Xem mẫu
- Đồ án tốt nghiệp
Xây dựng và đánh giá một
số dụng cụ kỹ thuật đo
lường
- Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng
cụ kỹ thuật đo lường
Chuơng I
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
1.1. Khái quát chung
Ở các nước tiên tiến khoa học kỹ thuật công nghệ đo lường phát triển đạt trình
độ cao đã hỗ trợ cho các ngành kinh tế phát triển làm tăng hiệu quả sản xuất và
nâng cao chất lượng sản phẩm. Làm cơ sở phát khoa học công nghệ đo lường
điều khiển, công nghệ tự động hoá và phát triển các ngành khoa học kỹ thuật
công nghệ có hiệu quả.
Một trong những yếu tố chiến lược phát triển khoa học công nghệ giáo dục là
phát triển ứng dụng kỹ thuật và công nghệ đo lường hiện đại theo các mô hình đo
lường có ứng dụng kỹ thuật vi sử lý và máy tính phục vụ cho đào tạo và nghiên
cứu trong hệ thống các trường Đại học.
Kỹ thuật số đã cải thiện một bước đáng kể chất lượng đo lường. Các phương
tiện đo được gọn nhẹ hơn, khả năng làm việc nhiều hơn, độ chính xác và độ tin
cậy các phép đo cao hơn, có tốc độ nhanh và ổn định hơn v.v…có khả năng kết
nối với các thiết bị ngoại vi như máy tính, máy in v.v….
Ứng dụng kỹ thuật vi xử lý và các thiết bị ngoại vi ngày nay đã mở ra sự phát
triển vượt bậc trong kỹ thuật và công nghệ đo lường chiếm một tỷ lệ khá lớn so
với các lĩnh vực khác, hiện nay là phần tử quan trọng trong các hệ thống thông tin
đo lường và điều khiển.
Hệ thống thông tin đo lường có ứng dụng kỹ thuật vi xử lý có tốc độ đo và xử
lý nhanh, cho phép thực hiện các phép đo tự động đồng thời nhiều kênh, độ tin
cậy và độ chính xác cao v. v…được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
phân loại sản phẩm. Hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật và trong quá trình điều khiển
tự động v.v…
Nhờ có hệ thống đo lường ứng dụng kỹ thuật vi xử lý người ta đã tạo ra các
thiết bị đo thông minh nhờ cài đặt vào chúng các bộ vi xử lý hay vi tính đơn
phiếm chúng có những tính năng hơn hẳn các thiết bị đo thông thường, có thể tự
xử lý và lưu giữ kết quả đo, làm việc theo chương trình, tự động thu thập số liệu
đo v.v…
1.2.Vai trò vị trí đo lường
Công tác đo lường là một trong những yếu tố quyết định sự tồn tại, phát triển của
đất nước nói chung và của trường ĐHNN I nói riêng trong tương lai. Góp phần
nâng cao chất lượng đào taọ, phục vụ nghiên cứu khoa học, nghiên cứu triển khai,
nâng cao tiềm lực khoa học kỹ thuật công nghệ tiến kịp trình độ trong khu vực và
trên thế giới.
Trường ĐHNN I coi công tác đo lường thực nghiệm và nghiên cứu khoa học là
nhiệm vụ quan trọng góp phần thực hiện mục tiêu chất lượng đào tạo của trường.
Thực hành thí nghiệm là nội dung bắt buộc đối với mỗi sinh viên rất được trú
trọng trong công tác nghiên cứu triển khai và nghiên cứu khoa học của cán bộ và
nghiên cứu sinh trong trường.
Đo lường thực nghiệm phục vụ đào tạo, nghiên cứu triển khai bao hàm nhiều lĩnh
vực Cơ Điện, môi trường đo như xác định: cơ, lý tính của đất, các chỉ tiêu sinh
học của thực, động vật, các chỉ tiêu môi trường, các chỉ tiêu máy móc thiết bị
v.v…được thực hiện thường xuyên ở càc bộ môn của các khoa, các trung tâm
chuyên ngành, các cơ sở thực hành của trường.
Trong thời gian học tập sinh viên của khoa Cơ Điện phải hoàn thành một khối
lượng đo lường thực nghiệm trong thí nghiệm, thực hành khá lớn như ngành cơ
khí chiiếm 41%, ngành điện chiếm 40%, ngành công nghiệp và công trình nông
thôn 37%, đào tạo sau đại học và nghiên cứu sinh 12%, phục vụ đề tài nghiên cứu
25%.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Để đáp ứng những nhu cầu trên trang thiết bị đo lưòng, đo lường Cơ Điện Nông
Nghiệp phải thoả mãn các nhu cầu sau:
- Phục vụ mục tiêu đào tạo của khoa Cơ Điện.
- Phục vụ nghiên cứu khoa học, góp phần nâng cao kỹ thuật công nghệ tiến tới
hoà nhập trong khu vực.
- Phục vụ công tác nghiên cứu triển khai trong thiết kế chế tạo và thử nghiệm các
mẫu máy, thiết bị Cơ Điện sử dụng trong sản suất nông nghiệp và chế biến nông
sản.
- Tham gia xác định các thông số của hệ thống điện phục vụ cho quy hoạch tổng
thể, các chỉ tiêu kinh tế của lưới điện nông nghiệp hiện tại và trong tưong lai.
- Phục vụ công tác nghiên cứu tiết kiệm và sử dụng các dạng năng lượng trong
nông nghiệp và chế biến nông sản.
- Kiểm tra tình trang kỹ thuật của ôtô, máy kéo.
- Kiểm tra thử nghiệm các trang thiết bị điện trên ôtô, máy kéo.
- Đo lường các đại lượng vật lý phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học của
nhà trường.
Têu chuẩn hoá công tác đo lường thực nghiệm theo pháp luận của nhà nước, tham
gia quản lý chất lượng, kiểm định và đánh giá sản phẩm Nông nghiệp.
Hệ thống trang thiết bị đo lường thử nghiệm của khoa Cơ Điện phải mang tính
đồng đều, thuận lợi có tính năng kỹ thuật phù hợp không những cho đào tạo mà cả
cho công tác nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường có khả
năng nối ghép với các thiết bị ngoại vi v.v… Đào tạo và bổ sung đội ngũ cán bộ
kỹ thuật đủ mạnh và công tác quản lý sử dụng có hiệu quả.
1.3. Hiện trạng trang thiết bị đo lường cơ điện.
Hệ thống trang thiết bị đo lường của khoa Cơ Điện đang được sử dụng chủ yếu
dựa trên mô hình đo lường tương tự (hình 1.1) để đo các đại lượng cơ học như
kéo, nén, xoắn v.v… các đại lượng điện như: Ι, U, P v.v… các đại lượng môi
trường như độ ẩm, nhiệt độ, áp suất v. v… Đo lường thử nghiệm trang thiết bị
điện trên ôtô, máy kéo.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Được trang bị từ năm 1960 hầu hết các thiết bị đều của Liên Xô cũ và được bổ
xung vào những năm 1980 và năm 1985. Mặc dù các thiết bị đã được nhiệt đới
hoá xong, cho đến nay hầu hết đều đã bị hư hỏng hoặc qua sửa chữa.
Tổ chức quản lý và sử dụng các trang thiết bị trên chủ yếu ở các bộ môn chuyên
ngành và bảo quản theo các phòng thí nghiệm.
1.3.1. Phòng thí nghiệm kim loại – sửa chữa – Trực thuộc bộ môn kim loại sửa
chữa.
Phòng có các thiết bị máy móc như sau:
Thiết bị đo độ bóng, độ cứng bề mặt của các chi tiết.
Thiết bị tôi cao tần.
Lò nung nhiệt độ cao.
Kính hiển vi quang học.
Một số dụng cụ đo phục vụ cho công tác sửa chữa.
Các thiết bị trên một số bị hư hỏng, một số còn lại chất lượng không đảm bảo
không thể đáp ứng được công tác đào tạo của khoa.
1.3..2 Phòng thí nghiệm sức bền vật liệu –Trực thuộc bộ môn Cơ học kỹ thuật
được trang bị:
Máy đo lực kéo, nén.
Máy đo mômen quay.
Một số dụng cụ đo chuyên dùng phục vụ cho các bài thí nghiệm đo ứng suất, biến
dạng của vật liệu khi tiến hành thí nghiệm.
Phòng thí nghiệm kỹ thuật điện –Trực thuộc bộ môn Cơ sở Kỹ thuật điện, phục
vụ chủ yếu cho sinh viên chuyên ngành điện, máy móc thiết bị rất đa dạng, nhiều
chủng loại. Có thể phân thành các nhóm:
Máy biến áp đo lường các loại.
Các dụng cụ đo: A, V, P, Hz v.v…
Các dụng cụ mẫu.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Các thiết bị và dụng cụ trên có độ chính xác thấp, không còn đồng bộ và rất lạc
hậu. Hiện nay phòng thí nghiệm chỉ phục vụ công tác thực tập và thí nghiệm của
sinh viên mang tính chất cơ bản không thể thiếu trong đào tạo.
1.3.3. Phòng thí nghiệm cung cấp và sử dụng điện–Trực thuộc Bộ môn cung cấp
điện, phòng phục vụ thực tập chủ yếu cho sinh viên chuyên ngành điện.
Máy biến áp đo lường.
Các dụng cụ đo:A, V, P, Hz v.v…
Các dụng cụ mẫu.
Máy hiện sóng.
