1
Bài giảng
Kỹ thuật ño lường
GV: TS.Nguyn th Lan Hng
Bộ môn: Kỹ thuật ño và THCN
Hà nội 08/2007
Nguyễn Thị Lan Hương
2
Tài liệu tham khảo
1.
Giáo trình ” ”, PGS. Nguyễn Trọng Quế,
Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1996
, Chủ biên PGS.TS. Phạm
Thượng Hàn, Nhà xuất bản Giáo dục, quyển 1,
, PGS. Nguyễn
Trọng Quế, Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1996.
Nguyễn Thị Lan Hương
3
Mục ñích môn học

Nghiên cứu cơ sở kỹ thuật ño lường và việc ñảm bảo cơ
sở cho các thí nghiệm.

Nguyên tắc hoạt ñộng của các phương tiện ño, các
phương pháp ño các ñại lượng vật lý

Các phương pháp ñánh giá sai số của kết quả ño, các cơ
sở tiêu chuẩn hoá và chứng thực.

Hình thành kinh nghiệm tiến hành thí nghiệm ño, kinh
nghiệm làm việc với các phương tiện ño có trình ñộ ñánh

Chương 1- ñiều 1: Đo lường là việc xác ñịnh giá trị của ñại lượng
cần ño

Chính xác hơn: Đo lường là một quá trình ñánh giá ñịnh lượng của
một ñại lượng cần ño ñể có kết quả bằng số so với ñơn vị ño

Đại lượng ño ñược:
Với một ñại lượng cần ño là X ta có thể tìm ñược một ñại
lượng ∆X ñể cho
m.∆X >X và (m-1)∆X =X
hay nói cách khác
Ánh xạ ñược X vào tập số tự nhiên {N} với ñộ ño ∆X
Nguyễn Thị Lan Hương
6
Định nghĩa và phân loại phép ño

Phép ño là quá trình thực hiện việc ño lường.

Phân loại

Đo trc tip: Là cách ño mà kết quả nhận ñược trực tiếp tư một phép ño
duy nhất

Đo gián tip: Là cách ño mà kết quả ñược suy ra tư sư phối hợp kết quả
của nhiều phép ño dùng cách ño trực tiếp.

Đo hp bôŃ: Là cách ño gần giống như phép ño gián tiếp nhưng sô lượng
phép ño theo phép ño trực tiếp nhiều hơn va kết quả ño nhận ñược
thường phải thông qua giải một phương trình hay một hê phương trình
mà các thông sô ña biết chính là các sô liệu ño ñược.

Cú th ủo mt ủi lng
vt lý bt k ủc
khụng???
Khụng, vỡ khụng phi
ủi lng no cng
cú th so sỏnh giỏ tr
ca nú vi mu
ủc.
Nguyn Th Lan Hng
8

Mun ủo giỏ tr ca mt ủi lng vt lý bt k phi
chuyn ủi ủi lng ny sang mt ủi lng vt lý
khỏc cú th so sỏnh ủc giỏ tr ca nú vi mu

Hai loi chuyn ủi:
i lng ủin ủin
i lng khụng ủin ủin

Cụng c: cm bin (sensor, chuyn ủi s cp)
Phng trỡnh c bn
Nguyễn Thị Lan Hương
9


  

÷
÷
÷ Ω

tz
thay ®æi
mét l−îng ∆R → U
ra
thay ®æi mét
l−îng ∆U. Đo ∆U → ∆R → ∆l
K
P
: HÖ sè poisson.
m : HÖ sè tû lÖ.
Đèi víi kim lo¹i : K
P
= 0,24 ÷ 4.
NÕu thÓ tÝch V=l.S kh«ng thay ®æi trong qu¸
tr
nh biÕn d¹ng th K
P
= 0,5 vµ bá qua m.
( ) ( )
mK
fR
l
l
f
R
R
P
l
R
l

Xác ñịnh ñặc tính của dây dẫn ñiện
r
t
= r
20
[ 1+α(t - 20) + β(t-20)
2
] α, β ch−a biÕt.
(
)
(
)
[
]
( ) ( )
[
]





−+−+=
−+−+=
ttrr
ttrr
t
t
βα
βα


Quá trình ño kiểu so sánh
÷
Nguyễn Thị Lan Hương
14
Ví dụ

Có một vônmét ñược khắc ñộ như sau:

150V tương ứng 100 vạch

Khi ño ñiện áp Vônmét chỉ 120 vạch, xác ñịnh kết quả?

