Bài giảng Đo lường và tự động hóa - Bùi Thúc Minh

1BÀI GIẢNG
ĐO LƯỜNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
GV: Ths. Bùi Thúc Minh
Email: buithucminh@gmail.com 
Sđt: 0989 712961
Bộ môn: Điện công nghiệp
ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KHAI THÁC TS
NHA TRANG 2011
2
Mục tiêu
• Các phương pháp đo các thông số vật lý dựa 
trên các nguyên tắc tự động điều khiển.
• Một số thiết bị đo lường cảm biến sử dụng 
trong các hệ thống sản xuất.
2NỘI DUNG
Chương 1. Cơ sở lý thuyết về đo lường, tự 
động hoá
Chương 2. Các dụng cụ đo nhiệt độ
Chương 3. Đo áp suất, lưu lượng
Chương 4. Đo một số thông số khác 
4
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Văn Hòa, Đo lường điện và cảm biến 
đo lường, NXBGD 2005
[2] Hoàng Công Minh, Cảm biến công nghiệp, 
NXB Xây dựng 2007
[3] O. Gassmann, H. Meixner, Sensors in 
Intelligent Buildings, Wiley-VCH Verlag 
GmbH 2001
[4] Jon S. Wilson, Sensor Technology Handbook, 
the United States of America 2006
[5] Internet
35
ĐÁNH GIÁ
• Thời gian lên lớp: 30 tiết
• Kiểm tra, tiểu luận: 40%
• Thi kết thúc môn: 60% (không dùng tài liệu)
• Thời gian: 60 phút (từ 3-4 câu)
6
TIỂU LUẬN
1. Cảm biến nhiệt độ và ứng dụng
2. Cảm biến lực
3. Thiết bị đo áp suất 
4. Thiết bị đo lưu lượng
5. Thiết bị đo vị trí và dịch chuyển
6. Đo khối lượng và trọng lượng
7. Cảm biến sinh học
8. Cảm biến độ ẩm
9. Cảm biến tiệm cận
47
8
Chương 1: cơ sở lý thuyết về đo lường, tự 
động hoá
Counting dropping
59
Chương 1: cơ sở lý thuyết về đo lường, tự 
động hoá
liquid level measuring
10
Chương 1: cơ sở lý thuyết về đo lường, tự 
động hoá
Measure box dimension
611
Chương 1: cơ sở lý thuyết về đo lường, tự 
động hoá
Full case packing inspaction
12
Chương 1: cơ sở lý thuyết về đo lường, tự 
động hoá
1.1.Mở đầu
• Đo lường: là một quá trình đánh giá định lượng 
đại lượng cần đo để có kết quả bằng số so với 
đơn vị đo.
• Kết quả đo được biểu diễn: 0
0
.XAX
X
XA 
713
Simple instrument model
14
815
Các thuật ngữ cơ bản
• Thiết bị đo: là thiết bị cung cấp cho chúng ta 
kết quả của đại lượng cần đo. Thiết bị đo được 
chia làm nhiều loại.
Đại lượng đo: dựa vào tính chất cơ bản của đại 
lượng đo mà ta phân ra 2 loại:
- Đại lượng không điện
- Đại lượng điện
16
• Đơn vị đo: là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một 
đại lượng đo nào đó được quốc tế qui định mà
mỗi quốc gia đều phải tuân thủ
• Chuẩn trong đo lường: gồm 4 cấp
– Chuẩn quốc tế
– Chuẩn quốc gia
– Chuẩn khu vực
– Chuẩn phòng thí nghiệm
917
• Các phương pháp đo:
– Phương pháp đo trực tiếp : là phương pháp đo mà 
lượng cần đo được so sánh trực tiếp với mẫu đo 
(đơn vị đo cùng loại).
– Phương pháp đo gián tiếp: là phương pháp đo 
trong đó lượng cần đo sẽ được tính ra từ kết quả đo 
các đại lượng khác có liên quan.
18
Sai số trong đo lường:
• Nguyên nhân:
– Nguyên nhân chủ quan: là do lỗi lầm của người sử dụng 
thiết bị đo và phụ thuộc vào việc đọc sai kết quả, hoặc ghi 
sai, hoặc sử dụng sai không đúng qui trình hoạt động.
– Sai số khách quan: sai số không phụ thuộc vào người đo.
(Thiết bị đo không đo được trị số chính xác vì những lý do sau:
• Không nắm vững những thông số đo và điều kiện thiết kế.
• Thiết kế nhiều khuyết điểm.
• Thiết bị đo không ổn định sự hoạt động.
• Bảo trì thiết bị đo kém.
• Do người vận hành thiết bị đo không đúng.
• Do những giới hạn của thiết kế.
10
19
Một số khái niệm về cảm biến
Khái niệm
• Cảm biến là bộ phận dùng để cảm nhận và biến đổi
các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính 
chất điện cần đo thành các đại lượng điện chứa đựng 
thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng cần 
đo.
20
• Đại lượng đầu vào (hay kích thích) (m): Tác 
động của đại lượng cần đo (có tính chất điện 
hoặc không)
• Đại lượng đầu ra (hay đáp ứng) (s): Tín hiệu ra 
của CB (thường mang tính chất điện).
• Đáp ứng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m):
s = F(m)
Thông qua đo (s) → xác định giá trị (m).
11
21
Phân loại cảm biến
22
Hoặc phân theo những đặc trưng sau
12
23
Phân loại cảm biến
• Các bộ cảm biến được phân loại theo đặc trưng 
sau đây:
– Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng kích thích.
– Phân loại theo dạng kích thích
– Phân loại theo phạm vi sử dụng
– Phân loại theo thông số mô hình mạch thay thế
24
Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng kích 
thích
- Biến đổi sinh hoá; - Biến đổi vật lý.
- Hiệu ứng trên cơ thể sống
Sinh Học
- Biến đổi hoá học ; - Biến đổi điện hoá
- Phân tích phổ..
Hoá học
- Nhiệt điện; - Quang điện; - Quang từ
- Điện từ; - Quang đàn hồi; - Từ điện
- Nhiệt từ....
Vật lý
Chuyển đổi và đáp ứng kích thíchHiện tượng
13
25
Phân loại theo dạng kích thích
-Kiểu; -Năng lượng; -Cường độBức xạ
-Nhiệt độ; -Thông lượng; -Nhiệt dung, tỉ nhiệtNhiệt
-Vị trí; -lực ,áp suất; -Gia tốc, vận tốc
-Ứng suất, độ cứng; -Moment; -Khối luợng tỷ trọng
-Vân tốc chất lưu, độ nhớt
Cơ
-Biên, pha, phâ cực,phổ; -Tốc độ truyền
-Hệ số phát xạ, khúc xạ; -Hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ
Quang
-Từ trường; -Từ thông, cường độ điện trường; -Độ từ
thẩm
Từ
-Điện tích, dòng điện; -Điện thế, điện áp
-Điện trường; -Điện dẫn, hằng số điện môi
Điện
-Biên pha, phân cực; -Phổ; -Tốc độ truyền sóngÂm
thanh
26
Theo tính năng của bộ cảm biến
• Độ trễ
• Khả năng quá tải
• Tốc độ đáp ứng
• Độ ổn định
• Tuổi thọ
• Điều kiện lựa chọn
• Kích thước, trọng
lượng
• Độ nhạy
• Độ chính xác
• Độ phân giải
• Độ chọn lọc
• Độ chính xác
• Độ tuyến tính
• Công suất tiêu thụ
• Dải tần
14
27
Phân loại theo phạm vi sử dụng
• Khả năng quá tải
• Tốc độ đáp ứng
• Độ ổn định
• Tuổi thọ
• Điều kiện lựa chọn
• Kích thước, trọng lượng
• Công nghiệp
• Nghiên cứu khoa học
• Môi trường, khí tượng
• Thông tin, viễn thông
• Nông nghiệp
• Dân dụng
• Vũ trụ
• Quân sự
28
Phân loại theo thông số mô hình mạch thay thế
• Cảm biến tích cực đầu ra là nguồn áp, nguồn 
dòng (NPN, PNP)
• Cảm biến thụ động được đặc trưng bởi thông số
R, L, C, Mtuyến tính hoặc phi tuyến
• Đường cong chuẩn của cảm biến là đường cong 
được biểu diễn sự phụ thuộc vào đại lượng điện 
(S) ở đầu ra của cảm biến v