Thiết bị tự ghi.
Thiết bị đo, đếm các thông số đường dây cao và hạ áp.
Thiết bị đo chuyên dùng trong mạch đo lường bảo vệ.
Hiện nay hầu hết các thiết bị trên đều bị hư hỏng hoặc quá lạc hậu gặp rất nhiều
khó khăn trong công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học .
1.3.4.Phòng thí nghiệm Ôtô, máy kéo-Trực thuộc bộ môn ôtô, máy kéo, được
trang bị:
Hệ thống kiểm tra và chuẩn đoán kỹ thuật động cơ ôtô, máu kéo .
Hệ thống kiểm tra các trang thiết bị điện trên ôtô và máy kéo.
Thiết bị kiểm tra cung cấp nhiên liệu .
Thiết bị kiểm tra hệ thống đốt cháy.
Các dụng cụ đo chuyên dùng: V, A, N, v.v…
Hiện nay hầu hết trang thiết bị trên đều hư hỏng hoặc đã qua sửa chữa, chỉ đáp
ứng được một phần nhỏ công tác thực tập của sinh viên.
1.3.5.Phòng thực tập Thuỷ lực- Trực thuộc Bộ môn Máy nông nghiệp, phòng
được trang bị:
Thiết bị đo áp suất.
Thiết bị đo lưu lượng.
Thiết bị đo vận tốc.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Một số thiết bị phục vụ cho công tác khảo nghiệm Máy nông nghiệp.
Có thể mô tả hiện trạng trang thiết bị đo lường của khoa Cơ Điện theo sơ đồ
hình1.1.
Hầu hết các trang thiết bị đều thuộc mô hình đo lường tương tự, các thiết bị đo
chủ yếu là loại cơ điện trong vùng thông số ổn định (tần số, biên độ v.v…) không
thích ứng với công tác nghiên cứu khoa học, phần lớn đến nay đã lỗi thời hoặc
qua sửa chữa nhiều lần không đáp ứng được nhu cầu hiện nay.
Việc trang bị và nâng cấp hệ thống trang thiết bị đo lường cơ điện nông nghiệp
của Khoa Cơ Điện sẽ đáp ứng đầy đủ cho công tác đào tạo, nghiên cứu khoa học
và nghiên cứu triển khai của khoa. Đáp ứng được công tác đo lường kiểm tra chất
lượng tiến tới tham gia vào hệ thống tiêu chuẩn đo lường chất lượng nhà nước,
tham gia quản lý chất lợng, kiểm định và đánh giá sản phẩm nông nghiệp. Tăng
cường giao lưu kỹ thuật công nghệ với các nước trong khu vực và trên thế giới.
HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG CƠ ĐIỆN
Hệ thống trang thiết
bị đo lường khoa Cơ
Phòng thí nghiệm thực hành Trang thiết bị đo lường
Điện tử
Các thiết bị và dụng cụ đo
điện kiểu cơ điện đo các đại
Máy điện lượng I, U, W, Wh, cos,
f,...Thiết bị quan sát: Dao
Kỹ thuật điện động ký điện từ ...Vùng làm
việc ổn định (biên độ, tần
TĐ hoá số...) độ chính xác: từ 0.5 đến
2.5 điều kiện làm việc ổn
Trạm điện định
Sử dụng điện
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụThiết bị dụng cụ đo và thử
Truyền điện kỹ thuật đo lường
nghiệm các đại lượng: lực
Mạng điện kéo, mômen...Các thiết bị
- Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.1. Thiết bị đo khoa cơ điện
1.4. Kết luận:
Qua những phân tích đánh giá về hiện trạng, xu thế phát triển, tầm quan trọng
và nhiệm vụ của công tác đo lường trong việc nghiên cứu khoa học cho thấy “xây
dựng và đánh giá dụng cụ đo lường trong các phòng thí nghiệm kỹ thuật đo
lường” là hoàn toàn đúng đắn và kịp thời phù hợp mục tiêu hiện đại hoá và công
nghiệp hoá nền sản xuất nông nghiệp nói riêng và xu thế hội nhập kinh tế toàn
cầu.
1.5. Hệ thống đơn vị đo lường và dẫn xuất chuẩn.
Việc thành lập các đơn vị, thống nhất đơn vị đo lường là một quá trình lâu
dài, biến động. Việc xác định đơn vị, tổ chức đảm bảo đơn vị tổ chức kiểm tra,
xác nhận mang tính khoa học, kỹ thuật, tổ chức và pháp lệnh.
Việc thống nhất quốc tế về đơn vị, hệ đơn vị v.v… mang tính chất hiệp
thương và qui ước.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Tổ chức quốc tế về đo lường học đã họp nhiều lần để thống nhất quốc tế về
các đơn vị, hệ đơn vị và mẫu quốc gia và quốc tế về những đại lượng cơ bản, cho
đến nay vấn đề đơn vị cơ bản, hệ thống đơn vị, các mẫu cơ bản và yêu cầu về các
mẫu cơ bản cũng đã thống nhất với trình độ hiện nay.
