BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

1. Khái niệm:

1.1. Khái niệm về đo lường.

Đo lường là sự so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng được chuẩn hóa (đại lượng mẫu hoặc đại lượng chuẩn).

Như vậy công việc đo lường là nối thiết bị đo vào hệ thống được khảo sát kết quả đo các đại lượng cần thiết trên thiết bị đo.

1.2. Khái niệm về đo lường điện.

Là quá trình đánh giá định lượng của đại lượng cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.

Kết quả đo lường (A) là giá trị bằng số, được định nghĩa bằng tỉ số giữa đại lượng cần đo (X) và đơn vị đo (Xo):

Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng: A =   ( 1.1)

và ta có X = A.X₀

Trong đó:  X - đại lượng đo

                 X₀ - đơn vị đo

                 A - con số kết quả đo.

Từ (1.1) có phương trình cơ bản của phép đo: X = A_x . X_o , chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, như vậy muốn đo được thì đại lượng cần đo X phải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh được, khi muốn đo một đại lượng không có tính chất so sánh được thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng có thể so sánh được.

Ví dụ: Đo được hiệu điện thế U = 10V có nghĩa là đại lượng cần đo là hiệu điện thế U, đơn vị đo là V (Volt), kết quả bằng số là 10.

1.3. Đơn vị đo:

Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lượng đo nào đó được quốc tế quy định mà mỗi quốc gia đều phải tuân thủ

Ví dụ: nếu đại lượng đo là độ dài thì đơn vị đo có thể là m (mét), inch, dặm, … Đại lượng đo là khối lượng thì có các đơn vị đo: kg, ounce, pound, … Trên thế giới người ta đã chế tạo ra những đơn vị tiêu chuẩn được gọi là các chuẩn. Hệ thống đơn vị quốc tế là hệ SI, thành lập năm 1960. Các đơn vị được xác định:

Bảng 1.1: Một số đơn vị chuẩn quốc tế

2. Sai số trong đo lường:

Là độ chênh lệch giữa kết quả đo và giá trị thực của đại lượng đo. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thiết bị đo, phương thức đo, người đo…

- Nguyên nhân gây sai số

Không có phép đo nào là không có sai số. vấn đề là khi đo phải chọn đúng phương pháp thích hợp, cũng như cần cẩn thận, thành thạo khi thao tác, để hạn chế sai số các kết quả đo sao cho đến mức ít nhất.

Các nguyên nhân gây ra sai số thì có nhiều, người ta phân loại nguyên nhân gây ra sai số là đo các yếu tố khách quan và chủ quan gây nên.

Các nguyên nhân khách quan ví dụ: dụng cụ đo lường không hoàn hảo, đại lượng đo được bị can nhiễu nên không hoàn toàn được ổn định…

Nguyên Nhân chủ quan, ví dụ: đo thiếu thành thạo trong thao tác, phương pháp tiến hành đo không hợp lý…

Vì có các nguyên nhân đó và ta cũng không thể tuyệt đối loại trừ hoàn toàn được như vậy  nên kết quả của phép đo nào cũng chỉ cho giá trị gần đúng.

Ngoài việc cố gắng hạn chế sai số đo đến mức thấp nhất, ta còn cần đánh giá được xem kết quả đo có sai số đến mức độ nào.

- Phân loại sai số

Mỗi thiết bị đo có thể cho độ chính xác cao, nhưng có thể có các sai số đo, các hạn chế của thiết bị đo, do các ảnh hưởng của môi trường và các sai số do người đo khi thu nhận các số liệu đo.

Các loại sai số có ba dạng: Sai số chủ quan (Sai số thô), sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên.

2.1 Sai số chủ quan (Các sai số thô):

Có thể quy cho giới hạn của các thiết bị đo hoặc là các sai số do người đo.

*Giới hạn của thiết bị đo:

Ví dụ như ảnh hưởng quá tải gây ra bởi một voltmeter có độ nhạy kém. Voltmeter như vậy sẽ rẽ dòng đáng kể từ mạch cần đo và vì vậy sẽ tự làm giảm mức điện áp chính xác.

2.2  Sai số hệ thống:

Sai lệch có cùng dạng, không thay đổi được gọi là sai số hệ thống.

Ví dụ: Giả sử dùng thước 20m để đo một đoạn thẳng nào đó, nhưng chiều dài thật của thước lúc đó lại là 20,001m. Như vậy trong kết quả một lần kéo thước có chứa 1mm, sai số này được gọi là sai số hệ thống.

2.3 Sai số ngẫu nhiên: Giả sử thước có vạch chia nhỏ nhất đến 1mm, thì sai số dọc thước ở phần ước lượng nhỏ hơn mm là sai số ngẫu nhiên.

Sai số ngẫu nhiên là những sai số mà trị số và đặc điểm ảnh hưởng của nó đến mỗi kết quả đo đạc không rõ ràng, khi thì xuất hiện thế này, khi thì xuất hiện thế kia, ta không thể biết trước trị số và dấu của nó.

Vì vậy sai số ngẫu nhiên xuất hiện ngoài ý muốn chủ quan của con người, chủ yếu do điều kiện bên ngoài, ta khó khắc phục mà chỉ có thể tìm cách hạn chế ảnh hưởng của nó. Sai số ngẫu nhiên có các đặc tính sau.

Sai số ngẫu nhiên có trị số và dấu xuất hiện không theo quy luật, nhưng trong cùng một điều kiện đo nhất định, sai số ngẫu nhiên sẽ xuất hiện theo những quy luật.

- Đặc tính giới hạn: Trong những điều kiện đo đạc cụ thể, trị tuyệt đối của sai số ngẫu nhiên không vượt quá một giới hạn nhất định.

- Đặc tính tập trung: Sai số ngẫu nhiên có trị tuyệt đối càng nhỏ, thì có khả năng xuất hiện càng nhiều.

- Đặc tính đối xứng: Sai số ngẫu nhiên dương và âm với trị số tuyệt đối bé có số lần xuất hiện gần bằng nhau.

- Đặc tính bù trừ: Khi số lần đo tiến tới vô cùng, thì số trung bình cộng của các sai số đo đạc ngẫu nhiên của cùng một đại lượng sẽ tiến tới không. Tức là:

- Ngoài các sai số trên để đánh giá sai số của dụng cụ khi đo một đại lượng nào đó người ta còn phân loại.

- Sai số tuyệt đối:là hiệu giữa giá trị đại lượng đo Y_n và giá trị thực X_n

e = Y_n - X_n

-  Sai số tương đối (tính theo  %):     

Trong đó: e_r - sai số tương đối,  Yn  - giá trị đại lượng đo;  Xn  - giá trị thực (trị số đo được)

- Độ chính xác tương đối (tính theo %):   a = 100% – e_r = (A×100%)     (1.4)

Ví dụ:   Điện áp hai đầu điện trở có trị số tin cậy được là 50V. Dùng vôn kế đo được 49V.

Như vậy: Độ chính xác tương đối:

- Cấp chính xác được biểu diễn bởi biểu thức 1.5

Dụng cụ đo điện có 8 cấp chính xác sau: 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0,  1,5,  2,5 và 5.  Cấp chính xác được ghi trên mặt của đồng hồ đo. Biết cấp chính xác ta có thể tính được sai số tuyệt đối lớn nhất cho phép của phép đo:

Ví dụ: Một vôn-kế có ghi cấp chính xác là 1, nghĩa là giới hạn sai số của nó cho tầm do là 1%.

Ví dụ: Một miliampe kế có thang độ lớn nhất A_max = 100mA, cấp chính xác là 2,5. Sai số tuyệt đối lớn nhất cho phép sẽ là:  

Vượt quá giá trị 2,5mA này đồng hồ sẽ không còn đạt cấp chính xác 2,5 nữa.

Ví dụ: Một vôn kế có cấp chính xác 1,5 khi dùng thang đo 50V mắc sai số cho phép lớn nhất là:

∆ X_max  =  1,5. 50 / 100  =  0,75V

Nhưng nếu dùng thang đo 100V thì sai số tuyệt đối lớn nhất cho phép lại là

∆ X_max  =  1,5. 100 / 100  =  1,5V

3. Thị sai:

Thị sai thể hiện trạng thái trong đó chỉ có một điểm để xác định đường thẳng từ mắt đến thang đo và điểm này chính là đầu kim hay đầu nhọn của thước đo (phụ thuộc vào điểm nhìn).

Sự khác nhau trong việc đọc không do dụng cụ gây nên mà do vị trí của mắt so với mũi nhọn của kim đo. Các nhầm lẫn như vậy có thể do đánh giá sai khi kim nằm giữa hai vạch chia.

- Nhiệm vụ của người quan sát khi thực hiện phép đo:  

*Chuẩn bị trước khi đo: phải nắm được phương pháp đo, am hiểu về thiết bị đo được sử dụng, kiểm tra điều kiện đo, phán đoán về khoảng đo để chọn thiết bị phù hợp, chọn dụng cụ đo phù hợp với sai số yêu cầu và phù hợp với môi trường xung quanh.

*Trong khi đo: Phải biết điều khiển quá trình đo để có kết quả mong muốn.

*Sau khi đo: Nắm chắc các phương pháp gia công kết quả đo để gia công kết quả đo. Xem xét kết quả đo đạt yêu cầu hay chưa, có cần phải đo lại hay phải đo nhiều lần theo phương pháp đo lường thống kê.

- Không có thang đo nào có đủ các vạch cho mọi giá trị (ví dụ: Thước kẻ chỉ chia vạch đến mm, do đó các độ dài không phải số nguyên lần mm thì người đo phải nhận định về phần lẻ là bao nhiêu phần trăm của 1mm). Sai số loại này rất phổ biến và do tính chủ quan của người đọc.

- Khi dùng đồng hồ kim, kim của đồng hồ không nằm trong mặt phẳng chứa các vạch chia độ. Khi đó vị trí đặt mắt không đúng sẽ làm tăng sai số đọc.

Vị trí đúng  là vị trí mà mặt phẳng do con ngươi của mắt và kim của đồng hồ tạo thành một mặt phẳng vuông góc với mặt chia độ.

Do vậy, đôi khi người ta phải có gương phản xạ trên mặt chia độ, và chỉ cần chọn vị trí của mắt sao cho ảnh của kim bị khuất sau chính kim đó..

4. Các tiêu chuẩn trong đo lường

Khi sử dụng thiết bị đo lường, chúng ta mong muốn thiết bị được chuẩn hóa (calibzate) khi được xuất xưởng nghĩa là đã được chuẩn hóa với thiết bị đo lường chuẩn (standard). Việc chuẩn hóa thiết bị đo lường được xác định theo bốn cấp như sau:

*Cấp 1: Chuẩn quốc tế (International standard) - các thiết bị đo lường cấp chuẩn quốc tế được thực hiện định chuẩn tại Trung tâm đo lường quốc tế đặt tại Paris (Pháp), các thiết bị đo lường chuẩn hóa cấp 1 này theo định kỳ được đánh giá và kiểm tra lại theo trị số đo tuyết đối của các đơn vị cơ bản vật lý được hội nghị quốc tế về đo lường giới thiệu và chấp nhận.

*Cấp 2: Chuẩn quốc gia - các thiết bị đo lường tại các Viện định chuẩn quốc gia ở các quốc gia khác nhau trên thế giới đã được chuẩn hóa theo chuẩn quốc tế và chúng cũng được chuẩn hóa tại các viện định chuẩn quốc gia.

*Cấp 3: Chuẩn khu vực - trong một quốc gia có thể có nhiều trung tâm định chuẩn cho từng khu vực (standard zone center). Các thiết bị đo lường tại các trung tâm này đương nhiên phải mang chuẩn quốc gia (National standard). Những thiết bị đo lường được định chuẩn tại các trung tâm định chuẩn này sẽ mang chuẩn khu vực (zone standard).

*Cấp 4: Chuẩn phòng thí nghiệm - trong từng khu vực sẽ có những phòng thí nghiệm được công nhận để chuẩn hóa các thiết bị được dùng trong sản xuất công nghiệp.

Như vậy các thiết bị được chuẩn hóa tại các phòng thí nghiệm này sẽ có chuẩn hóa của phòng thí nghiệm.

Do đó các thiết bị đo lường khi được sản xuất ra được chuẩn hóa tại cấp nào thì sẽ mang chất lượng tiêu chuẩn đo lường của cấp đó.

          Còn các thiết bị đo lường tại các trung tâm đo lường, viện định chuẩn quốc gia phải được chuẩn hóa và mang tiêu chuẩn cấp cao hơn.

Ví dụ phòng thí nghiệm phải trang bị các thiết bị đo lường có tiêu chuẩn của chuẩn vùng hoặc chuẩn quốc gia, còn các thiết bị đo lường tại viện định chuẩn quốc gia thì phải có chuẩn quốc tế.

Ngoài ra theo định kỳ được đặt ra phải được kiểm tra và chuẩn hóa lại các thiết bị đo lường.

5. Kỹ thuật đo

Phép đo cần phải được thực hiện một cách cẩn thận và sự thể hiện các số liệu đo phải phù hợp sau khi đã có tính toán đến các giới hạn về độ nhạy, độ chính xác và khả năng của thiết bị đo.

Ðôi khi số đo có thể đúng nhưng nếu thể hiện kết quả sai, người ta có thể hiểu mạch đang tốt là có sai hỏng và ngược lại.

Hơn nữa, việc sử dụng thiết bị đo sai có thể tạo ra các nguy hiểm cho sự an toàn của người đo và thiết bị đo.

Các kỹ thuật đo sau đây cần phải tuân theo khi đo thử hay thực hiện các phép đo trong việc chẩn đoán hư hỏng, sửa chữa và bảo dưỡng các thiết bị điện tử.

- Nối thiết bị đến nguồn điện lưới, tốt hơn hết là thông qua đầu nối ba chân, và thực hiện bật nguồn cho hệ thống theo trình tự sau: Các điểm quan trọng được chuyển mạch ON đầu tiên, tiếp theo là đóng [ON] nguồn cung cấp, sau đó đóng [ON] thiết bị đo và cuối cùng đóng nguồn cung cấp cho mạch cần đo thử.

- Khi tắt (chuyển mạch sang OFF), thì trình tự là ngược lại, thì trình tự phải được thực hiện ngược lại: trước tiên tắt nguồn cung cấp cho mạch cần đo, tiếp theo là tắt thiết bị đo, sau đó tắt nguồn cung cấp và cuối cùng là ngắt điện lưới. Ðiều này sẽ bảo vệ thiết bị đo và thiết bị cần đo khỏi các xung quá độ. Không hàn hay tháo mối hàn linh kiện khi nguồn cung cấp đang bật. 

- Bất kỳ lúc nào cũng phải tắt thiết bị đo còn nếu thiết bị đo được chuyển mạch sang đóng [ON] ngay sau đó thì cần phải có khoảng thời gian đáng kể để cho phép các tụ xả điện. 

- Các thiết bị đo thử cần phải được nối đất một cách hiệu quả để giảm thiểu các biến thiên của nhiễu.

- Chọn thang đo phù hợp theo tham số cần đo, tuỳ theo giá trị đo yêu cầu. Nếu không biết giá trị đo yêu cầu, thì hãy chọn thang đo cao nhất và sau đó giảm dần thang đo cho phù hợp, để tránh cho thiết bị đo bị quá tải và bị hư hỏng.

- Thang đo được chọn cuối cùng sẽ cho kết quả đo gần với độ lệch lớn nhất có thể có đối với phép đo điện áp và dòng điện và gần mức trung bình đối với phép đo điện trở, để có độ chính xác tối ưu đối với hệ thống đo.

- Khi giá trị đo bằng 0, thì đồng hồ đo cần phải chỉ thị bằng 0, nếu không thì cần phải được chỉnh về 0 cho phù hợp.

- Không sử dụng các đầu que đo nhọn có kích thước lớn vì chúng có thể gây ngắn mạch. Các đầu que đo cần phải nhọn nhất nếu có thể được.

- Ðiều quan trọng của việc nối các điểm đo thử: các hãng chế tạo thiết bị thường quy định các điểm đo thử tại các vị trí thuận tiện trên bảng mạch in. Ðiện trở, mức điện áp DC, mức điện áp tín hiệu và các dạng sóng của tín hiệu sẽ được quy định cho mỗi điểm đo thử. (điểm đo thử thường là cọc lắp đứng trên bảng mạch in).

- Các điểm đo thử sẽ được đệm tốt nhất để tránh nguy hiểm quá tải cho mạch cần đo. Các điểm đo thử được thiết kế bởi các nhà chuyên môn có kinh nghiệm, khi cần khảo sát thiết bị, không được bỏ qua các điểm đo thử như vậy trong quá trình sửa chữa.

- Thông thường các đầu que đo mang dấu dương và âm đối với các phép đo điện áp và dòng điện trong mạch. Nguồn pin bên trong đồng hồ đo sẽ có cực tính ngược lại, tức là đầu que đo âm của nguồn pin trong đồng hồ đo sẽ được nối đầu que được đánh dấu dương (que đo màu đen) và ngược lại thể hiện ở hình 2.1.

- Thực tế này cần phải nhớ khi đo thử các diode, các tụ điện phân, các transistor và các vi mạch.

Hình 2.1

- Nếu các điểm đo thử là không cho trước, hoặc nếu các phép đo là được thực hiện tại các điểm khác nhau, thì cần phải chú ý các điểm như sau:

a) Khi đo các điện áp DC, phép đo cần phải được thực hiện ngay tại các linh kiện thực tế, và đối với vi mạch đo trực tiếp trên các chân.

b) Sử dụng đầu kẹp đo thử IC để thực hiện các phép đo trên các chân của IC.

c) Khi cần đo tín hiệu trên mạch in trong bảng mạch, nên kẹp đầu đo trên chân của cấu kiện điện tử được nối với đường mạch in.

d) Khi thực hiện các phép đo trên bảng mạch, cần phải đảm bảo rằng các IC không bị điện tích tĩnh đo thiết bị đo.

e) Khi kiểm tra hở mạch, hãy tháo một đầu của cấu kiện điện tử rồi thực hiện phép đo. Nếu cấu kiện không được tháo một đầu, thì các cấu kiện khác mắc song song với cấu kiện nghi ngờ sẽ chỉ thị không đáng tin cậy. Có thể kiểm tra cấu kiện nghi ngờ bằng cầu đo. Khi tháo mối hàn ra khỏi bảng mạch in là khó khăn thì có thể cắt đường mạch in liên quan, do dễ dàng hàn lại vết cắt hơn so với việc tháo mối hàn cấu kiện để đo rồi hàn lại, nhưng khi hàn lại vết cắt, cần đề phòng mối hàn bị nứt không xảy ra.

f) Việc tháo và hàn IC là một quá trình khá phức tạp cần phải hết sức cẩn thận. Cần phải tháo mối hàn cho IC để đo thử chỉ khi xác minh chắc chắn các phép đo trên bảng mạch cho thấy IC đã thực sự hỏng.

+ Cần phải tuân theo các luu ý về an toàn để đảm bảo an toàn cho người đo, thiết bị đo.

+ Cần phải tuân theo các chỉ dẫn từ hướng dẫn sử dụng thiết bị đo thử, cũng như trình tự đo thử.

+ Cần phải nghiên cứu kỹ cách vận hành thiết bị đo để thực hiện phép đo và cần phải tuân theo tất cả các điểm lưu ý đã được đề cập.

6. Các phương pháp đo

Tùy thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu của phép đo mà người  quan  sát  phải  biết  chọn  các  phương  pháp  đo  khác  nhau  nhưng  trong  thực  tế thường  phân  thành  2  loại  phương  pháp  chính  :  phương  pháp  đo  biến  đổi  thẳng  và phương pháp đo kiểu so sánh.

6.1. Phương pháp đo biến đổi thẳng

- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không có khâu phản hồi.

- Quá trình thực hiện:

* Đại lượng cần đo X qua các khâu biến đổi để biến đổi thành con số N_X, đồng thời đơn vị của đại lượng đo X_O cũng được biến đổi thành con số N_O.

* Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lượng đo và đơn vị (thực hiện phép chia N_X/N_O),

* Thu được kết quả đo: A_X = X/X_O = N_X/N_O .

Hình 1.2. Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng.

Quá trình này được gọi là quá trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng.

Tín hiệu đo X và tín hiệu đơn vị X_O sau khi qua khâu biến đổi (có thể là một hay nhiều khâu nối tiếp) có thể được qua bộ biến đổi tương tự - số A/D để có N_X và N_O , qua khâu so sánh có N_X/N_O.

Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn vì tín hiệu qua các khâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng sai số của các khâu, vì vậy dụng cụ đo loại này thường được sử dụng khi độ chính xác yêu cầu của phép đo không cao lắm.

6.2. Phương pháp đo kiểu so sánh:

- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa là có khâu phản hồi.

- Quá trình thực hiện:

+  Đại lượng đo X và đại lượng mẫu XO được biến đổi thành một đại lượng vật lý nào đó thuận tiện cho việc so sánh.

+ Quá trình so sánh X và tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn ra trong suốt quá trìnhđo, khi hai đại lượng bằng nhau đọc kết quả XK sẽ có được kết quả đo.

Quá trình đo như vậy gọi là quá trình đo kiểu so sánh. Thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay còn gọi là kiểu bù).

Hình 1.3. Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh.

- Các phương pháp so sánh: bộ so sánh SS thực hiện việc so sánh đại lượng đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu X_K, qua bộ so sánh có: Δ_X = X - X_K. Tùy thuộc vào cách so sánh mà sẽ có các phương pháp sau:

- So sánh cân bằng:

 * Quá trình thực hiện: đại lượng cần đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu X_K = N_K.X_O được so sánh với nhau sao cho Δ_X = 0, từ đó suy ra X = X_K = N_K.X_O

+ suy ra kết quả đo: A_X = X/X_O = N_K. Trong quá trình đo, XK phải thay đổi khi X thay đổi để được kết quả so sánh là Δ_X = 0 từ đó suy ra kết quả đo.

* Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiết bị chỉ thị cân bằng (độ chính xác khi nhận biết Δ_X = 0).

Ví dụ: Cầu đo, điện thế kế cân bằng

- So sánh không cân bằng:

* Quá trình thực hiện: đại lượng tỉ lệ với mẫu XK là không đổi và biết trước, qua bộ so sánh có được Δ_X = X - X_K, đo Δ_X sẽ có được đại lượng đo X = Δ_X + X_K từ đó có kết quả đo: A_X = X/X_O = (Δ_X + X_K)/X_O.

* Độ chính xác: độ chính xác của phép đo chủ yếu do độ chính xác của X_K quyết định, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ chính xác của phép đo ΔX, giá trị của ΔX so với X (độ chính xác của phép đo càng cao khi Δ_X càng nhỏ so với X).

          Phương pháp này thường được sử dụng để đo các đại lượng không điện, như đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ…

- So sánh không đồng thời:

* Quá trình thực hiện: Dựa trên việc so sánh các trạng thái đáp ứng của thiết bị đo khi chịu tác động tương ứng của đại lượng đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu X_K, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra X = X_K .

Đầu tiên dưới tác động của X gây ra một trạng thái nào đo trong thiết bị đo, sau đó thay X bằng đại lượng mẫu X_K thích hợp sao cho cũng gây ra đúng trạng thái như khi X tác động, từ đó suy ra X = X_K. Như vậy rõ ràng là X_K phải thay đổi khi X thay đổi.

* Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của X_K. Phương pháp này chính xác vì khi thay X_K bằng X thì mọi trạng thái của thiết bị đo vẫn giữ nguyên. Thường thì giá trị mẫu được đưa vào khắc độ trước, sau đó qua các vạch khắc mẫu để xác định giá trị của đại lượng đo X. Thiết bị đo theo phương pháp này là các thiết bị đánh giá trực tiếp như vônmét, ampemét chỉ thị kim.

- So sánh đồng thời:

* Quá trình thực hiện: so sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lượng đo X và đại lượng mẫu XK, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lượng đo.

          Ví dụ: xác định 1 inch bằng bao nhiêu mm: lấy thước có chia độ mm (mẫu), thước kia theo inch (đại lượng cần đo), đặt điểm 0 trùng nhau, đọc được các điểm trùng nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, từ đó có được:1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm

Trong thực tế thường sử dụng phương pháp này để thử nghiệm các đặc tính của các cảm biến hay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng.

Từ các phương pháp đo biến đổi  trên có thể có các cách thực hiện phép đo là:

- Đo trực tiếp : kết quả có chỉ sau một lần đo

- Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một số phép đo trực tiếp

- Đo hợp bộ: như gián tiếp nhưng phải giải một phương trình hay một hệ phương trình mới có kết quả

- Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình mới có kết quả