Đề cương bài giảng Kỹ thuật đo lường điện - Trường CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

Đề cương bài giảng Kỹ thuật đo lường điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về đo lường điện; Cơ cấu chỉ thị của thiết bị đo lường; Đo dòng điện và điện áp; Đo điện trở; Đo điện dung và điện cảm;...Mời các bạn cùng tham khảo!

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2019

BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN

ThS LÊ PHONG PHÚ (Chủ biên) - ThS NGUYỄN BÁ NHẠ ThS PHẠM VĂN NGHĨA - ThS NGƠ PHI THƯỜNG - ThS VÕ ĐẠI VÂN

B MÔN I N CÔNG NGHI P

M C L C

CH NG 1: T NG QUAN V O L NG I N 1

1.1 Khái ni m và ý ngh a c a đo l ng 1

1.1.1 Khái ni m 1

1.1.2 ụ ngh a c a đo l ng: 2

1.2 i l ng đo 2

1.2.1 i l ng đi n 2

1.2.2 i l ng không đi n 2

1.3 n v đo 3

1.4 Ch c n ng và đ c tính c a thi t b đo 4

1.4.1 Ch c n ng c a thi t b đo 4

1.4.2 c tính c a thi t b đo 5

1.5 Phân lo i các ph ng pháp đo l ng 6

1.5.1 Ph ng pháp đo tr c ti p 6

1.5.2 Ph ng pháp đo gián ti p 6

1.6 S đ c u trúc c a thi t b đo 7

1.7 Chu n hóa trong đo l ng 8

1.7.1 ụ ngh a c a s chu n hóa 8

1.7.2 C p chu n hóa 9

1.8 Sai s trong đo l ng 9

1.8.1 Nguyên nhân gây ra sai s 10

1.8.2 Phân lo i sai s 10

1.8.3 Tính toán sai s 10

1.8.4 Cách vi t k t qu đo 12

1.9 Bài t p ch ng 1 14

CH NG 2: C C U CH TH C A THI T B O L NG 18

2.1 Khái ni m chung 18

C NG BÀI GI NG K THU T O L NG I N

B MÔN I N CÔNG NGHI P

2.2 C c u ch th c đi n 21

2.2.1 C c u t đi n 21

2.2.1.1 C u t o 21

2.2.1.2 Nguyên lý ho t đ ng và ph ng trình đ c tính thang đo 22

2.2.1.3 c đi m và ng d ng c a c c u t đi n 23

2.2.2 C c u đi n t 24

2.2.2.1 C u t o 24

2.2.2.2 Nguyên lý ho t đ ng và ph ng trình đ c tính thang đo 25

2.2.2.3 c đi m và ng d ng c a c c u đi n t 27

2.2.3 C c u đi n đ ng 28

2.2.3.1 C u t o 28

2.2.3.2 Nguyên lý ho t đ ng và ph ng trình đ c tính thang đo 29

2.2.3.3 c đi m và ng d ng c a c c u đi n đ ng 31

2.3 C c u ch th t ghi 32

2.4 C c u ch th s 33

2.4.1 C c u đi n t ch th b ng diode phát quang (LED) 33

2.4.2 C c u đi n t ch th b ng tinh th l ng (LCD) 35

2.5 Bài t p ch ng 2 36

CH NG 3: O DÒNG I N VÀ I N ÁP 39

3.1 o dòng đi n m t chi u (DC) và xoay chi u (AC) 39

3.1.1 c đi m, yêu c u đ i v i d ng c đo 39

3.1.2 nh h ng c a Ampe k trong m ch đo 40

3.1.3 o dòng đi n m t chi u (DC) 42

3.1.4 o dòng đi n xoay chi u (AC) 49

3.2 o đi n áp m t chi u (DC) và xoay chi u (AC) 56

3.2.1 c đi m, yêu c u đ i v i d ng c đo 56

3.2.2 nh h ng c a Vôn k trong m ch đo 57

3.2.3 o đi n áp m t chi u (DC) 59

3.2.4 o đi n áp xoay chi u (AC) 64

3.3 Bài t p ch ng 3 67

B MÔN I N CÔNG NGHI P

CH NG 4: O I N TR 76

4.1 i n tr 76

4.1.1 Khái quát chung 76

4.1.2 Phân lo i đi n tr 81

4.1.3 Ghép đi n tr 83

4.2 Ph ng pháp đo đi n tr dùng Vôn k và Ampe k 84

4.3 Ph ng pháp đo đi n tr dùng c u phân áp, c u chia dòng 87

4.3.1 o đi n tr dùng c u phân áp (so sánh áp) 87

4.3.2 o đi n tr dùng c u chia dòng (so sánh dòng) 87

4.4 Ph ng pháp đo đi n tr dùng c u Wheatstone 88

4.5 Ph ng pháp đo đi n tr dùng Ohm k 89

4.6 Ph ng pháp đo đi n tr có tr s l n 95

4.6.1 o đi n tr cách đi n dùng Vôn k và Micro Ampe k 95

4.6.2 o đi n tr cách đi n dùng Megohm k 96

4.7 Ph ng pháp đo đi n tr đ t 100

4.7.1 Gi i thi u chung v n i đ t 100

4.7.2 o đi n tr đ t dùng Vôn k và Ampe k 103

4.7.3 o đi n tr đ t dùng c u đo Kohlrausch 105

4.7.4 o đi n tr đ t dùng thi t b đo chuyên d ng 106

4.8 Bài t p ch ng 4 107

CH NG 5: O I N DUNG VÀ I N C M 114

5.1 T đi n 114

5.1.1 C u t o và ch c n ng c a t đi n 114

5.1.2 i n dung c a t đi n 115

5.1.3 Phân lo i t đi n 116

5.1.4 Thông s k thu t c a t đi n 118

5.1.5 c tính n p đi n, x đi n c a t đi n 120

5.1.6 Ghép t đi n 123

5.2 Cu n c m 124

5.2.1 C u t o và ch c n ng c a cu n c m 124

5.2.2 i n c m c a cu n dây 125

C NG BÀI GI NG K THU T O L NG I N

B MÔN I N CÔNG NGHI P

5.2.3 Thông s k thu t c a cu n c m 126

5.2.4 c tính n p, x c a cu n c m 128

5.2.5 Ghép cu n c m 129

5.3 Ph ng pháp đo đi n dung, đi n c m dùng Vôn k và Ampe k 130

5.3.1 o đi n dung c a t đi n không phân c c 130

5.3.2 o đi n c m cu n dây 131

5.4 Ph ng pháp đo đi n dung, đi n c m dùng đi n tr và Vôn k 133

5.4.1 o đi n dung t đi n không phân c c 133

5.4.2 o đi n dung t đi n phân c c 135

5.4.3 o đi n c m cu n dây 136

5.5 Ph ng pháp đo đi n dung, đi n c m dùng c u xoay chi u 138

5.5.1 C u Wheatstone xoay chi u 138

5.5.2 o đi n dung t đi n không phân c c 140

5.5.3 o đi n c m cu n dây 142

5.6 Bài t p ch ng 5 144

CH NG 6: O CÔNG SU T VÀ I N N NG 152

6.1 o công su t m t chi u 152

6.1.1 Ph ng pháp đo gián ti p dùng Vôn k và Ampe k 152

6.1.2 Ph ng pháp đo tr c ti p dùng Watt k đi n đ ng 154

6.2 o công su t xoay chi u 156

6.2.1 o công su t tiêu th trong m ch xoay chi u 1 pha 156

6.2.2 o công su t tiêu th trong m ch xoay chi u 3 pha 162

6.2.2.1 o công su t t i 3 pha dùng Watt k 1 pha 162

6.2.2.2 o công su t t i 3 pha dùng Watt k 3 pha 163

6.2.3 o công su t ph n kháng trong m ch xoay chi u 1 pha 165

6.2.4 o công su t ph n kháng trong m ch xoay chi u 3 pha 168

6.3 o đi n n ng 171

6.3.1 o đi n n ng t i 1 pha 171

6.3.2 o đi n n ng t i 3 pha 176

6.4 Bài t p ch ng 6 177

B MÔN I N CÔNG NGHI P

CH NG 7: GI I THI U M T S THI T B O TệCH H P 183

7.1 ng h đo v n n ng WM14-96 183

7.1.1 T ng quan 183

7.1.2 Thông s k thu t 184

7.1.3 S đ k t n i 185

7.1.4 Ch c n ng phím trên đ ng h 187

7.2 ng h đo v n n ng EMM-R4e 188

7.2.1 T ng quan 188

7.2.2 Thông s k thu t 189

7.2.3 S đ k t n i 190

7.2.4 Ch c n ng phím trên đ ng h 191

TÀI LI U THAM KH O 193

B MÔN I N CÔNG NGHI P

o l ng đi n là môn h c không th thi u trong nhi u ngành h c nh i n công nghi p,

i n t , T đ ng hóa Môn h c này giúp ng i h c bi t cách đo đ c chính xác giá tr các

đ i l ng đi n và s d ng đúng k thu t các thi t b đo l ng Ngoài ra trong b t k quy trình đi u khi n t đ ng nào c ng bao g m thi t b đo l ng nh m đo đ c và truy n tín

hi u đ n các kh i ti p theo đ x lý và đi u khi n Giáo trình này đ c biên so n nh m đáp ng nhu c u v tài li u h c t p cho h c viên c ng nh đ th ng nh t n i dung gi ng

d y môn o l ng đi n c a tr ng Cao ng K Thu t Cao Th ng V n i dung, giáo trình đ c biên so n g m 7 ch ng d a theo tài li u c a các tr ng ngh trong n c và

m t s tài li u n c ngoài Giáo trình đ c p đ n các v n đ chính c a đo l ng nh sai

s , c c u đo, nguyên lý đo các đ i l ng đi n, m ch đo, thi t b đo Giáo trình đ c biên

so n v i s c ng tác c a các giáo viên gi ng d y môn o L ng i n c a tr ng Cao

ng K Thu t Cao Th ng Tuy đã c g ng nhi u trong vi c trình bày n i dung nh ng

ch c r ng giáo trình khó tránh kh i sai sót v y nên chúng tôi r t mong nh ng ý ki n đóng góp c a quý đ ng nghi p, các em h c viên đ l n tái b n sau càng hoàn thi n h n Xin chân thành cám n s giúp đ c a các b n đ ng nghi p, các tác gi nh ng tài li u mà chúng tôi đã tham kh o c ng nh nh ng đi u ki n thu n l i mà Ban Giám hi u, Ban ch nhi m Khoa, B môn và các đ ng nghi p đã t o đi u ki n t t và giúp đ chúng tôi hoàn thành giáo trình này

NHÓM BIÊN SO N

3 Hai dây d n chéo nhau

4 Hai dây d n n i nhau

5 Ngu n đi n m t chi u

6 Ngu n đi n xoay chi u

B MÔN I N CÔNG NGHI P

C NG BÀI GI NG K THU T O L NG I N

B MÔN I N CÔNG NGHI P

1 X Giá tr đo đ c c a đ i l ng c n đo Theo đ n v c a đ i l ng đo

2 XT Giá tr th c c a đ i l ng c n đo Theo đ n v c a đ i l ng đo

3 Xmax Giá tr l n nh t c a thang đo Theo đ n v c a

d ng c đo

5 ∆Xmax Sai s tuy t đ i cho phép l n nh t Theo đ n v c a đ i l ng đo

16 Igm Dòng đi n l n nh t cho phép qua c c u đo A

19 Ugm i n áp l n nh t cho phép c a c c u đo V

21 Ihd Tr s hi u d ng c a dòng đi n xoay chi u A

22 Im Tr s c c đ i c a dòng đi n xoay chi u A

B MÔN I N CÔNG NGHI P

28 KI T s bi n dòng

29 KU T s bi n áp

C NG BÀI GI NG K THU T O L NG I N

B MÔN I N CÔNG NGHI P

DANH M C T VI T T T

2 AC Alternating Current: dòng đi n xoay chi u

6 LED Light Emitting Diode: đi t phát quang

7 LCD Liquid Crystal Display: màn hình tinh th l ng

9 FSD Full Scale Deviation : đ l ch toàn thang đo

13 VT Voltage Transformer : Máy bi n đi n áp

14 PT Potential Transformer : Máy bi n đi n áp

1

CH NG 1

Sau khi h c xong ch ng 1, sinh viên đ t đ c ki n th c và k n ng sau:

Trình bày đ c khái ni m v đo l ng, đ nh y c a thi t b đo, phân lo i đ i l ng đo,

đ n v đo, ph ng pháp đo, các c p chu n hóa trong đo l ng, sai s phép đo: nguyên nhân sai s , phân lo i sai s , cách tính sai s : tuy t đ i, t ng đ i, c p chính xác

1.1 Khái ni m vƠ Ủ ngh a c a đo l ng

1.1.1 Khái ni m

o l ng là s so sánh đ i l ng ch a bi t (đ i l ng đo) v i đ i l ng đã đ c chu n hóa (đ i l ng m u ho c đ i l ng chu n)

K t qu đo đ c bi u di n d i d ng m t con s v i đ n v kèm theo:

Giá tr đo đ c A cho bi t đ i l ng đo l n h n (hay nh h n) bao nhiêu l n so v i đ n

v đo c a nó V i các đ n v đo khác nhau thì k t qu đo s khác nhau

Ví d 1.1: o đ c dòng đi n I = 5A, có ngh a là: đ i l ng c n đo là dòng đi n I, đ n v

đo là Ampe, k t qu đo đ c b ng s là 5

o l ng h c là chuyên ngành nghiên c u v các ph ng pháp đ đo các đ i l ng khác nhau

K thu t đo l ng là ngành k thu t chuyên nghiên c u đ áp d ng thành qu c a đo

l ng vào ph c v s n xu t và đ i s ng

Ch ng 1: T ng quan v đo l ng đi n

1.2 i l ng đo

D a trên tính ch t c b n c a đ i l ng đo, đ i l ng đo đ c phân thành hai lo i c

b n là đ i l ng đi n và đ i l ng không đi n

1.2.1 i l ng đi n

 i l ng đi n tác đ ng:

Là nh ng đ i l ng đi n tr ng thái bình th ng có mang n ng l ng đi n nh đi n

áp, dòng đi n, công su t,… Khi đo các đ i l ng này, b n thân n ng l ng c a chúng s cung c p cho m ch đo Do v y ta không c n cung c p thêm n ng l ng t phía ngoài Trong tr ng h p n ng l ng quá l n có th gây h h ng cho m ch đo thì ph i gi m nh cho phù h p Ng c l i, trong tr ng h p n ng l ng quá nh thì khu ch đ i cho đ l n

tr c khi đ a vào m ch đo

 i l ng đi n th đ ng:

Là nh ng đ i l ng đi n tr ng thái bình th ng không có mang n ng l ng đi n nh

đ i l ng đi n tr , đi n dung, đi n c m, h c m Khi ti n hành đo các đ i l ng này chúng ta ph i cung c p n ng l ng cho m ch đo b ng cách dùng pin ho c ngu n đi n ngoài Trong su t quá trình đo ph i đ m b o n ng l ng cung c p n đ nh và liên t c

Có hai cách đo đ i l ng đi n th đ ng: đo nóng và đo ngu i o nóng là thao tác đo khi ph n t đang ho t đ ng trên m ch o ngu i là thao tác đo khi các ph n t này ng ng

ho t đ ng hay l y ra kh i m ch đi n

1.2.2 i l ng không đi n

i l ng không đi n là nh ng đ i l ng v t lý hi n h u trong đ i s ng nh : v n t c,

áp su t, tr ng l ng, nhi t đ , ánh sáng, l u l ng…, mu n đo các đ i l ng này ph i

n v đo là giá tr đ n v tiêu chu n v m t đ i l ng đo nào đó đ c qu c t qui đ nh

mà m i qu c gia ph i tuân theo

H th ng đ n v đo bao g m hai nhóm: đ n v c b n và đ n v kéo theo

n v c b n đ c th hi n b ng các đ n v chu n v i đ chính xác cao nh t mà khoa

Ch ng 1: T ng quan v đo l ng đi n

B ng 1.3: B i s và c s th p phân trong h đo l ng SI

1.4 Ch c n ng vƠ đ c tính c a thi t b đo

1.4.1 Ch c n ng c a thi t b đo

Các thi t b đo có ch c n ng cung c p cho chúng ta k t qu đo c a đ i l ng đang kh o sát, b ng cách bi n đ i các đ i l ng c n đo thành các d ng tín hi u ti n l i cho ng i quan sát, t đó ng i dùng có th ki m tra s ho t đ ng c a h th ng đi u khi n ho c đánh giá, ki m đ nh các thi t b đo khác,…

và l ng ra c a thi t b đo, ta dùng khái ni m đ nh y c a thi t b

nh y c a m t thi t b đo là t s gi a bi n thiên c a đ i l ng đ u ra và bi n thiên

t ng ng c a đ i l ng đo đ u vào, ph ng trình toán h c mô t m i quan h nh sau:

YSX

Theo lý thuy t thì xét quan h gi a Y và X thì X nh bao nhiêu c ng đ c nh ng th c

t cho th y v i X nh đ n m t giá tr nào đ y (X  ) thì Y không th xác đ nh đ c Nguyên nhân do ma sát, hi n t ng tr ,

 : đ c g i là ng ng nh y (có th nói đó là giá tr nh nh t mà thi t b đo có th

phân bi t - ng i quan sát hay góc quay đ l n)

Ví d 1.2: Khi ph t i tiêu th qua m t công t m t pha nh h n 10W (ch ng h n) thì công

t không quay n a Nguyên nhân c a hi n t ng này r t ph c t p, có th do ma sát, do

hi n t ng tr đ c g i là ng ng đ nh y c a thi t b đo

 T c đ đo

Là th i gian đ d ng c đo xác l p k t qu đo trên ch th Cho phép đánh giá cho bi t

đ i l ng đ u ra có thay đ i t ng ng v i s bi n đ i c a đ i l ng đ u vào hay không

T c đ đo đ c xác đ nh theo bi u th c:

1vT



Trong đó: T là kho ng th i gian ng n nh t gi a hai l n đo n đ nh

Ch ng 1: T ng quan v đo l ng đi n

6

 tin c y

Là kh n ng làm vi c không x y ra h h ng c a thi t b đo trong đi u ki n làm vi c bình th ng trong th i gian quy đ nh Nó ph thu c vào các y u t nh : đ tin c y c a các linh ki n, k t c u c a d ng c đo, đi u ki n làm vi c

 i n tr vào

Là đi n tr c a thi t b đo hay n i tr c a thi t b đo Thi t b đo ph i thu n ng l ng

t đ i t ng đo d i b t kì hình th c nào đ bi n thành đ i l ng đ u ra c a thi t b Vi c tiêu th n ng l ng t đ i t ng đo gây ra sai s k t qu đo i n tr vào có th l n hay

nh tùy thu c vào tính ch t c a đ i t ng đo

Là ph ng pháp đo mà k t qu nh n đ c tr c ti p t m t l n đo duy nh t Ngh a là

k t qu đo chính là giá tr c a đ i l ng c n đo

Ví d 1.3: Dùng Ohm k đo giá tr c a đi n tr , dùng Ampe k đo dòng đi n ch y qua

bóng đèn

1.5.2 Ph ng pháp đo gián ti p

Là ph ng pháp đo mà k t qu đ c suy ra t s ph i h p c a nhi u k t qu đo tr c

ti p Ngh a là đ i l ng c n đo đ c xác đ nh thông qua hàm toán h c v i các đ i l ng

đo đ c tr c ti p

Ví d 1.4: Dùng Vôn k và Ampe k đ đo đi n áp và dòng đi n ch y qua đi n tr , sau đó

s d ng công th c P = U.I đ tính giá tr công su t mà đi n tr tiêu th

Nh c đi m: Ph i ti n hành nhi u l n đo làm cho sai s b tích l y và đ chính xác không v t quá đ chính xác c a các d ng c đo trung gian

7

M t đi u c n l u ý là vi c phân bi t ph ng pháp đo tr c ti p và gián ti p ch mang ý ngh a t ng đ i T c là, n u xét v khía c nh nào đó thì có th xem ph ng pháp đo đang

th c hi n là tr c ti p nh ng n u xét v m t khác thì có th nó không còn là tr c ti p n a

Ch ng h n khi dùng đ ng h đi n t đo dòng đi n ch y qua đi n tr thì vi c dùng ch c

n ng đo dòng đi n c a đ ng h đ c xem là cách đo tr c ti p, nh ng n u xét k h n v

m t c u t o c a nó: m i đ i l ng đi n ngõ vào đ u đ c chuy n thành tín hi u đi n áp

tr c khi đ a vào m ch đo c a đ ng h thì dòng đi n này rõ ràng đã đ c đo gián ti p thông qua đ i l ng trung gian là đi n áp

i l ng c n đo: là các thông s , tính ch t c a đ i t ng c n đo, chúng có th t n t i

d i d ng đi n ho c không đi n

Chuy n đ i s c p: làm nhi m v bi n đ i đ i l ng c n đo thành tín hi u đi n tr c khi truy n đ n các kh i x lí ti p theo

Bi n đ i: là khâu tính toán, bi n đ i các đ i l ng c n đo thành các đ i l ng phù h p

Ch ng 1: T ng quan v đo l ng đi n

8

C c u hi n th th ng có 3 lo i:

+ Hi n th c đi n (ch th kim)

+ Hi n th t ghi ( ng tia đi n t )

+ Hi n th s (hi n th qua LCD, LED)

1.7 Chu n hóa trong đo l ng

1.7.1 ụ ngh a c a s chu n hóa

M c đích c a vi c đo l ng nh m l y đ c các thông s th c s c a đ i t ng c n đo

Mu n v y, con ng i không th ch s d ng các giác quan c a mình mà c n ph i dùng đ n các thi t b đo Thi t b đo đ c cung c p b i nhà ch t o, tr c khi xu t x ng chúng

