Đề tài Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường

Y – là đại lượng điện sau chuyển đổi Phương trình mô tả trên có thể là tuyến tính hay phi tuyến tuy nhiên trong kỹ thuật đo lường người ta cố gắng tạo ra các chuyển đổi có quan hệ tuyến tính với mục đích nâng cao độ chính xác của phép đo. Thực tế tiến hiệu Y ở đầu ra của chuyển đổi không những chỉ phụ thuộc vào đại lượng x mà còn phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài z, khi đó phương trình mô tả có dạng: Y=f(x,z) Các chuyển đổi sơ cấp được đặt trong một lớp vỏ bọc bảo vệ có hình dáng rất khác nhau phù hợp với chỗ đặt để đo các đại lượng vật lý x cần đo được gọi là Sensor (hay đầu đo, cảm biến). Các Sensor được chế tạo riêng rẽ đơn chiếc hoặc được chế tạo hợp bộ với các thiết bị đo hay hệ thống đo lường. Khi chế tạo các chuyển đổi người ta thường quan tâm các đặc tíh cơ bản sau: -Khả năng thay thế và lắp lẫn của các chuyển đổi. -Chuyển đổi phải có đặc tính đơn trị. -Đường cong của chuyển đổi phải ổn định không thay đổi theo thời gian. -Tín hiệu ra chuyển đổi thường đặt thống nhất (chuẩn) hoá đảm bảo thuận tiện cho việc ghép nối vào các máy đo điện tử, hệ thống đo hay máy tính. -Sai số của các chuyển đổi đảm bảo nhỏ nhất để nâng cao độ chính xác của các chuyển đổi sơ cấp, đồng thời nâng cao độ chính xác của các phép đo hay dụng cụ đo. -Độ nhạy của các chuyển đổi thích hợp cho các ứng dụng phản ánh được với các biến động đủ nhỏ của tín hiệu đầu vào trong dãi đo. -Đặc tính động của chuyển đổi sơ cấp cho biết khả năng cho tín hiệu ra khi có tín hiệu ở đầu vào, trong thời gian ngắn nhất phải được chọn phù hợp với yêu cầu của thí nghiệm. 1.8.4. Tuyến tính hoá đặc tính cảm biến. Trong quá trình đo cảm biến cần phản ánh đúng đặc tính của các đại lượng cần đo X theo quan hệ đơn trị X=f(Y). Điều này khó có thể thoả mãn, phần lớn do các chuyển đổi cấu tạo nên cảm biến có đặc tính phi tuyến hoặc chịu tác động của nhiều yếu tố ảnh hưởng với các nguồn gốc khác nhau. Có thể khắc phục các nhược điểm trên dựa vào các thành tựu khoa học kỹ thuật công nghệ điện tử và tin học hiện đại. Một số các hướng phổ biến là: * Sử dụng các chuyển đổi thống nhất hoá. Chuyển đổi thống nhất hoá gồm phần tử nhạy (Sensor hay cảm biến) và khâu phối hợp được kết nối trong thiết bị đo, tại đó tín hiệu điện được xử lý và đưa ra với đặc tính phù hợp cho các khâu biến đổi tiếp theo của quá trình đo (hình1.12) KĐTNH1 x (t) Bộ ghép nối thông tin Nguồn nuôi ổn định u (t) , i (t) Tín hiệu T.N hoá (U,I) Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi thống nhất hoá Đại lượng cần đo X sau khi qua chuyển đổi thành đại lượng điện tương ứng u(t), i(t) được đưa qua khâu phối hợp để tạo ra tín hiệu thống nhất hoá ví dụ như: Dòng điện 0-20; 4-20; -5 - +5; -20 - +20 mA Điện áp 0-1; 0-10; -100 - +100 mV -1 - +1V; 0-10V. Phổ biến hiện nay là: 4-24mA và 0-10V hay ±10V. ở các phương tiện đo hiện đại khâu phối hợp thường chứa mạch khuếch đại tỉ lệ và tuyến tính hoá * ứng dụng vi xử lý và máy tính. Đưa vào khả năng tính toán của vi xử lý và máy tính bằng cách bù, ổn định nhiệt, tuyến tính hoá và ổn định đặc tuyến của chuyển đổi sơ cấp