Tài liệu Đo lường nhiệt

Đo lường nhiệt Dành cho sinh viên ngành Nhiệt Lạnh Trịnh Văn Quang Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Cơ Khí - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt Hà nội - 2004 1 Lời nói đầu Đo lường nói chung là một lĩnh vực quan trong trong công nghệ, nhất là ngày nay khi khoa học kỹ thuật và các ngành công nghệ đã có những bước tiến vượt bậc, đo lường càng trở nên cần thiết. Có thể nói đo lường là khâu đầu tiên để nhận được các số liệu trong kỹ thuật và trong tính toán đo lường là khâu quyết định sự chính xác của các kết quả các phép tính. Trong kỹ thuật lạnh và kỹ thuật nhiệt, đo lường là khâu hết sức quan trọng. Trong tất cả các hệ thống lạnh và hệ thống nhiệt , luôn cần đến các con số chính xác của các đại lượng để có thể có những tác động cần thiết nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động trong điều kiện an toàn. Hệ thống lạnh và nhiệt nói chung thường có các động cơ nhiệt, động cơ điện, máy nén, các dàn ống dẫn môi chất, các bộ trao đổi nhiệtCác đại lượng cần xác định giá trị trong hệ thống lạnh và nhiệt gồm các thông số trạng thái của chất công tác là nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, mức lỏng trong bình chứa; các thông số của chất tải lạnh hay tải nhiệt trung gian là nhiệt độ, áp suất, lưu lượng; các thông số của môi trường không khí như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất; các thông số của thiết bị như nhiệt độ máy, nhiệt độ và áp suất dàu bôi trơn, mức dầu trong máy, tốc độ máy hay động cơ, nhiệt độ vào và ra của nước hoặc không khí làm mát thiết bị Hầu hết các đại lượng trên không phải các đại lượng điện, bởi vậy để điều khiển hệ thống hoạt động được bình thường và tự động hoá các quá trình hoạt động trong hệ thống, cần phải biến đổi các đại lượng là các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện. Ngày nay các hệ thống nhiệt và lạnh có quy mô lớn việc kiểm soát tình trạng hoạt động của hệ thống và điều khiển chúng hầu như được chương trình hoá bằng các máy tính chuyên dụng, bởi vậy các thông số làm việc của hệ thống được xác định tự động và đòi hỏi các bộ phận cảm biến hết sức đa dạng . Do thời lượng môn học có hạn nên trong tài liệu cũng chỉ có thể đề cập những thiết bị đo tương đối phổ biến. Mặt khác mục đích của môn học là giới thiệu các nguyên tắc cơ bản của các thiết bị đo, nên không đi sâu vào lý thuyết tính toán và kỹ thuật xử lý kết quả đo. Lần đầu tiên biên soạn một tài liệu giảng dạy mới, mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc. Các ý kiến xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật nhiệt trường đại học Giao thông Vận tải Hà nội, chúng tôi xin chân thành cám ơn. Người biên soạn Trịnh Văn Quang 2 Mục lục Chương 1. KHÁI NIỆM Trang 