Bài Giảng Đo Điện Tử

Chương 1 Khái Niệm Đo Lường Chương 2 Đo Dòng và Áp Chương 3 Đo Điện Trở Chương 4 Đo Điện Dung, Điện Cảm và Hỗ Cảm Chương 5 Dao Động Ký Tia Âm cực Chương 6 Thiết Bị Phân Tích Tín Hiệu Chương 7 M

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG

§1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Khái niệm về đo lường:

Trong Vật lý học, các định luật vật lý phản ánh mối quan hệ mang tính quy luật giữa các hiện tượng của tự nhiên, chúng được biểu diễn bằng các công thức toán học thông qua các đại lượng vật lý

Các đại lượng vật lý đặc trưng cho những tính chất khác nhau của các vật thể, cũng như các hiện tượng xảy ra theo thời gian Việc đánh giá định lượng tính chất của các vật thể (đối tượng) nghiên cứu được thực hiện bằng cách đo các đại lượng vật lý

Quá trình đo lường là một thực nghiệm vật lý, thực hiện phép so sánh đại lượng vật lý đó với một đại lượng cùng loại chọn làm đơn vị

Phép đo đôi khi chỉ là một thực nghiệm đơn giản, nhưng đôi khi hết sức phức tạp Kết quả của phép đo luôn có thể biểu diễn dưới dạng một con số với đơn vị kèm theo Phương trình của phép đo có thể viết dưới dạng (1.1)

Y

X

A= (1.1) Trong đó: X - Đại lượng đo

Y - Đơn vị đo

A - Giá trị bằng số

Hay : X = A.Y ; Giá trị đại lượng đo sẽ bằng A lần đơn vị đo

Như vậy ta có thể định nghĩa:

Đo một đại lượng vật lý là quá trình đánh giá định lượng đại lượng đo để có kết quả bằng số so với đơn vị

1.2 Đơn vị, hệ đơn vị đo lường

Để biểu diễn các đại lượng vật lý dưới dạng một con số, phải chọn “cỡ” cho nó,

nghĩa là lượng hóa nó, ta phải chọn đơn vị đo

Về mặt nguyên tắc, theo (1.1) ta có thể chọn đơn vị là một lượng tùy ý Tuy nhiên giá trị của nó phải phù hợp với thực tế và tiện lợi khi sử dụng

Năm 1832, nhà toán học Đức K Gauss đã chỉ ra rằng, nếu như chọn 3 đơn vị độc lập để đo chiều dài (L), khối lượng (M), thời gian (T) - thì trên cơ sở 3 đại lượng này nhờ các định luật vật lý, có thể thiết lập được đơn vị đo của tất cả các đại lượng vật lý Tập hợp các đơn vị đo theo nguyên tắc Gauss đã đưa ra hợp thành hệ đơn vị đo

Những đơn vị đo được chọn một cách độc lập và chúng thể hiện những tính chất

cơ bản của thế giới vật chất (khối lượng, thời gian, độ dài, ) được gọi là những đơn vị

cơ bản

Các đơn vị được thành lập trên cơ sở các đơn vị cơ bản nhờ các công thức biểu

diễn các định luật vật lý được gọi là các đơn vị dẫn suất Phần lớn các đơn vị trong vật

lý là đơn vị dẫn suất

Phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa các đơn vị dẫn suất và các đơn vị cơ

bản gọi là công thức thứ nguyên Đơn vị của một đại lượng cơ bất kỳ có thể biểu diễn

qua phương trình thứ nguyên (1.2)

l

v = = = − (1.3)

* Hệ SI ( System International)

Năm 1960, Ủy ban quốc tế về đo lường đã chính thức thông qua hệ đơn vị quốc tế SI Trong hệ SI có 7 đơn vị cơ bản, 2 đơn vị bổ trợ, 27 đơn vị dẫn suất

* Các đơn vị cơ bản là :

- Chiều dài : mét (m)

- Khối lượng : kilôgram (kg)

- Thời gian : giây (s)

- Nhiệt độ : độ kelvin (oK)

- Cường độ dòng điện : Ampe (A)

- Cuờng độ sáng : candela (nến) (Cd)

- Khối lượng phân tử gam : mol

* Hai đơn vị bổ trợ là:

- Đơn vị đo góc phẳng : radian (rad)

- Đơn vị đo góc khối : steradian (sr)

Ngoài hệ SI (còn gọi là hệ MKS hay hệ mét), các nước Anh, Mỹ và một số nước nói tiếng Anh dùng phổ biến hệ UK

§2 PHƯƠNG PHÁP & THIẾT BỊ ĐO

Đo lường là quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vị Phép đo phải thực hiện 3 thao tác chính:

- Biến đổi tín hiệu và tin tức

- So sánh đại lượng đo với đơn vị (hay với mẫu)

- Chỉ báo kết quả

Thiết bị cho phép thực hiện quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vị (hay với mẫu) gọi là dụng cụ đo Sơ đồ cấu trúc của một dụng cụ đo bao gồm 3 khối chức năng

cơ bản : mạch đo, cơ cấu đo và khối chỉ thị (hình 1-1)

ta có các phương pháp đo khác nhau

Để có kết quả bằng số so với đơn vị, thiết bị đo phải thực hiện một phép so sánh

• Nếu việc so sánh với đơn vị thông qua quá trình khắc độ thiết bị sẽ tạo

nên hệ thống đo biến đổi thẳng

• Nếu là so sánh với mẫu hay với đại lượng bù ta có hệ thống đo kiểu so

sánh hay kiểu bù

Trên hình 1-2 là bảng phân loại các hệ thống đo lường

Hình 1-2 Các hệ thống đo lường cơ bản

Thiết bị đo là một hệ thống trong đó đại lượng đo là lượng vào, lượng ra là đại lượng chỉ thị trên thang độ (thiết bị đo Analog - loại tác động liên tục) hoặc một con số kèm đơn vị đo (thiết bị đo Digital - loại chỉ thị số)

2.1 Hệ thống đo kiểu biến đổi thẳng

Hệ thống đo biến đổi thẳng thực hiện theo nguyên tắc (1.4)

Y = SX (1.4)

Ở đây, X là lượng vào, qua các khâu biến đổi trung gian thành đại lượng ra Y, còn S là toán tử thể hiện cấu trúc của thiết bị đo Nếu các khâu biến đổi là nối tiếp, ta có thể biểu diễn (1.4) thành:

Y = Tn T n - 1 T 1 X (1.5) Trong đó: T n T 1 là hàm truyền đạt của từng khâu biến đổi (hình 1-3)

Hình 1-3

Căn cứ vào véc tơ lượng vào và véc tơ lượng ra ta có các hệ thống sau :

Hình 1.4 Hình 1.5

2.1.1 Véc tơ lượng vào và véc tơ lượng ra có cùng số chiều (n)

Các kênh biến đổi không liên quan nhau (ma trận biến đổi S là chéo), ta có hệ thống đo kênh biến đổi độc lập (hình 1-4)

21.2 Véc tơ lượng vào n chiều, véc tơ lượng ra 1 chiều

Hệ thống này cho phép xác định một đại lượng có liên quan tới nhiều đại lượng vào theo một quan hệ xác định, ta có hệ thống đo kiểu gián tiếp (hình 1-5)

2.1.3 Véc tơ lượng vào n chiều, véc tơ lượng ra m chiều

Hệ thống đo là một mô hình giải một hệ phương trình Ta có hệ thống đo hợp bộ (hình 1-6) Trong hệ thống này kết quả đo sẽ được đưa ra cùng một lúc với nhau khi giải hệ phương trình trên

Hình 1-7

Căn cứ vào cách thực hiện thao tác so sánh, ta có các phương pháp đo khác nhau:

- Phương pháp so sánh cân bằng

- Phương pháp so sánh vi sai

- Phương pháp mã hóa thời gian

- Phương pháp mã hóa tần số xung

- Phương pháp mã hóa số xung

- Phương pháp mã hóa số xung ngược

- Phương pháp đếm xung

- Phương pháp trùng phùng

2 2.1 Phương pháp so sánh cân bằng

Trong phương pháp này, đại lượng vào so sánh YX = const, đại lượng bù YK = const

Phép so sánh thực hiện ∆Y = YX – YK = 0, và YX = YK (hình 1-8)

2.2.2 Phương pháp so sánh vi sai

Trong phương pháp này, đại lượng vào so sánh YX = const, đại lượng bù YK = const

Độ sai khác giữa 2 đại lượng rất nhỏ nhưng ∆Y = YX – YK ≠ 0 (hình 1-9)

2.2.3 Phương pháp mã hóa thời gian

Trong phương pháp này thì Yx = const, còn đại lượng bù Yk là một lượng tỉ lệ với thời

gian: Yk = Y0t

Tại thời điểm tx xảy ra cân bằng : Yk = Y0tx = Yx

(1-6) Như vậy đại lượng đo Yx đã được biến ra khoảng thời gian tx Phép so sánh thực

hiện một bộ ngưỡng (hình 1-10):

∆Y = Sign(YX – YK) = (1-7)

2.2.4 Phương pháp mã hóa tần số xung

Trong phương pháp này đại lượng YX tỉ lệ với thời gian và lượng vào X: YX = X t, còn đại lượng bù YK = Y0 = const

Ngưỡng so sánh:

∆Y = Sign (YX – YK)

Lúc cân bằng ta có: YK = X tX

Hay (1-8)

Như vậy đạïi lượng đo X được biến đổi ra tần số f X (hình 1-11)

(1-9) Ngưỡng so sánh cũng có dạng:

2.2.6 Phương pháp mã hóa số xung ngược

Trong trường hợp này đại lượng bù YK = const, còn lượng vào so sánh được biến đổi thành một hàm bậc thang:

(1-12)

Ngưỡng so sánh: ∆Y = Sign (YX – YK)

YX và YK sẽ cân bằng nhau sau n xung bước nhảy:

(1-13)

2.2.7 Phương pháp đếm xung

Trong phương pháp này đại lượng vào so sánh có dạng là một dãy xung hẹp:

(1-14)

và YK = Y0 = const trong khoảng thời gian (t1,t2) Bộ so sánh là một bộ ngưỡng tổng

∆Y = Sign (YX + YK), ta có phương pháp đếm xung hay phép so sánh khoảng thời gian (t1, t2) với khoảng thời gian T (H 1-13)

(1-15)

2.2.8 Phương pháp trùng phùng

Phương pháp trùng phùng thường được dùng để đo các khoảng thời gian nhỏ, hoặc các khoảng di chuyển nhỏ Trong phương pháp này đại lượng vào so sánh là một dãy xung hẹp:

(1-16) Đại lượng bù cũng có dạng là một dãy xung hẹp:

(1-17)

Bộ so sánh là một bộ ngưỡng tổng ∆Y = sign (YX + YK) (hình 1-14)

Thời gian lặp lại trùng phùng được xác định từ hệ thức:

(1-18)

§ 3 CHỈ THỊ KẾT QUẢ ĐO LƯỜNG

Kết quả đo lường được thể hiện trên bộ phận chỉ thị của dụng cụ đo Tùy thuộc

vào cơ cấu đo và nguyên lý tác dụng của thiết bị đo mà bộ phận chỉ thị được thể

hiện dưới dạng tương tự hoặc dạng số

3.1 Chỉ thị dạng tương tự

Các dụng cụ đo tương tự thường biểu diễn giá trị của đại lượng đo theo góc lệch của

kim chỉ thị trên thang độ

Việc khắc độ thang đo của dụng cụ phụ thuộc vào cơ cấu đo (xem bảng 1-1) và

phương trình đặc tính của thang đo tương ứng

Thang độ là đều nếu hàm truyền đạt thể hiện đặc tính của thang đo là tuyến tính (đối

với hầu hết các thang độ đo điện áp, đo dòng điện), và thang độ không đều nếu hàm

truyền đạt là phi tuyến (chẳng hạn thang độ đo điện trở)

a) b)

Hình 1-15 Cơ cấu đo từ điện

1– Nam châm cĩnh cửu; 2 – Cực từ; 3 – Lõi sắt non; 4 – Khung dây;

5 – Kim chỉ thị: 6 – Đối trọng; 7 – Sun từ

Hình 1-16 Chỉ thị bằng ánh sáng nhờ hệ thống quang học

Các nguyên tử bị ion hóa do mất electron nên tích điện dương và được điện trường gia tốc chuyển động về phía cathode, khi đập vào cathode chúng làm phát xạ ra các electron thứ cấp, các electron thứ cấp này lại tiếp tục gây ion hóa và tái hợp trở lại với các ion đương Quá trình tái hợp giải phóng ra năng lượng dưới dạng ánh sáng và quanh cathode nào được kích hoạt sẽ sáng lên hiện hình chữ số tương ứng Cấu tạo của một trong các lọai đèn này như trên hình 1-17 và sơ đồ mắc mạch chỉ thị bằng mạch bán dẫn chỉ ra trên hình 1-18

Hình 1-17 Cấu tạo và ký hiệu đèn hiện số cathode lạnh

– Bộ chỉ thị số là một hệ thống các khe chiếu sáng Mỗi chữ số được cấu tạo từ tổ hợp các khe Thông thường hệ thống này gồm 7 hoặc 9 khe Khi các bộ chỉ thị cần kích thước lớn thì các khe này được chiếu sáng nhờ các đèn đốt tim hoặc đèn neon (các bộ chỉ báo giờ và nhiệt độ tại các nơi công cộng, chỉ thị quang báo trên các bảng panel lớn, v.v…)

Hình 1-18 Mạch chỉ thịbằng đèn cathode lạnh

– Bộ chỉ thị số dùng đèn tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display - LCD) 7 đoạn cũng bố trí tương tự như các bộ chỉ thị LED 7 đoạn Ở đây mỗi đoạn được thay bằng một ô tinh thể lỏng Mặt cắt của ô tinh thể lỏng kiểu hiệu ứng trường được minh họa trên hình 1-20, a Tinh thể lỏng được đặt thành lớp giữa 2 bề mặt thủy tinh và các điện cực trong suốt kết tủa ở mặt trong Một điện thế xoay chiều được áp vào giữa đoạn (đã phủ kim loại) cần hiển thị và mặt phông (Back Plane) Khi không có hiệu điện thế tác động thì đoạn phủ kim loại phản xạ ánh sáng tới, đồng thời do tinh thể lỏng trong suốt nên ánh sáng cũng phản xạ từ mặt phông làm đoạn bị hòa lẫn vào nền phông, ta chỉ thấy toàn mặt của bộ hiển thị một màu sáng bạc yếu

Hình 1-20 Cấu tạo ô tinh thể lỏng và đèn hiện số 7 đoạn

Vì các ô tinh thể lỏng chỉ là vật phản xạ hoặc truyền xạ chứ không phải vật phát ánh sáng nên chúng tiêu tốn rất ít năng lượng Dòng toàn phần cho 4 bộ hiện số 7 đoạn nhỏ chỉ vào khoảng 300μA, nhờ vậy mà bộ chỉ thị số dùng đèn tinh thể lỏng rất hữu ích trong các thiết bị đo lường kích thước nhỏ Trên hình 1-21 là hình dạng và sơ đồ chân của vài loại mô đun LCD điển hình

3.3 Chỉ thị bằng đèn ống tia âm cực

Trong các thiết bị quan sát và ghi dạng tín hiệu, bộ phận chỉ thị thường dùng đèn ống tia âm cực (CRT - Cathode Ray Tube) Nguyên lý hoạt động của CRT là dùng điện trường để điều khiển đường đi của một chùm electron được phóng ra từ súng điện tử và cho hướng lên màn huỳnh quang để vẽ dao động đồ của tín hiệu cần nghiên cứu Trên hình 1-225 là sơ đồ nguyên lý của đèn ống tia âm cực CRT

3.4 Chỉ thị bằng âm thanh và ánh sáng

Trong các thiết bị đo lường dùng chỉ thị bằng âm thanh thường sử dụng ống nghe vì đây là loại chỉ thị rất nhạy có thể phát hiện được các dòng điện có công suất rất nhỏ đến micrôoat hay điện áp rất thấp đến micrôvon Ống nghe có độ nhạy cao ở phạm vi tần số hợp với tai nghe, tức vào khoảng 800 đến 1200 Hz nên dùng làm chỉ thị âm tần rất thích hợp Đối với các máy đo chỉ thị cân bằng (chỉ thị 0) khi dùng ống nghe làm chỉ thị có thể đo đạc xác định các đại lượng rất nhanh Các ống nghe dùng trong đo lường thường có điện trở cao và có cấu tạo để có độ nhạy cao với tần số vào khoảng 1000Hz

Trong các thiết bị đo lường nhằm phát hiện và chỉ báo các mức ngưỡng áp dụng trong các hệ thống bảo vệ, thì việc sử dụng các tín hiệu âm thanh hoặc ánh sáng để chỉ thị là rất có ý nghĩa về mặt cảnh báo, tín hiệu gây chú ý để báo hiệu cho con người biết về sự cố để có biện pháp khắc phục

3.5 Lưu trữ kết quả đo lường

Để có thể lưu trữ kết quả đo lường người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau: Sử dụng các máy ghi chuyên dụng; thiết kế các hệ thống đo có sử dụng vi xử lý và hệ thống nhớ trên đĩa từ; ghép nối hệ đo với máy vi tính và điều khiển tự động

Các máy ghi là các thiết bị cho phép ghi lại kết quả đo diễn biến theo thời gian Có thể ghi bằng nhiều cách:

3.5.1 Ghi liên tục: Thường là dùng băng giấy chạy liên tục và quá trình diễn

biến của đại lượng được ghi thành một đường cong, và qua đó có thể xác được được sự phụ thuộc của đại lượng theo thời gian

3.5.2 Ghi gián đoạn: Việc ghi được thực hiện theo từng thời gian nhất định

và thường kết hợp để ghi nhiều đại lượng khác nhau bằng một máy nhờ các bộ chuyển mạch Kết quả của phép ghi có thể là những con số hoặc các đường chấm chấm

Có nhiều phương pháp ghi khác nhau:

– Ghi bằng bút ghi: là loại ghi đơn giản nhất

– Ghi bằng phương pháp cơ điện: Dùng phương pháp tia lửa điện để đánh thủng giấy ghi từng lúc, hoặc dùng phản ứng hóa học trên giấy ghi

– Ghi bằng phim ảnh, giấy ảnh

– Ghi trên băng từ

– Ghi bằng phương pháp số trên đĩa từ

– Ghi trên đĩa quang CD v.v

4 DỤNG CỤ ĐO DIỆN, SAI SỐ, CẤP CHÍNH XÁC

Có nhiều loại, tùy theo nguyên tắc thiết kế mạch và nguyên lý tác động mà người ta chia ra hai loại cơ bản là:

- Các dụng cụ đo tương tự (analog)

- Các dụng cụ đo theo phương pháp số (digital)

Các dụng cụ đo tương tự thường dùng chỉ thị bằng kim trên mặt đồng hồ điện kế Đa số các dụng cụ đo điện thông dụng là loại cơ điện, tùy thuộc vào nguyên lý tác động của cơ cấu đo mà người ta chia ra các loại sau :

- Cơ cấu đo từ điện (điện kế khung quay);

- Cơ cấu đo kiểu điện từ;

- Cơ cấu đo kiểu điện động;

- Cơ cấu đo kiểu nhiệt điện;

- Cơ cấu đo tĩnh điện;

- Cơ cấu đo kiểu cảm ứng

Trên bảng 1-1 chỉ ra các ký hiệu quy ước trên mặt đồng hồ đo điện và ý nghĩa của chúng

Bảng 1-1

Các máy đo có độ chính xác cao thường được lắp đặt thêm các mạch bổ trợ bằng các linh kiện điện tử, bán dẫn, và cơ cấu chỉ thị thường dùng loại từ điện

Trong các dụng cụ đo theo phương pháp số, đại lựợng đo tương tự lối vào được số hóa nhờ các mạch biến đổi tương tự số ADC (Analog to Digital Converter), sau đó đưa qua mạch đếm, giải mã và chỉ thị bằng các đèn LED 7 đoạn (LED - Light Emitting Diode) hoặc đèn tinh thể lỏng 7 đoạn

Theo đại lượng đo người ta chia các dụng cụ đo điện ra theo tên gọi: như Ampekế, Miliampekế, Micrôampekế, Vôn kế, Milivônkế, Ômkế,v.v

4.2 Sai số

Bất kỳ phép đo nào cũng mắc phải sai số, Theo cách biểu diễn sai số thì có 2 loại sai số sau :

4.2.1 Sai số tuyệt đối:

Là hiệu giữa giá trị thực của đại lượng đo và trị số đo được bằng phép đo:

∆Χ = XT - X m (1-23)

XT - Giá trị thực của đại lượng đo

Xm - Giá trị đo được bằng phép đo

Như vậy ∆Χ có thể có giá trị dương hoặc âm Tuy nhiên, do XT ta chưa biết, nên trong thực tế người ta thường lấy giá trị gần đúng của XT bằng cách đo nhiều lần và xem giá trị trung bình của n lần đo gần đúng với XT

(1-24) Và giá trị của ∆Χ cũng được biểu diễn như sau:

(1-25)

4.2.2 Sai số tương đối:

Để đánh giá độ chính xác của phép đo, người ta dùng sai số tương đối δX và biểu diễn ra phần trăm:

(1-26) Thực tế, cũng thường biểu diễn bằng giá trị gần đúng trung bình của nó:

(1-27)

4.3 Cấp chính xác của đồng hồ đo điện

Để đánh giá độ chính xác của đồng hồ đo điện, người ta dùng khái niệm cấp chính xác của dụng cụ Cấp chính xác của dụng cụ đo điện được định nghĩa là:

∆X max – là sai số tuyệt đối lớn nhất của dụng cụ đo ở thang đo tương ứng;

Amax – là giá trị lớn nhất của thang đo

Dụng cụ đo điện có 8 cấp chính xác sau : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 và 5

Cấp chính xác được ghi trên mặt của đồng hồ đo

Biết cấp chính xác ta có thể tính được sai số tuyệt đối lớn nhất cho phép của phép đo:

4.4 Các cách tính sai số

4.4.1 Sai số của phép đo với các thang đo khác nhau:

Trong thực tế khi đo với một máy đo có cấp chính xác nhất định, nhưng khi thay đổi thang đo thì sai số tuyệt đối của phép đo sẽ thay đổi, cách tính theo công thức (1-29)

Ví dụ: Một vôn kế có cấp chính xác 1,5 khi dùng thang đo 50V mắc sai số cho phép lớn nhất là :

∆ Umax = 1,5 50 / 100 = 0,75V

Nhưng nếu dùng thang đo 100V thì sai số tuyệt đối lớn nhất cho phép lại là

∆ U’max = 1,5 100 / 100 = 1,5V

4.4.2 Sai số tương đối của tổng 2 đại lượng

Nếu hai đại lượng đo có tính chất độc lập với nhau, mỗi đại lượng có sai số tương đối riêng biệt δA và δB thì sai số tương đối của tổng 2 đại lượng (A + B) sẽ là :

(1-30)

4.4.3 Sai số tương đối của tích 2 đại lượng

Nếu hai đại lượng độc lập với nhau mà mỗi đại có một trị số sai số tương đối riêng biệt thì sai số tương đối của tích 2 đại lượng (A.B) được xác định:

δ (A.B) = δA + δB (1-31) Tổng quát, trong trường hợp tích của nhiều đại lượng độc lập với nhau:

(1-32) 4.4.4 Sai số tương đối của một thương

δ (A/B) = δA + δB (1-33)

Tổng quát cho trường hợp tỷ số của tích nhiều đại lượng :

Nếu : x = Thì: (1-34)

.5 Phân tích thống kê đo lường

4

o rất quan trọng, từ đó chúng ta xác định các kết

hi đo một đại lượng bất kỳ nào mà biết kết quả đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, thì

ïc

Ù nghĩa số học của sự đo nhiều lần: hầu hết giá trị đo chấp nhận được và

t

Sự phân tích thống kê các số liệu đ

quả đo không chắc chắn (có sai số lớn) sau cùng Để cho sự phân tích thống kê có ý

nghĩa, phần lớn số liệu đo lường đòi hỏi sai số hệ thống phải nhỏ so với sai số ngẫu

nhiên

K

những yếu tố này đều quan trọng cả Theo điều kiện lý tưởng, mức độ ảnh hưởng củacác thông số phải được xác định để cho việc đo lường nếu có sai số phải được giải thích và hiểu được nguyên nhân gây ra sai số Nhưng sự phân tích sai số không đươtách khỏi số liệu đã được cố định trong các kết quả đo lường

Y

biến số đo có ý nghĩa số học của thiết bị đo đọc được ở nhiều lần đo Sự gần đúng tốnhất có thể có khi số lần đọc của cùng một đại lượng đo phải lớn Ý nghĩa số học của nlần đo được xác định cho biến số x được cho bằng biểu thức:

Tổng đại số của các độ lệch: d tot = 0,2 – 0,2 + 0,3 – 0,3 = 0

Như vậy khi tổng đại số các độ lệch của các lần đo so với ý nghĩa số x bằng không

thì không có sự phân tán của các kết quả đo xung quanh x

Độ lệch trung bình: có thể dùng như một biểu thức của tính chính xác của thiết bị

ệch trung bình càng nhỏ thì biểu thức đo càng chính xác

Ví dụ: D của các trị số đo của ví dụ trước

D =| , | | , | | , | | , |0 2 + −0 2 + − 0 3 + 0 3

4

Độ lệch chuẩn (standard deviation): độ lệch chuẩn σ một số lần đo là các

ộ lệch chuẩn cho n lần đo:

của giá trị độ lệch quanh giá trị trung bình được xác định như sau:

Đ (số lần đo )

ếu số lần đo nhỏ hơn 30 lần (n<30) thì độ lệch chuẩn được diễn tả

, ,

ộ lệch chuẩn này rất quan trọng, trong sự phân tích thống kê số liệu đo Nếu giảm

ai số ngẫu nhiên: thường được tính trên cơ sở đường phân bố Gauss của độ lệch

hững trị số nào có độ lệch vượt quá giới hạn của sai số ngẫu nhiên đều được loại bỏ

í dụ: kết quả đo điện trở được thực hiện trong tám lần đo như sau

Độ lệch của các lần đo:

Như vậy kết quả đo lần một có độ lệch tuyệt đối:

loại bỏ

4.8 Giới hạn của sai số

át thường xác định sai số của thiết bị đo bằng sai số tầm đo,

g 0V Tính giới hạn sai số 6V

d

| |1 = 1 6 , > 0 9 , sẽ bị

Phần lớn các nhà sản xua

đây cũng là giới hạn sai số của thiết bị đo (cấp chính xác của thiết bị đo) mặc dù tron

thực tế sai số thực của thiết bị đo có thể nhỏ hơn giá trị này

Ví dụ 1: vôn-kế có sai số tầm đo ± 2% ở tầm đo (thang đo) 30

dùng để đo điện áp 120V

Sai số tầm đo: 300V×0,02 =

Do đó giới hạn sai số ở 120V: 6 120 100 / × % = 5 %

ợc dùng để xác định công suất tiêu thụ của điện trở Cả

Ví dụ 2: vôn-kế và ampe-kế đư

hai thiết bị này đều ở sai số tầm đo ± 1% Nếu vôn-kế được đọc ở tầm đo 150V có chỉ

thị 80V và ampe-kế được đọc ở tầm đo 100mA là 80mA

Giới hạn của sai số tầm đo của vôn-kế: 150V×1% = 1,5V

Giới hạn sai số ở trị số 80V: 1 5 80 100 , / × % = 1 86 , %

Giới hạn của sai số tầm đo ampe-kế: 100 mA×0,01 = 1mA

Giới hạn sai số ở trị số đọc: 1 70 100 / × % = 1 43 , %

Giới hạn sai số của công suất đo được: 1,86% + 1,43% = 3,29%

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 1

2.1 Cơ cấu chỉ thị kim.

2.2 Đo dòng điện AC và DC.

2.3 Đo điện áp AC và DC.

2.4 Đo điện áp DC bằng phương pháp biến trở.

2.5 Vôn kế điện tử đo điện áp DC.

2.6 Vôn kế điện tử đo điện áp AC.

2.7 Ampe-kế điện tử đo dòng AC và DC.

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 2

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 3

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 4

2.1.1.Cơ cấu từ điện:

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 5

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 6

d d

e i

R R





e d - sức điện động cảmứng

Ri - điện trở của khung quay

RD: - điện trở đệm

c

dt dt

2

J - mômen quán tính của khung

quay và kim

D - hằng số đệm của hệ thống

Tc - mômen cản do lò xo kiểm

soát hoặc dây xoắn.

Để có sự đệm đúng mức thì D

phải có điều kiện:

D  D  2 J T

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 7

2.1.2.Cơ cấu điện từ

Hình 2.6 Loại hút Hình 2.7: Loại đẩy

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 8

 Edison General Electric Co., New York

This is an example of the moving-iron type meter

in which a curved rod of iron is drawn into a

solenoid carrying the current to be measured Since the deflections are not proportional to the current, the scale had to

measurements of large currents This meter has

Museum, 1983, pp.34-36

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 9

Đặc điểm cơ cấu đo điện từ

 Có 2 loại : Lực hút và lực đẩy.

 M q = K q I 2 ; M c = K c θ.

nhiễu.

 I fs cỡ mA; R m cỡ vài Ω đến vài trăm Ω.

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 10

2.1.3.Cơ cấu điện động

của cơ cấu từ điện và điện

.

1

0 i 1 i 2 dt AC T

K

M q  q  T

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 11

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 12

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 13

dùng làm bộ chỉ thị ampe-kế Riêng cơ cấu từ điện khi

đo dòng AC thì phải biến đổi AC ra DC

 Điều kiện I đo ≤ I fs hoặc cần nới rộng tầm đo.

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 14

2.2.2.Nới rộng tầm đo ampe-kế

đo với điện trở shunt có cách mắc thông thường và cách mắc Ayrton.

.

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 15

Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 16