So sánh

Giá trị

Giá trị gọi là hằng số của volmét
0
100
/
150
N vach V
=
0
100
120 :
150
x
N

Tín hiệu ño thê hiện ở 2 phần : Phần ñại lượng va phần
dạng tín hiệu.

Ph n Đi lng: thông tin vê gia trị của ñối tượng ño

Ph n Dng tín hiu: thông tin vê sư thay ñổi tín hiệu ño
 Gia công tín hiệu: là nghiên cứu các quy luật biến ñổi tín hiệu, xác ñịnh các loại tín
hiệu, chuyển các tín hiệu bất ky vê các tín hiệu có quy luật ñê ñánh gia chúng,
chuyển ñi xa, dùng vào việc ñiều khiển hoặc phục hồi lại tín hiệu ấy khi cần thiết
 Xư ly tín hiệu ño lường: tức là áp dụng các nguyên công vê ño lường lên các tín
hiệu ño, có những ñặc ñiểm riêng là vấn ñê biến các tín hiệu ño thành sô với một
sai sô xác ñịnh, phản ảnh ñịnh lượng ñại lượng cần ño

Các ñiều kiện ño:Khi tiến hành phép ño ta phải tính ñến ảnh
hưởng của môi trường ñến kết quả ño va ngược lại, khi sư
dụng dụng cụ ño phải không ñược ảnh hưởng ñến ñối tượng
ño.
Nguyễn Thị Lan Hương
16
Đặc trưng của kỹ thuật ño(2)
Đơn vị ño và chuẩn mẫu

Việc ñầu tiên của ño lường học là xác ñịnh ñơn vị ño và
những tổ chức cần thiết ñể tạo mẫu ñể ñảm bảo cho kết
quả ño lường chính xác, tin cậy

Việc thành lập ñơn vị , thống nhất ñơn vị ño lường là một
quá trình lâu dài, biến ñộng. Việc ñảm bảo ñơn vị, tổ chức
kiểm tra, xác nhận, mang tính chất khoa học, kỹ thuật vừa
tổ chức và pháp lệnh

người quan sát khi ño là phải nắm ñược phương pháp ño,
am hiểu vê thiết bị ño mà mình sư dụng; kiểm tra ñiều kiện
ño; phán ñoán vê khoảng ño ñê chọn thiết bị phu hợp;
chọn dụng cụ ño phu hợp với sai sô yêu cầu va phu hợp
với ñiều kiện môi trường xung quanh; biết ñiều khiển quá
trình ño ñê cho ra kết quả mong muốn; nắm ñược các
phương pháp gia công kết quả ño ñê tiến hành gia công sô
liệu thu ñược sau khi ño. Biết xét ñoán kết quả ño xem ña
ñạt yêu cầu hay chưa, có cần ño lại hay không, hoặc phải
ño lại nhiều lần theo phương pháp ño lường thống kê.

Ngày nay vai trò của người quan sát giảm nhẹ vì hầu hết
các phương tiện ñều ño tự ñộng
Nguyễn Thị Lan Hương
19
Đặc trưng của kỹ thuật ño(5)
Đánh giá kết quả ño

Xác ñịnh tiêu chuẩn ñánh gia một phép.

Kết quả ño ở một mức ñô nào ño có thê coi là chính xác. Một gia
trị như vậy

ñược gọi là gia trị ước lượng của ñại lượng ño. Đo là gia trị ñược xác
ñịnh bởi thực nghiệm nhơ các thiết bị ño. Gia trị này gần với gia trị
thực mà ở một ñiều kiện nào ño có thê coi là thực.

Đê ñánh gia giữa gia trị ước lượng va gia trị thực, người ta sư
dụng khái niệm sai sô của phép ño. Sai sô của phép ño là hiệu giữa
gia trị thực va gia trị ước lượng


Nguyên công biến ñổi: Thực hiện phép biến ñổi trên các
tín hiệu ño lường, tư ñại lượng này sang ñại lượng khác,
tư dạng này sang dạng thê hiện khác
Nguyễn Thị Lan Hương
21
Các nguyên công ño lường cơ bản (2)

Nguyên công so sánh:

so sánh có thê thực hiện trong không gian sô bằng một thuật
toán chia (phương pháp ño biến ñổi trực tiếp)

trong không gian các ñại lượng vật ly, thực hiện bằng một phép
trư trong bô so sánh (comparator) X - X
k
≤ε (phương pháp ño
kiểu so sánh)

Nguyên công giao tiếp.

Giao tiếp người va máy (HMI) trong ấy việc hiển thi, trao ñổi,
theo dõi giám sát là một dịch vụ kha lớn trong hê thống thông
tin ño lường ñiều khiển.

Giao tiếp với hê thống (tức với mạng) thê hiện chu yếu ở dịch
vụ truyền thông.
Nguyễn Thị Lan Hương
22
1.4. Thiết bị ño (1)

lưu hành hợp pháp hay không. Phải ñảm bảo việc truyền chuẩn có thê
xuống ñến những nơi cần thiết ñảm bảo cho việc nâng cao chất lượng
của các sản phẩm công nghiệp với yêu cầu ngày càng cao.

Các tiêu chuẩn chung nhất của một thiết bị ño

Gia trị ño va khoảng ño

Sai sô và ñộ chính xác

Các tiêu chuân khác

Ngoai hai tiêu chuân vê ñộ nhay, ñộ chính xác cua thiết bị ño con phai xét
ñến ñăc tính ñông, tôn hao cua thiết bị và các chỉ tiêu ñăc biêt ñối với từng
thiết bị.

Các chỉ tiêu chuan nay là những chỉ tiêu phụ nhưng co nhưng lúc trở
thanh chỉ tiêu quan trong.
Nguyễn Thị Lan Hương
24
Chương 2. Hệ ñơn vị, chuẩn, mẫu, tạo mẫu và
chuyển mẫu

Đơn vị và hệ ñơn vị

Chuẩn và mẫu

Tạo ra mẫu công tác và mẫu biến ñổi

Tổ chức quốc tế và quốc gia về hệ thống chuẩn.

điểm ba của nớc nguyên chất.
1
273,16
g.Cờng độ sáng hay quang độ: candela (Cd) là cờng độ của
một nguồn sáng phát ra ánh sáng đơn sắc ở tần số 540.10
12
Hz,
với công suất Watt trong một Steradian (Sr).
1
683
f. Lợng vật chất (mol) Đó là lợng vật chất của số nguyên tử
của vật chất ấy, bằng số nguyên tử có trong 0,012 kg cacbon 12
(C
12
).
h. Hai đơn vị phụ là Radian (Rad) và Steradian.
Radian là góc phẳng có cung bằng bán kính.
Sterradian là góc khối nằm trong hinh cầu gới hạn bởi vòng
tròn cầu có đờng kính bằng đờng kính của qua cầu.
Nguyễn Thị Lan Hương
29
Bảng các ñơn vị dẫn xuất
Nguyễn Thị Lan Hương
30
Một số ñơn vị ngoài ñơn vị hợp pháp mà vẫn sử
dụng
1.10
-8
WbMaxwell
1.10

Inch kh i
9,8066NKilogam l
c9,290.10
-2
m
2
Foot vuong
1,332. 10
2
N/m
2
Torr6,4516.10
-4
m
2
"Inch vuông
1.10
6
N/m
2
Bari1,852kmMille (h i lý)
1,6018510 kg/m
3
Fynt/foot
3
1,609km0Mille (d m)
4,882kg/m
2
Fynt/foot
2

Chuẩn mẫu mét

Chuẩn mẫu về khối lượng

Chuẩn mẫu về thời gian và tần số.

Chuẩn mẫu về các ñại lượng ñiện.
Nguyễn Thị Lan Hương
32
Định nghĩa - chuẩn

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 6165 -1996 chuẩn ño
lường (measurement standard) hay vắn tắt là chuẩn, ñược
ñịnh nghĩa như sau: “Chun
”

Phân loại

Chuẩn ñầu (Primary standard)

Chuẩn thứ (Secondary standard):

Chuẩn bậc I:

Chuẩn bậc II:
Theo cùng
một ñại lượng
Nguyễn Thị Lan Hương
33
Phân loại (2)

Là chuẩn thường có chất lượng cao nhất về mặt ño lường có thể có ở một ñịa
phương hoặc một tổ chức xác ñịnh mà các phép ño ở ñó ñều ñược dẫn xuất
từ chuẩn này.

Chuẩn công tác (Working standard):
Là chuẩn ñược dùng thường xuyên ñể hiệu chuẩn hoặc kiểm tra vật ño,
phương tiện ño hoặc mẫu chuẩn.

Chuẩn so sánh (Transfer standard):
Là chuẩn ñược sử dụng như là một phương tiện ñể so sánh các chuẩn.
Nguyn Th Lan Hng
35
Mt s hng s vt lý dựng lm chun
ại lợng
Ký
hiệu
Giá trị (với độ không chắc
chắn 1)
ứng dụng
Tốc độ ánh sáng
trong chân không
C 299.792.458 m/s(chính xác)
Thời gian, tần số
chiều dài
iện tích electron
C 1,60217733 . 10
-
(0,3ppm)
iện áp, dòng
điện

Nguyễn Thị Lan Hương
37
Một số ñơn vị ngoài ñơn vị hợp pháp mà vẫn sử
dụng
1.10
-8
WbMaxwell
1.10
-4
TGauss
1,602 . 10
2
JElectron volt (ev)
1,0551 . 10
3
JThermie4,5 10
-3
m
3
Galon (Anh)
3,60 . 10
6
JKilowatt gi3,785. 10
-3
m
3
Galon (M )
7,457.10
2
WMã l c2,832 . 10

Fynt/foot
3
1,609km0Mille (d m)
4,882kg/m
2
Fynt/foot
2
9,144 . 10
-1
mYard (Yat)
1,0161. 10
3
kgTonne3,048. 10
-1
mFoot (phút)
4,536 . 10
-1
kgFynt2,54. 10
-2
mInch
Quy ñ i ra SIĐơn vQuy ñ i ra SIĐơn v
Nguyễn Thị Lan Hương
38
a.Chuẩn dòng ñiện

Chuẩn bằng cân AgNO
3
ñiện phân

Năm 1960 chuẩn ñược thực hiện thông qua cân dòng

= E
20
-4.610
-5
(t-20) 9.510
-4
(t-20)
2
+1.0 10
-5
(t-20)
3
+
Trôi sức tự động hằng năm là 1àV/năm (microVolt)
Mẫu địên áp Quốc gia đợc lấy là giá trị trung bình của 20 (hoặc
10) pin mẫu bão hoà này.
Dung dch
in phõn CdSO
4
Tinh th
h
Thy ngõn
Dõy Pt
Almangan Hg
(12,5%Cd)
Nguyn Th Lan Hng
40
Phn t Jozepson (1)
h
V n f

-13
5.10
-12
5.10
-12
Trôi Rất nhỏ Rất nhỏ
1.10
-13
5.10
-10
Tần số cộng hởng 9.192.631.770 1420405.751 6.834.682.608
Trọng lợng máy (khoang) 30kg 400 15 10
Nhiệt độ làm việc
-20 ữ +60
0
C 0 ữ 50
0
C 0 ữ 50
0
C 0 ữ 50
0
C
Số lần cộng hởng nguyên tử trong
một giây
10
6
10
12
10
12


Nguyn Th Lan Hng
44
Vớ d: Mt s ủi phỏt tn s trờn th gii
Nguyn Th Lan Hng
45
Chun ủin tr
Từ lâu, điện trở mẫu là một bộ gồm 10 cuộn dây manganin có
điện trở định mức 1 để trong hộp kín 2 lớp đổ đầy không khí nén,
có giá trị 1,0000002 với phơng sai = 1.10
-7
.
Truyền điện trở mẫu cho các điện trở khác bằng cầu 1 chiều.
Từ nm 1990, điện trở mẫu đợc xác định thông qua hiệu ứng
Hall lợng tử từ (QHE), nhò có hằng số vật lý von Klitzing.
Hằng số von Klitzing đợc xác định R
k-90
= 25,81280 với sai
số 0,2.10
-6
. Phần tử cơ b n của một QHE là một planar
MOSFET mỏng để trong một môi trờng nhiệt độ thấp. 1-2K (-
271
0
C). Từ trờng đợc đặt vuông góc với lá mỏng bán dẫn có
cờng độ từ c
m một vài Tesla.
Nguyn Th Lan Hng
46
Hiu ng Hall

k-90
: hằng số von Klitzing.

=
h
k 90
U
R / i
I
Phần
tử
QHE
Điện trở
truyền
chuẩn
Nguyn Th Lan Hng
48
Vớ d
Nguyn Th Lan Hng
49
Chun ủin dung
Chuẩn điện dung đợc thực hiện bằng tụ điện tính theo lý thuyết Thompson -
Lambard. Tụ gồm 4 thanh thép đờng kính 50mm dài 500mm có trục song song và
nằm trên đỉnh hinh vuông, gi
a chúng có 1 thanh màn chẵn tĩnh điện đặt ở ngay
tâm của h
nh vuông: Sự thay đổi điện dung của tụ điện (của từng cặp điện cực) thay
đổi theo kho ng di chuyển của thanh màn chẵn.
C =
à