Kỹ thuật và thiết bị đo lường

Chia sẻ: Hoàng Xuân Vĩnh Phú | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

515
lượt xem 150
download

Kỹ thuật và thiết bị đo lường

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Một cách tổng quát, đo lường là việc xác định độ lớn của không chỉ các đại lượng vật lý mà có thể là bất cứ khái niệm gì có thể so sánh được với nhau. Đo lường cung cấp các chuẩn mực về độ lớn cho giao dịch trong đời sống. Đo lường nói riêng, hay quan sát và thí nghiệm nói chung, cũng là một bước quan trọng trong nghiên cứu khoa học (khoa học tự nhiên và khoa học xã hội).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật và thiết bị đo lường

-0- ð I H C ðÀ N NG TRƯ NG ð I H C BÁCH KHOA KHOA HÓA K THU T VÀ THI T B ðO LƯ NG Giáo trình ñ i h c Th.S GVC Tr n Th Truy n ðà N ng, 2007
-1- M CL C CHƯƠNG 1 .............................................................................................4 CƠ S LÝ THUY T V K THU T ðO LƯ NG ..................................4 1.1. M ð U.......................................................................................................................................4 1.2. ð nh nghĩa và phân lo i phép ño...................................................................................................4 1.2.1. ð nh nghĩa ..............................................................................................................................4 1.2.2. Phân lo i và các cách th c hi n phép ño................................................................................4 1.3. Các ñ i lư ng c n ño trong công ngh hóa h c ............................................................................5 1.4. Các ñ c trưng c a k thu t ño lư ng.............................................................................................5 1.4.1. ð i lư ng ño (tín hi u ño)......................................................................................................6 1.4.2. ði u ki n ño ...........................................................................................................................7 1.4.3. ðơn v ño................................................................................................................................8 1.4.4. Thi t b ño và phương pháp ño...............................................................................................8 1.4.5. Ngư i quan sát .....................................................................................................................10 1.4.6. K t qu ño ............................................................................................................................10 1.5. C u trúc cơ b n c a d ng c ño ..................................................................................................11 1.5.1. Phân lo i d ng c ño: ...........................................................................................................11 1.5.2. Các ñ c tính cơ b n c a d ng c ño .....................................................................................12 1.5.3. Sơ ñ kh i c a d ng c ño ...................................................................................................14 1.6. Các ph n t ch c năng c a thi t b ño ........................................................................................15 1.6.1. M ch ño lư ng và d ng c th c p ......................................................................................15 1.6.2. Các chuy n ñ i ño lư ng th c p.........................................................................................16 CHƯƠNG 2: ðO LƯU LƯ NG .............................................................18 2.1. T ng quan....................................................................................................................................18 2.1.1. Lưu ch t................................................................................................................................18 2.1.2. Lưu lư ng.............................................................................................................................18 2.1.3. ðơn v ...................................................................................................................................18 2.2. Cơ s lý thuy t ............................................................................................................................18 2.3.Các lo i thi t b ............................................................................................................................21 2.3.1. Màng ngăn có l ...................................................................................................................21 2.3.2. ng Venturi..........................................................................................................................24 2.3.3. ng Pitot ..............................................................................................................................28 2.3.4. Lưu lư ng k d ng bia .........................................................................................................33 2.3.5. Lưu lư ng k có ti t di n thay ñ i .......................................................................................34 2.3.6. Lưu lư ng k ñi n t ............................................................................................................36
-2- 2.3.7. Lưu lư ng k siêu âm...........................................................................................................39 2.3.8. Lưu lư ng k turbine............................................................................................................41 CHƯƠNG 3: ðO M C ..........................................................................45 3.1. Khái ni m chung .........................................................................................................................45 3.1.1. ð nh nghĩa ............................................................................................................................45 3.1.2. ðơn v ño..............................................................................................................................45 3.1.3. Phân lo i...............................................................................................................................45 3.2. ðo m c b ng phương pháp ño áp su t th y tĩnh.........................................................................45 3.2.1. Nguyên t c............................................................................................................................45 3.2.2. Các phương pháp..................................................................................................................46 3.3. ðo m c b ng các chuy n ñ i ñi n ..............................................................................................47 3.3.1. ðo m c b ng các chuy n ñ i bi n tr :.................................................................................47 3.3.2. ðo m c b ng chuy n ñ i ñi n dung.....................................................................................48 CHƯƠNG IV: ðO ÁP SU T ..................................................................50 4.1. Khái ni m chung .........................................................................................................................50 4.1.1. ð nh nghĩa ............................................................................................................................50 4.1.2. ðơn v ño..............................................................................................................................50 4.1.3. Phân lo i...............................................................................................................................50 4.1.4. Các phương pháp ño áp su t ................................................................................................50 4.2. Thi t b ño áp su t .......................................................................................................................51 4.2.1. ðo áp su t khí quy n và g n b ng Pkq ..................................................................................51 4.2.2. ðo áp su t l n hơn áp su t khí quy n: .................................................................................52 4.2.3. ðo áp su t nh hơn áp su t khí quy n..................................................................................54 4.2.4. Áp k ñi n tr l c căng ........................................................................................................57 4.2.5. Áp k áp ñi n........................................................................................................................58 4.2.6. ðo áp su t b ng thi t b s ...................................................................................................59 CHƯƠNG V: ðO NHI T ð .................................................................62 5.1. Khái ni m chung .........................................................................................................................62 5.1.1. ð nh nghĩa ............................................................................................................................62 5.1.2. ðơn v ño nhi t ñ ................................................................................................................62 5.1.3. Nguyên lý .............................................................................................................................62 5.1.4. Các phương pháp ño nhi t ñ ...............................................................................................62 5.1.5. Phân lo i nhi t k : ................................................................................................................63 5.2. ðo nhi t ñ b ng phương pháp tr c ti p.....................................................................................64 5.2.1. Nhi t k co giãn ...................................................................................................................64
-3- 5.2.2. Nhi t k áp su t ....................................................................................................................65 5.2.3. Nhi t k c p nhi t ng u:.......................................................................................................67 5.2.4. Nhi t k nhi t ñi n tr ..........................................................................................................69 5.3. ðo nhi t ñ b ng phương pháp gián ti p ....................................................................................72 5.3.1. Ho quang k quang h c ......................................................................................................72 5.3.2. Ho quang k phát x ...........................................................................................................75 5.3.3. Ho quang k màu s c..........................................................................................................76 CHƯƠNG VI: ðO THÀNH PH N VÀ N NG ð .................................79 6.1. Khái ni m chung .........................................................................................................................79 6.2. Phương pháp ñi n hóa.................................................................................................................79 6.2.1. Nguyên lý chung ..................................................................................................................79 6.2.2. Phân lo i...............................................................................................................................79 6.2.3. Phương pháp ñi n d n ..........................................................................................................79 6.2.4. Phương pháp ñi n th ...........................................................................................................81 6.2.5. Phương pháp Culông............................................................................................................83 6.2.6. Phương pháp phân c c .........................................................................................................84 6.3. Phương pháp ion hoá...................................................................................................................85 6.3.1. Nguyên lý chung ..................................................................................................................85 6.3.2. Phân lo i...............................................................................................................................86 6.3.3. Chân không k ......................................................................................................................86 6.3.4. Phương pháp phân tích ion hoá nhi t ...................................................................................87 6.3.5. Phương pháp phân tích kh i ph ..........................................................................................87 6.4. Các phương pháp ph ..................................................................................................................88 6.4.1. Nguyên lý .............................................................................................................................88 6.4.2. Phân lo i...............................................................................................................................89 6.4.3. Thi t b phân tích khí so màu ...............................................................................................90 6.5. Phương pháp nhi t t và ñi n dung.............................................................................................91 6.5.1. Nguyên lý .............................................................................................................................91 6.5.2. ng d ng..............................................................................................................................91 6.5.3. Thi t b phân tích khí nhi t ñi n tr .....................................................................................91 6.6. Phương pháp s c ký ....................................................................................................................92 6.6.1. Nguyên lý .............................................................................................................................92 6.6.2. Phân lo i...............................................................................................................................92 6.6.3. Thi t b s c kí khí .................................................................................................................92
-4- CHƯƠNG 1 CƠ S LÝ THUY T V K THU T ðO LƯ NG 1.1. M ðU 1.2. ð NH NGHĨA VÀ PHÂN LO I PHÉP ðO 1.2.1. ð nh nghĩa 1.2.1.1. ðo lư ng S ñánh giá ñ nh lư ng m t hay nhi u thông s c a các ñ i tư ng nghiên c u ñư c th c hi n b ng cách ño các ñ i lư ng v t lý ñ c trưng cho thông s ñó. V y ño lư ng là m t quá trình ñánh giá ñ nh lư ng ñ i lư ng c n ño ñ có k t qu b ng s so v i ñơn v ño. K t qu ño lư ng là giá tr b ng s c a ñ i lư ng c n ño (Ax), nó b ng t s c a ñ i lư ng c n ño (X) và ñơn v ño (X0) X V y quá trình ño có th vi t dư i d ng: Ax = X0 T ñó ta có: X = Ax . X0 (1-1) Phương trình (1-1) g i là phương trình cơ b n c a phép ño, nó ch rõ s so sánh ñ i lư ng c n ño v i m u và cho ra k t qu b ng s . 1.2.1.2. ðo lư ng h c Ngành khoa h c chuyên nghiên c u v các phương pháp ñ ño các ñ i lư ng khác nhau, nghiên c u v m u và ñơn v ño ñư c g i là ño lư ng h c. 1.2.1.3. K thu t ño lư ng Ngành k thu t chuyên nghiên c u và áp d ng các thành qu c a ño lư ng h c vào ph c v s n xu t và ñ i s ng g i là k thu t ño lư ng. 1.2.2. Phân lo i và các cách th c hi n phép ño ð th c hi n m t phép ño ngư i ta có th s d ng nhi u cách khác nhau: a) ðo tr c ti p: Là cách ño mà k t qu nh n ñư c tr c ti p t m t phép ño duy nh t. Cách ño này cho k t qu ngay. Th c t ña s các phép ño ñ u s d ng cách ño tr c ti p này. Ví d : ðo ñi n áp dùng vôn k , trên m t vôn k ñã kh c ñ s n b ng vôn. b). ðo gián ti p: Là cách ño mà k t qu ñư c suy ra t s ph i h p k t qu c a nhi u phép ño dùng cách ño tr c ti p.
-5- c) ðo h p b : Là cách ño g n gi ng ño gián ti p nhưng s lư ng phép ño theo cách ño tr c ti p nhi u hơn và k t qu ño nh n ñư c thư ng ph i thông qua gi i m t phương trình (hay h phương trình) mà các thông s ñã bi t chính là các s li u ño ñư c. Ví d : ði n tr c a dây d n có th tính t phương trình sau: r1 = r20 [1 + α (t - 20) + β (t - 20)2 ] Trong ñó các h s α,β chưa bi t. ð xác ñ nh chúng c n ph i ño ñi n tr ba ñi m nhi t ñ khác nhau là r20, rt1, rt2. Sau ñó thay vào ta có h phương trình: rt1 = r20 [1 + α (t1 - 20) + β(t1 - 20)2 ] rt2 = r20 [1 + α (t2 - 20) + β(t2 - 20)2 ] Gi i ra ta ñư c α,β d) ðo th ng kê: ð ñ m b o ñ chính xác c a phép ño nhi u khi ph i s d ng cách ño th ng kê. T c là ño nhi u l n sau ñó l y giá tr trung bình. Cách ño này ñ c bi t h u hi u khi tín hi u ño là ng u nhiên ho c khi c n ki m tra ñ chính xác c a m t d ng c ño. 1.3. CÁC ð I LƯ NG C N ðO TRONG CÔNG NGH HÓA H C - Lưu lư ng - ðo m c ch t l ng - Áp su t - Nhi t ñ - T tr ng - ð nh t … 1.4. CÁC ð C TRƯNG C A K THU T ðO LƯ NG Trong k thu t ño lư ng có các ñ c trưng sau ñây: - ð i lư ng c n ño - ði u ki n ño - ðơn v ño. - Phương pháp ño, thi t b ño - Ngư i quan sát ho c các thi t b thu nh n k t qu ño. - K t qu ño.
-6- 1.4.1. ð i lư ng ño (tín hi u ño) 1. Theo tính ch t thay ñ i c a ñ i lư ng ño Có th chia thành: a) ð i lư ng ño ti n ñ nh: Là ñ i lư ng ño ñã bi t trư c quy lu t thay ñ i theo th i gian c a chúng, nhưng m t (ho c nhi u) thông s c a chúng chưa bi t c n ph i ño. Ví d : C n ph i ño ñ l n (biên ñ ) c a tín hi u hình sin. ð i lư ng ño ti n ñ nh thư ng là tín hi u m t chi u hay xoay chi u hình sin hay xung vuông. Các thông s c n ño thư ng là biên ñ , t n s , góc pha … b) ð i lư ng ño ng u nhiên: Là ñ i lư ng ño mà s thay ñ i theo th i gian không theo m t quy lu t nào c . N u ta l y b t kỳ giá tr nào c a tín hi u thì ta ñ u nh n ñư c ñ i lư ng ng u nhiên. Ta th y r ng trong th c t ña s các ñ i lư ng ño ñ u là ng u nhiên. Vì th n u ñ i lư ng ño ng u nhiên có t n s thay ñ i nhanh s không th ño ñư c b ng các phép ño thông thư ng. Trong trư ng h p này ta ph i s d ng m t phương pháp ño ñ c bi t ñó là ño lư ng th ng kê. 2. Theo cách bi n ñ i tín hi u ño Có th chia thành: a) Tín hi u ño tương t (analog): (Tín hi u ño liên t c) là bi n ñ i nó thành m t tín hi u ño khác tương t nó. ng v i tín hi u ño này ngư i ta ch t o các d ng c ño tương t . Ví d : M t ampe mét có kim ch tương ng v i cư ng ñ dòng ñi n. b) Tín hi u ño s (digital): (Tín hi u ño r i r c) t c là bi n ñ i t tín hi u tương t thành tín hi u s . ng v i tín hi u ño này ngư i ta ch t o các d ng c ño s . 3. Theo b n ch t c a ñ i lư ng ño: Có th chia thành a) ð i lư ng ño năng lư ng: T c là ñ i lư ng ño mà b n thân nó mang năng lư ng. Ví d : S c ñi n ñ ng, ñi n áp, dòng ñi n, công su t, năng lư ng, t thông, cư ng ñ t trư ng …
-7- b) Các ñ i lư ng ño thông s : ðó là các thông s c a m ch ñi n như ñi n tr , ñi n c m, ñi n dung, h s t trư ng. c) Các ñ i lư ng ño ph thu c th i gian: Như chu kỳ, t n s góc, góc pha … d) Các ñ i lư ng ño không ñi n: ð ño ñư c b ng phương pháp ñi n, nh t thi t ph i bi n ñ i chúng thành ñi n nh các b chuy n ñ i ño lư ng sơ c p. Nh các b chuy n ñ i này mà ta nh n ñư c tín hi u ñi n Y t l v i ñ i lư ng c n ño X t c là Y = f(X) 1.4.2. ði u ki n ño Các thông tin ño lư ng bao gi cũng g n ch t v i môi trư ng sinh ra ñ i lư ng ño. Khi ti n hành phép ño ta ph i tính ñ n nh hư ng c a môi trư ng ñ n k t qu ño và ngư c khi khi s d ng d ng c ño ph i không ñư c nh hư ng ñ n ñ i tư ng ño. Ví d : ð ño cư ng ñ dòng ñi n ta dùng ampe mét. Dòng ñi n c n ño là U I= . Nhưng khi m c ampe mét vào ñ ño vì ñi n tr c a ampe mét là RA cho R nên dòng ñi n th c t ño ñư c s là: U U A − R + RA R R ∆ = (Iño - I)/Iño = =− A R RU U R + RA Như v y mu n cho phép ño dòng ñi n ñư c chính xác thì RA ph i có giá tr r t nh . Ngoài ra ta ph i chú ý ñ n môi trư ng bên ngoài có th nh hư ng ñ n k t qu c a phép ño. Nh ng y u t c a môi trư ng bên ngoài là: Nhi t ñ , ñ m c a không khí, t trư ng bên ngoài, ñ rung, ñ l ch áp su t cao th p so v i áp su t trung bình, b i b n … Nh ng y u t này ph i trong ñi u ki n chu n. ði u ki n chu n là nh ng ñi u ki n ñư c quy ñ nh theo tiêu chu n qu c gia, là kho ng bi n ñ c a các y u t bên ngoài mà su t trong kho ng ñó d ng c ño v n ñ m b o ñ chính xác quy ñ nh.
