®é 2.1. Kh¸i niÖm chung 14 2.1.1. NhiÖt ®é vµ thang ®o nhiÖt ®é 14 2.1.2. Ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é 17 2.2. NhiÖt kÕ gi¶n nì 18 2.2.1. Nguyªn lý ®o 18 2.2.2. C¸c lo¹i nhiÖt kÕ gi¶n në 18 2.3. NhiÖt kÕ ®iÖn trë 19 2.3.1. Nguyªn lý ®o 19 2.3.2. C¸c lo¹i nhiÖt kÕ ®iÖn trë 21 2.4. CÆp nhiÖt ngÉu 29 2.4.1. HiÖu øng nhiÖt ®iÖn 29 2.4.2. VËt liÖu chÕ t¹o cùc 31 2.4.3. C¸c cÆp nhiÖt ngÉu dïng trong c«ng nghiÖp 33 2.4.4. M¹ch ®o vµ dông cô thø cÊp 34 2.5. Háa kÕ 40 2.5.1. Háa kÕ bøc x¹ toµn phÇn 40 2.5.2. Háa kÕ quang 41 - 131 -
2.6. C¸c ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é kh¸c 43 Ch−¬ng 3. §o ¸p suÊt 3.1. ¸p suÊt vµ ph−¬ng ph¸p ®o ¸p suÊt 45 3.1.1. ¸p suÊt vµ ®¬n vÞ ®o 45 3.1.2. Ph−¬ng ph¸p ®o ¸p suÊt 46 3.2. ¸p kÕ sö dông dÞch thÓ 48 3.2.1. Vi ¸p kÕ kiÓu phao 48 3.2.2. Vi ¸p kÕ kiÓu chu«ng 49 3.2.3. Vi ¸p kÕ bï 50 3.2.4. ¸p kÕ vµnh khuyªn 51 3.3. ¸p kÕ ®µn håi 52 3.3.1. ¸p kÕ lß xo 52 3.3.2. ¸p kÕ mµng 54 3.3.3. ¸p kÕ èng trô 55 3.3.4. ¸p kÕ kiÓu ®Ìn xÕp 56 3.4. ¸p kÕ ®iÖn 57 3.4.1. ¸p kÕ ¸p trë 57 3.4.2. ¸p kÕ ¸p ®iÖn 58 3.4.3. ¸p kÕ ®iÖn dung 59 3.4.4. ¸p kÕ ®iÖn c¶m 60 Ch−¬ng 4. §o l−u l−îng 4.1. Kh¸i niÖm chung 64 4.1.1. L−u l−îng vµ ®¬n vÞ ®o 64 4.1.2. Ph−¬ng ph¸p ®o l−u l−îng 64 4.2. L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo thÓ tÝch 64 4.2.1. L−u l−îng kÕ kiÓu b¸nh r¨ng 64 4.2.2. L−u l−îng kÕ kiÓu c¸nh 66 4.3. L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo tèc ®é 67 4.3.1. Nguyªn lý ®o 67 - 132 -
4.3.2. L−u l−îng kÕ kiÓu tuabin h−íng trôc 67 4.3.3. L−u l−îng kÕ kiÓu tuabin tiÕp tuyÕn 68 4.4. L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p biÕn ®æi 69 4.4.1. Nguyªn lý ®o 69 4.4.2. ThiÕt bÞ thu hÑp 71 4.4.3. S¬ ®å thiÕt bÞ ®o 72 4.5. L−u l−îng kÕ ®o l−u l−îng theo ®é gi¶m ¸p kh«ng ®æi 75 4.6. L−u l−îng kÕ ®iÖn tõ 76 Ch−¬ng 5. Ph©n tÝch khÝ 5.1. Kh¸i niÖm vµ ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch 78 5.1.1. Kh¸i niÖm 78 5.1.2. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch 78 5.2. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®iÖn 78 5.2.1. Ph©n tÝch khÝ theo ®é dÉn nhiÖt cña chÊt khÝ 78 5.2.2. Ph©n tÝch khÝ theo sù ch¸y cña c¸c cÊu tö cÇn ph©n tÝch 80 5.2.3. Ph©n tÝch khÝ theo ®é tõ thÈm cña khÝ 81 5.2.4. Ph©n tÝch khÝ theo kh¶ n¨ng hÊp thô bøc x¹ 82 5.3. Ph−¬ng ph¸p quang phæ ®Þnh l−îng 84 Ch−¬ng 6. §o mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ 6.1. §o nång ®é ion H+ 85 6.1.1. Nguyªn lý ®o 85 6.1.2. ThiÕt bÞ ®o 86 6.2. §o nång ®é chÊt ®iÖn ly 88 6.2.1. Nguyªn lý ®o 88 6.2.2. ThiÕt bÞ ®o 89 6.3. §o tØ träng 90 6.3.1. Ph−¬ng ph¸p ®o theo ¸p suÊt 90 6.3.2. Ph−¬ng ph¸p dïng ®ång vÞ phãng x¹ 91 6.4. §o vµ ph¸t hiÖn møc 92 6.4.1. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p thuû tÜnh 92 6.4.2. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn 94 6.4.3. §o møc b»ng ph−¬ng ph¸p bøc x¹ 95 - 133 -
6.5. §o ®é Èm 96 6.5.1. §o ®é Èm vËt liÖu rêi 97 6.5.2. §o ®é Èm cña khÝ 97 Ch−¬ng 7. TruyÒn kÕt qu¶ ®i xa 7.1. TruyÒn xa kiÓu ®iÖn trë 103 7.1.1. Ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi ®iÖn trë 103 7.1.2. Ph−¬ng ph¸p dïng logomet 104 7.2. TruyÒn xa kiÓu tõ c¶m 104 7.2.1. Dïng cÇu c©n b»ng c¶m øng 104 7.2.2. Dïng biÕn thÕ vi sai 105 7.3. TruyÒn xa kiÓu ®ång bé 106 Ch−¬ng 8. C¶m biÕn th«ng minh 8.1. CÊu tróc cña mét c¶m biÕn th«ng minh 109 8.2. C¸c kh©u chøc n¨ng cña c¶m biÕn th«ng minh 110 8.2.1. ChuyÓn ®æi chuÈn ho¸ 110 8.2.2. Bé dån kªnh MUX 112 8.2.3. Bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè 114 8.3. C¸c thuËt to¸n xö lý trong c¶m biÕn th«ng minh 116 8.3.1. Tù ®éng kh¾c ®é 116 8.3.2. Xö lý tuyÕn tÝnh ho¸ tõng ®o¹n 117 8.3.3. Gia c«ng kÕt qu¶ ®o 119 Tµi liÖu tham kh¶o 129 Môc lôc 131 - 134 -
- 135 -
Ch−¬ng 1 C¸c kh¸i niÖm vµ ®Æc tr−ng c¬ b¶n trong ®o l−êng 1.1. Kh¸i niÖm vµ ph−¬ng ph¸p ®o Trong c«ng nghiÖp, nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®ßi hái ph¶i tiÕn hµnh trong nh÷ng ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ (nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt, l−u l−îng, thµnh phÇn m«i tr−êng…gäi chung lµ th«ng sè c«ng nghÖ) cÇn khèng chÕ trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh. §o vµ kiÓm tra c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cho phÐp ng−êi thùc hiÖn biÕt ®−îc tr¹ng th¸i cña qu¸ tr×nh, tõ ®ã t¸c ®éng ®Ó ®¶m b¶o sù ho¹t ®éng b×nh th−êng cña hÖ thèng thiÕt bÞ còng nh− ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ chÊt l−îng s¶n phÈm theo yªu cÇu. §èi víi c¸c hÖ thèng tù ®éng, ®o vµ kiÓm tra th«ng sè c«ng nghÖ lµ kh©u kh«ng thÓ thiÕu ®¶m nhËn sù cung cÊp tÝn hiÖu cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ. Do vËy ®o vµ kiÓm tra cã tÇm quan träng rÊt lín trong c«ng nghiÖp nãi chung còng nh− trong lÜnh vùc luyÖn kim nãi riªng. 