do luong dien www kho sach blogspot com 859

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ QUỐC GIA VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ DẦU KHÍ GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN -Năm 2009- Lời giới thiệu: Đo lường điện môn học thiếu nhiều ngành học Điện công nghiệp, Điện tử, Tự động hóa Mơn học giúp người học biết cách đo đạc xác giá trị đại lượng điện sử dụng kĩ thuật thiết bị đo lường Ngồi quy trình điều khiển tự động bao gồm thiết bị đo lường nhằm đo đạc truyền tín hiệu đến khối để xử lí điều khiển Giáo trình biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu tài liệu học tập cho học viên để thống nội dung giảng dạy môn Đo lường điện trường Cao Đẳng Nghề Dầu Khí Về nội dung, giáo trình biên soạn gồm chương dựa theo tài liệu trường nghề nước số tài liệu nước ngồi Giáo trình đề cập đến vấn đề đo lường sai số, cấu đo, nguyên lí đo đại lượng điện, mạch đo, thiết bị đo Giáo trình biên soạn với cộng tác giáo viên giảng dạy môn Đo Lường Điện trường Cao Đẳng Nghề Dầu Khí Tuy cố gắng nhiều việc trình bày nội dung giáo trình khó tránh khỏi sai sót nên chúng tơi mong ý kiến đóng góp quý đồng nghiệp, em học viên để lần tái sau hoàn thiện Xin chân thành cám ơn giúp đỡ bạn đồng nghiệp, tác giả tài liệu mà tham khảo điều kiện thuận lợi mà Phòng Đào tạo trường Cao Đẳng Nghề Dầu Khí dành cho chúng tơi để giáo trình sớm mắt bạn đọc Thay mặt đồng nghiệp Trần Đại Nghĩa (Trang trắng) Đo lường điện Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG 1.1 Khái niệm ý nghĩa đo lường 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ý nghĩa đo lường 1.2 Phân loại đại lượng đo lường 1.2.1 Đại lượng điện 1.2.2 Đại lượng không điện 1.3 Chức đặc tính thiết bị đo lường 1.3.1 Chức thiết bị đo lường 1.3.2 Đặc tính thiết bị đo lường 1.4 Phân loại phương pháp đo lường 1.5 Sơ đồ tổng quát hệ thống đo lường 1.6 Sự chuẩn hóa đo lường 1.6.1 Ý nghĩa chuẩn hóa 1.6.2 Các cấp chuẩn hóa 1.7 Sai số đo lường 1.7.1 Nguyên nhân gây sai số 1.7.2 Phân loại sai số 1.7.3 Cách tính biểu diễn sai số Đo lường điện (Trang trắng) Đo lường điện Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG 1.1 Khái niệm ý nghĩa đo lường 1.1.1 Khái niệm: Đo lường khái niệm mang ý nghĩa rộng thực tế phương cách nhằm nắm bắt đặc tính đối tượng xem đo lường Đo lường điện phần nhỏ khái niệm chung đó, trình thu nhận, biến đổi đại lượng cần đo thành tín hiệu điện xử lí để phù hợp với quan sát điều khiển Vì đo lường khâu trình điều khiển nên kết đo có xác điều khiển xác Do vậy, đo lường khơng phải nắm bắt đủ mà cịn phải đặc tính đối tượng Đo lường điện ứng dụng lĩnh vực điều khiển, lĩnh vực mang đặc trưng riêng so với lĩnh vực khác đo lường điện mang đặc điểm riêng Để có thơng số đối tượng ta tiến hành đo đọc trực tiếp giá trị thơng số trên thiết bị đo, cách đo gọi đo trực tiếp có ta khơng thể đo trực tiếp đối tượng cần đo mà phải đo gián tiếp thông qua thơng số trung gian sau dùng cơng thức biểu thức tốn học để tính đại lượng cần tìm 1.1.2 Ý nghĩa đo lường: Đo lường nói chung đo lường điện nói riêng có ý nghĩa vô quan trọng đời sống người