Giáo trình Đo lường điện tử với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày khái niệm sai số trong đo lường, các loại sai số và biện pháp phòng tránh;Trình bày các loại cơ cấu đo dùng trong kỹ thuật điện, điện tử. Các loại máy đo thông dụng trong kỹ thuật: VOM, DVOM, máy hiện sóng.
ĐƠN VỊ KÍCH THƯỚC VÀ CÁC TIÊU CHUẨN 3
Giới thiệu 2 Nội dung : 2 Các đơn vị cơ hệ SI
Trong thực tế khi chúng ta thực hiện quá trình đo đạ sẽ xảy ra những lỗi trong quá trình đo như: sai về cách đo, sử dụng dụng cụ đo, đọc sai số… như vậy những nguyên nhân đó do đâu thì trong bài sẽ cho ta hiểu rõ hơn
- Trình bày các sai số trong kỹ thuật đo lường
- Nhận biết sai số, phân tích nguyên nhân và biện pháp phòng tránh giảm sai số trong đo lường
- Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viên
Trong đời sống thực tế, quá trình cân đo đong đếm diễn ra liên tục với mọi đối tượng và luôn đóng vai trò thiết yếu Việc đo lường không chỉ giúp đánh giá chính xác mà còn cung cấp thông tin hữu ích cho quyết định, từ các vật thể hàng ngày đến các hệ thống phức tạp Với mỗi đối tượng cụ thể, quá trình đo lường được định hình bởi đặc trưng của chủng loại đó và dựa trên một đơn vị chuẩn đã được xác định trước.
Trong lĩnh vực kỹ thuật đo lường, thiết bị không chỉ thông báo trị số của đại lượng cần đo mà còn thực hiện kiểm tra, điều khiển và xử lý thông tin để bảo đảm dữ liệu được xử lý nhanh chóng và chính xác Với ngành điện, đo lường các thông số của mạch điện đóng vai trò vô cùng quan trọng, hỗ trợ quá trình thiết kế lắp đặt, kiểm tra vận hành và dò tìm hư hỏng trong mạch điện một cách hiệu quả.
2.1.1 Độ chính xác và mức chính xác Đo lường là quá trình so sánh đại lượng chưa biết đại lượng đo) với đại lượng đã biết cùng loại được chọn làm mẫu mẫu này được gọi là đơn vị)
Công việc đo lường là kết nối thiết bị đo với hệ thống được khảo sát và theo dõi kết quả đo của các đại lượng cần thiết trên thiết bị hoặc dụng cụ đo Việc kết nối đúng kỹ thuật cho phép quan sát và thu thập dữ liệu đo đạc một cách chính xác và tin cậy, phục vụ cho phân tích, hiệu chuẩn và đánh giá tổng thể của hệ thống.
+ ố đo: là kết quả của quá trình đo, kết quả này được thể hiện bằng một con số cụ thể
+ Dụng cụ đo và mẫu đo:
Các dụng cụ thực hiện việc đo được gọi là dụng cụ đo Trong lĩnh vực điện, các dụng cụ đo phổ biến gồm ampe kế để đo dòng điện, vôn kế để đo điện áp và đồng hồ đo công suất để đo công suất, cùng với nhiều loại dụng cụ khác phục vụ cho đo lường các tham số điện và hệ thống điện.
- Mẫu đo: là dụng cụ dùng để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định có trị số cho trước, mẫu đo được chia làm 2 loại sau:
Loại làm mẫu được thiết kế để kiểm tra các mẫu đo và dụng cụ đo khác, được chế tạo và sử dụng theo chuẩn kỹ thuật nhằm đảm bảo độ chính xác cao và sự ổn định trong quá trình đo Các mẫu này đóng vai trò trọng yếu trong công tác kiểm tra, hiệu chuẩn và đánh giá độ chính xác của thiết bị đo lường, giúp tăng tính tin cậy và sự nhất quán của các kết quả đo lường.
- Loại công tác: được sử dụng đo lường trong thực tế, loại này gồm 2 nhóm sau:
Mẫu đo và dụng cụ đo thí nghiệm
Mẫu đo và dụng cụ đo dùng trong sản xuất
Trong đo lường chúng ta có hai phương pháp đo: a Phương pháp đo trực tiếp:
Là phương pháp đo mà đại lượng cần đo được so sánh trực tiếp với mẫu đo Phương pháp này được chia thành 2 cách đo:
- Phương pháp đo đọc số thẳng
- Phương pháp đo so sánh là phương pháp mà đại lượng cần đo được so sánh với mẫu đo cùng loại đã biết trị số
Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dụng v.v b Phương pháp đo gián tiếp:
Là phương pháp đo trong đó đại lượng cần đo sẽ được tính ra từ kết quả đo các đại lượng khác có liên quan
Ví dụ: Muốn đo điện áp nhưng không có Vônmét, ta đo điện áp bằng cách:
- Dùng ômmét đo điện trở của mạch
- Dùng Ampemét đo dòng điện đi qua mạch
Sau đó áp dụng các công thức hoặc các định luật đã biết để tính ra trị số điện áp cần đo
2.2.1 Khái niệm về sai số:
Trong quá trình đo, số chỉ của dụng cụ đo và kết quả tính toán luôn có sự sai lệch so với giá trị thật của đại lượng cần đo Lượng sai lệch này gọi là sai số, hay còn được hiểu là độ lệch giữa kết quả đo và giá trị đúng Hiểu và đánh giá sai số giúp nâng cao độ chính xác của phép đo và đánh giá độ tin cậy của các kết quả đo lường.
Đây là một sai số cơ bản có đặc điểm giá trị của nó luôn không đổi hoặc thay đổi theo một quy luật nhất định; về nguyên tắc, sai số này có thể loại trừ được, giúp nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của kết quả đo lường Việc nhận diện và loại bỏ sai số cơ bản là bước quan trọng trong quá trình phân tích dữ liệu và cải thiện chất lượng thông tin đầu ra.
Trong quá trình chế tạo dụng cụ đo, các yếu tố như ma sát trong gia công và việc khắc vạch lên thang đo có thể tạo ra sai số ban đầu trên dụng cụ Sai số này còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường cụ thể như nhiệt độ môi trường thay đổi, tác động của điện trường, từ trường, độ ẩm và áp suất xung quanh, khiến độ chính xác của dụng cụ đo biến động theo thời gian và vị trí sử dụng.
Là sai số do người sử dụng và một số ảnh hưởng khác gây nên
- Do chủ quan trong cách thức đo, trong cách đọc trị số, do thao tác đo không đúng dẫn đến giá trị của đại lượng cần đo thay đổi
- Do người đo nhìn lệch, nhìn nghiêng, đọc sai v.v
- Dùng công thức tính toán không thích hợp, dùng công thức gần đúng trong tính toán.v.v
2.2.4 Phương pháp tính sai số:
Gọi: A: kết quả đo được
A1: giá trị thực của đại lượng cần đo a Tính sai số như sau:
A =A1 - A (2.1) A gọi là sai số tuyệt đối của phép đo
Phép đo có A càng nhỏ thì càng chính xác
- Sai số qui đổi qđ
A đm : giới hạn đo của dụng cụ đo giá trị lớn nhất của thang đo)
Quan hệ giữa sai số tương đối và sai số qui đổi: d dm dm qd AK
K A là hệ số sử dụng thang đo K d 1)
Trong quá trình đo lường, khi hệ số Kd càng gần bằng 1 thì đại lượng đo càng tiến gần giới hạn đo, và ΔA càng nhỏ cho thấy phép đo càng chính xác Thông thường độ chính xác của phép đo được cải thiện khi Kd ≥ 1/2.
Ví dụ: Một dòng điện có giá trị thực là 5A Dùng Ampemét có giới hạn đo
10A để đo dòng điện này Kết quả đo được 4,95 A
Tính sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số qui đổi
Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng:
Trong đó: X là đại lượng đo
A là con số kết quả đo
Ví dụ: I = 5A thì: Đại lượng đo là: dòng điện I) Đơn vị đo là: Ampe A) Con số kết quả đo là: 5 c Hệ đơn vị đo:
Hệ SI (Système International d’Unités) là hệ thống đơn vị đo lường quốc tế phổ biến nhất, quy định các đơn vị cơ bản cho các đại lượng vật lý Gồm bảy đơn vị cơ bản: mét (m) cho chiều dài, kilogram (kg) cho khối lượng, giây (s) cho thời gian, ampere (A) cho dòng điện, kelvin (K) cho nhiệt độ tuyệt đối, mol (mol) cho lượng chất và candela (cd) cho cường độ sáng Ngoài ra, hệ SI còn cung cấp các đơn vị phụ trợ và các đại lượng được định nghĩa từ các đơn vị cơ bản thông qua các công thức và hằng số vật lý, giúp đo lường và tính toán chuẩn xác trên toàn cầu trong khoa học, kỹ thuật và đời sống hàng ngày.
- Độ dài: tính bằng mét m)
- Khối lượng: tính bằng kilôgam kg)
- Thời gian: tính bằng giây s)
- Dòng điện: tính bằng Ampe A)
+ Bội và ước số của đơn vị cơ bản:
Tiến hành đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình của chúng
Ví dụ: Đo giá trị của một điện trở ta tiến hành 4 lần đo như sau:
- Lần 1 ta đo được giá tri của điện trở là X 1 = 50,1
- Lần 2 ta đo được giá tri của điện trở là X 2 = 49,7
- Lần 3 ta đo được giá tri của điện trở là X 3 = 49,6
- Lần 4 ta đo được giá tri của điện trở là X 4 = 50,2
X Độ lệch của từng giá trị đo: gọi độ lệch là d d1 = 50,1 – 49,9 = 0,2 d 2 = 49,7 – 49,9 = - 0,2 d3 = 49,6 – 49,9 = - 0,3 d 2 = 50,2 – 49,9 = 0,3.
Tổng đại số của các độ lệch: dtổng= 0,2 - 0,2 - 0,3 + 0,3 = 0
Như vậy, tổng đại số của các độ lệch giữa các lần đo và trị trung bình bằng không cho thấy sự cân đối trong dữ liệu: các độ lệch dương và âm bù đắp lẫn nhau, biểu hiện sự phân tán của các kết quả đo quanh giá trị trung bình Điều này phản ánh biến động ngẫu nhiên của mỗi lần đo và cho thấy mức độ đồng nhất của mẫu đo ở xung quanh trị trung bình Do đó, trị trung bình đóng vai trò làm mốc tham chiếu để đánh giá độ tin cậy của dữ liệu đo lường và sự phân bố của các giá trị đo quanh giá trị trung bình.
1/ Bài tập 1: Một dòng điện có giá trị thực là 20A Dùng Ampemét có giới hạn đo 30A để đo dòng điện này Kết quả đo được 9,95 A
Tính sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số qui đổi
2/ Bài tập 2: : Một nguồn điện có giá trị điện áp thực là 220V Dùng
Ampemét có giới hạn đo 300V để đo điện áp này Kết quả đo được 230 V
Tính sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số qui đổi
3/ Bài tập 3: Đo giá trị của một nguồn điện ta tiến hành 4 lần đo như sau:
- Lần 1 ta đo được giá tri của điện áp là X 1 = 222V
- Lần 2 ta đo được giá tri của điện áp là X2 = 218V
- Lần 3 ta đo được giá tri của điện áp là X 3 = 217V
- Lần 4 ta đo được giá tri của điện áp là X 4 = 223V
Giá trị trung bình, độ lệch của từng giá trị đo
BÀI 3 : THIẾT BỊ CƠ ĐIỆN
Giới thiệu 2 Nội dung bài 2 Đo lường 2 2 Sai số trong đo lường 11 2.3 Bài tập ứng dụng 14 BÀI 3: THIẾT BỊ CƠ ĐIỆN 16
Trong các ngành kỹ thuật như cơ khí, điện và điện tử, việc kiểm tra và đo lường các thông số đầu vào và đầu ra đóng vai trò then chốt để đảm bảo chất lượng và hiệu suất sản phẩm Vì vậy, cần có các thiết bị đo đúng chuẩn, có khả năng đo chính xác đại lượng đo, với thang đo phù hợp, độ phân giải và độ lặp lại cao Lựa chọn thiết bị đo phù hợp giúp đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn, tối ưu hóa quy trình sản xuất và kiểm tra chất lượng.
- Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động các thiết bị đo lường dùng kim và chỉ thị số thông dụng trong kỹ thuật điện, điện tử
- Sử dụng VOM/DVOM đo đạt và ghi nhận đúng các thông số theo yêu cầu kỹ thuật
- Chấp hành đúng quy trình, quy định của xưởng,
- Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viên
2.1.Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu với cuộn dây quay
2.1.1 Cấu tạo, ký hiệu nguyên lý làm việc: a Ký hiệu:
Hình 3.1a: Ký hiệu cơ cấu từ điện
Hình 3.1b: Ký hiệu cơ cấu từ điện có chỉnh lưu
Khung quay được làm bằng nhôm hình chữ nhật, trên khung quấn dây đồng và được bọc vecni để bảo vệ và tăng độ bền Việc giảm khối lượng của khung quay càng nhỏ càng tốt nhằm đạt mômen quán tính càng thấp, từ đó tối ưu hóa hiệu suất quay Toàn bộ khung quay có thể được đặt trên trục quay hoặc treo bằng dây treo, tùy thuộc vào thiết kế và yêu cầu lắp đặt.
+ Nam châm vĩnh cửu: khung quay được đặt giữa hai cực từ N-S của nam châm vĩnh cửu
+ Lõi sắt non hình trụ nằm trong khung quay tương đối đều
Kim chỉ thị được gắn chặt trên trục quay hoặc dây treo, và phía sau kim có đối trọng để bảo đảm trọng tâm của kim chỉ thị nằm chính xác trên trục quay hoặc trên dây treo Việc căn bằng trọng tâm giúp kim chỉ thị hoạt động ổn định, giảm lệch, tăng độ chính xác và độ bền của cơ cấu.
Trong hệ thống đo lường, lò xo đối kháng hoặc dây treo có nhiệm vụ kéo kim chỉ thị về vị trí ban đầu, điểm 0, đồng thời kiểm soát sự quay của kim chỉ thị để đảm bảo giá trị đo phản ánh đúng quỹ đạo và độ chính xác của phép đo.
Lỏi sắt non Đối trọng
Hình 3.2: ơ đồ cấu tạo cơ cấu đo kiểu từ điện
16 c ơ đồ nguyên lý: d Nguyên lý hoạt động:
- Khi có dòng điện cần đo I đi vào cuộn dây trên khung quay sẽ tác dụng với từ trường ở khe hở tạo ra lực điện từ F:
N: số vòng dây quấn của cuộn dây
B: mật độ từ thông xuyên qua khung dây
L: chiều dài của khung dây
Lực điện từ này sẽ sinh ra một mômen quay M q :
Trong đó: b là bề rộng của khung dây L.b = S là diện tích của khung dây
Mômen quay tác động lên phần động mang kim đo, khiến nó quay một góc α; đồng thời lò xo đối kháng bị xoắn lại và sinh ra mômen đối kháng M, tỷ lệ thuận với góc quay α.
M đk = K. K là độ cứng của lò xo)
Kim của cơ cấu sẽ đứng lại khi hai mômen trên bằng nhau
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu đo kiểu từ điện
Độ nhạy của cơ cấu đo từ điện, ký hiệu là C và có đơn vị A/mm, thể hiện lượng dòng điện cần thiết chạy qua cơ cấu đo để kim đo lệch được 1 mm hoặc 1 vạch.
Kết luận cho thấy từ biểu thức đã cho, góc quay α của kim đo tỷ lệ thuận với dòng điện cần đo và với độ nhạy của cơ cấu đo Cụ thể, khi dòng điện hoặc độ nhạy tăng lên thì góc quay α cũng tăng theo, cho thấy mối quan hệ trực tiếp giữa góc quay và các tham số đo lường này Điều này làm nổi bật sự phụ thuộc của kim đo vào dòng điện và độ nhạy của hệ thống đo lường.
Từ góc của kim ta suy ra giá trị của đại lượng cần đo e Đặc điểm và ứng dụng:
- Độ nhạy cao nên có thể đo được các dòng điện một chiều rất nhỏ từ
- Tiêu thụ năng lượng điện ít nên độ chính xác rất cao
- Chỉ đo được dòng và áp một chiều
- Khả năng quá tải kém vì khung dây quay nên chỉ quấn được dây cỡ nhỏ
- Chế tạo khó khăn, giá thành đắt
* Muốn đo được các đại lưọng xoay chiều phải qua cơ cấu nắn dòng
+ Ứng dụng: Được dùng để sản xuất các dụng cụ đo:
- Đo dòng điện: MiliAmpemét, Ampemét
- Đo điện áp: MiliVônmét, Vônmét
2.2 Ampe đo điện một chiều
Dụng cụ để đo dòng điện đọc thẳng người ta dùng Ampemét
Khi đo Ampemét được mắc nối tiếp với phụ tảI hình 3.1)
Ta có: Rtđ = Rt + Rm
Rm là điện trở trong của Ampemét gây sai số Mặt khác, khi đo Ampemét tiêu thụ một lượng công suất: m
Từ đó để phép đo được chính xác thì Rm phải rất nhỏ
2.2.2 Phương pháp mở rộng thang đo
Khi dòng điện cần đo vượt quá giới hạn đo của cơ cấu đo người ta mở rộng thang đo bằng cách mắc những điện trở song song với cơ cấu đo gọi là Shunt đây là phương pháp phân mạch)
Ta có: ISRS = IA Rm hay
Rm: điện trở trong của cơ cấu đo
RS: điện trở của Shunt
Vì: I = IA + IS là dòng điện cần đo nên ta có:
Ta suy ra I = ni IA
Hình 3.4: sơ đồ mắc Ampemét
( là bội số của Shunt) Cách tính điện trở
Shunt n i : cho biết khi có mắc Shunt thì thang đo của Ampemét được mở rộng n i lần so với lúc chưa mắc Shunt
Từ 3.1) ta thấy, nếu RS càng nhỏ so với Rm thì thang đo được mở rộng càng lớn
* Điện trở shunt có thể tính theo cách sau: max tai max
Itải là dòng điện qua tải
IAmax là dòng điện lớn nhất của thang đo Đơn vị là A)
* Ampemét được mắc nhiều điện trở Shunt khác nhau để có nhiều thang đo khác nhau như hình vẽ Hình 3.2)
* Có thể dùng cách chuyển đổi thang đo theo kiểu Shunt Ayrton Hình 3.3):
Hình 3.5: Sơ đồ mắc điện trở Shunt để mở rộng giới hạn đo
Hình 3.6: Mạch đo kiểu Shunt Ayrton
Mạch đo kiểu Shunt Ayrton có 3 thang đo 1, 2, 3:
Khi khóa K ở vị trí 1: thang đo nhỏ nhất
+ Điện trở Shunt ở vị trí 1:
+ Nội trở của cơ cấu là Rm
+ Điện trở Shunt ở vị trí 2:
+ Nội trở của cơ cấu là Rm + R3
+ Điện trở Shunt ở vị trí 3:
+ Nội trở của cơ cấu là R m + R 3 + R 2
Ví dụ: Cho cơ cấu đo có nội trở Rm = 1k Dòng điện lớn nhất qua cơ cấu là 50A Tính các điện trở Shunt ở thang đo 1 1mA), thang đo 2 10mA), thang đo 3 100mA)
ở thang đo 1: 1mA): áp dụng công thức: max max
ở thang đo 2: 10 mA): áp dụng công thức: max max
21 áp dụng công thức: max max
Vậy giá trị các điên trở Shunt ở các thang đo là:
Mở rộng thang đo cho cơ cấu điện từ:
Thay đổi số vòng dây quấn cho cuộn dây cố định với lực điện từ F không đổi: F = n 1 I 1 = n 2 I 2 = n 3 I 3 =
F = 300 Ampe/ vòng cho 3 thang đo:
Khi đó: n1 = 300 vòng cho thang đo 1A n2 = 60 vòng cho thang đo 5A n3 = 30 vòng cho thang đo 10A
2.2.3 Phương pháp mở rộng thang đo
Để đo dòng điện, mắc song song các điện trở Shunt với cuộn dây di động của cơ cấu đo Cách tính điện trở Shunt dựa trên nguyên lý phân chia dòng điện sao cho phần dòng qua cuộn dây di động đạt được giá trị mong muốn và đảm bảo tín hiệu đo chính xác Shunt được tính tương tự như cách tính trong cơ cấu từ điện Đối với đo dòng điện xoay chiều (AC), nguyên tắc này vẫn áp dụng nhưng cần xem xét đặc tính tần số và tải để duy trì độ chính xác của đo lường.
Cả cơ cấu điện từ và cơ cấu điện động đều hoạt động được với dòng điện xoay chiều, nên có thể dùng chúng trực tiếp và mở rộng thang đo để đo dòng điện một chiều như một ampe kế.
Trong cơ cấu từ điện, dòng điện xoay chiều khi sử dụng phải được biến đổi sang dòng điện một chiều Nhờ tính chính xác cao của cơ cấu từ điện nên nó được sử dụng phổ biến trong hầu hết các ampe kế của máy đo vạn năng (VOM), giúp đo dòng điện một cách chính xác và đáng tin cậy.
Để đo và điều khiển dòng điện trong cơ cấu từ điện, ta dùng điện trở Shunt kết hợp với một điôt chỉnh lưu Điôt được mắc nối tiếp với cơ cấu từ điện, do đó dòng điện chạy qua cơ cấu và phần dư sẽ chảy qua điện trở Shunt; cấu hình này cho phép ampe kế chỉnh lưu đo được giá trị dòng điện một cách chính xác, với tín hiệu điện áp ở ngõ ra tỉ lệ thuận với dòng qua cơ cấu, giúp tối ưu hóa quá trình đo lường và kiểm soát hệ thống từ điện.
Ampemét chỉnh lưu thường có độ chính xác thấp do hệ số chỉnh lưu biến đổi theo nhiệt độ và tần số, vì vậy cần bù nhiệt độ và bù tần số để ổn định tín hiệu Dưới đây là các sơ đồ bù tần số cho Ampemét chỉnh lưu bằng cuộn cảm và tụ điện C, nhằm giảm sai số và cải thiện độ nhạy đo lường trong các ứng dụng thực tế.
Mặt khác các Ampemét từ điện chỉnh lưu được tính toán với dòng điện có dạng hình sin, hệ số hình dáng K hd = 1,1
Hình 3.8: Các phương pháp bù tần số của Ampemét chỉnh lưu a Bù tần số của Ampemét chỉnh lưu bằng cuộn cảm
R C u b Bù tần số của Ampemét chỉnh lưu bằng tụ điện C cảm
Đo lường các dòng điện không hình sin có thể gây sai số so với tín hiệu sin chuẩn Dụng cụ này có ưu điểm là độ nhạy cao, tiêu thụ công suất thấp và có thể làm việc ở tần số từ 500 Hz đến 1 kHz.
Nhược điểm: độ chính xác thấp
Giới thiệu 2 Nội dung bài 2.Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu với cuộn dây quay 2.2 Ampe đo điện một chiều 19
Chúng ta đã hiểu được các đơn vị điện cơ bản nhưng chưa nắm rõ cách nhận diện và xử lý tín hiệu đầu vào và đầu ra Trong bài học này, chúng ta sẽ làm rõ hơn về các tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra, giúp bạn hiểu cách chúng xuất hiện, biến đổi và tác động đến mạch điện Từ đó bạn có thể áp dụng kiến thức này để phân tích, thiết kế và tối ưu các hệ thống điện một cách hiệu quả.
- Trình bày các phương pháp sử dụng máy hiện sóng để đọc, đo các thông số kỹ thuật của mạch điện
- Sử dụng thành thạo máy hiện sóng đo và đọc đúng giá trị các thông số của mạch điện
- Chấp hành đúng quy trình, quy định của xưởng,
- Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viên
2 1 Đo điện áp xoay chiều ( AC )
Đo dạng sóng của tín hiệu khi điện áp xoay chiều (AC) được đặt lên trên điện áp một chiều (DC) có thể xảy ra khi chuyển mạch AC – GND – DC về vị trí DC, khiến vị trí đọc của điện áp AC nằm ngoài phạm vi hiển thị trên màn hình Trong trường hợp này, dạng sóng có thể nhìn thấy trên màn hình bằng cách điều chỉnh núm V.POSITION; tuy nhiên, nếu bộ khuyếch đại dọc bị bảo hòa sẽ gây ra lỗi đo Để hiển thị điện áp xoay chiều trên màn hình, có thể tăng giá trị trên chuyển mạch để thay đổi hệ số khuyếch đại dọc, nhưng biên độ có thể bị giảm và điện áp một chiều sẽ không đo được chính xác.
Nếu đặt chuyển mạch AC – GND – DC về vị trí AC, một tụ điện C được chèn vào giữa đầu vào với mạch khuyếch đại dọc, do đó thành phần một chiều bị chặn lại chỉ có thành phần xoay chiều đi qua Bằng cách thay đổi chuyển mạch điều chỉnh hệ số khuyếch đại dọc, có thể điều chỉnh được điện áp xoay chiều Nhưng khi đặt một tụ C 0.1uF) nối tiếp vào trong mạch các tín hiệu tần số thấp bị tiêu hao do dung kháng của tụ
Dạng sóng điện áp xuất hiện trên màn là dạng điện áp đỉnh - đỉnh Để thu được giá trị hiệu dụng của điện áp AC, ta áp dụng công thức sau: V_rms = V_pp / (2√2) = V_peak / √2 Công thức này cho phép quy đổi từ biên độ đỉnh (hoặc từ điện áp đỉnh đến đỉnh) sang giá trị hiệu dụng thực tế, giúp đo lường và phân tích tín hiệu điện một cách chính xác trong các ứng dụng đo đạc và phân tích tín hiệu.
59 Điện áp hiệu dụng VRMS) 2 2 dinh - dinh ap Ðien Điện áp đỉnh - đỉnh / 2
2.1.1 Đo điện áp đỉnh đỉnh Peak to Peak Voltage)
- Điện áp đỉnh đỉnh của tín hiệu Vpp) là điện áp được tính từ đỉnh dưới đến đỉnh trên của tín hiệu
Thứ tự tính Vpp trên máy hiện sóng: a Đọc giá trị Vol/div b Đọc số ô theo chiều dọc c Vpp = số ô theo chiều dọc Vol/Div
Thí dụ: Tính điện áp đỉnh đỉnh Vpp) của dạng sóng sau, giả sử ta đang đặt vị trí Volt/div = 50mv
Khi độ nhạy trục tung là 2v/ cm Đo điện áp xoay chiều
Theo hướng dẫn trên ta dễ dàng tính được:
Vpp = 3 ô x 50mv = 150mV Thí dụ 2: Tính Vpp của dạng sóng sau, biết vị trí Volt/div của máy hiện sóng đang được đặt ở vị trí: 0.5V
Theo hướng dẫn trên ta dễ dàng tính được:
2.2 Đo chu kỳ (T) và tần số (f) của tín hiệu:
Thứ tự để tính chu kỳ, tần số của tín hiệu
Bước 1 Đọc số Time/div
Bước 2 Đếm số ô theo chiều ngang 1 chu kỳ
Bước 3 Chu kỳ của tín hiệu: T = số ô/1T Time/div
Bước 4 Tần số của tín hiệu f T
Ví dụ: khi đo trên máy hiện sóng, tín hiệu có dạng sóng như hình dưới đây và vị trí Time/div đang bật là 5 ms cho mỗi chia Để tính chu kỳ của tín hiệu, xác định số chia mà một chu kỳ chiếm trên màn hình (ký hiệu là n) Chu kỳ T bằng tích của số chia và thời gian mỗi chia: T = n × 5 ms Từ đó tần số f được tính bằng f = 1 / T Ví dụ, nếu một chu kỳ chiếm 3 chia thì T = 15 ms và f ≈ 66,7 Hz; nếu một chu kỳ chiếm 4 chia thì T = 20 ms và f = 50 Hz Quá trình này giúp kiểm tra tần số tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác dựa trên thang Time/div trên máy hiện sóng.
Khi số ô của một chu kỳ là số lẻ, việc đếm số ô cho từng chu kỳ sẽ không chính xác; vì vậy, ta nên đếm các chu kỳ có số ô chẵn và sau đó dùng phép chia để xác định số ô trong một chu kỳ bằng cách lấy tổng số chu kỳ đã đếm chia cho số ô của chu kỳ đó, giúp chuẩn hóa và cho ra kết quả chính xác về số ô trung bình trong mỗi chu kỳ.
- Tần số của tín hiệu sẽ là: f T
2.3 Thực hành sử dụng Oscilloscop
Sử dụng máy Keb ood CS-4135A (40MHz)
Khi sử dụng Oscilloscope ta thấy trên mặt Oscilloscope chia ra làm hai phần chính: Phần hiển thị và phần điều khiển
Tên nút Vị trí Chức năng
I Phần hiển thị dạng sóng 0
Phần màn hình của Oscilloscope là nơi hiển thị dạng tín hiệu mà ta đo được Màn hình oscilloscope được chia thành các ô nhỏ, giúp người dùng dễ đọc và phân tích tín hiệu Dựa vào các ô này, ta có thể đọc được biên độ và tần số của xung đang đo.
POWER 1 Nút tắt, mở nguồn
Phát ra sóng vuông chuẩn 1 Vpp ở tần số 1 kHz nhằm kiểm tra độ chính xác về biên độ và tần số của máy hiện sóng trước khi sử dụng, đồng thời dùng để phát hiện sự méo do đầu que đo probe gây ra Tùy thuộc vào từng loại máy, tần số và biên độ của sóng vuông chuẩn có thể khác nhau, vì vậy việc hiệu chuẩn bằng sóng vuông giúp đảm bảo kết quả đo ổn định và đáng tin cậy.
ILLUM 3 Thay đổi độ chiếu sáng của màn hình
4 Chỉnh vệt sáng về vị trí nằm ngang khi vệt sáng bị nghiêng)
Là nút dùng để chỉnh sự hội tụ của tín hiệu hiển thị trên màn hình Ta thường để ở giữa sao cho tín hiệu hiển thị sắc nét nhất
INTENSITY 6 là nút dùng để điều chỉnh độ sáng của tín hiệu hiển thị trên màn hình, thường được để ở vị trí giữa khi chỉnh GND 7 là tiếp đất (mass) của máy, được nối với sườn máy hoặc các linh kiện để làm tham chiếu điện và tăng tính ổn định cho hệ thống.
II.2 Phần 2: Điều khiển chế độ quét
19 Là công tắc gạt có 5 chế độ:
- Gạt lên CH1 : dùng để hiển thị tín hiệu ở que đo CH1 trên màn hình
- Gạt lên ALT: dùng để hiển thị tín hiệu cả hai que đo CH1 và CH2 trên màn hình
( ALT: Hiện thị cả dạng sóng thường và dạng sóng khi bật x1 MAG)
- CHOP: dùng để hiển thị theo chế độ đỉnh xung lần lượt từng kênh
- ADD: Hiển thị theo chế độ cộng cả hai biên độ kênh que đo CH1 và CH2
- Gạt lên CH2 : dùng để hiển thị tín hiệu ở que đo CH2 trên màn hình
INVERT 21 - Nhấn vào On: là đảo pha kênh 2 tín hiệu 1 0
- Nhấn vào Off: tắt chế độ đảo pha kênh 2
Nhấn vào nút ON để hiển thị tín hiệu từ điểm cao nhất đến điểm thấp nhất của xung Trước khi nhấn nút này, hãy vặn nút INTEN xuống để chống cháy màn hình Oscilloscope.
- Nhả ra để đưa Oscilloscope về chế độ đo bình thường
Đây là phần điều chỉnh chế độ hiển thị tín hiệu trên màn hình Oscilloscope sao cho dễ nhìn và dễ đo đạc nhất Người dùng cần điều chỉnh các công tắc Mode và Source để tín hiệu hiển thị trên màn hình đứng yên, không bị dịch chuyển sang phải hoặc trái.
MODE 18 Là công tắc gạt có 5 chế độ:
- AUTO: Chế độ đồng bộ tự động, khi chưa có tín hiệu vào thì trên màn hình vẫn có vệt sáng
- NORM: Chế độ đồng bộ bình thường
- FIX: Đồng bộ theo chế độ bắt giữ xung ( Ta thường để chế độ này vì tín hiệu hển thị trên màn hình rõ nét, ổn định nhất)
- TV – F (Frame) : Đồng bộ theo khung hình
- TV – L (Line): Đồng bộ theo dòng
SOURCE 22 Nguồn tín hiệu đồng bộ, là công tắc gạt có 5 chế độ:
+ CH1: Đồng bộ theo tín hiệu của kênh que đo thứ nhất
+ CH2: Đồng bộ theo tín hiệu của kênh que đo thứ hai
+ LIN : đồng bộ theo dòng
EXT: Đồng bộ ngoài Chỉ dùng chế độ này khi đo ở tần số quá cao hoặc quá thấp Cách dùng: gạt công tắc SOURCE về EXT, gạt công tắc MODE về FIX; rút giắc đo CH2 INPUT và cắm vào lỗ EXT TRIGGER Sau đó đặt cả hai đầu que đo lên tín hiệu cần đo Tín hiệu đo được sẽ hiển thị trên màn hình Oscilloscope.
Chọn sườn kích tín hiệu quét:
+ Khi nút này không nhấn vào thì việc kích sẽ được thực hiện với tín hiệu nguồn kích tăng dần sườn lên)
+ Khi nút này nhấn vào thì việc kích sẽ được thực hiện
T 1 Time/div 0.5 với tín hiệu nguồn kích giảm dần sườn xuống)
LEVEL 24 Đôi khi dạng sóng bị trôi, ta chỉnh nút này để dạng sóng đứng lại Ta thường để ở giữa
Điều chỉnh vị trí hình ảnh theo phương ngang bằng cách di chuyển hình ảnh theo trục X của kênh đang sử dụng; quay theo chiều kim đồng hồ để di chuyển sang phải, và quay ngược chiều kim đồng hồ để di chuyển sang trái.
X10 MAG 12 Khi bật nút này thì biên độ của tín hiệu được nhân lên 10 lần
TRIGGER 13 ack nối với nguồn tín hiệu bên ngoài dùng để tạo kích khởi cho mạch quét ngang Để sử dụng ngõ này bạn phải đặt nút SOURCE về vị trí EXT
14 Định thời gian quét tia sáng trên một ô chia Khi đo tín hiệu có tần số càng cao phải đặt giá trị Time/div về giá trị càng nhỏ
Khi đặt giá trị Time/div về vị trí càng nhỏ bề rộng của tín hiệu càng rộng ra do đó nếu đặt Time/div về vị trí càng nhỏ vượt quá giá trị cho phép) thì tín hiệu hiển thị trên màn hình sẽ biến thành lằn sáng nằm ngang vì vượt quá bề rộng màn hình)
Thí dụ: Khi hiển thị xung vuông có tần số 1KHz
Chu kỳ của tín hiệu là: T = = mS
ố ô theo chiều ngang của 1T (chu kỳ) là: ố ô = = = 2 ô f
- Nếu đặt Time/div = 1ms
ố ô theo chiều ngang của 1 chu kỳ là 1 ô
- Nếu đặt Time/div = 1s (quá nhỏ)
Kết luận: Phải đặt giá trị Time/div về vị trí thích hợp
VARIABLE 26 Chỉnh bề rộng của tín hiệu hiển thị trên màn hình
(Điều chỉnh biên độ tín hiệu que đo CH1 trên màn hình)
CH 1 INPUT 9 Ngõ vào kênh 1
POSITION 17 Là nút vặn dùng để điều chỉnh tín hiệu dịch lên hay xuống theo chiều dọc của CH1 Chú ý trước khi đo ta thường để về giữa
Giới thiệu 2 Nội dung bài 2 Đo điện áp xoay chiều AC ) 2.2 Đo chu kỳ T) và tần số f) của tín hiệu 62
Trong trường hợp số ô của một chu kỳ là số lẻ, việc đếm số ô trên mỗi chu kỳ sẽ không chính xác Vì vậy, ta cần đếm các chu kỳ ứng với số ô chẵn và sau đó chia tổng số chu kỳ cho số ô để xác định chính xác số ô trong một chu kỳ.
- Tần số của tín hiệu sẽ là: f T
2.3 Thực hành sử dụng Oscilloscop
Sử dụng máy Keb ood CS-4135A (40MHz)
Khi sử dụng Oscilloscope ta thấy trên mặt Oscilloscope chia ra làm hai phần chính: Phần hiển thị và phần điều khiển
Tên nút Vị trí Chức năng
I Phần hiển thị dạng sóng 0
Phần màn hình của oscilloscope là nơi hiển thị tín hiệu mà ta đo được Màn hình oscilloscope được chia thành các ô nhỏ, nhờ đó ta có thể đọc biên độ và tần số của xung một cách dễ dàng Dựa vào các ô này và đường tín hiệu trên lưới, ta xác định chính xác biên độ, tần số và sự biến đổi theo thời gian của tín hiệu.
POWER 1 Nút tắt, mở nguồn
Cho ra dạng sóng vuông chuẩn 1Vpp, tần số 1KHz dùng để kiểm tra độ chính xác về biên độ cũng như tần số của máy hiện sóng trước khi sử dụng, ngoài ra còn dùng để kiểm tra lại sự méo do đầu que đo probe) gây ra Tùy theo loại máy mà tần số và biên độ sóng vuông chuẩn đưa ra có thể khác nhau
ILLUM 3 Thay đổi độ chiếu sáng của màn hình
4 Chỉnh vệt sáng về vị trí nằm ngang khi vệt sáng bị nghiêng)
Là nút dùng để chỉnh sự hội tụ của tín hiệu hiển thị trên màn hình Ta thường để ở giữa sao cho tín hiệu hiển thị sắc nét nhất
(INTENSITY) 6 Là nút dùng để điều chỉnh độ sáng, tối của tín hiệu hiển thị trên màn hình Thường ta để ở điểm giữa của nút chỉnh GND 7 Mass của máy nối với sườn máy/linh kiện
II.2 Phần 2: Điều khiển chế độ quét
19 Là công tắc gạt có 5 chế độ:
- Gạt lên CH1 : dùng để hiển thị tín hiệu ở que đo CH1 trên màn hình
- Gạt lên ALT: dùng để hiển thị tín hiệu cả hai que đo CH1 và CH2 trên màn hình
( ALT: Hiện thị cả dạng sóng thường và dạng sóng khi bật x1 MAG)
- CHOP: dùng để hiển thị theo chế độ đỉnh xung lần lượt từng kênh
- ADD: Hiển thị theo chế độ cộng cả hai biên độ kênh que đo CH1 và CH2
- Gạt lên CH2 : dùng để hiển thị tín hiệu ở que đo CH2 trên màn hình
INVERT 21 - Nhấn vào On: là đảo pha kênh 2 tín hiệu 1 0
- Nhấn vào Off: tắt chế độ đảo pha kênh 2
Nhấn nút ON để hiển thị phổ tín hiệu từ điểm cao nhất đến điểm thấp nhất của xung Trước khi nhấn nút này, hãy xoay núm INTEN xuống để chống cháy màn hình Oscilloscope.
- Nhả ra để đưa Oscilloscope về chế độ đo bình thường
TRIGGER là phần điều chỉnh chế độ hiển thị tín hiệu trên màn hình Oscilloscope để hình ảnh dễ nhìn và phục vụ cho đo đạc chính xác nhất Để tín hiệu hiển thị ổn định, hãy gạt các công tắc điều chỉnh chế độ Mode và Source sao cho tín hiệu trên màn hình đứng yên, không bị lệch sang phải hoặc trái.
MODE 18 Là công tắc gạt có 5 chế độ:
- AUTO: Chế độ đồng bộ tự động, khi chưa có tín hiệu vào thì trên màn hình vẫn có vệt sáng
- NORM: Chế độ đồng bộ bình thường
- FIX: Đồng bộ theo chế độ bắt giữ xung ( Ta thường để chế độ này vì tín hiệu hển thị trên màn hình rõ nét, ổn định nhất)
- TV – F (Frame) : Đồng bộ theo khung hình
- TV – L (Line): Đồng bộ theo dòng
SOURCE 22 Nguồn tín hiệu đồng bộ, là công tắc gạt có 5 chế độ:
+ CH1: Đồng bộ theo tín hiệu của kênh que đo thứ nhất
+ CH2: Đồng bộ theo tín hiệu của kênh que đo thứ hai
+ LIN : đồng bộ theo dòng
Đồng bộ ngoài (EXT) chỉ nên dùng khi đo ở tần số quá cao hoặc quá thấp Cách dùng: gạt công tắc SOURCE về chế độ EXT, gạt công tắc MODE về chế độ FIX Rút giắc que đo CH2 INPUT và cắm vào lỗ cắm EXT TRIGGER Sau đó đặt hai đầu que đo lên hai điểm của tín hiệu cần đo Tín hiệu đo được sẽ hiển thị trên màn hình Oscilloscope.
Chọn sườn kích tín hiệu quét:
+ Khi nút này không nhấn vào thì việc kích sẽ được thực hiện với tín hiệu nguồn kích tăng dần sườn lên)
+ Khi nút này nhấn vào thì việc kích sẽ được thực hiện
T 1 Time/div 0.5 với tín hiệu nguồn kích giảm dần sườn xuống)
LEVEL 24 Đôi khi dạng sóng bị trôi, ta chỉnh nút này để dạng sóng đứng lại Ta thường để ở giữa
Bước 17: Điều chỉnh vị trí hình ảnh theo phương ngang bằng cách di chuyển hình ảnh theo trục X của kênh đang sử dụng Quay theo chiều kim đồng hồ để di chuyển sang phải, quay ngược chiều kim đồng hồ để chỉnh sang trái.
X10 MAG 12 Khi bật nút này thì biên độ của tín hiệu được nhân lên 10 lần
TRIGGER 13 ack nối với nguồn tín hiệu bên ngoài dùng để tạo kích khởi cho mạch quét ngang Để sử dụng ngõ này bạn phải đặt nút SOURCE về vị trí EXT
14 Định thời gian quét tia sáng trên một ô chia Khi đo tín hiệu có tần số càng cao phải đặt giá trị Time/div về giá trị càng nhỏ
Khi đặt giá trị Time/div ở mức càng nhỏ, bề rộng của tín hiệu càng mở rộng trên màn hình; tuy nhiên nếu Time/div được chỉnh quá nhỏ so với phạm vi cho phép, tín hiệu sẽ vượt quá bề rộng màn hình và xuất hiện dưới dạng một lằn sáng nằm ngang Do đó, việc thiết lập Time/div hợp lý giúp tín hiệu hiển thị rõ ràng và tránh hiện tượng lằn sáng ngang trên màn hình.
Thí dụ: Khi hiển thị xung vuông có tần số 1KHz
Chu kỳ của tín hiệu là: T = = mS
ố ô theo chiều ngang của 1T (chu kỳ) là: ố ô = = = 2 ô f
- Nếu đặt Time/div = 1ms
ố ô theo chiều ngang của 1 chu kỳ là 1 ô
- Nếu đặt Time/div = 1s (quá nhỏ)
Kết luận: Phải đặt giá trị Time/div về vị trí thích hợp
VARIABLE 26 Chỉnh bề rộng của tín hiệu hiển thị trên màn hình
(Điều chỉnh biên độ tín hiệu que đo CH1 trên màn hình)
CH 1 INPUT 9 Ngõ vào kênh 1
POSITION 17 Là nút vặn dùng để điều chỉnh tín hiệu dịch lên hay xuống theo chiều dọc của CH1 Chú ý trước khi đo ta thường để về giữa
VARIABLE 16 Thay đổi biên độ tín hiệu hiển thị trên màn hình Để kết quả đo được chính xác ta phải vặn về vị trí tối đa bên tay phải khi đọc biên độ xung
(Volt/Divider - điện áp/1 ô chia - 1mV đến
15 Là công tắc vặn dùng để thay đổi biên độ tín hiệu hiển thị trên màn hình theo chiều dọc
Khi đo tín hiệu ngoài, cần chỉnh đồng bộ để tín hiệu đứng yên trên màn hình Sau đó vặn công tắc VOLT/DIV sao cho tín hiệu hiển thị rõ nhất theo chiều dọc trên màn hình Lưu ý bên trái công tắc VOLT/DIV có các thang chia volt 5, 2, 1 tương ứng với 5V, 2V và 1V, và các thang 0.5, 0.2, 0.1 tương ứng với 0.5V, 0.2V, 0.1V.
- Cách đọc biên độ tín hiệu trên màn hình
Đặt que đo vào điểm cần đo và kẹp ngàm cá sấu của que đo vào điểm tín hiệu Đầu que đo đặt vào điểm cần đo, sau đó gạt công tắc MOD về CH1 nếu đo ở que đo 1 hoặc CH2 nếu đo ở que đo 2 Điều chỉnh chế độ TRIG để tín hiệu đứng yên Vặn công tắc VOLT/DIV để biên độ tín hiệu hiển thị dễ nhìn nhất Đếm theo chiều dọc từ điểm thấp nhất của xung đến điểm cao nhất của xung, biết bao nhiêu ô trên màn hình oscilloscope, sau đó nhân với hệ số VOLT/DIV để được biên độ xung cần đo.
Để đạt kết quả đo biên độ xung chính xác, khi đọc xung, hãy để nút vặn VARIABL ở CH1 hoặc Y hoặc CH2 hoặc X về vị trí Max ở phía bên phải Đồng thời bật công tắc đúng chức năng để kích hoạt chế độ đo và đảm bảo tín hiệu được đo ở mức tối ưu.
69 gạt trên que đo phải để vị trí x1
- Cách đọc tần số tín hiệu trên màn hình
Oscilloscope là thiết bị đo tín hiệu nơi bạn đặt que đo vào điểm cần đo và kẹp ngàm cá sấu của que đo vào MASS tín hiệu, sau đó đầu que đo được đặt tại điểm cần đo Gạt công tắc MODE sang CH1 (đo ở que đo 1) hoặc CH2 (đo ở que đo 2) Điều chỉnh chế độ TRIGGER để tín hiệu đứng yên và vặn VOLTS/DIV để biên độ hiển thị dễ nhìn Đếm số ô theo chiều ngang từ điểm đầu xung đến điểm cuối xung trên màn hình; nhân với hệ số TIME/DIV để có chu kỳ T của xung và cuối cùng tính tần số f = 1/T.