1.1.1. PhÐp ®o Thùc chÊt cña phÐp ®o lµ ®em so s¸nh ®¹i l−îng cÇn ®o víi mét ®¹i l−îng kh¸c ®· ®−îc chuÈn hãa. VÝ dô ®Ó ®o chiÒu dµi cña mét vËt, ng−êi ta so s¸nh chiÒu dµi cÇn ®o víi chiÒu dµi cña mét vËt chuÈn theo quy −íc b»ng mét mÐt, ®o khèi l−îng mét vËt, ng−êi ta ®em so s¸nh khèi l−îng cÇn ®o víi khèi l−îng cña mét vËt chuÈn cã khèi l−îng theo quy −íc b»ng mét lil«gam… 1.1.2. Ph−¬ng ph¸p ®o C¨n cø vµo nguyªn t¾c ®o, ng−êi ta chia c¸c ph−¬ng ph¸p ®o thµnh ba lo¹i: ph−¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp, ph−¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp vµ ph−¬ng ph¸p ®o kÕt hîp. - Ph−¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp: ®em ®¹i l−îng cÇn ®o so s¸nh trùc tiÕp víi ®¹i l−îng chuÈn cïng b¶n chÊt, vÝ dô nh− ®o chiÒu dµi, ®o khèi l−îng, … - Ph−¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp: lµ phÐp ®o mµ kÕt qu¶ nhËn ®−îc dùa trªn c¬ së ®o c¸c sè liÖu cã liªn quan víi ®¹i l−îng cÇn ®o theo mét quan hÖ nhÊt ®Þnh, vÝ dô nh− ®o nhiÖt ®é th«ng qua sù ®o søc ®iÖn ®éng cña cÆp nhiÖt ngÉu. - Ph−¬ng ph¸p kÕt hîp: kÕt hîp c¶ hai ph−¬ng ph¸p trªn. Khi ®o gi¸n tiÕp, ®èi víi mçi dông cô ®o ph¶i x©y dùng ®−îc quan hÖ gi÷a ®¹i l−îng ®o ®−îc s (cßn gäi lµ ®¹i l−îng ®Çu ra hay ®¸p øng) vµ ®¹i l−îng cÇn ®o m (cßn gäi lµ ®¹i l−îng ®Çu vµo hay kÝch kÝch). Quan hÖ trªn ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng -5-
hµm sè ®¹i sè s = F(m) hoÆc b»ng ®å thÞ gäi chung lµ ®−êng cong chuÈn cña dông cô ®o. §Ó thiÕt lËp ®−êng cong chuÈn ng−êi ta dïng c¸c ph−¬ng ph¸p chuÈn dông cô ®o ®−îc tiÕn hµnh b»ng c¸ch ®o gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®Çu ra (s) øng víi mét lo¹t gi¸ trÞ ®· biÕt chÝnh x¸c cña ®¹i l−îng ®Çu vµo (m). s s s2 s1 sx m1 m2 mx m m a) b) H×nh 1.1 §−êng cong chuÈn dông cô ®o a) X©y dùng ®−êng cong chuÈn b) Sö dông ®−êng cong chuÈn §−êng cong chuÈn cho phÐp x¸c ®Þnh mäi gi¸ trÞ cña m tõ s trong ph¹m vi ®o. §Ó dÔ sö dông ng−êi ta th−êng chÕ t¹o dông cô ®o sao cho cã sù liªn hÖ tuyÕn tÝnh gi÷a biÕn thiªn ®Çu ra ∆s vµ biÕn thiªn ®Çu vµo ∆m: ∆ s = S. ∆ m Trong ®ã S lµ ®é nh¹y cña dông cô ®o. s m H×nh 1.2 §−êng cong chuÈn tuyÕn tÝnh cña dông cô ®o 1.2. Sai sè cña phÐp ®o 1.2.1. Sai sè Trong thùc tÕ, do nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau, khi ®o ta kh«ng thÓ x¸c ®Þnh chÝnh x¸c gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l−îng cÇn ®o (gi¸ trÞ cÇn ®o) mµ chØ nhËn ®−îc gi¸ trÞ gÇn ®óng cña nã (gi¸ trÞ ®o). HiÖu sè gi÷a gi¸ trÞ ®o m vµ gi¸ trÞ cÇn ®o A ®−îc gäi lµ sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o: -6-
