Những khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lường

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KT ĐO LƯỜNG ĐẶC TRƯNG CHUNG VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN :đại lương điện ( điện áp , dòng điện , trở kháng . ) đại lượng không điện ( nhiệt độ, áp suất , ánh sáng, từ trường, .) Cảm biến là 1 thiết bị hay linh kiện chịu sự tác động của đại lượng cần đo m không có tính chất điện và cho ra 1 tín hiệu mới mang bản chất điện s = f(m)s = S. mTrong đó S là độ nhạy của cảm biến s là đại lượng đầu ra hay là phản ứng của cảm biến theo tín hiệu vào . m đại lượng đầu vào hay kích thích cảm biến.những vấn đề quan trọng khi sử dụng cảm biến sao cho ít phụ thuộc vào_ Giá trị của đại lượng cần đo và tần số thay đổi của nó ._ Thời gian sử dụng , độ già hóa _ Ảnh hưởng của các đại lượng vật lí khác của môi trường xung quanh.Cảm biến có 2 loại chính dựa vào nguyên tắc hoạt động Cảm biến tích cực là loại cảm biến có khả năng biến đổi từ các đại lượng không điện thành các đại lượng điện mà không cần 1 nguồn năng lượng khác Cảm biến thụ động là loại cảm biến không có khả năng tự chuyển đổi năng lượng từ dạng không điện thành năng lượng điện mà phải nhờ 1 nguồn năng lượng nào đó CÁC ĐẠI LƯỢNG ẢNH HƯỞNG :_ Nhiệt độ làm thay đổi đặc trưng về điện , cơ và kích thước của cảm biến _ Áp suất , gia tốc , dao động có thể gây nên biến dạng và làm sai lệch tín hiệu hồi đáp _ Độ ẩm làm thay đổi tính chất điện của vật liệu ._ Từ trường tạo ra tín hiệu điện làm chồng lên tín hiệu có ích gay ra sai lệch giá trị đo._ Biện độ , tần số nguồn cung cấp không ổn định cũng gây ra nhiểu và làm sai kết quả đo .Một số biện pháp giảm ảnh hưởng của các đại lượng ảnh hưởng :_ Giảm các ảnh hưởng của các đại lượng ảnh hưởng đến mức thấp nhất có thể bằng các biện pháp như : cách điện , chống rung , chống từ trường, _ Ổn định các đại lượng ảnh hưởng ở những giá trị biết trước và thực hiện chuẩn cảm biến trong những điều kiện đó ( như ổn định nhiệt độ, ổn định điện áp .)_ Sử dụng các sơ đồ ghép nối để giảm ảnh hưởng của các đại lượng nhiểu như sử dụng mạch cầu điện trở Wheatstone, các phương pháp đo hiệu quả như đo đối xứng ,.SAI SỐ PHÉP ĐOKết quả của mọi phép đo điều được ghi lại dưới dạng này hay dạng khác nhưng nhìn chung có 2 cách ghi cơ bản đó là ghi dưới dạng 1 con số hoặc được biểu diễn bằng 1 đồ thị . Tuy nhiên trong bất kì trường hợp nào kết quả cũng có sai số.Sai số phép đo là độ sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo được , sai số phép đo chỉ có thể xác định 1 cách tương đối vì ta không thể biết được giá trị thực của đại lượng cần đo .Sai số phép đo được biểu diễn dưới 2 dạng :_ Sai số tương đối là phần sai số được biểu diễn dưới dạng % . Ví dụ 15 V 10% ._ Sai số tuyệt đối là phần sai số được thể hiện là 1 giá trị thực . Ví dụ 15V ±1,5 Nguyên nhân dẫn đến sai số trong đo lường được chia ra làm 2 dạng :sai số hệ thốngsai số ngẩu nhiên .Sai số hệ thống : Khi thực hiện phép đo thống kê nhưng giá trị trung bình của các lần đo luôn lệch khỏi giá trị thực thì trường hợp này ta đã bị rơi vào nguyên nhân sai số hệ thống . Đa số nguyên nhân dẫn đến sai số hệ thống là do hiểu biết sai lệch của người thực hiện đo đối với hệ đo Các nguyên nhân thường gặp :Sai số do giá trị của đại lượng chuẩn không đúngSai số do đặc tính của cảm biến : do độ nhạy của cảm biến bị thay đổi do cảm biến bị già hoáSai số do điều kiện và chế độ sử dụng do điều kiện thực hiện phép đo không phù hợp với điều kiện chỉnh chuẩn ban đầu hoặc do sự xuất hiện của cảm biến làm thay đổi tính chất của đại lượng cần đo . Sai số do xử lí kết quả đo : do sự nhận xét , đánh giá không chính xác khi tiến hành hiệu chỉnh thiết bị đo làm cho có độ sai lệch quá lớn .Sai số ngẫu nhiên :Sai số ngẫu nhiên của phép đo là sai số mang tính không xác định. Một số nguyên nhân dẫn đến sai số ngẫu nhiên có thể dự đoán trước được nhưng độ lớn thì không thể biết trước Các nguyên nhân dẫn đến sai số ngẫu nhiên : Sai số do tính không xác định của đặc trưng thiết bị : nguyên nhân này thường là do tính linh động của thiết bị Sai số do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên : thường các nguyên nhân là do các tín hiệu nhiễu tác động lên tín hiệu có ích , hầu hết các tín hiệu này được tạo ra từ các đại lượng ảnh hưởng .Sai số do các đại lượng ảnh hưởng đây là nguyên nhân do không tính đến ảnh hưởng của các đại lượng ảnh hưởng khi thực hiện chuẩn cảm biến Các biện pháp giảm sai số ngẫu nhiên_ Ổn định điều kiện đo như ổn định nhiệt độ , độ ẩm , giảm sự tác động của từ trường , ánh sáng._ Sử dụng các bộ chống rung , bộ lọc tín hiệu nhiễu _ Ổn định nguồn cung cấp cho mạch đo , sử dụng các bộ chuyển đổi ADC-DAC , hiển thi kết quả đo dưới dạng số._ Tiến hành các bước thực nghiệm 1 cách tuần tự và hợp logic.ĐẶC TÍNH CẢM BIẾN :Độ nhạy S của cảm biến là tỷ số giữa độ biến thiên đại lượng đầu ra và độ biến thiên của đại lượng đầu vào tương ứng xung quanh 1 giá trị không đổi mi của đại lượng vào S = ( s/m) Đơn vị đo của độ nhạy phụ thuộc vào nguyên tắc hoạt động của nó . ví dụ như /0C là đơn vị của điện trở nhiệt , µV/0C là đơn vị của cặp nhiệt điện .Chuẩn cảm biến _ Chuẩn đơn giản là phép đo mà trong đó chỉ có 1 đại lượng duy nhất tác động lên đại lượng đo xác định và cảm biến không nhạy với các đại lượng ảnh hưởng và cũng không chịu tác động của các đại lượng này ._ Chuẩn nhiều lần là thực hiện chuẩn ở giá trị 0 sao cho m = 0 và s = 0 đồng thời thực hiện chuẩn sao cho s = S.m . Để thực hiện được vấn đề này thì ta phải tiến hành chỉnh chuẩn nhiều lấn trước khi thực hiện phép đo.Độ tuyến tính Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong 1 dải đo nếu như trong dải đo đó độ nhạy không phụ thuộc vào giá trị của đại lượng đo . cảm biến không phải là loại tuyến tính thì khi sử dụng ta phải đưa vào mạch đo các linh kiện hay thiết bị dùng để chỉnh tuyến tính , có tác dụng là làm cho phương trình là 1 ẩn . Ta có phương trình s = am + bĐộ nhanh - thời gian hồi đáp : Độ nhanh là đặc trưng của cảm biến cho phép đánh giá xem đại lượng đầu ra có thay đổi kịp về thời gian so với sự thay đổi của đại lượng đo .Thời gian hồi đáp là đại lượng được sử dụng để xác định giá trị của độ nhanh .Độ nhanh t là khoảng thời gian tính từ khi đại lượng đo thay đổi đến khi đại lượng ra thay đổi theo đến giá trị cuối cùng.Giới hạn sử dụng cảm biến : Vùng làm việc danh định : là vùng làm việc bình thường của cảm biến Vùng không gây hư hỏng : là khi các giá trị của đại lượng đo và các đại lượng ảnh hưởng khác vượt quá ngưỡng của vùng danh định nhưng vẫn còn trong phạm vi không gây hư hỏng , các đặc trưng của cảm biến bị thay đổi . Vùng không gây phá huỷ : khi các đại lượng cần đo và các đại lượng vật lí liên quan vượt giá trị ngưỡng không gây hư hỏng thì chúng sẽ rơi vào vùng không phá huỷ