RealTEQ Academy.

1. 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VỒ NGHĨA - TRẦN QUANG VINH
Kỹ thuật đo
TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ÔTÔ
FIN- HOC LIỆU
NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸTHUẬT

2. TRƯỞNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
■
VÔ NGHĨA - TRẤN QUANG VINH
KỸ THUẬT ĐO
TRONG
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ÔTÔ
NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
HÀ NỘI

3. LỜI NÓI ĐẤU
Kỹ thuật đo lường từ lâu đã đóng một vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết
các lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Đặc biệt, trong thời đại của các quá trình sản xuất tự
động hóa như ngày nay thì kỹ thuật đo lường là nhân tố quyết định cho quá trình
nghiên cứu và sản xuất. Và ngành công nghiệp ôtô cũng không phải là ngoại lệ.
Cuốn sách này được soạn lại, chỉnh lý và bổ sung dựa trên cuốn Giáo trình "Thí
nghiệm động cơ" xuất bản lần đầu năm 1991 với mục đích giúp sinh viên, kỹ sư và cán
bộ kỹ thuật ngành động cơ, ôtô hoàn thiện kiến thức, kỹ năng về kỹ thuật đo lường.
Cuốn sách cũng có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật
trong các ngành cơ khí khác.
Các tác giả đã cố gắng trình bày một cách có hệ thống các vấn đề liên quan tới
kỹ thuật đo lường trong động cơ và ôtô theo trình tự: định nghĩa, nguyên lý làm việc,
cấu tạo, các đặc tính và ứng dụng. Đồng thời chú ý đi sâu phân tích các cảm biến, thiết
bị đặc trưng trong lĩnh vực động cơ và ôtô.
Do nội dung đề cập rất rộng và kiến thức cũng như kinh nghiệm còn hạn chế
nên cuốn sách này chắc chắn không tránh khỏi còn thiếu sót. Các tác giả mong muốn
nhận được nhận xét, góp ý của bạn đọc.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn.
Các tác giả
3

4. Chương I
ỌUÁ TRÌNH ĐO LƯỜNG TRONG KỸ THUẬT
l.l. cơ sở CỦA KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
1.1.1. Các khái niệm cư bân
Trước khi bước vào nghiên cứu kỹ thuật do lường một việc làm cần thiết là phài tìm
hiên một cách khái quát ý nghĩa và mục đích cùa kỹ thuật do dối với cuộc sống cùa con
người nói chung.
Ké từ lúc con người biêt xác định trọng lượng và khối lượng vào thế kỷ thứ 4 trước
công nguyên đên nay, kỳ thuật do lường mới thực sự bắt dầu có tầm quan trọng dặc biệt chi
vào thê kỳ 17 - 1S trở lại đây, tức là từ khi có những tiến bộ nhảy vọt trong các lĩnh vực
khoa học và kỹ thuật. Ví dụ, vào năm 1642, Toricelli (1608 - 1647) thực hiện thí nghiệm tạo
được buổng chân khồng qua cột thuỷ ngân hoặc việc chế tạo thành công nhiệt kế thuỷ ngân
dầu tiên vào nãm 1709 của Fahrenheit (1686 - 1763).
Trong thời đại của chúng ta với cuộc cách mạng khoa học và kỹ thuật vũ bão thì kỹ
thuật do lường nói chung là nhân tố quyết định cho quá trình nghiên cứu và sản xuất. Cho
đến nay sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã ở giai đoạn thay thế cho các quá trình lao
động chán tay bằng các quá trình sản xuất tự động hoá một phán hoặc toàn bộ. Các máy
móc làm việc hoàn toàn tự động cho khả nãng giảm lao động trong quá trình sàn xuất và làm
lăng nhảy vọt nâng suất lao động. Con người không gắn liền với máy móc, thiết bị mà chi
đóng vai trò kiểm tra và hiệu chỉnh khi cần thiết. Quá trình sản xuất lự nó tiến hành nhờ có
sự kiểm tra, điều khiển và điều chỉnh được thực hiện tự động. Đó thực chất là một quá trình
đo lường liên tục. Con người ở dây chỉ làm nhiệm vụ quan sát trông coi và giải quyết các hư
hỏng gập phải. Nhiều máy móc thiết bị do hiện đại, tổng hợp dược sử dụng trong các ngành
công nghiệp nhàm giải quyết các quá trình kiểm tra, diều chình và điểu khiển đó. Như vậy
quá trình sản xuất lự dộng hoá càng phát triển thì phạm vi hoạt dộng cùa kỹ thuật do lường
lại càng trở nén rỗng rãi.
Nếu lựa chọn kỹ thuật do dúng dán, lÁp dạt tốt thì có thè’ loại trừ dược sự ỳ trệ do các
nhân tố của diéu kiện phàn xạ và các sai sót mà con người có thỏ’ gẠp phài. Điều dó cho phép
tăng độ nhạy và dộ chính xác của quá trình do.
Ngoài ra kỹ thuật do lường dược dùng trong việc theo dõi hoạt dộng cùa các thiết bị
máy móc còn mang lại ý nghĩa rất lớn trong việc bào dâm an loàn cho con người và thiết bị
máy móc.
5

5. Tóm lại ý nghĩa của kỹ thuật đo lường bao gổm:
1. Thể hiện quá trình làm việc tối ưu
2. Loại trừ sai sót xuất hiện do đối tượng quan sát
3. Điều kiện tiên quyết cho quá trình tự động hoá
4. Loại trừ các nguy hiểm, hư hỏng cổ thể xảy ra.
Cần phải đặc biệt lưu ý rằng: quá trình đo lường bao giờ cũng chịu ảnh hưởng của
môi trường. Vì vậy nó cần phải được chuẩn bị, thực hiện và xử lý các số liệu thật chính xác,
thận trọng.
Người ta nói: Đo lường chỉ có ý nghĩa, có giá trị và có sức thuyết phục khi kết quả của
nó được đánh giá một cách đúng đắn.
Người ta có thể có định nghĩa cơ bản cho các quá trình đo lường như sau:
Đo lường là một sự so sánh bằng số lượng một độ lớn cần phải đo với một độ lớn
đã quen thuộc cùng loại được gọi là đơn vị đo hoặc độ lớn đã quen thuộc được dân từ đơn
vị đo.
Các máy đo luôn luôn chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh, vì vậy nó phải
được hiệu chỉnh với các thông số xác định. Song không thể có phép đo lường không có sai
số. Vấn đề ở đây là người thực hiện phép đo phải hiểu biết các nguyên nhân gây ra sai số,
phán đoán các sai số có thể gặp phải trước khi thực hiện các phép đo. Độ chính xác của phép
đo hay độ lớn của sai số ảnh hưởng rất lớn đến chi phí về vật chất cũng như thời gian tiến
hành phép do. Chính vì vậy người ta phải lựa chọn nó như thế nào để bảo đảm thực hiện thí
nghiệm có kết quả tốt nhất - tức là đạt được độ chính xác cần thiết và tính kinh tế của phép
đo cao nhất.
Dựa vào mục đích thí nghiệm người ta phân ra như sau:
• Thí nghiệm giao máy: Trong thí nghiệm giao máy người ta sử dụng các thiết bị đo
lường để kiểm tra các thông số kỹ thuật của sản phẩm khi xuất xưởng. Thí nghiệm loại này
có thể được tiến hành cho các máy móc thiết bị mới sản xuất, nhưng cũng có thể được tiến
hành nhằm kiểm tra lại đối với máy móc thiết bị đã sử dụng, ví dụ kiểm tra lại các thông số
của động cơ sau khi đại tu, sửa chữa hoặc kiểm tra lại các tính năng kinh tế kỹ thuật của các
thiết bị máy móc sau một thời gian sử dụng đề nếu cần thì điều chỉnh sửa chữa lại hoặc cho
ngừng hoạt động.
• Thí nghiệm cải tiến: Thí nghiệm loại này nhằm thử lại các kết cấu mới đã được đưa
vào sản xuất thử so với mục đích cải tiến nó, trong đó người ta không cần tiến hành hàng
loại các thí nghiệm tìm lỗi mà đã có kết quả rõ ràng do lý thuyết, hoặc quá trình nghiên cứu
đã đưa ra, đã chứng minh. Ở dây nó được kiểm tra lại trong điều kiện và đối tượng cụ thể
mà thôi.
6

6. • Thí nghiệm nghiên cứu: Thí nghiệm nghiên cứu là nhằm tìm lời giải cho các câu hỏi
chưa được trả lời hoặc chứng minh cho một lý thuyết đưa ra.
• Thí nghiệm giảng dạy: Nhằm làm cho học viên thấy được tác dụng của dụng cụ, máy
móc hoặc chứng minh các hiện tượng của bài học.
1.1.2. Phương pháp đo lường
Phương pháp đo sẽ chỉ cho ta con đường để thực hiện phép đo, nó bao gồm 3 thành
phần chủ yếu:
- Phương pháp cảm thụ độ lớn cần đo
- Phương pháp truyền độ lớn cần đo
- Phương pháp biểu thị kết quả đo.
Bộ phận thu sẽ nhận hay nói cách khác là cảm thụ độ lớn cần đo. Độ lớn này có thể
được đưa vào bộ chuyển đổi để biến thành độ lớn tương đương khác và có thể được khuếch
đại rồi đưa đến máy chỉ thị, máy ghi hoặc bộ phân điều chỉnh. Tất nhiên cũng có nhiều
trường hợp người ta không thể tách riêng bộ phận thu nhận và bộ phận chuyển đổi hoặc cũng
không cần bộ chuyển đổi. Đó là phương pháp đo tổng quát nhất.
Độ lớn cần đo được bộ phận thu hay còn gọi là bộ phận cảm thụ hay gọi tắt là đầu
cảm thu nhận được ở vị trí tiếp xúc của nó.
Hình l.l. Sơ đồ nguyên lý của nhiệt kế điện trở:
1- diện trở đo; 2 và 4- dây dẫn; 3- hộp nối;
5- điện trở cân bằng; 6- dụng cụ chỉ; 7- nguồn điện.
Hình 1.1 giới thiệu sơ đồ nguyên lý của một thiết bị đo nhiệt độ bằng phương pháp
điện. Qua hình 1.1 ta nhận biết được các bộ phận chủ yếu của một nhiệt kế điện trở 1 là điện
trở đo đồng thời là đầu cảm của thiết bị đo. Ở đây độ lớn của nhiệt độ được chuyển đổi
thành độ lớn của điện trở và được dẫn bằng các dây dẫn 2, 4 đến bộ phận chỉ 6. Trong khi đo
khâu quan trọng nhất để đánh giá quá trình do là quan sát dụng cụ chỉ còn gọi là đồng hồ đo
mà nó được điều khiển bởi vị trí tiếp xúc tức là chỗ đo và đầu cảm.
7

7. Người la có thổ phân biột máy (lo Ihco sơ (lổ trên hình 1.2.
Hình 1.2. Phân loại máy đo.
1.1.2.1. Phương pháp cảm thụ độ lớn cần đo
Người ta có thể phân phương pháp cảm thụ độ lớn ra 2 loại như sau:
a) Thu nhận giá trị đo liên tục hoặc không liên tục
Độ lớn cần đo được tiếp nhận bởi đầu cảm một cách liên tục, ví dụ như khi đo nhiệt đỏ
la cho điện trở đo vào một môi trường cầh do hoặc như khi đo số vòng quay bằng đổng hổ
do kiểu lực ly tâm - đẩu cảm là các quả vãng luôn luôn chịu tác dụng của lực ly tâm do tốc
đô quay của trục gây ra, nhưng cũng có thể dô lớn cần đo dược tiếp nhận sau lừng khoảng
thời gian một tức là gián đoạn, ví dụ như do số vòng quay bằng cách dếm các xung của trục
quay có thể gây ra (xem mục 4.2).
b) Thu nhận tương đương hoặc bằng số lượng
Theo phương pháp tương dương thì độ lớn thu nhận dược bởi dầu càm dược biến thành
một dại lượng vật lý khác có giá trị tương ứng với giá trị cán do. Ví dụ áp kè chữ Ư dùng đo
áp suất của chất lỏng cho ta ứng với mỏi giá trị cùa áp suất là một độ dài nhất dinh của cột
chất lỏng.
Theo phương pháp thu nhộn bàng sớ lượng thì độ lớn cần do dược đếm bâng số lần.
lức là giá trị cùa nó là số lán có thổ (lốm dược cùa một (lơn vị.
8

