BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN NGHÀNH/NGHỀ ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết đị[.]
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN NGHÀNH/NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCGNB ngày tháng năm 20 của Hiệu trưởng Trường cao đẳng Cơ giới Ninh Bình) i TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm ii LỜI NÓI ĐẦU Môn học Kỹ thuật đo lường và cảm biến trình bày các kiến thức về kỹ thuật đo dùng trong ngành điện hiện nay Giới thiệu những phép đo cơ bản để ứng dụng cho các ngành sản xuất công nghiệp Kỹ thuật đo lường và cảm biến là môn học nghiên cứu các phương pháp đo các đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất, và đại lượng không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc Bài giảng Kỹ thuật đo lường và cảm biến được biên soạn dựa trên các giáo trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay, được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Kỹ thuật Máy lạnh và điều hoà không khí Bài giảng gồm 2 phần, phần đo lường cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo lường trong ngành điện Trình bày các dụng cụ đo, nguyên lý đo và phương pháp đo các thông số Trên cơ sở đó, người học biết cách sử dụng dụng cụ đo và xử lý kết quả đo trong công việc sau này Phần cảm biến trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động và ứng dụng của một số cảm biến thông dụng Trong quá trình biên soạn, đã được các đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, mặc dù cố gắng sửa chữa, bổ sung cho cuốn sách được hoàn chỉnh hơn, song chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế Mong nhận được các ý kiến đóng góp của bạn đọc Ninh Bình, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1 Chủ biên: ………………… 2 ………………………… iii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU iii MỤC LỤC .iv DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH ix CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN .2 1 Khái niệm về đo lường điện 2 1.1 Khái niệm về đo lường .2 1.2 Khái niệm về đo lường điện .2 1.3 Các phương pháp đo 2 1.3.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng .2 1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh 3 1.4 Chức năng, đặc điểm của thiết bị đo 5 1.5 Chuẩn hóa trong đo lường 5 2 Sai số trong đo lường 5 2.1 Khái niệm về sai số 5 2.2 Các loại sai số 5 2.3 Phương pháp tính sai số .7 2.4 Các phương pháp hạn chế sai số 8 CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG .10 1 Khái niệm về cơ cấu đo 10 2 Các loại cơ cấu đo 10 2.1 Cơ cấu đo từ điện .10 2.2 Cơ cấu đo điện từ .12 iv 2.3 Cơ cấu đo điện động 13 2.4 Cơ cấu đo cảm ứng 14 CHƯƠNG 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 16 1 Đo điện áp .16 1.1 Đo điện áp một chiều .17 1.1.1 Vôn kế một chiều 17 1.1.2 Điện thế kế một chiều 18 1.2 Đo điện áp xoay chiều 20 1.2.1 Vôn kế từ điện đo điện áp xoay chiều 20 1.2.2 Vôn kế điện từ .20 1.2.3 Vôn kế điện động 21 1.2.4 Đo điện áp bằng phương pháp so sánh 21 1.2.5 Điện thế kế xoay chiều 22 2 Đo dòng điện 22 2.1 Đo dòng điện một chiều 22 2.1.1 Ampe kế một chiều .23 2.1.2 Ampement nhiệt điện 25 2.2 Đo dòng điện xoay chiều 26 2.2.1 Ampement chỉnh lưu .26 2.2.2 Ampement điện động 27 2.2.3 Ampement điện từ 28 3 Đo công suất tác dụng mạch xoay chiều ba pha .28 3.2 Các phương pháp đo 29 3.3 Đo công suất phản kháng mạch xoay chiều ba pha 30 3.3.1 Khi tải đối xứng 30 v 3.3.2 Phương pháp 2 oát mét 31 3.3.3 Phương pháp 3 oát mét 32 4 Đo điện năng mạch xoay chiều ba pha 32 5 Đo công suất và điện năng trong mạch cao áp 36 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG 37 1 Sử dụng VOM, MΩ 37 1.1 Sử dụng máy đo vạn năng VOM 37 1.2 Sử dụng máy đo điện trở cách điện – Mêgômet: .42 1.3 Sử dụng máy đo điện trở tiếp đất – Terômet 43 2 Ampe kìm, OSC (dao động ký) 43 2.1 Ampe kìm 43 2.2 Máy hiện sóng điện tử (OSC) 44 2.2.1 Mở đầu 44 2.2.2 Sơ đồ khối của một máy hiện sóng thông dụng 46 2.2.3 Thiết lập chế độ hoạt động và cách điều khiển một máy hiện sóng 47 2.2.4 Các phần điều khiển chính 48 2.2.5 Ứng dụng của máy hiện sóng trong kỹ thuật đo lường 50 3 Máy biến áp đo lường .52 3.1 Máy biến điện áp 52 3.2 Máy biến dòng 54 CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN 55 1 Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến .55 2 Phạm vi ứng dụng 56 3 Phân loại các bộ cảm biến .56 vi CHƯƠNG 6: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 59 1 Thang nhiệt độ, điểm chuẩn nhiệt độ 59 1.1 Thang đo nhiệt độ 59 1.2 Nhiệt độ được đo và nhiệt độ cần đo .59 2, Cảm biến nhiệt điện trở 60 2.1 Nguyên lý 60 2.2 Nhiệt kế điện trở kim loại 61 2.2.1 Cấu tạo nhiệt kế điện trở .61 2.2.2 Nhiệt kế điện trở silic 63 2.2.3 Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn 63 2.3 Cảm biến nhiệt ngẫu 63 2.3.1 Hiệu ứng nhiệt điện .63 2.3.2 Cậu tạo cặp nhiệt 66 2.4 Nhiệt điện trở NTC 68 2.4.1 Cấu tạo và tính chất .68 2.4.2 Ứng dụng .68 2.5 Nhiệt điện trở PTC 68 2.5.1 Cấu tạo và tính chất .68 2.5.2 Ứng dụng .69 CHƯƠNG 7: CẢM BIẾN QUANG .71 1 Ánh sáng - Các đặc tính cơ bản của ánh sáng 71 2 Các loại nguồn sáng 72 3 Các cảm biến quang 73 3.2 Photodiode .74 3.3 Phototransistor 77 vii 3.4 Phototransistor hiệu ứng trường .78 4 Một số loại cảm biến quang thông dụng 79 CHƯƠNG 8: MỘT SỐ CẢM BIẾN THÔNG DỤNG 82 1.Cảm biến biến dạng – Điện trở 82 2 Cảm biến dịch chuyển – Cảm kháng 82 3 Cảm biến siêu âm 83 4 Cảm biến gas 83 5 Bộ đọc mã vạch .84 6 Cảm biến đo mức chất lưu 85 7 Cảm biến vị trí – Điện trở .86 8 Tốc kế quang 87 9 Cảm biến công tắc 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO .89 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH Hình 1.1: Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng Hình 1.2: Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh Bảng 1.1: Phân loại sai số của phép đo Hình 1.3: Sai số hệ thống đo khắc vạch là 1 độ - khi đọc cần hiệu chỉnh thêm 1 độ Hình 2.1: Cơ cấu chỉ thị từ điện Hình 2.2: Hình ảnh của một số dụng cụ đo sử dụng cơ cấu từ điện Hình 2.3: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ với cuộn dây phẳng Hình 2.4: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ với cuộn dây tròn Hình 2.5: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện động Hình 2.6: Cơ cấu chỉ thị cảm ứng Bảng 2.1: Bảng tổng kết các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện Hình 3.1: Mạch đo điện áp Hình 3.2: Dùng đồng hồ đo điện áp Hình 3.3: Đồng hồ số và kim Hình 3.4: Dùng đồng hồ số đo dòng điện Hình 3.5: Mắc thêm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị Hình 3.6: Ampement nhiệt điện Hình 3.7: Ampement chỉnh lưu Hình 3.8: Ampe kế chỉnh lưu Hình 3.9: Ampement điện động Hình 3.10: Ampement điện từ 3.1 Nguyên lý chung ix Hình 3.11: Sơ đồ mắc oát mét trong mạch điện 3 pha a- tải nối sao b- tải nối tam giác Hình 3.12: a- Đo công suất mạch ba pha trung tính giả b- sơ đồ véc tơ Hình 3.13: Sơ đồ mắc 2 oát mét đo công suất mạch ba pha Hình 3.14: Phương pháp 3 oát mét đo công suất mạch ba pha Hình 3.15: a- Công suất phản kháng 1 oát mét b- Giản đồ véc tơ Hình 3.16: Công suất phản kháng dùng 2 oát mét Hình 3.17: Công suất phản kháng dùng 3 oát mét Hình 3.18: Sơ đồ cấu tạo của một công tơ một pha dựa trên cơ cấu chỉ thị cảm ứng Hình 3.19: Công tơ một pha a- Sơ đồ cấu tạo; b- Biểu đồ véc tơ Hình 3.20: Sơ đồ kiểm tra công tơ Hình 3.21: Sơ đồ khối nguyên lý công tơ điện tử Hình 3.22: Đo công suất ba pha trong mạch điện cao áp Hình 4.1: Kết cấu mặt ngoài của VOM Hình 4.2: Đo điện trở Hình 4.3: Kiểm tra, xác định cực tính của diode Hình 4.4: Kiểm tra thông mạch Hình 4.5: Kiểm tra chạm vỏ Hình 4.6: Kiểm tra tụ điện Hình 4.7: Xác định cực tính transistor Hình 4.8: Đo điện áp một chiều Hình 4.9: Đo dòng điện một chiều Hình 4.10: Kết cấu ngoài của Mêgômet Hình 4.11: Kết cấu ngoài của Ampe kìm x ... dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm ii LỜI NĨI ĐẦU Mơn học Kỹ thuật đo lường cảm biến trình bày... làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Kỹ thuật Máy lạnh va? ? điều hoà không khí Bài giảng gồm phần, phần đo lường cung cấp cho sinh viên kiến thức chuyên... chỉnh lưu Hình 3.9: Ampement điện động Hình 3.10: Ampement điện từ 3.1 Nguyên lý chung ix Hình 3 .11: Sơ đồ mắc ốt mét mạch điện pha a- tải nối b- tải nối tam giác Hình 3.12: a- Đo cơng suất mạch