Phương pháp đặc tính tần số trong hệ thống đo luận văn thạc sĩ ngành kỹ thuật điện

57 Hình 4.5: Đ thị biểu diễn đặc tính biên tần |Fj Ψ|Ψătheoălýăthuyết và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i .... 62 Hình 4.6: Đ thị biểu diễn đặc tính pha tần

M C L C

Quyếtăđịnhăgiaoăđề tài

Biên b n ch m Lu năvĕnăt t nghiệp Th căsĩ

Phiếu nh n xét Lu năvĕnăTh căsĩ

Lý lịch cá nhân i

L iăcamăđoan ii

C m t iii

Tóm tắt iv

Abstract vi

Mục lục viii

Danh sách các hình x

Danh sách các b ng xiii

Ch ngă1.ăT NG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnhăvực nghiên c u, các kết qu trongăvƠăngoƠiăn ớcăđƣă công b 1

1.2 Lý do chọnăđề tài 12

1.3 Mụcăđíchăc aăđề tài 12

1.4 Nhiệm vụ c aăđề tài và giới h năđề tài 13

1.5 θh ngăphápănghiênăc u 13

Ch ngă2.ăC ăS LÝ THUY T 15

2.1.ăθh ngăphápăđặc tính tần s 15

2.2 Phép biếnăđổi Fourier 18

2.3 Phổ c a mộtăvƠiăxungăđiện áp tiêu biểu 20

2.4 ng dụngăph ngăphápăđặc tính tần s 26

2.5.ăθh ngăphápăđánhăgiáăsaiăs Hệ th ngăđo 29

Ch ngă3 C UăTRÚCăC ăB N H TH NGăĐO 31

3.2 Cáp truyền tín hiệu 41

3.3.ăDaoăđộng ký 50

Ch ngă4.ăPH NGăPHỄPăĐ C TÍNH T N S TRONGăĐỄNHăGIỄăSAIă S H TH NGăĐO 55

4.1 Giới thiệu Hệ th ngăđo theo IEC 60990:1999 55

4.2 Giới thiệu thiết bị đoăvà quy trình thực nghiệm 56

4.3.ăĐặc tính tần s c a Hệ th ngăđo 59

4.4 Hệ s K c a Hệ th ngăđo 69

Ch ngă5 K T LU N 78

5.1 Các kết qu đ tăđ ợc c aăđề tài 78

5.2.ăH ớng phát triển c aăđề tài 78

TÀI LI U THAM KH O 79

PH L C 80

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: C u trúc Hệ th ngăđo một kênh 3

Hình 1.2: H ệ th ngăđo kiểu so sánh 5

Hình 1.3: θh ngăphápăsoăsánhăkiểu cân bằng 5

Hình 1.4: θh ngăphápăsoăsánhăkhôngăcơnăbằng 5

Hình 1.5: θh ngăphápămƣăhóaăth i gian 6

Hình 1.6: θh ngăphápămƣăhóaătần s xung 6

Hình 1.7: θh ngăphápămƣăhóaăs xung 7

Hình 2.1: Xung d ngăhƠmămũ 20

Hình 2.2: Đặc tính tần s c aăxungăđiện áp d ngăhƠmămũ 21

Hình 2.3: Đặc tính tần s c aăhƠmăđiệnăápăb ớc nh yăđ năvị 22

Hình 2.4: Đặc tính biên tần c aăxungătĕngătuyến tính 23

Hình 2.5: Phổ c a xung sét chuẩn với các th i gian cắt Tc khác nhau 24

Hình 2.6: Đặc tính tần s c a xung vuông 25

Hình 2.7: Đặc tính biên tần c a bộ phơnăápăđiện tr 28

Hình 2.8: Đặc tính biên tần c a bộ phơnăápăđiệnădungăđệm 28

Hình 3.1: S ăđ nguyên lý c a một Hệ th ngăđo 31

Hình 3.2: D ng chung c a bộ phơnăápăđiện tr 36

Hình 3.3: Phân b điệnăápăbanăđầu dọc theo ngăcáchăđiện c a bộ phân áp 37

Hình 3.4: Bộ phơnăápăđiện dung 39

Hình 3.5: S ăđ t ngăđ ngăc a bộ phơnăápăđiện dung 39

Hình 3.6: S ăđ c a bộ phân áp dung ậ tr 40

Hình 3.7: Sự méo d ng c a xung do qua bộ phân áp dung ậ tr 40

Hình 3.8a: S ăđ t ngăđ ngăbộ phơnăápăđiện dung 41

Hình 3.8b: Các kết qu đoăgiáătrị biênăđộ c aădaoăđộngăđiện áp tần s cao sau khi truyềnăquaăđo n cáp có chiều dài khác nhau 46

Hình 3.9: Sự méo d ng c aăxungăđiện áp do ph n x từ điện tr đầu cu i c a cáp

đo 47

Hình 3.10: HƠmăquáăđộ định m c c a bộ phơnăápăcóătínhăđếnăcápăđo 49

Hình 3.11: Gi năđ c aăđiệnăápăxungăvƠăđiện áp theo v ch chia trên màn hình 53

Hình 4.1: S ă đ Hệ th ngă đoă môă phỏng tr khángă c ă thể ng i theo

IEC 60990:1999 55

Hình 4.2: S ăđ Hệ th ngăđoămôăphỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i theo IEC 60990:1999 55

Hình 4.3: Máy phát xung LAG-120B 56

Hình 4.4: Máy ghi nh n tín hiệuăđiện HIOKI 8870-20 57

Hình 4.5: Đ thị biểu diễn đặc tính biên tần (|F(j Ψ|Ψătheoălýăthuyết và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i 62

Hình 4.6: Đ thị biểu diễn đặc tính pha tần (Ņ( ΨΨă theoă lýă thuyết và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i 62

Hình 4.7: Biểuăđ biểu diễn sai s biênăđộ (Ł|F(j Ψ|) c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i 63

Hình 4.8: Biểuăđ biểu diễn sai s gócăphaă(ŁŅ( Ψ) c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i 63

Hình 4.9: Đ thị biểu diễn đặc tính biên tần (|F(j Ψ|Ψătheoălýăthuyết và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 67

Hình 4.10: Đ thị biểu diễn đặc tính pha tần (Ņ( ΨΨă theoă lýă thuyết và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 67

Hình 4.11: Biểuăđ biểu diễn sai s biênăđộ (Ł|F(j Ψ|) c a Hệ th ngăđoămô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 68

Hình 4.12: Biểuăđ biểu diễn sai s gócăphaă(ŁŅ( Ψ) c a Hệ th ngăđoămô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 68

Hình 4.13: Biểuăđ thể hiện sai s độ lớn Hệ s K (Ł|K|) theo lý thuyết và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i 72

Hình 4.14: Biểuăđ thể hiện sai s góc pha Hệ s K (ŁŅ(KΨ) theo lý thuyết và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i 72

Hình 4.15: Biểuăđ thể hiện sai s độ lớn Hệ s K (Ł|K|) theo lý thuyết và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 76

Hình 4.16: Hình 4.10 Biểuăđ thể hiện sai s góc pha Hệ s K (ŁŅ(KΨ) theo lý thuyết

và theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđoămô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i77