bằng hàm ngược với hàm biểu thị đặc tính của cảm biếnv.v... * Trong công nghệ chế tạo Nâng cao các tính năng của cảm biến bằng ứng dụng linh kiện điện tử, vật liệu mới và các giải pháp mạch tiên tiến có đặc tính kỹ thuật tốt: chính xác, ổn định và nhiệt đới hoá. Sau đây là một số các chuyển đổi có ứng dụng trong đo lường các đại lượng cơ điện. 1. Chuyển đổi kiểu điện trở. Là những chuyển đổi kiểu thông số thường được sử dụng để đo các dịch chuyển thẳng hoặc di chuyển góc của đại lượng càan đo. Chuyển đổi kiểu điện trở dựa trên sự thay đổi điện trở của chuyển đổi khi có sự tác động cdủa đaị lượng cần đo, những loại thường sử dụng; a. Chuyển đổi kiểu biến trở Dây điện trở chế tạo bằng Manganin, Ni ken, Crom, Contantan, Vonfram được phủ lớp cách điện, đường kính dây khoảng từ 0,02 đến 0,1 mm, điện trở của dây thay đổi từ vài chục ôm đến vài nghìn ôm và được quấn trên vật liệu cách điện như gốm, sứ, hay điện trở màng mỏng có con chạy v.v... Phương trình mô tả quan hệ giữa đại lượng vào, ra của chuyển đổi như sau: R=f(Xv) Trong đó: R- Giá trị điện trở của chuyển đổi. Xv- Đại lượng cần đo. Trong kỹ thuật đo lường ở các dạng: mạch biến đổi; mạch phân áp; mạch cầu; mạch Lôgômét U v l R x x R v I x l R x U a, b, Hình 1.13. Chuyển đổi biến trở a. Mạch biến trở b. Mạch phân áp b. Chuyển đổi kiểu điện trở ứng suất (điện trở Tenzô). Chuyển đổi dựa trên hiệu ứng Tenzô, nghĩa là khi chuyển đổi chịu biến dạng cơ khí thì điện trở của nó thay đổi và thường được chế taọ dưới ba dạng: - Chuyển đổi dây điện trở ứng suất có d=20mm. - Chuyển đổi màng điện trở ứng suất có chiều dày từ 25 đến 60 mm. - Chuyển đổi lá điện trở ứng suất mỏng 0,02mm và dày 0,2mm. Vật liệu chế tạo chuyển đổi thường là Constantan, Nỉcrôm, hợp kim Platin-Iriddi. Khi đo biến dạng điện trở Tenzô dược dán lên đối tượng đo, khi đối tượng biến dạng chuyển đổi biến dạng theo kéo theo sự thay đổi điện trở của chuyển đổi hình1.14. Đặc trưng cơ bản của chuyển đổi điện trở ứng suất là độ nhạy: e = (1-4) Trong đó: R và DR – Là điện trở và suất gia điện trở khi chịu biến dạng. L và DL - Là chiều dài và suất giản dài của điện trở ứng suất tương ứng. Khi đó: = f () (1-5) lo y x a, b, Hay eR = f(eL) Hình 1.14.Điện trở lực căng dây mảnh Thông thường chuyển đổi điện trở ứng suất thường được sử dụng với mạch cầu một chiều hay xoay chiều hình 1.15. P Rt R4=RTO Ura R2 R3 U R3 R2 Ura P Rt’ Rt Hình 1.15. Mạch cầu a, Mạch cầu một chiều; b, Mạch cầu xoay chiều Khi sử dụng chuyển đổi điện trở lực căng dây mảnh trong mạch cầu để đo các đại lượng cần chú ý: -Nguồn nuôi chọn sao cho dòng điện đi qua chuyển đổi không vượt quá giá trị cho phép I < Iđm, nếu cần sử dụng cả bốn vai của cầu thì U < Iđm*R. -Độ nhạy của chuyển đổi phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Do vậy trong mạch đo người ta thường sử dụng các phương pháp bù nhiệt độ để đảm bảo độ chính xác của phép đo. -Khi dán chuyển đổi lên đối tượng đo cần chú ý vị trí dán cho thích hợp để có độ nhạy cao tránh sai số do nhiễu và nhiệt độ gây ra. 2. Chuyển đổi kiểu điện từ. Đại lượng không điện cần đo tác dụng tới chuyển đổi làm thay đổi điện cảm, hỗ cảm hay từ thông của