Báo cáo thực hành – thí nghiệm học phần kỹ thuật đo lường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG MÃ HỌC PHẦN 13307H Giảng viên TRẦN SINH BIÊN Sinh viên TR[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO THỰC HÀNH – THÍ

NGHIỆM HỌC PHẦN: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

MÃ HỌC PHẦN: 13307H

Giảng viên: TRẦN SINH BIÊN

MSV: 90216

HẢI PHÒNG, 4/2023

Mục lục Trang Bài 1: Dùng đồng hồ vạn năng 3 1b.Đo điện trở

Bài 2:Đo lường các đại lượng không điện: Đo nhiệt độ 10

B Đ O ĐIỆN TRỞ

1 Mục tiêu

- Học và sử dụng thiết bị đo: Phân tích cấu tạo, hoạt động, chức năng sử dụng loại đồng hồ vạn năng có thang đo điện trở

- Biết cách đo điện trở theo phương pháp trực tiếp và gián tiếp

- Biết cách đọc kết quả đo và đánh giá kết quả đo

2 Công tác chuẩn bị của sinh viên

- Nghiên cứu nội dung bài thí nghiệm để hiểu rõ mục đích, yêu cầu của bài thí nghiệm

- Phải thuộc và trả lời các câu hỏi lý thuyết liên quan tới bài thí nghiệm - Sinh viên phải nắm vững kiến thức lý thuyết các phương pháp đo điện trở trực tiếp và các phương pháp đo điện trở gián tiếp

- Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thí nghiệm

3 Trang thiết bị cần thiết

- Đồng hồ vạn năng có thang đo điện trở

- Ômmét

- Ampemét DC và Vônmét DC

- Nguồn áp DC

- Các dụng cụ khác: điện trở mẫu, biến trở…

4 Nội dung, quy trình

- Dụng cụ được sử dụng để đo điện trở gọi là Ômmét

- Cơ cấu chỉ thị của Ômmét thường dùng là cơ cấu chỉ thị từ điện

- Tìm hiểu vè sơ đồ các phương pháp đo điện trở gián tiếp khác

nhau:

+ Sử dụng Vônmét và Ampemét (2 sơ đồ);

+ Sử dụng Vônmét và điện trở mẫu;

+ Sử dụng Ampemét và điện trở mẫu

3

Hình 1.4 Đồng hồ vạn năng có thang đo điện trở

- So sánh sự khác nhau giữa các phương pháp đo điện trở gián tiếp

- Vấn đề sai số khi sử dụng các phương pháp đo điện trở gián tiếp

khác nhau

Hình 1.5 Đo điện trở bằng vônmét và ampemét

Một số ký hiệu:

U0 - nguồn điện áp DC;

Rt - điện trở tải (giá trị đọc theo vạch màu);

Uđo - điện áp DC đo được;

Iđo - dòng điện DC đo được;

Rđo - điện trở đo được tính theo công thức Rđo = Uđo/ Iđo;

Rthực - điện trở thực;

∆R - sai số tuyệt đối;

γR - sai số tương đối;

a) Đo điện trở bằng phương pháp gián tiếp: sử dụng Vônmét và Ampemét

(theo 2 sơ đồ a và b; mỗi sơ đồ lập một bảng dưới đây)

Bảng 1.4 Bảng phân tích số liệu thực nghiệm đo điện trở bằng phương pháp gián tiếp

STT U 0 R t U đo I đo R đo R thực ∆R γR Nhận xét

V

5 loại khác nhau

loại khác nhau

b) Đo điện trở bằng phương pháp trực tiếp

Bảng 1.5 Bảng phân tích số liệu thực nghiệm đo điện trở bằng phương pháp trực tiếp

STT R t R đo R thực ∆R γR Nhận xét

5

loại

khác

nhau

loại

khác

nhau

7

8

9

10

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý đồng hồ vạn năng có các thang đo dòng điện DC,

điện áp DC, điện áp AC và điện trở

- Phân tích sơ đồ mạch đo điện trở trên hình 1.2

- Phân tích thang đo 2.5 DCmA : Chạy từ COM (+) đỏ qua cầu chì F1 rồi đi qua R11 qua thang 2.5 qua thang 50µA rồi chạy qua R7 qua D6 và chỉ thị rồi về COM(-) đen

- Phân tích sơ đồ mạch đo điện trở hình 1.2: Bắt đầu từ Com(+) que đỏ qua cầu chì F1, đến các thang đo DCmA, xuống R12, rồi qua D6,qua R7, qua chỉ thị rồi về Com(-) que đen

- Điều cần chú ý khi đo điện trở nhỏ:

- Khi đo điện trở nhỏ (cỡ <10Ω) cần để cho que đo và chân điện trở tiếp xúc tốt nếu không kết quả không chính xác

- Đối với đo điện trở lớn (cỡ > 10kΩ), tay không được tiếp xúc đồng thời vào cả

2 que đo vì tiếp xúc như vậy điện trở của người sẽ mắc song song với điện trở cần đo làm giảm kết quả đo

- So sánh được sự khác nhau giữa các phương pháp đo điện trở gián tiếp

Đo điện trở bằng Volt kế và Ampe kế

* Phương pháp đo điện trở bằng Volt kế và Ampe kế

Theo định luật Ohm, ta có: R = U/I

Như vậy, để xác định giá trị điện trở ta sử dụng ampe kế và volt kế Ở phương pháp này, ta xác định giá trị điện trở đang hoạt động (đo nóng) theo yêu cầu -Có hai cách mắc mạch là

 Mắc rẽ dài hay ampe kế mắc sau, nghĩa là mắc volt kế trước, ampe kế mắc sau

 Mắc rẽ ngắn hay ampe kế mắc trước,nghĩa là mắc ampe kế trước, volt kế mắc sau

*Phương pháp đó điện trở bằng so sánh với điện trở mẫu

-Ta xác định điện trở bằng hai cách:

 Điện trở đo và điện trở mẫu Ro mắc nối tiếp

 Điện trở đo và điện trở mẫu Ro mắc song song

 Như vậy ta cần có và xác định điện trở mẫu

- Các vấn đề sai số khi sử dụng các phương pháp đo điện trở gián tiếp khác nhau

 Khi dòng điện chạy qua làm dây dẫn nóng lên, dãn nở, điện trở của dây dẫn tăng nhưng không tỉ lệ với U và I (ko theo định luật Ôm) nên gây ra sai sót

 Do nhiều nguyên nhân nhưng cái chính vẫn là do thiết bị đo, có thể là do thiết bị ko còn độ chính xác cao, có thể là nguồn điện ko ổn định thậm chí

là vì lý do thời tiết cũng có thể làm ảnh hưởng đến kết quả

- Điều cần chú ý khi đo điện trở cách điện

 Luôn kiểm tra nguồn điện và ngắt nguồn điện với các thiết bị khi tiến hành đo

 Ngắt nguồn điện nối đất để đảm bảo an toàn

 Kiểm tra các đồng hồ đo điện cần đảm bảo độ chính xác cao, không bị hỏng hóc

 Chú ý, nên vệ sinh các bề mặt sẽ đo để đảm bảo kết quả đo được chính xác

9

BÀI 2: ĐO LƯỜNG CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN:

ĐO NHIỆT ĐỘ

1 Mục tiêu

- Hiểu biết về cảm biến nhiệt điện trở kim loại PT100, cặp nhiệt

ngẫu - Hiểu biết về nguyên lý hoạt động của cảm biến PT100 và

cặp nhiệt ngẫu - Biết cách đấu nối PT100 và cặp nhiệt ngẫu

- Tìm hiểu về mạch đo đã xây dựng trong bài thí nghiệm

2 Công tác chuẩn bị của sinh viên

- Nghiên cứu nội dung bài thí nghiệm để hiểu rõ mục đích, yêu cầu của bài thí nghiệm

- Phải thuộc và trả lời các câu hỏi lý thuyết liên quan tới bài

thí nghiệm - Sinh viên phải nắm vững nguyên lý hoạt động

của cảm biến

- Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thí nghiệm

3 Trang thiết bị cần thiết

- Cảm biến PT100, cặp nhiệt ngẫu

- Nguồn nhiệt (Lò nhiệt)

4 Nội dung, quy trình

4.1 Nội dung thí nghiệm

4.1.1 Nguyên lý hoạt động của các cảm biến

a Nhiệt điện trở kim loại PT100

Nguyên lý chung đo nhiệt độ bằng các điện trở là dựa vào sự phụ thuộc điện trở suất của vật liệu theo nhiệt độ Trường hợp đối với PT100, mối quan hệ

Trong đó nhiệt độ T đo bằng oC, T0=0oC và A, B, C là các hệ số thực nghiệm

12

Hình 2.1 Nhiệt kế công nghiệp dùng điện trở platin 1) Dây platin 2) Gốm cách điện 3) ống platin 4) Dây nối 5) Sứ

cách điện 6) Trục gá 7) Cách điện 8) Vỏ bọc 9) Xi măng

b Cặp nhiệt ngẫu

Phương pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng nhiệt điện Người ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bản chất hoá học khác nhau được nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín và nhiệt độ hai mối hàn là t và t0khác nhau thì trong mạch xuất hiện một dòng điện Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện động nhiệt điện Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu thứ hai để hở thì giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế Phương trình gọi là phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu:

E AB = eAB(t) - eAB (t 0 ) (2.2)

4.1.2 Các thao tác thực hành

Dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại và cặp nhiệt ngẫu đo nhiệt độ trong

lò nhiệt với các giá trị nhiệt độ khác nhau, rồi lập bảng phân tích như sau:

Bảng 2.1 Bảng phân tích số liệu đã thực nghiệm với cảm biến RTD PT100

STT T o R PT100 Nhận xét

11

5 120° 127Ω

Bảng 2.2 Bảng phân tích số liệu đã thực nghiệm với cảm biến nhiệt ngẫu K

4.2 Quá trình thí nghiệm và nhận xét

- Cho lò nhiệt hoạt động, đưa PT100 vào trong lò nhiệt đo với các giá trị nhiệt độ khác nhau ta thu được các giá trị điện trở tương ứng Thao tác tương

tự đối với cảm biến cặp nhiệt ngẫu ta cũng thu được các giá trị điện áp khác nhau

Sau đó khảo sát 2 đặt tính:

-R=f(T)

13

- U=f(T)

- Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện trở kim loại PT100:

+) Cảm biến nhiệt độ Pt100 hoạt động dựa trên nguyên tắc nhiệt điện trở Nghĩa là điện trở sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng lên.Giá trị điện trở thay đổi tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ (nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở tăng và ngược lại khi nhiệt độ giảm giá trị điện trở giảm) Dãi đo nhiệt độ trong khoảng từ -200 đến 600oC.Khi đó, ta chỉ cần đo được giá trị điện trở này thì sẽ quy đổi ngược ra được nhiệt độ.

- Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt ngẫu:

+) Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt ngẫu dựa trên hiệu ứng nhiệt Seebeck Cụ thể: khi 2 kim loại khác nhau được hàn dính lại 1 đầu (Measuring junction) sẽ tạo ra 1 điện áp Mô phỏng nguyên lý này theo sơ đồ sau:

 Điểm nối giữa 2 thanh kim loại (Measuring point) là nơi được tiếp xúc với nhiệt

độ cao hơn – (1) đầu nóng

 Hai đầu dây còn lại không được hàn cố định được đánh dấu (-) và (+) – (2) đầu lạnh

 Khi này giữa (1) và (2) có sự chênh lệch nhiệt độ, tạo ra sự dịch chuyển các electron dẫn tới sinh ra 1 hiệu điện thế ở 2 đầu dây

 Theo đó, 2 thanh kim loại được hàn tại điểm nóng, đây là nơi dùng để đo nhiệt

độ Khi nhiệt độ tại điểm nóng tăng thì điểm điện áp tại điểm lạnh cũng tăng theo (không theo tuyến tính) Khi đó người ta đo điện áp ở đầu lạnh thì sẽ cho chính xác nhiệt độ ở đầu nóng

15