Giáo trình Đo lường điện và Kỹ thuật đo: Phần 1 - CĐ Giao thông Vận tải

Giáo trình Đo lường điện và Kỹ thuật đo: Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm về đo lường; các cơ cấu đo lường; đo điện áp và dòng điện; đo điện trở; đo điện dung, điện cảm, hỗ cảm. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung giáo trình!

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU

Đã từ lâu nhờ các tiến bộ của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu và chế tạo, các thiết bị điện tử được dùng trong lĩnh vực đo lường, đã được giảm thiểu về kích thước, cải thiện

về tính năng và ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng Giờ đây không có một lĩnh vực nào từ dân sự đến quân sự mà ở đó không sử dụng đo lường Đo lường cũng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giao thông vận tải, sản xuất hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, y tế

Môn học “Đo lường điện và Thiết bị đo” cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản trong lĩnh vực đo lường như đo áp, đo dòng, công suất, các thông số về điện trở, điện cảm, điện dung, trở kháng toàn mạch Đây là những đại lượng điện thường gặp trong quá trình thiết kế và thi công mạch điện cũng như khắc phục, sửa chữa, cân chỉnh các thông số khi mạch điện gặp sự

cố, hư hỏng xảy ra nhất là trong các hệ thống điện dân dụng, hệ thống công nghiệp hay các mạch điện tử, điều khiển tự động Ngoài ra, môn học còn giúp sinh viên hiểu được cấu tạo, cơ chế hoạt động, biết cách sử dụng các thiết bị đo, dụng cụ đo đúng cách nhằm hạn chế sai số, hư hỏng có thể xảy ra trong qua trình đo lường Bên cạnh đó, môn học cũng còn giới thiệu cho sinh viên một số loại dụng cụ đo cần thiết trên bước đường học tập cũng như lập nghiệp sau này như đồng hồ đo Volt kế, Ohm kế, Ampe kế, điện năng kế, đồng hồ đa năng VOM, máy hiện sóng Oscilloscope

Cuốn giáo trình này được biên soạn dựa trên chương trình khung đề cương chi tiết “Đo lường điện và thiết bị đo” đây là chương trình đào tạo dành cho sinh viên hệ cao đẳng ngành điện, điện tử, tự động hóa và đã được HỘI ĐỒNG THẨM ĐỊNH KHOA HỌC của nhà trường thông qua vào tháng 4/2015 Cuốn giáo trình chứa nội dung của 8 chương theo đúng trình tự và mục tiêu thiết kế của chương trình Các bài học lý thuyết được biên tập khá chi tiết, cập nhật các kiến thức mới và có tính ứng dụng cao Giáo trình trình bày khá đơn giản, dễ hiểu, cuối mỗi chương đều có phần câu hỏi ôn tập nhằm giúp người đọc củng cố kiến thức và rèn luyện thêm

kỹ năng Cuốn giáo trình được biên soạn khá công phu, mỗi phần đều có lời giải thích chi tiết đáp ứng được yêu cầu về khả năng tự học, tự nghiên cứu của sinh viên học theo tín chỉ

Để tiếp thu tốt môn học này yêu cầu sinh viên cần trang bị đầy đủ kiến thức các môn như vật

lý, toán học, mạch điện Yêu cầu sinh viên cần đọc trước tài liệu và biên soạn, chuẩn bị các nội dung cần thảo luận trước khi đến lớp

Mặc dù, nhóm biên soạn đã rất cố gắng, tận tâm nhưng có thể vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong đón nhận những ý kiến đóng góp từ phía các chuyên gia, độc giả để lần tái bản sau cuốn giáo trình hoàn thiện hơn

Chân thành cảm ơn!

Nhóm biên soạn

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ( 6 TIẾT ) 6

1.1 Đại lượng đo lường 7

1.2 Chức năng, đặc điểm của thiết bị đo 7

1.2.1 Chức năng của thiết bị đo 7

1.2.2 Đặc điểm các phương pháp đo lường: 7

1.3 Chuẩn hóa trong đo lường 10

1.3.1 Các đơn vị điện hệ SI 11

1.3.2 Các cấp chuẩn hóa 12

1.4 Sai số trong đo lường 13

1.4.1 Nguyên nhân gây sai số 13

1.4.2 Phân loại sai số của phép đo 13

1.4.3 Các phương pháp hạn chế sai số 14

1.5 Hệ số đo 15

CHƯƠNG 2 : CÁC CƠ CẤU ĐO LƯỜNG ( 6 tiết) 19

2.1 Cơ cấu chỉ thị kim - Từ điện - Điện từ - Điện động 20

2.1.1 Cơ cấu đo từ điện 20

2.1.2 Cơ cấu đo điện từ 23

2.1.3 Cơ cấu đo điện động 24

2.1.4 Cơ cấu đo cảm ứng 25

2.2 Thiết bị chỉ thị số 27

2.2.1 Cơ cấu chỉ thị số bằng đèn khí: 28

2.2.2 Cơ cấu chỉ thị bằng LED 7 thanh: 28

2.2.3 Cơ cấu chỉ thị bằng màn hình tinh thể lỏng LCD: 29

ĐO ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN 31

3.1 Đo dòng một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC) 32

3.1.1 Đo dòng điện một chiều 33

3.1.2 Đo dòng điện xoay chiều 34

3.1.3 Mở rộng tầm đo dòng điện DC và AC 35

3.2 Đo điện áp AC - DC 38

3.2.1 Đo điện áp một chiều 39

3.2.2 Đo điện áp xoay chiều 42

3.3 Volt kế điện tử DC 44

3.5 Ample kế điện tử đo AC-DC 45

Đo dòng DC: 46

Đo dòng AC: 46

: ĐO ĐIỆN TRỞ 48

4.1 Đo R bằng V-kế và A-kế 49

4.2 Cầu Wheatstone 50

4.3 Cầu đôi Kelvin 51

4.4 Đo R có trị số lớn 52

4.5 Đo điện trở nối đất 54

4.5.1 phương pháp điện áp 54

4.5.2 Kỹ thuật đo điện trở nối đất mới 55

ĐO ĐIỆN DUNG, ĐIỆN CẢM, HỖ CẢM 58

5.1 Đo C, L và M dùng Volt kế, Ample kế 59

5.1.1 Đo điện dung C dùng Volt kế, Ample kế 59

5.1.2 Đo điện cảm L dùng Volt kế, Ample kế 59

5.1.3 Đo hỗ cảm M dùng Volt kế, Ample kế 60

5.2 Đo C và L dùng cầu đo 61

5.2.1 Đo điện dung 61

5.2.2 Đo cuộn cảm L 62

CÂU HỎI ÔN TẬP 66

CHƯƠNG 6 : ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG (12 TIẾT) 67

6.1 Đo công suất một chiều DC 68

6.2 Đo công suất AC một pha 68

6.3 Đo công suất tải ba pha 69

6.4 Đo công suất phản kháng của tải 69

6.4.1 Đo công suất phản kháng trong mạch một pha: 70

6.4.2 Đo công suất phản kháng trong mạch 3 pha: 70

6.5 Đo điện năng 72

6.6 Đo hệ số công suất: cos 73

6.7 Tần số kế 75

6.7.1 Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng: 76

6.7.2 Đo tần số bằng phương pháp so sánh: 77

6.8 Đo công suất, điện năng bằng Walt met, công tơ điện 77

6.8.1 Đo công suất dùng Walt met 77

6.8.2 Đo năng lượng dùng công tơ điện 78

7.1 Ống phóng điện tử 85

7.1.1 Cấu tạo ống phóng tia điện tử CRT (Cathode Ray Tube) : 85

7.1.2 Nguyên lý hiển thị hình ảnh 87

7.2 Các khối chức năng trong dao động ký 89

7.2.1 Sơ đồ khối và chức năng hoạt động 89

7.2.2 Các khối chức năng 90

7.2.3 Thiết lập chế độ hoạt động và cách điều khiển một máy hiện sóng 92

7.2.4 Điều khiển màn hình 93

7.2.5 Điều khiển theo trục đứng 94

7.2.6 Điều khiển theo trục ngang 95

7.3 Đầu đo 96

CHƯƠNG 8 : MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO THÔNG THƯỜNG (6 tiết) 101

8.1 V.O.Met (cơ điện, điện tử) 102

8.1.1 Đồng hồ vạn năng hiển thị kim 102

8.1.2 Đồng hồ vạn năng điện tử 102

8.1.3 Ưu và nhược điểm của từng loại đồng hồ vạn năng: 103

8.1.4 Ứng dụng của VOM 104

8.2 Ample kế kềm 108

8.3 Megaohm met 109

8.4 Máy phát tín hiệu chuẩn cao tần, âm tần 111

8.4.1 Máy phát âm tần 111

8.4.2 Máy phát cao tần 112

8.4.3 Ứng dụng 113

Chương 1: Khái niệm về đo lường

: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ( 6 TIẾT )

CHƯƠNG 1

Trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm cho đến khi vận hành, sửa chữa các thiết bị điện, hay dùng để thay thế các linh kiện điện tử… đều yêu cầu phải biết rõ các thông số của đối tượng đó để có các quyết định phù hợp Sự đánh giá các thông số quan tâm của các đối tượng nghiên cứu được thực hiện bằng cách đo các đại lượng vật lý đặc trưng cho các thông số

đó Qua đó sinh viên sẽ tìm hiểu cách tính toán sai số của phép đo, chuẩn hóa trong đo lường Trong chương 1 sẽ giới thiệu các nội dung chính sau đây:

Chương 1: Khái niệm về đo lường

1.1 Đại lượng 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 (Ax) 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:

X0: đơn vị đo

Ax: kết quả đo

Từ (1.1) có phương trình cơ bản của phép đo: X = Ax Xo , chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, như vậy muốn đo được thì đại lượng cần đo X phải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh được, khi muốn đo một đại lượng không có tính chất so sánh được thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng có thể so sánh được

Ví dụ: U=220V; U-điện áp; 220- giá trị đo; V- đơn vị đo

Đại lượng nào so sánh được với mẫu hay chuẩn thì mới đo được Nếu các đại lượng không so sánh được thì phải chuyển đổi về đại lượng so sánh được với mẫu hay chuẩn rồi đo Đo lường điện là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng điện cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo

1.2 Chức năng, đặc điểm của thiết bị đo

1.2.1 Chức năng của thiết bị đo

Là thiết bị kĩ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát

Ví dụ: Đo nhiệt độ thì thiết bị chuyển dạng tín hiệu vật lý thành con số hiển thị trên màn hình

Thiết bị đo gồm nhiều loại: Thiết bị mẫu, các thiết bị chuyển đổi đo lường , các dụng cụ đo , các tổng hợp thiết bị đo lường và hệ thống thông tin đo lường

1.2.2 Đặc điểm các phương pháp đo lường:

Phương pháp đo là việc phối hợp các thao tác cơ bản trong quá trình đo, bao gồm các thao tác: xác định mẫu và thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể hiện kết quả hay chỉ thị Các phương pháp đo khác nhau phụ thuộc vào các phương pháp nhận thông tin đo và nhiều yếu tố khác như đại lượng đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu…

Chương 1: Khái niệm về đo lường

Tùy thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu của phép đo mà người quan sát phải biết chọn các phương pháp đo khác nhau để thực hiện tốt quá trình đo lường Có thể có nhiều phương pháp đo khác nhau nhưng trong thực tế thường phân thành 2 loại phương pháp

đo chính là phương pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu so sánh

 Phương pháp đo biến đổi thẳng

+ Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không có khâu phản hồi

+ Quá trình thực hiện:

Đại lượng cần đo X qua các khâu biến đổi để biến đổi thành con số NX, đồng thời đơn vị của đại lượng đo XO cũng được biến đổi thành con số NO

Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lượng đo và đơn vị (thực hiện phép chia NX/NO),

Thu được kết quả đo: AX = X/XO = NX/NO (1.2)

Hình 1.1 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng

Quá trình này được gọi là quá trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng Tín hiệu đo X và tín hiệu đơn vị XO sau khi qua khâu biến đổi (có thể

là một hay nhiều khâu nối tiếp) có thể được qua bộ biến đổi tương tự - số A/D để có NX và NO , qua khâu so sánh có NX/NO

Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn vì tín hiệu qua các khâu biến đổi sẽ

có sai số bằng tổng sai số của các khâu, vì vậy dụng cụ đo loại này thường được sử dụng khi độ chính xác yêu cầu của phép đo không cao lắm

 Phương pháp đo kiểu so sánh:

+ Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa là có phản hồi

+ Quá trình thực hiện:

Đại lượng đo X và đại lượng mẫu XO 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 XO) diễn ra trong suốt quá trình đo, khi hai đại lượng bằng nhau đọc kết quả XK sẽ có được kết quả đo

Quá trình đo như vậy gọi là quá trình đo kiểu so sánh Thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay còn gọi là kiểu bù)

Chương 1: Khái niệm về đo lường

Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh

+ Các phương pháp so sánh: bộ so sánh SS thực hiện việc so sánh đại lượng đo X và đại lượng

tỉ lệ với mẫu XK, qua bộ so sánh có: ΔX = X - XK Tùy thuộc vào cách so sánh mà sẽ có các phương pháp sau:

Phương pháp này thường được sử dụng để đo các đại lượng không điện

Ví dụ: Như đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ…

 So sánh không đồng thời:

Quá trình thực hiện: dựa trên việc so sánh các trạng thái đáp ứng của thiết bị đo khi chịu tác động tương ứng của đại lượng đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra

Đầu tiên dưới tác động của X gây ra một trạng thái nào đo trong thiết bị đo, sau đó thay X bằng

Chương 1: Khái niệm về đo lường

đại lượng mẫu XK thích hợp sao cho cũng gây ra đúng trạng thái như khi X tác động, từ đó suy

ra X = XK Như vậy rõ ràng là XK phải thay đổi khi X thay đổi

Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK Phương pháp này chính xác vì khi thay XK

bằng X thì mọi trạng thái của thiết bị đo vẫn giữ nguyên Thường thì giá trị mẫu được đưa vào khắc độ trước, sau đó qua các vạch khắc mẫu để xác định giá trị của đại lượng đo X

Ví dụ: Thiết bị đo theo phương pháp này là các thiết bị đánh giá trực tiếp như vônmét,

ampemét chỉ thị kim

 So sánh đồng thời:

Quá trình thực hiện: so sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lượng đo X và đại lượng mẫu XK, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lượng đo

Ví dụ: xác định độ dài 1inch bằng bao nhiêu mm: lấy 1 thước có chia độ mm (mẫu), và 1 thước

kia theo inch (đại lượng cần đo), đặt 2 thước có điểm 0 trùng nhau, đọc các điểm trùng nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, từ đó có được:1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm

Trong thực tế thường sử dụng phương pháp này để thử nghiệm các đặc tính của các cảm biến hay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng

Từ các phương pháp đo trên có thể có các cách thực hiện phép đo là:

 Đo trực tiếp : kết quả có chỉ sau một lần đo

 Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một số phép đo trực tiếp

 Đo hợp bộ: như gián tiếp nhưng phải tính toán mới có kết quả

 Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình mới có kết quả

1.3 Chuẩn hóa trong đo lường

Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lượng đo nào đó được quốc tế qui định mà mỗi quốc gia đều phải tuân thủ Trên thế giới người ta đã chế tạo ra những đơn vị tiêu chuẩn được gọi là các chuẩn

Ví dụ: Chuẩn ”Ampe” là dòng điện có thể giải phóng 0,00111800 gam bạc khỏi dung dịch nitrat trong thời gian một giây Cấp chính xác của các chuẩn này cỡ 0,001%

Hệ thống đơn vị bao gồm hai nhóm:

Đơn vị cơ bản: được thể hiện bằng các đơn vị chuẩn với độ chính xác cao nhất mà khoa học

kỹ thuật hiện đại có thể thực hiện được

Đơn vị kéo theo: là đơn vị có liên quan đến các đơn vị đo cơ bản thể hiện qua các biểu thức

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

áp dụng:

- Hệ SI (System International)

Chương 1: Khái niệm về đo lường

- Hệ Anh (English)

- Hệ MKS (Meter Kilogram Second)

- 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 đánh giá kết quả cũng như điều chỉnh, xác định các thông số trong dụng cụ đo

 Các đơn vị của dòng điện và điện tích

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích Đơn vị cường độ dòng điện là

Ampe (kí hiệu là A) Ngoài đơn vị là Ampe (A), để đo cường độ dòng điện người ta còn dùng các đơn vị khác như : Muy ampe (µA), Mili ampe (mA), Kilô ampe (KA)

1 A = 1000 mA = 1000 000 µA

1 KA = 1000 A

Điện tích là "hạt mang điện" đặc trưng cho tương tác điện từ giữa chúng Đơn vị của điện tích

trong hệ SI là Culông (viết tắt là C) Kí hiệu Q được dùng để diễn tả độ lớn một lượng điện tích

xác định, gọi là Điện lượng đơn vị mật độ dòng điện là A/m2

 Sức điện động, hiệu điện thế và điện áp

Trong kỹ thuật điện và điện tử học, khái niệm hiệu điện thế hay điện áp thường được dùng khi

so sánh điện thế giữa hai điểm, hoặc nói về điện thế của một điểm khi lấy điểm kia là mốc có

điện thế bằng 0 Đơn vị Sức điện động, hiệu điện thế và điện áp là Vôn, kí hiệu là V Ngoài ra

để đo Sức điện động, hiệu điện thế và điện áp người ta còn dùng các đơn vị như : Mili vôn (mV), Kilô vôn (KV), Mêga vôn (MV)

1 KV = 1000 V

1 MV = 1000 KV = 1000 000 V

 Điện trở và điện dẫn

Điện trở nói lên mức độ cản trở dòng điện, đơn vị điện trở là Ohm (kí hiệu là Ω), đơn vị điện

trở suất là Ohm.met (kí hiệu là Ω.m)

Chương 1: Khái niệm về đo lường

Điện dẫn là đại lượng nghịch đảo của điện trở, nói lên khả năng dẫn điện (khả năng cho dòng

điện đi qua) có đơn vị là 1/Ohm (Ω-1

) Trong thực tế để đo điện trở và điện dẫn người ta còn dùng một số các đơn vị như : mili ôm (mΩ), kilô ôm (KΩ), mêga ôm (MΩ)

1 Ω = 1000 mΩ

1 KΩ = 1000 Ω

1 MΩ = 1000 KΩ = 1000 000 Ω

 Từ thông và cường độ từ thông

Từ thông là thông lượng đường cảm ứng từ đi qua một diện tích

Đơn vị từ thông là Vêbe (kí hiệu là Wb)

 Độ tự cảm

Độ tự cảm đặc trưng cho khả năng sinh ra dòng điện cảm ứng mạnh hay yếu của cuộn dây

Hiện tượng tự cảm xuất hiện trong một mạch kín có dòng điện xoay chiều chạy qua, hoặc trong một mạch điện một chiều khi ta đóng mạch hay ngắt mạch

Đơn vị độ tự cảm là Henri, kí hiệu là H

 Điện dung

Điện dung đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ Nếu đặt vào 2 bản cực dẫn điện của tụ điện

một điện áp thì các bản cực này sẽ tích các điện tích trái dấu

Đơn vị đo điện dung là Fara, kí hiệu là F

1.3.2 Các cấp chuẩn hóa

Sự chính xác của thiết bị đo lường được xác định thông qua việc chuẩn hóa (calibration) khi thiết bị được xuất xưởng Việc chuẩn hóa được xác định thông qua 4 cấp

• Cấp 1: Chuẩn quốc tế (International Standard) Các thiết bị đo lường muốn được cấp chuẩn

quốc tế đều phải được thực hiện định chuẩn tại Trung tâm đo lường quốc tế tại Paris (Pháp) Những thiết bị đo được chuẩn hóa theo cấp 1đều được định kỳ kiểm tra và đánh giá định kỳ

• Cấp 2: Chuẩn quốc gia (National Standard) Các thiết bị đo lường tại các Viện định chuẩn

quốc gia ở các nước trên thế giới được định theo chuẩn quốc tế và các thiết bị đo lường trong một quốc gia được Viện định chuẩn quốc gia kiểm tra, đánh giá và cấp giấy chứng nhận đạt chuẩn

• Cấp 3: Chuẩn khu vực (Zone Standard) Trong một quốc gia có thể có nhiều chuẩn khu vực,

và thiết bị dùng để định chuẩn đều phải đạt Chuẩn quốc gia (Cấp 2)

• Cấp 4: Chuẩn phòng thí nghiệm (Laboratory Standard) Trong một khu vực có thể có nhiều

Chương 1: Khái niệm về đo lường

Như vậy: Thiết bị đo lường khi được sản xuất ra được chuẩn hóa tại cấp nào sẽ mang chất

lượng tiêu chuẩn đo lường của cấp đó Ngoài ra, để đảm bảo độ chính xác và tin cậy, các thiết

bị đo lường đều phải định kỳ chuẩn hóa

1.4 Sai số trong đo lường

Đo lường là một phương pháp vật lý thực nghiệm nhằm mục đích thu được những tin tức về đặc tính số lượng của một quá trình cần nghiên cứu Nó được thực hiện bằng cách so sánh một đại lượng cần đo với đại lượng đo tiêu chuẩn Kết quả đo có thể biểu thị bằng số hay biểu đồ Tuy nhiên, kết qủa đo được chỉ là một trị số gần đúng, nghĩa là phép đo có sai số Vấn đề là cần đánh giá được độ chính xác của phép đo Khi tính toán sai số cần tính tới trường hợp các sai số kết hợp với nhau theo hướng bất lợi nhất với các nguyên nhân

1.4.1 Nguyên nhân gây sai số

Ngoài sai số của dụng cụ đo, việc thực hiện quá trình đo cũng gây ra nhiều sai số Nguyên nhân của những sai số này gồm:

- Phương pháp đo được chọn

- Mức độ cẩn thận khi đo

Do vậy kết quả đo lường không đúng với giá trị chính xác của đại lượng đo mà có sai số, gọi là sai số của phép đo Như vậy muốn có kết quả chính xác của phép đo thì trước khi đo phải xem xét các điều kiện đo để chọn phương pháp đo phù hợp, sau khi đo cần phải gia công các kết quả thu được nhằm tìm được kết quả chính xác

1.4.2 Phân loại sai số của phép đo

Có thể phân loại sai số theo các cách sau:

 Theo nguồn gây ra sai số

 Theo qui luật xuất hiện của sai số

 Loại sai số:

- Sai số tuyệt đối

- Sai số tương đối

Chương 1: Khái niệm về đo lường

- Sai số hệ thống

- Sai số ngẫu nhiên

Bảng 1.1 Phân loại sai số của phép đo

Tiêu chí phân loại Theo cách thể hiện

- Sai số tuyệt đối

- Sai số tương đối

- Sai số ngẫu nhiên

Sai số khách quan: do dụng cụ đo không hoàn hảo, đại lượng đo bị can nhiễu do môi trường

bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, áp suất

Sai số chủ quan: Là sai do lựa chọn phương pháp đo và dụng cụ đo không hợp lý, trình độ của

người sử dụng thiết bị đo không tốt, thao tác không thành thạo …

Sai số hệ thống: Sai số hệ thống là do những yếu tố thường xuyên hay các yếu tố có quy luật

tác động Nó khiến cho kết quả đo có sai số của lần đo nào cũng như nhau, nghĩa là kết quả của các lần đo đều lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị thực của đại lượng đo

Sai số ngẫu nhiên: Là sai số mà giá trị của nó thay đôi rất ngẫu nhiên do sự thay đổi của môi

trường bên ngoài (áp suất, nhiệt độ, độ ẩm v.v …) sai số này còn gọi là sai số phụ