phần tử chuyển đổi. a, Chuyển đổi điện cảm, hỗ cảm. Chuyển đổi hỗ cảm có cấu tạo tương tự như nhau đều có cấu tạo là cuộn dây 2 được quấn trên lõi thép 1 có khe hở không khí. Với loại điện cảm thì chỉ cần một cuộn (hình 1.16a) còn với loại hỗ cảm có thêm cuộn dây ra (hình 1.16b). Dưới tác dụng của đại lượng vào Xv làm dịch chuyển phần ứng 3, khe hở tương đối giữa phần động và phần tĩnh thay đổi dẫn đến điện cảm hay hỗ cảm trong mạch của chuyển đổi thay đổi theo. Để tăng độ nhạy và chống nhiễu sử dụng kiểu vi sai (hình 1.16c). Phương trình chuyển đổi vối loại điện cảm Z = f(Dd) Phưong trình chuyển đổi với loại hỗ cảm H = f(Dd) 1 2 3 1 2 3 Hình 1.16. Chuyển đổi kiểu điện từ a, Loại điện cảm; b, Loại hỗ cảm; c, Kiểu vi sai 1. Lõi sắt từ; 2. Cuộn dây; 3. Phần động; d. Khe hở không khí Các chuyển đổi điện cảm và hỗ cảm đựơc dùng để đo các đại lượng không điện khác nhau như : - Đo dịch chuyển từ vài chục Mỉcrômet đến hàng chục centimet. - Đo chiều dày của lớp phủ - Đo độ bóng của chi tiết gía công . - Đo lực tác động từ 0,1N đến hàng trăm Niutơn. - Đo áp suất từ 0,001N/m2 đến hàng nghìn N/m2. Nhựơc điểm cơ bản của các chuyển đổi trên là trong mạch đo cần sử dụng nguồn cung cấp điện áp xoay chiều cố tần số thật ổn định. b. Chuyển đổi kiểu áp từ. Là một dạng đặc biệt của chuyển đổi kiểu điện cảm, hỗ cảm chỉ khác nhau với hai loại trên là mạch từ của chuyển đổi áp từ là loại mạch từ kín. Ura Fx Dưới tác dụng của biến dạng đàn hồi cơ học độ từ thẩm và các tính chất của vật liệu sắt từ thay đổi nghĩa là độ từ thẩm và từ trở của mạch thay đổi theo dẫn đến điện cảm (hình 1.17a) hoặc hỗ cảm (hình 1.17b) của chuyển đổi thay đổi theo, mạch đo thường sử dụng là mạch cầu vi sai. Độ chính xác của chuyển đổi phụ thuộc vào điện áp và tần số của nguồn nuôi, khi nguồn cung cấp thay đổi 1% thì kết quả mắc sai số khoảng 1%, tần số của nguồn thay đổi 1% thì gây ra sai số 0,2%. Chuyển đổi phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường . Hình 1.17. Chuyển đổi áp từ a, Kiểu điện cảm; b, Kiểu hỗ cảm; 1, Lõi thép; 2, Cuộn dây; 3, Đối tượng nghiên cứu Chuyển đổi áp từ có độ chính xác thấp (từ 3% đến 5%) nhưng có cấu trúc đơn giản, độ tin cậy cao thưòng được sử dụng ở ngoài hiện trường để đo áp suất, mômen xoắn trong các máy khoan đất, đo lực cắt trong quá trình gia công kim loại v.v... Nhược điểm của chuyển đổi có sai số phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và dòng điện từ hoá. c. Chuyển đổi kiểu cảm ứng. khi có tác động của đại lượng cần đo Xv vào phần động 3 thì trong cuộn đay 2 xuất hiện một sức diện động, kết quả ở cửa ra cho một điện áp tương ứng. Độ lớn của điện áp đầu ra của chuyển đỏi phụ thuộc vào sự biến thiên của từ thông do nam châm điện hay man châm vĩnh cửu 1 của chuyển đổi gây ra. Phương trình tổng quát: Ur = f(Xv) Đại lượng Xv có thể là các tác động thẳng (lực kéo, nén v.v...) hoặc mô men quay hay chuyển dịch góc. Nguyên tắc cấu tạo có loại chuyển đổi cuộn dây dịch chuyển có loại phần sắt dịch chuyển. Các chuyển đổi cảm ứng được dử dụng để đo tốc độ quay, mômen quay. Loại có lõi thép di chuyển được dùng để đo các di chuyển thẳng, di chuyển góc, đo biên độ rung từ vài phần trăm mm đến vài mm. Chuyển đổi cảm ứng có ưu điểm: Tín hiệu ra của các chuyển đổi có giá trị tương đối lớn từ vài phần vôn đến vài chục vôn nên mạch đo không cần khuếch đại. Độ nhạy của chuyển đổi cho phép đo được các di chuyển nhỏ, đo tốc độ, gia tốc và các đại lượng khác có tần số từ 15 đến 30 KHz. Sai số của chuyển đổi đạt từ 0,2% đến 0,5%. 3. Chuyển đổi tĩnh điện Gồm hai dạng chính: a. Chuyển đổi kiểu áp điện. Dựa trên hiệu ứng áp điện người ta đã chế tạo các chuyển đổi áp điện làm việc theo nguyên tắc: dưới tác dụng của đại lượng cơ học cần đo biến thiên tác dụng vào bề mặt của vật liệu thì trên bề mặt của chuyển đổi sẽ xuất hiện các điện tích gọi là hiệu ứng áp điện thuận. Ngược lại nếu đặt các vật liệu trên vào trong một điện trường biến thiên, dưới tác dụng của điện trường biến thiên làm biến dạng chuyển đổi gọi là hiệu ứng áp điện ngược, nghĩa là điện tích q biến thiên với đại lượng vào. q = f(xv) Các vật liệu dùng làm chuyển đổi áp điện là tinh thể thạch anh (SiO2), Titanabari (BaTiO3), muối Xenhet v.v... Ưu điểm của chuyển đổi áp điện: có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, độ tin cậy cao và có khả năng đo được các biến thiên nhanh. Trong kỹ thuật đo chuyển đổi áp điện dùng để đo lực biến thiên đến 10.000N, đo áp suất tới 100N/m2 và gia tốc tới 100g trong dải tần từ 0.5 đến 100KHz. Nhược điểm của chuyển đổi áp điện là không đo được lực tĩnh và rất khó khắc độ. b. Chuyển đổi kiểu điện dung. Chuyển đổi điện dung là những chuyển đổi có điện dung thay đổi dưới tác dụng của đại lượng cần đo khi đại lượng vào là sự dịch chuyển thẳng, di chuyển góc tác động vào phần động của chuyển đổi thì tín hiệu ra của chuyển đổi dưới dạng điện áp. Các chuyển đổi làm việc theo nguyên tắc như vậy gọi là chuyển đổi máy phát. Nếu đại lượng vào của chuyển đổi là sự di chuyển còn đại lượng ra là sự thay đổi điện dung thì gọi là chuyển đổi thông số. Dưới đây là một số loại chuyển đổi thường được sử dụng trong kỹ thuật đo lường bảng 1.2. Lĩnh vực ứng dụng: Chuyển đổi điện dung có khe hở không khí thay đổi dùng để đo những di chuyển nhỏ từ vài micromet đến vài milimet. Loại có điện tích bản cực thay đổi được dùng để đo các di chuyển lớn hơn 1cm và di chuyển góc tơí 2700. Chuyển đổi có điện môi thay đổi để đo độ ẩm, đo mức nước, chiều dày của vật liệu cách điện và đo lực. 4. Chuyển đổi nhiệt điện Là những chuyển đổi dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của các quá trình như đốt nóng, làm lạnh hay trao đổi nhiệt v.v... thì đầu ra của chuyển đổi sẽ có tín hiệu có thể là điện áp (như chuyển đổi cặp nhiệt điện ) hay tín hiệu ra là sự thay đổi về điện trở ( như chuyển đổi kiểu nhiệt điện trở ). Chuyển đổi cặp nhiệt điện ( cặp nhiệt ngẫu ). Là những chuyển đổi được cấu tạo từ hai dây dẫn, được làm từ hai vật liệu khác nhau được nối lại với nhau. Khi hai đầu của chuyển đổi có sự chênh lệch về nhiệt độ thì trong mạch sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt điện ( hình 1-19). 