Chương 1: Những khái niệm đo lường Chương NHỮNG KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG 1.1 Định nghóa phân loại phép đo: 1.1.1 Định nghóa: Sự đánh giá định lượng hay nhiều thông số đối tượng nghiên cứu đựơc thực cách đo đại lượng vật lý đặc trưng cho thông số Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số đo so với đơn vị đo Kết đo lường giá trị số đại lượng cần đo AX, tỉ số đại lượng cần đo X đơn vị đo X0 Nghóa AX rõ đại lượng đo lớn (hay nhỏ hơn) lần đơn vị Vậy trình đo viết dạng: AX = Hay X X0 X= AX.X0 (1.1) Phương trình (1.1) gọi phương trình phép đo, rõ so sánh đại lượng cần đo với mẫu cho kết số Từ ta thấy đại lượng đo đựơc đại lượng cho phép so sánh giá trị Vì phải đo chúng phải biến đổi chúng thành đại lượng khác so sánh Ví dụ: để đo ứng suất học ta phải biến đổi chúng thành thay đổi điện trở cảm biến lực căng Sau mắc cảm biến vào mạch cầu đo điện áp lệch cầu có tác động ứng suất cần đo Ngành khoa học chuyên nghiên cứu phương pháp để đo đại lượng khác nhau, nghiên cứu mẫu đơn vị đo gọi đo lường học Ngành kó thuật chuyên nghiên cứu áp dụng thành đo lường vào phục vụ sản xuất vào đời sống gọi kó thuật đo lường Để thực trình đo lường ta phải biết chọn cách đo khác phụ thuộc vào đối tượng đo Chương 1: Những khái niệm đo lường 1.1.2 Phân loại cách thực phép đo Để thực phép đo người ta sử dụng nhiều cách khác nhau, ta phân biệt cách sau đây: a) Đo trực tiếp: cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phép đo Cách đo cho kết Dụng cụ đo sử dụng thường tương ứng với đại lượng đo Ví dụ: đo điện áp Voltmet chẳng hạn mặt Voltmet khắc độ sẳn Volt Thực tế đa số phép đo sử dụng phương pháp đo b) Đo gián tiếp: cách đo mà kết đo suy từ phối hợp kết nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp Ví dụ: để đo điện trở ta sử dụng định luật Ohm R=U/I (thường hay sử dụng phải đo điện trở phụ tải làm việc) Ta cần đo áp dòng cách đo trực tiếp sau tính điện trở Cách đo gián tiếp thường mắc phải sai số lớn, tổng sai số phép đo trực tiếp c) Đo hợp bộ: cách đo gần giống đo gián tiếp số lượng phép đo theo cách trực tiếp nhiều kết đo nhận thường phải thông qua giải phương trình (hay hệ phương trình) mà thông số biết số liệu đo đựơc d) Đo thống kê: để đảm bảo độ xác phép đo nhiều người ta phải sử dụng cách đo thống kê Tức phải đo nhiều lần sau lấy giá trị trung bình Cách đo đặc biệt hữu hiệu tín hiệu đo ngẫu nhiên kiểm tra độ xác dụng cụ đo 1.2 Các đặc trưng kỹ thuật đo lường: Trong kỹ thuật đo lường có chứa đặc trưng sau đây: đại lượng cần đo, điều kiện đo, phương pháp đo, thiết bị đo, người quan sát thiết bị thu nhận kết đo, kết đo Các đại lượng yếu tố cần thiết thiếu đựơc kỹ thuật đo lường Chương 1: Những khái niệm đo lường 1.2.1 Đại lượng đo hay gọi tín hiệu đo: * Theo tính chất thay đổi đại lượng đo : chia chúng thành hai loại đại lượng đo tiền định đại lượng đo ngẫu nhiên -Đại lượng đo tiền định đại lượng đo biết trước quy luật thay đổi theo thời gian chúng, (hay nhiều) thông số chúng chưa biết cần phải đo Ví dụ: cần phải đo độ lớn (biên độ) tín hiệu hình sin Đại lượng đo tiền định thường tín hiệu chiều hay xoay chiều hình sin hay xung vuông Các thông số cần đo thường biên độ, tần số, góc pha, … -Đại lượng đo ngẫu nhiên đại lượng đo mà thay đổi theo thời gian không theo quy luật Nếu ta lấy giá trị tín hiệu ta nhận đại lượng ngẫu nhiên Ta thấy thực tế đa số đại lượng đo ngẫu nhiên Tuy nhiên chừng mực ta giả thiết suốt thời gian tiến hành phép đo đại lượng đo phải không đổi thay đổi theo quy luật biết trước, tín hiệu thay đổi chậm Vì đại lượng đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh đo phép đo thông thường Trong trường hợp ta phải sử dụng phương pháp đo đặc biệt đo lường thống kê * Theo cách biến đổi tín hiệu đo : mà ta chia thành tín hiệu đo liên tục( hay tín hiệu đo tương tự )ï tín hiệu đo rời rạc ( tín hiệu đo số ) -Tín hiệu đo tương tự tức biến đổi thành tín hiệu khác tương tự ng với tín hiệu đo người ta thường chế tạo dụng cụ đo tương tự, như: ampekế có kim tương ứng với cường độ dòng điện -Còn tín hiệu đo số tức biến đổi từ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ng với tín hiệu đo người ta thường chế tạo dụng cụ đo số * Theo chất đại lượng đo mà chia thành: - Đại lượng đo lượng: tức đại lượng đo mà thân mang lượng như: sức điện động, điện áp, dòng điện, công suất, lượng, từ thông, cường độ từ trừơng - Các đại lượng đo thông số: thông số mạch điện điện trở, điện cảm, điện dung, hệ số từ trường - Các đại lượng đo phụ thuộc thời gian như: chu kỳ, tần số, góc pha, … Chương 1: Những khái niệm đo lường - Các đại lượng đo không điện, để đo phương pháp điện, thiết phải biến đổi chúng thành điện nhờ chuyển đổi đo lường sơ cấp Nhờ chuyển đổi mà ta nhận tín hiệu điện Y tỉ lệ với đại lượng cần đo X tức Y=f(X) Chương 1: Những khái niệm đo lường 1.2.2 Điều kiện cần đo: Các thông tin đo lường gắn chặt với môi trường sinh đại lượng đo Khi tiến hành phép đo ta phải tính đến ảnh hưởng môi trường đến kết đo ngược lại sử dụng dụng cụ đo phải không ảnh hưởng đến đối tượng đo Ngoài cần ý đến môi trường bên ảnh hưởng đến kết phép đo Những yếu tố môi trường là: nhiệt độ, độ ẩm không khí, từ trường bên ngòai, độ rung, độ lệch áp suất cao thấp so với áp suất trung bình, bụi bẩn, … Những yếu tố phải điều kiện chuẩn Điều kiện tiêu chuẩn điều kiện quy định theo tiêu chuẩn quốc gia, khỏang biến động yếu tố bên ngòai mà suốt khoảng dụng cụ đo bảo đảm độ xác quy định Đối với dụng cụ đo có khoảng tiêu chuẩn ghi đặc tính kó thuật 1.2.3 Đơn vị đo: Để cho nhiều nước sử dụng hệ thống đơn vị người ta thành lập hệ thống đơn vị quốc tế (SI) năm 1960 thông qua hội nghị quốc tế mẫu cân Trong hệ thống đơn vị xác định sau: -Đơn vị chiều dài: met (m) -Đơn vị khối lượng: kilogram (kg) -Đơn vị thời gian: giây (s) -Đơn vị cường độ dòng điện: ampe (A) -Đơn vị nhiệt độ: Kelvin (0K) -Đơn vị cường độ sáng: nến Candela (Cd) -Đơn vị số lượng vật chất: mol Đó bảy đơn vị Ngòai có đơn vị kéo theo 1.2.4 Thiết bị đo phương pháp đo: * Thiết bị đo: thiết bị kó thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát Chúng có tính chất đo lường học, tức tính chất có ảnh hưởng đến kết sai số phép đo Thiết bị đo lường gồm nhiều lọai là: thiết bị mẫu, chuyển đổi đo lường, dụng cụ đo lường, tổ hợp thiết bị đo lường hệ thống thông tin đo lường Mỗi loại thiết bị có chức riêng noù Mục lục 5.1.1 5.1.2 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2 Cách mắc Volt kế trước-Ampe kế sau .44 Cách mắc ampe kế trước volt kế sau 44 Đo điện trở Ohm kế 45 Ohm kế với sơ đồ nối tiếp 45 Ohm kế với sơ đồ song song .47 Đo điện trở cầu Wheastone .48 Cầu Wheastone cân 48 Cầu Wheastone không cân 49 Đo điện trở có giá trị nhỏ cầu đôi Kelvin 50 Đo điện trở có giá trị lớn .51 Đo điện trở volt kế micro-ampe kế 51 Đo điện trở có giá trị lớn MegaOhm kế chuyên dùng .51 Chương ĐO ĐIỆN DUNG, ĐIỆN CẢM , HỔ CẢM…………………….……………54 6.1 Đo điện dung, điện cảm hổ cảm volt kế ampe kế 54 6.1.1 Đo điện dung [F ] .54 6.1.2 Đo điện cảm [H] 56 6.1.3 Ño hổ cảm 56 6.2 Đo điện dung điện cảm cầu đo 57 6.2.1 Caàu Wheastone 58 6.2.2 Cầu đo đơn giản 58 6.2.3 Caàu đo phổ quát (universal bridge) 59 6.3 Đo hổ cảm 64 6.3.1 Cầu đo Maxwell 64 6.3.2 Caàu Heavyside 65 Chương ĐO ĐIỆN ÁP VÀ ĐO DÒNG ĐIỆN 66 7.1 Đo dòng điện DC 66 7.1.1 Nguyên lý đo 66 7.1.2 Mở rộng tầm đo 66 7.1.2.1 Mở rộng tầm đo cho cấu đo từ điện: dựa vào điện trở Rs 66 7.1.2.2 Mở rộng tầm đo cho cấu đo điện từ 68 7.1.3 Mở rộng tầm đo cho cấu đo điện động 69 7.2 Đo dòng điện AC 69 7.2.1 Nguyên lý đo 69 7.2.2 Cách mở rộng tầm đo 71 7.3 Ño điện áp DC .73 92 Mục lục 7.3.1 7.4 7.4.1 7.4.2 7.4.3 Nguyên lý đo 73 Đo điện áp AC .75 Nguyên lý đo 75 Mạch đo điện áp cấu đo từ điện 76 Mạch đo điện áp AC dùng biến đổi nhiệt đổi 77 Chương ĐO TẦN SỐ … …….79 8.1 8.1.1 8.1.2 8.2 8.3 Đo tần số mạch điện có thông số phụ thuộc tần số 79 Phương pháp caàu 79 Phương pháp cộng hưởng 80 Ño tần số dao động kí (phương pháp so sánh) 81 Đo tần số phương pháp đếm 81 Chương ĐO CÔNG SUẤT……………………………………… ………………… 83 9.1 9.1.1 9.1.2 9.2 9.3 9.4 9.5 Đo công suất volt kế ampe kế 83 Đo công suất chiều .83 Ño công suất xoay chiều pha .83 Đo công suất hiệu öùng Hall .85 Đo công suất nhiệt lượng kế 86 Đo công suất phương pháp phân mạch định hướng 86 Đo công suất phương pháp đo áp suất sóng điện từ .87 Tài liệu tham khảo………………… ………………………………………………… 84 93