8. 1.1.2.2. Phương pháp truyền độ lớn cắn íĩo
Trong sơ đổ hình 1.2 cho ta thấy được Cííc phương pháp truyổn kết quà di xa. Phương
pháp tniyôn két quà do di xa phải thích ứng với phương pháp càm thụ và biểu thị kết quà do.
Vì vậy việc lựa chọn đúng có ý nghĩa rất lớn cho thí nghiệm. Đạc diểm cùa các phương pháp
truyền kết quà như sau:
- Phương pháp cơ học: có ý nghĩa nhỏ trong ứng dụng thực tố do dộ phức tạp, sự tổn
thât,... nôn khoảng cách ỉiay có thỏ’ nói là dộ xa là bị hạn chế.
- Phương pháp truỵên bằng thuỷ lực vả chân không: có ý nghĩa rất lớn, dạc biột khi
kỹ thuẠt chuyển dổi phát triển. Độ dài cùa khoảng cách truyền phụ thuộc vào nhiểu
yêu tố như độ kín, sự xả khí, quán tính khi thay dổi giá trị do,... Khoảng cách
truyền dược tối da bàng phương pháp này có thô’ dạt đến 200 m.
- Phương pháp truyền bằng điện: Phương pháp này có ý nghĩa và khà nAng rA't lớn,
đặc biệt trong các thí nghiệm đòi hỏi khoảng cách lớn và sô' diổm do nhiều.
- Phương pháp truyền bằng quang học: Có ý nghĩa nhò trong các phép do có khoảng
cách lớn vì dễ bị hấp thụ bởi môi trường truyền. Song lưu ý là quán tính của phương
pháp này là rất nhỏ. Do sự hạn chê' về khoảng cách truyền mà nó ít dược sử dụng.
- Phương pháp truyền bằng âm dược sử dụng rất ít và khoảng cách cũng bị hạn chế.
ỉ.ỉ.2.3. Phương pháp biểu thị kết quả đo
Phương pháp biểu thị kết quà dược sử dụng dể cho người đo (người làm thí nghiệm) có
thê’ nhận biết dược giá trị đã dược cảm thụ bởi đầu càm một cách nhanh chóng và chính xác.
Có 2 phương pháp chủ yêu để biêu thị kêt quả đo:
a) Phương pháp chỉ trực tiếp
ở phương pháp chỉ trực tiêp thì độ lơn cân đo tạo nên một
giá trị lực nhất định, lực này tác dụng lên thiêt bl chi. Trong may
chỉ (máy đo) có hai lực ngược chiều nhau:
- Lực tạo ra bởi đô lớn cẩn đo gọi là lực bẻn trong ta ký
hiệu là pt. Lực này tác dụng lên thiết bị chỉ (máy do).
- Lực cùa máy do có chiêu tác dụng ngược lại với lực cùa
dô lớn cẩn do gây ra gọi là lực bên ngoài và dược ký hiệu
làp„.
Sự chênh lệch của chúng gây nên lực dịch chuyển bộ phận
chỉ, ví dụ kim chỉ hoặc tia sáng,... cùa thiêt bị chỉ.
Khi chúng - hai lực ở trạng thái cân bàng tức là khi p, = Pn
thì cần phải thu nhân giá trị do.
V í dụ trong một áp kí chữ u hình 1.3 ta sẽ có các lực sau:
Hình 1.3. Áp kế
chữ Ư.
9

9. - Lực bên trong: Pt = A.Pđ
trong đó: A là diện tích của ống chứa thuỷ ngân tính bằng cm2;
pt là áp suất cần đo tính theo kG/cm2.
- Lực bên ngoài: Pn = A.h.ρ.g
trong đó: ρ là khối lượng riêng của thuỷ ngân;
g là gia tốc trọng trường;
h là chiều cao chênh lệch giữa hai mặt thuỷ ngân trong áp kế.
Khi đạt được trạng thái cân bằng thì :
A.Pđ = A.h.ρ.g
vậy: pd = h.p.g
lúc này phải đọc kết quà đo.
Giá trị ρ.g được xem là không đổi cho vị trí đo tức là phụ thuộc vào địa lý - vùng đất
máy đo và người ta gọi nó là hằng số của máy đo. Như vây ta có:
Pđ = Φ(h)
Một ví dụ khác về phương pháp chỉ trực tiếp là phương pháp đo nhiệt độ bằng cặp
nhiệt ngẫu theo sơ đồ kết cấu biểu diễn ở hình 1.4. Ở đây độ lớn nhiệt độ được biểu thị bằng
điện thế và được đo bằng đồng hồ milivolt.
Ở đây nội lực Pt là điện thế do chênh lệch
nhiệt độ sinh ra. Ngoại lực Pn là lò xo tác dụng
lên khung dây.
Những dặc điểm của phương pháp chỉ
trực liếp là:
- Có thể đọc trực tiếp kết quả đo nhờ có
kim chỉ, điểm sáng hoặc cột chất lỏng,
Hình 1.4. Sơ đồ kết cấu cặp nhiệt ngẫu
theo phương pháp chỉ trực tiếp.
- Lực đòi hỏi cho dụng cụ chỉ được gây ra bởi sự thay đổi của độ lớn cần đo.
- Việc thực hiện phép đo không cần phải có kiến thức cao mà chỉ cần qua một sự chi
dẫn ngắn là có thể thực hiện được.
- Quá trình đo được tiến hành rất nhanh.
- Sai số gặp phải do đọc và tính toán là nhỏ.
- Sự chuyển động của thiết bị chỉ có thể gây ra sai số.
Vì những đặc điểm trên phương pháp chỉ trực tiếp kết quả đo được sử dụng rộng rãi
cho các thiết bị được dùng trong các cơ sở sản xuất.
b) Phương pháp cân bằng
Trong phương pháp cân bằng thì độ lớn cần đo cũng sinh ra một lực tác dụng lên máy
10

10. đo, nhưng sự tác dụng này không được dùng để
đo mà nó được cân bằng bởi một lực ngược lại
làm cho bộ phận chỉ của thiết bị chỉ trở lại vị trí
ban đầu. Trong thời gian mà lực tác dạng lên
thiết bị chỉ bằng không thì có giá trị đo rất chính
xác. Một thí dụ của phương pháp cân bằng là
phương pháp do nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu
theo sơ đồ biểu diễn ở hình 1.5. Ở dây phải điều
chỉnh dòng điện ở mạch ngoài để dòng điện
trong cặp nhiệt ngẫu bằng không.
Hình 1.5. Sơ đồ kết cấu cập nhiệt ngẫu
đo nhiệt độ theo phương pháp cân bằng.
Đặc điểm của phương pháp cân bằng:
- ở phương pháp cân bằng việc đọc kết quả đo xảy ra khi kim thiết bị chỉ ở vị trí 0 của
máy đo do tác dụng ngược lại của một lực từ bên ngoài lên máy do.
- Quá trình đo phức tạp, khó khăn và tốn kém hơn phương pháp chỉ trực tiếp.
- Phương pháp cân bằng đòi hỏi trong thời gian đo, độ lớn cần đo không được thay
đổi. Để có thể đo các giá trị thay đổi người ta phải sử dụng các máy đo được tự động
điểu chỉnh bằng điện.
- Phương pháp cân bằng có thể loại trừ được ảnh hưởng của môi trường xung quanh
đến kết quả do.
- Nó cho giới hạn sai số nhỏ tức là có thể có độ chính xác cao.
1.1.3. Nguyên lý lựa chọn máy đo
Cơ sở của việc lựa chọn máy đo và phương pháp đo là mục đích của phép đo và tình
trạng của vị trí đo. Sự lựa chọn một phương pháp đo thuận tiện và máy đo hợp lý chỉ có thể
đạt được khi nắm vững mục đích và các điều kiện của vị trí đo. Ví dụ như trạng thái làm việc
của đối tượng cần đo, điều kiện của môi trường, độ tinh khiết của môi trường đo (bụi, thành
phần các chất gây ăn mòn, ...) sự tạo ra các chùm tia, nhiệt độ ổn định hoặc nhiệt độ thay
đổi, sự rung động, tần số của quá trình, ...
Ví dụ: Nếu muốn đo áp suất của quá trình thay đổi nhanh theo thời gian người ta
không thể dùng áp kế dàn hồi hình ống được. Trong trường hợp này phải dùng các đầu cảm
đo áp suất bằng điện (áp kế sinh điện, áp kế điện trở, ...) kèm theo bộ khuếch đại bằng điện.
Ngoài ra người ta còn cần phải chú ý đến các yêu tố như sau:
- Độ lớn của đại lượng cần đo. Ở đây phải chú ý đến giá trị lớn nhất của đại lượng cần
đo. Khi đó phải lựa chọn máy do sao cho giá trị lớn nhất của đại lượng cần do nằm trong
khoảng 75% giá trị cho phép của máy đo.
- Độ nhạy của máy đo: Độ nhạy của máy do có quan hệ mật thiết với độ chính xác
của phép đo và giá thành của máy đo và do đó liên quan đến lính kinh tế của thí nghiệm.
11

11. Khi độ nhạy càng cao thì độ chính xác cùa quá trình đo càng tang. Vì vậy trong điều kiộn
cần thiết và có thể (lược nên chọn máy đo có (lộ nhạy lớn.
- Sức ỳ hay quán tính cùa máy (lo. Sự ỳ trê hay quán tính của máy (lo thể hiện qua thời
gian đổ đầu cảm có thê’ cảm thụ (lược (lộ lớn cần đo và máy chỉ có thể thổ hiên (lược giá trị
đó. Yếu tô' này nhiêu khi (lóng vai trò rất quan trọng trong quá trình (lo. Ta lâ'y thí dụ trong
khi thực hiên thí nghiêm phân tích khí. Thí nghiêm này đòi hỏi thời gian tương dối dài để
cho khí cẩn phân tích (li qua các ống dãn dốn máy do và từ m«ày đo di dến khu vực do. Thời
gian cẩn thiết này gọi là thời gian chết Tt. Nó phụ thuộc vào thể tích chết của các ống dẫn và
tốc (1ộ cùa dòng khí. Chỉ có sau khi
đạt được thời gian chốt này thiêt bị
do mới bắt đầu thay dôi nồng độ và
sau dó thiết bị mới có thổ bắt dầu
biểu thị giá trị mới cần do của chất
khí. Quá trình này dược biểu diễn ở J
hình 1.6.
Trong thời gian quá dộ từ lúc
thiết bị chỉ biểu thị giá trị ban đầu
của nổng độ là aj đến khi nó chỉ
dược giá trị cuối cùng cần phải đo
, ' , * , ;o-
là a2 có những khoang thời gian
đánh dấu các giá trị đo quan trọng ễ
là thời gian một nừa Th và thời gian
90% (T90). Khi chọn máy đo phải
chú ý đến giá trị của những khoảng
thời gian này, vì giá trị chỉ mới
đúng sự thật a2 chỉ đạt được khi
thời gian đo dài vó hạn.
Hình 1.6. Sự thay dổi giá trị chỉ theo thời gian khi
thay đổi đột ngột nồng dô thiết bị phân tích khí.
Trong dó giá trị một nửa gọi là a5()% bàng một nửa hiệu số giữa giá trị ban dầu và giá
trị mới tức là:
___ n 2 - a 1
a50% “a l +---- -
Giá trị thời gian mót nửa ở thiết bị phan lích khí là hàm số cùa dô nhanh cùa quá trình
điền dẩy bình do và sự biến dôi (lộ lớn cẩn do thành cường dộ hoặc điện thế của dòng diện.
Giá trị tương ứng với T9() dược coi là giá trị chỉ:
a90 = U| + 0,9.(a2 — U|)
Có thể tóm tát các diổu kiện chù yếu cẩn thiết dê’ chọn máy (lo như sau:
12

12. a) Đo một cách thận trọng song chỉ chính .xác như yểu cấu
Trước khi thí nghiệm cíỉn phải tìm hiểu một cách thân trọng (lộ chính xác cán thiết của
phép đo và từ (ló biết được cấp chính xác cùa máy (lo cần lựa chọn. Các máy đo được sử
dụng thông thường có các cấp chính xác là 1,0; 1,5; 2.5; 4. Trong các thí nghiệm đòi hỏi đô
chính xác cao, người ta sử (lung các máy (lo có cấp chính xác 0,5 đến 0,2. Ở dây có thể hiểu
được một cách rò ràng vé dộ hay cấp chính xác cùa máy do qua thí dụ sau: Máy đo có cấp
chính xác 1.5 có nghĩa là giá trị chỉ cùa máy dược phép sai số trong giới hạn là 1,5% của giá
trị chỉ thực tế.
b) Không phức tạp hơn dòi hói
Một cách lẠp luận hoẠc dạt vân đé hoàn toàn sai trái nếu lựa chọn phép đo này hoậc
phép đo khác chỉ vì nó hiên dại hơn. Lấy một vài ví dụ dơn giản: dùng chất đồng vị phóng
xạ dế đo khối lượng của nước hoậc chiều cao của cột chất lỏng, ... hoặc có thể dưa ra một ví
dụ trong thí nghiệm đông cơ đốt trong; ở đây mục dích nghiên cứu là “ảnh hưởng của ống
nạp đêh lượng không khí nạp vào xilanh động cơ’’ mà người ta cứ mong muốn và đòi hỏi
thâm chí chỉ dùng thiết bị đo áp suất trong ống nạp và trong xilanh của động cơ!
c) Máy đo phái làm việc an toàn, ổn định và giá trị quán tính hợp lí.
1.1.4. Đánh giá và biểu diễn kết quả đo
ỉ.1.4.1. Sai sổ đo
Khi tiến hành thí nghiệm người ta có thể nói kết quả cuối cùng là chính xác nếu nó
phù hợp với giá trị thực của vật đo. Kinh nghiệm thực tiễn trong khi tiến hành thí nghiệm có
thể giảm hoặc loại trừ bởi một sô' yếu tố ảnh hưởng đến kết quả do làm cho sự sai lệch giữa
giá trị thực và giá trị do ít đi. Khi thực hiện quá trình do, quá trình thí nghiệm càng thận
trọng, tỷ mỷ. càng hiểu biết và mục đích càng rõ ràng thì kết quả cuối cùng càng sai lệch ít
với giá trị thực.
Người ta phải nhân thức một cách rõ ràng, dứt khoát rằng: Tất cà các kết quà đo hoặc
trực tiếp hoặc qua nhiều phép tính toán đều sai lệch với giá trị thực không ít thì nhiêu.
Như vậy: sai số lá điểu không thể tránh khôi trong khi thực hiện phép do, hay nói
cách khác, sai sô' là diều tất nhiên trong mọi phép do.
ỏ trên ta có khái niêm vổ sai số hay là khái niêm vá sự không đung cùa phép do. ơ
dây nên tránh khổng dược nhám lẫn hoẠc cho có sự giống nhau giữa sai số cùa phép do
trong phạm ví có thể cho phép dược. Như vây sự không dứng cùa phép do dược thực hiện
phải nhỏ hơn giới hạn sai sớ.
Nguyên nhân gây ra sai sô' rất phong phú, nhưng người thực hiện các phép do thích
thú nhất là làm thế nào để nhân biêì dược sai số, phán (loan nó và sửa chữa dược nó. Muốn
tìm hiểu sai sô' trước liên ta tìm cách phân loại sai số. Trong thực liẻn người ta có thè phân
sai sở theo sơ dồ biếu diển ơ hình 1.7.
13

