Đồ án Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường

mở đầu Công nghệ đo lường là một trong những yếu tố quan trọng đảm bảo sự tồn tại và phát triển kinh tế xã hội, làm cơ sở thống nhất hoá các chuẩn mực và tiêu chuẩn trong hệ thống quản lý chất lượng tiến tới ký kết các hiệp ước thừa nhận lẫn nhau đang là xu thế phát triển tất yếu của thời đại. Phát triển kỹ thuật và công nghệ đo lường là nhiệm vụ bức thiết đối với mỗi quốc gia trong bối cảnh hiện nay, góp phần tăng cường giao lưu sản phẩm hàng hoá và thúc đẩy quá trình phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ. Cùng với sự phát triển củacác ngành khoa học điện tử, tin học v.v… kỹ thuật đo lường không ngừng được phát triển và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong đào tạo và nghiên cứu khoa học, góp phần nâng cao chất lượng và mở rộng qui mô đào tạo. Việt Nam là một trong những nước đang phát triển có nền kinh tế lạc hậu, do vậy việc đầu tư phát triển khoa học kỹ thuật đo lường và các ngành khoa học công nghệ mũi nhọn là việc làm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, cấp bách mang tính chiến lược trong việc thực hiện thành công sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá nước nhà góp phần tăng cường sự quản lý của nhà nước về tiêu chuẩn chất lượng trong toàn bộ nền kinh tế–xã hội, theo hệ thống tiêu chuẩn đo lường chất lượng thống nhất trên toàn lãnh thổ. Trong hệ thống các Trường Đại học của cả nước, Trường Đại Học Nông Nghiệp I Hà Nội có nhiệm vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và triển khai nghiên cứu khoa học kỹ thuật công nghệ góp phần đáp ứng nhu cấu phát triển nông nghiệp và hiện đại hoá nông thôn Việt Nam, tiến tới hoà nhập khu vực và quốc tế. Trước vận hội mới và thách thức mới của thời đại đòi hỏi trường phải có những bước nhảy vọt trong khoa học kỹ thuật công nghệ giáo dục và đào tạo, trong đó cần bổ xung và nâng cấp chiều sâu hệ thống trang thiết bị đo lường cơ điện nông nghiệp. Kết hợp giữa lý thuyết và thực hành không ngừng nâng cao chất lượng là mục tiêu đào tạo của nhà trường. Công tác đo lường thí nghiệm là nhu cầu tất yếu để tồn tại và phát triển của trường trong thời gian hiện nay và trong tương lai. Trên cơ sở học tập kinh nghiệm của các cơ sở thực hành đo lường, dựa vào các tài liệu có liên quan, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo, Thạc Sĩ Ngô Trí Dương trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn sâu sắc sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo, Thạc Sỹ Ngô Trí Dương trong quá trình thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn cán bộ phòng quản lý chất lượng nhà nước, các bạn sinh viên đồng nghiệp Trường Đại Học Nông Nghiệp I đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành bản luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 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 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%. 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: I, 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. 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. 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. 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. Sử dụng điện Truyền điện Trạm điện Mạng điện BM cơ học KT BM kim loại sửa chữa BM ô tô máy kéo BM máy nông nghiệp Xưởng cơ khí Thiết bị dụng cụ đo và thử nghiệm các đại lượng: lực kéo, mômen...Các thiết bị phần lớn đã hư hỏng không đáp ứng được nhu cầu thực tập thí nghiệm Thiết bị đo vận tốc, lưu tốc, nhiệt độ...thiết bị kiểm tra các trang thiết bị điện trên ô tô, máy kéo. Thiết bị chuẩn đoán kiểm tra động cơ phần lớn đều do Liên Xô cũ chế tạo độ chính xác thấp, cồng kềnh...không đáp ứng nhu cầu hiện nay. Phòng thí nghiệm thực hành Điện tử Kỹ thuật điện TĐ hoá Máy điện Các thiết bị và dụng cụ đo điện kiểu cơ điện đo các đại lượng I, U, W, Wh, cos, f,...Thiết bị quan sát: Dao động ký điện từ ...Vùng làm việc ổn định (biên độ, tần số...) độ chính xác: từ 0.5 đến 2.5 điều kiện làm việc ổn định. Trang thiết bị đo lường Hệ thống trang thiết bị đo lường khoa Cơ Điện Hiện trạng hệ thống đo lường cơ điện 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. 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 Nhiệt độ độ kenlvin ok 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) 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 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. CĐSC MĐ HS TBPH TG CT X(t) 1 2 5 6 3 4 Y1 Y2 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… 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. 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 CĐSC TNH PC BN A/D 1 Y1 Y2 3 2 5 4 6 Y3 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. 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. 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 ra kết quả Nhớ No Đưa Xo vào thiết bị đo (có No) So sánh N/No Đưa X vào thiết bị đo (có N) 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. Y2 6 ĐK mP KĐTNH TBGN Sensor CTS A/D X(t) 3 2 1 7 4 5 Y3 Y1 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 (mp). Để điều khiển bộ (mp) 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 S2 Sn KĐTNH1 KĐTNH1 MUX Bus chung (Bus dữ liệu, Bus địa chỉ, Bus điều khiển) S1 KĐTNH1 KĐ S/H A/D RAM Đến các thiết bị ngoại vi Bàn phím Ghép nối thông tin ROM mP 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 (mP) 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 mP thông qua kênh BUS, đồng thời qua BUS điều khiển mP 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. CĐSC TNH PC BN A/D CT số 1 Y1 Y2 3 2 5 4 6 Y3 Đến các thiết bị phối hợp 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. 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. s1 s2 sn KĐTNH1 KĐTNH2 KĐTNH3 PK TT và XL tbn cts đk N gười 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 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. S1 S2 Sn KĐTNH1 KĐTNH2 KĐTNH3 T.B.N c T số N gười quan sát t.t.d.l xltt (cpu) B ộ ghép nối thông tin Các thiết bị ngoài Sơ đồ nguyên lý hình 1.9. 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 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