Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa
LỜI MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp luyện kim, nhiều quá trình công nghệ tiến hành trong
điều kiện nhiệt độ cao hoặc rất cao và sử dụng nhiều thiết bị sử dụng chất lưu (chất
lỏng, khí và hơi) yêu cầu khống chế nhiệt độ chặt chẽ cũng như thường xuyên đo
kiểm các thông số áp suất, thành phần môi trường khí Do vậy đo và kiểm tra nhiệt
độ cũng như các thông số công nghệ khác có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc
đảm bảo điều khiển quá trình công nghệ theo theo yêu cầu, đảm bảo chất lượng sản
phẩm và an toàn cho thiết bị. Đo và kiểm tra cũng đóng vai trò quan trọng trong việc
tự động hóa các quá trình sản xuất.
Nhờ các tiến bộ của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu, thiết bị
điện tử và tin học, các thiết bị đo và kiểm tra tự động nói chung cũng như đo và
kiểm tra nhiệt độ nói riêng ngày càng có nhiều chủng loại với tính năng sử dụng và
độ tin cậy khi làm việc cao, đáp ứng nhu cầu đa dạng của sản xuất. Thiết bị đo và
kiểm tra có thể là một dụng cụ đo đơn giản gồm một đầu đo và bộ phận hiển thị
hoặc là cả một hệ thống phức tạp gồm các cảm biến, các bộ chuyển đổi tín hiệu đo,
truyền kết quả đi xa, xử lý số liệu Trang bị những kiến thức cơ bản về kiểm nhiệt
cũng như đo, kiểm tra các thông số và chỉ tiêu công nghệ là hết sức cần thiết, giúp
cho sinh viên tiếp thu tốt các môn học chuyên ngành cũng như vận dụng vào thực tế
sản xuất sau này.
Đối với sinh viên ngành cơ khí - luyện cán thép, môn học Kiểm nhiệt và tự
động hoá là một môn học bắt buộc trong chương trình đào tạo. Giáo trình được biên
soạn theo nội dung môn học gồm 8 chương, đề cập đến những vấn đề chủ yếu về kỹ
thuật đo nói chung, thiết bị đo và kiểm tra nhiệt độ, thiết bị đo và kiểm tra các thông
số và chỉ tiêu công nghệ quan trọng trong các quá trình luyện kim.
Do nội dung giáo trình bao quát rộng, tài liệu tham khảo hạn chế và trình độ
có hạn của người biên soạn nên chắc chắn giáo trình không tránh khỏi sai sót. Tác
giả mong muốn nhận được sự góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp để giáo trình được
hoàn thiện hơn. Các nhận xét, góp ý xin gửi về Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách
Khoa, Đại học Đà Nẵng.
Tác giả
MỤC LỤC
Chương 1. Các khái niệm và đặc trưng cơ bản trong đo lường
1.1. Khái niệm và phân loại phương pháp đo
1.1.1. Phép đo
1.1.2. Phân loại phương pháp đo
1.2. Sai số của phép đo
1.2.1. Sai số
1.2.2. Các loại sai số
1.2.3. Phương pháp đánh giá sai số
1.3. Thiết bị đo và phân loại
1.3.1. Thiết bị đo
1.3.2. Phân loại thiết bị đo
1.4. Đo và kiểm tra trong công nghệ luyện kim
Chương 2. Đo nhiệt độ
2.1. Khái niệm chung
2.1.1. Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ
2.1.2. Phương pháp đo nhiệt độ
2.2. Nhiệt kế giản nỡ
2.2.1. Nguyên lý đo
2.2.2. Các loại nhiệt kế giản nở
2.3. Nhiệt kế điện trở
2.3.1. Nguyên lý đo
2.3.2. Các loại nhiệt kế điện trở
2.4. Cặp nhiệt ngẫu
2.4.1. Hiệu ứng nhiệt điện
2.4.2. Vật liệu chế tạo cực
2.4.3. Các cặp nhiệt ngẫu dùng trong công nghiệp
2.4.4. Mạch đo và dụng cụ thứ cấp
2.5. Hỏa kế
2.5.1. Hỏa kế bức xạ toàn phần
2.5.2. Hỏa kế quang
2.6. Các phương pháp đo nhiệt độ khác
Chương 3. Đo áp suất
3.1. áp suất và phương pháp đo áp suất
3.1.1. áp suất và đơn vị đo
3.1.2. Phương pháp đo áp suất
3.2. áp kế sử dụng dịch thể
3.2.1. Vi áp kế kiểu phao
3.2.2. Vi áp kế kiểu chuông
3.2.3. Vi áp kế bù
3.2.4. áp kế vành khuyên
3.3. áp kế đàn hồi
3.3.1. áp kế lò xo
3.3.2. áp kế màng
3.3.3. áp kế ống trụ
3.3.4. áp kế kiểu đèn xếp
3.4. áp kế điện
3.4.1. áp kế áp trở
3.4.2. áp kế áp điện
3.4.3. áp kế điện dung
3.4.4. áp kế điện cảm
Chương 4. Đo lưu lượng
4.1. Khái niệm chung
4.1.1. Lưu lượng và đơn vị đo
4.1.2. Phương pháp đo lưu lượng
4.2. Lưu lượng kế đo lưu lượng theo thể tích
4.2.1. Lưu lượng kế kiểu bánh răng
4.2.2. Lưu lượng kế kiểu cánh
4.3. Lưu lượng kế đo lưu lượng theo tốc độ
4.3.1. Nguyên lý đo
4.3.2. Lưu lượng kế kiểu tuabin hướng trục
4.3.3. Lưu lượng kế kiểu tuabin tiếp tuyến
4.4. Lưu lượng kế đo lưu lươg theo độ giảm áp biến đổi
4.4.1. Nguyên lý đo
4.4.2. Thiết bị thu hẹp
4.4.3. Sơ đồ thiết bị đo
4.5. Lưu lng kế đo lưu lượng theo độ giảm áp không đổi
4.6. Lưu lượng kế điện từ
Chương 5. Phân tích khí
5.1. Khái niệm và ph−ơng pháp phân tích
5.1.1. Khái niệm
5.1.2. Phương pháp phân tích
5.2. Phương pháp phân tích điện
5.2.1. Phân tích khí theo độ dẫn nhiệt của chất khí
5.2.2. Phân tích khí theo sự cháy của các cấu tử cần phân tích
5.2.3. Phân tích khí theo độ từ thẩm của khí
5.2.4. Phân tích khí theo khả năng hấp thụ bức xạ
5.3. Phương pháp quang phổ định lượng
Chương 6. Đo một số chỉ tiêu công nghệ
6.1. Đo nồng độ ion H+
6.1.1. Nguyên lý đo
6.1.2. Thiết bị đo
6.2. Đo nồng độ chất điện ly
6.2.1. Nguyên lý đo
6.2.2. Thiết bị đo
6.3. Đo tỉ trọng
6.3.1. Phương pháp đo theo áp suất
6.3.2. Phương pháp dùng đồng vị phóng xạ
6.4. Đo và phát hiện mức
6.4.1. Đo mức bằng phương pháp thuỷ tĩnh
6.4.2. Đo mức bằng phương pháp điện
6.4.3. Đo mức bằng phương pháp bức xạ
6.5. Đo độ ẩm
6.5.1. Đo độ ẩm vật liệu rời
6.5.2. Đo độ ẩm của khí
Chương 7. Truyền kết quả đi xa
7.1. Truyền xa kiểu điện trở
7.1.1. Phương pháp biến đổi điện trở
7.1.2. Phương pháp dùng logomet
7.2. Truyền xa kiểu từ cảm
7.2.1. Dùng cầu cân bằng cảm ứng
7.2.2. Dùng biến thế vi sai
7.3. Truyền xa kiểu đồng bộ
Chương 8. Cảm biến thông minh
8.1. Cấu trúc của một cảm biến thông minh
8.2. Các khâu chức năng của cảm biến thông minh
8.2.1. Chuyển đổi chuẩn hoá
8.2.2. Bộ dồn kênh MUX
8.2.3. Bộ chuyển đổi tương tự - số
8.3. Các thuật toán xử lý trong cảm biến thông minh
8.3.1. Tự động khắc độ
8.3.2. Xử lý tuyến tính hoá từng đoạn
8.3.3. Gia công kết quả đo
Tài liệu tham khảo
Mục lục
CHÚ THÍCH : TÀI LIỆU TRÊN GỒM 130 TRANG , CÓ 1 FILE PDF DUY NHẤT VÀ 1 THƯ MỤC CHIA RA 8 CHƯƠNG TIỆN CHO VIỆC HỌC TẬP
9 trang |
Chia sẻ: tlsuongmuoi | Lượt xem: 1836 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Giáo trình kiểm nhiệt tự động hóa, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Ch−¬ng 1
C¸c kh¸i niÖm vµ ®Æc tr−ng c¬ b¶n trong ®o l−êng
1.1. Kh¸i niÖm vµ ph−¬ng ph¸p ®o
Trong c«ng nghiÖp, nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®ßi hái ph¶i tiÕn hµnh trong
nh÷ng ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ (nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt, l−u l−îng, thµnh phÇn m«i
tr−êng…gäi chung lµ th«ng sè c«ng nghÖ) cÇn khèng chÕ trong mét giíi h¹n nhÊt
®Þnh. §o vµ kiÓm tra c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cho phÐp ng−êi thùc hiÖn biÕt ®−îc
tr¹ng th¸i cña qu¸ tr×nh, tõ ®ã t¸c ®éng ®Ó ®¶m b¶o sù ho¹t ®éng b×nh th−êng cña hÖ
thèng thiÕt bÞ còng nh− ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ chÊt l−îng s¶n phÈm theo yªu
cÇu. §èi víi c¸c hÖ thèng tù ®éng, ®o vµ kiÓm tra th«ng sè c«ng nghÖ lµ kh©u kh«ng
thÓ thiÕu ®¶m nhËn sù cung cÊp tÝn hiÖu cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng
cña thiÕt bÞ. Do vËy ®o vµ kiÓm tra cã tÇm quan träng rÊt lín trong c«ng nghiÖp nãi
chung còng nh− trong lÜnh vùc luyÖn kim nãi riªng.
1.1.1. PhÐp ®o
Thùc chÊt cña phÐp ®o lµ ®em so s¸nh ®¹i l−îng cÇn ®o víi mét ®¹i l−îng kh¸c
®· ®−îc chuÈn hãa. VÝ dô ®Ó ®o chiÒu dµi cña mét vËt, ng−êi ta so s¸nh chiÒu dµi
cÇn ®o víi chiÒu dµi cña mét vËt chuÈn theo quy −íc b»ng mét mÐt, ®o khèi l−îng
mét vËt, ng−êi ta ®em so s¸nh khèi l−îng cÇn ®o víi khèi l−îng cña mét vËt chuÈn
cã khèi l−îng theo quy −íc b»ng mét lil«gam…
1.1.2. Ph−¬ng ph¸p ®o
C¨n cø vµo nguyªn t¾c ®o, ng−êi ta chia c¸c ph−¬ng ph¸p ®o thµnh ba lo¹i:
ph−¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp, ph−¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp vµ ph−¬ng ph¸p ®o kÕt hîp.
- Ph−¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp: ®em ®¹i l−îng cÇn ®o so s¸nh trùc tiÕp víi ®¹i
l−îng chuÈn cïng b¶n chÊt, vÝ dô nh− ®o chiÒu dµi, ®o khèi l−îng, …
- Ph−¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp: lµ phÐp ®o mµ kÕt qu¶ nhËn ®−îc dùa trªn c¬ së
®o c¸c sè liÖu cã liªn quan víi ®¹i l−îng cÇn ®o theo mét quan hÖ nhÊt ®Þnh, vÝ dô
nh− ®o nhiÖt ®é th«ng qua sù ®o søc ®iÖn ®éng cña cÆp nhiÖt ngÉu.
- Ph−¬ng ph¸p kÕt hîp: kÕt hîp c¶ hai ph−¬ng ph¸p trªn.
Khi ®o gi¸n tiÕp, ®èi víi mçi dông cô ®o ph¶i x©y dùng ®−îc quan hÖ gi÷a ®¹i
l−îng ®o ®−îc s (cßn gäi lµ ®¹i l−îng ®Çu ra hay ®¸p øng) vµ ®¹i l−îng cÇn ®o m
(cßn gäi lµ ®¹i l−îng ®Çu vµo hay kÝch kÝch). Quan hÖ trªn ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng
- 5 -
hµm sè ®¹i sè s = F(m) hoÆc b»ng ®å thÞ gäi chung lµ ®−êng cong chuÈn cña dông
cô ®o. §Ó thiÕt lËp ®−êng cong chuÈn ng−êi ta dïng c¸c ph−¬ng ph¸p chuÈn dông cô
®o ®−îc tiÕn hµnh b»ng c¸ch ®o gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®Çu ra (s) øng víi mét lo¹t gi¸
trÞ ®· biÕt chÝnh x¸c cña ®¹i l−îng ®Çu vµo (m).
§−êng cong chuÈn cho phÐp x¸c ®Þnh mäi gi¸ trÞ cña m tõ s trong ph¹m vi ®o.
§Ó dÔ sö dông ng−êi ta th−êng chÕ t¹o dông cô ®o sao cho cã sù liªn hÖ tuyÕn tÝnh
gi÷a biÕn thiªn ®Çu ra ∆s vµ biÕn thiªn ®Çu vµo ∆m:
s s
m2 m1 m mx m
s2
s1 sx
a) b)
H×nh 1.1 §−êng cong chuÈn dông cô ®o
a) X©y dùng ®−êng cong chuÈn b) Sö dông ®−êng cong chuÈn
m.Ss ∆=∆
Trong ®ã S lµ ®é nh¹y cña dông cô ®o.
s
H×nh 1.2
1.2. Sai sè cña phÐp ®o
1.2.1. Sai sè
Trong thùc tÕ, do n
chÝnh x¸c gi¸ trÞ thùc cñ
gÇn ®óng cña nã (gi¸ trÞ
lµ sai sè tuyÖt ®èi cña ph
m§−êng cong chuÈn tuyÕn tÝnh cña dông cô ®o
hiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau, khi ®o ta kh«ng thÓ x¸c ®Þnh
a ®¹i l−îng cÇn ®o (gi¸ trÞ cÇn ®o) mµ chØ nhËn ®−îc gi¸ trÞ
®o). HiÖu sè gi÷a gi¸ trÞ ®o m vµ gi¸ trÞ cÇn ®o A ®−îc gäi
Ðp ®o:
- 6 -
(1.1) Am −=δ
Do kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®−îc A nªn kh«ng thÓ tÝnh ®−îc sai sè cña phÐp ®o theo
c«ng thøc (1.1) . Bëi vËy, sai sè cña phÐp ®o chØ cã thÓ ®¸nh gi¸ mét c¸ch −íc tÝnh.
1.2.2. C¸c lo¹i sai sè
Khi ®¸nh gi¸ ng−êi ta ph©n chóng thµnh hai lo¹i: sai sè hÖ thèng vµ sai sè ngÉu
nhiªn.
a) Sai sè hÖ thèng
Sai sè hÖ thèng lµ sai sè mµ gi¸ trÞ vµ quy luËt ®· biÕt tr−íc vµ cã thÓ ph¸t hiÖn
b»ng c¸nh kiÓm tra dông cô ®o b»ng dông cô mÉu. Víi mét gi¸ trÞ cho tr−íc cña ®¹i
l−îng cÇn ®o, sai sè hÖ thèng cã thÓ kh«ng ®æi hoÆc thay ®æi chËm theo thêi gian.
Sai sè hÖ thèng th−êng cã nguyªn nh©n do sù hiÓu biÕt sai lÖch hoÆc kh«ng
®Çy ®ñ vÒ dông cô ®o hay do ®iÒu kiÖn sö dông kh«ng tèt, d−íi ®©y lµ nh÷ng nguyªn
nh©n th−êng gÆp cña sai sè hÖ thèng:
- Sai sè do gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng chuÈn kh«ng ®óng: thÝ dô ®iÓm 0 cña dông
cô ®o bÞ lÖch khái vÞ trÝ, sai lÖch cña nhiÖt ®é chuÈn cÆp nhiÖt …Sai sè d¹ng nµy cã
thÓ gi¶m ®−îc b»ng c¸ch kiÓm tra kü cµng c¸c thiÕt bÞ phô trî trong m¹ch ®o.
- Sai sè do ®Æc tÝnh cña dông cô ®o: sai sè ®é nh¹y hoÆc sai sè ®−êng cong
chuÈn lµ nguyªn nh©n th−êng gÆp cña sai sè hÖ thèng do ®Æc tÝnh cña dông cô ®o.
ThÝ dô ®−êng cong chuÈn cña cÆp nhiÖt ngÉu do nhµ s¶n xuÊt cung cÊp ®−îc x¸c
®Þnh trªn c¬ së chuÈn mét sè cÆp nhiÖt cïng ®−îc chÕ t¹o mét lÇn. Tuy nhiªn, mét
cÆp nhiÖt ngÉu nµo ®ã cã ®−êng cong chuÈn kh¸c ®«i chót so víi ®−êng cong chuÈn
cña c¸c cÆp nhiÖt ®· ®−îc kiÓm ®Þnh. Tr−êng hîp hãa giµ cña bé phËn c¶m nhËn
trong dông cô ®o còng th−êng kÐo theo sù sai lÖch khái ®−êng cong chuÈn ban ®Çu,
®Æc biÖt lµ ®èi víi cÆp nhiÖt vµ nhiÖt ®iÖn trë. §Ó tr¸nh sai sè hÖ thèng trong c¸c
tr−êng hîp nµy cÇn ph¶i th−êng xuyªn chuÈn l¹i dông cô ®o.
- Sai sè do ®iÒu kiÖn vµ chÕ ®é sö dông: tèc ®é håi ®¸p cña dông cô ®o vµ
c¸c dông cô thø cÊp trong m¹ch ®o th−êng cã h¹n, bëi vËy tÊt c¶ c¸c phÐp ®o tiÕn
hµnh tr−íc khi chÕ ®é ho¹t ®éng b×nh th−êng cña thiÕt bÞ ®o ®−îc thiÕt lËp ®Òu g©y
ra sai sè. ThÝ dô mét ®Çu ®o nhiÖt ®é cã tèc ®é håi ®¸p rÊt kh¸c nhau phô thuéc vµo
viÖc nã ®−îc ®Æt trong chÊt láng ®øng yªn hay cã dßng ch¶y. Tr−êng hîp ®Çu ®o
- 7 -
nhiÖt ®é cã nhiÖt dung vµ qu¸n tÝnh nhiÖt lín ®−îc ®Æt vµo m«i tr−êng ®o cã thÓ tÝch
nhá lµm thay ®æi nhiÖt ®é m«i tr−êng ®o còng g©y ra sai sè.
- Sai sè do xö lý kÕt qu¶ sai: sai sè d¹ng nµy h−îng gÆp ph¶i do sù nhËn xÐt,
®¸nh gi¸ kh«ng ®óng khi tiÕn hµnh hiÖu chØnh kÕt qu¶ ®o chøa nh÷ng ®iÓm cã ®é
lÖch lín ®Ó nhËn ®−îc gi¸ trÞ chÝnh x¸c h¬n. Sau ®©y lµ mét sè tr−êng hîp th−êng
gÆp:
+ Tr−êng hîp do gi¶ thiÕt sai dÉn ®Õn xö lý sai kÕt qu¶ ®o, ch¼ng h¹n khi kÕt
qu¶ ®o lÖch khái ®é tuyÕn tÝnh trong phÐp ®o do sö dông dông cô ®o gi¶ thiÕt lµ
tuyÕn tÝnh.
+ Tr−êng hîp khi ®o nhiÖt ®é, do nhiÖt ®é ®o ®−îc cña dông cô ®o vµ nhiÖt ®é
m«i tr−êng cÇn ®o kh¸c nhau do cã sù dÉn nhiÖt cña vá dông cô hoÆc d©y dÉn, tõ ®ã
kh«ng ®¸nh gi¸ ®óng sù tiªu hao nhiÖt l−îng nªn xö lý sai kÕt qu¶ ®o.
b) Sai sè ngÉu nhiªn
Sai sè ngÉu nhiªn cña phÐp ®o lµ sai sè mµ gi¸ trÞ vµ quy luËt cña nã ch−a biÕt
tr−íc. Sù xuÊt hiÖn cña sai sè ngÉu nhiªn còng nh− dÊu vµ biªn ®é cña nã mang tÝnh
kh«ng x¸c ®Þnh.
- Sai sè do tÝnh kh«ng x¸c ®Þnh cña ®Æc tr−ng thiÕt bÞ: nguyªn nh©n ®Çu tiªn
lµ do ®é linh ®éng cña thiÕt bÞ, sai sè ®é linh ®éng b»ng ®é biÕn thiªn lín nhÊt cña
®¹i l−îng ®o ®Ó g©y nªn sù thay ®æi cã thÓ nhËn biÕt ®−îc cña ®¹i l−îng ®Çu ra cña
dông cô ®o. Nguyªn nh©n thø hai lµ do ®äc sai sè liÖu, sai lÖch nµy Ýt nhiÒu do thãi
quen cña ng−êi ®o, nh−ng mÆt kh¸c còng do chÊt l−îng cña thiÕt bÞ, thÝ dô ®é m¶nh
cña kim chØ thÞ ®ång hå ®o.
- Sai sè do tÝn hiÖu nhiÔu ngÉu nhiªn: do sù rung ®éng, sù th¨ng gi¸ng cña
nhiÖt ®é m«i tr−êng, sù kh«ng æn ®Þnh cña nguån ®iÖn ¸p nu«i thiÕt bÞ …t¸c ®éng
mét c¸ch ngÉu nhiªn lµm cho kÕt ®o bÞ sai lÖch.
- Sai sè do sù thay ®æi cña c¸c ®¹i l−îng ¶nh h−ëng: khi ®o, dông cô ®o
th−êng kh«ng chØ chÞu t¸c ®éng cña ®¹i l−îng ®o mµ Ýt nhiÒu cßn chÞu t¸c ®éng cña
c¸c ®¹i l−îng ¶nh h−ëng mµ møc ®é ¶nh h−ëng cña chóng kh«ng ®−îc tÝnh ®Õn khi
chuÈn dông cô ®o. ThÝ dô mét dông cô ®o ®−îc chuÈn trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é 20oC
th× mäi sù thay ®æi nhiÖt ®é trªn d−íi 20oC ®Òu kÐo theo sù thay ®æi kÕt qu¶ ®o.
- 8 -
1.2.3. Ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ sai sè
Sai sè ngÉu nhiªn lµm cho kÕt qu¶ ®o bÞ t¶n m¹n khi ®o lÆp l¹i. Tuy nhiªn b»ng
ph−¬ng ph¸p xö lý thèng kª cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ x¸c suÊt cña ®¹i l−îng ®o
vµ giíi h¹n cña sai sè.
Khi ®o lÆp l¹i n lÇn cïng mét gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng cÇn ®o ta nhËn ®−îc kÕt qu¶
lµ a1, a2, …, an. Gi¸ trÞ trung b×nh céng sau n lÇn ®o sÏ lµ:
n
a...aa
m n21
+++=
Khi n rÊt lín th× Am → , khi ®ã sai sè tuyÖt ®èi ®−îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc:
mm −=δ
C¸c sai sè ngÉu nhiªn t¸c ®éng lªn c¸c lÇn ®o mét c¸ch hoµn toµn kh«ng phô thuéc
nhau. Bëi vËy x¸c suÊt xuÊt hiÖn c¸c kÕt qu¶ ®o sÏ tu©n theo ®Þnh luËt ph©n bè Gaus
(h×nh 1.3).
Khi ®ã mËt ®é x¸c suÊt y cña sai sè cã gi¸ trÞ δ x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc:
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
σ
δ−πσ= 2
2
2
exp.
2
1
y
Trong ®ã lµ sai sè b×nh ph−¬ng trung b×nh, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: σ
n
.. 2n
2
2
2
1 δ++δ+δ=σ
y
σ1
σ2
σ3
δ
H×nh 1.3 Quy luËt ph©n bè chuÈn cña sai sè ngÉu nhiªn
C¨n cø vµo ®Æc tr−ng cña sai sè ng−êi ta ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña dông cô ®o
nh− tÝnh trung thùc, tÝnh ®óng ®¾n vµ ®é chÝnh x¸c.
Dông cô ®o cã tÝnh ®óng ®¾n lµ dông cô ®o cã sai sè hÖ thèng nhá, gi¸ trÞ x¸c
suÊt th−êng gÆp cña ®¹i l−îng ®o gÇn víi gi¸ trÞ thùc (h×nh 1.4a)
- 9 -
Dông cô ®o cã tÝnh trung thùc lµ dông cô ®o cã sai sè ngÉu nhiªn nhá, thÓ hiÖn
kÕt qu¶ c¸c lÇn ®o tËp trung xung quanh gi¸ trÞ trung b×nh a (h×nh 1.4b).
H×nh 1.4c lµ d¹ng ph©n bè kÕt qu¶ ®o cña dông cô ®o cã tÝnh trung thùc vµ
®óng ®¾n thÊp.
y
G
i¸
tr
Þ t
hù
c
aa
a
y
a
y
a
a
G
i¸
tr
Þ t
hù
c
b)
)
d)
)
a
a)
)
y
c)
)
a
H×nh 1.4 C¸c d¹ng kÕt qu¶ ®o
øng víi c¸c dông cô ®o chÊt l−îng kh¸c nhau
a) Lo¹i cã tÝnh ®óng ®¾n cao b) Lo¹i cã tÝnh trung thùc cao
c) Lo¹i cã tÝnh trung thùc vµ tÝnh ®óng ®¾n thÊp
d) Lo¹i cã ®é chÝnh x¸c cao
Dông cô ®o cã ®é chÝnh x¸c cao lµ dông cô ®o cho kÕt qu¶ ®o ®¬n lÏ gÇn víi
gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l−îng ®o. Dông cô ®o chÝnh x¸c ®ång thêi còng lµ dông cô ®o
trung thùc vµ ®óng ®¾n (h×nh 1.4d).
Ngoµi ra, ®Ó so s¸nh ®é chÝnh x¸c cña c¸c phÐp ®o kh¸c nhau, ng−êi ta ®−a ra
kh¸i niÖm sai sè t−¬ng ®èi x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:
100.
m
mm −=ε [%]
1.3. ThiÕt b ®o vµ ph©n lo¹i
1.3.1. ThiÕt
ThiÕt b
phÐp x¸c ®Þ
c¸c thiÕt bÞ
®o chØ gåm
do nhu cÇu
®o th−êng g
Þ bÞ ®o
o lµ hÖ èng bao gåm c¸c dông c ®o vµ c¸c d g cô thø cÊp cho
n chÝnh x¸
®o ®¬n gi¶n
mét cÆp nhi
khai th¸c tÝn
åm rÊt nhiÒthc ®¹i l−îng cÇn ®o trong u kiÖn tèt nhÊt cã thÓ. §èi víi Þ ®
h , th−êng gåm bé phËn ®o vµ bé phËn
Öt nèi trùc tiÕp víi mét miliv«n kÕ. T
hiÖu, ®Æc biÖt lµ trong viÖc ®o vµ kiÓ
u thµnh phÇn nh− c¶m biÕn, c¸c bé c
- 10 -hiÓ
uy
m
huyônô
®iÒn thÞ, thÝ dô thiÕt bÞ
nhiªn, trong thùc tÕ
tra tù ®éng, thiÕt bÞ
Ón ®æi nhiÒu kªnh,
bé tuyÕn tÝnh hãa tÝn hiÖu, bé khuÕch ®¹i, bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè , bé vi xö lý,
c¸c thiÕt bÞ hç trî …
Trªn h×nh 1.5 lµ s¬ ®å mét m¹ch ®o nhiÖt ®é ®¬n gi¶n, cßn h×nh 1.6 lµ s¬ ®å
mét m¹ch ®o nhiÖt ®é nhiÒu thµnh phÇn.
2
µV
1
H×nh 1.5 M¹ch ®o nhiÖt ®é ®¬n gi¶n
1) CÆp nhiÖt 2) D©y dÉn 3) Miliv«n kÕ
Bé
VXL
5
Bé
C§
4
Bé
CH
2
M¸y in
7
3
Bé
K§
Mµn h×nh
8
CB
1
H×nh 1.6 S¬ ®å khèi m¹ch ®o nhiÖt ®é nhiÒu thµnh phÇn
1) C¶m biÕn ®o nhiÖt ®é 2) Bé khuÕch ®¹i 3) Bé chuÈn hãa tÝn hiÖu
4) Bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè 5) Bé vi xö lý 7) M¸y in 8) Mµn h×nh
1.3.2. Ph©n lo¹i thiÕt bÞ ®o
- Theo c¸ch ®äc kÕt qu¶, thiÕt bÞ ®o ®−îc chia ra:
+ ThiÕt bÞ ®o tù chØ.
+ ThiÕt bÞ ®o tù ghi.
+ ThiÕt bÞ ®o tù ghi vµ tù chØ.
+ ThiÕt bÞ ®o tæng ghi.
- Theo ®¹i l−îng cÇn ®o ph©n ra:
+ ThiÕt bÞ ®o nhiÖt.
+ ThiÕt bÞ ®o ®iÖn.
+ ThiÕt bÞ ®o ¸p suÊt…
- Theo ph¹m vi øng dông:
- 11 -
+ ThiÕt bÞ ®o trong nghiªn cøu.
+ ThiÕt bÞ ®o trong c«ng nghiÖp.
- Theo cÊp chÝnh x¸c: Gi¶ sö trÞ sè thùc cña ®¹i l−îng cÇn ®o lµ m, kÕt qu¶ ®o lÇn
thø i lµ mi, thang ®o cña thiÕt bÞ ®o cã giíi h¹n lµ M th× sai sè quy dÉn cña thiÕt bÞ
®o lµ:
100.
M
mmi −=χ [%]
CÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o lµ sai sè quy dÉn cùc ®¹i cho phÐp. Trong c«ng nghiÖp
phæ biÕn lµ c¸c dông cô ®o cã cÊp chÝnh x¸c 0,5; 1; 1,5.
1.4. §o vµ kiÓm tra trong c«ng nghÖ luyÖn kim
Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim, nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ liªn quan ®Õn viÖc ®o
nhiÖt ®é, ¸p suÊt, l−u l−îng chÊt l−u hoÆc mét sè chØ tiªu c«ng nghÖ nh− ®é Èm, ®é
pH, ®é ®iÖn ly, thµnh phÇn khÝ ... c¸c yÕu tè trªn kh«ng nh÷ng ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu
suÊt qu¸ tr×nh, mµ cßn ¶nh h−ëng lín tíi sù ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ còng nh− chÊt
l−îng s¶n phÈm vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Do vËy viÖc ®o vµ kiÓm
tra th−êng xuyªn c¸c th«ng sè c«ng nghÖ nh»m x¸c lËp ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ tèt nhÊt
®Ó ®¶m b¶o sù vËn hµnh an toµn cho thiÕt bÞ vµ ®¹t ®−îc kÕt qu¶ mong muèn lµ hÕt
søc cÇn thiÕt.
Trong luyÖn kim, rÊt nhiÒu quy tr×nh c«ng nghÖ trong luyÖn kim ®ßi hái ph¶i
tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é cao hoÆc rÊt cao nh− thiªu kÕt quÆng, nÊu ch¶y vµ luyÖn hîp
kim, nung thÐp ®Ó c¸n hoÆc nhiÖt luyÖn ... C¸c qu¸ tr×nh nµy th−êng yªu cÇu khèng
chÕ nhiÖt ®é lß vµ nhiÖt ®é vËt liÖu phï hîp víi tõng giai ®o¹n gia c«ng, nhiÖt ®é cao
hay thÊp ®Òu ¶nh h−ëng ®Õn n¨ng suÊt, hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ chÊt l−îng s¶n phÈm.
Ch¼ng h¹n khi nung thÐp ®Ó c¸n hoÆc nhiÖt luyÖn, nhiÖt ®é lß vµ nhiÖt ®é vËt nung
ph¶i khèng chÕ theo mét chÕ ®é nung ®Þnh tr−íc ®¶m b¶o kh«ng xÈy ra hiÖn t−îng
nøt, cong vªnh khi ë nhiÖt ®é thÊp, kh«ng bÞ qu¸ nhiÖt hoÆc ch¸y khi ë nhiÖt ®é cao.
Trong luyÖn kim, sö dông nhiÒu c¸c thiÕt bÞ lµm viÖc víi chÊt l−u (chÊt láng,
chÊt khÝ, h¬i) nh− thiÕt bÞ cÊp giã, cÊp khÝ nÐn, cÊp nhiªn liÖu, thiÕt bÞ lµm m¸t, thiÕt
bÞ b«i tr¬n…do ®ã viÖc ®o vµ kiÓm tra th−êng xuyªn nhiÖt ®é, ¸p suÊt hoÆc l−u
l−îng chÊt l−u còng rÊt quan träng. NÕu nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ l−u l−îng chÊt l−u
kh«ng ®ñ theo yªu cÇu cã thÓ lµm cho thiÕt bÞ ho¹t ®éng kh«ng b×nh th−êng, ng−îc
- 12 -
l¹i nÕu qu¸ cao cã thÓ lµm háng thiÕt bÞ, thËm chÝ g©y næ sinh mÊt an toµn ®èi víi
thiÕt bÞ vµ ng−êi.
§Æc biÖt, trong luyÖn kim nhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ th−êng ®−îc tiÕn hµnh
trong m«i tr−êng khÝ mµ thµnh phÇn cña chóng nhiÒu khi cã ¶nh h−ëng rÊt quyÕt
®Þnh ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh còng nh− chÊt l−îng s¶n phÈm vµ khÝ th¶i. ViÖc ph©n
tÝch khÝ kh«ng nh÷ng cho phÐp ®iÒu chØnh thµnh phÇn khÝ phï hîp víi yªu cÇu c«ng
nghÖ mµ cßn gióp cho viÖc xö lý khÝ th¶i mét c¸ch cã hiÖu qu¶.
Do nh÷ng yªu cÇu trªn, gi¸o tr×nh ®i s©u tr×nh bµy c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ kü
thuËt ®o vµ thiÕt bÞ ®o cÇn thiÕt ®−îc dïng trong luyÖn kim nh− ®o nhiÖt ®é, ®o ¸p
suÊt, ®o l−u l−îng, ph©n tÝch khÝ ... vµ s¬ l−îc mét sè vÊn ®Ò vÒ ®o mét sè chØ tiªu
c«ng nghÖ. Bªn c¹nh ®ã, gi¸o tr×nh còng ®Ò cËp ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò cÇn thiÕt trong kü
thuËt ®o lµ truyÒn kÕt qu¶ ®i xa, mét sè thiÕt bÞ ®o tiªn tiÕn øng dông trong kü thuËt
®o l−êng vµ kiÓm tra tù ®éng.
- 13 -