13. Nhìn vào sơ đổ biêu diổn ờ hình 1.7 ta nhạn ra ngay sai sô' được phân ra 2 loại chính,
đó là sai sô có hộ (hông và sai sô ngẫu nhiên, ở đây lân lượt nghiên cứu tính chất và dặc
điôm cùa hai loại sai sô' này.
/.ì.4.1 .ỉ. Sai sô cỏ hệ thống
Sai sô' có hệ thống xuất hiện trước tiên do sư không hoàn hào của máy do, của vật do,
cùa thiết bị do và của phương phđp do cũng như do ành hưởng của mồi trường mà kĩ thuật
do có thể xác định dược. Ví dụ khi dùng thước dể do chiều dài cùa vẠt thể ờ các nhiệt dộ
khác nhau. Kết quà cùng vật thể dó, ta có các giá tri vổ chiều dài khác nhau. Sự sai lệch đó
chính Là sai sô' mà trong trường hợp này là sai sô' có hộ thống do ành hưởng của môi trường
do là nhiệt dộ gây ra. Sai sô' này có thô’ nhân biết dược và có thể loại trừ dược nhờ có phép
tính về độ giàn nở dài của vật liệu làm vật thể đó.
Tính chất của sai sô' có hệ thống là dưới những diều kiện như nhau, ví dụ cùng vị trí
đo, cùng máy do, cùng vật đo và cùng chịu ảnh hường cùa môi trường như nhau thì sai số có
hệ thống CÙNG ĐỘ LỚN VÀ CÙNG DẦU. Tông sô' các sai số này là sự không dứng của
phép do mà có thể loại trừ qua phép hiệu chỉnh.
Trong một sô' trường hợp, ta có thể gộp sai số có hệ thống mà không thể biết trước
dược, ví dụ máy đo có sai số hệ thống mà người làm thí nghiệm chưa thể nhân biết dược
hoặc ành hưởng rối loạn không thể tránh khỏi của phép đo mà phương pháp do này không
thể loại trừ được.
Sai sô' có hệ thống loại này thường phải phán đoán và lưu tâm dến nó.
IIình 1.7. Phân loại sai sô' do.
14

14. ỉ.ỉ.4.1.2. Sai sỗ ngíỉu nhiên
Sai sô ngAu nhiên do sự thay đổi trong thiết bị do. vẠt do, môi trường,... mà kĩ thuật
do ta đang dùng cua phép do không thổ nào xác dinh và diổu khiển dược. Ví dụ ma sát trong
các thiêt bl do có chuyên dộng cơ khí là cho giá trị do luôn luôn thay đổi, luôn luôn khác
nhau, tuy thuộc vào tình trạng bôi trơn, tài trọng,... tác dụng lên mdy do.
linh chât cùa sai sô ngAu nhiên là dưới các điồu kiện như nhau, ví dụ cùng vị trí do,
cùng máy do. cùng vạt do và cùng chịu ảnh hường cùa môi trường do như nhau, giá trị của
sai .vớ ngầu nhiên khác nhau vé ĐỘ LỚN cũng như DẢU. Giá trị của mỏi lần do khác nhau,
kèl quà do không chác chán, luôn bị dao dộng. Vì vẠy sai số ngẫu nhiên không thể khống
chê, không thể biêt trước và không xác dinh dược. Sai số này không thể loại trìr được. Trong
một số trường hợp người ta có thổ giảm bớt sai sô' ngảu nhiên bàng cách lạp Lại phép đo
nhiều lần và qua đó phán đoán sai số.
ơ phán này chúng ta cùng cần phải tiến hành phân tích một số nhân tố gây sai số
thường gặp phải trong khi thực hiện các phép đo.
• Sai sô có hệ thống cùa phương pháp và thiết bị đo
Sai số có hệ thống của phương pháp và thiết bị đo gây ra một giá trị sai số nhất dịnh
dê'n kẻì quà đo tức là có trị số và dấu nhất định. Về nguyẻn tác, nó tương ứng với sai số của
máy đo (xem phần sau) cho nên trong lí thuyết về sai số người ta xử lý chúng giống nhau.
Ví dụ khi đo khoảng cách giữa hai điểm, người ta sẽ có kết quả đúng nếu đo dược chiều dài
cùa đoạn thảng nối trực tiếp giữa hai điểm đó - tức là khoảng cách ngắn nhất giữa hai diểm
dó. Báì kì một phương pháp hoặc thiết bị nào khác không đạt được điều kiện trèn sẽ có sai
số về phương pháp hoặc thiết bị nào khác không dạt được điều kiện trên sẽ có sai số vé
phương pháp và thiết bị đo. Nguyên nhân của sai số về phương pháp và thiết bị đo có thể do
hình dáng hình học của vật đo, tư thế đo, tổn thất do giãn nở nhiệt, dần nhiệt,...
Sai sỏ' có hệ thống của một thiêì bị đo có thể được xác định qua so sánh kết quả với
một thiết bị do khác có dộ chính xác cao hơn.
• Sai sốmáy do
Những sai só' do tự máy do sinh ra gọi là sai sô' máy do. Sai sô' máy do dược quyết
định bởi độ chính xác trong lúc sàn xuất cùa máy đo. Sai sỏ' máy do có thổ có ngay từ khi
sản xuất ra nó, lức là máy còn mới và cũng có thể xuất hiện trong quá trình sử dụng ví dụ do
sự hoá già của máy móc sinh ra hoẠc do sự hao mòn cùa chúng. Vổ cơ bàn mà nói, lất cà các
máy do được dùng vào do dạc, thí nghiêm đổu có thể hiệu chỉnh dược. Công việc hiệu chỉnh
cán phài được thực hiện trước và sau khi do dạc thí nghiệm. Nếu hai giá trị hiộu chỉnh trước
và sau khi thí nghiệm không thay dổi thì nó bào đàm trong quá trình thí nghiêm không xuất
hiện thêm các nhân tó' của máy do gay ảnh hưởng dên kết quà do.
Ngoài ra trong máy do còn gây ra những sai sô' do dặc điểm vổ lĩnh học và dộng học
15

15. của máy đo. Trong một số trường hợp, giá trị chỉ của máy đo được xac dinh bơi sự cân bằng
của các lực tác dụng lên máy do (P| và Pn). Khi cAn bằng, kim chỉ cùa máy do phai dứng yên
và có giá trị xác định, đúng với giá trị cân có nhưng trong thực tế do tác dụng của các nhân
tỏ' tĩnh học, ví dụ như độ dàn hổi cùa lò xo, các khc hở lấp ghép,... hoặc các nhân tố động
học ví dụ sự dịch chuyển do quán lính, ma sát, ... mà kim chỉ nằm ở vị trí khác với vị trí cần
thiết, vị trí dúng cùa nó. Ví dụ do hiên tượng ma sát là rõ ràng, dỗ hiểu nhất. Ma sát lại phụ
thuộc vào rất nhiéu yếu tố như phụ tài, số vòng quay hay tốc độ di chuyển, đô bẩn, tình
trạng dầu mở, lình trạng nhiệt độ,... Sai số loại này không thể nào hiệu chỉnh dược. Nó có
thể dược giảm bớt nếu như ma sát cùa các chi tiết chuyển dộng dược giảm bớt và nếu như Cơ
cấu giảm rung của máy do không phải chỉ do ma sát giữa các chi tiết chuyển dộng của máy
đảm nhận. Chỉ có các máy do làm việc do các tia sáng và không có các chi tiết chuyển dộng
bằng cơ khí mới loại trừ dược sai sô' do ma sát gây ra.
Dựa vào khả năng và phương pháp hiộu chỉnh sai sô' đối với các sai số có thể hiệu
chỉnh dược, người ta còn phân sai sô' của máy do ra các loại sau:
- Sai số tỷ lệ:
Sai sô' tỳ lệ hoặc sai sô' tịnh tiến là sai sô' biến dổi tăng dán khi giá trị đo càng tâng. Ví
dụ sai sô' của các loại cân cánh tay dòn. Sai sô' loại này có thổ biểu diẻn dưới dạng hàm số
bậc 1 hoặc các quan hệ toán học khác.
- Sai sốtuần hoàn:
Sai sô' tuần hoàn là sai sô' mà sự biến thiên cùa nó được lặp lại trong một phạm vi chì
cùa giá trị đo. Ví dụ sai sô' về vị trí của bánh xe răng trong hộp số.
- Sai sô điểm chuẩn hoặc điểm không:
Trong trường hợp này ngay ở vị trí ban đầu, lúc chưa do, giá trị chỉ của kim đã lệch
khỏi vị trí qui dịnh. Ở đây, giá trị sai sổ' của nó là bằng hằng số trong toàn bộ phạm vi do.
Các sai sô' trên của máy đo thuộc vào loại sai sô' có quy luật, người ta có thể khẮc phục
chúng một cách dễ dàng.
Một sô' sai sổ' khác của máy đo thuộc loại không có quy luật, loại sai sò' này của máy
đo xuâì hiên làm cho kết quả do ứng với mỗi làn do một khác, tức là giá trị cùa nhiều lán đo
không giống nhau. Nguyên nhân của các sai sổ' loại này rất da dạng, phong phú, trước tiên
phải kể đến nhiều yếu tô' ma sát, khe hở,....
• Sai sốdo tĩnh hưởng cùa môi trường
Ngoài các nhân ló' về thiết bị, phương pháp và máy do dã dược chi ở trên thì các nhân
ló' của môi trường xung quanh trong khi thực hiên phép do gây ảnh hưởng rất lớn dên kêt
quả đo. Dưới tác dụng của môi trường xung quanh có thổ làm cho kết quà do sai lệch ngoai
dự tính cùa người thực hiên. Khi kể đến ảnh hường cùa môi trường đến sai sô' cùa kết qua
đo, la phải kổ đến các lác dụng vẠt lí cùa môi trường dến máy do. Ví dụ giá trị của nhiệt kê
16

16. Ihuỷ ngan chỉ có thổ đọc được khi nó nàm ngoài môi trường cấn đo. Phần cột thuỷ ngân nàm
ngoài môi trường cần đo chịu tác (lụng của nhiệt độ môi trường xung quanh, vì nó tiếp xúc
với môi trường này. Phân chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh sè có sự giãn nở khác
với phán chịu tác (lụng cùa vẠt (lo (môi trường đo). Vì vẠy, độ giãn nở của cột thuỷ ngân là
khác nhau (phần nằm ngoài môi trường (lo (vạt (lo) sẽ có độ giản nở ít hơn phần ở trong vật
đo nếu nhiệt độ của vật (lo là lớn hơn môi trường), do vẠy sinh ra sai số. Sai số này có thể
được khác phục.
Ví dụ kỉ'fác~ĩihư kícinhước của các vạrthè'phụ thiiộ<rvìíO nhiệrđộrVì vây khi dòi hỏi
độ chính xác cao thì khi nói đến kích thưúc cùa vạt thò phải nói rỡ ờ nhiet độ nào. Những
máy đo chính xác, dộ nhạy cao thường dược đạt trong một môi trường ổn định, tinh khiết ví
dụ như loại cân chính xác dược dạt trong lổng kính và nhiệt độ là 20°C để khi cân tránh
được sự tác dụng cùa gió, và vì loại cân này dược hiệu chỉnh thông thường ở 20°C.
Ảnh hưởng của mồi trường là rất đa dạng, ví dụ chúng ta còn cần phải kể đến áp suất
rung động cơ học, bức xạ toả nhiệt, diên và từ trường, sự vẩn dục cùa môi trường, gió, dô
ảm....... tuỳ theo phép đo, dối tượng đo và thiết bị đo mà người làm thí nghiệm phải chú ý tới
yếu tớ nào. Tức là người làm thí nghiệm phải xác định cho được các nhân tố của môi trường
, , , , ...... , , X. . J,..
ành hưởng dên kêt quà thí nghiệm trong thời gian tiến hành thí nghiêm. Nếu khỏng có các
biện pháp, thiết bị xác định được ảnh hưởng này thì tốt nhất phải giữ nó khỏng dổi hoặc tiến
hành thí nghiệm trong các điều kiện như nhau.
Trong sai sổ cùa môi trường gây ra có thể có các sai số tuân theo một quy Luật nhất
định, lức là thuộc sai sớ có hệ thống người ta có thể loại trừ được, có thê hiệu dính dược.
Nhưng có Ihể có các sai số không có quy luật, không thổ hoặc khó xác định chúng, dó là
những sai số ngẫu nhiồn. Ví dụ sai số do độ dàn hồi cùa ống dẫn mềm không có chu kỳ
trong thí nghiệm đo lưu lượng bằng phương pháp trọng lượng kiểu kín (xem 5.3.1.2).
• Sai sốđọc
ỏ trên ta vừa xét các nhân tố khách quan làm ảnh hưởng đến kết quà đo, làm xuất hiện
sai số. ỏ phẩn này ta xét đến sai số đọc, tức là sai số .
. . _____ .J _ ' . , ... .____ t- > Sai so do vị trí mát
chủ quan dó người làm thí nghiệm phạm phai, nó
xuâì hiện trong lúc theo dõi kốt quả đo người qua
Mát Kim chi
Nguyéh nhân cùa sai sô' dọc - sai số chù quan
cũng râì phongpKu, VI dụ trạng thai ve'Tmirinan?
sinh lý và đăc điểm của tính người dọc kết quà do,
phụ thuộc vào thiết bị do, môi trường do.
Sau dây la có thể xem xét một vài thí dụ điển
hình như sự phán doán sai vạch chia trôn thước do do
mắt không dược dạt ở vị trí dúng là song song với
Hình 1.8. Sai sò' do vị trí đọc.
17

17. kim chỉ như biểu dién ử hình 1.8. Sai sô'
loại này càng lớn khi có hiên tượng j
chiếu sáng không đổng dổu hoẠc dụng / ĩf. '• ; V
cụ do có kêt cấu không hợp lí như kim / 7Ạ
chỉ, vạch chia quá dày. Đê’ đâm bào cho SrẠ
đọc chính xác người ta sử dụng các máy
đo cờ vạch chia nhỏ song SÁC nét. Các a) Không hợp tý b) Hợp lỵ
giá trị tròn không nên bô trí các vạch to, Ịlìllh 19 Sai sổ do kết cấu
dạm mà vân là những nét nhỏ nhưng dài dụng cụ chi kh6ng hỢp Ịý
hơn (hình 1.9). Hình dạng tốt nhất của
kim chỉ là nó không dược dày hơn vạch chia hoặc khoảng chia, cũng có thể được lắp các
thiết bị phóng dại (kính lúp, kính hiển vi,...).
Chúng ta dã xem xét các nhân tô' khách quan và chủ quan gây ra sai số kêt quả đo.
Nếu lất cà các nhân tô' dó được xem xét rất cẩn thận và dạt dược dộ chính xác tuyệt vời thì
cũng chỉ có thể giảm nhỏ dược sai sô', tuyệt nhiên không thể loại trừ dược sai số, có nhiéu
trường hợp sai sô' gặp phải vượt quá giới hạn mà người ta tính toán và dự đoán trước. Sờ dĩ
có trường hợp này là vì trong thực tê' tổn tại các yếu tố, các quy luật hoặc các thỏng số mà
người thí nghiệm chưa nhận thức dược, hoặc nhân thức chưa đầy đủ. Các yếu tố và quy luật
này gây ra các sai sô' ngẫu nhiên làm cho kết quả bị dao động. Nguyên nhân của các sai số
này có thể là:
- Sự thay dổi lác dụng tương hỗ giữa máy đo và vật đo.
- Sự thay đổi không có quy luật của máy đo có dụng cụ chỉ.
- Sự thay dổi không có quy luật của vật do.
- Những sự phụ thuộc về nhiệt động học
- Đặc tính của người quan sát.
Các sai só' thuộc loại này có thể dùng lý thuyết về xác suất để giải quyết.
ỉ.1.4.2. Đánh giá kết quả do
ở dây ta nghiên cứu một vài phương pháp đơn giàn dể biết dược sai sô' kết quà đo.
Cũng cẩn nhấn mạnh là các phương pháp gia công sô liệu chỉ có thể giâm bớt, phán đoán
được sui số do quá trình dọc và sai số ngẫu nhiên mà thòi. Các sai sò' khác do bố trí thí
nghiệm hoạc do máy, do mói trường gây ra thuộc loại sai sô' có hệ thống, không thể dùng
các biện pháp gia công sổ' liệu này dê’ giài quyết dược.
Theo định nghĩa vé sai sô' la có thê’ viết ra dưới dạng biêu thức sau:
Sai sô' = Sai - Đúng
diẻn giải bàng lời là sai sô' bằng giá trị sai trừ di giá trị đúng, hay nói một cách khác thực
18

18. tiên
hơn là: Sai số = Kết quả (lo - Đúng
(bằng lời là: Sai sở là bằng kết quà (lo trừ (li giá trị (lúng).
Kêt quà cùa môi lân đo bao giờ cùng có dược trong (ló bao gổm Là sai số hô thống và
sai sô ngân nhiên. Ở dAy vấn đé thật hiển nhiên và rõ ràng nếu ta biết (lược giá trị (lúng. Vì
giá trị dứng không thê biết được (không thổ có dược) nôn trong thực tế biểu thức trên chỉ
hoàn toàn mang ý nghĩa lí thuyết.
Chính vì vây, để xác định giá trị cùa nhiều lần do và dô chính xác của phép do người
ta thường phải lẠp ra giá trị trung bình cùa các lẩn do. Giá trị trung bình cộng được tính
như sau:
trong đó: D - giá trị trung bình của các lần do;
Aj - giá trị đọc của lần đo thứ i;
n - sỏ' lần do.
Bời vì giá trị trung bình không thể dánh giá dược độ chính xác của phép đo cho nên
người ta đi dến phương pháp xác dịnh sai số từ giá trị trung bình theo biểu thức sau:
Sai số = Số đọc - Giá trị trung bình
(Bang lời: sai số là bằng giá trị đọc trừ đi giá trị trung bình), tức là:
Ôj = Aj - D
ở đây 5j là sai số cùa lẩn
đọc thứ i.
Từ sai số cùa mỗi lần đọc
ô, ta đi đến tính giá trị trung bình
của sai số và gọi là sai số trung
bình.
I —
8=„ẳ8i
11 i.l
trong đó ô là sai số trung bình.
Trong những tính toán cho
phép và do dòi hỏi chính xác
cao, người ta còn lập ra các giá
trị trung bình bình phương, trung
bình logarit,... của sai số.
u (số lần đo)
IIình ỉ. 10. Ảnh hường cùa số lân do n đến
(lộ phân li và dô không tin cây.
19

19. Theo Gauss thì ta còn có khái niêm vổ sai số trung bình hay độ phân ly như sau:
XỈL
n -1
8 =
với n là số lán đo lớn hơn 1 (n > 1)
Ngoài ra. Gauss còn đưa ra khái niêm vổ độ không tin cậy của giá trị trung bình.
ÔD
---------------------------------------------------- -
------------------------------------------------------------ 1
Nếu biểu dien sai sô trung bình ô và đọ không tin cậy của giá (TỊ trung binh ỎD theo
Gauss phụ thuộc vào sô lần đo n, ta dược dạng dường cong hypcrbol biểu (Hèn à hình 1.10.
Tn hình vệ trên ta có thể rút ra kết luân sau:
Sai số sè gi(ỉm bót khi sô' lần đo càng tăng.
Tuy vậy, khi số lần đo quả lớn, vượt qua một giới hạn nào đó thì chang giúp ích gì
cho việc giàm sai số nữa. Nói một cách khác là khi đạt tới một số lần đo giới hạn nào đó, ta
có sai số giới hạn là giá trị nhò nhất, nếu tiếp tục tăng số lần đo lên thì không thổ giảm dược
sai số một giá trị đáng kể.
Trong trương hợp giá trị trung bình cần xác định được đo bởi nhiều thông số riêng biệt
có dó chính xác khác nhau, chúng ta cần phải lưu ý ảnh hưởng của các thông số riồng biệt
đến kết quà đo.
Ví dụ khi số vòng quay n bao gồm hai thông số đọc là số vòng quay và hời gian.
Nếu gọi Aj là giá trị xác định được lại phụ thuộc vào một dại lượng khác a, nào dó thì
ta CÓ:
VaịA:
D =
Trở lại với thí nghiệm đo sô vòng quay ở trên, ta có Aj là số vòng quay xác dịnh dược
trong thời gian là a(. Ta sẽ có bảng như sau (xem báng 1.1).
Bảng 1.1ĩ Ví dụ vể tính sai số
Số vòng quay
đếm được,
vg
Thời gian
đếm a,
ph
Vòng quay Aị,
(vg/ph)
Sai $ố
ô' = A, - D',
________ỹg/ph
Sai số
ô = A, - D,
vg/ph____.
10,025 5 2005 38 11
35,964 18 1998 45 18
6,309 3 2103 60 87
4,134 2 2067 24 51 -
= ±42 = ±27_____
20

20. Giá trị trung bình đơn giàn D’ (lược tính như sau:
ĨV_SAÌ _ 2005 + 199.8 + 2103 + 2067
D = “Ý1 =--------------- 4--------------= 2^3 vg/ph
ôị’ = Aj - D’
38 + 45 + 60 + 24
ô' =-------- ---------------= ±42 vg/ph
4
Giá trị trung bình trong quan hộ phụ thuộc có thổ tính như sau:
D_ X^iAi _ 2005*5 + 1998*18 + 2103*3 + 2067*2
Sai 5 + 18 + 3 + 2
D = 2015,5 vg/ph
e 11*5 + 18*8 + 87*3 + 51*2
O =----------------------—----------------
5 + 18 + 3 + 2
= ± 27 vg/ph
Qua thí dụ trên ta nhân thấy dược ảnh hưởng của các phương pháp xác định giá trị
trung bình khác nhau đến giá trị của sai số.
Trong việc xác định các sai số riêng biệt của hàm sớ cho phép phán đoán dược ảnh
hường cùa từng thành phẩn đến kết quả chung. Mặt khác, khi biết dược các thành phần riỗng
biệt có thể xác định được sai số của hàm số và qua đó tìm hiểu được độ chính xác của kết
quả đo.
Sai số tổng cộng AEg của hàm số nhiều biến số Eg = f(x,y,z) được xác định từ sai sỏ'
riêng biệt theo phương pháp đạo hàm riêng:
, r, ổf J .. ỡf . . dĩ
d E„ = T~dx + -7~-dy + -?-dz
g ỡx ỡy ỡz
lức là:
. ổf . A..ổf . A ỡf
AE„ = AX-7- + Ay-r- + Az^-
g ỡx ỡy ổz
1.1.4.3. Biểu diễn kết quả do
Mục đích của việc biểu diẻn kết quả do, hay nói rộng ra mục đích cùa tất cà các thí
nghiệm cốt làm cho mọi người có quan tâm nhân thức dược nhanh và tốt nhất kèt quà của thí
nghiệm. Muốn người xem có thể bao quát dược kết quà chính xác và nhanh nhất thì phài có
cách thể hiện nó một cách tổng quát, sáng tỏ nhất.
Vậy nếu kết quả đo được biểu diỗn dưới dạng các bàng số, thì người ta khó nhộn thức
nó một cách nhanh chóng, tổng quát và rỗ ràng được mà thường phài qua một quá trình tư
duy mới nhận thức dược nó. Chính vây, trong diổu kiện cho phép và có thổ dược thì nôn biểu
diễn các kết quả do dưới dạng các sơ dổ, đổ thị. Sau đây, chúng ta xem xét một vài trường
hợp điển hình.
21

21. Trường hợp đơn giàn nhất là khi kết quả do chỉ phụ thuộc vào một yếu tô tực là trong
khi thí nghiêm ta giữ tất cà các thông số có Hôn quan khác bàng háng sô va ta c quan hệ:
y = f(x)
Ví dụ hiộu suất nhiẹt của chu trình dàng áp dược viết dưới dạng:
„ , 1
n th = 1 —7-
7t
trong dó: 71 là tỷ số dẳng áp, 7Ĩ =
Pa
Pmax là áp suất cực dại cùa chu trình;
pa là áp suất ban dâu.
X -1
m = -—-
X
Cp............................... ................... .
X = — trong đó, cn là tỷ nhiệt đãng áp,
Cv
cv là tỷ nhiệt dẳng tích.
Ta thấy rõ ràng qth = f(7t) ở dây biểu thị
hiệu suất nhiệt của chu trình dẳng áp phụ
thuộc vào tỳ lệ tăng áp suất hay nói cách khác
là phụ thuộc vào áp suất cực đại pmax (vì
thường pa = 1 kG/cm2). Đồ thị biểu diễn quan
hệ hàm số này trình bày ờ hình 1.11. Nếu dựa
vào quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của quá
Hình 1.11. Đổ thị biểu diễn quan hồ của
hiệu suất nhiệt ĩ|,h và tỷ số áp suất 71.
trình đoạn nhiệt, ta có:
(^L_)
Pmax
x-1
Ta
T „
Anriax
X
trong đó: Ta - nhiệt độ ban đẩu;
TmiY - nhiệt độ cực đại của chu trình.
T___
Ta kí hiệu: T| = m
Ta
1
thì ta sẽ CÓ: rlth = l —
n
k = X = — là tỷ số nhiệt độ ĩ| cùa chu trình đẳng áp có k = 1,4; m = 0,2857 giữa 7t và
Cv
T CÓ quan hộ với nhau qua biểu thức: T = nm
Quan hê giữa 71 và T dược biểu diễn ờ hình 1.12.
22

22. Irên đổ thị chỉ quan hộ giữa hiệu suất
nhiệt ìilh và tỷ sô' áp suất 71 ở hình 1.11. người
ta có thể biểu diên thêm một trục hoành theo
T. Như vậy, trên đổ thị hình 1.11 người ta có
thè’ biếu diẻn quan hẹ cùa 3 thông sô' q(h. 7Ĩ và
T. lức là tuỳ theo sử dụng trục hoành, nếu ta
có sự phụ thuộc cùa hiệu suất nhiệt vào tỷ sô'
áp suất hay nhiệt độ.
Phức tạp hơn là khi cẩn phải biổu diỗn
hàm sô' có nhiéu biên sô':
y = f(x, z)
Nếu biến sô' là 2, ta có thể biỏu diễn Hình 1.12. Biểu điển quan hô giữa 7Ĩ và T.
hàm sớ dó theo hệ toạ độ không gian. Song nếu biến số là lớn hơn 2 thì khả nâng dó khổng
còn tổn tại dược nữa. Trong trường hợp này, khi biến sô' lớn hơn hoặc bằng 2, người ta có thể
thực hiện bằng cách sau: chọn một biến số cho hàm sô' còn các biến sô' khác biến dôi thành
thớng số. tức là cho nó trở thành hằng số, hoặc xây dựng một lúc nhiêu đổ thị khác nhau.
Ví dụ. tính hiệu suất nhiệt của chu trình hỗn hợp có thể dùng công thức sau;
_1 1
O
Tx
7?-1
71 . 71 Te
—ỳ —1 + —ỳx(—— -1)
£X £X 71
trong đó: 7t, T và X dã dược giới thiệu trên.
£ = — là tỷ lệ nén.
vc
Từ cóng thức trên ta có thể lập được các đồ thị về hiệu suất nhiệt biểu diễn ở hình
1.13.
Hình 1.13a biểu diễn khi 71 = const
Hình 1.13b biểu diễn khi £ = const
Trục hoành của đổ thị là tỷ .
Pa
trong đó: pml là áp suất có ích trung bình cùa chu trình
pa là áp suất ban dẩu.
Khi xem xét các dổ thị này cho ta thấy rằng theo cách chọn biến sô' làm thòng sỏ' mà
ta thấy rõ được bản chất của chu trình. Nếu cùng một áp suất cực dại, tức là 71 là hàng sờ'
(hình 1.13a) thì hiệu suất nhiệt cùa chu trình dẳng áp (chu trình Diesel) cao hơn chu trình
dang tich (chu trình Otto). Nếu cùng một tỷ lô nén (hình 1.13b) thì ngược lại, hiệu suất nhiẹt
23

23. cùa chu trình dẰng (ích cao hơn chu trình dÂng áp.
Như vẠy tuỳ thuộc vào mục đích biểu diỗn người ta có thể chọn biên sồ nao làm
hằng sờ.
Hình ỉ.13. Giới hạn của hiệu suất nhiệt của chu trinh hỗn hợp
phụ thuộc vào áp suất có ích trung bình của chu trình.
Một thí dụ khác làm sáng tỏ hơn là khi biểu diễn kết quà thí nghiệm và dộng cơ đốt
trong, thỏng thường trong thí nghiệm này lối thiểu người la cũng do dược các sô' liệu sau:
- Lực tác dụng lên băng thử công suất (lực phanh)
- Lượng tiêu hao nhiên liệu
1
- Lượng liêu hao không khí
- Số vòng quay của đông cơ.
Từ các số liêu thu nháp dược nêu ờ trên, người ta có thể lẠp dược các quan hệ sau:
1. Công suất có ích Nc phụ thuộc vào sô' vòng quay n, tức quan hệ Nc = f(n) và dược
biểu diẻn ở hình 1.14 ứng với góc mờ khác nhau cùa bướm tiết lưu.
2. Suâì tiêu hao nhiôn liệu riêng ge phụ thuộc vào sô' vòng quay n, tức gc = f(n) và
được biểu diẻn ở hình 1.15 ứng với góc mở khác nhau cùa bướm tiết lưu.
24

24. 3. Hệ sô' đại lượng không khí a phụ thuộc vào số vòng quay n tức a = f(n) và dược
biếu diỏn ở hình 1.16 ứng với góc mờ khác nhau cùa bướm tiết lưu.
Hình 1.14. Biểu diễn quan hệ giữa công
suất Nc và số vòng quay n.
Hình ỉ.15. Biểu diỗn quan hệ giữa suất
tiêu hao nhiên liệu ge và số vòng quay n.
Nhưng dể có sự nhìn nhân một cách tổng quát, người ta đưa các dổ thị trên vé dạng dổ
thị tổng hợp ở hình 1.17 và hình 1.18. Ở đây chỉ dùng 2 trục là áp suất có ích bình quân pe
và sỏ' vòng quay n còn các thông sỏ' khác được biểu diễn dưới dạng hằng số. Trong một số
trường hợp người ta còn có thể trình bày gộp 2 đổ thị trên hình 1.17 và 1.18 thành một đổ
thị, trong đó có hai trục pe và n còn các thông sô' khác như cc, gc, Ne được biểu diễn dưới
dạng các đường đảng trị. Trong trường hợp này ta có đường đặc tính tổng hợp tổng quát.
Hình 1.16.
25

25. n vg/ph
Hình 1.18.
26

26. ỉ.1.4.4. Xảy dựng dồ thị kết quả do
ỉ .1.4.4.1. Số diem can thiết dểxây dựng dồ thị
Số diem càn thiết phải đo trong lúc thí nghiêm để thành lẠp dổ thị đạt được độ chính
xác cần thiết phụ thuộc vào rất nhiêu yếu tố. Nhưng ờ đây ta chỉ xét (lốn hai nhân tô' chù
yếu, dó là: dô chính xác cùa dường cong thí nghiêm và tính kinh tế cùa thí nghiệm.
- Muốn có dường cong dược thành lẠp bời kết (pià do thẠt nhanh chóng, dỗ dàng,
không cÀn hiếu biết nhiều vổ dăc tính của dường cong thí nghiệm song dể đạt được độ chính
xác cao thì phài có nhiêu diêm do. Sô' diểm do càng nhiều thì việc thành lập dường cong
càng dẻ dàng và đạt dộ chính xác cao.
- Trong thực tê ở nhióu thí nghiêm lại không cho phép như vậy vì khi số diểm đo càng
nhiều thì thời gian tiên hành thí nghiêm càng kéo dài, hao tổn vẠt tư cho thí nghiệm càng
lớn. và trong nhiêu thí nghiệm không thê kéo dài quá vì diều kiôn an toàn của máy móc thiết
bị không cho phép.
Chính vì hai lí do trên mà phải chọn sô' diểm do cho thật hợp lý, tức là sốdiểm do nhò
nhài có thê dược dồng thời phâi dâm bào độ chính xác cùa dường cong thí nghiệm như
yêu cầu. Trên một dường cong ta phải chọn số điểm do lớn nhốt ờ những chỏ yêu cầu độ
chinh xác cao và những chồ mà nếu số diểm
do quá ít sè không thể thể hiện rô ràng được
hình dạng cùa dường cong, dó là ở những
vùng có điểm uốn, diểm cực dại, cực tiểu cùa
dường cong.
Hình 1.19 biểu diễn dường cong suất
liêu hao nhiên liệu có ích gc phụ thuộc vào
hệ sổ' dư lượng không khí a khi áp suất có
ích bình quân pc và só' vòng quay n khóng
dổi; góc đánh lửa tốt nhất (tối ưu). Đường
cong cho ta thấy ở khu vực nhỏ thì ge biến
đối rất lớn và quan hộ gàn như đường thảng,
vì vậy ở doạn này ta chì cần một sô' diểm do
ít cũng có thổ vê dược dường cong chính xác.
Ngược lại, ở vùng lân cận với suất tiỗu hao
nhiên liệu nhỏ nhất, hình dạng dường cong
Hình 1.19. Suất tiêu hao nhiẻn liệu có ích
ge phụ thuộc hộ sô' dư lượng không khí a.
thay đôi rất nhiều, do vậy ờ dó ta cán phải có sô' lượng điểm do lớn mới biểu diẻn dường
cong một cách chính xác dược.
ỉ .1.4.4.2. Lựa chọn tỳ lệ xích cho dồ thị
Muốn vẽ dược một đồ thị lên một hệ trục toạ dộ khỏng phài là một việc làm tuỳ tiên
27

27. 1.1.4.4. Xảy dựng dồ thị kết quả do
1.1.4.4.1. Sâ’diểm cần thiết dể.xây dựng dồ thị
Số điểm cán thiết phải đo trong lúc thí nghiệm đổ thành lẠp đổ thị đạt được độ chính
xác cần thiết phụ thuộc vào rất nhiổu yếu tố. Nhưng ờ đây ta chì xét (lốn hai nhân tố chủ
yếu, đó là: (1ộ chính xác cùa (lường cong thí nghiêm và tính kinh tố cùa thí nghiệm.
- Muốn có (lường cong (lược thành lẠp bời kốt quả (lo thạt nhanh chóng, (lỗ dàng,
không cán hiểu biết nhiều về đạc tính của (lường cong thí nghiộm song (lể đạt được độ chính
xác cao thì phải có nhiều điểm đo. Sô' diổm (lo càng nhiều thì việc thành lạp (lường cong
càng dễ dàng và đạt độ chính xác cao.
- Trong thực te ở nhiều thí nghiêm lại không cho phép như vây vì khi số điểm đo càng
nhiều thì thời gian tiến hành thí nghiêm càng kéo (lài, hao tôn vật tư cho thí nghiệm càng
lớn. và trong nhiều thí nghiệm không thể kéo dài quá vì điều kiện an toàn của máy móc thiết
bị khống cho phép.
Chính vì hai lí do trên mà phải chọn sô' diểm do cho thật hợp lý, tức là sốđiểm dữ nhỏ
nhất có thè dược dồng thời phải dàm bảo dộ chính xác của dường cong thí nghiệm như
yêu cầu. Trỏn một dường cong ta phải chọn số điểm do lớn nhất ở những chỗ yêu cáu độ
chinh xác cao và những chỗ mà nếu sô diểm
do quá ít sè không thể thể hiện rõ ràng được
hình dạng cùa dường cong, dó là ở những
vùng có điểm uốn, điểm cực dại, cực tiểu cùa
dường cong.
Hình 1.19 biểu diễn đường cong suất
liêu hao nhiên liệu có ích ge phụ thuộc vào
hẹ số dư lượng không khí a khi áp suất có
ích bình quân pe và số vòng quay n không
dổi; góc đánh lửa tốt nhất (tối ưu). Đường
cong cho ta thấy ở khu vực nhỏ thì ge biến
đổi rất lớn và quan hệ gẩn như dường thẳng,
vì vậy ở doạn này ta chỉ cần một sô' điểm do
ít cũng có thể vẽ được dường cong chính xác.
Ngược lại, ở vùng lân cận với suất tiêu hao
nhiên liêu nhỏ nhất, hình dạng dường cong
thay đôi râì nhiéu, do vậy ở dó ta cán phải có
cong một cách chính xác dược.
Hình 1.19. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
gc phụ thuộc hệ sô' dư lượng không khí a.
sô' lượng điểm do lớn mới biểu diẻn dườn
ỉ .ỉ .4.4.2. Lựa chọn tỳ lệ xích cho dồ thị
Muốn vẽ được một dổ thị lốn một hộ trục toạ dô không phải là một việc làm tuỳ tiện
27

28. ... ,tírh biểu diỗn. Muốn vây phải lưu ý
mà phải có một hẹ trục hợp lí đổ thoả mãn được mục dien O1J y-. lớn lao tr0ng
đến viíc lựa chọn tỳ lọ xích cho các trục toạ độ v) nó (lóng m.
việc thổ hiện độ chính xác cùa phép đo và dẠc điổm cua đương c £
Khi chọn tỷ lẹ xích cho dó thị. cần phảisai số ở giá trị đõ.
■Tỳ lệ xích pháiđược lựa chọn </<’ nhận biệi được kit^a ơ _ - h’“‘ ~
Ví dụ khi do mômcn cùa dộng cơ phụ thuộc vùo số vòng quay p ■ cx c1a'„ n AC
_ . ._____Lhỉ do có thể cho sai số đôn 0,45
phép là 2% và số vòng quay là 1,5%, giá trị mômcn trong Kill au u I ’ -
kGm và sô' vòng quay là 33 vg/ph, thì tỳ lẹ xích phải đàm bão đọc dược n ững gi n ,
kGm và 33 vg/ph ở trên.
- Tỷ lệ xích giữa các trục dược lựa chọn phải đảm bảo một tương quan (một
định nào dó, có vậy mới thể hiện dược đặc tính của dường cong thi nghiêm. Vỉ dụ đ nhận
ra một cách rõ ràng độ lớn của biôn độ dao dộng tắt dđn nào dó, ngươi ta có th chọn tương
quan tỷ lệ xích biểu diễn ở
hình I.20a trong đó tỷ lộ xích
của trục biểu diỗn biên độ lớn
hơn nhiều lần tỷ lệ xích của
trục thời gian. Nhưng để biểu
diễn khổng chì biên độ mà cả
tần số, thời gian của dao động
nữa thì tỷ lệ xích được chọn
như biểu diễn ở hình 1.20b,
tức là tỷ lệ xích của trục thời
gian cũng phải đủ lớn.
Tỷ lệ xích giữa các trục
a)
Hình 1.20. Biểu diễn dao dông tắt dần:
a) Làm sáng tỏ biên độ; b) Làm sáng tỏ tẩn số và biên độ.
có thể chia đéu mà cũng có thể theo dạng logarit hoặc theo sô' mũ để có thể chuyển dường
cong thành đường thảng.
ỉ .1.4.4.3. Thành lập dường cong thí nghiêm
Như ta dã biết, trong thí nghiêm thì sai sô' là điổu không thể tránh khỏi, vì vây các giá
trị đo thường là sai lệch nhau tuy cùng diổu kiên. Việc nhạn ra tính chít cùa những sai lệch
này là điếu kiện tiên quyết dể biểu diễn kết quà do. VI vây. trong khi thẻ’ hiện dồ thị phải
phân biẹt rõ: 8ự sai lệch dó là do đạc điểm cùa vạt thí nghiêm hay là do sai số gây ra.
Ví dụ đường cong hiệu chinh cùa một nhiệt kí' chít lỏng không dược phep vẽ thành
dường cong liên lục mà phải là một dường cong gãy khúc vì dó là tính chất cùa nhiệt kế chít
lỏng (hình 1.21). Sai số của nhiệt kê' là do sai sô' vé tiết diên ông không đổng đểu gây ra.
Tụy vạy, trong dại da sớ các trường hợp. sai sô' không thể tránh khỏi do thí nghiệm
gây ra thường dược biểu diên dưới dạng dường cong liên tục dặc trưng cho những điểm đo
dược trong thí nghiệm (hình 1.19 gc = f(a)). Trong một sô' trường hạp do sự tản mạn cửa
28

29. phép đo quá lớn. người ta có thô’ biểu diỗn kốt quà (lo dưới dạng các dài hoác thành một
vùng giới hạn các giá trị do, hay còn gọi là vùng giới hạn sai số. ỉĩình 1.22 biổii diỗn quan
hê giừa khoảng dịch chuyển cùa con chạy phụ thuộc vào số vòng quay cùa bộ diểu tốc ly
lAm cơ khí.
Hình 1.22. Quan hệ g ưa khoảng dịch
chuyển của con chạy 5 à số vòng quay.
Trong nhiều trường hợp, để biểu diễn chính xác sai số, người ta có thể biểu diển kết
quả đo và kết quả của các phép tính về sai số lên đỗ thị. Tuy vậy, việc làm đó chỉ tăng thêm
đõì trong càng không cần thiết
p
(mm Hg)
p
(mmHg)
sự phức tạp và rườm rà, nhưng ý nghĩa thì rất nhò, nhất là trong các thí ngriiệm vể dông cơ
ỉ 2 3 ụ ỹ ố 7 8
Pentan nong không khi (®o)
10 20 10 tơ
Etyiic nong không khi (®o)
Hình ỉ.23. Giới hạn cháy cùa pentan
trong không khí.
Hình 1.24. Giới hạn cháy cùa rượu
elylic với không khí.
29

30. Chúng ta cũng cần phải lưu ý trong lúc xây dựng các dường c°ng • '
thí nghiêm tìm hiểu các quy luật mới, đạc biệt là các quy luật vật tron® ’ ‘
những điểm tàn mạn rất lớn và sai lệch ngoài dự kiến. Các diểm tan mạninI y
diên một quy luật mới, hiên tượng mới. Cho nôn các điểm này cẩn phai dược t g lộm, đo
đạc và kiểm tra lại nhiều lần, tránh việc vôi vàng cho đó là sai số cua phepI O. I ụ khi tìm
giới hạn cháy cùa một số nhiên liệu phụ thuộc vào áp suất và tỷ lệ không khí niliên liệu, tức
là nổng độ cùa hỗn hợp, hình 1.23 giới thiêu giới hạn cháy của hồn hợp không khi và
pcntan. Người ta có thể đi đốn dự đoán một dường cong tương tự cho hồn hợp giưa không
khí và các nhiên liêu khác như dường nét dứt trên hình 1.24. Song trong thi nghiệm về sự
cháy cùa hỗn hợp rượu ctylic với không khí, người ta thây xuất hiên một quy luật mới mà
điểm A là dạc trưng (hình 1.24). Vì vậy ta gặp phải sai lẩm rất lớn nếu cho diổm A là sai
sô' đo.
Ở dây, điểm A cho ta một hiên tượng và một khái niêm vật lí mới mà người ta gọi là
quá trình cháy ở áp suất thấp và được gọi là ngọn lửa lạnh.
1.2. THÍ NGHIỆM ĐỘNG cơ ĐỐT TRONG
1.2.1. Mục (lích thí nghiệm
Trước hết chúng ta cần phải thống nhất là thí nghiệm trong ngành dộng cơ dốt trong
cũng giống như các thí nghiệm trong kĩ thuật nói chung, tức là nó mang mọi đặc điểm, yêu
cầu cùa kĩ thuật do lường nói chung, và nó nằm trong lĩnh vực thuộc ngành chê tạo máy nói
riêng. Nó cũng bao gồm các loại thí nghiêm như thí nghiệm giao máy, thí nghiệm cải tiến,
thí nghiệm nghiên cứu khoa học và thí nghiệm giảng dạy, song dể cụ thể hơn, ở dây ta bàn
về hai hình thức thí nghiệm sau:
1.2.1.1. Thí nghiệm được tiến hành ở các nhà máy sản xuất
Ở các nhà máy sản xuất động cơ hay sửa chữa dộng cơ phải có các thiết bị cơ bàn để
thực hiện dược các nhiệm vụ điều chỉnh động cơ, giao máy kiểm tra và cải tiến. Nó bảo đảm
cho nhà máy kiểm tra đánh giá chất lượng động cơ của nhà máy sàn xuất ra hoặc sửa chữa
hoặc đánh giá được việc áp dụng các thành quả của các cơ quan nghiên cứu, các phòng thí
nghiệm đề ra vào thực tế của nhà máy.
Lấy ví dụ nhà máy muốn thay đổi một mẫu động cơ dang sản xuất sang một mầu động
cơ mới. Tất nhiên, động cơ mới phải có chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cao hơn hoặc đáp ứng dược
yéu cầu của thị trường tốt hơn. Muốn vậy trước tiên nhà máy phải có mầu dộng cơ mới định
chế tạo để khảo sát và thiết kê' dộng cơ gổm tất cà các bàn vẽ cán thiết. Động cơ sau khi
thiết kế xong phải dưa vào do dạc tất cả các chỉ tiôu kinh tế kĩ thuật cùng như dộ bổn lâu cùa
nó. So sánh các chì tiêu này với dộng cơ mẫu. với dộng cơ cù đang dược sàn xuất hàng loạt
để kiểm tra lại mục đích cùa việc thay dổi mẫu mà. Từ dỏ sẽ di dến các kết luận cụ thỏ’ và
chính xác hơn. Tất nhiên, nếu trình dô và trang bị cho phép nhà máy cũng có thổ liến hành
30

31. các thí nghiệm nghiên cứu. Các thí nghiêm được thực hiên ờ nhà máy thông thường đòi hỏi
dộ chính xác không cao lốm.
ỉ'2.1.2. Thí nghiệm tiến hành ở các cơ quan nghiên cứu
Các cơ quan nghiên cứu như các trường đại học, các viộn nghiên cứu,.,, (lòi hỏi có các
trang thiết bị cho phòng thí nghiêm phong phú hơn, chính xác hơn dể dảm bảo dược các
nhiêm vụ mang lính khoa học. Tất nhiên các cơ quan nghiên cứu này nhiều lúc cũng
tiến hành các thí nghiêm giống như các nhà máy. Hai lĩnh vực này luôn kết hợp và bổ sung
cho nhau.
Ví dụ do thực tế yôu cầu cùa nén kinh tế quốc dân,-của điều kiện sản xuất hay nói
cách khác cùa thị trường, cần có một loại dộng cơ khoảng 100 mã lực dùng trong một lĩnh
vực nào dó của nền kinh tế quốc dân, Nhà nước hoặc nhà máy đồ ra nhiệm vụ này cho cơ
quan nghiên cứu. Cơ quan nghiôn cứu có trách nhỉộm tìm ra các dộng cơ mẫu có các chỉ tiêu
kinh tê' kĩ thuật đáp ứng với yêu cầu đòi hỏi và phù hợp với trình dộ sản xuất của ta. Các
dộng cơ mẫu dược đưa vào khảo sát thực tê' đo các chỉ tiôu kinh tế kĩ thuật của chúng. Từ dó
có cơ sờ dể chọn dược loại dông cơ tốt nhất, phù hợp nhất với diồu kiộn sản xuất của mình,
sau đó đưa vào thiết kế, chê' tạo thử. Sau khi qua các bước trên, đông cơ mới được đưa vào
sản xuất hàng loạt.
Các thí nghiêm nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực động cơ có liên quan mật thiết với
hàng loạt ngành khoa học như quá trình nhiệt (truyền nhiệt, nhiệt động học); vể hoá như sự
bay hơi; thành phần các chất khí,... Như vây nó liên quan không chỉ cơ học mà cả hoá học,
thuỷ khí đông học,...
1.2.2. Các dại lượng cần đo trong thí nghiệm động cơ đốt trong
Trong công tác nghiên cứu ở lĩnh vực dộng cơ dốt trong người ta cần rất nhiểu loại
thiết bị khác nhau, các đại lượng cẩn đo cùa nó cũng vô cùng phong phú. ở đây chúng ta chỉ
nói các đại lượng cẩn do cơ bản tối thiểu mà thôi.
ỉ .2.2.1. Các đại lượng đặc trưng cho chếđộ lầm việc
- Sô' vòng quay của động cơ n
- pc áp suất có ích bình quân hay Nc, Me công suất và mômen có ích
• Gnl và Gkk lưu lượng nhiên liệu và không khí đi vào động cơ
- ọ góc đánh lừa hay góc phun sớm
- Nhiệt dồ dầu, nhiệt độ nước, nhiẹt đô khí nạp và nhiệt dô khí xả
- Thành phần khí xả.
1.2.2.2. Các đại lượng đặc trưng (lánh giá sự tổn thất bên trong
a ) Pi và Nị - áp suất chỉ thị bình quân vồ công suất chỉ thị
Hai chỉ liêu này muốn dánh giá mốt cách chính xác phải lẠp dược dể thi công p = f(a)
31

32. hoôc p - f(V). Với hai chì tiêu này người ta có
|héxácdịnh chính xác tổn thít cơ giớicùj
động cơ.
b ) Những thông sốgây tân thất nhiệt
- NhiỌi độ và lưu lượng nước
- Nhiôt độ và lưu lượng dầu
- Nhiệt độ và lưu lượng khí xả
- Thành
- Lượng tiêu hao dầu
Qua các
. JAno rơ đớt trong mà chú Ig ta vừa xét
. __________ l“Ợ"p.Cí"đ®‘T"22 dta'*’ dốt trong cluing la can ị|Ạ
trẽn cho thSv ring: Trong khi. nghicn cứu vé th( n^i«m dộng «sỏ:
cẠp dên các phương pháp và thiết bị đo các dại lượ g
lưu lương, khôi lượng và thành phần khí.
Trong các chương tiếp theo chúng ta lẩn lượt nghiên cứu các loại
32

33. Chương 2
ĐO ÁP SUÂT
2.1. K1ÚĨ NIỆM CHUNG
Đo áp suất là một quá trình do quan trọng trong nhiổu lĩnh vực kĩ thuật, đặc biệt trong
việc nghiên cứu động cơ đốt trong. Người ta gọi ứng suất tác dụng lên chất khí, chất lỏng là
áp suất. Về mặt vật lí thì áp suất có định nghĩa như sau: Áp suất là lực tác dụng lên một đơn
vị diện tích.
Như vây muốn xác dinh áp suất phải xác dịnh lực tác dụng lên một diộn tích đã cho.
Cho nên một lực tuy nhỏ nếu tác dụng lên một diện tích rất nhỏ sẽ cho một áp suất rất lớn.
ờ trong chất lỏng và chất khí áp suất được phân bố đều đặn mọi nơi, mọi hướng.
Phương tác dụng của áp suất luôn luôn vuông góc với mặt phảng phân chia - mặt giới hạn
của nó. Dưới tác dụng của trọng lực (lực hút của trái đất) nên áp suất ở một lớp nào dó của
chất lòng ờ trong bình chứa không phải chỉ riêng có lực tác dụng bên ngoài lên lớp chất lỏng
đó mà còn có phần trọng lực của cột chất lỏng phía trên nó.
Ví dụ trong bình chứa nước ở mặt trên của nó có áp suất p. ở mặt AB có độ sâu h
(hình 2.1) áp suất lớn hơn ở mặt thoáng một đại lượng bằng
trọng lượng của cột chất lỏng ở phía trên của tiết diện AB,
ta có:
Pab = p + ^7^ = p + pgh
A
trong đó: A - diện tích tiết diện AB; À „
b A B
p - khối lượng riêng của chất lỏng;
g - gia tốc trọng trường;
’ * Hình 2.1. Áp suất trong
p - áp suất của nước lên mặt thoáng; .
1 r bình chứa chat lỏng.
Pab ■ áp suất nước ở lớp AB.
Song chúng ta cần lưu ý rằng khối lượng riông cùa chất khí thường rất nhỏ cho nẻn sai
số sinh ra khi bỏ qua đại lượng pgh trong quá trình đo áp suất cùa các chất khí là không
đáng kể. Thường người ta bỏ qua đại lượng này.
Người ta sử dụng hiện tượng giàm trọng lượng riông cùa cột không khí khi chiều cao
lăng để qua viộc đo áp suất mà xác định dược chiều cao.
33

34. 1 heo cổng thức vổ (lộ cao phong vfi biổu:
h2 “ hj = (18,4 “ 0.667tm) lg(Pbt / Pb2^ ’ 1AV n V*
thì sự khác nhau vé đô cao h| và h2 là tỷ lệ với logarit cùa tỷ số áp suất, ở ây Pb| va pb2 là
áp suất cùa cột không khí theo °C.
Hình 2.2 chĩ ra SỊT giảm của áp suất không khí; nhiột độ trung binh < luợng
riêng cùa không khí khi chiêu cao tâng.
Trong lí thuyết về (lộng học của chít lỏng dã giải thích rằng tác dụng cua áp suất lên
thành bình là do sự va đẠp của các phân từ chất lỏng bởi sự chuyên dộng thương xuyên hôn
tục cùa nó. Trong quá trình va chạm những phân tử do bị thay dôi tốc độ cua chung vẻ tn số
cũng như hướng, nhưng thành bình lại trà lại cho chất lỏng một nang lượng chinh bang nang
lượng đà nhận cùa các phân từ chất lỏng ở trên. Chính vì vậy tổng số năng lượng cua khối
chất lòng là không dổi. Giải thích trên có thể xcm xét một cách khái quát răng: Lực tác dụng
cùa áp suất lên thành bình là sự xem xét có tính vĩ mô và có tính tĩnh học còn nêu xem xét
một cách vi mô thì có tính dộng học. Vì năng lượng
chuyển dộng cùa các phần tử là tỷ lệ với nhiệt dộ nên
cùng một thể tích áp suất sẽ tăng khi nhiệt độ tăng và
ngược lại.
Phương trình trạng thái của chất khí lí tưởng có
dạng:
pV = m.R.T
p= p.R.T
trong dó: p - áp suất;
V - thể tích;
m - khối lượng;
R = 848/M; M là trọng lượng phân tử;
T - nhiệt đô tuyệt đối;
p - khối lượng riêng.
Trong thực tế cùa chất khí thường dùng không
tuân theo một cách đầy đù già thiết của chất khí lí tưởng
song phương trình trên vẩn được sử dụng trong thực tế. Khi dó người ta dưa vào một hàng số
để hiệu dính sai lệch đó.
• • »
Hình 2.2. Nhiệt độ trung bình t,
áp suất không khí p() và khối
lượng riêng p() phụ thuộc vào
chiều cao.
2.2. DƠN VỊ ĐO ÁP SUẤT
Trong khoa học kĩ thuât khái niêm vẻ áp suất dược sir dụng rông rãi cho nên đơn vị
cũa nó phải dược lưu tâm qui định một cách chính xác. Trên thực tí hiện nay con sù dụng
một số hệ đơn vị sau:
34

35. 2.2.1. Dơn vỊ (lo áp stiâì theo vẠt lí
- ơ hộ CGS (chiéu dài là centimet, (lơn vị khối lượng là gam, đơn vị thời gian là giây).
Ta có đơn vị lực là DYN, đơn vị áp suất sẽ là (lyn/cm2
1 dyn/cm2 = 1 microbar
106 microbar = 103 milibar = 1 bar
- ơ hệ MKS (đơn vị chiều dài là inct, dơn vị khối lượng là kilogam, dơn vị thời gian là
giây).
Ta có đơn vị lực là N (Newton), dơn vị áp suất sẽ là N/m2
1 N/m2 = 10'5 bar
2.2.2. Đơn VỊ áp suất theo phong vũ biêu
Đơn vị áp suất theo phong vũ biểu là đơn vị do áp suất tính theo milimet chiều cao của
cột thủy ngân. Áp suất cùa không khí cũng thường dược do bằng chiềú cao của cột thuỷ
ngân tính theo milimet. Muốn qui dẫn, đo và tính một cách chính xác các chỉ tiêu dều cần
phải qui về điều kiện tiêu chuẩn. Trong việc do áp suất bằng chiều cao của cột thuỷ ngân thì
các thông số quan trọng cần phải được xác định là:
- Gia lốc trọng trường chuẩn là gn = 9,80665 m/s2
- Nhiệt đô chuẩn là t = o()c
- Khối lượng riêng của thuỷ ngân pHg = 13,5951 g/cm3.
Trong các diều kiện chuẩn đó thì đơn vị áp suất phong vũ biểu sẽ là:
1 mm Hg (chiều cao) ở o°c = 1 Torr
760 Torr = 1 atm (atmosphe vật lí)
750,062 Torr = 1 bar
Theo qui ước quốc tế thì atmosphe vật lí [atm] được sử dụng là dơn vị áp suất liêu
chuẩn.
2.2.3. Đơn vị đo áp suất phi tiêu chuẩn
Các đơn vị này chỉ tổn tại trong tài liệu cũ, nhiều ngành khoa học kĩ thuật không còn
sử dụng nữa. Tuy nhiên, thực tế vẫn còn một số lĩnh vực còn đang sử dụng dơn vị này.
Người ta có định nghĩa atmosphe kĩ thuật như sau:
1 kG/cm2 = 1 at
1 kG/m2 = 1 mm chiều cao cột nước = 10‘4 at
735,56 Torr = 1 at
Có thể thấy rang đơn vị áp suất 1 kG/m2 rất gần với áp suất của cột nước là 1 mm
chiều cao ở 4(’c và gia tốc trọng trường tiêu chuẩn nôn trong thực tê' người ta cũng sử dụng
milimet chiều cao cùa cột nước để do áp suất một cách rộng rài.
35

36. (lo áp suất. Trong bàng còn
ở bàng 2.1 cho chúng ta cái nhìn tổng quát vổ các (lơn vị
cho thêm hệ đơn vị áp suất cùa Anh.
2.3. CÁC KHÁI NIỆM ÁI’ SUẤT
Trên hình 2.3 thê’ hiộn các khái niêm áp
suất như sau:
■ Pa lù úp suất tuyệt (lối hay áp suất toàn
phán
- p là áp suất dư tức là phàn áp suất lớn hơn
áp suất khí trời.
• pkk là áp suất khí trời hay áp suất phong
vũ biểu.
Pt
Pkk
Pa
Hình 2.3. Các khái niệm áp suất.
- p, là áp suất thiếu tức là phẩn cáp suất nhò
hơn cáp suất khí trời.
Từ các khái niệm trên có thể dề dàng nhân thây:
Pa = Pkk + p
hoặc pa = pkk - Pi
Có thể diễn dạt bằng lời như sau:
Áp suất tuyệt dối là bằng áp suất khí trời pkk cóng với cáp suất dư p hoậc trừ di cáp suất
thiếu pP Khi áp suất thiếu càng lớn thì áp suất tuyệt đối ờ nơi thí nghiệm Ccàng nhỏ. Ap suất
thiếu lớn nhất lcà bàng áp suất khí trời trong khi áp suất dư lớn nhât là không thê giới hạn
được. Trong thực tê' không thể dạt áp suất tuyệt đối bằng không (0).
Áp suất tuyệt đối nhỏ nhất có thổ dạt được cho dến nay là khoảng 10'11 Torr.
Nếu cùng một áp suất thiếu p, nhưng áp suất khí trời khác nhau thì cáp suất tuyệt đối
cũng khác nhau. Để hạ thấp áp suất tuyệt đối người ta sử dụng bơm chân không. Do dó, giá
trị cùa áp suất thiếu pt không đánh giá được một cách rõ ràng công suất hay dỏ hoàn thiện
cùa một bơm chân không.
Ví dụ có hai bơm chân không: chiếc thứ nhất dạt dược áp suất thiếu là 700 Torr khi áp
suất khí trời là 705 Torr, nghĩa là áp suất tuyệt dối là pa = 5 Torr. Chiếc thứ hai cũng dạt 700
Torr nhưng ờ áp suất khí trời là 800 Torr, như vây cáp suất tuyệt đối còn khá lớn pa = 100
Torr.
Người ta cũng không thể sử dụng áp suất tuyỏt dối pa dổ đánh giá được công suất hoác
mức dợ hoàn thiện cùa bơm chân khống vì cùng một giá trị pa nhưng áp suất khí trời khác
nhau tin hiệu qua cua bơm cung khac nhau. Vi vây trong thưc tê người la dưa ra khái
vé độ chán khổng. Độ chân không dược tính theo tỳ lệ phẩn trăm giữa áp suất thiếu và áp
suất khí trời.
36

37. Độ chftn không % = _B1_. 100
Pkk
Khi p, = 0 thì độ chân không là 0%
Khi áp suât thiêu p, bằng áp suất khí trời pkk thì pa = 0 lúc bấy giờ có độ chân không
là 100%.
Rdng 2.1: Bàng chuyên đổi các đơn vị đo áp suất
N/m* ; bar micro bar kG/m2 atm Terr at Ib/in2
1 N/m2 =
í 105 10 1,01972.10-’ 0.986923.10-’ 0,750062.10 2 1.019716.10*’ 0,145038.10’3
1 bar =
10f dyn/cm2 =
105
1 10’ 1.01972.1Q-’ 0,986923 750,062 1,019716 14,5038
1 microbar =
1 dyn/cm2 =
10*' 10-6 1 0,986923.10-* 0,750062.10-3 1,019716.10 s 0,145038.10“*
kG/m2 = 0.! ?SŨ665.10 0.930665.10“* 0.980665.10'2
1 0,967841.10“* 0,735559.10-’ 10-4 14,2233 10“*
1 atm =
760 Torr =
1.101325.1O5 1,01325 1,01325.1 o6 1.03327.10* 1 760 1,03327 14,6959
1 Torr =
1.3 33224.10’ 1.333224.10*3 1,333224.103 13,59510 1.315789. IQ-3 1 1.359510.10"3 19.3368.10*3
1 at =
1 kG/cm2
0,9
1
60665.10’ 0.930665 0,980665.10’ 1Ũ4 0.967841 735,559 ■ 1 14.2233
1 b/in2 = 0.68948.10* 0.68948.10'1 0,68948.10’ 0.70307.103 0,68046.10-’ 51,715 0,70307.10’’ 1
2.4. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ĐO ÁP SUẤT
Ị - '-••• • • ■ •
2.4.1. ’hương pháp đo áp suất
Thông thường khi đo ãp suất người ta ít quan tam đến giá trị tuyệt đối cùa áp suất mà
quan tám lới giá trị chênh lệch dp suất giữa 2 môi trường, 2 điểm, ... Chính Vày ờ đày ta nói
đến hai loại thiết bị đo áp suất.
- Thiếrbị tfcrấjrsưất khf trờỉ-gọi là-p/mng-vũ bỉểtt hay bíirom?#:^^—1
- Thiết bị đo chênh lệch áp suất gọi là áp Ắc hay manomet.
Sơ dổ phân loại các nguyên lí đo áp suất dược thể hiện trên hình 2.4. Các thiỏì bị do
áp suâì dựa theo nguyên lí do này, sử dụng trong các ngành khoa học kĩ thuật là vồ cùng
phong phú. Trong phạm vi ứng dụng của kĩ thuật, chúng ta sẽ không di sau vào nghiôn cứu
tất cả các thiết bị do áp suất dược đưa ra ở sơ dổ phân loại trẻn (hình 2.4), ví dụ phương
37

38. pháp do áp su.1t bằng dẳn nhiọt, b.ìng ion 110.1 và tna sát chất khí vì nhưng ' ,êI ’ ?’'này ít
được sù dụng rộng rài. Chúng thường được dùng đổ do áp suất rồt nho c 1 rr11 TT nhò’
ví dụ thiết bị do áp suất bàng ion hoa chất khí dùng để do áp suất trong phạm VI IU Torr.
Ngoài ra chúng ta còn thường gẠp thiết bị đo áp suất thay đôi nhanh sư Ch-Ins PM
biên trong quá trình nghiên cứu dộng cơ đốt trong cũng như cac thiêt b| y móc khác.
Thiết bị do áp suất loại này khá dạc biột: nó có hai thông số do đồng thời la ap suât và
quãng dường dịch chuyển. Giá trị áp suất cẩn do được thu nhân thông qua cam bien ap SU;Ĩ(
kiêu diện hoặc kiểu cơ. Song muốn quan sát hoặc ghi nhận các giá tri ap suat đa cam thụ
được ta phải dùng một thiết bị do dặc biệt khác gọi là thiết bị chỉ thị (hay indicator). Thiết bị
chỉ thị này được sử dụng không phải chỉ dể nghiên cứu áp suất mà còn dược sử dụng trong
nhiéu lình vực khác nên trong giáo trình này dược trình bày thành một chương riêng biệt.
Đê thấy rõ phạm vi ứng dụng của các loại thiết bị đo áp suất dược biổu dicn ơ sơ dổ
nguyên lí đo hình 2.4 sẽ được nghiôn cứu ở dây, chúng ta quan sát hình 2.5.
Hình 2.4. Sơ đổ phân loại nguyên lí của thiết bị đo áp suất
38

39. 2.4.2. Thief hỉ (lo áp suất
Chúng ta đà
nghiên cứu ở
phần trôn và thấy
rằng trong thực
te người ta chỉ
thường quan tâm
tới độ chênh áp
suất giữa áp suất
của môi trường
cần đo với áp suất
khí trời. Vì vẠy,
trước khi nghiên
cứu các loại thiết
bị chênh áp
■> áp ke dàn hoi lò xo ông
áp ke dàn hoi lò xo ổng lượn sóng
áp kế dàn hồi lò xo tấm
áp kế dàn hồi lò xo hộp
áp kế chữ u
áp kế hình vuông
áp kế hình xuyến
áp kế phao thủy ngân
1Q-4 10-3 IO'2 10‘‘ I 10 102 103 kG/cm2
Hình 2.5. Phạm vi ứng dụng của các áp kế thường gập.
(manomet) ta phài nghiên cứu thiết bị do áp suất khí trời.
2.4.2. ỉ. Phong vũ biểu hay baromet
Phong vũ biểu là thiết bị do áp suất của lớp không khí bao quanh quả dất tác dụng lên
mật đất.
2.4.2.1.1. Baroìneỉ thuỷ ngán
Phong vù biểu thuỷ ngân là loại dụng cụ dùng để đo áp suất khí trời được sử dụng
rộng rãi nhất.
Hình 2.6 giới thiệu kết cấu của một baromet thủy ngân. Nó là một ống bằng thuỷ tinh
một dẩu được làm rộng ra (có dường kính lớn hơn) và hàn kín lại, dầu kia cũng làm rộng ra
và để trống hay nói cách khác là được tiếp xúc với không khí.
Tại dầu bịt kín, mặt thoáng của thuỷ ngân sẽ chịu tác dụng của hơi thuỷ ngân vì khi
không khí được hút ra bởi bơm chân không thì mặc dầu với nhiệt độ thấp thuỷ ngân cũng
bay hơi. Cho nén nói một cách thật chính xác thì baromet thuỳ ngân cũng là thiết bị do sự
chênh lệch áp suất giữa một bên là áp suất khí trời tác dụng lên mặt thoáng để trống và một
bén là áp suất hơi thuỷ ngân. Song trong thực tế áp suất hơi thuỷ ngân rất nhỏ: nếu nhiệt độ
lén dến 40°C thì sai sô' sinh ra chỉ ở giới hạn 0,01 Torr nên thường được bò qua.
Để do chiểu cao cùa cột thuỷ ngân ta phải dùng thước do chiều dài.
Hình 2.6a giới thiệu baromet hình chẠu và hình 2.6b là baromet thuỷ ngân theo
nguyên lí bình thổng nhau. Khi áp suất khí trời thay dổi làm cho chiều cao cùa hai nhánh cột
thuỷ ngân thay dổi. Để xác định áp suất, tức là khoáng cách giữa hai mặt thuỷ ngân ta buộc
phải diều chinh cho I mật cùa cột thủy ngân trùng với vạch không (diếm 0) cùa thước do
39

40. m ó Hình 2.6a người ta điổu chinh chn
?'’ườ.ne,chỉnh đỂ."*?’ ,iếp XIIC với. k,'í.,ĩờiở.í íxm 0 ciía thước bàng bulông điều chinh 6
mạt thoáng cùa thuỷ ngAn trong chẠtt trùng v< i <1' ' ’ Ở 2 6b ! "
dáy chạn. Vái kết cấu này người ta cố (tịnh thước lên í
định chiẻu cao ta phải (lịch chuyển thước.
Như phàn định nghĩa ờ mục 2.2.2 vẻ đơn vị ap siiât
dà xác định:
1 Torr = 1 mm Hg ở onc
nên giá trị dượcKhãc tre ' thước do cùng ủng
cùa môi trường đo ừ 0°C. Giá trị dó có the qui dẫn sang
các hệ đơn vị đo áp suất khác ừ bàng 2.1.
Chính vì Vậy ờ các phép do đòi hỏi đô chính xác cao
người ta buộc phải xcm xét đốn sự giãn nở của thuỷ ngAn
cũng như vật liêu làm thước khi nhiệt độ của môi trường
do khác với o”c. Ở đây chúng ta cần tính toán để quy đổi
áp suất đo được khi nhiệt độ của môi trường đo khác o()c.
Nêu gọi áp suất khí trời là pkk do được bằng chiều cao của
CÔI thuỳ ngân ờ onc là h() và ò nhiệt độ là t°c thì chiều cao
; ,7 I ~ 1 ’ 7, ; .7 7 7
cùa cột thuỷ ngân sê là ht. Từ công thức về sự giãn nở của
!
a)
Hình 2.6. Kết cấu của
baromet thuỷ ngân:
a) Baromet hình chậu;
b) Baromet bình thông nhau.
Vật liệu ta có viết
ht = h0 + h{) yHgt
ht = h0 (1+ YHgO
YHg là hệ số dãn nở dài của thuỷ ngân, YHg = 0,182.10"3/độ
Cũng nhu1 vậy thước đo chiều dài ở nhiệt độ t có chiều dài là lị được lính:
(2.1)
/t = /()(l+Yml)
trong đỏ: /() - chiều dài của thước ở 0°C;
Ym - hê số giãn nở dài của vật liệu làm thước.
Nếu là đổng thau: Ym = 0,000019/độ (0,019.10’
tiuỷtinh: Ym = 0,008.10’3/đô
3/độ)
(2.2)
thép: Ym = 0,012.10’3/độ.
Khi nhiệt độ tâng lén diỉn biến áp suất đọc dưới ành hường cùa sự giãn nở dài cùa cột
thuỷ ngân và thước kết quâ do sẽ có chiéu hướng sau:
. Dưới ảnh hưởng do giãn nở của cột Ihuỷ ngân. ipsZdoTdS?t°c sẽ tăng len
một lượng h0 yHgt.
- Do giãn nở cùa thước do chiéu dài nên áp suấ, đọc (tược . t„c nhỏ di mộ[ luỢn2
/()Ymt vì thước dài ra.
Thực ra /, và /„ chính là h, và h„. Nếu giải phuơng lrình 2 , và 2 2 (heo h(i và bò qua
40

41. đại lượng vô cùng nhò của sự khúc nhau giữa hị và h() khi tính độ giãn nở tức là cho:
I’oYitgt = h,YHgt
ta sè có:
h() = h| I I - (Ytig - Ym ) tj (2.3)
Càn phải lưu ý là phương trình (2.3) chỉ (lùng dô’ hiôu chỉnh sai số cho các baromct mà
giá trị chỉ cùa nó được hiên chình ở o°c. Nếu baromet được hiệu chỉnh ờ nhiệt độ khác thì
phài có quá trình tính sai sô' vổ nhiệt độ hiệu chình, sau (ló mới dưa giá trị do từ nhiệt dộ
hiộu chỉnh vổ nliiọt độ chuẩn ờ onc, lức là lính đến sự giãn nờ-cùa cột ihưỳ ngân giữa nhiệt
đô hiệu chỉnh và nhiệt độ chuẩn là o°c.
Baromcl thủy ngân là dụng cụ do áp suất khí trời rất dơn giàn nhưng có đô chính xác
rất cao. Đô bào đàm dược dộ chính xác cao chúng ta cán phải chú ý các dienrj sau:
a) Khi chia vạch cho thước đo chiều cao phải tiến hành cán thân, bào dàm độ chính
xác cao.
b) Thuỳ ngân dùng làm phong vũ biểu phải là thuỷ ngân
nguyên chất vì nếu có lẫn tạp chất sẽ làm cho trọng lượng
riêng, dô giàn nở,... cùa thuỷ ngân thay đổi.
c) Không gian kín phía trên cột thuỷ ngân của baromet
không được pha trộn bất cứ loại hơi hoặc khí nào khác.
d) Khi dọc kết quả phải chú ý dọc dúng vị trí của mặt
thuỷ ngân trong ống. Dưới tác dụng của sức căng mặt ngoài,
mật phân chia của chất lỏng trong ống thuỷ tinh không phải là
mật phảng mà có dạng mặt cầu như hình 2.7.
Hình 2.7. Ảnh hưởng
của sức căng mật ngoài
đến mạt phảng phân chia
của chất lòng trong ống.
Để xác định dứng vị trí của mặt phần chia (tức là chiều cao của cột thủy ngàn) đơn
giản và dễ đạt dộ chính xác cao phải chọn mặt phẳng nằm ngang trùng với tiếp luyến cùa
đinh mặt cầu phân chia thuỷ ngân trong ống.
Cùng với việc hiệu chỉnh nhiệt độ, trong các phép đo
đòi hỏi độ chính xác cao còn cần phải chú ý đến ành
hường của hiện tượng mao dãn đên kêt quà đo.
Baromei thuỷ ngân là dụng cụ cơ bàn để đo áp suất
cùa khồng khí có dộ chính xác rất cao song nó có nhược
điểm là:
- Vân chuyến không thuận lợi; dê hư I?ỗng, gay vơ.
- Không thể lự dộng ghi lại kết quà đo.
- Khó dọc chính xác giá trị đo vì phải kể đến một
số yếu tô' ảnh hường như hiên tượng mao dản, sức căng
mạt ngoài.
lĩĩỉiìi 2.Ố. Baromet kim loại:
1- màng dàn hổi; 2- hộp kín;
3- kim chi hay ghi; 4- lò xo;
5- bàng chi hay giấy ghi.
41

42. 2.4.2.1.2. Raromct kim loại
....................... . . . , lĩnh vưc bào quản, vân
Nhàm khấc phục nhược điểm cùa baromct thuỷ ngAn trong 11 V
chuyển và ghi kết quà đo người ta đã chế tạo ra baronict bằng kim loạt.
Baromct bàng kim loại có kết cấu cũng rất đơn giàn, vững bổn va có th g ghi
được kết quà đo song nó lại không thể (lo dược trực tiếp cáp suất cua khi trời. ì ,y trước
khi đo phải hiệu chỉnh và lấy chuẩn being baromet thuỷ ngân.
Hình 2.8 biểu diên sơ đổ nguyên lí kết cấu cùa baromet kim loại, cac bộ phân chu yếu
là màng đàn hổi 1 làm being kim loại dcỊp lượn sóng và hộp kín 2. Màng Ị và hộp 2 tạo thành
một không gian kín v.ù có dộ chân không tương dối lớn. Áp suất khí trơi tác dụng lên màng
1. Màng 1 có thể dịch chuyển tớt là nhờ có kết cấu lượn sóng và có lực đan hôi cua lò xo 4.
Khi màng dịch chuyên thì kim 3 cũng dịch chuyển. Vị tri
cùa kim trên bàng chia 5, cho ta giá trị của áp suất khí
trời pkk. Người t.a láp một bút ghi vào kim chỉ số 3 và
thay bàng chia 5 bằng một cuộn giấy thì sẽ ghi được giá
trị cùa áp suất. Muốn ghi được ta còn phải lưu ý có kết
cấu sao cho cuộn gieìíy có thể quay được. Cuộn giấy có
thể được dẫn dộng bởi một cơ cấu theo kiểu dồng hồ và
thông thường là 1 ngeày hoặc 1 tuần nó sẽ quay đủ 1
vòng, sau khi hết vòng phải thay bằng một bâng giấy
khác. Trong thực tế người ta thay thế hộp 2 có rmàng dàn
hồi 1 bàng nhiều hộp kim loại xếp nối tiếp nhau để dẫn
động kim chi 3 trong các baromet kim loại.
Hình 2.9 giới thiệu nguyên lí cấu tạo của baromet
bằng hơi. Nguyên lí của nó dựa vào tính chất sau: nhiệt
dộ sói của một chất lỏng là phụ thuộc vào áp suất, ở đây
chất lỏng thường dùng là nước. Nước trong bình 2 được
đun sôi nhờ đèn 1 (nguồn năng lượng). Bình nước 2 chịu
tác dụng cùa áp suất không khí nhờ có các lỗ thông 4.
Khi nước sôi nhiệt độ dược do nhờ có nhiệt kế thuỷ ngân
5. Song nhiệt kế này dược chia theo áp suất tức bằng
milibar hoăc Torr. Như v.Ịy độ lớn trực tiếp do dược ờ
đây là nhiệt dó.
Hình 2.9. Sơ dổ nguyên lí kết
cấu cùa baromet bàng hơi:
1- dèn cung cấp năng lượng;
2- bình chứa nước; 3- dường
dản hơi nước di; 4- lỗ thông
với áp suất khí trời; 5- nhiệt
kế chia theo milibar hoủc Torr.
2.4.2.2. Thiết bị (lo độ chênh áp - áp kế, hay manomet
Như ta dã bàn đến ở phein trên trong thực tế dỏ chênh áp dóng một vai trò
quan trọng
hơn. Trong thực tế các thiết bị do dọ chênh áp giữa hai mùi irllờng do như gijja áp suit
không khí và áp suit mói trường do dược do bàng thiết bị gọi là áp kỊ- hay manon,“t ở dày
chúng ta nghiên cứu một số ihiốt bị cơ bàn.
42

43. 2.4.2.2. ỉ. Áp kê chất lỏng
Trong áp kê chât lòng người ta sử (lụng (lộ chênh vổ chiẻu cao giữa 2 cột chất lỏng
chịu lác dụng cua áp su.ìt girra 2 môi trường, tức là (lựa vào nguyôn tắc cùa bình thông nhau.
Kêl câu cua loại này vô cùng phong phú, ở dây chỉ xét một vài loại phổ biến.
a) Áp kố chữ Ư:
Ap kê chư u là loại thiết bị do chênh áp dược sử dụng rộng rãi nhất. Theo nguyôn lí
bình thông nhau thì hai mạt chất lỏng chứa trong một ống chữ Ư có chiổu cao bằng nhau nếu
áp lực tác dụng lên chúng bằng nhau. Ngược lại nếu áp suất giữa 2 dầu ống chênh lệch nhau
thì xuat hiên sự chênh lệch chiêu cao giữa hai mật chất lỏng. Sự chênh lệch này phụ thuộc
vào độ chênh lệch áp suất giữa 2 mặt chất lỏng và trọng lượng riêng của chít lỏng chứa
trong ống chữ Ư.
Hình 2.10 cho thí dụ về một bình chứa nước có lắp một áp kế chữ Ư để do áp suất của
nước trong bình. Theo nguyên lí cân bằng áp suâ't ta viết dược phương trình sau:
Pkk+ Pgh = Pi + p’g’h’
vậy Pi = p’g’h’ - pgh
trong đó: pkk - áp suất của không khí;
Pi - áp suất ở mặt chất lỏng trong thùng;
h - chênh lệch chiều cao của cột chất lỏng trong
ong chữ Ư;
h’- chênh lệch chiều cao cùa nước trong bình
với ống chữ Ư;
p - khối lượng riêng của chất lỏng làm áp kế
(chất lỏng trong ống chữ Ư);
p’ - khối lượng riêng của nước trong binh.
Hình 2.10. Nguyên lý đo
của áp kế chữ Ư.
Trong áp kế chữ Ư cũng cần phải lưu ý đến sự thay đổi trọng lượng riêng của chất
lòng đối với nhiệt đổ cũng như sự giãn nờ của thước và chất lỏng làm áp kế như ở baromet
thuỷ ngân.
Hình 2.11 chỉ ra kết cấu cùa một áp kế chữ Ư dơn giàn. Thước do khoảng cách giữa 2
mật chất lỏng dược cố định lên áp kế (trên giá gắn ống chữ ư). ở loại áp kế có kết cấu thước
do như hình 2.11 thì dộ chênh lệch áp suất giữa 2 môi trường dược xác dịnh bằng tông của 2
giá trị dọc dược trên mỏi nhánh chữ Ư.
Áp kế chữ ư có kết cấu như hình 2.11 có nhược điểm là dọc kết quà phức tạp hơn vì
phải tính sự chênh lệch giữa 2 mạt chất lòng. Để dơn giàn hóa, người la làm áp kế chữ Ư
một nhánh. Hình 2.12 chỉ ra nguyên lí kết cấu cùa loại áp kế này. Loại áp kế này là biến thẻ
của áp kế chữ ư với một nhánh dược làm rất rông hoặc là một châu lớn. Do có kèì cấu như
vây nên sự thay dổi chiều cao cùa chất lỏng ở nhánh lớn (hoẠc châu) là rất nhỏ. Kết quà đọc
43