Hệ thống đơn vị đựơc thống nhất hiện nay là hệ thống thống nhất quốc tế SI.
Hệ thống này chấp nhận những đơn vị cơ bản làm cơ sở để suy ra các đơn vị dẫn
xuất khác, có bảy đại lượng được coi là đơn vị cơ bản:
Bảng 1.1
Đại lượng Đơn vị Kí hiệu
Chiều dài Mét M
Khối lượng Kilôgam Kg
Thời gian Giây S
Dòng điện Ampe A
o
Nhiệt độ độ kenlvin k
Ánh sáng Candela Cd
Đượng lượng
Phần tử Môn Mol
4 đơn vị đầu tiên là cơ bản nhất vì vậy hệ SI còn gọi là hệ MKSA hợp lý hoá.
Nước ta, theo nghị định 186/CP ký ngày 26 tháng 12 năm 1964, nhà nước Việt
Nam công nhận và quy đinh hệ SI là hệ đơn vị hợp pháp của nước Việt Nam.
Nghị định còn quy đinh các đơn vị dẫn suất dùng thống nhất trong nước. Gồm
102 đơn vị cho 72 đại lượng vật lý.
Hệ thống đơn vị đo lường quốc tế SI ra đời vào năm 1954 và được bổ xung hoàn
chỉnh năm 1960 đã hơn hẳn các hệ thống cũ như : Hệ mét, hệ CGS, hệ MTS
v.v…[8], [9].
Để đảm bảo tính thông nhất trong đo lường trên toàn quốc pháp lệnh về đo
lường của Nhà nước Việt Nam đã quyết định các đơn vị tiêu chuẩn Việt Nam phù
hợp với hệ đơn vị đo lường quốc tế SI theo Bộ tiêu chuẩn quốc tế của Tổ chức
tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO-31 với các đơn vị cơ bản (bảng1.1)
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Các đơn vị đo lường được lượng hoá thông qua các đơn vị chuẩn có độ chính
xác cao mà khoa học có thể thực hiện được [8]. Dựa trên các đơn vị cơ bản này
người ta đã đưa ra các đơn vị dẫn suất cho tất cả các đon vị vật lý [8], [2], [5], sự
liên quan giữa đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn suất dưạ trên những quy luật thể hiện
bằng những công thức.
Ở Việt Nam chuẩn chuẩn Quốc gia do tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất
lượng quy định chế độ quản lý, đồng thời là cơ quan quản lý nhà nước về công tác
đo lường [8]. Định kỳ các chuẩn quốc gia được đem so sánh với chuẩn quốc tế để
luôn đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của đơn vị đo.
Chuẩn quốc tế: là chuẩn được hiệp định quốc tế công nhận làm cơ sở ấn định
giá trị cho các chuẩn khác của đại lượng có liên quan trên pham vi toàn thế giới
[9] do Viện cân đo Quốc tế (BTPM) quản lý.
Chuẩn Quốc gia : là chuẩn có chất lương cao nhất được một Quốc gia công
nhận để làm cơ sở ấn định cho các chuẩn khác có liên quan trong một nước [8]. Ở
Việt nam các chuẩn quốc gia được lưu giữ tại Trung tâm đo lường và tiêu chuẩn
Quốc gia.
Chuẩn chính: là chuẩn thường có chất lượng cao nhất về mặt đo lường có thể
ở một địa phương hoặc một tổ chức nào đó mà phép đo ở đó đều được dẫn xuất từ
chuẩn này [ 8 ],[ 9 ].
Chuẩn công tác: là chuẩn được dùng thường xuyên để kiểm tra hoặc hiệu
chỉnh vật đo, các phương tiện đo hoặc mẫu chuẩn, có thể phân loại chuẩn theo sơ
đồ (phụ lục).
Chuẩn Quốc tế và chuẩn Quốc gia được truyền tới các chuẩn thấp hơn thường
được thực hiện một cách hệ thống theo kiểu mắt xích liên tục không gián đoạn
đến các chuẩn công tác, các sản phẩm, đến các thiết bị đo lường v v…(phụ lục)
Các chuẩn đo lường được định kỳ kiểm tra và hiệu chuẩn theo sơ đồ hiệu
chuẩn (phụ lục) [8 ], [9 ].
1.6. Mô hình quá trình đo lường
Thông qua nguyên lý đo và phương tiện đo các đại lượng vật lý cần đo được
xác định chính xác về mặt định lượng và được thể hiện kết quả bằng số so với đơn
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
vị chuẩn của đại lượng cần đo kết quả đo được thể hiện bằng con số so với đại
lượng đo của nó. Sau đây là một số các mô hình đo lường cơ bản.
