Chơng 1
Các khái niệm và đặc trng cơ bản trong đo lờng
1.1. Khái niệm và phơng pháp đo
Trong công nghiệp, nhiều quá trình công nghệ đòi hỏi phải tiến hành trong
những điều kiện công nghệ (nh nhiệt độ, áp suất, lu lợng, thành phần môi
trờnggọi chung là thông số công nghệ) cần khống chế trong một giới hạn nhất
định. Đo và kiểm tra các thông số công nghệ cho phép ngời thực hiện biết đợc
trạng thái của quá trình, từ đó tác động để đảm bảo sự hoạt động bình thờng của hệ
thống thiết bị cũng nh đạt đợc hiệu quả kinh tế và chất lợng sản phẩm theo yêu
cầu. Đối với các hệ thống tự động, đo và kiểm tra thông số công nghệ là khâu không
thể thiếu đảm nhận sự cung cấp tín hiệu cần thiết cho quá trình điều khiển hoạt động
của thiết bị. Do vậy đo và kiểm tra có tầm quan trọng rất lớn trong công nghiệp nói
chung cũng nh trong lĩnh vực luyện kim nói riêng.
1.1.1. Phép đo
Thực chất của phép đo là đem so sánh đại lợng cần đo với một đại lợng khác
đã đợc chuẩn hóa. Ví dụ để đo chiều dài của một vật, ngời ta so sánh chiều dài
cần đo với chiều dài của một vật chuẩn theo quy ớc bằng một mét, đo khối lợng
một vật, ngời ta đem so sánh khối lợng cần đo với khối lợng của một vật chuẩn
có khối lợng theo quy ớc bằng một lilôgam
1.1.2. Ph
ơng pháp đo
Căn cứ vào nguyên tắc đo, ngời ta chia các phơng pháp đo thành ba loại:
phơng pháp đo trực tiếp, phơng pháp đo gián tiếp và phơng pháp đo kết hợp.
- Phơng pháp đo trực tiếp: đem đại lợng cần đo so sánh trực tiếp với đại
lợng chuẩn cùng bản chất, ví dụ nh đo chiều dài, đo khối lợng,
- Phơng pháp đo gián tiếp: là phép đo mà kết quả nhận đợc dựa trên cơ sở
đo các số liệu có liên quan với đại lợng cần đo theo một quan hệ nhất định, ví dụ
nh đo nhiệt độ thông qua sự đo sức điện động của cặp nhiệt ngẫu.
- Phơng pháp kết hợp: kết hợp cả hai phơng pháp trên.
Khi đo gián tiếp, đối với mỗi dụng cụ đo phải xây dựng đợc quan hệ giữa đại
lợng đo đợc s (còn gọi là đại lợng đầu ra hay đáp ứng) và đại lợng cần đo m

2
s
1
s
x
a)
b)
Hình 1.1 Đờng cong chuẩn dụng cụ đo
a) Xây dựng đờng cong chuẩn b) Sử dụng đờng cong chuẩn m.Ss =
Trong đó S là độ nhạy của dụng cụ đo.

s

m

Hình 1.2 Đờng cong chuẩn tuyến tính của dụng cụ đo

1.2. Sai số của phép đo
1.2.1. Sai số
Trong thực tế, do nhiều nguyên nhân khác nhau, khi đo ta không thể xác định
chính xác giá trị thực của đại lợng cần đo (giá trị cần đo) mà chỉ nhận đợc giá trị
gần đúng của nó (giá trị đo). Hiệu số giữa giá trị đo m và giá trị cần đo A đợc gọi
là sai số tuyệt đối của phép đo:


hành trớc khi chế độ hoạt động bình thờng của thiết bị đo đợc thiết lập đều gây
ra sai số. Thí dụ một đầu đo nhiệt độ có tốc độ hồi đáp rất khác nhau phụ thuộc vào
việc nó đợc đặt trong chất lỏng đứng yên hay có dòng chảy. Trờng hợp đầu đo

-7-
nhiệt độ có nhiệt dung và quán tính nhiệt lớn đợc đặt vào môi trờng đo có thể tích
nhỏ làm thay đổi nhiệt độ môi trờng đo cũng gây ra sai số.
- Sai số do xử lý kết quả sai: sai số dạng này hợng gặp phải do sự nhận xét,
đánh giá không đúng khi tiến hành hiệu chỉnh kết quả đo chứa những điểm có độ
lệch lớn để nhận đợc giá trị chính xác hơn. Sau đây là một số trờng hợp thờng
gặp:
+ Trờng hợp do giả thiết sai dẫn đến xử lý sai kết quả đo, chẳng hạn khi kết
quả đo lệch khỏi độ tuyến tính trong phép đo do sử dụng dụng cụ đo giả thiết là
tuyến tính.
+ Trờng hợp khi đo nhiệt độ, do nhiệt độ đo đợc của dụng cụ đo và nhiệt độ
môi trờng cần đo khác nhau do có sự dẫn nhiệt của vỏ dụng cụ hoặc dây dẫn, từ đó
không đánh giá đúng sự tiêu hao nhiệt lợng nên xử lý sai kết quả đo.
b) Sai số ngẫu nhiên
Sai số ngẫu nhiên của phép đo là sai số mà giá trị và quy luật của nó cha biết
trớc. Sự xuất hiện của sai số ngẫu nhiên cũng nh dấu và biên độ của nó mang tính
không xác định.
- Sai số do tính không xác định của đặc trng thiết bị: nguyên nhân đầu tiên
là do độ linh động của thiết bị, sai số độ linh động bằng độ biến thiên lớn nhất của
đại lợng đo để gây nên sự thay đổi có thể nhận biết đợc của đại lợng đầu ra của
dụng cụ đo. Nguyên nhân thứ hai là do đọc sai số liệu, sai lệch này ít nhiều do thói
quen của ngời đo, nhng mặt khác cũng do chất lợng của thiết bị, thí dụ độ mảnh
của kim chỉ thị đồng hồ đo.
- Sai số do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên: do sự rung động, sự thăng giáng của
nhiệt độ môi trờng, sự không ổn định của nguồn điện áp nuôi thiết bị tác động
một cách ngẫu nhiên làm cho kết đo bị sai lệch.

=

Khi n rất lớn thì
Am
, khi đó sai số tuyệt đối đợc xác định bởi công thức:

mm =

Các sai số ngẫu nhiên tác động lên các lần đo một cách hoàn toàn không phụ thuộc
nhau. Bởi vậy xác suất xuất hiện các kết quả đo sẽ tuân theo định luật phân bố Gaus
(hình 1.3).
Khi đó mật độ xác suất y của sai số có giá trị xác định bởi công thức:











=
2
2
2
exp.
2
1



Hình 1.3 Quy luật phân bố chuẩn của sai số ngẫu nhiên

Căn cứ vào đặc trng của sai số ngời ta đánh giá chất lợng của dụng cụ đo
nh tính trung thực, tính đúng đắn và độ chính xác.
Dụng cụ đo có tính đúng đắn là dụng cụ đo có sai số hệ thống nhỏ, giá trị xác
suất thờng gặp của đại lợng đo gần với giá trị thực (hình 1.4a)

-9-