DANH SÁCH CÁC B NG

B ng 2.1: M ột vài phổ tần s c a một s xungăđiện áp tiêu biểu 26

B ng 3.1: Các s liệu về sự suy gi m sóngă(Ł1) trong một vài lo iăcápăđo 44

B ng 3.2: Sự gi măbiênăđộ xung ng với chiều dài cáp 46

B ng 3.3: T căđộ ghi xung yêu cầu và kho ng th i gian làm lệchătiaăđiện tử 51

B ng 4.1: S liệu đặc tính biên tần c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i 60

B ng 4.2: S liệu đặc tính pha tần c a Hệ th ngăđoămô phỏng tr khángăc ăthể ng i 61

B ng 4.3: S liệu đặc tính biên tần c a Hệ th ngăđo mô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 65

B ng 4.4: S liệu đặc tính pha tần c a Hệ th ngăđo mô phỏng đápă ng và tr kháng c ăthể ng i 66

B ng 4.5: M căđộ nhăh ng c a các phần tử lênăđộ lớn Hệ s K c a Hệ th ngăđo mô phỏng tr khángăc ăthể ng i 69

B ng 4.6: M căđộ nhăh ng c a các phần tử lên góc pha Hệ s K c a Hệ th ngăđo mô phỏng tr khángăc ăthể ng i 70

B ng 4.7: Sai s độ lớn Hệ s K theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđo mô phỏng tr khángăc ăthể ng i 70

B ng 4.8: Sai s góc pha Hệ s K theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđo mô phỏng tr khángăc ăthể ng i 71

B ng 4.9: M căđộ nhăh ng c a các phần tử lênăđộ lớn Hệ s K c a Hệ th ngăđo mô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 73

B ng 4.10: M căđộ nhăh ng c a các phần tử lênăđộ lớn Hệ s K c a Hệ th ngăđo mô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 74

B ng 4.11: M căđộ nhăh ng c a các phần tử lên góc pha Hệ s K c a Hệ th ng đo mô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 74

B ng 4.12: M căđộ nhăh ng c a các phần tử lên góc pha Hệ s K c a Hệ th ng

đo mô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 75

B ng 4.13: Sai s độ lớn Hệ s K theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđo mô phỏng đápă

ng và tr khángăc ăthể ng i 75

B ng 4.14: Sai s góc pha Hệ s K theo thực nghiệm c a Hệ th ngăđo mô phỏng đápă ng và tr khángăc ăthể ng i 76

c mănh năđ ợcăvaiătròăvƠătầmăquanătrọngăc aănó.ăωhúngătaăhìnhănh ăchỉătìnhăc ăphátăhiệnăraăvƠăc măth yănóăquanătrọngăkhiăgặpămộtătrụcătrặcănƠoăđóătrongăcuộcăs ng.ăHầuănh ănhữngăgìăconăng iăcầnăchoăcuộcăs ngăđềuăph iăđoăđ tăbằngăcácădụngăcụăđoăl ng:ăωáiăth ớcăgiúpătaăbiếtăt măv i,ăkhúcăgỗ ădƠiăbaoănhiêuămét,ăcáiăcơnăgiúpătaăbiếtăconăgƠ,ăconălợn,ăbaoăg o,ă ănặngăbaoănhiêuăkilôgam,

 Đoăl ngăt oăraăc ăs ăđịnhăl ợngătinăc yăđểăthu nămuaăvừaăbán,ăđểăđ măb oăcôngăbằngăvƠ tinăc yăl nănhauătrongăth ngăm i,ătrongăgiaoăl uăkinhătếăgiữaămọiă

ng iăvƠăgiữaăcácăn ớcăvớiănhau Đ ngăth i, Đoăl ngăt oăraăc ăs ăđịnhăl ợngăđểăchúngătaăcóăđ ợcăcácăquyếtăđịnhăđúngăđắnăliênăquanăđếnăanătoƠnăvƠătínhăm ngăc aămọiăng i.ăζghiênăc u,ăc iăthiệnăHệăth ngăđo trongălĩnhăvựcăĐoăl ng,ăgiúpăchúngătaăcóăđ ợcănhữngăthiếtăbịăcóănhiềuătínhănĕng,ăphùăhợpăcácăyêuăcầuăc aăxƣăhội và các quiăđịnhăc aăthếăgiới

 Khi thực hiện các nghiên c u thực nghiệmă để phơnă tíchă vƠă đánhă giáă saiă s trong các kết qu ghi nh nă đ ợcă th ng gặpă khóă khĕnă vƠă ph c t p do các nh

h ng và sự t ngătácăgiữa các thông s c a Hệ th ngăđo Theo [8], [9], [10] nêu ra cácăph ngăphápăđểăđánhăgiáămộtăHệăth ngăđo Để khắc phục nhữngăđiềuăđƣănóiă trên,ăng iătaăth ng sử dụngăph ngăphápăđặc tính tần s [1], [10] θh ngăphápăđặcătínhătầnăs ălƠămộtăcôngăcụăhữuăhiệuăgiúpăchúngătaăphơnătíchăHệăth ngăđo khoa họcăh n,ăquaăđóăđánhăgiáăsaiăs ,ăđ aăraăcácăkếtăqu ăchínhăxácăh n,ălƠmăc ăs ăchoăcácăkếtălu năliênăquanăđếnăch tăl ợngăs năphẩmăcũngănh anătoƠnăvƠătínhăm ngăconă

ng i

1.1.1 Đ nhănghƿaă

 Theo [2], [3], Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đối tượng cần

đo để có kết quả bằng số so với đơn vị

 VớiăđịnhănghĩaătrênăthìăĐoăl ng là quá trình thực hiện ba thao tác chính:

+ Biếnăđổi tín hiệu và tin t c

+ So sánh vớiăăđ năvị đoăhoặc so sánh với m uătrongăquáătrìnhăăđoăl ng

+ Chuyểnăđ năvị,ămƣăhoáăđể có kết qu bằng s so vớiăđ năvị

 ωĕnăc vào việc thực hiệnăcácăthaoătácănƠyă taăcóăcácăph ngă phápăvƠă Hệ

th ngăđo khác nhau

 Thi t b đoăvƠăthi t b m u

 Thiết bị đoălƠămột hệ th ngămƠăđ iăl ợngăđoăgọiălƠăl ợngăvƠo,ăl ợngăraălƠăđ i

l ợng chỉ trên thiết bị (là thiết bị đoătácăđộng liên tục) hoặc là con s kèmătheoăđ nă

vị đoă(thiết bị đoăhiện s Ψ.ăĐôiăkhiăl ợng ra không hiển thị trên thiết bị mà đ aătới trungătơmătínhătoánăđể thực hiện các phân tích kỹ thu t nh tăđịnh

 Thiết bị m uădùngăđể kiểm tra và hiệu chỉnh thiết bị đoăvƠăđ năvị đo.ă

 Theoăquyăđịnh hiện hành thiết bị m u ph iăcóăđộ chính xác lớnăh năítănh t hai c p so với thiết bị kiểm tra

 Ví d : Mu n kiểmăđịnhăcôngăt ăc p chính xác 2 thì bàn kiểmăđịnhăcôngăt ă

 Thi t b đoăchuy năđ i thẳng

ứ Đ iăl ợng cầnăđoăđ aăvƠoăthiết bị d ới b t kỳ d ngănƠoăcũngăđ ợc biến thành góc quay c a kim chỉ thị.ăζg iăđoăđọc kết qu nh thangăchiaăđộ và những quy

ớc trên mặt thiết bị, lo i thiết bị này gọi là thiết bị đoăc ăđiện Ngoài ra, l ợng ra còn có thể biếnăđổi thành s ,ăng iăđoăđọc kết qu r i nhân với hệ s ghi trên mặt máy hoặc máy tự động làm việcăđó,ătaăcóăthiết bị đoăhiện s

 Thi t b đoăki u so sánh

 Thiết bị soăsánhăcũngăcóăthể là chỉ thị c ăđiện hoặc là chỉ thị s Tuỳ theo cách so sánh và cách l păđ iăl ợng bù (bộ mã hoá s t ngătự) ta có các thiết bị so sánhăkhácănhanănh :ăthiết bị so sánh kiểu tuỳ độngă(đ iăl ợngăđoăxăvƠ đ iăl ợng bù

trừ luôn biếnăđổi theo nhau); thiết bị so sánh kiểuăquétă(đ iăl ợng bù trừ biến thiên theo một quy lu t th i gian nh tăđịnh và sự cân bằng chỉ x y ra t i một th iăđiểm trong chu kỳ)

 ζgoƠiăraăcũngăcĕnăc vào việc l păđ iăl ợngăbùăng i ta chia thành dụng cụ

mã hoá s xung, tần s xung, th iăgianăxung.ăωĕnăc vƠoăđiều kiện cân bằngăng i

ta chia thành dụng cụ bù không lệch (zero) và dụng cụ bù có lệchă(viăsaiΨ.ăωĕnăc vào quan hệ giữaăl ợngăraăvƠăl ợngăvƠo,ăng i ta chia thành: thiết bị đoătrực tiếp (đ iăl ợng ra biểu thị trực tiếpăđ iăl ợng vào), thiết bị đoăgiánătiếpă(đ iăl ợng ra liên quan tới nhiềuăđ iăl ợng vào thông qua những biểu th c toán họcăxácăđịnh), thiết bị đoăkiểu hợp bộ (nhiềuăđ iăl ợng ra liên quan tới nhiềuăđ iăl ợng vào thông qua các

ph ngătrìnhătuyến tính)

1.1.2.2 Chuy năđ iăđoăl ng

 Chuyểnă đổi chuẩn hoá: Có nhiệm vụ biếnă đổi một tín hiệuă điện phi tiêu chuẩn thành tín hiệuăđiện tiêu chuẩnă(thôngăth ng U = 0 ÷ 10 V; I = 4 ÷ 20 mA)

Với lo i chuyểnăđổi này ch yếu là các bộ phân áp, phân dòng, biếnăđiện áp, biến dòngăđiện, các m ch khuếchăđ i,ă ăđƣăđ ợc nghiên c u kỹ các giáo trình khác nên

ta không xét

 Chuyểnăăđổiăs ăc p: Có nhiệm vụ biến một tín hiệuăkhôngăđiện sang tín hiệu điện, ghi nh n thông tin giá trị cầnăđo.ăCó r t nhiều lo i chuyểnăđổiăs ăc p khác nhauănh :ăchuyểnăđổiăđiện tr ,ăđiện c m,ăđiện dung, nhiệtăđiện,ăquangăđiện, v.v…

1.1.2.3 T h p thi t b đoă

 Với một thiết bị cụ thể (một kênh):

ωhuyểnăđổiăs ăc p ε chăđo ωhỉăthị

Hình 1.1 C u trúc Hệ th ngăđo một kênh

+ Chuyểnăđổiăđoăl ng: biến tín hiện cầnăđoăthƠnhătínăhiệuăđiện

+ M chăđo:ăthuănh n, xử lý, khuếchăđ i thông tin, bao g m: ngu n, các

m ch khuếchăđ i, các bộ biến thiên A/D, D/A, các m ch phụ, v.v…

+ Chỉ thị: thông báo kết qu choăng iăquanăsát,ăth ng g m chỉ thị s và

chỉ thị c ăđiện, chỉ thị tự ghi, v.v

1.1.2.4 V i H th ngăđo l ng nhi u kênh

 Tr ng hợp cầnăđoănhiềuăđ iăl ợng, mỗiăđ iăl ợngăđoă mộtăkênh,ănh ăv y tín hiệuăđoăđ ợc l y từ các sensor qua bộ chuyểnăđổi chuẩn hoá tới m ch điều chế tín hiệu mỗi kênh, sau đóăsẽ đ aăquaăphơnăkênhă(multiplexerΨăđể đ ợc sắp xếp

tuần tự truyềnăđiătrênăcùngămột hệ th ng d n truyền.ăĐể có sự phân biệt,ăcácăđ i

l ợngă đoă tr ớcă khiă đ aă vƠoă m ch phân kênh cần ph i mã hoá hoặcă điều chế (Modulation - MOD) theo tần s khác nhau (thí dụ nh ăf10, f20, ) cho mỗi tín hiệu

c aăđ iăl ợngăđo.ă

 T iă n iă nh n tín hiệu l i ph i gi i mã hoặc gi iă điều chế (Demodulation - DEεηDΨă để l y l i từng tín hiệuă đo.ă Đơyă chínhă là hình th că đoă l ng từ xa (TE1emety) cho nhiềuăđ iăl ợngăđo

1.1.3 S ăđ c u trúc thi t b đoăl ng

1.1.3.1 H th ngăđoăhi năđ i thẳng

 Trong Hệ th ngăđo biếnăđổi thẳng,ăđ iăl ợng vào x qua nhiều khâu biếnăđổi trungăgianăđ ợc biếnăthƠnhăđ iăl ợng ra z Quan hệ giữa z và x có thể viết:

z = f(x) Trongăđó:ă f(x) là một toán tử thể hiện c u trúc c a thiết bị đo

 Trongătr ng hợp quan hệ l ợngăvƠoăvƠăl ợng ra là tuyến tính ta có thể viết:

z = S.x (1.1) Trongăđó: S gọiălƠăđộ nh yătĩnhăc a thiết bị

 Nếu một thiết bị g m nhiều khâu n i tiếp thì quan hệ giữaă l ợng vực và

1

(1.2) Trongăđó: SilƠăđộ nh y c a khâu th i trong thiết bị

1.1.3.2 H th ngăđoăki u so sánh

 Trong thiết bị đoăkiểuăsoăsánhăđ iăl ợngăvƠoăxăth ngăđ ợc biếnăđổi thành

đ iăl ợng trung gian Yx qua một phép biếnăđổi T:

 Phân lo iăph ngăphápăđoăcĕnăc vƠoăđi u ki n cân bằng

 θh ngăphápăsoăsánhăkiểu cân bằngă(Hìnhă1.3Ψ:ăTrongăph ngăphápănƠy,ăăđ i

l ợng vào so sánh: Yx=ăconst;ăăđ iăl ợng bù Yk = const

 Phân lo iăph ngăphápăđoăcĕnăc vào cách t oăđi n áp bù

 Ph ngă phápă mƣă hoáă th i gian: Trongă ph ngă phápă nƠyă đ iă l ợng vào

yx =ăconstăcònăđ iăl ợng bù ykchoătĕngătỉ lệ với th i gian t:

 Ph ngăphápămƣăhoáăt n s xung: Trongăph ngăphápănƠyăđ iăl ợng vào

yx choătĕngătỉ lệ vớiăđ iăl ợng cầnăđoăxăvƠăkho ng th i gian t: yx=ăt.x,ăcònăđ iăl ợng

ứ T iăđiểm cân bằng có:

yx = x.tx = yk = const

k x

x

y

x t

ứ Đ iăl ợng cầnăđoăxăđƣăđ ợc biến thành tần s fx đơyăphépăsoăsánhăcũngă

ph i thực hiện một bộ ng ỡng

∆ = − = 1 0 <

 Ph ngă phápă mƣă hoáă s xung: Trongă ph ngă phápă nƠyă đ iă l ợng vào

yx =ăconst,ăcònăđ iăl ợng bù yk choătĕngătỉ lệ với th i gian t theo quy lu t b c thang

với nhữngăb ớc nh yăkhôngăđổi vo gọiălƠăb ớcăl ợng tử T = const còn gọi là xung

Hìnhă1.7.ăθh ngăphápămƣăhóaăs xung

ứ T iăđiểm cân bằngăđ iăl ợng vào yx đ ợc biến thành con s NX:

1.1.4 Cácăđ c tính c a thi t b đoă

1.1.4.1.ăĐ nh y,ăđ chính xác và các sai s c a thi t b đoă

 Đ nh yăvƠăng ngăđ nh y

 Ta biếtăph ngătrìnhăc ăb n c a thiết bị đoălƠăză=ăf(xΨ.ăĐể có một sự đánhăgiáă

về quan hệ giữaăl ợngăvƠoăvƠăl ợng ra c a thiết bị đo,ătaădùng khái niệm về độ nh y

c a thiết bị:

x

z S







Trongăđó:ă + Ấz là biến thiên c aăl ợng ra

+ Ấx là biến thiên c aăl ợng vào

 Nói chung S là một hàm phụ thuộcăxănh ngătrongăph măviăẤxăđ nhỏ thì S là

một hằng s Với thiết bị có quan hệ giữaăl ợngăvƠoăvƠăl ợng ra là tuyến tính, ta có

thể viết: z = S.x Lúcăđó, S gọiălƠăđộ nh yătĩnhăc a thiết bị đo.ă

 Trongătr ng hợp thiết bị đoăg m nhiều khâu biếnăđổi n i tiếpăthìăđộ nh y

đ ợc tính = =1 , với Si lƠăđộ nh y c a khâu th i trong thiết bị

 Theo lý thuyết khi xét tới quan hệ giữa z và x thì x có thể nhỏ bao nhiêu cũngăđ ợc, song trên thực tế khiăẤxă<ăłănƠoăđóăthìăẤzăkhôngăthể th yăđ ợc

Ví dụ 1.1: Khi phụ t i tiêu thụ qua mộtăcôngăt ămột pha 10 A nhỏ h nă10ăWăthìăcôngăt ăkhôngăquayănữa

 Nguyên nhân c a hiệnă t ợng này r t ph c t p, có thể do ma sát, do hiện

t ợng trễ,ă ăłăđ ợc gọiălƠăng ỡngăđộ nh y c a thiết bị đo.ă

 Có thể quan niệmăng ỡngăđộ nh y c a thiết bị đoălƠăgiáătrị nhỏ nh t mà thiết

bị đoăcóăthể phân biệtăđ ợc

 Tuy nhiên ng ỡngăăđộ nh y c a các thiết bị đoăkhácănhauăr t khác nhau nó

ch aăăđặcătr ngăchoătínhănh y c a thiết bị Vì v y, để so sánh chúng vớiănhauăng i

ta ph i xét tới quan hệ giữaăng ỡngăđộ nh yăvƠăthangăđoăc a thiết bị

 Thangă đoă (DΨă lƠă kho ng từ giá trị nhỏ nh t tới giá trị lớn nh t tuân theo

ph ngăphápăđoăl ng c a thiết bị:

D = xmaxậ xmin (xminth ng = 0)

 Từ đóăđ aăraăkháiăniệm về kh nĕngăphơnălyăc a thiết bị đo và so sánh các R





 Đ chính xác và các sai s c a thi t b đoă

 Độ chính xác là tiêu chuẩn quan trọng nh t c a thiết bị đo.ăψ t kỳ một phép đoănƠoăđều có sai lệch so vớiăđ iăl ợngăđúng:

Łi = xi - xđTrongăđó:ăă + xi là kết qu c a lầnăđoăth ;

+ xđ là giá trị đúngăc aăđ iăl ợngăđo;

+ Łi là sai lệch c a lầnăđoăth i

 Sai s tuyệtăđ i c a một thiết bị đoăđ ợcăđịnhănghĩaălƠăgiáătrị lớn nh t c a các sai lệch gây nên b i thiết bị trongăkhiăđó:

Δxă=ămax[Łi]

 Sai s tuyệtăđ iăkhôngăđánhăgiáăđ ợc tính chính xác và yêu cầu công nghệ

c a thiết bị đo.ăThôngăth ngăđộ chính xác c a mộtăphépăđoăhoặc một thiết bị đoă

đ ợcăđánhăgiáăbằng sai s t ngăđ i:

+ Với mộtăphépăđo,ăsaiăs t ngăđ iăđ ợc tính:

 Theoăquyăđịnh hiện hành c aănhƠăn ớc, các dụng cụ đoăc ăđiện có c p chính xác: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; và 4

 Thiết bị đoăs có c p chính xác: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1

 Khi biết c p chính xác c a một thiết bị đoă taăcóăthể xácăđịnhăđ ợc sai s

t ngăđ iăquyăđổi và suy ra sai s t ngăăđ i c a thiết bị trongăcácăphépăđoăcụ thể

1.1.4.2.ăĐi n tr vào và tiêu th công su t c a thi t b đoă

 Thiết bị đoăph iăthuănĕngăl ợng từ đ iăt ợngăđoăd ới b t kì hình th cănƠoăđể

biếnăthƠnhăđ iăl ợngăđầu ra c a thiết bị Tiêu thụ nĕngăl ợng này thể hiện ph n tác dụng c a thiết bị đoălênăđ iăt ợngăđoăgơyăraănhững sai s mƠătaăth ng biếtăđ ợc nguyên nhân gọi là sai s phụ về ph ngăpháp.ăTrongăkhiăđoătaăc gắng sao cho sai

s này không lớnăh năsaiăs c ăb n c a thiết bị

 Với các thiết bị đoăc ăhọc sai s ch yếu là ph n tác dụng c a chuyểnăđổi

Với các thiết bị đoădòngăáp,ăsaiăs này ch yếu là do nhăh ng c a tổng tr vào và tiêu thụ công su t c a thiết bị

 Tổnăhaoănĕngăl ợng với m chăđoădòngăápălƠ:

ΔθA = RA.I2

ΔθU = U2/RV

 V y ta t m tính sai s phụ do nhăh ng c a tổng tr vào là:

γI = RA;ăγU = Rt / RV

Trongăđóă: + RA lƠă điện tr c a Amperemet hoặc phần tử ph n ng với

dòng;

+ RVlƠăđiện tr c a Volmet hoặc phần tử ph n ng với áp; + RtlƠăđiện tr t i

1.1.4.3.ăCácăđ cătínhăđ ng c a thi t b đoă

 Khiăăđoăcácăđ iăl ợng biến thiên ta ph i xét đến đặc tính động c a dụng cụ

đo Đặcătínhăđộng c a dụng cụ đoăthể hiện cácăđặcătr ngăsau:ăă

 Hàm truyềnăđ t c a thiết bị đoăhayăđộ nh yăđộng c a thiết bị đoăK(pΨăt c là quan hệ giữaăđ iăl ợngăraăvƠăđ iăl ợng vào tr ngătháiăđộng;

) (

) ( ) (

P X

P Y P

S 

 Đặc tính này thể hiệnăd ới các d ng sau:

+ăĐặcătínhăquáăđộ ng với tín hiệu vào có d ngăb ớc nh y:

x(t) = A.l(t - ńΨ +ăĐặc tính xung hay tín hiệu vào là xung hẹp:

x(tΨă=ăA.Ł(tă- ńΨ +ăĐặc tính tần lúc tín hiệu vào có d ng hình sin:

)(

A

A A

+ A0 lƠăbiênăđộ c aăkhơuălýăt ng không phụ thuộc tần s ;

+ θ( ΨălƠăgócăphaă đầu ra phụ thuộc tần s ; + θ0 lƠăgócăphaălýăt ng không phụ thuộc tần s

 Trong dụng cụ đo, các sai s này ph i nhỏ h nămột giá trị choăphépăquyăđịnh

b iănhƠăn ớc Gi i tần c a dụng cụ đoălƠăkho ng tần s c aăđ iăl ợngăvƠoăđể cho sai

s khôngăv ợt quá giá trị cho phép

 Th i gian ổnăđịnh hay th iăgianăđoăc a thiết bị là th i gian kể từ khiăđặt tín

hiệu vào c a thiết bị cho tới khi thiết bị ổnăđịnh có thể biếtăđ ợc kết qu

 Chính dựa vào th iăgianăđoăc a thiết bị này cho phép ta tự động r i r c hoá

đ iăl ợng cầnăđoăđể đoăgiáătrị t c th i,ăsauăđóădùngăcácăphépăgiaăcôngătoánăhọc hoặc dùngăph ngătiệnăăđể phục h i l i hoàn toàn hiệnăt ợng x y ra

1.1.5 Gia công k t qu đoăl ng

 Gia công kết qu đoăl ng là dựa vào kết qu c a nhữngăphépăđoăcụ thể ta xácăđịnh giá trị đúngăc aăphépăđoăđóăvƠăsaiăs c aăphépăđoă y

x x x x

 Dụng cụ đoănƠoăcũngăcóăsaiăs và nguyên nhân sai s r t khác nhau, vì v y cáchăxácăđịnh sai s ph i tùy theo từngătr ng hợpămƠăxácăđịnh Hiệnănayăđƣădùngănhiềuăph ngăphápăkhácănhauăđể phépăđoăđ m b o yêu cầu kỹ thu tăđề ra

1.3 M căđíchăc aăđ tài

ứ Tìm hiểu các lý thuyết về đặc tính tần s c a Hệ th ngăđo ng dụng các lý thuyếtăđặc tính tần s và từ thực nghiệmăđể kiểm nghiệm l i Hệ th ngăđo này

ứ Tính toán và vẽ đặc tính tần s c a các Hệ th ngăđo theo IEC 60990:1999 theo các hàm c a Hệ th ngăđo này

ứ Thực nghiệm l y s liệu c a mô hình Hệ th ngăđo theo IEC 60990:1999 và

từ s liệuăthuăđ ợc, ta vẽ đặc tính tần s c a Hệ th ngăđo theo thực nghiệm, đánh

giá sai s c a Hệ th ngăđo, đ aăraăph ngăphápăđoăchoăphòngăthử nghiệm

1.4 Nhi m v c aăđ tài và gi i h năđ tài

1.4.1 Nhi măv ăc aăđ ătƠi

ứ Hệăth ngăhóaăcácăkiếnăth căvềăđặcătínhătầnăs ătrongăHệăth ngăđo

ứ ζghiênăc u,ătínhătoánăvƠăvẽăđặcătínhătầnăs ăc aăcácăHệăth ngăđo theo IEC 60990:1999ătheoăcácăhƠmăc aăHệăth ngăđo này

ứ Thựcănghiệmăl yăs ăliệuăc aămôăhìnhăHệăth ngăđo theo IEC 60990:1999 và từăs ăliệuăthuăđ ợc,ătaăvẽăđặcătínhătầnăs ăc aăHệăth ngăđo theoăthựcănghiệm

ứ ζh năxétăđánhăgiáăkếtăqu ăthựcăhiệnăđ ợc,ăsoăsánhăvới cácăkếtăqu ătừătínhătoánălýăthuyếtăvƠăđ aăraăph ngăphápăđoăchoăphòngăthửănghiệm

1.4.2 Gi iăh năc aăđ ătƠi

ứ Đề tài chỉ t p trung vào tìm hiểu và phân tích ho tăđộng c a Hệ th ngăđo khi thayăđổi tần s c a tín hiệuăđo

ứ Ph m vi kh o sát bị h n chế trong Hệ th ngăđo.ăĐề tƠiăkhôngăđiăsơuănghiênă

Đề tài sử dụngăcácăph ngăphápăsau:

ứ Ph ngăphápănghiênăc u tài li u: lƠăph ngăphápăđóngăvaiătròăch đ o Sử

dụng các tài liệu có sẵn, các tài liệu trên internet, các bài báo khoa học,ă…ăĐể phục

vụ choăđể tài nghiên c u này

ứ Ph ngăphápăchuyênăgia:ălƠăph ngăphápăđóngăvaiătròăbổ trợ Tham kh o ý

kiến c aăcácăgiáoăviênăh ớng d n, các gi ngăviênăvƠăcácăchuyênăgiaătrongălĩnhăvực đoăl ng

ứ Ph ngăphápăt ng h p: δƠăph ngăphápăđóngăvaiătròăbổ trợ Tổng hợp các

ý kiếnăđể đ aăraăcácăkết lu n về những v năđề đangătìmăhiểu Từ đóăhoƠnăthƠnhănội dung, yêu cầu c aăđề tài này

áp ra có thể mô t bằng hệ ph ngătrìnhăsau:

m m

n n

n u B u B u B u A

u A u

tr là hằng s , không phụ thuộcăvƠoăđiện áp vào

 Trong thực tế, hệ ph ngătrìnhăviăphơnăđ ợc sử dụngănh ălƠănhữngăđặcătr ngă

c a thiết bị đoăthìăr t không thu n lợi, b i vì các hệ s c a nó r tăkhóăxácăđịnh bằng

thực nghiệm.ăĐể đánhăgiáăcácătínhăch tăđộng c a thiết bị đo Thôngăth ng,ăng i

ta sử dụngăđặc tính tần s ph c hoặcăđặc tính pha ậ biênăđộ ph c.ăωhúngăđ ợc xác định bằng cách tác dụng lên Hệ th ngăđo mộtăđiện áp hình sin với tần s thayăđổi Sauăđó,ăxácăđịnhămôđunăvƠăgócăphaăc aăđiện áp ra u2vƠăđiện áp vào u1,ăcóănghĩaălƠ:

1 2 1 2

)(

;)

(2.1) Trongăđó:ă G( Ψăậ đ ợc gọiălƠăđặc tính biên tần;

Ņ( Ψăậ đ ợc gọiălƠăđặc tính pha tần c a thiết bị đo

 Các quan hệ G( ΨăvƠăŅ( Ψăcó thể hợp nh t với nhau nếu sử dụng mặt phẳng

ph c.ăδúcăđó, ta có thể viết:

u1(t) = um1ej t = Um1sin t Và:

u2(t) = um2ej( tă+ŅΨă= Um2sin( tă+ŅΨ

u jQ

P j

G

1

2

)()()

Trongăđó:

)(

)()

(

)()

()

Q P

j G







ứ Đặc tính tần s ph c có thể nh năđ ợc bằng tính toàn từ ph ngătrìnhă(2.1Ψă

nếu viết u1d ới d ng ph c, có d ng:

n n m m

A j A

j A j A

B j B

j B j B G

)(

)(

)(

)()

(

2

2 1

0

2

2 1

s , mỗi lầnă đ aă điệnă ápă hìnhă sină đặt đầu vào c a thiết bị đoă cần ch đợi một kho ng th iăgianăđể quá trìnhăquáăđộ ch m d t

ứ Nếuăthayăj ăbằngăpă=ăsă+ăj ătaăsẽ nh năđ ợc hàm truyền:

n n m m

A p A

p pA A

B p B

p pB B

p G

2

2 1 0

2

2 1 0

ứ Biểu th c (2.3Ψăchoăphépăxácăđịnh không những chế độ xác l p, mà còn

chế độ tự do.ăδúcăđó,ăđiện áp vào có d ng:

1 = (� + ) = �

ứ Trong kỹ thu tăđiện,ăđể tìmăđặc tính tần s hoặc hàm truyền, phần lớnăng i

ta sử dụng lý thuyết s ph c và hàm biến ph c Sử dụng l i các quan hệ c a phép tính toán tử:

( j e f t dt

(2.6)

ứ Hàm ph că F(j Ψă choă taă định lu t c aă biênă độ ph c theo tần s c a nó và

đ ợc gọiălƠăđặc tính tần s hoặcălƠăđặc tính pha ậ biênăđộ c a mộtăhƠmăchoătr ớc f(tΨ.ăHƠmăF(j Ψăđ ng th i có thể đ ợc viếtăd ới d ng:

F(j Ψă=ăa( Ψă+ăjb( Ψăăăăăăăăăă (2.7) Trongăđó:

)(

)()

(

)()

()

b a

j F

2

1)(

ứ Ch ng tỏ rằng hàm không chu kỳ f(tΨăđặc tr ng bằng tổng không giới h n

c aăcácăgiaoăđộngăđiều hòa vớiăbiênăđộ nhỏ:

ứ HƠmănƠyăth ngăđ ợc gọi là mặt phẳngăđặc tính tần s ,ăcònămôđunăc a nó

|F(j Ψ|ăậ đ ợc gọiălƠăđặc tính tần s biênăđộ

ứ Khi xây dựngăđặc tính tần s biênăđộ th ngăng i ta sử dụng trụcătungăđể ghi các giá trị c a |F(j Ψ|ă so với giá trị c a |F(j Ψ| =0cóănghĩaălƠ:

)0(

)()(

0

F

j F

ứ Trong các bài toán các g c f(t) có s mũătĕngăơmăs0 < 0 có thể áp dụng 2 công

th c biếnăđổi Fourier thu năng ợc sau:

f t

2

1)()

 Từ (2.11Ψăxétăđiều hòa nguyên t :

t j t

j

e j dA e

d j

ứ ωóăbiênăđộ vô cùng nhỏ dA(j Ψă=ă1

2 � F(j Ψ.ăd ăvƠătần s ,ăvƠăd i tần ph từ

2)

ứ Biểu diễnăđặc tính tần s biênăđộ F(j Ψăcóăthể theo hai d ng:

F(j Ψă=ăF( Ψ.ej ( Ψ (2.15) F(j Ψă=ăF1( Ψă+ăF2( Ψăăăăăăăăăăăăăă (2.16) Trongăđó:ă + F( Ψăậ lƠămôđunăhayăđặc tính tần s biênăđộ;

+ ( Ψăậ là góc pha hay argumen;

t

l j t



1)

ứ Thì trên trục o các tần s ă=ă±ăΩăsẽ làm cho giá trị đặc tính tần s F( Ψă

vô cùng lớn Trên trục tần s các giá trị ă=ă±ăΩăsẽ có giá trị đặc tính tần s v ch

vớiăbiênăđộ hữu h n ng với:

Akcos( ktă+ăαkΨă…ăă (2.18)

( Ψă=ă- (- Ψ,ăF2( Ψă=ă-F2(- Ψăăăăăăă (2.20)

ứ Nh hai tính ch tătrênăcóăđ ợc:

F(j Ψă=ă*F(-j Ψăăăăăăăăăăăăăă (2.21)

ứ ζghĩaălƠăđặc tính tần s biênăđộ F(j Ψăsẽ tr thành liên hiệpăkhiăđổi d u tần

s ăđiều này ph n ánh trong (2.11) một hàm ph căF(j Ψej t,ăd ătrongăc năđ i x ng (ậ∞,ă∞ΨămƠăchoăgiáătrị hàm thựcăl(tΨ,ăf(tΨăcóănghĩaălƠătần s bằng vƠăng ợc d u biểu

th căd ới d u tích phân liên hiệp với nhau

2

)(1

1)

0(

)(

Đặtăαă=ă1/ńăthì:

2 0

)(1

1)

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

1,2 1,4 f(t)

t 1/αă- π

Hình 2.1 Xung d ngăhƠmămũ

ứ Đ thị F0( Ψăkhiă ńă=ă1ăđ ợc vẽ trong hình H.2.2 Dễ dàng nh n th y rằng

với một tỷ lệ thích hợp (logarit nhị phơnΨă thìă khiă ńă >>ă 1,ă đặc tính biên tần sẽ chuyểnăsangăđ ng thẳng với góc lệch 450 so với trụcăhoƠnh,ănghĩaălƠăcóăđộ suy

gi m -20 dB mỗi mộtădecade.ăζh ăv y, đặc tính biên tần có thể vẽ gầnăđúngăbằng 2

đ ng thẳng: Mộtăđ ng thẳng nằm ngang và mộtăđ ng thẳng nghiêng

ứ Trênăc ăs c aăhƠmăđặcătr ngătheoătần s ,ăng i ta có thể chọn thông s đặc

tr ngăậ tần s giới h n fgh Chúng ta có thể gọiănh ăv y, b i vì trong nhiềuătr ng

hợp tần s này, giá trị biênăđộ c aăhƠmăđặcătr ngăF0( Ψăgi măđếnă1/ạ2ălần so với giá trị banăđầu,ăcóănghĩaălƠăgi m 3 dB

0 0,02 0,1 0,5

0,01 0,05 0,2 1

F(j ) F(0)

40 π

F(j ) F(0)

30 20 10

4G 0

Hìnhă2.2.ăĐặc tính tần s c aăxungăđiện áp d ngăhƠmămũ

2.3.2 Xungăb c nh yăđ năv : D ng biểu th c toán họcănh ăsau:

= 0 1 < 0 > 0 Trongăđó: Uă=ă1ăvƠăαă=ă0,ădoăđóă nh laplace c a hàm f(t) sẽ là:

1)(





j F

j j

F

Hìnhă2.3.ăĐặc tính tần s c aăhƠmăđiệnăápăb ớc nh yăđ năvị

2.3.3 Xungătĕngătuy n tính và c t th i gian T c:ăTr ng hợp này, biểu th c toán có d ng sau:

ứ Phổ biênăđộ vớiăđiều kiệnăF( Ψ ă=ă0 = 1 tr thành:

j

T

e e

j U j

)cos(

1(2)()(

2)

c

T T

T T

T j

Hìnhă2.4.ăĐặc tính biên tần c aăxungătĕngătuyến tính

2.3.4 Xung đi n áp sét toàn sóng và sóng c t: Nếuăđiểm cắt x y ra th iăđiểm

Tc, thì biểu th c toán học c a xung sét có thể viếtăd ới d ng:

)sin(

(1)(1

))cos(

)sin(

(1)(1)(

2 2

2 2

1 2

1 1

2 1

c c

T

c c

T

T T

e U

T T

e

U a

c c

)sin(

()

(1

))cos(

)sin(

()

(1)(

2 2

2 2 2

1 1

2 1 1

2 1

c c

T

c c

T

T T

e U

T T

e

U b

c c

1

2 1 2

2

2 2

1

1

)(1)(1)

(1)(1)

ứ Phổ định m c c a sóng cắt có biểu th c r t ph c t p,ă trongă ch ngă nƠyă

chúngă taă khôngă đề c pă đến Đ i với xung sét chuẩnă 1,2/50ă µsă t ngă ng với

Hình 2.5 Phổ c a xung sét chuẩn với các th i gian cắt Tc khác nhau

ứ Trên hình H.2.5 vẽ phổ c a xung sét chuẩn ng với các th iă điểm cắt

Tc = 4 µs; 0,5 µs; 0,1 µs Từ hình vẽ này nh n th y rằng:

a) Khi gi măđộ dài sóng xung thì xu t hiện thành phần tần s cao nhiềuăh nă

vƠădoăđóăcần ph iătĕngăgi i thông tần s c a thiết bị đo

b) Đặc tính biên tần c a thiết bị đoăcần ph i có phổ tần s rộngăh năphổ c a

xungăđể tránh sai s trongăkhiăđo

c) Gi i thông cần thiết c a thiết bị đoăkhiăth i gian cắt Tc = 0,5 µs nằm trong

kho ng 10 MHz ậ 50 MHz

dΨăSoăsánhăcácăđặc tính phổ thông cho phép xácăđịnh sai s c aăphépăđo

ứ Xung vuông vớiăđộ dƠiăsóngăńivƠăbiênăđộ Uă=ă1.ăTr ng hợp này, biểu th c

toán học sẽ là:

= 1 0 < 0 à > 0 < < �� Thay f(t) vào (2.6) ta có:

)2sin(

2)1(

1)

0

i

j j

t j

i i

i

e e

j dt e j

2)



 

)2

sin(

lim)2sin(

2lim)0

i

i i

2)

0(

)()(

0

i i

F

j F

π/ń H

F 0 ( )

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

2π/ń H 3π/ń H 4π/ń H 5π/ń H 6π/ń H

Hìnhă2.6.ăĐặc tính tần s c a xung vuông

B ng 2.1 Một vài phổ tần s c a một s xungăđiện áp tiêu biểu

� � 2 + � 2

= + (�/�) 2

0 khi t < 0

� khiă0ă<ătă<ăń 0ăkhiătă>ăń

 Biếtăđặcătínhăđặc tính tần s c aăxungăchoătr ớc u1(j ΨăvƠăsử dụngăđặc tính

tần s c a thiết bị đoă G(j Ψă cóă thể xácă địnhă đặc tính phổ c aă điện áp ra

U2(j Ψă=ăU1(j Ψă/ăG(j Ψ.ăψiếnăđổiăFourierăng ợcăchoăphépăxácăđịnhăđiện áp ra là

một hƠmăthayăđổi theo th i gian

 Đặc tính tần s c a thiết bị đoă cóă thể tính toán hoặcă xácă định bằng thực nghiệm.ăXácăđịnh bằng thực nghiệmăG(j Ψăcóămột s khuyếtăđiểm Máyăphátăđiện

áp tần s cao thông dụngăth ngăđ ợc chế t oăcóăđiện áp chỉ đênăvƠiăchục vôn, do đóăđiện áp ra u2 c a thiết bị đoăr t bé, Đặc biệt r tăkhóăkhiăđoăŅ( Ψ.ăζgoƠiăra,ăkhiăđoă

l ng ph i sử dụng thiết bị ghi d ngăxung,ăth ngăng i ta sử dụngădaoăđộng ký

với bộ khuếchăđ i có d i thông rộng làm nhăh ngăđến vùng tần s c a thiết bị đo

 uăđiểm c aăđặc tính tần s là có thể làm gi măđộ méo d ngăđến cực tiểu trong việc ghi l i d ng xung nếu thiết bị đoăcóăd i thông tần s rộng.ăKhiăđó,ăt t c các thành phần họa tần, từ họa tần b c th păđến họa tần b căcaoămƠăbiênăđộ c a chúng có giá trị cực tiểu (không lớnăh nă5ă%ăbiênăđộ c aădaoăđộng có tần s c ăb n)

nằm trong vùng d i thông tần s c a thiết bị đo.ăωácăthƠnhăphầnăđiềuăhòaăđóng vai trò quan trọng trong việc ghi l i d ng xung là các thành phần tần s th p và biên

độ daoăđộng lớn

 Việc ghi l i tín hiệuăđoătránhăđ ợc sai s lớn nếuănh ăthực hiệnăđ ợcăđiều

kiện fgh, tb > fgh đơy,ăfgh, tb là tần s giới h n c a thiết bị đo,ăfgh ậ tần s giới h n

c a tín hiệu vào

 TrênăH.2.7ăchoăđặc tính biên tần c a bộ phơnăápăđiện tr ăĐộ lệchăbiênăđộ so

với giá trị định m c bắtăđầu kho ng 3 MHz, khi tần s 4ăεHzăthìăđộ lệch 10 %, khi 8ăεHzăthìă30ă%ăvƠăsauăđóăkhiătần s tĕngăthìăbiênăđộ điện áp đầu ra c a bộ phân

áp gi măđột ngột So sánh tính ch t này với các đặc tính phổ c a sóng sét cắt chuẩn (H.2.5) ch ng tỏ rằng bộ phơnăápăđangăkh o sát có thể sử dụngăđể đoăxungăsétăcắt

với th i gian cắt kho ng từ 1 ậ 2ăπs.ăĐể gi i quyết hoàn toàn v năđề này, cần ph i

kh o sát một Hệ th ngăđo hoƠnătoƠn,ăcóănghĩaălƠăHệ th ng đo bao g m các thanh

n i cao thế, bộ phơnăáp,ăcápăđoăvƠădaoăđộng ký

0,2 5 1

0,8 1,0 1,2 1,4

0,6

|F 0 ( )|

f = /2 π

Hìnhă2.7.ăĐặc tính biên tần c a bộ phơnăápăđiện tr

 TrênăhìnhăH.2.8ăchoăđặc tính tần s biênăđộ c a bộ phơnăápăđiệnădungăđệm

Độ lệch c aănóăđ i với giá trị định m c x y ra tần s 5 MHz Đ i với bộ phân áp cóăđiện tr đệmă750ă ăthìă tần s 11 MHz ậ 12 MHz, độ lệchăkhôngăv ợt quá giới

h năchoăphép.ăζh ăv y, bộ phân áp này có thể sử dụngăđể đoăxungăcắt với th i gian

2 1

Hìnhă2.8.ăĐặc tính biên tần c a bộ phơnăápăđiệnădungăđệm

 T ngă ng với các yêu cầu c a IEC thì gi i thông tần cần thiết c a một thiết

bị đoăΔfă(εHzΨăvƠăth iăgianătĕngăc aăxungăđiệnăápăđoăttg(µs) có thể tính toán bằng quan hệ gầnăđúngăsauăđơy:

ứ Do thực tế rằng, Hệ th ngăđo làm việc ch yếu trong các phòng thí nghiệm

và nhiệtăđộ từ (20 ± 5) 0ω.ăĐóălƠăđiều kiện làm việcăbìnhăth ng c a thiết bị đo,ăvìă

v y thành phần sai s nhiệtăđộ trongăđiều kiệnănƠyăđ ợc bỏ qua

ứ Khi phân tích nh h ng c a nhóm sai s các phần tử Hệ th ngăđo trong việc xácăđịnh các yếu t quy mô c a Hệ th ngăđo l ng,ăchúngăth ngăđ ợc nghiên c u thông qua:

+ Biênăđộ - tần s đápă ng c aăF( Ψ

+ Pha ậ tần s đápă ng c aăŅ( Ψ

ứ M căđộ nhăh ng c a các phần tử Hệ th ngăđo th ngăđ ợc tính toán theo công th c:

i n

x x

ứ Biếnăđổi biểu th cănƠy,ăchúngătaăđ ợc:

i i n

i i

x x x F F F

ứ Thành phần (F/F)/(xi/xiΨăxácăđịnh m căđộ nhăh ng c a một phần tử lên

Hệ s K,ăchúngăđ ợc gọiălƠă“hiệu ng ch cănĕng”

 Cụ thể nh ătrongăHệ th ngăđo chúng ta nghiên c u:

ứ Hệ s K là thông s đặcătr ngăchoăhệ s chuyểnăđổi c a Hệ th ngăđo Hệ s

K cho b i công th c:

)(

)(),,(

2

1 1 1

t u

t u C R R f

11

111

(

C C

C C K K R

R

R R K K B

R B R

B R B R K K K

Ch ngă3

3.1 B phơnăápăđoăl ng

3.1.1 Khái ni m chung

ứ Việc ghi l iăxungăđiện thế vƠăđoăbiênă độ c aăchúngăth ngă đ ợc sử dụng

bằngădaoăđộngăkýăđiện tử,ădaoăđộng ký s ,ă…ăζ i liền với bộ phân áp thông qua hệ

th ngăcápăđo.ăĐể đoăgiáătrị biênăđộ c a xungăđiện áp Thôngăth ngăng i ta xử

dụng máy phát xung n i tiếp với bộ phân áp Từ đó,ătaăcóăthể kết lu n rằng một Hệ

th ngăđo g m 3 bộ ph n:

+ B ộ chuyển đổi tín hiệu đo: Có vai trò thu nh n và chuyểnăđổi tín hiệu phù

hợpăđể máyăđoăcóăthể đọc và xử lý

+ B ộ truyền tải tín hiệu đo: Bộ ph nănƠyăth ngălƠăcápăđoăhayăcácăthiết bị có

ch cănĕngătruyền t i tín hiệuăđoătừ bộ chuyểnăđổi tín hiệuăđến thiết bị đo

+ B ộ phận xử lý tín hiệu: Là một trong những thành phần quan trọng trong

Hệ th ngăđo.ăĐể ghi nh n tín hiệu, ta có thể sử dụngădaoăđộng ký hoặc máy ghi tín

Rđ

Rz DĐK ωápăđo

Hình 3.1.ăS ăđ nguyên lý c a một Hệ th ngăđo Trongăđó:

ứ Theoă[1],ăTrongăđoăl ngăđiệnăápăth ng xu t hiện hai v năđề quan trọng:

+ V ấn đề thứ nhất: lƠăđánhăgiáăsự méo d ng c a tín hiệuăraă(điệnăápăđoΨăđ ợc

ghi l i trên các b n cực lệch c aădaoăđộng ký hoặc vôn kế xung khi truyền tín hiệu

với th i gian cực tiểu

+ V ấn đề thứ hai: là việcăliênăquanăđến nhăh ng từ các tham s c a máy

phátăxungăđiện áp, m chăđoătrênăgiáătrị và d ngăđiệnăápăđo

ứ Nếuănh ăkíchăth ớc c a m ch thử nghiệm bé thì v t thử nghiệm và bộ phân

áp có thể xemănh ălƠăn i song song vớiăđiệnădungăđầu sóng (CpΨăvƠăđiện tr phóng điện (Rp) c a máy phát xung (nếu Rp đ ợc mắc giữa máy phát xung với Cp) Khi kíchăth ớc c a m ch thử nghiệm lớn thì nhăh ng c aăcácăđiện tr c a v t thử nghiệm và c a bộ phơnăápăcũngănh ăc a hệ th ng m chăđoăđ ợc kh oăsátănh ălƠă

một m ch truyền quá trình sóng

ứ Bây gi , chúng ta hãy xem xét v năđề chế t o bộ phân ápăcóăđiện áp vớiăđộ méo d ng bé Quan hệ giữa các tổng tr Z1 và Z2 c a bộ phơnăápăđ ợc chọnănh ăthế nƠoăđể điệnăápăr iătrênăphần tử Z1 lớnăh năr t nhiều so vớiăđiện áp trên phần tử Z2, lúcăđóăhệ s phân áp sẽ có giá trị lớnăh năr t nhiều so vớiăđ năvị Hệ s phân áp Kd

đ ợcăđịnhănghĩaălƠătỷ s c a tổng tr toàn phần c a bộ phân áp (Z1 + Z2) và tổng tr

c a phần tử điện áp th p Z2,ăcóătínhăđến tổng tr c a hệ th ngăcápăđoăvƠăthiết bị đo.ă

V yăthìătrongătr ng hợp bỏ quaăđiện tr R3 và Rd, hệ s phân áp có thể đ ợc viết

nh ăsau:

2

2 1

Z

Z Z

ứ ζg i taăth ngăsử dụng các lo iăphơnăápăsauăđơy:

+ Bộ phơnăápăđiện tr không có màn che: phần tử cao thế c a bộ phân áp này

là nhữngăđiện tr ăωhúngăkhôngăđ ợc sử dụng với b t c một biện pháp che chắn nào

+ Bộ phơnăápăđiện tr có màn che: phần tử cao thế c a bộ phân áp này là

nhữngăđiện tr ăωhúngăđ ợc cung c p thêm nhữngămƠnăcheăđể làm gi m nhăh ng

c aăđiệnădungăkýăsinhăđ i vớiăđ tăvƠăđ i với các v t thử nghiệm Những màn che nƠyăđ ợc n iăđ t hoặc nằmăd ớiăđiện áp

+ Bộ phơnăápăđiện dung: phần tử cao thế c a bộ phân áp này là tụ điện

+ Bộ phân áp dung ậ tr : các phần tử c a bộ phơnăápănƠyălƠăcácăđiện tr và tụ điện.ăωhúngăđ ợc ghép song song hoặc n i tiếp

 Các phần tử điện áp th păđ i với b t kỳ lo i phân áp nào cần ph iăcóăcácăđặc tínhăt ngătự với cácăđặc tính c a phần tử điệnăápăcao,ăcóănghĩaălƠăkhiăchế tao các phần tử điện áp th p cần ph i sử dụngăcácăđiện tr ,ăđiện dung cùng một lo i với các

phần tử điện áp cao

 Khiăđoăđiện áp xung cao có thể phát sinh ra những sai s ph ngăphápăphụ

v ợt quá sai s cho phép c a dụng cụ đoăl ng Những sai s này quan hệ với:

1 Sai s c a giá trị hệ s tỷ lệ c a thiết bị đoăgơyăraăb i nhăh ng c aăđiện

tr ng c a các c u trúc lân c n và nhăh ng c aăđiều kiện khí quyểnăvƠăđ ng th i

phụ thuộc vào th iăgianătácăđộng và tần s xungăđo

2 Sai s liênăquanăđến hiệnăt ợng vầng quang và các hiệnăt ợng v t lý khác