Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường
Đo lường là ngành khoa học chuyên nghiên cứu để đo các đại lượng khác nhau, nghiên cứu mẫu và đơn vị đo. Kỹ thuật đo lường là ngành kỹ thuật chuyên môn nghiên cứu các kết quả của đo lường học vào phục vụ sản xuất và đời sống xã hội.
Trong bài viết này, Công ty TNHH Kỹ Thuật Công Nghệ Minh Việt sẽ giới thiệu đến các bạn một số khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường. Qua đó, các bạn có thể hiểu rõ hơn về thông số các sản phẩm do công ty chúng tôi phân phối.
Quá trình (Process): Quá trình vật lý mà chúng ta muốn điều khiển hay đo đạc. Ví dụ như hệ thống lọc nước, nồi hơi, hệ thống lộc dầu, hệ thống phát điện...
Biến quá trình (Process Variable hay PV): Các đại lượng vật lý mà chúng ta muốn đo trong quá trình như áp suất, mức, nhiệt độ, lưu lượng, độ pH, vị trí, tốc độ, độ rung...
Điểm đặt, giá trị đặt (Setpoint hay SP): Giá trị mà chúng ta muốn biến quá trình duy trì tại đó. Hay nói cách khác, là giá trị "mục tiêu" của biến quá trình.
Phần tử cảm biến sơ cấp (Primary Sensing Element hay PSE): Một thiết bị cảm nhận trực tiếp biến quá trình và chuyển đổi những gì cảm nhận được sang một tí hiệu tương tự như điện áp, dòng điện, điện trở, lực cơ học, chuyển động.. Ví dụ: cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, ống bourdon,microphone,loadcell, biến trở...
Đầu dò (Transducer): Một thiết bị chuyển đổi tín hiệu thiết bị đo lường tiêu chuẩn này sang tín hiệu thiết bị đo tiêu chuẩn khác, và hoặc thực hiện một vài quá trình với tín hiệu đó. Ví dụ: chuyển đổi I/P (chuyển đổi tín hiệu 4-20mA sang 3-15psi áp khí nén), chuyển đổi P/I (chuyển tín hiệu khí nén 3-15psi sang tín hiệu 4-20mA), tính toán căn bậc hai tín hiệu đầu vào.
Nói theo một cách khoa học thì tranducer là thiết bị chuyển đổi dạng năng lượng này sang dạng khác, giống như microphone hay một cặp nhiệt điện. Tuy nhiên, trong đo lường công nghiệp chúng ta thường sử dụng "phần tử cảm biến sơ cấp" để mô tả khái niệm này và dành từ "đầu dò" để đề cập cụ thể đến một thiết bị chuyển đổi các tín hiệu đo lường tiêu chuẩn.
Bộ chuyển đổi, bộ chuyển phát tín hiệu (Transmitter): Một thiết bị chuyển đổi tín hiệu được tạo bởi một phần tử cảm biến sơ cấp (PSE) thành một tín hiệu thiết bị đo lường tiêu chuẩn như áp suất khí nén 3-15psi, dòng diện moojt chiều 4-20mA, tín hiệu số... mà có thể truyền đến thiết bị hiển thị, thiết bị điều khiển hoặc cả hai.
Giá trị dưới và giá trị trên của dải đo (Lower and Upper Range Values, viết tắt tương ứng là LRV and URV): Các giá trị đo lường quá trình được coi là 0% và 100% của dải đo của một transmitter. Ví dụ, nếu bộ chuyển đổi nhiệt độ được hiệu chuẩn để đo dải nhiệt độ bắt đầu tại 300°C và kết thúc tại 500°C, thì LRV sẽ là 300°C và URV sẽ là 500°C.
Zero and Span: Sự mô tả thay thế cho LRV và URV cho điểm 0% và 100% của dải đo hiệu chuẩn của thiết bị đo lường. Zero đề cập đến điểm đầu của dải đo thiết bị đo lường (tương đương LRV), trong khi Span mô tả độ rộng của dải đo (URV - LRV). Ví dụ: Nếu một bộ chuyển đổi nhiệt độ được hiệu chuẩn để đo nhiệt độ từ 300°C đến 500°C, thì Zero sẽ là 300 và Span sẽ là 500 - 300 = 200°C. Giới hạn dưới của dải đo (Lower Range Limit (LRL). Đây là giá trị dưới của giá biến quá trình đo được mà bộ chuyển đổi có thể được cấu hình để đo. Nó khác với giá trị dưới của dải đo LRV.
Sửa đổi dải đo bộ chuyển đổi (Transmitter Re-ranging): Chức năng cấu hình để thay đổi cài đặt 4mA và 20mA của một bộ chuyển đổi.
Giới hạn trên của dải đo (Upper Range Limit - URL): Đây là giá trị cao nhất của biến quá trình đo được mà bộ chuyển đổi có thể cấu hình để đo. Nó khác với giá trị trên của dải đo URV.
Dải đo hiệu chuẩn (Calibration Range): Dải hiệu chuẩn của một bộ chuyển đổi được định nghĩa là "khoảng giữa các giới hạn mà bên trong là cái dại lượng đo, nhận và truyền đi, thể hiện bằng các giá trị dưới và trên của dải đo". Các giá trị này được xác định bởi giá trị Zero và Span của transmitter.
Giá trị zero là giá trị thấp nhất của dải đo. Ví dụ một bộ chuyển đổi áp suất đang được dùng để đo áp suất từ 0-500psi có dải hiệu chuẩn là 0-500psi.
Dải đo của thiết bị đo (Instrument Range): Công suất của bộ chuyển đổi. Ví dụ: Nếu nhà sản xuất thiết kế một bộ chuyển đổi áp suất để đo áp suất 0-700psi thì 0-700psi là dải đo của thiết bị đo. Trong trường hợp này thì bộ chuyển đổi chỉ đo được áp suất từ 0-700psi. Nếu vượt quá 700psi thì bộ chuyển đổi sẽ có nguy cơ bị hỏng bởi vì vượt quá công suất của nó.
Dải hiệu chuẩn có thể giống hoặc khác dải của thiết bị đo. Ví dụ một bộ chuyển đổi áp suất có dải đo thiết bị ghi trên nhãn là 0-700psi và đầu ra là 4-20mA. Tuy nhiên, nếu kỹ thuật viên muốn thiết bị đo này sẽ được hiệu chuẩn cho 0 - 300psi = 4 - 20mA. Khi đó dải đo hiệu chuẩn là 0-300psi còn dải đo thiết bị đo là 0 -700psi.
Trong ví dụ này thì điểm zero đầu vào là 0psi và diểm zero đầu ra là 4mA. Giá trị span đầu vào là 300psi và span đầu ra là một6mA.
Bộ điều khiển (Controller): Một thiết bị nhận tín hiệu biến quá trình PV từ một phần tử cảm biến sơ cấp hay bộ chuyển đổi, so sánh tín hiệu này với giá trị muốn đạt được (được gọi từ giá trị đặt) và tính toán giá trị tín hiệu đầu ra thích hợp để gửi đến phần tử điều khiển đầu cuối (FCE) như một động cơ điện hay điều khiển van.
Phần tử điều khiển đầu cuối (Final Control Element hay FCE): Một thiết bị nhận tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển để tác động đến quá trình. Ví dụ: Động cơ điện thay đổi tốc độ, van điều khiển, sấy điện...
Chế độ tự động (Automatic mode): Khi bộ điều khiển tạo ra tín hiệu đầu ra dựa trên mối quan hệ cơ bản giữa biến quá trình và giá trị đặt.
Chế độ bằng tay (Manual mode): Khi quá trình điều khiển của bộ điều khiển được bỏ qua thay vào đó người vận hành sẽ xác định tín hiệu đầu ra gửi đến phần tử điều khiển đầu cuối.