1.6.1. Mô hình đo lường tương tự.
Mô hình tương tự với tín hiệu đo là những đại lượng liên tục (analog), phép đo chỉ
thực hiện với tốc độ đo thấp, mắc sai số lớn v v…
3
1 2
X(t) Y1 Y2
CĐSC MĐ CT
4
TG
5 6
HS TBPH
Hình 1.2 Mô hình đo lường Analog
1. Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC);
2. Mạch đo ( MĐ).
3. Cơ cấu chỉ thị tương tự.
4. Cơ cấu tự ghi cơ điện.
5. Máy hiện sóng
6. Thiết bị phối hợp phía sau (TBPH).
Tín hiệu cần đo sau khi qua khâu chuyển đổi sơ cấp 1 (có thể là điện hoặc cơ
điện) được biến đổi thành tín hiệu điện tương tự Y1 tới mạch đo 2 thành tín hiệu
tương tự thống nhất hoá Y2, tín hiệu Y2 được đưa tới cơ cấu chỉ thị 3, cơ cấu tự
ghi 4 và máy hiện sóng 5 hoặc các thiết bị phối hợp 6 ở phía sau.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Với phương pháp chia cũ các vạch độ được chia đánh dấu trên mặt dụng cụ,
đó là qui ước của con người được thực hiện một cách tự nhiên mang yếu tố chủ
quan, quá trình đo chậm, tốc độ thấp. Thuận lợi trong đo lường trong thực hành,
kiểm tra và trong công nghiệp.
1.6.2. Mô hình đo lường A/ D
Quá trình đo lường thực hiện theo phương pháp biến đổi thẳng. Đại lượng cần đo
X được đưa qua khâu biến đổi biến thành các số N trên cơ sở so sánh với đơn vị
của đại lượng đo X0 , cũng được biến đổi thành số N0 và được nhớ lại. Kết quả
được đọ c trực tiếp bằng các số chỉ trên bảng chỉ thị, sơ đồ khối nguyên cho ở
hình1.3. 4
1 2 3
Y1 Y2
Y3
CĐSC TNH A/D
BN 5
PC 6
Hình 1.3. Mô hình đo lường A/ D
1. Chuyển đổi sơ cấp;
2. Mạch biến đổi thống nhất hoá (BĐTNH)
3. Bộ biến đổi tương tự số (Analog-Digital)
4. Chỉ thịu kiểu số
5. Bộ nhớ (BN)
6. Máy tính (PC)
Quá trình đo thực hiện ở khâu 1 và 2 diễn ra giống mô hình đo tương tự, tín
hiệu thống nhất hoá I2 được đưa tới bộ biến đổi tương tự số (A/ D), tín hiệu Y3
đưa tới các bộ chỉ thị số 4, bộ nhớ số 5 và thiết bị thể hiện 6. Quá trình đã thực
hiện phép ánh xạ đại lượng cần đo X (hay đại mẫu X0) là một hàm liên tục sang
một tập hợp các số N (N0) mang tính rời rạc.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Sơ đồ phối hợp các thao tác đo lường A/ D cơ bản trên hình 1.4. Thao cơ bản
của quá trình đo bao gồm 4 bước chính sau:
Đưa Xo vào thiết bị đo
(có No)
Nhớ No
So sánh Đưa X vào thiết bị đo
N/No (có N)
Đưa ra kết quả
Hình 1.4. Sơ đồ phối hợp thao tác mô hình đo lường A/D
Bước 1: Đưa đại lượng mẫu vào thiết bị đo mã hoá thành tập hợp số N0
Bước 2: Bộ nhớ N0
Bước 3: Đưa đại lượng cần đo X vào thiết bị đo và mã hoá thành tập hợp số N
Bước 4: So sánh tập số N/ N0, đưa kết quả ra bằng số
Ứng dụng kỹ trhuật số trong phép đo cho phép rút ngắn thời gian đo, tăng độ
chính xác và độ tin cậy của kết quả, mở rộng vùng tham số đo (biên độ,tần số...)
1.6.3. Mô hình đo lường có sử dụng vi xử lý
Mô hình đo lường có sử dụng vi xử lý giới thiệu ở hình 1.5 đánh dấu một bước
phát triển của kỹ thuật và công nghệ đo lường, ngoài các tính năng đo nhanh, độ
chính xác cao vv... có thể thực hiện dễ dàng việc biến đổi, xử lý tín hiệu và tự
động hoá quá trình đo. Là cơ sở để xây dựng hệ thông tin đo lường.
6 7
ĐK TBGN
X(t) Y1 Y2 Y3
Sensor KĐTNH A/D μP
1 2 3 4
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
5
CTS
- Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.5. Mô hình có sử dụng vi sử lý
1. Chuyển đổi sơ cấp; 2. Mạch khuếch đại thống nhất hoá (TNH); 3. Bộ biến đổi
A/D; 4. Bộ vi xử lý; 5. Chỉ thị số (CTS); 6. Hệ thống điều khiển (HĐK); 7. Thiết
bị ghép nối (TBGN).
Tín hiệu đo sau khi chuyển đổi sơ cấp 1 là tín hiệu tương tự Y1, qua bộ
khuếch đại thống nhất hoá 2 được Y2, tín hiệu tương tự chuẩn hoá Y2 (dòng từ o
đến 24mA hoặc từ o đến 10 V) sau đó qua bộ biến đổi tương tự số 3 (A/ D)
thành tín hiệu số đưa vào bộ vi xử lý 4 (μp). Để điều khiển bộ (μp) dùng bộ phát
xung nhịp lấy từ bộ điều khiển 6. Thiết bị ghép nối vào ra 7 cho phép đưa thông
tin ra màn hình hay máy in, hoặc lấy tín hiệu điều khiển từ bàn phím, kết quả đo
được đưa tới cơ cấu chỉ thị số 5.
1.7. Mô hình hệ thống thông tin đo lường
Hệ thống thông tin đo lường được định nghĩa là một tập hợp đầy đủ các
phương tiện đo và các thiết bị khác liên kết lại để thực hiện những phép đo nhất
định. Trong hệ thống đo vi xử lý làm nhiệm vụ thu thập số liệu và thực hiện hàng
loạt các vấn đề như: phân lớp, xác định các chế độ đo, các đại lượng cần đo, phạm
vi đo, trình tự đo, tìm ra các hệ số hiệu chỉnh và tự động xử lý kết quả đo trên máy
vi tính mà các phép đo trước kia không thể thực hiện được.
Sơ đồ chung một hệ thống thông tin đo lường hình 1.6
S1 KĐTNH1
S2 KĐTNH1 MUX S/H KĐ A/D
Sn KĐTNH1
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.6. Hệ thống thông tin đo lường.
Tín hiệu từ các bộ cảm biến (S) được đưa qua các chuyển đổi chuẩn hoá
(C.Đ.C.H) đến các bộ kênh (MUX) tới bộ tích giữ mẫu (S/H), sau đó tín hiệu
chuyển tới bộ khuyếch đại (KĐ) tới bộ chuyển đổi tương tự số (A/D). Trong hệ
thống sử dụng vi sử lý (μP) để thực hiện các nhiệm vụ như: Xử lý thống kê, nén
thông tin, thực hiện các phép biến đổi...vi xử lý kết hợp với các bộ nhớ cố định
ROM và bộ nhớ thay đổi RAM các thông tin sau ADC được trao đổi với μP thông
qua kênh BUS, đồng thời qua BUS điều khiển μP có thể điều khiển tất cả các
khâu trong hệ thống. ở đầu ra tín hiệu có thể nối với các đối tượng khác như: Máy
phát tín hiệu, máy điều khiển ... [1].
Hệ thống thông tin đo lường thể hiện bước phát triển nhảy vọt trong kỹ thuật
và công nghệ đo lường không những khắc phục các nhược điểm và phát triển các
ưu điểm của các mô hình đo lường trước mà còn cho phép đo được nhiều kênh
trong cùng một thời gian, truyền đi xa... được ứng dụng rộng rãi trong đo lường-
điều khiển tự động, trong nghiên cứu khoa học.
1.7.1.Hệ thống đo lường độc lập.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Được sử dụng để đo một đại lượng vật lý nào đó cho ra chỉ thị kết quả hoặc báo
hiệu, có thể mô tả sơ đồ khối như hình 1.7.
4
1 2 3
Y1 Y2
Y3
CĐSC TNH A/D CT số
BN 5
Đến các thiết bị phối hợp
PC 6
Hình 1.7. Mô tả hệ thống thông tin đo lường đập lập.
Hệ thống thông tin đo lường độc lập về cơ bản quá trình đo cũng giống như
mô hình đo lường A/D (1.6.2), chỉ khác hệ thống có thêm đầu ra Analog để phục
vụ cho mục đích sử dụng ở phía sau: Điều khiển nhờ trên băng từ hoặc trên đĩa
vv...
