Thiết kế máy đo công suất cao tần (m3 22act01)

Một nhược điểm nữa là khi trị số công suất đo thay đổi thì điện trở của thermistor và đường truyền tải thay đổi trong mạch cầu cân bằng thì điện trở thermistor là không đổi... 1.4 Cơ sở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- -

NGUYỄN BẰNG HIẾN

THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT CAO TẦN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG

Hà Nội - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Sau thời gian nghiên cứu và học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, với sự hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong Viện Điện Và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của cô giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương

đã giúp tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn và đạt được các mục tiêu đề ra

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn mà tôi thực hiện trong thời gian vừa qua là trung thực và không sao chép của ai

Hà Nội, Ngày 16 tháng 11 năm 2016

Người cam đoan

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin được gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho em được làm luận văn tốt nghiệp này Sau thời gian nghiên cứu và làm việc miệt mài luận văn tốt nghiệp của em đến nay đã cơ bản

đã hoàn thành Có được thành quả đó, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân còn phải kể đến sự giúp đỡ rất lớn từ cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp tài liệu, kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian làm luận văn Qua đây em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô, kính chúc cô luôn mạnh khỏe và công tác tốt

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Viện Điện đã hết sức nhiệt tình truyền thụ cho chúng em không chỉ những kiến thức chuyên môn mà cả những kinh nghiệm quí báu Bên cạnh đó còn tạo những điều kiện hết sức thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn của mình

Em xin gửi lời cảm ơn tới nhóm dự án của phòng Đo lường Vô tuyến Trung tâm Đo lường nơi em công tác đã giúp đỡ và hỗ trợ em trong thời gian qua Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè Chính gia đình

điện-và bạn bè đã là nguồn động viên hỗ trợ vô cùng to lớn giúp em thêm động lực điện-và sự khích lệ để hoàn thành luận văn này

Học viên

Nguyễn Bằng Hiến

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC BẢNG V DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VI

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT 4

1.1 Các khái niệm 4

1.2 Phương pháp đo công suất cao tần 6

1.3 Đo công suất ở siêu cao tần dùng nhiệt điện trở 8

1.4 Cơ sở lý thuyết, kỹ thuật và phương pháp tuyến tính hoá đặc tuyến của các bộ biến đổi 13

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT CAO TẦN 17

(M3-22ACT01) 17

2.1 Đặc trưng kỹ thuật của máy đo công suất cao tần (M3-22ACT01) 17

2.2 Giải pháp thiết kế máy đo công suất M3-22ACT01 18

2.2.1 Xây dựng cấu trúc tổng thể M3-22ACT01 20

2.2.2 Thiết kế khối cầu công tác và cầu bù cân bằng tự động 21

2.2.3 Thiết kế khối xử lý và tính toán 23

2.2.4 Thiết kế khối hiển thị 24

2.2.5 Thiết kế bàn phím 25

2.2.6 Thiết kế khối nguồn và nguồn chuẩn 25

2.2.7 Thiết kế kết nối M3-22ACT01 và máy tính 26

2.2.8 Thiết kế phần mềm 27

2.2.8.1 Lưu đồ tổng thể điều hành và xử lý số liệu của M3-22ACT01 27

2.2.8.2 Lưu đồ tổng thể điều hành, xử lý số liệu của máy tính ghép nối 28

2.2.9 Thiết kế giao diện 29

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐO LƯỜNG MÁY ĐO CÔNG

SUẤT CAO TẦN (M3-22ACT01) 30

3.1 Điều kiện kiểm tra 30

3.2 Phương tiện kiểm tra 30

3.3 Các bước tiến hành kiểm tra 31

3.4 Xác định các tham số đo lường 33

3.4.1 Xác định các tham số đo lường của máy đo cơ sở 33

3.4.1.1 Xác định hệ số truyền của cầu công tác và cầu bù 33

3.4.2 Xác định sai số cơ bản đo công suất của máy khi có bộ biến đổi 36

3.4.2.1 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-29 37

3.4.2.2 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-30 40

3.4.2.3 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-31 42

3.4.2.4 Kiểm tra khi làm việc với bộ biến đổi M5-32 44

3.5 Xử lý chung 47

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 48

4.1 Số liệu kỹ thuật và kết quả tính hệ số hiệu chuẩn của bộ biến đổi công suất 48

4.2 Kết quả đánh giá 50

4.3 So sánh với máy đo công suất có tính năng tương đương 57

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Đặc tính các bộ biến đổi 17

Bảng 3.1: Các phương tiện đo mẫu 30

Bảng 3.2: Hệ số truyền của cầu công tác 35

Bảng 3.3: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-29 tại tần số 500 MHz 38

Bảng 3.4: Sai số cơ bản của M3-22ACT01 tại 750 MHz 39

Bảng 3.5: Sai số cơ bản của M3-22ACT01 tại 1 GHz 39

Bảng 3.6: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 1 GHz 41

Bảng 3.7: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 2 GHz 41

Bảng 3.8: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 tại tần số 3 GHz 42

Bảng 3.9: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại tần số 3 GHz 43

Bảng 3.10: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại các tần số 4,5 GHz 44 Bảng 3.11: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 tại các tần số 5,5 GHz 44 Bảng 3.12: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại tần số 6 GHz 45

Bảng 3.13: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại các tần số 8,0 GHz 46 Bảng 3.14: Sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 tại các tần số 12,5 GHz46 Bảng 4.1: Số liệu của bộ biến đổi M5-29 48

Bảng 4.2: Số liệu của bộ biến đổi M5-30 48

Bảng 4.3: Số liệu của bộ biến đổi M5-31 49

Bảng 4.4: Số liệu của bộ biến đổi M5-32 49

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Tín hiệu điện 5

Hình 1.2: Đo công suất trên tải có phối hợp trở kháng 6

Hình 1.3: Đo công suất truyền qua 7

Hình 1.4: Đặc tuyến công suất - điện trở của thermistor 9

Hình 1.5: Mạch cầu cân bằng gắn thermistor 10

Hình 1.6: Mạch cầu không cân bằng dùng thermistor 11

Hình 1.7: Mạch bù dùng thermistor mắc ngoài 12

Hình 1.8: Sơ đồ kết cấu bộ biến đổi và giải thích việc hiệu đính giá trị công suất đo được theo hệ số hiệu dụng và hệ số phản xạ 14

Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng của M3-22ACT01 20

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của khối cầu công tác tự động cân bằng 21

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của khối cầu bù tự động cân bằng 22

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý và tính toán 23

Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ hiển thị màn hình tinh thể 24

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý điện của bàn phím 25

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn và nguồn chuẩn 26

Hình 2.8: Lưu đồ tổng điều hành và xử lý số liệu của M3-22ACT01 27

Hình 2.9: Lưu đồ tổng thể điều hành, xử lý số liệu của máy tính ghép nối 28

Hình 2.10: Cửa sổ giao diện ban đầu trên máy tính 29

Hình 2.11: Cửa sổ giao diện làm việc chính 29

Hình 3.1: Xác định hệ số truyền của cầu công tác 34

Hình 3.2: Xác định hệ số truyền của cầu cầu bù 35

Hình 3.3: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-29 37

Hình 3.4: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-30 40

Hình 3.5: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-31 42

Hình 3.6: Sơ đồ xác định sai số cơ bản của máy khi có bộ biến đổi M5-32 44

Hình 4.1: Sản phẩm máy đo công suất cao tần M3-22ACT01 50

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay máy đo công suất cao tần do Nga chế tạo được sử dụng rất nhiều trên khí tài quân sự cũng như các phòng thí nghiệm, các nhà máy, xưởng sửa chữa trong các Quân binh chủng như Phòng Không-Không Quân, Hải Quân, Tác Chiến điện tử

Máy đo công suất cao tần là thiết bị quan trọng nhất đảm bảo đo lường cho các vũ khí - khí tài về lĩnh vực công suất cao tần Máy đo công suất cao tần không chỉ được sử dụng làm máy đo công tác, mà còn được sử dụng với vai trò là những máy đo công suất mẫu để kiểm định các thiết bị đo khác, ví dụ kiểm định máy phát công suất cao tần, hoặc khi kết hợp với các bộ chuẩn công suất họ KMC và Я2M,

và còn được sử dụng để kiểm định cho các máy đo công suất khác

Máy đo công suất cao tần sản xuất tại Nga được chế tạo trên cơ sở công nghệ

cũ bán dẫn rời rạc, kỹ thuật tính toán được dựa trên kỹ thuật tương tự và không có các bộ nhớ số liệu, nên không thể xử lý được vấn đề phi tuyến cao tần - siêu cao tần, không tính toán được các phương trình công suất theo kiểu số học và không thể giao tiếp máy tính PC Máy đo công suất cao tần do Nga sản xuất với giá thành khá cao

Một vấn đề quan trọng khác được đặt ra là hiện chưa thể thay thế máy đo công suất cao tần của Nga bằng các máy đo tư bản thế hệ mới, bởi các nguyên nhân chính như sau:

- Giá thành của máy đo công suất của tư bản thường rất cao;

- Không ghép nối được máy đo công suất tư bản với đường truyền cao tần của trang thiết bị quân sự do Liên xô (Nga), vì không tương thích về mặt kích thước vật lý, không tương thích về dải tần số đối với kiểu đường truyền ống sóng và đồng trục, kiểu trở kháng đồng trục 50 Ω và 75 Ω, cơ cấu ghép nối Do vậy, đa số trường hợp

sẽ không ghép nối được, một số trường hợp có thể “ghép nối” nhưng thực sự là không phù hợp và nếu cố “ghép nối” có thể gây sai số đo không lường trước được,

hoặc làm hư hỏng đường truyền cao tần tại đầu ghép nối (do hệ ren và kích thước hình học của đường truyền giữa hai hệ khác nhau);

Dải tần, trở kháng sóng của đường truyền cao tần kiểu đồng trục và kiểu ống dẫn sóng khác biệt nhiều giữa hệ Nga và hệ tư bản đời mới

Ứng dụng kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật vi xử lý và tin học để thiết kế chế tạo mới máy đo công suất tương thích hoàn toàn với các bộ biến đổi công suất của Nga (M5-29; M5-30; M5-31; M5-32; M5-40; M5-41; M5-42; M5-43 với dải tần từ 30 MHz đến 16,7 GHz) và thiết kế thêm các tính năng mới, phù hợp với xu hướng thiết

kế của các hãng lớn trên thế giới và chủ động trong chế tạo, trang bị là nhiệm vụ cấp thiết trong đảm bảo sẵn sàng chiến đấu của quân đội

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

dụng kỹ thuật vi xử lý - công nghệ tin học nhằm đảm bảo phục vụ trang thiết bị đo lường, hướng tới cải tiến, chế tạo các phần máy đo công suất cao tần hiện đang trang bị trong các đơn vị quân đội, từng bước tiến đến chủ động thiết kế chế tạo trong nước đảm bảo nhu cầu trang bị và khí tài quân sự

3 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI

Nội dung chính của luận văn được chia làm bốn chương:

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT

Giới thiệu tổng quan về máy đo công suất;

Giới thiệu tổng quan các khái niệm liên quan đến phép đo công suất; các phương pháp đo công suất cao tần dùng nhiệt điện trở

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT SIÊU CAO TẦN

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐO LƯỜNG MÁY ĐO CÔNG SUẤT CAO TẦN M3-22ACT01

Chương này trình bày các bước kiểm tra đo lường của máy đo công suất cao tần M3-22ACT01 để kiểm tra sau khi sản xuất mới hoặc sau sửa chữa

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

Trình bày các kết quả thực nghiệm đã đạt được và bảng kết số liệu kiểm tra

đo lường của trung tâm đo lường quân đội

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Dựa vào lý thuyết, các phương pháp đo công suất cao tần và ứng dụng các giải pháp điện tử - tin học để xây dựng cấu trúc và thiết kế thực máy đo công suất

- Nghiên cứu lý luận: Tổng hợp các tài liệu kỹ thuật, công nghệ, phân tích và đánh giá nội dung liên quan đến đề tài

- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát, phân tích thiết kế máy đo công suất cao tần và ứng dụng các giải pháp điện tử - tin học để xây dựng cấu trúc và thiết kế thực Máy đo công suất

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO CÔNG SUẤT

1.1 Các khái niệm

Công suất cao tần của một nguồn dao động nào đó, dù là tín hiệu liên tục hay tín hiệu xung, đều là một đại lượng của năng lượng điện tiêu thụ trên tải trong một đơn vị thời gian

Trong mạch điện một chiều, công suất tiêu thụ trên tải bằng tích số của dòng điện và điện áp đặt trên tải

Pmộtchiều = U×I = U2/R = I2R (1.1) Trong mạch điện xoay chiều, công suất tức thời p được xác định:

p = u.i (1.2)

ở đây: u là trị số tức thời của điện áp

i là trị số tức thời của dòng điện

Trong mạch điện có dạng điều hoà, thì biểu thức công suất tiêu thụ trên tải là:

Hình 1.1: Tín hiệu điện

Trị số công suất trung bình của xung bằng trị trung bình trong khoảng chu kỳ lặp lại của xung :

0

1 T TB

Trên thực tế dải đo công suất rất rộng Các thiết bị có công suất lớn như máy phát điện, các thiết bị có công suất nhỏ như máy thu, máy đo… như vậy dải đo công suất có thể từ 10-6 W đến 107

Ở đây: P là trị số công suất tính bằng W (hay mW),

P1 là trị số công suất ban đầu, bằng 1W (hay 1 mW),

 đo bằng dBW (hay dBm) có dấu dương khi P > P1,

 có dấu âm khi P < P1

(1.7)

(1.8)

1.2 Phương pháp đo công suất cao tần

Đo công suất siêu cao tần thường được chia thành 2 loại :

a) Đo công suất trên tải phối hợp trở kháng, hay đo công suất cực đại từ một nguồn có công suất cần đo trên tải hấp thụ năng lượng Trong phép đo này, tải được xác định, có trị số bằng trở kháng đặc tính của đường truyền và là tải thuần trở Sơ

đồ khối của phép đo này như hình 1.2:

Hình 1.2: Đo công suất trên tải có phối hợp trở kháng

Oát mét được mắc với nguồn công suất cao tần cần đo qua đường truyền Công suất hấp thụ bởi trở tải của oát-mét phụ thuộc vào sự phối hợp của nguồn công suất cần đo Công suất đo phụ thuộc vào cấp chính xác của oát-mét và độ phối hợp của đường truyền với nguồn và với tải

b) Đo công suất được hấp thụ trên tải bất kỳ hay đo công suất truyền qua Trong phép đo này, công suất đo được là một phần của nguồn công suất cần đo Ví

dụ, đo công suất bức xạ bởi anten từ nguồn công suất phát ra từ một máy phát, hoặc

đo công suất tới tầng công suất cuối của tầng trước cuối của một máy phát Sơ đồ khối của phép đo này như hình 1.3

Về cấu tạo thì oát-mét thường gồm ba khối: Khối hấp thụ, bộ biến đổi năng lượng và thiết bị chỉ thị

Các biện pháp biến đổi năng lượng phụ thuộc vào phương pháp đo và được chia thành trực tiếp hay gián tiếp chỉ thị Đó là cơ sở cấu tạo của các loại oát-mét Phép đo công suất được thực hiện trong dải công suất lớn và với dải tần số rất rộng Do đó có nhiều phương pháp đo khác nhau để đạt được sai số đo cho phép Các phương pháp đo cơ bản tuỳ thuộc vào khả năng chế tạo thiết bị nên chỉ thích

Nguồn

công suất

cần đo

Tải hấp thụ

Biến đổi năng lượng

Thiết

bị chỉ thị

Oát mét Đường

truyền

hợp trong từng dải tần số Tuy nhiên, cũng có các phương pháp có thể áp dụng với mọi dải tần tuỳ theo yêu cầu cụ thể của phép đo với một mức độ nào đó

Ở các mạch điện một chiều, mạch xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz, 60 Hz) âm tần và cả tần số cao tần, thì phép đo công suất thực hiện bằng phương pháp

đo trực tiếp hay đo gián tiếp Đo trực tiếp công suất được thực hiện bằng oát-mét Oát-mét có bộ biến đổi các đại lượng điện là một thiết bị “nhân” điện áp, và dòng điện trên tải, để sao cho nó đầu ra được trực tiếp chỉ thị đại lượng đo là: P =UI cos Ví dụ, dụng cụ điện động, dùng bộ biến đổi “Hall” và loại dùng bộ nhân điện tử

Hình 1.3: Đo công suất truyền qua

Đo gián tiếp công suất được thực hiện qua các phép đo dòng điện, điện áp và trở kháng Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, không được thuận lợi như phương pháp đo trực tiếp

Ở siêu cao tần, đo công suất là một trong những phép đo cơ bản, chủ yếu để xác định thông số đặc tính của tín hiệu Phép đo được thực hiện bằng các phương pháp biến đổi năng lượng điện từ thành các dạng năng lượng khác để đo Ví dụ như quang năng (phương pháp dùng tế bào quang điện), nhiệt năng (phương pháp dùng nhiệt lượng-mét, điện trở), hay cơ năng (phương pháp dùng tác dụng cơ học của sóng điện từ)

Nguồn công

suất cần đo

Đường truyền sóng

Tải hấp thụ

Biến đổi năng lượng

Thiết

bị chỉ thị Oát mét

Bộ phận ghép

Tải thực

Hiện nay, có một phương pháp đo công suất dùng nhiều ở tất cả các dải tần trong điện tử là phương pháp dùng hiệu ứng “Hall” trong chất bán dẫn

Độ chính xác của phép đo công suất siêu cao tần được coi là cao nếu sai số nhỏ hơn 5%, và là trung bình nếu sai số nhỏ hơn 25 %

Giá trị công suất siêu cao tần đo được coi là lớn khi có trị số lớn hơn 10 W, là trung bình khi có trị số từ 0,1 W đến 10 W, là nhỏ khi trị số từ 10 W đến 0,1 W, rất nhỏ khi trị số công suất bé hơn 10 W

1.3 Đo công suất ở siêu cao tần dùng nhiệt điện trở

Thường dùng 2 loại điện trở là bôlômét và thermistor để đo công suất Do đó còn gọi là phương pháp bôlômét và thermistor Phần tử cảm biến của các bộ biến đổi

là các điện trở nhiệt Phương pháp này dùng để đo công suất cao tần có trị số bé Thermistor là tải hấp thụ của nguồn công suất đo Thông qua phép đo biến đổi trở kháng của tải hấp thụ để tính toán công suất cần đo

Về cấu tạo, bôlômét là sợi dây bằng bạch kim hay vônphram rất mảnh đặt trong một ống thuỷ tinh Trong ống thuỷ tinh có chứa khí trơ để tăng công suất cho sợi dây khi được đốt bằng dòng điện với điều kiện : L = min /8, để cho sự phân bố dòng điện trên sợi dây được đồng đều; min là độ dài bước sóng cực tiểu của nguồn công suất đo

Hình 1.3a: Sợi dây làm bằng bạch kim Hình 1.3b: Sợi dây làm bằng vônphram

Thermistor là loại điện trở nhiệt bằng chất bán dẫn Hai dây nối kim loại là bạch kim hay iridiom có đường kính bằng 20 - 30 m được nối với 2 đầu ống thuỷ tinh, 2 đầu kia được nối với nhau qua một hạt cầu bé được làm từ chất bột bán dẫn Điện trở của thermistor khoảng chừng 100  đến 6000  Nó là loại nhiệt điện trở khi nhiệt độ tăng thì trị số điện trở giảm Đồ thị biểu diễn quan hệ trị số điện trở Rt của thermistor phụ thuộc vào công suất như trên hình 1.4

So sánh giữa bôlômét và thermistor:

Ưu điểm của bôlômét: dễ chế tạo, ít bị phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường chung quanh Nhược điểm của bôlômét là dễ bị quá tải; kích thước chế tạo lớn nên khả năng sử dụng ở đoạn sóng cm (khi  < 10cm) bị hạn chế; điện kháng đầu vào nhỏ; khó thực hiện với dây truyền tải; trị số điện trở phụ thuộc vào tần số (do hiệu ứng bề mặt); có trị số điện cảm và điện dung bản thân lớn; sự phân bố dòng điện dọc theo sợi dây đốt không đều

Hình 1.4: Đặc tuyến công suất - điện trở của thermistor

Ưu điểm của thermistor là độ nhạy cao, dải biến thiên trị số điện trở rộng, ít bị quá tải, kích thước nhỏ, trị số điện cảm và điện dung bé, thời gian làm việc lâu Nhược điểm của thermistor là khó chế tạo hơn, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của môi trường xung quanh (hình 1.4)

Do các ưu nhược điểm trên đây, nên thermistor được sử dụng nhiều hơn để

đo công suất Đặc biệt là khi cần đo công suất một cách chính xác

Loại mạch đo được dùng nhiều nhất để đo công suất cao tần là mạch cầu, vì mạch này có độ nhạy cao, dễ điều chỉnh Có thể sử dụng cả hai loại mạch cầu là loại mạch cân bằng và không cân bằng Sự khác nhau của hai loại mạch cầu này chỉ ở cách đo sự biến thiên của cầu khi có công suất đo tác động

Hình 1.5 là một mạch cầu cân bằng đơn giản Thermistor Rt0

được mắc ở bộ phận mạch cao tần Điện trở Rt0 (đối với dòng điện một chiều) là một trong bốn nhánh cầu khi cân bằng Các nhánh khác đều là các điện trở thuần Một đường chéo của cầu được cung cấp bởi nguồn điện áp một chiều E, còn đường chéo nữa mắc bộ phận chỉ thị (ví dụ: micrô-ampemét từ điện) để chỉ thị sự cân bằng của cầu

Hình 1.5: Mạch cầu cân bằng gắn thermistor

Khi chưa có công suất cao tần tác động, dòng điện của nguồn điện E đi qua trở nhiệt thermistor Thay đổi điện trở R0 có thể thay đổi được trị số điện trở Rt0 để thoả mãn sự cân bằng của cầu Nghĩa là khi cầu cân bằng thì :

Khi có công suất cao tần tác dụng, điện trở Rt0 giảm, cầu đo bị mất cân bằng

Sự mất cân bằng này được chỉ thị bằng M1 Muốn phục hồi lại sự cân bằng thì cần phải giảm dòng điện một chiều I0 xuống trị số I0' Các trị số I0 và I0’ được chỉ thị bằng đồng hồ M2 Trong cả hai lần đo, cầu đều cân bằng, trị số điện trở Rt0 là bằng nhau, vì công suất tiêu thụ trên tải trong hai trường hợp là như nhau Ta có :

 2 0

2 0

0 0

Xác định được Rt0, I0, I0' thì tính được công suấtP~ cần đo theo (1.12)

Loại mạch đo kiểu cầu không cân bằng của oát-mét như hình 1.6 Đối với mạch này công suất đo được biểu thị bằng mức độ mất cân bằng của cầu, và được chỉ thị bởi dòng điện IM qua đồng hồ M Đồng hồ M được khắc độ theo công suất Việc hiệu chỉnh hoặc khắc độ được tiến hành bằng cách thay thế điện trở nhiệt bằng điện trở mẫu Biết trị số điện trở mẫu và trị số dòng điện qua nó thì biết được công suất tiêu thụ, và căn cứ vào đó mà tiến hành khắc độ hay chuẩn thang độ của đồng

hồ Khi các thông số của thermistor thay đổi, cần chuẩn lại đồng hồ Đó là một nhược điểm và là nguyên nhân chủ yếu gây sai số đo, vì khi nhiệt độ môi trường thay đổi, thông số của thermistor cũng bị thay đổi, máy đo sẽ bị mất chuẩn Một nhược điểm nữa là khi trị số công suất đo thay đổi thì điện trở của thermistor và đường truyền tải thay đổi (trong mạch cầu cân bằng thì điện trở thermistor là không đổi)

Ưu điểm của loại oát-mét có mạch cầu không cân bằng là có khả năng

đo được trực tiếp sự thay đổi của công suất đo

Các nguyên nhân gây sai số của phương pháp đo công suất bằng điện trở nhiệt là: a) Sai số do mất phối hợp giữa điện trở của bôlômét hay thermistor với đường truyền Công suất đo được sẽ khác với công suất khi có hệ sóng đứng k=1 Khi k biến đổi trong khảng từ 1,2 đến 1,3 thì sai số này vào khoảng 2%

b) Sai số do sự biến đổi điện trở bôlômét hay thermistor phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ môi trường Sai số này của oát-mét dùng bôlômét nhỏ hơn oát-mét dùng thermistor

c) Sai số do nguồn cấp điện áp cho cầu không ổn định Sai số này lớn hơn đối với loại oát-mét dùng mạch cầu không cân bằng

Hình 1.7: Mạch bù dùng thermistor mắc ngoài

Đó là những sai số cơ bản, ngoài ra còn phải kể đến các sai số của thiết bị chỉ thị như :

Sai số của máy đo cơ sở, sai số do khắc độ, sai số chỉnh "0"

1.4 Cơ sở lý thuyết, kỹ thuật và phương pháp tuyến tính hoá đặc tuyến của các

- Đối với các bộ biến đổi dùng phần tử cảm biến là nhiệt điện trở như thermistor hoặc bôlômét ta có:

b) Hệ số hiệu dụng của đầu đo ( không có thứ nguyên) : là tỷ số KBĐ được

đo ở siêu cao tần với KBĐ được đo ở dòng 1 chiều ( hoặc dòng xoay chiều tần số thấp), khi có hiệu ứng giống nhau ở đầu ra bộ biến đổi (đầu đo công suất)

Đối với bộ biến đổi bôlômét và thermistor thì hệ số hiệu dụng là tỷ số của công suất thế của dòng một chiều với công suất siêu cao tần được hấp thụ ở bộ biến đổi, tức là :

Hệ số hiệu dụng đặc trưng về phương diện tổn hao công suất siêu cao tần trong

bộ biến đổi, do mất mát vào thành bộ biến đổi, rò rỉ ghép nối, bức xạ, cũng như sự không tương đương thay thế công suất siêu cao tần bằng công suất của dòng điện một chiều Khi biết giá trị KHD và nếu công suất thế được đo tuyệt đối chính xác bởi máy đo công suất (tức là PMotChiu = PChiThi) thì công suất cần đo được xác định:

(1.13)

(1.14)

PSCT = PMotChieu / KHD = PChiThi/KHD (1.15)

ở đây : PChi Thị là số chỉ của máy đo công suất,

PMotChieu là công suất thế của dòng một chiều

Người ta tiến tới việc chế tạo sao cho KHD  1 và KHD không phụ thuộc tần

số Thực tế KHD = 1,0  0,7 ở dải tần từ 30 MHz  37,5 MHz

Sơ đồ kết cấu bộ biến đổi công suất như trên hình 3.1 Nếu trên đầu vào của

bộ biến đổi xuất hiện công suất cao tần PX thì trên thực tế do bộ biến đổi không được phối hợp hoàn toàn về trở kháng sóng với đường truyền nên công suất tới PX

bị phản xạ một phần trên đầu vào của bộ biến đổi, do đó chỉ một phần công suất đi tới phần tử cảm biến là thermistor của bộ biến đổi Công suất này được gọi là

PHapThu Quan hệ giữa công suất cần đo PX và công suất hấp thụ được biểu diễn như sau:

PHapThu = PX (1- 2) (1.16)

Giả sử máy đo cơ sở không có sai số thì công suất thế bởi dòng một chiều PMotChieu

sẽ bằng công suất chỉ thị bởi máy đo PChiThi Do vì công suất hấp thụ PHapThu đến phần tử cảm biến (thermistor) chỉ được hấp thụ một phần như đã trình bày ở trên nên ta có:

ChiThi Hapthu

HD

pP

Hình 1.8: Sơ đồ kết cấu bộ biến đổi và giải thích việc hiệu đính giá trị công suất

đo được theo hệ số hiệu dụng và hệ số phản xạ

(1.17)

P P K

 (1.20) c) Phương pháp tuyến tính hoá đặc tính của các bộ biến đổi

Trên thực tế các bộ biến đổi của M3-22A được hiệu chuẩn hoặc kiểm định định kỳ Kết quả hiệu chuẩn hoặc kiểm định cho thấy rõ sự phụ thuộc của các hệ số sóng đứng theo điện áp và hệ số hiệu dụng của các bộ biến đổi theo tần số công tác (xem đặc tính kỹ thuật của các bộ biến đổi)

Khi hệ số sóng đứng được xác định, có thể tìm được hệ số phản xạ của bộ biến đổi theo công thức:

11

KCBH KCBH

 (1.21)

Ở đây:  là hệ số phản xạ của bộ biến đổi

KCBH là hệ số sóng đứng theo điện áp của bộ biến đổi

Như vậy ta có thể tuyến tính hoá được phép đo công suất cao tần theo đặc tính kỹ thuật của các bộ biến đổi theo phương pháp tuyến tính hoá từng đoạn của đặc tuyến tần số, theo các bước sau:

- Tính hệ số phản xạ  của đầu đo theo công thức (1.21) Hệ số sóng đứng KCBH được lấy trong bảng kết quả hiệu chuẩn bộ biến đổi

- Tính hệ số hiệu chuẩn Kb theo công thức (1.19)

- Tính công suất siêu cao tần đo được PX theo công thức (1.20)

Sử dụng công thức gốc (1.20) và nhớ đặc tính của các bộ biến đổi công suất (nhớ các hệ số KHD và  hoặc Kb) có thể thiết kế được các máy đo công suất với tính năng hiệu đính được tính phi tuyến của đặc tính của cảm biến Máy đo loại này, ngoài có độ chính xác cao hơn và có thể giảm thiểu nhiều công việc hiệu chỉnh bởi phần cứng do phần lớn công việc hiệu chỉnh được tiến hành bởi phần mềm

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT CAO TẦN

(M3-22ACT01) 2.1 Đặc trưng kỹ thuật của máy đo công suất cao tần (M3-22ACT01)

Thiết kế chế tạo máy đo công suất cao tần với các chỉ tiêu kỹ thuật như sau:

- Dải tần số công tác: Từ 30 MHz đến 16,7 GHz (phụ thuộc vào các bộ biến đổi theo bảng 2.1)

- Dải đo công suất cao tần: Từ 1 W đến 10 mW

- Cấp chính xác của máy đo phụ thuộc vào giới hạn đo công suất:

+ Sai số cơ bản cho phép (5,0 % giá trị thiết lập  0,025 % toàn thang) đối

đến 10 mW

+ Sai số cơ bản cho phép (10,0 % giá trị thiết lập  0,025 % toàn thang) đối với các đầu đo M5-29, M5-30, M5-31, M5-32 ở giới hạn đo công suất từ 1 W đến

10 W

- Đường truyền cao tần; 75  và 50 

- Bù đặc tính phi tuyến của các bộ biến đổi công suất cao tần;

- Kết nối với máy tính PC;

- Máy đo được thiết kế phù hợp với các bộ biến đổi thermitstor có các giá trị điện trở công tác của các thermitstor như sau: 75 , 100 , 240  Đặc tính kỹ thuật của các bộ biến đổi ở bảng 2.1

Hệ số hiệu dụng

Hệ số sóng đứng

Đường truyền cao tần Trung

Hệ số hiệu dụng

Hệ số sóng đứng

Đường truyền cao tần Trung

2.2 Giải pháp thiết kế máy đo công suất M3-22ACT01

Để có thể đo được công suất một cách chính xác cần lựa chọn nguyên lý hoạt động trên cơ sở thay thế tự động công suất siêu cao tần được hấp thụ bởi thermistor (tương đương với tác động nhiệt) bằng công suất dòng một chiều

Theo những phân tích ở chương I cần lựa chọn giải pháp kỹ thuật 2 cầu đo đồng dạng loại cầu cân bằng, một trong 2 cầu có mắc thermistor công tác (là thermistor chịu tác động trực tiếp của công suất cao tần cần đo, còn ở cầu kia có mắc Thermistor được dùng để bù nhiệt độ môi trường Giải pháp cầu cân bằng có tính năng vượt trội so với giải pháp cầu không cân bằng vì các cảm biến công tác và bù luôn làm việc ở một điểm giá trị trở kháng cố định là giá trị trở kháng công tác của

bộ biến đổi

Nếu UK là điện áp vào của cầu bù và UP là điện áp vào của cầu công tác khi

có công suất siêu cao tần tại đầu vào của bộ biến đổi thì theo phân tích ở chưong 1 công suất siêu cao tần sẽ được tính như sau:

Ở đây: R t 0 là giá trị điện trở của Thermistor công tác của bộ biến đổi

Để xác định các giá trị điện áp UK và UP của 2 cầu công tác và cầu bù cần chọn giải pháp đo chúng bằng 2 bộ biến đổi tương tự - số 16 bít Việc sử dụng các

bộ biến đổi tương tự - số 16 bit cho phép đo có độ phân ly cao vì phép đo được thực hiện với các giá trị công suất rất nhỏ (đến W)

Để có thể điều khiển các bộ biến đổi tương tự - số, thu thập dữ liệu đo, xử lý

dữ liệu đo và điều hành hệ thống cần chọn vi xử lý có nhiều cổng vào ra và có các chức năng điều khiển linh hoạt, có bộ nhớ Ram và FLASH Rom bên trong đủ lớn Khối vi xử lý xử lý kết quả đo và tiến hành tính toán giá trị công suất đo theo biểu thức (2.1), được biến đổi từ (1.3) Giá trị công suất đo sẽ được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng, mặt khác các giá trị điện áp UK, UP đo được sẽ được truyền tới máy tính cá nhân để tiếp tục xử lý, tính toán, hiển thị, vẽ đồ thị và lưu giữ trong tệp

dữ liệu

Để tiến hành hiệu chỉnh sai số đo được gây ra bởi hiệu suất hấp thụ của các

bộ biến đổi công suất được tiến hành bằng phương pháp tuyến tính hoá từng đoạn khi biết các số liệu hiệu chuẩn (hệ số hiệu dụng e , hệ số phản xạ ) của các bộ biến đổi công suất Việc hiệu chỉnh được tiến hành theo phương trình sau:

do hienthi

b

P p

K

 (2.2)

Để có thể tuyến tính hoá đặc tuyến của các bộ biến đổi cần phải nhớ đặc tính của các bộ biến đổi theo tần số (số liệu hiệu chuẩn đối của các đầu biến đổi của nhà sản xuất hoặc số liệu hiệu chuẩn hàng năm do các phòng thí nghiệm thực hiện) Bảng số liệu hiệu chuẩn này được nhớ trong bộ nhớ chương trình Việc thực hiện tuyến tính hoá được tiến hành theo cách tra bảng dữ liệu bằng cách giao tiếp qua bàn phím để thiết lập cấu hình đo thông qua việc chọn đầu biến đổi công suất, trở kháng công tác và tần số đo

2.2.1 Xây dựng cấu trúc tổng thể M3-22ACT01

Sơ đồ khối cấu trúc tổng thể của máy đo công suất M3-22ACT01 bao gồm các khối

chính như sau: Khối nguồn và nguồn chuẩn; khối hiển thị LCD; khối cầu công tác

và cầu bù cân bằng tự động; khối xử lý và tính toán; khối bàn phím

UP

Khối điều chỉnh

Khối công suất

RtherCTCầu công tác

Khuếch đại vi sai

+5V -15V +5Vdig

2.2.2 Thiết kế khối cầu công tác và cầu bù cân bằng tự động

Các bộ biến đổi dạng thermistor nên dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường xung quanh Do đó cần thiết kế hai khối mạch đo là khối cầu đo công tác tự động cân bằng và khối cầu đo bù ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường

Sơ đồ nguyên lý của khối cầu công tác được trình bày ở hình 2.2

Khối cầu đo công tác tự động cân bằng tự động bao gồm các thành phần chủ yếu sau: Cầu công tác cân bằng dòng một chiều; mạch khuếch đại vi sai; mạch khuếch đại đệm, mạch khuếch đại công suất; mạch tạo nguồn chuẩn 10 V; bộ phận chuyển mạch

Đảm bảo cho sự phân biệt được thay đổi năng lượng hấp thụ trên cầu dưới 1µW (dải đo lớn nhất của M3-22ACT01 là 10 mW) với bộ khuếch đại vi sai được mắc nối tiếp với khuếch đại công suất thì ít nhất cũng sẽ tạo ra hệ số khuếch đại khoảng gần 100000 lần do đó chọn hệ số khuếch đại INA125P lên khoảng 500 lần

và hệ số khuếch đại của transistor lưỡng cực Q3 với khoảng gần 200 lần

Khi chưa có công suất cao tần ở đầu vào bộ biến đổi cầu công tác sẽ tự động cân bằng Khi có công suất cao tần tác động sẽ làm đốt nóng thermistor làm cho điện trở của thermistor giảm cầu sẽ mất trạng thái cân bằng nhưng dưới sự tác động của bộ khuyếch đại vi sai và bộ điều chỉnh công suất cầu sẽ trở về trạng thái cân bằng mới một cách tự động Điện áp UP đo được đưa tới khối xử lý và tính toán

Sơ đồ nguyên lý của khối cầu công tác được trình bày ở hình 2.3

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của khối cầu bù tự động cân bằng

Khối cầu bù cân bằng tự động bao gồm các thành phần chủ yếu sau: Cầu bù cân bằng dòng một chiều; mạch khuếch đại vi sai; mạch khuếch đại đệm, mạch khuếch đại công suất; mạch tạo nguồn chuẩn 10 V; bộ phận chuyển mạch; mạch chỉnh điện áp đo Uk (khối chỉnh “0”)

Khối cầu đo bù nhiệt độ môi trường cũng tương tự như khối cầu đo công tác Chỉ khác ở cách mắc thay vì đấu thermistor công tác vào một trong các nhánh cầu thì mắc vào thermistor bù nhiệt độ môi trường Thermistor bù nhiệt độ này không chịu tác động của công suất siêu cao tần mà chỉ chịu tác động của nhiệt độ môi trường

Sự thay đổi của nhiệt độ môi trường sẽ làm thay đổi điện áp một chiều trên đầu vào của cầu bù Khi chưa có công suất cao tần tác động vào cầu công tác cần điều chỉnh sao cho Uk=Up

2.2.3 Thiết kế khối xử lý và tính toán

Sơ đồ nguyên lý khối xử lý và tính toán được trình bày ở hình 2.4

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý và tính toán

Khối xử lý và tính toán bao gồm 2 bộ biến đổi tương tự số ADS7807 và vi

xử lý 89C51; MAX232

Hai bộ biến đổi tương tự số ADS7807 dùng để biến đổi giá trị điện áp UK và UPthành các giá trị số 16 bit nhằm đưa vào vi xử lý để tính toán Hai bộ biến đổi này phải được cấp nguồn nuôi chuẩn có độ ổn định và độ chính xác cao để tham chiếu tương tự số Hai bộ biến đổi này được cấu hình để có giới hạn đo từ 0 đến 4V và

truyền số liệu đo được theo phương pháp truyền nối tiếp Hai bộ biến đổi tương tự -

số này được điều khiển quá trình đo và truyền dữ liệu bởi bộ vi xử lý Việc đo được tiến hành lần lượt bằng cách đo UK trước và đo UP sau

Khối vi xử lý 8 bít loại AT89C51 có tác dụng đọc giá trị UK và UP Sau đó

xử lý và gia công dữ liệu thu được Nhận lệnh từ bàn phím và hiển thị dữ liệu ra LCD và truyền thông với máy tính Dữ liệu thu được từ 2 bộ biến đổi được đưa vào các thanh ghi của vi xử lý và được xử lý sơ bộ và được lọc nhiễu bởi phép tính lấy giá trị trung bình sau đó giá trị trung bình sẽ được đưa tới lưu tại bộ nhớ Ram Các giá trị này sẽ được đưa vào các công thức (2.1) và (2.2) để tính giá trị công suất và hiệu chỉnh tuyến tính các giá trị công suất theo đặc tuyến tần số

2.2.4 Thiết kế khối hiển thị

Sơ đồ khối của khối hiển thị được trình bày ở hình 2.5

Trong thiết kế này sử dụng khối màn hình tinh thể lỏng (LCD) loại DM2004C để hiển thị kết quả đo và cấu hình đo của máy Màn hình được chia thành 4 dòng, mỗi dòng 20 ký tự Màn hình được điều khiển trực tiếp bởi vi mạch điều khiển cỡ lớn (LSI) loại Hitachi HD44780 Vi mạch HD44780 có các lệnh chức năng chính như sau: Xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng, bật/tắt hiển thị, bật/ tắt con trỏ, nhấp nháy ký tự hiển thị, dịch hiển thị

2.2.5 Thiết kế bàn phím

Sơ đồ nguyên lý của bàn phím được trình bày ở hình 2.6

Với tác dụng của bàn phím là chọn bộ biến đổi, chọn trở kháng công tác của

bộ biến đổi, chọn tần số công tác và chọn hệ số hiệu dụng hoặc hệ số hiệu chuẩn thì cần thiết kế 6 phím chức năng cụ thể như sau:

Phím "Chế độ" được dùng để chọn Loại đầu biến đổi và trở kháng làm việc Phím "Dịch" được dữ trữ cho các chức năng mở rộng

Phím "Tăng" được dùng để chọn tần số công tác và qua đó để chọn giá trị hệ

số hiệu dụng cho việc tuyến tính hoá từng đoạn

Phím "Nhập" được dùng để nhập các dữ liệu đã chọn Tất cả việc chọn lựa này đều được thông báo trên màn hình tinh thể lỏng để tránh nhầm lẫn khi đo

Phím "Chỉnh "0"" được dùng để chỉnh "0" bởi chương trình thay vì phải chỉnh "0" bằng phần cứng

Phím "Khởi động" được sử dụng với mục đích khởi động lại hệ thống để thiết lập lại cấu hình Việc nhận diện các phím được thực hiện bởi vi xử lý qua 6 đường tín hiệu

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý điện của bàn phím

2.2.6 Thiết kế khối nguồn và nguồn chuẩn

Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn và nguồn chuẩn được trình bày ở hình 2.7

Khối nguồn và nguồn chuẩn được xây dựng từ 02 bộ biến áp đầu vào, 02 bộ chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, các bộ lọc kiểu điện dung, các bộ ổn áp để tạo các giá trị điện áp có các giá trị danh định khác nhau là  15V, 5V, +5VANA Các giá trị điện

áp 15V được dùng để cấp nguồn cho các bộ khuếch đại vi sai INA125P Điện áp

+5V được dùng để cấp nguồn cho các vi mạch số Điện áp +5VANA được dùng để cấp nguồn cho các bộ biến đổi tương tự số ADS7807 Các giá trị điện áp  15V,

áp +5VANA có độ ổn định cao, được tạo bởi vi mạch khuếch đại vi sai INA125P và được khuếch đại công suất bởi transistor C2587

R9

100

C6 1000u

+5Vdig

U2

LM7815/TO 1

3 VIN

D VOUT

U4

LM7805/TO 1

3 VIN

D VOUT

U5

LM7905/TO3 2

Source connector

2 6 10 14 18 22 26 30

1 5 9 11 15 19 23 27 31 +/-8VAC in

-15V

C16 0.1u

+15V +5Vana

C2 0.1u

C13 1000u

C14 0.1u

C8 0.1u

-5V

C4 0.1u

+15V

-15V

C15 1000u

+5Vdig

+5Vana

C12 0.1u C10

0.1u

+5Vana

C5 1000u

R1 1k

C3 2200u

-5V

C9 2200u Agrd

+15V

2.2.7 Thiết kế kết nối M3-22ACT01 và máy tính

Để có thể xử lý dữ liệu đo một cách mềm dẻo hơn nữa bằng các chương trình ngôn ngữ bậc cao, để có thể lưu trữ dữ liệu, xây dựng đồ thị hoặc để sử dụng máy

đo trong hệ thống đo cần phải ghép nối M3-22ACT01 với máy tính Một giải pháp đơn giản được chọn là kết nối qua đường truyền nối tiếp không đồng bộ giữa M3-22ACT01 và máy tính Thiết bị ghép nối giữa chúng được chọn là MAX232, là vi mạch chuyên dụng truyền nối tiếp và phối hợp được các mức tín hiệu 5V của vi xử

lý và 12V của máy tính Việc truyền số liệu theo kiểu nối tiếp cũng rất thuận lợi cho vi xử lý do vì trong vi xử lý 89C51 đều có cổng nối tiếp chuyên dụng cho truyền tin

+ Đo Uk + Đo Up

Tính  U Lưu vào RAM

Tính U1p=Up+  U

Uk -U1p2

U k -U 1p2 ≥ 0

Tính : (U k -U 1p2 )/(4R0ther.Kb)

+ Hiển thị lên LDC + Truyền U k ; U p lên máy tính

2.2.8.2 Lưu đồ tổng thể điều hành, xử lý số liệu của máy tính ghép nối

Begin

Thiết lập cấu hình đo:

+ Chọn bộ biến đổi+ Chọn tần số công tác+ Thiết lập hệ số truyền Kb

Thiết lập cấu hình đo:

+ Chọn bộ biến đổi+ Chọn tần số công tác+ Thiết lập hệ số truyền Kb

+ Đọc Up+ Đọc Uk

+ Đọc Up+ Đọc Uk

Tính toán P đo

+Hiển thị Pđo+ Nhập các thông số đo hoặc hiệu chuẩn

+Hiển thị Pđo+ Nhập các thông số đo hoặc hiệu chuẩn

Lưu kết quả đo

Xem bảng kết quả đo và tính toán sai số phép đo

Xem bảng kết quả đo và tính toán sai số phép đo

Hình 2.9: Lưu đồ tổng thể điều hành, xử lý số liệu của máy tính ghép nối

2.2.9 Thiết kế giao diện

Giao diện trên máy tính được thiết kế trên phần mềm Visual Basic

Hình 2.10: Cửa sổ giao diện ban đầu trên máy tính

Ở cửa sổ giao diện ban đầu trên máy tính người sử dụng có thể nhập kiểu đầu đo họ M5; tần số công tác và hệ số truyền anfa

Hình 2.11: Cửa sổ giao diện làm việc chính

Ở giao diện làm việc chính thể hiện giá trị công suất đo được; có thể truy cập vàocập vào bảng kết quả đo; lưu trữ kết quả đo được

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐO LƯỜNG MÁY ĐO CÔNG

SUẤT CAO TẦN (M3-22ACT01)

Chương này trình bày các điều kiện và phương pháp kiểm tra máy sau khi sản xuất hoặc sau sửa chữa lớn cũng như sau khi sử dụng hàng năm

3.1 Điều kiện kiểm tra

Khi tiến hành kiểm tra phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Nhiệt độ (205) 0C,

- Độ ẩm tương đối của không khí:  80%,

- Áp suất khí quyển: (75030) mmHg,

- Điện áp nguồn: (2204,4) V; tần số (500,5) Hz

3.2 Phương tiện kiểm tra

Khi tiến hành kiểm tra phải sử dụng các phương tiện đo mẫu được ghi trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Các phương tiện đo mẫu

Phương tiện kiểm tra Giới hạn đo Cấp chính xác

Phương tiện kiểm tra Giới hạn đo Cấp chính xác

3.3 Các bước tiến hành kiểm tra

Kiểm tra bên ngoài và khả năng làm việc

a) Kiểm tra bên ngoài

Kiểm tra bên ngoài máy phải thoả mãn các điều kiện sau:

Không có hỏng hóc về cơ khí ảnh hưởng đến độ chính xác số chỉ của máy Đầy đủ các núm, nút, đảo mạch điều khiển và điều chỉnh dễ dàng từ vị trí tận cùng trái đến vị trí tận cùng phải

Các cọc nối, ổ cắm phải sạch sẽ, không bị nấm, mốc, rỉ

Cầu chì, đèn hiệu, phải đúng trị số và không hởng

Dây nối nguồn phải tốt

Nếu máy không thoả mãn các điều kiện trên thi không kiểm tra bước tiếp theo

b) Kiểm tra khả năng làm việc

Khi kiểm tra khả năng làm việc máy phải thoả mãn các điều kiện sau:

- Chỗ đặt máy làm việc không có rung động và không đặt máy gần các thiết

bị khác là các nguồn sinh nhiệt

- Nối dây tiếp địa vào cọc tiếp địa ở mặt sau của máy

- Cắm phích nguồn vào ổ cắm ở mặt sau của máy

- Công tắc nguồn ở mặt trước máy ở vị trí "Tắt"

- Nối bộ biến đổi đo nào đó hoặc M5-29/30/31/32 vào các cọc "Công tác",

"", và "Bù" ở mặt trước máy, tương ứng với các mầu của cọc máy và mầu của các cọc đầu cuối của bộ biến đổi

- Thiết lập chuyển mạch "" về vị trí tương ứng với giá trị trở kháng công tác đã được ghi trong lý lịch của bộ biến đổi công suất

- Cắm phích nguồn vào ổ cắm điện áp lưới 220 V, 50 Hz

- Bật công tắc "Nguồn" ở mặt máy về trí "Bật", khi đó đèn báo nguồn màu

đỏ và màn hình tinh thể lỏng LCD phải sáng lên Trên màn hình có thông báo

"M5-29 ; R=75"

- Nhấn phím "Chế độ", mỗi lần nhấn phím này thì trên màn hình tình thể lỏng phải thấy các thông báo lần lượt như sau: "M5-30 R=75"; "M5-31 R=100", "M5-32 R=100"; "M5-42 R=240" Nếu tiếp tục nhấn phím này thì màn hình lại quay lại thôngbáo đầu tiên "M5-29 ; R=75" và tương tự như trên

- Nhấn phím "Nhập" để chọn một bộ biến đổi công suất, trên màn hình xuất hiện thông báo giá trị tần số công tác ứng với giá trị đầu tiên của giới hạn tần số công tác của bộ biến đổi vừa được chọn Nếu ta vừa chọn bộ biến đổi công suất

"M5-29 ; R=75", thì sau khi nhấn phím "Nhập" sẽ có thông báo "f = 30MHz" xuất hiện trên màn hình

- Nhấn phím "Tăng" để thay đổi các giá trị tần số công tác đang hiển thị trên màn hình Các giá trị tần số công tác sẽ tăng và có giá trị phù hợp với bảng giá trị hiệu chuẩn của bộ biến đổi công suất tương ứng Khi tần số tăng đến giá trị cuối cùng của giới hạn của bộ biến đổi tần số, nếu tiếp tục nhấn phím "Tăng", các giá trị tần số được thông báo trên màn hình lại tiếp tục từ giá trị đầu tiên và tiếp tục tăng như trên vừa trình bày

- Nhấn phím "Nhập" để chọn giá trị tần số công tác, sau khi nhấn khoảng 3s, trên màn hình sẽ xuất hiện giá trị công suất đo ở dòng đầu tiên, ví dụ "003289.03 10E-6" (đây là giá trị hiển thị ban đầu, không phải là công suất đo được của bộ biến

đổi) và ở dòng thứ 3 xuất hiện thông báo về tên gọi của bộ biến đổi vừa chọn và trở kháng công tác của nó, ví dụ "M5-29 ; R=75", ở dòng thứ 4 xuất hiện ví dụ "f =

30 MHz" Hai dòng thứ 3 và thứ 4 chính là thông báo về cấu hình của máy đo

- Dùng tuốc nơ vít nhỏ 2 cạnh điều chỉnh các chiết áp chìm trên mặt máy để hiệu chỉnh các giá trị điện áp UK và UP, giá trị công suất được hiển thị ở dòng thứ nhất của màn hình sẽ thay đổi

- Nhấn phím "Hiệu chỉnh "0"" và giữ phím này trong khoảng thời gian cực đại là 3 giây, chỉ thị giá trị công suất ở dòng đầu tiên của màn hình sẽ thiết lập về

"0" và lúc đó xuất hiện giá trị "000000.00 10E-6"

- Đấu nối bộ biến đổi công suất vào đường truyền cao tần cần đo công suất, nhưng chưa phát công suất vào đường truyền

- Phát một giá trị công suất vào đường truyền cao tần và thay đổi nó thì giá trị công suất đo được trên màn hình cũng phải thay đổi theo

- Máy đo làm việc bình thường nếu thoả mãn các thao tác ở trên

- Sấy máy đo công suất M3-22ACT01 trong khoảng nửa giờ

3.4 Xác định các tham số đo lường

3.4.1 Xác định các tham số đo lường của máy đo cơ sở

3.4.1.1 Xác định hệ số truyền của cầu công tác và cầu bù

Kiểm tra hệ số truyền của cầu công tác và cầu bù bằng phương pháp đo gián tiếp, bằng cách đo điện áp UPth, UKth trên điện trở mẫu (có giá trị bằng giá trị trở kháng công tác danh định Rt của thermistor công tác và thermistor bù) và đo điện

áp UP, UK của các cầu công tác và cầu bù Hệ số truyền của cầu công tác và cầu bù

sẽ được tính trên cơ sở các kết quả điện áp đo được

a) Xác định hệ số truyền của cầu công tác

Hệ số truyền của cầu công tác được xác định theo sơ đồ ở hình 3.1

1 Xác định hệ số truyền của cầu công tác khi làm việc với bộ biến đổi đo có trở kháng công tác danh định 75  được tiến hành theo thứ tự sau:

- Đấu nối P327 và Fluke 8508A theo sơ đồ ở hình 3.1

- Thiết lập chuyển mạch “” của M3-22ACT01 về vị trí 75 