δ= m−A (1.1) Do kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®−îc A nªn kh«ng thÓ tÝnh ®−îc sai sè cña phÐp ®o theo c«ng thøc (1.1) . Bëi vËy, sai sè cña phÐp ®o chØ cã thÓ ®¸nh gi¸ mét c¸ch −íc tÝnh. 1.2.2. C¸c lo¹i sai sè Khi ®¸nh gi¸ ng−êi ta ph©n chóng thµnh hai lo¹i: sai sè hÖ thèng vµ sai sè ngÉu nhiªn. a) Sai sè hÖ thèng Sai sè hÖ thèng lµ sai sè mµ gi¸ trÞ vµ quy luËt ®· biÕt tr−íc vµ cã thÓ ph¸t hiÖn b»ng c¸nh kiÓm tra dông cô ®o b»ng dông cô mÉu. Víi mét gi¸ trÞ cho tr−íc cña ®¹i l−îng cÇn ®o, sai sè hÖ thèng cã thÓ kh«ng ®æi hoÆc thay ®æi chËm theo thêi gian. Sai sè hÖ thèng th−êng cã nguyªn nh©n do sù hiÓu biÕt sai lÖch hoÆc kh«ng ®Çy ®ñ vÒ dông cô ®o hay do ®iÒu kiÖn sö dông kh«ng tèt, d−íi ®©y lµ nh÷ng nguyªn nh©n th−êng gÆp cña sai sè hÖ thèng: - Sai sè do gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng chuÈn kh«ng ®óng: thÝ dô ®iÓm 0 cña dông cô ®o bÞ lÖch khái vÞ trÝ, sai lÖch cña nhiÖt ®é chuÈn cÆp nhiÖt …Sai sè d¹ng nµy cã thÓ gi¶m ®−îc b»ng c¸ch kiÓm tra kü cµng c¸c thiÕt bÞ phô trî trong m¹ch ®o. - Sai sè do ®Æc tÝnh cña dông cô ®o: sai sè ®é nh¹y hoÆc sai sè ®−êng cong chuÈn lµ nguyªn nh©n th−êng gÆp cña sai sè hÖ thèng do ®Æc tÝnh cña dông cô ®o. ThÝ dô ®−êng cong chuÈn cña cÆp nhiÖt ngÉu do nhµ s¶n xuÊt cung cÊp ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së chuÈn mét sè cÆp nhiÖt cïng ®−îc chÕ t¹o mét lÇn. Tuy nhiªn, mét cÆp nhiÖt ngÉu nµo ®ã cã ®−êng cong chuÈn kh¸c ®«i chót so víi ®−êng cong chuÈn cña c¸c cÆp nhiÖt ®· ®−îc kiÓm ®Þnh. Tr−êng hîp hãa giµ cña bé phËn c¶m nhËn trong dông cô ®o còng th−êng kÐo theo sù sai lÖch khái ®−êng cong chuÈn ban ®Çu, ®Æc biÖt lµ ®èi víi cÆp nhiÖt vµ nhiÖt ®iÖn trë. §Ó tr¸nh sai sè hÖ thèng trong c¸c tr−êng hîp nµy cÇn ph¶i th−êng xuyªn chuÈn l¹i dông cô ®o. - Sai sè do ®iÒu kiÖn vµ chÕ ®é sö dông: tèc ®é håi ®¸p cña dông cô ®o vµ c¸c dông cô thø cÊp trong m¹ch ®o th−êng cã h¹n, bëi vËy tÊt c¶ c¸c phÐp ®o tiÕn hµnh tr−íc khi chÕ ®é ho¹t ®éng b×nh th−êng cña thiÕt bÞ ®o ®−îc thiÕt lËp ®Òu g©y ra sai sè. ThÝ dô mét ®Çu ®o nhiÖt ®é cã tèc ®é håi ®¸p rÊt kh¸c nhau phô thuéc vµo viÖc nã ®−îc ®Æt trong chÊt láng ®øng yªn hay cã dßng ch¶y. Tr−êng hîp ®Çu ®o -7-