1.1. Đinh nghĩa , phân loại 6 1.1.1. Định nghĩa 1.1.2. Phân loại 1.1.3. Lịch sử xây dựng đơn vị đo và các chuẩn quốc tế 7 1.2 . Các yếu tố đặc trưng của đo lường 11 1.2.l. Đại lượng đo 11 1.2.2. Điều kiện đo 12 1.2.3. Thiết bị đo và phương pháp đo 13 1.2.4. Người quan sát 13 1.2.5. Kết quả đo 13 1.3. Thiết bị đo 14 1.3.1. Phân loại thiết bị đo 14 1.3.2. Các tham số đặc trưng cho phẩm chất của đồng hồ 15 1.4. Đánh giá sai số đo lường 17 1.4.1. Sai số của phép đo 17 1.4.2. Tính toán sai số ngẫu nhiên 19 1.4. Xây dựng biểu thức thực nghiệm 21 1.4.1. Khi đường cong thực nghiệm có dạng tuyến tính 21 1.4.2. Khi đường cong thực nghiệm có dạng phi tuyến 23 1.4.3. Phương pháp tìm hệ số tương quan 25 1.4.4. Phương pháp bình phương cực tiểu 31 Chương 2. ĐO NHIỆT ĐỘ 2.1. Khái niệm 35 2.1.1. Nhiệt độ và thang đo nhiệt độ 35 2.1.2. Phân loại nhiệt kế 36 2.2. Nhiệt kế giãn nở 37 2.2.1. Nhiệt kế giãn nở chất rắn. 37 2.2.2. Nhiệt kế giãn nở chất nước 37 2.3. Nhiệt kế kiểu áp kế 39 2.3.1. Nhiệt kế chất nước 39 2.3.2. Nhiệt kế chất khí 40 2.3.3. Nhiệt kế hơi bão hòa 40 2.4. Nhiệt kế nhiệt điện 41 2.4.1. Khái niệm 41 2.4.2. Hiệu ứng nhiệt điện 41 2.4.3. Các phương pháp nối cặp nhiệt 43 2.4.4. Một số yêu cầu đối với vật liệu làm cặp nhiệt 43 2.4.5. Một số loại cặp nhiệt thường dùng 44 2.4.6. Nhiệt kế cặp nhiệt trong công nghiệp 45 2.4.7. Đo nhiệt độ cao bằng cặp nhiệt 46 2.5. Nhiệt kế điện trở 46 2.5.1. Khái niệm 46 2.5.2. Yêu cầu đối với các vật liệu dùng làm nhiệt kế điện trở 46 3 2.5.3. Các loại nhiệt kế điện trở 47 2.5.4. Các phương pháp đo điện trở của nhiệt kế điện trở 49 2.6. Hỏa kế bức xạ 51 2.6.1. Khái niệm 51 2.6.2. Hoả quang kế phát xạ 52 2.6.3. Hỏa quang kế cường độ sáng 54 2.6.4. Hoả quang kế màu sắc 56 Chương 3. ĐO ÁP SUẤT 3.1. Khái niệm 59 3.1.1. Định nghĩa áp suất, đơn vị 59 3.1.2. Phân loại dụng cụ đo 60 3.2. Áp kế kiểu chất lỏng 60 3.3. Áp kế kiểu cơ 61 3.4. Lực kế áp điện 62 3.5. Áp kế áp điện 64 3.6. Hiệu ứng điện trở áp điện trong bán dẫn 64 3.7. Cầu điện trở đo áp suất 66 3.8. Đo áp suất bằng áp điện trong công nghiệp 68 3.9. Áp kế điện trở lực căng 68 3.10. Áp kế màng với điện trở lực căng trong công nghiệp 69 3.11. Đo áp suất bằng chuyển đổi điện dung 69 3.12. Đo áp suất bằng thiết bị số 71 3.13. Đo áp suất dùng biến áp vi sai 72 3.14. Áp kế kiểu điện trở lực căng kiểu môđun 73 3.15. Đo áp suất bằng màng kim loại co giãn 74 3.16. Sensor áp suất với mạch tổ hợp điện trở áp điện 79 Chương 4. ĐO LƯU LƯỢNG - TỐC ĐỘ 4.1. Khái niệm 81 4.2. Đo lưu lượng theo độ giảm áp suất 81 4.3. Lưu tốc kế cánh quạt 83 4.4. Lưu tốc kế kiểu cảm ứng 84 4.5. Lưu tốc kế khí 85 4.6. Tốc kế nhiệt 86 4.6.1. Tốc kế nhiệt kiểu sợi đốt 86 4.6.2. Tốc kế nhiệt kiểu màng mỏng 87 4.7. Đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy. 88 4.8. Đo lưu khối thông qua lực Coriolis. 90 4.9. Phương pháp đo lưu lượng bằng siêu âm 92 4.9.1. Cảm biến và nguồn phát siêu âm bằng vật liệu áp điện. 92 4.9.2. Phương pháp hiệu số thời gian truyền sóng. 93 4.9.3. Phương pháp hiệu số tần số. 94 4.9.4. Phương pháp hiệu chỉnh độ dài sóng (hiệu chỉnh pha). 94 4.10. Đo lưu lượng của dòng khí thông qua nhiệt độ dây nung 95 4.10.1. Phương pháp đo với dòng điện nung không đổi. 96 4.10.2. Phương pháp đo với nhiệt độ của dây nung không đổi. 96 4.10.3. Sự bù trừ nhiệt độ của khí. 97 4 Chương 5. ĐO ĐỘ ẨM 5.1. Các khái niệm 98 5.1.1.Không khí ẩm và các đại lượng đặc trưng 98 5.1.2. Độ ẩm của vật liệu và sản phẩm trong các qui trình sản xuất 99 5.1.3. Sự liên hệ giữa các thông số của độ ẩm. 101 5.1.4. Tính chất điện môi của nước. 102 5.2. Đo độ ẩm không khí bằng phương pháp điểm ngưng tụ. 103 5.3. Đo độ ẩm bằng phương pháp hấp thụ 104 5.3.1. Ẩm kế LiCl 104 5.3.2. Ẩm kế anhydrit phôtphoric P2O5 105 5.4. Đo độ ẩm bằng trở kháng biến đổi 106 5.4.1. Ẩm kế điện trở 106 5.4.2. Ẩm kế điện dung điện cực kim loại 107 5.4.3. Ẩm kế điện dung điện cực bằng vàng 108 5.5. Mạch điện với phương pháp xung hiệu số. 108 5.6. Cảm biến độ ẩm với điện trở thay đổi. 109 5.6.1. Cảm biến độ ẩm SHS3 của hăng Hyrotec GmtlH / Đức. 109 5.6.2. Cảm biến độ ấm NH-3 Figaro/Nhật. 110 5.7. Ẩm kế Assmann 110 5.8. Đo độ ẩm theo tổng trở của màng mỏng Al2O3 111 5.9. Đo độ ẩm bằng cảm biến vi ba 111 5.10. Đo độ ẩm bằng cảm biến hồng ngoại 112 5.11. Đo độ ẩm bằng cảm biến âm thanh 113 5.12. Phương pháp đo độ ẩm các vật liệu rắn. 113 Chương 6. ĐO MỨC CHẤT LỎNG - CHẤT RẮN DẠNG HẠT 6.1. Khái niệm 114 6.2. Đo mức nước 114 6.3. Đo mức chất lỏng theo áp suất thuỷ tĩnh 115 6.4. Đo mức bằng điện dung 116 6.5. Nhiệt điện trở PTC . 117 6.6. Quang điện tử. 117 6.7. Đo mức chất lỏng bằng sóng vi ba 117 6.8. Đo mức chất lỏng bằng dẫn nhiệt 118 6.9. Đo mức chất lỏng, chất rắn bằng dao động cơ 119 Chương 7. ĐO TỐC ĐỘ QUAY 7.1. Đo tốc độ quay kiểu cảm ứng từ 122 7.2. Tốc độ kế kiểu máy phát 122 7.3. Máy đo tốc độ quay kiểu máy phát tần số 123 7.4. Máy đo tốc độ quay bằng phương pháp quang học 124 7.5. Máy đo tốc độ quay bằng sợi dẫn quang 124 5 Chương 8. CÁC BỘ CHỈ THỊ 8.1. Chỉ thị cơ điện 126 8.1.1. Cấu tạo chung 126 8.1.2. Cơ cấu chỉ thị từ điện 127 8.1.3. Cơ cấu chỉ thị điện từ 128 8.1.4. Cơ cấu chỉ thị điện động 129 8.1.5. Tỷ số kế điện động 131 8.2. Bộ chỉ thị kiểu Hiện số 132 8.2.1. Khái niệm 133 8.2.2. Mã số 133 8.2.3. Mạch đếm 133 8.2.4. Bộ hiện số 135 8.2.5. Bộ giải mã. 136 8.3. Dao động ký điện tử 137 8.3.1. Sơ đồ khối 137 8.3.2. ống phóng tia điện tử 138 8.3.3. Bộ khuếch đại làm lệch 139 8.3.4. Tín hiệu quét. 140 8.3.5. Bộ tạo sóng quét ngang 140 8.3.6. Dao động ký điện tử hai tia 142 Tài liệu tham khảo 144 6 Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1.1.1. Định nghĩa Đo lường là một quá trình đánh giá đinh lượng đại lượng cần do để có kết quả bằng số so với đơn vị đo. Đó là sự đánh giá định lượng một hay nhiều thông số của các đối tượng nghiên cứu được thực hiện bằng cách đo các đại lượng vật lí đặc trưng cho các thông số đó. Kết quả phép đo là giá trị bằng số của đại lượng cần đo Ax, đó là tỉ số của đại lượng cần đo X và đơn vị đo Xo. Nghĩa là Ax chỉ rõ đại lượng đo lớn hơn (hay nhỏ hơn) bao nhiêu lần đơn vị của nó. Vậy quá trình đo có thể viết dưới dạng: Ax = 0X X Từ đó ta có: X = Ax. X0 (1.1) Phương trình (1.1) gọi là phương trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lượng cần đo với mẫu và cho ra kết quả bằng số. Từ đó ta cũng thấy rằng không phải bất kì đại lư- ợng nào cũng đo được bởi vì không phải bất kỳ đại lượng nào cũng cho phép so sánh các giá trị của nó. Vì thế để đo chúng ta thường phải biến đổi chúng thành đại lượng khác có thể so sánh được. Ví dụ: để đo ứng suất cơ học ta phải biến đổi chúng thành sự thay đổi điện trở của bộ cảm biến lực căng. Sau đó mắc các bộ cảm biến này vào mạch cầu và đo điện áp lệch cầu khi có tác động của ứng suất cần đo. Ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp để đo các đại lượng khác nhau, nghiên cứu về mẫu và đơn vị đo được gọi là đo lường học. Ngành kĩ thuật chuyên nghiên cứu và áp dụng các thành quả đo lường học vào phục vụ sản xuất và đời sống gọi là kĩ thuật đo lường. Để thực hiện quá trình đo lường ta phải biết chọn cách đo khác nhau phụ thuộc vào đối tư- ợng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu của phép đo. 1.1.2. Phân loại Để thực hiện một phép đo người ta có thể sử dụng nhiều cách khác nhau, ta có thể phân biệt các cách sau đây: a. Đo trực tiếp là cách đo mà kết quả nhận đợc trực tiếp từ một phép đo duy nhất. Cách đo này cho kết quả ngay. Dụng cụ đo được sử dụng thường tương ứng với đại lượng đo. Ví dụ: đo điện áp đùng vôn mét chẳng hạn trên mặt vôn mét đã khắc độ sẵn bằng vôn. Thực tế đa số các phép đo đều sử dụng cách đo trực tiếp này. b. Đo gián tiếp !à cách đo mà kết quả suy ra từ sự phối hợp kết quả của nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp. 7 Ví dụ: Để đo điện trở ta có thể sử dụng định luật ôm R = U/I (điều này hay được sử dụng khi phải đo điện trở của một phụ tải đang làm việc). Ta cần đo điện áp và dòng điện bằng cách đo trực tiếp sau đó tính ra điện trở. Cách đo gián tiếp thường mắc phải sai số lớn hơn cách đo gián tiếp. Sai số đó là tổng các sai số của các phép đo trực tiếp c. Đo hỗn hợp là cách đo gần giống đo gián tiếp nhưng số lượng phép đo theo cách trực tiếp nhiều hơn và kết quả đo nhận đợc thường phải thông qua giải một phương trình (hay hệ phương trình) mà các thông số đã biết chính là các số liệu đo được. Ví dụ: Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ có thể tính từ phương trình sau: rt = r20[1+ (t - 20) + (t - 20) 2] Trong đó các hệ số ,  chưa biết. Để xác định ta cần phải đo điện trở ở ba điểm nhiệt độ khác nhau là r20 , rt1, rt2 . Sau đó thay vào ta có hệ phương trình: rt1 = r20[1+ (t1 - 20) + (t1 - 20) 2] rt2 = r20[1+ (t2 - 20) + (t2 - 20) 2] Giải ra ta tìm được , . 4. Đo thống kê. Để đảm bảo độ chính xác của phép đo nhiều khi người ta phải sử dụng cách đo thống kê. Tức là ta phải đo nhiều lần sau đó lấy giá trị trung bình. Cách đo này đặc biệt hữu hiệu khi tín hiệu đo là ngẫu nhiên hoặc khi kiểm tra độ chính xác của một đụng cụ đo. 1.1.3. Lịch sử xây dựng đơn vị đo và các chuẩn quốc tế a. Lịch sử xây dựng đơn vị đo Để đánh giá độ lớn của các đại lượng đo cần có đơn vị đo. Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn của từng đại lượng đo được thống nhất quốc tế mà các quốc gia đều phải tuân thủ. Để thống nhất trên toàn thế giới, người ta đã chế tạo ra những đơn vị tiêu chuẩn được gọi là các chuẩn. Các chuẩn quốc tế có lịch sử bắt đầu từ năm 1881 tại Hội nghị quốc tế ở Pari, sau này càng phát triển và hoàn thiện. Uỷ ban quốc tế đầu tiên quản lí việc thiết lập các đơn vị chuẩn được thành lập. Trải qua một số năm các chuẩn quốc tế được ấn định. Đến năm 1908 tại Luân Đôn, Uỷ ban đặc biệt về việc chế tạo các chuẩn đã thành lập. Một số chuẩn đã được ấn định tại đây, ví dụ: chuẩn “Ôm” quốc tế của điện trở được coi là điện trở của một cột thuỷ ngân thiết diện 1 mm2 dài l06,300 cm ở 00C có khối lượng 14,4521 am. Còn chuẩn ”Ampe” quốc tế là dòng điện có thể giải phóng 0,0011800 gam bạc khỏi dung dịch nitrat bạc trong thời gian 1 s. Cấp chính xác cuả các chuẩn này cỡ 0,001%. Chuẩn điện áp là pin mẫu Vestôn có điện áp là 1,0185 V ở 200C. Sau này công nghiệp phát triển, kĩ thuật đo lường ngày càng hoàn thiện và nâng cao độ chính xác của phép đo, nên các chuẩn ở các quốc gia có những giá trị khác nhau mặc dù ph- ương pháp chế tạo như nhau. Sai số nhiều khi vượt quá sai số cho phép. Vì thế từ 1-1-1948 bắt đầu công nhận một chuẩn mới gọi là “chuẩn tuyệt đối“. “Chuẩn tuyệt đối“ so với chuẩn quốc tế trước đó có sự sai lệch chút ít. Ví dụ : 1 ampe quốc tế = 0,99985 ampe tuyệt đối; 1 Culông quốc tế = 0,99985 Culông tuyệt đối; 1 Vôn quốc tế = 1,00035 Vôn tuyệt đối; 1 Ôm quốc tế = 1 ,00050 ôm tuyệt đối; 1 Fara quốc tế = 0,99950 Fara tuyệt đối; 8 1 Henri quốc tế : 1 ,00050 Henri tuyệt đối. Các chuẩn ngày nay là chuẩn được quy định theo hệ thống đơn vị SI (năm 1960), là “Hệ thống đơn vị quốc tế thống nhất “ b. Hệ thống đơn vị quốc tế SI Hệ thống đơn vị bao gồm hai nhóm đơn vị: 1 . Đơn vị cơ bản được thể hiện bằng các đơn vị chuẩn với độ chính xác cao nhất mà khoa học và kĩ thuật hiện đại có thể thực hiện được. 2. Đơn vị dẫn xuất là đơn vị có liên quan đến các đơn vị cơ bản bởi những quy luật thể hiện bằng các biểu thức. Các đơn vị cơ bản được chọn sao cho với số lượng ít nhất có thể suy ra các đơn vị dẫn xuất cho tất cả các đại lợng vật lí. Để các nước có chung một hệ thống đơn vị thống nhất người ta thành lập hệ thống đơn vị quốc tế SI và đã được thông qua tại Hội nghị quốc tế về mẫu và cân (1960). Trong hệ thống đó có bảy đơn vị cơ bản gồm đơn vị chiều dài là mét : m, đơn vị khối lượng là kilôgram : kg, đơn vị thời gian là giây: s , đơn vị cường độ dòng điện là Ampe : A, đơn vị nhiệt độ là Kenvil : K, đơn vị số lượng vật chất là mol : mol , đơn vị cường độ ánh sáng là Candela : Cd. Từ đó tính ra các đơn vị dẫn xuất sử dụng trong các lĩnh vực. Bảng 1.1. trình bày các đơn vị đo cơ bản và dẫn xuất trong các lĩnh vực cơ, điện, từ và quang học. Bảng 1.1 Các đại lượng Tên đơn vị Kí hiệu 1. Các đại lượng cơ bản Độ dài Khối lượng Thời gian Dòng điện Nhiệt độ Số lượng vật chất Cường độ ánh sáng 2. Các đại lượng cơ học Tốc độ Gia tốc Năng lượng và công Lực Công suất Năng lượng 3.Các đại lượng điện Lượng điện Điện áp: thế điện động Cường độ điện trường Điện dung Điện trở . Điện trở riêng Hệ số điện môi tuyệt đối 4. Các đại lượng từ Từ thông mét kilôgam giây Ampe Kelvin môn Candela mét trên giây mét trên giây bình phương Jun Niutơn Watt Watt giây Culông Vôn Vôn trên mét Fara Ôm ôm trên mét Fara trên mét Vebe m kg s A K mol Cd m/s m/s2 J N W Ws C V V/m F  /m F/m Wb 9 Cảm ứng từ Cường độ từ trường Điện cảm Hệ số từ thẩm 5. Các đại lượng quang Luồng ánh sáng Cường độ sáng riêng Độ chiếu sáng Tesla Ampe trên mét Henri Henri trên mét Lumen Candela trên mét vuông lux T A/m H H/m lm Cd/m2 lx Ngoài các đơn vị đo cơ bản và dẫn xuất trong hệ thống đơn vị quốc tế Sl, người ta còn sử dụng các bội số và ước số của chúng. Các bội số và ước số thường dùng của các đơn vị đo thể hiện trong bảng 1.2. Bảng 1.2 Tên của ước số Giá trị ước số Kí hiệu Tên của bội số Giá trị bội số Kí hiệu picô nanô micrô mili centi đêci 10-12 . 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1 p n  m c d đề ca hectô kilô Mêga Giga Têra 101 102 103 106 109 1012 da h k M G T Các ký hiệu bội số ước số được viết liền với kí hiệu đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất Ví đụ : Điện trở có giá trị là 2M = 2.106  Tụ diện có điện dung 3F = 3.10-6 F. c. Các chuẩn cấp 1 quốc gia Chuẩn cấp một được gọi là chuẩn bảo đảm tạo ra những đại lượng có đơn vị chính xác nhất của một quốc gia. Các chuẩn cấp một của các đơn vị cơ bản của các đại lượng vật lí cần phải có độ chính xác cao nhất, ổn định nhất, lại thuận tiện cho việc giữ và truyền chuẩn. Ngày nay người la có xu hướng sử dụng các hằng số vật lí để tạo ra các chuẩn. Các chuẩn này đợc gọi là “chuẩn lượng tử”. Các chuẩn Việt Nam hiện nay được đặt tại Trung tâm đo lường và tiêu chuẩn Quốc gia Nghĩa Đô - Hà Nội, định kì phải được so với các chuẩn quốc tế với mục đích bảo đảm độ chính xác của đơn vị đo ở nước ta. Có thể xem xét một số chuẩn cấp một quốc gia các đơn vị cơ bản của hệ thống Sl. 1. Chuẩn đơn vị độ dài Nam 1960 ở hội nghị quốc tế thứ XI về mẫu và cân đã quyết định là: đơn vị đo độ dài là mét (viết tắt là m), độ dài của nó được thể hiện bởi độ dài của bước sóng ánh sáng. Mét là độ dài bằng 1650763,73 độ dài sóng phát ra trong chân không của nguyên tử Kripton 86, tương ứng với việc chuyển giữa các mức 2p10 và 5d5 . Theo định luật phát xạ của Plank, thì việc chuyển của nguyên tử từ mức năng lượng này đến mức năng lượng khác tương ứng với độ dài bước sóng và tần số nhất định mà tổ hợp của chúng xác định phổ của nguyên tử đó. Độ ổn định của độ dài sóng của một đường của phổ ấy rất cao. Vì vậy chuẩn cấp một quốc gia phải là một nguồn phát xạ Kriptôn 86. Tiếp đến là máy đo interferômét chuẩn số đo độ dài, đó là chuẩn thứ cấp. Một máy quang phổ kế để nghiên cứu nguồn phát xạ của các chuẩn. Sai số của chuẩn độ dài theo phương pháp này không vượt quá 1.10-8. Ngoài ra sử 10 dụng kĩ thuật laze có thể chế tạo được những máy đo độ dài với sai số đạt tới 10-7 và nhỏ hơn nữa. 2. Chuẩn đơn vị khối lượng Kilôgram (viết tắt là kg) - là đơn vị khối lượng bằng khối lượng của mẫu kilôgram quốc tế đặt tại trung tâm mẫu và cân quốc tế ở Pari. Các nước muốn có chuẩn cấp 1 đều phải chế tạo một mẫu y hệt như vậy. Ví dụ : Chuẩn của Cộng hoà liên bang Nga chế tạo năm 1883 là mẫu số 12. Là một khối hình trụ có chiều cao đúng bằng đường kính chế tạo từ hợp chất platin-iriđi (giống như chuẩn quốc tế). Chuẩn này được giữ ở nhiệt độ 20  30C và độ ẩm không khí 65 %. Năm 1954 khi kiểm tra lại chuẩn này có khối lượng là 1 + 8,5.10-8 kg. Chuẩn kilôgram có độ ổn định rất cao. Sau 60 năm khối lượng của nó thay đổi chỉ 1,7.10-8 kg. Nhược điểm của chuẩn loại này là chỉ có một cái duy nhất nên việc truyền chuẩn sẽ gặp khó khăn. Vì vậy mà ngày nay người ta tìm cách khác tạo ra chuẩn bằng cách đếm số lượng phân tử của vật chất (ví dụ nước) trong điều kiện chân không cao, của một số thể tích nhất định sau đó nén và hoá lỏng nó. Qua số lượng các phân tử ta có thể xác định được khối lư- ợng. Tất nhiên ta phải tạo được một loại nước siêu sạch. Cũng có thể dùng cách khác : điện áp và dòng điện có thể xác định qua các hằng số vật lí. Theo hai đại lượng này có thể xác định năng lượng mà có thể biểu diễn thông qua khối lượng. Như thế khối lượng có thể tạo ra dựa trên các phương trình vật lí cơ bản theo các hằn