1 6 a a i 5 a-a i 1 2 3 4 Hình 1-19.Sơ đồ cấu tạo của một cặp nhiệt điện 1,2- Hai đầu dây của cặp nhiệt điện; 3- Đầu hàn; 4,5- ống cách điện; 6- Vỏ ngoài; 7- Đầu nối ra. Vật liệu dùng chế tạo chuyển đổi cặp nhiệt ngẫu phải đảm bảo: quan hệ giữa sức điện động nhiệt điện với nhiệt độ là hàm đơn trị, tính chất bền điện không thay đổi, độ bền hoá và cơ với nhiệt độ phải cao, dẫn điện tốt, có trị số sức điện động nhiệt điện lớn. Cặp nhiệt điện nối với nhau theo phương pháp hàn và được đặt trong thiết bị bảo vệ để tránh tác động của môi trường. Thiết bị bảo vệ được chế tạo từ loại thép tốt, đối với loại cặp nhiệt điện quý, thiết bị bảo vệ thường được làm bằng thạch anh hoặc gốm ( hình 1-19). Để tăng độ chính xác của phép đo và có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ của đầu đo trong sơ đồ mạch người ta có đưa thêm một mạch cầu vào mạch đo, trong đó ba nhánh của cầu đo là ba diện trở không thay đổi theo nhiệt độ ( Đồng hoặc Niken). Cầu được tính toán ở nhiệt độ 00C mắc nối tiếp với đầu tự do của cặp nhiệt ngẫu để ổn định nhiệt trong quá trình đo sử dụnh mạch bù nhiệt theo sơ đồ hình 1.20. c B mV r2 r3 r4 r1 a b r g r b e b b c Hình 1-20. Sơ đồ nguyên lý mạch bù nhiệt độ đầu đo R1- Điện trở bù nhiệt; EB- Nguồn nuôi Cặp nhiệt điện được ứng dụng chủ yếu để đo nhiệt độ, ngoài ra còn để đo các đại lượng không điện như đo dòng điện ở tần đố cao, đo hướng chuyển động. Chuyển đổi nhiệt điện trở. Chuyển đổi nhiệt điện trở là những chuyển đổi có điện trở thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ. Vật liệu chế tạo bằng dây đẫn hoặc là chất bán dẫn có hệ số nhiệt độ lớn, điện trở suất lớn, khó chảy và có độ bền hoá học cao đối với môi trtường. Loại nhiệt điện trở dây. Vật liệu chế tạo thường là từ Đồng, Platin và Niken có dường kính từ 0,02 đến 0.06mm và chiều dài từ 5 đến 20mm. Một số loại nhiệt điện trở thường gặp (hình 1.21). 1 2 3 4 3 2 1 Hình 1-21- Một số nhiệt điện trở thường gặp 1- Dây đặt trong ống sứ; 2- Vỏ bảo vệ; 3- ổ đỡ; 4- Hộp đầu ra. Nhiệt điện trở bán dẫn . Được chế tạo từ một số ôxit kim loại khác nhau như CuO, CoO, MnO v.v...Cấu tạo của nhiệt điện trở bán dẫn có thể ở dạng thanh, dạng đĩa và hình cầu.Bảng dưới đây cho đặc tính của một số nhiệt điện trở bán dẫn ( bảng 1.3 ). Mạch đo đối với chuyển đổi nhiệt điện trở có thể dùng mạch bất kỳ để đo điện trở của nó. Thông thường người ta hay dùng mạch cầu không cân bằng ( hình 1.22b) có chỉ thị là Lôgomet hoặc mạch cầu cho thiết bị tự ghi ( hình 1.22c ). ứng dụng của chuyển đổi nhiệt điện trở được dùng để đo nhiệt độ, đo các đại lượng di chuyển, đo áp suất và dùng để phân tích các thành phần, nồng độ của một số hợp chất và chất khí. e b r 1 r 4 r 2 r b r d3 r d2 r d1 r t r 3 r b e b r d3 r d2 r 2 r 1 r d1 r t r d1 r d2 r d3 r t r 2 r 4 r 3 r b r g e b u ra Hình 1.22-Mạch đo dùng với chuyển đổi nhiệt điện trở a, Mạch Lôgômet; b, Mạch cầu 3 dây dùng chỉ thị lôgômet; c, Mạch cầu 3 dây dùng với thiết bị ngoài. Ngoài các chuyển đổi đã trình bày ở trên trong kỹ thuật đo lường còn sử dụng sơ cấp dựa trên nguyên tắc hoá học (các chuyển đổi hoá điện), theo nguyên tắc xuất hiện các điện tử hay Ion (các chuyển đổi điện từ và Ion),v.v... [1]. 1.9. Phương pháp đo. Phương pháp đo là trình tự Lôgic các thao tác được mô tả một cách tổng quát để thực phép đo, phương pháp đo là sự thể hiện của nguyên lý đo và phương tiện đo. khoa học công nghệ càng phát triển sẽ có nhiều phương pháp được áp dụng và có khả năng loại trừ ót các sai số đảm bao kêt quả đo có độ chính xác cao.Trong thực tiễn ứng dụng nhiều phương pháp có thể phân thành một số dạng cơ bản hình 1.23. Phương pháp đó sánh với vật đọ được sử dụng nhiều trong các phép đo hiện nay, phương pháp có ưu điểm: - Cho kết quả có độ chính xác cao. - Có khả năng loại trừ sai số hệ thống. - Trong quá trình tiêu thụ ít năng lượng của đối tượng đo. - Có ý nghĩa cao trong thực tiễn bởi vì chế tạo một vật đọ có độ chính xác cao sẽ dễ dàng hơn chế tạo một phương tiện đo có cung cấp chính xác. Trong kiểm định, hiệu thường sử dụng phương pháp so sánh vi sai và phương pháp chỉ zêzô. Với phương pháp biến đổi thẳng độ chính xác thấp nhưng có ưu điểm là đơn giản do đó thường được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp được ứng dụng để đo và kiểm tra các quá trình sản xuất. Phương pháp đo Phương pháp thế Phương pháp trùng Phương pháp chỉ zêzô Phương pháp hiệu Phương pháp đo so sánh với vật đọ Phương pháp đo trực tiếp Hình 1. 23. Sơ đồ mô tả các phương pháp đo 1.9.1 Phương pháp đo trực tiếp (phương pháp biến đổi thẳng). Là phương pháp đo trình tự lôgic các thao tác được thực hiện nối tiếp nhau thông qua mạch đo lường(M.Đ), gồm các khâu chuyển đổi được nối tiếp với nhau. Sơ đồ nguyên lý quá trinh đo hình 1.24. B.Đ C.T số M.Đ Nx/No No Nx Xo X X Xo Hình 1.24. Sơ đồ nguyên lý quá trình đo biến đổi thẳng. Đại lượng cần đo X được đưa qua một hay nhiều khâu biến đổi sau đó được biến đổi thành số Nx, mặt khác các đơn vị của đại lượng đo X0 cũng được biến đổi thành số No và được ghi nhớ lại. Sau đó diễn ra quá trình so sánh giữa đại lượng cần đo với đơn vị của chúng, quá trình được thực hiện bằng phép chia Nx/No. Kết quả đo trên cơ cấu chỉ thị: X = ( Nx/No )*Xo ( 1.6 ) Phương pháp đo trực tiếp thường được áp dụng cho các dụng cụ đo biến đổi thẳng có sai số lớn. Phương pháp thường được áp dụng cho các nhà máy, xói nghiệp công nghiệp công nghiệp, kiểm tra quá trìng sản xuất có độ chính xác không cao. 1.9.2. Phương pháp đo so sánh với vật đọ Là phương pháp thực hiện trình tự lôgic các thao tác theo một mạch vòng khép kín (có khâu phản hồi), quá trình so sánh có thể cân bằng hoặc không cân bằng, mô tả quá trình : hình 1.25 giới thiệu phương pháp đo với các lôgic so sánh kiểu cân bằng. Trong quá trình đo đại lượng cần đo X và đại lượng mẫu Xo đều được biến đổi thành các đại lượng điện tương ứng (dòng hặc áp) gửi tới bộ so sánh (SS). Quá trình so sánh được diễn ra trong suốt quá trình đo, đại lượng cần đo được so sánh với đại lượng Xk tỉ lệ với đại lượng mẫu Xo, khi hai đại lượng bằng nhau thì quá trình so sánh kết thúc. S.S C.T C.Đn M.Đ X(t) D´ C0 Xk Hình 1.25 Mô hình phương pháp đo kiểu so sánh Phương pháp vi sai: Là phương pháp so sánh giữa đại lượng đo với đại lượng được chọn làm vật đọ, kết quả so sánh là hiệu của hai đại lượng được thể hiện trên cơ cấu chỉ thị của dụng cụ. Trong phương pháp vật đọ cần có độ chính xác cao còn phương tiệ đo là những phương tiên thông thường, phương pháp rất có ý nghĩa trong thực tiễn bởi vì chế tạo vật đọ có độ chính xác cao dễ dàng hơn chế tạo một phương tiện đo có cùng một độ chính xác. Phương phapớ thường đươc dùng để kiểm định, hiệu chuẩn các biến dòng, biến áp đo lường. Phương pháp chỉ Zero. Là trường hợp đặc biệt của phưong pháp hiệu, nếu trong phương pháp hiệu chúng ta thay đổi vật đọ để kết quả so sánh hiển thị trên cơ cấu chỉ thị là Zero thì ta có phương pháp chỉ Zero. Khi sử dụng phưong pháp đại lượng đo và vật đọ có cùng bản chất tác dụng đồng thời lên phương tiện đo , độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác của vật đọ và của cơ cáu chỉ thị. Phưong pháp chỉ Zero được áp dụng rộng rãi trong đo lường các đại lượng điện, đo khối lượng, quang học v..v... Trong quá trình đo phép đo phép đo không tiêu thụ năng lượng của đối tượng đo nên kết quả có độ chính xác cao. Phương pháp thế: Là phương pháp trong quá trình đo đại lượng cần đo được thay thế bằng việc đo vật đọ, quá trình đo được tiến hành: - Đo đại lượng cần đo. - Thay thế đại lượng đo bằng vật đọ, điều chỉnh vật đọ để kết quả đo trở lại như cũ. Như vậy, đại lượng đo có độ lớn chính bằng vật đọ. Sử dụng phương pháp thế trong phép đo sẽ loại trừ được sai số hệ thống của phương tiện đo, sử dụng đẻ đo khối lượng cho kết quả với độ chính xác cao hơn so với các phương pháp khác. Phương pháp trùng Là phương pháp so sánh cùng một lúc nhiều điểm của đại lượng cần đo X với đại lượng mẫu Xo, căn cứ vào các điểm trùng nhau để tìm ra kết quả của đại lượng cần đo. 1.10. Sai số của phép đo và gia công kết quả.. 1.10.1 Sai số của phép đo. Ước lượng sai số của phép đo là việc làm cần thiết sau khi thực hiện phép đo,khi thực hiện phép đo ta sẽ nhận được kết quả của phép đo (kết quả đo).Kết đo phản ánh trình độ nhận thức của con người, kết quả đo không những phụ thuộc vào đại lượng đo mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương pháp đo, phương tiện đo, người đo, điều kiện đo... Như vậy kết quả đo (Xđ) và giá trị thực (Xt) của đại lượng cần đo có sự sai khác gọi là sai số của phép đo, nghĩa là: DX = Xđ - Xt (1.7) Giá trị thực được lấy bằng giá trị thực quy ước, là giá trị được tìm trong thực nghiệm rất gần với giá trị thực có thể chấp nhận được, trong phép đo là giá trị trung bình của n lần đo. Kết quả đo thường được làm tròn theo sai số của phép đo. Khi làm tròn kết quả đo người ta căn cứ vào bậc có nghĩa của sai số, tuân thủ theo quy định làm tròn số của TCVN 1517 – 74. Theo quy luật xuất hiện sai số được phân thành một số loại chính sau: Sai số hệ thống. Là sai số không đổi hoặc thay đổi theo một quy luật xác định khi đo lặp lại cùng một đại lượng, quy luật này không phụ thuộc vào số lần đo nhiều hay ít. Nghiên cứu sai số ngẫu nhiên cho ta cơ sở để quyết định có thể bỏ qua hoặc loại trừ. nguyên sai số hệ thống có nhiều song có thể phân thành một số nhóm sau: Do phương tiện đo gây nên là một trong những thành phần sai quan trọng của phép đo. Nguyên nhân gây ra sai số này trước hết là do cấu trúc của phương tiện đo. Vì vậy trong thiết kế người ta cố gắng thuyết phục, tuy nhiên cũng không htể loại trừ được. Sai số do