Báo Cáo Thí Nghiệm Đo Lường Công Nghiệp: Phân Tích và Kết Quả

Báo cáo thí nghiệm đo lường công nghiệp của nhóm 03, lớp L08, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM, dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Hoàng Khôi Nguyên, trình bày kết quả thực nghiệm và phân tích các phương pháp đo lường các đại lượng vật lý quan trọng trong công nghiệp như nhiệt độ, vị trí, vận tốc, lưu lượng, mức và khối lượng. Báo cáo bao gồm 4 bài thí nghiệm chính, mỗi bài tập trung vào một hoặc một nhóm đại lượng đo lường cụ thể. Mục tiêu của báo cáo là giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của các cảm biến, cách thức hiệu chỉnh (calib) và xử lý tín hiệu đo lường bằng phần mềm LabVIEW. Báo cáo cũng nhấn mạnh sự khác biệt giữa lý thuyết và thực tế trong quá trình đo lường, đồng thời đề xuất các biện pháp khắc phục sai số.

Bài thí nghiệm đầu tiên tập trung vào đo lường nhiệt độ sử dụng cảm biến Thermistor và RTD PT100. Nhóm đã khảo sát đặc tính R-T (điện trở - nhiệt độ) của hai loại cảm biến này và thành lập phương trình calib. Đối với Thermistor, phương trình Steinhart-Hart được sử dụng để chuyển đổi giá trị điện trở sang nhiệt độ. Kết quả cho thấy hai phương pháp tính toán (chính xác và xấp xỉ) cho kết quả gần giống nhau trong khoảng nhiệt độ từ 40°C đến 90°C. Đối với RTD PT100, nhóm đã so sánh giá trị điện trở đo được với giá trị tiêu chuẩn EU và nhận thấy sai lệch tăng dần khi nhiệt độ tăng. Báo cáo cũng trình bày việc đo nhiệt độ đồng thời bằng cả hai loại cảm biến và phân tích nguyên nhân gây ra sai số, bao gồm sai số hệ thống (nội trở dây dẫn, nhiễu môi trường) và sai số phép đo (làm tròn trong LabVIEW, lượng tử). Cuối cùng, nhóm đề xuất các biện pháp khắc phục sai số như thiết kế bộ lọc thông thấp và các phương pháp bù nhiệt, bù trễ."Ví dụ, báo cáo nêu: "Ta thấy khi nhiệt độ từ 0 đến 100, thì lệch giữa thực đo và thực chuẩn không sai lệch nhiều, nhưng khi nhiệt độ tăng lên thì lệch số càng lúc càng gia tăng." Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc hiệu chuẩn cảm biến trong dải nhiệt độ làm việc.

Bài 2 và 3 của báo cáo lần lượt đề cập đến việc đo lường vị trí, vận tốc bằng encoder quang và cảm biến khoảng cách, cũng như đo lường lưu lượng và mức. Đối với cảm biến khoảng cách, nhóm đã khảo sát quan hệ điện áp - khoảng cách (V-d) và sử dụng phương pháp xấp xỉ để tìm phương trình đường cong phù hợp với tập dữ liệu trong khoảng 5cm-25cm. Báo cáo cũng trình bày cách tính vị trí và vận tốc của vật bằng encoder quang. Đối với đo lường lưu lượng, nhóm sử dụng cảm biến lưu lượng vortex và công thức Qv = 0.2ƒ (lít/phút) để tính lưu lượng dựa trên tần số ngõ ra của cảm biến. Trong phần đo mức, nguyên lý đo áp suất vi sai được sử dụng. Chiều cao cột nước được tính bằng công thức h = (p - p0)/ρg. Báo cáo cũng trình bày chi tiết quá trình calib cảm biến mức và phân tích sai số."Như đã nêu trong báo cáo, "Kết quả cảm biến đo được khá giống với những gì quan sát và tính toán." Điều này cho thấy tính hiệu quả của phương pháp đo được sử dụng.

Bài thí nghiệm cuối cùng tập trung vào đo lường khối lượng sử dụng cảm biến loadcell. Nhóm đã tiến hành đo điện trở và điện áp của các cặp dây trong loadcell ở các mức khối lượng khác nhau. Kết quả cho thấy điện trở trên cặp dây R-G và B-W tăng khi khối lượng tăng, trong khi điện trở trên cặp dây G-B và W-R giảm, phù hợp với lý thuyết về mạch cầu Wheatstone. Báo cáo cũng trình bày việc calib cảm biến loadcell để loại bỏ sự lệ thuộc vào các hệ số phần cứng. Kết quả sau khi calib cho thấy sai số giảm đáng kể so với cách đo trước đó. Tổng kết lại, báo cáo đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về các phương pháp đo lường các đại lượng vật lý quan trọng trong công nghiệp, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiệu chỉnh và xử lý tín hiệu để đạt được kết quả chính xác. Báo cáo đã thành công trong việc minh họa sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết trong lĩnh vực đo lường công nghiệp. "Một trích dẫn đáng chú ý: "Sai số các khối lượng cân nhỏ trên 2 loại loadcell nhìn chung là rất ít, khi càng tăng lên khối lượng lên thì sai số càng lớn." Phân tích này cho thấy sự cần thiết của việc calib và lựa chọn loại loadcell phù hợp với dải khối lượng cần đo.