đ c ki m tra ch t l ng nghiêm ng t Nh ng khi đ n tay ng i s d ng thì thi t b đo đã

ph i tr i qua quá trình v n chuy n, chính nh ng tác đ ng trong quá trình này có th nh

h ng đ n ch t l ng th m chí làm gi m c p chính xác c a thi t b V phía ng i s d ng

luôn mong mu n thi t b có c p chính xác th t cao Nh ng thi t b càng chính xác thì c u

t o càng ph c t p và giá thành càng đ t Nh v y ng i s d ng ph i bi t đ c m c đ công vi c đòi h i m t thi t b đo v i c p chính xác nh th nào là v a đ Khi phân tích và

hi u rõ yêu c u c a mình, ng i s d ng s ti t ki m đáng k chi phí, th i gian c ng nh

t ng hi u qu s d ng thi t b đánh giá ch t l ng thi t b m t cách khách quan và chính xác, các trung tâm ki m đ nh đ c thành l p nh m c p gi y ch ng nh n ch t l ng cho thi t b Vi c ki m đ nh ch t l ng đ c th c hi n b ng s chu n hóa là m t công vi c

h t s c c n thi t tr c khi đ a thi t b vào s d ng Nh đã trình bày trên, tùy theo công

vi c c th c a ng i s d ng mà thi t b ph c v c n m t c p chính xác t ng ng Do

v y c n có nhi u c p chu n hóa khác nhau đ ki m đ nh ch t l ng c a thi t b nh ng

m c đ khác nhau Vi c phân c p nh v y là c n thi t đ m b o ti t ki m v kinh t và th i gian cho các bên liên quan

9

1.7.2 C p chu n hóa

Vi c chu n hóa m t thi t b đ c chia làm 4 c p:

 C p 1: Chu n qu c t (International standard)

Các thi t b đo l ng c p chu n qu c t đ c đ nh chu n t i Trung tâm đo l ng qu c

t đ t t i Paris (Pháp) Các thi t b đo l ng chu n hóa c p 1 này theo đ nh k đ c đánh giá và ki m tra l i theo tr s đo tuy t đ i c a các đ n v c b n v t lý đ c h i ngh qu c

t v đo l ng gi i thi u và ch p nh n

 C p 2: Chu n qu c gia (National standard)

Các thi t b đo l ng t i các Vi n đ nh chu n qu c gia các qu c gia khác nhau trên

th gi i ph i đ c chu n hóa theo chu n qu c t , đ ng th i đ c đ nh chu n theo tiêu chu n riêng c a m i qu c gia Nh ng thi t b đo đ c chu n hóa theo tiêu chu n này s mang chu n qu c gia

 C p 3: Chu n khu v c (Zone standard)

Trong m t qu c gia có th có nhi u Trung tâm đ nh chu n cho t ng khu v c (standard zone center) Các thi t b đo l ng t i trung tâm này đ ng nhiên ph i mang chu n qu c gia Nh ng thi t b đo l ng đ c đ nh chu n t i các trung tâm đ nh chu n này s mang chu n khu v c

 C p 4: Chu n phòng thí nghi m (Lab standard)

Trong t ng khu v c chu n hóa s có nh ng phòng thí nghi m đ c công nh n đ chu n hóa các thi t b đ c dùng trong s n xu t công nghi p Nh v y các thi t b đ c chu n hóa t i các phòng thí nghi m này s có chu n phòng thí nghi m Do đó các thi t b đo

l ng khi đ c s n xu t ra đ c đ nh chu n t i c p nào thì s mang ch t l ng tiêu chu n

đo l ng c p đó M t thi t b sau khi đã đ c đ nh chu n và đem s d ng thì sau m t kho ng th i gian nh t đ nh ph i đ c ki m đ nh và c p gi y ch ng nh n ch t l ng l i Nói m t cách khác gi y ch ng nh n ch t l ng ch có giá tr trong m t th i h n nh t đ nh

1.8 Sai s trong đo l ng

Sai s c a phép đo là bi u hi n s không chính xác c a k t qu đo l ng so v i giá tr chính xác c a đ i l ng đo Có th kh ng đ nh r ng t t c các phép đo đ u m c sai s

Ch ng 1: T ng quan v đo l ng đi n

10

Thi t b đo dù có ch t l ng cao đ n th nào c ng v n m c sai s , ch khác là sai s đó l n hay bé mà thôi

1.8 1 Nguyên nhơn gơy ra sai s

Nguyên nhân ch quan: là nguyên nhân do ng i th c hi n phép đo gây ra vì không

n m v ng nguyên lí đo, không đ m b o các đi u ki n khi đo, ho c ghi sai k t qu đo

Nguyên nhân khách quan: là các nguyên nhân còn l i (không ph i do nguyên nhân

ch quan) Sai s do nguyên nhân khách quan gây ra th ng r t ph c t p, có th do chính thi t b đo ho c do s tác đ ng t phía môi tr ng ngoài nh h ng lên quá trình đo

Sai s ng u nhiên: do các y u t b t th ng, không có quy lu t tác đ ng Thông th ng

sai s ng u nhiên đ c thu th p t m t s l n nh ng nh h ng nh đ c tính toán trong

đo l ng có đ chính xác cao Sai s ng u nhiên th ng đ c phân tích b ng ph ng pháp

11

Giá tr th c XT c a đ i l ng đo: là giá tr c a đ i l ng đo đ c xác đ nh b ng d ng

c đo có đ chính xác cao h n d ng c đo đ c s d ng trong phép đo đang xét Giá tr

th c là k t qu trung bình c a vi c th c hi n nhi u phép đo đ c l p

Giá tr chính xác (giá tr đúng) c a đ i l ng đo th ng không bi t tr c, vì v y khi đánh giá sai s c a phép đo ng i ta s d ng giá tr th c XT c a đ i l ng đo

Sai s t ng đ i: là sai s tính theo t s ph n tr m gi a sai s tuy t đ i và giá tr th c

c a đ i l ng c n đo Sai s t ng đ i hay còn g i là gi i h n sai s dùng đ đánh giá đ chính xác c a phép đo

.100X

T

XX

Sai s quy d n: là sai s tính theo t s ph n tr m gi a sai s tuy t đ i v i gi i h n l n

nh t c a thang đo (t m đo) Sai s quy d n con đ c g i là sai s t ng đ i c a t m đo

max

.100qd

XX

Trong đó:

qd : Sai s quy d n

∆X : Sai s tuy t đ i

Xmax : Gi i h n l n nh t c a thang đo (giá tr đ nh m c)

M i d ng c đo có m t giá tr sai s tuy t đ i cho phép l n nh t, khi đó sai s quy d n cho phép l n nh t (c p chính xác) là:

max

max.100

XCCX

∆Xmax : Sai s tuy t đ i cho phép l n nh t

Xmax : Giá tr l n nh t thang đo

Ch ng 1: T ng quan v đo l ng đi n

12

Sai s quy d n cho phép l n nh t c ng chính là c p chính xác đ c dùng đ đánh giá tính chính xác c a d ng c đo C p chính xác th ng g p là: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4; 5… Nh v y m t d ng c đo s cho ra k t qu có sai s nh h n ho c b ng sai

s quy d n, n u v t quá sai s này thì d ng c đo không còn đ m b o tiêu chu n và c n

ph i đ c h c p chính xác xu ng

Ví d 1.5: M t đ ng h đo đi n áp có thang đo t 0 đ n 150V, n u sai s cao nh t là ±1,5V

thì c p chính xác là 1%

Ví d 1.6: C p chính xác c a m t Ampe k trong hình 1.3 là: CCX = 2,5% ng v i giá tr

l n nh t c a thang đo: Imax = 10A

Các đ ng h chu n c p 1 (CCX < 0,1) thì ki m đ nh b ng ph ng pháp đ c bi t và dùng đ ng h chu n g c ng h chu n c p 2 (0,1≤ CCX ≤ 0,2) thì dùng đ ng h chu n

c p 1 đ ki m đ nh Các đ ng h có ghi c p chính xác là 1, ngh a là đ ng h có gi i h n sai s cho t m đo là 1%

Ví d 1.9: Ng i ta c n ki m tra c p chính xác c a m t Vôn k , bi t Vôn k này có gi i

h n đo là 200V Dùng m t Vôn k m u có c p chính xác là 0,1 và gi i h n đo là 200V đ

ki m tra Khi đo đi n áp, Vôn k m u ch 128V và Vôn k c n ki m tra ch 124,5V

a Tính sai s tuy t đ i, sai s t ng đ i c a Vôn k c n ki m tra?

b Tìm c p chính xác c a Vôn k c n ki m tra, bi t r ng sai s tuy t đ i đã tìm đ c là

UCCX

Ví d 1.10: M t ngu n đi n có đi n áp đ nh m c là 30V Dùng Vôn k có t m đo c c đ i

là 50V đ đo đi n áp này K t qu đo đ c 30,1V

a Tính sai s tuy t đ i, sai s t ng đ i c a k t qu đo trên?

b Gi s sai s tuy t đ i đã tìm đ c là c c đ i, tìm c p chính xác c a đ ng h đo?

Gi i:

a Sai s tuy t đ i:  U U UT  30,1 30 0,1V

Ch ng 1: T ng quan v đo l ng đi n

14

Sai s t ng đ i: U 100

T

UU

UCCX

UCCX

15

Cơu 4: gi m nh sai s ng u nhiên th ng dùng ph ng pháp:

A Ki m đ nh thi t b đo th ng xuyên B Th c hi n phép đo nhi u l n

C C i ti n ph ng pháp đo D Kh c ph đi u ki n môi tr ng

Cơu 5: Sai s tuy t đ i là:

A Hi u s gi a giá tr th c v i giá tr đ nh m c

B T s gi a giá tr th c v i giá tr đ nh m c

C T s gi a giá tr th c v i giá tr đo đ c

D Hi u s gi a giá tr th c v i giá tr đo đ c

Cơu 6: Sai s t ng đ i là:

A T s gi a giá tr đo đ c v i giá tr đ nh m c

B T s gi a sai s tuy t đ i v i giá tr đo đ c

C T s gi a sai s tuy t đ i v i giá tr th c

D T s gi a sai s tuy t đ i v i giá tr đ nh m c

Cơu 7: C p chính xác c a thi t b đo là:

A Sai s gi i h n tính theo giá tr đ nh m c c a thi t b đo

B Sai s gi i h n tính theo giá tr th c c a đ i l ng c n đo

C Sai s gi i h n tính theo giá tr trung bình c ng s đo

D Sai s gi i h n tính theo giá tr đo đ c

Cơu 8: Sai s nào sau đây đ c dùng đ đánh giá đ chính xác c a phép đo?

A Sai s tuy t đ i B Sai s t ng đ i

C Sai s quy d n D Sai s quy d n cho phép l n nh t

Cơu 9: Sai s nào sau đây đ c dùng đ đánh giá đ chính xác c a d ng c đo?

A Sai s tuy t đ i B Sai s t ng đ i

C Sai s quy d n D Sai s quy d n cho phép l n nh t

Cơu 10: Vi c chu n hóa thi t b đo th ng đ c xác đ nh theo:

Cơu 11: i l ng đi n th đ ng là nh ng đ i l ng đi n tr ng thái bình th ng:

A Có mang n ng l ng đi n B Có dòng đi n

C Không mang n ng l ng đi n D Có đi n áp

Cơu 12: i l ng đi n tác đ ng là nh ng đ i l ng đi n tr ng thái bình th ng:

A Có mang n ng l ng đi n B Không mang n ng l ng đi n

Ch ng 1: T ng quan v đo l ng đi n

16

Cơu 13: M t thi t b đo có đ nh y càng l n thì sai s do thi t b đo gây ra:

Cơu 14: M t Vôn k có gi i h n đo 250V, dùng Vôn k này đo đi n áp 200V thì Vôn k

Cơu 17: M t đi n tr có thông s R = 330Ω ± 5% Kho ng giá tr c a đi n tr này là:

17

B – Ph n t lu n

Cơu 1: i l ng đo đ c phân lo i nh th nào? Cho ví d minh h a

Cơu 2: Ph ng pháp đo là gì? Trình bày các lo i ph ng pháp đo

Cơu 3: M t Ampe k có gi i h n đo là 20A, c p chính xác 1% Tìm gi i h n sai s khi

đo dòng đi n 5A

Cơu 4: M t Ampe k có gi i h n đo 20A, c p chính xác 1,5% Tìm kho ng giá tr th c

c a dòng đi n c n đo khi Ampe k ch 12A

Cơu 5: M t Vôn k có sai s t m đo ±1% t m đo 250V Tìm gi i h n sai s khi đo đi n

áp 172V

Cơu 6: M t Vôn k có gi i h n đo 250V, dùng Vôn k này đo đi n áp 150V thì Vôn k

ch 156V Tính sai s t ng đ i c a phép đo

Cơu 7: Ng i ta c n ki m tra c p chính xác c a m t Vôn k , bi t Vôn k này có gi i h n

đo là 300V Dùng m t Vôn k m u có c p chính xác là 0,1 và gi i h n đo là 300V đ ki m tra Khi đo đi n áp, Vôn k m u ch 152V và Vôn k c n ki m tra ch 155,7V

a Tính sai s tuy t đ i, sai s t ng đ i c a Vôn k c n ki m tra?

b Tìm c p chính xác c a Vôn k c n ki m tra, bi t r ng sai s tuy t đ i đã tìm đ c

là sai s tuy t đ i l n nh t?

Cơu 8: M t ngu n đi n có đi n áp đ nh m c là 50V Dùng Vôn k có t m đo c c đ i là

100V đ đo đi n áp này K t qu đo đ c 50,2V

a Tính sai s tuy t đ i, sai s t ng đ i c a k t qu đo trên?

b Gi s sai s tuy t đ i đã tìm đ c là c c đ i, tìm c p chính xác c a đ ng h đo?

Cơu 9: M t ngu n đi n có đi n áp đ nh m c là 50V, dùng đ c p đi n cho m t t i 5Ω Khi đo dòng đi n qua t i b ng Ampe k , k t qu đo có sai s là 5% so v i k t qu tính toán

a Xác đ nh dòng đi n mà Ampe k đo đ c?

b Tính sai s tuy t đ i c a Ampe k ?

b Gi s sai s tuy t đ i đã tìm đ c là c c đ i, tìm c p chính xác c a đ ng h đo,

bi t Ampe k có gi i h n đo là 20A?

Cơu 10: M t Vôn k có sai s t m đo ±2% t m đo 400V Dùng Vôn k này đ đo đi n

áp 150V

a Tính gi i h n sai s và vi t k t qu đo?

b Tìm kho ng giá tr c a k t qu đo?

Ch ng 2: C c u ch th c a thi t b đo l ng

19

Ch th c đi n là c c u ch th có tín hi u vào là đi n áp hay dòng đi n và tín hi u ra

là góc quay c a kim ch th i l ng c n đo s tr c ti p bi n đ i thành góc quay c a kim

ch th , t c là n ng l ng đi n t s đ c chuy n thành n ng l ng c h c

Ch th t ghi là c c u ch th s d ng m t lo i ng chân không đ c bi t đ c g i là Cathode Ray Tube (CRT) là lo i đèn hình dùng s i đ t Giúp hi n th các d ng tín hi u lên màn hình m t cách tr c quan

Ch th s là c c u ch th s d ng thi t b đi n t nh màn hình LCD, LED,… có c u trúc g n nh , hi n đ i, có kh n ng giao ti p máy tính và in ra d ng sóng Giúp ng i dùng

có đ c k t qu nhanh chóng và đ y đ

 M t s ký hi u trên d ng c đo

B ng 2.1 ch ra các ký hi u quy c trên m t đ ng h đo và ý ngh a c a chúng

1 Lo i c c u đo

C c u ki u t đi n, khung dây ph n đ ng

C c u ki u t đi n, nam châm ph n đ ng

C c u đo t đi n dùng diode ch nh l u

20

t thi t b đo theo ph ng n m ngang

t thi t b đo nghiêng m t góc 60° so v i ph ng

(3) Lõi s t

Ph n đ ng

(4) Kim ch th (5) Khung dây (6) Lò xo xo n c

Hình 2.2: C c u ch th t đi n

Khung dây: g m nhi u vòng dây làm b ng đ ng cùng qu n trên m t khuôn nhôm hình

ch nh t Dây đ ng có ti t di n nh kho ng (0,02 ÷ 0,05)mm có ph cách đi n bên ngoài Toàn b khung dây đ c đ t trên tr c quay Khung dây chuy n đ ng nh l c t ng tác

gi a t tr ng c a khung dây (khi có dòng đi n ch y qua) và t tr ng c a nam châm v nh

c u Kh i l ng c a khung dây ph i càng nh càng t t đ Momen quán tính không nh

h ng nhi u đ n chuy n đ ng quay c a khung dây

Lõi s t: có d ng hình tr tròn đ c đ t gi a hai c c c a nam châm v nh c u sao cho khe h không khí gi a chúng đ nh và cách đ u các c c t Nh lõi s t mà t tr gi a các

c c t đ c gi m nh và do đó làm t ng m t đ t thông qua khe h không khí

Lò xo xo n c: đ c b trí hai đ u c a khung dây v i chi u ng c nhau, m t đ u lò

xo g n vào tr c c a khung dây, đ u kia g n c đ nh Lò xo xo n c có nhi m v ch y u

là t o ra Momen c n (Mc) cân b ng v i l c đi n t , ngoài ra lò xo đ c dùng đ d n dòng

đi n vào và ra khung dây và khi không có dòng đi n đi vào, lò xo s đ a kim ch th v v trí ban đ u

22

Kim ch th: đ c g n li n v i khung dây đ có th d ch chuy n theo khung, v trí kim

s ch giá tr t ng ng trên m t thang đo Kim th ng làm b ng nhôm m ng, đuôi kim có

g n đ i tr ng đ tr ng tâm c a kim n m trên tr c quay, đi u này giúp gi th ng b ng cho

ph n đ ng u kim d t và có chi u dày bé h n kho ng cách các v ch trên thang chia đ Nam châm v nh c u: g m hai c c N và S đ c thi t k bo tròn theo lõi s t sao cho khe

h gi a ph n t nh và ph n đ ng đ nh nh m t o ra t tr ng đ u

2.2.1.2 Nguyên lỦ ho t đ ng vƠ ph ng trình đ c tính thang đo

Khi có dòng đi n ch y qua khung dây thì t tr ng c m ng c a khung dây s tác d ng

v i t tr ng c a nam châm v nh c u L c t ng tác này s tác đ ng lên các c nh c a khung dây t o ra Momen quay làm d ch chuy n ph n đ ng Chi u c a l c t ng tác đ c xác đ nh theo quy t c bàn tay trái Khi dòng đi n c a đ i l ng c n đo càng l n thì khung dây quay càng nhi u, do đó góc quay c a kim ch th càng l n

L c đi n t tác d ng lên các c nh khung dây có tr s b ng nhau nh ng ng c chi u

B : đ c m ng t trong khe h không khí (T)

I : c ng đ dòng đi n ch y qua khung dây (A)

L : chi u dài tác d ng c a khung dây (m)

Momen quay c a l c đi n t F:

.q

W : b r ng khung dây (m)

S : di n tích c a khung dây (m2)

.q

Ch ng 2: C c u ch th c a thi t b đo l ng

23

H s c n c a lò xo ph thu c vào tính ch t đàn h i c a v t li u ch t o lò xo c ng nh kích th c hình d ng c a nó

Khi khung dây đ ng yên v trí t ng ng v i dòng đi n c n đo, ta có:

N B S

IK

- T tr ng do nam châm v nh c u t o ra m nh ít b nh h ng b i t tr ng ngoài

- Công su t tiêu th c a khung dây r t nh (t 25µW đ n 200µW)

24

- C c u ch th t đi n dùng đ ch t o Vôn k , Ampe k , Ohm k nhi u thang đo

và d i đo r ng v i đ chính xác cao

- Dùng v i các b bi n đ i nh ch nh l u có th đo đ c dòng, áp xoay chi u

Hình 2.3: Thi t b đo ch th kim dùng c c u t đi n

2.2.2 C c u đi n t

2.2.2.1 C u t o

C c u ch th đi n t g m hai lo i chính: c c u ch th đi n t lo i hút (ki u cu n dây

d t) và c c u ch th đi n t lo i đ y (ki u cu n dây tròn)

 C c u đi n t lo i hút

Ph n t nh

(1) Cu n dây d t (2) Nam châm

Ph n đ ng

(3) Kim ch th (4) Tr c quay (5) Lò xo xo n c (6) Mi ng s t đ ng (7) Lá đ m

Hình 2.4: C c u đi n t lo i hút

Ph n t nh là cu n dây d t Ph n đ ng là m t mi ng s t đ t l ch tâm (mi ng s t đ ng)

có th quay trong khe h c a cu n dây Trên tr c còn g n thêm m t lá đ m, k t h p v i nam châm t o thành b ph n c n d u cho c c u đo B ph n c n d u giúp kim ch th nhanh chóng n đ nh đ ng i th c hi n phép đo có th quan sát đ c k t qu Lá đ m đ c làm

Ch ng 2: C c u ch th c a thi t b đo l ng

25

b ng nhôm nên có th xem nh m t vòng ng n m ch Khi lá đ m chuy n đ ng, t thông

g i qua lá đ m bi n thiên làm phát sinh dòng đi n c m ng Dòng đi n c m ng này s có chi u sao cho t thông mà nó sinh ra ch ng l i s bi n thiên c a t thông đã sinh ra nó, do

v y nó có tác d ng ng n c n dao đ ng c a lá đ m Ph ng pháp c n d u d a trên nguyên

lí c m ng đi n t t o ra l c c n khá m nh nên đ c ng d ng ph bi n

 C c u đi n t lo i đ y

Ph n t nh

(1) Cu n dây tròn (2) Mi ng s t c đ nh

Ph n đ ng

(3) Kim ch th (4) Tr c quay (5) Lò xo xo n c (6) Mi ng s t đ ng

2.2.2.2 Nguyên lỦ ho t đ ng vƠ ph ng trình đ c tính thang đo

M t cách đ n gi n ta có th hi u c c u đi n t nh m t nam châm đi n hút m t lõi s t

t có g n kim ch th Khi cho dòng đi n m t chi u (DC) ho c xoay chi u (AC) đi vào cu n dây c đ nh, trong lòng cu n dây xu t hi n t tr ng

i v i cu n dây d t, t tr ng này s t hóa mi ng s t đ ng và hút nó vào trong lòng khi n cho tr c quay và kim ch th quay theo Khi t tr ng càng l n thì góc quay c ng càng l n Nh v y dòng đi n c a đ i l ng c n đo s không đi vào ph n quay nh trong

c c u t đi n mà vào ph n đ ng yên