CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG Mã chương: MĐ17.01 Giới thiệu: Trong kỹ thuật đo lường thì vấn đế quan trọng nhất đó là tính chính xác của kết quả đo. Do đó muốn kết quả đo càng chính xác thì người thực hiện đo lường cần phải nắm vững được các phương pháp đo, cũng như sử dụng thành thạo thiết bị đo, nắm được các tham số đặc trưng cho phẩm chất của dụng cụ đo, từ đó biết cách khử các nguyên nhân sai số đảm bảo kết quả đo là chính xác nhất, phục vụ tốt cho quá trình vận hành, bảo trì, sửa chữa thiết bị và hệ thống. Mục tiêu: - Trình bày được một số khái niệm cơ bản về đo lường; - Trình bày được định nghĩa, phân loại các phép đo; - Đọc hiểu được, chuyển đổi những tham số đặc trưng cho phẩm chất, các sai số của dụng cụ đo; - Cẩn thận, chính xác, khoa học. Nội dung chính: 1.
Định nghĩa và phân loại phép đo 1. Định nghĩa về đo lường Đo lường là hành động cụ thể thực hiện bằng công cụ đo lường để tìm trị số của một đại lượng chưa biết biểu thị bằng đơn vị đo lường. Kết quả đo lường là giá trị bằng số của đại lượng cần đo AX nó bằng tỷ số của đại lượng cần đo X và đơn vị đo Xo. X o Xo * Ví dụ: Ta đo được U = 50 V thì có thể xem là U = 50 u 50 – là kết quả đo lường của đại lượng bị đo u – là lượng đơn vị Mục đích của đo lường: là lượng chưa biết mà ta cần xác định Đối tượng đo lường: là lượng trực tiếp bị đo dùng để tính toán tìm lượng chưa biết.b mục đích là m2 còn đối tượng là m.
Phân loại đo lường Dựa theo cách nhận được kết quả đo lường người ta chia làm 3 loại chính là đo trực tiếp, đo gián tiếp và đo tổng hợp 1.1 Đo trực tiếp Là đem lượng cần đo so sánh với lượng đơn vị bằng dụng cụ đo hay đồng hồ chia độ theo đơn vị đo. Mục đích đo lường và đối tượng đo lường thống nhất với nhau Các phép đo trực tiếp: - Phép đọc trực tiếp: đo chiều dài bằng mét, đo dòng điện bằng ampe mét, đo điện áp bằng vôn mét, đo nhiệt độ bằng nhiệt kế… - Phép chỉ không: đem lượng chưa biết cân bằng với lượng đo đã biết và khi có cân bằng thì đồng hồ chỉ không. * Ví dụ: cân, đo điện áp - Phép trùng hợp: theo nguyên tắc của thước cặp để xác định lượng chưa biết. - Phép thay thế: lần lượt thay đại lượng cần đo bằng đại lượng đã biết.
* Ví dụ: Tìm R chưa biết nhờ thay điện trở đó bằng một hộp R đã biết mà giữ nguyên I và U. - Phép cầu sai: dùng một đại lượng gần nó để suy ra đại lượng cần tìm (thường để hiệu chỉnh các dụng cụ đo độ dài). Đo gián tiếp Lượng cần đo xác định bằng tính toán theo quan hệ hàm đã biết đối với các lượng bị đo trực tiếp có liên quan (trong nhiều trường hợp dùng loại này vì đơn giản hơn so với đo trực tiếp, đo gián tiếp thường mắc sai số và là tổng hợp của sai số trong phép đo trực tiếp). * Ví dụ : Đo công suất.
Đo tổng hợp Tiến hành đo nhiều lần ở các điều kiện khác nhau để xác định được một hệ phương trình biểu thị quan hệ giữa các đại lượng chưa biết và các đại lượng bị đo trực tiếp, từ đó tìm ra các lượng chưa biết * Ví dụ: đã biết qui luật giản nở dài do ảnh hưởng của nhiệt độ là: L = L0(1+αt + βt2) Muốn tìm các hệ số α, β và chiều dài của vật ở 00c là L0 thì ta có thể đo trực tiếp chiều dài ở nhiệt độ t là Lt, tiến hành đo 3 lần ở các nhiệt độ khác nhau ta có hệ 3 phương trình và từ đó xác định các lượng chưa biết bằng tính toán. Những tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cùng với sự không ngừng hoàn thiện của kỹ thuật đo lường, thì dụng cụ đo giữ vai trò rất lớn trong sự phát triển đó. Vì vậy dụng cụ đo cần phải đảm bảo có độ chính xác lớn, tuổi thọ cao, sử dụng đơn giản và có khả năng đo được nhiều đại lượng do lường khác nhau. Để đánh giá phẩm chất của một dụng cụ đo người ta dựa vào các tham số đặc trưng của nó như: sai số, cấp chính xác, độ nhạy, hạn không nhạy.1 Sai số và cấp chính xác của dụng cụ đo Trên thực tế không thể có một đồng hồ đo lý tưởng cho số đo đúng trị số thật của tham số cần đo.
Đó là do vì nguyên tắc đo lường và kết cấu của đồng hồ không thể tuyệt đối hoàn thiện. Gọi giá trị đo được là: Ađ Còn giá trị thực là: At Sai số tuyệt đối: là độ sai lệch thực tế δ = Ađ - At Các loại sai số định tính: Trong khi sử dụng đồng hồ người ta thường để ý đến các loại sai số sau + Sai số cho phép: là sai số lớn nhất cho phép đối với bất kỳ vạch chia nào của đồng hồ (với quy định đồng hồ vạch đúng tính chất kỹ thuật) để giữ đúng cấp chính xác của đồng hồ. + Sai số cơ bản: là sai số lớn nhất của bản thân đồng hồ khi đồng hồ làm việc bình thường, loại này do cấu tạo của đồng hồ. + Sai số phụ: do điều kiện khách quan gây nên.
Trong các công thức tính sai số ta dựa vào sai số cơ bản còn sai số phụ thì không tính đến trong các phép đo. Độ nhạy X S A Với: X: độ chuyển động của kim chỉ thị (m, độ…) A: độ thay đổi của giá trị bị đo *Ví dụ: 3 S 1,5mm / o C 2 - Tăng độ nhạy bằng cách tăng hệ số khuếch đại - Giá trị chia độ bằng 1/s = C: gọi là hằng số của dụng cụ đo 2. Biến sai Là độ lệch lớn nhất giữa các sai số khi đo nhiều lần 1 tham số cần đo ở cùng điều kiện đo lường Adm And max Chú ý: biến sai số chỉ của đồng hồ không được lớn hơn sai số cho phép của đồng hồ.4 Hạn nhạy Là mức độ biến đổi nhỏ nhất của tham số cần đo để cái chỉ thị bắt đầu làm việc. Chỉ số của hạn không nhạy nhỏ hơn ½ sai số cơ bản.
Các sai số đo lường 3.1 Sai số chủ quan Trong quá trình đo lường, những sai số do người xem đo đọc sai, ghi chép sai, thao tác sai, tính sai, vô ý làm sai .được gọi là sai số nhầm lẫn. Cách tốt nhất là tiến hành đo lường một cách cẩn thận để tránh mắc phải sai số nhầm lẫn. Trong thực tế cũng có khi người ta xem số đo có mắc sai số nhầm lẫn là số đo có sai số lớn hơn 3 lần sai số trung bình mắc phải khi đo nhiều lần tham số cần đo.2 Sai số hệ thống Sai số hệ thống thường xuất hiện do cách sử dụng đồng hồ đo không hợp lý, do bản thân đồng hồ đo có khuyết điểm, hay điều kiện đo lường biến đổi không thích hợp và đặc biệt là khi không hiểu biết kỹ lưỡng tính chất của đối tượng đo lường. Trị số của sai số hệ thống thường cố định hoặc là biến đổi theo quy luật vì nói chung những nguyên nhân tạo nên nó cũng là những nguyên nhân cố định hoặc biến đổi theo quy luật.
Vì vậy mà chúng ta có thể làm mất sai số hệ thống trong số đo bằng cách tìm các trị số bổ chính hoặc là sắp xếp đo lường một cách thích đáng. Nếu xếp theo nguyên nhân thì chúng ta có thể chia sai số hệ thống thành các loại sau: Sai số công cụ: Ví dụ: - Chia độ sai - Kim không nằm đúng vị trí ban đầu - tay đòn của cân không bằng nhau. Sai số do sử dụng đồng hồ không đúng quy định: Ví dụ: - Đặt đồng hồ ở nơi có ảnh hưởng của nhiệt độ, của từ trường, vị trí đồng hồ không đặt đúng quy định. Sai số do chủ quan của người xem đo.
Ví dụ: Đọc số sớm hay muộn hơn thực tế, ngắm đọc vạch chia theo đường xiên. Sai số do phương pháp: Do chọn phương pháp đo chưa hợp lý, không nắm vững phương pháp đo .3 Sai số ngẫu nhiên Là những sai số mà không thể tránh khỏi gây bởi sự không chính xác tất yếu do các nhân tố hoàn toàn ngẫu nhiên được gọi là sai số ngẫu nhiên. Nguyên nhân: là do những biến đổi rất nhỏ thuộc rất nhiều mặt không liên quan với nhau xảy ra trong khi đo lường mà không có cách nào tính trước được. Như vậy luôn có sai số ngẫu nhiên và tìm cách tính toán trị số của nó chứ không thể tìm kiếm và khử các nguyên nhân gây ra nó.4 Sai số động Là sai số của dụng cụ đo khi đại lượng đo thay đổi theo thời gian.
* Các bước và cách thực hiện công việc: 1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ (Tính cho một ca thực hành gồm 20HSSV) TT Loại trang thiết bị Số lượng 1 Mô hình thí nghiệm đo thời gian vật rơi tự do 10 bộ 2 Đồng hồ đo thời gian, thước dây 10 bộ 3 Mỗi sinh viên chuẩn bị giấy bút, máy tính casio 10 bộ 4 Xưởng thực hành 1 2. QUI TRÌNH THỰC HIỆN: 2. Qui trình tổng quát: Tên các Tiêu chuẩn Lỗi thường Thiết bị, dụng cụ, STT bước công thực hiện gặp, cách khắc vật tư việc công việc phục Thí nghiệm Mô hình thí nghiệm Thực hiện -Thí nghiệm sai đúng qui trình thao tác 1 cụ thể được - Bấm đồng hồ mô tả ở mục thời gian trước 2.
hoặc sau khi thả Ghi kết quả Giấy , bút Ghi chép đúng vật rơi tự do. thí nghiệm chính xác kết - Ghi chép kết 2 quả thí quả sai nghiệm * Cần nghiêm Tính toán Giấy bút , máy Tính toán túc thực hiện 3 kết quả đo tính… đúng chính đúng qui trình, xác qui định của Nộp tài liệu Giấy, bút, máy tính, Đẩm bỏa đầy GVHD thu thập, tài liệu ghi chép đủ khối lượng 4 ghi chép được. được cho GVHD Thực hiện - Mô hình thí nghiệm -Sạch sẽ vệ sinh - Giẻ lau sạch 5 công nghiệp 2. Qui trình cụ thể: 2.
Thí nghiệm đo tốc độ rơi tự do của vật a. Kiểm tra tổng thể mô hình. Kiểm tra các thiết bị đo thước, đồng hồ bấm giờ d.