Sai số ngẫu nhiên là sai số do các yếu tố bất thường, không có quy luật tác động Do vậy, sai

số hệ thống có thể xử lý được nhờ lấy lại chuẩn nhưng sai số ngẫu nhiên không thể xử lý được

vì không biết quy luật tác động

Thị sai: Là sai số sinh ra do người đo quan sát sai nên đọc không chính xác giá trị đo dẫn đến

kết quả đo bị sai

1.4.3 Các phương pháp hạn chế sai số

Một trong những nhiệm vụ cơ bản của mỗi phép đo chính xác là phải phân tích các nguyên nhân có thể xuất hiện và loại trừ sai số hệ thống Mặc dù việc phát hiện sai số hệ thống là phức tạp, nhưng nếu đã phát hiện thì việc loại trừ sai số hệ thống sẽ không khó khăn

 Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách:

- Chuẩn bị tốt trước khi đo: Phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trước khi sử dụng;

chuẩn bị trước khi đo; chỉnh "0" trước khi đo…

Chương 1: Khái niệm về đo lường khác nhau; sử dụng phương pháp thế…

- Xử lý kết quả đo sau khi đo: Sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho một lượng hiệu chỉnh

với dấu ngược lại); trong trường hợp sai số hệ thống không đổi thì có thể loại được bằng cách đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh:

o Lượng hiệu chỉnh: Là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm vào kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống

o Hệ số hiệu chỉnh: Là số được nhân với kết quả đo nhàm loại trừ sai số hệ thống

Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống Việc giảm ảnh hưởng sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫu nhiên

 Xử lý kết quả đo

Như vậy sai số của phép đo gồm 2 thành phần:

o Sai số hệ thống θ - không đổi hoặc thay đổi có qui luật

o Sai số ngẫu nhiên Δ - thay đổi một cách ngẫu nhiên không có qui luật

Trong quá trình đo hai loại sai số này xuất hiện đồng thời và sai số phép đo ΔX được biểu diễn dưới dạng tổng của hai thành phần sai số đó:

Để nhận được các kết quả sai lệch ít nhất so với giá trị thực của đại lượng đo cần phải tiến hành

đo nhiều lần và thực hiện gia công (xử lý) kết quả đo (các số liệu nhận được sau khi đo) Sau n lần đo sẽ có n kết quả đo x1, x2, , xn là số liệu chủ yếu để tiến hành gia công kết quả đo

1.5 Hệ số đo.

Giá trị chính xác (giá trị đúng) của đại lượng đo thường không biết trước, vì vậy khi đánh giá sai số của phép đo thường sử dụng giá trị thực Xth của đại lượng đo

Như vậy ta chỉ có sự đánh giá gần đúng về kết quả của phép đo Việc xác định sai số của phép

đo - tức là xác định độ tin tưởng của kết quả đo là một trong những nhiệm vụ cơ bản của đo lường học Sai số của phép đo có thể phân loại theo cách thể hiện bằng số, theo nguồn gây ra sai số hoặc theo qui luật xuất hiện của sai số

Sai số của phép đo: Là sai số giữa kết quả đo lường so với giá trị chính xác của đại lượng đo Giá trị thực X th của đại lượng đo: Là giá trị của đại lượng đo xác định được với một độ chính

xác nào đó (thường nhờ các dụng cụ mẫu có cáp chính xác cao hơn dụng cụ đo được sử dụng trong phép đo đang xét)

Chương 1: Khái niệm về đo lường

 Sai số tuyệt đối ΔX: Là hiệu giữa đại lượng đo X và giá trị thực Xth :

 Sai số tương đối γ X : Là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tính bằng phần trăm:

(%)100..





 X X



Sai số tương đối đặc trưng cho chất lượng của phép đo

 Độ chính xác của phép đo ε : Đại lượng nghịch đảo của sai số tương đối:

X X

Cơ sở toán học: Việc tính toán sai số ngẫu nhiên dựa trên giả thiết là sai số ngẫu nhiên của các

phép đo các đại lượng vật lý thường tuân theo luật phân bố chuẩn (luật phân bố Gauxơ-Gauss) Nếu sai số ngẫu nhiên vượt quá một giá trị nào đó thì xác suất xuất hiện sẽ hầu như bằng không

và vì thế kết quả đo nào có sai số ngẫu nhiên như vậy sẽ bị loại bỏ

Các bước tính sai số ngẫu nhiên:

Xét n phép đo với các kết quả đo thu được là x1, x2, , xn

Tính ước lượng kì vọng toán học m X của đại lượng đo:

X

n

x n

X X

X X m

1

2 1

,

(1.11)chính là giá trị trung bình đại số của n kết quả đo

Tính độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung bình v i :

Chương 1: Khái niệm về đo lường

1,2



 , thường chọn: 1,2 với:

) 1 (

1 2

2 1

v

n

i i

với xác suất xuất hiện sai số ngẫu nhiên ngoài khoảng này là 34%

Xử lý kết quả đo: Những kết quả đo nào có sai số dư vi nằm ngoài khoảng 1,2 sẽ bị loại

Chương 1: Khái niệm về đo lường

CÂU HỎI ÔN TẬP

TỰ LUẬN

Câu 1) Có mấy phương pháp đo, hãy nêu tên các phương pháp đo đó?

Câu 2) Hãy trình bày các bước thực hiện phương pháp đo biến đổi thẳng?

Câu 3) Hãy nêu những nguyên nhân gây ra sai số trong phép đo và cách khắc phục ?

Câu 4) Có mấy loại sai số trong phép đo? Trình bày rõ những loại sai số đó?







Câu 2) Sai số có quy luật hoặc không đổi là

b Sai số ngẫu nhiên d Sai số tương đối

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

: CÁC CƠ CẤU ĐO LƯỜNG ( 6 tiết)

CHƯƠNG 2Dụng cụ đo lường điện tương tự hay số ngày nay rất đa dạng Tùy theo mục đích, phạm vi sử dụng và yêu cầu cụ thể mà ta cần chọn dụng cụ đo phù hợp Có nhiều loại dụng cụ đo được phân loại theo nhiều cách khác nhau: dụng cụ đo kiểu biến đổi thẳng, kiểu biến đổi bù; dụng cụ

đo kiểu đánh giá trực tiếp, kiểu so sánh; dụng cụ đo tương tự, chỉ thị số…Các loại dụng cụ này mặc dù đa dạng nhưng chúng đều có những tính chất cơ bản và cấu trúc chung Mỗi dụng cụ đo cấu tạo cơ bản có 3 bộ phận chính là:

- 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 nhận thông tin đo sau bộ 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 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 Mạch đo thường sử dụng kỹ thuật vi điện tử để nâng cao các đặc tính kỹ thuật của dụng cụ đo

- 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 hoặc chỉ thị số

Nội dung chương 2 gồm các phần chính sau:

2.1 Cơ cấu chỉ thị kim - Từ điện - Điện từ - Điện động 2.2 Thiết bị chỉ thị số

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

2.1 Cơ cấu chỉ thị kim - Từ điện - Điện từ - Điện động

2.1.1 Cơ cấu đo từ điện

 Lôgômét từ điện (Permanent Magnet Moving Coil)

Cấu tạo chung: Gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:

- Phần tĩnh: Gồm: Nam châm vĩnh cửu (1) mạch từ và cực từ (3) và lõi sắt (6) hình thành

mạch từ kín Giữa cực từ (3) và lõi sắt (6) có có khe hở không khí đều gọi là khe hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động

- Phần động: Gồm: Khung dây quay (5) được quấn bắng dây đồng Khung dây được gắn vào

trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lò xo cản (7) mắc ngược nhau, kim chỉ thị (2) và thang đo (8)

Hình 2.1 Cơ cấu chỉ thị từ điện

Nguyên lý làm việc chung: Khi có dòng điện chạy qua khung dây (5) (phần động), dưới tác

động của từ trường nam châm vĩnh cửu (1) (phần tĩnh) sẽ sinh ra mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α Mômen quay được tính theo biểu thức:

với B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu

S: tiết diện khung dây

W: số vòng dây của khung dây

Tại vị trí cân bằng, mômen quay bằng mômen cản:

I S I W S B D D

I W S B M

(2.2)

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch α tỷ lệ bậc nhất với dòng điện I chạy qua khung dây

Các đặc tính chung: Cơ cấu chỉ thị từ điện có các đặc tính cơ bản sau:

- Chỉ đo được dòng điện một chiều

- Đặc tính của thang đo đều

- Độ nhạy là hằng số

W S B D

S I  1 .

(2.3)

Ưu điểm: Độ chính xác cao; ảnh hưởng của từ trường ngoài không đáng kể (do từ trường là do

nam châm vĩnh cửu sinh ra); công suất tiêu thụ nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ của mạch đo; độ cản dịu tốt; thang đo đều (do góc quay tuyến tính theo dòng điện)

Nhược điểm: Chế tạo phức tạp; chịu quá tải kém (do cuộn dây của khung quay nhỏ); độ chính

xác của phép đo bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ, chỉ đo dòng một chiều

Ứng dụng:

o Cơ cấu chỉ thị từ điện dùng để chế tạo Ampe mét, Volt mét, Ohm mét nhiều thang đo và

có dải đo rộng; độ chính xác cao (cấp 0,1 ÷ 0,5)

o Chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao có thể đo dòng đến 10-12A, đo điện lượng, phát hiện sự lệch điểm không trong mạch cần đo hay trong điện thế kế

o Sử dụng trong các mạch dao động ký ánh sáng để quan sát và ghi lại các giá trị tức thời của dòng áp, công suất tần số có thể đến 15kHz

o Được sử dụng để chế tạo các đầu rung

o Làm chỉ thị trong các mạch đo các đại lượng không điện khác nhau

o Chế tạo các dụng cụ đo điện tử tương tự: Volt mét điện tử, tần số kế điện tử, pha kế điện

tử Dùng với các bộ biến đổi khác như chỉnh lưu, cảm biến cặp nhiệt để có thể đo được dòng, áp xoay chiều

 Lôgômét từ điện:

Là loại cơ cấu chỉ thị để đo tỉ số hai dòng điện, hoạt động theo nguyên lý giống cơ cấu chỉ thị điện từ, chỉ khác là không có lò xo cản mà thay bằng một khung dây thứ hai tạo ra mômen có hướng chống lại mômen quay của khung dây thứ nhất

Nguyên lý làm việc: Trong khe hở của từ trường của nam châm vĩnh cửu đặt phần động gồm

hai khung quay đặt lệch nhau góc δ (300 ÷ 900) Hai khung dây gắn vào một trục chung Dòng điện I1 và I2 đưa vào các khung dây bằng các dây dẫn không mômen

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Hình 2.2 Cấu trúc của Lôgômét từ điện

- Dòng I1 sinh ra mômen quay Mq:





d

d I

với Ф1, Ф2: Từ thông của nam châm móc vòng qua các khung dây, thay đổi theo α Dấu của Mq

và Mc ngược nhau Các giá trị cực đại của các mômen lệch nhau góc δ

Ở trạng thái cân bằng có: M q M c

) ( ) (

) (

2 1 1 2

f d

d d d I

)(2

1

I

I F





(2.7)

Đặc tính cơ bản: Góc lệch α tỉ lệ với tỉ số của hai dòng điện đi qua các khung dây

Ứng dụng: Lôgômét từ điện được ứng dụng để đo điện trở, tần số và các đại lượng không điện

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

2.1.2 Cơ cấu đo điện từ

Cấu tạo chung: Gồm hai phần cơ bản: Phần tĩnh và phần động:

- Phần tĩnh: Là cuộn dây (1) bên trong có khe hở không khí (khe hở làm việc)

- Phần động: Là lõi thép (2) được gắn lên trục quay (5), lõi thép có thể quay tự do trong khe

làm việc của cuộn dây Trên trục quay có gắn: Bộ phận cản không khí (4), kim chỉ (6), đối trọng (7) Ngoài ra còn có lò xo cản (3), bảng khắc độ (8)

Hình 2.3 Cấu tạo chung của cơ cấu chỉ thị điện từ

Nguyên lý làm việc: Dòng điện I chạy vào cuộn dây 1 (phần tĩnh) tạo thành một nam châm

điện hút lõi thép 2 (phần động) vào khe hở không khí với mômen quay:

1 2



d

dL I

M q 

(2.9)Tại vị trí cân bằng có:

2

2

1

I d

dL D M

- Thang đo không đều, có đặc tính phụ thuộc vào tỉ số dL/dα là một đại lượng phi tuyến

- Cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quá tải lớn

Nhược điểm: Độ chính xác không cao nhất là khi đo ở mạch một chiều sẽ bị sai số (do hiện

tượng từ trễ, từ dư…); độ nhạy thấp; bị ảnh hưởng của từ trường ngoài (do từ trường của cơ cấu yếu khi dòng nhỏ)

Ứng dụng: Thường được sử dụng để chế tạo các loại ampemét, vônmét trong mạch xoay

chiều tần số công nghiệp với độ chính xác cấp 1÷2 Ít dùng trong các mạch có tần số cao

2.1.3 Cơ cấu đo điện động

 Lôgômét điện động

Cấu tạo chung: Gồm hai phần cơ bản: Phần tĩnh và phần động:

- Phần tĩnh: gồm: cuộn dây (1) (được chia thành hai phần nối tiếp nhau) để tạo ra từ trường

khi có dòng điện chạy qua Trục quay chui qua khe hở giữa hai phần cuộn dây tĩnh

- Phần động: gồm một khung dây 2 đặt trong lòng cuộn dây tĩnh Khung dây 2 được gắn với

trục quay, trên trục có lò xo cản, bộ phận cản dịu và kim chỉ thị Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn để ngăn chặn ảnh hưởng của từ trường ngoài

Nguyên lý làm việc chung: khi có dòng điện I1 chạy vào cuộn dây 1 (phần tĩnh) làm xuất hiện

từ trường trong lòng cuộn dây Từ trường này tác động lên dòng điện I2 chạy trong khung dây 2 (phần động) tạo nên mômen quay làm khung dây 2 quay một góc α

o Khi I1, I2 là dòng điện một chiều:

2 1 12

.

1

I I d

dM

 

(2.12) Với: M12 là hỗ cảm giữa cuộn dây tĩnh và động

o Khi I1 và I2 là dòng điện xoay chiều:





 1 12 1. 2 cos

I I d

dM D



(2.13)Với: ψ là góc lệch pha giữa I1 và I2

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Hình 2.4 Cấu tạo của cơ cấu chỉ thị điện động

Các đặc tính chung:

- Có thể dùng trong cả mạch điện một chiều và xoay chiều

- Góc quay α phụ thuộc vào tích số của dòng I1 và I2 nên thang đo không đều

- Trong mạch điện xoay chiều α phụ thuộc góc lệch pha ψ giữa hai dòng điện nên có thể ứng dụng làm Oátmét đo công suất

Ưu điểm : có độ chính xác cao khi đo trong mạch điện xoay chiều

Nhược điểm: công suất tiêu thụ lớn nên không thích hợp trong mạch công suất nhỏ Chịu ảnh

hưởng của từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải có bộ phận chắn từ Độ nhạy thấp vì mạch

từ yếu

Ứng dụng:

o Chế tạo các ampemét, vônmét, óatmét một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp

o Các pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số công suất cosφ Trong mạch có tần số cao phải

có mạch bù tần số (đo được dải tần đến 20KHz)

2.1.4 Cơ cấu đo cảm ứng

Cấu tạo chung: gồm phần tĩnh và phần động

- Phần tĩnh: các cuộn dây điện 2,3 có cấu tạo để khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh

ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động, có ít nhất là 2 nam châm điện

- Phần động: đĩa kim loại (1) thường bằng nhôm, gắn vào trục (4) quay trên trụ (5)

Nguyên lý làm việc chung: dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều (được tạo

ra bởi dòng điện trong phần tĩnh) và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động, do đó cơ cấu này chỉ làm việc với mạch điện xoay chiều:

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Hình 2.5 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng Khi dòng điện I1, I2 vào các cuộn dây phần tĩnh, sinh ra các từ thông Ф1, Ф2 (các từ thông này lệch pha nhau góc ψ bằng góc lệch pha giữa các dòng điện tương ứng), từ thông Ф1, Ф2 cắt đĩa nhôm (1) phần động làm xuất hiện trong đĩa nhôm các sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π/2) xuất hiện các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1, α2) Các từ thông Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với các dòng điện Ix1, Ix2 sinh ra các lực F1, F2 và các mômen quay tương ứng, quay đĩa nhôm (phần động) Mômen quay được tính:





 sin

.f 1 2C

- Điều kiện để có mômen quay là ít nhất phải có hai từ trường

- Mômen quay đạt giá trị cực đại nếu góc lệch pha ψ giữa I1, I2 bằng π/2

- Mômen quay phụ thuộc tần số của dòng điện tạo ra các từ trường

- Chỉ làm việc trong mạch xoay chiều

Nhược điểm: Mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn định tần số

Ứng dụng: Chủ yếu để chế tạo công tơ đo năng lượng; có thể đo tần số…

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Bảng 2.1 Bảng tổng kết các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện

2.2 Thiết bị chỉ thị số.

Cơ cấu chỉ thị số ứng dụng các kỹ thuật điện tử để biến đổi và chỉ thị đại lượng đo

Hình 2.6: Sơ đồ khối của một dụng cụ đo hiển thị số

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Đại lượng đo x(t) được biến đổi thành tín hiệu xung tương ứng sau khi qua bộ biến đổi xung (BĐX) số xung N đầu ra tỉ lệvới giá trịcủa x(t) Số xung N được đưa vào bộ mã hóa (MH) thường là bộ mã hóa BCD, tín hiệu mã hóa đưa đến bộ giải mã (GM) và đưa ra bộ hiện số Tất

cả 3 khâu: mã hóa-giải mã- hiển thị số cấu thành bộ chỉ thị số Có nhiều loại thiết bị hiện số khác nhau như: đèn sợi đốt, đèn điện tích, LED 7 thanh, màn hình tinh thể lỏng LCD, màn hình cảm ứng…

2.2.1 Cơ cấu chỉ thị số bằng đèn khí:

Thường thấy trong những thiết bị những năm 80 Đèn khí có cấu tạo gồm anốt là một màng

này được cho vào ống thủy tinh hút chân không và trong môi trường của ống người ta thêm vào các chất khí ở áp suất thấp, thông thường chủ yếu là neon và thường một ít thủy ngân hoặc argon Khi có điện áp ca tốt nào thì kí hiệu tương ứng sáng lên

Nhược điểm của thiết bị hiện số bằng đèn khí là điện áp anốt cao (cỡ 200V) do vậy mà độ tin cậy thấp

Hình 2.7: Chỉ thị bằng đèn khí

2.2.2 Cơ cấu chỉ thị bằng LED 7 thanh:

Là loại thiết bị hiện số được sử dụng rất phổ biến vì chúng phù hợp với các vi mạch TTL và hoạt động tin cậy, giá thành hạ Về cấu tạo gồm có bảy thanh hiển thị kí hiệu từ A-G, mỗi thanh là một điốt phát quang (LED), tương ứng có các đầu ra để cấp tín hiệu cho từng điốt, các điốt có thể nối anốt chung hay catốt chung

Khi có tín hiệu cho phép điốt nào hoạt động thì điốt đó sẽ sáng, phối hợp sự sáng tối của các

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Hình 2.9: Cấu tạo và hình dạng thật của Led 7 đoạn Tùy mục đích sử dụng còn có các loại LED 7 thanh có thêm các thanh hiển thị dấu chấm (.) thập phân, loại có nhiều hơn 7 thanh sắp xếp theo những hình dạng khác nhau…

Về việc nối bộ hiển thị LED 7 thanh với bộ giải mã 7 vạch - thường là giải mã từ mã BCD sang

mã 7 vạch, các vi mạch giải mã họ TTL như 7446, 7447, họ CMOS là các vi mạch 4511; các vi mạch 4543SN74247, TIL308…

Điện áp thuận rơi trên mỗi điốt của mỗi thanh khoảng 1,2 - 2V và dòng thuận qua LED tương ứng với độ sáng thích hợp vào khoảng 10 - 20mA tùy độ lớn của LED Nhược điểm chính của LED 7 thanh là yêu cầu dòng lớn

2.2.3 Cơ cấu chỉ thị bằng màn hình tinh thể lỏng LCD:

Tinh thể lỏng là một trong các hợp chất hữu cơ có tính chất quang học Chúng được đặt thành lớp giữa các tấm kính với các điện cực trong suốt kết hợp tủa ở mặt trong Ở trạng thái bình thường không bị kích hoạt ô tinh thể lỏng trong suốt cho ánh sáng đi qua nên thanh hiển thị tương ứng trùng với mặt nền Khi được kích hoạt (bởi điện áp xoay chiều hình sin hoặc xung vuông tần số khoảng 50-60Hz) ô tinh thể lỏng phản xạ lại ánh sáng và thanh hiển thị tương ứng

sẽ nổi trên mặt phông

Hình 2.10: Hình dạng và cấu trúc của tinh thể lỏng LCD

Ưu điểm Thiết bị hiển thị tinh thể lỏng tiêu thụ dòng rất nhỏ, yêu cầu dòng khoảng 80µA

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1) Trình bày cấu tạo của cơ cấu chỉ thị kim từ điện

Câu 2) Trình bày cấu tạo của cơ cấu chỉ thị kim Điện từ

Câu 3) Trình bày cấu tạo của cơ cấu chỉ thị kim Điện động

Câu 4) Nêu các ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kim từ điện

Câu 5) Nêu các ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kim Điện từ

Câu 6) Nêu các ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kim Điện động

Câu 7) Nêu các ứng dụng của thiết bị chỉ thị số

Chương 3: Đo điện áp và dòng điện.

ĐO ĐIỆN ÁP VÀ DÕNG ĐIỆN

Trong các đại lượng điện , đại lượng dòng điện và điện áp là các đại lượng cơ bản nhất cho nên trong công nghiệp cũng như trong các nghiên cứu khoa học, người ta luôn quan tâm đến các phương pháp và thiết bị đo dòng điện, điện áp

Nội dung chính trong chương 3 gồm

3.1 Đo dòng một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC)

3.2 Đo điện áp AC - DC

3.3 Volt kế điện tử DC

3.4 Volt kế điện tử đo AC

3.5 Ample kế điện tử đo AC-DC

Chương 3: Đo điện áp và dòng điện.

3.1 Đo dòng một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC)

Dụng cụ được sử dụng để đo dòng điện gọi là ampe kế hay ampemet Ký hiệu là: ( A ) Ampe

kế có nhiều loại khác nhau

Chia theo kết cấu ta có:

+ Ampe kế chỉ thị kim (Analog)

Nếu chia theo tính chất của đại lượng đo, ta có:

+ Ampe kế một chiều

+ Ampe kế xoay chiều

Yêu cầu đối với dụng cụ đo dòng điện là:

- Công suất tiêu thụ và điện trở của ampe kế càng nhỏ càng tốt, lý tưởng là bằng 0

- Làm việc trong một dải tần cho trước để đảm bảo cấp chính xác của dụng cụ đo

Chương 3: Đo điện áp và dòng điện.

- Mắc ampe kế để đo dòng phải mắc nối tiếp với dòng cần đo (hình dưới)

Hình 3.2: Dùng đồng hồ số đo dòng điện qua bóng đèn

3.1.1 Đo dòng điện một chiều

Để đo dòng điện một chiều, ta có thể sử dụng cơ cấu đo kiểu điện từ, từ điện hay điện động Thông thường ta sử dụng cơ cấu đo kiểu từ điện vì có độ nhạy cao lại tiêu thụ năng lượng ít khoảng 0.2 đến 0.4W và vạch chia trên thang đo được chia đều nên dễ đọc

Mắc ampe kế nối tiếp với phụ tải như hình vẽ

A K

R

Hình 3.3: Cách đấu nối Ampe kế với tải Trong đó:

- I Là dòng điện qua phụ tải khi chưa mắc ampe kế ( khi khoá K đóng )

- IA Là dòng điện qua phụ tải khi mắc ampe kế ( khi khóa K hở )

- RA Là điện trở nội của ampe kế

- R Là điện trở của phụ tải

- U Là điện áp nguồn cung cấp cho mạch điện

Ta có I = U

R và IA = U

RA + R (3.1) Sai số tương đối % = I - IA

I 100% =

RA

RA + R 100% (3.2)