-8- ð i v i m i lo i d ng c ño ñ u có kho ng tiêu chu n c a nó ñư c ghi trong các ñ c tính k thu t c a nó. Trong th c t ta thư ng ph i ti n hành ño nhi u ñ i lư ng cùng m t lúc r i l i ph i truy n tín hi u ño ñi xa, t ñ ng ghi l i và gia công thông tin ñó. Cho nên c n ph i tính ñ n các ñi u ki n ño khác nhau ñ ch n thi t b ño và t ch c các phép ño cho t t nh t. 1.4.3. ðơn v ño ð có th s d ng m t h th ng ñơn v duy nh t ngư i ta ñã thành l p h th ng ñơn v qu c t (SI) (năm 1960) ñã ñư c thông qua h i ngh qu c t vê m u và cân. Trong h th ng ñó các ñơn v ñư c xác ñ nh như sau: - ðơn v chi u dài là mét (m) - ðơn v kh i lư ng là kilogam (kg) - ðơn v th i gian là giây (s) - ðơn v cư ng ñ dòng ñi n là ampe (A) nhi t ñ là ñ Kelvin (0K) - ðơn v - ðơn v cư ng ñ sáng là Candela (Cd) - ðơn v s lư ng v t ch t là mol (mol) Trên ñây là b y ñơn v cơ b n. Ngoài ra còn có các ñơn v kéo theo. 1.4.4. Thi t b ño và phương pháp ño 1.4.4.1. Thi t b ño Là thi t b k thu t dùng ñ gia công tín hi u mang thông tin ño thành d ng ti n l i cho ngư i quan sát. Chúng có nh ng tính ch t ño lư ng h c, t c là nh ng tính ch t có nh hư ng ñ n k t qu và sai s c a phép ño. Thi t b ño lư ng g m nhi u lo i ñó là: Thi t b m u, các chuy n ñ i ño lư ng, các d ng c ño lư ng, các t h p thi t b ño lư ng và các h th ng thông tin ño lư ng. M i lo i thi t b ñ u có ch c năng riêng c a nó. 1.4.4.2. Phương pháp ño Các phép ño ñư c th c hi n b ng các phương pháp ño khác nhau ph thu c vào các phương pháp nh n thông tin ño và nhi u y u t khác như ñ i lư ng ño l n hay nh , ñi u ki n ño, sai s , yêu c u ... Phương pháp ño có th có nhi u nhưng ngư i ta ñã phân lo i thành hai lo i ñó phương pháp ño bi n ñ i th ng và phương pháp ño so sánh.
-9- 1. Phương pháp ño bi n ñ i th ng Là phương pháp ño có c u trúc theo ki u bi n ñ i th ng, không có khâu ph n h i. X Nx Nx/No X Bð A/D SS Xo No Xo Trong ñó: ð i lư ng c n ño X ñư c ñưa qua b bi n ñ i (Bð) và b bi n ñ i tương t s (A/D) và bi n thành con s Nx. ðơn v c a ñ i lư ng ño X0 cũng ñư c bi n ñ i thành N0, sau ñó ñư c so sánh gi a ñ i lư ng c n ño v i ñơn v ño qua b so sánh (SS). Quá trình ñư c th c hi n b ng phép chia NX/N0. K t q a ño ñư c th hi n b ng bi u th c: X = (NX / N0.) Xo 2. Phương pháp ño so sánh Là phương pháp ño có c u trúc m ch vòng, nghĩa là có khâu ph n h i. ∆X Nk X SS Bð A/D CT Xk D/A Trong ñó: SS - B so sánh. Bð - B bi n ñ i. A/D , D/A - B bi n ñ i s - tương t CT - Ch th k t qu . Tín hi u ño X ñư c so sánh v i m t tín hi u Xk t l v i ñ i lư ng m u X - Xk = ∆X. XO. Qua so sánh ta có:
-10- 1.4.5. Ngư i quan sát ðó là ngư i ño và gia công k t qu ño. Nhi m v c a ngư i quan sát khi ño là ph i n m ñư c phương pháp ño, am hi u v thi t b ño mà mình s d ng, ki m tra ñi u ki n ño, phán ñoán v kho ng ño ñ ch n thi t b cho phù h p, ch n d ng c ño phù h p v i sai s yêu c u và phù h p v i ñi u ki n môi trư ng xung quanh. Bi t ñi u khi n quá trình ño ñ có k t qu mong mu n. Sau cùng là n m ñư c các phương pháp gia công k t qu ño ñ ti n hành gia công (có th b ng tay hay dùng máy tính) s li u thu ñư c sau khi ño. Bi t xét ñoán k t qu ño xem ñã ñ t yêu c u hay chưa, có c n thi t ph i ño l i hay không, ho c ph i ño nhi u l n theo phương pháp ño lư ng th ng kê. 1.4.6. K t qu ño K t qu ño m t m c nào ñó có th coi là chính xác. M t giá tr như v y ñư c g i là giá tr ư c lư ng c a ñ i lư ng ño. Nghĩa là giá tr ñư c xác ñ nh b i th c nghi m nh các thi t b ño. Giá tr này g n v i giá tr th c mà m t ñi u ki n nào ñó có th coi là th c. ð ñánh giá sai l ch gi a giá tr ư c lư ng và giá tr th c ngư i ta s d ng khái ni m sai s c a phép ño. ðó là hi u gi a giá tr th c và giá tr ư c lư ng. Sai s c a phép ño có m t vai trò r t quan tr ng trong k thu t ño lư ng. Nó cho phép ñánh giá phép ño có ñ t yêu c u hay không. Có nhi u nguyên nhân gây nên sai s : - Do phương pháp ño không hoàn thi n. - Do s bi n ñ ng c a các ñi u ki n bên ngoài vư t ra ngoài nh ng ñi u ki n tiêu chu n ñư c quy ñ nh cho d ng c ño mà ta ch n. - Ngoài ra còn nh ng y u t khác n a như do d ng c ño không còn ñ m b ochính xác n a, do cách ñ c c a ngư i quan sát ho c do cách ñ t d ng c ño không ñúng quy ñ nh ... K t qu ño là nh ng con s kèm theo ñơn v ño hay nh ng ñư ng cong t ghi, ghi l i quá trình thay ñ i c a ñ i lư ng ño theo th i gian. Vi c gia công k t qu ño, ph i theo m t thu t toán (angôrit) nh t ñ nh b ng máy tính hay b ng tay ñ ñ t ñư c k t qu mong mu n.
