intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trình Đo lường điện và thiết bị đo - Trường CĐ Giao thông Vận tải

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:117

Thêm vào BST
Báo xấu
34
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cuốn giáo trình chứa nội dung của 8 chương theo đúng trình tự và mục tiêu thiết kế của chương trình, 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. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Đo lường điện và thiết bị đo - Trường CĐ Giao thông Vận tải

  1. ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ …………..o0o………….. GIÁO TRÌNH ĐO LƢỜNG ĐIỆN & KỸ THUẬT ĐO ĐO LƯỜNG ĐIỆN & THIẾT BỊ ĐO BIÊN SOẠN: 1. Ths.NGUYỄN NGỌC TRUNG 2. NGUYỄN ĐỨC LỢI TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2015
  2. 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 đƣợc dùng trong lĩnh vực đo lƣờng, đã đƣợc giảm thiểu về kích thƣớc, 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 lƣờng. Đo lƣờng cũng đƣợc 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 lƣờng điện và Thiết bị đo” cung cấp cho ngƣời học những kiến thức cơ bản trong lĩnh vực đo lƣờng nhƣ đo áp, đo dòng, công suất, các thông số về điện trở, điện cảm, điện dung, trở kháng toàn mạch. Đây là những đại lƣợng điện thƣờng gặp trong quá trình thiết kế và thi công mạch điện cũng nhƣ khắc phục, sửa chữa, cân chỉnh các thông số khi mạch điện gặp sự cố, hƣ 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 đƣợc cấu tạo, cơ chế hoạt động, biết cách sử dụng các thiết bị đo, dụng cụ đo đúng cách nhằm hạn chế sai số, hƣ hỏng có thể xảy ra trong qua trình đo lƣờng. Bên cạnh đó, môn học cũng còn giới thiệu cho sinh viên một số loại dụng cụ đo cần thiết trên bƣớc đƣờng học tập cũng nhƣ lập nghiệp sau này nhƣ 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 đƣợc biên soạn dựa trên chƣơng trình khung đề cƣơng chi tiết “Đo lƣờng điện và thiết bị đo” đây là chƣơng trình đào tạo dành cho sinh viên hệ cao đẳng ngành điện, điện tử, tự động hóa và đã đƣợc HỘI ĐỒNG THẨM ĐỊNH KHOA HỌC của nhà trƣờng thông qua vào tháng 4/2015. Cuốn giáo trình chứa nội dung của 8 chƣơng theo đúng trình tự và mục tiêu thiết kế của chƣơng trình. Các bài học lý thuyết đƣợc 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 chƣơng đều có phần câu hỏi ôn tập nhằm giúp ngƣời đọc củng cố kiến thức và rèn luyện thêm kỹ năng. Cuốn giáo trình đƣợc biên soạn khá công phu, mỗi phần đều có lời giải thích chi tiết đáp ứng đƣợc 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 nhƣ vật lý, toán học, mạch điện. Yêu cầu sinh viên cần đọc trƣớc tài liệu và biên soạn, chuẩn bị các nội dung cần thảo luận trƣớc khi đến lớp. Mặc dù, nhóm biên soạn đã rất cố gắng, tận tâm nhƣng 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
  3. MỤC LỤC CHƢƠNG 1 : KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƢỜNG. ( 6 TIẾT ) ........................................................................ 6 1.1 Đại lƣợng đo lƣờng. ........................................................................................................................ 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 phƣơng pháp đo lƣờng:...................................................................................... 7 1.3 Chuẩn hóa trong đo lƣờng. ............................................................................................................ 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 lƣờng. ................................................................................................................... 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 phƣơng pháp hạn chế sai số ............................................................................................ 14 1.5 Hệ số đo. ........................................................................................................................................ 15 CHƢƠNG 2 : CÁC CƠ CẤU ĐO LƢỜNG ( 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 3.4 Volt kế điện tử đo AC. .................................................................................................................. 45
  4. 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 phƣơng pháp điện áp .............................................................................................................. 55 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 CHƢƠNG 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 phƣơng pháp biến đổi thẳng: ......................................................................... 76 6.7.2 Đo tần số bằng phƣơng 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 lƣợng dùng công tơ điện. ......................................................................................... 79 CHƢƠNG 7 : DAO ĐỘNG KÝ. (6 TIẾT) ............................................................................................. 84
  5. 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 CHƢƠNG 8 : MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO THÔNG THƢỜNG (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 Ƣu và nhƣợc 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
  6. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng CHƢƠNG 1 : KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƢỜNG. ( 6 TIẾT ) 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 tƣợng đó để có các quyết định phù hợp. Sự đánh giá các thông số quan tâm của các đối tƣợng nghiên cứu đƣợc thực hiện bằng cách đo các đại lƣợng vật lý đặc trƣng cho các thông số đó. Qua đó sinh viên sẽ tìm hiểu cách tính toán sai số của phép đo, chuẩn hóa trong đo lƣờng. Trong chƣơng 1 sẽ giới thiệu các nội dung chính sau đây: 1.1. Đại lƣợng đo lƣờng. 1.2. Chức năng, đặc điểm của thiết bị đo. 1.3. Chuẩn hóa trong đo lƣờng. 1.4. Sai số trong đo lƣờng. 1.5. Hệ số đo. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 6
  7. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng 1.1 Đại lƣợng đo lƣờng. Đo lƣờng là một quá trình đánh giá định lƣợng đại lƣợng cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo. Kết quả đo lƣờng (Ax) là giá trị bằng số, đƣợc định nghĩa bằng tỉ số giữa đại lƣợng cần đo (X) và đơn vị đo (Xo): Kết quả đo đƣợc biểu diễn dƣới dạng: X Ax = => X = Ax.X0 (1-1) X0 Trong đó: X : đại lƣợng đo X0: đơn vị đo Ax: kết quả đo. Từ (1.1) có phƣơng trình cơ bản của phép đo: X = Ax . Xo , chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, nhƣ vậy muốn đo đƣợc thì đại lƣợng cần đo X phải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh đƣợc, khi muốn đo một đại lƣợng không có tính chất so sánh đƣợc thƣờng phải chuyển đổi chúng thành đại lƣợng có thể so sánh đƣợc. Ví dụ: U=220V; U-điện áp; 220- giá trị đo; V- đơn vị đo Đại lƣợng nào so sánh đƣợc với mẫu hay chuẩn thì mới đo đƣợc. Nếu các đại lƣợng không so sánh đƣợc thì phải chuyển đổi về đại lƣợng so sánh đƣợc với mẫu hay chuẩn rồi đo. Đo lƣờng điện là một quá trình đánh giá định lƣợng đại lƣợng 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 ngƣời 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 lƣờng , các dụng cụ đo , các tổng hợp thiết bị đo lƣờng và hệ thống thông tin đo lƣờng 1.2.2 Đặc điểm các phƣơng pháp đo lƣờng: Phƣơng 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 phƣơng pháp đo khác nhau phụ thuộc vào các phƣơng pháp nhận thông tin đo và nhiều yếu tố khác nhƣ đại lƣợng đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu… Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 7
  8. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng Tùy thuộc vào đối tƣợng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu của phép đo mà ngƣời quan sát phải biết chọn các phƣơng pháp đo khác nhau để thực hiện tốt quá trình đo lƣờng. Có thể có nhiều phƣơng pháp đo khác nhau nhƣng trong thực tế thƣờng phân thành 2 loại phƣơng pháp đo chính là phương pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu so sánh.  Phƣơng pháp đo biến đổi thẳng + Định nghĩa: là phƣơng pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không có khâu phản hồi. + Quá trình thực hiện: Đại lƣợng cần đo X qua các khâu biến đổi để biến đổi thành con số NX, đồng thời đơn vị của đại lƣợng đo XO cũng đƣợc biến đổi thành con số NO. Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lƣợng đo và đơn vị (thực hiện phép chia NX/NO), Thu đƣợc kết quả đo: AX = X/XO = NX/NO . (1.2) Hình 1.1. Lƣu đồ phƣơng pháp đo biến đổi thẳng. Quá trình này đƣợc 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 đƣợc qua bộ biến đổi tƣơng tự - số A/D để có NX và NO , qua khâu so sánh có NX/NO. Dụng cụ đo biến đổi thẳng thƣờng 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 thƣờng đƣợc sử dụng khi độ chính xác yêu cầu của phép đo không cao lắm.  Phƣơng pháp đo kiểu so sánh: + Định nghĩa: là phƣơng pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa là có phản hồi. + Quá trình thực hiện: Đại lƣợng đo X và đại lƣợng mẫu XO đƣợc biến đổi thành một đại lƣợng 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 lƣợng bằng nhau đọc kết quả XK sẽ có đƣợc kết quả đo. Quá trình đo nhƣ 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). Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 8
  9. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng Hình 1.2. Lƣu đồ phƣơng pháp đo kiểu so sánh. + Các phƣơng pháp so sánh: bộ so sánh SS thực hiện việc so sánh đại lƣợng đo X và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK, qua bộ so sánh có: ΔX = X - XK. Tùy thuộc vào cách so sánh mà sẽ có các phƣơng pháp sau:  So sánh cân bằng: Quá trình thực hiện: đại lƣợng cần đo X và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK = NK.XO đƣợc so sánh với nhau sao cho ΔX = 0, từ đó suy ra X = XK = NK.XO, suy ra kết quả đo: AX = X/XO = NK (1.3) Trong quá trình đo, XK phải thay đổi khi X thay đổi để đƣợc kết quả so sánh là ΔX = 0 từ đó suy ra kết quả đo. Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiết bị chỉ thị cân bằng (độ chính xác khi nhận biết ΔX = 0). Ví dụ: cầu đo, điện thế kế cân bằng là kiểu so sánh cân bằng  So sánh không cân bằng: Quá trình thực hiện: đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK là không đổi và biết trƣớc, qua bộ so sánh có đƣợc ΔX = X - XK, đo ΔX sẽ có đƣợc đại lƣợng đo X = ΔX + XK từ đó có kết quả đo: AX = X/XO = (ΔX + XK)/XO. (1.4) Độ chính xác: độ chính xác của phép đo chủ yếu do độ chính xác của XK quyết định, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ chính xác của phép đo ΔX, giá trị của ΔX so với X (độ chính xác của phép đo càng cao khi ΔX càng nhỏ so với X). Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng để đo các đại lƣợng không điện Ví dụ: Nhƣ 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 tƣơng ứng của đại lƣợng đo X và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra X = XK (1.5) Đầu tiên dƣới tác động của X gây ra một trạng thái nào đo trong thiết bị đo, sau đó thay X bằng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 9
  10. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng đại lƣợng mẫu XK thích hợp sao cho cũng gây ra đúng trạng thái nhƣ khi X tác động, từ đó suy ra X = XK. Nhƣ vậy rõ ràng là XK phải thay đổi khi X thay đổi. Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK. Phƣơng pháp này chính xác vì khi thay XK bằng X thì mọi trạng thái của thiết bị đo vẫn giữ nguyên. Thƣờng thì giá trị mẫu đƣợc đƣa vào khắc độ trƣớc, sau đó qua các vạch khắc mẫu để xác định giá trị của đại lƣợng đo X. Ví dụ: Thiết bị đo theo phƣơng pháp này là các thiết bị đánh giá trực tiếp nhƣ vônmét, ampemét chỉ thị kim.  So sánh đồng thời: Quá trình thực hiện: so sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lƣợng đo X và đại lƣợng mẫu XK, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lƣợng đo. Ví dụ: xác định độ dài 1inch bằng bao nhiêu mm: lấy 1 thƣớc có chia độ mm (mẫu), và 1 thƣớc kia theo inch (đại lƣợng cần đo), đặt 2 thƣớc có điểm 0 trùng nhau, đọc các điểm trùng nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, từ đó có đƣợc:1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm Trong thực tế thƣờng sử dụng phƣơng 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 phƣơng 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: nhƣ gián tiếp nhƣng 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 lƣờng. Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lƣợng đo nào đó đƣợc quốc tế qui định mà mỗi quốc gia đều phải tuân thủ . Trên thế giới ngƣời ta đã chế tạo ra những đơn vị tiêu chuẩn đƣợc 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: đƣợc thể hiện bằng các đơn vị chuẩn với độ chính xác cao nhất mà khoa học kỹ thuật hiện đại có thể thực hiện đƣợc . 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 đƣợc sử dụng tùy mỗi quốc gia, mỗi lĩnh vực áp dụng: - Hệ SI (System International). - Hệ CGS (Centimeter Gramme Second). Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 10
  11. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng - Hệ Anh (English). - Hệ MKS (Meter Kilogram Second). - Hệ MKSA (Meter Kilogram Second Ampere). - Hệ Á Đông (thƣớc, tấc, yến, tạ, sào, mẫu…). - Hệ phi tổ chức (gang tay, sào đứng, bƣớc 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 nhƣ điều chỉnh, xác định các thông số trong dụng cụ đo. 1.3.1 Các đơn vị điện hệ SI Ngày nay các nƣớc thƣờng sử dụng hệ thống đơn vị thống nhất đó là hệ thống quốc tế SI là hệ thống đã đƣợc thông qua ở hội nghị quốc tế năm 1960. Các đơn vị điện cơ bản gồm có các đơn vị sau: Lƣợng điện, Điện áp, thế điện động Cƣờng độ điện trƣờng, Điện dung, Điện trở, Điện trở riêng, Hệ số điện môi tuyệt đối. Sau đây ta sẽ xét một số đơn vị điện cụ thể.  Các đơn vị của dòng điện và điện tích Dòng điện là dòng chuyển dời có hƣớng của các điện tích. Đơn vị cƣờng độ dòng điện là Ampe (kí hiệu là A). Ngoài đơn vị là Ampe (A), để đo cƣờng độ dòng điện ngƣời ta còn dùng các đơn vị khác nhƣ : 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 trƣng cho tƣơng tác điện từ giữa chúng. Đơn vị của điện tích trong hệ SI là Culông (viết tắt là C). Kí hiệu Q đƣợc dùng để diễn tả độ lớn một lƣợng điện tích xác định, gọi là Điện lƣợng 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 thƣờng đƣợc 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 ngƣời ta còn dùng các đơn vị nhƣ : 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). Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 11
  12. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng Điện dẫn là đại lƣợng 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 ngƣời ta còn dùng một số các đơn vị nhƣ : 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 cƣờng độ từ thông. Từ thông là thông lƣợng đƣờng 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 trƣng cho khả năng sinh ra dòng điện cảm ứng mạnh hay yếu của cuộn dây. Hiện tƣợng 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 trƣng 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 lƣờng đƣợc xác định thông qua việc chuẩn hóa (calibration) khi thiết bị đƣợc xuất xƣởng. Việc chuẩn hóa đƣợc xác định thông qua 4 cấp • Cấp 1: Chuẩn quốc tế (International Standard). Các thiết bị đo lƣờng muốn đƣợc cấp chuẩn quốc tế đều phải đƣợc thực hiện định chuẩn tại Trung tâm đo lƣờng quốc tế tại Paris (Pháp). Những thiết bị đo đƣợc chuẩn hóa theo cấp 1đều đƣợc định kỳ kiểm tra và đánh giá định kỳ. • Cấp 2: Chuẩn quốc gia (National Standard). Các thiết bị đo lƣờng tại các Viện định chuẩn quốc gia ở các nƣớc trên thế giới đƣợc định theo chuẩn quốc tế và các thiết bị đo lƣờng trong một quốc gia đƣợc 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 phòng thí nghiệm đƣợc cấp phép để định chuẩn cho thiết bị dùng trong công nghiệp. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 12
  13. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng Nhƣ vậy: Thiết bị đo lƣờng khi đƣợc sản xuất ra đƣợc chuẩn hóa tại cấp nào sẽ mang chất lƣợng tiêu chuẩn đo lƣờng của cấp đó. Ngoài ra, để đảm bảo độ chính xác và tin cậy, các thiết bị đo lƣờng đều phải định kỳ chuẩn hóa. 1.4 Sai số trong đo lƣờng. Đo lƣờng là một phƣơng pháp vật lý thực nghiệm nhằm mục đích thu đƣợc những tin tức về đặc tính số lƣợng của một quá trình cần nghiên cứu. Nó đƣợc thực hiện bằng cách so sánh một đại lƣợng cần đo với đại lƣợng đo tiêu chuẩn. Kết quả đo có thể biểu thị bằng số hay biểu đồ. Tuy nhiên, kết qủa đo đƣợc chỉ là một trị số gần đúng, nghĩa là phép đo có sai số. Vấn đề là cần đánh giá đƣợc độ chính xác của phép đo. Khi tính toán sai số cần tính tới trƣờng hợp các sai số kết hợp với nhau theo hƣớng 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: - Phƣơng pháp đo đƣợc chọn. - Mức độ cẩn thận khi đo. Do vậy kết quả đo lƣờng không đúng với giá trị chính xác của đại lƣợng đo mà có sai số, gọi là sai số của phép đo. Nhƣ vậy muốn có kết quả chính xác của phép đo thì trƣớc khi đo phải xem xét các điều kiện đo để chọn phƣơng pháp đo phù hợp, sau khi đo cần phải gia công các kết quả thu đƣợc nhằm tìm đƣợc 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 tƣơng đối. - Sai số phƣơng pháp. - Sai số thiết bị. - Sai số chủ quan. - Sai số bên ngoài. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 13
  14. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng - 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 Theo nguồn gây ra Theo qui luật xuất bằng số sai số hiện của sai số - Sai số tuyệt đối - Sai số phƣơng pháp - Sai số hệ thống. Loại sai số - Sai số tƣơng đối - Sai số thiết bị. - Sai số ngẫu nhiên - Sai số chủ quan. - Sai số bên ngoài. Sai số khách quan: do dụng cụ đo không hoàn hảo, đại lƣợng đo bị can nhiễu do môi trƣờng bên ngoài nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, áp suất Sai số chủ quan: Là sai do lựa chọn phƣơng pháp đo và dụng cụ đo không hợp lý, trình độ của ngƣời 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 thƣờng xuyên hay các yếu tố có quy luật tác động. Nó khiến cho kết quả đo có sai số của lần đo nào cũng nhƣ nhau, nghĩa là kết quả của các lần đo đều lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị thực của đại lƣợng đo. Sai số ngẫu nhiên: Là sai số mà giá trị của nó thay đôi rất ngẫu nhiên do sự thay đổi của môi trƣờng 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 thƣờng, không có quy luật tác động. Do vậy, sai số hệ thống có thể xử lý đƣợc nhờ lấy lại chuẩn nhƣng sai số ngẫu nhiên không thể xử lý đƣợc vì không biết quy luật tác động. Thị sai: Là sai số sinh ra do ngƣời đo quan sát sai nên đọc không chính xác giá trị đo dẫn đến kết quả đo bị sai. 1.4.3 Các phƣơng 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, nhƣng 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 trƣớc khi đo: Phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trƣớc khi sử dụng; chuẩn bị trƣớc khi đo; chỉnh "0" trƣớc khi đo… - Quá trình đo có phƣơng pháp phù hợp: Tiến hành nhiều phép đo bằng các phƣơng pháp Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 14
  15. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng khác nhau; sử dụng phƣơng pháp thế… - Xử lý kết quả đo sau khi đo: Sử dụng cách bù sai số ngƣợc dấu (cho một lƣợng hiệu chỉnh với dấu ngƣợc lại); trong trƣờng hợp sai số hệ thống không đổi thì có thể loại đƣợc bằng cách đƣa vào một lƣợng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh: o Lƣợng hiệu chỉnh: Là giá trị cùng loại với đại lƣợng đo đƣợc đƣa thêm vào kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống. o Hệ số hiệu chỉnh: Là số đƣợc 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 hƣởng sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫu nhiên.  Xử lý kết quả đo. Nhƣ 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 đƣợc biểu diễn dƣới dạng tổng của hai thành phần sai số đó: ΔX = θ + Δ (1.6) Để nhận đƣợc các kết quả sai lệch ít nhất so với giá trị thực của đại lƣợng đo cần phải tiến hành đo nhiều lần và thực hiện gia công (xử lý) kết quả đo (các số liệu nhận đƣợc 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 lƣợng đo thƣờng không biết trƣớc, vì vậy khi đánh giá sai số của phép đo thƣờng sử dụng giá trị thực Xth của đại lƣợng đo. Nhƣ 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 tƣởng của kết quả đo là một trong những nhiệm vụ cơ bản của đo lƣờng 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 lƣờng so với giá trị chính xác của đại lƣợng đo. Giá trị thực Xth của đại lƣợng đo: Là giá trị của đại lƣợng đo xác định đƣợc với một độ chính xác nào đó (thƣờng nhờ các dụng cụ mẫu có cáp chính xác cao hơn dụng cụ đo đƣợc sử dụng trong phép đo đang xét). Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 15
  16. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng  Sai số tuyệt đối ΔX: Là hiệu giữa đại lƣợng đo X và giá trị thực Xth : ΔX = X - Xth (1.7)  Sai số tƣơng đối γX : Là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tính bằng phần trăm: X X  .100(%)  th. (1.8) Vì X  X th ,nên có thể có: X X  .100(%)  (1.9) Sai số tƣơng đối đặc trƣng cho chất lƣợng của phép đo.  Độ chính xác của phép đo ε : Đại lƣợng nghịch đảo của sai số tƣơng đối:  th 1  . X X (1.10) 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 lƣợng vật lý thƣờng tuân theo luật phân bố chuẩn (luật phân bố Gauxơ-Gauss). Nếu sai số ngẫu nhiên vƣợt quá một giá trị nào đó thì xác suất xuất hiện sẽ hầu nhƣ bằng không và vì thế kết quả đo nào có sai số ngẫu nhiên nhƣ vậy sẽ bị loại bỏ. Các bƣớc tính sai số ngẫu nhiên: Xét n phép đo với các kết quả đo thu đƣợc là x1, x2, ..., xn. Tính ƣớc lƣợng kì vọng toán học mX của đại lƣợng đo:  X 1  X 2  .....  X n n x mX  X   i , n i 1 n (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 vi :  vi  xi  X (1.12) vi (còn gọi là sai số dƣ). Tính khoảng giới hạn của sai số ngẫu nhiên: Đƣợc tính trên cơ sở đƣờng phân bố chuẩn: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 16
  17. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng   1 ,  2 , thƣờng chọn:   1 ,  2  với: n v 2 i 1   2  i 1 (1.13) n.(n  1) 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 dƣ vi nằm ngoài khoảng 1 ,  2  sẽ bị loại. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 17
  18. Chƣơng 1: Khái niệm về đo lƣờng CÂU HỎI ÔN TẬP. TỰ LUẬN Câu 1) Có mấy phƣơng pháp đo, hãy nêu tên các phƣơng pháp đo đó? Câu 2) Hãy trình bày các bƣớc thực hiện phƣơng 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? TRẮC NGHIỆM Câu 1) Biểu thức tính sai số tƣơng đối   th a. vi  xi  X 1 c.   . X X X b.  X  .100(%) d. ΔX = X - Xth  th. Câu 2) Sai số có quy luật hoặc không đổi là a. Sai số hệ thống c. Sai số do dụng cụ đo b. Sai số ngẫu nhiên d. Sai số tƣơng đối Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 18
  19. Chƣơng 2: Các cơ cấu đo lƣờng CHƢƠNG 2 : CÁC CƠ CẤU ĐO LƢỜNG ( 6 tiết) Dụng cụ đo lƣờng điện tƣơng 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 đƣợc 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 tƣơng tự, chỉ thị số…Các loại dụng cụ này mặc dù đa dạng nhƣng 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 lƣợng đo thành tín hiệu điện. Là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo, quyết định độ chính xác cũng nhƣ độ nhạy của dụng cụ đo. Có nhiều loại chuyển đổi sơ cấp khác nhau tùy thuộc đại lƣợng đo và đại lƣợng 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 thƣờng 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 lƣờng dƣới dạng con số so với đơn vị sau khi qua mạch đo. Các kiểu chỉ thị thƣờng gặp gồm: chỉ thị bằng kim hoặc chỉ thị số Nội dung chƣơng 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. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 19
  20. Chƣơng 2: Các cơ cấu đo lƣờng 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) đƣợc quấn bắng dây đồng. Khung dây đƣợc gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có hai lò xo cản (7) mắc ngƣợc 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), dƣới tác động của từ trƣờng 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 đƣợc tính theo biểu thức: dWe Mq  = B.S.W.I (2.1) d 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: 1 M q  M c  B.S .W .I  D.    .B.S .W .I  S I .I D (2.2) Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2