nhiÖt ®é cã nhiÖt dung vµ qu¸n tÝnh nhiÖt lín ®−îc ®Æt vµo m«i tr−êng ®o cã thÓ tÝch nhá lµm thay ®æi nhiÖt ®é m«i tr−êng ®o còng g©y ra sai sè. - Sai sè do xö lý kÕt qu¶ sai: sai sè d¹ng nµy h−îng gÆp ph¶i do sù nhËn xÐt, ®¸nh gi¸ kh«ng ®óng khi tiÕn hµnh hiÖu chØnh kÕt qu¶ ®o chøa nh÷ng ®iÓm cã ®é lÖch lín ®Ó nhËn ®−îc gi¸ trÞ chÝnh x¸c h¬n. Sau ®©y lµ mét sè tr−êng hîp th−êng gÆp: + Tr−êng hîp do gi¶ thiÕt sai dÉn ®Õn xö lý sai kÕt qu¶ ®o, ch¼ng h¹n khi kÕt qu¶ ®o lÖch khái ®é tuyÕn tÝnh trong phÐp ®o do sö dông dông cô ®o gi¶ thiÕt lµ tuyÕn tÝnh. + Tr−êng hîp khi ®o nhiÖt ®é, do nhiÖt ®é ®o ®−îc cña dông cô ®o vµ nhiÖt ®é m«i tr−êng cÇn ®o kh¸c nhau do cã sù dÉn nhiÖt cña vá dông cô hoÆc d©y dÉn, tõ ®ã kh«ng ®¸nh gi¸ ®óng sù tiªu hao nhiÖt l−îng nªn xö lý sai kÕt qu¶ ®o. b) Sai sè ngÉu nhiªn Sai sè ngÉu nhiªn cña phÐp ®o lµ sai sè mµ gi¸ trÞ vµ quy luËt cña nã ch−a biÕt tr−íc. Sù xuÊt hiÖn cña sai sè ngÉu nhiªn còng nh− dÊu vµ biªn ®é cña nã mang tÝnh kh«ng x¸c ®Þnh. - Sai sè do tÝnh kh«ng x¸c ®Þnh cña ®Æc tr−ng thiÕt bÞ: nguyªn nh©n ®Çu tiªn lµ do ®é linh ®éng cña thiÕt bÞ, sai sè ®é linh ®éng b»ng ®é biÕn thiªn lín nhÊt cña ®¹i l−îng ®o ®Ó g©y nªn sù thay ®æi cã thÓ nhËn biÕt ®−îc cña ®¹i l−îng ®Çu ra cña dông cô ®o. Nguyªn nh©n thø hai lµ do ®äc sai sè liÖu, sai lÖch nµy Ýt nhiÒu do thãi quen cña ng−êi ®o, nh−ng mÆt kh¸c còng do chÊt l−îng cña thiÕt bÞ, thÝ dô ®é m¶nh cña kim chØ thÞ ®ång hå ®o. - Sai sè do tÝn hiÖu nhiÔu ngÉu nhiªn: do sù rung ®éng, sù th¨ng gi¸ng cña nhiÖt ®é m«i tr−êng, sù kh«ng æn ®Þnh cña nguån ®iÖn ¸p nu«i thiÕt bÞ …t¸c ®éng mét c¸ch ngÉu nhiªn lµm cho kÕt ®o bÞ sai lÖch. - Sai sè do sù thay ®æi cña c¸c ®¹i l−îng ¶nh h−ëng: khi ®o, dông cô ®o th−êng kh«ng chØ chÞu t¸c ®éng cña ®¹i l−îng ®o mµ Ýt nhiÒu cßn chÞu t¸c ®éng cña c¸c ®¹i l−îng ¶nh h−ëng mµ møc ®é ¶nh h−ëng cña chóng kh«ng ®−îc tÝnh ®Õn khi chuÈn dông cô ®o. ThÝ dô mét dông cô ®o ®−îc chuÈn trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é 20oC th× mäi sù thay ®æi nhiÖt ®é trªn d−íi 20oC ®Òu kÐo theo sù thay ®æi kÕt qu¶ ®o. -8-
1.2.3. Ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ sai sè Sai sè ngÉu nhiªn lµm cho kÕt qu¶ ®o bÞ t¶n m¹n khi ®o lÆp l¹i. Tuy nhiªn b»ng ph−¬ng ph¸p xö lý thèng kª cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ x¸c suÊt cña ®¹i l−îng ®o vµ giíi h¹n cña sai sè. Khi ®o lÆp l¹i n lÇn cïng mét gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng cÇn ®o ta nhËn ®−îc kÕt qu¶ lµ a1, a2, …, an. Gi¸ trÞ trung b×nh céng sau n lÇn ®o sÏ lµ: a 1 + a 2 + ... + a n m= n m →A, Khi n rÊt lín th× khi ®ã sai sè tuyÖt ®èi ®−îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: δ=m−m C¸c sai sè ngÉu nhiªn t¸c ®éng lªn c¸c lÇn ®o mét c¸ch hoµn toµn kh«ng phô thuéc nhau. Bëi vËy x¸c suÊt xuÊt hiÖn c¸c kÕt qu¶ ®o sÏ tu©n theo ®Þnh luËt ph©n bè Gaus (h×nh 1.3). Khi ®ã mËt ®é x¸c suÊt y cña sai sè cã gi¸ trÞ δ x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: ⎡ δ2 ⎤ 1 y= . exp ⎢− 2 ⎥ ⎣ 2σ ⎦ σ 2π Trong ®ã σ lµ sai sè b×nh ph−¬ng trung b×nh, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: δ1 + δ 2 + .. + δ 2 2 σ= 2 n n y σ1 σ2 σ3 δ H×nh 1.3 Quy luËt ph©n bè chuÈn cña sai sè ngÉu nhiªn C¨n cø vµo ®Æc tr−ng cña sai sè ng−êi ta ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña dông cô ®o nh− tÝnh trung thùc, tÝnh ®óng ®¾n vµ ®é chÝnh x¸c. Dông cô ®o cã tÝnh ®óng ®¾n lµ dông cô ®o cã sai sè hÖ thèng nhá, gi¸ trÞ x¸c suÊt th−êng gÆp cña ®¹i l−îng ®o gÇn víi gi¸ trÞ thùc (h×nh 1.4a) -9-
Dông cô ®o cã tÝnh trung thùc lµ dông cô ®o cã sai sè ngÉu nhiªn nhá, thÓ hiÖn kÕt qu¶ c¸c lÇn ®o tËp trung xung quanh gi¸ trÞ trung b×nh a (h×nh 1.4b). H×nh 1.4c lµ d¹ng ph©n bè kÕt qu¶ ®o cña dông cô ®o cã tÝnh trung thùc vµ ®óng ®¾n thÊp. y y a) b) ) a a ) a Gi¸ trÞ thùc Gi¸ trÞ thùc a y y c) d) ) a ) a a a H×nh 1.4 C¸c d¹ng kÕt qu¶ ®o øng víi c¸c dông cô ®o chÊt l−îng kh¸c nhau a) Lo¹i cã tÝnh ®óng ®¾n cao b) Lo¹i cã tÝnh trung thùc cao c) Lo¹i cã tÝnh trung thùc vµ tÝnh ®óng ®¾n thÊp d) Lo¹i cã ®é chÝnh x¸c cao Dông cô ®o cã ®é chÝnh x¸c cao lµ dông cô ®o cho kÕt qu¶ ®o ®¬n lÏ gÇn víi gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l−îng ®o. Dông cô ®o chÝnh x¸c ®ång thêi còng lµ dông cô ®o trung thùc vµ ®óng ®¾n (h×nh 1.4d). Ngoµi ra, ®Ó so s¸nh ®é chÝnh x¸c cña c¸c phÐp ®o kh¸c nhau, ng−êi ta ®−a ra kh¸i niÖm sai sè t−¬ng ®èi x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: m−m ε= [%] .100 m 1.3. ThiÕt bÞ ®o vµ ph©n lo¹i 1.3.1. ThiÕt bÞ ®o ThiÕt bÞ ®o lµ hÖ thèng bao gåm c¸c dông cô ®o vµ c¸c dông cô thø cÊp cho phÐp x¸c ®Þnh chÝnh x¸c ®¹i l−îng cÇn ®o trong ®iÒu kiÖn tèt nhÊt cã thÓ. §èi víi c¸c thiÕt bÞ ®o ®¬n gi¶n, th−êng gåm bé phËn ®o vµ bé phËn hiÓn thÞ, thÝ dô thiÕt bÞ ®o chØ gåm mét cÆp nhiÖt nèi trùc tiÕp víi mét miliv«n kÕ. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ do nhu cÇu khai th¸c tÝn hiÖu, ®Æc biÖt lµ trong viÖc ®o vµ kiÓm tra tù ®éng, thiÕt bÞ ®o th−êng gåm rÊt nhiÒu thµnh phÇn nh− c¶m biÕn, c¸c bé chuyÓn ®æi nhiÒu kªnh, - 10 -
bé tuyÕn tÝnh hãa tÝn hiÖu, bé khuÕch ®¹i, bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè , bé vi xö lý, c¸c thiÕt bÞ hç trî … Trªn h×nh 1.5 lµ s¬ ®å mét m¹ch ®o nhiÖt ®é ®¬n gi¶n, cßn h×nh 1.6 lµ s¬ ®å mét m¹ch ®o nhiÖt ®é nhiÒu thµnh phÇn. µV 1 2 H×nh 1.5 M¹ch ®o nhiÖt ®é ®¬n gi¶n 1) CÆp nhiÖt 2) D©y dÉn 3) Miliv«n kÕ M¸y in 7 Bé Bé Bé Bé CB C§ VXL 3 CH K§ 1 4 5 2 Mµn h×nh 8 H×nh 1.6 S¬ ®å khèi m¹ch ®o nhiÖt ®é nhiÒu thµnh phÇn 1) C¶m biÕn ®o nhiÖt ®é 2) Bé khuÕch ®¹i 3) Bé chuÈn hãa tÝn hiÖu 4) Bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè 5) Bé vi xö lý 7) M¸y in 8) Mµn h×nh 1.3.2. Ph©n lo¹i thiÕt bÞ ®o - Theo c¸ch ®äc kÕt qu¶, thiÕt bÞ ®o ®−îc chia ra: + ThiÕt bÞ ®o tù chØ. + ThiÕt bÞ ®o tù ghi. + ThiÕt bÞ ®o tù ghi vµ tù chØ. + ThiÕt bÞ ®o tæng ghi. - Theo ®¹i l−îng cÇn ®o ph©n ra: + ThiÕt bÞ ®o nhiÖt. + ThiÕt bÞ ®o ®iÖn. + ThiÕt bÞ ®o ¸p suÊt… - Theo ph¹m vi øng dông: - 11 -
+ ThiÕt bÞ ®o trong nghiªn cøu. + ThiÕt bÞ ®o trong c«ng nghiÖp. - Theo cÊp chÝnh x¸c: Gi¶ sö trÞ sè thùc cña ®¹i l−îng cÇn ®o lµ m, kÕt qu¶ ®o lÇn thø i lµ mi, thang ®o cña thiÕt bÞ ®o cã giíi h¹n lµ M th× sai sè quy dÉn cña thiÕt bÞ ®o lµ: mi − m χ= [%] .100 M CÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o lµ sai sè quy dÉn cùc ®¹i cho phÐp. Trong c«ng nghiÖp phæ biÕn lµ c¸c dông cô ®o cã cÊp chÝnh x¸c 0,5; 1; 1,5. 1.4. §o vµ kiÓm tra trong c«ng nghÖ luyÖn kim Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim, nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ liªn quan ®Õn viÖc ®o nhiÖt ®é, ¸p suÊt, l−u l−îng chÊt l−u hoÆc mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ nh− ®é Èm, ®é pH, ®é ®iÖn ly, thµnh phÇn khÝ ... c¸c yÕu tè trªn kh«ng nh÷ng ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh, mµ cßn ¶nh h−ëng lín tíi sù ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ còng nh− chÊt l−îng s¶n phÈm vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Do vËy viÖc ®o vµ kiÓm tra th−êng xuyªn c¸c th«ng sè c«ng nghÖ nh»m x¸c lËp ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ tèt nhÊt ®Ó ®¶m b¶o sù vËn hµnh an toµn cho thiÕt bÞ vµ ®¹t ®−îc kÕt qu¶ mong muèn lµ hÕt søc cÇn thiÕt. Trong luyÖn kim, rÊt nhiÒu quy tr×nh c«ng nghÖ trong luyÖn kim ®ßi hái ph¶i tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao hoÆc rÊt cao nh− thiªu kÕt quÆng, nÊu ch¶y vµ luyÖn hîp kim, nung thÐp ®Ó c¸n hoÆc nhiÖt luyÖn ... C¸c qu¸ tr×nh nµy th−êng yªu cÇu khèng chÕ nhiÖt ®é lß vµ nhiÖt ®é vËt liÖu phï hîp víi tõng giai ®o¹n gia c«ng, nhiÖt ®é cao hay thÊp ®Òu ¶nh h−ëng ®Õn n¨ng suÊt, hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ chÊt l−îng s¶n phÈm. Ch¼ng h¹n khi nung thÐp ®Ó c¸n hoÆc nhiÖt luyÖn, nhiÖt ®é lß vµ nhiÖt ®é vËt nung ph¶i khèng chÕ theo mét chÕ ®é nung ®Þnh tr−íc ®¶m b¶o kh«ng xÈy ra hiÖn t−îng nøt, cong vªnh khi ë nhiÖt ®é thÊp, kh«ng bÞ qu¸ nhiÖt hoÆc ch¸y khi ë nhiÖt ®é cao. Trong luyÖn kim, sö dông nhiÒu c¸c thiÕt bÞ lµm viÖc víi chÊt l−u (chÊt láng, chÊt khÝ, h¬i) nh− thiÕt bÞ cÊp giã, cÊp khÝ nÐn, cÊp nhiªn liÖu, thiÕt bÞ lµm m¸t, thiÕt bÞ b«i tr¬n…do ®ã viÖc ®o vµ kiÓm tra th−êng xuyªn nhiÖt ®é, ¸p suÊt hoÆc l−u l−îng chÊt l−u còng rÊt quan träng. NÕu nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ l−u l−îng chÊt l−u kh«ng ®ñ theo yªu cÇu cã thÓ lµm cho thiÕt bÞ ho¹t ®éng kh«ng b×nh th−êng, ng−îc - 12 -
l¹i nÕu qu¸ cao cã thÓ lµm háng thiÕt bÞ, thËm chÝ g©y næ sinh mÊt an toµn ®èi víi thiÕt bÞ vµ ng−êi. §Æc biÖt, trong luyÖn kim nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ th−êng ®−îc tiÕn hµnh trong m«i tr−êng khÝ mµ thµnh phÇn cña chóng nhiÒu khi cã ¶nh h−ëng rÊt quyÕt ®Þnh ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh còng nh− chÊt l−îng s¶n phÈm vµ khÝ th¶i. ViÖc ph©n tÝch khÝ kh«ng nh÷ng cho phÐp ®iÒu chØnh thµnh phÇn khÝ phï hîp víi yªu cÇu c«ng nghÖ mµ cßn gióp cho viÖc xö lý khÝ th¶i mét c¸ch cã hiÖu qu¶. Do nh÷ng yªu cÇu trªn, gi¸o tr×nh ®i s©u tr×nh bµy c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ kü thuËt ®o vµ thiÕt bÞ ®o cÇn thiÕt ®−îc dïng trong luyÖn kim nh− ®o nhiÖt ®é, ®o ¸p suÊt, ®o l−u l−îng, ph©n tÝch khÝ ... vµ s¬ l−îc mét sè vÊn ®Ò vÒ ®o mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ. Bªn c¹nh ®ã, gi¸o tr×nh còng ®Ò cËp ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò cÇn thiÕt trong kü thuËt ®o lµ truyÒn kÕt qu¶ ®i xa, mét sè thiÕt bÞ ®o tiªn tiÕn øng dông trong kü thuËt ®o l−êng vµ kiÓm tra tù ®éng. - 13 -