Giáo trình đo lường điện phạm thị minh phương (chủ biên)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI Chủ biên: Phạm Thị Minh phương GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ (Lưu hành nội bộ) Hà Nội năm 2012                                                                                                                               LỜI NĨI ĐẦU  Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng  nghề  thực hành nghề  giữ  một vị  trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề  cho   học sinh. Việc dạy thực hành địi hỏi nhiều yếu tố: vật tư  thiết bị  đầy đủ  đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với u   cầu thực tế Nội dung của giáo trình “Đo lường điện­ nghề cơ điện tử” đã được xây  dựng trên cơ sở  kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp   với những nội dung mới nhằm đáp ứng u cầu nâng cao chất lượng đào tạo   phục vụ sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,.  Giáo trình nội bộ này do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm  làm cơng tác trong ngành đào tạo chun nghiệp. Giáo trình được biên soạn  ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm   mở, nghĩa là, đề  cập những nội dung cơ  bản, cốt yếu để  tùy theo tính chất  của các ngành nghề  đào tạo mà nhà trường tự  điều chỉnh cho thích hợp và  khơng trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy các tác giả  đã có nhiều cố  gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình  chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia   đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chun gia kỹ  thuật đầu   ngành Xin trân trọng cảm ơn! Bài 1: Khái niệm chung về đo lường Mục tiêu: Cung cấp các khái niệm cơ  bản về  đo lường và sai số, các bộ  phận  chính của một dụng cụ đo điện         ­ Chủ động và sáng tạo trong học tập 1. Khái niệm về đo lường và sai số                                         1.1. Vị trí của đo lường            1.1: Khái niệm về đo lường Đo lường là một q 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: A = và ta có X = A.X0 Trong đó:  X ­ đại lượng đo        X0 ­ đơn vị đo        A ­ con số 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   khơng có tính chất so sánh được thường phải chuyển đổi chúng thành đại  lượng có thể so sánh được 1.2. Khái niệm về đo lường điện  Đại lượng nào so sánh được với mẫu hay chuẩn thì mới đo được. Nếu   các đại lượng khơng so sánh được thì phải chuyển đổi về  đại lượng so sánh   được với mẫu hay chuẩn rồi đo. Đo lường điện là một q trình đánh giá định  lượng đại lượng điện cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.  1.3. Các phương pháp đo.  *  phương pháp đo được chia làm 2 loại  1.3.1:. Phương pháp đo trực tiếp: là phương pháp đo mà đại lượng cần   đo được so sánh trực tiếp với mẫu đo.     Phương pháp này được chia thành 2 cách đo: ­ Phương pháp đo đọc số thẳng.  ­ Phương pháp đo so sánh là phương pháp mà đại lượng cần đo được so  sánh với mẫu đo cùng loại đã biết trị số Ví dụ:  Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dụng v.v 1.3.2:. Phương pháp đo gián tiếp: là phương pháp đo trong đó đại lượng   cần đo sẽ được tính ra từ kết quả đo các đại lượng khác có liên quan.  Ví dụ:   Muốn đo điện áp nhưng ta khơng có Vơnmét, ta đo điện áp bằng cách:          ­  Dùng ơmmét đo điện trở của mạch.           ­  Dùng Ampemét đo dịng điện đi qua mạch Sau đó áp dụng các cơng thức hoặc các định luật đã biết để tính ra trị số  điện áp cần đo                                                             1.2. Sai số và tính sai số: 1.2.1. Khái niệm về sai số: Khi đo, số chỉ của dụng cụ đo cũng như kết quả tính tốn ln có sự sai   lệch với giá trị thực của đại lưọng cần đo. Lượng sai lệch này gọi là sai số Ngồi sai số  của dụng cụ  đo, việc thực hiện q trình đo cũng gây ra  nhiều sai số. Ngun nhân của những sai số này gồm: ­ Phương pháp đo được chọn ­ Mức độ cẩn thận khi đo Do vậy kết quả đo lường khơng 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 cơng các kết quả  thu được nhằm tìm   được kết quả chính xác 1.2.2: Các loại sai số Sai số gồm 2 loại: + Sai số hệ thống: là sai số cơ bản mà giá trị của nó ln khơng đổi hoặc  thay đổi có quy luật. Sai số này về ngun tắc có thể loại trừ được Ngun nhân:   Do q trình chế  tạo dụng cụ  đo như  ma sát, khắc vạch trên thang đo  vv + Sai số ngẫu nhiên:  là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên      thay   đổi     môi   trường   bên     (người   sử   dụng,   nhiệt   độ   môi  trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất   v.v ) Ngun nhân:   ­  Do người đo nhìn lệch, nhìn nghiêng, đọc sai v.v ­ Dùng cơng thức tính tốn khơng thích hợp, dùng cơng thức gần đúng   tính  tốn  Nhiệt   độ   môi  trường   thay  đổi,  chịu   ảnh  hưởng   của  điện   trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v ) 1.2.3 Phương pháp tính sai số           Gọi:    A: kết quả đo được                     A1: giá trị thực của đại lượng cần đo Tính sai số như sau: + Sai số tuyệt đối:              A = A1 ­ A (1.1)     A gọi là sai số tuyệt đối của phép đo + Sai số tương đối:           hoặc         (1.2)  Phép đo có  A càng nhỏ thì càng chính xác + Sai số qui đổi  qđ                                                               (1.3)           Với Ađm: Là giới hạn đo của dụng cụ đo (giá trị lớn nhất của thang đo) Quan hệ giữa sai số tương đối và sai số qui đổi:       (1.4) Với    là hệ số sử dụng thang đo  (Kd   1) Nếu Kd càng gần bằng 1 thì đại lượng đo gần bằng giới hạn đo  A càng  bé thì phép đo càng chính xác. Thơng thường phép đo càng chính xác khi Kd  ẵ 2. Các bộ phận chính của máy đo                                         2.1. Mạch đo 2.2. Cơ cấu đo 2.3. các bộ phận phụ                                                                      Bài 2: Dụng cụ đo cơ điện Mục tiêu   ­ Phân loại được các cơ cấu chỉ thị   ­ Khắc phục các sự cố hư hỏng của các cơ cấu  ­ Chủ động và sáng tạo trong học tập 1. Cơ cấu đo từ điện              2.1 Cơ cấu đo từ điện *Ký hiệu:                         *Cấu tạo: + Khung quay: khung quay bằng nhơm hình chữ nhật, trên khung có quấn  dây đồng bọc vecni. Tồn bộ  khối lượng khung quay phải càng nhỏ  càng tốt   để sao cho mơmen qn tính càng nhỏ càng tốt. Tồn bộ khung quay được đặt   trên trục quay hoặc treo bởi dây treo + Nam châm vĩnh cửu: khung quay được đặt giữa hai cực từ  N­S của   nam châm vĩnh cửu + Lõi sắt non hình trụ nằm trong khung quay tương đối đều + Kim chỉ  thị được gắn chặt trên trục quay hoặc dây treo. Phía sau kim   chỉ thị có mang đối trọng để  sao cho trọng tâm của kim chỉ  thị  nằm trên trục  quay hoặc dây treo + Lị xo đối kháng (kiểm sốt) hoặc dây treo có nhiệm vụ kéo kim chỉ thị  về vị trí ban đầu điểm 0) và kiểm sốt sự quay của kim chỉ thị *Ngun lý: Khi có dịng điện cần đo I đi vào cuộn dây trên khung quay sẽ tác dụng với từ  trường ở khe hở tạo ra lực điện từ F: F = N.B.l.L (2.1) Trong đó:  N: số vịng dây quấn của cuộn dây              B: mật độ từ thơng xun qua khung dây                   L: chiều dài của khung dây                   I:  cường độ dịng điện Lực điện từ này sẽ sinh ra một mơmen quay Mq:   (2.2)   Trong đó: b là bề rộng của khung dây  và             L.b = S  là diện tích của khung dây Nên:  Mq = N.B.S.I        (2.3)    Mơmen quay này làm phần động mang kim đo quay đi một góc   nào đó  và lị xo đối kháng bị xoắn lại tạo ra mơmen đối kháng M đk tỷ lệ với góc quay    Mđk = K        (K là độ cứng của lị xo) Kim của cơ cấu sẽ đứng lại khi hai mơmen trên bằng nhau Mq = M đk           N.B.S.I = K                        (2.4) Đặt              = C = const          = C.I  (2.5)     C gọi là độ nhạy của cơ cấu đo từ điện (A/mm). Cho biết dịng điện cần  thiết chạy qua cơ cấu đo để kim đo lệch được 1mm hay 1 vạch Kết luận: qua biểu thức trên ta thấy rằng góc quay   của kim đo tỷ  lệ  với dịng điện cần đo và độ nhạy của cơ cấu đo, dịng điện và độ nhạy càng   được đánh bằng dấu (*), do đó khi mắc dây cần chú ý đấu đúng đầu cực tính ­  Sơ đồ đấu dây cơng tơ 1 pha: (Hình 3.26)   ­  Sơ đồ đấu dây cơng tơ 3 pha 3 phần tử (Hình 3.27)             ­ Kí hiệu qui  ước: cơng tơ điện một pha đưa ra 4 đầu dây được đánh số  lần lượt từ trái qua phải là 1, 2, 3, 4 hay 1S, 2S, 3L, 4L   Các đầu 1, 2 hay 1S, 2S được nối với nguồn  Các đầu 3, 4 hay 3L, 4L được nối với tải tiêu thụ 3.3.4.Cách chọn cơng tơ hợp lý:     Trên cơng tơ điện nhà sản xuất sẽ cho các giá trị:  Điện áp định mức: Uđm  là giá trị  điện áp cho phép cơng tơ  làm việc.  Cơng tơ 1 pha thường có điện áp định mức là 220V hoặc 110V; Cơng tơ 3 pha   thường có điện áp định mức là: 3 pha 380V hoặc 3 pha 220V  Dịng điện định mức: Iđm là giá trị dịng điện làm việc của cơng tơ. Nhà  sản xuất thường cho giá trị  dịng điện làm việc bình thường (định mức) và  dịng điện tối đa (cực đại) mà cơng tơ  có thể  làm việc được dưới dạng I đm  (Imax)  Hằng số  cơng tơ: cho biết số  vịng quay của cơng tơ  trên mỗi KWh   điện năng tiêu thụ. Thơng thường có các hằng số  sau: 450 Rev/KWh; 600  Rev/KWh; 900 Rev/KWh;1200 Rev/KWh   Ngồi ra trên nhãn cịn có các thơng số  khác như: tần số; số  hiệu sản  phẩm; năm sản xuất      Quan sát các ký hiệu trên mặt cơng tơ để chọn cơng tơ thích hợp với   mạch cần đo: điện áp, dịng điện định mức, hằng số  cơng tơ, cấp chính xác  v.v Khi chọn cơng tơ, ngồi việc chọn điện áp của cơng tơ  thích hợp với   điện áp mạch cần đo, ta cần phải chọn dịng điện định mức của cơng tơ thích  hợp với dịng điện mạch đo. Muốn vậy ta phải tính cường độ  dịng điện tối  đa của tất cả  các đồ  dùng điện trong nhà, xem như  tất cả  đồ  dùng điện này  được sử dụng cùng một lúc 3.3.5.Đo kiểm cơng tơ:  Do cấu tạo của cơng tơ (cuộn dịng điện dây to ít vịng và cuộn điện    áp dây nhỏ  nhiều vịng hơn) nên khi dùng Ohm kế  để  đo kiểm sẽ  được kết    RDịNG