1.7.2. Hệ thống đo lường nối tiếp.
Là hệ thống mà các đại lượng cần đo được truyền lần lượt trên một kênh duy
nhất tới thiết bị thể hiện và bộ nhớ hoặc các thiết bị phía sau. Sơ đồ khối hình 1.8.
tbn
s1 KĐTNH1
s2 KĐTNH2 PK TT và XL cts
sn KĐTNH3 ĐK
Người quan sát
Hình 1.8. Hệ thống thông tin đo lường nối tiếp
Trong sơ đồ tín hiệu tương tự của cảm biến (S) qua khuếch đại thống nhất
hoá (KĐTNH) tới bộ phân kênh (PK), tại đây các đại lượng đo lần lượt được
truyền tới bộ thu thập và xử lý thông tin (TTXL) trên một kênh duy nhất sau đó
được đưa tới thiết bị thể hiện (CT) hoặc thiết bị nhớ (TBN). Tín hiệu sau bộ nhớ
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
có thể được gửi đi xử lý tiếp. Nếu sử dụng bộ chỉ thị kiểu hiện số thì trước nó cần
có bộ chuyển đổi tương tự số.
Để điều khiển hệ thống làm việc có sử dụng hệ điều khiển, hệ điều khiển có
thể được cài đặt theo một trương trình Angorit đã định trước hoặc trực tiếp do
người sử dụng.
Trong trường hợp các chuyển đổi chuẩn hoá cùng loại và có cùng một thang
đo thì có thể dùng chung một chuyển đổi chuẩn hoá khi có bộ phân kênh được
đưa về phía trước của chuyển đổi chuẩn hoá.
Hệ thống đo nối tiếp có cấu tạo đơn giản, giá thành hợp lý đòi hỏi tốc độ đo
và phân kênh cao, phù hợp cho các quá trình đo chậm, ở vùng có tần số thấp, độ
tin cậy không cao, mắc sai số lớn.
1.7.3. .Hệ thống đo lường song song.
Hệ thống đo lường song song cho phép đo đồng thời các đại lượng cần đo
trong thời điểm bất kỳ tới các cảm biến (S) khác nhau, các tín hiệu được truyền
trên kênh thông tin không ảnh hưởng lẫn nhau.
Sơ đồ nguyên lý hình 1.9.
Các thiết bị ngoài
B ộ ghép nối
T.B.N
thông tin
S1 KĐTNH1
xltt
S2 KĐTNH2 t.t.d.l c T số
(cpu)
Sn KĐTNH3
N gười quan sát
Hình 1.9. Hệ thống thông tin đo lường song song
Các tín hiệu đo sau khi qua chuyển đổi chuẩn hoá đều được đưa tới bộ thu
thập thông tin (TTDL), từ đây tín hiệu được dẫn tới bộ xử lý thông tin trung tâm
(XLTT) bằng các tiến hiệu (khoảng cách thích hợp nhỏ hơn 2km). Bộ xử lý trung
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
tâm thực hiện các chức năng đưa ra những tín hiệu cần thiết cho các thiết bị phía
sau phối hợp. Điều khiển hệ thống có thể theo một trương trình sẵn hoặc trực tiếp.
Hệ thống đo lường song song đảm bảo phép đo có độ tin cậy cao, các tín hiệu
được truyền đi song song với nhau nên không phụ thuộc lẫn nhau, nhưng đòi hỏi
cần có biện pháp chống nhiễu giữa các kênh tốt. Nhưng có nhược điểm là số
lượng dây quá lớn, cồng kềnh và giá thành cao.
1.7.4. Hệ thống đo lường hỗn hợp.
Hệ thống đo lường hỗn hợp là tổng hợp của hai hệ thống đo nối tiếp và song
song. Hệ thống đo lường này cho phép tác động nhanh với các tín hiệu đo, đo
được nhiều đại lượng cùng một lúc và hạn chế được nhược điểm riêng rẽ của các
loại trên.
Hiện nay các tổ hợp đo lường đã ra đời và dần dần thay thế các phương tiện
đo lường cũ, hệ thống đo lường càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực
như tự động điều khiển quá trình sản xuất, tự động kiểm tra chất lượng sản phẩm,
tự động hiệu chuẩn các phương tiện đo...
Hệ thống đo lường là tập hợp các phương tiện được liên kết với nhau để thực
hiện một phép đo nhất định. Hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật, hệ thống tự động
kiểm tra sản phẩm, hệ thống tự động hiệu chỉnh phương tiện đo...
Với ứng dụng của kỹ thuật vi tính, kỹ thuật điện tử và tự động hoá các hệ
thống thông tin đo lường dần dần được hoàn thiện, càng ngày càng chiếm ưu thế
và được ứng dụng rộng rãi trong mọi ngành kinh tế quốc dân, chất lượng của phép
đo không ngừng được cải thiện.
Trong tương lai các nhà khoa học đang nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công
nghệ mới không ngừng được nâng cao hiệu quả và chất lượng của hệ thông đo,
các phương tiện đo gọn và nhẹ hơn.
1.8. Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo.
