Instrument and Control

 Với kỹ sư đo lường thì độ lặp lại và độ tái lập ít khi gặp trong thực tế, tuy nhiên khi làm với các thiết bị phân tích, độ lặp lại và độ tái lập được quan tâm nhiều hơn. Theo tiêu chuẩn ISA51.1-1979, thì: Độ lặp lại, repeatability : là sự thống nhất về mức độ gần nhau giữa các giá trị đo được liên tiếp nhau với cùng giá trị đầu vào giống nhau trong cùng một điều kiện vận hành, tiếp cận cùng một hướng (hướng lên hoặc hướng xuống) và trong cùng toàn dải đo. Người viết: vậy hiểu thế nào cho đúng? trong định nghĩa này độ lặp lại thực chất là mức độ sai khác của các giá trị đo với nhau, mà không có để cập đến đường chuẩn hay đường chính xác. Vì thế, độ lặp lại chỉ là để kiểm tra tính lặp lại, tính thống nhất của thiết bị với cùng 1 đầu vào. Lưu ý: độ lặp lại không bao gồm tính chất trễ (hysteresis) (Người viết: người đọc tham khảo thêm về khái niệm hysteresis, hoặc tham khảo hình cuối bài để phân biệt khái niệm hysteresis và deadband - khoảng chết) Người viết: Em làm y như vậy liê...

Khác với đo lường trong phòng lab nơi các điều kiện đo được kiểm soát kỹ và theo đúng tiêu chuẩn, các thiết bị đo tại khu vực công nghê phải chịu nhiều yếu tố gây sai số do môi trường. Vì vậy, quan điểm về độ chính xác giữa kỹ sư đo lường và kỹ sư hóa hay các kỹ thuật viện trong lab cũng khá khác nhau. Bài viết này tập trung giải thích về độ chính xác theo quan điểm của kỹ sư đo lường, và được dịch gần như sát nghĩa với tiêu chuẩn ISA51.1-1979, để người đọc có thể lấy làm tham chiếu Độ chính xác (accuracy) theo định nghĩa tiêu chuẩn ISA51.1-1979 là mức độ phù hợp (degree of conformity) của giá trị hiển thị (indicated value) so với giá trị chuẩn (standard value) hay giá trị lý tưởng (idea value) accuracy : In process instrumentation, degree of conformity of an indicated value to a recognized accepted standard value, or ideal value Độ chính xác, giá trị đo: là độ lệch (deviation) âm hoặc dương quan sát được khi kiểm tra (test) một thiết bị trong điều kiện xác định hay theo một Phương phá...

Đo lưu lượng nguyên lý dòng xoáy (vortex) cho ứng dụng đo lưu lượng hơi (steam) Đo lưu lượng bằng nguyên lý đo dòng xoáy gọi tắt là thiết bị đo lưu lượng vortex, hoạt động dựa trên hiệu ứng Karman, tên của một nhà vật lý người Mỹ gốc Hungary. Ông quan sát thấy rằng các dòng xoáy vortices) được sinh ra sau khi lưu chất đi qua 1 vật chắn ngang. Cảm biến trong thiết bị đo lưu lượng vortex sẽ đếm số lượng các dòng xoáy hoặc dòng rối, kết hợp với việc đo mức độ nhanh chậm của chúng để suy ra vận tốc của dòng chảy qua thiết bị đo lưu lượng vortex. Các thông số về số lượng vòng xoáy và độ nhanh chậm được cảm biến chuyển sang tín hiệu điện, truyền về transmitter dưới dạng xung có 1 giá trị tần số. Bộ xử lý của transmitter từ đó tính toán ra lưu lượng thể tích (volumetric flowrate) trên cơ sở có tính đến giá trị K-factor (là giá trị duy nhất được hiệu chuẩn của thiết bị lúc xuất xưởng). Bàn về hiệu ứng Karman, về việc dòng xoáy sinh ra khi có vật chắn trên đường đi, người viết hay c...

Các câu hỏi lớn cần phải trả lời khi thiết kế một hệ thống công nghệ được đặt ra cho nhóm thiết kế là: Đầu vào nguyên liệu của nhà máy là gì, có tính chất ra sao, có bao nhiêu đầu vào? Đầu ra sản phẩm có đặc tính gì, có bao nhiêu sản phẩm được sản xuất ra sau khi kết thúc quy trình công nghệ? Các thiết bị chính trong quy trình công nghệ ra sao, chúng được kết nối như thế nào? Các câu hỏi này cần phải được trả lời rõ ràng từ các kỹ sư của nhóm dự án. Và việc phát triển quy trình công nghệ có ý nghĩa quan trọng trong giai đoạn tiền khả thi, giúp cho chủ đầu tư dự toán được chi phí đầu tư dự kiến. Người chịu trách nhiệm chính trong việc phát triển và kiểm soát bản vẽ này là kỹ sư công nghệ. Tuy nhiên, kỹ sư đo lường và kỹ sư điện cũng cần tham gia để đảm bảo bản vẽ quy trình công nghệ được hoàn thiện, khi các thiết bị chính được xác định, kỹ sư đo lường cần lên được quy mô của hệ thống tự động, vẽ được sơ đồ khối tổng quan nhất. Vì tính chất chuyên môn...

Các bản vẽ và tài liệu mà kỹ sư đo lường sử dụng trong công việc thiết kế và vận hành với những mục đích tương đối khá khác nhau. Kỹ sư đo lường trong dự án mới thường phải tiếp cận hệ thống tài liệu dựa trên các giai đoạn phát triển của dự án, mà điển hình là giai đoạn ý tưởng (concept hay pre-FEED), giai đoạn thiết kế sơ bộ (front-end engineering design FEED), giai đoạn thiết kế chi tiết (detail design) và giai đoạn lắp đặt chạy thử (pre-commissioning và commissioning). Kỹ sư đo lường trong giai đoạn vận hành được thừa hưởng bộ tài liệu của giai đoạn thiết kế, vì thế, chất lượng của bộ tài liệu dự án đặc biệt quan trọng cho suốt quá trình phát triển, vận hành và tháo dỡ (development, operation and de-commissioning). Bộ tài liệu và bản vẽ dự án hầu hết phải được xây dựng trên cơ sở các quy định về quản lý dự án (project specification), các hướng dẫn về thiết kế của từng chủ đầu tư (company guidelines), các tiêu chuẩn kỹ thuật tại nước sở tại và tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế (national an...

Sau khi đã hiểu các khái niệm liên quan đến khả năng vận hành của thiết bị đo (performance), ta sẽ đi tìm hiểu tiếp mối tương quan giữa các khái niệm này là như thế nào ? Khi nói đến các đặc tính đo, thông số mà kỹ sư đo lường quan tâm nhất có lẽ đó là độ chính xác (accuracy), tức là giá trị đo phải nằm thật gần giá trị chính xác nhất. Tuy nhiên, như đã nói trong bài trước, độ chính xác cần được xác định rõ được xác định ttrong trường hợp nào, điều kiện thử nghiệm ra sao, độ chính xác so với thang đo nào, để độ chính xác của thiết bị đạt được gần với kỳ vọng nhất. Sau đó, độ chính xác đó phải có tính lặp lại tốt, điều đó có nghĩa là khi tôi đo lại 1 điểm đo, giá trị tôi đọc được phải càng gần giá trị tôi đo trước đó. Và khi đọc giá trị đo, tôi tin tưởng rằng đó là giá trị đo đúng và độ không đảm bảo đo thấp nhất. Trong phần lớn các ứng dụng trong đo lường, đại lượng đo được dùng để điều khiển các thiết bị điều khiển cuối như bơm, van điều khiển. Giá trị đo càng đúng, ...

Khi nhắc đến độ chính xác và độ lặp lại, ta không thể nhắc đến một khái niệm khác đó là độ không đảm bảo hay độ không chắc chắn (uncertainty). Giả sử nói một thiết bị đo áp suất có độ chính xác là 0.5% giá trị đọc được, vậy có phải trong tất cả 100% các lần đo, độ chính xác đều nằm trong sai số cho phép là 0.5%. Điều này không thể xảy ra trong điều kiện thử nghiệm, cũng như chắc chắn sẽ không xảy ra trên thực tế. Trong đo lường, giá trị đo   tùy vào mục đích mà dùng để giám sát, điều khiển nhưng đều dùng để ra một quyết định nào đó. Giá trị đo này, phải có chất lượng đủ "tốt" có nghĩa là có thể tin tưởng được để ra một hành động quyết định nào đó. Vì vậy, khi đề ra một phương pháp thử nghiệm để ra một kết luận, người ta hay nói đến độ chắc chắn của dữ liệu là bao nhiêu phần trăm. Vì vậy, độ không đảm bảo trong đo lường xác định được giới hạn của một tập các sai số cụ thể hay sai số hệ thống với độ tin cậy nhất định. Độ tin cậy phổ biến nhất trong việc phân tích độ k...

Mục đích cuối cùng của đo lường vẫn là làm sao giá trị đo gần với giá trị chính xác nhất (true value) của đại lượng được đo, trong đó sai số được hiểu là độ sai khác giữa giá trị đo và giá trị chính xác. Trên thực tế, sai số là không thể tránh khỏi vì môi trường đo lường luôn có nhiều biến đổi và không tuyến tính, và bản chất của việc sai số cũng rất khó xác định. Thực tế, nhà sản xuất chỉ xác định khoảng sai số mà thiết bị hoạt động trong điều kiện thử nghiệm và điều kiện thực tế. Hình dung đô chính xác được ví von như tập hợp các viên đạn được vận động viên bắn vào bia. Nhìn vào kết quả bắn như hình trong bài viết, ta có thể nói rằng vận động viên bắn súng có phong độ rất ổn định, các phát bắn đều   lệch nhau rất nhỏ, có độ lặp lại (repeatability) rất tốt. Tuy vậy, nhìn vào tâm của bia bắn, thì rõ ràng là vận động viên này không ghi được nhiều điểm, vì các điểm này không nằm gần tâm vòng tròn. Vậy kết quả bắn súng ở đây chỉ thể hiện khả năng bắn súng của vận động viên này c...

Theo định nghĩa của ISA (International Society of Automation), độ chính xác (Accuracy) trong thiết bị đo lường là mức độ phù hợp của giá trị chỉ thị so với giá trị chuẩn được chấp nhận hay so với giá trị lý tưởng Độ chính xác của giá trị đo (Accuracy, measured) được định nghĩa là mức độ sai khác (dương hay âm) lớn nhất quan sát được trong quá trình đo   dưới điều kiện hoạt động   cụ thể và phương pháp đo cụ thể Vậy khi nói đến độ chính xác, cần lưu ý đến các yếu tố sau: Các điều kiện vận hành cụ thể (specified conditions) như điều kiện về nhiệt độ, áp suất, lưu lượng,… Phương pháp đo hay quy trình đo cụ thể (specified procedure) Trong đo lường công nghiệp, rõ ràng khái niệm độ chính xác là mối quan tâm chính của kỹ sư đo lường và tự động. Bởi lẽ, đo lường chính xác thì mới điều khiển chính xác 1 quá trình, qua đó tối ưu được đầu ra của quá trình điều khiển. Tuy nhiên độ chính xác và sai số gây ra khá nhiều nhầm lẫn và rắc rối trong quyết ...

Ngày nay, các công nghệ đo lường và hệ thống tự động đã tiến hoá rất nhanh so với vài thập kỷ trước đây, một số thiết bị đo hay điều khiển thậm chí đã biến mất vì lỗi thời thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, có độ chính xác cao hơn, hiệu quả hơn, thân thiện với môi trường hơn nhờ vào sự thay đổi không ngừng của các bộ vi xử lý và hệ thống công nghệ thông tin. Kỹ sư tự động hoá ngoài hiểu biết về hệ thống đo lường và các ngôn ngữ lập trình tự động, họ còn phải tự trang bị các kỹ năng và hiểu biết về mạng truyền thông, về các ngôn ngữ lập trình cấp cao để có thể tích hợp hệ thống tự động vào hạ tầng công nghệ thông tin. Ở cấp đo đo lường, hiểu biết sâu sắc về các thông tin của quá trình điều khiển, của các đặc tính lý hoá các lưu chất   đo, sẽ giúp ích cho các nhân viên vận hành, nhân viên bán hàng, kỹ sư lựa chọn được thiết bị đo phù hợp nhất với yêu cầu của ứng dụng đo. Đo lường và điều khiển quá trình có một cuộc cách mạng dài từ điều khiển bằng tay (manu...

Đo lường và điều khiển được ví như là bộ não và hệ thống thần kinh của một nhà máy hiện đại. Như bộ não của một vận động viên chạy bộ vận hành tay và chân cùng nhịp thở sao cho người đó có thể chạy nhanh và xa nhất. Tương tự như vậy, hệ thống đo lường và điều khiển có chức năng giám sát và điều khiển các quá trình trong nhà máy vận hành một cách mượt mà hiệu quả, tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, với chi phí vận hành rẻ nhất và an toàn cho người vận hành cũng như môi trường. Đo lường và điều khiển quá trình (Process measurement and Control) hay còn gọi là tự động hoá quy trình công nghệ (Process Automation, Process Instrumentation and control, Instrumentation) là yếu tố sống còn đối với các doanh nghiệp sản xuất trong môi trường cạnh tranh hiện đại, sản xuất số lượng lớn với chất lượng đồng đều. Tự động hoá quy trình công nghệ giúp kiểm soát và tăng cường chất lượng sản phẩm, giảm thiểu phát thải các chất độc hại ra môi trường, giảm thiểu lỗi con người (human error) và tối ưu hoá ...