phương tiện còn do quá trình công nghệ chế tạo ra phương tiện đó. Trong quá trình sử dụng các bộ phận chi tiết của phương tiện, già hoá, hư hỏng... Sau một thời gian các phương tiện không còn giữ được những đặc trưng đo lương như ban đầu, cũng gây nên sai số. - Do lắp đặt phương tiện đo, sai số này ít gây nguy hiểm song nếu kgông chú ý thì có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả đo. - Do phương pháp đo, sai số này thường trong những trường hợp ít hiểu biết về lĩnh vực đo lường hoặc trong lĩnh vực nghiên cứu không tìm được giải pháp tối ưu của phương pháp đo. Sai số này còn gọi là sai số lý thuyết. - Sai số do chủ quan của người đo. Nhìn chung việc phát hiện và loại trừ sai số hệ thống rất phức tạp và khó khăn, song khi đã phát hiện được thì việc loại trừ không mấy khó khăn. Để loại trừ sai số hệ thống quá trình đo người ta thường sử dụng một số biện pháp sau: - Phân tích lý thuyết để xác định sai số hệ thống. - Kiểm tra dụng cụ trước khi đưa vào sử dụng. - Chuẩn trước khi đo. - Chỉnh không trước khi tiến hành đo. - Tiến hành phép đo bằng các phương pháp đo khác nhau. - Sử dụng phương pháp thế trong khi đo. - Sử dụng phương pháp bù có giá trị ngược dấu. - Sử dụng phương pháp hoán vị. - Sử dụng phương pháp đối xứng. Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống, mà ta chỉ có thể làm giảm trong một phạm vi cho phép. Sai số ngẫu nhiên. Là sai số xuất hiện một cách ngẫu nhiên không theo một quy luật nào khi ta tiến hành phép đo nhiều lần với một đại lượng . Chúng ta không thể xác định được giá trị và dấu của chúng, bởi vì sự suất hiện của các tác đọng ngẫu nhiên trong mỗi lần đo không giống nhau cũng như không thể xác định được chúng. Trong quá trình đo chúng ta không thể biết trước sai số ngẫu nhiên xảy ra ở những lần đo nào nhưng nếu tiến hành phép đo lặp lại nhiều lần ta sẽ thấy chung xuất hiện theo một quy luật nào đó. Do vậy việc nghiên cưu ảnh hưởng của sai số ngẫu nhiên đến kết qua đo là nghiên cứu tính chất tập hợp các giá trị nhận được từ một dãy lần đo lặp lại. Nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên có nhiều và cũng không thể xác định được chúng. Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của sai số ngẫu nhiên có nhiều phương pháp, trong đo lường học thường sử dụng toán học thống kê và lý thuyết xác xuất và được dựa trên các gỉa thuyết sau: - Các sai số ngẫu nhiên có cùng một giá trị (độ lớn) có cùng một xác xuất. - Các sai số ngẫu nhiên có gia trị xác suất lớn, và ngược lại. - Nếu sai số ngẫu nhiên vượt quá giá trị nào đó thì xác xuất coi như bằng không. 3. Sai số thô Là sai số vượt quá sai số mong đợi trong điều kiện nhất định một cách rõ rệt. Thương là những hư hỏng trầm trọng của phương tiện, dothao tác nhầm của người đo ... Sai số thô thường ít xảy ra song rất dễ bị nhầm với sai số của hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Loại trừ sai số thô đơn giản bằng sự thận trọng, bằng sử dụng các phương tiện hoàn hảo v.v... nhưng đôi khi cũng khó thực hiện. 1.10.2. Gia công kết quả đo Kết quả đo lường thử nghiệm phải được công bố theo sai số và độ tin cậy, kết quả một phép đo được xác định th