Giáo trình Đo lường điện (Nghề Điện công nghiệp Trình độ CĐTC)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ & CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành theo QĐ số: 70/QĐ-CĐN, ngày 11 tháng 01 năm 2019 Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang) An Giang – Năm 2019 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1.1 Khái niệm đo lường 1.1.2 Khái niệm đo lường điện 1.1.3 Các phương pháp đo 1.2 CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ 1.2.1 Khái niệm sai số 1.2.2 Các loại sai số 1.2.3 Phương pháp tính sai số 1.2.4 Các phương pháp hạn chế sai số 10 PHẦN II CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG 11 2.1 KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO 11 2.2 CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO 11 2.2.1 Cơ cấu đo từ điện 11 2.2.2 Cơ cấu đo điện từ 14 2.2.3 Cơ cấu đo điện động 15 2.2.4 Cơ cấu đo cảm ứng 16 PHẦN III ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 19 3.1 ĐO ĐẠI LƯỢNG U, I 19 3.1.1 Đo dòng điện 19 3.1.2 Đo điện áp 25 3.2 ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG R, L, C 33 3.2.1 Đo điện trở 33 3.2.2 Đo điện cảm 40 3.2.3 Đo điện dung 42 3.3.1 Đo tần số 42 3.3.2 Đo công suất điện (năng lượng) 44 PHẦN IV SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG 52 4.1 SỬ DỤNG VOM, MΩ 52 4.1.1 Sử dụng VOM 52 4.1.2 Sử dụng MΩ 54 4.2 SỬ DỤNG AMPE KÌM, OSC 55 4.2.1 SỬ DỤNG AMPE KÌM 55 4.2.2 Sử dụng Dao động ký (Oscilloscope) 58 4.3 SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 68 4.3.1 Máy biến điện áp 68 4.3.2 Máy biến dòng điện 70 PHẦNV TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 73 Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Lời nói đầu Mơn học Đo lường điện trình bày kiến thức kỹ thuật đo dùng ngành điện Giới thiệu phép đo để ứng dụng cho ngành sản xuất công nghiệp Đo lường Điện môn học nghiên cứu phương pháp đo đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất,… đại lượng không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc… Giáo trình Đo lường Điện biên soạn dựa giáo trình tài liệu tham khảo nay, dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Kỹ thuật Viễn thông, Kỹ thuật Thơng tin, Tự động hố, Trang thiết bị điện, Tín hiệu Giao thông Cung cấp cho sinh viên kiến thức chuyên sâu kỹ thuật đo lường ngành điện Trình bày dụng cụ đo, nguyên lý đo phương pháp đo thông số Trên sở đó, người học biết cách sử dụng dụng cụ đo xử lý kết đo cơng việc sau Trong q trình biên soạn, đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, cố gắng sửa chữa, bổ sung cho sách hồn chỉnh hơn, song chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Phần I: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Trong trình nghiên cứu khoa học nói chung cụ thể từ việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm vận hành, sữa chữa thiết bị, trình cơng nghệ… u cầu phải biết rõ thơng số đối tượng để có định phù hợp Sự đánh giá thông số quan tâm đối tượng nghiên cứu thực cách đo đại lượng vật lý đặc trưng cho thơng số 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1.1 Khái niệm đo lường Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lường (Ax) giá trị số, định nghĩa tỉ số đại lượng cần đo (X) đơn vị đo (Xo): Kết đo biểu diễn dạng: A = X ta có X = A.X0 X0 Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo A - số kết đo Từ (1.1) có phương trình phép đo: X = Ax Xo , rõ so sánh X so với Xo, muốn đo đại lượng cần đo X phải có tính chất giá trị so sánh được, muốn đo đại lượng khơng có tính chất so sánh thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng so sánh 1.1.2 Khái niệm đo lường điện Đại lượng so sánh với mẫu hay chuẩn đo Nếu đại lượng khơng so sánh phải chuyển đổi đại lượng so sánh với mẫu hay chuẩn đo Đo lường điện trình đánh giá định lượng đại lượng điện cần đo để có kết số so với đơn vị đo 1.1.3 Các phương pháp đo Phương pháp đo việc phối hợp thao tác trình đo, bao gồm thao tác: xác định mẫu thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể kết hay thị Các phương pháp đo khác phụ thuộc vào phương pháp nhận thông tin đo nhiều yếu tố khác đại lượng đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu… Tùy thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo độ xác yêu cầu phép đo mà người quan sát phải biết chọn phương pháp đo khác để thực tốt Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG trình đo lường Có thể có nhiều phương pháp đo khác thực tế thường phân thành loại phương pháp đo phương pháp đo biến đổi thẳng phương pháp đo kiểu so sánh 1.1.3.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa khơng có khâu phản hồi - Quá trình thực hiện: * Đại lượng cần đo X qua khâu biến đổi để biến đổi thành số NX, đồng thời đơn vị đại lượng đo XO biến đổi thành số NO * Tiến hành trình so sánh đại lượng đo đơn vị (thực phép chia NX/NO), * Thu kết đo: AX = X/XO = NX/NO Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng Quá trình gọi trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo biến đổi thẳng Tín hiệu đo X tín hiệu đơn vị X O sau qua khâu biến đổi (có thể hay nhiều khâu nối tiếp) qua biến đổi tương tự - số A/D để có NX NO , qua khâu so sánh có NX/NO Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn tín hiệu qua khâu biến đổi có sai số tổng sai số khâu, dụng cụ đo loại thường sử dụng độ xác yêu cầu phép đo không cao 1.1.3.2.Phương pháp đo kiểu so sánh: - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vịng, nghĩa có khâu phản hồi - Quá trình thực hiện: + Đại lượng đo X đại lượng mẫu XO biến đổi thành đại lượng vật lý thuận tiện cho việc so sánh + Quá trình so sánh X tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn suốt trìnhđo, hai đại lượng đọc kết XK có kết đo Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Quá trình đo gọi trình đo kiểu so sánh Thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo kiểu so sánh (hay cịn gọi kiểu bù) Hình 1.3 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh + Các phương pháp so sánh: so sánh SS thực việc so sánh đại lượng đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, qua so sánh có: ΔX = X - XK Tùy thuộc vào cách so sánh mà có phương pháp sau: - So sánh cân bằng: * Quá trình thực hiện: đại lượng cần đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK = NK.XO so sánh với cho ΔX = 0, từ suy X = XK = NK.XO + suy kết đo: AX = X/XO = NK Trong trình đo, XK phải thay đổi X thay đổi để kết so sánh ΔX = từ suy kết đo * Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK độ nhạy thiết bị thị cân (độ xác nhận biết ΔX = 0) Ví dụ: cầu đo, điện kế cân - So sánh khơng cân bằng: * Q trình thực hiện: đại lượng tỉ lệ với mẫu XK không đổi biết trước, qua so sánh có ΔX = X - XK, đo ΔX có đại lượng đo X = ΔX + XK từ có kết đo: AX = X/XO = (ΔX + XK)/XO * Độ xác: độ xác phép đo chủ yếu độ xác XK định, ngồi cịn phụ thuộc vào độ xác phép đo ΔX, giá trị ΔX so với X (độ xác phép đo cao ΔX nhỏ so với X) Phương pháp thường sử dụng để đo đại lượng không điện, đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ… - So sánh không đồng thời: * Quá trình thực hiện: dựa việc so sánh trạng thái đáp ứng thiết bị đo chịu tác động tương ứng đại lượng đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, hai trạng thái đáp ứng suy X = XK Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Đầu tiên tác động X gây trạng thái đo thiết bị đo, sau thay X đại lượng mẫu XK thích hợp cho gây trạng thái X tác động, từ suy X = XK Như rõ ràng XK phải thay đổi X thay đổi * Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK Phương pháp xác thay XK X trạng thái thiết bị đo giữ nguyên Thường giá trị mẫu đưa vào khắc độ trước, sau qua vạch khắc mẫu để xác định giá trị đại lượng đo X Thiết bị đo theo phương pháp thiết bị đánh giá trực tiếp vônmét, ampemét thị kim - So sánh đồng thời: * Quá trình thực hiện: so sánh lúc nhiều giá trị đại lượng đo X đại lượng mẫu XK, vào giá trị suy giá trị đại lượng đo Ví dụ: xác định inch mm: lấy thước có chia độ mm (mẫu), thước theo inch (đại lượng cần đo), đặt điểm trùng nhau, đọc điểm trùng là: 127mm inch, 254mm 10 inch, từ có được:1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm Trong thực tế thường sử dụng phương pháp để thử nghiệm đặc tính cảm biến hay thiết bị đo để đánh giá sai số chúng Từ phương pháp đo có cách thực phép đo là: - Đo trực tiếp : kết có sau lần đo - Đo gián tiếp: kết có phép suy từ số phép đo trực tiếp - Đo hợp bộ: gián tiếp phải giả phương trình hay hệ phương trình có kết - Đo thống kê: đo nhiều lần lấy giá trị trung bình có kết 1.2 CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ 1.2.1 Khái niệm sai số Ngoài sai số dụng cụ đo, việc thực trình đo gây nhiều sai số Nguyên nhân sai số gồm: - Phương pháp đo chọn - Mức độ cẩn thận đo Do kết đo lường khơng với giá trị xác đại lượng đo mà có Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG sai số, gọi sai số phép đo Như muốn có kết xác phép đo trước đo phải xem xét điều kiện đo để chọn phương pháp đo phù hợp, sau đo cần phải gia cơng kết thu nhằm tìm kết xác 1.2.2 Các loại sai số * Sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số hệ thống - Sai số phép đo: sai số kết đo lường so với giá trị xác đại lượng đo - Giá trị thực Xth đại lượng đo: giá trị đại lượng đo xác định với độ xác (thường nhờ dụng cụ mẫu có cáp xác cao dụng cụ đo sử dụng phép đo xét) Giá trị xác (giá trị đúng) đại lượng đo thường trước, đánh giá sai số phép đo thường sử dụng giá trị thực Xth đại lượng đo Như ta có đánh giá gần kết phép đo Việc xác định sai số phép đo - tức xác định độ tin tưởng kết đo nhiệm vụ đo lường học Sai số phép đo phân loại theo cách thể số, theo nguồn gây sai số theo qui luật xuất sai số Tiêu chí phân loại Theo cách thể số Theo nguồn gây sai số Theo qui luật xuất sai số Loại sai số - Sai số tuyệt đối - Sai số tương đối - Sai số phương pháp - Sai số thiết bị - Sai số chủ quan - Sai số bên - Sai số hệ thống - Sai số ngẫu nhiên Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Tiêu chí phân loại Loại sai số Theo cách thể số Theo nguồn gây Theo qui luật xuất sai số sai số - Sai số tuyệt đối - Sai số phương pháp - Sai số hệ thống - Sai số tương đối - Sai số thiết bị - Sai số ngẫu nhiên - Sai số chủ quan - Sai số bên Bảng 2.1 Phân loại sai số phép đo * Sai số tuyệt đối ΔX: hiệu đại lượng đo X giá trị thực Xth : ΔX = X - Xth * Sai số tương đối γX : tỉ số sai số tuyệt đối giá trị thực tính phần trăm: X = X 100(%) ;  th Vì X = X th nên có:  X  X 100(%)  Sai số tương đối đặc trưng cho chất lượng phép đo Độ xác phép đo ε : đại lượng nghịch đảo sai số tương đối: =  th = X X * Sai số hệ thống (systematic error): thành phần sai số phép đo ln khơng đổi thay đổi có qui luật đo nhiều lần đại lượng đo Qui luật thay đổi phía (dương hay âm), có chu kỳ theo qui luật phức tạp Ví dụ: sai số hệ thống khơng đổi là: sai số khắc độ thang đo (vạch khắc độ bị lệch…), sai số hiệu chỉnh dụng cụ đo khơng xác (chỉnh đường tâm ngang sai dao động ký…)… Sai số hệ thống thay đổi sai số dao động nguồn cung cấp (pin yếu, ổn áp không tốt…), ảnh hưởng trường điện từ… Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Hình 2.1 Sai số hệ thống khắc vạch độ - đọc cần hiệu chỉnh thêm độ 1.2.3 Phương pháp tính sai số Dựa vào số lớn giá trị đo xác định qui luật thay đổi sai số ngẫu nhiên nhờ sử dụng phương pháp toán học thống kê lý thuyết xác suất Nhiệm vụ việc tính tốn sai số ngẫu nhiên rõ giới hạn thay đổi sai số kết đo thực phép đo nhiều lần, phép đo có kết với sai số ngẫu nhiên vượt giới hạn bị loại bỏ - Cơ sở toán học: việc tính tốn sai số ngẫu nhiên dựa giả thiết sai số ngẫu nhiên phép đo đại lượng vật lý thường tuân theo luật phân bốchuẩn (luật phân bố Gauxơ-Gauss) Nếu sai số ngẫu nhiên vượt q giá trị xác suất xuất khơng kết đo có sai số ngẫu nhiên bị loại bỏ - Các bước tính sai số ngẫu nhiên: Xét n phép đo với kết đo thu x1, x2, , xn * Tính ước lượng kì vọng tốn học mX đại lượng đo: − mX = X = n X + X + + X n x = i , n i =1 n giá trị trung bình đại số n kết đo * Tính độ lệch kết lần đo so với giá trị trung bình vi : − vi = xi − X vi (còn gọi sai số dư) * Tính khoảng giới hạn sai số ngẫu nhiên: tính sở đường phân bố chuẩn:  =  ,   , thường chọn:  =  ,   với: n 1 =  = v i −1 i n.(n − 1) , với xác suất xuất sai số ngẫu nhiên khoảng 34% Modull: Đo lường điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Hình 4.3: Đầu dây đo máy sịng Oscilloscope Màn hình máy sóng chia ơ, 10 ô theo chiều ngang ô theo chiều đứng chế độ hiển thị thơng thường, máy sóng dạng sóng biến đổi theo thời gian: trục đứng Y trục điện áp, trục ngang X trục thời gian Hình 10.4: Biểu diễn trục hình máy sóng Oscilloscope Độ chói hay độ sáng hình đơi cịn gọi độ chói trục Z Máy sóng dùng nhiều lĩnh vực khác không đơn lĩnh vực điện tử Với chuyển đổi hợp lý ta đo thơng số hầu hết tất tượng vật lý Bộ chuyển đổi có nhiệm vụ tạo tín hiệu điện tương ứng với đại lượng cần đo, ví dụ cảm biến âm thanh, ánh sáng, độ căng, độ rung, áp suất hay nhiệt độ … Các thiết bị điện tử thường chia thành nhóm thiết bị tương tự thiết bị số, máy sóng Máy sóng tương tự (Analog oscilloscope)sẽ chuyển trực tiếp tín hiệu điện cần đo thành dịng electron bắn lên hình Điện áp làm lệch chùm electron cách tỉ lệ tạo tức thời dạng sóng tương ứng hình Trong đó, máy sóng số (Digital osciloscope) lấy mẫu dạng sóng, đưa qua chuyển đổi tương tự/số (ADC) Sau sử dụng thơng tin Modull: Đo lường điện 59 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG dạng số để tái tạo lại dạng sóng hình Tùy vào ứng dụng mà người ta sử dụng máy sóng loại cho phù hợp Thơng thường, cần hiển thị dạng tín dạng thời gian thực (khi chúng xảy ra) sử dụng máy sóng tương tự Khi cần lưu giữ thơng tin hình ảnh để xử lý sau hay in dạng sóng người ta sử dụng máy sóng số có khả kết nơí với máy tính với vi xử lý Phần tài liệu nói tới máy sóng tương tự, loại dùng phổ biến kỹ thuật đo lường điện tử 4.2.2.2 Sơ đồ khối máy sóng thơng dụng Hình 4.5: Sơ đồ khối máy sóng Oscilloscope Tín hiệu vào đưa qua chuyển mạch AC/DC (khố K đóng cần xác định thành phần DC tín hiệu cịn quan tâm đến thành phần AC mở K) Tín hiệu qua phân áp (hay gọi suy giảm đầu vào) điều khiển chuyển mạch núm xoay nóm xoay VOLTS/DIV, nghĩa xoay núm cho phép ta điều chỉnh tỉ lệ sóng theo chiều đứng Chuyển mạch Y- POS để xác định vị trí theo chiều đứng sóng, nghĩa di chuyển sóng theo chiều lên xuống tuỳ ý cách xoay núm vặn Sau qua phân áp, tín hiệu vào khuếch đại Y khuếch đại làm lệch đưa tới điều khiển cặp làm lệch đứng Tín hiệu KĐ Y đưa tới trigo (khối đồng bộ), trường hợp gọi đồng trong, để kích thích mạch tạo sóng cưa (cịn gọi mạch phát quét) đưa tới điều khiển cặp làm lệch ngang để tăng hiệu điều khiển, số mạch sử dụng thêm khuếch đại X sau khối tạo điện áp cưa) Đôi người ta cho mạch Modull: Đo lường điện 60 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG làm việc chế độ đồng ngồi cách cắt đường tín hiệu từ khuếch đại Y, thay vào cho tín hiệu ngồi kích thích khối tạo sóng cưa Đi vào khối tạo sóng cưa cịn có hai tín hiệu điều khiển từ núm vặn TIME/DIV X - POS TIME/DIV (có nhiều máy kí hiệu SEC/DIV) cho phép thay đổi tốc độ quét theo chiều ngang, dạng sóng dừng hình với n chu kỳ tần số sóng lớn gấp n lần tần số quét) X - POS núm điều chỉnh việc di chuyển sóng theo chiều ngang cho tiện quan sát Ống phóng tia điện tử CRT mô tả phần trước Sau ta xem xét phần điều khiển, vận ứng dụng thông dụng máy sóng 4.2.2.3 Thiết lập chế độ hoạt động cách điều khiển máy sóng a Thiết lập chế độ hoạt động cho máy sóng Sau nối đất cho máy sóng ta điều chỉnh núm vặn hay cơng tắc để thiết lập chế độ hoạt động cho máy Panel trước máy sóng gồm phần VERTICAL (phần điều khiển đứng), HORIZONTAL (phần điều khiển ngang) TRIGGER (phần điều khiển đồng bộ) Một số phần lại (FOCUS - độ nét, INTENSITY - độ sáng…) khác tuỳ thuộc vào hãng sản xuất, loài máy, model Nối đầu đo vào vị trí (thường có ký hiệu CH1, CH2 với kiểu đấu nối BNC (xem hình trên) Các máy sóng thơng thường có que đo ứng với kênh hình dạng sóng tương ứng với kênh Một số máy sóng có chế độ AUTOSET PRESET để thiết lập lại Modull: Đo lường điện 61 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG tồn phần điều khiển, khơng ta phải tiến hành tay trước sử dụng máy Các bước chuẩn bị sau: + Đưa tất nút bấm vị trí OUT + Đưa tất trượt vị trí UP + Đưa tất núm xoay vị trí CENTRED + Đưa nút giảm VOLTS/DIV, TIME/DIV, HOLD OFF vị trí CAL (cân chỉnh) Vặn VOLTS/DIV TIME/DIV vị trí 1V/DIV 2s/DIV Bật nguồn Xoay Y-POS để điều chỉnh điểm sáng theo chiều đứng (điểm sáng chạy ngang qua hình với tốc độ chậm) Nếu vặn TIME/DIV ngược chiều kim đồng hồ (theo chiều giảm) điểm sáng di chuyển nhanh vị trí cở µs hình vạch sáng thay cho điểm sáng Modull: Đo lường điện 62 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Điều chỉnh INTENS để thay đổi độ chói vệt FOCUS để thay đổi độ nét vạch sáng hình Đưa tín hiệu chuẩn để kiểm tra độ xác máy đưa đầu đo tới vị trí lấy chuẩn (hoặc từ máy phát chuẩn máy sóng vị trí CAL 1Vpp, 1kHz) Với giá trị chuẩn VOLTS/DIV vị trí 1V/DIV TIME/DIV vị trí 1ms/DIV hình xuất sóng vng có biên độ đỉnh đỉnh hình độ rộng xung hình (xoay Y - POS X - POS để đếm ô cách xác) Sau lấy lại giá trị chuẩn trên, tuỳ thuộc chế độ làm việc mà ta sử dụng nút điều khiển tương ưng b Các phần điều khiển * Điều khiển hình Phần bao gồm: + Điều chỉnh độ sáng - INTENSITY - dạng sóng Thơng thương tăng tần số quét cần tăng thêm độ sáng để tiện quan sát Thực chất điều chỉnh điện áp lưới + Điều chỉnh độ nét – FOCUS - dạng sóng Thực chất điều chỉnh điện áp anot A1, A2 A3 + Điều chỉnh độ lệch trục ngang – TRACE - (khi vị trí máy điểm khác tác dụng từ trường trái đất khác nên phải điều chỉnh để có vị trí cân bằng) c Điều khiển theo trục đứng Modull: Đo lường điện 63 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Phần điều khiển vị trí tỉ lệ dạng sóng theo chiều đứng Khi tín hiệu đưa vào lớn VOLTS/DIV phải vị trí lớn ngược lại Ngồi cịn số phần INVERT: Đảo dạng sóng DC/AC/GD: hiển thị phần chiều/xoay chiều/đất dạng sóng CH I/II: Chỉnh kênh kênh DUAL: Chỉnh kênh ADD: Cộng tín hiệu hai kênh Khi bấm nút INVERT dạng sóng tín hiệu bị đảo ngược lại đảo pha 1800) Khi gạt cơng tắc vị trí GD hình xuất vệt ngang, dịch chuyển vị trí đường để xác định vị trí đất tín hiệu Gạt cơng tắc vị trí DC nghĩa tín hiệu bao gồm thành phần chiều xoay chiều, gạt vị trí AC dạng sóng tách thành phần chiều Xem hình đây: (bên trái chế độ DC bên phải chế độ AC) Khi ấn nút DUAL để chọn hai kênh hình xuất đồ thị dạng sóng ứng với đầu đo ADD để cộng sóng với Nói chung vị trí nút CH I/II, DUAl ADD cho chế độ hiển thị khác tuỳ thuộc vào loại máy Modull: Đo lường điện 64 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG d Điều khiển theo trục ngang Phần điều khiển vị trí tỉ lệ dạng sóng theo chiều ngang Khi tín hiệu đưa vào có tần số cao TIME/DIV phải nhỏ ngược lại Ngịai số phần sau: X - Y: chế độ kênh thứ sẻ làm trục X thay cho thời gian chế độ thường Chú ý: Khi máy hoạt động chế độ nhiều kênh có phần điều khiển theo trục ngang nên tần số quét tần số quét chung cho dạng sóng e Ứng dụng máy sóng kỹ thuật đo lường Máy sóng gọi máy sóng vạn khơng đơn hiển thị dạng sóng mà cịn thực nhiều kỹ thuật khác thực hàm toán học, thu nhận thông tin xử lý số liệu chí cịn phân tích phổ tín hiệu Trong phần nói tới ứng dụng máy sóng f Quan sát tín hiệu Để quan sát tín hiệu cần thiết lập máy chế độ đồng điều chỉnh tần số quét trigo để dạng sóng đứng n hình Khi xác định biến thiên tín hiệu theo thời gian Các máy sóng đại cho phép lúc 2, tín hiệu dạng lúc tần số quan sát lên tới 400MHz Modull: Đo lường điện 65 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG * Đo điện áp Việc tính giá trị điện áp tín hiệu thực cách đếm số hình nhân với giá trị VOLTS/DIV Ví dụ: VOLTS/DIV 1V tín hiệu cho hình có: Vp = 2,7 x 1V = 2,8V Vpp = 5,4 ô x 1V = 5,4V Vrms = 0,707Vp = 1.98V Ngồi ra, với tín hiệu xung người ta cịn sử dụng máy sóng để xác định thời gian tăng sườn xung (rise time), giảm sườn xung (fall time) độ rộng xung (pulse width) với cách tính hình * Đo tần số khoảng thời gian Khoảng thời gian hai điểm tín hiệu tính cách đếm số ô theo chiều ngang hai điểm nhân với giá trị TIME/DIV Việc xác định tần số tín hiệu thực cách tính chu kỳ theo cách Sau nghịch đảo giá trị chu kỳ ta tính tần số Modull: Đo lường điện 66 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Ví dụ: hình bên s/div 1ms Chu kỳ tín hiệu điện dài 16 ơ, chu kỳ 16ms → f=1/16ms=62,5Hz * Đo tần số độ lệch pha phương pháp so sánh Ngoài cách đo tần số thông qua việc đo chu kỳ trên, đo tần số máy sóng sau: so sánh tần số tín hiệu cần đo fx với tần số chuẩn fo Tín hiệu cần đo đưa vào cực Y, tín hiệu tần số chuẩn đưa vào cực X Chế độ làm việc máy sóng gọi chế độ X-Y mode sóng có dạng hình sin Khi hình đường cong phức tạp gọi đường cong Lissajou Điều chỉnh tần số chuẩn tới tần số cần đo bội ước nguyên tần số chuẩn hình có đương Lissajou đứng n Hình dạng đường Lissajou khác tùy thuộc vào tần số hai tín hiệu độ lệch pha chúng Xem hình bên Với n số múi theo chiều ngang m số múi theo chiều dọc (hoặc lấy số điểm cắt lớn theo trục số điểm tiếp tuyến với hình Lissajou trục) Phương pháp hình Lissajou cho phép đo tần số khoảng từ 10Hz tới tần số giới hạn máy Nếu muốn đo độ lệch pha ta cho tần số hai tín hiệu nhau, đường Lissajou có dạng elip Điều chỉnh Y - POS X - POS cho tâm elip trùng với tâm hình hình (gốc toạ độ) Khi góc lệch pha tính bằng: A với A, B đường kính trục dài đường kính trục ngắn elip Modull: Đo lường điện 67 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Nhược điểm phương pháp khơng xác định dấu góc pha sai số phép đo lớn (5 – 10%) 4.3 SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG Câu hỏi : Cơ cấu đo dùng công tơ điện loại cấu đo sau đây: a Cơ cấu đo kiểu từ điện b Cơ cấu đo kiểu điện động c Cơ cấu đo kiểu cảm ứng Câu hỏi : Cơ cấu đo dùng công tơ điện loại cấu đo sau đây: a Cơ cấu đo kiểu từ điện b Cơ cấu đo kiểu điện từ c Cơ cấu đo kiểu cảm ứng Trả lời: Câu trả lời c Câu hỏi : Cơ cấu đo kiểu điện từ cấu đo có : a Cuộn dây đứng yên làm việc b Cuộn dây quay tròn làm việc c Cuộn dây chuyển động tịnh tiến làm việc Câu hỏi : Cơ cấu đo kiểu điện từ cấu đo có : a Cuộn dây đứng yên làm việc b Cuộn dây quay tròn làm việc c Cuộn dây chuyển động tịnh tiến làm việc Trả lời: Câu trả lời a 4.3.1 Máy biến điện áp Máy biến điện áp đo lường hầu hết máy biến áp giảm áp Chúng thiết kế để giảm điện áp cuộn thứ cấp xuống khoảng 100 (V) , (đây giá trị điện áp thích hợp với hầu hết thiết bị đo) Modull: Đo lường điện 68 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Máy biến áp dùng để biến điện áp cao thành điện áp nhỏ để đo lường điều khiển Công suất máy biến điện áp 25÷1000VA Máy biến điện áp có dây quấn sơ nối với lưới điện dây quấn thứ nối với Vôn mét, cuộn dây áp Watt kế, cuộn dây rơ le bảo vệ, thiết bị điều khiển khác Các loại dụng cụ có tổng trở Z lớn nên máy biến điện áp xem làm việc chế độ khơng tải, sai số trị số nhỏ bằng: Góc δu U1 U’2 nhỏ * Cấu tạo Máy biến điện áp máy biến áp cách ly với cuộn sơ cấp có số vịng lớn cuộn thứ cấp có vịng Hình dạng bên ngồi máy biến điện áp Đặc điểm cấu tạo máy biến điện áp Cấp xác sai số máy biến điện áp Modull: Đo lường điện 69 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Cấp xác Sai số ΔU 0.5 ± 0.5% ± 1% ± 40’ A - Máy Biến Áp phân phối pha 8.66-12.7/ 0.46-0.23 KV - Tần số 50 Hz - Chế độ làm mát : ONAN - Chất làm mát : Dầu khoáng cách địên - Dung lượng : 10 KVA ~ 100 KVA - Điện áp sơ cấp : 8.66 - 12.7 KV - Điện áp thứ cấp : 0.46 - 0.23 KV - Vật liệu chế tạo cuộn dây: Đồng - Màu sơn vỏ máy : Màu xám nhạt - Nơi đặt : Trong nhà trời - Vận hành : Liên tục * Nguyên lý làm việc máy biến điện áp Máy biến điện áp thiết kế cho điện áp dây quấn thứ cấp thay đổi tải thay đổi từ lúc không tải đến đầy tải (tải định mức) Trạng thái làm việc máy biến áp điện áp gần không tải chúng làm việc với thiết bị có tổng trở lớn (Volt kế, cuộn áp Wat kế, cuộn áp rơle bảo vệ .) Khi sử dụng máy biến áp điện áp cần ý không nối tắt mạch thứ cấp gây cố ngắn mạch lưới điện sơ cấp 4.3.2 Máy biến dòng điện Trong hầu hết thiết bị đo lường điều khiển dòng điện qui chuẩn 5A nên máy biến dòng điện sử dụng lĩnh vực thường có dịng điện ngõ cuộn thứ cấp 5A Như đề cập đến trên, cuộn thứ cấp máy biến dòng thường nối với thiết bị đo ampere kế, watt kế thiết bị tự động khác Có lưu ý sử dụng máy biến dòng để cung cấp cho nhiều thiết bị phải mắt nối tiếp thiết bị với Máy biến dòng điện dùng để biến dòng điện lớn thành dòng điện nhỏ để đo lường dụng cụ đo tiêu chuẩn điều khiển Modull: Đo lường điện 70 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Cấp xác sai số máy biến dòng điện Cc xác 0.2 0.5 10 S số ΔI * Cấu tạo Máy biến dòng điện giống máy biến áp cách ly thơng thường gồm có lõi thép ghép từ thép kỹ thuật điện, hai cuộn dây quấn sơ cấp thứ cấp đặt lõi thép Điểm đặc biệt máy biến dòng nằm tiết diện số vòng dây quấn cuộn sơ cấp thứ cấp Cuộn dây sơ cấp quấn vịng thường quấn vòng dây Dây quấn sơ cấp có tiết diện lớn máy phải làm việc điều kiện gần ngắn mạch Đường kính dây quấn sơ cấp phụ thuộc vào cấp công suất máy biến dịng; máy biến dịng có cơng suất lớn đường kính dây quấn sơ cấp lớn Dây quấn thứ cấp máy biến dịng có tiết diện nhỏ có nhiều vịng Sơ đồ ngun lý máy biến dịng Hình dạng bên ngồi máy biến dịng điện thường hình trịn Vì có dạng hình trịn kín nên thơng thường máy biến dòng lắp lúc lắp đặt mạng điện Modull: Đo lường điện 71 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG Hình dáng bên ngồi máy biến dịng điện * Nguyên lý hoạt động máy biến dòng: Như đề cập đến trên, máy biến dòng thường xuyên hoạt động tình trạng gần ngắn mạch Do đó, điều quan trọng sử dụng máy không phép để máy hoạt động chế độ khơng tải điện áp khơng tải phía thứ cấp máy biến dịng điện lớn gây hỏng lớp cách điện dẩn đến phá huỷ máy Trạng thái làm việc máy biến dòng trạng thái ngắn mạch chúng làm việc với thiết bị có tổng trở nhỏ (Ampre kế, cuộn dòng Wat kế, cuộn dòng rơle bảo vệ Khi sử dụng máy biến dịng điện cần ý khơng để dây quấn thứ cấp hở mạch dịng điện từ hóa lớn, lõi thép bảo hịa sâu nóng lên làm cháy dây quấn Ngồi ra, suất điện động nhọn đầu gây nên điện áp cao đến hàng nghìn Volt thứ cấp dẫn đến khơng an tồn cho người sử dụng Câu hỏi: Em cho biết sử dụng máy biến dịng điện khơng để dây quấn thứ cấp hở mạch ? Giải thích ? Khi sử dụng máy biến điện áp người ta nối tắt mạch thứ cấp điện hay khơng ? Hãy trình bày tượng xảy ta nối tắt mạch thứ cấp ? Modull: Đo lường điện 72 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG PHẦNV TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO [1] Kỹ thuật đo - Ngô Văn Ky, Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 1993 [2] Cẩm nang kỹ thuật kèm ảnh dùng cho thợ đường dây trạm mạng điện trung [3] Trần Nguyên Thái, Trường Kỹ Thuật Điện, Công Ty Điện lực 2, Bộ lượng 1994 [4] Vật liệu điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 [5] Cung cấp điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 [6] Đo lường điều khiển máy tính - Ngơ Diên Tập, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 [7] Sửa chữa điện máy công nghiệp - Bùi Văn Yên, NXB Đà nẵng, 1998 [8] Kỹ Thuật Điện - Đặng Văn Đào, NXB Giáo Dục, 1999.Giáo trình An tồn lao động - Nguyễn Thế Đạt, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [9] Giáo trình An tồn điện - Nguyễn Đình Thắng, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [10] Giáo trình Đo lường đại lượng điện không điện - Nguyễn Văn Hoà, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [11] Phạm Thượng Hàn (chủ biên) - Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý T1,2 – NXB Giáo dục 1997 [12] Lê Văn Doanh (chủ biên) - Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển - NXB KH&KT 2001 [13] Nguyễn Ngọc Tân (chủ biên) - Kỹ thuật đo - NXB KH&KT 2000 [14] Phan Quốc Phô (chủ biên) - Giáo trình cảm biến - NXB KH&KT 2005 [15] Ernest O Doebelin - Measurement Systems-Application and Design - 5st edition McGraw-Hill [16] Các trang web hãng sản xuất thiết bị đo lường cảm biến: OMRON, ABB, FLUKE, SIEMENS, HP, HONEYWELL, OMEGA … [17] Tạp chí “Tự động hóa ngày nay” + Trang web tạp chí Tự động hóa ngày nay: www.automation.org.vn - chuyên mục “Thế giới cảm biến” [18] Trang web www.hiendaihoa.com Modull: Đo lường điện 73 ... nghiệp Đo lường Điện môn học nghiên cứu phương pháp đo đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dịng điện, cơng suất,… đại lượng khơng điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc… Giáo trình Đo lường Điện biên... pháp có sai số phép đo tổng sai số hai phép đo trực tiếp (đo điện áp đo dòng điện) Trong thực tế thường đo trực tiếp công suất w atmet điện động sắt điện động Những dụng cụ đo công suất mạch chiều... NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1.1 Khái niệm đo lường Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lường (Ax) giá trị số, định nghĩa tỉ số đại lượng cần đo (X)