-11- 1.5. C U TRÚC CƠ B N C A D NG C ðO 1.5.1. Phân lo i d ng c ño: D ng c ño lư ng r t ña d ng tuỳ theo yêu c u c a công tác nghiên c u khoa h c cũng như s n xu t và ñ i s ng. D ng c ño lư ng ñi n có th phân lo i theo nhi u cách khác nhau. 1.5.1.1. Theo cách bi n ñ i: Có th chia d ng c ño thành: * D ng c ño bi n ñ i th ng: Là d ng c ño mà ñ i lư ng c n ño X ñư c bi n ñ i thành ñ i lư ng ra Y theo m t ñư ng th ng, nghĩa là không có khâu ph n h i. * D ng c ño ki u bi n ñ i bù: Là lo i d ng c ño s d ng khâu ph n h i v i các chuy n ñ i ngư c ñ i lư ng ra Y thành ñ i lư ng bù XK bù v i tín hi u c n ño X. M ch ño là m t vòng khép kín. Thư ng phép so sánh ñư c di n ra sau các chuy n ñ i sơ c p. 1.5.1.2. Theo phương pháp so sánh ñ i lư ng ño Có th phân thành * D ng c ño ki u ñánh giá tr c ti p: Là lo i d ng c ño ñã ñư c kh c ñ theo ñơn v c a ñ i lư ng ño t trư c, khi ño ñ i lư ng ño ñư c so sánh v i nó ñ cho ra k t qu . * D ng c ño ki u so sánh: Là lo i d ng c ño mà vi c so sánh s ñư c th c hi n qua m i m t l n ño. D ng c ño ki u ñánh giá tr c ti p ñư c th c hi n theo sơ ñ bi n ñ i th ng. Còn d ng c ño ki u so sánh ñư c th c hi n theo sơ ñ bi n ñ i bù. 1.5.1.3. Theo phương pháp cho ra thông tin ño Có th chia thành: * D ng c ño tương t : Có s ch là m t hàm liên t c c a ñ i lư ng ño. D ng c ño tương t bao g m: - D ng c ño kim ch : K t qu ño ñư c ñ c s ch c a kim lên m t ñã kh c ñ s n. - D ng c ño t ghi: K t qu ño ñư c ghi l i dư i d ng ñư ng cong ph thu c th i gian.
-12- - D ng c ño ch th s : Là d ng c ño mà trong ñó ñ i lư ng ño liên t c ñư c bi n ñ i thành r i r c và k t qu ño cho ra dư i d ng s (th p phân hay nh phân) 1.5.1.4. Theo lo i ñ i lư ng ño Có th chia thành các lo i d ng c ño mang tên ñ i lư ng ño ñó. Ví d : Vônmét, ampemét, ômmét ... 1.5.1.5. Theo m c ñích s d ng Có th chia thành d ng c ño ñ bàn hay xách tay. 1.5.1.6. Theo m c ñ b o v Có th chia thành d ng c ño kín nư c, d ng c kín b i, d ng c ch ng va ñ p ... 1.5.2. Các ñ c tính cơ b n c a d ng c ño D ng c ño có nh ng ñ c tính cơ b n như nhau. 1.5.2.1. Sai s c a d ng c ño * Nguyên nhân gây ra sai s : Có th nguyên nhân do chính phương pháp ño gây ra ho c m t nguyên nhân nào ñ y có tính quy lu t. Cũng có th là do các y u t bi n ñ ng ng u nhiên mà ra. Trên cơ s ñó ta phân bi t hai lo i sai s : - Sai s h th ng: Còn g i là sai s cơ b n, là sai s mà giá tr c a nó luôn không ñ i hay thay ñ i có quy lu t. Sai s này v nguyên t c có th lo i tr ñư c. - Sai s ng u nhiên: Là sai s mà giá tr c a nó thay ñ i r t ng u nhiên do các bi n ñ ng c a môi trư ng bên ngoài (như nhi t ñ , ñ m, áp su t …). Sai s này còn g i là sai s ph . * Tiêu chu n ñ ñánh giá ñ chính xác c a d ng c ño là c p chính xác. C p chính xác c a d ng c ño là giá tr sai s c c ñ i mà d ng c ño m c ph i. Ngư i ta quy ñ nh c p chính xác c a d ng c ño ñúng b ng sai s tương ñ i quy ñ i c a d ng c ño ñó: ∆m γn % = x 100% XN XN: Là giá tr c c ñ i c a thang ño. ∆m: Là sai s tuy t ñ i c c ñ i. ð i v i m i d ng c ño có th có các c p chính xác sau ñây:
-13- 1.10n ; 1,5 . 10n ; 2.10n ; 2,5 . 10n ; 4 . 10n ; 5. 10n ; 6.10n. V i n - 0 , 1 , -1 , -2 tuỳ thu c t ng lo i. Ví d nói d ng c ño có c p chính xác là 1,5 t c là sai s tương ñ i quy ñ i b ng 1,5%. 1.5.2.2. ð nh y ð nh y c a m t d ng c ño ñư c tính b ng: S = dY/dX = F(x) V i: dY - ñ i lư ng ra dX - ñ i lư ng vào. N u F(x) không ñ i thì quan h vào ra c a d ng c ño là tuy n tính. Lúc ñó thang ño s ñư c kh c ñ ñ u. 1 ð i lư ng C = g i là h ng s d ng c ño. N u m t d ng c ño bao S g m nhi u khâu bi n ñ i, m i khâu có ñ nh y riêng c a nó: S1, S2,… Sn thì ñ nh y c a toàn d ng c ño là: S = S1 . S2 . S3 … Sn 1.5.2.3. ði n tr c a d ng c ño và công su t tiêu th * ði n tr vào: M i d ng c ño có gía tr ñi n tr vào c a nó. ði n tr ñó có th l n hay nh tuỳ thu c tính ch t c a ñ i tư ng ño. ði n tr vào ph i l n khi mà tín hi u ra c a khâu trư c ñó (c a b chuy n ñ i sơ c p ch ng h n) dư i d ng áp, nghĩa là dòng vào ph i nh và công su t tiêu th ph i ít nh t (ví d vônmét c n ph i có ñi n tr vào càng l n càng t t) * ði n tr ra: ði n tr ra c a d ng c ño xác ñ nh công su t có th truy n t i cho chuy n ñ i ti p theo. ði n tr ra càng nh thì công su t ñó càng l n. Thư ng ñ m ch ño có hi u qu ngư i ta c g ng làm phù h p tr kháng ra c a chuy n ñ i trư c v i tr kháng vào c a chuy n ñ i ti p sau ñó. 1.5.2.4. ð tác ñ ng nhanh ð tác ñ ng nhanh c a d ng c ño là th i gian ñ xác l p k t qu ño trên ch th . ð i v i d ng c tương t th i gian này kho ng 4s. Còn d ng c s có th ño ñư c hàng nghìn ñi m ño trong 1s. Vi c s d ng máy tính có th ño và ghi l i v i t c ñ nhanh hơn nhi u, m ra kh năng th c hi n có phép ño lư ng th ng kê. 1.5.2.5. ð tin c y
-14- ð tin c y c a d ng c ño ph thu c nhi u y u t : - ð tin c y c a các linh ki n c a d ng c ño . - K t c u c a d ng c ño không quá ph c t p. - ði u ki n làm vi c c a d ng c ño có phù h p v i tiêu chu n hay không. Nói chung ñ tin c y c a d ng c ño ñư c xác ñ nh b i th i gian làm vi c tin c y trong ñi u ki n cho phép có phù h p v i th i gian quy ñ nh không. ðã có nh ng công trình nghiên c u v ñ tin c y c a d ng c ño ñi u ki n nư c ta (nhi t ñ i, m, nóng) t ñó mà rút ra các bi n pháp nâng cao ñ tin c y c a d ng c ño. 1.5.3. Sơ ñ kh i c a d ng c ño M t d ng c ño cơ b n có ba b ph n chính ñó là: Chuy n ñ i sơ c p, m ch ño và cơ c u ch th . Ta l n lư t xét các khâu ch c năng này. Chuy n ñ i M ch ño Cơ c u ch th sơ c p 1.5.3.1. Chuy n ñ i sơ c p Làm nhi m v bi n ñ i các ñ i lư ng ño thành tín hi u ñi n. ð chính xác cũng như ñ nh y c a d ng c ño ñ u quy t ñ nh b i khâu này. 1.5.3.2. M ch ño Là khâu thu th p, gia công thông tin ño sau các chuy n ñ i sơ c p. M ch ño là khâu tính otná, th c hi n các phép tính trên sơ ñ m ch. Tuỳ thu c vào d ng c ño bi n ñ i th ng hay d ng c ño so sánh mà m ch ño có các c u trúc khác nhau. M ch ño thư ng s d ng k thu t vi ñi n t và vi x lý ñ nâng cao các ñ c tính k thu t c a d ng c ño. 1.5.3.3. Cơ c u ch th Cơ c u ch th là khâu cu i cùng c a d ng c ño, nó làm nhi m v th hi n k t qu ño lư ng dư i d ng con s so v i ñơn v sau khi qua m ch ño. Có th phân bi t ba cách ch th k t qu ño: - Ch th b ng kim ch trên b ng ñã kh c ñ s n, vi c so sánh do con ngư i th c hi n.
-15- - Ch th b ng d ng c t ghi, ñ ghi l i các tín hi u thay ñ i theo th i gian. - Ch th s có k t qu ño dư i d ng con s ñ c tr c ti p ho c t ñ ng ghi l i, vi c so sánh ñư c ti n hành t ñ ng. Tuy nhiên trong th c t các khâu trên ñây có th g n v i nhau, có s liên h ch t ch b ng các m ch ph n h i gi a các khâu v i nhau. 1.6. CÁC PH N T CH C NĂNG C A THI T B ðO 1.6.1. M ch ño lư ng và d ng c th c p 1. M ch ño lư ng: Là thi t b k thu t làm nhi m v bi n ñ i, gia công thông tin tính toán, ph i h p các tin t c v i nhau trong m t h v t lý th ng nh t. Ta có th coi m ch ño lư ng như là m t khâu tính toán, th c hi n các phép tính ñ i s trên sơ ñ m ch nh vào k thu t ñi n t theo yêu c u k thu t c a thi t b ño. Phân lo i m ch ño: Theo ch c năng c a các m ch ño mà ta có th phân thành nhi u lo i m ch ño như sau: - M ch t l : Là m ch th c hi n m t phép nhân (ho c chia) v i m t h s k. Nghĩa là n u ñ i lư ng vào là x thì ñ i lư ng ra là kx. ð i di n cho các lo i này là: Phân áp, bi n áp, bi n dòng... - M ch khu ch ñ i: Cũng gi ng như m ch t l , M ch khu ch ñ i làm nhi m v nhân thêm m t h s K g i là h s khu ch ñ i. Tuy nhiên m ch khu ch ñ i thì công su t ra l n hơn công su t vào, nghĩa là ñ i lư ng vào ñi u khi n ñ i lư ng ra. - M ch gia công và tính toán: Bao g m các m ch th c hi n các phép tính ñ i s như c ng, tr , nhân, chia, tích phân, vi phân ... - M ch so sánh: Là m ch so sánh gi a hai ñi n áp. M ch này thư ng ñư c s d ng trong các thi t b ño dùng phương pháp so sánh . - M ch t o hàm: Là m ch t o ra nh ng hàm s theo yêu c u c a phép ño nh m m c ñích tuy n tính hóa các ñ c tính c a tín hi u ño ñ u ra các b ph n c m bi n. - M ch bi n ñ i A/D ; D/A: Là lo i m ch bi n ñ i t tín hi u ño tương t thành s và ngư c l a, s d ng cho k thu t ño s và ch to các m ch ghép n i v i máy tính.
-16- - M ch ño s d ng k thu t vi x lý: Là m ch ño có cài ñ t vi x lý ñ t o ra c m bi n thông minh, kh c ñ b ng máy tính, nh và gia công sơ b s li u ño ... 2. D ng c th c p hay các thi t b ngo i vi và các thi t b ghép n i: là các b ph n ghép n i v i thi t b ño như bàn phím, màn hình, máy in, h thu th p s li u, kênh liên l c ... nh m m c ñích tăng ñ nh y, ñ chính xác, thu n ti n cho vi c nh p s li u, ki m tra s li u, ñ c k t qu ... Thi t b ño càng hi n ñ i, càng chính xác thì m ch ño càng ph c t p. 1.6.2. Các chuy n ñ i ño lư ng th c p 1.6.2.1. Các ñ nh nghĩa * Chuy n ñ i ño lư ng: Là thi t b th c hi n m t quan h hàm ñơn v gi a hai ñ i lư ng v t lý v i m t ñ chính xác nh t ñ nh. Như th chuy n ñ i ño lư ng làm nhi m v bi n ñ i t ñ i lư ng v t lý này sang ñ i lư ng v t lý khác. M i quan h hàm có th là tuy n tính hay phi tuy n. * Chuy n ñ i ño lư ng sơ c p: Là các chuy n ñ i ño lư ng mà ñ i lư ng vào là ñ i lư ng không ñi n và ñ i lư ng ra c a nó là ñ i lư ng ñi n. Phương trình c a chuy n ñ i ñư c vi t như sau: Y = f(X) Trong ñó: X là ñ i lư ng không ñi n c n ño Y là ñ i lư ng ñi n sau chuy n ñ i. * ð u ño: Khi chuy n ñ i sơ c p ñư c ñ t trong m t v h p có kích thư c và hình dáng r t khác nhau phù h p v i ch ñ t c a ñi m ño ñ t o thành m t lo i d ng c ñư c g i là ñ u ño, b c m bi n hay còn g i là sensor. ð th c hi n các phép ño ñ i lư ng không ñi n b ng phương pháp ñi n ta ph i có nh ng ñ u ño (c m bi n) mà ph n t cơ b n bên trong nó là các chuy n ñ i sơ c p. ða s các chuy n ñ i sơ c p ñ u d a trên các hi u ng v t lý: Hi u ng nhi t ñi n, quang ñi n, hóa ñi n, c ng hư ng t h t nhân… vì v y mà ñ chính xác, ñ nh y, ñ tác ñ ng nhanh … ñ u ph thu c vào các thành t u khoa h c và công ngh ch t o chúng. 1.6.2.2. Phân lo i các chuy n ñ i sơ c p 1. D a trên nguyên lý c a chuy n ñ i: Mà phân thành - Chuy n ñ i ñi n tr : Trong ñó ñ i lư ng không ñi n X bi n ñ i làm thay ñ i ñi n tr c a nó.
-17- - Chuy n ñ i ñi n t : Làm vi c d a trên các quy lu t v l c ñi n t . ð i lư ng không ñi n X làm thay ñ i các thông s c a m ch t như ñi n c m, ñ t th m µ và t thông φ. - Chuy n ñ i tĩnh ñi n: Làm vi c d a trên các hi n tư ng tĩnh ñi n. ð i lư ng không ñi n X làm thay ñ i ñi n dung hay ñi n tích c a nó. - Chuy n ñ i hoá ñi n: Làm vi c d a trên các hi n tư ng hóa ñi n . ð i lư ng không ñi n X làm thay ñ i ñi n d n Y, ñi n c m, s c ñi n ñ ng hoá ñi n … - Chuy n ñ i nhi t ñi n: D a trên các hi n tư ng nhi t ñi n. ð i lư ng không ñi n làm thay ñ i s c ñi n ñ ng nhi t ñi n hay ñi n tr c a nó. - Chuy n ñ i ñi n t và ion: Trong ñó ñ i lư ng không ñi n làm thay ñ i dòng ñi n t hay dòng ion ch y qua nó. - Chuy n ñ i lư ng t : D a trên hi n tư ng c ng hư ng t h t nhân và c ng hư ng t ñi n t . 2. Theo tính ch t ngu n ñi n: Mà phân thành - Chuy n ñ i phát ñi n: Có ñ i lư ng ra là ñi n áp V, s c ñi n ñ ng E, dòng ñi n I, ñ i lư ng vào là các ñ i lư ng không ñ i c n ño. Ví d : Trong các chuy n ñ i c m ng, c p nhi t ñi n , chuy n ñ i áp ñi n … ñ i lư ng vào là các thông s c n ño như t c ñ quay, nhi t ñ , áp su t. ð i lư ng ra là s c ñi n ñ ng c m ng ECƯ, s c ñi n ñ ng nhi t ñi n ENð và ñi n tích q. - Chuy n ñ i thông s : Trong ñó ñ i lư ng ra là các thông s như ñi n tr R, ñi n c m L … như các chuy n ñ i ñi n c m, ñi n dung. 3. Theo phương pháp ño: Phân thành - Chuy n ñ i bi n ñ i tr c ti p - Chuy n ñ i bù.
-18- CHƯƠNG 2: ðO LƯU LƯ NG 2.1. T NG QUAN 2.1.1. Lưu ch t Có th là ch t l ng, khí hay th m chí trong m t vài trư ng h p là ch t r n d ng b i. 2.1.2. Lưu lư ng Là lư ng lưu ch t ch y trong ng d n trong 2 ñơn v th i gian. 2.1.3. ðơn v Trong h SI, lưu lư ng th tích ñư c bi u th b ng m3/s ; m3/h …các ñơn v khác cũng ñư c dùng làm m3/d. ð i v i h ñơn v M , có các ñơn v gpm (gallon per minute), gpd (gallon per day) * Trong trư ng h p ch t l ng, ch c n bi t kh i lư ng riêng, ta có th tính lưu lư ng kh i lư ng: Qm = Qv ρ. ρ là kh i lư ng riêng c a lưu ch t. * Trong trư ng h p ch t khí, lưu lư ng có th ñư c bi u th b ng cách: - Trong trư ng h p lưu chuy n: Bi u th b ng “m3 th c t ” theo các gía tr áp su t và nhi t ñ c a khí ñư c xét. 250C và 101.3 kPa: bi u th b ng m3/s. - Trong ñi u ki n bình thư ng 00C và 101.3 kPa: bi u th b ng Nm3/s. - Trong ñi u ki n tiêu chu n Trong c 3 trư ng h p, có th bi t lưu lư ng kh i lư ng c a các khí ñ tránh l n l n. 2.2. CƠ S LÝ THUY T Phương trình Bernouli ñư c ng d ng làm cơ s cho vi c ño v n t c và lưu lư ng ch t l ng trong ng d n. T i m t ti t di n b t kỳ c a ng d n n m ngang, áp su t chung b ng t ng ρ w2 c a áp su t tĩnh h c (pth) và áp su t ñ ng l c ( ): 2 pw 2 p = pth + (1) 2 Khi ti t di n ng d n thay ñ i thì v n t c ch y c a ch t l ng cũng thay ñ i tương ng, do ñó giá tr áp su t tĩnh và áp su t ñ ng l c cũng thay ñ i.
-19- Do v y khi ño ñư c áp su t ch t l ng t phương trình (1) có th tìm ñư c v n t c ch y, bi t ñư ng kính ng s xác ñ nh ñư c lưu lư ng ch t l ng. * ng Venturi ð ño lưu lư ng theo ñ chênh l ch áp su t, ngư i ta dùng các d ng c ti t lưu như ng Venturi, màng ch n có l , ng loa. Nguyên t c làm vi c c a các d ng c này là d a trên ñ chênh l ch áp su t trong ng có th t dòng. Khi ñó nh v n t c thay ñ i mà 1 ph n áp su t tĩnh c a dòng trư c d ng c chuy n thành áp su t ñ ng l c phía sau d ng c . ng Venturi là m t ng có ti t di n như hình 2.1: Hình 2.1: ng Venturi Nh hình d ng ñ u ñ n như v y mà t n th t áp su t không vư t quá 15% ñ chênh l ch áp su t chung. Lưu lư ng ch t l ng ch y qua ng Venturi ñư c xác ñ nh b ng cách gi i ñ ng th i phương trình Bernoulli và phương trình lưu lư ng . L p phương trình Bernoulli cho 2 m t c t f1 và f2 t i 2 v trí A1 và A2 c nh nhau. p1 ω12 ω2 p + = 2+ 2 (2) ρg 2 g ρg 2 g ω 2 − ω12 p1 − p2 =2 Hay: h= , [m] (3) ρg 2g p1 p ñây và 2 : Th năng riêng tĩnh h c m t c t f1 và f2. ρg ρg ω12 ω2 2 và : Th năng riêng v n t c t i 2 m t c t trên, [m] 2g 2g ρ: Kh i lư ng riêng c a ch t l ng trong ng d n , [kg/m3] Theo phương trình dòng liên t c: f1ω1 = f2ω2, ta có: