Đồ án tốt nghiệp

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

Nghiệp I Hà Nội có nhiệm vụ đào tạo cán bộ kỹ thuậ
t 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.
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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 nướ
c, 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
t 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…
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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 đ
o 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

th
ể, 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 chu
ẩn 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 nố
i 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 t
ự (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.
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 thi
ết bị đã được nhiệt đới
hoá xong, cho đến nay hầu hết đều đã bị hư hỏng hoặc qua sửa chữa.
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: 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
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 bả
o 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 cấ
p 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 b
ị đo lưu lượng.
Thiết bị đo vận tốc.

Sử dụng điện
Truyền điện
Trạm điện
Mạng điện
BM c
ơ
h
ọ
cKT
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
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

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 h
ọc, 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.
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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
m
ẫu 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:
B
ảng 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
o
k
Ánh sáng Candela Cd
Đượng lượng
Phần tử Môn Mol

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 t
ại 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 ho
ặc 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
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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 th
ấp, mắc sai số lớn v v…



TG
CT
X
(
t
)

1 2
5 6
3
4
Y1 Y2
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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 X
0
, cũng được biến đổi thành số N
0
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.

BN
A/D

1
Y
1
Y
2
32
5
4
6
Y
3

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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:
K
ĐTNH
TBGN
Sensor
CTS
A
/
D
X
(
t
)

3
2
1
7
4
5
Y
3
Y
1

Đưa ra kết quả
Nhớ No
Đưa Xo vào thiết bị đo
(c
ó
No)

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
S1
KĐTNH1
KĐ
S/H
A/D
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường

động, trong nghiên cứu khoa học.
1.7.1.Hệ thống đo lường độc lập.
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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. Hình 1.8. Hệ thống thông tin đo lường nối tiếp

KĐTNH3
P
K
T
T

và XL

tbn

cts
ĐK
N
gười quan sá
t

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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 tr
ực tiếp do
người sử dụng.

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
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
tâm thực hiện các chức năng đưa ra những tín hiệu cần thiết cho các thiết bị phía

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 v
ề kỹ thuật và công nghệ để đáp ứng yêu cầu và mục đích sử
dụng.
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
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 chu
ẩn 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 y
ếu 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 đạ
i 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 ti

b. Sai số ngẫu nhiên.
Là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do các biến động c
ủa 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 củ
a
dụng cụ đo đó
%100*%
N
m
n
X
Δ
=
γ
(1-1)
Trong đó: X
N
- là giá trị cực đại của thang đo.
Δ
m
- là sai số tuyệt đối cực đại.
γ
n
- 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

Sử dụng máy tính có th
ể đo và ghi lại với tốc độ nhanh hơn nhiều. Mở ra khả
năng thực hiện các phép đo lường thống kê.
5. Thời gian đo của thiết bị đo.
Thời gian đo của thiết bị đo cho biết độ tác động nhanh của phương tiện đo,
được xác định bằng thời gian để xác lập kết quả trên cơ cấu chỉ thị. Thời gian đo
(Tđo) được tính từ lúc đặt tín hiệu cần đo (To) vào phương tiện đo đến khi ổn
định đưa kết quả trên cơ cấu chỉ thị (Tođ). Trong phép đo người ta quan tâm tới
tốc độ, được xác định:
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
T
đo
=T
ođ
-T
o
(1-3).
Tốc độ đo nhanh cũng rất cần trong các phương tiện đo phân kênh hay nối
tiếp. Nay do ứng dụng kỹ thuật điện tử, vi xử lý và máy tính có thể đáp ứng được
tốc độ đo nhanh đến micrô giây và nhanh hơn.
1.8.3. Cấu trúc cơ bản của phương tiện và hệ thống đo lường.
1 Mô tả cấu trúc.
Về cơ bản cấu trúc của phương tiệ
n đo lường có thể mô tả theo hình 1.10 và 1.11.

Hình 1.10. Mô tả cấu trúc phương tiện đo lường

DL
4
3
2
1
CĐSC
MD

Ct
x(t)

Y
1

y
2Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Xây dựng và đánh giá một số dụng cụ kỹ thuật đo lường
Hình 1.11. Mô tả cấu trúc hệ thống đo lường
1.Các sensor(S); 2. Bộ thu thập dữ liệu(TTDL)
3. Bộ biến đổi tương tự-số; 4. Máy tính (PC).
Điều khiển quá trình có thể trực tiếp hoặc bằng bàn phím thông qua giao điện
(interface).
2. Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC).
Chuyển đổi sơ cấp có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý cần đo là điện
hoặc không
điện ở đầu vào thành các đại lượng điện tương thích (dòng hoặc áp) ở
đầu ra, phương trình mô tả chuyển đổi có dạng: