Ví dụ: Đo đường kính chi tiết bằng Panme, thước cặp
+) Phương pháp đo trực tiếp cho độ chính xác cao nhưng hiệu quả thấp.
- Phương pháp đo gián tiếp: là phương pháp mà giá trị của đại lượng cần đo không xác
định được trực tiếp từ chỉ số của dụng cụ đo mà nó có quan hệ với một hay nhiều đại
lượng đo trực tiếp theo hàm có dạng: y = f(x
1
,x
2
,x
n
)
Trong đó: y là đại lượng cần tìm
x
1
,x
2
, ,x
n
: các đại lượng đo trực tiếp.
Ví dụ: đo 2 cạnh của một tam giác vuông rồi sử dụng định lý Pitago để tính ra cạnh huyền,
xác định góc
+) Phương pháp đo gián tiếp thông qua các mối quan hệ toán học hoặc vật lý giữa đại
lượng được đo và đại lượng cần đo là phương pháp đo phong phú, đa dạng và hiệu quả.
Tuy nhiên, nếu hàm quan hệ càng phức tạp thì độ chính xác đo càng thấp vì việc tính toán,
xử lý kết quả đo và độ chính xác đo phụ thuộc rất lớn vào việc lựa chọn mối quan hệ này
d. Ngoài ra trong đánh giá và kiểm tra sản phẩm chia ra: đo từng phần và đo tổng hợp.
- Phương pháp đo từng phần: là phương pháp tiến hành đo riêng rẽ từng yếu tố, sau đó
phối hợp các yếu tố đó lại mới xác định được chi tiết đó có đạt được yêu cầu hay không
Ví dụ : đo đường kính trung bình, bước răng, góc của răng rồi kết hợp kết quả đó lại
mới xác định được đường kính trung bình của răng có nằm trong phạm vi giới hạn điều
chỉnh hay không .
+) Phương pháp đo từng phần sử dụng khi kiểm nghiệm sản phẩm và tìm nguyên nhân
gây ra phế phẩm.
- Phương pháp đo tổng hợp: chọn một thông số nào đó mà qua đó đánh giá được chất
lượng sản phẩm.
Ví dụ: kiểm tra ren bằng Calip, đo ren bằng dưỡng ( khi đó không cần kiểm tra các yếu tố
riêng rẽ như đường kính, bước ren, góc xoắn ).
+) Phương pháp đo tổng hợp chủ yếu dùng để kiểm nghiệm sản phẩm, nghiệm thu hàng
hoá
7.1.3 - Cấu trúc cơ bản của hệ thống đo
1/ Giá trị chia độ (độ phân giải)
- Hiệu số giữa các trị số tương ứng với 2 vạch lân cận nhau của thang đo (chia độ) gọi
là độ phân giải (hay còn gọi là giá trị chia độ).
Ví dụ : khi thước động của Panme dịch chuyển 1 vạch thì đầu đo dịch chuyển 1 khoảng
là 0,001mm.Như vậy, độ phân giải của Panme này là 0,001mm.
- Độ phân giải càng nhỏ thì độ chính xác càng cao
81
- Tuy nhiên, với độ phân giải và độ chính xác của dụng cụ đo là khác nhau. Độ chính
xác của dụng cụ đo được xác định bằng sai số ∆x và có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn độ phân
giải.
2/Khoảng chia độ
- Khoảng chia độ là khoảng cách tâm giữa 2 vạch lân cận của thang đo.
- Trong phần lớn các dụng cụ đo , khoảng chia độ 1 ÷ 2,5mm. Khoảng chia độ trên
thang đo càng lớn thì việc đọc theo thang đo càng thuận tiện. Tuy nhiên khi đó sẽ làm tăng
kích thước của dụng cụ đo .
3/ Tỷ số truyền và độ nhạy K .
- Là tỷ số giữa sự thay đổi ở đầu ra tương ứng với sự thay đổi ở đầu vào của dụng cụ
đo. Khi K càng lớn, độ chính xác đo càng cao. Khi sự thay đổi ở đầu vào và đầu ra cùng
tính chất vật lý thì K là đại lượng không thứ nguyên và gọi là tỷ số truyền. Khi sự thay đổi
này không cùng tính chất vật lý thì K sẽ có thứ nguyên của đại lượng ra trên đại lượng vào
và gọi là độ nhạy.
- Nếu dụng cụ đo có nhiều khâu biến đổi, mỗi khâu có một độ nhạy riêng thì độ nhạy
của toàn dụng cụ là
∏
=
=×××=
n
i
in
KKKKK
1
21
4/ Độ nhạy giới hạn
ε
.
- Là chuyển vị nhỏ nhất ở đầu vào còn gây ra được chuyển vị ở đầu ra ổn định và quan
sát được. Khi ε càng bé thì độ chính xác đo được càng cao.
5/ Độ biến động chỉ thị .
- Là phạm vi dao động của chỉ thị khi đo lặp lại cùng 1 giá trị đo trong cùng 1 điều kiện
đo
∆
bd
= x
max
- x
min
x
max
, x
min
: giá trị chỉ thị lớn nhất và nhỏ nhất trong n lần đo lặp lại.
6/ Phạm vi đo:
- Là phạm vi thay đổi của giá trị đo mà phương tiện đo có thể thực hiện được
7.1.4 - Kiểm tra
- Kiểm tra một đại lượng là việc đánh giá giá trị thực của đại lượng đó có nằm trong
giới hạn cho phép đã được quy định hay không.
- Giới hạn cho phép là các sai lệch cho phép trong dung sai sản phẩm mà người thiết kế
yêu cầu, phụ thuộc vào độ chính xác cần thiết khi làm việc của sản phẩm. Sản phẩm cần
thiết là chính phẩm khi giá trị thực nằm trong khoảng sai lệch cho phép, ngược lại được
xem là phế phẩm.
82
- Sự khác nhau căn bản giữa kiểm tra và đo lường là kiểm tra không cần định lượng là
bao nhiêu mà chỉ so sánh các đại lượng cần kiểm tra có nằm trong giới hạn cho phép đã
được quy định hay không, để khẳng định về chất lượng của sản phẩm là thành phẩm hay
phế phẩm.
- Phân loại phương pháp kiểm tra:
a) Dựa vào tính chất sử dụng của kết quả kiểm tra, phân ra:
- Kiểm tra bị động: là hình thức kiểm tra sản phẩm sau chế tạo nhằm phân loại sản
phẩm là thành phẩm hay phế phẩm. Hình thức này thường dùng khi kiểm tra thu nhận sản
phẩm nên gọi là kiểm thu nhận.
- Kiểm tra chủ động: là hình thức kiểm tra mà kết quả phản ánh thông qua thông số đo
trong quá trình gia công. Nếu thông số đo vượt quá giới hạn giá trị cho phép, thông qua hệ
thống điều chỉnh tự động (hay còn gọi là hệ thống đo lại tích cực) sẽ tự động điều chỉnh lại
quá trình gia công để không tiếp tục tạo ra phế phẩm.
Trong các quá trình công nghệ
hiện đại, đặc biệt là khi chế tạo các
chi tiết phức tạp, kiểm tra tích cực
không những hạn chế việc tạo ra phế
phẩm mà còn thực hiện được những
thao tác kiểm tra mà sau khi chế tạo
sẽ khó mà kiểm tra được.
b) Dựa vào nội dung kiểm tra.
- Kiểm tra yếu tố: việc kiểm tra
thực hiện riêng đối với một thông số,
thường là thông số quan trọng ảnh hưởng chính tới chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, trong
nghiên cứu độ chính xác khi gia công để hợp lí hóa quy trình công nghệ, vạch ra nguyên
nhân sai hỏng thì cần kiểm tra yếu tố mà thông số kiểm tra chính là yếu tố của nguyên
công đang thực hiện.
- Kiểm tra tổng hợp: là phương pháp kiểm tra đồng thời sự ảnh hưởng của các yếu tố
tới chất lượng chung của sản phẩm. Phương pháp này thường được áp dụng khi thu nhận
sản phẩm.
Ví dụ: với chi tiết ren, khi gia công có thể kiểm tra đường kính trung bình, đó là kiểm
tra yếu tố. Khi chi tiết đã gia công có thể kiểm tra ăn khớp bằng cách cho ăn khớp với đai
ốc, đó là kiểm tra tổng hợp.
7.2 - Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường:
1/ Nguyên tắc ABBE
- Khi thiết kế phương án sơ đồ nguyên tắc đo kích thước mẫu và kích thước đo có thể
đặt song song hoặc nối tiếp nhau.
83
- Nguyên tắc ABBE phát biểu rằng: “ Khi kích thước đo và kích thước mẫu nằm trên
một đường thẳng thì kết quả đo đạt độ chính xác cao nhất”.
- Khi đo khe hở khâu dẫn đầu đo di động dưới tác dụng của áp lực đo và các biến dạng
tế vi dưới tác dụng của áp lực đo chính là nguyên nhân gây ra sai số đo.
S
L
δ
KÝch th
¦
íc mÉu
KÝch th
¦
íc ®o
∆α
S
∆
1
KÝch th
¦
íc ®o
KÝch th
¦
íc mÉu
∆α
L
∆
2
+) Với khe hở δ và chiều dài khâu dẫn là L, góc lệch lớn nhất sẽ là ∆
α
= Arctg
L
δ
.
+) Khi đo không theo nguyên tắc ABBE, sai số đo là: ∆
1
= δ tg∆
α
≈ δ ∆
α
.
+) Khi đo theo nguyên tắc ABBE, sai số đo là: ∆
2
= l ( 1- cos ∆
α
) ≈ l
2
2
α
∆
.
Với l là chiều dài đo. Nhận thấy ∆
2
<< ∆
1
.
Ví dụ: Thước cặp là dụng cụ đo không theo ABBE.
Panme là dụng cụ đo theo ABBE.
2/ Nguyên tắc xích truyền ngắn nhất.
- Mỗi khâu, mỗi khớp tham gia trong xích truyền kích thước, từ kích thước đo lên tới
kích thước mẫu để so sánh bản thân đều mang sai số công nghệ nhất định. Do đó nếu số
khâu tham gia vào xích truyền kích thước càng nhiều thì sai số tích lũy càng tăng làm sai
số phép đo càng lớn, độ chính xác của phép đo càng thấp.
- Để đạt được độ chính xác cao, máy đo và dụng cụ đo cần được thiết kế đảm bảo tỷ số
truyền với số khâu là ít nhất. Đối với sơ đồ nguyên tắc đo, sao cho số khâu thành phần
tham gia vào chuỗi kích thước để giải ra kích thước đo là ít nhất.
Ví dụ: có 3 phương án để đo khoảng cách tâm L:
84
PA I: L = L
1
+
2
21
DD +
.
PA II: L = L
2
-
2
21
DD +
.
PA III: L =
2
21
LL +
.
D
1
2
D
L
L
1
2
L
Nhận xét: phương án 3 là hợp lí nhất.
3/ Nguyên tắc chuẩn thống nhất
- Mỗi chi tiết qua thiết kế, gia công và kiểm tra ở từng bước đều có chuẩn để thiết kế,
chế tạo, lắp ráp và kiểm tra.
- Nguyên tắc chuẩn thống nhất chỉ ra rằng khi các chuẩn đó được dùng thống nhất thì
kết quả kiểm tra sẽ phù hợp với chất lượng chi tiết khi làm việc.
4/ Nguyên tắc kinh tế.
- Nguyên tắc kinh tế bảo đảm độ chính xác đo lường trong điều kiện kinh tế nhất định,
cụ thể:
+) Độ chính xác phương tiện đo hợp lí.
+) Dễ điều chỉnh, gá đặt, thao tác, về cơ khí hóa, tự động hóa, đo hàng loạt với năng
xuất cao.
+) Yêu cầu bậc thợ điều chỉnh và thao tác trung bình.
+) Chu kỳ điều chỉnh đo, sửa chữa dài.
+) Thiết bị đo đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo.
* Trong thực tế, không phải bao giờ cũng thỏa mãn đồng thời cả 4 nguyên tắc trên. Cần
căn cứ vào các điều kiện, các yêu cầu kỹ thuật riêng và chức năng cụ thể mà có thể đặc
biệt coi trọng nguyên tắc nào đó.
85
7.3 -Xử lý tín hiệu đo:
7.3.1 - Mục đích, yêu cầu
7.3.2 - Các đặc trưng cơ bản của mạch đo và các loại mạch đo
1/ Khái niệm:
- Mạch đo lường là thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ biến đổi, xử lý thông tin, tính toán
phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lý thống nhất.
- Có thể coi mạch đo như một khâu tính toán, thực hiện các phép tính đại số trên sơ đồ
mạch nhờ vào kỹ thuật điện tử theo yêu cầu kỹ thuật của thiết bị đo.
2/ Các đặc trưng cơ bản của mạch đo:
* Chức năng và phạm vi làm việc:
- Trong các hệ thống đo lường - điều khiển mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các
biến trạng thái như: lực, áp suất, vận tốc, nhiệt độ Các biến trạng thái này thường là các
đại lượng không điện. Chức năng của các mạch đo là tiếp nhận thông tin, tính toán, xử lý
sự biến thiên các biến trạng thái của các quá trình.
W(t)
X(t)
Y(t)
- Sơ đồ trên thể hiện quan hệ giữa đầu vào với đầu ra và khả năng thực hiện của chúng.
Ứng với trường hợp đơn giản nhất đó là tỉ số W=Y/X với X - thông số đầu vào, Y - thông
số ra. Trong các trường hợp phức tạp hơn thì W(t) là một hàm của thời gian t gọi là hàm
truyền đạt tương hỗ.
- Hàm truyền đạt W được xác định trong một phạm vi nào đó của đại lượng vào và ra,
gọi là phạm vi làm việc của của mạch đo. Nếu vượt ra ngoài phạm vi đó thì W không còn
đảm bảo được sai số cho phép nữa.
* Sai số của mạch đo:
- Trong một hệ thống đo lường, cũng như các khâu khác thiết bị của mạch đo cũng gây
ra sai số. Sai số của mạch đo có thể chia ra làm hai loại:
a/ Sai số bản thân mạch đo:
Gây ra bởi các biến động bởi quan hệ tương hỗ (hàm truyền đạt). Hàm truyền đạt của
mạch đo
X
Y
W =
- Giả sử trong trường hợp ở đầu vào không mắc sai số nhưng ở đầu ra Y mắc phải sai số
∆Y. Nguyên nhân là do sai số của hàm truyền đạt ∆W gây ra do sự biến động của các yếu
tố bên ngoài hay nội tại ảnh hưởng tới mạch đo ∆
θ
i. Sai số này được đánh giá:
θ
γ
γ
θθ
W
WW
K
=
∆
∆
=
/
/
trong đó: - γ
W
: sai số tương đối của hàm truyền đạt
86
- γ
θ
: độ biến động của các yếu tố tác động tới mạch đo.
Khi đó sai số ở đầu ra là:
∆Y = γ
W
. W . X
b/ Sai số do sự kết hợp các đại lượng vào:
- Nếu một mạch đo có nhiều đại lượng vào thì có sự kết hợp với nhau do vậy sai số là
tổng của các sai số:
∆( x
1
± x
2
) = ∆x
1
± ∆x
2
- Sai số tương đối của tích hai đại lượng bằng tổng sai số tương đối của chúng:
2121
2
2
1
1
xxxx
x
x
x
x
γγγ
+=
∆
+
∆
=
* Đặc tính động của mạch đo:
- Thông số đo là các đại lượng biến thiên theo thời gian do đó mạch đo cũng cần phải
đáp ứng được các đặc tính động yêu cầu.
- Đặc tính động của mạch đo phải đảm bảo cho sai số của mạch đo không vượt quá sai
số cho phép của thiết bị. Do đó khi xét các đặc tính động ta cần phải xét đến hàm truyền
đạt của mạch đo phụ thuộc vào tần số W(p).
* Công suất tiêu thụ của mạch đo:
- Ngoài chức năng thực hiện xử lý tính toán, mạch đo còn có nhiệm vụ nối các khâu với
nhau trong hệ thống đo lường hay chính là làm phù hợp điện trở và điện kháng đầu vào và
đầu ra của các khâu.
- Trong đa số các trường hợp người ta cố gắng làm cho điện trở đầu vào của mạch đo
rất lớn so với điện trở ra của khâu trước ( công suất của mạch đo tiêu thụ nhỏ hơn công
suất ra của khâu trước)
- Sai số do công suất tiêu thụ của mạch đo gây nên khi mắc vào khâu trước là:
max
P
P
P
=
γ
trong đó - P: công suất tiêu thụ ở đầu vào của mạch đo
- P
max
: công suất cực đại của khâu trước.
- Khi tính toán sai số này được cộng thêm sai số của khâu trước nó.
- Ngược lại, ở đầu ra của mạch đo cần phải để cho công suất ra là lớn nhất: P
ra
= P
t
( P
t
-
công suất của tải). Khi đó sai số xác định theo công thức:
ra
tra
ra
P
PP
−
=
γ
- Ứng với trường hợp tải biến thiên thì P
t
được thay bởi công suất tải định mức P
tN
87
3/ Các loại mạch đo:
- Theo chức năng của mạch đo mà ta có thể phân thành:
* Mạch tỉ lệ: là mạch thực hiện một phép nhân (hoặc chia) với hệ số tỉ lệ k. Khi đó ứng
với đầu vào là x ta có đại lượng đầu ra: y = kx.
Đại diện cho loại mạch này là: Sun, phân áp, biến áp, biến dòng
* Mạch khuyếch đại: cũng tương tự như mạch tỉ lệ, mạch khuyếch đại làm nhiệm vụ
nhân thêm một hệ số k gọi là hệ số khuyếch đại. Tuy nhiên ứng với mạch khuyếch đại thì
công suất ở đầu ra lớn hơn công suất ở đầu vào (ngược với mạch tỉ lệ) có nghĩa là đại
lượng vào điều khiển đại lượng ra.
Sử dụng mạch khuyếch đại ta có thể tăng độ nhạy của các thiết bị đo lên rất nhiều cho
phép đo được những tín hiệu đầu vào rất nhỏ. Ngoài ra nó còn mở rộng được đặc tính tần
của thiết bị đo và đặc biệt là giảm rất nhiều công suất tiêu thụ của thiết bị lấy từ đối tượng
đo.
Mạch khuyếch đại được thực hiện bằng đèn điện tử, bán dẫn và ngày nay sử dụng chủ
yếu là các vi điện tử.
* Mạch gia công và tính toán: bao gồm các mạch thực hiện các phép tính đại số như
cộng, trừ, nhân, chia, tích phân, vi phân
* Mạch so sánh (Comparator): là mạch thực hiện việc so sánh giữa hai điện áp. Mạch
này thường được sử dụng trong các thiết bị đo dùng phương pháp so sánh để phát hiện độ
lệch khỏi điểm 0 của điện kế.
Các mạch so sánh phổ biến: mạch so sánh sử dụng bộ khuyếch đại thuật toán, mạch so
sánh 2 mức, mạch so sánh khuyếch đại, mạch cầu đo
* Mạch tạo hàm: là mạch tạo ra những hàm số theo yêu cầu của phép đo nhằm mục
đích tuyến tính hóa các đặc tính của tín hiệu đo ở đầu ra các bộ phận cảm biến. Để tuyến
tính hóa bằng cách tạo ra các hàm ngược dùng kĩ thuật mạch.
Những mạch tạo hàm thông dụng: mạch tạo hàm bằng biến trở, điôt bán dẫn, mạch tạo
hàm logarit `
* Mạch biến đổi A/D, D/A: là mạch biến đổi từ tín hiệu đo tương tự thành tín hiệu số và
ngược lại, sử dụng cho kỹ thuật đo số và chế tạo các mạch ghép nối với máy tính
* Mạch vi xử lí (Microprocessor): là mạch đo có cài đặt bộ vi xử lí để tạo ra các cảm
biến thông minh, thực hiện chức năng tính toán, ghi nhớ, trao đổi thông tin vào ra
Thiết bị đo càng hiện đại và chính xác thì mạch đo càng phức tạp. Thường sử dụng các
mạch đo để tăng độ nhạy, độ chính xác của thiết bị đo và hệ thống đo.
7.3.3 - Các bộ biến đổi tương tự - số A/D, biến đổi số - tương tự D/A
7.3.2.1 - Các bộ chuyển đổi tương tự - số A/D(Analog - Digital Convertor)
1/ Nguyên lý của các bộ biến đổi A/D:
88
- Trong kỹ thuật đo lường khi sử dụng các dụng cụ đo chỉ thị số hay đưa tín hiệu đo vào
máy tính, phải có sự biến đổi của tín hiệu cần đo Analog thành các số tỉ lệ với nó. Thiết bị
thực hiện nhiệm vụ đó là mạch chuyển đổi tương tự - số (A/D).
Có 3 phương pháp thực hiện khác nhau về nguyên tắc:
a) Phương pháp song song: điện áp vào đồng thời so sánh với n điện áp chuẩn và xác
định chính xác xem nó đang nằm ở giữa hai mức nào. Kết quả cho ra có một bậc của tín
hiệu xấp xỉ. Với phương pháp này có giá thành cao vì bởi vì mỗi một số cần phải có một
bộ so sánh. Ưu điểm chính của phương pháp là cho kết quả nhanh.
b) Phương pháp trọng số: việc so sánh diễn ra cho từng bit của số nhị phân. Cách so
sánh thực hiện như sau: đầu tiên xác định điện áp vào có vượt điện áp chuẩn của bit già
hay không. Nếu vượt thì kết quả cho giá trị "1" và lấy điện áp vào trừ đi điện áp chuẩn.
Phần dư đem so sánh với các bit trẻ lân cận Vì vậy có bao nhiêu bit trong một số nhị
phân thì cần bấy nhiêu bước so sánh và bấy nhiêu điện áp chuẩn.
c) Phương pháp số: trong trường hợp này người ta kể đến số lượng các tổng số điện áp
chuẩn của các bit trẻ để diễn đạt điện áp vào. Nếu số lượng cực đại dùng để mô tả bằng n
thì do đó cũng cần tối đa là n bước để nhận được kết quả. Đây là phương pháp đơn giản,
kinh tế nhưng cho kết quả chậm.
2/ Các bộ chuyển đổi A/D:
a/ Các bộ chuyển đổi A/D trong công nghiệp
Bộ biến đổi A/D 3
2
1
digit MC 14433 sản xuất theo công
nghệ CMOS có đầu vào là điện áp một chiều (DC) còn đầu ra là số dưới dạng mã BCD
với 3
2
1
digit. Bộ biến đổi này có đầu vào chống nhiễu tốt, đổi dấu tự động và tự động
chỉnh không.
Chức năng của bộ chuyển đổi A/D MC 14433 là thực hiện việc rời rạc hóa và mã hóa
tín hiệu điện áp một chiều (DC) trước khi đưa ra chỉ thị số hay đưa vào máy tính.
89
Ví dụ: Vônmét là một dụng cụ đo sử dụng MC 14433.
µ
µ
Ω
µ
Ω
Ω
Ω
Ω
µ
Ω
* Bộ chuyển đổi A/D 7106 hay 7107: đây là bộ chuyển đổi A/D có đặc điểm đầu ra có
thể điều chỉnh từ ± 199,9mV ÷ ± 199,9V bằng cách điều chỉnh điện trở R
1
, điện trở tích
phân R
2
, và điện dung C
2
. Sơ đồ mạch như hình vẽ.
- Với bộ chuyển đổi A/D này người ta không cần phải mắc bộ giải mã bên ngoài. Với
bộ chuyển đổi A/D 7106 được sử dụng với chỉ thị số bằng điôt laze LCD còn 7101 sử
dụng LED.
b/ Chuyển đổi A/D sử dụng bộ vi xử lí.
- Sử dụng bộ vi xử lí (µP) để chế tạo các bộ biến đổi A/D tạo cho ta thực hiện được
những chức năng mới. Khảo sát chuyển đổi A/D có sử dụng bộ vi xử lí 8 bit 8080.
φ
φ
3
4
5
C©n b»ng
- Thiết bị chương trình hóa 8255 điều khiển sự làm việc của µP trung tâm 8080. Từ bộ
vi xử lí này qua bộ vào ra IC 8228 (bộ khuyếch đại 2 chiều) thông tin dưới dạng mã được
90
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét