Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP DẪN XUẤT CHUẨN ĐIỆN DUNG

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP DẪN XUẤT CHUẨN ĐIỆN DUNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

4.2 Xây dựng phương pháp kiểm tra sai số của cầu xoay chiều

Cầu xoay chiều sử dụng phân áp điện cảm hiện nay được chế tạo đến độ chính

xác rất cao. Đa số những phân áp điện cảm chính xác cao đều có chức năng tự hiệu chuẩn

do vậy đối với cầu xoay chiều chính xác cao như vậy chúng ta cần đánh giá độ ổn định

trước khi tiến hành kiểm tra sai số thay vì đưa ra quy trình hiệu chuẩn.

4.2.1 Đánh giá độ ổn định của cầu xoay chiều

Độ ổn định của cầu xoay chiều ảnh hưởng trưc tiếp đến kết quả đo – hiệu chuẩn

và đặc biệt nó là một nguồn quan trọng gây ra độ khơng đảm bảo đo. Độ ổn này được

thể hiện trên sự ổn định của giá trị tỷ số giữa Tụ chuẩn đã biết và Tụ cần đo-hiệu chuẩn

đọc trên cầu. Do đó để đánh giá được độ ổn định của cầu xoay chiều cần xem xét dựa

trên tỷ số của các tụ chuẩn đã biết. Để đánh giá độ ổn định của nhóm chuẩn tơi xin đề

xuất phương pháp so sánh vòng giữa các tụ chuẩn để xác định độ ổn định của cầu xoay

chiều.

CA



CB



CC



CD



Hình 4.1. Sơ đồ so sánh vòng giữa các chuẩn

Phương pháp so sánh vòng để xác định độ ổn định của cầu xoay chiều cần ít nhất

hai Tụ chuẩn có cùng sơ đồ đo như nhau. Để loại trừ ảnh hưởng của các điều kiện khác,

62



các phép đo được yêu cầu ở cùng điều kiện như nhau (ví dụ: Biên độ điện áp; tần số;

nhiệt độ; độ ẩm….). Trình tự các bước như sau:

Bước 1: Lấy hai Tụ chuẩn bất kỳ đưa vào so sánh xác định tỷ lệ qua cầu xoay

chiều. Một trong hai tụ chuẩn chọn bất kỳ tụ nào làm chuẩn C S tụ còn lại là Cx.

Bước 2: Trường hợp chỉ có hai tụ để kiểm tra thì đảo tụ CS thành Cx và ngược lại.

Trường hợp có nhiều hơn hai tụ để kiểm tra thì lấy Tụ chuẩn Cx trên phép đo bước 1 làm

tụ chuẩn CS của bước 2. Tụ Cx của bước 2 được lấy bất kỳ trong các tụ còn lại.

Bước 3: Thực hiện lần lượt bước 2 đến tụ chuẩn cuối cùng sao cho khép kín vòng.

Khi đó thực hiện só sánh vòng với n chuẩn thì ta sẽ được n tỷ số.

Ví dụ: có bốn Tụ chuẩn như hình 4.1. Tiến hành các bước từ 1 đến 3 ta được các

tỷ số



C A CB CC CD

.

;

;

;

CB CC C D C A



Theo lý thuyết ta có:

C A C B CC C D

. .

.

1

CB CC C D C A



(4.1)



Tuy nhiên thực tế do tính ổn định của cầu xoay chiều làm cho biểu thức (4.1)

khơng còn đúng nữa. Trong khi đó độ ổn định của cầu xoay chiều chúng ta khơng thể

tính tốn bằng bất kỳ biểu thức nào mà ta chỉ có thể đánh giá được độ ổn định đó có thể

được chấp nhận đối với phép đo hay khơng dựa vào độ chính xác của cầu so qua biểu

thức:

C A CB CC CD

. .

.

1

CB CC CD C A

2



 b



(4.2)



Trong đó:  b là độ chính xác của cầu xoay chiều.

Trong trường hợp độ biểu thức (4.2) không thỏa mãn lúc này chúng ta phải đi xác

định sai số của cầu xoay chiều.

4.2.2 Kiểm tra sai số của cầu xoay chiều.



63



Phép kiểm tra sai số của cầu xoay chiều được xác định khi biểu thức (4.2) không

được thỏa mãn có nghĩa là độ ổn định của cầu xoay chiều vượt quá giới hạn cho phép.

Khác với phương pháp đánh giá độ ổn định của cầu xoay chiều, phương pháp xác định

sai số của cầu xoay chiều chỉ cần hai Tụ chuẩn đã biết giá trị thực so sánh vòng với nhau.

Khi đó ta có thể biểu diễn:

CA

C

 (1   ) và B  (1   )

CB

CA



(4.3)

Trong đó:



C A là Tụ chuẩn A

CB là Tụ chuẩn B



 là độ lệch từ giá trị danh định của tỷ lệ CA/CB với tỷ số đo được.

 là độ lệch từ giá trị danh định của tỷ lệ CB/CA với tỷ số đo được.



Tuy nhiên nếu xét đến sai số của cầu xoay chiều thì biểu thức (4.3) được biểu diễn

lại thành:

CA

C

 (1   ).(1   b ) và B  (1   ).(1   b )

CB

CA



Trong đó:



(4.4)



 b là sai số của cầu xoay chiều.



Kết hợp hai biểu thức trong (4.4) ta được:

C A  (1   b ) 2 .(1   ).(1   ).C A





1  2 b   b2 



1

1      



(4.5)

(4.6)



Do sai số của cầu xoay chiều và độ lệch từ giá trị danh định của tỷ số đo được là

rất nhỏ vì vậy các hàm bậc 2 trong biểu thức (4.6) có thể được bỏ qua. Do đó:

1  2 b 



1



(4.7)



1   



Khai triển chuỗi furie cho biểu thức (4.7) rồi rút gọn các hàm bậc 2 ta được:

1  2 b  1  (   )



64







b 



(   )

2



(4.8)



Như vậy thông qua độ lệch từ giá trị danh định của các tỷ số của hai Tụ chuẩn ta

dễ dàng xác định được sai số của

4.3 Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn Máy đo LCR

4.3.1 Giới thiệu máy đo LCR

Máy đo LCR là một dụng cụ đo các đại lượng, thơng số trong mạch điện xoay

chiều trong đó có đại lượng Điện dung. Các máy đo LCR hiện nay chủ yếu được chế tạo

theo nguyên lý dựa trên định luật Ơm xoay chiều hay nói cách khác là phương pháp V-I

đã được trình bày trong chương 2. Chính vì dựa trên định luật Ơm nên các máy đo LCR

khi đo các đại lượng nói chung và đại lượng Điện dung nói riêng đều quy về thang đo

tổng trở Z:

ZC 



1

2 fC



Cùng với dự phát triển của công nghệ điện tử cùng hệ vi xử lý và phần mềm máy

đo LCR hiện nay có thể đo tự động, tính tốn và đưa ra kết quả một cách khá chính xác

(đến ±0,02 %).



Hình 4.1. Hình ảnh một số máy đo LCR

Một số đặc trưng kỹ thuật đo lường điển hình của các máy đo LCR hiện nay:

Phạm vi đo:

Điện dung CS, CP: 1.000000 aF đến 999.9999 F



65



Điện cảm LS, LP: 1.000000 aH đến 999.9999 H

Điện trở RS, RP: 1.000000 aΩ đến 999.9999 MΩ

Phạm vi điện áp đo: 0V đến 5 V rms

Phạm vi tần số (typical): 10 Hz đến 2 MHz

Độ chính xác phép đo R; L; C (Basic): ± 0.05 %

Ở nước ta hiện nay, máy đo LCR được sử dụng khá phổ biến trong cơng nghiệp

vì vậy nhu cầu dẫn xuất chuẩn Điện dung đến các máy đo LCR đó là rất cần thiết. Để

giải quyết nhu cầu này, tơi xin trình bày quy trình hiệu chuẩn máy đo LCR – chức năng

đo Điện dung.

4.3.2 Xây dựng quy trình hiệu chuẩn máy đo LCR – Chức năng đo Điện dung

4.3.2.1 Các chuẩn và thiết bị dùng trong hiệu chuẩn

Bảng 4.1 Chuẩn và các phương tiện hiệu chuẩn máy đo LCR

TT

1

1.1

2



Phương tiện



Đặc trưng kỹ thuật đo lường cơ bản



hiệu chuẩn



Kiểu/loại



Chuẩn đo lường

Tụ chuẩn



Giá trị danh định: 1 pF đến 1 µF



P597



Phương tiện phụ

Phạm vi điện áp: 0 đến 200 Vac



2.1



Máy đo vạn

năng



Dải tần đến 10 kHz

Độ phân giải: 6 1/2 digits



Fluke 8846A



Độ chính xác: Vac: ± 0,03 %

f: ± 0,01 %



4.3.2.2 Chuẩn bị hiệu chuẩn

Kiểm tra bên ngoài để đảm bảo Tụ chuẩn và UUT (Unit Under Test- Đối tượng được

hiệu chuẩn) đủ điều kiện làm việc bình thường. Chuẩn, UUT và các phương tiện phụ



66



phải được đặt trong môi trường hiệu chuẩn: Nhiệt độ: (23±1) C; Độ ẩm tương đối

(50±10) %RH ít nhất 48 giờ.

4.3.2.3 Tiến hành hiệu chuẩn

Khi hiệu chuẩn, máy đo LCR được mắc với chuẩn như trên Hình 4.2.



Hình 4.2. Sơ đồ hiệu chuẩn máy đo LCR meter

Việc hiệu chuẩn được tiến hành trên từng thang đo, tức là chuyển từ chế độ tự

động – (Auto Mode) – sang từng thang đo – (Manual hoặc Range Mode). Đặt các giá trị

chuẩn tương ứng với các điểm hiệu chuẩn rồi tiến hành đo-hiệu chuẩn. Kết quả đo được

được gọi là Zđo. Phép đo-hiệu chuẩn được lặp lại ít nhất 10 lần.

Sai số cơ bản của máy đo LCR là sai số tuyệt đối được xác định tại các điểm hiệu chuẩn.

Z d  Z d  Z S



Trong đó: - Zd : Giá trị được chỉ thị trên máy đo LCR

- ZS : Giá trị tương ứng của chuẩn

Các điểm hiệu chuẩn của từng thang đo được lấy theo yêu cầu hiệu chuẩn của máy (trong

tài liệu kỹ thuật của máy kèm theo – phần hiệu chuẩn (calibration) máy); nếu khơng có

u cầu của máy ta tiến hành hiệu chuẩn máy đo LCR theo các điểm: 1 pF; 10 pF; 100

pF; 1nF; 10 nF; 100 nF; 1 µF.

Khi hiệu chuẩn máy đo LCR-chức năng đo Điện dung, sai số cơ bản tại các điểm hiệu

chuẩn dược xác định ở tần số f = 1 kHz (1000 Hz), biên độ điện áp U = 1 V rms.

67



Sai số cơ bản xác định được phải nằm trong giới hạn sai số cho phép của máy đo LCRchức năng đo Điện dung được cho trong đặc trưng kỹ thuật (Specification) của máy đo

LCR đó. Nếu sai số xác định được nằm ngoài giới hạn cho phép, phải thực hiện việc hiệu

chỉnh máy đo sau đó tiến hành hiệu chuẩn lại máy đo LCR. Nếu máy đo LCR không

hiệu chỉnh được thì phải đưa ra giá trị hiệu đính của từng điểm hiệu chuẩn theo công

thức sau:

Z hd  Z S  Z d



4.3.2.4 Đánh giá độ không đảm bảo đo

Mơ hình tốn học của phép đo:

Z d  Z S  Z d  ucal  udrift  ures



a. Độ không đảm bảo đo loại A

Nếu tiến hành đo giá trị ZX bằng n phép đo lặp, được các giá trị X1, X2, X3,..., Xn, giá

X 



trị trung bình sẽ là:





1 n

 X i ,k

n k 1

n

1

( X i ,k  X i ) 2



n(n  1) k 1



uA = u(X) =



b. Độ không đảm bảo của chuẩn (ucal)

Độ không đảm bảo này được lấy từ giấy chứng nhận hiệu chuẩn của chuẩn (điện

trở chuẩn, điện cảm chuẩn, điện dung chuẩn) uS; ứng với mức tin cậy P (P = 95%) và

hệ số tương ứng là k (k = 2) thì độ khơng đảm bảo của chuẩn sẽ là:

uB1 =



uS

=

k



uS

2



c. Độ không đảm bảo do độ trôi của chuẩn (udrift)

Độ không đảm bảo uRES được lấy từ đặc trưng kỹ thuật của máy đo LCR ứng với

thang đo đang sử dụng để hiệu chuẩn.

Ta có:



uB2 =



udrift

3



68



d. Độ khơng đảm bảo do độ phân giải của máy đo LCR (u res)

Độ không đảm bảo uf được lấy từ đặc trưng kỹ thuật của máy đo LCR .

Ta có:



Vậy :



uB3 =



uB =



ures

2. 3



uB21  uB2 2  uB2 3



e. Độ không đảm bảo tổng hợp (uC)

Độ không đảm bảo tổng hợp được tính như sau:

uC =



u2 A + u 2 B



f. Độ không đảm bảo mở rộng (U)

Với xác suất tin cậy P ở mức P = 95 % (k = 2) thì:

U = 2. uC

Bảng tổng hợp độ khơng đảm bảo đo

Bảng 4.2 Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo hiệu chuẩn máy đo LCR

Bậc



Hệ số



Độ không



tự do



nhạy



đảm bảo đo



Độ không đảm bảo loại A, uA



9



1



Độ không đảm bảo của chuẩn, ucal







1



Độ không đảm bảo do độ phân giải của máy đo, udrift







1



Độ không đảm bảo do ổn định tần số nguồn , ures







1



Độ không đảm bảo kết hợp, uC







1



Độ không đảm bảo mở rộng (k=2), U







1



Nguồn gây ra độ không đảm bảo



Kết luận: Kết quả hiệu chuẩn các máy đo LCR sau khi được thực hiện theo quy trình

hiệu chuẩn như trên sẽ được các trung tâm đo lường khu vực, các PTN ISO 17025 cũng như

các nhà máy, công ty trong công nghiệp sử dụng vào việc hiệu chuẩn – đo các chuẩn điện dung

69



cũng như các tụ điện thơng thường. Nhờ đó mà chuẩn điện dung vừa được thiết lập duy trì tại

chương 3 đã được sao truyền xuống các chuẩn cấp thấp hơn. Đây chính là ý nghĩa của việc dẫn

xuất chuẩn đảm bảo tính liên kết chuẩn đo lường liên tục từ cấp thấp đến chuẩn quốc gia.



70



ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN

1. Đánh giá các nội dung đã đạt được

Nội dung của luận văn này tập trung nghiên cứu thiết lập và xây dựng phương

pháp duy trì hệ thống chuẩn đo lường đơn vị Điện dung, xây dựng các phương pháp dẫn

xuất từ chuẩn quốc gia xuống các chuẩn chính Điện dung sử dụng tại các phòng thí

nghiệm theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025, để hồn thiện hồ sơ xin cơng nhận Chuẩn quốc

gia về Điện dung của Viện đo lường Việt Nam theo nhiệm vụ được giao về Quy hoạch

phát triển chuẩn đo lường quốc gia đến năm 2020 của Thủ tướng Chính phủ.

Bám sát vào nội dung yêu cầu của nhiệm vụ, tôi đã bước đầu thiết lập đơn vị Điện

dung tại Việt Nam. Nghiên cứu và đề xuất ra các phương pháp và quy trình kỹ thuật cần

xây dựng để thực hiện nội dung công việc đề ra. Những nội dung cụ thể đã được trình

bày chi tiết ở các chương trước. Đây được coi là một cơ sở để hồn thiện hồ sơ cơng

nhận chuẩn đo lường Quốc gia Điện dung tiến tới đưa đơn vị Điện dung trong cả nước

thông nhất theo một hệ quy chiếu.

Do chưa được đầu tư trọng tâm nên bộ chuẩn chưa được đồng bộ về kiểu loại và

các đầu nối cần bộ chuyển đổi. Tuy nhiên kết quả đạt được chính là cơ sở để định hướng

trang bị thêm các chuẩn cũng như là tiền để để xây dựng một hệ thống chuẩn đồng bộ

sau khi đã được đầu tư.

Các kết quả đo đánh giá giá trị Tụ chuẩn được thống kê và so sánh với thông số

kỹ thuật và kết quả hiệu chuẩn theo giấy chứng nhận hiệu chuẩn của chuẩn là rất tốt và

phù hợp, điều đó khẳng định được tính đúng đắn và hợp lý của các phương pháp, quy

trình đo/ hiệu chuẩn đã lập ra.

Từ các công việc đã thực hiện được cũng mở ra một số định hướng phát triển tiếp

theo cho đề tài ví dụ là: nghiên cứu xây dựng và cải tiến hệ thống hiệu chuẩn, dẫn xuất

chuẩn quốc gia về Điện dung này theo hướng nghiên cứu thiết kế và chế tạo thay thế cầu

đo cân bằng cơ khí bằng các cầu đo cân bằng tự động. Lợi ích của việc thay thế này là:

Thứ nhất giúp tăng thời gian làm việc, rút ngắn thời gian đợi hiệu chuẩn của khách hàng

71



do hệ thống có thể chạy liên tục ngồi giờ làm việc hành chính. Thứ hai nâng cao tính

chính xác tin cậy, giảm sai số do con người thao tác. Bên cạnh đó việc hiệu chuẩn viên

không ngồi điều khiển và quan sát lấy số liệu cạnh các thiết bị chuẩn cũng giúp giảm

đáng kể nguồn nhiễu nhiệt và nhiễu bức xạ điện từ từ cơ thể hiệu chuẩn viên ảnh hưởng

tới kết quả các phép đo..

2. Kết luận

Những nội dung đã thực hiện được trình bày trong đề tài về cơ bản là đầy đủ để có thể

áp dụng triển khai xây dựng hệ thống ngay trong thực tế. Sau khi hoàn thiện hệ thống

chuẩn xong chúng tôi đưa ra hai đề xuất. Thứ nhất là xin trang bị thêm hai bộ Điện dung

sử dụng điện môi là vật liệu Fuse-Sillica. Một bộ gồm bảy đến mười chuẩn giá trị 100

pF để phục vụ việc duy trì chuẩn theo nhiều nhóm sẽ nâng cao độ chính xác và độ tin

cậy của giá trị chuẩn quốc gia lên rất nhiều. Một bộ gồm ba tụ chuẩn giá trị 100 pF được

sử dụng như chuẩn chính thường xun mang đi hiệu chuẩn nước ngồi. Đề xuất thứ hai

là: nghiên cứu xây dựng và cải tiến hệ thống hiệu chuẩn, dẫn xuất chuẩn quốc gia về

Điện dung này theo hướng nghiên cứu thiết kế và chế tạo thay thế cầu đo cân bằng cơ

khí bằng các cầu đo cân bằng tự động.



72



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP DẪN XUẤT CHUẨN ĐIỆN DUNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×