Để chọn đúng phương tiện đo cho ứng dụng cụ thể hãy xây dựng hệ thống
trang thiết bị đo cần có sự hiểu biết tốt về cấu trúc và các đặc tính của chúng cũng
như những căn cứ về kỹ thuật và công nghệ để đáp ứng yêu cầu và mục đích sử
dụng.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
Ngày nay các phương tiện đo lường có ứng dụng kỹ thuật điện tử, kỹ thuật số
và vi xử lý đang chiếm ưu thế trong các phép đo và đang được ứng dụng rộng rãi
trong mọi lĩnh vực, trong sự phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật công nghệ.
Công nghệ đo lường hiện nay gồm các thiết bị chính: Chuyển đổi sơ cấp,
chuyển đổi chuẩn hoá, hệ thống thu thập dữ liệu đa năng (loại kênh dẫn hoặc
không dây), bộ vi xử lý với máy tính và phần mềm ứng dụng (thu thập số liệu,
phân tích và tự động xử lý số liệu) thực hiện theo các mô hình đo lường đã nghiên
cứu ở mục 1.6.
Nghiên cứu và ứng dụng có hiệu quả phương tiện đo trong các phép đo có ý
nghĩa quyết định trong công tác đo lường và là yếu tố cơ bản nhất để có được kết
quả đo theo mong muốn.
1.8.1. Độ tin cậy của thiết bị đo.
Độ tin cậy của phương tiện đo lường giữ một vai trò quan trọng trong việc
cấu thành phương tiện đo đó. Độ tin cậy của phương tiện đo phụ thuộc vào nhiều
yếu tố và luôn được thể hiện trong quá trình đo các đại lượng khác nhau.
Thông thường độ tin cậy của thiết bị đo được xác định bởi khả năng làm việc
tin cậy của phương tiện trong điều kiện cho phép có phù hợp với thời gian qui
định và phụ thuộc tính chất nội tại của phương tiện đo:
-Trình độ kỹ thuật công nghệ của nhà sản xuất.
-Độ tin cậy của các linh kiện, các phần tử trong phương tiện đo.
-Các dụng cụ đo được chế tạo có kết cấu đơn giản hay phức tạp.
-Điều kiện làm việc của phương tiện đo có phù các tiêu chuẩn hay điều kiện cho
phép hay không của nhà chế tạo.
-Trình độ hiểu biết và kỹ năng thực hành của người sử dụng.
Do vậy để nâng cao độ tin cậy của phương tiện đo cần có những biện pháp
tích cực trong thiết kế chế tạo, trong quản lý sử dụng và trong vận hành phải quan
tâm tới các yếu tố như điều kiện môi trường, đào tạo cán bộ và nhân viên lành
nghề. Duy trì đều đặn chế độ bảo dưỡng và hiệu chuẩn định kỳ.
1.8.2. Các đặc tính cơ bản của phương tiện đo.
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
- Đồ án tốt nghiệp
1.Sai số của phương tiện đo.
Các đại lượng cần đo đều có một giá trị thực của nó, đó là giá trị phản ánh
thuộc tính của đối tượng đã cho phù hợp với đối tượng đã cho về số lượng và chất
lượng. Giá trị thực không phụ thuộc vào phương pháp đo, phương tiện nhận biết
chúng, đó là giá trị mà phép đo cố gắng đạt được.
Kết quả đo là sản phẩm của trình độ nhận thức, nó không những phụ thộc vào
bản thân đại lượng đo mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: Phương pháp đo,
phương tiện đo, người đo, điều kiện môi trường thực hiện phép đo....
Một trong những đặc trưng kỹ thuật cơ bản của các phương tiện đo là sai số
của thiết bị phải đảm bảo duy trì trong thời gian xây dựng, sai số của phương tiện
đo thể hiện dưới các dạng sau:
a. Sai số hệ thống.
Là sai số cơ bản, là sai số mà giá trị của nó luôn không đổi hay thay đổi có
quy luật sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được.
b. Sai số ngẫu nhiên.
Là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do các biến động của môi
trường bên ngoài (như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm..) sai số này còn gọi là sai số phụ.
Tiêu chuẩn để đánh giá độ chính xác của dụng cụ đo là cấp chính xác. Cấp
chính xác của dụng cụ đo là giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải. Người
ta quy định cấp chính xác của dụng cụ đo đúng bằng sai số tương đối quy đổi của
dụng cụ đo đó
Δm
γ n% = *100% (1-1)
XN
Trong đó: XN- là giá trị cực đại của thang đo.
Δm- là sai số tuyệt đối cực đại.
γn- là sai số ngẫu nhiên tính theo %.
2. Độ nhạy của phương tiện đo.
Độ nhạy cho biết khả năng làm việc của phương tiện đo đối với đại lượng cần
đo. Phương tiện đo có độ nhạy càng cao càng tốt. Đặc trưng cho độ nhậy của
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
nguon tai.lieu . vn