Trước khống chế điều khiển đối tượng người cần phải nắm bắt đầy đủ xác thơng số đối tượng đó, điều thực nhờ vào trình đo lường 1.2 Phân loại đại lượng đo lường Trong lĩnh vực đo lường điện, dựa vào tính chất đại lượng đo phân làm hai loại đại lượng điện đại lượng không điện 1.2.1 Đại lượng điện: Gồm hai loại: Đại lượng điện tác động (active): Là đại lượng mang lượng điện điện áp, dòng điện, công suất Khi đo đại lượng này, thân lượng chúng cung cấp cho mạch đo Do ta không cần cung cấp thêm lượng từ phía ngồi Trong trường hợp lượng từ đối tượng cần đo lớn gây hư hỏng cho mạch đo ta phải giảm nhỏ cho phù hợp Ngược lại, lượng nhỏ cần phải khuyếch đại cho đủ lớn trước đưa vào mạch đo Đại lượng điện thụ động (passive): Là đại lượng không mang lượng điện đại lượng điện trở, điện dung, điện cảm, hỗ cảm Khi tiến hành đo đại lượng phải cung cấp lượng cho mạch đo cách dùng pin nguồn điện Chú ý suốt trình đo ta phải đảm bảo lượng cung cấp ổn định liên tục 1.2.2 Đại lượng khơng điện: Con người ln có ham muốn khống chế đối tượng xung quanh theo ý hầu hết đối tượng dạng không điện nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, độ pH, nồng độ, áp suất Việc điều khiển thực đơn giản tay, xu hướng cơng nghiệp hóa việc điều khiển có liên Đo lường điện quan đến máy móc tín hiệu điện Do muốn điều khiển chúng, ta phải thực việc chuyển đổi đại lượng từ không điện thành đại lượng điện sau đưa vào mạch điện để xử lí tiếp Việc chuyển đổi thực nhờ vào cảm biến (sensor) chuyển đổi (transducer), nguyên tắc phải đảm bảo phản ánh trung thực thay đổi đại lượng không điện ngõ vào 1.3 Chức đặc tính thiết bị đo lường 1.3.1 Chức thiết bị đo lường: Hầu hết thiết bị đo có chức thị kết đo đại lượng khảo sát Ngồi ra, kết ghi lại suốt q trình đo, dùng làm tín hiệu điều khiển đại lượng khác theo ý muốn (Giám sát q trình _ Process Measurement) 1.3.2 Đặc tính thiết bị đo lường: Mỗi loại thiết bị đo có đặc tính riêng nhằm phân biệt với thiết bị đo khác Một số đặc tính thiết bị đo như: Nguyên lí đo, cách thị kết quả, tính chất mạch giao tiếp ngõ vào, khả xử lí kết 1.4 Phân loại phương pháp đo lường Phương pháp đo lường hiểu cách thức nhằm lấy giá trị đại lượng cần đo Một cách tổng quát chia phương pháp đo thành loại: Phương pháp đo gián tiếp: Phải thông qua đại lượng liên quan đến đại lượng cần đo Giá trị đại lượng cần đo tính cơng thức liên hệ với đại lượng có liên quan Phương pháp đo trực tiếp: Không cần thông qua đại lượng khác mà trực tiếp đo đối tượng Chẳng hạn ta dùng Volt kế Ampe kế để đo điện áp rơi dòng điện chạy qua U linh kiện điện trở, sau sử dụng cơng thức R = I để tính giá trị R, cách đo gián tiếp, dùng Ohm kế đo giá trị R, gọi cách đo trực tiếp Một điều cần lưu ý việc phân biệt phương pháp đo trực tiếp gián tiếp mang ý nghĩa tương đối Tức là, xét khía cạnh xem phương pháp đo thực trực tiếp xét mặt khác khơng cịn trực tiếp Chẳng hạn dùng đồng hồ điện tử (DMM) đo dịng điện chạy qua điện trở việc dùng chức đo dòng điện đồng hồ xem cách đo trực tiếp, xét kĩ mặt cấu tạo nó: đại lượng điện ngõ vào chuyển thành tín hiệu điện áp trước đưa vào mạch đo đồng hồ dịng điện rõ ràng đo gián tiếp thông qua đại lượng trung gian điện áp 1.5 Sơ đồ tổng quát hệ thống đo lường ĐẠI LƯỢNG CẦN ĐO CẢM BIẾN MẠCH ĐO HIỂN THỊ, LƯU TRỮ, ĐIỀU KHIỂN Đo lường điện Đại lượng cần đo: Là thơng số, tính chất đối tượng cần đo, chúng tồn dạng điện không điện Cảm biến: Là linh kiện, thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi đại lượng cần đo thành đại lượng điện trước truyền đến khối xử lí Mạch đo: Tập hợp phận giao tiếp, khuyếch đại, chuyển đổi để biến tín hiệu điện ngõ vào cho phù hợp với khối hiển thị, lưu trữ, điều khiển Hiển thị, lưu trữ, điều khiển: Là phần sau hệ thống đo lường giúp người vận hành quan sát nhận biết giá trị đại lượng đo, lưu trữ lại để xử lí sau, điều khiển tự động thiết bị khác 1.6 Sự chuẩn hóa đo lường 1.6.1 Ý nghĩa chuẩn hóa: Mục đích công việc đo lường nhằm lấy thông số thực đối tượng cần đo Muốn vậy, người sử dụng giác quan mà cần phải dùng đến thiết bị đo Thiết bị đo cung cấp nhà chế tạo, trước xuất xưởng chúng kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt Nhưng đến tay người sử dụng thiết bị đo phải trải qua trình vận chuyển, tác động q trình ảnh hưởng đến chất lượng chí làm giảm cấp xác thiết bị Về phía người sử dụng ln mong muốn thiết bị có cấp xác thật cao Nhưng thiết bị xác cấu tạo phức tạp giá thành đắt Như người sử dụng phải biết mức độ công việc địi hỏi thiết bị đo với cấp xác vừa đủ Khi phân tích hiểu rõ yêu cầu mình, người sử dụng tiết kiệm đáng kể chi phí, thời gian tăng hiệu sử dụng thiết bị Để đánh giá chất lượng thiết bị cách khách quan xác, Trung tâm kiểm định thành lập nhằm cấp giấy chứng nhận chất lượng cho thiết bị Việc kiểm định chất lượng thực chuẩn hóa (Calibration) cơng việc cần thiết trước đưa thiết bị vào sử dụng Như trình bày trên, tùy theo cơng việc cụ thể người sử dụng mà thiết bị phục vụ cần cấp xác tương ứng Do cần có nhiều cấp chuẩn hóa khác để kiểm định chất lượng thiết bị mức độ khác Việc phân cấp cần thiết đảm bảo tiết kiệm kinh tế thời gian cho bên liên quan 1.6.2 Các cấp chuẩn hóa: Việc chuẩn hóa thiết bị xác định theo cấp sau: Cấp 1: Chuẩn quốc tế (International standard) Các thiết bị đo lường cấp chuẩn quốc tế định chuẩn Trung tâm đo lường quốc tế đặt Paris (Pháp) Các thiết bị đo lường chuẩn hóa cấp theo định kỳ đánh giá kiểm tra lại theo trị số đo tuyệt đối đơn vị vật lý hội nghị quốc tế đo lường giới thiệu chấp nhận Cấp 2: Chuẩn quốc gia (National standard) Các thiết bị đo lường Viện định chuẩn quốc gia quốc gia khác giới chuẩn hóa theo chuẩn quốc tế Các thiết bị định chuẩn Viện định chuẩn quốc gia mang chuẩn quốc gia Cấp 3: Chuẩn khu vực (Zone standard) Trong quốc gia có nhiều Trung tâm định chuẩn cho khu vực (standard zone center) Các thiết bị đo lường trung tâm đương nhiên phải mang Đo lường điện chuẩn quốc gia Những thiết bị đo lường định chuẩn Trung tâm định chuẩn mang chuẩn khu vực Cấp 4: Chuẩn phịng thí nghiệm (Lab standard) Trong khu vực chuẩn hóa có phịng thí nghiệm cơng nhận để chuẩn hóa thiết bị dùng sản xuất công nghiệp Như thiết bị chuẩn hóa phịng thí nghiệm có chuẩn phịng thí nghiệm Do thiết bị đo lường sản xuất định chuẩn cấp mang chất lượng tiêu chuẩn đo lường cấp Một thiết bị sau định chuẩn đem sử dụng sau khoảng thời gian định phải kiểm định cấp giấy chứng nhận chất lượng lại Nói cách khác giấy chứng nhận chất lượng có giá trị thời hạn định 1.7 Sai số đo lường Khi phép đo không lấy giá trị thực đại lượng cần đo, ta nói phép đo mắc sai số Có thể khẳng định tất phép đo mắc sai số Thiết bị đo dù có chất lượng cao đến mắc sai số, khác sai số lớn hay bé mà thơi 1.7.1 Ngun nhân gây sai số: Nguyên nhân chủ quan: Là nguyên nhân người thực phép đo gây khơng nắm vững ngun lí đo, khơng đảm bảo điều kiện đo, ghi sai kết đo Nguyên nhân khách quan: Là nguyên nhân lại (không phải nguyên nhân chủ quan) Sai số nguyên nhân khách quan gây thường phức tạp, thiết bị đo tác động từ phía mơi trường ngồi ảnh hưởng lên trình đo 1.7.2 Phân loại sai số: Sai số thơ: Khi phép đo cho kết có chênh lệch cách rõ rệt vơ lí so với giá trị có đại lượng cần đo sai số gọi sai số thô Sai số thô xuất điều kiện phép đo bị vi phạm, sơ xuất của người làm thí nghiệm, chấn động từ phía ngồi Ví dụ đọc số liệu bị nhầm vị trí dấu phẩy đọc sai số liệu đo Sai số thô dễ dàng nhận biết ta thực phép đo đại lượng nhiều lần, lần đo có giá trị khác biệt rõ rệt với lần đo khác chắn phép đo mắc sai số thô Khi gặp sai số thô ta mạnh dạn loại bỏ chúng khỏi bảng số liệu Do vậy, phần tính tốn sai số ta ln đảm bảo kết đo không chứa sai số thô Sai số hệ thống: Sai số hệ thống loại sai số thân dụng cụ đo gây Sai số ảnh hưởng thường xuyên có quy luật lên kết đo Do ta loại trừ giảm nhỏ sai số hệ thống Người ta thường chia sai số hệ thống thành hai loại: • Loại sai số hệ thống mà ta biết nguyên nhân độ lớn Sai số xuất dụng cụ đo bị sai lệch Chẳng hạn, chưa có dịng điện chạy qua mà kim đồng hồ Ampe kế 0,1A, chưa kẹp vật cần đo chiều dài vào thước kẹp mà thước cho chiều dài 0,1mm v.v Sai số khử cách hiệu chỉnh kết (cộng thêm trừ bớt kết với lượng sai số) Đo lường điện • Loại sai số hệ thống mà ta biết nguyên nhân xác độ lớn Sai số phụ thuộc vào cấp xác dụng cụ đo Mỗi dụng cụ đo có cấp xác định Ví dụ nhiệt kế có ghi 0,5oC, đo nhiệt độ vật mà giả sử nhiệt kế 20oC nhiệt độ xác vật giá trị nằm khoảng 19,5oC ÷ 20,5oC Cách tính sai số hệ thống: Trên số dụng cụ đo có ghi rõ sai số hệ thống tối đa mắc phải, ví dụ thước kẹp có ghi 0,05mm sai số hệ thống thước kẹp Đối với dụng cụ mà sai số hệ thống không ghi rõ (trừ dụng cụ điện), đánh giá sai số hệ thống 1/2 độ chia nhỏ dụng cụ đo Nếu độ chia có giá trị nhỏ ta lấy độ chia làm sai số hệ thống thiết bị đo Đối với dụng cụ đo điện (Ampe kế, Volt kế ) sai số hệ thống ∆Xh mắc phải đo tính theo cơng thức: ∆Xh = k.Xm k: Cấp xác dụng cụ đo Xm: Giá trị cực đại thang đo dụng cụ gọi giá trị định mức Xđm Sai số áp dụng cho toàn thang đo Nghĩa dùng thang đo để đo đại lượng điện có giá trị lớn hay nhỏ bị sai số tác động lên Do sử dụng dụng cụ đo điện, cần thiết chọn tầm đo thích hợp cho kim dụng cụ gần với giá trị cực đại thang đo độ xác phép đo cao, thấy kim lệch ta nên chuyển tầm đo để kim nằm khoảng 1/3 thang đo tính từ phải sang Sai số ngẫu nhiên: Sai số phép đo mắc phải ta loại trừ nguyên nhân sai số thô sai số hệ thống gọi sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên nhiều yếu tố gây mà ta tách riêng tính riêng chúng Các yếu tố thường ảnh hưởng đến kết quả, chúng biến đổi bất thường không theo quy luật Chẳng hạn giác quan người làm thí nghiệm khơng tinh, khơng nhạy dẫn đến không phân biệt chỗ trùng hai vạch chia thước kẹp, tính thời gian không bấm đồng hồ lúc thời điểm xảy tượng, điều kiện thí nghiệm thay đổi cách ngẫu nhiên ta biết mà dẫn đến kết đo mắc sai số Ví dụ đo cường độ dịng điện mạch điện có điện áp thăng giáng nhiệt độ, áp suất phịng ln thay đổi mà ta khơng phát làm cho kết đo bị thăng giáng Sai số ngẫu nhiên có độ lớn chiều thay đổi hỗn loạn, khử chúng khỏi kết khơng biết chúng cách chắn Muốn loại trừ phải sử dụng phương pháp lý thuyết xác suất thống kê, có xác suất tính ảnh hưởng chúng đến kết phép đo từ có biện pháp giảm nhỏ sai số 1.7.3 Cách tính biểu diễn sai số: Sau loại trừ sai số thơ, phép đo đại lượng mắc phải sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên Sai số tổng hợp phép đo tổng hai loại sai số trên: ∆X = ∆Xh + ∆Xn Qua nghiên cứu sai số phép đo, người ta nhận thấy rằng: • Số lần xuất sai số ngẫu nhiên có độ lớn trái dấu nhau Đo lường điện • Số liệu chứa sai số lớn có số lần xuất • Trị số tuyệt đối sai số ngẫu nhiên không vượt giới hạn xác định • Giả sử đại lượng vật lí có giá trị thực x Ta thực phép đo đại lượng n lần, tính tốn để lấy giá trị trung bình n lần đo, ta nhận thấy giá trị gần với giá trị thực x Bằng chứng minh toán học, người ta khẳng định số lần đo n đủ lớn giá trị thực x gần giá trị trung bình cộng tất lần đo Ngồi sai số trên, để đánh giá sai số dụng cụ đo đại lượng người ta cịn phân loại sau: Sai số tuyệt đối (∆X): độ sai lệch trị số đo (X) trị số thực (x) đại lượng cần đo ∆X = X − x Khi khoảng [X - ∆X, X + ∆X] bao quanh giá trị chân thực x, nghĩa là: (X - ∆X) ≤ x ≤ (X + ∆X) Lúc kết đo viết: x = X ± ∆X Sai số tuyệt đối cho biết độ xác phép đo Sai số tương đối (ε): sai số tính theo phần trăm tỷ số sai số tuyệt đối (∆X) trị số đo đại lượng cần đo (X) ε= ∆X 100% X Sai số tương đối dùng để đánh giá độ xác phép đo loại Mỗi trị số sai số tương đối đặc trưng cho mức độ xác đồng hồ đo điểm biết thang đo, cần đặc trưng cho mức độ xác tồn thang đo người ta dùng khái niệm sai số quy dẫn Sai số quy dẫn (γ): sai số tính theo phần trăm tỷ số sai số tuyệt giới hạn lớn thang đo: γ = ∆X 100% X max Mỗi dụng cụ đo có giá trị sai số tuyệt đối cho phép lớn nhất, sai số quy dẫn cho phép lớn là: γ = ∆X max 100% X max Đây cấp xác k dùng để đánh giá tính xác dụng cụ đo Cấp xác k thường gặp là: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4; 5… Như dụng cụ đo cho kết có sai số nhỏ sai số quy dẫn, vượt sai số dụng cụ đo khơng cịn đảm bảo tiêu chuẩn cần phải hạ cấp xác xuống Chẳng hạn xác định khối lượng cầu nhỏ người ta dùng cân kết sau: m1 = (15,5 ± 0,3)g Nghĩa khối lượng thực cầu nhỏ xác định giới hạn: 15,2g ≤ m1 ≤ 15,8g Khi xác định khối lượng cầu lớn, người ta được: Đo lường điện m2 = (1620 ± 3)g Nghĩa khối lượng thực cầu lớn xác định giới hạn: 167g ≤ m2 ≤ 1623g Tuy nhiên sai số tuyệt đối chưa đánh giá mức độ xác dụng cụ đo Nếu ta lập tỉ lệ sai số tuyệt giá trị đo so sánh hai trường hợp ta thấy: ∆m1 0,3 = = 2% m1 15,5 ∆m2 = = 0,2% m 1620 Như khối lượng cầu lớn cân xác gấp 10 lần khối lượng cầu nhỏ Do để đánh giá độ xác phép đo, ta cần phải dựa vào sai số tuyệt đối sai số tương đối Các bước biểu diễn kết tính tốn: x = X ± ∆X • Làm trịn giá trị sai số tuyệt đối ∆X, ta giữ lại chữ số khác làm tròn số lên đơn vị Nếu sai số sau làm tròn vượt 25% sai số ban đầu ta giữ lại hai chữ số khác • Làm trịn giá trị trung bình để sau làm trịn chữ số nhỏ có bậc lớn bậc sai số Nếu chữ số cần làm trịn nhỏ ta có quyền bỏ ln chữ số • Ta viết giá trị trung bình dạng chuẩn hóa (chỉ có chữ số trước dấu phẩy, nhân với số 10 lũy thừa) Cũng làm tương tự cho sai số • Biểu diễn kết thơng qua giá trị trung bình giá trị sai số Đo lường điện Ví dụ: Người ta cần kiểm tra cấp xác Volt kế, cho biết Volt kế có giới hạn đo Uđm = 150 [V] Dùng Volt kế mẫu có cấp xác k = 0,1 có Uđm = 200 [V] để kiểm tra Khi đo điện áp, Volt kế mẫu 128 [V] Volt kế cần kiểm tra 124,5 [V] a Tính sai số tuyệt đối, sai số tương đối Volt kế kiểm tra trị số cho? b Tìm cấp xác Volt kế cần kiểm tra, cho biết sai số tuyệt đối tìm sai số tuyệt đối lớn nhất? Đáp số: ∆Ukt = 3,5 ± 0,2[V ] ε = 2,7% ε = 3,0% a b k = 2,46% Ví dụ 2: Một Ampe kế có giới hạn đo Iđm = 30 [A] cấp xác k =1,5 a Tìm sai số tuyệt đối lớn ∆Imax? b Tìm sai số tương đối đồng hồ đo giá trị [A], 15 [A]? c Hãy xác định giá trị thực dòng điện cần đo ID nằm giới hạn nào? Đáp số: a ∆Imax = ± 0,45 (A) b ε1 = 9% ; ε1 = 3% c 4,55 ≤ ID1 ≤ 5,45 14,55 ≤ ID2 ≤ 15,45 10 Đo lường điện Câu hỏi ơn tập: Đo lường điện đóng vai trị hệ thống điều khiển tự động? Hãy phân biệt đại lượng điện đại lượng không điện? Việc đo lường đại lượng có điểm khác nhau? Hãy phân biệt phương pháp đo gián tiếp phương pháp đo trực tiếp? Trình bày ý nghĩa thành phần sơ đồ tổng quát hệ thống đo lường? Tại thiết bị đo lường cần chuẩn hóa trước đưa vào sử dụng? Trình bày cấp chuẩn hóa? Trình bày ngun nhân gây sai số phép đo? Sai số thơ gì? Làm để hạn chế sai số thơ phép đo? Trình bày sai số hệ thống cách tính sai số hệ thống? So sánh sai số ngẫu nhiên sai số hệ thống? 10 Thế sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số quy dẫn? Cấp xác k dụng cụ đo gì? 11 Đo lường điện (Trang trắng) 12 Đo lường điện Chương 2: CƠ CẤU CHỈ THỊ 2.1 Cơ cấu từ điện 2.1.1 Kí hiệu 2.1.2 Cấu tạo 2.1.3 Nguyên lí hoạt động phương trình đặc tính thang đo 2.1.4 Đặc điểm cấu từ điện 2.2 Cơ cấu điện từ 2.2.1 Kí hiệu 2.2.2 Cấu tạo 2.2.3 Nguyên lí hoạt động phương trình đặc tính thang đo 2.2.4 Đặc điểm cấu điện từ 2.3 Cơ cấu điện động 2.3.1 Kí hiệu 2.3.2 Cấu tạo 2.3.3 Nguyên lí hoạt động phương trình đặc tính thang đo 2.3.4 Đặc điểm cấu điện động 2.4 Cơ cấu cảm ứng 2.4.1 Kí hiệu 2.4.2 Cấu tạo 2.4.3 Ngun lí hoạt động phương trình đặc tính thang đo 2.4.4 Đặc điểm cấu cảm ứng 2.5 Cơ cấu tĩnh điện 2.5.1 Kí hiệu 2.5.2 Cấu tạo 2.5.3 Nguyên lí hoạt động 2.5.4 Đặc điểm cấu tĩnh điện 2.6 Cơ cấu điện tử 2.6.1 Cơ cấu điện tử thị diode phát quang (LED) 2.6.2 Cơ cấu điện tử thị tinh thể lỏng (LCD) 2.6.3 Cơ cấu điện tử thị ống tia âm cực (CRT) 13 Đo lường điện (Trang trắng) 14 Đo lường điện Chương 2: CƠ CẤU CHỈ THỊ Dụng cụ đo điện hệ thống hoàn chỉnh tạo thành kết hợp phận khác nhằm thực trình đo nhiều đại lượng điện cấu thị phận có nhiệm vụ chuyển đổi đại lượng điện cần đo thành tín hiệu để quan sát 2.1 Cơ cấu từ điện 2.1.1 Kí hiệu: Cơ cấu đo kiểu từ điện, khung dây phần động Cơ cấu đo kiểu từ điện, khung dây phần động, dùng chỉnh lưu bán dẫn Cơ cấu đo kiểu từ điện, nam châm phần động 2.1.2 Cấu tạo: Cơ cấu đo kiểu từ điện có hai phần phần động phần tĩnh Phần động: a Khung dây b Lõi sắt non c Lò xo xoắn ốc d Kim thị Phần tĩnh: e Mạch từ f Nam châm vĩnh cửu g Thang đo h Nút điều chỉnh zero • Khung dây: Gồm nhiều vịng dây làm đồng quấn khn nhơm hình chữ nhật Dây đồng có tiết diện nhỏ khoảng (0,02 ÷ 0,05)mm có phủ cách điện bên ngồi Khung dây gắn với hai bán trục, đầu bán trục chế tạo từ vật liệu cứng (thép vonfram) Đầu trục đặt ổ đỡ có dạng lõm (góc đỉnh ≈ 80o), bề mặt ổ đỡ phủ lớp màng đá cứng thường gọi chân kính làm từ vật liệu SiO2 Khung dây chuyển động khe hở khơng khí nhờ lực tương tác từ trường khung dây (khi có dịng điện chạy qua) từ trường nam châm vĩnh cửu Toàn khối 15 Đo lường điện lượng khung nhỏ tốt để moment qn tính khơng ảnh hưởng nhiều đến chuyển động quay khung quanh hai bán trục Loại cấu từ điện có phần quay khung dây dùng nhiều đồng hồ đo vạn Loại cấu từ điện có phần quay nam châm vĩnh cửu dùng nhiều đồng hồ thị loại nhỏ ô tô, máy bay, máy kéo Trong đồng hồ đo thật nhạy, người ta dùng dây căng dây treo thay cho bán trục lò xo xoắn ốc Khi sử dụng dây treo, ma sát bán trục chân kính bị loại bỏ từ độ xác dụng cụ đo cải thiện đáng kể Dây treo có nhiệm vụ treo lơ lửng khung dây thay cho ổ đỡ đồng thời đưa điện vào hai đầu khung Dây treo kết hợp với lò xo xoắn để tạo moment cản Khung dây loại trục quay Khung dây loại dây treo • Lõi sắt non: Có hình trụ trịn đặt hai cực nam châm vĩnh cửu cho khe hở khơng khí chúng đủ nhỏ cách cực từ Nhờ lõi sắt non mà từ trở cực từ giảm nhỏ làm tăng mật độ từ thơng qua khe hở khơng khí Với lõi sắt non hình trụ trịn, từ trường qua khe hở khơng khí từ trường hướng tâm (khoảng 0,2 đến 0,5T) Từ trường có dạng hướng tâm giúp cho lực tác dụng ln vng góc với cạnh khung dây • Lị xo xoắn ốc: Hai đầu khung dây có hai lị xo xoắn với chiều ngược nhau, đầu lò xo gắn vào bán trục khung dây, đầu gắn cố định Lò xo xoắn ốc có nhiệm vụ chủ yếu tạo moment cản Mc cân với lực điện từ, dùng để dẫn dịng điện vào khung dây • Kim thị: Được gắn liền với khung quay để dịch chuyển theo khung, vị trí kim giá trị tương ứng mặt thang đo Kim thường làm nhơm mỏng uốn hình ống, kim có gắn đối trọng để trọng tâm kim nằm trục quay, điều giúp giữ thăng cho phần động Đầu kim dẹt có chiều dày ≤ chiều dày nét vạch thang chia độ Những dụng cụ đo có cấp xác thấp (1,5 ÷ 2,5) có kim thị làm nhơm mỏng có đường gân giữa, cịn dụng cụ có cấp xác cao có kim hình lưỡi dao mảnh, kim làm thủy tinh mà đầu kim sợi kim loại nhỏ Các loại dụng cụ đo có cấp xác cực cao thường dùng thị quang học điều kiện sản xuất khí khơng cho phép chế tạo kim thật nhẹ, thẳng dài yêu cầu đặt Trong thị quang học, trục quay phận động có gắn gương nhỏ, nguồn sáng mạnh rọi vào gương phản chiếu thang chia độ Do khoảng cách từ gương quay đến thang chia độ lớn nên gương quay góc nhỏ làm vệt sáng thang chia độ di chuyển khoảng cách lớn 16 Đo lường điện • Bộ phận cản dịu: Người ta muốn kim không bị dao động quanh vị trí đo mà phải nhanh chóng ổn định để người thực phép đo quan sát kết Muốn phải có phận cản dịu dao động kim Thay chế tạo cản dịu riêng, người ta lợi dụng tượng tự cảm khung dây để ngăn cản dao động Khung dây làm nhôm nên xem vịng ngắn mạch Khi khung dây chuyển động, từ thông gửi qua khung dây biến thiên làm phát sinh dòng điện cảm ứng Dòng điện cảm ứng có chiều cho từ thơng mà sinh chống lại biến thiên từ thơng sinh nó, có tác dụng ngăn cản dao động khung dây Phương pháp cản dịu dựa nguyên lí cảm ứng điện từ tạo lực cản mạnh nên ứng dụng phổ biến Ngồi người ta dùng phương pháp cản dịu khơng khí nhờ cánh quạt piston chuyển động hộp khơng khí sinh ra, lực cản tạo phương pháp nhỏ lực cản tạo phương pháp cảm ứng • Nam châm vĩnh cửu: Gồm hai cực N S gắn liền với phận dẫn từ thép non tạo từ trường cố định Nam châm vĩnh cửu ôm lấy phần động lõi thép hình trụ Khe hở phần tĩnh phần động đủ nhỏ nhằm tạo từ trường 2.1.3 Nguyên lí hoạt động phương trình đặc tính thang đo: Khi có dịng điện chạy qua khung dây từ trường cảm ứng khung dây tác dụng với từ trường nam châm vĩnh cửu Lực tương tác tác động lên cạnh khung tạo moment quay dịch chuyển phần động Chiều lực tương tác xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi dòng điện đại lượng cần đo lớn khung dây quay nhiều, góc quay lớn khoảng cách di chuyển kim nhiều Lực F tác dụng lên cạnh khung dây có trị số ngược chiều Các lực đặt cách trục khoảng nửa chiều rộng khung dây b: F = N.B.I.l F: Lực điện từ tác dụng lên cạnh khung dây [N] B: Độ cảm ứng từ khe hở khơng khí [T] l: Chiều dài tác dụng khung dây [m] b: Bề rộng khung dây [m] N: Số vòng dây [vòng] I: Cường độ dòng điện chạy qua khung dây [A] b Mq = 2.F = F.b = N.B.I.l.b Mq = N.B.I.S (S = l.b: Diện tích khung dây) Khi khung dây dịch chuyển, lò xo xoắn ốc tạo moment cản Mc Mc = Kc.α Kc: Hệ số cản lò xo, phụ thuộc vào tính chất đàn hồi vật liệu chế tạo lị xo kích thước hình dạng α: Góc lệch kim thị, hay góc xoắn lị xo Khi Mq = Mc khung dây đứng n vị trí tương ứng với dịng điện cần đo, ta có: N.B.I.S = Kc.α N.B.S α = K I c 17 ... mạnh rọi vào gương phản chiếu thang chia độ Do kho? ??ng cách từ gương quay đến thang chia độ lớn nên gương quay góc nhỏ làm vệt sáng thang chia độ di chuyển kho? ??ng cách lớn 16 Đo lường điện • Bộ phận... Do vậy, phần tính tốn sai số ta ln đảm bảo kết đo không chứa sai số thô Sai số hệ thống: Sai số hệ thống loại sai số thân dụng cụ đo gây Sai số ảnh hưởng thường xuyên có quy luật lên kết đo Do. .. động lên Do sử dụng dụng cụ đo điện, cần thiết chọn tầm đo thích hợp cho kim dụng cụ gần với giá trị cực đại thang đo độ xác phép đo cao, thấy kim lệch ta nên chuyển tầm đo để kim nằm kho? ??ng 1/3