SLIDE MÔN ĐO LƯỜNG ĐIỆN

CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG BÀI 1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN I Khái niệm về đo lường Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết quả bằng số so với.

CHƯƠNG 1 :

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT

ĐO LƯỜNG

BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN.

I Khái niệm về đo lường.

- Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng 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 =

- Ta có: X = A.Xo X = A.Xo

có nghĩa: X là đại lượng đo

A là giá trị của phép đo

Xo đơn vị đo

Vd2: P = 1500.KW

Có nghĩa: P là đại lượng cần đo ( công suất )

1500 là giá trị của phép đo,

KW là đơn vị đo

VD1: I = 5A ;

Có nghĩa: X là đại lượng cần đo ( dòng điện)

5 là giá trị của phép đo,

A là đơn vị đo

VD3 : R = 2Ω

II Khái niệm về tín hiệu đo và đại lượng đo:

1) Tín hiệu đo: là tín hiệu mang thông tin đo về giá trị của đại lượng

đo lường

2) Đại lượng đo : là thông số xác định quá trình vật lý tín hiệu đo

- Đại lượng đo được phân thành 2 loại :

+ Đại lượng đo tiền định : là đại lượng đo đã biết trước được quy luật thay đổi theo thời gian của chúng

+ Đại lượng đo ngẫu nhiên : là đại lượng đo mà sự thay đổi theo thời gian không theo 1 quy luật nào .

III Thiết bị đo và phương pháp đo:

a ) Thiết bị đo : là thiết bị kỹ thuật dùng để chuyển tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát

b ) PP đo : quá trình đo được tiến hành thông qua các thao tác cơ bản :

- Thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu

- Thao tác so sánh

- Thao tác biến đổi

- Thao tác thể hiện kết quả hay chỉ thị

IV) Phân loại phương pháp đo và thiết bị đo :

Phép đo trực tiếp là phép đo mà kết qủa nhận được trực tiếp từ một lần

đo duy nhất

Cách đo trực tiếp có ưu điểm là đơn giản, nhanh chóng và loại bỏ được sai số do tính toán

Dùng Ampe kế đo cường độ dòng điệnDùng Ohm kế đo điện trở

b Phép đo gián tiếp

Phép đo gián tiếp là cách đo mà kết quả đo suy ra từ sự phối hợp kết quả của nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp

Ví dụ: Để đo công suất (P) có thể sử dụng Vôn kế để đo điện Đ

áp (U), Ampe kế đo cường độ dòng điện (I), sau đó sử dụng phương trình: P = U.I ta tính được công suất

c Phép đo hợp bộ

Phép đo hợp bộ là cách đo mà kết quả đo có được nhờ giải một hệ phương trình với các thông số đã biết trước chính là các số liệu đo được từ các phép đo trực tiếp

d Phép đo tương quan

Phép đo tương quan là cách đo được sử dụng trong

trường hợp cần đo các quá trình phức tạp mà ở đây

không thể thiết lập trực tiếp một quan hệ hàm số nào giữa các đại lượng đo được và đại lượng cần đo

e Phép đo thống kê

Phép đo thống kê là cách đo được thực hiện nhiều lần

và tính theo xác suất thống kê để tìm giá trị của kết

quả đo có độ chính xác nhất có thể Cách này thường được sử dụng khi muốn kết quả đo có độ chính xác cao, khi đo tín hiệu ngẫu nhiên có biến động lớn hoặc kiểm tra độ chính xác của dụng cụ

I Khái niệm về sai số

Khi tiến hành phép đo,do các nguyên nhân khác nhau như điều kiện môi trường, người đo, phương tiện đo đã ảnh hưởng làm sai lệch kết quả đo dẫn tới sai số

Sai số của phép đo là sự sai lệch kết quả so với đại lượng cần đo

Sai số càng nhỏ thì kết quả của phép đo càng có độ chính xác cao và ngược lại

II.Phân loại sai số đo lường.

*Sai số tuyệt đối: Sai số tuyệt đối: Là hiệu số giữa kết quả đo được với giá trị thực của đại lượng đo

∆X = Xđ- Xt Hay Xt = Xđ ± ∆X

• Gọi Xđ : kết quả phép đo,

•Xt: giá trị thực của đại lượng đo

•∆X : sai số tuyệt đối

VD: Xt = 220v ± 5v ;

•Sai số là ± 5v ,hay giá trị thật nằm trong khoảng 215v ≤Xt

≤225v

*Sai số tương đối: Là tỷ số giữa sai số tuyệt đối với giá trị thật

III.Nguyên nhân gây sai số & biện pháp giảm sai số.

Có nhiều nguyên nhân gây nên sai số khác nhau, có thể quy về hai loại nguyên nhân sau:

Nguyên nhân chủ quan:

• Sai số gây ra do con người tiến hành phép đo, do phương tiện đo không tốt

• Để giảm sai số này thì cần phải tiến hành kiểm tra định kỳ các phương tiện đo, tiến hành đo thử trước khi tiến hành phép đo.người tiến hành đo phải trung thực và sử dụng thành thạo các phượng tiện , dụng cụ đo

Nguyên nhân khách quan:

• Sai số do những yếu tố ngẫu nhiên của môi trường tiến hành phép đo gây ra

Vd: áp suất , độ ẩm , nhiễu điện từ trường, bão từ.v.v

• Để giảm sai số này cần tiến hành thực hiện nhiều phép

đo trên một đối tượng đo trên các vùng khác nhau , tại nhiều thời điểm khác nhau.Sử dụng định luật phân bố sai

số, độ lệch trung bình bình phương, khoảng tin cậy , xác suất tin cậy để đánh giá

IV Đơn vị đo.

- Định nghĩa: đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn của một đại lượng

đo nào đó được quốc tế qui định mà mỗi quốc gia đều phải tuân thủ

Ví dụ: đơn vị đo chiều dài là mét(m), đơn vị đo dòng điện là ampe(A)

…

- Các hệ thống đơn vị đo: hệ thống đơn vị đo bao gồm nhiều đơn vị

đo khác nhau của nhiều đại lượng đo khác nhau để có thể tiến hành đo các đại lượng trong thực tế

Hệ thống đơn vị đo bao gồm hai nhóm dơn vị:

Đơn vị cơ bản: được thể hiện bằng các đơn vị chuẩn với độ chính xác

cao nhất mà khoa học và kỹ thuật hiện đại có thể thực hiện được

Đơn vị dẫn xuất: là đơn vị có liên quan đến các đơn vị cơ bản bởi

những qui luật thể hiện bằng các biểu thức

Các đơn vị cơ bản được chọn sao cho với số lượng ít nhất có thể suy

ra các đơn vị dẫn xuất cho tất cả các đại lượng vật lý

Hiện nay có nhiều hệ thống đơn vị đo khác nhau được sử dụng tùy mỗi quốc gia, mỗi lĩnh vực áp dụng:

Hệ MKSA (Meter Kilogram Second Ampere).

Hệ Á Đông (thước, tấc, yến, tạ, sào, mẫu…)

Hệ phi tổ chức (gang tay, sào đứng, bước chân…)

Nói chung trong kĩ thuật ta dùng hệ SI để thống nhất các

qui định về đơn vị đo khi

Các đơn vị cơ bản của hệ thống đơn vị đo SI:

Các đại lượng Tên đơn vị Kí hiệu

Độ dài mét m

Khối lượng kilôgam kg

Thời gian giây s

Dòng điện ampe A

Nhiệt độ Kelvin K

Số lượng vật chất môn Mol

Cường độ ánh sáng Canđêla Cd

Thiết bị chuẩn.

+ Chuẩn : Chuẩn là các đơn vị đo tiêu chuẩn: chuẩn độ dài,

chuẩn thời gian, khối lượng, dòng điện, nhiệt độ, điện áp, điện trở, cường độ ánh sáng, số lượng vật chất (hoá học)

Tùy phạm vi áp dụng, nơi tạo ra chuẩn, độ chính xác có thể có

chuẩn quốc tế, chuẩn quốc gia…

Ví dụ: - Đơn vị độ dài theo hệ đơn vị SI là mét (m)

Đơn vị thời gian theo hệ đơn vị SI là giây(s)

Thiết bị chuẩn : là các thiết bị đo tạo ra chuẩn.

Mỗi dụng cụ đo cơ bản có 3 bộ phận chính là:

- Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC)

Đặc điểm chung của dụng cụ đo biến đổi thẳng:

Cấu trúc đơn giản, tin cậy Giá thành rẻ

Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản và chí phí thấp

Không đòi hỏi tay nghề cao

Độ chính xác thấp (thường có cấp chính xác cỡ 1 ÷ 2,5)

b) Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng.

Đối với dụng cụ đo biến đổi thẳng việc biến đổi thông tin chỉ

diễn ra theo một hướng thẳng duy nhất, nghĩa là không có khâu phản hồi

c) Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh:

Dụng cụ đo kiểu so sánh sử dụng khâu phản hồi với các chuyển đổi ngược (CĐN) để tạo ra tín hiệu Xk so sánh với tín hiệu cần đo X

Mạch đo là một vòng khép kín

Quá trình thực hiện:

· Đại lượng đo X và đại lượng mẫu X0 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 X0) diễn ra trong

suốt quá trình đo, khi hai đại lượng bằng nhau đọc kết quả XK sẽ có

được kết quả đo

Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh.

Đặc điểm của dụng cụ đo kiểu so sánh: Đặc điểm của dụng cụ đo kiểu so sánh:

Có cấu trúc phức tạp hơn so với dụng cụ đo biến đổi thẳng Hiện nay thường dùng vi xử lí bên trong

Độ chính xác cao và giá thành đắt

Các khâu chức năng của thiết bị đo.

- Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC): thực hiện chức năng biến đổi các

đại lượng đo thành tín hiệu điện Là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo, quyết định độ chính xác cũng như độ nhạy của dụng cụ đo Có nhiều loại chuyển đổi

sơ cấp khác nhau tùy thuộc đại lượng đo và đại lượng đầu ra của chuyển đổi

- Mạch đo (MĐ): thực hiện chức năng thu thập, gia công thông

tin đo sau các chuyển đổi sơ cấp; thực hiện các thao tác tính toán trên sơ đồ mạch Tùy thuộc dụng cụ đo là kiểu biến đổi thẳng hay kiểu so sánh mà mạch đo có cấu trúc khác nhau

Cơ cấu chỉ thị (CCCT): là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, thực

hiện chức năng thể hiện kết quả đo lường dưới dạng con số so với

đơn vị sau khi qua mạch đo Các kiểu chỉ thị thường gặp gồm: chỉ thị bằng kim chỉ, chỉ thị bằng thiết bị tự ghi (ghi lại các tín hiệu thay đổi theo thời gian), chỉ thị dưới dạng con số (đọc trực tiếp hoặc tự động ghi lại)…

Các đặc tính cơ bản của mạch đo gồm: độ nhạy, độ chính xác, đặc tính động, công suất tiêu thụ, phạm vi làm việc được xét cụ thể cho mỗi loại mạch đo để có thiết kế phù hợp cũng như sử dụng có hiệu quả

Mạch đo thường sử dụng kĩ thuật vi điện tử và vi xử lý để nâng cao các đặc tính kỹ thuật của dụng cụ đo

CHƯƠNG II : ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP

2.1 ) Đo dòng điện

2.1.1 ) Khái niệm chung :

- PP đo trực tiếp : dùng các dụng cụ đo dòng điện như ampemet ,

miliampemet , micromet …để đo dòng trực tiếp đọc kết quả trên thang chia độ của dụng cụ đo

- PP đo gián tiếp : có thể dùng vôn met đo điện áp rơi trên một điện

trở mẫu thông qua pp tính toán ta sẽ được dòng điện cần đo

- PP so sánh : đo dòng điện bằng cách so sánh dòng điện cần đo

với dòng điện mẫu ở trạng thái cân bằng của dòng cần đo và dòng mẫu sẽ đọc được kết quả trên mẫu

2.1.2 ) Các dụng đo dòng điện:

1 ) Ampemet một chiều : Trong đó :

RCT : điện trở của cơ cấu chỉ thị

RS : điện trở sun

IS : dòng điện qua điện trở sun

ICT : dòng điện qua cơ cấu chỉ thị

I : dòng điện qua ampemét

Điện trở sun được tính theo công thức:

Đối với dòng điện nhỏ, điện trở sun được mắc nối tiếp nhưng với các dòng lớn các điện trở sun được ghép song song

Ampemét có nhiều thang đo có thể mắc các điện trở sun theo 2 cách : mắc song song hoặc nối tiếp

• Nhược điểm của cách mắc trên là khi chuyển mạch từ vị trí này

sang vị trí khác toàn bộ dòng đo sẽ đi qua chỉ thị dẫn đến quá tải và gây nên hư hỏng vì vậy khi thiết kế phải chế tạo bộ chuyển mạch sao cho có tính liên tục

* Khi sử dụng ampemét cần chú ý :

- Không tạo nên điện áp rơi tại các mối nối

- Không được nối ampemét trục tiếp với nguồn điện khi chưa có tải

do điện trở sun có trị số nhỏ sẽ tạo nên dòng điện lớn gây hư

hỏng thiết bị

- Khi sử dụng ampemét trước hết phải đổi nối ở vị trí dòng điện lớn

nhất sau đó giảm dần cho đến khi thoả mãn dòng cần đo

Công thức điện trở sun mắc nối tiếp

1

2

2 1

Nhân và chia hai lũy thừa cùng cơ số

b

a b

a

−

= 10 10

10

b a b

a 10 = 10 +

10

ĐỔI ĐƠN VỊ

9 6

3 6

2 2

4 2

4

10

10 10

10

=

1A = 1000mA, 1µA = 10-6A, 1KΩ = 1000Ω = 103Ω

Bài tập 1: Cho cơ cấu chỉ thị từ điện, có điện trở của cơ cấu

RCT = 1KΩ, dòng điện qua chỉ thị từ điện ICT = 50µA, I1

= 100mA, I2 = 10mA

200 10

50

10

10

6

3 2

2 = = −− =

CT

I

I n

( )11

200

101

3

2

2 1

2000 10

50

10

100

6

3 1

CTI

I n

( )21999

101

2 3

1

2 1

R n

2 2

3

=+

+ R R

10 1999

1999

103 2 2 3

=

+ + R R

199

10 1999

a

=

c b d

( 103 199 + 2000 R2 199 ) = 103 1999

199

10 1999

10 199

.

199

2000

1800000

2 =

R

10 1999

101

2 3

1

2 1

R n

10 1

3

1

2 1

Bài tập 2: Cho cơ cấu chỉ thị từ điện, có điện trở của cơ cấu

RCT = 1KΩ, dòng điện qua chỉ thị từ điện ICT = 100µA,

I1 = 1A, I2 = 100mA

1000 10

100

10

10

6

3 2

2 = = −− =

CT

I

I n

( ) 1 999

10 1

10000 10

100

( ) 2 9999

10 1

2 3

1

2 1

R n

2 2

3

= +

+ R R

10 1

2 3

1

2 1

R n

3

1

2 1

Bài tập 3: Cho cơ cấu chỉ thị từ điện, có điện trở của cơ cấu

RCT = 2KΩ, dòng điện qua chỉ thị từ điện ICT = 200µA,

I1 = 1A, I2 = 100mA

500 10

200

10

100

6

3 2

2 = = −− =

CT

I

I n

( ) 1 499

10

2 1

5000 10

200

( ) 2 4999

10

2 1

2 3

1

2 1

R n

2 4999

10

2 2

3

= +

+ R R

10

2 1

2 3

1

2 1

R n

.

2 1

3

1

2 1

2 4999

4999 10

Bài kiểm tra 15 phút: Cho cơ cấu chỉ thị từ điện, có điện trở của cơ cấu RCT = 1KΩ, dòng điện qua chỉ thị từ điện ICT

= 400µA, I1 = 10mA, I2 = 1mA

5 ,

2 10

300

10

6

3 2

2 = = − − =

CT

I

I n

( ) 1 5

, 1

10 1

25 10

400

10

10

6

3 1

CT

I

I n

( ) 2 24

10 1

2 3

1

2 1

R n

10 24

2 2

3

= +

+ R R

5 , 1

10 24

1 3

R R

R n

RCT

+ +

=

1

2

3 2

R

R CT

2 Đo dòng xoay chiều:

Để đo dòng điện xoay chiều miền tần số công nghiệp: thường dùng các ampemét điện từ, điện động và sắt điện động

Đo dòng điện ở miền tần số âm tần và có thể dùng ở nhiều thang đo khác nhau: thường sử dụng ampemét vòng từ điện

chỉnh lưu

- Đo dòng xoay chiều có tần số cao và siêu cao: thường dùng ampemét nhiệt điện

a) Ampemét điện từ : được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện

từ Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số ampe.vòng nhất định (I.W):

Cơ cấu có mạch từ khép kín: I.W = 50 ÷ 1000A vòng

Như vậy để mở rộng thang đo của ampemét điện từ chỉ cần thay đổi thế nào để đảm bảo I.W = const.b) Ampemét điện động:

Thường dùng để đo dòng điện ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp (cỡ 400÷2000Hz) Do cơ cấu điện động là cơ cấu chính xác cao đối với tín hiệu xoay chiều vì vậy ampemét điện động cũng có chính xác cao (0,2 ÷ 0,5) nên thường được sử dụng làm dụng cụ mẫu

Cách mở rộng thang đo và chế tạo ampemét điện động nhiều thang giống như ở ampemét điện từ.

Sai số do tần số của các ampemét điện từ và điện động ở tần

số vài kHz đến vài chục kHz khá lớn Vì vậy để đo dòng điện âm tần người ta thường dùng các ampemét từ điện chỉnh lưu

https://www.youtube.com/watch?v=ARHr8PJgm-8

2.2 ĐO ĐIỆN ÁP

1 ĐO ĐIỆN ÁP 1 CHIỀU ( DC)

Vôn mét 1 chiều được chế tạo gồm cơ cấu chỉ thị từ điện nối tiếp với một điện trở phụ Rp như hình 1 Khác với ampemet, vôn mét dùng để đo điện áp rơi trên phụ tải hoặc điện áp giữa hai đầu của một mạch điện, do đó nó luôn mắc song song với phụ tải cần đo

Điện trở phụ ( Rp) được tính theo công thức:

CTU

Để mở rộng nhiều thang đo ta có thể mắc theo 2 cách:

+Mắc song song theo sơ đồ hình 2-9a

U

m =

VỚI

Rp : điện trở phụRCT : điện trở của cơ cấu chỉ thị

U : điện áp cần đoUCT : điện áp rơi trên cơ cấu chỉ thị

+ Mắc nối tiếp theo hình 2-9b

- Điện trở toàn thang đo tại vị trí V4:

Bài tập 1: Cho cơ cấu chỉ thị như hình vẽ Cho biết

Điện trở toàn thang đo tại vị trí 4

6 6

4 2 10

10 100

3 3 10

10 100

R3 = Rt – ( R4 + RCT )= 106 ΩĐiện trở toàn thang đo tại vị trí 2

6 6

10 100

1 5.10

10.100

R1 = Rt – ( R4 + RCT + R3 + R2 )=

106

Bài tập 2: Cho cơ cấu chỉ thị như hình vẽ Cho biết

Điện trở toàn thang đo tại vị trí 4

6 6

4 10

5

2 10

50

R

Điện trở toàn thang đo tại vị trí 3

6 6

3 1 10

10 50

R3 = Rt – ( R4 + RCT )

Điện trở toàn thang đo tại vị trí 2

6 3

3 6

6

5

3 10

2 10

2 10

5

6 6

10 50

R2 = Rt – ( R4 + RCT + R3 )

Điện trở toàn thang đo tại vị trí V1:

6 6

1 4 10

10 50

R1 = Rt – ( R4 + RCT + R3 +

R2 )

6 6

3 3

.210

.2

105

210

6 3

3 6

6

1 10 10 2 10

5

3 10

2 10

2 10

2 10

2 Vônmét xoay chiều:

Vônmét điện từ chỉnh lưu:

Là dụng cụ phối hợp mạch chỉnh lưu và cơ cấu chỉ thị từ điện Khi dòng ở chiều thuận, diốt silic thường có độ sụt áp thuận là 0,7V và diốt Gecmani có độ sụt áp cở 0,3V Khi

dòng ở chiều ngược thì dòng rất nhỏ so với dòng thuận

Đặc điểm của vônmét chỉnh lưu là độ chính xác không

cao ( cấp chính xác từ 1-1,5) thang đo không đều do đặc

tính phi tuyến do diốt, các vônmet chỉnh lưu được chế tạo đo điện áp hình sin với hệ số hình dáng khd = 1,1 do vậy khi đo với các tín hiệu khác sin sẽ gây nên sai số đo